JP7249301B2

JP7249301B2 - 調整ねじ機構の固定構造及び弁装置並びに冷凍サイクルシステム

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Publication number: JP7249301B2
Application number: JP2020046191A
Authority: JP
Inventors: 祐一佐藤; 雄一郎當山
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: JP2021148151A; CN113404879A; CN113404879B

Description

本発明は、弾性体の圧縮量を、当該弾性体の変形方向に相互に調整可能な雄ねじ部と雌ねじ部とからなるねじ機構により調整する調整ねじ機構の固定構造、及び弁装置並びに冷凍サイクルシステムに関する。

従来、弁装置において、弁内部に組み込まれた弾性体の圧縮量を調整する調整ねじ機構により、弁体（弁部材）の作動特性を調整する技術が、例えば特開２０１４－５９０６号広報（特許文献１）に開示されている。なお、この特許文献１ではコイルばね（圧縮ばね）が弾性体である。

特開２０１４－５９０６号広報

特許文献１における調整ねじ機構の固定構造としては、金属同士のかしめによる固定構造や、ねじ部への接着剤の塗布等による固定構造が用いられている。

しかし、かしめによる固定構造では、ねじ機構に樹脂部材を用いるのは困難であり、金属部材で構成する必要があり、弁装置の軽量化に制約がある。また、接着剤による固定構造では、接着剤が乾燥するまでに時間がかかり、加工時間が長くなるという問題がある。

本発明は、弾性体の圧縮量を雄ねじ部と雌ねじ部とからなるねじ機構により調整する調整ねじ機構の固定構造を用いた弁装置において、軽量化を図るとともに加工時間を短縮することを課題とする。

本発明の調整ねじ機構の固定構造は、弾性体の圧縮量を当該弾性体の変形方向に相互に調整可能な雄ねじ部と雌ねじ部とからなるねじ機構により調整する調整ねじ機構の固定構造であって、前記調整ねじ機構の前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが樹脂部材で構成され、当該雄ねじ部と雌ねじ部とが、互いに螺合部分の界面において、全周のうちの一部である一箇所のみが溶着により固定され、溶着部に対する周方向の反対側は溶着されておらず、前記雄ねじ部のねじ山の軸方向の前記弾性体側の斜面と、前記雌ねじ部のねじ山の軸方向の前記弾性体と反対側の斜面との間に隙間があることを特徴とする。

この際に、前記雄ねじ部と雌ねじ部とが、互いに螺合部分の界面の一部のみにて溶着により固定されていることを特徴とする調整ねじ機構の固定構造が好ましい。

また、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部との螺合状態において、雌ねじ谷底の径方向隙間と雄ねじ谷底の径方向隙間の合計が、雌ねじ谷底径と雄ねじ谷底径の差の２０％以上であることを特徴とする調整ねじ機構の固定構造が好ましい。

また、前記調整ねじ機構は、駆動アクチュエータが発生する荷重方向と対向する方向に荷重を発生させる前記弾性体の圧縮量を調整するよう構成されていることを特徴とする調整ねじ機構の固定構造が好ましい。

本発明の弁装置は、流体が流れる弁ポートの開度を弁体により制御するよう構成されるとともに、前記調整ねじ機構の固定構造を備えた弁装置であって、前記駆動アクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達するよう構成されたことを特徴とする。

この際に、前記弁体と前記弁ポートは、流入通路から流入する冷媒を絞って流出通路から該冷媒を膨張させて流出させる膨張弁として構成されたことを特徴とする弁装置が好ましい。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、絞り装置とを含む冷凍サイクルシステムであって、前記弁装置が、前記絞り装置として用いられていることを特徴とする。

本発明の調整ねじ機構の固定構造及び弁装置並びに冷凍サイクルシステムによれば、調整ねじ機構の雄ねじ部と雌ねじ部とが樹脂部材で構成されるとともに、この雄ねじ部と雌ねじ部とが超音波溶着により固定されているので、軽量化が図れるとともに加工時間を短縮することができる。

本発明の実施形態の弁装置としての温度式膨張弁を備えた冷却装置の一部断面図である。実施形態の温度式膨張弁における調整ねじ機構の要部拡大断面図である。実施形態における調整ねじの変形例１の要部拡大断面図である。実施形態における超音波溶着の工程を示す概略図である。実施形態における調整ねじの変形例２を示す図である。本発明の実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。

