JP2000310462A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイアフラムの損傷、破損を効果的に防止で
きて、耐久性を向上させることのできる制御弁を提供す
る。 【解決手段】 作用する圧力に応動するダイアフラム３
５と、このダイアフラム３５により軸方向に昇降駆動さ
れる弁体４０と、を備え、前記ダイアフラム３５の圧力
応動面部３５ｂの中央に、前記弁体４０の上端部４１が
挿入されて溶接等により接合される短円筒状立上部３５
ａが設けられるとともに、この短円筒状立上部３５ａに
Ｌ形断面を有する補強リング３６が外嵌固定され、この
補強リング３６における前記圧力応動面部３５ｂに対接
する側の外周端縁角部３６ａに、アール形状等の丸みが
付けられてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作用する圧力に応
動するダイアフラムと、このダイアフラムにより軸方向
に昇降駆動される弁体と、を備えたダイアフラム駆動式
の制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のダイアフラム駆動式の制御弁の
従来例を図５に示す。図示例の制御弁１０’は、蒸気圧
縮式冷凍サイクル１００’に組み込まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記制御弁
１０’においては、図６に示すように、ダイアフラム３
５の短円筒状立上部３５ａに弁体４０の上端円筒部４１
が挿入されてその上端が溶接（溶接部４９）により接合
されており、ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂ
は、前記密閉空間３０Ｓの圧力に応じて、前記弁体４０
を伴って上下動（膜振動）するようになっているので、
特に、前記ダイアフラム３５の短円筒状立上部３５ａ及
び圧力応動面部３５ｂにおける前記弁体４０の鍔状部４
２上に乗せられている、前記短円筒状立上部３５ａ近く
の内周部からなる断面Ｌ形内周部３５Ｌに変形応力が作
用しやすく、該断面Ｌ形内周部３５Ｌ部分及び溶接部分
が、変形、破損するおそれがあった。

【０００４】そこで、前記変形、破損を防止すべく、図
７に示される如くに、前記短円筒状立上部３５ａにＬ形
断面を有する補強リング３６’を外嵌してその上端を前
記短円筒状立上部３５ａ及び弁体４０の上端円筒部４１
と共に溶接（溶接部４９）して固定することが考えられ
ている。

【０００５】しかしながら、前記のように補強リング３
６’を短円筒状立上部３５ａに外嵌固定した場合には、
前記断面Ｌ形内周部３５Ｌ部分の変形、破損をある程度
は防止できるものの、今度は、ダイアフラム３５の圧力
応動面部３５ｂが上下動することによって、前記補強リ
ング３６’における前記圧力応動面部３５ｂに対接する
側の外周端縁角部３６ａ’に前記圧力応動面部３５ｂの
対応部分が直接干渉し、該部分に応力が集中して、損
傷、破損するおそれがあり、ダイアフラムの耐久性が損
なわれるという問題があった。

【０００６】特に、図５に示すように冷凍サイクルに用
いられる場合には、ダイヤフラム３５の圧力面（下面）
の圧力の方が高い圧力で弁体４０が開弁するよう設定さ
れると、更に損傷や破損が生じやすくなる。

【０００７】また、各部の寸法誤差、組立誤差等の累積
や溶接部（４９、３９）における歪等により、ダイアフ
ラム３５に対して弁体４０が多少は傾斜することが避け
られないが、このようにダイアフラム３５に対して弁体
４０が傾斜した状態で昇降せしめられると、前記と同様
に、前記補強リング３６’における前記圧力応動面部３
５ｂに対接する側の外周端縁角部３６ａ’に対する、前
記圧力応動面部３５ｂの対応部分の当たり度合いが大き
くなり、該部分に応力が集中して、損傷、破損するおそ
れがあり、この場合もダイアフラムの耐久性が損なわれ
る。

【０００８】本発明は、上述した如くの問題を解消すべ
くなされたもので、その目的とするところは、ダイアフ
ラムの損傷、破損を効果的に防止できて、耐久性を向上
させることのできる制御弁を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明に係る制御弁は、基本的には、作用する圧力
に応動するダイアフラムと、このダイアフラムにより軸
方向に昇降駆動される弁体と、を備え、前記ダイアフラ
ムの圧力応動面部の中央に、前記弁体の上端部が挿入さ
れて溶接等により接合される短円筒状立上部が設けられ
るとともに、この短円筒状立上部にＬ形断面を有する補
強リングが外嵌固定されてなる。

