JP7418807B2 - valve device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、カーエアコン等に使用される弁装置に関する。 The present invention relates to a valve device used in, for example, a car air conditioner.
従来の弁装置の一例として圧力調整弁が特許文献1に開示されている。特許文献1の圧力調整弁は、筒状の本体ケースと、弁体と、ベローズと、を有している。本体ケースは、流体流路を有している。弁体およびベローズは、流体流路内に配置されている。ベローズ内には、ガイド、ステム、ベローズ押さえ部およびコイルばねが配置されている。ガイドは、筒状に形成されている。ステムは、一端がベローズ押さえ部に固定されており、ガイドに対して軸方向に移動可能に支持されている。コイルばねは、その両端がガイドとベローズ押さえ部とに当接しており、ガイドとベローズ押さえ部とを離間する方向に付勢している。ガイドおよびステムは、コイルばねの内側に配置されている。
A pressure regulating valve is disclosed in
ベローズは、その底板部が、連結プレートを介在して弁体に連結されており、ベローズの底板部、連結プレートおよび弁体を流体流路の入口側に配置されている弁座部方向に付勢する。 The bottom plate of the bellows is connected to the valve body through a connection plate, and the bottom plate of the bellows, the connection plate, and the valve body are attached toward the valve seat located on the inlet side of the fluid flow path. to strengthen
特許文献1の圧力調整弁では、本体ケースの入口側の流体圧力が高くなると弁体が出口側に移動する。弁体の出口側への移動によりベローズの底板部および連結プレートが出口側に押されて、コイルばねが押し縮められる。このとき、コイルばねが径方向に座屈して、コイルばねがベローズやガイドと擦れるおそれがあった。そのため、流体圧力に応じた弁体の開度特性に影響が生じるおそれがあった。
In the pressure regulating valve of
コイルばねの座屈を抑えるためには、ばね定数の大きなコイルばねを使用して縦横比を抑えることが考えられるが、ばね定数の大きな単体のコイルばねを使用すると、弁の開閉量の増減によるばね荷重の変化が大きくなり、弁を大きく開いた時や高負荷時に蒸発温度が高くなったり、弁開度を小さく絞りたい低負荷時に蒸発温度が低くなって蒸発器が凍結したりする問題があった。 In order to suppress the buckling of the coil spring, it is possible to use a coil spring with a large spring constant to suppress the aspect ratio, but if a single coil spring with a large spring constant is used, the buckling of the valve may increase or decrease due to the amount of opening and closing of the valve. The problem is that the change in spring load becomes large, causing the evaporation temperature to rise when the valve is opened wide or under high load, and the evaporation temperature to become low and the evaporator to freeze when the valve opening is to be narrowed at low loads. there were.
そこで、本発明は、適度な開弁特性を保持しつつ、コイルばねの座屈を抑制できる弁装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a valve device that can suppress buckling of a coil spring while maintaining appropriate valve opening characteristics.
上記目的を達成するために、本発明に係る弁装置は、流体流路を有する本体ケースと、前記流体流路内に配置され、流体の流動方向に移動する弁体と、前記流体流路内に配置され、上流側の端部が前記弁体と接続されかつ下流側の端部が前記本体ケースに固定されたベローズと、前記ベローズの伸縮に応じて伸縮するように前記ベローズ内に直列に配置された複数のコイルばねと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a valve device according to the present invention includes a main body case having a fluid flow path, a valve body disposed within the fluid flow path and moving in the fluid flow direction, and a valve body disposed within the fluid flow path that moves in the fluid flow direction. a bellows arranged in the valve body, the upstream end of which is connected to the valve body, and the downstream end of which is fixed to the main body case; A plurality of coil springs are arranged.
本発明において、前記弁装置は、前記複数のコイルばねの間に配置されたリング部材をさらに有していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the valve device further includes a ring member disposed between the plurality of coil springs.
本発明によれば、弁装置が、ベローズの伸縮に応じて伸縮するようにベローズ内に直列に配置された複数のコイルばねを有している。このようにしたことから、1つのコイルばねのみ有する構成に比べて、複数のコイルばねのそれぞれの縦横比を小さくすることができる。そのため、それぞれのコイルばねにおいてコイルばねの径方向への変形を抑制できる。 According to the present invention, the valve device includes a plurality of coil springs arranged in series within the bellows so as to expand and contract in response to expansion and contraction of the bellows. By doing so, the aspect ratio of each of the plurality of coil springs can be made smaller compared to a configuration having only one coil spring. Therefore, deformation of each coil spring in the radial direction can be suppressed.
