WO2020170721A1 - 流量制御弁 - Google Patents

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WO2020170721A1
WO2020170721A1 PCT/JP2020/002715 JP2020002715W WO2020170721A1 WO 2020170721 A1 WO2020170721 A1 WO 2020170721A1 JP 2020002715 W JP2020002715 W JP 2020002715W WO 2020170721 A1 WO2020170721 A1 WO 2020170721A1
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WO
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valve
base member
valve body
control valve
flow control
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PCT/JP2020/002715
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English (en)
French (fr)
Inventor
康平 菱谷
Original Assignee
株式会社不二工機
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Publication date
Application filed by 株式会社不二工機 filed Critical 株式会社不二工機
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    • F16K31/44Mechanical actuating means
    • F16K31/50Mechanical actuating means with screw-spindle or internally threaded actuating means

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a flow control valve incorporated in a refrigeration cycle or the like and used for flow control of a fluid such as a refrigerant.
  • Fig. 14 shows a conventional pressure balance type flow control valve.
  • the flow control valve 901 has a base member 910 and an outer cylinder member 920 arranged outside the base member 910.
  • the base member 910 is provided with a valve chamber 913 and a valve port 915 that opens into the valve chamber 913.
  • a valve body 906 that opens and closes the valve port 915 is arranged in the valve chamber 913.
  • the flow rate control valve 901 has a back pressure chamber 923 provided on the back surface of the valve body 906.
  • the base member 910 is provided with a pressure equalizing hole 917 and an inflow port 919.
  • the inflow port 919 opens to the valve chamber 913.
  • the pressure equalizing hole 917 penetrates from the flow path 916 connected to the valve port 915 to the outside of the base member 910.
  • the pressure equalizing hole 917 is connected to the back pressure chamber 923 by a connection passage 924 provided between the base member 910 and the outer cylinder member 920.
  • the flow rate control valve 901 connects the back pressure chamber 923 and the flow passage 916 connected to the valve port 915 by the pressure equalizing hole 917 and the connection passage 924. This reduces the difference (differential pressure) between the fluid pressure applied to the valve body 906 from the valve port 915 side and the fluid pressure applied from the back pressure chamber 923 side.
  • Patent Document 1 a pressure balance type flow control valve having the same configuration as the flow control valve 901.
  • FIG. 15A is a perspective view
  • FIG. 15B is a sectional view taken along the line DD of FIG. 15A.
  • the pressure equalizing hole 917 is located at a position on a line (center line M) passing through the center of the inflow port 919 when viewed from the direction in which the valve body 906 and the valve opening 915 face each other (axis L direction). Moreover, it is arranged at a position facing the inflow port 919. In other words, the pressure equalizing hole 917 is arranged at a position sandwiching the valve body 906 with the inflow port 919.
  • the present inventor analyzed the flow of fluid and the distribution of fluid pressure in the open state of the flow control valve 901. As a result, when the fluid flows from the inflow port 919 through the valve chamber 913 into the valve port 915, the fluid circulates from the inflow port 919 side around the valve body 906 to reach the pressure equalizing hole 917 side. It was found that in the flow passage 916 connected to 915, the fluid pressure in the vicinity of the pressure equalizing hole 917 facing the inflow port 919 is higher than the fluid pressure in the vicinity of the inflow port 919. Therefore, the fluid pressure in the back pressure chamber 923 is increased, the balance of the force applied to the valve body 906 is lost, and the differential pressure is increased.
  • an object of the present invention is to provide a flow control valve that can effectively reduce the differential pressure applied to the valve body.
  • a flow control valve is arranged so as to face a bottomed cylindrical base member provided with a valve chamber and a valve port provided in a bottom wall portion of the base member. And a valve body that moves back and forth with respect to the valve port, and a back pressure chamber that is partitioned from the valve chamber is provided outside the base member, and the back wall chamber is opened to the valve chamber in the peripheral wall portion of the base member. And a flow path communicating with the valve port, and one or a plurality of pressure equalizing holes connecting the flow path and the outside of the base member are provided in the bottom wall of the base member. One of the pressure equalizing holes is arranged at a position on the center line of the inflow port and at a position facing the inflow port when viewed from a direction in which the valve body and the valve port face each other. And
  • one or a plurality of pressure equalizing holes that connect the flow path connected to the valve port and the outside of the base member are provided. Further, at least one pressure equalizing hole is arranged at a position on the center line of the inflow port and displaced from a position facing the inflow port when viewed from the direction in which the valve body and the valve port face each other. As a result, the pressure equalizing hole is arranged in the flow path connected to the valve port, avoiding a portion where the fluid pressure is relatively high. Therefore, the fluid pressure in the back pressure chamber can be prevented from increasing and the differential pressure applied to the valve body can be effectively reduced.
  • At least one of the pressure equalizing holes is arranged with a deviation of 30 degrees or more from the center line of the inflow port when viewed from the facing direction.
  • the pressure equalizing hole is arranged near the inflow port in the flow path connected to the valve port, so that the fluid pressure in the back pressure chamber is further suppressed from increasing and the differential pressure applied to the valve body is reduced. Can be reduced more effectively.
  • the flow rate control valve further has an outer cylinder member arranged outside the base member, and the pressure equalizing hole and the back pressure chamber are provided between the base member and the outer cylinder member. It is preferable that a connection passage for connection is provided. By doing so, the valve port and the back pressure chamber can be connected with a simple configuration.
  • the valve element has a linear characteristic portion formed so that the rate of change of the valve opening is proportional to the flow rate.
  • the valve body may have an equal percentage characteristic portion formed so that the rate of change of the flow rate with respect to the change of the valve opening becomes constant.
  • the base member is provided with one pressure equalizing hole, and when the sectional area of the pressure equalizing hole is A0 and the sectional area of the valve port is A1, the following formula (1) is satisfied. Preferably. 0.10 ⁇ A0/A1 ⁇ 0.50 (1) By doing so, it is possible to effectively reduce the differential pressure applied to the valve body while suppressing an increase in the size of the flow control valve.
  • one of the pressure equalizing holes is provided in the base member, and when the distance from the valve seat of the base member to the pressure equalizing hole is H and the diameter of the valve port is D1, the following is obtained. It is preferable to satisfy the expression (2). 0.25 ⁇ H/D1 ⁇ 0.75 (2) By doing so, it is possible to effectively reduce the differential pressure applied to the valve body while suppressing an increase in the size of the flow control valve.
  • the flow rate control valve the valve body further has a drive shaft provided at the tip portion, the valve body or the drive shaft is arranged across the valve chamber and the back pressure chamber, It is preferable that a space between the valve chamber and the back pressure chamber is sealed by a sealing member formed in an annular shape, and a diameter of a portion sealed by the sealing member is the same as a diameter of the valve port.
