JP6585581B2 - 電動弁および電動弁を用いた冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷凍庫や冷蔵庫の流量制御弁等として使用される電動弁および電動弁を用いた冷却システムに関するものである。

従来、家庭用冷蔵庫などの冷却システムにおいて、図１７に示すように、冷蔵室用冷却器（Ｒ．Ｅｖａｐ）と冷凍室用冷却器（Ｆ．Ｅｖａｐ）に供給する冷媒を三方弁（３−ｗａｙ ｖａｌｖｅ）によって切り替える方式を採用したものが知られている。この冷却システムによれば、冷蔵室と冷凍室を交互に冷却することにより、温度制御を行なうことができる。

ところで、この冷却システムにおいては、冷蔵室用冷却器（Ｒ．Ｅｖａｐ）と冷凍室用冷却器（Ｆ．Ｅｖａｐ）に供給する冷媒をキャピラリチューブ（Ｃ．Ｔｕｂｅ）で膨張させている。このように、キャピラリチューブ（Ｃ．Ｔｕｂｅ）を用いた場合、電子膨張弁のように自由に冷媒の絞り量を調整することができないため、きめ細やかな温度制御を行うことが難しく、室内を急速に冷却したり、温度安定時の省エネを図ることなどが難しくなる。

そこで、温度制御能力を向上させ、温度安定時の省エネ性を改善すべく、キャピラリチューブ（Ｃ．Ｔｕｂｅ）を電子膨張弁（例えば、特許文献１参照）に置き換えた冷却システムが実用化されている。

特開２００４−２６３７２５号公報

しかしながら、図１７に示す冷却システムにおいて、キャピラリチューブ（Ｃ．Ｔｕｂｅ）を上述した電子膨張弁に置き換えた場合、きめ細やかな温度制御が可能になり、適正な温度管理をすることが可能になるが、一つの冷却システムに二個の電子膨張弁を使用することになり、電子膨張弁を設置するスペースが必要になる。さらに電子膨張弁はコストが嵩むという問題もある。また、二つの電子膨張弁を作動させるためには、その分の電力も必要となる。

本発明の目的は、冷却システムにおいてキャピラリチューブによる室内温度制御に比べ、より精度良く温度制御ができ、且つ膨張弁の設置スペースを広げず、消費電力を抑えることができる電動弁、および電動弁を用いた冷却システムを提供することである。

本発明の電動弁は、
弁座面と対向配置された単一の弁体を軸回りに回転させることによって絞り流量を制御する電動弁であって、
前記弁座面には、前記弁体の回転方向と同方向に円弧状に延在し、溝幅が漸次変化する第１凹溝、および第２凹溝が形成され、
前記弁体の前記弁座面側には、第１入口ポートと前記第１凹溝に連通する第１出口ポートとを前記第１凹溝を介して連通させる主弁部が配置され、
前記主弁部のシール面には、前記弁体の回転方向と同方向に円弧状に延在し、第２入口ポートと前記第２凹溝に連通する第２出口ポートとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする。

このように、弁座面に第１凹溝と第２凹溝を形成し、弁体に第１入口ポートと第１出口ポートを第１凹溝を介して連通させる主弁部、第２入口ポートと第２出口ポートを第２凹溝を介して連通させる連通溝を設けることにより、一つの電動弁で二つの異なる流路の流量を制御することができる。このため、冷却システムの省スペース化を図ることができる。また、弁座面に絞り流量を可変設定する凹溝を形成することにより、キャピラリチューブによる室内温度制御（図１７参照）に比べ、より精度よく温度制御を行うことができる。

また、本発明の電動弁は、
前記主弁部が、
前記第１凹溝を介して前記第１入口ポートと前記第１出口ポートとを連通させるために外径に形成された切欠き、
前記第１凹溝を介して前記第１入口ポートと前記第１出口ポートとを連通させるために中央に設けられた空間
の少なくとも一方を有することを特徴とする。
これにより、第１入口ポートと第１出口ポートを的確に連通させることができる。

また、本発明の電動弁は、
第１凹溝の溝幅と、第２凹溝の溝幅とが、同じ方向に向かって漸次変化することを特徴とする。
これにより、二つの流量特性を同方向にすることができ、ステッピングモータに印加するパルスを上昇させた場合に、双方の流量を増加させることができる。

また、本発明の電動弁は、
第１凹溝の溝幅と、第２凹溝の溝幅とが、互いに反対方向に向かって漸次変化することを特徴とする。
これにより、一方の冷却器に冷媒を供給する際に、他方の冷却器への冷媒供給を止めたり制限することが可能となり、三方弁を使用しない冷却システムを実現することができるため、更なる省スペース化とコスト面の改善を図ることができる。また、冷蔵室冷却器、冷凍室冷却器のいずれを主要として冷却する場合にも、主要としていない他方の冷却器に常に少量の冷媒が供給されるため、他方の冷却器の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明の電動弁は、
第１凹溝と第２凹溝とが、同一円周上に形成されていることを特徴とする。
これにより、凹溝の配置をコンパクトにまとめることができる。

