| 【発明の名称】 |
電動膨張弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】菅野 勝久
【氏名】梅澤 仁志
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| 【要約】 |
【課題】構成が簡単で制御が容易であり、配管が容易に行える電動膨張弁を提供する。
【解決手段】弁本体に冷媒の流入する高圧側通路と冷媒が流出する低圧側通路とを設け、高圧側通路と低圧側通路とをオリフィスにより連通し、オリフィスを通過する冷媒量を調整する弁部材を備え、弁本体に低圧冷媒通路を貫通して設け、弁部材を開弁方向に付勢する押圧部材を設け、弁部材を移動機構を介して閉弁方向に移動するモータを備え、モータを回転させることによりオリフィスの開口面積を調整するように構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒が流入する高圧側通路と冷媒が流出する低圧側通路とを連通するオリフィスを備えた弁本体と、前記オリフィスを流れる冷媒の量を調整する弁部材と、該弁部材を移動させる移動部材と、前記弁部材を開弁方向に付勢する押圧部材と、を備えた電動膨張弁において、前記移動部材は、電動モータにより駆動されて、前記弁部材を開閉移動させることを特徴とする電動膨張弁。
【請求項２】 前記押圧部材は、圧縮コイルばねで構成され、前記移動部材は、前記電動モータの回転運動を直進運動に変換するねじ機構により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動膨張弁。
【請求項３】 前記電動モータは、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動膨張弁。
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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、自動車の空気調和装置等に使用される電動膨張弁に係り、特にオリフィスの開口面積をモータにより調整する電動膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の膨張弁は、図３に示される自動車の空気調和装置等の冷凍サイクル１に使用されるものである。すなわち、冷凍サイクル１はエンジンにより駆動される冷媒圧縮機２と、冷媒圧縮機２の吐出側に接続される凝縮機３と、凝縮機３に接続される受液器４と、受液器４からの液相冷媒を気液２相冷媒へ断熱膨張させる膨張弁５と、膨張弁５に接続される蒸発器６とから構成され、膨張弁５は冷凍サイクル１内に位置している。
【０００３】前記の膨張弁５は、弁本体５ａに液相冷媒を流入する高圧側通路５ｂと断熱膨張された気液２相冷媒が流出する低圧側通路５ｃとを設けてあり、高圧側通路５ｂと低圧側通路５ｃとをオリフィス７により連通し、オリフィス７を通過する冷媒量を調整する弁部材８を備え、弁本体５ａに低圧冷媒通路５ｄを貫通して形成し、低圧冷媒通路５ｄ内にプランジャ９ａが摺動可能に位置する感温駆動部材９を弁本体５ａに固定し、弁部材８を閉弁方向に押圧する圧縮コイルばね８ａを設け、プランジャ９ａの摺動により弁部材８を開弁方向に押圧する作動棒９ｂを備えた構成からなる。
【０００４】そして、感温駆動部材９のプランジャ９ａが低圧冷媒通路５ｄ内の温度を感温部の上部気密室９ｃへ伝達し、その温度に応じて上部気密室９ｃの圧力が変化し、例えば温度が高い場合は上部気密室の圧力が上昇し、感温部のダイヤフラム９ｄがプランジャ９ａを押し下げ、弁部材８を開弁方向に移動してオリフィス７の冷媒通過量を多くして蒸発器６の温度を下げる。反対に温度が低い場合は上部気密室９ｃの圧力が下降し、感温部のダイヤフラム９ｄのプランジャ９ａを押し下げる力が弱まり、プランジャ９ａは閉弁方向に押圧する圧縮コイルばね８ａにより上昇してオリフィス７の冷媒通過量が少なくなり、蒸発器の６温度は上昇する。
【０００５】このように、膨張弁５は低圧冷媒通路５ｄ内の温度により弁部材８を移動させてオリフィス７の開口面積を変化させ、冷媒通過量を調整して蒸発器６の温度を調整している。そして、この種の膨張弁５においては、液相冷媒から気液２相冷媒へ断熱膨張させるオリフィス７の開口面積は、生産段階において弁部材８を閉弁方向に押圧する圧縮コイルばね８ａのばね圧を調整することにより行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した膨張弁は、感温駆動部材により弁部材をオリフィスに接近あるいは離反させて冷媒通過量を調整し、蒸発器の温度を自動的に調整しているため、構成が複雑となるという問題点がある。