JP2017211034A

JP2017211034A - 流量調整弁

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Publication number: JP2017211034A
Application number: JP2016104867A
Authority: JP
Inventors: 原田　貴雄; Takao Harada; 貴雄原田; 柳澤　秀; Hide Yanagisawa; 秀柳澤; 佑樹小泉; Yuki Koizumi
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: CN107435757A; CN107435757B; JP6745141B2

Abstract

【課題】流体（冷媒）通過時における騒音を効果的に低減できるとともに、大開度領域における圧力損失の低減も図ることのできる流量調整弁を提供する。【解決手段】連通空間３４を介して弁室１４と弁口（第１弁口）１６とを連通する小流量通路における弁口（第２弁口）３６より弁室１４側及び弁口１６側、具体的には、弁軸２０の連結軸２９における連通路（上側連通路）２９ｗ及び弁体３２の弁体部材３８における連通路（下側連通路）３８ｗに、当該小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材７１、７２が配在される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばヒートポンプ式冷暖房システム等において冷媒流量を調整するのに好適な流量調整弁、特に、流体（冷媒）通過時における騒音を低減し得るようにされた流量調整弁に関する。

この種の流量調整弁の一例として、弁室及び弁座付き弁口（オリフィス）が設けられた弁本体と、弁座からのリフト量に応じて弁口を流れる流体の流量を変化させる弁体とを備え、弁体が、例えば特許文献１、２等に所載の如くの、雄ねじが設けられた弁軸、雌ねじが設けられた軸受部材、及びステッピングモータ等で構成されるねじ送り式昇降駆動機構により、弁座に接離又は近接離間するように昇降せしめられる電動弁が知られている。

ところで、上記した如くの構成の流量調整弁を、例えばヒートポンプ式冷暖房システムに組み込んだ場合、前記弁口が所定開度まで開かれ、弁室に流れ込んだ冷媒が、弁室から弁体と弁口との間に形成される隙間を介して流出する際、連続的な騒音（流体通過音）が発生しやすいという問題があった。

より詳しくは、弁口に流れ込む流体（冷媒）が気体と液体の混合状態（気液二相流）、つまり、弁室を介して弁口に向かう流体中に気泡が混じっていると、その気泡が弁口を通過する際、その流入側と流出側に急激な圧力変動を発生させ、その圧力変動によって大きな騒音が発生する。特に、小開度領域（弁開度（弁体のリフト量）が小さい領域）においては、一般に、前記弁口における流体の流路（弁体と弁口との間の隙間）が非常に狭いので、流体中の気泡の影響が大きくなり、前述の大きな騒音（流体通過音）が更に発生しやすくなる。

このような問題に対し、特許文献３に所載の従来技術では、弁室内に、流体中の気泡を細分化する部材（消音部材）を介装することが提案されている。

特開２０１２−１７２８３９号公報特開２００４−２８９９０１号公報特開２００１−２８９５３８号公報

ところで、大開度領域（弁開度が大きい領域）においては、前記弁口における流体の流路（弁体と弁口との間の隙間）が広くなるので、前述のような大きな騒音（流体通過音）は発生しにくくなる一方、弁口を通過する流量を十分に確保する必要性が高くなる。

特許文献３に所載の従来技術においては、流体中の気泡が、前記消音部材によって分解されて細分化された状態で、弁体と弁口との間の隙間に流入するので、弁口を通過する際、その流入側と流出側に急激な圧力変動は発生せず、前述の騒音を低減できる。しかし、前記消音部材は、弁室における流入口側と流出口側を常時仕切るように弁本体に固定されているので、弁口を通過する流量を確保する必要がある大開度領域において、弁口へ向かう流体の流れを阻害し、圧力損失（圧損）が大きくなり、適正な冷媒流量が得られ難いという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流体（冷媒）通過時における騒音を効果的に低減できるとともに、大開度領域における圧力損失の低減も図ることのできる流量調整弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る流量調整弁は、基本的には、弁室及び第１弁口が設けられた弁本体と、前記弁室内に昇降自在に配在された弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動部と、前記弁軸の下端部外周を包囲するように該弁軸に摺動自在に外挿され、該弁軸の昇降動作に連動して駆動される弁体と、を備え、前記弁体に、リフト量に応じて前記第１弁口を流れる流体の流量を変化させる第１弁体部が設けられ、前記弁体により前記弁軸の下端部周りに画成された連通空間を介して前記弁室と前記第１弁口とを連通する小流量通路が形成されるとともに、前記弁軸に、リフト量に応じて前記小流量通路に設けられた第２弁口を流れる流体の流量を変化させる第２弁体部が設けられ、前記第２弁体部のリフト量が所定量以下のときは、前記第１弁体部により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体部の前記第２弁口に対するリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体部のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記弁体が上昇せしめられて前記第１弁体部が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成され、前記小流量通路における前記第２弁口より前記弁室側及び前記第１弁口側に、前記小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材が配在されていることを特徴としている。

前記弁体は、好ましくは、付勢部材によって前記第１弁口の閉弁方向に付勢されるとともに、前記第２弁体部のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸に設けられた鍔状係止部により前記付勢部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされる。

前記弁体は、好ましくは、前記弁軸における前記第２弁体部より上側に摺動自在に外挿された筒状の連動部材と、該連動部材の下端開口に連結され、前記第１弁体部が設けられた弁体部材とで構成される。

更に好ましい態様では、前記小流量通路が、前記弁室と前記連通空間を連通すべく前記弁軸に設けられた上側連通路と、前記連通空間と、該連通空間と前記第１弁口を連通すべく前記弁体部材に設けられた下側連通路とから構成され、前記連通空間における前記弁体部材周りに前記第２弁口が形成されており、前記消音部材が、前記弁軸における前記上側連通路及び前記弁体部材における前記下側連通路に配在される。