次に、本発明の調整ねじの固定構造及び弁装置並びに冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。

図６は実施形態の温度式膨張弁を用いた冷却装置の冷凍サイクルシステムの要部を示す図であり、先ず、実施形態の冷凍サイクルシステムについて説明する。図６において、１０は実施形態の温度式膨張弁、１００は圧縮機、２００は凝縮器、３００は蒸発器、４００はアキュムレータであり、これらは配管で環状に接続することにより冷凍サイクルシステムを構成している。温度式膨張弁１０は、後述のように、ハウジング２０内に装着され、ダイヤフラム式の駆動アクチュエータ３と例えば従来の感温筒と同様な感温筒５、及びキャピラリチューブ６を有している。ハウジング２０の流入通路２０Ｂは凝縮器２００の出口側配管２００ａに接続され、ハウジング２０の流出通路２０Ｃは蒸発器３００の入口側配管３００ａに接続されている。そして、蒸発器３００は冷却対象である図示しない発熱体に接触して併設されたり、空調、冷蔵用として冷やす室内雰囲気中等に配置され、この蒸発器３００の出口側配管３００ｂに感温筒５が取り付けられている。

圧縮機１００は冷凍サイクルシステムを流れる冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒は凝縮器２００で凝縮液化され、流入通路２０Ｂを通して温度式膨張弁１０に流入される。温度式膨張弁１０は流入される冷媒を減圧（膨張）して流出通路２０Ｃから蒸発器３００に流入させる。蒸発器３００は冷媒の一部を蒸発気化し、気液混合状態の冷媒がアキュムレータ４００に流入し、このアキュムレータ４００から気相冷媒が圧縮機１００に循環される。そして、蒸発器３００は、冷媒の一部を蒸発気化することで、発熱体や空気等から熱を吸収する。これにより発熱体、または空気等が冷却される。また、感温筒５には、吸着チャージ等によりガスが封入されており、この感温筒５はキャピラリチューブ６により駆動アクチュエータ３に連結されている。

図１は実施形態の弁装置としての温度式膨張弁を備えた冷却装置の一部断面図、図２は同温度式膨張弁における調整ねじ機構の要部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応しており、一点鎖線で示す軸線Ｘは後述の弁ポート３３の中心線であるとともに、作動軸３８及び弁体４の移動方向に対応している。

この実施形態の冷却装置は、ハウジング２０に実施形態の温度式膨張弁１０を搭載したものである。弁ハウジング２０は全体が金属部材によって構成され、このハウジング２０には、弁ユニット装着孔２０Ａ、流入通路２０Ｂ及び流出通路２０Ｃが形成されている。弁ユニット装着孔２０Ａは、軸線Ｘ方向下方で軸線Ｘを中心とする円柱状の小径室２０Ａ１と、この小径室２０Ａ１の上方で軸線Ｘを中心とする円柱状の大径室２０Ａ２と、大径室２０Ａ２の上方で軸線Ｘを中心とする薄型円柱状の駆動アクチュエータ室２０Ａ３とを有している。そして、弁ユニット装着孔２０Ａ内に温度式膨張弁１０が嵌合されている。

温度式膨張弁１０は、弁本体２と、駆動アクチュエータ３と、弁体４と、感温筒５（図６参照）と、によって構成される。なお、弁本体２とハウジング２０との間には、小径室２０Ａ１の大径室２０Ａ２側の端部と、大径室２０Ａ２の駆動アクチュエータ室２０Ａ３側の端部とには、ＯリングＰ，Ｑが設けられており、ＯリングＰにより流入通路２０Ｂと流出通路２０Ｃとの間の気密性が保たれている。また、ＯリングＱにより弁本体２とハウジング２０との外部空間に対する気密性が保たれている。

弁本体２は、樹脂部材によって構成され、ハウジング２０の小径室２０Ａ１と大径室２０Ａ２とに収容されている。弁本体２のうち小径室２０Ａ１に収容される下側部分２Ａは、軸線Ｘ方向を軸方向とする円筒状に形成され、その側面に側部開口２１を有するとともに下端に下端開口２２を有している。また、この下側部分２Ａの上部内周には弁ガイド孔２３が形成され、この弁ガイド孔２３内に弁体４が収容されている。そして、この下側部分２Ａの下端開口２２の軸線Ｘ方向内側において、雌ねじ部１１が形成されるとともに、その内側に樹脂部材で構成された調整ねじ１３が配設されている。調整ねじ１３の外周には雄ねじ部１２が形成されており、この雄ねじ部１２は雌ねじ部１１に螺合されるとともに、調整ねじ１３と弁体４との間に「弾性体」としての調整ばね１４が配設されている。この雌ねじ部１１と調整ねじ１３及び調整ばね１４は調整ねじ機構１を構成している。なお、調整ねじ１３の中心には貫通孔１３ａとレンチ孔１３ｂとが形成されている。

