JP2015017663A - 流量制御弁及びヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁開度と流量の関係が変化することを抑えることが可能な流量制御弁及びこれを備えたヒートポンプ装置を提供する。また、従来にはない流量特性を備えた流量制御弁及びこれを備えたヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】基端側に向かって徐々に拡径した弁体と、弁孔の軸方向の中間位置に設けられ、弁体より小さい拡径率で基端側に向かって拡径し、弁孔に突入した状態の弁体における軸方向の中間部に対向する孔中間部５１Ｂと、弁孔に設けられて孔中間部５１Ｂの大径側端部に連なり、孔中間部５１Ｂより大きな拡径率で基端側に向かって拡径した孔基端部５１Ａと、弁孔に設けられて孔中間部５１Ｂの小径側端部に連なり、均一径をなした孔先端部５１Ｃとを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、流量制御弁及びヒートポンプ装置に関する。

従来の流量制御弁としては、弁体をバルブボディの弁孔に対して直動し、弁孔の内周面と弁体との間の環状隙間の断面積を変更して、弁孔を通過する流体の流量を制御するものが知られている。また、この種の流量制御弁は、例えば、ヒートポンプ装置に組み込まれている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２０７８５２号公報（段落［００２３］〜［００４４］、第１図）

ところで、ヒートポンプ装置に組み込まれた流量制御弁は、コンプレッサの焼き付きを防止するために、弁体を最小の弁開度にしたときでも弁孔が全閉状態にならずに、微少な流量の冷媒が流れ得るように調整されることがある。

しかしながら、上述した従来の流量制御弁では、最小の弁開度にしたときに、弁体が弁孔の内側に遊嵌しているため、部品の加工精度や組立精度のばらつき、及び、冷媒の不規則な流れや外部からの振動等によって弁体が弁孔の内側でふらついて、それらが接触する可能性がある。このとき、環状隙間の断面積が最小となる部位、即ち、流量を決定づける部位で接触するため、接触部位の摩耗により弁開度と流量の関係が変化するという問題が起こり得た。

また、近年は、流量制御弁の使用分野が多様化しており、これに伴い、従来にはない流量特性を備えた流量制御弁の開発が望まれていた。

上記事情に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、弁開度と流量の関係が変化することを抑えることが可能な流量制御弁及びこれを備えたヒートポンプ装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、従来にはない流量特性を備えた流量制御弁及びこれを備えたヒートポンプ装置を提供することである。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る流量制御弁（１０）は、弁体（２５）をバルブボディ（３２）の弁孔（５１）に対して直動し、弁孔（５１）の内周面と弁体（２５）との間の環状隙間（Ｃ）の断面積を変更して、弁孔（５１）を通過する流体の流量を制御する流量制御弁（１０）において、基端側に向かって徐々に拡径した弁体（２５）と、弁孔（５１）の軸方向の中間位置に設けられ、弁体（２５）より小さい拡径率で基端側に向かって拡径し、弁孔（５１）に突入した状態の弁体（２５）における軸方向の中間部に対向する孔中間部（５１Ｂ）と、弁孔（５１）に設けられて孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部に連なり、孔中間部（５１Ｂ）より大きな拡径率で基端側に向かって拡径した孔基端部（５１Ａ）と、弁孔（５１）に設けられて孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部に連なり、均一径をなすか、孔中間部（５１Ｂ）より小さな拡径率で基端側に向かって拡径するか、基端側に向かって縮径した孔先端部（５１Ｃ）とを備えたところに特徴を有する。なお、本発明における「弁孔（５１）の軸方向の中間位置」とは、弁孔（５１）を軸方向で二等分する中央位置に限定するものではなく、弁孔（５１）のうち、孔基端部（５１Ａ）と孔先端部（５１Ｃ）との間の位置のことであり、弁孔（５１）の軸方向の一端側（孔基端部（５１Ａ）側又は孔先端部（５１Ｃ）側）に偏った位置を含む意味である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の流量制御弁（１０）において、一定のテーパ角（β）で基端側に向かって徐々に拡径した弁体（２５）と、弁体（２５）より小さい一定のテーパ角（α）で基端側に向かって徐々に拡径した孔中間部（５１Ｂ）と、弁体（２５）より大きな一定のテーパ角で基端側に向かって徐々に拡径した孔基端部（５１Ａ）と、均一径をなすか、孔中間部（５１Ｂ）より小さな一定のテーパ角で基端側に向かって拡径するか、一定のテーパ角で基端側に向かって縮径した孔先端部（５１Ｃ）とを備えたところに特徴を有する。なお、「一定のテーパ角」とは、テーパ角が途中で変化することがないことを意味する。