更なる好ましい態様では、前記消音部材は、前記弁軸の前記上側連通路における縦穴、及び／又は、前記弁体部材の前記下側連通路における縦穴に内装される。

別の好ましい態様では、前記弁軸に、軸線方向に延びる嵌挿穴が設けられるとともに、該嵌挿穴に、筒状の管状部材が所定の隙間を持って嵌挿固定され、前記管状部材の内部空間と、前記管状部材の上端部に設けられた横向きの貫通口と、前記管状部材と前記嵌挿穴との前記隙間と、前記弁軸における前記管状部材の外側に設けられた横穴とによって、前記弁軸の前記上側連通路が形成されており、前記消音部材が、前記管状部材の内部空間に内装される。

別の好ましい態様では、前記弁体部材の前記下側連通路に固定され、通し穴を持つ支持部材によって、前記消音部材が前記弁体部材の前記下側連通路に支持固定される。

他の好ましい態様では、前記第１弁体部により前記第１弁口が閉じられ、かつ、前記第２弁体部により前記第２弁口が閉じられた状態で、前記第１弁口から前記弁室へ向かう流体の流れを許容するが、前記弁室から前記第１弁口へ向かう流体の流れを遮断する逆止弁体が設けられる。

更に好ましい態様では、前記弁体に、前記逆止弁体が収納される収納室、該収納室と前記第１弁口とに連通するとともに前記第１弁口側と前記弁室側との差圧に応じて前記逆止弁体により開閉される逆止弁口、及び、該収納室と前記弁室とに常時連通する連通口が設けられる。

更に好ましい態様では、前記弁軸に、前記逆止弁体が収納される収納室、及び、該収納室と前記第１弁口とに連通するとともに前記第１弁口側と前記弁室側との差圧に応じて前記逆止弁体により開閉される逆止弁口が設けられ、前記収納室は前記弁室と前記連通空間を連通する上側連通路に連続して設けられて、前記収納室と前記弁室とが常時連通せしめられる。

本発明に係る流量調整弁では、連通空間を介して弁室と第１弁口とを連通する小流量通路における第２弁口より弁室側及び第２弁口側に、当該小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材が配在されているので、流体（冷媒）通過時における騒音を効果的に低減できるとともに、大開度（大流量制御）領域における圧力損失が小さくなり、適正な冷媒流量を得ることができる。

また、前記消音部材が、小流量通路を構成する弁軸の上側連通路における縦穴や、弁体部材の下側連通路における縦穴に内装されているので、前記消音部材を長く配置でき、流体（冷媒）通過時における騒音をより効果的に低減することができる。

本発明に係る流量調整弁の一実施形態を示す全体断面図。図１に示される弁体の連動部材を示す斜視図。図１に示される弁体の押さえ板を示す斜視図。図１に示される流量調整弁における主要部（正流れ時）を示す要部断面図であり、（Ａ）は全閉状態、（Ｂ）はリフト量が小さい状態（小流量制御状態）、（Ｃ）は全開状態（大流量制御状態）を示す図。図１に示される流量調整弁における主要部（逆流れ時）を示す要部断面図であり、（Ａ）は全閉状態、（Ｂ）は差圧により逆止弁口が開いた状態、（Ｃ）は全開状態を示す図。図１に示される流量調整弁の変形形態（その１）を示す全体断面図。図１に示される流量調整弁の変形形態（その２）を示す全体断面図。図１に示される流量調整弁の変形形態（その３）を示す全体断面図。図１に示される流量調整弁の変形形態（その４）を示す図であり、（Ａ）は主要部を示す要部断面図、（Ｂ）は逆止弁体の一例を示す斜視図、（Ｃ）は逆止弁体の他例を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る流量調整弁の一実施形態を示す全体断面図、図２は、図１に示される弁体の連動部材を示す斜視図、図３は、図１に示される弁体の押さえ板を示す斜視図である。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の流量調整弁１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システム等において冷媒流量を調整するために使用される電動弁であり、前述した従来の流量調整弁と同様に、流体（冷媒）が導入導出される弁室１４及び該弁室１４に開口する弁口（第１弁口）１６付き弁座（第１弁座）１５を有する弁本体１０と、リング状のベースプレート３１を介して弁本体１０に固着された有底円筒状のキャン３０と、キャン３０に外嵌されるステータ４０及びキャン３０の内周に回転自在に配在されるロータ５０からなるステッピングモータ（昇降駆動部）６３と、ロータ５０の回転数を減速する不思議遊星歯車減速機構６０と、前記弁座１５に接離して流体の通過量を制御する（言い換えれば、弁座１５からのリフト量に応じて弁口１６を流れる流体の流量を変化させる）弁体３２が設けられた弁軸２０と、不思議遊星歯車減速機構６０の出力ギヤ５７の回転運動を直線運動に変換して弁軸２０を駆動する（昇降させる）ねじ送り機構２７と、から構成される。

弁本体１０における弁室１４の一側部には、管継手１１Ａが接続される流入口１１が設けられ、その底部に、管継手１２Ａが接続されるとともに、弁座１５及び円筒面からなる弁口（オリフィス）１６を持つ流出口１２が設けられている。また、弁本体１０の弁室１４の上部には、中心部下半部に雌ねじ部１３ａが形成された軸受部材１３が嵌挿され、かしめにより弁本体１０に固定されている（かしめ部１７）。弁本体１０の外周（の段差部）に固定されたベースプレート３１には、有蓋円筒状のキャン３０の下端部が突き合わせ溶接等により密封接合されている。