以下、本発明の弁装置の一実施例に係る圧力調整弁について、図1、図2を参照して説明する。図1は、本発明の弁装置の一実施例に係る圧力調整弁の断面図である。図2は、閉弁状態でのステム、ガイド、ばね受け部材およびコイルばねを模式的に示す断面図である。図2(a)は、本実施例の圧力調整弁について示し、図2(b)は、比較例の圧力調整弁について示す。 Hereinafter, a pressure regulating valve according to an embodiment of the valve device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a sectional view of a pressure regulating valve according to an embodiment of the valve device of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the stem, guide, spring receiving member, and coil spring in the valve closed state. FIG. 2(a) shows the pressure regulating valve of the present example, and FIG. 2(b) shows the pressure regulating valve of the comparative example.
本実施例の圧力調整弁は、例えば、カーエアコン等において、蒸発器と圧縮機との間に配置される。この圧力調整弁は、蒸発器内の冷媒(流体)の圧力が所定圧以下とならないように調整して蒸発器の着霜を防止している。 The pressure regulating valve of this embodiment is placed between an evaporator and a compressor in, for example, a car air conditioner. This pressure regulating valve prevents frost formation on the evaporator by adjusting the pressure of the refrigerant (fluid) in the evaporator so that it does not fall below a predetermined pressure.
図1に示すように、圧力調整弁1は、本体ケース10と、弁体20と、ベローズアセンブリ30と、を有している。
As shown in FIG. 1, the
本体ケース10は、ケース本体部11と、ケース出口部16と、ワッシャー17と、を有している。
The
ケース本体部11は、略円筒状に形成されている。ケース本体部11は、軸線L方向に同軸に連なる入口側端部12、中間部13および出口側端部14を一体的に有している。入口側端部12には、断面形状が円形の入口流路12aが設けられている。中間部13には、入口流路12aより大径の中間流路13aが設けられている。出口側端部14は、中間流路13aより大きい内径を有している。ケース本体部11における入口側端部12と中間部13との間の段部11aには、円環状の弁座15が設けられている。弁座15は、出口側(すなわち、下流側であり、図1の左側)に向けられている。
The case
ケース出口部16は、略円筒状に形成されている。ケース出口部16には、出口流路16aが設けられている。入口流路12a、中間流路13aおよび出口流路16aは、同軸に連なり、流体流路5を構成している。軸線L方向は、流体流路5を流れる冷媒の流動方向でもある。ケース出口部16は、入口側(すなわち上流側であり、図1の右側)の端部がケース本体部11の出口側端部14に挿入されている。ケース出口部16の外周には溝状の環状凹部が形成されている。環状凹部には、Oリングが配置されている。Oリングは、ケース本体部11とケース出口部16とに挟まれて弾性変形することにより、流体流路の気密を確保している。ケース出口部16は、ケース本体部11との間にワッシャー17を挟んだ状態で、出口側端部14にかしめにより固定されている。
The
ワッシャー17は、円形環状部18と、複数の脚部19と、を一体的に有している。円形環状部18の内周面には、雌ねじ18aが形成されている。複数の脚部19は、円形環状部18の外周面に周方向に間隔をあけて配置されている。本実施例では、3つの脚部19が周方向に等間隔で配置されている。複数の脚部19は、円形環状部18から放射状に延びている。ワッシャー17は、複数の脚部19の先端がケース本体部11(具体的には、中間部13と出口側端部14との間の段部)とケース出口部16との間に挟まれている。
The
弁体20は、小径部21と、大径部22と、を一体的に有している。小径部21は、円筒状に形成されている。小径部21の外径は入口流路12aの内径よりわずかに小さい。小径部21は、入口流路12aに摺動可能に挿入されている。小径部21は、入口流路12aと軸線L上で同軸となるように配置される。小径部21には、周方向に延びるスリット状の流通孔21aが設けられている。大径部22は、小径部21より大径の円板状に形成されている。大径部22は、小径部21に同軸に連設されており、中間流路13aに配置されている。弁体20は、入口流路12aおよび中間流路13aにまたがるように配置されている。弁体20は、軸線L方向に移動可能である。
