JP4615930B2 - 回転式流量制御弁および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転式流量制御弁に関し、特に、冷凍サイクル装置の可変膨張弁等として使用される回転式の流量制御弁で、棒状の弁体の外周面に溝状の流量計量形状部を有する型式の流量制御弁に関するものである。

冷凍サイクル装置の電動膨張弁等として使用される回転式の流量制御弁としては、弁体の底面に流量計量形状部を有する型式のもの（例えば、特許文献１、２、３）と、弁体の外周面に流量計量形状部を有する型式のもの（例えば、特許文献４、５、６、７、８）がある。

何れの型式の回転式流量制御弁も、弁体が自身の中心軸線周りに回転することにより、その回転角に応じて弁ハウジングに形成されている二つのポート間を流れる流体の流量を流量計量形状部によって計量し、流量制御を行う。

従来のこの種の回転式流量制御弁は、弁室内での急激な圧力降下によって流体通過音が発生しやすい、弁室内に設けられている弁体の回転運動部に存在する弁体と弁室との間隙が、二つのポート間を流れる流体の短絡流路になり、流量計量形状部による流量制御精度を悪化させる等の問題を含んでいる。

弁体の外周面に流量計量形状部を有する型式のでは、弁体の横断面形状がカム形状をしており、弁体が回転することにより、弁ボートと弁体の壁面までの距離が変化して流体通過面積を制御しているから、弁体の中心軸から壁面までの距離の精度が重要である。しかし、中心軸から壁面までの距離が連続的に変化するカム形状では高い寸法精度を保つことに高度な技術を要し、管理の面も困難な点が多い。また、入口、出口の二つのポートの距離が近く、流体の通過経路が短いために、流量の精度がカム形状の寸法ばらつきに影響されやすい。

また、弁ハウジングに設けられる二つのポートが弁体の軸線方向の同一位置にあるような回転式流量制御弁では、流量計量形状部を弁体の周方向に大きい回転角範囲に亘って設けることができず、弁体の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）を小さくできない、大きい最大流量を設定できない等の問題を含んでいる。
特開昭６３−４３０７７号公報 特開２００１−１８７９７７号公報 特開２００２−３１２６０号公報 実開昭５４−１４９７４０号公報 特開平２−４２２８１号公報 特開平６−１４７３２９号公報 特許第３４５４６０３号公報 特開平８−３１２８２３号公報

この発明が解決しようとする課題は、弁体の外周面に溝状の流量計量形状部を有する型式の回転式流量制御弁において、流体通過面積の精度を確保する、弁体の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）を小さくする、二つのポート間を流れる流体の短絡流路をなくす等によって、高精度な流量制御が行われようにし、また、大きい最大流量の設定も可能にし、また、弁室内での急激な圧力降下による流体通過音の発生を押さえ、静粛性を高めることである。

この発明による回転式流量制御弁は、弁ハウジングに形成された有底円筒形状の弁室内に丸棒状の弁体が自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記弁体の外周面に周方向に溝状の流量計量形状部が形成され、前記弁体が自身の中心軸線周りに回転することにより、その回転角に応じて前記弁ハウジングに形成されている二つのポート間を流れる流体の流量を前記流量計量形状部によって計量する回転式流量制御弁において、前記弁体には溝状の前記流量計量形状部が軸線方向に互いに異なる２箇所に個別に形成され、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する軸線方向通路が前記弁体に形成され、前記二つのポートは前記弁体の軸線方向に互いに異なる位置に形成され、その一つは前記二つの流量計量形状部のうちの一方の流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口し、もう一つのポートは前記二つの流量計量形状部のうちの他方の流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口しており、前記二つのポート間の軸線方向位置に、前記弁室の内周面と前記弁体の外周面との間隙を塞ぐリング状のシール部材が設けられている。

この発明による回転式流量制御弁は、弁ハウジングに形成された有底円筒形状の弁室内に丸棒状の弁体が自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記弁体の外周面に周方向に溝状の流量計量形状部が形成され、前記弁体が自身の中心軸線周りに回転することにより、その回転角に応じて前記弁ハウジングに形成されている二つのポート間を流れる流体の流量を前記流量計量形状部によって計量する回転式流量制御弁において、
前記弁体には溝状の前記流量計量形状部と前記弁室の底部とを連通接続する軸線方向通路が前記弁体に形成され、前記二つのポートのうちの一つは前記流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口し、もう一つのポートは前記弁室の底部に向けて開口しており、前記二つのポート間の軸線方向位置に、前記弁室の内周面と前記弁体の外周面との間隙を塞ぐリング状のシール部材が設けられている。

この発明による回転式流量制御弁は、好ましくは、前記流量計量形状部が、前記弁体の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成されている。

この発明による回転式流量制御弁は、好ましくは、前記流量計量形状部は、前記弁体の外周面に形成された凹溝であり、周方向位置に応じて溝幅と溝深の少なくとも何れか一方が変化している。

