(57)【要約】【課題】ステッピングモータ式の電動式流量制御弁において、冷暖房運転時には全開状態となり、冷房ドライ運転および暖房ドライ運転時には絞り作用を行う電動式流量制御弁を提供する。【解決手段】ステッピングモータ式の電動式流量制御弁において、ステッピングモータＭの作動で弁体５を回転させ、弁体５に形成したブリード溝２１，２２及び全開用溝５ｄと、一次口１４の開口部１４ａ及び二次口１５の開口部１５ａとの相対位置を変更させることにより、冷媒流量を、「暖房モード」、「冷房モード」、「暖房除湿モード」及び「冷房除湿モード」の各運転モードに適した流量に制御することができるようにした。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータと、該ステッピングモータの回転子に一体的に設けられた弁体と、該弁体を回転可能に収容する弁本体とを備えるとともに該弁本体と前記弁体との間に冷媒通路としての弁室が形成された電動式流量制御弁において、前記弁体が断面三日月状の計量周面部と全開用溝とを備えるとともに前記弁体に軸が取り付けられ、前記弁本体に前記弁体の三日月状の計量周面部が摺動自在に当接する弁座が形成され、前記弁座に少なくとも一次口又は二次口が前記弁室に開口するように設けられ、前記記弁体の計量周面部に複数のブリード溝が上記軸に関して非対称に形成され、前記弁座に開口した前記一次口又は二次口の弁座開口部に冷媒絞り溝が形成されていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の電動式流量制御弁において、前記一次口と二次口とが前記弁本体の左右に互いに対向するように設けられていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電動式流量制御弁において、前記一次口又は二次口の弁座開口部に設けられた前記冷媒絞り溝が、前記開口部の外方に向かって狭くなる断面Ｖ字型に形成されていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動式流量制御弁において、前記ステッピングモータと前記弁本体との間の位置決め用ストッパ部が、前ステッピングモータのケースの蓋体に設けられていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動式流量制御弁において、前記軸が、その下端部を前記弁本体に設けられた軸受けに支持される一方、その上端部を前記ステッピングモータのケースに取り付けられた上側軸受けに支持され、前記上側軸受けと前記弁体との間に弁体押さえ用コイルばねが介装されていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動式流量制御弁において、前記弁体が多孔質材で形成されていることを特徴とする電動式流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル式冷暖房装置における冷媒絞り弁として好適なステッピングモータを備えた電動式流量制御弁に関し、特に冷暖房運転時には全開状態となり、冷房ドライ運転及び暖房ドライ運転時には絞り作用を行う電動式流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来図１に示すような冷凍サイクルを使用した冷暖房装置が一般化している。即ち、この冷凍サイクルは、コンプレッサ１０１、四方切り替え弁１０２、室外側熱交換機１０３、膨張弁１０４、第１室内側熱交換機１０５、第２室内側熱交換機１０６、第１室内側熱交換機１０５と第２室内側熱交換機１０６との間に設けられている、電動式流量制御弁（冷媒絞り弁）１０７とによって構成されている。
【０００３】
このような冷凍サイクル式冷暖房装置の電動式流量制御弁として、ステッピングモータを備えた電動式流量制御弁が用いられている。ステッピングモータを備えた電動式流量制御弁は、ステッピングモータのロータに弁体を一体的に設け、ロータの回転によって弁体が回転することにより弁開度を調節できるようになっている。その１例として、特開平８−３１２８２２号公報に記載されたものがある。
【０００４】
この電動式流量制御弁は、図１０に示すように、永久磁石０１１を有するロータ０９と一体的に回転する軸０３とによってステッピングモータの回転部０３０を構成し、この回転部０３０を弁本体０１および密閉型ケース０６によって形成される密閉空間に配設し、軸０３に弁体０３ａを形成し、弁本体０１に設けられている弁ポート０１ｃと弁ポート０１ｃに対向する弁体０３ａの周面とによって形成される隙間を、弁体０３ａの軸０３の軸線に垂直な断面形状にしたがってロ−タ０９の回転により変化させることにより冷媒流量を制御できるようになっている。またこの電動式流量制御弁では、一次口０１ａと弁ポート０１ｃに開口する二次口０１ｂとが、弁本体０１に互いに直交するように取り付けられており、更に回転部０３０はガイド部０１ｇだけで支持される構成となっている。符号０７はコイル、０８はケース、Ｍはステッピングモータを示している。
