JP2000257740A - 電動膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、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。 【構成】 本発明は、電動膨張弁の駆動部に減速機付の
ステッピングモータを用いることにより電気的な分解能
を向上させるとともにモータ部を小型化し、この減速機
の出力軸で駆動される弁体として、リードが大きいねじ
を有する弁体を組合わせることにより１回転弱で必要な
弁ストロークを得て幾何学的分解能を向上させるととも
に、前記ねじのねじ効率を50％以上とすることにより、
ニードルが弁座部に当接した後（閉弁）の逆作動すなわ
ち開弁が回転止めストッパーによらずとも容易に可能と
したものである。

Description

【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を減速機構付のモータと
することにより電気的な分解能を向上させ、この減速機
の出力軸で駆動される弁体にリードが大きいねじを組合
わせることにより機械的な分解能を向上させ、かつ前記
ねじのねじ効率を50％以上とすることにより、ニードル
が弁座部に当接した後（閉弁）の逆作動すなわち開弁が
回転止めストッパーによらずとも容易に可能とした電動
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。第２図は実公平３−３６７７０号
公報（以下、便宜的に直動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に形成したねじ効率５０％
以上のおねじ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２
８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
来の電動膨張弁は、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、ニードル弁２
８を閉弁させた時でもおねじ２５の噛み込みがなく、開
弁操作が容易に行えるという利点がある。しかし、従来
の直動ステッピングモータでは、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。

【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
の回転軸で直接弁体を回転駆動させるが、推進ねじをリ
ードが大きくかつねじ効率を５０％にしているため、た
とえば同径サイズのＪＩＳ細めねじ等のようにリードが
小さいねじを用いた場合の弁体の直進力に比べて格段に
低くなり、そのぶんモータ部の大型化になる問題があっ
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、電動膨張弁の
駆動部に減速機付のステッピングモータを用いることに
より電気的な分解能を向上させるとともにモータ部を小
型化し、この減速機の出力軸で駆動される弁体として、
リードが大きいねじを有する弁体を組合わせることによ
り１回転弱で必要な弁ストロークを得て幾何学的分解能
を向上させるとともに、前記ねじのねじ効率を50％以上
とすることにより、ニードルが弁座部に当接した後（閉
弁）の逆作動すなわち開弁が回転止めストッパーによら
ずとも容易に可能としたものである。なお且つ、ギヤモ
ータを使うことで「マイクロステップ制御」のような常
時通電を不要としたものである。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】すなわち、請求項１記載の電動膨張弁は、
上方と下方を開口させた筒状の密閉ケース１内に、固定
子コイルをモータケースの外周部に配置させるか若しく
はモータケースの内周部にを配置してなる減速機構付の
出力軸２を備えたステッピングモータ３を設け、前記密
閉ケース１の上端部には、蓋体４を設け、前記密閉ケー
ス１の下端部には、第１の通路６、第２の通路７を有す
ると共に両通路間に設けられたオリフィス８と弁座９と
チャンバー１０を備えた弁本体１１を設け、前記弁本体
１１のチャンバー１０には、内面にめねじを設けた推進
軸受１２を圧入固定し、前記モータの出力軸２と係合し
て回転し且つ推進軸受１２のめねじに螺合して弁座９に
接離する弁体１３は、先端部に形成したニードル弁１４
と、中間部に形成した二条ねじや角ねじなどのリードが
大きく且つねじ効率５０％以上のおねじ１５と、後端部
に形成した前記モータの出力軸２と係合する係合部１６
とにより構成させ、前記モータの出力軸２若しくは弁体
１３の可動部側と、前記モータケースなどの固定側との
間に、可動部が１回転以内で停止するストッパー機構１
７を設けたことを特徴とするものである。

【００１３】さらにその具体的な構成について説明する
と、減速機の減速比として、たとえば1/１０に設定する
と、制御するオリフィス口径が従来の構造のものと同一
の時には、推進負荷は同じなので、本発明のモータで必
要とされる出力トルクは直動型の略１／１０出力のモー
タを使用すれば、ギヤ出力軸のトルクは従来モータの出
力と同じになる。一方、ギヤ出力軸の回転は１／１０に
減速されるので、「１２極ロータ、１−２相励磁のモー
タ」の場合、出力軸が1回転するのに必要なパルス数は
４８パルス／回転＊１０=４８０パルスとなり、電気的
分解能は十分得られる。

