JP2005201303A - 弁装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁座に当接した弁体が弁孔を確実に閉塞する弁装置を得ることが可能な製造方法を提供すること。
【解決手段】 冷凍回路の安全弁は、球面の一部よりなる遮断面１８ａを有する弁体１８と、冷媒圧縮機の吐出室に連通され弁体１８が開度を調節する連通孔１６と、連通孔１６の開口部がなす弁座２４と、弁体１８を弁座２４に向けて付勢する付勢バネとを備えている。安全弁は、吐出室内の圧力が異常な高圧に上昇しようとすると、弁体１８が付勢バネのバネ力に抗して弁座２４から離間して、吐出室内の冷媒ガスを大気へと放出する。このような安全弁を製造する場合には、弁体１８の遮断面１８ａと同じ曲率半径を有する凸球面状の加工面（１８ａ）を有した加工具３１を準備し、該加工具３１を弁座２４に対して位置決めした後、加工具３１の加工面（１８ａ）を弁座２４に対して押し付けることで、弁座２４を加工面（１８ａ）に沿う形状に成型する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば空調装置の冷凍回路に用いられる、差圧弁よりなる弁装置に関する。

従来、空調装置の冷凍回路には、該冷凍回路内の様々な圧力を調節するために、差圧弁よりなる弁装置が様々な箇所に用いられている。例えば、特許文献１に開示された弁装置は、冷凍回路を構成する冷媒圧縮機のクランク室内が異常な高圧となった時に、該圧力を冷凍回路内の低圧領域へと逃す構成を有している。

すなわち、前記弁装置は、球状の弁体と、クランク室に連通された弁孔と、該弁孔の開口部がなす弁座と、弁体を弁座に向けて付勢する付勢バネとを備えている。そして、クランク室内の圧力が異常に高くなると、弁孔内の圧力に基づき弁体に作用する弁開方向への力が増大する。従って、付勢バネのバネ力に抗して弁体が弁座から離間し、クランク室内の圧力は弁孔及び弁体を介して低圧領域へと逃される。

なお、前記冷凍回路に用いられる弁装置としては、前述した冷媒圧縮機のクランク室内が異常な高圧となることを回避する役目のもの以外にも、冷凍回路内の高圧領域の異常な高圧を大気へと逃す役目のもの（安全弁）が挙げられる。この安全弁として用いられる弁装置においても、前述した冷媒圧縮機のクランク室内の異常高圧に対応する弁装置と同様な構成を有するものが存在する。
特開平１１−３２４９０９号公報（第３頁、第２図）

ところが、前記弁装置においては、付勢バネのバネ力によって弁体が弁座に向けて付勢されている。従って、弁装置の組立時等、弁体に差圧が作用されていない状況下においては、付勢バネのバネ力によって、弁体が弁座に対して強く押し付けられる。しかも、球状をなす弁体は、一種の角当たり状態で弁座に対して当接される。よって、弁体が弁座に対して強く押し付けられることで、該弁体の外面（球面）の一部に沿う形状に弁座が塑性変形することがあった。

前記弁装置の組立時においては、例えば弁体を直接保持しつつ該弁体を弁座に対して好適な位置で当接させるような配慮はなされていない。このため、弁座に対する弁体の当接位置が、好適な位置からズレる場合がある。好適な位置からズレた状態で、弁体が弁座に対して押し付けられて該弁座が塑性変形すると、該塑性変形の形状に沿って弁座に当接する状態が安定状態となる弁体によっては、弁孔を確実に閉塞することができない。従って、弁孔内の圧力が異常な高圧でなくとも、該弁孔から弁体を介して弁室へと冷媒ガスが漏れる問題があった。これは、冷凍回路の性能低下につながる。

特に、安全弁として用いられる弁装置においては、冷凍回路内の高圧領域と大気との大きな圧力差に抗して、弁体を弁座に対して押し付けておく付勢バネが必要となる。つまり、付勢バネとしては、例えば冷媒圧縮機のクランク室内の異常高圧に対応する弁装置と比較して、バネ力の強いものが必要となる。従って、安全弁の組立時等において、付勢バネの強いバネ力によって弁体が弁座に対してより強く押し付けられて、該弁座が塑性変形し易い問題があった。

