(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入出ポートと第２の入出ポートとを貫通形成された下蓋部材と、
前記下蓋部材に気密接続されたキャップ状のロータケースと、
前記ロータケース内に回転可能に設けられた多極マグネット付きのロータと、
前記ロータケースの外側に装着され、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータコイル組立体と、
前記ロータケース内にあって前記下蓋部材に固定され、両端を端板により閉じられ、一方の端板に前記第１の入出ポートと直接連通する第１の弁ポートを貫通形成され、他方の端板に前記ロータケースの内部空間を介して前記第２の入出ポートと連通する第２の弁ポートを貫通形成され、内部に弁室を画定する円筒状ケースと、
前記円筒状ケース内に回転可能に、且つ回転軸線方向に移動可能に設けられた回転弁体とを有し、
前記回転弁体は、前記他方の端板の中心貫通孔を介して前記ロータに対して前記回転軸線方向に摺動可能に回転方向で係合され、
前記第１の入出ポートの圧力と前記第２の入出ポートの圧力との差圧によって前記回転弁体が回転軸線方向に移動し、当該差圧の方向によって前記回転弁体の端面が当該端面と対向する前記一方の端板と前記他方の端板との何れか一方に押付けられ、該端面が押付けられた側の前記端板の前記第１の弁ポートあるいは前記第２の弁ポートを前記ロータにより回転駆動された前記回転弁体の回転変位量に応じて開閉し、
前記ロータは前記ロータケースの円筒部内に無軸受けの自由状態で回転可能に設けられ、ステータコイル組立体のステータコイルのディテントトルクあるいは磁力によって前記ロータがロータケース中心位置で静定回転する電動制御弁。
【請求項２】
前記回転弁体の端面に段差面による流量計量形状部が形成され、前記回転弁体の回転変位量に応じて変化する前記流量計量形状部と前記第１の弁ポートあるいは前記第２の弁ポートとの重畳度合いにより流量制御を定量的に行う請求項１記載の電動制御弁。
【請求項３】
前記下蓋部材と前記ロータとに当該ロータの正逆両最大回転位置を設定する衝突当たり式のストッパが設けられ、前記ステータコイル組立体は前記ロータケースの外側に抜き差し可能に装着され、前記下蓋部材と前記ステータコイル組立体とに当該ステータコイル組立体の前記下蓋部材に対する周方向の取付位置を決める位置決め係合部が設けられている請求項１または２記載の電動制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動制御弁に関し、特に、蒸気圧縮式冷房・暖房回路において冷媒流量を可逆制御する回転弁体式（１回転式）の可逆電動制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクル装置で使用される１回転式の電動制御弁（回転式コントロールバルブ）としては、特開平８−３１２８２３号公報に示されているように、偏心外周面を有した円柱状弁体が円形の横断面形状を有する弁室内に自身の中心軸線周りに回転可能に配置され、前記弁室の周面に対して入口ポートと出口ポートとが開口し、円柱状弁体が自身の中心軸線の周りに回転することにより、円柱状弁体の偏心外周面と弁室の内周面との間の径方向の間隙寸法、換言すれば、入口ポートと出口ポートとの間の連通度が変化し、これに応じて入口ポートと出口ポートとの間の流量を定量的に制御する電動制御弁が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電動制御弁は、円柱状弁体の回転摺動周面に入口ポート、出口ポートがあるため、全閉状態を基本的に得ることができず、システム目的によって用途が限られる。また、流量計量部の構造上、大流量の流量制御には不向きであり、しかも、流体圧力差、流体流れが円柱状弁体の回転方向に作用し、円柱状弁体の所定の回転位置を静止維持するためには、ステータコイルへの通電を常時行わなくてはならない。このため、消費電力が大きく、省エネルギ化に反する。
