| 【発明の名称】 |
電動膨張弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】高見 治
【氏名】豊田 和政
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】下方の開口を拡開して段付き部(１ａ)を形成すると共に上面の中心部に軸受部(１ｂ)を形成してなる筒状の密閉ケース（１）と、中心にシャフトの軸孔（２ａ）を設けると共に中心から離れた下面に弁体の上軸穴（２ｂ）が設けられ前記ケースの段付き部(１ａ)に固定される円板状のプレート（２）と、下端部が前記シャフトの軸孔（２ａ）に嵌め込まれると共にその先端部に小さな歯車（３）が設けられ、シャフトの上端部が圧縮コイルばね（４）を介してケースの軸受部(１ｂ)に嵌め込まれるロータシャフト（５）と、前記ロータシャフト（５）に回転保持されたロータ（６）と、前記プレート（２）に設けられた弁体の上軸穴（２ｂ）と対応する位置に下軸穴（７ａ）を設けると共に該下軸穴（７ａ）より偏心させて第一通路(８)に連通する弁口(９)を設け、さらに適宜な位置に第二通路(１０)に連通する連通孔(１１)を設け、前記ケース下端の開口部に固定される円板状の弁座シート（７）と、軸（１２ａ）の回りに前記シャフトの小さな歯車（３）と噛み合う歯車（１２ｃ）を設けると共に前記弁座シート（７）と接する面側には流量を制御する弁体（１２ｄ）を設け、軸（１２ａ）の上端部が圧縮コイルばね（１３）を介して弁体の上軸穴（２ｂ）に嵌め込まれると共に、軸（１２ａ）の下端部が前記弁座シートの下軸穴（７ａ）に嵌め込まれるようにした弁本体(１２)と、前記密閉ケース（１）の外周部に固定される固定コイル(１４)とにより構成し、前記ロータ(６)の回転を、シャフト（５）下端部の小さな歯車（３）と弁本体(１２)の歯車（１２ｃ）とによって減速し、弁本体(１２)の１回転未満にて弁口（９）の開度を制御するようにしたことを特徴とする電動膨張弁。
【請求項２】前記弁座シート（７）の上面に接する弁体（１２ｄ）の形状を、弁口(９)を全面覆うのに十分な半径から弁口を面開口するのに十分な半径まで変化させたカム板形状としたことを特徴とする請求項１記載の電動膨張弁。
【請求項３】前記の弁本体にカップ状の受け部（１２ａ）を形成し、その内面にシャフトの小さな歯車（３）とかみ合う内歯車（１２ｃ’）を設けたことを特徴とする請求項１及び請求項２記載の電動膨張弁。
【請求項４】前記カップ状の受け部（１２ａ）上面の一部分を上方に延長させて係止片（１２ｅ）を設けると共に、該係止片（１２ｅ）の回転軌跡上に位置するプレート（２）の下面にはストッパー（２ｃ）を設けたことを特徴とする請求項１、２および請求項３記載の電動膨張弁。
【請求項５】前記弁体（１２ｄ）の形状を円板状に形成し、該弁体（１２ｄ）の下面には、弁軸と弁口の距離を半径とし一端部を弁体の外周部に連通させるようにした円弧状の溝(１４)を設け、その溝(１４)が弁口(９)にかかっていない位置から、弁口(９)より大きい最大幅、深さの位置まで変化付けさせた流路としたことを特徴とする請求項１、３および請求項４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、ルームエアコンやカーエアコンなどの冷凍サイクル中に用いられる電子制御膨張弁、あるいは一般の産業分野でマイコンと組合せて使用させる比例制御弁として利用される電動膨張弁に関し、特にステッピングモータに減速機構を取付けることにより電気的な分解能を向上させ、この減速機を介して駆動される弁体の形状を形成することにより、弁口の開度を制御する様にした電動膨張弁である。
【０００２】従来、ステッピングモータと弁を組み合せてマイコンにより制御する電動膨張弁として、各種のものが考案されている。図９は、実公平３−３６７７０号公報（以下、便宜的に直動ニードル弁ステッピングモータ方式という。）に開示された従来の電動膨張弁の構造であり、以下にその構成を説明する。従来の直動ニードル弁ステッピングモータ方式の電動膨張弁は、非磁性体からなる円筒状ケース２１の外周部に固定した固定子コイル２への通電により、弁軸３と一体的に形成したモータの回転子２４を回転させ、この回転を弁軸２３に形成しおねじ２５と、これに螺合する推進軸受２６のめねじ２７とにより弁軸２３の直線運動に変換させて、弁軸２３の先端に形成したニードル弁２８により弁の開口度を制御させるようになっている。
