JP2013036505A - シール構造及び温度膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁ハウジング１０とダイヤフラム装置２０との間を封止し、圧力上昇時においても高いシール性を得る。
【解決手段】弁ハウジング１０の第１円筒部１の外周に雄ねじ部１１と段部１２を形成する。ダイヤフラム装置２０の下蓋２０ｂの第２円筒部２の内周に雌ねじ部２１を形成する。第２円筒部２の開口端部２Ａに突条２２を形成する。段部１２と突条２２の対向面をそれぞれ第１シール面１２Ａ、第２シール面２２Ａとする。第２シール面２２Ａの面積を第１シール面１２Ａの面積より小さくする。例えば、第２シール面２２Ａを軸線Ｌに直角なフラット面とし、第１シール面１２Ａをテーパ面とする。第２円筒部２と第１円筒部１との締付けにより発生する推力により、第２円筒部２の開口端部２Ａに内向きの応力を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの円筒部のうち一方の円筒部の外周に雄ねじが形成され、他方の円筒部の内周に雌ねじが形成され、この雄ねじと雌ねじを螺合して両円筒部を結合し、該円筒部内に流体が充填される装置要素において、２つの円筒部の結合部分を封止するシール構造、該シール構造を適用した温度膨張弁に関する。

従来、温度膨張弁として、例えば特開平９−７９７０３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。特許文献１の温度膨張弁（温度式膨張弁）は、蒸発器の出口配管に取り付けられた感温筒を備え、この感温筒に連通されたダイヤフラム装置（エレメント部４′）が弁本体の弁ハウジング（ハウジング部材４０）に取り付けられている。ダイヤフラム装置はステンレス等でプレス成形された蓋部材（５６）と受け部材（５５）によりケース体を構成し、このケース体内にダイヤフラムで区画された感圧室（第１の圧力室５０）と均圧室（第２の圧力室５１）を設けている。感圧室には感温筒の封入ガスの圧力が導入され、均圧室には冷媒圧力が導入される。

ダイヤフラム装置のケース体の受け部材（下蓋）は、その下端に均圧室に連通する円筒部を有し、弁ハウジングはダイヤフラム装置側から弁体に通じる円筒部を有している。そして、受け部材の円筒部に雌ねじ部と弁ハウジングの円筒部の雄ねじ部を螺合させることで、ケース体が弁ハウジングに結合されている。この結合部分のシール構造は、受け部材の円筒部の下端部を弁ハウジングの円筒部の段部に当接し、この下端部と段部との面接触により結合部分を封止する構造となっている。

しかしながら、このような温度膨張弁において、ダイヤフラム装置のケース体内の圧力は高圧になるので、ケース体の円筒部と弁本体の円筒部との結合部分に高いシール性が要求される。

なお、２つの円筒部を結合するものにおいて、この円筒部両者間を封止するシール構造として、例えば特表平４−５０３５５９号公報（特許文献２）に開示されたものがある。この特許文献２の技術は、雌ねじ部が形成された外側の円筒部（６２）内に閉塞用円盤（６９）を内挿し、雄ねじ部が形成された内側の円筒部（７１）を外側の円筒部内に螺合して結合している。外側の円筒部（６２）の内部と内側の円筒部（７１）との間は、閉塞用円盤（６９）の端部に形成した当接部（６６）のテーパ面と外側の円筒部（６２）の内周に形成したテーパ面（支持面６５）との面接触により封止されている。

特開平９−７９７０３号公報 特表平４−５０３５５９号公報

特許文献１のように、温度膨張弁では、ダイヤフラム装置のケース体と弁ハウジングとを雄ねじ部及び雌ねじ部によりねじ込むことで互いの気密を確保しているだけであるので、均圧室の圧力上昇によりケース体側の円筒部（受け部材の円筒部）が変形すると、円筒部下端部と段部との接触面（シール面）がずれてしまい、シール性が保てないという問題がある。なお、特許文献２のように両方のシール面をテーパ面とすると、一方の円筒部が変形するとシール面がずれるという同様の問題がある。

本発明は、雄ねじと雌ねじを螺合して２つの円筒部を結合し、この円筒部内に流体が充填される装置要素において、２つの円筒部の結合部分のシール性を高めることを課題とする。