  • the flow rate control valve further includes a drive shaft provided with the valve body at a tip portion thereof, and a support member movably supporting the drive shaft in the facing direction, and the base member and A protrusion may be provided on one of the support members, and a hole may be provided on the other of the support member to restrict movement of the protrusion in a direction orthogonal to the facing direction.
  • the base member and the support member can be directly assembled by providing the positioning projection on one of the base member and the support member and the positioning hole on the other. It is possible to effectively suppress the axis deviation between the mouth and the valve body.
  • the base member is provided with a circular hole arranged coaxially with the valve opening as the hole, and the support member is provided with a cylindrical portion arranged coaxially with the drive shaft as the protrusion. It is preferably provided. By doing so, it is possible to effectively suppress axial misalignment between the valve opening and the valve body with a relatively simple configuration.
  • the cylindrical portion is press-fitted into the circular hole.
  • the differential pressure applied to the valve body can be effectively reduced.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a valve body of the flow control valve of FIG. 1 and its vicinity. It is a figure which shows the base member which the flow control valve of FIG. 1 has. It is a figure which shows the structure of the modification of the base member of FIG. It is a figure which shows typically the distribution of the fluid pressure in the flow control valve of FIG. It is a figure which shows typically the distribution of the fluid pressure in the flow control valve of a comparative example. 3 is a graph showing the relationship between the valve opening and the load applied to the valve element in the flow control valve of FIG.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views (longitudinal cross-sectional views) along the axis of the flow control valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane including the axis and orthogonal to the center line of the inflow port of the base member.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along a plane including the axis and the center line of the inflow port of the base member.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the valve body of the flow control valve of FIG. 1 and its vicinity.
  • FIG. 4 is a diagram showing a base member included in the flow control valve of FIG. 4A is a perspective view, and FIG.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4A.
  • 5A to 5C are perspective views showing a configuration of a modified example of the base member shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the distribution of fluid pressure in the flow control valve of FIG. 6A is a cross-sectional view of the valve chamber and its vicinity, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 6A.
  • FIG. 7: is a figure which shows typically the distribution of the fluid pressure in the flow control valve of a comparative example.
  • 7A is a cross-sectional view of the valve chamber and its vicinity
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the valve opening and the load applied to the valve body in the flow control valve of FIG. 1 and the flow control valve of the comparative example.
  • the flow rate control valve 1 of this embodiment is an electric valve used for adjusting the flow rate of the refrigerant in, for example, a refrigeration cycle.
  • the flow rate control valve 1 has a valve body 5, a valve body 6, and a valve body drive section 8.
  • the valve body 5 has a base member 10 and an outer cylinder member 20.
  • the base member 10 is made of, for example, a stainless material.
  • the base member 10 is formed in a bottomed cylindrical shape.
  • the outer diameter of the base member 10 is the same as the inner diameter of the outer tubular member 20.
  • FIG. 4 shows the base member 10.
  • the base body member 10 integrally has a base body portion 11 as a peripheral wall portion and a bottom wall portion 12 connected to a lower end of the base body portion 11.
  • the base body 11 is provided with a valve chamber 13 which is a cylindrical space.
  • the base body 11 is provided with a circular hole 14 as a positioning hole that opens upward.
  • the circular hole 14 is continuous with the valve chamber 13. In this embodiment, the diameter of the valve chamber 13 and the diameter of the circular hole 14 are the same.
  • the base body portion 11 is provided with a circular inlet port 19 opening to the valve chamber 13.
  • the inflow port 19 is oriented in a direction orthogonal to the facing direction (axis L direction) of the valve body 6 and the valve port 15.
  • a center line M which is a line passing through the center of the inflow port 19, is orthogonal to the axis L.
  • the bottom wall 12 has a circular valve opening 15 that opens into the valve chamber 13, a flow path 16 that extends downward from the valve opening 15, one pressure equalizing hole 17 that extends laterally from the flow path 16, and a valve.
  • a valve seat 18 surrounding the mouth 15 is provided.
  • the valve port 15 and the flow path 16 have the same diameter.
  • the valve port 15 and the flow path 16 are provided so as to have a smaller diameter than the valve chamber 13 and to be coaxial with the valve chamber 13.
  • the pressure equalizing hole 17 penetrates from the flow path 16 to the outside of the base member 10.
  • the valve body 6 is seated on the valve seat 18.
  • a linear groove 22 extending from the vicinity of the pressure equalizing hole 17 to the upper end of the base member 10 is provided on the outer peripheral surface of the base member 10.
  • a connection passage 24 that connects the pressure equalizing hole 17 and the back pressure chamber 23 is formed between the base member 10 and the outer tubular member 20.
  • a part of the outer peripheral surface of the bottomed cylindrical base member 10 is cut out in a planar shape along the chords to connect the pressure equalizing hole 17 and the back pressure chamber 23.
  • a passage may be formed.
  • an annular connection passage that connects the pressure equalizing hole 17 and the back pressure chamber 23 may be formed by making a part of the outer diameter of the base member 10 smaller than the inner diameter of the outer tubular member 20.
  • one pressure equalizing hole 17 and one linear groove 22 corresponding to this pressure equalizing hole 17 are provided, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the base members 10A to 10C shown in FIGS. 5A to 5C may be adopted.
  • the base member 10A is provided with two pressure equalizing holes 17 and one pressure equalizing hole 17 is arranged so as to be displaced from the center line M by 90 degrees when viewed from the axis L direction.
  • Another pressure equalizing hole 17 is arranged at a position on the center line M and at a position facing the inflow port 19. Then, two linear grooves 22 corresponding to these pressure equalizing holes 17 are provided.
  • the base member 10B is provided with two pressure equalizing holes 17, and one pressure equalizing hole 17 is shifted by 90 degrees clockwise from the center line M when viewed from the axis L direction. And the other pressure equalizing hole 17 is displaced 90 degrees counterclockwise from the center line M. Then, two linear grooves 22 corresponding to these pressure equalizing holes 17 are provided.
  • the base member 10C is provided with three pressure equalizing holes 17, and one pressure equalizing hole 17 is shifted by 90 degrees clockwise from the center line M when viewed from the axis L direction.
  • the other pressure-equalizing hole 17 is displaced 90 degrees counterclockwise from the center line M, and the remaining one pressure-equalizing hole 17 is located on the center line M and faces the inflow port 19. It is placed in the position. Then, three linear grooves 22 corresponding to these pressure equalizing holes 17 are provided.
  • the outer cylinder member 20 is made of, for example, a stainless material.