The
弁体20は、流体流路5を開閉する。具体的には、弁体20が入口側に移動すると大径部22が弁座15に接して、入口流路12aに対して中間流路13aが閉じられる(閉弁状態)。弁体20が出口側に移動すると大径部22が弁座15から離れて、入口流路12aに対して中間流路13aが開かれる(開弁状態)。開弁状態において、入口流路12aが、弁体20の内側流路21bおよび流通孔21aを介して中間流路13aに接続される。
The
ベローズアセンブリ30は、ベローズ31と、調整ねじ部材32と、ガイド36と、ステム37と、ばね受け部材38と、コイルばね39A、39Bと、リング部材39Cと、連結プレート40と、を有している。ガイド36、ステム37、ばね受け部材38、コイルばね39A、39Bおよびリング部材39Cはベローズ31内に配置されている。
The
ベローズ31は、周壁部31aと、底板部31bと、を一体的に有している。周壁部31aは、伸縮可能な蛇腹構造を有する管状に形成されている。周壁部31aの上流側の端部を塞ぐように、底板部31bが周壁部31aに連設されている。周壁部31aの下流側の端部を塞ぐように、調整ねじ部材32が周壁部31aに取り付けられている。ベローズ31の内部空間は密閉されている。ベローズ31の内部は、真空状態にされている。または、ベローズ31の内部には、窒素やヘリウム等の不活性ガスが封入されている。ベローズ31は、中間流路13a内において弁体20より下流側に配置されている。ベローズ31の上流側の端部である底板部31bは、連結プレート40を介して弁体20と接続されている。ベローズ31の下流側の端部は、調整ねじ部材32を介して本体ケース10のワッシャー17に固定されている。
The bellows 31 integrally includes a
調整ねじ部材32は、ねじ部33と、蓋部34と、を一体に有している。ねじ部33は、略円柱状に形成されている。ねじ部33は、外周面に雄ねじ33aが形成されている。雄ねじ33aは、ワッシャー17の雌ねじ18aに螺合されている。雄ねじ33aには、ナット41が螺合される。蓋部34は、略円板状に形成されている。蓋部34は、ねじ部33に同軸に連設されている。蓋部34の周縁部は、ベローズ31の周壁部31aの下流側の端部に溶接により固着されている。蓋部34における上流側を向く面の中央には、円形のガイド受け凹部35が設けられている。
The
ガイド36は、ガイド本体部36aと、底壁部36bと、フランジ部36cと、を一体的に有している。ガイド本体部36aは、円筒状に形成されている。底壁部36bは、ガイド本体部36aの上流側の端部を塞いでいる。底壁部36bには、貫通孔36dが設けられている。フランジ部36cは、ガイド本体部36aの下流側の端部に径方向外方に突出する円環状の突部である。フランジ部36cは、ガイド受け凹部35内に配置されている。
The
ステム37は、円柱状に形成されている。ステム37は、胴部37aと、軸部37bと、を一体的に有している。胴部37aは、ガイド36のガイド本体部36aに摺動可能に収容される。軸部37bは、胴部37aより小径であり、ガイド36の貫通孔36dに挿通されている。ステム37は、ガイド36に軸方向に移動可能に支持されている。ガイド36およびステム37は、それぞれの軸が軸線Lと一致するようにベローズ31内に配置されている。ガイド36およびステム37は、ベローズ31の伸縮に応じて軸線L方向に相対移動するように構成されている。
The
ばね受け部材38は、円形の皿状に形成されている。ばね受け部材38は、ステム37の軸部37bの先端にかしめによって固定されている。ばね受け部材38は、ベローズ31の底板部31bに接している。
The
コイルばね39A、39Bは、圧縮コイルばねである。コイルばね39A、39Bは、互いに同一の構成(材料、線材径、コイル内径、コイル外径、巻き数、長さなど)を有する。コイルばね39A、39Bは、異なる構成を有していてもよい。リング部材39Cは、金属製または樹脂製であり、円環板状に形成されている。
The coil springs 39A and 39B are compression coil springs. The coil springs 39A and 39B have the same configuration (material, wire diameter, coil inner diameter, coil outer diameter, number of turns, length, etc.). Coil springs 39A, 39B may have different configurations. The
コイルばね39A、39Bは、リング部材39Cを間に挟んで軸線L方向に直列に配置されている。リング部材39Cの外径は、コイルばね39A、39Bの外径より大きい。リング部材39Cの内径は、ガイド36のガイド本体部36aの外径より大きく、かつ、コイルばね39A、39Bの内径より小さい。コイルばね39A、39Bの内径は、ガイド36のフランジ部36cの外径より小さく、かつ、ばね受け部材38の外径より小さい。
