JP2008121711A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことなく、より大きなサイズの緩衝用圧縮コイルばねを組み込む流量制御弁を提供する。
【解決手段】弁軸２５の下端部に設けられた弁体２４と、弁体２４が接離する弁座２２が設けられるとともに、流体が導入導出される弁室２１を有する弁本体２０と、キャン４０と、ロータ３０と、ステータ５０と、ロータ３０と弁軸２５との間に配在され、ロータ３０の回転を利用して弁体２４を弁座２２に接離させる駆動機構とを備え、弁室２１内に、弁軸２５に外挿されて弁体２４を弁座２２に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばね３４の一部ないし全部が配在されてなる。弁軸２５の下端付近に、圧縮コイルばね３４の下端を受け止める下側ばね受け部２５ｃが設けられるとともに、弁軸２５の上部側に、圧縮コイルばね３４の上端を受け止める上側ばね受け部材としてのワッシャ４３及び細長カラー４２が外挿される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等に組み込まれて使用される流量制御弁に係り、特に、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できるようにされた流量制御弁に関する。

この種の流量制御弁の従来例を図３に示す。図示の流量制御弁１０’は、下部大径部２５ａと上部小径部２５ｂからなる弁軸２５の下端部に設けられた弁体２４と、流体入出口となる冷媒導入管６１及び冷媒導出管６２が連結されるとともに、前記弁体２４が接離する弁座２２（弁口２２ａ）が設けられた弁室２１を有する弁本体２０とを備え、前記弁座２２に対する弁体２４のリフト量を制御することにより冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。前記弁本体２０の鍔状部材２３（に形成された段差部）には、半球状の天井部４０ａを有する下方開口の円筒状のキャン４０の下端部が突き合わせ溶接により密封接合されている。

前記キャン４０の内周には、所定の間隙αをあけてロータ３０が配在され、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０の円筒状部分４０ａの外周には、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３，５３、及び樹脂モールドカバー５６等からなるステータ５０が外嵌されている。

そして、ロータ３０と弁軸２５との間には、ロータ３０の回転を利用して前記弁体２４を前記弁座２２に接離させる駆動機構が設けられている。この駆動機構は、弁本体２０にその下端部２６ａが圧入固定されるとともに、弁軸２５（の下部大径部２５ａ）が摺動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ２６の外周に形成された固定ねじ部２８と、前記弁軸２５及びガイドブッシュ２６の外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２の内周に形成されて前記固定ねじ部２８に螺合せしめられた移動ねじ部３８とからなるねじ送り機構で構成されている。

また、前記ガイドブッシュ２６の上部小径部２６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ中央に弁軸２５の上部小径部２５ｂが挿通せしめられている。弁軸２５の上部小径部２５ｂの上端部は、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ上面に乗せられたナット３３に圧入固定されている。

また、前記弁軸２５は、該弁軸２５の上部小径部２５ｂに外挿され、かつ、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａと弁軸２５における下部大径部２５ａの上端段丘面との間に縮装された緩衝用の圧縮コイルばね３４’によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ上には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。

弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されるとともに、支持リング３６に弁軸ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。

ガイドブッシュ２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着され、弁軸ホルダ３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。

このような構成とされた流量制御弁１０’にあっては、ステータコイル５３，５３を第１の態様で通電励磁することにより、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体２４が弁座２２に押し付けられて弁口２２ａが閉じられる。

弁口２２ａが閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に当接しておらず、弁体２４が弁口２２ａを閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。このときは、弁軸２５に対して弁軸ホルダ３２が下降するため、緩衝用の圧縮コイルばね３４’が圧縮せしめられることにより弁軸ホルダ３２の下降力は吸収される。その後、ロータ３０がさらに回転して弁軸ホルダ３２が下降すると、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接し、ステータコイル５３，５３に対する通電が続行されても弁軸ホルダ３２の下降は強制的に停止される。

一方、ステータコイル５３，５３を第２の態様で通電励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動して弁体２４が弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれ、冷媒が弁口２２ａを通過する。この場合、ロータ３０の回転量により弁口２２ａの実効開口面積、すなわち冷媒の通過流量を調整することができ、ロータ３０の回転量はパルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に調整することができる（詳細は、下記特許文献１等を参照）。