キャン３０の外周に装着されたステータ４０は、ヨーク４１、ボビン４２、コイル４３、樹脂モールドカバー４４等からなり、キャン３０の内部に（上下動せずに）回転自在に支持されるロータ５０は、磁性材料で作製された円筒状のロータ部材５１と樹脂材料で作製された太陽ギヤ部材５２とが一体に連結されて構成されている。太陽ギヤ部材５２の中心部にはシャフト６２が挿入され、そのシャフト６２の上部は、キャン３０の頂部内側に配置された支持部材６１により支持されている。

太陽ギヤ部材５２の太陽ギヤ５３は、出力ギヤ５７の底面上に載置されたキャリア５４に設けられたシャフト５６に回転自在に支持される複数の遊星ギヤ５５に噛み合う。遊星ギヤ５５の上半分は、弁本体１０の上部に固定された円筒部材１８の上部にかしめにより取り付けられた環状のリングギヤ（内歯固定ギヤ）５８に噛み合い、遊星ギヤ５５の下半分は、環状の出力ギヤ５７の内歯ギヤ５７ａに噛み合っている。リングギヤ５８の歯数と出力ギヤ５７の内歯ギヤ５７ａの歯数とはわずかに異なる歯数とされ、これにより、太陽ギヤ５３の回転数が大きな減速比で減速されて出力ギヤ５７に伝達される（このような歯車構成を、いわゆる不思議遊星歯車減速機構６０という）。

出力ギヤ５７は、筒状の軸受部材１３の上面に摺動接触しており、その出力ギヤ５７の底部中央には段付き円筒状の出力軸５９の上部が圧入され、出力軸５９の下部が軸受部材１３の中心部上半部に形成された嵌挿穴１３ｂに回転自在に挿入されている。また、出力軸５９の上部には、シャフト６２の下部が嵌め込まれている。

弁軸２０は、上側から、ねじ駆動部材（ドライバともいう）２２と、段付き円筒状の推力伝達軸２８と、その上部が推力伝達軸２８の下部に内嵌固定された段付き軸状の連結軸２９とを有し、連結軸２９の下端部外周（つまり、弁軸２０の下端部外周）を包囲するように該連結軸２９に弁体３２が摺動自在に外挿されている。

前記軸受部材１３（の内周）に設けられた雌ねじ部１３ａには、弁軸２０を構成するねじ駆動部材２２（の外周）に設けられた雄ねじ部２２ａが螺合されており、そのねじ駆動部材２２は、出力ギヤ５７（すなわち、ロータ５０）の回転運動を雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１３ａとからなるねじ送り機構２７により軸線Ｏ方向（昇降方向）の直線運動に変換する。ここで、出力ギヤ５７は軸線Ｏ方向の一定位置で上下動せずに回転運動しており、出力ギヤ５７に連結された出力軸５９の下端部に設けたスリット状の嵌合溝５９ｂにねじ駆動部材２２の上端部に設けた平ドライバ形状の板状部２２ｂを挿入して出力ギヤ５７の回転運動をねじ駆動部材２２側に伝達する。ねじ駆動部材２２に設けた板状部２２ｂが出力軸５９の嵌合溝５９ｂ内で軸線Ｏ方向に摺動することにより、出力ギヤ５７（ロータ５０）が回転すれば該出力ギヤ５７はその回転軸方向に移動しないにも関わらず、ねじ駆動部材２２は前記ねじ送り機構２７で軸線Ｏ方向に直線運動する。ねじ駆動部材２２の直線運動は、ボール２３と推力伝達軸２８の上部に設けられた段付き嵌合穴に嵌め込まれたボール受座２４とからなるボール状継手２５を介して推力伝達軸２８に伝達される。推力伝達軸２８に連結された連結軸２９は弁本体１０の内部に固定された段付き円筒状のばねケース１９（の下部）に摺動自在に内挿されており、弁軸２０は、当該ばねケース１９により案内されて軸線Ｏ方向に移動する。また、ばねケース１９（の上向きの段差面）と推力伝達軸２８（の下向きの段差面）との間には、弁軸２０を常時開弁方向（上方）に付勢する圧縮コイルばね２６が縮装されている。

連結軸２９の下端外周には、後述する連動部材３３の天井部３３ｂ（の挿通部３３ｃ周り）に係合する鍔状係止部２９ａが（外側に向けて）突設されるとともに、連結軸２９の下端面には、逆凹字状の凹穴２９ｃが形成され、その凹穴２９ｃに連続するようにして、弁室１４と連通空間３４（弁体３２によって弁軸２０（の連結軸２９）の下端部周りに画成された空間）を連通する連通路（上側連通路）２９ｗが設けられている。ここでは、前記連通路２９ｗは、凹穴２９ｃの上面（奥側の面）中央から縦向き（軸線Ｏ方向）に形成された比較的大径の縦穴２９ｖと、縦穴２９ｖの中腹部から横向きに形成された複数個の比較的小径の横穴２９ｕとから構成されている。各横穴２９ｕは、弁軸２０のリフト量Ｌが小さいとき（小流量制御状態）には、連結軸２９に外挿されたばねケース１９の下側で弁室１４に開口せしめられるようになっている（後で詳述）。連結軸２９の下端面における凹穴２９ｃ周りは、後述する弁体３２に設けられた弁座３５に接離して弁口３６を開閉する第２弁体部２９ｂとされる。

弁体３２は、弁軸２０を構成する連結軸２９における鍔状係止部２９ａより上側（かつ、連通路２９ｗを構成する横穴２９ｕより下側）に摺動自在に外挿された天井部付き円筒状の連動部材３３と、連動部材３３の下端開口に、溶接、圧入、かしめ等により連結された段付きの弁体部材３８とで構成され、弁体３２（の連動部材３３と弁体部材３８）によって弁軸２０（の連結軸２９）の下端部周りに画成された空間が、連通空間３４とされている。