また、弁本体２のうち大径室２０Ａ２に収容される上側部分２Ｂは、後述する弁座部３２ａの上方において軸線Ｘ方向に沿って延びる筒状の作動軸ガイド孔２４と、作動軸ガイド孔２４に直交するように延びる冷媒通過部２５と、駆動アクチュエータ室２０Ａ３側から作動軸ガイド孔２４の回りにリング状の深溝として形成されたばね室２６と、ばね室２６と冷媒通過部２５とを連通する均圧孔２７と、を有している。

弁本体２の上部に構成された駆動アクチュエータ３は、薄型円盤状の上蓋３Ａと下蓋３Ｂとによりケース体を構成している。下蓋３Ｂは上蓋３Ａと対向するフランジ部３１と、このフランジ部３１に連結され軸線Ｘを中心とする有底円筒状の形状となる円筒部３２とを有している。また、下蓋３Ｂは、円筒部３２を弁本体２内にして弁本体２をインサート成形することにより弁本体２と一体に構成され、この円筒部３２の底部をなす弁座部３２ａが弁本体２の上側部分２Ｂの作動軸ガイド孔２４の下端側に配置されている。そして、この弁座部３２ａの中央には軸線Ｘを中心とする弁ポート３３が形成されている。

なお、ハウジング２０の駆動アクチュエータ室２０Ａ３には抜け止め部材３Ｃが取り付けられており、駆動アクチュエータ３の上蓋３Ａの外縁部の上面が抜け止め部材３Ｃによって係止されることにより、駆動アクチュエータ３および弁本体２が弁ユニット装着孔２０Ａから脱落しないようになっている。

また、上蓋３Ａと下蓋３Ｂの間にはダイヤフラム３４を備えており、このダイヤフラム３４によってダイヤフラム室３５と均圧室３６が区画されている。下蓋３Ｂ内には当金３７が配設されており、この当金３７に作動軸３８が接続されている。なお、ばね室２６内において、ばね室２６の底部と当金３７との間にはコイルばね３９が圧縮した状態で配設されている。これにより、コイルばね３９は作動軸３８をダイヤフラム３４側に付勢している。

作動軸３８は作動軸ガイド孔２４内に摺動可能に挿通されている。また、作動軸３８の下端部３８ａは、弁ポート３３を通過可能な外径を有するようにピン状になっており、この作動軸３８の下端部３８ａは弁ポート３３を貫通している。そして、この作動軸３８の下端部３８ａはダイヤフラム３４の動作を弁体４に伝達する。

弁体４は、上面が閉塞されて下面が開口した有底筒状に形成され、その内側に内空間４１を有している。また、上面の一部に弁ポート３３と内空間４１を連通する貫通孔４２が形成されるとともに、上面の中央にニードル部４３を有している。そして、このニードル部４３が弁座部３２ａに対して接近または離隔することで弁ポート３３の開度が制御される。また、このニードル部４３の上端には作動軸３８の下端部３８ａが当接されている。

以上の構成により、流入通路２０Ｂは凝縮器２００から冷媒を受け入れ、この冷媒は、２０Ａに導入された後、下側部分２Ａの側部開口２１及び調整ねじ１３のレンチ孔１３ｂ及び貫通孔１３ａ、弁体４の内空間４１及び貫通孔４２、弁ポート３３および冷媒通過部２５をこの順で通過し、流出通路２０Ｃから蒸発器３００に送り出される。また、感温筒５の感知温度に応じてダイヤフラム室３５の内圧が上昇または低下すると、ダイヤフラム室３５が膨張または収縮するようにダイヤフラム３４が変形する。そして、このダイヤフラム３４の変形に伴い、作動軸３８が軸線Ｘ方向に移動し、弁ポート３３と弁体４のニードル部４３との隙間すなわち弁開度が変化する。

そして、温度式膨張弁１０の調整ねじ機構１において、調整ばね１４は、弁体４に対して下方に設けられて上方への付勢力を付与するよう構成されるとともに、雌ねじ部１１に対する調整ねじ１３のねじ込み量によって、この弁体４に対する付勢力が調整可能となっている。すなわち、調整ねじ１３のねじ込み量を調整することで、弁体４が作動軸３８を押圧する力を調整することができるので、ダイヤフラム室３５の導入圧力に応じて弁ポート３３が開き始める圧力、すなわち設定圧力を調整することができる。なお、調整ねじ１３のねじ込み（回転）を行うときは、調整ねじ１３のレンチ孔１３ｂにレンチ等を嵌合して回転させる。