  • the outer cylinder member 20 is formed in a cylindrical shape.
  • the outer cylinder member 20 is arranged outside the base member 10, and accommodates the base member 10 inside.
  • the base member 10 is fitted into the lower end 20 a that is one end of the outer tubular member 20, and the lower end 20 a is closed by the base member 10.
  • the lower end 20a of the outer tubular member 20 is brazed to the bottom wall portion 12.
  • the valve body 5 has a first conduit 26 and a second conduit 27.
  • the first conduit 26 laterally penetrates the outer tubular member 20 and is connected to the inflow port 19 of the base body 11.
  • the first conduit 26 is brazed to the outer cylinder member 20.
  • the second conduit 27 is connected to the flow path 16 of the bottom wall portion 12.
  • the second conduit 27 is brazed to the bottom wall portion 12.
  • the valve body 6 is made of, for example, a stainless material.
  • the valve body 6 is formed into a solid (that is, not hollow) columnar shape as a whole, and has a conical shape that faces downward at the lower end.
  • the valve body 6 includes a cylindrical body portion 31, a downwardly facing conical tip portion 32 provided at a lower end of the body portion 31, an annular protruding portion 33 laterally protruding from a lower end of the body portion 31, Have integrally.
  • the tip portion 32 is a linear characteristic portion formed in a conical shape so that the rate of change of the valve opening is proportional to the flow rate.
  • a mounting hole 31b is provided in the upper end surface 31a of the body portion 31.
  • a tip projection 64e of a tip portion 64c of the drive shaft 64 which will be described later, is fitted into the mounting hole 31b.
  • the valve body 6 is provided at the tip portion 64c of the drive shaft 64.
  • the body portion 31 is provided with a lateral hole 31c penetrating laterally from the mounting hole 31b.
  • the lateral hole 31c makes the fluid pressure inside the mounting hole 31b equal to the fluid pressure outside the valve body 6 and prevents the tip projection 64e from coming off from the mounting hole 31b.
  • the valve body 6 is arranged in the valve chamber 13 so as to face the valve opening 15 in the vertical direction (axis L direction).
  • the valve body 6 is moved up and down by the valve body drive unit 8 to move forward and backward with respect to the valve opening 15 to open and close the valve opening 15.
  • the up-down direction is the direction in which the valve body 6 and the valve opening 15 oppose each other, and the moving direction of the valve body 6.
  • the tip portion 32 of the valve body 6 has a solid structure, there is no restriction on the shape of the tip portion 32.
  • the tip portion 32 of the valve body 6 has a conical shape that can obtain a linear characteristic as a flow rate characteristic. However, in addition to this, it is designed to obtain an equal percent characteristic or a characteristic close to it.
  • a shape can also be adopted. As such a shape, for example, there is a shape having an elliptical surface or a plurality of conical tapered surface portions. The taper angle of the tapered surface having a plurality of conical shapes gradually increases toward the valve port 15 side so as to simulate an elliptical surface.
  • the valve body drive unit 8 is attached to the upper portion of the valve body 5.
  • the valve body drive unit 8 moves the valve body 6 in the vertical direction to bring the valve body 6 into and out of contact with the valve seat 18, thereby closing or opening the valve port 15.
  • the valve body drive unit 8 includes a can 40 as a case, a motor unit 50, a drive mechanism unit 60, and a holder 70.
  • the can 40 is made of, for example, a stainless material.
  • the can 40 is formed in a cylindrical shape whose upper end is closed.
  • a holder 70 (specifically, a holder body 71) described later is fitted into the lower end 40a of the can 40, and the lower end 40a is closed by the holder 70.
  • the lower end 40a of the can 40 is welded to the holder 70.
  • the motor unit 50 has a rotor 51 rotatably housed inside the can 40 and a stator 52 arranged outside the can 40.
  • the stator 52 includes a yoke 53, a bobbin 54, a stator coil 55, a resin mold cover 56, and the like.
  • the rotor 51 and the stator 52 form a stepping motor.
  • the drive mechanism unit 60 includes a guide bush 61, a valve shaft holder 62, a stopper mechanism 63, a drive shaft 64, and a sealing member 65.
  • the guide bush 61 integrally includes a cylindrical small-diameter portion 61a and a cylindrical large-diameter portion 61b coaxially connected to the lower end of the small-diameter portion 61a.
  • the inner diameter of the small diameter portion 61a and the inner diameter of the large diameter portion 61b are the same.
  • a male screw 61c is provided on the outer peripheral surface of the small diameter portion 61a.
  • the small diameter portion 61a is provided with a lateral hole 61d penetrating in the lateral direction.
  • the valve shaft holder 62 is formed in a cylindrical shape with its upper end closed.
  • the valve shaft holder 62 integrally has a cylindrical peripheral wall portion 62a and an upper wall portion 62b that closes the upper end of the peripheral wall portion 62a.
  • On the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 62a a female screw 62c that is screwed into the male screw 61c of the guide bush 61 is provided.
  • the upper wall portion 62b is integrally connected to the rotor 51 via a support ring 66 that is caulked and fixed to the upper wall portion 62b. Therefore, when the rotor 51 rotates, the valve shaft holder 62 also rotates.
  • valve shaft holder 62 rotates, the valve shaft holder 62 moves in the axial direction (vertical direction) of the guide bush 61 due to the feed screw action of the male screw 61c and the female screw 62c.
  • a return spring 67 which is a coil spring, is provided above the valve shaft holder 62 for facilitating the re-engagement of the male screw 61c and the female screw 62c when they are disengaged.
  • the stopper mechanism 63 has a lower stopper body 63a fixed to the guide bush 61 and an upper stopper body 63b fixed to the valve shaft holder 62.
  • the stopper mechanism 63 restricts the movement of the valve shaft holder 62 with respect to the guide bush 61 by abutting the lower stopper body 63a and the upper stopper body 63b against each other.
  • the drive shaft 64 is formed in a generally long cylindrical shape.
  • the drive shaft 64 is inserted into the guide bush 61 and arranged coaxially with the guide bush 61.
  • the drive shaft 64 has an upper end portion 64a, a body portion 64b, and a tip end portion 64c that are integrally provided in order from the upper side to the lower side.
  • the upper end portion 64a has a smaller diameter than the body portion 64b, and is inserted into the through hole of the upper wall portion 62b of the valve shaft holder 62.
  • a push nut 64d is fixed to the upper end 64a.
  • the body portion 64b is supported by the guide bush 61 so as to be vertically slidable.
