JP6964888B2 - 流量調整弁およびその組立方法 - Google Patents

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の流量調整に用いられる流量調整弁および流量調整弁の組立方法に関する。

従来の流量調整弁が特許文献１に開示されている。図２に示すように、特許文献１の流量調整弁９０１は、弁室９１４とオリフィス９３１とが設けられた本体９１１と、弁室９１４にオリフィス９３１と対向して配設される弁体９４０と、有底筒状の整流部材９２０と、を有している。整流部材９２０は、筒状部９２１と、筒状部９２１の下端を塞ぐように設けられた平板状の整流部９２２と、を一体に有している。筒状部９２１は、オリフィス９３１に連なるように配置されており、冷媒が流れる流体流路である弁口９３０をオリフィス９３１とともに構成している。整流部９２２には、複数の小孔９２４が設けられている。複数の小孔９２４を冷媒が通過することにより、液相および気相を含む二相流状態の冷媒中の気泡を細分化して、冷媒の流動に伴う流動音を低減できる。

特開２００７−１０７６２３号公報

流量調整弁９０１は、弁口９３０に接続されるパイプ９１９を有している。パイプ９１９は、径方向内方に突き出る突部９１９ａが設けられている。整流部材９２０は、本体９１１とパイプ９１９の突部９１９ａとの間に挟まれている。パイプ９１９は、上端９１９ｂが本体９１１に突き当てられた状態で本体９１１に固着されている。そして、整流部材９２０のがたつきを防ぐためには、パイプ９１９における突部９１９ａから上端９１９ｂまでの長さを、整流部材９２０の軸線Ｌ方向の長さと適切に合わせなければならない。そのため、高い精度の加工が必要となり、製造コストの上昇を招いていた。

そこで、本発明は、製造コストの上昇を抑制しつつ流動音を効果的に低減できる流量調整弁および流量調整弁の組立方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る流量調整弁は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に配置された弁体と、前記弁本体に取り付けられるパイプと、を有する流量調整弁であって、前記弁本体が、前記弁室に通じる弁口を構成する円筒部が設けられた本体部材と、孔を有する円板状に形成され、前記円筒部の先端を塞ぐように配置された整流部材と、を有し、前記パイプが、径方向内方に突き出るように設けられた突部を有し、前記円筒部が、前記パイプに挿入されており、前記整流部材が、前記突部と前記円筒部の先端との間に挟まれており、前記パイプの一端と前記本体部材との間に挿入方向にあく隙間が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、本体部材に設けられた円筒部が、パイプに挿入されている。整流部材が、径方向内方に突出するようにパイプに設けられた突部と円筒部の先端との間に挟まれている。そして、パイプの一端と本体部材との間に挿入方向にあく隙間が設けられている。このようにしたことから、パイプの一端が本体部材に突き当たることを回避できる。そのため、本体部材やパイプの寸法に多少のばらつきがあっても、整流部材をがたつきなく確実に固定できる。

本発明において、前記突部から前記パイプの一端までの長さが、前記円筒部の軸方向の長さより短い。このようにすることで、パイプの一端が本体部材に突き当たることをより確実に回避できる。

本発明において、前記本体部材には、前記円筒部の外周面を内周面とする環状溝が設けられており、前記パイプが、前記環状溝に圧入されている。このようにすることで、パイプが圧入により環状溝に保持されるため、ろう付けなどによってパイプを弁本体に取り付ける際にパイプを支える必要がなくなる。そのため、組立性を向上させることができる。

本発明において、前記突部が、環状に形成されており、前記整流部材の周縁部には、環状の曲面または環状の傾斜面が形成され、前記周縁部に前記突部が当接していることが好ましい。このようにすることで、整流部材が自動的に調心されてパイプと整流部材とを容易に同軸に配置できる。

本発明において、前記孔が複数設けられ、複数の前記孔のうちの一部の孔が前記円筒部の内周面をまたいで配置されていることが好ましい。このようにすることで、整流部材の開口率を効果的に高めることができる。