この問題は、冷凍回路の冷媒として二酸化炭素を用いた場合に、さらに深刻となっていた。つまり、二酸化炭素冷媒を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合よりも冷凍回路内の高圧領域が遙かに高圧となるため、さらに強いバネ力を有する付勢バネを必要とするからである。

本発明の目的は、弁座に当接した弁体が弁孔を確実に閉塞する弁装置を得ることが可能な弁装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明では、まず、凸球面状をなす加工面つまり球体の外面の一部よりなる加工面を有した加工具を準備する。加工具の加工面は、弁装置が有する弁体の遮断面と同じ曲率半径を有している。そして、加工具を弁座に対して位置決めした後、該加工具の加工面を弁座に対して押し付けることで、弁座が加工面に沿う形状に成型（塑性変形）される。

つまり、本発明においては、例えば弁装置の組立時において、好適な位置からズレた状態で弁体が弁座に当接して該弁座が塑性変形しないように、予め加工具によって弁座を好適な状態に塑性変形させている。従って、弁装置においては、塑性変形の形状に沿って弁座に当接する弁体によって、弁孔を確実に閉塞することができる。

請求項２の発明は請求項１において、前記加工具として弁体を用いている。つまり、加工具の加工面として弁体の遮断面が用いられている。このように、弁装置に用いられる現物の弁体で弁座の成型を行うことで、該成型を好適に行うことが可能となる。

請求項３の発明は請求項１において、前記加工具として弁体とは異なる部材を用いている。つまり、加工具の加工面として、弁体とは別の専用のものが用いられている。専用の加工面を有した加工具を準備することで、弁座の成型工程を効率良く短時間で行うことが可能となる。

請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか一項において、前記弁装置は流体回路に用いられる安全弁である。安全弁は、流体回路内の圧力が異常な高圧となった場合に、該圧力を流体回路外へと放出する。安全弁として用いられる弁装置においては、流体回路の内外の大きな圧力差に抗して弁体を弁座に対して押し付けておくために、バネ力の強い付勢バネを必要とする。従って、従来においては、弁体が弁座に対してより強く押し付けられることとなり、該弁座が好適ではない状態に塑性変形し易い問題があった。つまり、請求項１〜３の発明は、安全弁の製造方法において具体化するのに特に有効である。

請求項５の発明は請求項４において、前記流体回路は空調装置の冷凍回路であって、該冷凍回路の冷媒としては二酸化炭素が用いられている。冷凍回路の冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合よりも冷凍回路内の高圧領域が遙かに高圧となり、さらに強いバネ力を有する付勢バネが必要となる。従って、従来においては、弁体が弁座に対してさらに強く押し付けられることとなり、該弁座が好適ではない状態に塑性変形し易い問題があった。つまり、請求項１〜３の発明は、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍回路に備えられる安全弁の製造方法において具体化するのに特に有効である。

上記請求項１〜５の発明の弁装置の製造方法によれば、弁座を好適な状態に成型する（塑性変形させる）ことができ、弁座に当接した弁体が弁孔を確実に閉塞する弁装置を得ることが可能となる。

以下、本発明の弁装置の製造方法を、流体回路としての空調装置の冷凍回路に用いられる安全弁の製造方法に具体化した一実施形態について説明する。
まず、空調装置の冷凍回路について説明する。

図１に示すように、前記冷凍回路５１は、吸入室５２ａの冷媒ガスを圧縮室５２ｂへと吸入して圧縮し吐出室５２ｃへと吐出する冷媒圧縮機５２、該冷媒圧縮機５２の吐出室５２ｃからの高圧冷媒ガスを冷却するガスクーラ５３、該ガスクーラ５３からの冷媒を絞る膨張弁５４、及び該膨張弁５４からの冷媒が蒸発される蒸発器５５を備えている。冷凍回路５１の冷媒としては二酸化炭素が用いられている。冷媒圧縮機５２には安全弁１０が装備されている。