  • a compression coil spring 68 that pushes the drive shaft 64 downward is provided between the step portion of the upper end portion 64 a and the body portion 64 b and the upper wall portion 62 b of the valve shaft holder 62. Since the push nut 64d and the compression coil spring 68 are provided, the drive shaft 64 moves in the vertical direction as the valve shaft holder 62 moves.
  • the tip 64c is provided with a slender tip projection 64e that is fitted into the mounting hole 31b of the body 31 of the valve body 6.
  • the drive shaft 64 is integrally provided with a flange portion 64f protruding laterally at the lower end of the body portion 64b. The diameter of the flange portion 64f is the same as the diameter of the body portion 31 of the valve body 6.
  • the sealing member 65 is formed in an annular shape.
  • the tip portion 64c of the drive shaft 64 is fitted inside the sealing member 65. That is, the end portion 64c of the drive shaft 64 penetrates the sealing member 65.
  • the sealing member 65 is disposed so as to be sandwiched between the flange portion 64f and the upper end surface 31a of the body portion 31 of the valve body 6.
  • the sealing member 65 is provided with a ring-shaped packing 65b made of polytetrafluoroethylene (PTFE) on the outside of an O-ring 65a made of a rubber material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the holder 70 is made of, for example, a stainless material.
  • the holder 70 integrally has a substantially disk-shaped holder main body 71 and a cylindrical portion 72 as a protrusion for positioning.
  • the cylindrical portion 72 projects downward from the lower surface 71a of the holder body 71.
  • the holder main body 71 is welded to the holder main body 71 with the upper end 20b thereof being in contact with the lower surface 71a of the upper end 20b of the outer tubular member 20.
  • the upper end 20b of the outer cylinder member 20 is closed by the holder body 71.
  • the back pressure chamber 23 partitioned from the valve chamber 13 is formed by the base member 10, the outer cylinder member 20, and the holder body 71.
  • the lower end 40 a of the can 40 is welded to the holder body 71.
  • a circular press-fitting hole 71b arranged coaxially with the cylindrical portion 72 is provided in the center of the upper surface of the holder body 71.
  • the large diameter portion 61b of the guide bush 61 is press-fitted into the press-fitting hole 71b.
  • the holder body 71 and the guide bush 61 are integrated with each other in a state where the guide bush 61 and the cylindrical portion 72 are coaxially arranged.
  • the holder 70 and the guide bush 61 constitute a support member 73 that supports the drive shaft 64 so as to be movable in the direction in which the valve body 6 and the valve port 15 face each other.
  • a shaft hole 71c into which the body portion 64b of the drive shaft 64 is inserted is provided at the center of the bottom surface of the press-fitting hole 71b.
  • a vertical hole 71d penetrating in the vertical direction is provided in the peripheral portion of the holder body 71.
  • the cylindrical portion 72 is press-fitted into the circular hole 14 of the base member 10.
  • the holder 70 is directly assembled to the base member 10, and the cylindrical portion 72 and the circular hole 14 are coaxially arranged.
  • the cylindrical portion 72 and the valve port 15 are also arranged coaxially. Further, by inserting the cylindrical portion 72 into the circular hole 14, the circular hole 14 restricts the movement of the cylindrical portion 72 in a direction orthogonal to the vertical direction (opposing direction).
  • the respective axes of the cylindrical portion 72, the valve body 6, the valve chamber 13, the valve port 15 and the drive shaft 64 coincide with each other on the axis L.
  • the body portion 31 of the valve body 6, the tip portion 64c and the flange portion 64f of the drive shaft 64, and the sealing member 65 are arranged so as to be vertically movable.
  • the packing 65b arranged on the outer periphery of the sealing member 65 is pressed against the inner surface of the cylindrical portion 72. Thereby, the sealing member 65 seals between the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23.
  • the sealing member 65 slides on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 72 as the drive shaft 64 moves in the vertical direction.
  • a lateral hole 72a penetrating in the lateral direction is provided at the upper end of the cylindrical portion 72.
  • the inner diameter of the cylindrical portion 72 (that is, the diameter of the sealing portion sealed by the sealing member 65) is the same as the diameter of the valve port 15.
  • the inner diameter of the cylindrical portion 72 may be different from the diameter of the valve port 15, but it is preferable to reduce the difference between them.
  • the drive shaft 64 is connected to the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23. It is arranged across the chamber 23.
  • the flow path 16 of the base member 10 and the back pressure chamber 23 are connected by the pressure equalizing hole 17 and the connection passage 24 of the base member 10.
  • the back pressure chamber 23 and the inner space 41 of the can 40 are connected by a vertical hole 71d of the holder body 71. Therefore, in the valve closed state, the fluid pressure in the flow path 16 and the fluid pressure in the back pressure chamber 23 become the same, and the fluid pressure applied to the valve body 6 from the valve port 15 side and the fluid pressure applied from the back pressure chamber 23 side.
  • a space 72b above the flange portion 64f inside the cylindrical portion 72 is connected to the back pressure chamber 23 by a lateral hole 72a. Further, the space 72b passes through the shaft hole 71c of the holder 70, the gap between the guide bush 61 and the drive shaft 64, the lateral hole 61d of the guide bush 61, the inner space 41 of the can 40, and the vertical hole 71d of the holder 70 in order. And is connected to the back pressure chamber 23. Accordingly, even if the fluid pressure in the space 72b changes due to the movement of the flange portion 64f, the fluid pressure in the space 72b quickly becomes the same as the fluid pressure in the back pressure chamber 23.
  • valve body 5 (1) Assemble the valve body 5. Specifically, the base member 10 is fitted into the lower end 20a of the outer tubular member 20 to close the lower end 20a.
  • the first conduit 26 is fitted into the outer cylinder member 20 and the base body 11 of the base member 10.
  • the second conduit 27 is fitted into the bottom wall portion 12 of the base member 10. Then, a brazing material is installed at each brazing location and is put into a furnace for brazing.
  • the valve body drive unit 8 Assemble the valve body drive unit 8. Specifically, the large diameter portion 61b of the guide bush 61 is press-fitted into the press-fitting hole 71b of the holder body 71 to integrate the holder 70 and the guide bush 61. The male screw 61c of the guide bush 61 is screwed into the female screw 62c of the valve shaft holder 62. A lower stopper body 63a is attached to the guide bush 61 in advance. An upper stopper body 63b is attached to the valve shaft holder 62 in advance. Further, the rotor 51 is previously connected to the valve shaft holder 62 via a support ring 66.
  • the tip 64c of the drive shaft 64 is fitted into the sealing member 65, and the tip projection 64e of the tip 64c is fitted into the mounting hole 31b of the valve body 6 to mount the valve body 6 on the drive shaft 64.