本発明において、前記一部の孔が複数設けられ、複数の前記一部の孔のうちの２つの孔が前記整流部材の中心を挟んで対向するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、整流部材が２つの孔の対向方向にずれて配置された場合でも、整流部材の開口率が減少してしまうことを抑制できる。

上記目的を達成するために、本発明に係る流量調整弁の組立方法は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に配置された弁体と、前記弁本体に取り付けられるパイプと、を有し、前記弁本体が、前記弁室に通じる弁口を構成する円筒部が設けられた本体部材と、孔を有する円板状に形成され、前記円筒部の先端を塞ぐように配置された整流部材と、を有する流量調整弁の組立方法であって、前記パイプにおける当該パイプの一端までの長さが前記円筒部の軸方向の長さより短くなる位置に、径方向内方に突き出る突部を設け、前記円筒部の先端を塞ぐように前記整流部材を配置するとともに前記円筒部を前記パイプの一端側に挿入して、前記整流部材を前記突部と前記円筒部の先端との間に挟み、前記パイプを前記本体部材に取り付けることを特徴とする。

本発明によれば、パイプにおける当該パイプの一端までの長さが円筒部の軸方向の長さより短くなる位置に、径方向内方に突き出る突部を設ける。円筒部の先端を塞ぐように整流部材を配置するとともに円筒部をパイプの一端側に挿入して、整流部材を突部と円筒部の先端との間に挟む。そして、パイプを本体部材に取り付ける。このようにしたことから、整流部材をパイプの突部と円筒部の先端との間に挟んだ状態において、パイプの一端と本体部材との間に挿入方向にあく隙間を設けることができる。これにより、パイプの一端が本体部材に突き当たることを回避できる。そのため、本体部材やパイプの寸法に多少のばらつきがあっても、整流部材をがたつきなく確実に固定できる。

本発明によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ流動音を効果的に低減できる。

本発明の一実施例に係る流量調整弁の構成を示す断面図である。 従来の流量調整弁を示す図である。

以下、本発明の一実施例に係る流量調整弁について、図１を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る流量調整弁の構成を示す断面図である。図１（ａ）は軸線Ｌに沿う縦断面図（弁開状態）である。図１（ｂ）は、整流部材の底面図（図１（ａ）において下方から見た図）である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の整流部材の変形例の構成を示す底面図である。

本実施例の流量調整弁１は、例えば、ヒートポンプ式冷暖房システム等において流体としての冷媒の流量を調整するのに用いられる電動弁である。

図１に示すように、流量調整弁１は、弁本体１０と、弁体４０と、を有している。

弁本体１０は、本体部材としてのシート部材１１と、ケース部材１８と、管継手としてのパイプ１９と、整流部材２０と、を有している。

シート部材１１は、例えば、ステンレスなどの金属材を切削加工することにより作製されている。シート部材１１は、底壁部１２と周壁部１３とを一体に有している。底壁部１２は円板状に形成されている。周壁部１３は円筒状に形成されている。周壁部１３は、底壁部１２の上面１２ａから上方に延びている。周壁部１３は、円筒状のケース部材１８の下端部に挿入されている。周壁部１３とケース部材１８とはろう付けにより固着されている。底壁部１２の上面１２ａと周壁部１３とケース部材１８とで、弁室１４を形成している。すなわち、底壁部１２の上面１２ａは弁室１４側の面であり、底壁部１２の下面１２ｂは弁室１４と反対側の面である。ケース部材１８には、横方向に貫通して弁室１４に接続された図示しないパイプが固着されている。なお、本実施例では、シート部材１１とケース部材１８とが別部材であり、これらを組み付けて互いに固着するものであるが、シート部材１１とケース部材１８とが本体部材として一体に作製されていてもよい。

