JP2001133083A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膨張弁全体として小型化、低コスト化を実現
でき、しかも弁軸の回動および軸方向移動によっても冷
媒の漏れが生じない。 【解決手段】 ステッピングモータの回動運動を弁体の
弁軸に直接伝達して弁体を軸方向に変位させ、これによ
って前記開度を制御し、また弁軸の外周部をＸリングで
密封する。このときモータ部での発露現象を防止し、モ
ータの寿命を延ばすためには、前記モータ部と前記弁機
構部との間に断熱部材からなる断熱部を設けるのがよ
く、この断熱部材としてはプラスチック部材が好まし
い。また保守性の観点からは、分解・組立が容易となる
ように前記モータ部と前記弁機構部とを締結部品で着脱
可能に固定することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁機構部とモータ
部を別体とした、いわゆるモータ別体型の膨張弁に関
し、より詳細には空調装置の冷凍サイクルに好適に用い
られる膨張弁であって、小型で低コスト、しかも弁機構
部からの冷媒漏れのない膨張弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の空調装置は、インバータ制御を行
うことによりその能力を大幅に変えることができるよう
になった。ここで、種々の条件下で適正な冷凍サイクル
を実現・維持するためには絞り機構（膨張弁）が最も重
要な要素となる。このため従来から膨張弁に関し様々な
提案がなされている。例えば、特開平３−２６０４８２
号公報では、モータ部と弁機構部とを一体化した膨張弁
が開示されている。図４に当該膨張弁の構造を示す。

【０００３】膨張弁１１は、非磁性体からなる円筒状ケ
ース３１１の外周部に固定した固定子コイル３１２への
通電により、先端部にニードル弁３１３を備えたネジ軸
３１４の上部と一体的に成形したモータの回転子３１５
を回転させ、このネジ軸３１４の回転をケース３１１の
下端に設けた推進軸受３１７により、ネジ軸３１４の直
進運動に変換させて弁本体３１６下部の絞り通路３１８
にニードル弁３１３を接離させることにより、絞り通路
３１８の開口度を制御させるようにしたものである。絞
り通路３１８の開口度を大きくする場合は、固定子コイ
ル３１２へ通電して回転子３１５を回転させて、ニード
ル弁３１３を上方向に移動させ、一方絞り通路３１８の
開口度を小さくする場合は、回転子３１５を逆方向に回
転させて、ニードル弁３１３を下方向に移動させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような膨張弁１１
では、ケース３１１を挟んで内側と外側に回転子３１５
と固定子コイル３１２を位置させるため、弁の外形が大
きくなる。加えて回転子３１５に必要な回転力を得よう
とすると、回転子３１５及び固定子コイル３１２が大き
くなり、弁の外形がさらに大きくなる。また固定子コイ
ル３１２の消費電力も大きくなる。

【０００５】さらに回転子３１５は、ケース３１１内周
面に接触せず、かつ内周面との隙間をできるだけ小さく
する必要があるので、外形寸法公差をできる限り小さく
し、かつ中心軸に対する偏心量をできる限り小さくしな
ければならない。また回転子３１５は、固定子コイル３
１２と共にパルスモータと同様の動作をする必要がある
ので、回転子３１５には精度よく多極着磁された永久磁
石を用いなければならない。このような条件を満たす回
転子は一般に高価である。

【０００６】一方、モータ別体型の膨張弁では、弁機構
側の冷媒雰囲気とモータ側の大気雰囲気との間をシール
する必要があり、従来は弁軸の外周部をＯリングを用い
たシール機構にてシールしていた。Ｏリングは、シリコ
ーンゴムなどのゴム系材料をリング状に成形加工して作
られ、断面は中実の丸棒状のものである。このＯリング
をシール部材として用いると、しめ代が大きくなり摺動
抵抗が大きくなるという不具合がある。また弁軸の軸方
向への変位および回動によってＯリングにねじれが生じ
冷媒漏れの原因となることがあった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、膨張弁全体として小
型化、低コスト化を実現でき、しかも弁軸の回動および
軸方向移動によっても冷媒の漏れが生じない膨張弁を提
供することにある。