特開２００１−５０４１５号公報

前記のように弁体２４を弁座２２に押し付けるように付勢する緩衝用の圧縮コイルばね３４’を備えた流量制御弁１０’においては、次のような解決すべき課題があった。

すなわち、冷媒として高圧の二酸化炭素（ガス）を用いる場合等において、ロータ３０やステータ５０等からなるステッピングモータを含む流量制御弁全体のサイズを、これまでのものと同程度にコンパクトに保ったままで大容量化等に対応させるためには、圧縮コイルばね３４’のサイズをより大きなものに変更する必要があるが、圧縮コイルばね３４’のサイズを大きくすると、当該流量制御弁１０’の構造上、ガイドブッシュ２６及びその外周に形成された固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２及びその内周に形成された移動ねじ部３８も大きくする必要がある。

ところが、固定ねじ部２８や移動ねじ部３８を大きくすると、それらの間の摩擦抵抗が増大し、弁開閉動作に大きな駆動力が必要となり、ステッピングモータとして出力トルクの大きなもの、すなわち、大型で価格の高いものを使用しなければならず、また、消費電力も大きくなるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことなく、より大きなサイズの緩衝用圧縮コイルばねを組み込むことができるようにされ、もって、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できるようにされた流量制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流量制御弁は、基本的には、弁軸の下端部に設けられた弁体と、該弁体が接離する弁座が設けられるとともに、流体が導入導出される弁室を有する弁本体と、該弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁軸との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構とを備える。

そして、前記弁室内に、前記弁軸に外挿されて前記弁体を前記弁座に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばねの一部ないし全部が配在されていることを特徴としている。

前記弁軸は、好ましくは、上部小径部と下部大径部を有し、前記圧縮コイルばねの内径が前記下部大径部の外径より大きくされる。

前記駆動機構は、好ましくは、前記弁本体にその下端部が固定されるとともに、前記弁軸が移動自在に内挿された筒状のガイドブッシュの外周に形成された固定ねじ部と、前記弁軸及びガイドブッシュの外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダの内周に形成されて前記固定ねじ部に螺合せしめられる移動ねじ部とからなるねじ送り機構で構成される。

好ましい態様では、前記弁軸の下端付近に、前記圧縮コイルばねの下端を受け止める下側ばね受け部が設けられるとともに、前記弁軸の上部側に、前記圧縮コイルばねの上端を受け止める上側ばね受け部材が外挿される。

なお、下側ばね受け部は、弁軸とは別体の部材（例えば止め輪）を溶接や圧入等で弁軸に固定することにより形成してもよい。また、上側ばね受け部材は、ガイドブッシュと一体的に形成してもよい。

この場合、好ましい態様では、前記ガイドブッシュの下部に前記弁室に連なる拡張室が形成され、該拡張室に、前記圧縮コイルばねの上端部及び前記上側ばね受け部材の一部が挿入される。

より具体的な好ましい態様では、前記上側ばね受け部材は、前記弁軸に外挿されたばね受けワッシャ及び細長カラーからなり、前記細長カラーの上端は、前記弁軸ホルダの天井部に受け止め係止される。

この場合、好ましい態様では、前記ばね受けワッシャ、細長カラー、及び該カラーと前記弁軸ホルダの天井部との間に配在されたカラー受けワッシャのうちの少なくとも一つは、摩擦抵抗低減化及び／又は耐摩耗性の向上を図るべく、めっき等の表面処理が施される。

本発明に係る流量制御弁では、弁室内に、緩衝用の圧縮コイルばねの一部ないし全部が配在されるので、圧縮コイルばねのサイズをより大きなものに変更することが可能となる。ここで、従来のように、圧縮コイルばねを弁軸ホルダの天井部と弁軸における下部大径部の上端段丘面との間に配在する場合、圧縮コイルばねを大きなものに変更するには、その構造上、ガイドブッシュ及びその外周に形成された固定ねじ部と弁軸ホルダ及びその内周に形成された移動ねじ部も大きくする必要があり、結果的に固定ねじ部と移動ねじ部との間の摩擦抵抗が増大し、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことになるが、上記のように、弁室内に圧縮コイルばねの一部ないし全部を配在することにより、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことなく、より大きなサイズの圧縮コイルばねを組み込むことができ、そのため、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応可能となる。

以下、本発明の流量制御弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る流量制御弁の一実施形態の縦断面図である。なお、図１においては、前述した図３に示される従来例の流量制御弁１０’の各部に対応する部分には同一の符号が付されている。