この発明による回転式流量制御弁は、好ましくは、前記弁体が前記ポートの前記弁室に対する開口端に対向する部分に、前記流量計量形状部とは別に全閉弁体収容用のポケットが形成され、前記ポケットに全閉用弁体が設けられている。

この発明による回転式流量制御弁は、好ましくは、前記弁体が前記弁室の底部に向けて開口している前記ポートの前記弁室に対する開口端に対向する弁体底部に、前記弁室の底部に向けて開口している前記ポートを閉塞する全閉用の弁ポート閉塞部が設けられている。

この発明による回転式流量制御弁は、好ましくは、前記弁体を回転駆動する電動モータを有する。

この発明による冷凍サイクル装置は、可変絞りの膨張弁等として、上述の発明による回転式流量制御弁を冷媒回路中に有する。

この発明による回転式流量制御弁は、弁体に形成された二つの流量計量形状部と、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する軸線方向通路によって弁ハウジングの二つのポートを連通する流路が構成され、その二つのポートは弁体の軸線方向に互いに異なる位置に形成されるから、流量計量形状部での流体通過面積の精度を確保でき、流量計量形状部を弁体の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成することが可能になり、弁体の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）を小さして高精度な流量制御を行うことができる。また、大きい最大流量の設定も可能になる。また、二つのポートを連通する流路長が長くなり、弁室内での急激な圧力降下による流体通過音の発生を押さえ、静粛性を高めることができる。

また、二つのポート間の軸線方向位置に、弁室の内周面と前記弁体の外周面との間隙を塞ぐリング状のシール部材を設けることができ、この間隙を流れる流体の短絡流路をなくして高精度な流量制御を行うことができる。

この発明に関連する回転式流量制御弁の一つの参考例を、図１〜図３を参照して説明する。

回転式流量制御弁は、電動式コントロールバルブであり、全体を符号１０によって示している。回転式流量制御弁１０は弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１には、有底円筒形状の弁室１２と、上側弁ポート１３と、下側弁ポート１４とが形成されている。

上側弁ポート１３と下側弁ポート１４の二つのポートは、弁室１２の軸線方向（後述する弁体２０の軸線方向と同じ）に互い異なった位置（上下位置）に形成され、各々弁室１２の内周面１２Ａより弁室１２内に向けて開口している。また、弁ハウジング１１には、上側弁ポート１３、下側弁ポート１４の各々に連通する管継手１５、１６が取り付けられている。

弁室１２内には丸棒状の弁体２０が自身の中心軸線周りに回転可能に設けられている。弁体２０は、弁室１２内で自身の中心軸線周りに回転できるよう、弁室１２の内径より少し小さい外径を有して弁室１２に嵌合している。弁体２０の外周面２０Ａには、流量計量形状部として、上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２とが形成されている。

上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２は、弁体２０の軸線方向に互いに異なる２箇所（上下位置）に、各々凹溝として個別に形成されている。上側流量計量溝２１は上側弁ポート１３と同じ軸線方向位置にあり、下側流量計量溝２２は下側弁ポート１４と同じ軸線方向位置にある。つまり、上側弁ポート１３は上側流量計量溝２１に対応する軸線方向位置において弁室１２に向けて開口し、下側弁ポート１４は下側流量計量溝２２に対応する軸線方向位置において弁室１２に向けて開口している。

上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２は、各々、弁体２０の中心軸線周りに周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成されている。この参考例では、図３に示されているように、上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２は、各々、回転角位置ＫとＬとの間に、回転角α＝２５５度の回転角範囲に亘って形成されている。

上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２は、同じ形状の凹溝であり、各々一方の溝側面２１Ａ、２２Ａが回転角位置ＫとＭとの回転角（２４０度程度）範囲で直線的な傾斜面になっており、周方向位置に応じて溝幅Ｗが変化している。

詳細には、図３，図４（ａ）に示されているように、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２は、回転角位置Ｋで溝幅Ｗが最小で、回転角位置Ｋより図３で見て時計廻り方向に進むに従って溝幅Ｗが徐々に増大し、回転角位置Ｍで溝幅Ｗが最大になっており、更に、回転角位置ＭとＬとの回転角（１５度程度）範囲では、溝側面２１Ａ、２２Ａが平坦で、溝幅Ｗを最大値に保っている。

弁体２０の外周面２０Ａには、上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２を最大溝幅側（回転角位置Ｌ）で、互いに連通接続する軸線方向の上下接続凹溝２３が形成されている。

弁ハウジング１１の上部には、弁体２０を回転駆動するための電動モータであるステッピングモータ１００が取り付けられている。ステッピングモータ１００は、下蓋１０１を介して弁ハウジング１１の上部に気密に固定接続され、内側に気密構造のロータ室１０２を画定するキャン状のロータケース１０３と、ロータケース１０３内に自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、外周面を多極着磁されたロータ１０４と、ロータケース１０３の外側に嵌合装着され、コイル部１０５、多極歯（図示省略）、電気コネクタ１０６等を有するモールド型のステータコイルユニット１０７とを有する。