また、本発明の電動弁は、
第１凹溝と第２凹溝とが、それぞれ異なる径の円周上に形成されていることを特徴とする。
これにより、各凹溝の長さを長くすることができる。よって、流量を制御できるパルスの範囲を広くすることができ、精密な温度制御を行うことができる。

また、本発明の冷却システムは、上述の電動弁を用いたことを特徴とする。
このように、冷却システムに上述した電動弁を用いることにより、複数の電子膨張弁等を用いる必要がなくなるため、冷却システムの省スペース化を図ることができる。また、冷却システムに配置する電子膨張弁が一つになることにより、消費電力を節約できる他、部品点数が削減できるため低コストの冷却システムを提供することができる。

本発明に係る発明によれば、精度良く温度制御ができ、且つ膨張弁の設置スペースを広げず、消費電力を抑えることができる電動弁、および電動弁を用いた消費電力が少なく安価な冷却システムを提供することができる。

第１の実施の形態に係る電動弁の断面図である。 第１の実施の形態に係る電動弁の分解斜視図である。 第１の実施の形態に係る弁座シートを上方から視た図である。 第１の実施の形態に係る弁体の斜視図である。 第１の実施の形態に係る弁体をそれぞれ上方、下方から視た図である。 第１の実施の形態に係る冷却システムの冷媒回路を示す図である。 第１の実施の形態に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。 第１の実施の形態に係る弁体の回転角度によって変化する冷媒の流路を示す図である。 第１の実施の形態に係る電動弁の流量特性を示すグラフである。 第２の実施の形態に係る冷却システムの冷媒回路を示す図である。 第２の実施の形態に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。 第２の実施の形態に係る弁体の回転角度によって変化する冷媒の流路を示す図である。 第２の実施の形態に係る電動弁の流量特性を示すグラフである。 第３の実施の形態に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。 第３の実施の形態に係る電動弁の流量特性を示すグラフである。 第３の実施の形態の変形例に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。 従来の冷却システムの冷媒回路を示す図である。

以下、図面を参照して、第１の実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電動弁の断面図であり、図２は、図１に示す電動弁の分解斜視図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１に示された電動弁１０を基準として規定したものである。

図１に示すように、電動弁１０は、内部に後述するロータ３１などの駆動機構が収容され、円盤形状の底蓋部材１１と、底蓋部材１１上に気密に溶接されたケース１２とを有し、ケース１２の内側には、気密室構造の弁室１３を形成している。また、ケース１２の外周には後述するステータ組立体（不図示）が装着される。

図２に示すように、ケース１２の上部ドーム部１２Ｂは、ロータ収容円筒部１２Ａと上部ドーム部１２Ｂの中央部に形成された軸受係合凹部１２Ｃとの同芯度を確実に得るために、ロータ収容円筒部１２Ａと一体成形してある。なお、底蓋部材１１と接合されるケース１２の下方開口部１２Ｄは、ロータ収容円筒部１２Ａの外径よりも大径に設定される。

底蓋部材１１の上面にはケース１２の下方開口部１２Ｄの内径にほぼ等しい外径の段差部１１Ａが形成されており、この段差部１１Ａにケース１２の下方開口部１２Ｄが嵌合している（図１参照）。この嵌合によって底蓋部材１１とケース１２との同芯度を得ることができる。

底蓋部材１１とケース１２との溶接は、段差部１１Ａと下方開口部１２Ｄとの嵌合部で行われる。これにより、溶接時の熱影響の低減と弁室１３へのスパッタの飛散等を防止できる。

ここで、底蓋部材１１には、管継手挿入用のろう付け代を確保した複数の貫通孔１１Ｂが形成されている。この貫通孔１１Ｂには、管継手１４ａの上端部が挿入される貫通孔１１Ｂａ、管継手１４ｂの上端部が挿入される貫通孔１１Ｂｂ、管継手１４ｃの上端部が挿入される貫通孔１１Ｂｃ、および管継手１４ｄの上端部が挿入される貫通孔１１Ｂｄがそれぞれ存在する。また、４本の管継手１４は、各々ろう付けによって、後述の接合により一体化された底蓋部材１１と中間板１７とに固定され、底蓋部材１１の下方に延びている。

なお、底蓋部材１１の上面には、管継手１４および中間板１７のろう付けのろう材が、底蓋部材１１とケース１２との溶接面まで流れることを防止するために、段差部１１Ａより少し小さい径の円環Ｕ溝１１Ｈが形成されている。