連動部材３３の天井部３３ｂには、連結軸２９が摺動自在に挿通される短円筒面を持つ挿通部３３ｃが設けられている。また、連動部材３３の円筒部３３ａの下端部は、弁体部材３８（の下部大径部）の外周部に設けられた鍔状部３８ａに溶接等により固着されている（特に、図２参照）。

一方、弁体部材３８（の下部大径部）の下端面は、弁本体１０の弁座１５に（上側から）接離して弁口１６を開閉する逆円錐台状の第１弁体部（円錐台面部）３８ｂとされるとともに、その弁体部材３８には、弁口１６と連通空間３４を常時連通する連通路（下側連通路）３８ｗが設けられている。ここでは、前記連通路３８ｗは、弁体部材３８（の下部大径部）の下端面中央から縦向き（軸線Ｏ方向）に（弁体部材３８の中間胴部まで）形成された比較的大径の段付きの縦穴３８ｖと、縦穴３８ｖの上部から横向きに形成された複数個の比較的小径の横穴３８ｕとから構成されている。また、弁体部材３８の上部（上部小径部）は、前記した弁軸２０の連結軸２９の凹穴２９ｃに若干の隙間を持って内挿されており、弁体部材３８の中間胴部と上部小径部との間に形成された円錐台面部３７に、連結軸２９の第２弁体部２９ｂが接離する弁座（第２弁座）３５が設けられている。すなわち、本例では、連通空間３４における弁体部材３８（の円錐台面部３７）周りに、前記した弁本体１０の弁口（第１弁口）１６より小径の円筒面からなり、連結軸２９の下端面に形成された第２弁体部２９ｂによって開閉される弁口（第２弁口）３６が形成さている。

また、弁体部材３８の上部（上部小径部）には、凹状の収納穴２１ｂが設けられるとともに、その収納穴２１ｂの底部中央に、前記連通路３８ｗの縦穴３８ｖまで延びる縦穴からなる逆止弁口２１ｖが設けられ、収納穴２１ｂの側部（の軸線Ｏ周りで複数の位置）に、複数個の横穴からなる連通口２１ｕが設けられ、その収納室２１ｂには、流入口１１と流出口１２との差圧に応じて逆止弁口２１ｖを開閉すべく（後で詳述）、ボールからなる逆止弁体２１が収納されている。前記逆止弁体２１は、弁体部材３８の上端部（における収納穴２１ｂ周り）が内側へ向けてかしめられることにより（かしめ部２１ａ）、前記収納室２１ｂ内に、軸線Ｏ方向に若干の摺動自在に配在されている。

ここで、弁軸２０の連結軸２９に設けられた鍔状係止部２９ａと連動部材３３の天井部３３ｂとは、連結軸２９の第２弁体部２９ｂによって弁口３６が閉じられたとき（言い換えれば、連結軸２９の第２弁体部２９ｂが弁体部材３８の円錐台面部３７に設けられた弁座（第２弁座）３５に着座したとき）に、軸線Ｏ方向（上下方向）で所定寸法の隙間Ｌａを持つように設定されている（後で詳述）。

また、ばねケース１９（の下向きの段差面）と弁体３２を構成する連動部材３３（の天井部３３ｂの上面における挿通部３３ｃ周り）との間には、弁体３２を常時閉弁方向（下方）に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）３９が縮装されている。

上記構成に加えて、本実施形態では、流体中（小流量通路を流れる流体中）の気泡を細分化すべく、前記弁軸２０の連結軸２９の連通路（上側連通路）２９ｗに、略円柱状の金属メッシュ等からなる消音部材（弁室１４側消音部材）７１が設けられるとともに、前記弁体３２の弁体部材３８の連通路（下側連通路）３８ｗにも、略円柱状の金属メッシュ等からなる消音部材（弁口１６側消音部材）７２が設けられている。

詳しくは、消音部材７１は、前記弁軸２０の連結軸２９の連通路２９ｗにおける縦穴２９ｖに上下方向に亘って内装されるとともに、その連結軸２９の連通路２９ｗにおける縦穴２９ｖの下端周りが（内側へ向けて）かしめられることによって、当該縦穴２９ｖ内に支持固定されている。また、消音部材７２は、前記弁体３２の弁体部材３８の連通路３８ｗにおける縦穴３８ｖに内装されるとともに、その弁体部材３８の連通路３８ｗにおける縦穴３８ｖの段差部に複数個（図示例では、４個）の通し穴７３ａを持つ押さえ板（支持部材）７３がかしめ等により固定されることによって（図３参照）、当該縦穴３８ｖ内に支持固定されている。

なお、ここでは、消音部材７１、７２として、複数の小孔を有する金属メッシュ（網状部材）を円柱状に成形したもの、板状の金属メッシュを積層して円柱状としたもの、あるいは、板状の金属メッシュを巻回して円柱状としたものを採用しているが、流体中の気泡を細分化できれば、例えば、当該消音部材７１、７２を樹脂製としても良いし、当該消音部材７１、７２自体を円柱状の多孔体で形成しても良い。

また、押さえ板７３の通し穴７３ａの数や穴径や形成位置等は、図示例に限定されないことは当然であるし、各消音部材７１、７２の固定方法等についても、図示例に限定されないことは勿論である。

かかる構成の流量調整弁１では、流体（冷媒）は、双方向（流入口１１から流出口１２に向かう方向（横→下、正流れ）と、流出口１２から流入口１１に向かう方向（下→横、逆流れ）との双方向）に流されるようになっており、前記ロータ４５の回転量を制御して弁軸２０のリフト量Ｌを変化させることにより、流体（冷媒）の通過流量を調整するようになっている。