また、モータにより冷媒通過量を調整する膨張弁があるが、例えば自動車の空気調和装置に用いる場合に、受液器、蒸発器、冷媒圧縮機との配管が煩雑になるという問題点がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、構成が簡単となり、蒸発器との配管や蒸発器、冷媒圧縮機との配管が容易に行える電動膨張弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、本発明の電動膨張弁は、冷媒が流入する高圧側通路と冷媒が流出する低圧側通路とを連通するオリフィスを備えた弁本体と、前記オリフィスを流れる冷媒の量を調製する弁部材と、該弁部材を移動させる移動部材と、前記弁部材を開弁方向に付勢する押圧部材とを備え、前記移動部材が、電動モータにより駆動されて、前記弁部材を開閉移動させることを特徴としている。そして、前記押圧部材は圧縮コイルばねで構成され、前記移動機構は、前記電動モータの回転運動を直進運動に変換するねじ機構により構成されていることを特徴とする。
【０００８】このように構成された電動膨張弁は、弁部材を電動モータで駆動し電動モータを一方に回転させて弁部材をオリフィスに接近させ、冷媒の通過流量を減少させることができ、電動モータを他方に回転させると弁部材は押圧部材の開弁方向の付勢により離反してオリフィスの開口面積を増加させ、冷媒の通過流量を増加させることができる。このように電動モータを使用して弁部材により冷媒の通過流量を容易に調整できるため、構成が簡単となり、弁本体に高圧側通路、低圧側通路および低圧冷媒通路を設けているので受液器、蒸発器および冷媒圧縮機との配管接続が容易に行える。また、押圧部材を圧縮コイルばねで構成し、移動機構は電動モータ即ちステッピングモータの回転を直進運動に変換するねじ機構により構成することにより、スペース効率を良くすることができ小型化が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電動膨張弁の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態の電動膨張弁の冷凍サイクルにおける断面図である。電動膨張弁１０は、例えば自動車の空気調和装置における冷凍サイクル１に使用されるものであり、冷凍サイクル１はエンジンにより駆動される冷媒圧縮機２と、冷媒圧縮機２の吐出側に接続される凝縮機３と、凝縮機３に接続される受液器４と、受液器４からの液相冷媒を所定の開口面積のオリフィスで気液２相冷媒に減圧して断熱膨張させる電動膨張弁１０と、電動膨張弁１０に接続される蒸発器６とから構成され、蒸発器６の気相冷媒を冷媒圧縮機２に戻して循環させている。
【００１０】電動膨張弁１０は、弁本体１１がアルミニウム等の直方体形状の金属から構成され、弁本体１１の下部には液相冷媒の流入する高圧側通路１２と、気液２相冷媒が流出する低圧側通路１３とを設けてある。高圧側通路１２は弁本体１１の底面から穿設された穴部１２ａと、この穴部に連通し弁本体の一方の側面に開口する開口部１２ｂとから構成されている。低圧側通路１３は高圧側通路１２の上部に位置し、弁本体１１の他方の側面に開口している。また、弁本体１１の上部には低圧冷媒通路１４を水平方向に貫通して形成してある。
【００１１】弁本体１１の内部中心部には、高圧側通路１２と低圧側通路１３とを連通するオリフィス１５が形成されている。オリフィス１５は高圧側通路１２の穴部１２ａから形成される小径の円形穴であり、高圧側通路１２との接続部は円錐形にサライ加工した弁座１５ａが形成されている。オリフィス１５における冷媒の通過量を調整する弁部材１６は、弁座１５ａに着座してオリフィス１５を開閉する球状の弁部１７と、弁部１７を溶接等により固着する受け軸１８とから構成され、受け軸１８の外周にはばね受け用の段部が形成されるとともに、中心には下方が開口している駆動雌ねじ部が形成されている。
【００１２】高圧側通路１２の下端開口部の内周には取付雌ねじ部が形成され、この取付雌ねじ部に高圧側通路１２の下端開口部を閉塞するモータ取付部材２０の中心突部外周の雄ねじ部が螺合して固定され、弁本体１１とモータ取付部材２０との間にＯリング２１が装着されている。モータ取付部材２０には上部大径穴部２２ａ、中央小径穴部２２ｂ、下部大径穴部２２ｃを有する中心穴２２が貫通して形成してあり、内部に調整軸２３が位置している。
【００１３】調整軸２３は、上部の大径ねじ部２３ａと下部の小径軸部２３ｂとを有し、下端にはすり割り状の係合溝部２３ｃが形成されている。モータ取付部材２０の中央小径穴部２２ｂと調整軸２３の小径軸部２３ｂとの間に２重にＯリング２４が嵌合され、気密が確保されている。Ｏリング２４は、その下方の止め輪により脱落が防止されている。調整軸２３の大径ねじ部２３ａには受け軸１８が螺合しており、受け軸１８の外径はモータ取付部材２０の上部大径穴部２２ａの内径より小さく設定され、受け軸１８は上部大径穴部２２ａ内に位置している。