この参考例では、ロータ１０４と弁体２０とが一体成形されている。ロータ１０４と弁体２０の中心部には、中心軸２４が通っている。中心軸２４は、下端２４Ａを、弁室１２の底部に配置された軸受部材２５より回転可能に支持され、上端２４Ｂをロータケース１０３の天井部に設けられた軸受部（図示省略）より回転可能に支持されている。

上述の構成による回転式流量制御弁１０では、上側弁ポート１３と下側弁ポート１４との間を、流体が、管継手１５→上側弁ポート１３→上側流量計量溝２１→上下接続凹溝２３→下側流量計量溝２２→下側弁ポート１４→管継手１６の順に流れ、あるいはその逆順に流れ、その流量を、上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積に応じて計量される。

回転式流量制御弁１０は、ステッピングモータ１００のコイル部１０５に対するパルス通電により、そのパルス数に応じた回転角をもってロータ１０４とこれと一体の弁体２０が中心軸２４を中心として回転変位する。

これにより、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２が上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の溝幅Ｗが変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

この流量制御特性は、図４（ａ）に示されているような上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の展開形状により決まり、図４（ａ）に示されている参考例では、図４（ｂ）に示されているような比例制御的な流量制御特性を得ることができる。

以上、説明したように、この参考例による回転式流量制御弁１０は、二つの個別の凹溝形状の流量計量形状部（上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２）と、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する上下接続凹溝２３によって弁ハウジング１１の二つのポート（上側弁ポート１３、下側弁ポート１４）を連通する流路が構成され、その二つのポートは弁体２０の軸線方向に互いに異なる位置に形成されるから、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２によって流体通過面積の精度を確保した上で、上側流量計量溝２１
、下側流量計量溝２２を弁体２０の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成することが可能になり、弁体２０の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）、つまり、図４（ｂ）の比例特性線の傾きを小さくして高精度な流量制御を行うことができる。また、このことにより、最大流量を大きい値に設定することも可能になる。

また、上側弁ポート１３と下側弁ポート１４を連通する流路長（上側流量計量溝２１＋上下接続凹溝２３＋下側流量計量溝２２）が長くなり、弁室１２内での急激な圧力降下を避けることができる。これにより、急激な圧力降下に起因する流体通過音の発生を押さえ、静粛性を高めることができる。

また、この構成による回転式流量制御弁１０では、図５（ａ）や図６（ａ）に示されているように、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の展開形状を変更することにより、その展開形状に応じた流量制御特性を得ることができる。つまり、流量制御特性の設定の自由度が高い。

例えば、図５（ａ）に示されているように、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝側面２１Ａ、２２Ａが２段階に異なる直線勾配（傾斜）を有する場合には、図５（ｂ）に示されているような変曲流量制御特性を得ることができる。

また、図６（ａ）に示されているように、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝側面２１Ａ、２２Ａが２次曲線的な勾配（傾斜）を有する場合には、図６（ｂ）に示されているようなイコールパーセント流量制御特性を得ることができる。

上述の参考例では、弁体２０とステッピングモータ１００のロータ１０４とが一体構造になっているが、弁体２０とステッピングモータ１００のロータ１０４とを、図７に示されているように、別部品として構成し、弁体２０とロータ１０４とをトルク伝達のカップリング部９９によって連結する構造にすることもできる。

この構造の場合には、カップリング部９９にゴム状弾性体性の緩衝材９８を挟み、ステッピングモータ１００の不必要な振動的微動が弁体２０に伝わることを防止することができる。

また、図８に示されているように、ロータ１０４と弁体２０との間に、歯車１１１、１１２、１１３、１１４による減速歯車機構や、図９に示されているように、ロータ１０４と偏心配置の弁体２０との間に、歯車１１６、１１７による減速歯車機構を組み込むこともできる。

尚、図８の参考例の場合、歯車１１２、１１３は、ロータ１０４を回転可能に支持する固定の軸受部材１１５によって回転可能に支持され、歯車１１４は弁体２０の上端に一体に設けられることになる。また、図９の参考例の場合、ロータ１０４は、中心軸２４とは別の回転軸１１８にて回転可能に支持され、この回転軸１１８によって歯車１１６が回転可能に支持されると共に、歯車１１７は弁体２０の上端に一体に設けられることになる。

この発明による回転式流量制御弁の実施形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、図１０〜図１２において、図１〜図３に対応する部分は、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、上側流量計量溝２１と下側流量計量溝２２とを連通接続する軸線方向通路が、弁体２０の外周面２０Ａに形成されている上下接続凹溝２３に代えて、弁体２０の内部に明けられた上下接続内孔２６によって構成されている。

上側弁ポート１３と下側弁ポート１４との間の軸線方向位置には、弁室１２の内周面１２Ａと弁体２０の外周面２０Ａとの間隙を塞ぐリング状のシール部材として、ゴム状弾性体性のＯリング２８が設けられている。Ｏリング２８は、弁ハウジング１１と弁体２０の何れに装着されてもよいが、この実施形態では、弁体２０の外周面２０Ａに形成された周溝２７にＯリング２８が嵌め込み装着されている。