【００１０】そして、前記補強リングにおける前記圧力
応動面部に対接する側の外周端縁角部に、アール形状等
の丸みが付けられていることを特徴としている。

【００１１】このように、補強リングの外周端縁角部に
アール形状等の丸みが付けられていることにより、ダイ
アフラムの圧力応動面部が上下動することによって、前
記補強リングにおける、前記丸みが付けられている外周
端縁角部に前記圧力応動面部の対応部分が当たっても、
その当たりが和らげられ、該部分に応力が集中しなくな
る。そのため、ダイアフラムの損傷、破損が効果的に防
がれ、その耐久性が向上する。

【００１２】本発明の制御弁の他の態様では、前記補強
リングと前記ダイアフラムとの間に、前記補強リングよ
り大なる外径を有するワッシャが介挿される。

【００１３】このようにワッシャを介挿することによっ
て、前記補強リングにおける前記圧力応動面部に対接す
る側の外周端縁角部に前記圧力応動面部の対応部分が直
接干渉するのが防止されるとともに、前記ワッシャがク
ッション材のように機能するので、ダイアフラムの対応
部分への応力集中が緩和され、ダイアフラムの損傷、破
損がより効果的に防がれ、耐久性が一層向上する。

【００１４】また、本発明の他の好ましい態様では、前
記弁体が、前記ダイアフラムに固定されたダイアフラム
受け部と、弁口を開閉する弁軸部と、に分割されてい
て、前記ダイアフラム受け部と前記弁軸部とが自在継手
で接続される。

【００１５】このようにされることにより、ダイアフラ
ムに対して弁体が傾斜した状態で昇降せしめられても、
弁体の傾斜が前記自在継手で吸収されるので、ダイアフ
ラムへの応力集中が緩和され、その損傷、破損がより効
果的に防がれ、耐久性が一層向上する。

【００１６】本発明の更に他の態様では、前記ダイアフ
ラムの圧力作用面の反対側に密閉空間を形成し、この密
閉空間の内部に冷媒ガスと不凝縮ガスとを封入する。

【００１７】これにより、不凝縮ガスの圧力分密閉空間
内の圧力が嵩上げされ、ダイヤフラム差圧が小さい状態
でも開弁できるので、ダイヤフラムの応力集中が緩和さ
れる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る制御弁の第１実施形
態が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクル１００を示し
ている。この冷凍サイクル１００は、二酸化炭素（ＣＯ
₂ ）を冷媒としており、冷媒を圧縮する圧縮機２００、
該圧縮機２００により圧縮された冷媒を冷却する放熱器
（ガスクーラ）３００、冷媒を蒸発させる蒸発器４０
０、アキュームレータ５００、前記蒸発器４００の出口
側の冷媒（アキュームレータ５００からの気相冷媒）と
前記放熱器３００の出口側の冷媒（前記制御弁１０から
の冷媒）とで熱交換する熱交換機６００、及び、前記放
熱器３００と前記蒸発器４００との間に配置された制御
弁１０を備えて構成されている。

【００２０】前記制御弁１０は、弁本体１２’とそれを
収容する弁ケース１５とからなっていて、前記弁ケース
１５は、ケース本体１６とこの上部に螺着された蓋体１
７とで構成されており、その上部（蓋体１７）には、前
記放熱器３００からの冷媒が導入される冷媒入口２１及
び冷媒導入室２７が設けられ、その周側部には、前記冷
媒導入室２７からの冷媒を前記熱交換器６００に導出す
る導出口２２及び前記熱交換器６００において熱交換さ
れた冷媒が導入される導入口２３が設けられている。ま
た、前記導入口２３に導入された冷媒は、前記弁本体１
２に備えられる弁体４０（後述）により開閉される弁口
（絞り部）５５を有する冷媒通路２８を通じて、前記ケ
ース本体１６の下端部に設けられた冷媒出口２４に導か
れ、この冷媒出口２４から前記蒸発器４００に導かれる
ようになっている。

【００２１】一方、前記弁本体１２は、前記冷媒導入室
２７に配置された断面概略凸状の下面が開口した冷媒封
入ケース３１を主構成部材とする感温部３０を有してい
る。この感温部３０は、前記冷媒封入ケース３１の下面
開口が後述するダイアフラム３５、弁体４０、弁ホルダ
３３等により封鎖されており、その内部密閉空間３０Ｓ
には、封入管３２を介して冷媒（ＣＯ₂ ）が、その温度
が０°Ｃでの飽和液密度から臨界点での飽和液密度に至
る範囲の密度で封入されており、前記冷媒導入室２７に
導入された冷媒の温度に応じて前記密閉空間３０Ｓの圧
力、つまり、前記ダイアフラム３５に作用する圧力が変
化するようになっている。また、前記ダイアフラム３５
を挟んで前記密閉空間３０Ｓの反対側には、導圧通路５
６を通じて前記冷媒導入室２７の圧力が導かれている。