請求項３の発明に係る流量制御弁（１０）は、弁体（２５）をバルブボディ（３２）の弁孔（５１）に対して直動し、弁孔（５１）の内周面と弁体（２５）との間の環状隙間（Ｃ）の断面積を変更して、弁孔（５１）を通過する流体の流量を制御する流量制御弁（１０）において、基端側に向かって徐々に拡径した弁体（２５）と、弁孔（５１）に設けられ、弁体（２５）より小さい拡径率で基端側に向かって拡径し、弁孔（５１）に突入した状態の弁体（２５）における軸方向の中間部に対向する孔中間部（５１Ｂ）と、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部に設けられ、弁体（２５）を弁孔（５１）に向けて前進したときに弁体（２５）と当接する第１節部（５１Ｂ１）と、孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部に設けられ、弁体（２５）の弁開度が基準弁開度以上になると弁孔（５１）のうち弁体（２５）との間の環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる第２節部（５１Ｂ２）とを備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明に係るヒートポンプ装置（１００）は、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量制御弁（１０）を有したヒートポンプ装置（１００）であって、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部に設けられ、弁体の弁開度が基準弁開度以上のときに、弁孔（５１）のうち弁体（２５）との距離が最小になる第１節部（５１Ｂ１）と、孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部に設けられ、弁体の弁開度が基準弁開度以上のときに、弁孔（５１）のうち弁体（２５）との間の環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる第２節部（５１Ｂ２）とを備えたところに特徴を有する。

［請求項１〜３の発明］
例えば、弁体（２５）の拡径率に対して孔中間部（５１Ｂ）の拡径率が大きい或いは拡径率が同一である場合には、弁体（２５）が弁孔（５１）に対して直動して位置が変化しても、環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる部位が変化することはなく、常に、孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部と弁体（２５）との間で環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる。

これに対し、請求項１乃至３の発明によれば、弁体（２５）の直動位置に応じて、環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる部位を、孔中間部（５１Ｂ）の軸方向（請求項３における第１節部（５１Ｂ１）と第２節部（５１Ｂ２）との間）で変化させることが可能となる。詳細には、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部（請求項３における第１節部（５１Ｂ１））を含む切断面における環状隙間（Ｃ）の断面積と、孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部（請求項３における第２節部（５１Ｂ２））を含む切断面における環状隙間（Ｃ）の断面積とを比較すると、弁体（２５）が弁孔（５１）から後退するに従って、これら両断面積は共に増加するが、小径側端部を含む切断面における断面積よりも、大径側端部を含む切断面における断面積の方が、断面積の増加量が大きい。従って、弁体（２５）を孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部に当接させて弁孔（５１）を全閉にした状態から、弁体（２５）を後退させると、環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる部分が、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部から小径側端部へと徐々に移動し、従来にはない流量特性の流量制御弁（１０）を提供することが可能になる。

また、請求項１乃至３の発明によれば、弁体（２５）を弁孔（５１）に突入させて、弁体（２５）の軸方向の中間部を孔中間部（５１Ｂ）に対向させたときに、弁孔（５１）のうちで弁体（２５）に最も近接している部位は、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部（請求項３における第１節部（５１Ｂ１））となる。ここで、例えば、流量制御弁（１０）における最小の弁開度が、環状隙間（Ｃ）の断面積が孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部（請求項３における第２節部（５１Ｂ２））と弁体（２５）との間で最小になるような基準弁開度に調整された場合には、弁体（２５）が弁孔（５１）の内側でふらついて、それらが接触する可能性がある。これに対し、本発明によれば、孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部と弁体（２５）とが接触し得るのに対し、孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部と弁体（２５）とが接触することを回避することができる。即ち、弁孔（５１）の内周面のうち、弁体（２５）に最も近接している部位である孔中間部（５１Ｂ）の大径側端部と、環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる部位である孔中間部（５１Ｂ）の小径側端部とが、弁孔（５１）の軸方向でずらされているので、弁体（２５）が弁孔（５１）の内側でふらついてそれらが接触したとしても、環状隙間（Ｃ）における最小の断面積が変化することを回避することができる。これにより、弁開度と流量との関係が変化することを抑えることができる。