請求項１のシール構造は、第１円筒部と第２円筒部を結合し、該第１円筒部及び第２円筒部内に流体が充填される装置要素の第１円筒部と第２円筒部の結合部分を封止するシール構造であって、前記第１円筒部の外周には該第１円筒部の開口端部から雄ねじ部が形成されるとともに、前記第２円筒部の内周には雌ねじ部が形成され、前記第１円筒部の外周には、前記雄ねじ部の前記開口端部とは反対側の位置に該第１円筒部の軸線を中心とする環状の第１シール面が形成され、前記第２円筒部の開口端部には、該第２円筒部の軸線を回転中心とする環状の第２シール面であって前記第１シール面内に収まるような該第１シール面より面積の小さな第２シール面が形成され、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部を螺合して前記第１シール面と前記第２シール面を圧着することで第１円筒部と第２円筒部を結合するよう構成され、前記雄ねじ部と雌ねじ部の締付けにより発生する推力により、前記第２円筒部の開口端部に内向きの応力を発生させるように、前記第１シール面または前記第２シール面の少なくともいずれか一方が、前記軸線と直交する平面から傾斜したテーパ面となっていることを特徴とする。

請求項２のシール構造は、請求項１に記載のシール構造であって、前記第１円筒部の前記第１シール面が前記前記テーパ面であり、前記第２シール面が軸線に直角なフラット面であることを特徴とする。

請求項３のシール構造は、請求項１に記載のシール構造であって、前記第１円筒部の前記第１シール面が前記軸線に直角なフラット面であり、前記第２シール面が前記テーパ面であることを特徴とする。

請求項４のシール構造は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシール構造であって、前記第１円筒部が真鍮であり、前記第２円筒部がステンレスであることを特徴とする。

請求項５の温度膨張弁は、弁ハウジングに形成された弁ポートを弁体により開閉して冷媒の流れを制御する弁本体と、ケース体内をダイヤフラムにより区画して受圧室と均圧室とを形成したダイヤフラム装置とを備え、前記受圧室の圧力と前記均圧室の圧力との差圧に応じて作動する前記ダイヤフラム及び前記弁体により前記弁ポートの弁開度を制御するようにした温度膨張弁において、前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシール構造を備え、前記弁ハウジングは、前記弁体を収容する円筒状の前記第１円筒部を有するとともに、前記ダイヤフラム装置のケース体は前記均圧室に連通する円筒状の前記第２円筒部を有し、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部を螺合して前記第１シール面と前記第２シール面を圧着することで前記弁ハウジングに対して前記ケース体を結合するよう構成されていることを特徴とする。

請求項１のシール構造によれば、雄ねじ部と雌ねじ部を螺合して第２円筒部の第２シール面を第１円筒部の第１シール面に圧着することで第１円筒部と第２円筒部が結合され、第１シール面または第２シール面の少なくともいずれか一方のテーパ面により、雄ねじ部と雌ねじ部の締付けにより発生する推力により、第２円筒部の開口端部に内向きの応力が発生するので、第１円筒部及び第２円筒部内の流体の圧力上昇により第１シール面と第２シール面からなるシール面が動いてしまうのを防止でき、流体が高圧となった時にもシール性を確保することができる。第２円筒部が第１円筒部よりも硬質な材質であれば、第２シール面の少なくとも一部が第１シール面に食い込み、第２円筒部の開口端部が外側に動くのをさらに防止することができる。

請求項２のシール構造によれば、第２シール面が軸線に直角なフラット面であり、前記第１円筒部の前記第１シール面が、ねじ込み方向の移動時に前記第２シール面の外縁部が第１シール面に最初に当接する構造であり、第２シール面の外縁部よりも外側に第１シール面のテーパ面の一部が存在するので、第２円筒部の開口端部が外側に動くのを機械的にさらに防止することができ、シール性を確保することができる。

請求項３のシール構造によれば、請求項１と同様な効果が得られる。

請求項４のシール構造によれば、第１円筒部が真鍮、第２円筒部がステンレスであり、第２シール面の内縁部または外縁部が第１シール面に当接しても、内縁部あるいは外縁部が変形し難くなる分、この第２シール面を第１シール面に確実に食い込ませることができ、第２円筒部の開口端部が外側に動くのを確実に防止することができ、シール性を確保することができる。