＜流量調整弁１の正流れ時の動作＞
正流れ時においては、図４（Ａ）に示される如くの全閉状態（弁軸２０のリフト量Ｌが０の状態）において、弁軸２０（の連結軸２９）の第２弁体部２９ｂが弁体３２（の弁体部材３８）の弁座３５に圧接（着座）されて弁口３６が閉じられるとともに、弁体３２（の弁体部材３８）の第１弁体部３８ｂが弁本体１０の弁座１５に圧接（着座）されて弁口１６が閉じられている。また、流入口１１から弁室１４に流れ込む流体の圧力（流体圧）により逆止弁体２１が付勢されて弁体３２（の弁体部材３８）の逆止弁口２１ｖが閉じられている（つまり、逆止弁体２１により弁室１４から弁口１６へ向かう流体の流れは遮断されている）。このとき、弁軸２０（の連結軸２９）の鍔状係止部２９ａ（の上面）と弁体３２の連動部材３３の天井部３３ｂ（の下面）とは、軸線Ｏ方向（上下方向）で所定寸法の隙間Ｌａだけ離れて位置せしめられている。

この全閉状態において、弁軸２０を上昇させると、図４（Ｂ）に示される如くに、前記所定寸法の隙間（リフト量）Ｌａまでは（小流量制御状態）、弁体３２の第１弁体部３８ｂが圧縮コイルばね３９（の付勢力）により弁本体１０の弁座１５に圧接（着座）され、かつ、逆止弁体２１が流体圧により付勢されて弁体３２の逆止弁口２１ｖが閉じられたままで、弁軸２０の連結軸２９が弁体３２（の連動部材３３の天井部３３ｂ）の挿通部３３ｃ内を摺動するようにして弁軸２０が移動（上昇）せしめられ、弁軸２０の第２弁体部２９ｂが弁体３２の弁座３５から離れて弁口３６が開口せしめられる。流入口１１から弁室１４に流れ込んだ流体は、弁軸２０の連結軸２９の連通路（上側連通路）２９ｗ（横穴２９ｕ、縦穴２９ｖ）→弁軸２０の凹穴２９ｃ（における弁体３２の上部（上部小径部）との隙間）→弁軸２０の第２弁体部２９ｂと弁体３２の弁座３５との隙間（弁口３６）→連通空間３４→弁体３２の弁体部材３８の連通路（下側連通路）３８ｗ（横穴３８ｕ、縦穴３８ｖ）（特に、その連通路３８ｗの縦穴３８ｖに固定された押さえ板７３の通し穴７３ａ）を介して、その下方に続く弁口１６に流れ込み、弁軸２０の上昇に伴って、当該弁口１６に流れ込む流体の流量が次第に大きくなる。このとき、流入口１１から弁室１４に流れ込んだ流体は、（弁軸２０の連結軸２９の連通路２９ｗの縦穴２９ｖを通る際に）連通路２９ｗに配在された消音部材７１を通過するとともに、（弁体３２の弁体部材３８の連通路３８ｗの縦穴３８ｖを通る際に）連通路３８ｗに配在された消音部材７２を通過し、弁口３６より上流側（弁室１４側）及び下流側（弁口１６側）に配置された２つの消音部材７１、７２によって流体中の気泡が分解されて細分化された状態で、弁口１６（流出口１２）を通過することになる。そのため、小流量制御（小開度）領域（騒音が発生しやすい領域）において、流体（冷媒）通過時の騒音が確実に低減される。

ここでは、前記した弁軸２０の連結軸２９の連通路（上側連通路）２９ｗ（横穴２９ｕ、縦穴２９ｖ）→弁軸２０の凹穴２９ｃ→弁軸２０の第２弁体部２９ｂと弁体３２の弁座３５との隙間（弁口３６）→連通空間３４→弁体３２の弁体部材３８の連通路（上側連通路）３８ｗ（横穴３８ｕ、縦穴３８ｖ）を介して弁室１４と弁口１６とを連通する流路を、小流量通路と称する。

なお、前記リフト量Ｌａは、流体（冷媒）通過時における騒音（流体通過音）が発生しやすい流量に対応する弁軸２０のリフト量Ｌであり、実験等に基づき予め決めることができる。

弁軸２０を前記リフト量Ｌａまで上昇させた後、さらに上昇させる（つまり、リフト量Ｌが前記リフト量Ｌａを超える）と、図４（Ｃ）に示される如くに、弁軸２０（の連結軸２９）の鍔状係止部２９ａが弁体３２（の連動部材３３の天井部３３ｂ）と係合し、弁体３２は、圧縮コイルばね３９の付勢力に抗して弁軸２０とともに（一体に）移動（上昇）せしめられ、弁体３２の第１弁体部３８ｂが弁本体１０の弁座１５から離れ、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との間に（軸線Ｏ方向の）幅Ｌｂ（＝Ｌ−Ｌａ）の隙間（円環状の流路）が形成される（大流量制御状態）。流入口１１から弁室１４に流れ込んだ流体は、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との隙間を介して、その下方に続く弁口１６に流れ込み、弁軸２０の上昇に伴って、当該弁口１６に流れ込む流体の流量が次第に大きくなる。このとき、流入口１１から弁室１４に流れ込んだ流体は、一部は、前述のように弁軸２０の連結軸２９の連通路２９ｗ等を通過し、消音部材７１、７２によって流体中の気泡が分解されて細分化された状態で、弁口１６（流出口１２）を通過するものの、その大部分は、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との間に形成された隙間（流路）を通過して、弁口１６（流出口１２）に直接流れ込むことになる。そのため、弁軸２０のリフト量Ｌが比較的大きい大流量制御（大開度）領域（騒音が発生しにくい領域であって、流量を確保したい領域）において、圧力損失（圧損）が小さくなる。

なお、図４（Ｃ）に示される如くの全開状態から弁軸２０を下降させ、弁口１６に流れ込む流体の流量が次第に減少する場合にも、上記と同様の作用効果が得られることは言うまでも無い。