【００２２】前記ダイアフラム３５は、図２に拡大図示
されている（上下動位置が半断面ずつ示されている）よ
うに、前記密閉空間３０Ｓの圧力に応動する、凹部３５
ｃ付きの圧力応動面部３５ｂを有し、この圧力応動面部
３５ｂの中央に、弁体４０の上端円筒部４１が挿入され
てその上端が溶接（溶接部４９）により接合される短円
筒状立上部３５ａが設けられている。また、前記圧力応
動面部３５ｂにおける前記短円筒状立上部３５ａに連な
る内周部（中央付近）は、前記弁体４０の前記上端円筒
部４１の下方外周に突設された鍔状部４２に乗せられて
おり、また、該圧力応動面部３５ｂの外周には、筒状外
周部３５ｄが略垂直下方に向けて折曲連設されており、
断面倒立Ｌ字状に連なる前記圧力応動面部３５ｂの外周
端部と前記円筒状外周部３５ｄとは、前記冷媒封入ケー
ス３１の下端円形開口部と概略Ｔ字状断面を有する弁ホ
ルダ３３の上辺を形成するダイアフラムサポート部３３
ａとに挟まれようにして封着され、それら三者の下端部
が溶接（溶接部３９）により密封接合されている。

【００２３】前記弁体４０は、上から順に、上端円筒部
４１、鍔状部４２、大径弁軸部４３、円錐面部４４、小
径弁軸部４５、及び、雄ねじ部４６で構成されている。

【００２４】前記弁ホルダ３３は、前記ダイアフラムサ
ポート部３３ａの中央下側に、前記弁体４０の大径部４
３が嵌挿される弁サポート部３３ｂが連設されており、
この弁サポート部３３ｂの外周が前記ケース本体１６の
内部中央に螺着された段付き円筒状の弁受け具５０のホ
ルダ受け部５２に螺合せしめられている。

【００２５】前記弁受け具５０は、前記ホルダ受け部５
２の下方に、前記弁体４０の小径弁軸部４５が挿通せし
められて、その上方に位置する円錐面部４４により開閉
される弁口（絞り部）５５が形成された弁座壁５３と、
前記ケース本体１６の内部中央に螺着された雄ねじ部か
らなる組み付け部５４と、が連設されている。

【００２６】また、前記弁体４０の下端雄ねじ部４６に
は、調節ナット部材６５が螺合せしめられており、この
調節ナット部材６５と前記弁座壁５３との間には、前記
弁体４０を下降させる方向に付勢すべく、コイルばね６
０が縮装されている。なお、前記調節ナット部材６５と
コイルばね６０の下端との間にはばね受け６２が挿入さ
れている。

【００２７】したがって、かかる構成とされた制御弁１
０において、弁体４０は、前記ダイアフラム３５に作用
する前記密閉空間３０Ｓ内外の差圧と前記コイルばね６
０の下向きの付勢力との合力に応じて昇降せしめられ、
該弁体４０が上昇せしめられるときは、前記弁口５５が
開かれる（開度が増大する）方向に変化して、前記冷媒
出口２４から前記蒸発器４００に導かれる冷媒量が増大
し、前記弁体４０が下降せしめられるときは、前記弁口
５５が閉じられる（開度が減少する）方向に変化して、
前記冷媒出口２４から前記蒸発器４００に導かれる冷媒
量が減少せしめられ、この弁体４０の昇降動作によっ
て、前記放熱器３００から前記蒸発器４００に導かれる
冷媒の流量及び圧力が制御されることになる。

【００２８】本実施形態の制御弁１０では、ダイアフラ
ム３５周辺部を拡大して示す図２を参照すればよくわか
るように、前記ダイアフラム３５の断面Ｌ形内周部３５
Ｌの変形、破損を防止すべく、前記ダイアフラム３５の
短円筒状立上部３５ａにＬ形断面を有する補強リング３
６を外嵌してその上端を前記短円筒状立上部３５ａ及び
弁体４０の上端円筒部４１と共に溶接（溶接部４９）し
て接合固定している。

【００２９】そして、前記補強リング３６における前記
ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂに対接する側
（下面側）の外周端縁角部３６ａに、アール形状等の丸
みが付けられている。この丸みは、例えば、前記補強リ
ング３６のプレス成形による製造時に同時に形成された
ものである。

