JP5674417B2 - 流量制御弁及びその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用冷凍サイクルの冷媒流量制御などに用いられる流量制御弁及びその制御方法に関する。

下記の特許文献１は、自動車用冷凍サイクルの電動式の流量制御弁を開示している。

特許第４２２４１８７号公報

この種の電動弁は、その閉弁位置を流量制御の開始点としており、ステッピングモータの回転運動をネジ機構にてニードル弁の進退運動に変換しているが、その進退速度はステッピングモータの回転速度に依存しており、ニードル弁を全閉状態から全開状態にするには、おおむね５秒〜１７秒程度の時間を有する。車両用空調回路において、コンプレッサの回転数はエンジンの回転数と連動している場合が多く、アクセルの急激な操作（おおむね１秒以下）により、エンジン及びコンプレッサの回転数が急激に増加し急激な圧力上昇が発生する。この圧力上昇に合わせて、電動弁側では瞬時にニードル弁の位置を全開にする必要がある。

また、自動車用のエアコンでは、停車時等で太陽光が社内に入り込み、車室温度が高温となる場合がある。このようなときは、エンジン始動直後から瞬時に冷気を送り込み、車室内の温度を下げたいという要求がある。しかし、電動弁では全閉状態から全開に至るまで（５秒〜１７秒）程度かかるため、瞬時に冷却効果を得ることができないという問題がある。
本発明の目的は、上述した問題を解決する流量制御弁及びその制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の流量制御弁は、基本的手段として、第１の流体入出口及び弁室を供えた弁本体と、前記弁本体に回動自在に設けられたロータと、前記ロータの外周に設けられたステータと、前記ロータの回動により昇降可能な弁体と、その内部に流体通路が形成され、前記弁体によりオリフィス開度が制御される弁座を備えたプランジャと、前記プランジャを吸引するコイルと、前記プランジャの流体通路に連通する第２の流体入出口と、を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の流量制御弁の制御方法は、前記プランジャの移動により弁座が弁体から遠ざかった後、前記プランジャが元の位置に復帰する前に、弁体を開弁方向へ移動させることを特徴とするものである。

上述した手段を備えることにより、本発明の流量制御弁は、極めて短時間で最大の流量を得ることができるものである。
また、本発明の流量制御弁の制御方法では、プランジャが元に位置に復帰しても、弁体及び／あるいは弁座に傷などが付くおそれがない。

本発明の第１の実施例を示す説明図。 本発明の第１の実施例を示す説明図。 本発明の第２の実施例を示す説明図。 本発明の第２の実施例を示す説明図。

図１、図２は本発明の第１の実施例を示す説明図であり、それぞれ全閉状態及び弁シート部２２２が後退して全開した状態を示している。
本発明の流量制御弁１は弁本体１０を有し、弁本体１０は冷媒の通路１２と弁室１４及び弁室１４に通ずる開口部１６を備える。
弁室１４内に配設されるニードル弁１１０は、弁本体１０に対してカシメ手段Ｋ_１等で固着されるベース３０により支持される電動弁の弁体として機能する。

全体を符号１００で示す電動弁は、ベース３０に固着される円筒形状のキャン１２０を有し、キャン１２０内に立設される雄ねじ部材１５０を備える。雄ねじ部材１５０に対してねじ部１５２に螺合される雌ねじ部材１４０は、連結部材１３２を介してロータ１３０に連結される。キャン１２０の外側には合成樹脂製のケース１６０内に装備されたステータコイル１７０が嵌装される。ステータコイル１７０にはリード線１７２を介してパルス電流が供給され、キャン１２０内部のロータ１３０をステッピング駆動する。ロータ１３０の回転運動は、ねじ部１５２により、直線運動に変換されて、雌ねじ部材１４０を軸線方向に駆動する。雌ねじ部材１４０はリング部材１４２によりニードル弁１１０に連結されており、ニードル弁１１０は弁室１４内で昇降可能となっている。

雄ねじ部材１５０には固定側ストッパ１１６が固着され、またロータ１３０により回転される雌ねじ部材１４０には可動側ストッパ１１７が固着されている。そして、両ストッパ１１６、１１７が当接することにより、ロータ１３０の回転は停止される。
また、雌ねじ部材１４０とニードル弁１１０との間にはコイルスプリング１１５が配置されている。プランジャ２２０に設けられた弁シート部２２２が上昇した位置にある場合は、ロータ１３０の回転によりニードル弁１１０が弁シート部２２２に着座した後もしばらくロータ１３０は回転を続け、その後、可動側ストッパ１１７が固定側ストッパ１１６に当接することにより該ロータ１３０の回転は停止される。上記の着座から両ストッパ１１６及び１１７の当接までの間は、コイルスプリング１１５は圧縮される。

