(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面部が多極着磁されたロータを有するステッピングモータからなる電動機の回転運動を送りねじ機構によって直線運動に変換して弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁座に着座することにより全閉位置が設定され、前記弁体と一体的に設けられた弁軸の前記弁座より遠ざかる方向の軸線移動がスラストストッパによって規制されることにより全開位置が設定され、前記電動機より前記弁体へ回転力を伝達する経路の途中にマグネット式のトルクリミッタが設けられている電動式制御弁において、
前記トルクリミッタは、前記弁体と一体的に設けられた弁軸に固定され、前記ロータの外周面部の多極着磁と同一ピッチで多極着磁されたロータ端面部との間で磁気的に吸着する磁性材製あるいはマグネット製の弁軸側部材を有する
ことを特徴とする電動式制御弁。
【請求項２】
前記弁軸側部材は前記ロータ側マグネットの多極着磁の２倍のピッチに相当するピッチをもって円周方向に複数個の吸着片を設けられた多脚構造をなしていることを特徴とする請求項１記載の電動式制御弁。
【請求項３】
前記弁軸側部材は前記ロータ側マグネットの多極着磁の同一ピッチをもって円周方向に多極着磁されていることを特徴とする請求項１記載の電動式制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式制御弁に関し、特に、家庭用冷蔵庫等において冷媒回路の冷媒流量を制御する電動式制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用冷蔵庫等において冷媒回路の冷媒流量を制御する電動式制御弁としては、特開平８−３１２８２３号公報に示されているようなステッピングモータによる１回転式のものや、特公平２−６２９９号公報や実公平７−４７６５６号公報、特開２０００−２９１８１７号公報に示されているような送りねじ機構を用いた多回転式のものが知られている。
【０００３】
電動式制御弁には、１回転式のものも、送りねじ機構を用いた多回転式のものも、全閉、全開時に、それ以上にロータが回転して過剰な負荷が、弁体と弁座との当接部や、送りねじ部等に作用することを回避し、弁位置とステッピングモータの励磁パルスとの対応による再現性精度を得るために、可動側のストッパと固定のストッパとによる衝突式（戸当たり式）の全閉ストッパや全開ストッパが組み込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
衝突式（戸当たり式）の全閉ストッパや全開ストッパでは、全閉、全開の度に、ストッパ衝突音、振動が生じ、特に、イニシャライズ時に大きいストッパ衝突音、振動が生じ、静音性を要求される家庭用冷蔵庫や空気調和装置の室内機において冷媒回路の冷媒流量を制御する電動式制御弁では、ストッパ衝突音や振動が問題になる。
【０００５】
特に、送りねじ機構を用いた多回転式の電動式制御弁では、ねじ部によるスラストストッパを採用すると、ねじの食い付き現象が発生し、作動不能になり易いので、機械的なラジアルストッパを設けることになり、ストッパ衝突音、振動の問題が生じる。
【０００６】
特開２０００−２９１８１７号公報に示されているような電動式制御弁では、フリクションばねによる空転作用によって全閉時に弁部に無理な負荷が作用することを回避できるが、フリクションばねは、ワンウェイクラッチのような動作をするので、一方向にしか空転せず、全閉時、全閉時の何れか一方について作用しても、両方については作用できず、全開側のストッパ等が必要になる。
【０００７】
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、全閉時、全開時の何れにつていも弁部に無理な負荷が作用することや、ねじの食い付き現象が生じることを確実に回避し、全閉、全開の度に、ストッパ衝突音、振動を生じることがなく、再現性を持った追従性を得たり、励磁相合わせが可能な電動式制御弁を提供することを目的としている。
【０００８】
【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式制御弁は、外周面部が多極着磁されたロータを有するステッピングモータからなる電動機の回転運動を送りねじ機構によって直線運動に変換して弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁座に着座することにより全閉位置が設定され、前記弁体と一体的に設けられた弁軸の前記弁座より遠ざかる方向の軸線移動がスラストストッパによって規制されることにより全開位置が設定され、前記電動機より前記弁体へ回転力を伝達する経路の途中にマグネット式のトルクリミッタが設けられている電動式制御弁において、
