CN102840374A - 膜片式流体控制阀 - Google Patents

Abstract

一种膜片式流体控制阀，上表面侧压力室划分部(32A)的环状平板部(32d)的内周部下表面作为上限位件(51)，并在环状平板部(32d)的所述上限位件(51)的部分的外周侧设置圆环状槽(52)，以在膜片(35)的内周部(35c)与上限位件(51)抵接卡止的状态下纳入波纹部(35b)中位于最内周侧的第1山部(M1)部分且使其不会产生较大变形。采用本发明，可使升程量对应膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之间的压力差的变化而产生较大变化，且能够使膜片较难产生不希望的变形和破损等，可提高耐久性和可靠性等。

Description

膜片式流体控制阀

技术领域

本发明涉及一种用于调节流体的流量或压力的具有阀芯驱动用膜片的膜片式流体控制阀，尤其涉及一种作为车用空调等热泵式制冷制热系统所使用的膨胀阀较为合适的膜片式流体控制阀。

背景技术

作为热泵式制冷制热系统使用的膨胀阀，在下述专利文献1也能看到，已知有一种这样的膜片式流体控制阀，其具有：阀芯，该阀芯用于调节流体(制冷剂)的流量或压力；阀主体，该阀主体设有流入口及流出口，并在流入口与流出口之间形成有由所述阀芯进行开闭的阀口(小孔)；以及膜片装置，该膜片装置向所述阀口开闭方向驱动所述阀芯。

在该膜片式流体控制阀中，所述膜片装置通常具有膜片和膜片保持部件，该膜片保持部件将该膜片的外周部夹持而进行密封固定，并划分在其上表面侧作为密闭空间的膜片上表面侧压力室(也称为感温室、膜片室等)，在所述膜片的下表面通过限位件而连接有作动杆，以将所述膜片的变位(挠曲)传递给所述阀芯。

所述压力室(感温室)通常以规定的压力封入有规定的气体(例如R134a)。

另外，所述膜片在由所述膜片保持部件密封固定的外周部和与大径圆板状部抵接的内周部之间形成有波纹部，该波纹部在截面上看具有N个〔N是正的整数(1、2、3、……)〕向上凸或向下凸的山部、俯视看呈同心圆环状。

在这种结构的膜片式流体控制阀中，膜片(的内周部相对于其外周部)通常构成为：根据所述压力室(感温室)的压力(以下称为膜片上表面侧压力)与作用于膜片下表面的压力(以下称为膜片下表面侧压力)的压力差而上下变位(挠曲)，该变位通过限位件及作动杆传递给阀芯，阀芯向阀口开闭方向(上下方向)运动而调节阀开度(＝升程量＝阀口的有效开口面积)得到调节，由此，控制从流入口向流出口的流体(制冷剂)的压力(流量)。

在如前所述的以往技术的膜片式流体控制阀中，存在如下所述的应解决的课题。

即，由于在膜片的内周部与外周部之间形成有在截面上看向上凸或向下凸的山部，因此，虽然相比于不形成山部的平的膜片而言容易向上下方向变位，但在膜片的上表面侧压力与下表面侧压力的压力差较小的区域(极低温区域)，与压力差的变化对应地升程量的变化不充分，所以，存在着制冷剂的流量也不太变化、难以确保所需的流量和进行稳定的流量控制的问题。

另外，当缩小膜片直径以削减零件材料费等时，同样也存在着升程量变化小、难以进行稳定的流量控制的问题。

另外，为使升程量相对于差压的变化有较大变化，考虑了将膜片的板厚做薄的方案、加大膜片直径的方案等，但是，将膜片的板厚做薄时，则有强度不足而容易破损、耐久性下降的问题，此外，还有可能使膜片容易挠曲过度而使流量控制的稳定性下降。另外，加大膜片直径时，则可能会出现控制阀整体变大，难以配设到应配设的场所的情况。