【０００３】また、弁本体２９は、前記ケース２１の下端部に設けられているものであり、該弁本体２９は、第１の通路３０、第２の通路３１が設けられると共に両通路間にはオリフィス３２と弁座３３が設けられ、さらに弁本体２９の中心部にはチャンバー３４が設けられている。そして、該チャンバー３４には前記の推進軸受２６が圧入固定されるようになっている。
【０００４】また、前記回転子２４と一体的に形成されたロータースリーブ３５は、その内周面に、一個所だけ半径方向に突出させて凸部３６（板状のストッパー片）が設けられている。
【０００５】蓋３７は、前記ケース２１の上端部に設けられているものであり、該蓋３７の内面には、中心部より離して止めピン３８が前記凸部３６の中ほどに達する位置まで垂下させて固定されている。
【０００６】そして、モータの回転子２４の１回転未満の範囲において、前記止めピン３８と凸部３６の側面を当接させることにより弁軸２３すなわち、ニードル弁２８の動きを規制するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従来の直動ニードル弁ステッピングモーターは、弁軸２３の１回転未満の回転にてニードル弁２８を制御するものであるから、せいぜい数十パルス程度の電気的分解能しか得られなかった。たとえば回転子が１２極に着磁された永久磁石だと、コイルへの通電制御を１−２相励磁にして分解能を大きくしても１回転／４８パルスであるためストッパーの巾等を勘案するとせいぜい４０パルス程度の分解能しか得られなかった。また、ニードル弁方式の為、精度が必要となる為、コスト高となる推進部のおねじ、めねじを形成しなければならなかった。
【０００８】一方、ルームエアコン等ではコンプレッサーのインバータ化が進んでおりコンプレッサーの回転や、冷暖房負荷の変動に細かく追従してより低入力で冷暖房をする方向にあるが、そのためには膨張弁の弁開度を細かく制御すなわち分解能を高くすることが必要となり、分解能としては数百パルスたとえば５００パルスくらいに設定して対応している。
【０００９】その具体的手段としては前記ロータを用いた場合１０回転させて５００パルス近くの電気的な分解能を得る方法がとられている。その外の電気的な分解を高める手段としては、「マイクロステップ駆動」のように回転子が極間を移動する間のコイル通電をデューティー制御して分解能を高くする方法があり、カメラの焦点距離調整等に実用化されているが、常時通電となるため省エネルギーに反し、ルームエアコンのような制御としては適さない。
【００１０】また、従来の構造ではステッピングモータの回転軸で直接ニードル弁を回転駆動させる為に推進力が必要で、その分モータ部の大型化になる問題があった。また、おねじ、推進軸受けのコスト高が問題であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ロータのシャフトの下端部に形成した小さな歯車と弁本体に形成した歯車とによって減速機構を構成させ、また、前記弁本体の弁座シートと接する面側には回転のみで制御する弁体を設けて弁本体の１回転未満にて弁口の開度を制御するようにしたものである。その効果としては電気的・幾何学的な分解能を高く保ったまま、モータ部の小型化を実現させるとともに、ストッパー機構部を簡素化し、小型で廉価な制御弁の提供を目的とするものである。
