| 【発明の名称】 |
電動式コントロールバルブ |
| 【発明者】 |
【氏名】金子 守男
【氏名】鈴木 圭
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| 【要約】 |
【課題】作動時の異音・騒音を抑制し、流量制御の自由度を高くし、液漏れを起さないようにした電動式コントロールバルブを提供する。
【解決手段】外周にコイルを備えたキャン内にマグネットとロータとを配設すると共に、該キャンの下端側に円筒状の弁室を備えた弁本体組立を配設し、弁本体組立は、弁室の軸方向に直交した弁座に穿設した開口部と、該弁座を挟んで配設した流体入出口とを備えてなり、前記ロータで回転される弁体の回転角度に応じて開口部を開閉する電動式コントロールバルブにおいて、弁体は弁室の内壁に密閉摺接する円形の本体部と、該本体部に突出形成され弁座に密閉摺接する弁閉制御部２１ｂとを備えてなり、該弁閉制御部が開口部１３ａを覆う面積を、弁体の回転角度に応じて変化させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 外周にコイルを備えたキャン内にマグネットとロータとからなる弁体回転手段を配設すると共に、該キャンの下端側に円筒状の弁室を備えた弁本体組立体を配設し、前記弁本体組立体は、前記弁室の弁座に穿設した開口部と、該弁座を挟んで配設した流体入出口とを備えてなり、前記ロータで回転される弁体の回転角度に応じて前記開口部を開閉する電動式コントロールバルブにおいて、前記弁体は前記弁室に内設する円形の本体部と、該本体部に突出形成され前記弁座に密閉摺接する弁閉制御部とを備えてなり、該弁閉制御部が前記開口部を覆う面積を、前記弁体の回転角度に応じて変化させることを特徴とする電動式コントロールバルブ。
【請求項２】 弁体回転手段はステップモータからなる請求項１記載の電動式コントロールバルブ。
【請求項３】 前記ロータと弁体との間に、該弁体を弁座方向に付勢する付勢手段を備え、前記弁閉制御部の内側に、該弁閉制御部と弁座との受圧増加用の凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載の電動式コントロールバルブ。
【請求項４】 合成樹脂製ロータの外周にマグネットを一体成型してロータ組立体とし、キャンの上部内面中心に凹部を形成して前記ロータ組立体の回転支持部材の突出部を嵌合し、該回転支持部材を摺動自在に支持したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動式コントロールバルブ。
【請求項５】 前記ロータ組立体の下端に、前記弁室の内壁と回転自在に嵌合するガイド部を設けてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動式コントロールバルブ。
【請求項６】 前記ロータ組立体の下端に回転軸方向に平行な突起を形成すると共に、電動式コントロールバルブの不動箇所に前記突起に当接するストッパを形成し、該ストッパの外周部に緩衝部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動式コントロールバルブ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式エアコンや冷凍機などの冷凍・冷蔵・空調サイクルに組み込まれ、冷媒流量制御や流路切換用として使用される電動式コントロールバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヒートポンプ式エアコンや冷凍機あるいは冷蔵庫などにおける、冷凍・冷蔵・空調サイクルにおいては、その冷媒流路中に、冷媒流量制御や流路切換用として電動式コントロールバルブが組み込まれて使用されている。
【０００３】例えば、図６に示すセパレート型のヒートポンプ式エアコンにおいては、圧縮機１００で高圧高温になった冷媒を四方切換弁１０１により、冷房運転時は図中実線で示されるように室外熱交換器１０２側に切換え、この室外熱交換器１０２に導き、これを凝縮器として用い、ここで低温にして液化した冷媒を、電動式膨張弁（電動式コントロールバルブ）１０３で外部の制御機器により制御しつつ膨張させ、これを室内熱交換器１０４に導き蒸発させ、室内の空気から熱を奪って冷房作用を行い、再び四方切換弁１０１を通して圧縮機に戻している。
【０００４】また、暖房運転時は図中破線で示されるように、圧縮機１００で高圧高温になった冷媒を四方切換弁１０１により、室内熱交換器１０４側に切換えて導き、この室内熱交換器１０４を凝縮器として用い、ここで室内の空気に熱を与えて暖房作用を行い、温度が低下して液化した冷媒を、電動式膨張弁１０３で外部の制御機器により制御しつつ膨張させ、これを室外熱交換器１０２で蒸発させ、再び四方切換弁１０１を通して圧縮機１００に戻している。