底壁部１２の下面１２ｂには、環状溝１５が設けられている。環状溝１５の外径は、パイプ１９の外径よりわずかに小さい。環状溝１５には、パイプ１９の上端部が圧入される。底壁部１２とパイプ１９とはろう付けにより固着される。底壁部１２における環状溝１５の内側には、弁室１４から離れるように下方に延びる円筒部１６が設けられている。円筒部１６は、弁室１４に通じる後述の弁口３０を部分的に構成する。環状溝１５の内周面は円筒部１６の外周面となる。円筒部１６の軸は、図１の軸線Ｌに一致する。すなわち、軸線Ｌ方向は円筒部１６の軸方向である。円筒部１６は、環状溝１５へのパイプ１９の圧入に伴い、軸線Ｌ方向（挿入方向）に沿ってパイプ１９の上端１９ｂ側に挿入される。円筒部１６の先端１６ａは下方を向く環状平面である。底壁部１２の上面１２ａには、後述の弁口３０を囲む弁座１７が設けられている。弁座１７は、径方向内方を向き、弁室１４から離れるにしたがって径が小さくなる環状テーパー面である。弁座１７には、後述の弁体４０が接離される。

整流部材２０は、円筒部１６と同一径の円板状に形成されている。整流部材２０は、円筒部１６の先端１６ａの開口を塞ぐように当該先端１６ａに重ねて配置されている。整流部材２０は、円筒部１６の先端１６ａと、パイプ１９の内周面に径方向内方に突き出るように設けられた環状の突部１９ａとの間に挟まれている。整流部材２０が円筒部１６の先端１６ａとパイプ１９の突部１９ａとの間に挟まれた状態において、パイプ１９の一端である上端１９ｂと底壁部１２（具体的には環状溝１５の底面１５ａ）との間には挿入方向である軸線Ｌ方向にあく隙間Ｓが設けられている。パイプ１９における突部１９ａから上端１９ｂまでの長さＡが、円筒部１６の軸線Ｌ方向の長さＢより短い。このようにすることで、上記状態においてパイプ１９の上端１９ｂが底壁部１２に突き当たってしまうことを回避できる。そのため、シート部材１１やパイプ１９などの寸法に多少のばらつきがあっても、整流部材２０をがたつきなく確実に固定できる。パイプ１９は、円筒部１６および整流部材２０を内側に収容する。円筒部１６と整流部材２０とパイプ１９とは同軸に配置される。

整流部材２０は、複数の小孔２４が設けられている。複数の小孔２４を冷媒が通過することにより、液相および気相を含む二相流状態の冷媒中の気泡を細分化して、流動音を低減できる。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の小孔２４のうちの最も径方向外寄りに配置された小孔２４（２４ａ）は、その内面の一部が円筒部１６の内周面（後述の第３周面３５）と段差無く連なる（面一となる）ように配置されることが望ましい。このようにすることで、小孔２４を通過する際の冷媒の流れの乱れを軽減できる。

また、図１（ｃ）に示すように、複数の小孔２４のうちの一部の小孔２４（２４ｂ）を、円筒部１６の内周面（後述の第３周面３５）をまたぐように配置してもよい。例えば、図２に示す従来の有底筒状の整流部材９２０では、筒状部９２１に重なってしまうため周縁部の近くに小孔９２４を設けることができなかったが、整流部材２０を板状とすることで、周縁部近くにも小孔２４を設けることができる。そのため、小孔２４（２４ｂ）を円筒部１６の内周面をまたぐように配置して開口率を効果的に高めることができる。本実施例では、２つの小孔２４ｂを１組としてこれら小孔２４ｂを整流部材２０の中心Ｏを挟んで対向するように配置している。図１（ｃ）の例では４組設けられている。このようにすることで、整流部材２０が２つの小孔２４ｂの対向方向にずれて配置された場合でも、開口率が減少してしまうことを抑制できる。