底蓋部材１１の上面には中間板１７がろう付けによって固定されている。中間板１７の中心部には、軸支持孔１７Ｆが形成されている。中間板１７の下面側には、軸支持孔１７Ｆ周りの環状凸部１７Ａがあり、この環状凸部１７Ａが底蓋部材１１の中心部に中心凹部１１Ｅに嵌合している。また、中間板１７には底蓋部材１１に位置決め凸部１１Ｆに嵌合する位置決め孔１７Ｂが形成されている。この２箇所の嵌合によって中間板１７と底蓋部材１１とが同芯・位置合わせされる。

底蓋部材１１の中心凹部１１Ｅは余裕のある深さを有し、ろう材溜まり部として作用し、ろう材が軸支持孔１７Ｆへ流れるのを防止する。また、中心凹部１１Ｅは後述の中心軸２１の軸長のばらつきの逃げ部としても作用する。

中間板１７には貫通孔（第１入口ポート）１１Ｂａを弁室１３に開放する切欠部１７Ｃが形成されている。その他、中間板１７には、貫通孔１１Ｂに連通する長円形の連絡開口１７Ｄが複数形成されている。具体的には、貫通孔（第１出口ポート）１１Ｂｂに連通する連絡開口１７Ｄｂ、貫通孔（第２入口ポート）１１Ｂｃに連通する連絡開口１７Ｄｃ、貫通孔（第２出口ポート）１１Ｂｄに連通する連絡開口１７Ｄｄが形成されている。

中間板１７には後述の弁体２０の第１ストッパ片２０Ｆが当接する基点出し用のストッパ片１７Ｇが折り曲げ形成されている。ストッパ片１７Ｇにはストッパ片１７Ｇを取り囲むようにＯリング１８が取り付けられている。

中間板１７の上面には弁座シート１９が取り付けられている。弁座シート１９は、平らなステンレス板を所定形状に両面エッチング処理したものである。弁座シート１９は、両面エッチングでの端部エッジの除去と弁座面１９Ｇの平滑度・面粗度を向上させ、弁体２０の摺動潤滑性を得る目的で、厳選したバレル処理が行われている。

弁座シート１９には、中間板１７の二つの位置決め凸部１７Ｈ、１７Ｊの各々に嵌合する位置決め孔１９Ａ、１９Ｂ、それぞれの連絡開口１７Ｄに連通する複数の全開ポート１９Ｃ、および中心軸２１が貫通する中心孔１９Ｄが貫通形成されている。ここで、全開ポート１９Ｃには、連絡開口１７Ｄｂに連通する全開ポート１９Ｃｂ、連絡開口１７Ｄｃに連通する全開ポート１９Ｃｃ、連絡開口１７Ｄｄに連通する全開ポート１９Ｃｄが存在する。

弁座シート１９の上面の弁座面１９Ｇには絞り流量を可変設定する凹溝１６Ａが形成されている。この凹溝１６Ａには、第１凹溝１６Ａ１と第２凹溝１６Ａ２が存在し、それぞれ、図３に示すように、後述の弁体２０の回転方向と同方向に円弧状に延在し、均一深さで延在方向に溝幅を漸次変化させている。第１凹溝１６Ａ１は、一端の最大溝幅部１６Ｂ１で全開ポート１９Ｃｂと連通し、他端に最小溝幅部１６Ｂ２が形成されている。同様に、第２凹溝１６Ａ２は、一端の最大溝幅部１６Ｂ３で全開ポート１９Ｃｄと連通し、他端に最小溝幅部１６Ｂ４が形成されている。なお、第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２のいずれも、図３の時計廻り方向に溝幅が漸次狭くなるように形成されている。

また、弁座シート１９は、位置決め孔１９Ａ、１９Ｂが中間板１７の位置決め凸部１７Ｈ、１７Ｊに各々嵌合することにより、位置・角度出しが行われる。弁座シート１９の中間板１７への接合は、接着・シール剤、ろう付け、ハンダ付け、熱圧着や溶接等の方法がある。

また、弁座シート１９には、中間板１７の切欠部１７Ｃと同様に、貫通孔（第１入口ポート）１１Ｂａを弁室１３に開放する切欠部１９Ｆが形成されている。
弁体２０は、弁座面１９Ｇと対向配置された、摺動、耐冷媒性を考慮した樹脂材料による成形品である。図４は、弁体２０を示す斜視図である。また、図５（ａ）は、弁体２０を上方から視た図であり、図５（ｂ）は、弁体２０を下方から視た図である。