＜流量調整弁１の逆流れ時の動作＞
逆流れ時においては、図５（Ａ）に示される如くの全閉状態（図４（Ａ）に基づき説明した状態）において、弁口１６側（流出口１２側）と弁室１４側（流入口１１）との差圧が所定の差圧より大きくなる（言い換えれば、弁口１６側の圧力が弁室１４側の圧力より所定圧だけ高くなる）と、図５（Ｂ）に示される如くに、弁軸２０（の連結軸２９）の第２弁体部２９ｂが弁体３２（の弁体部材３８）の弁座３５に圧接（着座）され、弁体３２（の弁体部材３８）の第１弁体部３８ｂが弁本体１０の弁座１５に圧接（着座）されたままで、流出口１２から流れ込む流体の圧力（流体圧）により逆止弁体２１が収納室２１ｂ内で移動（上昇）せしめられ、弁体３２（の弁体部材３８）の逆止弁口２１ｖが開口せしめられる。流出口１２（の弁口１６）から流れ込んだ流体は、弁体３２の弁体部材３８の連通路（下側連通路）３８ｗ（の縦穴３８ｖ）（特に、その連通路３８ｗの縦穴３８ｖに固定された押さえ板７３の通し穴７３ａ）→逆止弁口２１ｖ→収納室２１ｂ→連通口２１ｕ→弁軸２０の凹穴２９ｃ（における弁体３２の上部（上部小径部）との隙間）→弁軸２０の連結軸２９の連通路（上側連通路）２９ｗ（縦穴２９ｖ、横穴２９ｕ）を介して、弁室１４に流れ込む。なお、この状態では、当該弁室１４に流れ込む流体（つまり、流入口１１へ流れ出る流体）が流通する流路の開口面積は一定である。このとき、流出口１２から流れ込んだ流体は、（弁体３２の弁体部材３８の連通路３８ｗの縦穴３８ｖを通る際に）連通路３８ｗに配在された消音部材７２を通過するとともに、（弁軸２０の連結軸２９の連通路２９ｗの縦穴２９ｖを通る際に）連通路２９ｗに配在された消音部材７１を通過し、弁口３６より上流側（弁口１６側）及び下流側（弁室１４側）に配置された２つの消音部材７２、７１によって流体中の気泡が分解されて細分化された状態で、弁室１４（流入口１１）を通過することになる。そのため、小流量制御領域（騒音が発生しやすい領域）において、流体（冷媒）通過時の騒音が確実に低減される。

この逆止弁口２１ｖが開かれた状態において、弁軸２０を上昇させると、図５（Ｃ）に示される如くに、弁軸２０の第２弁体部２９ｂが弁体３２の弁座３５に圧接（着座）されたままで（つまり、弁軸２０の鍔状係止部２９ａと連動部材３３の天井部３３ｂとが軸線Ｏ方向で所定寸法の隙間Ｌａだけ離れて位置せしめられたままで）、弁体３２は、圧縮コイルばね３９の付勢力に抗して（すなわち、弁口１６から弁室１４に流れ込む流体の圧力が圧縮コイルばね３９の付勢力に打ち勝って）弁軸２０とともに（一体に）移動（上昇）せしめられ、弁体３２の第１弁体部３８ｂが弁本体１０の弁座１５から離れ、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との間に（軸線Ｏ方向の）幅Ｌの隙間（円環状の流路）が形成される。この場合、逆止弁体２１に対する流体圧により、弁体３２（の弁体部材３８）の逆止弁口２１ｖは開かれたままとなっている。流出口１２（の弁口１６）に流れ込んだ流体は、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との隙間を介して、弁室１４に流れ込み、弁軸２０の上昇に伴って、当該弁室１４に流れ込む流体の流量が次第に大きくなる。このとき、流出口１２（の弁口１６）から流れ込んだ流体（の大部分）は、弁体３２の第１弁体部３８ｂと弁本体１０の弁座１５との間に形成された隙間（流路）を通過して、弁室１４（流入口１１）に直接流れ込むことになる。そのため、弁軸２０のリフト量Ｌが比較的大きい大流量制御領域（騒音が発生しにくい領域であって、流量を確保したい領域）において、圧力損失（圧損）が小さくなる。

このように、本実施形態の流量調整弁１では、連通空間３４を介して弁室１４と弁口（第１弁口）１６とを連通する小流量通路における弁口（第２弁口）３６より弁室１４側（正流れ時で上流側、逆流れ時で下流側）及び弁口１６側（正流れ時で下流側、逆流れ時で上流側）、具体的には、弁軸２０の連結軸２９における連通路（上側連通路）２９ｗ及び弁体３２の弁体部材３８における連通路（下側連通路）３８ｗに、当該小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材７１、７２が配在されているので、流体（冷媒）通過時における騒音を効果的に低減できるとともに、大開度（大流量制御）領域における圧力損失が小さくなり、適正な冷媒流量を得ることができる。

また、前記消音部材７１、７２が、小流量通路を構成する弁軸２０の連通路（上側連通路）２９ｗにおける縦穴２９ｖや、弁体３２の弁体部材３８の連通路（下側連通路）３８ｗにおける縦穴３８ｖに内装されているので、前記消音部材７１、７２を長く配置でき、流体（冷媒）通過時における騒音をより効果的に低減することができる。