【０００８】また本発明の目的は、膨張弁のモータ部で
の発露現象を防止し装置の信頼性を向上させることにあ
る。

【０００９】さらに本発明の目的は、膨張弁の分解・組
立を容易にし保守性に優れたものとすることにある。

【００１０】そしてまた本発明の目的は、ステッピング
モータの回動によるネジ送り作用で弁軸が軸方向に変位
する機構において、ネジ部をバックラッシュを防止する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ステッピングモータを有するモー
タ部と、冷媒を減圧膨張させる絞り通路と、該絞り通路
の開度を調整する弁体とを有する弁機構部とを備え、前
記ステッピングモータの回動運動を前記弁体の弁軸に直
接伝達し、弁体を軸方向に変位させることによって、前
記開度を制御する膨張弁であって、前記弁軸の外周部を
Ｘリングで密封したことを特徴とする膨張弁が提供され
る。

【００１２】このときモータ部での発露現象などを防止
し、モータの寿命を延ばすためには、前記モータ部と前
記弁機構部との間に断熱部材からなる断熱部を設けるの
がよく、この断熱部材としてはプラスチック部材が好ま
しい。

【００１３】また保守性の観点からは、分解・組立が容
易となるように前記モータ部と前記弁機構部とを締結部
品で着脱可能に固定することが望ましい。

【００１４】さらにステッピングモータの回動によるネ
ジ送り作用で弁軸が軸方向に変位する機構において、ネ
ジ部のバックラッシュを防止する観点からは、前記弁軸
を上流側へ付勢する付勢部材をさらに設けるのがよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者等は、膨張弁全体として
小型化、低コスト化を実現でき、しかも弁軸の回動およ
び軸方向移動によっても冷媒の漏れが生じないようにす
るため、鋭意検討を重ねた結果、膨張弁全体として小型
化、低コスト化を図るためには、弁機構部とモータ部を
別体としたモータ別体型の膨張弁が優れていることをま
ず見出した。すなわち、ステッピングモータの回動運動
を直接弁軸に伝達させる方が小型のモータで大きなトル
クが得られるのである。

【００１６】しかし一方で、モータ別体型の膨張弁で
は、弁機構部の冷媒雰囲気とモータ部の大気雰囲気との
間を弁軸が変位するので、その境界を密閉する必要があ
る。そこで本発明では弁軸のシール部材としてＸリング
を用いた。図２にＸリング１０８の断面図を示す。Ｘリ
ングの４つの凸部がそれぞれシール部１０８ａ，１０８
ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとなり、外側のシール部１０８
ａと１０８ｂは膨張弁本体１０１と摺接する。一方内側
のシール部１０８ｃ，１０８ｄは、軸方向へ変位また回
動する弁軸１０３ｂに摺接するが、２点で接しているの
で捻れ変形しにくく、冷媒の漏れが有効に防止される。

【００１７】このようにＸリング１０８は１つの部材で
２点シールができ、また断面Ｘ状であるため捻れること
がない。さらに半径方向のしめ代が小さいため、摺動抵
抗が小さく耐久性にも優れる。加えて接触圧が断面全体
に均一に分散されるので冷媒漏れが極めて少ない。

【００１８】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて
説明する。本発明の実施形態の一例を図１に示す。図１
は本発明の膨張弁の断面図である。図１の膨張弁は、弁
機構部Ａとモータ部Ｂ、断熱部Ｃの大きな３つの部分か
らなる。

【００１９】弁機構部Ａは、真鍮などの金属から形成さ
れた弁本体１０１を有し、この弁本体１０１の内には、
弁軸１０３ｂを支持する円筒状のガイド部材１０８が配
設され、さらにこのガイド部材１０８の底面と弁本体１
０１とで弁体収納室１０４が形成されている。弁体収納
室１０４には、高圧液冷媒が流入する冷媒入口１０５
と、蒸発器４（図３に図示）の入口部に向けて減圧膨張
後の冷媒を流出させる冷媒出口１０６とがそれぞれ形成
されている。そして、弁体収納室１０４に面するように
して円錐状の弁座１０２が形成されている。この弁座１
０２の中心部には小径の円形穴が設けられ、液冷媒を減
圧膨張させる絞り通路１０７が形成されている。弁体収
納室１０４の内部には、円錐状の弁座１０２に対応した
円錐状の形状を有する弁体１０３ａが、弁軸１０３ｂの
下端部に形成され、図１の上下方向に変位可能に配置さ
れている。なお図１では弁軸１０３ｂと弁体１０３ａを
一体形成しているが、これらを別体形成し接合させても
もちろん構わない。

