JP2000346227A

JP2000346227A - 電動膨張弁

Info

Publication number: JP2000346227A
Application number: JP11161879A
Authority: JP
Inventors: Osamu Takami; 治高見; Kazumasa Toyoda; 和政豊田
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd; Taiheiyo Kogyo KK
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd; Taiheiyo Kogyo KK
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-15

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、筒状の密閉ケース１内挿されるロ
ータと一体的に成形されるロータシャフト５の下端部に
小さな歯車３を設け、一方、弁本体１２には前記歯車３
と噛み合う歯車１２ｃを設けると共に弁座シート７と接
する面側には弁体１２ｄを設けることにより、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電動膨
張弁である。

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２
３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１
２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（１
２ｅ）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１
ｂ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１
２ｄ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電動膨張弁の縦断面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】弁体の斜視図。

【図５】本発明の実施例を示す電動膨張弁の縦断面
図。

【図６】第５図のＣ−Ｃ断面図。

【図７】弁座シート部７と接する面側の弁体形状図。

【図８】溝１４の深さの変化を示す展開断面図。

【図９】従来の電動膨張弁の縦断面図。

【符号の説明】

１密閉ケース、１ａ段付き部、
１ｂ軸受部２円板状のプレート、２ａシャフトの軸孔、
２ｂ弁体の上軸穴、２ｃストッパー、
３小さな歯車、４圧縮コイルば
ね、５ロータシャフト、６ロータ、
７弁座シート、７ａ下軸穴、
８第一通路、９弁口、
１０第二通路、１１連通孔、
１２弁本体、１２ａ軸、
１２ｂカップ状の受け部、１２ｃ歯車、１２ｃ
内歯車、１２ｄ弁体、１
２ｅ係止片、１３圧縮コイルばね、１４
溝、１５固定コイル。

Claims

【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（１２
ｄ）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（１２
ａ）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。