前記トルクリミッタは、前記弁体と一体的に設けられた弁軸に固定され、前記ロータの外周面部の多極着磁と同一ピッチで多極着磁されたロータ端面部との間で磁気的に吸着する磁性材製あるいはマグネット製の弁軸側部材を有することを特徴とする。
【０００９】
この発明による電動式制御弁によれば、トルクリミッタは、弁体と一体的に設けられた弁軸に固定され、ステッピングモータのロータの外周面部の多極着磁と同一ピッチで多極着磁されたロータ端面部との間で磁気的に吸着する磁性材製あるいはマグネット製の弁軸側部材を有するので、過多トルク制限内では、トルクリミッタがステッピングモータのロータと弁体との間で直接トルク伝達を行い、ステッピングモータが発生する回転力によって弁体が開閉駆動され、全閉時や全開時に、弁体が弁座に着座したり、スラストストッパ等によって弁体の開閉移動が規制される状態になって、それ以上にステッピングモータによって弁体が駆動されようとすると、トルクリミッタの弁軸側部材がロータとの間ですべりを生じてステッピングモータが空転状態になり、過剰な負荷が、弁体と弁座との当接部や、送りねじ部等に作用することが回避される。
【００１１】
また、この発明による電動式制御弁では、前記弁軸側部材は前記ロータ側マグネットの多極着磁の２倍のピッチに相当するピッチをもって円周方向に複数個の吸着片を設けられた多脚構造をなしているものとすることができ、励磁相合わせを行うことができる。
【００１２】
また、この発明による電動式制御弁では、前記弁軸側部材は前記ロータ側マグネットの多極着磁の同一ピッチをもって円周方向に多極着磁されているものとすることができ、伝達トルク・アップと励磁相合わせを行うことができる。
【００１４】
【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５はこの発明による電動式制御弁の一つの実施の形態を示している。
【００１５】
電動制御弁１０は、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非磁性材料製のロータケース１２とを有し、内部に弁室を兼ねた密閉構造のロータ室１３を画定している。
【００１６】
下蓋部材１１には各々入口継手管１４を接続された入口ポート１５と出口継手管１６を接続された出口ポート１７とが貫通形成されている。
【００１７】
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（外周多極着磁部１８Ａ）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の外周に嵌合装着されたステータコイルユニット１９とでステッピングモータ２０を構成している。外周多極着磁部１８ＡはピッチＰをもってＮ極とＳ極とをロータ外周の母線方向に沿って交互に着磁されている。
【００１８】
ステータコイルユニット１９は、ロータケース１２の外周に抜き差し着脱可能に取り付けられており、上下２段の円筒状の巻線部２１、２２および電気絶縁性樹脂製のボビン２３、２４と、各々複数個の磁極歯２５、２７を櫛歯状に形成された上下の金属製の外凾２６、２８と、各々複数個の磁極歯２９、３１を櫛歯状に形成された金属製の磁極歯材３０、３２と、下蓋部材１１に係合する係合爪３３を有する金属製のマウント用ブラケット板３４と、巻線部２１、２２の巻線と導通接続されているリード線３５と、硬質ゴムあるいは合成樹脂製の外カバー３６とを有し、外カバー３６の内側に充填されたエポキシ樹脂やポリウレタン等の電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂３７によってポッティング封止されている。
【００１９】
下蓋部材１１の上面にはシート部材３８が、下蓋部材１１に形成された位置出しエンボス凸部１１Ａとシート部材３８に貫通形成された固定用係合孔３８Ａとの係合によって、位置出し固定されている（図２参照）。シート部材３８には下蓋部材１１の中央部に形成されている出口ポート１７と整合する弁ポート３９が貫通形成され、その周りに弁座部３９Ａが形成されている。
【００２０】
図２に示されているように、シート部材３８にはガイド脚固定用係合孔３８Ｂが３箇所に形成されており、ガイド脚固定用係合孔３８Ｂには五徳形状のガイド部材４０の脚部４０Ａの先端に形成された係合片４０Ｂが係合している。この係合により、ガイド部材４０がシート部材３８上に固定される。