本実施例において、整流部材２０の下方を向く面の周縁部２５は全周にわたって径方向断面が円弧状となる環状の曲面が形成されている。例えば、板金をパンチで打ち抜くことにより整流部材２０を作製した場合には、整流部材２０のパンチ側の面の周縁部２５に環状の曲面が形成される。面取り加工により環状の曲面（Ｒ面取り）を形成してもよい。整流部材２０は、パンチ側の面を下方に向けて配置する。周縁部２５には、環状の曲面に代えて、環状の傾斜面が形成されていてもよい。

パイプ１９の突部１９ａは、ロールカシメ加工機により全周にわたって縮径されることにより形成されている。突部１９ａの軸線Ｌ方向の断面は円弧状となっている。そのため、パイプ１９の突部１９ａが整流部材２０の周縁部２５に当接すると、整流部材２０が環状平面である円筒部１６の先端１６ａ上で自動的に調心されて、パイプ１９と整流部材２０とが同軸に配置される。なお、ポンチを用いて、突部１９ａを周方向に間隔をあけて複数個設けてもよい。

弁本体１０は、弁座１７の内側から円筒部１６を通り整流部材２０に至る流体流路としての弁口３０が形成されている。

弁口３０は、シート部材１１に円筒部１６と同軸に設けられている。弁口３０は、弁室１４側から順に連なる、第１周面３１と、第１テーパー面３２と、第２周面３３と、第２テーパー面３４と、第３周面３５と、を有している。

第１周面３１、第２周面３３および第３周面３５は、径方向内方を向く円筒状の周面である。第１周面３１の口径（内径）をＤ１とし、第２周面３３の口径（内径）をＤ２とし、第３周面３５の口径（内径）をＤ３とすると、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３となる。第１テーパー面３２および第２テーパー面３４は、径方向内方を向き、弁室１４から離れるに従って径が大きくなる環状テーパー面である。すなわち、弁口３０は、弁室１４から離れるにしたがって段々と径が大きくなるように形成されている。また弁口３０は、円筒状の周面と、弁室から離れるにしたがって徐々に径が大きくなるテーパー面と、を有し、周面とテーパー面とが交互に連なっている。本実施例において、第１テーパー面３２のテーパー角（角度θ１）と、第２テーパー面３４のテーパー角（角度θ２）とは同一（θ１＝θ２）である。本発明の目的に反しない限り、角度θ１および角度θ２は任意である。

弁体４０は、全体的に円柱状に形成されている。弁体４０は、胴部４１と、着座面部４２と、曲面部４３と、を一体に有している。胴部４１は、円柱状に形成されている。着座面部４２は、胴部４１の下端に連なっている。着座面部４２の外周面は、径方向外方を向き、上方から下方に向かうに従って径が小さくなる環状テーパー面である。曲面部４３は、着座面部４２の下端に連なっている。曲面部４３は、流量特性としてイコールパーセント特性に近似した特性を得るための形状を有している。本実施例において、曲面部４３は、楕球面を疑似するように先端に近づくに従って制御角（弁体４０の中心軸線（軸線Ｌ）と平行な線との交差角）が段階的に大きくされた複数段（ここでは５段）の円錐テーパー面部４３Ａ〜４３Ｅを有している。最上段の円錐テーパー面部４３Ａの第１制御角θａは、通常、３°＜θａ＜１５°（ここでは５°）に設定される。最下段の円錐テーパー面部４３Ｅは先の尖った円錐面となっている。

弁体４０は、曲面部４３が弁口３０と対向しかつ弁体４０の軸が軸線Ｌと一致するように弁室１４に配置されている。弁体４０は、例えば、雄ねじが設けられた弁軸、雌ねじが設けられたガイドステム、および、ステッピングモータなどで構成される図示しないねじ送り式昇降駆動機構により、弁座１７に対して接離するように上下方向に移動される。着座面部４２は、弁体４０が着座した際に弁座１７に接して弁口３０を閉じる。弁体４０は、弁座１７からの距離（リフト量）に応じて弁口３０を流れる冷媒の流量を変化させる。

