JP6978391B2

JP6978391B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム

Info

Publication number: JP6978391B2
Application number: JP2018163360A
Authority: JP
Inventors: 大樹中川
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: JP2020034140A; CN114857288A; CN110873218B; CN110873218A

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、空気調和機の冷凍サイクルに設けられる電動弁として、例えば特許第２８９８９０６号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この電動弁は、弁室の主弁ポート（大径弁口）の開度を変更する主弁体（第２弁体）と、主弁体に形成された副弁ポート（小径弁口）の開度を変更する副弁体（第１弁体）と、副弁体を駆動する電動モータ（ステッピングモータ）を有した駆動部と、を備えている。

図１２はこの電動弁における電動モータの駆動パルス（副弁体のリフト量）と電動弁を流れる冷媒の流量の関係（流量特性）を示すグラフである。そして、この電動弁では、主弁体が着座して主弁ポートを閉じた状態で、電動モータの駆動により副弁体が副弁ポートの開度を変更する状態があり、このとき電動モータの駆動パルスに応じて副弁ポートの開度が制御されることで、図１２に示すように小流量制御域となる流量特性が得られる。また、電動モータの駆動により副弁体が引き上げられることで副弁体が主弁体に係合し、主弁体が副弁体と共に引き上げられることで主弁ポートが開き、主弁体が主弁ポートの開度を変更することにより、図１２に示すように大流量制御域となる流量特性が得られる。このように、この電動弁は、小流量制御域と大流量制御域と、の二段の流量制御域を有するものである。

特許第２８９８９０６号公報

従来の電動弁では、複数の電動弁において、例えば図１３に実線で示す狙いの流量特性となるように作成したものでも、部品寸法のバラツキ等により、流量特性にもバラツキが生じてしまう。このバラツキの範囲は部品の寸法公差や組立公差等の影響によるものであるが、例えば図１３の例では、実線で示す中心の流量特性に対して、点線で示す上限や破線で示す下限の流量特性のようになる。また、流量特性において、小流量制御域と大流量制御域との境界に屈曲点があり、この屈曲点の位置にもバラツキが生じる。したがって、電動弁のパルス制御を行うには、バラツキ範囲内で、小流量制御域の駆動パルスの上限が最小となる駆動パルス（図１３ではＡ点）よりさらに小さい駆動パルスを上限とし、その上限までの範囲を、微小流量制御の為に実際に使用する微小流量制御可能範囲とする必要がある。

さらに、図１３のＡ点においても流量にバラツキがあり、例えば流量特性の上限（点線の流量特性）では、弁開度が大きすぎて流量を絞り切れない可能性がある。このため、小流量を制御する範囲の上限をＡ点よりもさらに下げて、その範囲を小流量を制御する範囲とする必要がある。このように、従来の電動弁では、小流量で制御をできる範囲を狭くせざるを得ない。このことは、主弁体と副弁体とによる二段の制御を行うものに限らず、ニードル弁の円錐台部で流量を制御するような電動弁でも同様に問題となる。例えば、小流量制御域の最大流量のバラツキが大きくなって、流量を絞り切れなくなる可能性があり、小流量制御域の小流量の制御として使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲は、流量のバラツキを考慮して狭くする必要がある。

本発明は、ニードル弁により小流量制御を行う電動弁において、小流量制御域の最大流量のバラツキを抑制し、微小流量制御の為に実際に使用する微小流量制御可能範囲を広範囲とすることを課題とする。

請求項１の電動弁は、小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部を有するニードル弁が前記小径弁ポートの軸線上に配置され、電動モータのロータの回転運動をねじ送り機構で直線運動に変換することにより前記ニードル弁を前記軸線方向に進退させて、前記小径弁ポートの開口部と前記ニードル弁の少なくとも前記円錐台部との隙間の開口面積によって、冷媒の流量を制御する電動弁において、前記ニードル弁は、前記円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから前記軸線方向に抜け出た位置で、前記小径弁ポート内に前記ストレート部が保持されることで、一定流量を保つ定流量域を有するよう構成されていることを特徴とする。