【０００４】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、双方向の流量制御を可逆に定量的に制御できると共に全閉状態を得ることができ、コンパクト設計によって大流量の流量制御にも対応でき、また、弁体の駆動必要トルクが小さく、弁体を所定の回転位置に保持する保持電力を必要とすることもなく、省エネルギ性に優れ、また、弁駆動用モータのステータコイル組立体の交換等も容易に行えるコンパクトで、安価な電動制御弁を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による電動制御弁は、第１の入出ポートと第２の入出ポートとを貫通形成された下蓋部材と、前記下蓋部材に気密接続されたキャップ状のロータケースと、前記ロータケース内に回転可能に設けられた多極マグネット付きのロータと、前記ロータケースの外側に装着され、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータコイル組立体と、前記ロータケース内にあって前記下蓋部材に固定され、両端を端板により閉じられ、一方の端板に前記第１の入出ポートと直接連通する第１の弁ポートを貫通形成され、他方の端板に前記ロータケースの内部空間を介して前記第２の入出ポートと連通する第２の弁ポートを貫通形成され、内部に弁室を画定する円筒状ケースと、前記円筒状ケース内に回転可能に、且つ回転軸線方向に移動可能に設けられた回転弁体とを有し、前記回転弁体は、前記他方の端板の中心貫通孔を介して前記ロータに対して前記回転軸線方向に摺動可能に回転方向で係合され、前記第１の入出ポートの圧力と前記第２の入出ポートの圧力との差圧によって前記回転弁体が回転軸線方向に移動し、当該差圧の方向によって前記回転弁体の端面が当該端面と対向する前記一方の端板と前記他方の端板との何れか一方に押付けられ、該端面が押付けられた側の前記端板の前記第１の弁ポートあるいは前記第２の弁ポートを前記ロータにより回転駆動された前記回転弁体の回転変位量に応じて開閉し、前記ロータは前記ロータケースの円筒部内に無軸受けの自由状態で回転可能に設けられ、ステータコイル組立体のステータコイルのディテントトルクあるいは磁力によって前記ロータがロータケース中心位置で静定回転する。
【０００６】
上述のように構成された電動制御弁によれば、第１の入出ポートの圧力が第２の入出ポートの圧力より高い状態では、その差圧によって回転弁体の端面が円筒状ケースの他方の端板に押付けられ、この状態で回転弁体がロータによって回転駆動されることにより回転弁体の端面が円筒状ケースの他方の端板に対して摺動し、回転弁体の回転変位量に応じて第２の弁ポートを開閉する。これに対し、第２の入出ポートの圧力が第１の入出ポートの圧力より高い状態では、その差圧によって回転弁体の端面が円筒状ケースの一方の端板に押付けられ、この状態で回転弁体がロータによって回転駆動されることにより回転弁体の端面が円筒状ケースの一方の端板に対して摺動し、回転弁体の回転変位量に応じて第１の弁ポートを開閉する。また、回転弁体は、他方の端板の中心貫通孔を介してロータに対して回転軸線方向に摺動可能に回転方向で係合されていて、ロータにより回転駆動されるが、第１の入出ポートの圧力と第２の入出ポートの圧力との差圧とその方向によって回転弁体が無軸受けの自由状態で回転可能なロータに対して回転軸線方向に単独に摺動して移動する。
【０００７】
また、この発明による電動制御弁は、前記回転弁体の端面に段差面による流量計量形状部が形成され、前記回転弁体の回転変位量に応じて変化する前記流量計量形状部と前記第１の弁ポートあるいは前記第２の弁ポートとの重畳度合いにより流量制御を定量的に行う。
【０００８】
また、この発明による電動制御弁は、前記下蓋部材と前記ロータとに当該ロータの正逆両最大回転位置を設定する衝突当たり式のストッパが設けられ、前記ステータコイル組立体は前記ロータケースの外側に抜き差し可能に装着され、前記下蓋部材と前記ステータコイル組立体とに当該ステータコイル組立体の前記下蓋部材に対する周方向の取付位置を決める位置決め係合部が設けられている。
【０００９】
この発明による電動制御弁によれば、衝突当たり式のストッパ下蓋部材に対するロータの正逆両最大回転位置、つまり、回転弁体の全開位置、弁閉位置が決まり、位置決め係合部によって下蓋部材に対するステータコイル組立体の周方向の取付位置が決まり、このことにより、回転弁体の全開位置、弁閉位置を得るモータ励磁位相が決まる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図４はこの発明による電動制御弁の一つの実施の形態を示している。
【００１２】
電動制御弁は、図１に示されているように、ステンレス鋼製の円盤状の下蓋部材１１と、下蓋部材１１上に周縁を溶接等によって気密接続されたキャップ状のロータケース１２とを有し、内部に密閉構造のロータ室１３を画定している。
【００１３】
下蓋部材１１には各々継手管１４、１５を接続された第１の入出ポート１６と第２の入出ポート１７とが貫通形成されている。
【００１４】
