電動式コントロ―ル弁

【課題】回転子の位置と基準位置との差がガイドに形成されたネジ山の開始位置を問わず最小化できる電動式コントロール弁を提供する。
【解決手段】駆動源であるモータ１０、弁胴体２０、ニードルガイド３１、ニードル３２及びモータ１０の回転子１１の軸方向移動を制限してニードル３２をオリフィス２４の開閉位置で停止させるための回転子移動制限手段４０を含む。回転子移動制限手段４０は、回転子１１を上下に貫通するように形成された少なくとも二つ以上の貫通孔４１と、このうちいずれか一つに貫着された回転ピン４２と、端部が回転ピン４２に係止するように円筒形ガイド２５の外周面に形成された円形ネジ部４３に設けられ回転子１１の回転により円形ネジ部４３に沿って軸方向に回転移動する回転コイル４４と、円形ネジ部４３の上下部に設けられ、回転コイル４４との接触と同時に回転子１１の回転を停止させる一対のストッパ４５，４６と、を含む。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍システムの冷媒膨張及び冷媒流量調節装置として使われる電動式コントロール弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動式コントロール弁は、モータの回転をニードルの軸方向移動に変換することにより弁を開閉する装置であって、主にインバータ型冷凍システムの膨脹弁などとして使われる。
【０００３】このような電動式コントロール弁は、駆動源のモータ、弁胴体、そして前記モータの駆動により移動しつつ弁を開閉するニードル組立体を含めて構成される。前記ニードル組立体の一端はモータの回転子に支持され、他端は弁胴体に形成されたガイドを貫通して弁胴体のオリフィスに置かれる。また、前記ニードル組立体の外周面には雄ネジ部が形成され、弁胴体のガイドの内周面には前記雄ネジ部と対応する雌ネジ部が形成される。従って、モータが駆動されれば、回転子は回転と同時に軸方向に移動される。回転子が軸方向に移動することにより、ニードル組立体が軸方向に移動しつつ弁胴体に形成されたオリフィスを開閉することになる。
【０００４】この際、回転子が弁の閉じる方向に回転しすぎれば、ニードル組立体及び該ニードル組立体により開閉されるオリフィスが破損される恐れがあり、逆に回転子が弁の開く方向に回転しすぎれば、ニードル組立体がガイドから離脱される問題点が生ずる。このような問題点を防ぐため、電動式コントロール弁は回転子の軸方向移動範囲を制限する制限部を有している。
【０００５】前述したような回転子移動範囲制限部を有する電動式コントロール弁の一例が日本国特開昭６０−１９６４７７号公報に開示されている。これによれば、回転子の上側に円形ねじ部が形成され、該円形ねじ部の両側端にストッパが設けられている。そして、回転コイルが前記円形ネジ部を追って回転移動可能に設けられている。この回転コイルは、その一側端が回転子の一側から上方に延びた回転ピンに係止されるように延びている。
【０００６】回転子の回転時、回転コイルは回転ピンにより回転しつつ円形ねじ部を追って移動する。回転コイルがストッパに接触されれば、回転コイルはこれ以上回転されなく、回転子の回転も停止される。従って、回転子の軸方向移動が制限される。この時、両側ストッパはニードルが完全に開いた状態及び弁シートに完全に密着された状態に各々対応するよう置かれる。
【０００７】しかし、前述したような従来の電動式コントロール弁は次のような問題点があった。即ち、モータの回転子に一端が保持されたニードル組立体と弁胴体のガイドが対応するネジ部により結合されているところ、ガイドにネジ部を加工する時、ねじ山の開始位置が製品に応じて最大３６０゜まで差が出る場合もある。これに伴い、前記ネジ部のネジ山がいずれの角度から始まるかによりニードル組立体の上下高さに差が出る場合もある。この結果、回転コイルが円形ネジ部の下部まで移動した状態で回転子が基準位置より回転しすぎたり、あるいは基準位置まで回転できない場合が生ずる。回転子が基準位置より回転しすぎれば、ニードル組立体と弁シートが結合しすぎるようになって、ニードル組立体が負荷を受けて破損されたり寿命が縮まる場合がある。逆に、回転子が基準位置まで回転出来ない場合は、ニードル組立体がオリフィスに安着できなくて弁が完全に閉じない場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した短所を解消するために案出されたもので、その目的は回転コイルが円形ねじ部の下部まで移動した状態における回転子の位置と基準位置との差がガイドに形成されたねじ山の開始位置に関係なく最小化できる電動式コントロール弁を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するための本発明に係る電動式コントロール弁は、駆動源であるモータ、弁胴体、ニードル組立体及び回転子移動範囲制限部を含む。
