JP2015077015A - 冷媒切替弁及び冷媒切替弁を備える機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルユニットへの水分の侵入を防止して信頼性の高い冷媒切替弁を提供する。【解決手段】弁体８０と、弁体８０を駆動する回転子７０と、回転子７０を駆動するコイルユニット６２と、弁体８０を内在する弁ケース６６と、を備え、コイルユニット６２は、弁ケース６６の外側に位置して、上面が樹脂製のケース６１によって覆う。【選択図】図７

Description

本発明は、冷媒切替弁及び冷媒切替弁を備える機器に関する。

本技術分野の背景技術として、特許第３９７１９８７号（特許文献１）がある。特許文献１の請求項１には、「コイル巻線が巻回されたコイルボビンと、該コイルボビンに固着された端子ピンと、該端子ピンに固着された基板と、前記端子ピンに対して基板の配線パターンを介して電気的に接続された外部給電用のコネクタピンを備えるコネクタ部材と前記コイルボビンを収納するボビン収納部を備えたカバーとを有し、当該カバーは、前記ボビン収納部に隣接する位置に、少なくとも、前記基板および前記コネクタ部材の少なくとも一部を収納した状態で封止用樹脂がポッティングによって充填された樹脂充填部を備え、少なくとも、前記基板と前記端子ピンの接続部分、前記基板とコネクタピンとの接続部分、および前記コネクタ部材の一部が前記封止用樹脂によって封止されていることを特徴とするモータのステータ構造。」が記載されている。

特許第３９７１９８７号

特許文献１の場合、コイル部をポッティングによる樹脂充填により外気と遮断している。しかしながら、この構成の場合、製造工数の増加や充填材の材料費増加が伴い、高コスト化となる。

また、水分や湿気によるヨーク部の腐食を防止するためにヨーク部の表面を樹脂で封止して外気から隔離する構成だと、磁気回路の阻害要因を増やすこととなり、弁体駆動力が低下する。

また、ヨーク部に外気遮断用の樹脂を設けた場合に弁体駆動力を確保する手段としては、回転子または可動子やコイルユニットを大型化することが挙げられるが、この場合、設置スペースの制約や、コストの増加が問題となる。

上記課題に鑑みて本発明は、コイルユニットへの水分の侵入を防止して信頼性の高い冷媒切替弁及び冷媒切替弁を備えた機器を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明は一例として、弁体と、前記弁体を駆動する回転子又は可動子と、該回転子又は該可動子を駆動するコイルユニットと、前記弁体を内在する弁ケースと、を備え、前記コイルユニットは、前記弁ケースの外側に位置して、上面が樹脂ケースによって覆われたことを特徴とする。

本発明によれば、コイルユニットへの水分の侵入を防止して信頼性の高い冷媒切替弁及び冷媒切替弁を備えた機器を提供することができる。

本発明の実施形態の冷蔵庫を前方から見た正面外形図である。 冷蔵庫の庫内の構成を表す図１におけるＥ−Ｅ断面図である。 冷蔵庫の庫内の構成を表す正面図である。 本発明の実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第１モードを示す図である。 本発明の実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第２モードを示す図である。 本発明の実施形態に係る冷媒切替弁の外観を示す斜視図である。 図６のＦ−Ｆ断面図である。 図７のＧ方向矢視図である。 冷媒切替弁の内部構成を示す斜視図であり、冷媒切替弁からステータケースと弁ケースとを仮想的に取り外して透視した斜視図である。 ロータピニオンギヤとアイドラギヤと弁体の構成を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態の冷蔵庫１を前方から見た正面外形図である。図２は、冷蔵庫の庫内の構成を表す図１におけるＥ−Ｅ断面図である。図３は、冷蔵庫の庫内の構成を表す正面図である。図２、図３に示すように、断熱箱体１０の下部背面側には、機械室５０が設けられている。機械室５０には、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機５１と、冷媒と空気とを熱交換させる凝縮器５２と、凝縮器５２における冷媒と空気の熱交換を促進させる庫外送風機５３と、細管である減圧手段５４と、冷媒切替弁６０と、が配置されている。なお、圧縮機５１、凝縮器５２、減圧手段５４、および、冷媒切替弁６０は、冷却器７や結露防止配管１７と配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路が形成されるようになっている。