【００２１】
ガイド部材４０の内側には雌ねじ部材４１が設けられている。雌ねじ部材４１は、雌ねじ孔４２を有し、外周面に形成された凹溝４１Ａによってガイド部材４０の脚部４０Ａに摺動可能に係合し、ガイド部材４０の円環部４０Ｃとシート部材３８との間を所定間隙ｅ（図１参照）のみシート部材３８およびガイド部材４０に対して軸線方向（上下方向）に変位可能になっている。なお、雌ねじ部材４１は、凹溝４１Ａと脚部４０Ａとの係合によって回転変位はできないようになっている。
【００２２】
雌ねじ孔４２にはニードル弁体４３と一体の雄ねじ軸４４がねじ係合している。ニードル弁体４３は、雄ねじ軸４４の回転により雌ねじ孔４２と雄ねじ軸４４とのねじ係合によって軸線方向（弁リフト方向）に移動し、図１に示されているように、弁座部３９Ａに着座することにより、弁ポート３９を閉じる全閉状態となる。
【００２３】
ニードル弁４３は雄ねじ軸４４の延長上に弁軸４５を一体に有している。弁軸４５は、ロータ１８の中央ハブ部１８Ｂに形成された中央孔１８Ｃを回転可能に貫通し、上端部４５Ａにて軸受部材４６の有底軸受孔４６Ａに係合している。軸受部材４６はロータケース１２の天井部に形成された軸受凹部１２Ａに係合している。
【００２４】
弁軸４５の上端部４５Ａの先端面（可動側のストッパ面）４５Ｂと有底軸受孔４６Ａの底面（固定側のストッパ面）４６Ｂとは、全開側のスラストストッパをなしており、ニードル弁４３の全開位置は、弁軸４５の先端面４５Ｂが有底軸受孔４６Ａの底面４６Ｂに当接することにより決まり、全閉状態では、先端面４５Ｂと底面４６Ｂとに間に最大弁リフト量に相当する間隙ｈが生じる。
【００２５】
ロータ１８の上端面は、外周多極着磁部１８Ａと同様に、ピッチＰをもってＮ極とＳ極とを交互に着磁されて端面多極着磁部１８Ｄとなっており、トルクリミッタのロータ側マグネットをなしている。
【００２６】
弁軸４５にはトルクリミッタの弁軸側部材４７が固定されている。弁軸側部材４７は、磁性材により構成され、端面多極着磁部１８Ｄに磁気的に全周吸着する円環板部４７Ａを有しており、円環板部４７Ａは軸受部材４６との間に設けられた圧縮コイルばね４８によって端面多極着磁部１８Ｄへ向けて付勢されている。円環板部４７Ａが端面多極着磁部１８Ｄと対向する面（吸着面）は、摺動性がよいフッ素プランジャ等の高滑性樹脂をコーティングされていてよい。
【００２７】
端面多極着磁部１８Ｄと円環板部４７Ａとの磁気的吸着により得られる伝達トルクは、弁開閉の最大所要トルクをＴｍａｘとすると、それより少し大きい（Ｔｍａｘ＋α）に設定される。トルクリミッタの伝達トルク（Ｔｍａｘ＋α）の調整は、端面多極着磁部１８Ｄの着磁力、端面多極着磁部１８Ｄと円環板部４７Ａとの吸着面積およびこの両者の間隙の設定によって任意に行うことができる。この吸着面積は、端面多極着磁部１８Ｄや円環板部４７Ａの径方向の幅寸法によって任意の適正値に設定することが可能である。
【００２８】
つぎに、上述の構成による電動式制御弁１０の動作について説明する。
図１、図４は通常の全閉状態（全閉点）を示しており、この全閉状態では、雌ねじ部材４１の上端とガイド部材４０の円環部４０Ｃとの間に所定間隙ｅがある。
【００２９】
この全閉状態（全閉点）より、更に、ステッピングモータ２０を弁閉方向に励磁し、ロータ１８を弁閉方向に回転させると、過多トルク制限内で、その回転力（トルク）がロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側部材４７の円環板部４７Ａとの磁気的吸着によって弁軸４５、雄ねじ軸４４に伝達され、これらが回転する。全閉点では、ニードル弁体４３が弁座部３９Ａに着座してそれ以上は降下できないので、雄ねじ軸４４の回転によりねじ係合によって雌ねじ部材４１が上昇移動し、図３に示されているように、雌ねじ部材４１が所定間隙ｅだけシート部材３８の上面より浮き上がり、雌ねじ部材４１の上端がガイド部材４０の円環部４０Ｃに当接する。この状態によって全閉側でイニシャライズが行われ、イニシャライズ終了相から弁開方向の再励磁によって再現性を持った追従性が得られる。
【００３０】
雌ねじ部材４１の上端がガイド部材４０の円環部４０Ｃに当接したイニシャライズ状態において、更に、ステッピングモータ２０が弁閉方向に励磁されると、雌ねじ部材４１に所要値（Ｔｍａｘ）以上のトルクが作用するようになるため、ロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側部材４７の円環板部４７Ａとの間ですべりが生じ、トルクリミッタ作用によってロータ１８が空転し、雌ねじ孔４２と雄ねじ軸４４とのねじ係合部に過剰トルクが作用することが回避される。