請求項２の電動弁は、小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部を有するニードル弁が前記小径弁ポートの軸線上に配置され、電動モータのロータの回転運動をねじ送り機構で直線運動に変換することにより前記ニードル弁を前記軸線方向に進退させて、前記小径弁ポートの開口部と前記ニードル弁の少なくとも前記円錐台部との隙間の開口面積によって、冷媒の流量を制御する電動弁において、前記ニードル弁は、前記円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから前記軸線方向に抜け出た位置で、前記小径弁ポート内に前記ストレート部が保持されるよう構成されており、弁室の主弁ポートの開度を変更する主弁体を備えるとともに該主弁体に前記小径弁ポートが形成され、前記ニードル弁が前記小径弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートの開度を変更する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有し、前記ニードル弁は、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから抜け出た位置で前記主弁体に係合し、前記主弁体は、前記ニードル弁との係合状態で前記ニードル弁と一体的に移動して前記主弁ポートの開度を変更するよう構成されていることを特徴とする。

請求項３の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられた電子膨張弁と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１に記載の電動弁が、前記電子膨張弁として用いられていることを特徴とする。

請求項４の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に設けられた電子膨張弁と、前記室内熱交換器に設けられる除湿弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項２に記載の電動弁が、前記除湿弁として用いられていることを特徴とする。

請求項１または２の電動弁によれば、小径弁ポートの開口部とニードル弁の円錐台部との隙間の開口面積によって、小流量制御域での冷媒の流量が制御されるが、このニードル弁は円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、この円錐台部の最小径部が小径弁ポートから抜け出た位置で、小径弁ポート内にストレート部が保持されるので、小流量制御域の終端から定流量域となる。したがって、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制して、最大流量での流量が絞れなくなる現象を防止できるとともに、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。

請求項３または４の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１または２と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の電動弁の縦断面図である。第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置にあるときの要部拡大断面図である。第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置と主弁体に係合する位置との間にあるときの要部拡大断面図である。第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が主弁体に係合する位置にあるときの要部拡大断面図である。第１実施形態の電動弁における主弁体の全開状態を示す要部拡大断面図である。第１実施形態の電動弁における駆動パルスのパルス量と流量の関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態の電動弁の縦断面図である。第２実施形態におけるマグネットロータの最下端位置に対応するニードル弁を示す要部拡大断面図である。第２実施形態におけるニードル弁の第二円錐台部と弁ポートとの隙間を冷媒が流れる状態を示す要部拡大断面図である。第２実施形態におけるニードル弁の第二ストレート部が弁ポート内に位置する状態を示す要部拡大断面図である。実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。従来の電動弁における駆動パルスのパルス量と流量の関係を示すグラフである。従来の問題点を説明する図である。

次に、本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電動弁の縦断面図、図２は第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置にあるときの要部拡大断面図、図３は第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置と主弁体に係合する位置との間にあるときの要部拡大断面図、図４は第１実施形態の電動弁におけるニードル弁が主弁体に係合する位置にあるときの要部拡大断面図、図５は第１実施形態の電動弁における主弁体の全開状態を示す要部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１乃至図４の図面における上下に対応する。この電動弁１００は、弁ハウジング１と、ガイド部材２と、主弁体３と、ニードル弁４と、駆動部５と、を備えている。

弁ハウジング１は例えば、黄銅、ステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室１Ｒを有している。弁ハウジング１の外周片側には弁室１Ｒに導通される第１継手管１１が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第２継手管１２が接続されている。また、第２継手管１２の弁室１Ｒ側には円筒状の主弁座１３が形成され、この主弁座１３の内側は主弁ポート１３ａとなっており、第２継手管１２は主弁ポート１３ａを介して弁室１Ｒに導通される。主弁ポート１３ａは軸線Ｌを中心とする円柱形状の透孔である。なお、第１継手管１１及び第２継手管１２は、弁ハウジング１に対してろう付け等により固着されている。