【００２０】一方弁軸１０３ｂは、弁本体１０１の中央
孔内にに設けられた円筒状のガイド部材１０８の中心孔
に上下方向（軸方向）に摺動可能に遊嵌合しており、そ
して弁軸１０３ｂの上端部には後述する雄ねじ部１０３
ｃが弁軸１０３ｂと一体または別体で形成されている。
ガイド部材１０８の上端部外周面と弁本体１０１の中央
孔内壁面との間にはゴム製のＯリング１１１が配置さ
れ、シール作用を得ている。ガイド部材１０８と弁軸１
０３ｂとの間にはゴム製のＸリング１０９が配置され、
さらに、弁本体１０１の上端面をなすステンレス製のプ
レート１１２とＸリング１０９と間には、樹脂製のカバ
ーリング１１０を配置してシール効果を向上させてい
る。この他にゴム系あるいは樹脂系の弾性シール部材を
用いて、シール効果の一層の向上を図ってもよい。また
このＸリング１０９とカバーリング１１０との間の空隙
部などに潤滑油を充填して、Ｘリング１０９の周辺を潤
滑油雰囲気に維持するようにしてもよい。

【００２１】つぎに断熱部Ｃについて説明する。プラス
チック部材などの断熱部材で形成された断熱部Ｃは、弁
本体１０１の上端面に配置されたプレート１１２を介し
て弁本体１０１上に配置され、締結用ネジ１１３により
弁本体１０１に締めつけ固定されている。断熱部Ｃは円
筒状部材２０１を有し、その内周面には雌ねじ部２０２
が形成され、弁軸１０３ｂの上端部に形成された雄ねじ
部１０３ｃがこの雌ねじ部２０２に噛み合い、このねじ
結合により、後述するようにステッピングモータ３０１
から弁軸１０３ｂへ直に伝達された回動運動が直進運動
に変換され、弁軸１０３ｂは回動しながら図１の上下方
向に変位する。

【００２２】また、円筒状部材２０１内には、雄ねじ部
１０３ｃを図１で上方向に付勢するスプリング（付勢部
材）２０３が配置され、このスプリング２０３により雄
ねじと雌ねじとの遊間を実質的に無くし、ねじ部のバッ
クラッシュを除去している。

【００２３】この断熱部Ｃは断熱部材で形成されている
ので、弁機構部Ａからの熱移動を有効に防止し、運転中
にモータ部Ｂが高温になったり、あるいは低温で発露し
たりすることを有効に防止する。また断熱部Ｃは弁機構
部Ａとは、従来は溶接などで固定していたのに対し、本
発明では締結用ネジ１１３で固定したので、一部部品が
壊れたときは締結用ネジ１１３を外して壊れた部品だけ
を交換でき、膨張弁１の保守管理が容易になる。なお断
熱部Ｃがない膨張弁も本発明に含まれ、この場合、雌ね
じ部２０２は弁機構部Ａまたはモータ部Ｂに設けること
になる。

【００２４】次にモータ部Ｂについて説明する。ステッ
ピングモータ３０１が配設されたモータ部Ｂは、円筒状
部材２０１の上に配置され、締結用ネジ３０３により断
熱部円筒状部材２０１に締めつけ固定されている。モー
タ３０１の回動は、モータ３０１の出力軸（不図示）に
結合された回動部材３０２を介して、弁軸上端部に形成
された雄ねじ部１０３ｃへ直接伝達される。もちろん、
モータ３０１から弁軸１０３ｂへの回動の伝達は歯車や
ベルトなどを介して行ってもよい。またモータ部Ｂの固
定は締結用ネジ３０３で行っているので、一部部品が壊
れたときは締結用ネジ３０３を外して壊れた部品だけを
交換でき、膨張弁１の保守管理が容易になる。

【００２５】このような構成の膨張弁１の冷凍サイクル
における作用について図３を参照しながら説明すると、
まず圧縮機２が作動すると、蒸発器４の下流側流路の冷
媒が吸入・圧縮されて高温・高圧の気体とされて凝縮器
３へ送られ、ここで冷却されて凝縮する。次に膨張弁１
に送られ、ここで冷媒は減圧・膨張して低温・低圧の湿
り蒸気となる。この低温・低圧の湿り蒸気が蒸発器４で
外部から熱を吸収して蒸発し、外部の空気を冷却する。