図４、５に示すように、下底面にＣ字状の主弁部２０Ａが突出して形成されている。この主弁部２０Ａは、上方から弁座シート１９上の主弁部２０Ａを視た場合において、凹溝１６Ａと全開ポート１９Ｃがすべて主弁部２０Ａの外径の内側に位置するように構成され（図７（ａ）参照）、外径に切欠２０Ａ２を備え、中央に略円筒状の空間２０Ｐを備えている。また、主弁部２０Ａの底部には、弁座面１９Ｇと摺接するシール面２０Ｂが形成され、シール面２０Ｂには、弁体２０の回転方向と同方向に均一深さ、同幅で延在する連通溝２０Ａ１が形成されている。連通溝２０Ａ１は、後述するように、弁体２０の回転角度が所定の範囲にある場合に全開ポート１９Ｃｃと全開ポート１９Ｃｄを連通させる。

弁体２０の中心部には中心軸２１が回転可能に貫通する中心孔２０Ｄが貫通成形されており、中心軸２１によって回転中心を設定され、中心軸２１に案内されて中心軸線周りに回転する。

弁体２０には、径方向外方に突き出た二つの突出片２０Ｈ、２０Ｊが周方向に小さい間隔をおいて一体成形されている。突出片２０Ｈは第１ストッパ片２０Ｆと同じ周方向位置にある。弁体２０は、二つの突出片２０Ｈと２０Ｊとの間に、ステッピングモータのロータ３１（図２参照）に設けられている突出片３１Ａが係合することにより、回転方向の位置出し状態で、ロータ３１とトルク伝達関係に連結され、これにより弁体２０とロータ３１とが同期回転する。

弁体２０の第１ストッパ片２０Ｆは、ロータ３１の基点方向回転によって基点出し用のストッパ片１７Ｇに被せられたＯリング１８と当接し（図７（ａ）参照）、この当接により基点出しを行う。また、弁体２０には、基点方向回転を終了させる第２ストッパ片２０Ｇが形成されており、第２ストッパ片２０ＧがＯリング１８と当接することにより、ロータ３１、弁体２０の回転が終了する（図７（ｅ）参照）。

また、弁体２０は押さえばね２３の組立を容易にするためのテーパガイド軸状部２０Ｋを有している。
中心軸２１（図２参照）は、下端２１Ａを軸支持孔１７Ａとの嵌合によって中間板１７により回転可能に支持されている。中心軸２１の上端２１Ｂは軸受部材２２の軸受孔２２Ａに回転可能に嵌合している。軸受部材２２は、上部中央突起２２Ｂによってケース１２の軸受係合凹部１２Ｃに係合している（図１参照）。

弁室１３内には、ロータ３１が回転可能に設けられている。ロータ３１は外周部３１Ｂを多極着磁されたプラスチックスマグネットであり、前述したように、突出片３１Ａによって弁体２０とトルク伝達関係に連結され、弁体２０を回転駆動する。

ロータ３１のボス部３１Ｃには中心軸２１が貫通する貫通孔３１Ｄが成形され、外周部３１Ｂとボス部３１Ｃを接続するリブ形状部３１Ｅには均圧連通孔３１Ｆが設けられている。貫通孔３１Ｄの軸方向長さは、がたつきや傾きなどのロータ３１の回転ぶれを防止するために、可及的に長くされている。均圧連通孔３１Ｆは、少なくとも一つ設けられていればよく、ロータ３１の上下の圧力バランスを取る以外に、冷凍機油や液冷媒の上部堆積を防止する機能を有する。

ロータ３１のボス部３１Ｃの下端部と弁体２０の上面部２０Ｅの内側に形成された段差２０Ｌとの間には、圧縮コイルばねによる押さえばね２３が挟まれている。押さえばね２３は、弁体２０のシール面２０Ｂを弁座シート１９の弁座面１９Ｇに押し付けて低差圧状態での弁シールの安定性を確保している。押さえばね２３は、同時に、ロータ３１、軸受部材２２を上方へ付勢し、軸受部材２２の上部中央突起２２Ｂをケース１２の軸受係合凹部１２Ｃに押し付けている。

なお、ここでは図示していないが、ケース１２の外周部には、ステッピングモータのステータ組立体が位置決め固定されている。ステータ組立体は、上下２段のステータコイル、複数個の磁極歯、電気コネクタ部等を有している。

図６は、第１の実施の形態に係る電動弁１０を使用した冷却システムの冷媒回路を示す図である。図６に示す冷却システムの動作は、以下に説明するように行われる。
まず、圧縮機４１から吐出された冷媒が凝縮器４２に流入すると、冷媒の熱が室内に放出されて冷媒が凝縮される。凝縮器４２を通過した冷媒は、三方弁４３でその流路を分岐され、管継手１４ａ、管継手１４ｃに送り込まれる。