請求項５の温度膨張弁によれば、請求項１乃至４のいずれか一項の作用効果により、弁ハウジングとダイヤフラム装置との間のシール性を確保することができる。

本発明の実施形態の温度膨張弁の一部拡大断面図である。 本発明の実施形態の温度膨張弁のシール構造の第１実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態の温度膨張弁のシール構造の第２実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態の温度膨張弁のシール構造の第３実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態の温度膨張弁の縦断面図である。

次に、本発明のシール構造及び温度膨張弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の温度膨張弁の一部拡大断面図、図２は実施形態の温度膨張弁のシール構造の第１実施形態を示す要部拡大断面図、図３は実施形態の温度膨張弁のシール構造の第２実施形態を示す要部拡大断面図、図４は実施形態の温度膨張弁のシール構造の第３実施形態を示す要部拡大断面図、図５は実施形態の温度膨張弁の縦断面図である。

この実施形態の温度膨張弁は、弁本体を構成する真鍮製の弁ハウジング１０とダイヤフラム装置２０とを有している。弁ハウジング１０には、一次側継手管１０ａ１が接続された第１ポート１０ａと二次側継手管１０ｂ１が接続された第２ポート１０ｂが形成され、第１ポート１０ａと第２ポート１０ｂとの間に弁ポート１０ｃが形成されている。また、弁ハウジング１０には、均圧管１０ｄ１が接続された均圧路１０ｄが形成されている。一次側継手１０ａ１は凝縮器の出口側配管に接続され、二次側継手１０ｂ１は蒸発器の入口側配管に接続される。また、均圧管１０ｄ１は蒸発器の出口側配管に接続される。

弁ハウジング１０のダイヤフラム装置２０側には円筒形状の第１円筒部１が形成され、この第１円筒部１には、第１ポート１０ａが側部に開口されるガイド孔１ａが形成されている。このガイド孔１ａは、弁ポート１０ｃ側を一端にして弁ポート１０ｃの中心軸を軸線Ｌとする円筒状の形状をしており、弁ポート１０ｃと反対側はダイヤフラム装置２０内に開口している。ガイド孔１ａ内には弁体３０が配設されている。弁体３０は、弁ポート１０ｃに対して第２ポート１０ｂ側に位置する弁部３０ａと、ガイド孔１ａの内周面に対してクリアランスを有し、ガイド孔１ａ内に嵌挿される円柱状のニードル部３０ｂとを有している。これにより、弁体３０はガイド孔１ａ内に軸線Ｌ方向に移動自在に収容され、軸線Ｌ方向の移動により弁部３０ａが弁ポート１０ｃを開閉する。

ニードル部３０ｂの上部には押え部材４０ａによりシール部材４０が取り付けられており、さらに、このニードル部３０ｂの端部には、当金５０が装着され、弁体３０は当金５０を介してダイヤフラム装置２０のダイヤフラム２０ｃに連結されている。なお、弁ポート１０ｃの下部には軸線Ｌを軸とする略円筒形状の取付け孔１０ｅが形成されており、取付け孔１０ｅには調整スピンドル１０ｆが取り付けられている。そして、調整スピンドル１０ｆを回すことにより、調整ばね１０ｇによる弁体３０への付勢力が調整される。これにより、過熱度設定が調整される。

ダイヤフラム装置２０は、いずれもステンレス製の上蓋２０ａと下蓋２０ｂにより「ケース体」を構成している。上蓋２０ａと下蓋２０ｂの間にはダイヤフラム２０ｃを備えており、上蓋２０ａと下蓋２０ｂとからなるケース体内部は、このダイヤフラム２０ｃによって受圧室２０Ａと均圧室２０Ｂとして区画されている。均圧室２０Ｂは、弁ハウジング１０の前記均圧路１０ｄを介して蒸発器の出口側配管に導通され、この均圧室２０Ｂには蒸発圧力が導入される。

受圧室２０Ａは、キャピラリチューブ２０ｄを介して感温筒２０ｅに連結されている。なお、感温筒２０ｅ、キャピラリチューブ２０ｄ及び受圧室２０Ａ内には、例えば冷凍サイクルの冷媒と同じガス（及び液）が封入されており、この感温筒２０ｅは、蒸発器の出口側配管に取り付けられる。これにより、受圧室２０Ａの内圧は、感温筒２０ｅによる感知温度に応じて変化する。そして、ダイヤフラム２０ｃは、受圧室２０Ａと均圧室２０Ｂの圧力差に応じて変位し、この変位は、当金５０によって弁体３０に伝達される。この構成により、感温筒２０ｅの感知温度と蒸発圧力との差圧に応じて、凝縮器側の一次配管から蒸発器側の二次配管に冷媒を流す弁ポート１０ｃの開度を制御し、冷凍サイクルの過熱度制御を行う。