ニードル弁１１０に対向して開口部１６内に配設される電磁吸引装置２００は、シリンダ部材２１０を備え、シリンダ部材２１０内にはプランジャ２２０が摺動自在に挿入される。
プランジャ２２０は、ニードル弁１１０に対向する先端部にオリフィス部を備えたパイプ状の弁シート部２２２を有し、ニードル弁１１０の先端のテーパー部１１２と協同して冷媒の流量制御を行なう。
シリンダ部材２１０の端部には、吸引子２３０が固定されており、吸引子２３０とプランジャ２２０の間に配設されたスプリング２４０は、常時プランジャ２２０をシリンダ部材２１０の底面２１２に当接する位置に押し上げて固定する。

この状態にあっては、本発明の流量制御弁１は閉弁状態であり、この状態からステータコイル１７０に所定の駆動パルスを印加することにより通常の電動弁として機能し、ニードル弁１１０は弁シート部２２２を有するプランジャ２２０と協同してプランジャ２２０の中心部の通路２２４と弁室１４の間を流れる冷媒の流量を制御する。

プランジャ２２０の通路２２４に連通する吸引子２３０には、その中央部を貫通するように通路２３２が形成され、該通路２３２は、弁本体１０の開口部１６を封止するキャップ２０の配管通路２２に連通される。
シリンダ部材２１０の外側に嵌装されるコイル２５０は、ボビン２６０に巻回され、コイル２５０はリード線２７０を介して給電される。
コイル２５０は給電を受けると、吸引子２３０に磁力を発生させる。これにより吸引子２３０は、スプリング２４０に抗してプランジャ２２０を吸引子２３０に側に引き寄せる。

図２は、プランジャ２２０が吸引子２３０に引き寄せられた状態を示し、弁シート部２２２はニードル弁１１０のテーパー部１１２から離間し、冷媒の流量を急激に増加させる。この作用により瞬時に冷房効果を得ることができる。

図３、図４は、本発明の第２の実施例を示す説明図であり、それぞれ全閉状態及び弁シート部が後退して全開した状態を示している。
全体を符号１ａで示す流量制御弁は、弁本体１０ａの上部にニードル弁１１０を駆動する電動弁１００を有する。電動弁１００の構成は先の実施例と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１、図２で示した実施例は、冷媒の出入口の通路が直交する構造のものであったが、本実施例のものは、冷媒の出入り口の通路が同一の軸線上に配設する点で異なる。
すなわち、本実施例の流量制御弁１ａは、弁本体１０ａに設けられる冷媒の入口及び出口の通路１２，１８が同一の軸線上に設けられる。冷媒の第１の通路１２は、弁本体１０ａの中央部に設けられる弁室１４に連通する。弁室１４内にはニードル弁１１０が昇降自在に配設される。

弁室１４に対向して形成される開口部１６内に配置される電磁吸引装置２００は、シリンダ部材２１０を備え、シリンダ部材２１０は、カシメ手段Ｋ_２により弁本体１０ａに固着される。

シリンダ部材２１０内にはプランジャ２２０が摺動自在に挿入され、プランジャ２２０は吸引子２３０に対向する。電磁吸引装置２００のコイル２５０はボビン２６０に巻かれ、ケース２６２はボルト２８０によりシリンダ部材２１０内に圧入固定された吸引子２３０に固定される。
プランジャ２２０のニードル弁１１０に対向する先端部にはその内部にオリフィス部を有する弁シート部２２２が形成され、ニードル弁２１０との間で冷媒の流量を制御する。

図３の状態にあっては、プランジャ２２０はスプリング２４０のばね力によって、上方へ押し上げられ、シリンダ部材２１０のフランジ部２１２に当接した位置で保持されている。
オリフィス部２２２の内穴を通過した冷媒は、プランジャ２２０に形成した横穴２２４を通ってシリンダ部材２１０との間の空間２１４に入り、シリンダ部材２１０に設けた穴２１６を通り、弁本体１０ａに形成した斜穴１７を通って、第２の通路１８に連通される。

図４は、コイル２５０に通電されて、吸引子２３０がスプリング２４０のばね力に抗してプランジャ２２０を吸引した状態を示す。
この状態にあっては、プランジャ２２０の弁シート部２２２は、急速にニードル弁１１０から離間し、通過する冷媒の流量は急激に増加する。
この作用により瞬時に冷房効果を得ることができる。

さて、上述したように電動弁１００は、コイル２５０への通電が成されておらずプランジャ２２０が上昇した位置にあるときに、可動側ストッパ１１７が固定側ストッパ１１６２当接するまでロータ１３０を回動させれば、ニードル弁１１０が弁シート部２２２に着座し、かつコイルスプリング１１５は圧縮されて閉弁状態となる。
その後、コイル２５０に通電させてプランジャ２２０を吸引すると、弁シート部２２２が瞬時に下降し、大流量が確保されるが、その際、ニードル弁１１０は、コイルスプリング１１５が圧縮されていた分だけ下降する。