【０００５】このような作動を行うヒートポンプ式エアコンにおいて、特に電動式膨張弁は、室内の温度制御を適切に行うため頻繁に作動している。従来のこの種のバルブは作動音が大きいため、室内に設置することは好ましくなく、室外熱交換器を設けた室外機側に設置していた。そのため、室内の温度を制御するための冷媒流量を制御する膨張弁を、室内から離れた室外に置かなければならず、応答性等の制御性が悪いほか、冷房運転時において膨張弁で膨張して低温になった冷媒が室外機から室内機に至るまで高温の室外に配管しなければならず、この部分を断熱配管するにも拘わらず多くの熱量が外気に逃げるため、熱効率の低下の大きな原因となっていた。
【０００６】さらに、上記のようなエアコンのほか、例えば冷蔵庫に関してみると、近年の大型冷蔵庫の普及、あるいは氷温室、野菜室の厳密な温度管理の必要性等により、従来の安価なキャピラリチューブ等を用いた冷媒流量制御から、高価ではあるが精密な制御を行うことができる電動式膨張弁を使用することが多くなっている。このような冷蔵庫は室内に設置して使用するため、電動式膨張弁等の電動式コントロールバルブも室内に設けることとなり、これらの電動式コントロールバルブからの作動音の発生は極力減少することが望まれている。
【０００７】以上のような電動式コントロールバルブの従来例としては、例えば図７に示すように、円柱状の弁体１１２の周部に斜めの切欠１１２ａを設け、弁体１１２を回転させて流体入出口１１３と１１４の間の開閉を行うタイプのものがある。１１１は弁軸である。
【０００８】また、別の従来例としては、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、弁室１２１に断面がカム形状をした弁体１２２を配置し、該弁体１２２を回転させて第１，第２流体入出口１２３，１２４間の開閉を行うタイプのものがある。１３１はピン、１３２はキャン（ケース）、１３３はマグネット、１３４はロータ組立体、１３５は弁本体組立体、１３６は弁本体組立体１３５の一部をなす下蓋ストッパである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に示したタイプの制御弁は、弁体１１２の外周面の接触面積が広く、構造的に全閉ができず、弁漏れを起すおそれがある。また、図８に示したタイプの回転スライド弁は、図中ピン１３１とキャン１３２との接触位置■における垂直方向クリアランス、ガタによる異音、マグネット１３３と弁本体組立１３５との接触位置■における垂直方向クリアランス、ガタによる異音、マグネット１３３と弁本体組立１３５との接触位置■における回転方向クリアランス、ガタによる異音、マグネット１３３とキャン１３２との接触位置■におけるクリアランス、ガタによる擦れ異音、マグネット１３３と下蓋ストッパ１３６との接触位置■における当接による異音等、構成部品間のガタ,擦れ等により異音,騒音が発生し、更に流量制御が単純であって、全閉ができず、弁漏れを起こし、比例弁のような制御しか行うことが出来なかった。
【００１０】そこで本発明の課題は、作動時の異音・騒音を抑制し、流量制御の自由度を高くし、完全に弁閉し、液漏れを起さないようにした電動式コントロールバルブを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために本発明は、外周にコイルを備えたキャン内にマグネットとロータとを配設すると共に、該キャンの下端側に円筒状の弁室を備えた弁本体組立を配設し、前記弁本体組立は、前記弁室の軸方向に直交した弁座に穿設した開口部と、該弁座を挟んで配設した流体入出口とを備えてなり、前記ロータで回転される弁体の回転角度に応じて前記開口部を開閉する電動式コントロールバルブにおいて、前記弁体は前記弁室の内壁に密閉摺接する円形の本体部と、該本体部に突出形成され前記弁座に密閉摺接する弁閉制御部とを備えてなり、該弁閉制御部が前記開口部を覆う面積を、前記弁体の回転角度に応じて変化させるように構成したものである。
【００１２】また、前記ロータと弁体との間に、該弁体を弁座方向に付勢する付勢手段を備え、前記弁閉制御部の内側に、該弁閉制御部と弁座との受圧増加用の凹部を形成したことを特徴とする。
【００１３】このようにすれば、弁体の回転角度に応じて開口部（ポート部）の開度を高い密閉精度で制御可能であり、且つ弁閉制御部（突出部）の外形形状に応じて比例制御以外の複雑な制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。図1は本実施例の電動式コントロールバルブＣＢの縦断面図、図２は分解斜視図、図３はロータ組立の拡大斜視図、図４は弁体の拡大斜視図である。
【００１５】（１）構成図１,図２に示すように、電動式コントロールバルブＣＢは、例えば、ステップモータからなり、継手等を有する弁本体組立体１０と、マグネット,ロータ等を有するロータ組立体２０と、該ロータ組立２０体に被覆させるキャン（ケース）４０と、該キャン４０に外嵌するコイル組立体５０等を備えてなる。