図４、図５に本発明の実施形態の冷媒切替弁を備えた冷媒回路の説明図を示す。図４は、本発明の実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第１モードを示す図である。図５は、本発明の実施形態に係る冷媒切替弁を用いた冷媒経路の第２モードを示す図である。冷媒回路は圧縮機５１、凝縮機５２、キャピラリーなどの減圧手段５４、蒸発器７で構成され、冷媒切替弁６０は凝縮機５２の下流側、減圧手段５４の上流側に設けられている。ここで、本実施例では、冷媒切替弁に接続されている冷媒流入および流出用の配管は、合計４本である。内２本は冷媒切替弁の上流側の凝縮機５２と下流側の減圧手段５４に配管５５，５７を介して接続されている。残り２本が接続されているのは、結露防止配管１７である。

ここで、結露防止配管とは冷蔵庫前面の各貯蔵室の仕切部の結露を防止するために設けられた配管であり、冷媒の放熱を利用して冷蔵庫の各貯蔵室の仕切部の温度が露点温度以下になることを防止するために設けられているものである。

次に、冷媒切替弁の動作による冷媒流れの制御について図４および図５を用いて説明する。図４は冷媒流れの第１のモードであり、凝縮機５２を通過した高温の冷媒は、結露防止配管１７を通り、減圧手段５４へと流れる流路を形成している。図５は冷媒流れの第２のモードであり、凝縮機５２を通過した高温の冷媒は、結露防止配管１７を通らず、直接、減圧手段５４へと流れる流路を形成している。冷媒切替弁６０の第１モードと第２モードは、外気温度センサ４２や外気湿度センサ４３の検知結果に基づいて結露のおそれがあるか否かを判定し、結露のおそれがある場合は第１モードとし、結露のおそれがない場合には第２モードとするようモードを切り替えると、必要な時だけ結露を防止するとともに、それ以外の時は熱漏洩を防止できるので、消費電力を低減するのに効果的である。

次に、実施形態に係る冷媒切替弁６０の構成と動作について、図６から図１０を用いて説明する。

図６は、本発明の実施形態に係る冷媒切替弁６０の外観を示す斜視図である。図７は、図６のＦ−Ｆ断面図である。図８は、図７のＧ方向矢視図であって、図６の冷媒流入、流出用の流入管６９および連通管６９の接続部側から見た図である。図９は、冷媒切替弁６０の内部構成を示す斜視図であり、冷媒切替弁６０からコイルユニット６２と圧力容器の一部である弁ケース６６とを仮想的に取り外して透視した斜視図である。図１０は、ロータピニオンギヤ７５とアイドラギヤ７９と弁体８０の構成を示す斜視図であり、回転子７０から弁体８０に至るまでのギヤを用いた駆動力の伝達手段の構成を説明する。

図６、図７に示すように、略円筒形状のコイルユニット６２の内部には、巻線されたコイル部９２とヨーク部９３が構成されている。

コイルユニット６２は、弁ケース６６の外側に位置して、上面が樹脂製のケース６１によって覆われている。換言すると、コイルユニット６２は取り付け姿勢の鉛直上面を略全面において樹脂製のケース６１で覆われている。

コイル部９２への電源供給手段として端子ピン９５、配線基板９４、コネクタピン６４を備えたコネクタ６５で構成されており、コネクタ６５は、鉛直下側から電源ハーネスを接続する構造としている。

コイルユニット６２のヨーク部９３の更に内側には、ヨーク部９３と接触した状態で圧力容器（弁ケース６６）が形成されている。弁ケース６６は、例えばステンレス材などの非磁性体金属で一体に形成されており、上端が閉じられて下端が開放した有底円筒形状である。弁ケース６６の上側は、コイルユニット６２の内周に嵌合し、弁ケース６６の下側は、直径が上側よりも拡大された開口端となっている。この開口端には、円形の弁座プレート６７が嵌合して、全周を溶接あるいはロウ付けによって密封接合されている。図７および図８に示すように、弁座プレート６７は、弁座プレート６７の外周の外郭を構成する円盤形状の第一の弁座プレート６７ａと、第一の弁座プレート６７ａよりも直径が小さくかつ厚さが厚く、第一の弁座プレート６７ａの中心位置を内包する円盤形状の第二の弁座プレート６７ｂと、を互いにロウ付けによって接合部を密封するように接合している。このように２種類以上の部品を溶接あるいはロウ付けによって接合することにより圧力容器を形成している。