次に、前記安全弁１０の構成について説明する。
図１に示すように、前記安全弁１０の外郭を構成するバルブハウジング１１は、第１本体１２と第２本体１３とから構成されている。第１本体１２は、冷媒圧縮機５２のハウジング５２ｄに螺着されている。第２本体１３は、ハウジング５２ｄの外方に配置されているとともに、第１本体１２に螺着されている。バルブハウジング１１において第２本体１３内には、該第２本体１３内に螺入された第１本体１２の隔壁部１４によって、弁室１５が区画されている。隔壁部１４において弁室１５に臨む端面１４ａは、平面状をなしている。

前記第１本体１２には連通孔１６が形成されている。連通孔１６は、隔壁部１４の端面１４ａに対して垂直方向に延在されている。連通孔１６は、弁室１５と、冷媒圧縮機５２のハウジング５２ｄ内に区画された吐出室５２ｃとを接続する。吐出室５２ｃは、冷凍回路５１内の高圧領域として把握することができる。第２本体１３において弁室１５を取り囲む円環状の周壁には、半径方向に延びるポート１３ａが複数形成されている。弁室１５は、ポート１３ａを介して大気へと開放されている。つまり、冷媒圧縮機５２の吐出室５２ｃと大気圧雰囲気とは、連通孔１６、弁室１５及びポート１３ａを介して接続されている。

前記弁室１５内には弁体１８が収容されている。弁体１８は、鋼鉄製の球体よりなっている。弁体１８は、隔壁部１４の端面１４ａに対して接離する方向へ移動可能となっている。弁室１５内には、バネ座部材１９が移動可能に収容されている。バネ座部材１９において隔壁部１４の端面１４ａ側に位置する端面は、円錐凹面状の座面１９ａをなしている。バネ座部材１９は、座面１９ａを介して弁体１８に当接されている。弁室１５内には、コイルスプリングよりなる付勢バネ２１が収容されている。弁室１５内においてバネ座部材１９は、隔壁部１４と反対側において、付勢バネ２１を介して第２本体１３によって支持されている。付勢バネ２１は、バネ座部材１９を介して弁体１８を隔壁部１４の端面１４ａに向けて付勢する。

前記連通孔１６において弁室１５側の端部は、隔壁部１４の端面１４ａで開口されている。弁体１８が隔壁部１４の端面１４ａに当接すると、該弁体１８の外面（球面）の一部よりなる遮断面１８ａつまり凸球面状をなす遮断面１８ａが、連通孔１６の開口部に対して円環状領域で接触される。従って、連通孔１６と弁室１５との連通が弁体１８によって遮断される。つまり、連通孔１６は弁孔をなしており、隔壁部１４の端面１４ａにおける連通孔１６の開口部は弁座２４をなしている。なお、弁座２４には、弁体１８との当接による塑性変形を緩和してシール性を向上させるために、Ｓｎメッキ等のメッキ処理が施されている。

さて、前記冷媒圧縮機５２の吐出室５２ｃ内が異常な高圧でなければ、連通孔１６内の圧力に基づき弁体１８に作用する弁開方向（図面上方）への力は小さくなっている。従って、弁体１８の位置決めには付勢バネ２１のバネ力が支配的となり、該弁体１８は弁座２４に当接した状態となっている。よって、連通孔１６と弁室１５との連通が弁体１８によって遮断されて、吐出室５２ｃ内の冷媒ガスが大気へと放出されることはない。

この状態から、何らかの理由によって吐出室５２ｃ内が異常な高圧に上昇しようとすると、連通孔１６内の圧力に基づき弁体１８に作用する弁開方向への力が過大となる。従って、弁体１８は、付勢バネ２１のバネ力に抗して移動して弁座２４から離間する。よって、連通孔１６と弁室１５との連通が弁体１８によって開放され、吐出室５２ｃ内の冷媒ガスが連通孔１６、弁室１５及びポート１３ａを経由して大気へと放出されて、吐出室５２ｃ内の異常な圧力上昇が防止される。

なお、前記弁体１８が弁座２４からの離間を開始する吐出室５２ｃ内の圧力、つまり安全弁１０の開弁圧力の設定は、第１本体１２と第２本体１３との間に介在されるシム２６の厚みで調節することができる。つまり、シム２６の厚みを調節することで、第２本体１３に対する第１本体１２（隔壁部１４）の螺入量を調節することができ、ひいては弁座２４に当接した状態にある弁体１８に作用させる、付勢バネ２１のバネ力の強さを調節することができる。