次に、上述した流量調整弁１の組立方法について説明する。

板金をパンチで打ち抜くことにより、円筒部１６と同一径でかつ複数の小孔２４が設けられた円板状の整流部材２０を作製する。

直線状の銅管材を適切な長さに切断するとともにロールカシメ加工機で加工して、径方向内方に突き出した環状の突部１９ａが設けられたパイプ１９を作製する。具体的には、パイプ１９における、上端１９ｂまでの長さが円筒部１６の軸線Ｌ方向の長さより短くなる位置に、径方向内方に突き出る突部１９ａを設ける。

そして、円筒部１６の先端１６ａに整流部材２０を重ねて配置する。このとき、整流部材２０のパンチ側の面と反対側の面が円筒部１６の先端１６ａに接するように配置する。軸線Ｌ方向に沿ってパイプ１９をその上端１９ｂから環状溝１５に挿入し、同時に、パイプ１９の上端１９ｂ側に円筒部１６を挿入して、突部１９ａが整流部材２０に当接するまで押し込む（圧入する）。これにより、突部１９ａと円筒部１６の先端１６ａとの間に整流部材２０が挟まれて固定される。このとき、突部１９ａが整流部材２０の周縁部２５に当接することにより整流部材２０がパイプ１９と同軸になるように調心される。また、パイプ１９の上端１９ｂとシート部材１１との間に軸線Ｌ方向（挿入方向）にあく隙間Ｓが設けられる。シート部材１１の周壁部１３をケース部材１８の下端部に挿入する。そして、シート部材１１とパイプ１９およびシート部材１１とケース部材１８のそれぞれのろう付け箇所にろう材を設置して炉に投入する。これにより、シート部材１１、パイプ１９およびケース部材１８が固着され、パイプ１９とケース部材１８とが弁本体１０に取り付けられる。

次に、図示しないねじ送り式昇降駆動機構に弁体４０を取り付けたのち、ねじ送り式昇降駆動機構をパイプ１９およびシート部材１１がろう付けされているケース部材１８に組み付ける。このようにして、流量調整弁１が完成する。

以上より、本実施例の流量調整弁１によれば、シート部材１１に設けられた円筒部１６が、パイプ１９の上端１９ｂ側に挿入されている。整流部材２０が、径方向内方に突出するようにパイプ１９に設けられた突部１９ａと円筒部１６の先端１６ａとの間に挟まれている。そして、パイプ１９の上端１９ｂとシート部材１１との間に軸線Ｌ方向（挿入方向）にあく隙間Ｓが設けられている。このようにしたことから、パイプ１９の上端１９ｂがシート部材１１に突き当たることを回避できる。そのため、シート部材１１やパイプ１９の寸法に多少のばらつきがあっても、整流部材２０をがたつきなく確実に固定できる。

また、パイプ１９における突部１９ａから上端１９ｂまでの長さＡが、円筒部１６の軸線Ｌ方向の長さＢより短い。このようにすることで、パイプ１９の上端１９ｂがシート部材１１に突き当たることをより確実に回避できる。

また、シート部材１１には、円筒部１６の外周面を内周面とする環状溝１５が設けられている。そして、パイプ１９が、環状溝１５に圧入されている。このようにすることで、パイプ１９が圧入により環状溝１５に保持されるため、ろう付けによってパイプ１９をシート部材１１に取り付ける際にパイプ１９を支える必要がなくなる。そのため、組立性を向上させることができる。

また、パイプ１９の突部１９ａが、環状に形成されている。整流部材２０の周縁部２５には、環状の曲面が形成されている。そして、周縁部２５に環状の突部１９ａが当接している。このようにすることで、整流部材２０が自動的に調心されてパイプ１９と整流部材２０とを容易に同軸に配置できる。