ここで、本発明に係る弁体（２５）、孔中間部（５１Ｂ）、孔基端部（５１Ａ）、孔先端部（５１Ｃ）は、それぞれ基端側に向かって丸みを帯びながら拡径していてもよいし、請求項２の発明のように、一定のテーパ角で基端側に向かって拡径していてもよい。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、ヒートポンプ装置（１００）に備えた流量制御弁の弁開度が基準弁開度以上のときに、弁孔（５１）のうち弁体（２５）との距離が最小になる第１節部（５１Ｂ１）と、弁開度が基準弁開度以上のときのときに、弁孔（５１）のうち弁体（２５）との間の環状隙間（Ｃ）の断面積が最小になる第２節部（５１Ｂ２）とが別々に備えられており、弁開度が基準弁開度以上のときに、弁孔（５１）の内側で弁体（２５）がふらついた場合には、第１節部（５１Ｂ１）と弁体（２５）とが接触することはあるが、第２節部（５１Ｂ２）と弁体（２５）とが接触することは回避することができる。従って、第２節部（５１Ｂ２）と弁体（２５）の摩耗によって、環状隙間（Ｃ）における最小の断面積が変化することを防止することができ、弁開度と流量の関係が変化することを抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る流量制御弁の側断面図 流量制御弁の一部を拡大した側断面図 弁体を基準弁開度にしたときの流量制御弁の先端部の側断面図 弁体及び弁孔の拡大図 （Ａ）弁体部品及び弁座を第１節部を含む切断面で切断したときの断面図、（Ｂ）弁体部品及び弁座を第２節部を含む切断面で切断したときの断面図 流量制御弁の弁開度と流量の関係を示すグラフ ヒートポンプ装置の概念図 第２実施形態に係る流量制御弁の先端部の側断面図 変形例に係る流量制御弁の先端部の側断面図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態の流量制御弁１０は、所謂、「電動膨張弁」であって、図１に全体が示されている。この流量制御弁１０は、重力方向に対してどのような姿勢で使用してもよいが、説明の便宜上、図１における上下方向を、以下、流量制御弁１０及びその各構成部品の上下方向とする。

流量制御弁１０は、スリーブ３０の外側にステータ側界磁部１１を固定して備える一方、スリーブ３０の内側にロータ側界磁部１２を回転可能に収容して備えている。そして、ステータ側界磁部１１とロータ側界磁部１２とを主要部としてステッピングモータ２０が構成されている。

ステータ側界磁部１１は円環状をなし、複数の電磁コイル１１Ａを周方向に並べて備えている。また、ステータ側界磁部１１の側面からはコネクタ部１１Ｂが突出している。

ロータ側界磁部１２は、上端有底の円筒形をなした永久磁石であって、例えば、周方向を複数等分した位置に磁極をそれぞれ備えている。ロータ側界磁部１２の上端壁１２Ａにおける中心にはロータシャフト１３が貫通している。ロータシャフト１３は、駆動シャフト１４とニードル形の弁体部品２２とからなる。駆動シャフト１４は、軸方向の中間位置に鍔部１４Ａを備え、その鍔部１４Ａが上端壁１２Ａの中心部に固定されている。駆動シャフト１４のうち鍔部１４Ａより上側部分には、螺旋ガイド１６が固定されている。螺旋ガイド１６は、駆動シャフト１４の上端部に線材を螺旋状に巻回し、その線材の上端部を駆動シャフト１４の上端部に側方から貫通させた構造になっている。