図７に示すように、第一の弁座プレート６７ａには、１つの流入管６８が、ロウ付けによって接合部を密封するように結合されて弁ケース６６内部と連通している。また、第二の弁座プレート６７ｂには、３つの連通管６９である連通管６９ｂ、連通管６９ｃ、および連通管６９ｄが、ロウ付けによって接合部を密封するように結合されて弁ケース６６内部と連通している。そして、図７および図８に示すように、流入管６８と連通管６９ｂ、連通管６９ｃ、連通管６９ｄの一端は、弁座プレート６７の一面に弁ケース６６内側に向けて開口した流入口Ａ、連通口Ｂ、連通口Ｃ、連通口Ｄに接続している。

図７に示すように、ロータ７０は、マグネットを有するモータの回転子又は駆動子である。コネクタピン６４を駆動回路（図示せず）に接続して通電すると、コイルユニット６２に磁界が生じ、圧力容器を介して磁力をロータ７０に伝達してロータ７０を回転するモータを構成する。このようなモータの構成の一例は、一般的なステッピングモータであり詳細な説明は省略するが、一定の角度毎に回転するようになっている。

弁体軸７１は、ロータ７０の回転中心軸であるとともに、後述する弁体８０の回動中心軸である。ロータ７０は弁ケースと一定の間隔を保ちながら回転運動をする。

第一の弁座プレート６７ａにおいて、弁体軸７１（ロータ軸穴７２）に対して流入管６８（流入口Ａ）の反対側には、後述するアイドラギヤ７９の回転中心であるアイドラ軸７８の嵌合孔が形成されており、アイドラ軸７８の一端がロウ付けによって第一の弁座プレート６７ａに接合部を密封するように結合されている。なお、図９に示すように、アイドラ軸７８の他端は固定されておらず、所謂、片持ちの構造となっている。

ロータ７０は、ロータ駆動部７４に支持され、弁体軸７１を回転中心軸として、ロータ７０とロータ駆動部７４とが一体として回転するようになっている。また、ロータ駆動部７４の下側の一部にロータピニオンギヤ７５が形成されている。即ち、ロータ７０が回転すると、ロータ駆動部７４およびロータピニオンギヤ７５も一体として回転するようになっている。

アイドラ軸７８にはアイドラ大歯車７９ｂとアイドラピニオン７９ａとを有するアイドラギヤ７９が回転自在に軸支されている。アイドラ大歯車７９ｂはロータピニオンギヤ７５と噛み合い、アイドラピニオン７９ａは弁体ギヤ８３と噛み合って減速する。ロータ７０からの回転トルクは、ロータピニオンギヤ７５、アイドラ大歯車７９ｂ、アイドラピニオン７９ａ、弁体ギヤ８３の順に減速しながら伝達される。

ここで、ロータピニオンギヤ７５の歯数をＺ１、アイドラ大歯車７９ｂの歯数をＺ２、アイドラピニオン７９ａの歯数をＺ３、弁体ギヤ８３の歯数をＺ４とすれば、全てのギヤのモジュールが同一であれば、Ｚ１＋Ｚ２＝Ｚ３＋Ｚ４なる関係を満たせばロータピニオンギヤ７５とアイドラ大歯車７９ｂとの間の軸間距離と、アイドラピニオン７９ａと弁体ギヤ８３との間の軸間距離とは等しくなるので、ロータピニオンギヤ７５と弁体ギヤ８３とを同軸に配置することができる。例えば、Ｚ１＝１２、Ｚ２＝３４、Ｚ３＝１３、Ｚ４＝３３、とすれば、Ｚ１＋Ｚ２＝Ｚ３＋Ｚ４＝４６となるのでこの関係を満たすことができる。