この実施形態による回転式流量制御弁１０では、上側弁ポート１３と下側弁ポート１４との間を、流体が、管継手１５→上側弁ポート１３→上側流量計量溝２１→上下接続内孔２６→下側流量計量溝２２→下側弁ポート１４→管継手１６の順に流れ、あるいはその逆順に流れ、その流量を、上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積に応じて計量される。

この実施形態でも、ステッピングモータ１００によって弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２が上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の溝幅Ｗが変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

この実施形態による回転式流量制御弁１０でも、二つの個別の凹溝形状の流量計量形状部（上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２）と、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する上下接続内孔２６によって弁ハウジング１１の二つのポート（上側弁ポート１３、下側弁ポート１４）を連通する流路が構成され、その二つのポートは弁体２０の軸線方向に互いに異なる位置に形成されるから、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２によって流体通過面積の精度を確保した上で、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２を弁体２０の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成することが可能になり、弁体２０の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）、つまり、図４（ｂ）の比例特性線の傾きを小さくして高精度な流量制御を行うことができる。また、このことにより、最大流量を大きい値に設定することも可能になる。

また、上側弁ポート１３と下側弁ポート１４を連通する流路長（上側流量計量溝２１＋上下接続内孔２６＋下側流量計量溝２２）が長くなり、弁室１２内での急激な圧力降下を避けることができる。これにより、急激な圧力降下に起因する流体通過音の発生を押さえ、静粛性を高めることができる。

また、Ｏリング２８が設けられていることにより、弁室１２の内周面１２Ａと弁体２０の外周面２０Ａとの間隙が気密にシーリングされ、この間隙を流れる流体の短絡流路をなくことができる。これにより、更に、高精度な流量制御を行うことができる。

室１２の内周面１２Ａと弁体２０の外周面２０Ａとの間隙を塞ぐリング状のシール部材としては、Ｏリング２８以外に、角リング、ピストンリング、各種パッキン等を用いることもできる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図１３、図１４を参照して説明する。なお、図１３、図１４において、図７〜図９に対応する部分は、図７〜図９に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、弁ハウジング１１の上側弁ポート１３と管継手１５との接続部１７と、下側弁ポート１４と管継手１６との接続部１８と、上下接続内孔２６の各々に多孔質整流部材３１、３２、３３が嵌め込み装着されている。

多孔質整流部材３１、３２、３３は、連続通気構造ものであり、発泡金属、ストレーナ、多孔質焼結金属、ＭＩＴ（成形金属）、発泡樹脂等によって構成することができる。

この実施形態では、更に、流体通過部に多孔質整流部材３１、３２、３３が設けられていることにより、流体通過音の低減も図られ、静粛性をより一層高めることができる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図１５〜図１７を参照して説明する。なお、図１５〜図１７においても、図７〜図９に対応する部分は、図７〜図９に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２が、最大溝幅部分では台形断面をなし、最大溝幅部分より回転角位置に応じて溝深さｄおよび溝両側面の傾斜角を変えることなく溝幅Ｗを減少し、それに伴い溝底面幅Ｗｂを減少し、最小溝幅部分では三角形断面をなしている。

この実施形態でも、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の形状が異なるものの、前述の実施形態と同様に、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２は、これ以外に、溝幅の変化に合わせて台形断面が相似形で変化する形状に設定することもできる。また、溝幅以外に、溝深さを変化させてもよい。

また、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２は、図１８、図１９に示されているように、半円断面をなし、回転角位置に応じて溝幅Ｗを変化し、半円断面の相似形で変化する形状に設定することもできる。この他、溝断面形状は、完全な半円でなく、１／３円〜１／４円、半楕円でよい。

この発明に関連する回転式流量制御弁の他の参考例を、図２０を参照して説明する。
なお、図２０においても、図７〜図９に対応する部分は、図７〜図９に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この参考例では、弁体２０の外周面２０Ａに、前述の実施形態の上側流量計量溝２１と同等の流量計量溝４１が形成されている。流量計量溝４１は、凹溝であり、一方の溝側面４１Ａが、図３に示されているものと同様に、回転角位置ＫとＭとの回転角（２４０度程度）範囲で直線的な傾斜面になっており、周方向位置に応じて溝幅が変化している。

弁体２０の外周面２０Ａには、流量計量形状溝４１の最大溝幅部と弁室１２の底部とを連通接続する軸線方向通路として上下接続凹溝４２が形成されている。

弁ハウジング１１には、流量計量形状溝４１に対応する軸線方向位置において弁室１２に向けて開口した上側弁ポート４５と、弁室１２の底部に向けて開口した下側弁ポート４６とが形成されている。また、弁ハウジング１１には、上側弁ポー４５、下側弁ポート４６の各々に連通する管継手４７、４８が取り付けられている。