次に、前記安全弁１０の製造方法について説明する。
図２には、前記第２本体１３（図１参照）を螺着する前の状態の第１本体１２が示されている。この状態において、保持具３２に弁体１８を保持してなる加工具３１を準備し、該弁体１８の中心点Ｓが、弁座２４の中心つまり連通孔１６の中心軸線Ｌ上に位置するように、加工具３１を弁座２４に対して位置決めする。

この位置決め状態にて、前記加工具３１と弁座２４とを、図示しない加工機の動作によって接近方向へ相対移動させる。従って、加工具３１が保持する弁体１８の遮断面１８ａ、つまり加工具３１が備える、遮断面１８ａと同じ曲率半径を有する凸球面状の加工面が、弁座２４に対して押し付けられる。この弁座２４に対する弁体１８の押付け力は、例えば、吐出室５２ｃ内と大気との差圧が弁体１８に作用されていない状況下において、該弁体１８が付勢バネ２１によって弁座２４に対して押し付けられている時の力以上に設定されている。このように、加工具３１の弁体１８を弁座２４に対して押し付けることで、該弁座２４は、円環線状をなす状態（図２の拡大円Ａ中に二点鎖線で示す状態）から、弁体１８の遮断面１８ａの一部に沿う形状に成型（塑性変形）されて立体形状をなすこととなる。

なお、前記弁座２４に対するメッキ処理は、前述した加工具３１による成型工程の後に行われる。このようにすれば、メッキが、加工具３１による弁座２４の成型の妨げとなることを防止できる。また、メッキが、加工具３１の押付けによって損傷することを防止できる。

上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）弁体１８の当接位置が好適な位置からズレた状態で弁座２４が塑性変形しないように、予め加工具３１によって弁座２４を好適な状態に塑性変形させている。従って、安全弁１０においては、塑性変形の形状に沿って弁座２４に当接する弁体１８によって、連通孔１６を確実に閉塞することができる。よって、吐出室５２ｃ内の圧力が異常な高圧でない状態で、該吐出室５２ｃから大気へと冷媒ガスが漏れることを防止でき、ひいては冷凍回路５１の性能を向上させることができる。

（２）加工具３１として弁体１８が用いられている。このように、安全弁１０に用いられる現物の弁体１８で弁座２４の成型を行うことで、該成型を好適に行うことが可能となる。

（３）安全弁１０においては、冷凍回路５１の内外の大きな圧力差に抗して弁体１８を弁座２４に対して押し付けておくために、バネ力の強い付勢バネ２１を必要とする。従って、従来においては、弁体１８が弁座２４に対してより強く押し付けられることとなり、該弁座２４が好適ではない状態に塑性変形し易い問題があった。つまり、本発明は、安全弁１０の製造方法において具体化するのに特に有効である。

（４）冷凍回路５１の冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合よりも冷凍回路５１内の高圧領域（吐出室５２ｃ）が遙かに高圧となり、さらに強いバネ力を有する付勢バネ２１が必要となる。従って、従来においては、弁体１８が弁座２４に対してさらに強く押し付けられることとなり、該弁座２４が好適ではない状態に塑性変形し易い問題があった。つまり、本発明は、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍回路５１に備えられる安全弁１０の製造方法において具体化するのに特に有効である。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
○例えば図３に示すように、安全弁１０の製造時において弁座２４を成型するための加工具４１として、弁体１８とは異なる部材を用いること。図３の態様において加工具４１は、棒状の先端部に凸球面状たる半球面状をなす加工面４１ａを有している。加工具４１の加工面４１ａは、弁体１８の遮断面１８ａと同じ曲率半径を有している。加工具４１は、加工面４１ａを介して弁座２４に対して押し付けられて、該弁座２４の成型を行う。