【０００５】
更に、特開２０００−１１１２０９号公報に記載されている電動式流量制御弁もある。この電動式流量制御弁は、図１１に示すように、合成樹脂製のロータ０４３とマグネット０４０とをロータ０４３の樹脂成形時に一体成形し、ロータ０４３とマグネット０４０との間に隙間を生じないようにするとともに、キャン０３９の上蓋部の中心に支持凹部０６７を形成し、ガイド部材０６８の突出部を嵌合し、そのガイド部材０６８の下端にニードル弁体０４１を備えたピン０４２の上端部を摺動自在に支持させて、ロータ組立体０５６の回転支持部分Ｌｂ間にロータ振れ回り部Ｌａが存在するように構成している。この電動式流量制御弁も一次口０３３と弁ポート０３６に開口する二次口０３５とが、弁本体０３２に互いに直交するように取り付けられており、さらに回転部０３０はガイド部０５１だけで支持される構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の電動式流量制御弁は、いずれも一次口と二次口０３５とが、弁本体に互いに直交するように取り付けられる構成であるため、冷媒の流通抵抗が大きく、更に冷媒の流れにともなって騒音が発生し易いという課題がある。また回転部は、一か所のガイド部だけで支持される構成となっているため、ふらつき易く、これが騒音発生の原因となるばかりか冷媒流量の制御が不安定となるなどの課題がある。
また、これらの電動式流量制御弁は、熱リサイクル方式の除湿機能を備えたシステムについて考慮されておらず、このような電動式流量制御弁を熱リサイクル方式の除湿機能を備えた冷凍サイクル式空気調和装置の除湿弁として用いた時、冷房除湿運転や暖房除湿運転は可能であるが、全開時の圧損が大きいため、通常の冷暖房運転時の能力は、著しく低下してしまうという課題がある。
【０００７】
本発明は、従来のステッピングモータを備えた電動式流量制御弁の上記のような不都合な点を解消するとともに、冷凍サイクル式冷暖房装置における冷媒絞り弁として好適で、しかも冷暖房運転時には全開状態となり、更に冷房除湿運転時にはブリード量が多く、暖房除湿運点時にはブリード量が少なくなるような絞り作用を行う電動式流量制御弁を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステッピングモータの作動で弁体を回転させ、弁体に形成したブリード溝及び全開用溝と、一次口の開口部及び二次口の開口部との相対位置を変更させることにより、冷媒の流量を「暖房モード」、「冷房モード」、「暖房除湿モード」及び「冷房除湿モード」の各運転モードに適した流量に制御することができるようにして課題解決の手段としている。
【０００９】
また、本発明は、前記一次口と二次口とを前記弁本体の左右に互いに対向するように設けて、弁開時の冷媒流通抵抗を低減して冷媒流通音の低減化をはかるようにして課題解決の手段としている。
【００１０】
更に、本発明は、弁体に設けられた軸を、その下端部を上記弁本体に設けられた軸受けに支持させる一方、その上端部をステッピングモータのケースに取り付けられた上側軸受けに支持させ、かつ、上側軸受けと弁体との間に弁体押さえ用のコイルばねを介装することにより、弁体の回転時における軸振れを抑制するようにして課題解決の手段としている。
【００１１】
また、本発明は、弁体を多孔質材で形成することにより、冷房除湿運転及び暖房除湿運転時での冷媒通過音の低減を可能にして課題解決の手段としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
図１は図２に示す電動式流量制御弁が適用される冷凍サイクルの模試構成図、図２は本発明の一実施形態としての電動式流量制御弁の側断面図、図３は同平面図、図４は同主要部の側断面図、図５は図４の一部を拡大して示す側断面図、図６は図４のＣ−Ｃ断面図、図７は同弁体の断面三日月状の計量周面部を示す断面図、図８は同弁座に設けられているＶ字型の冷媒絞り溝の拡大図、図９は作動説明図である。
【００１３】
この実施形態の電動式流量制御弁も、図１に示した冷凍サイクルの模試構成図において、冷凍サイクルの電動式流量制御弁１０７として使用されるもので、図２に示す電動式流量制御弁の側断面図及び図４に示す主要部の側断面図においてステッピングモータＭと弁本体８とによって構成されており、そのステッピングモータＭは上記の従来のステッピングモータとほぼ同一の構成となっている。即ち、図２乃至図４に示すように、この電動式流量制御弁は、金属製の弁本体８を有し、弁本体８は弁室１３を備え、弁室１３の左右には、一次口１４と二次口１５とが互いに対向するように取り付けられている。一次口１４と二次口１５との弁室１３への開口部１４ａ，１５ａには、後述の断面三日月状の計量周面部５ｃと協働して弁作用を行う弁座１６，１７が形成されている。