ちなみに、このときのロータ７０から弁体８０にいたるまでの減速比は、（Ｚ１×Ｚ３）／（Ｚ２×Ｚ４）となり、前記した例では（１２×１３）／（３４×３３）＝約１／７．２となる。即ち、弁体８０はロータ７０により生じるトルクの７．２倍のトルクで回転するので、回転トルクに余裕があり、弁体８０の切替動作を確実にすることができる。

また、弁体８０の一部は弁体ギヤ８３の外周よりも凸形状のストッパ８４が形成されており、弁体８０が時計まわりまたは反時計まわりに最大角度回転した際には、アイドラギヤ７９のアイドラピニオン７９ａよりも下側に突出した円筒状のアイドラストッパ７９ｃに当接して弁体ギヤ８３の回転角度を所定の角度範囲に制限するようになっている。なお、弁体ギヤ８３の回転角度は、後述する弁体８０の切替動作に必要な回動角度の範囲に加えて、所定の角度例えば８°程度の角度を余分に回動してから当接して回動を停止するよう構成される。

また、アイドラギヤ７９には、アイドラ大歯車７９ｂの上面に円周状に突起部７９ｓが形成されている。また、ロータ駆動部７４には、円周状に突起部７４ｓが形成されている。アイドラギヤ７９のアイドラ軸７８は、片持ちの構造であるが、アイドラギヤ７９の軸方向の位置が上方向にずれた場合、突起部７９ｓが突起部７４ｓに当接してそれ以上移動することができないようになっている。これにより、アイドラギヤ７９が片持ちのアイドラ軸７８から脱落することを防止するようになっている。

図１０に示すように弁体８０は、一面を弁体摺接面８１として弁座プレート６７と接しながら、弁体軸７１を中心として回動するようになっている。弁体摺接面８１は円形の一部が除かれた形状としており、さらに弁体記摺接面８１の中に溝部８２を形成している。このような弁体８０が回動することで、弁座プレート６７に設けられた連通口Ｂ、Ｃ、Ｄを弁体摺接面８１で開閉させたり、溝部８２で連通させたりすることができる構成である。

ここで、上記の実施例の効果について説明する。

（１）コイルユニット６２の取付姿勢における上側面を樹脂製のケース６１で覆うことにより、冷媒切替弁６０の周囲の配管が結露し、水分がコイルユニット６２に滴下した場合でもコイル部への水分の浸入を防止することができる。また、鉄製のケースとした場合、滴下した水分で腐食（錆）が発生する恐れがあるが、樹脂でケースを構成することにより、腐食の恐れがない。さらに、金属製に比べて低コストで加工も容易にケースを構成できる。なお、腐食の恐れがなければ、樹脂ケースに限らずステンレスやセラミック等の材料で構成してもよい。

（２）図４〜図５のごとく、冷媒回路上の冷媒切替弁６０の取り付け位置を少なくとも凝縮機５２の下流側、かつ減圧手段５４の上流側に設置し、かつ圧力容器（弁ケース６６）の上側が樹脂製のケース６１で覆われている構造とすることにより、冷媒により加熱された圧力容器（弁ケース６６）の保温効果が生まれ、圧力容器（弁ケース６６）の外周表面温度を、コイルユニット６２の周囲温度よりも高く保つことができ、コイルユニット６２のコイル部９２およびヨーク部９３の温度を露点温度以上に保つことができる。
また、弁ケース６６の上方を覆うように樹脂製のケース６１を構成することで、弁ケース６６の内側に位置するロータ７０と、弁ケース６６の外側に位置するコイル部９２及びヨーク部９３との間に、水分等の異物が混入することを抑制することができ、モータ駆動効率の低下を抑制することができる。