  • the drive shaft 64 is inserted into the cylindrical portion 72 of the holder 70, the shaft hole 71c of the holder 70, and the guide bush 61 from below.
  • the compression coil spring 68 is installed on the upper end portion 64a of the drive shaft 64, and the upper end portion 64a is inserted into the through hole of the upper wall portion 62b of the valve shaft holder 62.
  • a push nut 64d is fixed to the upper end 64a of the drive shaft 64, and a return spring 67 is arranged.
  • the assembled body in which the rotor 51, the guide bush 61, the valve shaft holder 62, the stopper mechanism 63 and the like are assembled is inserted into the can 40.
  • the holder main body 71 is fitted into the lower end 40a of the can 40, and the lower end 40a is closed by the holder main body 71.
  • the lower end 40a of the can 40 is welded to the holder body 71. Attach the stator 52 to the can 40.
  • the drive shaft 64 and the valve body 6 are arranged coaxially with the cylindrical portion 72 on the axis L.
  • valve body 5 and the valve body drive unit 8 are assembled.
  • the cylindrical portion 72 is press-fitted into the circular hole 14 of the base member 10.
  • the press-fitting of the cylindrical portion 72 is advanced until the end surface 20c of the upper end 20b of the outer tubular member 20 contacts the holder main body 71, and the upper end 20b is closed by the holder main body 71, so that the valve chamber 13 is partitioned outside the base member 10.
  • the back pressure chamber 23 is formed.
  • the drive shaft 64 is arranged so as to straddle the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23.
  • the upper end 20b of the outer cylinder member 20 is welded to the holder body 71. In this way, the flow control valve 1 is completed.
  • FIG. 6 schematically shows the distribution of fluid pressure in the first embodiment.
  • FIG. 7 schematically shows the distribution of fluid pressure in Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the valve opening (the number of pulses input to the stepping motor) and the load (differential pressure) generated on the valve body in Example 1 and Comparative Example 1. 6 and 7, the fluid pressure is shown in three stages (high pressure PH, medium pressure PM, low pressure PL), and the higher the dot density, the higher the fluid pressure.
  • the pressure equalizing holes 17 are arranged so as to be shifted by 90 degrees in the clockwise direction from the center line M when viewed from the axis L direction.
  • the pressure equalizing hole 917 is arranged at a position on the center line M of the inflow port 919 and at a position facing the inflow port 919 when viewed from the direction of the axis L.
  • Comparative Example 1 has the same configuration as that of Example 1 except for the positions of the pressure equalizing hole 917 and the linear groove 922.
  • the fluid pressure at the inlet and the valve chamber is high pressure PH.
  • the fluid pressure at the position on the center line M of the inflow port and at the position facing the inflow port in the flow path communicating with the valve port. Is a medium pressure PM.
  • the pressure equalizing hole 17 is provided at a position where the fluid pressure becomes the low pressure PL in the flow passage 16, the back pressure chamber 23 connected to the flow passage 16 through the pressure equalizing hole 17 also has the low pressure PL. Becomes As a result, the difference (differential pressure) between the fluid pressure applied to the valve body 6 from the valve port 15 side and the fluid pressure applied from the back pressure chamber 23 side is reduced.
  • Comparative Example 1 since the pressure equalizing hole 917 is provided at the position where the fluid pressure becomes the intermediate pressure PM in the flow passage 916, the back pressure chamber 923 connected to the flow passage 916 through the pressure equalizing hole 917 is also middle. The pressure becomes PM. As a result, the difference (pressure difference) between the fluid pressure applied to the valve body 906 from the valve port 915 side and the fluid pressure applied to the back pressure chamber 923 side becomes large, and a load is applied to the valve body 906 in the valve closing direction. Join.
  • the flow control valve 1 of the present embodiment can effectively reduce the differential pressure applied to the valve body as compared with the conventional flow control valve 901.
  • the one pressure equalizing hole 17 that connects the flow path 16 connected to the valve port 15 and the outside of the base member 10 is provided.
  • the pressure equalizing hole 17 is displaced from the position on the center line M of the inflow port 19 and the position facing the inflow port 19 when viewed from the direction in which the valve body 6 and the valve port 15 face each other (the direction of the axis L). Are arranged. Because of this, the pressure equalizing hole 17 is arranged in the flow passage 16 connected to the valve port 15 while avoiding a portion where the fluid pressure is relatively high. Therefore, the fluid pressure in the back pressure chamber 23 can be suppressed from increasing and the differential pressure applied to the valve body 6 can be effectively reduced.
  • the pressure equalizing hole 17 is arranged so as to be deviated from the center line M of the inflow port 19 by 90 degrees when viewed from the direction of the axis L. By doing so, the pressure equalizing hole 17 is arranged near the inflow port 19 in the flow path 16 connected to the valve port 15, so that the fluid pressure in the back pressure chamber 23 is further suppressed from increasing and the valve body The differential pressure applied to 6 can be reduced more effectively.
  • the flow rate control valve 1 has an outer cylinder member 20 arranged outside the base member 10, and connects the pressure equalizing hole 17 and the back pressure chamber 23 between the base member 10 and the outer cylinder member 20.
  • a connection passage 24 is provided.
  • valve body 6 has a tip portion 32 as a linear characteristic portion formed so that the rate of change of the valve opening is proportional to the flow rate.
  • the fluid pressure in the portion of the flow passage 16 connected to the valve port 15 that faces the inflow port 19 tends to be relatively high. Therefore, by arranging the pressure equalizing hole 17 in the flow path 16 connected to the valve port 15 so as to avoid a portion where the fluid pressure is relatively high, the differential pressure applied to the valve body 6 can be reduced more effectively.
  • the flow control valve 1 further has a drive shaft 64 having the valve body 6 provided at the tip portion 64c.
  • the drive shaft 64 is arranged so as to straddle the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23.
  • the space between the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23 is sealed by a sealing member 65 formed in an annular shape, and the diameter of the sealed portion by the sealing member 65 is the same as the diameter of the valve port 15.
  • the flow rate control valve 1 has a drive shaft 64 provided with the valve body 6 at the tip portion 64c and a support member 73 for supporting the drive shaft 64 so as to be movable in the axis L direction.
  • the support member 73 is provided with a cylindrical portion 72 as a positioning protrusion
  • the base member 10 is provided with a circular hole 14 as a positioning hole into which the cylindrical portion 72 is inserted.
  • the cylindrical portion 72 is press-fitted into the circular hole 14.
  • the cylindrical portion 72 of the holder 70 is press-fitted into the circular hole 14 of the base member 10, but other configurations may be adopted.
  • a configuration may be adopted in which the cylindrical portion 72 is inserted into the circular hole 14 and a sealing member such as an O-ring is provided between the outer peripheral surface of the cylindrical portion 72 and the inner peripheral surface of the circular hole 14.