ロータケース１２は、円筒部１２Ａと天蓋部１２Ｂとを有し、全体を非磁性材料により構成されている。ロータ室１３にはロータ１８が回転可能に設けられている。ロータ１８は、外周面を多極着磁（図示省略）されて多極マグネット付きロータをなし、ロータケース１２の円筒部１２Ａの外周に嵌合装着されたステータコイル組立体１９とで、ステッピングモータ２０を構成している。
【００１５】
ステータコイル組立体１９は、ロータケース１２の円筒部１２Ａの外周に抜き差し着脱可能に取り付けられており、周方向に複数個の上側磁極歯２１Ａを櫛歯状に有する上側外凾２１と、上側外凾２１の下側に取り付けられ、周方向に複数個の下側磁極歯２２Ａを櫛歯状に有する下側外凾２２と、上側外凾２１内および下側外凾２２内に配置された上下２段のステータコイル２３、２４と、コイル通電用コネクタ部２５等を有し、全体を封止樹脂２６、２６ａにより樹脂封止されている。
【００１６】
ステータコイル組立体１９がロータケース１２の円筒部１２Ａの外周に抜き差し着脱可能に取り付けられていることにより、弁駆動用モータであるステッピングモータ２０のステータコイル組立体１９の交換等が容易に行われ得るようになる。
【００１７】
下側外凾２２にはばね片状の位置決め片２７が取り付けられており、下蓋部材１１の外周縁部にはコイル部位置出し凹部１１Ａが周方向に等間隔に複数個形成されており、位置決め片２７がコイル部位置出し凹部１１Ａの一つに係合することにより、下蓋部材１１に対するステータコイル組立体１９の周方向の位置決めが行われる。
【００１８】
下蓋部材１１の上面には、図３に示されているように、第１の入出ポート１６を含む位置に円形凹部１１Ｂが形成されており、円形凹部１１Ｂにカップ状プレス品によるステンレス鋼製のケース本体２８Ｂとケース本体２８Ｂの上部開口部を閉じるようにケース本体２８Ｂに気密溶接された上端板２８Ａとによる気密構造の円筒状ケース２８が嵌合ろう付けにより固定されている。
【００１９】
円筒状ケース２８は、上端を上端板２８Ａにより閉じられ、下端をケース本体２８Ｂの底板（端板）２８Ｃにより閉じられて、図１に示されているように、内部に弁室２９を画定している。円筒状ケース２８の底板（端板）２８Ｃには第１の入出ポート１６と直接連通する第１の弁ポート３０が貫通形成され、上端板２８Ａにはロータケース１２の内部空間（ロータ室１３）を介して第２の入出ポート１７と連通する第２の弁ポート３１が貫通形成されている。
【００２０】
円筒状ケース２８内、すなわち弁室２９には、略円柱状の回転弁体３２が回転可能に、且つ回転軸線方向（上下方向）に移動可能に設けられている。回転弁体３２は、樹脂成型品により構成されており、上下両端間に延在する全開用開口部３２Ａと、上下両端面に各々段差面による流量計量形状部３２Ｂ、３２Ｃを一体成形されている。流量計量形状部３２Ｂ、３２Ｃは、図３に示されているように、各々勾玉状の凸面形状をなしている。
【００２１】
回転弁体３２は、第１の入出ポート１６の圧力と第２の入出ポート１７の圧力との差圧によって弁体端面の流量計量形状部３２Ｂあるいは３２Ｃを底板２８Ｃあるいは上端板２８Ａに押付けられ、図４に示されているように、回転弁体３２自体の回転中心軸線周りの回転変位量に応じて押付け端面側の流量計量形状部３２Ｂあるいは３２Ｃと第１の弁ポート３０あるいは第２の弁ポート３１との重畳度合いを変化して流量制御を定量的に行う。
【００２２】
回転弁体３２には、図１に示されているように、ステンレス鋼製の中心ピン３３がインサート成形されている。中心ピン３３は上端板２８Ａの中心部に貫通形成された中心貫通孔２８Ｄを貫通して円筒状ケース２８上方のロータ室１３内に突出している。中心ピン３３の突出端部には複数の係合爪３４Ａを有する連結金具３４がかしめ又は溶接等によって固定されている。連結金具３４は係合爪３４Ａによってロータ１８の下底部に形成された係合凹部１８Ａに上下方向に摺動可能に係合している。要するに、回転弁体３２は、他方の端板２８Ａの中心貫通孔２８Ｄを介してロータ１８に対して回転軸線方向に摺動可能に回転方向で係合されている。
【００２３】
下蓋部材１１の上面側には全閉・全開ストッパピン１１Ｃが突出形成され、ロータ１８の下端側にはストッパ片１８Ｂが一体成形されている。ロータ１８の正逆回転によってストッパ片１８Ｂが全閉・全開ストッパピン１１Ｃに衝突当たりすることにより、ロータ１８の正逆両最大回転位置、つまり、回転弁体３２の全開位置と弁閉位置が決まる。この位置決めと、位置決め片２７とコイル部位置出し凹部１１Ａとの係合によるステータコイル組立体１９の下蓋部材１１に対する周方向の取付位置出しにより、回転弁体３２の全開位置、弁閉位置を得るステッピングモータ２０の励磁位相が決まる。
【００２４】