The coil springs 39A and 39B are arranged in series in the direction of the axis L with the
コイルばね39A、39Bおよびリング部材39Cの内側には、ガイド36およびステム37が配置されている。コイルばね39A、39Bおよびリング部材39Cは、ガイド36のフランジ部36cとばね受け部材38との間に配置されている。コイルばね39A、39Bは、ばね受け部材38を介してベローズ31の底板部31bを上流側に押している。そのため、ばね受け部材38は、コイルばね39A、39Bによってベローズ31の底板部31bに押し付けられている。これにより、ばね受け部材38に固定されたステム37は、底板部31bと連動する。コイルばね39A、39Bがベローズ31の底板部31bを押す力は、ガイド36および調整ねじ部材32によって支えられている。
A
本実施例の圧力調整弁1は、2つのコイルばね39A、39Bを有しているが、3つ以上のコイルばねを有していてもよい。圧力調整弁1において、リング部材39Cを省略して、コイルばね39A、39Bを直接的に直列に配置してもよい。圧力調整弁1では、2つのコイルばね39A、39Bおよびリング部材39Cは、互いに固定されていないが、溶接や接着などにより互いに固定してもよい。
Although the
連結プレート40は、円板状に形成されている。連結プレート40は、ベローズ31の底板部31bに溶接により固着されている。連結プレート40は、底板部31bと同軸に配置されている。連結プレート40は、弁体20の大径部22によって径方向(軸線Lと直交する方向)に移動可能に保持されている。連結プレート40によって、ベローズ31と弁体20とが連結されている。
The
次に、上述した圧力調整弁1における動作について説明する。
Next, the operation of the
圧力調整弁1は、入口流路12aの冷媒が弁体20を下流側に押す力(「力F1」という)よりベローズ31およびコイルばね39A、39Bが弁体20を上流側に押す力(「力F2」という)が大きいと、弁体20が弁座15に接して閉弁状態となる。
In the
閉弁状態において、入口流路12aの冷媒の圧力が高くなり、上記力F1が上記力F2より大きくなると、弁体20が下流側に移動して弁体20が弁座15から離れて開弁状態となる。開弁状態において、連結プレート40およびベローズ31の底板部31bを介して弁体20と接続されたばね受け部材38が、弁体20とともに下流側に移動する。このとき、コイルばね39A、39Bは、ベローズ31とともに押し縮められる。
In the valve closed state, when the pressure of the refrigerant in the
開弁状態において、入口流路12aの冷媒の圧力が低くなり、上記力F1が上記力F2より小さくなると、弁体20が上流側に移動して弁体20が弁座15に接して閉弁状態となる。このとき、コイルばね39A、39Bは、ベローズ31とともに伸長する。すなわち、コイルばね39A、39Bは、ベローズ31の伸縮に応じて伸縮するように、ベローズ31内に配置されている。
In the valve open state, when the pressure of the refrigerant in the
図2に、開弁状態における、ベローズ31内のガイド36、ステム37、ばね受け部材38およびコイルばねを模式的に示す。図2(a)は、2つコイルばね39A、39Bを有する構成(本実施例)を模式的に示す断面図である。図2(b)は、2つのコイルばね39A、39Bに代えて、1つのコイルばね139を有する構成(比較例)を模式的に示す断面図である。
FIG. 2 schematically shows the
図2(a)に示すように、2つのコイルばね39A、39Bを有する構成では、コイルばね39A、39Bのそれぞれの縦横比(自由長/コイル平均径)が小さくなる。そのため、コイルばね39A、39Bが押し縮められたときに、径方向にたわむように変形してしまうことを抑制できる。
As shown in FIG. 2(a), in the configuration having two
一方、図2(b)に示すように、1つのコイルばね139を有する構成では、コイルばね139の縦横比が大きくなる。そのため、コイルばね139が押し縮められたときに、径方向にたわむように変形してしまうおそれがある。
On the other hand, in the configuration having one
また、ばね定数aとなるコイルばね39A、39Bを直列に組み合わせて1つのコイルばね139と同じばね定数kを実現した場合、以下の式(1)が成立する(ただしリング部材39Cの厚さは無視できる程度に小さいものとする)。そして、式(1)から式(2)が導かれる。
1/k=(1/a)+(1/a) ・・・ (1)
a=2k ・・・ (2)
Furthermore, when the
1/k=(1/a)+(1/a)... (1)
a=2k... (2)