弁ハウジング１の上端の開口部には、ガイド部材２が取り付けられている。ガイド部材２は、弁ハウジング１の内周面内に圧入される圧入部２１と、圧入部２１の内側に位置する略円柱状のガイド部２２と、ガイド部２２の上部に延設されたホルダ部２３と、ガイド部２２の外周に位置するリング状のフランジ部２４とを有している。圧入部２１、ガイド部２２，ホルダ部２３は樹脂製の一体品として構成されている。また、フランジ部２４は、例えば、黄銅、ステンレス等の金属板であり、このフランジ部２４は、インサート成形により樹脂製の圧入部２１及びホルダ部２２と共に一体に設けられている。

そして、ガイド部材２は、弁ハウジング１に組み付けられ、フランジ部２４を介して弁ハウジング１の上端部に溶接により固定されている。また、ガイド部材２において、ガイド部２２には軸線Ｌと同軸の円筒形状のガイド孔２２ａが形成されるとともに、ホルダ部２３の中心には、ガイド孔２２ａと同軸の雌ねじ部２３ａとそのねじ孔が形成されている。ホルダ部２３のガイド孔２２ａ内に主弁体３が配設されている。

主弁体３は、主弁座１３に対して着座及び離座する主弁部３１と、円柱状のニードルガイド孔３２ａを有する保持部３２と、副弁座３３と、を有している。保持部３２のニードルガイド孔３２ａ内には、後述の弁軸４１に取り付けられたワッシャ４６とガイド用ボス部４７とが挿通されるとともに、この保持部３２の上端にはリング状のリテーナ３２１が嵌合固着または溶接等により固着されている。また、保持部３２の上端外周部は縮径されており、この保持部３２の上端外周部とガイド孔２２ａの上端部との間には、主弁ばね３ａが配設されており、この主弁ばね３ａにより主弁体３は主弁座１３の方向（閉方向）に付勢されている。副弁座３３はニードルガイド孔３２ａの下端部に位置しており、その中心には「小径弁ポート」としての副弁ポート３３ａが形成されている。この副弁ポート３３ａは、軸線Ｌを中心とする円形の形状である。また、保持部３２の側面の少なくとも一箇所には、ニードルガイド孔３２ａと弁室１Ｒとを導通する導通孔３２ｂが形成されており、後述のようにニードル弁４が副弁ポート３３ａを開状態としたとき、弁室１Ｒ、ニードルガイド孔３２ａ、副弁ポート３３ａ及び主弁ポート１３ａが導通する。

ニードル弁４は、後述のロータ軸５１の下端部にこのロータ軸５１と一体に形成されてロータ軸５１側に連なる弁軸４１と、弁軸４１側に連なる第一円錐台部４２と、第一円錐台部４２に連なる第一ストレート部４３と、第一ストレート部４３に連なる第二円錐台部４４と、第二円錐台部４４に連なる第二ストレート部４５と、を一体に形成して備えている。また、ニードル弁４は、弁軸４１に配設された円環状のワッシャ４６と、弁軸４１に固着されたガイド用ボス部４７と、を有している。ガイド用ボス部４７は弁軸４１と別体として固着されているが、ガイド用ボス部４７は弁軸４１と一体に形成されたものでもよい。なお、本発明における「円錐台部」及び「ストレート部」は、それぞれ第二円錐台部４４及び第二ストレート部４５に対応する。第一ストレート部４３は、副弁ポート３３ａに整合してこの副弁ポート３３ａ内に挿通可能な径であり、その側面は軸線Ｌ方向で同径となっている。また、第二円錐台部４４の頂角（軸線Ｌ回りで１８０°離間する母線同士の成す角度）は第一円錐台部４２の頂角よりも小さくなっている。また、第二ストレート部４５の側面の径は副弁ポート３３ａの径より小さく、軸線Ｌ方向で同径となっている。そして、ワッシャ４６とガイド用ボス部４７は、ニードルガイド孔３２ａ内に摺動可能に挿通されている。

弁ハウジング１の上端にはケース１４が溶接等によって気密に固定され、このケース１４の内外に駆動部５が構成されている。駆動部５は、「電動モータ」としてのステッピングモータ５Ａと、ステッピングモータ５Ａの回転によりニードル弁４を進退させるねじ送り機構５Ｂと、ステッピングモータ５Ａの回転を規制するストッパ機構５Ｃと、を備えている。