管継手１４ａに送り込まれた冷媒は、冷却システムの膨張弁として作用する電動弁１０内で弁体２０の分割回転駆動によって流量を制御された後、冷蔵室用冷却器４４に供給される（以下、この流路を流路ＡＢという）。同様に、管継手１４ｃに送り込まれた冷媒は、電動弁１０内で弁体２０の分割回転駆動によって流量を制御された後、冷凍室用冷却器４５に供給される（以下、この流路を流路ＣＤという）。なお、冷蔵用経路、冷凍用経路の詳細や、弁体２０の分割回転駆動による流量の制御については、後に詳しく説明する。

冷蔵室用冷却器４４、冷凍室用冷却器４５に供給された冷媒は、再び圧縮機４１に吸入される。圧縮機４１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。以下、同様の動作が繰り返されて家庭用冷蔵庫における冷蔵・冷凍が行われる。

次に、上述の冷却システムにおいて弁体２０を分割回転駆動させた場合の流量特性の変化について、図７〜９を参照しながら説明する。図７は、ステッピングモータの分割回転駆動によって回転する弁体２０を上方から視た図であり、図８は、主弁部２０Ａ（弁体２０）の回転角度によって変化する冷媒の流れを示している。また、図９は、電動弁の流量特性を示すグラフである。図９において、グラフの横軸は、ステッピングモータに印加するパルスの印加量を表し、グラフの縦軸は、流量を表している。

まず、ステッピングモータにパルスが印加されていない０パルス状態において、弁体２０は、図７（ａ）に示すように、弁体２０の第１ストッパ片２０ＦがＯリング１８に当接した基点位置にある。このように、弁体２０が基点位置にある場合、凹溝１６Ａ、全開ポート１９Ｃのすべてが主弁部２０Ａによって閉塞され、流量が０となった完全弁閉状態が実現される（図９のグラフ原点参照）。

具体的には、三方弁４３で分岐されて管継手１４ａを通過し、貫通孔１１Ｂａから弁室１３に流入した冷媒は、図８（ａ）に示すように、主弁部２０Ａに形成されたＣ字の切欠２０Ａ２に到達する。ここで、第１凹溝１６Ａ１は、主弁部２０Ａによって完全に閉塞されているため、切欠２０Ａ２に到達した冷媒は第１凹溝１６Ａ１を介して全開ポート１９Ｃｂに流出することが阻止され、流路ＡＢが遮断される。

同様に、三方弁４３で分岐されて管継手１４ｂを通過した冷媒は、全開ポート１９Ｃｃから連通溝２０Ａ１に流入する。ここで、０パルス状態においては、連通溝２０Ａ１が第２凹溝１６Ａ２と重複した位置にないため、冷媒が連通溝２０Ａ１から第２凹溝１６Ａ２を介して全開ポート１９Ｃｄに流出することが阻止され、流路ＣＤが遮断される。

なお、流路ＡＢ、流路ＣＤがそれぞれ遮断された状態は、図７（ｂ）に示すように、ステッピングモータに２パルスが印加されるまで維持される。
ステッピングモータに印加される電圧が２パルスを超えると、第１凹溝１６Ａ１と切欠２０Ａ２、第２凹溝１６Ａ２と連通溝２０Ａ１がそれぞれ一部重複することにより、第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２に冷媒が流入し、流路ＡＢ、流路ＣＤが開通する。以降、流路ＡＢ、流路ＣＤの流量は、パルスの印加量に伴ってリニア状に増加する（リニア範囲）。これは、上述したように、第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２が、いずれも図３の時計廻りに向けて溝幅が漸次狭くなるように形成されているためである。

図７（ｃ）は、１１パルスの電圧がステッピングモータに印加された状態における弁体２０を示す図である。この状態において、貫通孔１１Ｂａから弁室１３に流入した冷媒は、図８（ｂ）に示すように、切欠２０Ａ２から第１凹溝１６Ａ１を介して全開ポート１９Ｃｂに流出する。また、全開ポート１９Ｃｃから供給された冷媒は、連通溝２０Ａ１、第２凹溝１６Ａ２を介して全開ポート１９Ｃｄに流出する。

ここで、電動弁１０における冷媒の流量は、凹溝１６Ａにおいて冷媒の流路を構成する部分の最小断面積によって決定される。たとえば、流路ＡＢの流量は、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘが位置する部分の直下の第１凹溝１６Ａ１の断面積によって決定され、流路ＣＤの流量は、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙが位置する部分の直下の第２凹溝１６Ａ２の断面積によって決定される。

したがって、１１パルスの電圧がステッピングモータに印加された状態において、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘ、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙは、それぞれ凹溝１６Ａの長さ方向の中央に位置することから、この時点における流路ＡＢ、流路ＣＤの流量は、それぞれ全開状態（図７（ｄ）参照）の流量の約５０％となる。

ステッピングモータに印加される電圧が２０パルスになると、図７（ｄ）に示すように、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘ、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙがそれぞれ全開ポート１９Ｃｂ、１９Ｃｄの手前に位置し、流路ＡＢの流量がリニア範囲の最大値になると共に、流路ＣＤの流量が分割回転範囲全体における最大値となる（図９参照）。