ロータ１８の中心棒部１８Ｃの上端１８Ｄは、図２に示されているように、間隙ｔをもってロータケース１２の天蓋部１２Ｂに形成された凹部１２Ｃに遊嵌合しているだけであり、ロータ１８は、ロータケース１２の円筒部１２Ａ内に無軸受けの自由状態で回転可能に設けられ、ステータコイル組立体１９のステータコイル２３、２４のディテントトルクあるいは磁力によってロータケース中心位置で静定回転する構造になっている。
【００２５】
つぎに、上述の構成による電動制御弁の動作について説明する。
第１の入出ポート１６の圧力が第２の入出ポート１７の圧力より高い状態では、回転弁体３２の回転中心軸方向にその下端側から上端側の方向に働くその差圧によって回転弁体３２の上端側の流量計量形状部３２Ｃが円筒状ケース２８の上端板２８Ａに押付けられ、この状態で回転弁体３２がロータ１８によって回転駆動されることにより、回転弁体３２の上端側の流量計量形状部３２Ｃが円筒状ケース２８の上端板２８Ａに対して摺動し、回転弁体３２の回転変位量に応じて第２の弁ポート３１が開閉される。
【００２６】
この第２の弁ポート３１の開閉について詳細に説明する。ステッピングモータ２０の入力パルス数が０パルスであると、ロータ１８のストッパ片１８Ｂが全閉・全開ストッパピン１１Ｃの一方の面に当接し、図４（ａ）に示されているように、流量計量形状部３２Ｃの全体が第２の弁ポート３１に重畳し、端面（平面）同士の摺り合わせによって全閉状態が得られる。
【００２７】
ステッピングモータ２０の入力パルス数の増加に応じたロータ１８の回転により、回転弁体３２は図４で見て時計廻り方向に回転し、その回転角（回転変位量）に応じて流量計量形状部３２Ｃの第２の弁ポート３１に対する重畳領域が減少し、第２の弁ポート３１の開度（実効開口面積）が回転弁体３２の回転角の増加に応じて増大し、第２の弁ポート３１の実効開口面積に応じた計量が行われ、定量的な流量制御が行われる。ステッピングモータ２０の入力パルス数が、２０パルス、４０パルス、６０パルスである時の各状態が図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されている。
【００２８】
ステッピングモータ２０の入力パルス数が、例えば８０パルスとなると、回転弁体３２の図４で見て時計廻り方向の更なる回転によって、図４（ｅ）に示されているように、全開用開口部３２Ａが第２の弁ポート３１に完全に整合し、全開状態になる。この時には、ロータ１８のストッパ片１８Ｂが全閉・全開ストッパピン１１Ｃの他方の面に当接し、これ以上の回転弁体３２の時計廻り方向の回転を禁止される。
【００２９】
これにより、図５に、弁開度特性−Ａで示されているような弁開度特性が得られる。この弁開度特性は、流量計量形状部３２Ｃの形状設定により、任意のものに設定することができる。
【００３０】
第２の入出ポート１７の圧力が第１の入出ポート１６の圧力より高い状態では、回転弁体３２の回転中心軸方向にその上端側から下端側の方向に働くその差圧によって回転弁体３２の下端側の流量計量形状部３２Ｂが円筒状ケース２８の底板２８Ｃに押付けられ、この状態で回転弁体３２がロータ１８によって回転駆動されることにより、回転弁体３２の下端側の流量計量形状部３２Ｂが円筒状ケース２８の底板２８Ｃに対して摺動し、回転弁体３２の回転変位量に応じて第１の弁ポート３０が開閉される。
【００３１】
この場合も、ステッピングモータ２０の入力パルス数が０パルスであると、ロータ１８のストッパ片１８Ｂが全閉・全開ストッパピン１１Ｃの一方の面に当接し、図４（ａ）に示されているように、流量計量形状部３２Ｂの全体が第１の弁ポート３０に重畳し、端面（平面）同士の摺り合わせによって全閉状態が得られる。
【００３２】
ステッピングモータ２０の入力パルス数の増加に応じたロータ１８の回転により、回転弁体３２は図４で見て時計廻り方向に回転し、その回転角（回転変位量）に応じて流量計量形状部３２Ｂの第１の弁ポート３０に対する重畳領域が減少し、第１の弁ポート３０の開度（実効開口面積）が回転弁体３２の回転角の増加に応じて増大し、第１の弁ポート３０の実効開口面積に応じた計量が行われ、定量的な流量制御が行われる。ステッピングモータ２０の入力パルス数が、２０パルス、４０パルス、６０パルスである時の各状態が図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されている。
【００３３】
ステッピングモータ２０の入力パルス数が、例えば８０パルスとなると、回転弁体３２の図４で見て時計廻り方向の更なる回転によって、図４（ｅ）に示されているように、全開用開口部３２Ａが第１の弁ポート３０に完全に整合し、全開状態になる。この時には、ロータ１８のストッパ片１８Ｂが全閉・全開ストッパピン１１Ｃの他方の面に当接し、これ以上の回転弁体３２の時計廻り方向の回転を禁止される。