【００１６】弁本体組立体１０は、筒状の弁室１１の軸線方向直下に出口継手１２を配置し、弁室１１と出口継手１２との境界部に弁座１３を形成し、該弁座１３に弁室１１と出口継手１２とを連通するポート部１３ａを設ける。ポート部１３ａの上面近傍の側部に入口継手１４に接続する開口１４ａを設ける。前記弁座１３に、次に詳述する一回転型スライド式の弁体２１（図３，図４）を配設する。１５はフランジ状の下蓋、１５ａは下蓋１５の所定位置に突設し後述するロータ組立体２０の停止位置を規定するストッパ、１５ｂはストッパ１５ａに外嵌した弾性体からなるＯリング状の緩衝材である。１６はスプリングピンである。
【００１７】図３、図４に示すように、弁体２１は短円柱状の本体部２１ａの下面側（図４においては手前側面側）に、略カム形状をした「弁閉制御部」である突出部２１ｂを形成する。この略カム形状の外形は重要な役割をなす。突出部２１ｂの内側に小判形をした「受圧増加用の凹部」である弁閉コア部（凹部）２１ｄを形成し、突出部２１ｂの手前側面に形成した弁座１３との摺接面２１ｃの摺接面積が小さくなるようにし、受圧面積を小さくして弁閉機能（シール性）を向上させる。この完全弁閉機能により、弁漏れ防止の精度を高めることができる。
【００１８】本体部２１ａの側面の縦軸方向に段差のある位置決め用の切欠２１ｅを形成し、次に説明する弁体ホルダ２２の下位置決め部２２ａを嵌入する（図３）。本体部２１ａの上面側（図４においては背面側）には、弁体ホルダ２２の係合突起２２ｃ（図３）を嵌入する穴２１ｆを穿設する。
【００１９】図２に示すように、弁体ホルダ２２とロータ２８の下面側との間にコイルスプリング（取付バネ）２５を縮設し、このスプリング２５の付加荷重により、弁体２１を弁座１３側に押し付ける。この押付により弁体２１の自由度は回転方向のみとなる。弁体ホルダ２２の上端部に、後述するロータ２８における支軸部２８ｂの下端が抜けるのを防止するための、切り込み形状の抜け防止部２２ｄを形成する。２２ｂはロータ２８との位置決めをする位置決め部である。
【００２０】円筒状のマグネット３１の下端面にロータストッパ３１ａを突設する。また、マグネット３１の内面中央部に凹部３１ｂを周設する。この凹部３１ｂに後述の如く樹脂が流れ込み、マグネット３１とロータ２８とのガタを無くすことができる。
【００２１】ロータ２８は合成樹脂製であって、略円筒状の外周部２８ａと、該外周部２８ａの中央から上方に向けて形成した断面形状略小判形（図３）の支軸部２８ｂと、前記弁体ホルダ２２に結合する結合部２８ｄとを備えてなる。
【００２２】そして、マグネット３１とロータ２８とは一体成形品であって、ロータ２８を成形するための型（図示せず）の外周に沿ってマグネット３１を固定し、この型内に合成樹脂を射出することによりこれらを一体的に成形する。この射出の際に、樹脂は凹部３１ｂに流れ込み、経時変化によるガタ等を生じることが無い。このようにロータ２８とマグネット３１が一体的に成形されるため、前記図８に示す従来例においては空隙■を生じていた箇所は密着し、空隙を生じることはなく、この状態はその後も変化することはない。また、図８に示す従来のものにおける部分■での異音の発生が防止される。
【００２３】前記キャン部４０（図２）を構成するキャン本体４１の上蓋部４１ａの中心に支持凹部４１ｂを形成し、該支持凹部４１ｂにロータ２８の支軸部２８ｂの先端部に形成した係合突起２８ｃを嵌入し、回転自在に支持する。
【００２４】キャン部４０にコイル組立体５０を外嵌する（図１）。コイル組立体５０は、内部にコイル５１を備え、電流を流すことによりコイル５１が磁界を発生し、マグネット３１と相俟ってステッピングモータ６０を構成し、パルス数に応じて所望の角度にロータ組立２０を回転させる。このロータ組立体２０の回転により弁体２１が回転し、ポート部１３ａの開口面積を変え、流量の制御を行う。
【００２５】また、ロータ組立２０の回転の際に、所定角度の回転によりロータ組立２０のストッパ３１ａが下蓋１５のストッパ１５ａに当接して衝止される。この衝止の際に、ストッパ１５ａは当接部にＯリング状の緩衝材１５ｂを備えているので、前記図８（従来例）に示した■の箇所において発生していた異音を、減少させることができる。
【００２６】また、支軸部２８ｂの先端はキャン本体４１の上蓋部４１ａに形成した支持凹部４１ｂに支持されて第１ガイド部Ｇ１（図１）となり、またロータ２８の嵌合部２８ｅ（図３）の外周で弁室１１の内壁と嵌合して第２ガイド部Ｇ２となっており、これらの両端支持部分Ｌｂ間にマグネット３１の上端部と下端部との間隔Ｌａが存在する構成としているので、ロータ組立体２０の回転は安定し、マグネットとキャンの内周面との衝突及び摺接が無くなり、図８に示す従来のものにおける■部分での異音の発生が防止される。