  • valve body 6 and the drive shaft 64 are configured separately, but the valve body 6 and the drive shaft 64 may be configured integrally, for example.
  • the valve body 6 includes the drive shaft 64, and the valve body 6 is arranged so as to straddle the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23.
  • the sealing member 65 is formed in an annular shape through which the valve body 6 penetrates, and seals between the valve chamber 13 and the back pressure chamber 23.
  • the base member 10 is provided with the circular hole 14 as a positioning hole, and the holder 70 is provided with the cylindrical portion 72 as a positioning protrusion.
  • the base member 10 may be provided with a positioning projection, and the holder 70 may be provided with a positioning hole.
  • FIG. 9 is a vertical sectional view of a flow control valve according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view of a valve body included in the flow rate control valve of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the valve opening and the load applied to the valve body in the flow control valve of FIG. 9 and the flow control valve of the comparative example.
  • the flow rate control valve 2 has a valve body 6A having an equal percent characteristic portion in place of the valve body 6 in the flow rate control valve 1 of the above-described first embodiment, and the other configurations are the same as the flow rate control valve 1. It has the configuration of. In the following description, the same components as those of the flow rate control valve 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the valve body 6A is made of, for example, a stainless material.
  • the valve body 6A is formed into a solid (that is, not hollow) columnar shape as a whole, and has a substantially conical shape that faces downward at the lower end.
  • the valve body 6A includes a cylindrical body portion 31, a downwardly facing substantially conical tip portion 32A provided at a lower end of the body portion 31, and an annular protruding portion 33 protruding laterally from the lower end of the body portion 31. , Are integrally provided.
  • the tip end portion 32A has a linear characteristic portion 34 formed in a conical shape so that the rate of change of the valve opening is proportional to the flow rate, and an annular curved surface shape so that the rate of change of the flow rate with respect to the change of the valve opening is constant. And an equal percent characteristic portion 35 formed on the.
  • the linear characteristic portion 34 and the equal percentage characteristic portion 35 are arranged side by side in order from the lower side to the upper side.
  • the equal percent characteristic portion 35 has a shape designed to obtain an equal percent characteristic or a characteristic close to it.
  • a shape for example, there is a shape having an elliptical surface or a plurality of conical tapered surface portions. The taper angle of the tapered surface having a plurality of conical shapes gradually increases toward the valve port 15 side so as to simulate an elliptical surface.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the valve opening (the number of pulses input to the stepping motor) and the load (differential pressure) generated on the valve body in Example 2 and Comparative Example 2.
  • the flow control valve 2 of the present embodiment can effectively reduce the differential pressure applied to the valve body as compared with the conventional flow control valve 901 that employs the valve body 6A.
  • the flow control valve 2 of the present embodiment also has the same operational effect as the flow control valve of the first embodiment described above.
  • the cross-sectional area is the area of the cross section (flow passage area) orthogonal to the flow direction of the fluid.
  • FIG. 12B shows the relationship between the ratio A0/A1 (the ratio between the cross-sectional area A0 of the pressure equalizing hole 917 and the cross-sectional area A1 of the valve opening 915) in the flow control valve 901 and the load applied to the valve body 906. It is a graph shown. As is clear from this graph, the load applied to the valve body 906 can be reduced as the ratio A0/A1 becomes larger than 0.10. However, if the cross-sectional area A0 of the pressure equalizing hole 917 is increased, the flow control valve 901 becomes larger, so the ratio A0/A1 is preferably 0.50 or less.