【００１０】モータは回転子と該回転子の外部に適正間隙を保って配置される固定子よりなり正逆転する。
【００１１】弁胴体はモータの下部に配置され、流体流入口及び流出口、該流体流入口及び流出口とを連結するオリフィス、そして内周面に雌ネジ部が形成された円筒形ガイドを有する。
【００１２】ニードル組立体はニードルとニードルガイドよりなり、ニードルガイドはその外周面に雄ネジ部が形成されており、ニードルガイドの上部はモータの回転子と結合されており、その下部は弁胴体の円筒形ガイドと噛み合っている。ニードルはニードルガイドの内側中空部に貫着され、その一端部はニードルガイドの上部に置かれ、その他端部は弁胴体のオリフィスに置かれる。従って、モータが駆動されれば、回転子は回転と同時にニードル組立体と円筒形ガイドに対応するよう形成されたネジ部により軸方向に移動することになり、よってニードル組立体が軸方向に移動しつつ弁胴体のオリフィスを開閉する。
【００１３】回転子移動範囲制限手段は、回転子を上下に貫通するように形成された少なくとも二つ以上の貫通孔と、該貫通孔のうちいずれか一つを貫通するように設けられ、回転子の回転により、少なくとも自身の長さ方向の一部が前記円筒形ガイドの回りを回転するように設けられた回転ピンと、一側が回転ピンに係止するように円筒形ガイドの外周面に形成された円形ネジ部に設けられ回転子が回転することにつれ前記円形ネジ部に沿って軸方向に回転移動する回転コイルと、該回転コイルの軸方向移動を制限するように前記円形ネジ部の上下部に設けられ、回転コイルとの接触と同時に回転子の回転を停止させる一対のストッパとを含む。ここで、回転ピンは弁が開く方向に回転コイルの一側端の前方から一番近い位置の貫通孔に設けられる。これにより、回転コイルが弁の下部まで移動された状態における回転子の位置と基準位置との差を最小化しうる。
【００１４】一方、本発明に係る電動式コントロール弁は、ニードルのオリフィスに対する密閉力を向上させるための密閉手段をさらに含む。この密閉手段はニードルガイドの上部に設けられ、ニードルをオリフィス側に弾力支持するスプリングと、該スプリングの上部に介在されたボールと、ニードルガイドの上部を塞ぐよう設けられたキャップとから構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施の形態を詳述する。本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁が図１及び図２に示されている。図１は本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁が閉じた状態を示した断面図であり、図２は本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁が開いた状態を示した断面図である。
【００１６】図面において、１０は駆動源であるモータ、２０は弁胴体、３０はニードル組立体、そして４０は回転子移動範囲制限部である。
【００１７】図１及び図２に示されている通り、モータ１０は回転子１１と固定子１２とからなる。前記回転子１１はフレーム１３の内側に設けられており、前記固定子１２はフレーム１３の外側に設けられている。前記フレーム１３の上部には固定部１３ａが形成されており、この固定部１３ａに固定子１２が固定具１４により固定されている。このようになされるモータ１０は正逆転可能であり、望ましくはステッピングモータが使われる。
【００１８】弁胴体２０は前記モータ１０の下部に配置されており、支持筒２１によりモータ１０のフレーム１３と連結されている。そして、弁胴体２０は流体流入口２２及び流出口２３とこの流体流入口２２と流出口２３とを連結するオリフィス２４を有する。また、弁胴体２０は内周面に雌ネジ部が形成された円筒形ガイド２５を有する。
【００１９】ニードル組立体３０はニードル３２とニードルガイド３１とからなり、ニードルガイド３１の上部は前記モータ１０の回転子１１内に結合され、前記ニードルガイド３１の下部は弁胴体２０の円筒形ガイド２５と噛合っている。ニードルガイド３１の内部にはニードル３２が配置されている。ニードルガイド３１下部の外周面には雄ネジ部が形成され円筒形ガイド２５の雌ネジ部と噛合っている。これによりモータが駆動されれば、回転子１１は回転と同時に一定範囲内で軸方向に移動することになる。一方、ニードル３２はニードルガイド３１の内部を貫通してその端部が弁胴体２０のオリフィス２４に置かれるよう設けられている。従って、回転子１１の軸方向移動と共にニードル３２が軸方向に移動しつつ弁胴体２０のオリフィス２４を開閉することになる。