螺旋ガイド１６にはストッパリング１７が係合している。ストッパリング１７は、螺旋ガイド１６のうち軸方向で隣り合った線材同士の隙間の一部に収まったリング状をなしかつ側方にストッパアーム１７Ａを張り出して備えている。また、スリーブ３０の上端開口を閉塞する蓋体１８からは、駆動シャフト１４と平行にストッパシャフト１９が垂下されている。そして、ストッパアーム１７Ａがこのストッパシャフト１９に当接した状態で、ロータ側界磁部１２が回転すると、ストッパリング１７が螺旋ガイド１６に対して相対回転して上下動し、螺旋ガイド１６の上端部又は下端部まで移動したときに回動不能となる。これにより、ロータ側界磁部１２の回転量が規制される。

駆動シャフト１４のうち鍔部１４Ａより下側には、円柱状の摺動軸部１４Ｂと雄螺子部１４Ｃとが上下に並べて備えられている。また、駆動シャフト１４の中心部には、連結孔１４Ｄが穿孔されて、その連結孔１４Ｄが駆動シャフト１４の下端面に開放している。連結孔１４Ｄには圧縮コイルバネ２１が収容され、その下方に弁体部品２２の上端部が収容されている。

スリーブ３０は、アウター筒部３１とインナー筒部３２とから構成されており、これらアウター筒部３１とインナー筒部３２とが同軸上に配置されている。アウター筒部３１はインナー筒部３２よりも大径な円筒状をなしており、上面開口が前記蓋体１８によって密閉されている。蓋体１８は、アウター筒部３１と同じ材料（例えば、ステンレス）で構成され、アウター筒部３１に対して溶接されている。また、アウター筒部３１の下面開口縁からは、アウター筒部３１の軸心に向かって円環状のフランジ３１Ａが張り出している。そして、アウター筒部３１はフランジ３１Ａを円環状のベースプレート４１の上面に宛がった状態で、ベースプレート４１の上面に溶接されている。なお、ベースプレート４１は、ステータ側界磁１１に固定されている。

インナー筒部３２の外周面のうち軸方向の中間部には、環状段差部３２Ｄが形成されており、その環状段差部３２Ｄより上側の大径部分はアウター筒部３１の内側に収容され、環状段差部３２Ｄより下側の小径部分は、アウター筒部３１のフランジ３１Ａ及びベースプレート４１を貫通して下方に延びている。そして、環状段差部３２Ｄをフランジ３１Ａの内縁部に係止させた状態で、インナー筒部３２の外周面がベースプレート４１の下面に溶接されている。

図２に示すように、インナー筒部３２の下端部内側には、弁孔５１を有した弁座５０が設けられている。弁孔５１は、弁体部品２２と同軸上に設けられており、インナー筒部３２の下端面に開放している。弁座５０及び弁孔５１については、弁体部品２２と共に後に詳説する。なお、インナー筒部３２は、本発明の「バルブボディ」に相当する。

インナー筒部３２の下端寄り位置には、側方に開放した側部開口３２Ｂが形成されている。側部開口３２Ｂは、弁座５０よりも上方位置に設けられ、その側部開口３２Ｂには、流路用パイプＰ１が挿入されて溶接されている。

インナー筒部３２の下端面３２Ａからは下方に向かって流路用パイプＰ２が延びている。インナー筒部３２の下端面には、弁孔５１と同心円状の円環溝３２Ｃが形成されており、その円環溝３２Ｃに流路用パイプＰ２の上端部が挿し込まれて溶接されている。

インナー筒部３２の内側には、図２に示した軸受スリーブ４３及びナット４４が挿入組み付けされている。軸受スリーブ４３は、インナー筒部３２のうち側部開口３２Ｂより上方側に圧入されており、ナット４４は、インナー筒部３２の上端部に圧入されている。ナット４４の上端部は軸受部４４Ｂになっており、軸受部４４Ｂより下側部分は雌螺子部４４Ａになっている。

そして、ロータシャフト１３の雄螺子部１４Ｃがナット４４の雌螺子部４４Ａに螺合され、駆動シャフト１４の摺動軸部１４Ｂがナット４４の軸受部４４Ｂに回転可能かつ直動可能に軸支され、さらに、ロータシャフト１３を構成する弁体部品２２の中間部分（後述するメインシャフト部２２Ｂ）が軸受スリーブ４３に回転可能かつ直動可能に軸支されている。なお、ロータ側界磁部１２の外周面と、スリーブ３０におけるアウター筒部３１の内周面との間には隙間が形成された状態に保持される。