２０パルス以上の電圧がステッピングモータに印加されると、リニア範囲が終了して流路ＡＢ、流路ＣＤの流量が急激に変化する。ここで、図７（ｅ）は、２３パルスの電圧がステッピングモータに印加された状態を示す図である。この状態において、図８（ｃ）に示すように、貫通孔１１Ｂａから弁室１３に流入した冷媒は、第１凹溝１６Ａ１を介さず切欠２０Ａ２から直接全開ポート１９Ｃｂに排出される。一方、全開ポート１９Ｃｃ上に連通溝２０Ａ１が位置しなくなるため、全開ポート１９Ｃｃは主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞され、流路ＣＤの流量は０になる。なお、２３パルスの電圧がステッピングモータに印加された時点で、第２ストッパ片２０ＧがＯリング１８と当接し、ロータ３１、弁体２０の回転が終了する。

この第１の実施の形態の電動弁１０によれば、弁座面１９Ｇに第１凹溝１６Ａ１と第２凹溝１６Ａ２を形成し、弁体２０に貫通孔（第１入口ポート）１１Ｂａと貫通孔（第１出口ポート）１１Ｂｂを第１凹溝１６Ａ１を介して連通させる切欠２０Ａ２と、貫通孔（第２入口ポート）１１Ｂｃと貫通孔（第２出口ポート）１１Ｂｄを第２凹溝１６Ａ２を介して連通させる連通溝２０Ａ１を設けることにより、一つの電動弁１０で二つの異なる流路の流量を制御することができる。

また、第１の実施の形態の冷却システムによれば、一つの電動弁１０で冷蔵室用冷却器４４、冷凍室用冷却器４５に供給される冷媒の流量を制御することができるため、複数の電子膨張弁等を配置する必要がなく、冷却システムの省スペース化を図ることができる。また、コントロールバルブを一つにすることにより、消費電力を節約することができる上、部品点数を減らすことができるため、安価な冷却システムを提供することができる。また、弁座面１９Ｇに絞り流量を可変設定する凹溝１６Ａを形成することにより、キャピラリチューブによる室内温度制御（図１７参照）に比べ、より精度よく温度制御を行うことができる。

次に、第２の実施の形態に係る電動弁について説明する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については説明を省略する。ここで、図１０は、第２の実施の形態に係る冷却システムの冷媒回路を示す図である。また、図１１は、第２の実施の形態に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。

図１１（ａ）に示すように、第２の実施の形態における第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２、連通溝２０Ａ１は、それぞれ第１の実施の形態における位置（図７（ａ）参照）を略９０度時計回りに回転させた位置に配置されている。また、第１凹溝１６Ａ１は、第１の実施の形態とは反対方向、すなわち、反時計廻りに向けて溝幅が漸次狭くなるように形成されている。

次に、第２の実施の形態の冷却システムにおいて、弁体２０を分割回転駆動させた場合の流量特性の変化について説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、０パルス状態における弁体２０が基点位置にある場合、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘが全開ポート１９Ｃｂ上に位置し、全開ポート１９Ｃｂが半開状態にある。この場合、図１２（ａ）に示すように、貫通孔１１ＢａからＣ字の切欠２０Ａ２に流入した冷媒は、第１凹溝１６Ａ１によって流量を絞られることなく全開ポート１９Ｃｂに排出される。このため、図１３に示すように、流路ＡＢの流量は最大となる。

一方、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙは、第２凹溝１６Ａ２の位置と重複していないため、第２凹溝１６Ａ２は主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞される。このため、全開ポート１９Ｃｃから連通溝２０Ａ１に流入した冷媒は、全開ポート１９Ｃｄから排出されることが阻止される。よって、０パルス状態における流路ＣＤの流量は０となる。

ステッピングモータに印加される電圧が２パルスになると、図１１（ｂ）に示すように、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘが第１凹溝１６Ａ１上に移動し、第１凹溝１６Ａ１による流量制御が開始される。すなわち、図１３に示すように、流路ＡＢの流量特性がリニア範囲に移行する。このため、この時点における流路ＡＢの流量は、リニア範囲における最大流量となる。なお、全開ポート１９Ｃｄは、未だ主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞された状態にあるため、流路ＣＤの流量は０のままである。

なお、ステッピングモータに印加される電圧が２パルスを超えてしばらくすると、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙもまた第２凹溝１６Ａ２上に位置するため、流路ＣＤの流量特性もリニア範囲に移行する。