【００３０】このように、補強リング３６の外周端縁角
部３６ａにアール形状等の丸みが付けられていることに
より、ダイアフラム３５の圧力応動面部３５ｂが上下動
することによって、前記補強リング３６における前記丸
みが付けられている外周端縁角部３６ａに前記圧力応動
面部３５ｂの対応部分が当たっても、その当たりが和ら
げられ、該部分に応力が集中しなくなる。そのため、ダ
イアフラムの損傷、破損が効果的に防がれ、その耐久性
が向上する。

【００３１】また、本例では、ダイヤフラム３５の圧力
作用面（下面）とは反対側に密閉空間３０Ｓが設けられ
ており、この密閉空間３０Ｓ内にはＣＯ２冷媒に加えて
窒素ガス等の不凝縮ガスが封入されている。窒素ガスの
分圧は０．５〜１．５ＭＰａ程度となっており、従っ
て、この窒素ガスの分圧分密閉空間内の圧力は嵩上げ去
れている。

【００３２】そのため、ダイヤフラム３５の差圧が小さ
い状態でも、開弁することができ、ダイヤフラム３５の
応力集中が緩和できる。これによっても、耐久性の一層
の向上が図れる。

【００３３】図３は、本発明に係る第２実施形態の制御
弁１０のダイアフラム３５周辺部を拡大して示す。本実
施形態では、前記補強リング３６と前記ダイアフラム３
５との間に、前記補強リング３６より大なる外径を有す
るワッシャ３７が介挿されている。

【００３４】このようにワッシャ３７を介挿することに
よって、前記補強リング３６における前記圧力応動面部
３５ｂに対接する側の外周端縁角部３６ａに前記圧力応
動面部３５ｂの対応部分が直接干渉するのが防止される
とともに、前記ワッシャ３７がクッション材のように機
能するので、ダイアフラム３５の対応部分への応力集中
が緩和され、ダイアフラム３５の損傷、破損がより効果
的に防がれ、耐久性が一層向上する。

【００３５】図４は、本発明に係る第３実施形態の制御
弁１０のダイアフラム３５及び弁体４０の上部の周辺部
を拡大して示す。本実施形態では、前記弁体４０が、前
記ダイアフラム３５に固定されたダイアフラム受け部４
０Ａ（上部大径弁軸部４３Ａ）と、弁口５５を開閉する
弁軸部４０Ｂ（下部大径弁軸部４３Ｂ）と、に分割され
ていて、前記ダイアフラム受け部４０Ａと前記弁軸部４
０Ｂとが自在継手４７で接続されている。自在継手４７
は、前記弁軸部４０Ｂに設けられた球状部４７ａ、前記
ダイアフラム受け部４０Ａに設けられた、前記球状部４
７ａが摺動可能に嵌合せしめられた嵌合穴４７ｂ、及び
前記球状部４７の外周面に当接せしめられた抜け止め用
の環状かしめ部４７ｃからなっている。

【００３６】このようにダイアフラム受け部４０Ａと前
記弁軸部４０Ｂとが自在継手４７で接続されていること
により、ダイアフラム３５に対して弁体４０が傾斜した
状態で昇降せしめられても、弁体４０の傾斜が前記自在
継手４７で吸収されるので、ダイアフラム３５への応力
集中が緩和され、その損傷、破損がより効果的に防が
れ、耐久性が一層向上する。

【００３７】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は、前記した実施形態に示される如くの、冷凍サイ
クルに組み込まれる圧力制御弁にのみ適用される訳では
なく、他の種々のダイアフラム駆動式の制御弁にも同様
に適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る制御弁は、補強リングの外周端縁角部にアール
形状等の丸みが付けられているので、ダイアフラムの圧
力応動面部が上下動することによって、前記補強リング
における、前記丸みが付けられている外周端縁角部に前
記圧力応動面部の対応部分が当たっても、その当たりが
和らげられ、該部分に応力が集中しなくなり、その結
果、ダイアフラムの損傷、破損が効果的に防がれ、その
耐久性が向上する。

【００３９】また、前記補強リングと前記ダイアフラム
との間に、前記補強リングより大なる外径を有するワッ
シャを介挿することにより、前記補強リングにおける前
記圧力応動面部に対接する側の外周端縁角部に前記圧力
応動面部の対応部分が直接干渉するのが防止されるとと
もに、前記ワッシャがクッション材のように機能するの
で、ダイアフラムの対応部分への応力集中が緩和され、
ダイアフラムの損傷、破損がより効果的に防がれ、耐久
性が一層向上する。