流量制御弁１０は、例えば、図７に示すように、ヒートポンプ装置１００に組み込まれている。このヒートポンプ装置１００は、コンプレッサ１０１、室内熱交換機１０２及び室外熱交換機１０３を有する空気調和装置であって、流量制御弁１０のコネクタ部１１Ｂは、ヒートポンプ装置１００の制御回路（図示せず）に接続される。そして、制御回路から電力を受けて電磁コイル１１Ａが励磁され、ロータ側界磁部１２と共にロータシャフト１３が回転駆動されて、弁体部品２２が直動し、弁開度が変更されて、流路用パイプＰ１と流路用パイプＰ２との間を流れる冷媒の流量が、例えば、図６に示すグラフのように変更される。具体的には、ロータ側界磁部１２が回転駆動されて、ストッパリング１７が螺旋ガイド１６の上端部まで移動して回動不能となったときに、弁体部品２２の先端部が弁孔５１に対して最も突入した位置（弁開度が最小）となる（図１参照）。また、ストッパリング１７が螺旋ガイド１６の下端部まで移動して回動不能になったときに、弁体部品２２が弁孔５１から最も後退した位置（弁開度が最大）になる。ここで、図６のグラフの横軸は、弁体部品２２の直動位置（弁開度）をステッピングモータ２０の入力パルス数によって表現したものである。このグラフにおいて、入力パルス数が「０」のとき、弁体部品２２の先端部は弁孔５１に対して最も突入した位置（弁開度が最小）となり、入力パルス数が大きくなるに従って、弁体部品２２の先端部は弁孔５１から後退する。

以下、弁体部品２２について詳説する。図２に示すように、弁体部品２２は、断面円形の軸状をなしており、その上端部（基端部）には、フランジ形係止壁２２Ａが形成されている。そして、フランジ形係止壁２２Ａが連結孔１４Ｄに挿入された状態で連結孔１４Ｄの下端部に抜止リング２８が圧入され、弁体部品２２の基端部が連結孔１４Ｄに抜け止めされている。なお、前記圧縮コイルバネ２１の下端部はフランジ形係止壁２２Ａの上面に押し付けられ、圧縮コイルバネ２１の上端部は、連結孔１４Ｄの奥壁に押し付けられている。

弁体部品２２は、比較的太いシャフト部２３と比較的細い弁体２５とを備え、それらシャフト部２３と弁体２５との間には、中間湾曲部２４が備えられている。シャフト部２３は、弁孔５１の内径よりも大きい一定の外径を有した円柱形をなしている。弁体２５は、シャフト部２３側の上端部（基端部）から下端部（先端部）に向かって徐々に縮径したテーパ形をなしている。中間湾曲部２４は、弁体２５からシャフト部２３に向かって徐々に拡径しかつ外側に膨らむように丸みを帯びた形状をなしている。

弁体２５は、互いにテーパ角の異なる弁体本体部２５Ａと弁体先端部２５Ｂとから構成されている。弁体本体部２５Ａは、基端部（大径側端部）に向かって一定のテーパ角βで拡径した円錐台形状をなしている。一方、弁体先端部２５Ｂは、弁体本体部２５Ａの先端部（小径側端部）からその弁体本体部２５Ａより大きい一定のテーパ角で下方に向かって縮径した円錐形となっている。なお、弁体本体部２５Ａのテーパ角は、例えば、５°〜１５°（好ましくは１０°）である。

弁座５０は、インナー筒部３２の下端部内側に一体形成されており、その弁座５０の中心を弁孔５１が貫通している。図３に示すように、弁孔５１は、弁孔５１のうちで最も内径が小さくかつ均一径な孔先端部５１Ｃと、孔先端部５１Ｃとインナー筒部３２の下端面３２Ａとの間をＲ面取りしてなる孔先端湾曲部５１Ｄと、孔先端部５１Ｃの基端部に連なり、孔先端部５１Ｃから基端側に離れるに従ってテーパ状に拡径した孔中間部５１Ｂと、孔中間部５１Ｂの大径側端部に連なり、孔中間部５１Ｂより大きなテーパ角で基端側に向かって拡径した孔基端部５１Ａと備えている。