下蓋２０ｂの下部には円筒状の第２円筒部２が形成されている。弁ハウジング１０の前記第１円筒部１の外周には雄ねじ部１１が形成されている。第２円筒部２の内周には雌ねじ部２１が形成されている。そして、第２円筒部２の雌ねじ部２１と第１円筒部１の雄ねじ部１１を螺合することにより、ダイヤフラム装置２０は弁ハウジング１０に取り付けられている。

また、第１円筒部１の外周には、雄ねじ部１１の開口端部１Ａとは反対側の位置に雄ねじ部１１より径の大きな段部１２が形成されている。そして、この段部１２の第２円筒部２と対向する面は、第１円筒部１の軸線Ｌを回転中心とする環状の第１シール面１２Ａとなっている。第２円筒部２の開口端部２Ａには、リング状の突条２２が形成されている。そして、この突条２２の第１シール面１２Ａ側の対向面は、第２円筒部２の軸線Ｌを回転中心とする環状の第２シール面２２Ａとなっている。なお、図２及び図３に示すように、第１シール面１２Ａの半径方向の幅Ｄ１は第２シール面２２Ａの半径方向の幅Ｄ２より大きくなっており、且つ第２シール面２２Ａは第１シール面１２Ａ内に収まる位置にある。これにより、第２シール面２２Ａの面積は第１シール面１２Ａの面積より小さくなっている。なお、軸線Ｌは、第１円筒部１及び第２円筒部２で共通である。

次に、第１シール面１２Ａと第２シール面２２Ａによるシール構造の各実施例を説明する。なお、図２〜図４は図１における左側の一点鎖線の部分の拡大図であるが、全体の構造は、図２〜図４の断面を軸線Ｌを回転軸として回転させた回転体の構造となっている。図２は第１実施例を示す図であり、図２(A) 、図２(B) 、図２(C) の順に第１円筒部１に対して第２円筒部２が次第にねじ込まれていく状態を示している。第１実施例は、第２円筒部２の第２シール面２２Ａが軸線Ｌに直角なフラット面である。そして、第１シール面１２Ａが、第２円筒部２のねじ込み方向（矢印Ｒ方向）の移動により第２シール面２２Ａの外縁部２２Ａ２（図２(B) ）が第１シール面１２Ａに最初に当接するようなテーパ面である。

第２シール面２２Ａの外縁部２２Ａ２が第１シール面１２Ａに最初に当接したときから、ねじ込み方向に進むと、第１シール面１２Ａがテーパ面になっていることから、突条２２（開口端部２Ａ）には内向きに応力が発生し、第２シール面２２Ａの少なくとも外縁部２２Ａ２が第１シール面１２Ａに食い込んでいるので、第２円筒部２の開口端部２Ａが外側に動くのを防止することができる。これにより、シール性を確保することができる。また、図２(C) のように、第１シール面１２Ａに対して第２シール面２２Ａを完全に食い込ませると、さらに第２円筒部２の開口端部２Ａが外側に動くのを確実に防止することができ、シール性を確保することができる。

図３は第２実施例を示す図であり、図３(A) 、図３(B) 、図３(C) の順に第１円筒部１に対して第２円筒部２が次第にねじ込まれていく状態を示している。第２実施例は、第１円筒部１の第１シール面１２Ａが軸線Ｌに直角なフラット面である。そして、第２シール面２２Ａが、第２円筒部２のねじ込み方向（矢印Ｒ方向）の移動により第２シール面２２Ａの内縁部２２Ａ１（図３(B) ）が第１シール面１２Ａに最初に当接するようなテーパ面である。