上述した実施例の流量調整弁１では、整流部材２０が円筒部１６とパイプ１９の突部１９ａに挟まれることにより固定されているものであったが、例えば、プロジェクション溶接などにより整流部材２０を円筒部１６の先端１６ａに固着してもよい。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…流量調整弁、１０…弁本体、１１…シート部材、１２…底壁部、１３…周壁部、１４…弁室、１５…環状溝、１６…円筒部、１６ａ…先端、１７…弁座、１８…ケース部材、１９…パイプ、１９ａ…突部、１９ｂ…上端、２０…整流部材、２４、２４ａ、２４ｂ…小孔、３０…弁口、３１…第１周面、３２…第１テーパー面、３３…第２周面、３４…第２テーパー面、３５…第３周面、４０…弁体、４１…胴部、４２…着座面部、４３…曲面部、４３Ａ〜４３Ｅ…円錐テーパー面部、Ｓ…隙間、Ａ…パイプにおける突部から上端までの長さ、Ｂ…円筒部の軸方向の長さ

Claims (7)

1. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に配置された弁体と、前記弁本体に取り付けられるパイプと、を有する流量調整弁であって、
   前記弁本体が、前記弁室に通じる弁口を構成する円筒部が設けられた本体部材と、孔を有する円板状に形成され、前記円筒部の先端を塞ぐように配置された整流部材と、を有し、
   前記パイプが、径方向内方に突き出るように設けられた突部を有し、
   前記円筒部が、前記パイプに挿入されており、
   前記整流部材が、前記突部と前記円筒部の先端との間に挟まれており、
   前記パイプの一端と前記本体部材との間に挿入方向にあく隙間が設けられ、
   前記突部から前記パイプの一端までの長さが、前記円筒部の軸方向の長さより短いことを特徴とする流量調整弁。
2. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に配置された弁体と、前記弁本体に取り付けられるパイプと、を有する流量調整弁であって、
   前記弁本体が、前記弁室に通じる弁口を構成する円筒部が設けられた本体部材と、孔を有する円板状に形成され、前記円筒部の先端を塞ぐように配置された整流部材と、を有し、
   前記パイプが、径方向内方に突き出るように設けられた突部を有し、
   前記円筒部が、前記パイプに挿入されており、
   前記整流部材が、前記突部と前記円筒部の先端との間に挟まれており、
   前記パイプの一端と前記本体部材との間に挿入方向にあく隙間が設けられ、
   前記本体部材には、前記円筒部の外周面を内周面とする環状溝が設けられており、
   前記パイプが、前記環状溝に圧入されていることを特徴とする流量調整弁。
3. 前記突部から前記パイプの一端までの長さが、前記円筒部の軸方向の長さより短い、請求項２に記載の流量調整弁。
4. 前記突部が、環状に形成されており、
   前記整流部材の周縁部には、環状の曲面または環状の傾斜面が形成され、
   前記周縁部に前記突部が当接している、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の流量調整弁。
5. 前記孔が複数設けられ、
   複数の前記孔のうちの一部の孔が前記円筒部の内周面をまたいで配置されている、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の流量調整弁。
6. 前記一部の孔が複数設けられ、
   複数の前記一部の孔のうちの２つの孔が前記整流部材の中心を挟んで対向するように配置されている、請求項５に記載の流量調整弁。
7. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に配置された弁体と、前記弁本体に取り付けられるパイプと、を有し、前記弁本体が、前記弁室に通じる弁口を構成する円筒部が設けられた本体部材と、孔を有する円板状に形成され、前記円筒部の先端を塞ぐように配置された整流部材と、を有する流量調整弁の組立方法であって、
   前記パイプにおける当該パイプの一端までの長さが前記円筒部の軸方向の長さより短くなる位置に、径方向内方に突き出る突部を設け、
   前記円筒部の先端を塞ぐように前記整流部材を配置するとともに前記円筒部を前記パイプの一端側に挿入して、前記整流部材を前記突部と前記円筒部の先端との間に挟み、
   前記パイプを前記本体部材に取り付けることを特徴とする流量調整弁の組立方法。

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