【００１２】請求項１記載の電動膨張弁は、下方の開口を拡開して段付き部１ａを形成すると共に上面の中心部に軸受部１ｂを形成してなる筒状の密閉ケース１と、中心にシャフトの軸孔２ａを設けると共に中心から離れた下面に弁体の上軸穴２ｂが設けられ前記ケースの段付き部１ａに固定される円板状のプレート２と、下端部が前記シャフトの軸孔２ａに嵌め込まれると共にその先端部に小さな歯車３が設けられ、シャフトの上端部が圧縮コイルばね４を介してケースの軸受部１ｂに嵌め込まれるロータシャフト５と、前記ロータシャフト５に回転保持されたロータ６と、前記プレート２に設けられた弁体の上軸穴２ｂと対応する位置に下軸穴７ａを設けると共に該下軸穴７ａより偏心させて第一通路(８)に連通する弁口９を設け、さらに適宜な位置に第二通路１０に連通する連通孔１１を設け、前記ケース下端の開口部に固定される円板状の弁座シート７と、軸１２ａの回りに前記シャフトの小さな歯車３と噛み合う歯車１２ｃを設けると共に前記弁座シート７と接する面側には流量を制御する弁体１２ｄを設け、軸１２ａの上端部が圧縮コイルばね１３を介して弁体の上軸穴２ｂに嵌め込まれると共に、軸１２ａの下端部が前記弁座シートの下軸穴７ａに嵌め込まれるようにした弁本体１２と、前記密閉ケース１の外周部に固定される固定コイル１４とにより構成し、前記ロータ６の回転を、シャフト５下端部の小さな歯車３と弁本体１２の歯車１２ｃとによって減速し、弁本体１２の１回転未満にて弁口９の開度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】また、請求項２記載の電動膨張弁は、前記弁座シート７の上面に接する弁体１２ｄの形状を、弁口９を全面覆うのに十分な半径から弁口を面開口するのに十分な半径まで変化させたカム板形状としたことを特徴とする請求項１記載のものである。
【００１４】また、請求項３記載の電動膨張弁は、前記の弁本体にカップ状の受け部１２ａを形成し、その内面にシャフトの小さな歯車３とかみ合う内歯車１２ｃ’を設けたことを特徴とする請求項１及び請求項２記載のものである。
【００１５】また、請求項４記載の電動膨張弁は、前記カップ状の受け部（１２ａ）上面の一部分を上方に延長させて係止片（１２ｅ）を設けると共に、該係止片（１２ｅ）の回転軌跡上に位置するプレート（２）の下面にはストッパー（２ｃ）を設けたことを特徴とする請求項１、２および請求項３記載のものである。
【００１６】また、請求項５記載の電動膨張弁は、弁体１２ｄの形状を円板状に形成し、該弁体１２ｄの下面には、弁軸と弁口の距離を半径とし一端部を弁体の外周部に連通させるようにした円弧状の溝１４を設け、その溝１４が弁口９にかかっていない位置から、弁口９より大きい最大幅、深さの位置まで変化付けさせた流路としたことを特徴とする請求項１、３および請求項４記載のものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の電動膨張弁の縦断側面図を示すものであり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図、図４は、弁体の斜視図である。本発明の電動膨張弁は、密閉ケース１と円板状のプレート２とロータシャフト５とロータ６と弁座シート７と弁本体１２と固定コイル１４とにより構成される。
【００１８】前記密閉ケース１は、非磁性体の筒状のケースであり、下方の開口部分が拡開されて段付き部１ａが形成され、また、ケース１上面の中心部には軸受部１ｂが形成されている。
【００１９】円板状のプレート２は、前記ケースの段付き部１ａに圧入等で固定され、後述のロータのシャフト５並びに弁本体１２の軸受機能を果たすためのものであり、このプレート２の中心にはロータシャフトを軸支するための軸孔２ａが設けられ、また、プレート２の下面側には、中心から離れた位置に弁本体の上軸穴２ｂが設けられている。なお、図中、１１は連通孔である。
【００２０】ロータシャフト５は、その下端部が前記の軸孔２ａに嵌め込まれると共に、前記のプレート２の下面より突出する先端部には小さな歯車３が設けられている。また、シャフトの上端部は、圧縮コイルばね４を介してケースの軸受部１ｂに嵌め込まれ、この圧縮コイルばね４によってロータシャフト５が円板状のプレート２側に押し付けられるようになっている。
【００２１】ロータ６は、中心部にロータシャフト７が回転保持され、この状態にて前記密閉ケース１に収納されるようになっている。