なお、上記実施形態では、弁軸２０の連結軸２９に形成された縦穴２９ｖ（横穴２９ｕとともに連通路２９ｗを構成する縦穴２９ｖ）に円柱状の消音部材７１が配在されているが、例えば、図６に示される流量調整弁１Ａの如くに、前記した凹穴２９ｃを軸線Ｏ方向に（横穴２９ｕより上側まで）延長する等して下端が開口した（軸線Ｏ方向に長い）嵌挿穴２９ｄを形成し、その嵌挿穴２９ｄに、円筒状（嵌挿穴２９ｄより小径の円筒状）且つその下端部に嵌挿穴２９ｄの内周（特に、横穴２９ｕの下側の内周）に当接するフランジ部２９Ａａが形成された管状部材２９Ａを所定の隙間を持って嵌挿固定し、管状部材２９Ａの内部空間と、管状部材２９Ａの上端部に設けられた横向きの（複数個の）貫通口２９Ａｕと、管状部材２９Ａ（の外壁）と嵌挿穴２９ｄ（の内壁）との隙間と、前記横穴２９ｕとによって、前記弁軸２０の連通路（上側連通路）２９ｗを形成するとともに、当該管状部材２９Ａの内部空間（縦穴）に、円柱状の消音部材７１を内装しても良い。なお、図６において、上記実施形態と同様の機能及び作用を有する構成には、同様の符号が付されている。かかる構成の流量調整弁１Ａでは、弁軸２０の連結軸２９における連通路（上側連通路）２９ｗに配在される消音部材７１（の上下方向長さ）を更に長くできるので、流体（冷媒）通過時における騒音をより効果的に低減することができる。

また、上記実施形態では、前記した逆止弁体２１を利用し、流体（冷媒）を、流入口１１から流出口１２に向かう方向（正流れ）と、流出口１２から流入口１１に向かう方向（逆流れ）との双方向に流すようにしているが、例えば、流体（冷媒）を一方向（流入口１１から流出口１２に向かう方向（正流れ）であって、逆止弁体２１が機能せずに当該逆止弁体２１により逆止弁口２１ｖが常時閉じられたままである方向）のみに流すシステムに適用する場合には、図７に示される流量調整弁１Ｂの如くに、弁体３２の弁体部材３８の上部小径部を取り除き、前記した逆止弁体２１及びそれに付随する構造（収納室２１ｂ、逆止弁口２１ｖ、連通口２１ｕ）を省略しても良い。なお、図７において、上記実施形態と同様の機能及び作用を有する構成には、同様の符号が付されている。かかる構成の流量調整弁１Ｂでも、上記実施形態の流量調整弁１と同様の作用効果が得られることは言うまでも無い。

また、上記実施形態では、ロータ５０の回転数を減速する不思議遊星歯車減速機構６０を利用しているが、例えば、図８に示される流量調整弁１Ｃの如くに、不思議遊星歯車減速機構を省略し、弁軸２０（の推力伝達軸２８）の外周にベローズ２８Ｃを取り付け、推力伝達軸２８（の段差部）と連結軸２９（の上端部）で挟持されたリング状の上側ばね受け２８Ｃａと弁体３２の連動部材３３の天井部３３ｂとの間に、弁体３２を閉弁方向（下方）に付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね３９を介装しても良い（詳細構造については、上記特許文献２も併せて参照）。なお、図８において、上記実施形態と同様の機能及び作用を有する構成には、同様の符号が付されている。かかる構成の流量調整弁１Ｃでも、上記実施形態の流量調整弁１と同様の作用効果が得られることは詳述するまでも無い。

また、上記実施形態において、圧縮コイルばね３９を取り付けずに流量調整弁を構成することも可能である。この場合、弁体３２は、主に流体圧によって弁座１５に着座若しくは弁座１５から離間する。

また、弁体３２の第１弁体部３８ｂにより弁口１６が閉じられ、かつ、弁軸２０の第２弁体部２９ｂにより弁口３６が閉じられた状態で、弁口１６から弁室１４へ向かう流体の流れを許容するが、弁室１４から弁口１６へ向かう流体の流れを遮断する逆止弁体２１を用いた逆止弁構造は、上記した構造に限定されない。例えば、図９（Ａ）に示される流量調整弁１Ｄの如くに、弁軸２０（の連結軸２９）側に逆止弁体２１を配置しても良い。

より詳しくは、連結軸２９の下端に底部付き円筒部２９Ｄを（下向きに）突設し、連結軸２９の下端外周に形成された鍔状係止部２９ａの下側に、複数個の横穴からなる連通口２１ｕを設けるとともに、連結軸２９（の底部付き円筒部２９Ｄ）の底部中央に、縦穴からなる逆止弁口２１ｖを設け、その連結軸２９（の底部付き円筒部２９Ｄ）の内部（収納室２１ｂ）に、流入口１１と流出口１２との差圧に応じて逆止弁口２１ｖを開閉すべく、当該逆止弁口２１ｖに接離する逆立円錐面部を有する逆止弁体２１を軸線Ｏ方向に摺動自在に収納しても良い。この場合、連結軸２９（の底部付き円筒部２９Ｄ）の下端面が、弁体３２に設けられた弁座３５に接離して弁口３６を開閉する逆円錐台状の第２弁体部（円錐台面部）２９ｂとされるとともに、逆止弁体２１の側部の一部（図示例では、軸線Ｏに対して反対側の部分）には、例えばＤカット面（面取り部ともいう）２１Ｄａが形成される（図９（Ｂ）参照）。また、Ｄカット面２１Ｄａに代えて、流体を流通させるための縦溝２１Ｄｂ等を採用しても良い（図９（Ｃ）参照）。一方、弁体３２の弁体部材３８の中央には、弁口１６と連通空間３４を連通する段付きの縦穴からなる連通路（下側連通路）３８ｗＤを形成し、その弁体部材３８の連通路３８ｗＤ（の段差部）に、薄肉円板状の金属メッシュ等からなる消音部材（弁口１６側消音部材）７２を配設すれば良い。なお、図９において、上記実施形態と同様の機能及び作用を有する構成には、同様の符号が付されている。

かかる構成の流量調整弁１Ｄでは、逆止弁体２１が収納される収納室２１ｂが弁軸２０の連結軸２９に設けられた連通路（上側連通路）２９ｗ（の縦穴２９ｖ）に連続して設けられて、収納室２１ｂと弁室１４とが常時連通せしめられているので、上記実施形態の流量調整弁１と同様の作用効果が得られる。