（３）上記のことから、コイルユニット６２のコイル部９２およびヨーク部９３にポッティング材などの樹脂材封入をしなくても水分や湿気の侵入を防止することができ低コスト化が図れる。
また、ポッティングの場合、コイル部全体が覆われてコイル部の放熱性能が悪く、温度上昇しやすい。これに比べて本実施形態では、コイル部９２は上方がケース６１で覆われている一方で、下方は開放されている。換言すると、コイルユニット６２は、空気層を介して樹脂製のケース６１で覆われている。これにより、コイル部９２自身の熱の滞留による温度上昇が抑制されて、温度上昇によるモータ駆動力の低下が抑制できる。
また、温度上昇が抑えられるため、コイル部９２のエナメル被覆の長寿命化を図ることができ、用途によっては耐熱温度の低いエナメル線を選択することも可能である。

（４）本実施形態の冷媒切替弁の場合、コイルユニット６２は樹脂のケース６１で上方を覆う構成のため、ポッティングの場合に必要な樹脂注型、加熱の工程が省けて組立性が向上する。
また、ポッティングに比べて容易に分解でき、樹脂、鉄、及び銅の仕分けが容易である。

このように、本発明の実施例の冷媒切替弁を用いて、弁体位置をコイルユニットにより駆動させ、圧力容器への流入管、流出管の冷媒流れの開閉を必要に応じて変化させることで、低コスト、高信頼性でかつ省エネ性の優れた冷蔵庫を提供することが出来る。

その他の実施例（図示せず）
第１の実施例では、弁体の駆動源は回転式のステッピングモータの実施例を示したが、ソレノイドコイルを用いた上下往復運動の弁体移動で切り替える弁でも同様な効果が得られる。また、圧力容器の流入流出管の数を４本の場合に限らず、２本、３本でもよい。

７ 冷却器（蒸発器）
１７ 結露防止配管（冷媒流通部）
５１ 圧縮機
５２ 凝縮器
５４ 減圧手段
５５ 第一冷媒配管
５６ 第二冷媒配管
５７ 第三冷媒配管
６０ 冷媒切替弁
６１ ケース
６２ コイルユニット
６４ コネクタピン
６５ コネクタ
６６ 圧力容器（弁ケース）
６７ 弁座プレート
６７ａ 第一の弁座プレート
６７ｂ 第二の弁座プレート（弁座）
６８ 流入管
６９ 連通管
６９ｂ 連通管（第１連通管）
６９ｃ 連通管（第２連通管）
６９ｄ 連通管（第３連通管）
７０ ロータ（回転子、可動子）
７１ 弁体軸
７４ ロータ駆動部
７５ ロータピニオンギヤ
７８ アイドラ軸
７９ アイドラギヤ
７９ａ アイドラピニオン
７９ｂ アイドラ大歯車
７９ｃ アイドラストッパ
８０ 弁体
８１ 弁体摺接面
８２ 溝部
８３ 弁体ギヤ
８４ ストッパ
８５ 弁体軸穴
８６ 板バネ（付勢手段）
９２ コイル部
９３ ヨーク部
９４ 配線基板
９５ 端子ピン

Claims (4)

1. 弁体と、
   前記弁体を駆動する回転子又は可動子と、
   該回転子又は該可動子を駆動するコイルユニットと、
   前記弁体を内在する弁ケースと、
   を備え、
   前記コイルユニットは、前記弁ケースの外側に位置して、上面が樹脂ケースによって覆われたことを特徴とする冷媒切替弁。
2. 前記コイルユニットは空気層を介して前記樹脂ケースで覆われたことを特徴とする、請求項１記載の冷媒切替弁。
3. 前記弁ケースの上方は前記樹脂ケースで覆われたことを特徴とする、請求項１又は２記載の冷媒切替弁。
4. 圧縮機と、凝縮機と、減圧手段と、蒸発器とを配管で接続して構成された冷媒回路と、
   前記凝縮機の下流側であって前記減圧手段の上流側に設けられた冷媒切替弁と、を備え、
   前記冷媒切替弁は、
   弁体と、
   前記弁体を駆動する回転子又は可動子と、
   該回転子又は該可動子を駆動するコイルユニットと、
   前記弁体を内在する弁ケースと、
   を備え、
   前記コイルユニットは、前記弁ケースの外側に位置して、上面が樹脂ケースによって覆われたこと特徴とする機器。