孔中間部５１Ｂのテーパ角αは、弁体本体部２５Ａのテーパ角β（例えば、５°〜１５°）よりも小さくなっている。例えば、弁体本体部２５Ａのテーパ角βの約１／２程度となっている。なお、本書類における孔中間部５１Ｂ、弁体本体部２５Ａ等の「テーパ角」とは、それらを中心軸を含む切断面で切断したときの断面における２つの母線の間の角度のことである。以下の説明では、孔中間部５１Ｂの大径側端部（孔基端部５１Ａとの境界部分）のことを「第１節部５１Ｂ１」といい、孔中間部５１Ｂの小径側端部（孔先端部５１Ｃとの境界部分）のことを「第２節部５１Ｂ２」という。

上記した構成の流量制御弁１０の弁開度と流量の関係（流量特性）は、図６に示すグラフのようになる。即ち、弁体部品２２の弁体本体部２５Ａが孔中間部５１Ｂ、孔先端部５１Ｃ又は孔先端湾曲部５１Ｄの内側で変位している間（入力パルス数が「０」〜「３５０」の間）は、流量が比較的緩やかに変化するのに対し、弁体本体部２５Ａが孔中間部５１Ｂから完全に抜ける（入力パルス数が「３５０」を超える）と流量が急激に増加する。

ところで、本実施形態の流量制御弁１０は、弁体２５を最小の弁開度にしたとき（図６における入力パルス数「０」のとき）でも、弁孔５１が全閉状態にならずに、微少な流量の冷媒が流れ得るように構成されている。以下、本実施形態における最小の弁開度を「基準弁開度」といい、その基準弁開度のときに流れ得る冷媒の流量を「ゼロパルス流量」という。

具体的には、図３に示すように、弁開度が基準弁開度にされたとき、弁体２５が弁孔５１を貫いて、インナー筒部３２の下端面３２Ａ側に突出した状態になる。このとき、弁孔５１のうち、孔中間部５１Ｂ及び孔先端部５１Ｃが、弁体本体部２５Ａの軸方向の中間部と対向し、弁孔５１の内周面と弁体２５との間には、流路用パイプＰ１，Ｐ２間を連通した環状隙間Ｃが形成される。この環状隙間Ｃは、予め定められたゼロパルス流量となるように調整されており、これにより、ヒートポンプ装置１００に備えたコンプレッサ１０１（図７参照）の焼き付きを防止することが可能となっている。本実施形態では、流路用パイプＰ１から流路用パイプＰ２に向かって冷媒が流れた場合のゼロパルス流量が、例えば、０．３［ｍ^３／ｈ］となりかつ、流路用パイプＰ２から流路用パイプＰ１に向かって冷媒が流れた場合のゼロパルス流量が、例えば、０．４［ｍ^３／ｈ］となるように、弁体部品２２の組み付け時に調整されている。

図３に示すように、弁開度が基準弁開度にされたとき、環状隙間Ｃの断面積は、孔先端湾曲部５１Ｄの大径側端部から孔先端部５１Ｃの上端部（基端部）に向かうに従って徐々に小さくなる。即ち、冷媒の流路が、インナー筒部３２の下端面３２Ａから孔中間部５１Ｂに向かうに従って徐々に絞られる。このような構成にすることで、流路用パイプＰ２から流路用パイプＰ１に向かって冷媒が流れた場合に、インナー筒部３２の下端面３２Ａから環状隙間Ｃへと流れ込む冷媒の流れを安定させることができる。

また、図３に示すように、弁開度が基準弁開度にされたとき、孔基端部５１Ａは、弁体本体部２５Ａの上端部及び中間湾曲部２４と対向する。これにより、孔基端部５１Ａと弁体部品２２との間には、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１から離れるに従って徐々に断面積が大きくなった環状流路が形成される。これにより、流路用パイプＰ１から流路用パイプＰ２に向かって冷媒が流れた場合に、孔基端部５１Ａ側から環状隙間Ｃへと流れ込む冷媒の流れを安定させることができる。これらの構成により、キャビテーションや冷媒の通過音を抑えることができる。