因此，本发明的申请人先前提出了一种如专利文献2所记载的膜片式流体控制阀，其特点是在驱动阀芯的膜片的外周部与内周部之间形成有波纹部，该波纹部形成有在截面上看具有[N个+(0.25～0.75)个]向上凸或向下凸且N为正的整数(1、2、3、……)的山部、俯视看呈同心圆环状。

下面，参照图3来说明这种技术方案的膜片式流体控制阀的一例子。图3表示具有上述结构的膜片的膜片式流体控制阀5，该膜片式控制阀5除了具有图3中省略了(参照专利文献2的图6)的用于调节流体的流量或压力的阀芯、以及设有流入口及流出口并在他们之间设有由所述阀芯进行开闭的阀口的阀主体外，还具有膜片装置30G，该膜片装置30G用于向所述阀口开闭方向驱动所述阀芯。

膜片装置30G具有膜片35(在后详述)和膜片保持部件32，该膜片保持部件32将该膜片35的外周部夹持地予以密封固定，并划分在其上表面侧作为密闭空间的上表面侧压力室33。另外，图3表示膜片35未向上下变位的中立状态(自然状态)。

所述上表面侧压力室33的内部以规定压力封入有规定气体(例如R134a)并用塞子39密封。在膜片35的下表面侧形成有下表面侧压力室12。

膜片保持部件32具有大致盖状的上表面侧压力室划分部32A和带有阶梯圆筒状的下表面侧压力室划分部32B，上表面侧压力室划分部32A包括：用于划分上表面侧压力室33的、中央圆锥台状部32c；与该中央圆锥台状部32c的下部相连、与中立状态的膜片35平行的环状平板部32d；以及用于对膜片35的外周部进行密封固定的上侧夹持部32e，而下表面侧压力室划分部32B包括：用于划分下表面侧压力室12一部分的、形成有向阀主体上安装用的外螺纹部32i的圆筒状部32f；与该圆筒状部32f相连、与中立状态的膜片35平行的凸缘状平板部32g；以及用于对膜片35的外周部进行夹持的下侧夹持部32h。

另一方面，在膜片35的下侧面通过限位件38而连接有作动杆37，以将所述膜片35的变位(挠曲)传递给阀芯。限位件38具有：短圆柱状部38a，该短圆柱状部38a的中央部设有利用压入等方式将所述作动杆37上端部内嵌固定的嵌合孔38b；以及大径凸缘状圆板部38c，该大径凸缘状圆板部38c设在相比该短圆柱状部38a上端稍许靠下的下侧，该限位件38的上端面38d与膜片35的下表面内周部(中央部)抵接。

另外，下表面侧压力室12被导入在形成于阀主体的流路(具有从蒸发器流出的制冷剂的流入口及向压缩机吸入侧的流出口)中流动的制冷剂(压力)，膜片35根据上表面侧压力室33的压力与下表面侧压力室12的压力之间的压力差而上下变位(挠曲)，该变位通过作动杆37而传递给阀芯，阀芯在阀口开闭方向(上下方向)上运动而调节阀开度(＝升程量＝阀口的有效开口面积)，由此，控制从流入口向流出口的流体(制冷剂)的压力(流量)。

并且，图示例子的膜片35在由膜片保持部件32密封固定的外周部35a和与限位件38的上端面38d抵接的内周部35c之间形成有波纹部35b，该波纹部35b在截面上看具有2个半(2.5个)向上凸的山部且俯视看呈同心圆环状。

更详细地说，所述膜片35用板厚例如为0.10mm左右的不锈钢薄板(ASL350等)制成圆板状，最内周侧的第1山部M1与其外周侧的第2山部M2均为1个山部，最外周的第3山部M3为0.5个山部，在自然状态(中立状态)下，以该膜片35的内周部35c的上表面作为基准面，从该基准面到山部顶部的高低差(山部的高度)是H(例如为0.30mm)，此外，从所述基准面到外周部35a的上表面的高低差也为相同的H(例如为0.30mm)。