この状態で、コイル２５０への通電を解除すると、プランジャ２２０がスプリング２４０の弾発力で瞬時に元の位置へ復帰するため、該プランジャ２２０に設けられた弁シート部２２２がニードル弁１１０の先端に衝突する。弁シート部２２２やニードル弁１１０の材質如何によっては、上記の衝突によりそれらに傷や打痕が付くおそれがあり、その後の電動弁１００の精緻な流量制御が損なわれることが予測される。

したがって、そのような懸念がある場合には、コイル２５０への通電を解除するまでの間（例えばプランジャ２２０を吸引すると同時、あるいはその直後）において、ロータ１３０を開弁方向に回転させて、プランジャ２２０が元の位置に復帰しても弁シート部２２２がニードル弁１１０に衝突しない位置まで、該ニードル弁１１０を上昇させると良い。
さらにまた、閉弁時にニードル弁１１０と弁シート部２２２が接触しないタイプの電動弁においても、プランジャ２２０がスプリング２４０の弾発力で瞬時に元の位置へ復帰した際の振動等により、多少なりともプランジャ２２０に設けられた弁シート部２２２がニードル弁１１０の先端に接触するおそれがある場合には、上記と同様に、コイル２５０への通電を解除するまでの間に、ニードル弁１１０を上昇させても良い。

また、図３及び図４に示した実施例では、弁本体１０ａに設けられる冷媒の入口及び出口の通路１２，１８が同一の軸線上に設けられるものとしたが、通路１２及び通路１８は、平行に配置されるものであっても良い。
さらに、前記の各実施例においては、コイル２５に対する通電時にプランジャ２２０がニードル弁体１１０から遠ざかる方向に吸引されて開弁するものとして説明した。このような構成により、瞬時に開弁動作が必要なときにのみコイル２５への通電を行えば良いので省電力であるが、コイル２５を常時通電状態とし、瞬時に開弁動作が必要な時に該コイル２５への通電を解除するように当該流量制御弁を構成しても良いことは当然である。

１，１ａ 流量制御弁
１０，１０ａ 弁本体
１２，１８ 通路
１４ 弁室
１６ 開口部
１７ 斜穴
２０ キャップ
２２ 配管通路
３０ ベース
１００ 電動弁
１１０ ニードル弁
１１２ テーパー部
１２０ キャン
１３０ ロータ
１３２ 連結部材
１４０ 雌ねじ部材
１４２ リング部材
１５０ 雄ねじ部材
１５２ ねじ部
１６０ ケース
１７０ ステータコイル
２００ 電磁吸引装置
２１０ シリンダ部材
２１２ 底面
２１６ 穴
２２０ プランジャ
２２２ 弁シート部
２２４ 横穴
２３０ 吸引子
２３２ 通路
２４０ スプリング
２５０ コイル
２６０ ボビン
２６２ ケース
２７０ リード線
２８０ ボルト

Claims (11)

1. 第１の流体入出口及び弁室を供えた弁本体と、
   前記弁本体に回動自在に設けられたロータと、
   前記ロータの外周に設けられたステータと、
   前記ロータの回動により昇降可能な弁体と、
   その内部に流体通路が形成され、前記弁体によりオリフィス開度が制御される弁座を備えたプランジャと、
   前記プランジャを吸引するコイルと、
   前記プランジャの流体通路に連通する第２の流体入出口と、を備えたことを特徴とする流量制御弁。
2. 前記プランジャに形成された流体通路は、該プランジャに設けられた弁座と反対側端部に開口し、前記第２の流体入出口は、前記プランジャに設けられた流体通路の前記反対側端部に連通していることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
3. 前記コイルの内側には前記プランジャの摺動方向に貫通する貫通孔を有する吸引子を備え、
   前記第２の流体入出口は、前記吸引子の貫通孔を介して、前記プランジャに設けられた流体通路の前記反対側端部に連通していることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
4. 前記第１の流体入出口及び第２の流体入出口は、ほぼ直交するように配置されているこ
   とを特徴とする請求項３記載の流量制御弁。
5. 前記コイルは、前記弁本体内部に配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量制御弁。
6. 前記プランジャに形成された流体通路は、該プランジャの側面部に開口し、
   前記第２の流体入出口は、前記プランジャに設けられた流体通路の前記側面部に連通していることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
7. 前記第１の流体入出口及び第２の流体入出口は、ほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求項６記載の流量制御弁。
8. 前記プランジャは、前記コイルに対する通電時に、前記弁体から遠ざかる方向に吸引されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の流量制御弁。
9. 前記弁体は、その最下降時において、前記弁座に当接することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の流量制御弁。
10. 前記弁体は、ばね手段により前記弁座の方向に付勢されており、
    前記ばね手段は、前記ロータの回転が前記弁座に対する弁体の当接後も継続することにより、圧縮されることを特徴とする請求項９記載の流量制御弁。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の流量制御弁の制御方法であって、
    前記プランジャの移動により弁座が弁体から遠ざかった後、前記プランジャが元の位置に復帰する前に、弁体を開弁方向へ移動させることを特徴とする流量制御弁の制御方法。

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