【００２７】また、コイルスプリング２５によってロータ組立２０を下方向から押圧支持するので、ロータ組立２０の回転をより安定化させることができ、ロータ組立のふらつきを防止することができ、図８に示す従来のものにおける■部分での異音の発生が防止される。しかも、前述の摺接が生じなくなり、且つロータ組立２０の回転が安定しているので、マグネットは小型のものでよく、全体を軽量化、小型化することができると共に、コイルへの供給電力も小さなものとすることができ、消費電力を小さなものとすることができる。
【００２８】また、前述の如く支軸部２８ｂの先端をガイドする係合突起２８ｃは、キャン本体４１の上蓋部４１ａに形成した支持凹部４１ｂに支持する構成としたので、支持凹部４１ｂはキャン成型時に同時に、正確な位置に形成することができ、その中心位置を正確なものとすることができる。したがって、従来のもののように、上蓋部にピンの先端を支持する他の部材をその中心位置決めを行いながら固定するものと比較して、より正確に、しかも容易にピンの位置決めを行うことができる。
【００２９】（２）作用次に、図５を参照しながら本実施例の作用を説明する。図５は、弁体２１の回転に応じてポート部１３ａの開度が変化する状況を示す特性図である。
【００３０】図５（Ａ）は、ポート部１３ａを、突出部２１ｂの弁閉コア部２１ｄが完全に覆った場合であって、グラフに示すように、弁開度は全閉である。この場合、前述の如く弁閉コア部２１ｄを形成したので、受圧面積が小さくなり、シール性が高められ、弁漏れを起すことが無い。図示の場合のロータ組立２０の回転可能範囲（作動域）は３００°であり、この作動域は、ロータストッパ３１ａの幅の値により所望範囲に設定することができる。図５（Ｂ）は、弁体２１が反時計方向に９０°回転した場合であって、ポート部１３ａは約３５％だけ開口する（グラフの点線で示したカーブの符号Ｘを参照）。同様に、図５（Ｃ）は、ポート部１３ａが約６５％だけ開口した場合であり、図５（Ｄ）は、ポート部１３ａが１００％開口した場合である。
【００３１】また、図４および図５に示した略カム形状の突出部２１ｂの場合は、図５の点線で示した開度特性を示したが、突出部２１ｂの外形を適宜変更することにより、例えば実線で示した特性Ｙや一点鎖線で示した特性Ｚを容易に実現することが出来る。即ち、前記従来例で説明した如く、従来は単なる比例制御のみが可能であったが、本発明によれば、略カム形状の突出部２１ｂを任意に設定することにより、所望の制御を行うことが可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回転式弁体の弁室の内壁に密閉摺接する円形の本体部と、前記弁座に密閉摺接する弁閉制御部とを備え、弁閉制御部が開口部を覆う面積を、弁体の回転角度に応じて変化させるようにしているので、弁閉制御部の外形形状に応じて比例制御以外に複雑な制御を行うことができる。
【００３３】また、ロータと弁体との間に、該弁体を弁座方向に付勢する付勢手段を備え、弁閉制御部の内側に、該弁閉制御部と弁座との受圧増加用の凹部を形成したので、弁体の開口部の開度を高い密閉精度で制御することができる。
【００３４】また、ロータとマグネットを一体成型してロータ組立体とし、キャンの上部内面中心に凹部を形成してロータ組立体の回転支持部材の突出部を嵌合し、回転支持部材を摺動自在に支持しているので、ロータとマグネットとの空隙がなくなり、回転は安定し、衝突や摺接による異音の発生を防止できる。
【００３５】また、ロータ組立体の下端に、弁室の内壁と回転自在に嵌合するガイド部を設けているので、前記キャンの上蓋凹部と相俟って、ロータ組立体を安定して回転させることができる。
【００３６】また、ロータ組立体の下端に回転軸方向に平行な突起を形成すると共に、電動式コントロールバルブの不動箇所に突起に当接するストッパを形成し、該ストッパの外周部に緩衝部材を配置したので、ロータ組立体の突起とストッパが衝突する際の異音の発生を抑制することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１４３９４９
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２２日（１９９９．４．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６２７５
【弁理士】
【氏名又は名称】草野 浩一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１４７（Ｐ２０００−３０４１４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１５５８４ |
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