【００２２】円板状の弁座シート７は、前記ケース下端の開口部に固定されるものであり、該弁座シート７は、前記プレート２に設けられた弁本体の上軸穴２ｂと対応する位置に下軸穴７ａが設けられている。さらに弁座シート７の適宜な位置には連通孔１１が設けられ、該連通孔１１は第二通路１０に連通するようになっている。
【００２３】弁本体１２は、軸１２ａの回りに前記の小さな歯車３と噛み合う歯車１２ｃが形成されている。また、前記弁本体１２の弁座シート７と接する面側には弁口を全面覆うのに十分な半径から、弁口を全面開口するのに十分な半径まで変化付けさせたカム板形状の弁体１２ｄが設けられている。また、前記弁本体の軸１２ａは、その上端部が圧縮コイルばね１３を介して弁体の上軸穴２ｂに嵌め込まれると共に、軸１２ａの下端部が前記弁座シートの下軸穴７ａに嵌め込まれるようになっている。この弁本体１２は、例えば樹脂成形により一体的に成形したものである。なお、前記の歯車１２ｃは、前記シャフトの小さな歯車３と噛み合わせることによって、前記ロータ６の回転を弁本体１２に伝達するに際し減速できるようになっている。
【００２４】固定コイル１５は、前記密閉ケース１の外周部に固定されている。なお、この固定コイル１５の励磁によって、前記ロータ６が回転し、ロータシャフト５下端部の小さな歯車３と弁本体１２の歯車１２ｃが噛み合って弁本体１２が減速して回転し、弁本体１２の１回転未満にて弁口９の開度が制御できるようになっている。
【００２５】また、本発明の電動膨張弁においては、必要に応じてストッパー機構を設けることができる。例えば、前記の弁本体１２側の上面に一部分を上方に延長させて係止片１２ｅを形成する。一方、前記係止片１２ｅの回転軌跡上に位置するプレート２の下面にはストッパー２ｃを設ける。そうすると、歯車１２ｃの１回転未満で弁本体１２の回転を停止させることができる。
【００２６】図５は、本発明の他の実施例を示す電動膨張弁の縦断面側面図を示すものであり、第６図は、図５のＣ−Ｃ断面図であ。図５に示す電動膨張弁では、弁本体１２を除く他の部品構成は図１に示したものと同一である。弁本体１２は、軸１２ａの回りにカップ状の受け部１２ｂが形成され、該カップ状の受け部１２ｂの内面には、内歯車１２ｃ’が形成されている。このように歯車を内歯車とすることによりケース内のスペースが有効に活用でき、密閉ケース１の外形寸法を小さくすることができる。
【００２７】また、弁体１２ｄは円板状に形成されており、この円板状の弁体１２ｄは、図７の弁座シート部７と接する面側の弁体形状図に示すように、その下面に、弁軸１２ａと弁口９の距離を半径とし一端部を弁体の外周部に連通させるようにした円弧状の溝１４を設け、その溝１４の流路が弁口９にかかっていない位置から、弁口９より大きい最大幅、深さの位置まで変化するようになっている。また、ストッパー機構としては、前記カップ状の受け部１２ｂ上面の一部分を上方の延長させて係止片１２ｅを形成させている。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明の電動膨張弁で用いるモータは、ステッピングモータに他の部品と共用できる減速機構を取付けることにより電気的な分解能やモーターのトルクを向上させるものであるから、モーターが小型化できコストの低減を図ることができる。また、減速機を介して駆動される弁体の形状を樹脂成形等により一体的形成して、弁口の開度を制御する様にしたことにより、おねじ、軸受めねじ、ニードルがいらなくなり、コスト低減ができるのである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２０４０３３
【氏名又は名称】太平洋工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月９日（１９９９．６．９） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２２７（Ｐ２０００−３４６２２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１６１８７９ |
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