弁室１２の底部に配置されている軸受部材２５には、上下接続凹溝４２と下側弁ポート４６とを確実に連通させるための連通接続用凹溝４９が形成されている。

この参考例による回転式流量制御弁１０では、上側弁ポート４５と下側弁ポート４６との間を、流体が、管継手４７→上側弁ポート４５→流量計量溝４１→上下接続凹溝４２→連通接続用凹溝４９→下側弁ポート４６→管継手４８の順に流れ、あるいはその逆順に流れ、その流量を、上側弁ポート１３に対向する部位の流量計量溝４１の溝断面積に応じて計量される。

この参考例による回転式流量制御弁１０でも、凹溝形状の上側流量計量溝４１と連通接続用凹溝４９によって弁ハウジング１１の二つのポート（上側弁ポート４５、下側弁ポート４６）を連通する流路が構成され、その二つのポートは弁体２０の軸線方向に互いに異なる位置に形成されるから、流量計量溝４１によって流体通過面積の精度を確保した上で、流量計量溝４１を弁体２０の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成することが可能になり、弁体２０の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）、つまり、図４（ｂ）の比例特性線の傾きを小さくして高精度な流量制御を行うことができる。また、このことにより、最大流量を大きい値に設定することも可能になる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図２１〜図２３を参照して説明する。なお、図２１〜図２３において、図２０に対応する部分は、図２０に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、弁体２０の外周面２０Ａの流量計量形状溝４１に加えて、弁室１２の底面１２Ｂと接触する弁体２０の先端面２０Ｂにもう一つの流量計量形状溝４３が形成されている。

流量計量形状溝４３は、弁体２０の回転中心と同心のＣ形円弧状の凹溝であり、一端に最大流量を得る最大溝幅部分４３Ａを、他端に最小流量を得る最小溝幅部分４３Ｂを有し、最大溝幅部分４３Ａより最小溝幅部分４３Ｂへ向けて、溝幅が漸次、連続的に小さくなっている。流量計量形状溝４３は、弁体２０の外周面２０Ａの流量計量形状溝４１と同一の回転角度範囲で、同一回転位相で設けられている。

弁体２０には流量計量溝４１の最大溝幅側と流量計量形状溝４３の最大溝幅側とを互いに連通接続する上下接続内孔４４が内部孔として形成されている。

上側弁ポート４５と下側弁ポート４６との間の軸線方向位置には、つまり、弁体２０の流量計量溝４１より先端面２０Ｂ側の外周面２０Ａには周溝４９が形成されており、周溝４９にＯリング５０が嵌め込み装着されている。なお、下側弁ポート４６は、流量計量形状溝４３の円弧半径に応じて中心軸線より片側に偏倚した偏心位置に設けられている。

この実施形態による回転式流量制御弁１０では、上側弁ポート４５と下側弁ポート４６との間を、流体が、管継手４７→上側弁ポート４５→流量計量溝４１→上下接続内孔４４→流量計量溝４３→下側弁ポート４６→管継手４８の順に流れ、あるいはその逆順に流れ、その流量を、上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する部位の流量計量溝４１、４３の溝断面積に応じて計量される。

この実施形態でも、弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、流量計量溝４１、４３が上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する部位の溝幅が変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する部位の流量計量溝４１、４３の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

この実施形態による回転式流量制御弁１０でも、二つの個別の凹溝形状の流量計量形状部（流量計量溝４１、４３）と、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する上下接続内孔４４によって弁ハウジング１１の二つのポート（上側弁ポート４５、下側弁ポート４６）を連通する流路が構成され、その二つのポートは弁体２０の軸線方向に互いに異なる位置に形成されるから、流量計量溝４１，４３によって流体通過面積の精度を確保した上で、流量計量溝４１，４３を弁体２０の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成することが可能になり、弁体２０の最小回転角度に対する流量変化量（分解能）、つまり、図４（ｂ）の比例特性線の傾きを小さくして高精度な流量制御を行うことができる。また、このことにより、最大流量を大きい値に設定することも可能になる。

また、上側弁ポート４５と下側弁ポート４６を連通する流路長（流量計量溝４１＋上下接続内孔４４＋流量計量溝４３）が長くなり、弁室１２内での急激な圧力降下を避けることができる。これにより、急激な圧力降下に起因する流体通過音の発生を押さえ、静粛性を高めることができる。

また、Ｏリング５０が設けられていることにより、弁室１２の内周面１２Ａと弁体２０の外周面２０Ａとの間隙が気密にシーリングされ、この間隙を流れる流体の短絡流路をなくことができる。これにより、更に、高精度な流量制御を行うことができる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図２４〜図２５を参照して説明する。なお、図２１〜図２３において、図１１、図１２に対応する部分は、図１１、図１２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態は、図１０〜図１２に示されている実施形態に、全閉機能を付け加えたものである。このため、実施形態では、弁体２０が上側弁ポート１３と対応する軸線方向位置で、上側流量計量溝２１が設けられていない外周面２０Ａと、下側弁ポート１４と対応する軸線方向位置で、下側流量計量溝２２が設けられていない外周面２０Ａの各々に、上側流量計量溝２１や下側流量計量溝２２とは別に、全閉弁体収容用のポケット５２、５３が形成されている。ポケット５２、５３の各々には全閉用弁体として、ボール弁体５４、５５が設けられている。