【００１４】そして、調整軸２３の大径ねじ部２３ａと小径軸部２３ｂとの段部が、モータ取付部材２０の中央小径穴部２２ｂの端面に当接し、調整軸２３の下方移動を阻止している。受け軸１８の外周のばね受け用の段部と高圧側通路１２の上部角部との間には押圧部材である圧縮コイルばね２６が配設され、弁部材１６をオリフィス１５と離反する方向に、すなわち開弁方向に付勢している。高圧側通路１２は、前記のように弁部材１６および弁部材を開弁方向に付勢する圧縮コイルばね２６が位置する弁室として構成されている。
【００１５】モータ取付部材２０の下面には弁部材１６を移動機構を介して閉弁方向に移動するパルスモータ３０が固定され、パルスモータ３０の出力軸３１には調整軸２３の下端の係合溝部２３ｃに挿入される係合片３１ａが形成されている。このようにパルスモータ３０の出力軸３１の回転が調整軸２３に伝達され、調整軸２３が回転すると弁部材１６が大径ねじ部２３ａにより直進運動に変換されて上昇または下降し、弁部材１６をオリフィス１５に対して接近あるいは離反させて、閉弁あるいは開弁するように構成されている。
【００１６】モータとして、本実施形態ではパルスモータ３０を使用している。パルスモータ３０はモータドライバを有するコントローラ（図示せず）により制御され、コントローラには蒸発器等に設置された温度センサ（図示せず）からの出力が供給される。なお、モータはパルスモータに限られるものでなくサーボモータ等適宜のものを用いてもよく、また出力軸はモータから直結されたものではなく、減速機構を介して減速されたものでもよい。
【００１７】前記の如く構成された電動膨張弁１０の動作について以下に説明する。冷凍サイクル１において、エンジンにより駆動される冷媒圧縮機２で圧縮された高圧の冷媒は凝縮機３に吐出され、凝縮機３で放熱、凝縮されて受液器４に液相冷媒が貯留され、受液器４からの液相冷媒は電動膨張弁１０の高圧側通路１２に供給される。電動膨張弁１０において、液相冷媒はオリフィス１５を通過するときに断熱膨張して気液２相冷媒となり低圧側通路１３から蒸発器６に供給される。気液２相冷媒は蒸発器６内で蒸発して気相冷媒となり蒸発器６を低温状態とする。そして、蒸発器６内の気相冷媒は低圧冷媒通路１４を通って冷媒圧縮機２に戻り、冷媒は冷凍サイクル１内で循環する。
【００１８】このように構成される冷凍サイクル１において、蒸発器６の温度を高温側、あるいは低温側へ調整したい場合には、パルスモータ３０を回転駆動させて調整を行う。例えば、パルスモータ３０をＸ方向に正転させると、出力軸３１の係合片３１ａが回転して調整軸２３を正転させる。そして、調整軸２３の大径ねじ部２３ａに螺合している例えば外径六角で回転しない弁部材１６が圧縮コイルばね２６に押されて下降し、オリフィス１５の開口面積を大きくする。これによりオリフィス１５を通過する冷媒の通過量が増加し、蒸発器６の温度は低温側に調整される。
【００１９】パルスモータ３０を反対に逆転させると、出力軸３１の係合片３１ａが回転して調整軸２３を逆転させ、調整軸２３に螺合している弁部材１６が圧縮コイルばね２６に抗して上昇し、オリフィス１５の開口面積を小さくする。これによりオリフィス１５を通過する冷媒の通過量が減少し、蒸発器６の温度は高温側に調整される。なお、弁部材１６をオリフィス１５に当接させて閉弁することも可能である。
【００２０】このようにして、パルスモータ３０を作動させることにより弁部材１６を上昇あるいは下降させ、オリフィス１５の開口面積を増減させて冷媒の通過流量を変化させ、蒸発器６の温度を調整することができる。パルスモータ３０は、その回転をパルスにより正確に制御できるため、冷媒の相対的な通過流量を正確に調整することができる。また、本発明の電動膨張弁は、弁本体１１に高圧側通路１２、低圧側通路１３および低圧冷媒通路１４を設けているため構成が簡単となり、受液器４、蒸発器６および冷媒圧縮機２との配管接続が容易に行える。
【００２１】つぎに本発明の電動膨張弁の他の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図２は他の実施形態の冷凍サイクルにおける断面図である。この実施形態は前記した実施形態に対して、弁部材を閉弁方向に移動する移動機構が変更されているので、その構成について詳細に述べるとともに、他の実質的に同等な構成については前記の実施形態と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２２】弁本体１１の高圧側通路１２の下端開口の穴部１２ａの内周に形成された取付雌ねじ部には、下端開口部を閉塞する円柱状のモータ取付部材４０が外周ねじ部により螺着されており、Ｏリング４０ａにより気密が保たれている。モータ取付部材４０は上半部が弁本体１１内に位置しており、下半部は弁本体１１から突出してその外周ねじ部にパルスモータ５０がナット５０ａを介して取付けられている。