弁本体８の上部にはケース２が取り付けられていて、ケース２内にステッピングモータＭのマグネット６が回転可能に配置され、ケース２の外側に円筒状のコイル１２が配置されている。
【００１４】
マグネット６は、中心部に中央孔６ａを有する円筒状をなしており、この中央孔６ａには、弁体５の頭部５ａが挿入されている。マグネット６の中央孔６ａには凹部６ｂが形成されており、この凹部６ｂに弁体５の頭部５ａ嵌合していて、これにより、マグネット６と弁体５とがキー係合状態で係合している。これにより、マグネット６と弁体５との回転方向の位置決めが行われると同時に、マグネット６と弁体５とがトルク伝達関係で結合される構成となっている。
【００１５】
弁体５は、弁本体８の弁室１３に回転可能に嵌合しており、一次口１４と二次口１５とに対向する外周面に、偏心して形成された断面三日月状の計量周面部５ｃと、全開用溝５ｄとを形成され、回転することにより、一次口１４と二次口１５との連通・遮断および弁開度（連通度）を変化できるようになっている。弁体５の中心部には、金属製の軸４が貫通して設けられていて、軸４の下端部は弁本体８に形成された軸受け部８ａに回転可能に支持されている。軸４の上端部は、ケース２内の上部に設けられている上側軸受け１に回転可能に支持されている。このように、軸４は上下両端部で支持される構成となっていて、この構成により弁体５の回転時における軸振れを抑制することができる。
【００１６】
弁室１３の底面に弁体５のストッパピン１０が取り付けられている。符号３は上側軸受け１とマグネット６との間に介装されたマグネット押さえ用のコイルばねを示しており、コイルばね３でマグネット６を押さえる構成と軸４を上下両端部で支持する構成とにより、作動音を低減することができるようになっている。符号１１はスプリングピンを示している。また、符号７はケース２の蓋体を示しており、この蓋体７に、図４に示すように、ストッパ部７ａ，７ｂが設けられている。このストッパ部７ａは、組み立て時弁本体８の上面環状部８ｂに形成された係合凹部に嵌入して、弁本体８に対するケース２の位置決めが行えるようになっている。また、図６に示すように、ストッパ部７ａは１か所にだけ設けてもよい。
【００１７】
電動式流量制御弁の主要部を拡大して示す側断面図である図５、弁体の断面三日月状の計量周面部を示す断面図である図７及び弁座に設けられているＶ字型の冷媒絞り溝の拡大図である図８に示すように、弁体５の計量周面部５ｃの外周面に、２本のブリード溝２１，２２が設けられている。２本のブリード溝２１，２２は軸４に関し偏心した位置に設けられている。更に、弁座１６，１７には、その各円周面に、開口部１４ａ，１５ａの外方に向かって浅くなる断面Ｖ字型の冷媒絞り溝１８，１８がそれぞれ形成されている。
【００１８】
次に作動について説明する。
図９（ａ）〜（ｃ）はステッピングモータＭの作動による弁体５の回転位置を示す作動説明図で、（ａ）は初期（０パルス時）から弁体５が反時計方向に４パルス分回転した状態を示している。このとき、弁体５の断面三日月状の計量周面部５ｃに形成されているブリード溝２２のみが一次口１４の開口部１４ａに連通することとなり、冷媒は矢印Ｘの方向に流れて冷凍サイクルは、「暖房除湿モード」となる。
【００１９】
ステッピングモータＭへのパルス数が増えると、弁体５は更に反時計方向に回転する。（ｂ）は初期から２２パルス分回転した状態を示している。このとき、弁体５の断面三日月状の計量周面部５ｃは、一次口１４の開口部１４ａ及び二次口１５の開口部１５ａと対向する位置から離れるため、一次口１４と二次口１５とは、弁体５の全開用溝５ｄを介して連通することになり、冷媒は矢印Ｙａ方向又はＹｂ方向に流れて冷凍サイクルは、「暖房モード」又は「冷房モ−ド」となる。この「暖房モード」又は「冷房モード」時、弁体５による冷媒の絞り作用は行われず、冷媒は一次口１４と二次口１５との間を弁体５を直線状に通過する。したがって、一次口１４と二次口１５とが直線状に配設されていることと相まって、冷媒の流通抵抗を極めて低くすることができ、冷媒通過音の抑制化が可能になる。
【００２０】