本態様においては、前記加工具４１として弁体１８とは異なる部材を用いている。つまり、加工具４１の加工面４１ａとして、弁体１８とは別の専用のものが用いられている。専用の加工面４１ａを有した加工具４１を準備することで、弁座２４の成型を効率良く行うことが可能となる。この手法は安全弁１０の量産に向く。このような効果は、上記実施形態を変更して、加工具３１の弁体１８を成型専用の球体とすることでも、同様に奏することができる。

○上記実施形態の安全弁１０には、弁体１８として球体（ボール弁）が用いられていた。しかし、凸球面状の遮断面を有するものであれば球体に限定されるものではなく、例えば半球体を弁体として用いてもよい。つまり、本発明の製造方法を、球体以外の弁体を用いた弁装置に適用してもよい。

○上記実施形態の安全弁１０には、付勢バネ２１としてコイルスプリングが用いられていた。しかし、これに限定されるものではなく、例えば板バネを付勢バネとして用いてもよい。つまり、本発明の製造方法を、コイルスプリング以外の付勢バネを用いた弁装置に適用してもよい。

○上記実施形態においては、安全弁１０の製造方法に具体化されていた。これを変更し、例えば、冷媒圧縮機５２のクランク室内が異常な高圧となった時に、該圧力を冷凍回路５１内の低圧領域へと逃す構成の弁装置において、その製造方法に具体化すること。

○本発明は、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍回路に備えられる弁装置の製造方法に具体化することに限定されるものではなく、例えばフロン冷媒を用いた冷凍回路に備えられる弁装置の製造方法に具体化してもよい。

○本発明は、冷凍回路に備えられる弁装置の製造方法に具体化することに限定されるのではなく、例えばエア回路や油圧回路に備えられる弁装置の製造方法に具体化してもよい。

上記実施形態又は別例から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記弁座に対する前記加工具の押付け力は、前記弁体に差圧が作用されていない状況下において、該弁体が前記付勢バネによって前記弁座に対して押し付けられている時の力以上に設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁装置の製造方法。

（２）前記加工具による前記弁座の成型工程の後に、前記弁座に対してメッキ処理を施す請求項１〜５のいずれか一項又は技術的思想（１）に記載の弁装置の製造方法。
（３）凸球面状をなす遮断面を有する弁体と、該弁体が開度を調節する弁孔と、該弁孔の開口部がなす弁座と、前記弁体を弁座に向けて付勢する付勢バネとを備え、前記弁孔内の圧力上昇に応じて、前記弁体が前記付勢バネのバネ力に抗して前記弁座から離間する構成の弁装置において、該弁装置の製造時に用いられ、前記弁体の前記遮断面と同じ曲率半径を有する凸球面状の加工面を有したことを特徴とする弁座成型用の加工具。

安全弁の縦断面図。 安全弁の製造工程を説明する図。 別例の安全弁の製造工程を説明する図。

符号の説明

１０…弁装置としての安全弁、１６…弁孔としての連通孔、１８…弁体（ａ…加工具の加工面を兼ねる遮断面）、２１…付勢バネ、２４…弁座、３１…加工具、４１…加工具（ａ…加工面（別例））、５１…冷凍回路。

Claims (5)

1. 凸球面状をなす遮断面を有する弁体と、該弁体が開度を調節する弁孔と、該弁孔の開口部がなす弁座と、前記弁体を弁座に向けて付勢する付勢バネとを備え、前記弁孔内の圧力上昇に応じて、前記弁体が前記付勢バネのバネ力に抗して前記弁座から離間する構成の弁装置において、
   前記弁体の前記遮断面と同じ曲率半径を有する凸球面状の加工面を有した加工具を準備し、該加工具を前記弁座に対して位置決めした後、該加工具の前記加工面を前記弁座に対して押し付けることで、前記弁座を前記加工面に沿う形状に成型することを特徴とする弁装置の製造方法。
2. 前記加工具として前記弁体を用いた請求項１に記載の弁装置の製造方法。
3. 前記加工具として前記弁体とは異なる部材を用いた請求項１に記載の弁装置の製造方法。
4. 前記弁装置は流体回路に用いられる安全弁である請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁装置の製造方法。
5. 前記流体回路は空調装置の冷凍回路であって、該冷凍回路の冷媒としては二酸化炭素が用いられている請求項４に記載の弁装置の製造方法。

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