ステッピングモータ５Ａは、ロータ軸５１と、ケース１４の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ５２と、ケース１４の外周においてマグネットロータ５２に対して対向配置されたステータコイル５３と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸５１はブッシュを介してマグネットロータ５２の中心に取り付けられ、このロータ軸５１のガイド部材２側の外周には雄ねじ部５１ａが形成されている。この雄ねじ部５１ａはガイド部材２の雌ねじ部２３ａに螺合されており、これにより、ガイド部材２はロータ軸５１を軸線Ｌ上に支持している。そして、ガイド部材２の雌ねじ部２３ａとロータ軸５１の雄ねじ部５１ａはねじ送り機構５Ｂを構成している。

以上の構成により、ステッピングモータ５Ａの駆動により、マグネットロータ５２及びロータ軸５１が回転し、ロータ軸５１の雄ねじ部５１ａとガイド部材２の雌ねじ部２３ａとのねじ送り機構５Ｂにより、ロータ軸５１が軸線Ｌ方向に移動する。そして、ニードル弁４が軸線Ｌ方向に進退移動してニードル弁４が副弁ポート３３ａに対して近接又は離間する。これにより、副弁ポート３３ａの開度が制御される。また、ニードル弁４（ワッシャ４６）が主弁体３（リテーナ３２１）に係合し、主弁体３はニードル弁４と共に移動して、主弁座１３に対して着座及び離座する。これにより、第１継手管１１から第２継手管１２へ、あるいは第２継手管１２から第１継手管１１へ流れる冷媒の流量が制御される。マグネットロータ５２には突起部５２ａが形成されており、マグネットロータ５２の回転に伴って突起部５２ａが回転ストッパ機構５Ｃを作動させ、ロータ軸５１（及びマグネットロータ５２）の最下端位置及び最上端位置が規制される。図１及び図２はロータ軸５１（及びマグネットロータ５２）が最下端位置にある状態である。

図６はステッピングモータ５Ａにおける駆動パルスのパルス量（＝弁開度）と流量の関係を示すグラフであり、図２乃至図６を参照して電動弁１００の詳細な動作について説明する。

以上の電動弁１００は、以下のように動作する。まず、図２（及び図１）の状態では、主弁体３の主弁部３１が主弁座１３に着座し、主弁ポート１３ａが閉じられた弁閉状態である。一方、副弁ポート３３ａに最も近づいた位置にあるニードル弁４は、第一ストレート部４３が副弁ポート３３ａ内に挿通されているが、このニードル弁４は副弁座３３に着座せず、第一ストレート部４３の外周面と副弁ポート３３ａとの隙間を冷媒が僅かに流れる。すなわち、図６に示すように、駆動パルスが基準点（ゼロ点）であっても微小な流量が生じることとなる。

次に、ステッピングモータ５Ａの駆動によりマグネットロータ５２を回転させてニードル弁４を上昇させることで、図３に示すように、ニードル弁４の第一ストレート部４３が副弁ポート３３ａから抜け出し、ニードル弁４の第二円錐台部４４と副弁ポート３３ａとの隙間によって流路が形成される。ここで、第二円錐台部４４は徐々に直径が小さくなることから副弁ポート３３ａとの隙間が大きくなり、流路が拡大されることとなり、図６に示すように、流量が徐々に増加する。この際、主弁体３の主弁部３１が主弁座１３に着座したままであるため、ニードル弁４の第二円錐台部４４が副弁ポート３３ａから抜け出すまでは、流量の増加は微小である。このようにニードル弁４を、副弁ポート３３ａに最も近づいた位置から第二円錐台部４４が副弁ポート３３ａから抜け出す位置までの間で移動させて、副弁ポート３３ａの開度を変更する制御域が小流量制御域である。この小流量制御域におけるステッピングモータ５Ａの駆動パルスのパルス量（＝弁リフト量）に対する流量の変化は大流量制御域に比べて小さくなる。