【００４０】さらに、弁体を、ダイアフラムに固定され
たダイアフラム受け部と、弁口を開閉する弁軸部と、に
分割構成し、前記ダイアフラム受け部と前記弁軸部とを
自在継手で接続するようにしたことにより、ダイアフラ
ムに対して弁体が傾斜した状態で昇降せしめられても、
弁体の傾斜が前記自在継手で吸収されるので、ダイアフ
ラムへの応力集中が緩和され、その損傷、破損がより効
果的に防がれ、耐久性が一層向上する。

【００４１】さらに、ダイアフラムの圧力作用面の反対
側に密閉空間を形成し、この密閉空間の内部に冷媒ガス
と不凝縮ガスとを封入したことにより、不凝縮ガスの圧
力分密閉空間内の圧力が嵩上げされ、ダイヤフラム差圧
が小さい状態でも開弁できるので、ダイヤフラムの応力
集中を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の制御弁が組み込ま
れた冷凍サイクルを示す全体概略構成図。

【図２】図１に示される制御弁のダイアフラム周辺部を
拡大して示す断面図。

【図３】第２実施形態の制御弁のダイアフラム周辺部を
拡大して示す断面図。

【図４】第３実施形態の制御弁のダイアフラム及び弁体
の上部周辺部を拡大して示す断面図。

【図５】従来の制御弁の一例が組み込まれた冷凍サイク
ルを示す全体概略構成図。

【図６】図５に示される制御弁のダイアフラム周辺部を
拡大して示す断面図。

【図７】従来の制御弁の他の例のダイアフラム周辺部を
拡大して示す断面図。

【符号の説明】

１０ 制御弁 １２ 弁本体 ３０ 感温部 ３０Ｓ 密閉空間 ３５ ダイアフラム ３５ａ 短円筒状立上部 ３５ｂ 圧力応動面部 ３６ 補強リング ３７ ワッシャ ４０ 弁体 ４０Ａ ダイアフラム受け部 ４０Ｂ 弁軸部 ４７ 自在継手

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊勢 貞武 東京都世田谷区等々力７丁目17番24号 株 式会社不二工機内 (72)発明者 登丸 真樹 東京都世田谷区等々力７丁目17番24号 株 式会社不二工機内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作用する圧力に応動するダイアフラム
   と、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁
   体と、を備え、前記ダイアフラムの圧力応動面部の中央
   に、前記弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合さ
   れる短円筒状立上部が設けられるとともに、この短円筒
   状立上部にＬ形断面を有する補強リングが外嵌固定され
   てなる制御弁において、 前記補強リングにおける前記圧力応動面部に対接する側
   の外周端縁角部に、アール形状等の丸みが付けられてい
   ることを特徴とする制御弁。
2. 【請求項２】 作用する圧力に応動するダイアフラム
   と、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁
   体と、を備え、前記ダイアフラムの圧力応動面部の中央
   に、前記弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合さ
   れる短円筒状立上部が設けられるとともに、この短円筒
   状立上部にＬ形断面を有する補強リングが外嵌固定され
   てなる制御弁において、 前記補強リングと前記ダイアフラムとの間に、前記補強
   リングより大なる外径を有するワッシャが介挿されてい
   ることを特徴とする制御弁。
3. 【請求項３】 作用する圧力に応動するダイアフラム
   と、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁
   体と、を備え、前記ダイアフラムの圧力応動面部の中央
   に、前記弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合さ
   れる短円筒状立上部が設けられるとともに、この短円筒
   状立上部にＬ形断面を有する補強リングが外嵌固定され
   てなる制御弁において、 前記弁体が、前記ダイアフラムに固定されたダイアフラ
   ム受け部と、弁口を開閉する弁軸部と、に分割されてい
   て、前記ダイアフラム受け部と前記弁軸部とが自在継手
   で接続されていることを特徴とする制御弁。
4. 【請求項４】 作用する圧力に応動するダイアフラム
   と、このダイアフラムにより軸方向に昇降駆動される弁
   体と、を備え、前記ダイアフラムの圧力応動面部の中央
   に、前記弁体の上端部が挿入されて溶接等により接合さ
   れる短円筒状立上部が設けられるとともに、この短円筒
   状立上部にＬ形断面を有する補強リングが外嵌固定され
   てなる制御弁において、 前記ダイアフラムの圧力作用面の反対側に密閉空間を形
   成し、この密閉空間の内部に冷媒ガスと不凝縮ガスとを
   封入したことを特徴とする制御弁。