この実施形態では、図１０〜図１２に示されている実施形態のものと同様に、弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２が上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の溝幅Ｗが変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する部位の上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

さらに、ポケット５２、５３が上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に対向する回転角位置に弁体２０が回転駆動されるると、図２４、図２５に示されているように、ボール弁体５４、５５が上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に係合し、これらポートを全閉にする。

なお、上側弁ポート１３から下側弁ポート１４へ流体が流れている場合には、下側のボール弁体５５が上側弁ポート１３側と下側弁ポート１４側との差圧によって下側弁ポート１４に引き込まれ、ボール弁体５５が下側弁ポート１４を閉塞することで、全閉状態が得られる。

これに対し、下側弁ポート１４から上側弁ポート１３へ流体が流れている場合には、上側のボール弁体５４が上側弁ポート１３側と下側弁ポート１４側との差圧によって上側弁ポート１３に引き込まれ、ボール弁体５４が上側弁ポート１３を閉塞することで、全閉状態が得られる。

このような回転式流量制御弁１０の全閉は、一つの室外機に対して複数の室内機が接続されている冷房・暖房運転可能な空気調和装置の可変膨張弁としての使用において、運転休止の室内機での冷媒流れを遮断することに用いることができる。

このような差圧によってボール弁体５４、５５を上側弁ポート１３、下側弁ポート１４に押し付けて全閉状態を得る場合、図２５に示されているように、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２よりポケット５２、５３の底部側に開口する圧力通路５６、５７を設け、上側流量計量溝２１、下側流量計量溝２２の圧力をポケット５２、５３の底部側に積極的に導入し、ボール弁体５４、５５による上側弁ポート１３、下側弁ポート１４の締め切り圧を高くすることもできる。このほか、ポケット５２、５３の底部に弁閉付勢のばねを入れることもできる。

なお、全閉用弁体は、ボール弁体以外に、円錐弁、フラット弁を用いることもできる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図２６、図２７を参照して説明する。なお、図２６、図２７において、図２１〜図２３に対応する部分は、図２１〜図２３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態は、図２１〜図２３に示されている実施形態に、全閉機能を付け加えたものである。このため、実施形態では、弁体２０が上側弁ポート４５と対応する軸線方向位置で、流量計量溝４１が設けられていない外周面２０Ａと、流量計量溝４３が設けられていない底面２０Ｂの各々に、流量計量溝４１、４３とは別に、全閉弁体収容用のポケット５８、５９が形成されている。ポケット５８、５９の各々には全閉用弁体として、ボール弁体６０、６１が設けられている。

この実施形態では、図２１〜図２３に示されている実施形態のものと同様に、弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、流量計量溝４１、４３が上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する部位の溝幅が変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する部位の流量計量溝４１、４３の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

さらに、ポケット５８、５９が上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に対向する回転角位置に弁体２０が回転駆動されると、図２６、図２７に示されているように、ボール弁体６０、６１が上側弁ポート４５、下側弁ポート４６に係合し、これらポートを全閉にする。

なお、上側弁ポート４５から下側弁ポート４６へ流体が流れている場合には、下側のボール弁体６１が上側弁ポート４５側と下側弁ポート４６側との差圧によって下側弁ポート４６に引き込まれ、ボール弁体６１が下側弁ポート４６を閉塞することで、全閉状態が得られる。

これに対し、下側弁ポート４６から上側弁ポート４５へ流体が流れている場合には、上側のボール弁体６０が上側弁ポート４５側と下側弁ポート４６側との差圧によって上側弁ポート４５に引き込まれ、ボール弁体６０が上側弁ポート４５を閉塞することで、全閉状態が得られる。

このような回転式流量制御弁１０の全閉も、一つの室外機に対して複数の室内機が接続されている冷房・暖房運転可能な空気調和装置の可変膨張弁としての使用において、運転休止の室内機での冷媒流れを遮断することに用いることができる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図２８〜図３０を参照して説明する。なお、図２８〜図３０において、図２１に対応する部分は、図２１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態は、図２１に示されている実施形態に、全閉機能を付け加えたものである。このため、実施形態では、弁体２０の底部に全閉弁体収容用のポケット６２が形成され、ポケット６２に全閉用弁体としてボール弁体６３が設けられている。このポケット６２が偏心配置の下側弁ポート４６と対応する弁体２０の回転角位置は、流量計量溝４１が上側弁ポート４５より離れる回転角位置に設定されている。

この実施形態では、図２１に示されている実施形態のものと同様に、弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、流量計量溝４１が上側弁ポート４５に対向する部位の溝幅が変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート４５に対向する部位の流量計量溝４１の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

さらに、ポケット６２が下側弁ポート４６に対向する回転角位置に弁体２０が回転駆動されると、図２８に示されているように、ボール弁体６３が下側弁ポート４６に係合し、下側弁ポート４６を全閉にする。