次に、図４に示すように、ニードル弁４を主弁体３１に係合する位置まで上昇させてワッシャ４６を主弁体３に係合させると、主弁体３はニードル弁４と共に上昇する。そして、さらに上昇させると、図５に示すように、弁軸４１（及びワッシャ４６）によって主弁体３が引き上げられ、主弁部３１が主弁座１３から離間して弁開する。このように主弁体３を着座位置（閉位置）から弁開位置（開位置）に向かって上昇させる制御域が大流量制御域であって、この大流量制御域におけるステッピングモータ５Ａの駆動パルスのパルス量（＝弁リフト量）に対する流量の変化は大きなものとなる。そして、図５に示す弁開位置まで主弁体３を上昇させた全開状態において、流量は最大となる。なお、全開状態における流量としては、一次継手管１１及び二次継手管１２の開口面積に対し、主弁部３１と主弁座１３の隙間の開口面積が同等以上となり、主弁部３１や主弁ポート１３ａによって流量が絞られない状態、すなわち電動弁１００が単なる流路として機能するような開度に設定されている。

ここで、図３に示す位置から図４に示す位置に到るまでに、ニードル弁４の第二円錐台部４４と第二ストレート部４５との境界部分（円錐台部の最小径部）が、副弁ポート３３ａから抜け出す瞬間がある。この瞬間から図４に示す位置までは、副弁ポート３３ａ内には第二ストレート部４５だけが位置し、この副弁ポート３３ａと第二ストレート部４５との隙間の開口面積は一定である。このため、図６に示すように、小流量制御域の終端から大流量制御域に到るまでの間に、一定流量を保つ定流量域が生じている。したがって、本電動弁１００によれば、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制することができ、この副弁ポート３３ａにおいて最大流量での流量を十分絞ることができる。また、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。

図７は第２実施形態の電動弁の縦断面図、図８は第２実施形態におけるマグネットロータの最下端位置に対応するニードル弁を示す要部拡大断面図、図９は第２実施形態におけるニードル弁の第二円錐台部と弁ポートとの隙間を冷媒が流れる状態を示す要部拡大断面図、図１０は第２実施形態におけるニードル弁の第二ストレート部が弁ポート内に位置する状態を示す要部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図７の図面における上下に対応する。

この電動弁２００は、弁ハウジング１０と、ガイド部材２０と、弁ホルダ部３０と、ニードル弁４０と、駆動部５０と、を備えている。

弁ハウジング１０は例えば、黄銅、ステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室１０Ｒを有している。弁ハウジング１０の外周片側には弁室１０Ｒに導通される第１継手管１１０が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第２継手管１２０が接続されている。また、第２継手管１２０の弁室１０Ｒ側には弁座部材１３０が嵌合されている。弁座部材１３０の内側は「小径弁ポート」としての弁ポート１３０ａとなっており、第２継手管１２０は弁ポート１３０ａを介して弁室１０Ｒに導通される。弁ポート１３０ａは軸線Ｌを中心とする円柱形状の透孔である。なお、第１継手管１１０及び第２継手管１２０は、弁ハウジング１０に対してろう付け等により固着されている。

弁ハウジング１０の上端の開口部には、ガイド部材２０が取り付けられている。ガイド部材２０は、弁ハウジング１０の内周面内に圧入される圧入部２１０と、圧入部２１０の内側に位置する略円柱状のガイド部２２０と、ガイド部２２０の上部に延設されたホルダ部２３０と、ガイド部２２０の外周に位置するリング状のフランジ部２４０とを有している。圧入部２１０、ガイド部２２０，ホルダ部２３０は樹脂製の一体品として構成されている。また、フランジ部２４０は、例えば、黄銅、ステンレス等の金属板であり、このフランジ部２４０は、インサート成形により樹脂製の圧入部２１０及びホルダ部２２０と共に一体に設けられている。