然而，一般在这种膜片装置中，当膜片向上方及向下方过度变位时，有可能发生不会复原的变形或破损，因此，通常设置对膜片向上方及下方的变位进行限制的限位件。在上述的图示例子的膜片装置30G中，在膜片保持部件32的上表面侧压力室划分部32A设有与膜片35的内周部35c抵接卡止的环状平板部32d，该环状平板部32d的内周部下表面成为用于对膜片35向上方的过度变位进行限制的上限位件51，另一方面，作为用于对膜片35向下方的过度变位进行限制的下限位件而在所述限位件38上设置大径凸缘状圆板部38c，并在所述膜片保持部件32的下表面侧压力室划分部32B设有与所述大径凸缘状圆板部38c抵接卡止的凸缘状平板部32g。

专利文献1：日本特开2007-240041号公报

专利文献2：日本特开2011-007355号公报

但是，在设有包括所述第1、第2、第3山部M1、M2、M3这2个半山部的波纹部35b的膜片35中，存在如下问题。

即，如图4(A)所示，当膜片35向上方变位较大时，在膜片35的内周部35c与上限位件51即环状平板部32d内周侧下表面抵接卡止之前，第1山部M1的顶部就与环状平板部32d的下表面抵接，然后，如图4(B)所示，膜片35发生变位直到其内周部35c与环状平板部32d内周侧下表面抵接卡止为止，即继续向上方变位且变位的距离与第1山部M1的高度H相当。因此，在第1山部M1的顶部与环状平板部32内周侧下表面抵接后、直到内周部35c与环状平板部32d的内周侧下表面抵接卡止为止，第1山部M1部分发生较大变形而变得平坦，因此，第1山部M1部分产生较大的应力。由于这种现象在采用该控制阀作为例如膨胀阀的系统的工作中频繁发生，因此，在第1山部M1部分反覆地产生应力，该部分会发生不希望的变形而变得不会复原、或因金属疲劳而变得容易产生破损，膜片装置、甚至流体控制阀的耐久性和可靠性就下降。

发明内容

本发明是鉴于这种问题而做出的，其目的在于提供这样一种膜片式流体控制阀：不需要将膜片做薄或使其直径增大等，就能使升程量对应膜片的上表面侧压力与下表面侧压力之间的压力差的变化而产生较大变化，且能够使膜片较难产生不希望的变形和破损等，能够提高耐久性和可靠性等。

为实现上述目的，本发明的膜片式流体控制阀，基本具有用于向阀口开闭方向驱动阀芯的膜片装置，该膜片式流体控制阀中，所述膜片装置具有膜片和膜片保持部件，该膜片保持部件具有在该膜片的上表面侧划分出压力室的大致盖状的上表面侧压力室划分部，所述膜片的内周部与外周部之间形成有在截面上看具有至少一个向上凸的山部且俯视看呈同心圆环状的波纹部，在所述上表面侧压力室划分部的径向中间部分设有与所述膜片的内周部抵接卡止的上限位件，以限制所述膜片向上方的过度变位，并在所述上表面侧压力室划分部的所述上限位件的外周侧设有圆环状槽或空部，用以在所述膜片的内周部与所述上限位件抵接卡止的状态下容纳所述波纹部中位于最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

在优选的方式中，所述上表面侧压力室划分部为大致盖形状，该盖形状具有中央圆锥台状部、与该中央圆锥台状部的下部相连的环状板部、以及用来密封固定所述膜片的外周部的上侧夹持部，所述环状板部的内周部下表面作为所述上限位件，在所述环状板部的所述上限位件部分的外周侧设有向上侧凹陷的圆环状槽，该圆环状槽用于纳入位于所述最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

在又一优选的方式中，在所述上表面侧压力室划分部的半径方向中间部分设有作为所述上限位件的下方突出部，并且，该下方突出部的外周侧为用于容纳位于所述最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形的所述空部。