【００３４】
これにより、図５に、弁開度特性−Ｂで示されているような弁開度特性が得られる。この弁開度特性は、流量計量形状部３２Ｂの形状設定により、弁開度特性−Ａとは別に任意にものに設定することができる。これにより、蒸気圧縮式冷房・暖房回路において、冷媒の過熱度、吐出温度、熱交換負荷量等のシステム目的を得る冷媒流量制御を適切に行うことができる。
【００３５】
上述した弁構造、弁開閉動作により、双方向の流量制御を可逆に定量的に制御できると共に全閉状態を得ることができ、弁ポート等の口径に応じてコンパクト設計によって大流量の流量制御にも対応できる。
【００３６】
上述したように構成された電動制御弁では、弁開閉の作動負荷は、回転弁体３２に作用する差圧荷重による回転弁体３２の摺動抵抗だけで、弁開閉の作動負荷となるばね等を一切使用していないので、回転弁体３２の駆動必要トルクが小さく、ステッピングモータ２０の消費電力が少なくて済み、回転弁体３２を所定の回転位置に保持する保持電力を必要とすることもないので、優れた省エネルギ化を図ることができる。
【００３７】
しかも、ロータ１８は、無軸受けの自由状態で回転可能に設けられ、ステータコイル組立体１９のステータコイル２３、２４のディテントトルクあるいは磁力によってロータケース中心位置で静定回転するから、ロータ１８の回転も、低摩擦抵抗状態で行われ、このことによってもステッピングモータ２０の消費電力が少なくて済むようになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動制御弁によれば、第１の入出ポートの圧力と第２の入出ポートの圧力の差圧とその方向によって回転弁体の何れか一方の端面が当該端面と対向する円筒状ケースの端板に押付けられ、この状態で回転弁体がロータによって回転駆動されることにより、回転弁体が端面が押付けられた側の円筒状ケースの端板に対して摺動し、回転弁体の回転変位量に応じて第１の入出ポートあるいは第２の弁ポートを開閉するから、第１の入出ポートの圧力と第２の入出ポートの圧力の差圧に応じて双方向の流量制御を可逆に定量的に制御できると共に全閉状態を得ることができ、弁ポート等の口径に応じてコンパクト設計によって大流量の流量制御にも対応できる。しかも、第１の入出ポートの圧力と第２の入出ポートの圧力との差圧とその方向によって回転弁体がロータに対して回転軸線方向に単独に摺動して移動し、ロータにはこれを回転軸線方向に移動する力が作用することがなく、弁開閉の作動負荷は、回転弁体に作用する差圧荷重による回転弁体の摺動抵抗だけで、弁開閉の作動負荷となるばね等を一切使用していないので、回転弁体の駆動必要トルクが小さく、ステッピングモータの消費電力が少なくて済み、回転弁体を所定の回転位置に保持する保持電力を必要とすることもないので、優れた省エネルギ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動制御弁の一つの実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明による電動制御弁の一つの実施の形態のロータ上部構造を示す拡大図である。
【図３】（ａ）はこの発明による電動制御弁の一つの実施の形態の弁構造部の分解斜視図、（ｂ）は同じくそれの組立斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）はこの発明による電動制御弁の一つの実施の形態の弁開閉状態を示す要部の平面図である。
【図５】この発明による電動制御弁の弁開度特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  下蓋部材
１１Ａ  コイル部位置出し凹部
１１Ｃ  全閉・全開ストッパピン
１８  ロータ
１８Ｂ  ストッパ片
１９  ステータコイル組立体
２０  ステッピングモータ
２７  位置決め片
２８  円筒状ケース
３０  第１の弁ポート
３１  第２の弁ポート
３２  回転弁体
３２Ｂ、３２Ｃ  流量計量形状部
【図１】
0004028265.tif 000002
【図２】
0004028265.tif 000003
【図３】
0004028265.tif 000004
【図４】
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【図５】
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