ステッピングモータに印加される電圧が１１パルスになると、図１１（ｃ）に示すように、切欠２０Ａ２の一端部２０Ｘ、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙは、それぞれ凹溝１６Ａの長さ方向の中央に位置する。この時点における流路ＡＢ、流路ＣＤの流量は、それぞれ全開状態の流量の約５０％となる。図１２（ｂ）は、この時点における冷媒の流れを示す図である。図１２（ｂ）に示すように、貫通孔１１Ｂａから切欠２０Ａ２に流入した冷媒は、第１凹溝１６Ａ１を介して全開ポート１９Ｃｂに流出する。また、全開ポート１９Ｃｃから供給された冷媒は、連通溝２０Ａ１、第２凹溝１６Ａ２を介して全開ポート１９Ｃｄから流出する。

ステッピングモータに印加される電圧が２０パルスになると、図１１（ｄ）に示すように、第１凹溝１６Ａ１が主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって覆われ、その後、流路ＡＢの流量特性においてリニア範囲が終了する。一方、連通溝２０Ａ１の一端部２０Ｙは、全開ポート１９Ｃｄ上に位置し、流路ＣＤの流量はリニア範囲の最大値になる。

ステッピングモータに印加される電圧が２０パルスになると、図１１（ｅ）、図１２（ｃ）に示すように、第１凹溝１６Ａ１が主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞されて全開ポート１９Ｃｂから冷媒を排出することができなくなり、流路ＡＢの流量は０となる。また、全開ポート１９Ｃｃも主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞されるため、流路ＣＤも遮断され、流路ＣＤの流量も０となる。

この第２の実施の形態の冷却システムによれば、第１凹溝１６Ａ１と第２凹溝１６Ａ２の溝幅が反対方向に狭まるようにすることにより、電動弁の流路ＡＢと流路ＣＤの流量特性が逆傾向になるため、図１０に示すように、一方の冷却器に冷媒を供給する際に、他方の冷却器への冷媒供給を止めたり制限することが可能となり、三方弁を削除することが可能となる。これにより、第１の実施の形態の冷却システムよりも更に設置スペースの省スペース化を図ることができるとともに、コスト面の改善を図ることができる。

また、三方弁で交互に流路を切替えて冷却運転する場合においては、冷凍室の冷却中は冷蔵室冷却器には冷媒が流れなくなり、冷蔵室の温度が少しずつ上昇してしまうが、第２の実施の形態の冷却システムによれば、冷凍室の冷却中に冷蔵室冷却器にも少量の冷媒が流れることになり、冷蔵室の温度上昇をできるだけ抑えつつ冷凍室をより適正な温度に制御することができる。同様に冷蔵室を冷却する場合にも、冷凍室冷却器に少量の冷媒が流れることになり、冷凍室の温度上昇を抑えつつ冷蔵室をより適正な温度に制御することができる。この結果、冷却システムの省エネを実現することができる。

次に、第３の実施の形態に係る電動弁について説明する。第３の実施の形態は、第２の実施の形態の変形例であるため、第２の実施の形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については説明を省略する。図１４は、第３の実施の形態に係る電動弁においてステッピングモータの分割回転運動によって回転する弁体を上方から視た図である。

図１４（ａ）に示すように、第３の実施の形態においては、第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２、連通溝２０Ａ１がそれぞれ同一円周上に配置されておらず、第２凹溝１６Ａ２と連通溝２０Ａ１が第１凹溝１６Ａ１の外側に形成されている。これに伴って、連通溝２０Ａ１の長さが長く形成されている。

次に、第３の実施の形態の冷却システムにおいて、弁体２０を分割回転駆動させた場合の流量特性の変化について説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、０パルス状態における弁体２０が基点位置にある場合、全開ポート１９Ｃｂが半開状態にあるため、図１５に示すように、流路ＡＢの流量は最大となる。なお、第３の実施の形態において、貫通孔１１Ｂａから弁室１３に流入した冷媒は、弁体２０の上面部２０Ｅや段差２０Ｌ（図４参照）などに形成された空間２０Ｐへ連通する通路（図示せず）から空間２０Ｐを経由して全開ポート１９Ｃｂに到達する。一方、第２凹溝１６Ａ２は主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞されているため、０パルス状態における流路ＣＤの流量は０となる。

ステッピングモータに印加される電圧が５パルスになると、図１４（ｂ）に示すように、主弁部２０Ａのシール面２０Ｂが第１凹溝１６Ａ１に一部覆い被さり始め、第１凹溝１６Ａ１による流量制御が開始される。すなわち、図１５に示すように、流路ＡＢの流量特性がリニア範囲に移行する。このため、この時点における流路ＡＢの流量は、リニア範囲における最大流量となる。なお、全開ポート１９Ｃｄは、未だ主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞された状態にあるため、流路ＣＤの流量は０のままである。