【００２０】前記ニードルガイド３１の上部側には内部に収められているニードル３２を下向きに弾力支持するスプリング３３が設けられている。このスプリング３３は円錐形よりなっており、ニードルガイド３１の上部はキャップ部材３５と結合されている。スプリング３３とキャップ部材との間にはボール３４が配置されている。これによりニードル３２のオリフィス２４に対する密閉力を向上させうる。
【００２１】一方、前記回転子１１の移動範囲を制限する制限部４０は回転子１１を上下に貫通するように形成された少なくとも二つ以上の貫通孔４１と、該貫通孔４１のうちいずれか一つを貫通して設けられた回転ピン４２と、一側が前記回転ピンを係止するように弁胴体２０の円筒形ガイド２５の外周面には円形ネジ部４３が形成され、回転子１１が回転するにつれ円形ネジ部４３に沿って軸方向に回転移動する回転コイル４４と、該回転コイル４４の軸方向移動を制限するように円形ネジ部４３の上下部に設けられ、回転コイル４４との接触と同時に回転子１１の回転を停止させる一対のストッパ４５，４６とを含む。ここで、前記貫通孔４１は、図３に示したように、四つで形成した方が望ましいが、これを必ず限定する必要はない。そして、前記回転ピン４２は、図４及び図５に示したように、弁が開く方向（図４の矢印方向）に回転コイル４４の一側端の前方から一番近い位置の貫通孔４１に設けられる。
【００２２】以下、本発明に係る電動式コントロール弁の組立について説明する。まず、ニードルガイド３１が内側に置かれるよう回転子１１をインサート射出した後、ニードル３２、スプリング３３、ボール３４及びキャップ部材３５を結合して回転子組立体を構成する。そして、弁胴体２０に流体流入口２２、流出口２３及び支持筒２１を溶接して弁胴体組立体を構成する。
【００２３】その後、弁胴体２０の円筒形ガイド２５の外周に形成された円形ネジ部４３に回転コイル４４と上下ストッパ４５，４６を結合する。それから回転コイル４４を回転させ円形ネジ部４３の下部に置かせ、回転子１１と結合された上部を有するニードルガイド３１は弁胴体２０の円筒形ガイド２５と噛合わせる。ついで、ニードル３２が弁胴体２０のオリフィス２４に接触されるまで回転子１１を回転させる。この状態で回転子１１がもう一回回転されれば、ニードルガイド３１の上部に設けられているスプリング３３が圧縮しつつ図１に示された通り、ニードルガイド３１とニードル３２との間に円筒形ガイド２５に形成されたネジ部の１ピッチに当る間隙（ａ）、すなわち約０．５mmの間隙が形成される。これは、ニードル３２のオリフィス２４に対する密閉力を向上させるためのことであり、この際の回転子１１の位置を基準位置と定める。
【００２４】その後、回転子１１に形成された多数の貫通孔４１のうち弁が開く方向（図４の矢印方向）から見て回転コイル４４の一側端の前方から一番近い位置の貫通４１に回転ピン４２を挿入し、止リング４７を回転ピン４２に嵌着する。
【００２５】それから、回転子１１の周りにフレームを被せ、このフレーム１３の下部と支持筒２１を溶着する。その後、前記フレーム１３の外周面に固定子１２を嵌め込んで固定具１４を用いて固定する。
【００２６】このように本発明に係る電動式コントロール弁は弁胴体組立体に回転子組立体を組み立てた後、回転子組立体の回転子位置を基準位置まで移動させた状態でこの回転子に形成された数個の貫通孔４１のうち回転コイル４４の端部と近く、弁を上から見た時左側に存する貫通孔に回転ピン４２を挿着する（図４及び図５参照）。これによれば、回転コイル４４の円形ネジ部の下部まで移動された状態における回転子１１の位置と基準位置との差がガイド２５に形成されたネジ部の開始位置に関係なく最小化できるため、弁毎にネジ部の開始位置が異なることにより生ずるニードルの高さの差を最小化できる。
【００２７】本発明に係る電動式コントロール弁の作用は次の通りである。弁の開閉時、回転子１１は回転と同時に軸方向に移動される。これにより回転子１１に支持されたニードル３２も軸方向に移動され、かつ回転ピン４２が回転子１１と共に回転しつつ、回転コイル４４を円形ネジ部４３に沿って移動させる。
【００２８】回転コイル４４が円形ネジ部４３の上部に移動されストッパに係止されれば、回転子１１はこれ以上回転されない。この状態は、図２に示したように弁が完全に開いた状態である。