【００３１】
これにより、リードル弁体４３が弁座部３９Ａに過剰に押し付けられて弁ポート３９に食い付いたり、全閉側で、ねじ係合部に食い付きが生じることが未然に防止される。なお、ロータ１８の空転は、表面を高滑性材料によりコーティングされた円環板部４７Ａと端面多極着磁部１８Ｄとの摺接により行われるから、低摩擦状態で、大きい摩擦音や振動を伴うことなく行われる。
【００３２】
図１、図４に示されている通常の全閉状態（全閉点）よりステッピングモータ２０を弁開方向に励磁し、ロータ１８を弁開方向に回転させると、過多トルク制限内で、その回転力（トルク）がロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側部材４７の円環板部４７Ａとの磁気的吸着によって弁軸４５、雄ねじ軸４４に伝達され、これらが回転する。雄ねじ軸４４の回転によりねじ係合によってニードル弁体４３が上昇移動し、ニードル弁体４３が弁座部３９Ａより離れ、図６に示されているように、ニードル弁体４３の上昇移動量（弁リフト量Ｌ）に応じて弁ポート３９の実効開口面積が増大する。
【００３３】
全閉点よりの弁リフト量Ｌ＝ｈになると、図５に示されているように、弁軸４５の先端面４５Ｂが有底軸受孔４６Ａの底面４６Ｂに当接し、全開状態になる。この全開状態（全開点）より、更に、ステッピングモータ２０が弁開方向に励磁されると、雌ねじ部材４１に所要値（Ｔｍａｘ）以上のトルクが作用するようになるため、ロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側部材４７の円環板部４７Ａとの間ですべりが生じ、トルクリミッタ作用によってロータ１８が空転し、雌ねじ孔４２と雄ねじ軸４４とのねじ係合部に過剰トルクが作用することが回避される。
【００３４】
これにより、全開側で、ねじ係合部に食い付きが生じることが未然に防止される。
【００３５】
上述したように、全閉側と全開側の両方で、トルクリミッタ作用によってロータ１８が空転するから、ラジアルストッパを必要とすることなく、弁部に無理な負荷が作用することや、ねじの食い付き現象が生じることを回避でき、全閉、全開の度に、耳障りなストッパ衝突音を生じたり、振動を生じたりすることがない。
【００３６】
トルクリミッタの弁軸側部材４７の端面多極着磁部１８Ｄとの磁気的吸着面は、円環板部４７Ａによる全周吸着に代えて、図７に示されているように、外周多極着磁部１８Ａおよび端面多極着磁部１８Ｄの多極着磁ピッチＰの２倍のピッチ２Ｐに相当するピッチをもって円周方向に複数個の吸着片４７Ｂを設けられた多脚構造の弁軸側部材４７’を使用し、複数個の吸着片４７Ｂによって弁軸側部材４７がロータ１８に対して外周多極着磁部１８Ａの多極着磁位相と同位相で吸着するように構成することができる。なお、この場合の吸着片４７Ｂの周方向幅Ｗは、Ｐ≧Ｗ≧（Ｐ／２）とする。
【００３７】
この場合も、トルクリミッタの伝達トルク（Ｔｍａｘ＋α）の調整は、端面多極着磁部１８Ｄの着磁力、端面多極着磁部１８Ｄと吸着片４７Ｂとの吸着面積およびこの両者の間隙の設定によって任意に行うことができ、吸着面積は、端面多極着磁部１８Ｄの径方向幅寸法以外に、吸着片４７Ｂの周方向幅Ｗと径方向寸法の幅寸法Ｂ（図７参照）によって任意の適正値に設定することが可能である。
【００３８】
また、これにより、機械的なストッパ構造のものや、基点相が決められ、励磁相を規定する弁構造の場合の励磁相合わせを特別な操作を要することなく高精度に行うことができる。
【００３９】
図８、図９はこの発明による電動式制御弁の他の実施の形態の要部を示している。なお、図８、図９において、図１〜図５に対応する部分は、図１〜図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４０】
この実施の形態では、トルクリミッタの弁軸側部材４７″の端面多極着磁部１８Ｄとの磁気的吸着面が、外周多極着磁部１８Ａおよび端面多極着磁部１８Ｄの多極着磁のピッチＰと同一ピッチをもって円周方向に多極着磁された弁軸側マグネット４７Ｃとなっている。
【００４１】
また、弁軸側マグネット４７Ｃとロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄとの間に、当該両者の吸着面間の間隙調整を行うための厚さｔの非磁性材製のスペーサ４９が挟まれている。スペーサ４９は、高い摺動性（低摩擦）を得るために、フッ素樹脂等の高滑性材料により構成、あるいはアルミニウム合金、銅合金製の板材の表面をフッ素樹脂等の高滑性材料によりコーティングしたものにより構成されている。