【００１４】高リード、ねじ効率５０％以上のねじを持
つ弁体を用いることにより、必要な弁ストロークが１回
転で取れることは自明であるが、従来の直動型では、そ
の推進力を得るのに減速機を有していなかったため、直
接、モータの大型化につながっていた。一般にこの種の
電動弁としてはできるだけ直径が小さく、リードの細か
いねじを用いてモータの回転トルクを大きな直進力に変
換するものであるが、そのようなねじと「高リート゛、ねじ
効率５０％以上のねじ」の場合について、表１に比較計
算してその一例を示した。同じ推力Ｆを得るのに、「高
リード、ねじ効率５０％以上のねじ」ではＪＩＳねじに
対し７１．３／４１．４＝１．７倍近くの出力トルクが
必要となる。すなわち従来の実施例として挙げた例では
モータの大型化は免れないが、減速機を用い、前記した
減速比を調整することにより小型モータでの対応が可能
となる。

【００１５】

【表１】

【００１６】請求項１記載の発明では、密閉ケース１内
に減速機付のステッピングモータ３をステッピングモー
タ３を収納させたものであるから、回転子とコイルの間
のエアギャップが小さく磁気損失が少ない。さらに、市
販品の安価な減速機付のステッピングモータを使用する
ことがてき、また減速機付のステッピングモータにより
膨張弁としての分解能を高めることができる。さらに、
減速機付のステッピングモータによりモータの出力軸２
の１回転以内で停止するストッパー機構１７を備えてい
るため、このストッパー機構を開弁側のみにさようさ
せ、閉弁側ではニードル弁１４が弁座９に当接した時の
軸方向反力で出力軸２の回転が停止するようにすれば密
閉型の膨張弁として使用することができる。

【００１７】請求項２記載の電動膨張弁は、モータの出
力軸２と弁体１２の係合部１６は、相対する面を互いに
嵌め合う六角軸と六角穴などの非円形状の断面としたこ
とを特徴とする請求項１記載のものである。

【００１８】請求項２記載の発明では、モータの出力軸
２の先端軸形状とと弁体１２の穴形状を非円形状に形成
することにより、きわめて簡単な構造で出力軸２の回転
を弁体１２に伝達できる。

【００１９】請求項３記載の電動膨張弁は、モータのリ
ード線の取出しを、蓋体４に設けたハーメチック端子５
から行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のも
のである。請求項３記載の発明では、ハーメチック端子
５を蓋体４に設けているのでモータのリード線の気密を
容易に行える。

【００２０】請求項４記載の電動膨張弁は、ストッパー
機構１７は、モータの出力軸２に固着されたストッパー
片１７ａとモータケースの底部に切り曲げによって形成
された係止片１７ｂとによって構成されることを特徴と
する請求項１記載のものである。

【００２１】請求項４記載の発明では、ストッパー機構
１７のストッパー片１７ａを係止させる係止片１７ｂ
は、モータケースの底部を切り曲げて形成するものであ
るから、ストッパー機構の構造が簡単で且つ安価なコス
トで生産することができる。

【００２２】

【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る。本発明の電動膨張弁は、減速機
構付のステッピングモータ３と弁本体１１と推進軸受１
２と弁体１３とストッパー機構１５とにより構成され
る。

【００２３】減速機構付のステッピングモータ３は、下
端部に出力軸２を備えており、該出力軸２の形状は、六
角軸などの非円形状の断面になっている。また、ステッ
ピングモータは、減速機構を備えているので出力軸２の
１回転で５００パルスクラスの分解能を備えている。な
お、図面ではモータケースに固定子コイルを内臓させた
ものとなっているが、モータケースの外に固定子コイル
を配置して、電気部分を分離独立させることで保守性を
上げてもよい。

【００２４】密閉ケース１は、上方と下方を開口させた
筒状体になっており、該密閉ケース１内には前記の減速
機構付ステッピングモータ３が外周に突歯を有した円輪
状の固定ばね体１８（商品名：ＳＥリングなど）によっ
て押圧固定され、その後、密閉ケース１上方の開口部分
が蓋体４にて密閉される。５は、ハーメチック端子であ
り、この端子からモータのリード線が取り出され、ハー
メチックシールにてリード線の気密が行われる。

【００２５】弁本体１１は前記密閉ケース１の下端部に
ろう付け等によって固定されるものであり、該弁本体１
１は、図２に示す従来品と同じように、第１の通路６と
第２の通路７を備え、この両通路間にはオリフィス８と
弁座９が設けられ、さらに弁座９の上方にはチャンバー
１０が設けられている。そして、前記のチャンバー１０
には、内面にねじ効率５０％以上のめねじを設けた推進
軸受１２が圧入固定されている。

【００２６】弁体１３は、先端部に形成したニードル弁
１４と、中間部に形成した二条ねじや角ねじなどのリー
ドが大きく且つねじ効率５０％以上のおねじ１５と、後
端部に形成した前記モータの出力軸２と係合する係合部
１６とにより構成されており、該弁体１３は、前記モー
タの出力軸２と係合して回転しながら弁座９に接離す
る。なお、前記係合部１６の形状は、前記出力軸２に対
応する六角穴などの非円形状の断面になっている。