式(2)から明らかなように、コイルばね39A、39Bのそれぞれのばね定数aをばね定数kの2倍に設定することになる。そのため、1つのコイルばね139に比べて、コイルばね39A、39Bの線材径を大きくすることができる。これにより、コイルばね39A、39Bの剛性を高くすることができ、径方向の変形をより効果的に抑制できる。また、コイルばね39A、39Bの剛性が高いと、コイルばね39A、39Bの両端部の研磨加工において当該両端部の平行度を容易に高めることができる。
As is clear from equation (2), the spring constant a of each of the
以上より、本実施例の圧力調整弁1は、ベローズ31の伸縮に応じて伸縮するようにベローズ31内に直列に配置された2つのコイルばね39A、39Bを有している。このようにしたことから、1つのコイルばねのみ有する構成に比べて、コイルばね39A、39Bのそれぞれの縦横比を小さくすることができる。そのため、コイルばね39A、39Bの径方向への変形を抑制できる。
As described above, the
また、圧力調整弁1は、コイルばね39A、39Bの間に配置されたリング部材39Cを有している。そのため、リング部材39Cを省略してコイルばね39A、39Bを直接的に直列に配置する構成に比べて、コイルばね39A、39Bの線材を比較的広い面に接触させることができる。これにより、コイルばね39A、39Bの端部を安定して支持することができる。また、リング部材39Cの厚さ(軸線L方向の大きさ)を変えることで、コイルばね39A、39Bが弁体20を押す力を調整することができる。
Moreover, the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these examples. Additions, deletions, and design changes to the above-mentioned embodiments by those skilled in the art as appropriate, as well as combinations of features of the embodiments as appropriate, are also within the scope of the present invention, as long as they do not go against the spirit of the present invention. included in the range.
1…圧力調整弁、5…流体流路、10…本体ケース、11…ケース本体部、11a…段部、12…入口側端部、12a…入口流路、13…中間部、13a…中間流路、14…出口側端部、15…弁座、16…ケース出口部、16a…出口流路、17…ワッシャー、18…円形環状部、18a…雌ねじ、19…脚部、20…弁体、21…小径部、21a…流通孔、21b…内側流路、22…大径部、30…ベローズアセンブリ、31…ベローズ、31a…周壁部、31b…底板部、32…調整ねじ部材、33…ねじ部、33a…雄ねじ、34…蓋部、35…ガイド受け凹部、36…ガイド、36a…ガイド本体部、36b…底壁部、36c…フランジ部、36d…貫通孔、37…ステム、37a…胴部、37b…軸部、38…ばね受け部材、39A、39B…コイルばね、39C…リング部材、40…連結プレート、41…ナット、L…軸線
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記流体流路内に配置され、流体の流動方向に移動する弁体と、
前記流体流路内に配置され、上流側の端部が前記弁体と接続されかつ下流側の端部が前記本体ケースに固定されたベローズと、
前記ベローズの伸縮に応じて伸縮するように前記ベローズ内に直列に配置された複数のコイルばねと、を有することを特徴とする弁装置。 a main body case having a fluid flow path;
a valve body disposed within the fluid flow path and moving in the fluid flow direction;
a bellows arranged in the fluid flow path, having an upstream end connected to the valve body and a downstream end fixed to the main body case;
A valve device comprising: a plurality of coil springs arranged in series within the bellows so as to expand and contract in accordance with expansion and contraction of the bellows.
The valve device according to claim 1, further comprising a ring member disposed between the plurality of coil springs.
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