  • the inventor has found that the ratio H/D1 (the distance H from the valve seat 918 of the base member 910 to the pressure equalizing hole 917 and the diameter D1 of the valve port 915). And the load (differential pressure) applied to the valve element 906 when the valve port 915 is fully opened.
  • the measurement result is shown in FIG.
  • FIG. 13B shows a ratio H/D1 (ratio between the distance H from the valve seat 918 of the base member 910 to the pressure equalizing hole 917 and the diameter D1 of the valve port 915) and the valve body 906 in the flow control valve 901.
  • H/D1 ratio between the distance H from the valve seat 918 of the base member 910 to the pressure equalizing hole 917 and the diameter D1 of the valve port 915) and the valve body 906 in the flow control valve 901.
  • one pressure equalizing hole 917 is provided in the base member 910, the distance from the valve seat 918 of the base member 910 to the pressure equalizing hole 917 is H, and the diameter of the valve port 915 is D1.
  • the following expression (2) it is possible to effectively reduce the differential pressure applied to the valve body while suppressing an increase in the size of the flow control valve. 0.25 ⁇ H/D1 ⁇ 0.75 (2)

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Abstract

【課題】弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる流量制御弁を提供する。 【解決手段】流量制御弁1は、弁室13が設けられた有底円筒状の基体部材10と、基体部材10の底壁部12に設けられた弁口15に対向して配置された弁体6と、を有している。基体部材10の外側に弁室13と区画された背圧室23が設けられている。基体部材10の基体本体部11に弁室13に開口する流入口19が設けられている。基体部材10の底壁部12に弁口15に連なる流路16と、流路16と基体部材10の外側とを接続する均圧孔17とが設けられている。そして、均圧孔17は、弁体6と弁口15との対向方向から見たとき、流入口19の中心線M上の位置でかつ流入口19と向かい合う位置からずれて配置されている。

Description

流量制御弁
 本発明は、例えば、冷凍サイクル等に組み込まれて冷媒等の流体の流量制御に用いられる流量制御弁に関する。
 図14に従来の圧力バランス型の流量制御弁を示す。流量制御弁901は、基体部材910と、基体部材910の外側に配置された外筒部材920とを有している。基体部材910は、弁室913と、弁室913に開口する弁口915とが設けられている。弁室913には、弁口915を開閉する弁体906が配置されている。流量制御弁901は、弁体906の背面に設けられた背圧室923を有している。
 基体部材910は、均圧孔917と、流入口919と、が設けられている。流入口919は、弁室913に開口している。均圧孔917は、弁口915に連なる流路916から基体部材910の外側まで貫通している。均圧孔917は、基体部材910と外筒部材920との間に設けられた接続通路924によって、背圧室923と接続されている。
 流量制御弁901は、均圧孔917および接続通路924によって、弁口915に連なる流路916と背圧室923とを接続している。これにより、弁体906に対して弁口915側から加わる流体圧力と背圧室923側から加わる流体圧力との差(差圧力)を小さくしている。本出願人は、例えば特許文献1に、このような流量制御弁901と同様の構成を有する圧力バランス型の流量制御弁を開示している。
特許第6515164号
 上述した流量制御弁901の基体部材910を図15に示す。図15(a)は、斜視図であり、図15(b)は、図15(a)のD-D線に沿う断面図である。基体部材910において、均圧孔917は、弁体906と弁口915との対向方向(軸線L方向)から見たときに、流入口919の中心を通る線(中心線M)上の位置でかつ流入口919と向かい合う位置に配置されている。換言すると、均圧孔917は、流入口919との間に弁体906を挟む位置に配置されている。
 本発明者は、流量制御弁901において、開弁状態における流体の流れおよび流体圧力の分布について解析した。その結果、流入口919から弁室913を通り弁口915に流体が流れ込んだときに、流体が流入口919側から弁体906を回り込んで均圧孔917側に至り、これにより、弁口915に連なる流路916において、流入口919と向かい合う位置にある均圧孔917の近傍箇所の流体圧力が、流入口919の近傍箇所の流体圧力より高くなることが判明した。そのため、背圧室923の流体圧力が高くなり、弁体906に加わる力のバランスが崩れ、差圧力が大きくなってしまっていた。
 そこで、本発明は、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる流量制御弁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、本発明に係る流量制御弁は、弁室が設けられた有底筒状の基体部材と、前記基体部材の底壁部に設けられた弁口に対向して配置され、前記弁口に対して進退する弁体と、を有し、前記基体部材の外側に前記弁室と区画された背圧室が設けられ、前記基体部材の周壁部に前記弁室に開口する流入口が設けられ、前記基体部材の底壁部に前記弁口に連なる流路と、前記流路と前記基体部材の外側とを接続する1または複数の均圧孔とが設けられ、少なくとも1つの前記均圧孔は、前記弁体と前記弁口との対向方向から見たとき、前記流入口の中心線上の位置でかつ前記流入口と向かい合う位置からずれて配置されていることを特徴とする。
 本発明によれば、弁口に連なる流路と基体部材の外側とを接続する1または複数の均圧孔が設けられている。そして、少なくとも1つの均圧孔が、弁体と弁口との対向方向から見たとき、流入口の中心線上の位置でかつ流入口と向かい合う位置からずれて配置されている。このようにしたことから、弁口に連なる流路において、流体圧力が比較的高くなる箇所を避けて均圧孔が配置される。そのため、背圧室の流体圧力が高くなることを抑制して、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
 本発明において、少なくとも1つの前記均圧孔は、前記対向方向から見たとき、前記流入口の中心線から30度以上ずれて配置されていることが好ましい。このようにすることで、弁口に連なる流路において、均圧孔が流入口寄りに配置されるので、背圧室の流体圧力が高くなることをより抑制して、弁体に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 本発明において、前記流量制御弁は、前記基体部材の外側に配置された外筒部材をさらに有し、前記基体部材と前記外筒部材との間に前記均圧孔と前記背圧室とを接続する接続通路が設けられていることが好ましい。このようにすることで、簡易な構成で弁口と背圧室とを接続できる。
 本発明において、前記弁体が、弁開度の変化率が流量に比例するように形成されたリニア特性部を有していることが好ましい。また、前記弁体が、リニア特性部に加えて、弁開度の変化に対する流量の変化率が一定となるように形成されたイコールパーセント特性部を有していてもよい。弁体にリニア特性部を有する流量制御弁は、弁口に連なる流路において流入口と向かい合う箇所の流体圧力が比較的高くなりやすい傾向にある。そのため、弁口に連なる流路において、流体圧力が比較的高くなる箇所を避けて均圧孔を配置することで、弁体に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 本発明において、前記基体部材は、1つの前記均圧孔が設けられ、前記均圧孔の断面積をA0とし、前記弁口の断面積をA1としたとき、以下の式(1)を満足することが好ましい。
  0.10≦A0/A1≦0.50 ・・・ (1)
 このようにすることで、流量制御弁の大型化を抑制しつつ、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