そして、ガイド部材２０は、弁ハウジング１０に組み付けられ、フランジ部２４０を介して弁ハウジング１０の上端部に溶接により固定されている。また、ガイド部材２０において、ガイド部２２０には軸線Ｌと同軸の円筒形状のガイド孔２２０ａが形成されるとともに、ホルダ部２３０の中心には、ガイド孔２２０ａと同軸の雌ねじ部２３０ａとそのねじ孔が形成されている。そして、ガイド部材２０及び弁室１０Ｒ内には、弁ホルダ部３０とニードル弁４０とが設けられている。

弁ホルダ部３０は、円環状のスラストワッシャ３１０と、円筒状のガイド管３２０と、バネ受け３３０と、コイルバネ３４０とを備えている。ガイド管３２０は、上端部を内側に曲げることで円環状の天井部３２０ａを有している。一方、後述のロータ軸５１０は、雄ねじ部５１０ａより下端側の端部にボス部５１１を有するとともに、このボス部５１１にはフランジ部５１２が一体に形成されている。そして、ボス部５１１が天井部３２０ａ内に嵌め込まれてスラストワッシャ３１０が取り付けられている。また、ガイド管３２０内には、バネ受け３３０が軸線Ｌ方向に移動可能に設けられ、このバネ受け３３０とコイルバネ３４０が収容された状態で、このガイド管３２０の下端部にニードル弁４０が固着されている。

ニードル弁４０は、ガイド管３２０に固着されるボス部４１０と、このボス部４１０の下部に形成された第一円錐台部４２０と、第一円錐台部４２０に連なる第一ストレート部４３０と、第一ストレート部４３０に連なる第二円錐台部４４０と、第二円錐台部４４０に連なる第二ストレート部４５０と、を一体に形成して備えている。なお、本発明における「円錐台部」及び「ストレート部」は、それぞれ第二円錐台部４４０及び第二ストレート部４５０に対応する。第一ストレート部４３０は、弁ポート１３０ａに整合してこの弁ポート１３０ａ内に挿通可能な径であり、その側面は軸線Ｌ方向で同径となっている。また、第二円錐台部４４０の頂角（軸線Ｌ回りで１８０°離間する母線同士の成す角度）は第一円錐台部４２０の頂角よりも小さくなっている。また、第二ストレート部４５０の側面の径は弁ポート１３０ａの径より小さく、軸線Ｌ方向で同径となっている。

弁ハウジング１０の上端にはケース１４０が溶接等によって気密に固定され、このケース１４０の内外に駆動部５０が構成されている。駆動部５０は、「電動モータ」としてのステッピングモータ５０Ａと、ステッピングモータ５０Ａの回転によりニードル弁４０を進退させるねじ送り機構５０Ｂと、ステッピングモータ５０Ａの回転を規制するストッパ機構５０Ｃと、を備えている。

ステッピングモータ５０Ａは、ロータ軸５１０と、ケース１４０の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ５２０と、ケース１４０の外周においてマグネットロータ５２０に対して対向配置されたステータコイル５３０と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸５１０はブッシュを介してマグネットロータ５２０の中心に取り付けられ、このロータ軸５１０のガイド部材２０側の外周には雄ねじ部５１０ａが形成されている。この雄ねじ部５１０ａはガイド部材２０の雌ねじ部２３０ａに螺合されており、これにより、ガイド部材２０はロータ軸５１０を軸線Ｌ上に支持している。そして、ガイド部材２０の雌ねじ部２３０ａとロータ軸５１０の雄ねじ部５１０ａはねじ送り機構５０Ｂを構成している。

以上の構成により、ステッピングモータ５０Ａの駆動により、マグネットロータ５２０及びロータ軸５１０が回転し、ロータ軸５１０の雄ねじ部５１０ａとガイド部材２０の雌ねじ部２３０ａとのねじ送り機構５０Ｂにより、ロータ軸５１０が軸線Ｌ方向に移動する。そして、ニードル弁４０が軸線Ｌ方向に進退移動してニードル弁４０が弁ポート１３０ａに対して近接又は離間する。これにより、弁ポート１３０ａの開度が制御され、第１継手管１１０から第２継手管１２０へ、あるいは第２継手管１２０から第１継手管１１０へ流れる冷媒の流量が制御される。マグネットロータ５２０には突起部５２０ａが形成されており、マグネットロータ５２０の回転に伴って突起部５２０ａが回転ストッパ機構５０Ｃを作動させ、ロータ軸５１０（及びマグネットロータ５２０）の最下端位置及び最上端位置が規制される。図７及び図８はロータ軸５１０（及びマグネットロータ５２０）が最下端位置にある状態である。