第２シール面２２Ａの内縁部２２Ａ１が第１シール面１２Ａに最初に当接したときから、ねじ込み方向に進むと、図３(B) の状態のように第２シール面２２Ａがテーパ面になっていることから、突条２２（開口端部２Ａ）には内向きに応力が発生し、第２シール面２２Ａの少なくとも一部が第１シール面１２Ａに食い込んでいるので、第２円筒部２の開口端部２Ａが外側に動くのを防止することができる。これにより、シール性を確保することができる。また、図３(C) のように、第１シール面１２Ａに対して第２シール面２２Ａを完全に食い込ませると、さらに第２円筒部２の開口端部２Ａが外側に動くのを確実に防止することができ、シール性を確保することができる。

以上の実施例では、第１シール面１２Ａと第２シール面２２Ａの何れか一方が軸線Ｌに直角なフラット面の例を示したが、例えば図４に示す第３実施例のように、第１シール面１２Ａと第２シール面２２Ａの両方がテーパ面であってもよい。この場合は、第２円筒部２の第２シール面２２Ａが僅かにテーパ面となっており、第１シール面１２Ａが、第２円筒部２のねじ込み方向（矢印Ｒ方向）の移動により第２シール面２２Ａの外縁部２２Ａ２（図４(B) ）が第１シール面１２Ａに最初に当接するようなテーパ面である。

以上の実施形態では本発明のシール構造を温度膨張弁の弁ハウジングとダイヤフラム装置との間を封止する場合について説明したが、２つの円筒部材をねじ込んで結合する場合にその結合部分に、実施形態の第１円筒部と第２円筒部の構造を適用してもよい。

１ 第１円筒部
１１ 雄ねじ部
１２ 段部
１２Ａ 第１シール面
２ 第２円筒部
２１ 雌ねじ部
２２ 突条
２２Ａ 第２シール面
２２Ａ１ 内縁部
２２Ａ２ 外縁部
１０ 弁ハウジング
１０ｃ 弁ポート
２０ ダイヤフラム装置
２０ａ 上蓋
２０ｂ 下蓋
２０ｃ ダイヤフラム
３０ 弁体

Claims (5)

1. 第１円筒部と第２円筒部を結合し、該第１円筒部及び第２円筒部内に流体が充填される装置要素の第１円筒部と第２円筒部の結合部分を封止するシール構造であって、
   前記第１円筒部の外周には該第１円筒部の開口端部から雄ねじ部が形成されるとともに、前記第２円筒部の内周には雌ねじ部が形成され、
   前記第１円筒部の外周には、前記雄ねじ部の前記開口端部とは反対側の位置に該第１円筒部の軸線を中心とする環状の第１シール面が形成され、
   前記第２円筒部の開口端部には、該第２円筒部の軸線を回転中心とする環状の第２シール面であって前記第１シール面内に収まるような該第１シール面より面積の小さな第２シール面が形成され、
   前記雄ねじ部と前記雌ねじ部を螺合して前記第１シール面と前記第２シール面を圧着することで第１円筒部と第２円筒部を結合するよう構成され、
   前記雄ねじ部と雌ねじ部の締付けにより発生する推力により、前記第２円筒部の開口端部に内向きの応力を発生させるように、前記第１シール面または前記第２シール面の少なくともいずれか一方が、前記軸線と直交する平面から傾斜したテーパ面となっていることを特徴とするシール構造。
2. 前記第１円筒部の前記第１シール面が前記前記テーパ面であり、前記第２シール面が軸線に直角なフラット面であることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. 前記第１円筒部の前記第１シール面が前記軸線に直角なフラット面であり、前記第２シール面が前記テーパ面であることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
4. 前記第１円筒部が真鍮であり、前記第２円筒部がステンレスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシール構造。
5. 弁ハウジングに形成された弁ポートを弁体により開閉して冷媒の流れを制御する弁本体と、ケース体内をダイヤフラムにより区画して受圧室と均圧室とを形成したダイヤフラム装置とを備え、前記受圧室の圧力と前記均圧室の圧力との差圧に応じて作動する前記ダイヤフラム及び前記弁体により前記弁ポートの弁開度を制御するようにした温度膨張弁において、前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシール構造を備え、
   前記弁ハウジングは、前記弁体を収容する円筒状の前記第１円筒部を有するとともに、前記ダイヤフラム装置のケース体は前記均圧室に連通する円筒状の前記第２円筒部を有し、
   前記雄ねじ部と前記雌ねじ部を螺合して前記第１シール面と前記第２シール面を圧着することで前記弁ハウジングに対して前記ケース体を結合するよう構成されていることを特徴とする温度膨張弁。

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