【００２７】ストッパー機構１７は、前記モータの出力
軸２若しくは弁体１３の可動部側と、前記モータケース
などの固定側との間に、可動部が１回転以内で停止する
ように設けられている。図１に示す例では、ストッパー
機構１７は、モータの出力軸２に固着されたストッパー
片１７ａとモータケースの底部に切り曲げによって形成
された係止片１７ｂとによって構成されている。

【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、ギヤモータで電気的分解能を高くし、高
リート゛ねじで弁ストロークを確保し（幾何学的分解能）、
それによるトルク不足を減速機でカハ゛ーし、ねじ効率５０
％以上（自緩ねじ）でストッパを簡易化にすることで電
動膨張弁としての総合的特性を確立するものである。ま
た、市販品で安価なコストで入手できる減速機付のステ
ッピングモータ３であるから、膨張弁としての分解能を
高めることができる。さらに、減速機付のステッピング
モータによりモータの出力軸２の１回転以内で停止する
ストッパー機構１７を備えているため、このストッパー
機構を開弁側のみに作用させ、閉弁側ではニードル弁１
４が弁座９に当接した時の軸方向反力で出力軸２の回転
が停止するようにすれば密閉型の膨張弁として使用する
ことができる。

【００２９】また、モータの出力軸２のと弁体１２の形
状を非円形状に形成することにより、きわめて簡単な構
造で出力軸２の回転を弁体１２に伝達できる。

【００３０】また、蓋体５に設けたハーメチック端子５
によりモータのリード線の気密を容易に行える。

【００３１】さらに、ストッパー機構１７の係止片１７
ｂを、モータケースの底部を切り曲げて形成するように
すれば、ストッパー機構の構造が簡単で且つ安価なコス
トで生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電動膨張弁の縦断面図。

【図２】 従来の電動膨張弁の縦断面図。

【符号の説明】

１ 密閉ケース ２ 出力軸 ３ 減速機構付のステッピングモータ ４ 蓋体 ５ ハーメチック端子 ６ 第１の
通路 ７ 第２の通路 ８ オリフ
ィス ９ 弁座 １０ チャン
バー １１ 弁本体 １２ 推進
軸受 １３ 弁体 １４ ニー
ドル弁 １５ おねじ １６ 係合
部 １７ ストッパー機構 １７ａ ス
トッパー片 １７ｂ 係止片 １８ 固定
ばね体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 典彦 岐阜県大垣市久徳町100番地 太平洋工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA25 BA26 BA35 CD01 CD09 EA11 3H062 AA02 BB30 BB31 BB33 CC02 CC29 DD01 EE08 FF41 HH04 HH08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上方と下方を開口させた筒状の密閉ケース
   (１)内に、固定子コイルをモータケースの外周部に配置
   させるか若しくはモータケースの内周部に配置してなる
   減速機構付の出力軸(２)を備えたステッピングモータ
   (３)を設け、 前記密閉ケース(１)の上端部には、蓋体（４）を設け、 前記密閉ケース(１)の下端部には、第１の通路（６）、
   第２の通路（７）を有すると共に両通路間に設けられた
   オリフィス（８）と弁座(９)とチャンバー(１０)を備え
   た弁本体(１１)を設け、 前記弁本体(１１)のチャンバー(１０)には、内面にめね
   じを設けた推進軸受(１２)を圧入固定し、 前記モータの出力軸(２)と係合して回転し且つ推進軸受
   (１２)のめねじに螺合して弁座(９)に接離する弁体(１
   ３)は、先端部に形成したニードル弁(１４)と、中間部
   に形成した二条ねじや角ねじなどのリードが大きく且つ
   ねじ効率５０％以上のおねじ(１５)と、後端部に形成し
   た前記モータの出力軸(２)と係合する係合部(１６)とに
   より構成させ、前記モータの出力軸(２)若しくは弁体
   (１３)の可動部側と、前記モータケースなどの固定側と
   の間に、可動部が１回転以内で停止するストッパー機構
   (１７)を設けたことを特徴とする電動膨張弁。
2. 【請求項２】モータの出力軸(２)と弁体（１２）の係合
   部(１６)は、相対する面を互いに嵌め合う六角軸と六角
   穴などの非円形状の断面としたことを特徴とする請求項
   １記載の電動膨張弁。
3. 【請求項３】モータのリード線の取出しを、蓋体（４）
   に設けたハーメチック端子(５)から行うようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の電動膨張弁。
4. 【請求項４】ストッパー機構(１７)は、モータの出力軸
   (２)に固着されたストッパー片(１７ａ)とモータケース
   の底部に切り曲げによって形成された係止片(１７ｂ)と
   によって構成されることを特徴とする請求項１記載の電
   動膨張弁。