ところで、本実施形態の流量制御弁１０では、上述したように、弁孔５１の孔中間部５１Ｂのテーパ角αが、弁体本体部２５Ａのテーパ角βより小さくなっているので、図３に示すように、弁開度が基準弁開度にされたときに、孔中間部５１Ｂの内周面と、弁体２５の外周面との間隔（環状隙間Ｃの幅）が、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２から第１節部５１Ｂ１に向かうに従って徐々に小さくなる（図４参照）。そして、弁孔５１全体のうちで、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１が、弁体２５（弁体本体部２５Ａ）の外周面に最も近接する。

一方、弁開度が基準弁開度にされたとき、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２の内径（環状隙間Ｃの外径）は、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１の内径（環状隙間Ｃの外径）より小さくなっている（図５（Ａ）及び同図（Ｂ）参照）。そして、本実施形態では、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１を含む切断面で切断したときの環状隙間Ｃの断面積（図４（Ａ）参照）が、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２を含む切断面で切断したときの環状隙間Ｃの断面積（図４（Ｂ）参照）よりも大きくなるように構成されている。つまり、弁開度が基準弁開度にされた場合に、環状隙間Ｃの断面積は、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２と弁体本体部２５Ａとの間で最小となり、この最小の断面積によって流量制御弁１０を通過する流量が決定づけられている。

さて、本実施形態の流量制御弁１０では、図３に示すように、弁開度が基準弁開度にされた状態であっても、弁体２５（弁体本体部２５Ａ）が弁孔５１（孔中間部５１Ｂ）の内側に遊嵌している。その為、例えば、部品の加工精度や組立精度のばらつき、冷媒の不規則な流れや外部からの振動によって弁体２５（弁体本体部２５Ａ）が弁孔５１の内側でふらついて弁孔５１の内周面に接触する可能性がある。

これに対し、本実施形態の流量制御弁１０では、弁開度が基準弁開度にされた状態において、弁孔５１の内周面のうちで、弁体２５（弁体本体部２５Ａ）に最も近接している部位（孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１）と、環状隙間Ｃの断面積が最小になる部位（孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２）とが弁孔５１の軸方向で互いにずらされている。従って、弁体２５がふらついて弁孔５１の内周面に接触したとしても、その接触する部位は、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１であり、流量制御弁１０を通過する流量を決定づける部位、即ち、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２と弁体２５（弁体本体部２５Ａ）とが接触することを回避することができる。これにより、弁開度と流量との関係が変化することを抑えることができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、流量制御弁１０を、弁体２５を最小の弁開度にしたときに弁孔５１の内側に遊嵌するような仕様にしていたが、例えば、図８に示すように、最小の弁開度にしたときに、弁体２５（弁体本体部２５Ａ）が孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１と接触して、弁孔５１が全閉されるような仕様にしてもよい。この場合には、弁孔５１に対する弁体２５の直動位置に応じて、環状隙間Ｃの断面積が最小になる部位を、孔中間部５１Ｂの軸方向（第１節部５１Ｂ１と第２節部５１Ｂ２との間）で変化させることが可能となる。

詳細には、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１を含む切断面における環状隙間Ｃの断面積と、孔中間部５１Ｂの第２節部５１Ｂ２を含む切断面における環状隙間Ｃの断面積とを比較すると、弁体２５が弁孔５１から後退するに従って、これら両断面積は共に増加するが、第２節部５１Ｂ２を含む切断面における断面積に比べて、第１節部５１Ｂ１を含む切断面における断面積の方が、断面積の増加量が大きい。従って、弁体２５が最小の弁開度、即ち、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１に接触した位置から後退すると、環状隙間Ｃの断面積が最小になる部分が、孔中間部５１Ｂの第１節部５１Ｂ１から第２節部５１Ｂ２へと徐々に移動して、従来にはない流量特性の流量制御弁１０を提供することが可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、弁体本体部２５Ａが一定のテーパ角βで基端側に向かって拡径していたが、基端側に向かって丸みを帯びながら拡径していてもよい。また、上記実施形態では、孔基端部５１Ａ及び孔中間部５１Ｂが、それぞれ一定のテーパ角で基端部に向かって拡径していたが、孔中間部５１Ｂが弁体２５よりも小さい拡径率で基端部側に向かって丸みを帯びて拡径していてもよいし、孔基端部５１Ａが、孔中間部５１Ｂよりも大きな拡径率で基端側に向かって丸みを帯びて拡径していてもよい。