図１に示される流量制御弁１０は、下部大径部２５ａと上部小径部２５ｂからなる弁軸２５の下端部に設けられた弁体２４と、流体入出口となる冷媒導入管６１及び冷媒導出管６２が連結されるとともに、前記弁体２４が接離する弁座２２（弁口２２ａ）が設けられた弁室２１を有する弁本体２０とを備え、前記弁座２２に対する弁体２４のリフト量を制御することにより冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。前記弁本体２０の鍔状部材２３（に形成された段差部）には、皿状の天井部４０ａを有する下方開口の円筒状のキャン４０の下端部が突き合わせ溶接により密封接合されている。

前記キャン４０の内周には、所定の間隙αをあけてロータ３０が配在され、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０の円筒状部分４０ａの外周には、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３，５３、及び樹脂モールドカバー５６等からなるステータ５０が外嵌されている。ここでは、前記ロータ３０やステータ５０によりステッピングモータが構成されている。

そして、前記ロータ３０と弁軸２５との間には、ロータ３０の回転を利用して前記弁体２４を前記弁座２２に接離させる駆動機構が設けられている。この駆動機構は、弁本体２０にその下端部２６ａが圧入固定されるとともに、弁軸２５が移動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ２６の中間部外周に形成された固定ねじ部２８と、前記弁軸２５及びガイドブッシュ２６の外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２の下部内周に形成されて前記固定ねじ部２８に螺合せしめられた移動ねじ部３８とからなるねじ送り機構で構成されている。

また、前記ガイドブッシュ２６の上部小径部２６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ中央に弁軸２５の上部小径部２５ｂが挿通せしめられている。弁軸２５の上部小径部２５ｂの上端部は、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ上面に乗せられたナット３３に圧入固定されている。なお、ガイドブッシュ２６の側面には弁室２１とキャン４０内の均圧を図る均圧孔２６ｃが形成されている。

弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ上には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。復帰ばね３５は、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８との螺合が外れたときに、キャン４０の内面に当接して固定ねじ部２８と移動ねじ部３８との螺合を復帰させるように働く。

弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されており、支持リング３６に弁軸ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。

ガイドブッシュ２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着され、弁軸ホルダ３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。

そして、本実施形態では、前記弁室２１内に、前記弁軸２５の下部大径部２５ａに外挿されて前記弁体２４を前記弁座２２に押し付ける方向に付勢する緩衝用の圧縮コイルばね３４（の一部ないし全部）が配在されている。

詳細には、前記ガイドブッシュ２６の下部大径部２６ａに前記弁室２１に連なる拡張室２９が形成されるとともに、前記弁軸２５は、従来のものより長い上部小径部２５ｂとこの上部小径部２５ｂの下側に連設された下部大径部２５ａを有するものとされ、また、前記圧縮コイルばね３４の内径が前記下部大径部２５ａの外径より大きくされており、この圧縮コイルばね３４の下端を受け止めるべく、前記弁軸２５の下部大径部２５ａの下端付近に大径の下側ばね受け部２５ｃが設けられるとともに、前記弁軸２５の上部小径部２５ｂに、前記圧縮コイルばね３４の上端を受け止めるべく、上側ばね受け部材としてのばね受けワッシャ４３及び細長カラー４２が外挿されている。なお、前記拡張室２９に、前記圧縮コイルばね３４の上端部並びに前記ワッシャ４３及び細長カラー４２の下部が挿入されている。

そして、前記細長カラー４２の上端は、前記弁軸ホルダ３２の天井部３２ａに、カラー受けワッシャ３９を介して受け止め係止されている。

なお、前記ばね受けワッシャ４３、細長カラー４２、及び該カラー４２と前記弁軸ホルダ３２の天井部３２ａとの間に配在されたカラー受けワッシャ３９には、摩擦抵抗低減化及び／又は耐摩耗性の向上を図るべく、必要に応じて、めっき等の表面処理が施されている。

かかる構成の流量制御弁１０にあっては、例えば、図２に示される開弁状態から、ステータコイル５３，５３を第１の態様で通電励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体２４が弁座２２に押し付けられて弁口２２ａは閉じられる。

弁口２２ａが閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に当接しておらず、弁体２４が弁口２２ａを閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。このときは、弁軸２５に対して弁軸ホルダ３２が下降するため、緩衝用の圧縮コイルばね３４が圧縮せしめられることにより弁軸ホルダ３２の下降力は吸収される。その後、ロータ３０がさらに回転して弁軸ホルダ３２が下降すると、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接し、ステータコイル５３，５３に対する通電が続行されても弁軸ホルダ３２の下降は強制的に停止され、図１に示される如くの閉弁状態となる。