以上の電動弁２００は、以下のように動作する。まず、図７及び図８の状態では、弁ポート１３０ａに最も近づいた位置にあるニードル弁４０は、第一ストレート部４３０が弁ポート１３０ａ内に挿通されており、第一ストレート部４３０の外周面と弁ポート１３０ａとの隙間を冷媒が僅かに流れる。

次に、ステッピングモータ５０Ａの駆動によりマグネットロータ５２０を回転させてニードル弁４０を上昇させることで、図９に示すように、ニードル弁４０の第一ストレート部４３０が弁ポート１３０ａから抜け出し、ニードル弁４０の第二円錐台部４４０と弁ポート１３０ａとの隙間によって流路が形成される。ここで、第二円錐台部４４０は徐々に直径が小さくなることから弁ポート１３０ａとの隙間が大きくなり、流路が拡大されることとなり、図６と同様に流量が徐々に増加するが、この状態では、流量の増加は微小である。このようにニードル弁４０の第二円錐台部４４０と弁ポート１３０ａとの隙間に応じて開度を変更する制御域が小流量制御域であって、この小流量制御域におけるステッピングモータ５０Ａの駆動パルスのパルス量（＝弁リフト量）に対する流量の変化は大流量制御域に比べて小さくなる。

ここで、図９に示す位置から図１０に示す位置に到るまでに、ニードル弁４０の第二円錐台部４４０と第二ストレート部４５０との境界部分（円錐台部の最小径部）が、弁ポート１３０ａから抜け出す瞬間がある。この瞬間からは弁ポート１３０ａ内には第二ストレート部４５０だけが位置し、この弁ポート１３０ａと第二ストレート部４５０との隙間の開口面積は一定である。なお、第二ストレート部４５０が弁ポート１３０ａから抜け出すと全開状態に向かって流量が急激に増加する大流量制御域となる。これにより、小流量制御域の終端から大流量制御域に到るまでの間に、一定流量を保つ定流量域が生じる。したがって、本電動弁２００によれば、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制することができ、この弁ポート１３０ａにおいて最大流量での流量を十分絞ることができる。また、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。

次に、図１１に基づいて本発明の冷凍サイクルシステムについて説明する。この冷凍サイクルシステムは、例えば、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる。前記第１実施形態の電動弁１００は、「除湿制御弁」として第１室内熱交換器９１（除湿時冷却器として作動）と第２室内熱交換器９２（除湿時加熱器として作動）との間に設けられている。また、前記第２実施形態の電動弁２００は「電子膨張弁」として第２室内熱交換器９２と室外熱交換器９３との間に設けられている。そして、電動弁１００、電動弁２００、室外熱交換器９３、圧縮機９４、四方弁９５は、ヒ−トポンプ式冷凍サイクルを構成している。第１室内熱交換器９１と第２室内熱交換器９２及び電動弁１００は室内に設置され、室外熱交換器９３、圧縮機９４、四方弁９５および電動弁２００は室外に設置されていて冷暖房装置を構成している。

除湿弁としての第１実施形態の電動弁１００は、除湿時以外の冷房時または暖房時には主弁体が全開状態とされて、第１室内熱交換器９１と第２室内熱交換器９２は一つの室内熱交換器とされる。そして、この一体の室内熱交換器と室外熱交換器９３は、「蒸発器」及び「凝縮器」として択一的に機能する。すなわち、電子膨張弁としての電動弁２００は、蒸発器と凝縮器の間に設けられている。