温度式膨張弁１０は、上記のように設定圧力を調整したあと、弁本体２の下側部分２Ａの雌ねじ部１１において、調整ねじ１３が固着されている。弁本体２と調整ねじ１３とは、それぞれ樹脂部材（樹脂製の部品）であり、図２のようにして超音波溶着されている。なお、超音波溶着とは、超音波振動により雄ねじ部と雌ねじ部との界面が溶融して接着されることである。

すなわち、図２において下側部分２Ａの雌ねじ部１１と調整ねじ１３の雄ねじ部１２との境界部分に溶融固化層Ｄ（楕円の細かいハッチングの部分）が形成されている。図４は超音波溶着の工程を示す概略図であり、ロッド軸４０ａを設けた固定治具４０に対して温度式膨張弁１０を装着する。具体的には、ロッド軸４０ａを調整ねじ１３のレンチ孔１３ｂと貫通孔１３ａに挿通するとともに、駆動アクチュエータ３の上蓋３Ａと下蓋３Ｂの外周縁を固定治具４０の水平台４０ｂから浮かせた状態で載置する。そして、弁本体２０の下側部分２Ａにホーン５０を押しつけて、超音波溶着する。

弁本体２の下側部分２Ａの外周に軸線Ｘ（中心軸）と直角方向からホーン５０を押し付ける為、下側部分２Ａの押し付けられた側は超音波振動により雄ねじ部と雌ねじ部との界面が溶融して接着されるが、ホーン５０を押し付けていない反対側は、ねじガタ分、雄ねじ部と雌ねじ部との界面に隙間があり非接触の為、溶着されない部分がある。また、図４の様に水平台４０ｂから浮かせた状態で載置しているので、ホーン５０を押し付けられた側は溶融にて、軸線Ｘ（中心軸）と直角方向に溶けた分、弁本体２が下に移動するので、ホーン５０を押し付けていない反対側はねじ間に隙間が更に開き、溶着されにくい。従って、雄ねじ部と雌ねじ部とが、互いに螺合部分の界面の全周に対して一部のみにて溶着により固定されている。螺合部分の一部が溶融されずに残ることで、溶融時の軸線Ｘ方向のズレが抑制される為、前記弾性体の圧縮量を精度よく調整する場合には、好ましい。一部のみにて溶着により固定されているが、一部でも、溶融条件により、固定強度は十分にある。

また、この実施形態では、図２に示すように、調整ねじ１３の雄ねじ部１２の外周部分（螺旋の稜線相当部分）の一部に欠損部分が形成されている。すなわち、雄ねじ部１２と雌ねじ部１１との一方（雄ねじ部１２）のねじ山の高さが他方（雌ねじ部１１）のねじ溝の深さより小さくなっている。こにれより、雄ねじ部１２の山と雌ねじ部１１の谷との間に「溶融溜まり」としての空隙Ｓ１が形成されている。これにより、超音波溶着時の溶融樹脂が流路等にはみ出すことがない為、はみ出し部が外れ、冷凍サイクルシステムの流路内に異物として流出し不具合となる事を防止することができる。

また、この図２の実施形態では、雄ねじ部１２と雌ねじ部１１との一方（雄ねじ部１２）のねじ山の高さが他方（雌ねじ部１１）のねじ溝の深さより小さい例について示したが、小さいものに限定するものではなく同じ寸法の場合も含む図３の変形例１について説明する。図３に示すように、溶融前の状態において、雌ねじの谷の径［Ｄ１］と雄ねじの山の頂径（外径）［Ｄ２］の差［Ａ］（雌ねじ谷底の径方向隙間）と、雌ねじの内径［Ｄ３］と雄ねじの谷の径［Ｄ４］の差［Ｂ］（雄ねじ谷底の径方向隙間）の合計(Ａ＋Ｂ)が、雌ねじの谷の径［Ｄ１］と雄ねじの谷の径［Ｄ４］の差［Ｃ］（雄ねじと雌ねじの谷底間径方向長さ）の２０％以上、
すなわち、
Ａ＝Ｄ１－Ｄ２
Ｂ＝Ｄ３－Ｄ４
Ｃ＝Ｄ１－Ｄ４において
（Ａ＋Ｂ）/Ｃ×１００≧２０
とすることで、「溶融溜まり」としての隙間［Ａ］の空隙Ｓ１と隙間［Ｂ］の空隙Ｓ３が十分形成される。これにより、超音波溶着時の溶融樹脂が流路等にはみ出すことがない為、はみ出し部が外れ、冷凍サイクルシステムの流路内に異物として流出し不具合となる事を防止することができる。