ステッピングモータに印加される電圧が２０パルスになると、図１４（ｃ）に示すように、第１凹溝１６Ａ１、第２凹溝１６Ａ２がそれぞれ主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって半分閉塞される。このため、流路ＡＢ、流路ＣＤの流量は、それぞれ全開状態の流量の約５０％となる。

ステッピングモータに印加される電圧が３５パルスになると、図１４（ｄ）に示すように、第１凹溝１６Ａ１が主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって覆われ、その後、流路ＡＢの流量特性においてリニア範囲が終了する。一方、連通溝２０Ａ１によって全開ポート１９Ｃｃと全開ポート１９Ｃｄが繋がれ、流路ＣＤの流量はリニア範囲の最大値になる。

ステッピングモータに印加される電圧が３７パルスになると、図１４（ｅ）に示すように、第１凹溝１６Ａ１が主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞されて全開ポート１９Ｃｂから冷媒を排出することができなくなり、流路ＡＢの流量は０となる。また、全開ポート１９Ｃｃも主弁部２０Ａのシール面２０Ｂによって閉塞されるため、流路ＣＤも遮断され、流路ＣＤの流量も０となる。

この第３の実施の形態の電動弁によれば、第２凹溝１６Ａ２と連通溝２０Ａ１を第１凹溝１６Ａ１の外側に形成し、それぞれの長さを長くすることにより、流量を制御できるパルスの範囲を広くすることができるため、精密な温度制御を行うことができる。

なお、第３の実施の形態において、第１凹溝１６Ａ１の位置と第２凹溝１６Ａ２の位置を入れ替え、図１６に示すように、第１凹溝１６Ａ１が第２凹溝１６Ａ２の外側に位置するようにしてもよい。この場合においても、図１６（ａ）〜（ｅ）に示すように、第３の実施の形態の電動弁と同様の流量制御を行うことができる。

また、上述の各実施の形態において、連通溝２０Ａ１は、必ずしも均一深さ、同幅で形成されていなくてもよい。また、上述の各実施の形態において、凹溝１６Ａは、溝幅の代わりに、あるいは、溝幅と共に、溝深さを延在方向に漸次変化させて、均一溝幅とした場合は一端の最大溝深さ部、溝幅及び溝深さを共に延在方向に漸次変化させる場合は、一端の最大幅かつ最大深さ部で全開ポート１９Ｃと連通する構成としてもよい。

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てきたが、具体的な構成及び材質等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。

たとえば、円盤形状の底蓋部材１１は、必ずしも円盤形状でなくてもよい。また、管継手１４は、必ずしも底蓋部材１１の下方に接続されている必要はない。たとえば、底蓋部材１１を円筒形状の部材とし、円筒側面に形成された貫通孔に管継手１４を接続してもよい。

１０ 電動弁
１１ 底蓋部材
１１Ｂａ 貫通孔（第１入口ポート）
１１Ｂｂ 貫通孔（第１出口ポート）
１１Ｂｃ 貫通孔（第２入口ポート）
１１Ｂｄ 貫通孔（第２出口ポート）
１４ 管継手
１６Ａ１ 第１凹溝
１６Ａ２ 第２凹溝
１７ 中間板
１７Ｃ 切欠部
１７Ｄ 連絡開口
１７Ｇ ストッパ片
１９ 弁座シート
１９Ｃ 全開ポート
１９Ｇ 弁座面
２０ 弁体
２０Ａ 主弁部
２０Ｂ シール面
２０Ａ１ 連通溝
２０Ａ２ 切欠
２０Ｐ 空間

Claims (7)

1. 弁座面と対向配置された単一の弁体を軸回りに回転させることによって絞り流量を制御する電動弁であって、
   前記弁座面には、前記弁体の回転方向と同方向に円弧状に延在し、溝幅が漸次変化する第１凹溝、および第２凹溝が形成され、
   前記弁体の前記弁座面側には、第１入口ポートと前記第１凹溝に連通する第１出口ポートとを前記第１凹溝を介して連通させる主弁部が配置され、
   前記主弁部のシール面には、前記弁体の回転方向と同方向に円弧状に延在し、第２入口ポートと前記第２凹溝に連通する第２出口ポートとを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記主弁部は、
   前記第１凹溝を介して前記第１入口ポートと前記第１出口ポートとを連通させるために外径に形成された切欠き、
   前記第１凹溝を介して前記第１入口ポートと前記第１出口ポートとを連通させるために中央に設けられた空間
   の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 第１凹溝の溝幅と、第２凹溝の溝幅とは、同じ方向に向かって漸次変化することを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
4. 第１凹溝の溝幅と、第２凹溝の溝幅とは、互いに反対方向に向かって漸次変化することを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
5. 第１凹溝と第２凹溝とは、同一円周上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動弁。
6. 第１凹溝と第２凹溝とは、それぞれ異なる径の円周上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動弁。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の電動弁を用いた冷却システム。

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