（２）上記実施形態では、孔先端部５１Ｃの内径が均一径になっていたが、孔中間部５１Ｂより小さな拡径率或いは一定のテーパ角で基端側に向かって拡径していてもよいし、、基端側に向かって縮径（例えば、一定のテーパ角で縮径）していてもよい。

（３）上記実施形態の弁体部品２２は、弁体２５の大径側端部からシャフト部２３が延びた構造になっていたが、例えば、図９に示すように、弁体部品を、弁体本体部２５Ａの小径側端部からシャフト部２３が延びた構造として、その弁体部品の弁体本体部２５Ａとは反対側の端部に、ステッピングモータ等の駆動源（図示せず）を連結した構成としてもよい。

（４）上記実施形態では、「ヒートポンプ装置」の一例として空気調和装置を例示したが、他のヒートポンプ装置（例えば、給湯器、冷蔵庫など）に本発明を適用してもよい。また、「流量制御弁」の一例として電動膨張弁を例示したが、他の流量制御弁に本発明を適用してもよい。

１０ 流量制御弁
２５ 弁体
２５Ａ 弁体本体部
３２ インナー筒部（バルブボディ）
５１ 弁孔
５１Ａ 孔基端部
５１Ｂ 孔中間部
５１Ｂ１ 第１節部
５１Ｂ２ 第２節部
５１Ｃ 孔先端部
５１Ｄ 孔先端湾曲部
１００ ヒートポンプ装置
Ｃ 環状隙間

Claims (4)

1. 弁体をバルブボディの弁孔に対して直動し、前記弁孔の内周面と前記弁体との間の環状隙間の断面積を変更して、前記弁孔を通過する流体の流量を制御する流量制御弁において、
   基端側に向かって徐々に拡径した前記弁体と、
   前記弁孔の軸方向の中間位置に設けられ、前記弁体より小さい拡径率で基端側に向かって拡径し、前記弁孔に突入した状態の前記弁体における軸方向の中間部に対向する孔中間部と、
   前記弁孔に設けられて前記孔中間部の大径側端部に連なり、前記孔中間部より大きな拡径率で基端側に向かって拡径した孔基端部と、
   前記弁孔に設けられて前記孔中間部の小径側端部に連なり、均一径をなすか、前記孔中間部より小さな拡径率で基端側に向かって拡径するか、基端側に向かって縮径した孔先端部とを備えたことを特徴とする流量制御弁。
2. 一定のテーパ角で基端側に向かって徐々に拡径した前記弁体と、
   前記弁体より小さい一定のテーパ角で基端側に向かって徐々に拡径した前記孔中間部と、
   前記弁体より大きな一定のテーパ角で基端側に向かって徐々に拡径した前記孔基端部と、
   均一径をなすか、前記孔中間部より小さな一定のテーパ角で基端側に向かって拡径するか、一定のテーパ角で基端側に向かって縮径した前記孔先端部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 弁体をバルブボディの弁孔に対して直動し、前記弁孔の内周面と前記弁体との間の環状隙間の断面積を変更して、前記弁孔を通過する流体の流量を制御する流量制御弁において、
   基端側に向かって徐々に拡径した前記弁体と、
   前記弁孔に設けられ、前記弁体より小さい拡径率で基端側に向かって拡径し、前記弁孔に突入した状態の前記弁体における軸方向の中間部に対向する孔中間部と、
   前記孔中間部の大径側端部に設けられ、前記弁体を前記弁孔に向けて前進したときに前記弁体と当接する第１節部と、
   前記孔中間部の小径側端部に設けられ、前記弁体の弁開度が基準弁開度以上になると前記弁孔のうち前記弁体との間の前記環状隙間の断面積が最小になる第２節部とを備えたことを特徴とする流量制御弁。
4. 請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量制御弁を有したヒートポンプ装置であって、
   前記孔中間部の大径側端部に設けられ、前記弁体の弁開度が基準弁開度以上のときに、前記弁孔のうち前記弁体との距離が最小になる第１節部と、
   前記孔中間部の小径側端部に設けられ、前記弁体の弁開度が基準弁開度以上のときに、前記弁孔のうち前記弁体との間の前記環状隙間の断面積が最小になる第２節部とを備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。

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