また、雌ねじの谷の径［Ｄ１］と雄ねじの山の頂径（外径）［Ｄ２］の差［Ａ］（雌ねじ谷底の径方向隙間）と、雌ねじの内径［Ｄ３］と雄ねじの谷の径［Ｄ４］の差［Ｂ］（雄ねじ谷底の径方向隙間）の合計(Ａ＋Ｂ)が、雌ねじの谷の径［Ｄ１］と雄ねじの谷の径［Ｄ４］の差［Ｃ］（雄ねじと雌ねじの谷底間径方向長さ）の３０～４０％とすることが好ましく、これにより、上記よりも十分に溶融樹脂を逃がせる空隙を確保できる為、より望ましい。また、５０％程度とすると、更に望ましい。

図５は実施形態における調整ねじの変形例２を示す図であり、この変形例２の調整ねじ１３′は、雄ねじ部１２′の軸線Ｘ方向の両外側端部において、雌ねじ部１１と螺合しない欠損部を設け、この欠損部の部分において、雄ねじ部１２′の山の欠損部の部分と雌ねじ部１１の谷との間に「溶融溜まり」としての空隙Ｓ２を設けたものである。これにより、超音波溶着時の溶融樹脂Ｇが流路等にはみ出すことがない為、はみ出し部が外れ、冷凍サイクルシステムの流路内に異物として流出し不具合となる事を防止することができる。

以上、弁装置としての温度式膨張弁について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。前記実施形態では弁装置として温度式膨張弁の例を示したが、雄ねじと雌ねじの螺合による調整ねじ機構を備えた弁装置に適用できる。例えば、特許文献１のように、コイルばねの変形量を調整して設定圧力を調整するような圧力調整弁に適用してもよい。また、温度式膨張弁や、圧力調整弁に限らず、調整ばね等の弾性体の変形量を調整する機構を設けたその他の電磁弁や電動弁等の弁装置に適用してもよい。また、弁装置以外の機器に適用しても良い。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述し、その他の実施形態についても詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１調整ねじ機構
１１雌ねじ部
１２雄ねじ部
１３調整ねじ
１４調整ばね
２弁本体
２Ａ下側部分
２Ｂ上側部分
２１側部開口
２２下端開口
２３弁ガイド孔
２４作動軸ガイド孔
２５冷媒通過部
２６ばね室
２７均圧孔
３駆動アクチュエータ
３Ａ上蓋
３Ｂ下蓋
３Ｃ抜け止め部材
３１フランジ部
３２円筒部
３２ａ弁座部
３３弁ポート
３４ダイヤフラム
３５ダイヤフラム室
３６均圧室
３７当金
３８作動軸
３８ａ下端部
３９コイルばね
４弁体
４１内空間
４２貫通孔
４３ニードル部
５感温筒
Ｘ軸線
１０温度式膨張弁
２０ハウジング
２０Ａ弁ユニット装着孔
２０Ｂ流入通路
２０Ｃ流出通路
１００圧縮機
２００凝縮器
３００蒸発器
４００アキュムレータ

Claims

弾性体の圧縮量を当該弾性体の変形方向に相互に調整可能な雄ねじ部と雌ねじ部とからなるねじ機構により調整する調整ねじ機構の固定構造であって、
前記調整ねじ機構の前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが樹脂部材で構成され、当該雄ねじ部と雌ねじ部とが、互いに螺合部分の界面において、全周のうちの一部である一箇所のみが溶着により固定され、溶着部に対する周方向の反対側は溶着されておらず、前記雄ねじ部のねじ山の軸方向の前記弾性体側の斜面と、前記雌ねじ部のねじ山の軸方向の前記弾性体と反対側の斜面との間に隙間があることを特徴とする調整ねじ機構の固定構造。
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部との螺合状態において、雌ねじ谷底の径方向隙間と雄ねじ谷底の径方向隙間の合計が、雌ねじ谷底径と雄ねじ谷底径の差の２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の調整ねじ機構の固定構造。
前記調整ねじ機構は、駆動アクチュエータが発生する荷重方向と対向する方向に荷重を発生させる前記弾性体の圧縮量を調整するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の調整ねじ機構の固定構造。
流体が流れる弁ポートの開度を弁体により制御するよう構成されるとともに、請求項３の調整ねじ機構の固定構造を備えた弁装置であって、前記駆動アクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達するよう構成されたことを特徴とする弁装置。
前記弁体と前記弁ポートは、流入通路から流入する冷媒を絞って流出通路から該冷媒を膨張させて流出させる膨張弁として構成されたことを特徴とする請求項４に記載の弁装置。
圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、絞り装置とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項５に記載の弁装置が、前記絞り装置として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。