在更优选的方式中，在所述波纹部上形成有[N个+(0.25～0.75)个]在截面上看向上凸的山部且N为正的整数(1、2、3……)。

另一方面，本发明的膜片装置，具有膜片和膜片保持部件，该膜片保持部件具有在该膜片的上表面侧划分出压力室的大致盖状的上表面侧压力室划分部，在所述膜片的内周部与外周部之间形成有在截面上看具有至少一个的向上凸的山部且俯视看呈同心圆环状的波纹部，在所述上表面侧压力室划分部的径向中间部分设有与所述膜片的内周部抵接卡止的上限位件，以限制所述膜片向上方的过度变位，并在所述上表面侧压力室划分部的所述上限位件的外周侧设有圆环状槽或空部，用以在所述膜片的内周部与所述上限位件抵接卡止的状态下容纳所述波纹部中位于最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

发明效果：

在本发明的膜片式流体控制阀中，通过在上表面侧压力室划分部中的上限位件的外周侧设有圆环状槽及空部，以在膜片的内周部与上限位件抵接卡止的状态下纳入波纹部中的位于最内周侧的山部部分且使其不会伴有较大变形，由此，即使膜片向上方发生较大变位，在膜片的内周部与上限位件抵接卡止的状态下，由于位于最内周侧的山部部分不会伴有较大变形地被接纳在圆环状槽或空部内，因此，位于最内周侧的山部部分不产生较大的应力，所以能切实地避免该部分发生不希望的变形而不会复原、或产生破损的情况，其结果是能够提高膜片装置、甚至流体控制阀的耐久性和可靠性。

附图说明

图1(A)是表示本发明的膜片式流体控制阀一实施例的膜片装置部分的纵剖面图，(B)是(A)中B部的放大图。

图2是表示本发明的膜片式流体控制阀又一实施例的膜片装置部分的纵剖面图。

图3是表示以往的膜片式流体控制阀一例子的膜片装置部分的纵剖面图。

图4是用于说明图3所示的以往的膜片装置的课题的图。

符号说明：

1、2    膜片式流体控制阀(膨胀阀)

12      下表面侧压力室

30A、30B  膜片装置

32     膜片保持部件

32A    上表面侧压力室划分部

32B    下表面侧压力室划分部

32d    环状平板部

33     表面侧压力室

35     膜片

35a    外周部

35b    波纹部

35c    内周部

37     作动杆

51     上限位件(环状平板部的内周部下表面)

52     圆环状槽

53     限位件(环状下方突出部)

54     空部

M1     第1山部

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的膜片式流体控制阀的实施方式。

图1是表示本发明的膜片式流体控制阀一实施例的膜片装置的纵剖面图。在图1中，对于与图3及图4所示的以往例子的膜片装置30G的各部相对应的部分标上相同的符号，省略重复说明，以下重点说明不同点。

本实施例的膜片装置30A结构基本上与前述的图3及图4所示的以往例子的膜片装置30G相同，但上表面侧压力室划分部32A的环状平板部32d的内周部下表面被作成上限位件51，并在环状平板部32d中所述上限位件51部分的外周侧设有向上侧凹陷的截面内形为与第1山部M1大致相似形状的圆环状槽52，以在膜片35的内周部35c与上限位件51抵接卡止的状态下纳入波纹部35b中位于最内周侧的第1山部M1部分且使其不产生较大变形。圆环状槽52的深度J设定为与第1山部M1的高度H相同程度或比其稍深。

如此，通过在环状平板部32d上设置向上凹陷的圆环状槽52，由此，即使在膜片35向上方变位较大、膜片35的内周部35c与上限位件51即环状平板部32d内周部下表面抵接卡止的状态下，第1山部M1部分也不会伴有较大变形地被收容在上述圆环状槽52内，因此，不像以往例子那样在第1山部M1产生较大的应力，所以，能可靠地避免第1山部M1部分发生不希望的变形且不会复原、或产生破损的现象，其结果，提高膜片装置30A甚至流体控制阀1的耐久性和可靠性。