この全閉状態は、上側弁ポート４５から下側弁ポート４６へ流体が流れている場合に、、ボール弁体６３が上側弁ポート４５側と下側弁ポート４６側との差圧によって下側弁ポート４６に引き込まれ、ボール弁体６３が下側弁ポート４６を閉塞することで得られる。なお、この差圧がボール弁体６３に有効に作用するよう、弁室１２の圧力をポケット６２に導く圧力通路６４が形成されている。

なお、全閉状態よりの弁開作動時には、弁体前後の圧力差をなくす均圧を行うと、ステッピングモータのロータの回転力に対する抗力が低減し、より小さい駆動力で動作させることが可能になる。

この発明による回転式流量制御弁の他の実施形態を、図２８〜図３０を参照して説明する。なお、図２８〜図３０において、図２１に対応する部分は、図２１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態は、図２１に示されている実施形態に、全閉機能を付け加えたもの変形実施形態である。実施形態では、弁体２０の底部に全閉用の弁ポート閉塞部６５が凸部として形成されている。弁ポート閉塞部６５が偏心配置の下側弁ポート４６と対応する弁体２０の回転角位置は、流量計量溝４１の最小溝側が上側弁ポート４５に対応する回転角位置あるいは流量計量溝４１が上側弁ポート４５より離れる回転角位置に設定されている。

この実施形態では、図２０に示されている参考例のものと同様に、弁体２０が中心軸２４を中心として所定回転角範囲で回転変位することにより、流量計量溝４１が上側弁ポート４５に対向する部位の溝幅が変化し、この溝幅変化により、弁体２０の回転角に応じて上側弁ポート４５に対向する部位の流量計量溝４１の溝断面積が変化し、定量的な流量制御が行われる。

弁ポート閉塞部６５が下側弁ポート４６に対向する回転角位置に弁体２０が回転駆動されると、図３１に示されているように、弁ポート閉塞部６５によって下側弁ポート４６が閉塞され、下側弁ポート４６を全閉にする。

この全閉状態は、上側弁ポート４５から下側弁ポート４６へ流体が流れている場合に、、上側弁ポート４５側と下側弁ポート４６側との差圧によって、弁ポート閉塞部６５が弁室１２の底面１２Ｂに押し付けられ、下側弁ポート４６の全閉締め切り性が得られる。

なお、この実施形態では、全閉状態よりの弁開作動時に、図２８〜図３０に示されている実施形態のものと比べて、作動に要する負荷が小さいから、弁前後の圧力差を均圧せずとも作動させることができる。

このような回転式流量制御弁１０の全閉は、一つの室外機に対して複数の室内機が接続されている冷房・暖房運転可能な空気調和装置の可変膨張弁としての使用において、冷房モードでの運転休止の室内機での冷媒流れを遮断することに用いることができる。

次に、この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を、図３１を参照して説明する。

この実施形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機１５１と、凝縮器（室外熱交換器）１５２と、膨張弁１５３と、蒸発器（室内熱交換器）１５４と、これらをループ接続する冷媒通路１５５〜１５８とを有する。

この冷凍サイクル装置は、空気調和装置（冷房）や冷凍・冷蔵庫等で使用される。

膨張弁１５３としては、上述したこの発明による回転式流量制御弁１０が用いられる。

なお、上述したこの回転式流量制御弁１０が適用される冷凍サイクル装置は、図３１に示されているような基本的な冷凍サイクル装置に限られることはなく、四方弁の組み込みにより、冷媒回路における冷媒流れ方向を逆転できる冷房・暖房用の空気調和装置や、室内機に二つの熱交換器が直列接続され、その二つの熱交換器間に追加の膨張弁を有する冷暖房・除湿可能な空気調和装置等、あらゆる冷凍サイクル装置にも適用可能である。