【００４２】
この構成によれば、トルクリミッタは、ロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側マグネット４７Ｃとのマグネット同士で磁気的に吸着するから、伝達トルクをアップすることができ、併せてロータ１８の外周多極着磁部１８Ａおよび端面多極着磁部１８Ｄの多極着磁ピッチと弁軸側マグネット４７Ｃとの多極着磁ピッチが同一であることにより、励磁相合わせを行うことができる。
【００４３】
また、スペーサ４９の厚さｔの選定によってロータ１８の端面多極着磁部１８Ｄと弁軸側マグネット４７Ｃの吸着面間の間隙調整を行ってトルクリミッタの伝達トルクを任意に調整することができ、また、トルクリミッタによるロータ１８の空転は、高滑性材料により構成、あるいは表面を高滑性材料によりコーティングされたスペーサ４９を介して行われるから、低摩擦で、大きい摩擦音や振動を伴うことなく行われる。
【００４４】
図１０は上述の電動式制御弁１０の家庭用冷蔵庫に対する適用例を示している。家庭用冷蔵庫は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、冷凍室用キャピラ１０３、冷凍室用蒸発器１０４とを順に接続された冷媒ループと、冷凍室用キャピラ１０３をバイパスして設けられた冷蔵室用キャピラ１０５と冷蔵室用蒸発器１０６との直列回路とを有し、冷蔵室用蒸発器１０６の下流側に電動式制御弁１０が設けられている。電動式制御弁１０は、冷蔵室用キャピラ１０５、冷蔵室用蒸発器１０６を流れる冷媒の流量を制御する。
【００４５】
【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式制御弁によれば、電動機より弁体へ回転力を伝達する経路の途中に設けたマグネット式のトルクリミッタが、弁体と一体的に設けられた弁軸に固定され、ロータの外周面部の多極着磁と同一ピッチで多極着磁されたロータ端面部との間で磁気的に吸着する磁性材製あるいはマグネット製の弁軸側部材を有し、全閉側と全開側の両方で、トルクリミッタの弁軸側部材とステッピングモータのロータとの間のすべり作用によってステッピングモータが空転状態になるから、ラジアルストッパを必要とすることなく、弁部に無理な負荷が作用することや、ねじの食い付き現象が生じることを回避でき、全閉、全開の度に、耳障りなストッパ衝突音を生じたり、振動を生じたりすることがなく、優れた静音性が獲られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動式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式制御弁の一つの実施の形態の要部の分解斜視図である。
【図３】この発明による電動式制御弁の一つの実施の形態の全閉イニシャライズ状態を示す要部の縦断面図である。
【図４】この発明による電動式制御弁の一つの実施の形態の全閉点状態を示す要部の縦断面図である。
【図５】この発明による電動式制御弁の一つの実施の形態の全開点状態を示す要部の縦断面図である。
【図６】この発明による電動式制御弁の一つの実施の形態の弁リフト特性を示すグラフである。
【図７】この発明による電動式制御弁の一つの実施の形態の変形例の要部を示す斜視図である。
【図８】この発明による電動式制御弁の他の実施の形態の要部を示す縦断面図である。
【図９】この発明による電動式制御弁の他の実施の形態の要部の分解斜視図である。
【図１０】この発明による電動式制御弁の家庭用冷蔵庫に対する適用例を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０  電動制御弁
１１  下蓋部材
１２  ロータケース
１３  ロータ室
１５  入口ポート
１７  出口ポート
１８  ロータ
１８Ａ  外周多極着磁部
１８Ｄ  端面多極着磁部
１９  ステータコイルユニット
２０  ステッピングモータ
４１  雌ねじ部材
４３  ニードル弁
４４  雄ねじ軸
４５  弁軸
４７  弁軸側部材
４７Ａ  円環板部
４７Ｂ  吸着片
４７Ｃ  弁軸側マグネット
４９  スペーサ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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