另外，因为具有2.5个[N个+(0.25～0.75)个]向上凸的山部所带来的作用效果与图3、图4所示的以往例子相同，故省略说明。

图2是表示本发明膜片式流体控制阀的另一实施例的膜片装置30B的纵剖面图。在图2中，对于与图3及图4所示的以往例子的膜片装置30G的各部相对应的部分标上相同的符号，省略重复说明，以下重点说明不同点。

在本实施例的膜片装置30B中，上表面侧压力室划分部32A中半径方向中间部分(环状平板部32d的内周部下表面)相比于上述图1所示的实施例而位于稍上方，在该环状平板部32d的内周部下表面设有作为上限位件的环状下方突出部53，膜片35的上方变位限制位置为与图1所示位置相同的位置，所述环状下方突出部53的外周侧作成空部54，以在膜片35的内周部35c与上限位件53抵接卡止的状态下纳入波纹部35b中位于最内周侧的第1山部M1部分并使其不会产生较大变形。环状下方突出部53的从环状平板部32d下表面向下方突出的高度K设定为与第1山部M1的高度H相同程度或比其稍高。

在这种结构的膜片装置30B及具有该膜片装置30B的流体控制阀2中，也能获得与上述实施例大致同样的作用效果。

Claims (5)

1.一种膜片式流体控制阀，具有用于向阀口开闭方向驱动阀芯的膜片装置，该膜片式流体控制阀的特征在于，

所述膜片装置具有膜片和膜片保持部件，该膜片保持部件具有在该膜片的上表面侧划分出压力室的大致盖状的上表面侧压力室划分部，

所述膜片的内周部与外周部之间形成有在截面上看具有至少一个向上凸的山部且俯视看呈同心圆环状的波纹部，

在所述上表面侧压力室划分部的径向中间部分设有与所述膜片的内周部抵接卡止的上限位件，以限制所述膜片向上方的过度变位，并在所述上表面侧压力室划分部的所述上限位件的外周侧设有圆环状槽或空部，用以在所述膜片的内周部与所述上限位件抵接卡止的状态下容纳所述波纹部中位于最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

2.如权利要求1所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，所述上表面侧压力室划分部为大致盖形状，该盖形状具有中央圆锥台状部、与该中央圆锥台状部的下部相连的环状板部、以及用来密封固定所述膜片的外周部的上侧夹持部，所述环状板部的内周部下表面作为所述上限位件，在所述环状板部的所述上限位件部分的外周侧设有向上侧凹陷的圆环状槽，该圆环状槽用于纳入位于所述最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

3.如权利要求1所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，在所述上表面侧压力室划分部的半径方向中间部分设有作为所述上限位件的下方突出部，并且，该下方突出部的外周侧为用于容纳位于所述最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形的所述空部。

4.如权利要求1至3中任一项所述的膜片式流体控制阀，其特征在于，在所述波纹部上形成有[N个+(0.25～0.75)个]在截面上看向上凸的山部且N为正的整数(1、2、3……)。

5.一种膜片装置，其特征在于，具有膜片和膜片保持部件，该膜片保持部件具有在该膜片的上表面侧划分出压力室的大致盖状的上表面侧压力室划分部，在所述膜片的内周部与外周部之间形成有在截面上看具有至少一个的向上凸的山部且俯视看呈同心圆环状的波纹部，

在所述上表面侧压力室划分部的径向中间部分设有与所述膜片的内周部抵接卡止的上限位件，以限制所述膜片向上方的过度变位，并在所述上表面侧压力室划分部的所述上限位件的外周侧设有圆环状槽或空部，用以在所述膜片的内周部与所述上限位件抵接卡止的状态下容纳所述波纹部中位于最内周侧的山部部分且使该山部部分不会产生较大变形。

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