この発明に関連する回転式流量制御弁の一つの参考例を示す全体断面図である。 一つの参考例による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿った拡大断面図である。 （ａ）は一つの参考例による回転式流量制御弁の流量計量溝の展開図、（ｂ）はその流量計量溝による流量制御特性を示すグラフである。 （ａ）は他の参考例による回転式流量制御弁の流量計量溝の展開図、（ｂ）はその流量計量溝による流量制御特性を示すグラフである。 （ａ）は他の参考例による回転式流量制御弁の流量計量溝の展開図、（ｂ）はその流量計量溝による流量制御特性を示すグラフである。 この発明に関連する回転式流量制御弁の他の参考例を示す全体断面図である。 この発明に関連する回転式流量制御弁の他の参考例を示す全体断面図である。 この発明に関連する回転式流量制御弁の他の参考例を示す全体断面図である。 この発明による回転式流量制御弁の実施形態を示す全体断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図１１の線Ｂ−Ｂに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図１３の線Ｃ−Ｃに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図１５の線Ｄ−Ｄに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の流量計量溝の拡大横断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の流量計量溝の拡大横断面図である。 他の参考例による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図２１の線Ｅ−Ｅに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の弁体の底面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図２４の線Ｆ−Ｆに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の弁体の底面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である 図２８の線Ｇ−Ｇに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の弁体の底面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の要部の拡大断面図である。 図３１の線Ｈ−Ｈに沿った拡大断面図である。 他の実施形態による回転式流量制御弁の弁体の底面図である。 この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１０ 回転式流量制御弁
１１ 弁ハウジング
１２ 弁室
１３ 上側弁ポート
１４ 下側弁ポート
１５、１６ 管継手
１７、１８ 接続部
２０ 弁体
２１ 上側流量計量溝
２２ 下側流量計量溝
２３ 上下接続凹溝
２４ 中心軸
２５ 軸受部材
２６ 上下接続内孔
２７ 周溝
２８ Ｏリング
３１、３２、３３ 多孔質整流部材
４１ 流量計量溝
４２ 上下接続凹溝
４３ 流量計量溝
４５ 上側弁ポート
４６ 下側弁ポート
４７、４８ 管継手
４９ 周溝
５０ Ｏリング
５２、５３ ポケット
５４、５５ ボール弁体
５６、５７ 圧力通路
５８、５９ ポケット
６０、６１ ボール弁体
６２ ポケット
６３ ボール弁体
６５ 弁ポート閉塞部
９９ カップリング部
９８ 緩衝材
１００ ステッピングモータ
１０１ 下蓋
１０２ ロータ室
１０３ ロータケース
１０４ ロータ
１０５ コイル部
１０６ 電気コネクタ
１０７ ステータコイルユニット
１１１〜１１４，１１６，１１７ 歯車
１５１ 圧縮機
１５２ 凝縮器（室外熱交換器）
１５３ 膨張弁
１５４ 蒸発器（室内熱交換器）
１５５〜１５８ 冷媒通路

Claims (8)

1. 弁ハウジングに形成された有底円筒形状の弁室内に丸棒状の弁体が自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記弁体の外周面に周方向に溝状の流量計量形状部が形成され、前記弁体が自身の中心軸線周りに回転することにより、その回転角に応じて前記弁ハウジングに形成されている二つのポート間を流れる流体の流量を前記流量計量形状部によって計量する回転式流量制御弁において、
   前記弁体には溝状の前記流量計量形状部が軸線方向に互いに異なる２箇所に個別に形成され、この二つの流量計量形状部を互いに連通接続する軸線方向通路が前記弁体に形成され、
   前記二つのポートは前記弁体の軸線方向に互いに異なる位置に形成され、その一つは前記二つの流量計量形状部のうちの一方の流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口し、もう一つのポートは前記二つの流量計量形状部のうちの他方の流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口しており、
   前記二つのポート間の軸線方向位置に、前記弁室の内周面と前記弁体の外周面との間隙を塞ぐリング状のシール部材が設けられている
   回転式流量制御弁。
2. 弁ハウジングに形成された有底円筒形状の弁室内に丸棒状の弁体が自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記弁体の外周面に周方向に溝状の流量計量形状部が形成され、前記弁体が自身の中心軸線周りに回転することにより、その回転角に応じて前記弁ハウジングに形成されている二つのポート間を流れる流体の流量を前記流量計量形状部によって計量する回転式流量制御弁において、
   前記弁体には溝状の前記流量計量形状部と前記弁室の底部とを連通接続する軸線方向通路が前記弁体に形成され、
   前記二つのポートのうちの一つは前記流量計量形状部に対応する軸線方向位置において前記弁室に向けて開口し、もう一つのポートは前記弁室の底部に向けて開口しており、
   前記二つのポート間の軸線方向位置に、前記弁室の内周面と前記弁体の外周面との間隙を塞ぐリング状のシール部材が設けられている
   回転式流量制御弁。
3. 前記流量計量形状部は、前記弁体の周方向に１８０度以上の回転角範囲に亘って形成されている請求項１または２記載の回転式流量制御弁。
4. 前記流量計量形状部は、前記弁体の外周面に形成された凹溝であり、周方向位置に応じて溝幅と溝深の少なくとも何れか一方が変化している請求項１〜３の何れか１項記載の回転式流量制御弁。
5. 前記弁体が前記ポートの前記弁室に対する開口端に対向する部分に、前記流量計量形状部とは別に全閉弁体収容用のポケットが形成され、前記ポケットに全閉用弁体が設けられている請求項１〜４の何れか１項記載の回転式流量制御弁。
6. 前記弁体が前記弁室の底部に向けて開口している前記ポートの前記弁室に対する開口端に対向する弁体底部に、前記弁室の底部に向けて開口している前記ポートを閉塞する全閉用の弁ポート閉塞部が設けられている請求項２記載の回転式流量制御弁。
7. 前記弁体を回転駆動する電動モータを有する請求項１〜６の何れか１項記載の回転式流量制御弁。
8. 請求項１〜７の何れか１項記載の回転式流量制御弁を冷媒回路中に有する冷凍サイクル装置。

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