ステッピングモータＭへのパルス数をさらに増加すると、弁体５は更に反時計方向に回転する。（ｃ）は初期から３９パルス分回転した状態を示している。このとき、弁体５の断面三日月状の計量周面部５ｃに形成されているブリード溝２１，２２が二次口１５の開口部１５ａに連通することとなり、冷媒は矢印Ｚの方向に流れて冷凍サイクルは「冷房除湿モード」となる。この「冷房除湿モード」では２本のブリード溝２１、２２が二次口１５の開口部１５ａに連通するので、冷媒の流量は暖房除湿モード時よりも多くなり、冷房除湿モードに適した流量が得られる。なお、上記の暖房除湿モード時および冷房除湿モード時に、ブリード溝２１，２２のほか、弁座開口部に設けられた断面Ｖ字型の冷媒絞り溝１８を介して一定量の冷媒流量が確保されている。
【００２１】
このようにして、この実施形態の電動式流量制御弁では、ステッピングモータＭの作動によって弁体５を回転させ、弁体５に形成したブリード溝２１，２２及び全開用溝５ｄと、一次口１４の開口部１４ａ及び二次口１５の開口部１５ａとの相対位置を変更させることにより、「暖房モード」、「冷房モード」、「暖房除湿モード」及び「冷房除湿モード」の各運転モードに適した冷媒流量を得る
ことができる。
【００２２】
上記の例では、弁体５にブリード溝２１，２２を形成して冷媒流量の制御を行っているが、これの変形例として、弁体５全体を多孔質材で成形するようにしてもよい。多孔質材としては、発泡金属、メッシュデミタス、焼結多孔金属、発泡セラミック、焼結多孔セラミックなどが好適である。このような多孔質材で弁体５全体を成形するとき、ブリード溝を設けることなく、同様の機能を備えた電動式流量制御弁を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電動式流量制御弁によれば、以下のような効果が得られる。
（１）ステッピングモータの作動で弁体を回転させ、弁体に形成したブリ−ド溝及び全開用溝と、一次口の開口部及び二次口の開口部との相対位置、弁座開口部のＶ溝の有無及びＶ溝の形状を変更させることにより、「暖房モード」、「冷房モード」、「暖房除湿モード」及び「冷房除湿モード」の各運転モードに適した冷媒流量に制御することができる。
（２）一次口と二次口とを、弁本体の左右に互いに対向するように設けたことにより、一次口と二次口とが弁室を介して一直線状に配設されていることになり、弁開時における冷媒の流通抵抗を極めて低くすることができ、冷媒通過音の抑制化が可能となる。
（３）ステッピングモータと上記弁本体との間の位置決め用ストッパ部をステッピングモータのケースの蓋体に設けたことにより、位置決めを容易に行うことができる。
（４）回転子、即ち弁体に取り付けた軸が、その下端部を弁本体に設けられた軸受けに支持される一方、その上端部をステッピングモータのケースに取り付けられた上側軸受けに支持されるようにし、かつ、上側軸受けと回転子との間に回転子押さえ用のコイルばねを介装した構成により、弁体の回転時における軸振れを抑制することができ、騒音の抑制と冷媒流量の正確な制御とが可能になる。
（５）弁体を多孔質材で形成することにより、上記ブリード溝を省略しても同様の機能を有する電動式流量制御弁を得ることができ、冷媒通過音の低減化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に示す電動式流量制御弁が適用される冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としての電動式流量制御弁の側断面図である。
【図３】同平面図である。
【図４】同主要部の側断面図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す側断面図である。
【図６】他の電動式流量制御弁の図４のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】同弁体の断面三日月状の計量周面部を示す断面図である。
【図８】同弁座に設けられているＶ字型の冷媒絞り溝の拡大図である。
【図９】同作動説明図である。
【図１０】従来の電動式流量制御弁の側断面図である。
【図１１】従来の他の電動式流量制御弁の側断面図である。
【符号の説明】
１      上側軸受け
２      ケース
３      コイルばね
４      軸
５      弁体
５ｃ    計量周面部
５ｄ    全開用溝
６      マグネット
７      蓋体
７ａ    ストッパ部
８      弁本体
１０    ストッパ
１１    スプリングピン
１２    コイル
１３    弁室
１４    一次口
１５    二次口
１６，１７  弁座
１８    Ｖ字溝
２１，２２  ブリード溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006291976.tif 000009
【図８】
2006291976.tif 000010
【図９】
2006291976.tif 000011
【図１０】
2006291976.tif 000012
【図１１】
2006291976.tif 000013