なお、本発明は、上述の実施形態で説明したような、ステータとロータとを有するステッピングモータ等を用いて弁軸を昇降（移動）させてリフト量（弁開度）を任意に細かく調整する電動式の流量調整弁の他、例えばソレノイド等を用いた電磁式の流量調整（切換）弁にも採用し得ることは勿論である。

１流量調整弁
１０弁本体
１１流入口
１１Ａ管継手
１２流出口
１２Ａ管継手
１４弁室
１５弁座（第１弁座）
１６弁口（第１弁口）
２０弁軸
２１逆止弁体
２１ａかしめ部
２１ｂ収納室
２１ｕ連通口
２１ｖ逆止弁口
２２ねじ駆動部材
２７ねじ送り機構
２８推力伝達軸
２９連結軸
２９ａ鍔状係止部
２９ｂ第２弁体部
２９ｃ凹穴
２９ｕ横穴
２９ｖ縦穴
２９ｗ連通路（上側連通路）
３０キャン
３２弁体
３３連動部材
３３ａ連動部材の円筒部
３３ｂ連動部材の天井部
３３ｃ挿通部
３４連通空間
３５弁座（第２弁座）
３６弁口（第２弁口）
３７円錐台面部
３８弁体部材
３８ｂ第１弁体部（円錐台面部）
３８ｕ横穴
３８ｖ縦穴
３８ｗ連通路（下側連通路）
３９圧縮コイルばね（付勢部材）
４０ステータ
５０ロータ
６０不思議遊星歯車減速機構
６３ステッピングモータ（昇降駆動部）
７１消音部材（弁室側消音部材）
７２消音部材（弁口側消音部材）
７３押さえ板（支持部材）
７３ａ押さえ板の通し穴

Claims

弁室及び第１弁口が設けられた弁本体と、前記弁室内に昇降自在に配在された弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動部と、前記弁軸の下端部外周を包囲するように該弁軸に摺動自在に外挿され、該弁軸の昇降動作に連動して駆動される弁体と、を備え、
前記弁体に、リフト量に応じて前記第１弁口を流れる流体の流量を変化させる第１弁体部が設けられ、
前記弁体により前記弁軸の下端部周りに画成された連通空間を介して前記弁室と前記第１弁口とを連通する小流量通路が形成されるとともに、前記弁軸に、リフト量に応じて前記小流量通路に設けられた第２弁口を流れる流体の流量を変化させる第２弁体部が設けられ、
前記第２弁体部のリフト量が所定量以下のときは、前記第１弁体部により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体部の前記第２弁口に対するリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体部のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記弁体が上昇せしめられて前記第１弁体部が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成され、
前記小流量通路における前記第２弁口より前記弁室側及び前記第１弁口側に、前記小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材が配在されていることを特徴とする流量調整弁。
前記弁体は、付勢部材によって前記第１弁口の閉弁方向に付勢されるとともに、前記第２弁体部のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸に設けられた鍔状係止部により前記付勢部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
前記弁体は、前記弁軸における前記第２弁体部より上側に摺動自在に外挿された筒状の連動部材と、該連動部材の下端開口に連結され、前記第１弁体部が設けられた弁体部材とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量調整弁。
前記小流量通路が、前記弁室と前記連通空間を連通すべく前記弁軸に設けられた上側連通路と、前記連通空間と、該連通空間と前記第１弁口を連通すべく前記弁体部材に設けられた下側連通路とから構成され、前記連通空間における前記弁体部材周りに前記第２弁口が形成されており、
前記消音部材が、前記弁軸における前記上側連通路及び前記弁体部材における前記下側連通路に配在されていることを特徴とする請求項３に記載の流量調整弁。
前記消音部材は、前記弁軸の前記上側連通路における縦穴、及び／又は、前記弁体部材の前記下側連通路における縦穴に内装されていることを特徴とする請求項４に記載の流量調整弁。
前記弁軸に、軸線方向に延びる嵌挿穴が設けられるとともに、該嵌挿穴に、筒状の管状部材が所定の隙間を持って嵌挿固定され、
前記管状部材の内部空間と、前記管状部材の上端部に設けられた横向きの貫通口と、前記管状部材と前記嵌挿穴との前記隙間と、前記弁軸における前記管状部材の外側に設けられた横穴とによって、前記弁軸の前記上側連通路が形成されており、
前記消音部材が、前記管状部材の内部空間に内装されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の流量調整弁。
前記弁体部材の前記下側連通路に固定され、通し穴を持つ支持部材によって、前記消音部材が前記弁体部材の前記下側連通路に支持固定されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の流量調整弁。
前記第１弁体部により前記第１弁口が閉じられ、かつ、前記第２弁体部により前記第２弁口が閉じられた状態で、前記第１弁口から前記弁室へ向かう流体の流れを許容するが、前記弁室から前記第１弁口へ向かう流体の流れを遮断する逆止弁体が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の流量調整弁。
前記弁体に、前記逆止弁体が収納される収納室、該収納室と前記第１弁口とに連通するとともに前記第１弁口側と前記弁室側との差圧に応じて前記逆止弁体により開閉される逆止弁口、及び、該収納室と前記弁室とに常時連通する連通口が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の流量調整弁。
前記弁軸に、前記逆止弁体が収納される収納室、及び、該収納室と前記第１弁口とに連通するとともに前記第１弁口側と前記弁室側との差圧に応じて前記逆止弁体により開閉される逆止弁口が設けられ、前記収納室は前記弁室と前記連通空間を連通する上側連通路に連続して設けられて、前記収納室と前記弁室とが常時連通せしめられていることを特徴とする請求項８に記載の流量調整弁。