一方、この閉弁状態から、ステータコイル５３，５３を第２の態様で通電励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動して弁軸２５の下端の弁体２４が弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれ（図２に示される如くの開弁状態となる）、冷媒が弁口２２ａを通過する。この場合、ロータ３０の回転量により弁口２２ａの実効開口面積、すなわち冷媒の通過流量を調整することができ、ロータ３０の回転量はパルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に調整することができる。

以上の如くの構成とされた本実施形態の流量制御弁１０においては、弁室２１内に、緩衝用の圧縮コイルばね３４の一部ないし全部が配在されるので、圧縮コイルばね３４のサイズをより大きなものに変更して組み込むことが可能となる。ここで、従来のように、圧縮コイルばね３４’を弁軸ホルダ３２の天井部３２ａと弁軸２５における下部大径部２５ａの上端段丘面との間に配在する場合、圧縮コイルばね３４’を大きなものに変更するには、その構造上、ガイドブッシュ２６及びその外周に形成された固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２及びその内周に形成された移動ねじ部３８も大きくする必要があり、結果的に固定ねじ部２８と移動ねじ部３８との間の摩擦抵抗が増大し、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことになるが、上記のように、弁室２１内に圧縮コイルばね３４の一部ないし全部を配在することにより、ステッピングモータを含む流量制御弁全体の大型化を招くことなく、より大きなサイズの圧縮コイルばねを組み込むことができ、そのため、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応可能となる。

本発明に係る流量制御弁の一実施形態の閉弁状態を示す縦断面図。 本発明に係る流量制御弁の一実施形態の開弁状態を示す縦断面図。 従来の流量制御弁の一例を示す縦断面図。

符号の説明

１０ 流量制御弁
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁座
２３ 鍔状部材
２４ 弁体
２５ 弁軸
２５ａ 下部大径部
２５ｂ 上部小径部
２６ ガイドブッシュ
２７ 下ストッパ
２８ 固定ねじ部（雄ねじ部）
２９ 拡張室
３０ ロータ
３２ 弁軸ホルダ
３３ プッシュナット
３４ 圧縮コイルバネ
３５ 復帰ばね
３６ 支持リング
３７ 上ストッパ体
３８ 移動ねじ部（雌ねじ部）
３９ ワッシャ
４０ キャン
４２ 細長カラー
４３ ばね受けワッシャ
５０ ステータ

Claims (7)

1. 弁軸の下端部に設けられた弁体と、該弁体が接離する弁座が設けられるとともに、流体が導入導出される弁室を有する弁本体と、該弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁軸との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構とを備えた流量制御弁であって、
   前記弁室内に、前記弁軸に外挿されて前記弁体を前記弁座に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばねの一部ないし全部が配在されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記弁軸は、上部小径部と下部大径部を有し、前記圧縮コイルばねの内径が前記下部大径部の外径より大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記駆動機構は、前記弁本体にその下端部が固定されるとともに、前記弁軸が移動自在に内挿された筒状のガイドブッシュの外周に形成された固定ねじ部と、前記弁軸及びガイドブッシュの外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダの内周に形成されて前記固定ねじ部に螺合せしめられる移動ねじ部とからなるねじ送り機構で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量制御弁。
4. 前記弁軸の下端付近に、前記圧縮コイルばねの下端を受け止める下側ばね受け部が設けられるとともに、前記弁軸の上部側に、前記圧縮コイルばねの上端を受け止める上側ばね受け部材が外挿されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流量制御弁。
5. 前記ガイドブッシュの下部に前記弁室に連なる拡張室が形成され、該拡張室に、前記圧縮コイルばねの上端部及び前記上側ばね受け部材の一部が挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の流量制御弁。
6. 前記上側ばね受け部材は、前記弁軸に外挿されたばね受けワッシャ及び細長カラーからなり、前記細長カラーの上端は、前記弁軸ホルダの天井部に受け止め係止されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の流量制御弁。
7. 前記ばね受けワッシャ、細長カラー、及び該カラーと前記弁軸ホルダの天井部との間に配在されたカラー受けワッシャのうちの少なくとも一つは、摩擦抵抗低減化及び／又は耐摩耗性の向上を図るべく、めっき等の表面処理が施されていることを特徴とする請求項６に記載の流量制御弁。

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