以上の実施形態では、ガイド部材２，２０に雌ねじ部２３ａ，２３０ａが形成され、ロータ軸５１，５１０に雄ねじ部５１ａ，５１０ａが形成されてねじ送り機構を構成しているが、このねじの組み合わせに限るものではなく、逆に、ガイド部材に雄ねじ部が形成され、ロータ軸に雌ねじ部が形成され、上記とは雌ねじと雄ねじとが逆配置の電動弁としてもよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述し、その他の実施形態についても詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１弁ハウジング
１Ｒ弁室
１１第１継手管
１２第２継手管
１３主弁座
１３ａ主弁ポート
Ｌ軸線
２ガイド部材
２１圧入部
２２ガイド部
２２ａガイド孔
２３ホルダ部
２３ａ雌ねじ部
２４フランジ部
３主弁体
３ａ主弁ばね
３１主弁部
３２保持部
３３副弁座
３３ａ副弁ポート（小径弁ポート）
４ニードル弁
４１弁軸
４２第一円錐台部
４３第一ストレート部
４４第二円錐台部（円錐台部）
４５第二ストレート部（ストレート部）
４６ワッシャ
４７ガイド用ボス部
５駆動部
５Ａステッピングモータ（電動モータ）
５１ロータ軸
５１ａ雄ねじ部
５２マグネットロータ
５２ａ突起部
５３ステータコイル
５Ｂねじ送り機構
５Ｃストッパ機構
１０弁ハウジング
１０Ｒ弁室
１１０第１継手管
１２０第２継手管
１３０弁座部材
１３０ａ弁ポート（小径ポート）
２０ガイド部材
２１０圧入部
２２０ガイド部
２２０ａガイド孔
２３０ホルダ部
２３０ａ雌ねじ部
２４０フランジ部
３０弁ホルダ部
４０ニードル弁
４１０ボス部
４２０第一円錐台部
４３０第一ストレート部
４４０第二円錐台部（円錐台部）
４５０第二ストレート部（ストレート部）
５０駆動部
５０Ａステッピングモータ（電動モータ）
５１０ロータ軸
５１０ａ雄ねじ部
５２０マグネットロータ
５３０ステータコイル
５１１ボス部
５１２フランジ部
５０Ｂねじ送り機構
５０Ｃストッパ機構
９１第１室内熱交換器
９２第２室内熱交換器
９３室外熱交換器
９４圧縮機
９５四方弁
１００電動弁
２００電動弁

Claims

小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部を有するニードル弁が前記小径弁ポートの軸線上に配置され、電動モータのロータの回転運動をねじ送り機構で直線運動に変換することにより前記ニードル弁を前記軸線方向に進退させて、前記小径弁ポートの開口部と前記ニードル弁の少なくとも前記円錐台部との隙間の開口面積によって、冷媒の流量を制御する電動弁において、
前記ニードル弁は、前記円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから前記軸線方向に抜け出た位置で、前記小径弁ポート内に前記ストレート部が保持されることで、一定流量を保つ定流量域を有するよう構成されていることを特徴とする電動弁。
小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部を有するニードル弁が前記小径弁ポートの軸線上に配置され、電動モータのロータの回転運動をねじ送り機構で直線運動に変換することにより前記ニードル弁を前記軸線方向に進退させて、前記小径弁ポートの開口部と前記ニードル弁の少なくとも前記円錐台部との隙間の開口面積によって、冷媒の流量を制御する電動弁において、
前記ニードル弁は、前記円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから前記軸線方向に抜け出た位置で、前記小径弁ポート内に前記ストレート部が保持されるよう構成されており、
弁室の主弁ポートの開度を変更する主弁体を備えるとともに該主弁体に前記小径弁ポートが形成され、前記ニードル弁が前記小径弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートの開度を変更する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有し、
前記ニードル弁は、前記円錐台部の前記最小径部が前記小径弁ポートから抜け出た位置で前記主弁体に係合し、前記主弁体は、前記ニードル弁との係合状態で前記ニードル弁と一体的に移動して前記主弁ポートの開度を変更するよう構成されていることを特徴とする電動弁。
圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられた電子膨張弁と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１に記載の電動弁が、前記電子膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。
圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に設けられた電子膨張弁と、前記室内熱交換器に設けられる除湿弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項２に記載の電動弁が、前記除湿弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。