【００２６】ここで、膨張弁１の開度は、蒸発器４の出
口の冷媒温度と所望の設定温度から制御回路により（不
図示）自動調整される。具体的には、例えば圧力センサ
から低圧側冷媒圧力の検出信号および温度センサから蒸
発器の出口冷媒温度の検出信号に基づいて、制御回路は
蒸発器の出口冷媒の現実の過熱度を算出し、この現実の
過熱度が予め設定された過熱度に近づくようにモータ部
のステッピングモータ３０１の励磁コイル（不図示）に
印加するパルス数を制御する。

【００２７】ステッピングモータ３０１では、この印加
パルス数に比例した回動量だけ回動部材３０２を回動さ
せる。すると、この回動が弁軸１０３ｂに伝達され、弁
軸上端部に形成された雄ねじ部１０３ｃと、円筒状部材
２０１の内周面に形成された雌ねじ部２０２とのねじ結
合により回動運動が直進運動（図では上下方向）に変換
され、上記回動量に応じた距離だけ弁軸１０３ｂは軸方
向に変位する。この弁軸の軸方向変位はそのまま弁体１
０３ａに伝達され、この弁体１０３ａの変位により、液
冷媒を減圧膨張させる絞り通路１０７の開度が調整され
る。この開度調整により、蒸発器４への冷媒循環量が調
整されて、蒸発器４の出口冷媒の過熱度を設定値に維持
することができる。

【００２８】上記の作動において、弁軸１０３ｂの外周
部をＸリング１０９を用いて密封しているから、移動弁
軸の回動および軸方向変位によっても冷媒の漏れが生じ
ない。

【００２９】なお本実施例では断熱部を有する膨張弁を
示したが、断熱部を有さない膨張弁ももちろん本発明に
属する。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の膨張弁によれば、ステッピン
グモータの回動運動を弁軸に直接伝達するので、膨張弁
全体として小型化、低コスト化を実現でき、しかも弁軸
の外周部をＸリングで密封したので、弁軸の回動および
軸方向移動によっても冷媒の漏れが生じない。

【００３１】また請求項２の膨張弁では、モータ部と弁
機構部との間に断熱部を設けたので、運転中にモータ部
が高温になったり、あるいは低温で発露したりすること
を有効に防止できる。

【００３２】さらに請求項４の膨張弁では、モータ部と
弁機構部とを締結部材で着脱可能に固定したので、膨張
弁の分解・組立を容易にし保守性に優れる。

【００３３】そしてまた請求項５の膨張弁では、ステッ
ピングモータの回動によるネジ送り作用で弁軸が軸方向
に変位する機構において、付勢部材により弁軸を上流側
へ付勢するので、ネジ部のバックラッシュを有効に防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の膨張弁の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】 Ｘリングの断面図である。

【図３】 本発明の膨張弁を用いた冷凍サイクル図であ
る。

【図４】 従来の膨張弁の断面図である。

【符号の説明】

Ａ 弁機構部 Ｂ モータ部 Ｃ 断熱部 １ 膨張弁 １０３ａ 弁体 １０３ｂ 弁軸 １０７ 絞り通路 １０９ Ｘリング １１３，３０３ 締結用ネジ（締結用部品） ２０３ スプリング（付勢部材） ３０１ ステッピングモータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッピングモータを有するモータ部
   と、 冷媒を減圧膨張させる絞り通路と、該絞り通路の開度を
   調整する弁体とを有する弁機構部とを備え、 前記ステッピングモータの回動運動を前記弁体の弁軸に
   直接伝達し、弁体を軸方向に変位させることによって、
   前記開度を制御する膨張弁であって、 前記弁軸の外周部をＸリングで密封したことを特徴とす
   る膨張弁。
2. 【請求項２】 前記モータ部と前記弁機構部との間に断
   熱部材からなる断熱部を設けた請求項１記載の膨張弁。
3. 【請求項３】 前記断熱部材がプラスチック部材である
   請求項２記載の膨張弁。
4. 【請求項４】 前記モータ部と前記弁機構部とが締結部
   品で着脱可能に固定された請求項１記載の膨張弁。
5. 【請求項５】 前記弁軸を上流側へ付勢する付勢部材が
   さらに設けられた請求項１〜４のいずれかに記載の膨張
   弁。