【００２９】一方、回転子１１が逆転されれば、ニードル３２及び回転コイル４４は下方に移動される。回転コイル４４が円形ネジ部４３の下部に到る直前にニードル３２がオリフィス２４を密閉することになる。そして、回転子１１がもう一回回転されれば、回転コイル４４が円形ネジ部４３の下部に設けられたストッパ４６に係止され、回転子１１はこれ以上回転されなくなる。ニードル３２はオリフィス２４を密閉した状態を保ちスプリング３３が圧縮された状態でニードル３２を下方に弾力支持して密閉力を高める（図１参照）。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る電動式コントロール弁は、回転子に多数の貫通孔を形成し、これら多数の貫通孔のうち弁が開く方向に回転コイルの一側端の前方から最も近い位置の貫通孔４１ａに回転ピン４２を挿入して組み立てられる。従って、円筒形ガイド２５の内周面に形成されたネジ部の開始点の位置が違うことにより生ずる回転子の位置と基準位置との差が最小化される。このような本発明によれば、従来のように回転子の位置と基準位置との差によりニードルとオリフィスに印加される過負荷、あるいは弁が完全に閉じないなどの問題点が発生されない。
【００３１】以上では本発明の特定の望ましい実施の形態について図示かつ説明したが、本発明は前記の実施の形態に限らず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず、当該技術の属する分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁が閉じた状態を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁が開いた状態を示した断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁のモータ回転子を示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁の回転子の基準位置及びそれにともなう回転ピンの挿入位置を示した平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態にともなう電動式コントロール弁の回転コイルが円形ネジ部の下部まで移動した状態における回転子の位置を示した平面図である。
【符号の説明】
１０モータ
１１回転子
１２固定子
１３フレーム
２０弁胴体
２２流入口
２３流出口
２５円筒形ガイド
３１ニードルガイド
３２ニードル
４１貫通孔
４２回転ピン
４３円形ネジ部
４４回転コイル
４５ストッパ
４６ストッパ

【特許請求の範囲】
【請求項１】回転子と該回転子の外部に適正間隙を保って配置される固定子よりなる、駆動力を発生させるモータと、前記モータの下部に配置され、流体が出入りする流入口及び流出口と、前記流入口及び流出口とを連結するオリフィスと、内周面に雌ネジ部が形成された円筒形ガイドと、を有する弁胴体と、上部が前記回転子と結合され、下部が前記弁胴体の円筒形ガイドと噛合う中空状の部材であって、外周面には前記円筒形ガイドの内周面に形成された雌ネジ部に応ずる雄ネジ部を備え、回転子の回転と同時に共に回転しつつ軸方向に移動するニードルガイドと、前記ニードルガイドの内側に配置され、ニードルガイドと共に移動しつつ前記オリフィスを開閉するニードルと、前記ニードルをオリフィスの開閉位置で停止させるため前記回転子の軸方向移動を制限する回転子移動制限手段と、含むことを特徴とする電動式コントロール弁。
【請求項２】前記回転子移動制限手段は、前記回転子を上下に貫通するよう形成された少なくとも二つ以上の貫通孔と、前記貫通孔のうちいずれか一つを貫通するように設けられ、回転子の回転により、少なくとも自身の長さ方向の一部が前記円筒形ガイドの回りを回転するように設けられた回転ピンと、端部が前記回転ピンに係止されるように円筒形ガイドの外周面に形成された円形ネジ部に設けられ回転ピンが回転することにより前記円形ネジ部に沿って軸方向に回転移動する回転コイルと、前記回転コイルの軸方向移動を制限するように前記円形ネジ部の上下部に設けられ、前記回転コイルとの接触と同時に回転子の回転を停止させる一対のストッパと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動式コントロール弁。
【請求項３】前記貫通孔は、回転子に９０°等間隔に形成されることを特徴とする請求項２に記載の電動式コントロール弁。
【請求項４】前記回転ピンは、前記弁が開く方向に前記回転コイルの一側端の前方から一番近い位置の貫通孔に設けられることを特徴とする請求項３に記載の電動式コントロール弁。
【請求項５】前記ニードルの前記オリフィスに対する密閉力を向上させるための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電動式コントロール弁。
【請求項６】前記密閉力向上手段は、前記ニードルガイドの上部に設けられニードルをオリフィス側に弾力支持するスプリングと、該スプリングの上部に介在されたボールと、ニードルガイドの上部を塞ぐよう設けられたキャップと、からなることを特徴とする請求項５に記載の電動式コントロール弁。

【図１】