【００２３】モータ取付部材４０は中心に貫通穴４１が穿設されており、貫通穴４１にはＯリング４２を介して上下方向に摺動可能に調整軸４３が装着されている。また、モータ取付部材４０の下面には六角穴４４が形成され、この六角穴に六角レンチを挿入してモータ取付部材４０を弁本体１１に取付けることができる。調整軸４３の上端には弁部材１６の受け軸１８の下方開口の円錐穴４５が挿入され対接している。そして、弁部材１６の受け軸１８の段部と高圧側通路１２の上部角部との間に圧縮コイルばね２６が配設されている。
【００２４】パルスモータ５０は上方に取付軸部５１が突出しており、この取付軸部の中心には軸穴５２ａとねじ穴５２ｂとから構成される中心穴５２が形成されている。パルスモータ５０の出力軸に連動する駆動軸５３は上部の軸部、下部の駆動ねじ部および上端に溶着された駆動球部から構成され、軸部は中心穴５２の軸穴５２ａに挿入され、駆動ねじ部はねじ穴５２ｂに螺合している。そして、パルスモータ５０の出力軸が回転すると駆動軸５３は駆動ねじ部とねじ穴５２ｂとにより上下方向に移動し、上端の駆動球部を介して調整軸４３を上下動させる構成である。なお、図示していないが、パルスモータ５０の出力軸と駆動軸５３とは、前記した実施形態と同様に係合片と係合溝のような構成を用いてもよい。
【００２５】前記のように構成される図２の実施形態においては、パルスモータ５０の出力軸が回転すると駆動軸５３が連動して回転され、駆動軸５３は駆動ねじ部により上下動して駆動球部が調整軸４３を上下動させる。これにより弁部材１６が上下動してオリフィス１５に接離し、オリフィス１５の開口面積を変化させて冷媒の通過流量を調整する。
【００２６】パルスモータ５０がＸ方向に正転すると駆動軸５３は上方に移動し、調整軸４３は圧縮コイルばね２６の付勢力に抗してを上方に移動し、弁部材１６がオリフィス１５に接近するためオリフィス１５の開口面積は小さくなり、冷媒の通過流量が少なくなって蒸発器６は高温側に調整される。反対にパルスモータ５０が逆転すると駆動軸５３は下方に移動し、調整軸４３は圧縮コイルばね２６の付勢力に押されて下方に移動し、弁部材１６がオリフィス１５から離反するためオリフィス１５の開口面積は大きくなり、冷媒の通過流量が増加して蒸発器６は低温側に調整される。
【００２７】このようにパルスモータ５０と圧縮コイルばね２６により弁部材１６をオリフィス１５に接離させてオリフィスの開口面積を調整し、冷媒の通過流量を調整することができるため、構成を簡単にすることができる。開口面積の調整は、パルスモータ５０をパルスにより制御するため、正確に行うことができる。
【００２８】また、この実施形態の電動膨張弁も、弁本体１１に高圧側通路１２、低圧側通路１３および低圧冷媒通路１４を設けているため、受液器４、蒸発器６および冷媒圧縮機２との配管接続が容易に行える。押圧部材を圧縮コイルばねで構成して内部にモータの回転を直進運動に変換するねじ機構を設けているので、スペース効率を良くすることができ小型化が図れる。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発明の電動膨張弁は、電動モータを一方に回転させて弁部材を接近させてオリフィスの開口面積を減少させ、他方に回転させることにより開弁方向に付勢された押圧部材により弁部材を離反させてオリフィスの開口面積を増加させることができるため、構成を簡単にすることができる。また、弁本体には高圧側通路、低圧側通路および低圧冷媒通路を設けているため、受液器、蒸発器および冷媒圧縮機との配管接続が容易に行える。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１００２１６６
【氏名又は名称】株式会社不二工機
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１９日（１９９９．５．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】平木 祐輔 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２９２４７（Ｐ２０００−３２９２４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３８８５５ |
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