 本発明において、前記基体部材は、1つの前記均圧孔が設けられ、前記基体部材の弁座から前記均圧孔までの距離をHとし、前記弁口の径をD1としたとき、以下の式(2)を満足することが好ましい。
  0.25≦H/D1≦0.75 ・・・ (2)
 このようにすることで、流量制御弁の大型化を抑制しつつ、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
 本発明において、前記流量制御弁は、前記弁体が先端部に設けられた駆動軸をさらに有し、前記弁体または前記駆動軸が前記弁室と前記背圧室とをまたいで配置され、前記弁室と前記背圧室との間が環状に形成された封止部材により封止され、前記封止部材による封止箇所の径が、前記弁口の径と同一であることが好ましい。このようにすることで、閉弁状態において、弁体に対して弁口側から加わる流体圧力と背圧室側から加わる流体圧力との差を零(ほぼ零含む)にすることができる。そのため、弁体の形状が制約されることなく弁体に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 本発明において、前記流量制御弁は、前記弁体が先端部に設けられた駆動軸と、前記駆動軸を前記対向方向に移動可能に支持する支持部材と、をさらに有し、前記基体部材および前記支持部材のうちの一方に突部が設けられ、かつ、他方に前記突部が挿入されて当該突部の前記対向方向と直交する方向への移動を規制する孔が設けられていることが好ましい。このようにすることで、基体部材および支持部材のうちの一方に位置決め用の突部を設け、他方に位置決め用の孔を設けることで、基体部材と支持部材とを直接組み付けることができ、弁口と弁体との軸ずれを効果的に抑制できる。
 本発明において、前記基体部材に、前記孔としての前記弁口と同軸に配置された円形孔が設けられ、前記支持部材に、前記突部としての前記駆動軸と同軸に配置された円筒部が設けられていることが好ましい。このようにすることで、比較的簡易な構成で弁口と弁体との軸ずれを効果的に抑制することができる。
 本発明において、前記円筒部が前記円形孔に圧入されていることが好ましい。このようにすることで、基体部材と支持部材とをより確実に組み付けることができる。
 本発明によれば、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
本発明の第1実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。 図1の流量制御弁の他の縦断面図である。 図1の流量制御弁の弁体およびその近傍の拡大断面図である。 図1の流量制御弁が有する基体部材を示す図である。 図4の基体部材の変形例の構成を示す図である。 図1の流量制御弁における流体圧力の分布を模式的に示す図である。 比較例の流量制御弁における流体圧力の分布を模式的に示す図である。 図1の流量制御弁および比較例の流量制御弁における弁開度と弁体に加わる荷重との関係を示すグラフである。 本発明の第2実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。 図9の流量制御弁が有する弁体を示す図である。 図9の流量制御弁および比較例の流量制御弁における弁開度と弁体に加わる荷重との関係を示すグラフである。 流量制御弁における、均圧孔の断面積と弁口の断面積との比と、弁体に加わる荷重との関係を説明する図である。 流量制御弁における、基体部材の弁座から均圧孔までの距離と弁口の径との比と、弁体に加わる荷重との関係を説明する図である。 従来の流量制御弁の断面図である。 図14の流量制御弁が有する基体部材を示す図である。
(第1実施例)
 以下、本発明の第1実施例に係る流量制御弁について、図1~図8を参照して説明する。
 図1、図2は、本発明の第1実施例に係る流量制御弁の軸線に沿う断面図(縦断面図)である。図1は、軸線を含みかつ基体部材の流入口の中心線と直交する平面で切断した断面図である。図2は、軸線および基体部材の流入口の中心線を含む平面で切断した断面図である。図3は、図1の流量制御弁の弁体およびその近傍の拡大断面図である。図4は、図1の流量制御弁が有する基体部材を示す図である。図4(a)は、斜視図であり、図4(b)は、図4(a)のA-A線に沿う断面図である。図5(a)~(c)は、図4に示す基体部材の変形例の構成を示す斜視図である。図6は、図1の流量制御弁における流体圧力の分布を模式的に示す図である。図6(a)は弁室およびその近傍の断面図であり、図6(b)は、図6(a)のB-B線に沿う断面図である。図7は、比較例の流量制御弁における流体圧力の分布を模式的に示す図である。図7(a)は弁室およびその近傍の断面図であり、図7(b)は、図7(a)のC-C線に沿う断面図である。図8は、図1の流量制御弁および比較例の流量制御弁における弁開度と弁体に加わる荷重との関係を示すグラフである。
 本実施例の流量制御弁1は、例えば、冷凍サイクル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る。
 図1~図3に示すように、流量制御弁1は、弁本体5と、弁体6と、弁体駆動部8と、を有している。
 弁本体5は、基体部材10と、外筒部材20と、を有している。
 基体部材10は、例えば、ステンレス材で構成されている。基体部材10は、有底円筒状に形成されている。基体部材10の外径は、外筒部材20の内径と同一である。図4に基体部材10を示す。基体部材10は、周壁部としての基体本体部11と、基体本体部11の下端に連接された底壁部12とを一体的に有している。
 基体本体部11は、円柱状の空間である弁室13が設けられている。基体本体部11は、上方に向けて開口する位置決め用の孔としての円形孔14が設けられている。円形孔14は、弁室13と連なっている。本実施例において、弁室13の径と円形孔14の径とは同一である。
 また、基体本体部11は、弁室13に開口する円形の流入口19が設けられている。流入口19は、弁体6と弁口15との対向方向(軸線L方向)と直交する方向に向けられている。流入口19の中心を通る線である中心線Mは、軸線Lと直交している。
 底壁部12には、弁室13に開口する円形の弁口15と、弁口15に連なり下方に延びる流路16と、流路16から横方向に延びる1つの均圧孔17と、弁口15を囲む弁座18と、が設けられている。弁口15と流路16とは同一径である。弁口15と流路16とは、弁室13より小径でかつ弁室13と同軸になるように設けられている。均圧孔17は、流路16から基体部材10の外側まで貫通している。弁座18には弁体6が着座する。
 基体部材10において、均圧孔17は、軸線L方向から見たときに、流入口19の中心線M上の位置でかつ流入口19と向かい合う位置からずれて配置されている。具体的には、均圧孔17は、中心線Mから時計方向に90度(α=90度)ずれて配置されている。均圧孔17は、中心線Mから反時計方向に90度ずれて配置されていてもよい。均圧孔17は、中心線Mから180度ずれて(すなわち、流入口19と軸線L方向に並ぶように)配置されていてもよい。均圧孔17は、軸線L方向から見たとき、流入口19の中心線Mから30度以上ずれていることが好ましい。
 基体部材10の外周面には、均圧孔17近傍から基体部材10の上端まで延びる直線溝22が設けられている。直線溝22を設けることにより、基体部材10と外筒部材20との間に均圧孔17と背圧室23とを接続する接続通路24が形成される。直線溝22に代えて、例えば、有底円筒状の基体部材10の外周面の一部を弦に沿って平面状に切り欠くことにより、均圧孔17と背圧室23とを接続する接続通路を形成してもよい。または、基体部材10の一部の外径を外筒部材20の内径より小さくすることにより、均圧孔17と背圧室23とを接続する環状の接続通路を形成してもよい。
 本実施例において、1つの均圧孔17と、この均圧孔17に対応する1つの直線溝22とが設けられているが、この構成に限定されるものではない。例えば、図5(a)~(c)に示す基体部材10A~10Cを採用してもよい。
 基体部材10Aは、図5(a)に示すように、2つの均圧孔17を設け、1つの均圧孔17を、軸線L方向から見たとき、中心線Mから90度ずらして配置し、もう1つの均圧孔17を中心線M上の位置でかつ流入口19と向かい合う位置に配置している。そして、これら均圧孔17に対応する2つの直線溝22を設けている。
 基体部材10Bは、図5(b)に示すように、2つの均圧孔17を設け、1つの均圧孔17を、軸線L方向から見たとき、中心線Mから時計方向に90度ずらして配置し、もう1つの均圧孔17を中心線Mから反時計方向に90度ずらして配置している。そして、これら均圧孔17に対応する2つの直線溝22を設けている。
 基体部材10Cは、図5(c)に示すように、3つの均圧孔17を設け、1つの均圧孔17を、軸線L方向から見たとき、中心線Mから時計方向に90度ずらして配置し、他の1つの均圧孔17を中心線Mから反時計方向に90度ずらして配置し、残りの1つの均圧孔17を中心線M上の位置でかつ流入口19と向かい合う位置に配置している。そして、これら均圧孔17に対応する3つの直線溝22を設けている。
 外筒部材20は、例えば、ステンレス材で構成されている。外筒部材20は、円筒状に形成されている。外筒部材20は、基体部材10の外側に配置されており、基体部材10を内側に収容している。外筒部材20の一端である下端20aに基体部材10が嵌め込まれており、下端20aが基体部材10により塞がれている。外筒部材20の下端20aは底壁部12にろう付けされている。
 弁本体5は、第1導管26と、第2導管27と、を有している。第1導管26は、外筒部材20を横方向に貫通し、基体本体部11の流入口19に接続される。第1導管26は、外筒部材20にろう付けされている。第2導管27は、底壁部12の流路16に接続される。第2導管27は、底壁部12にろう付けされている。
 弁体6は、例えば、ステンレス材で構成されている。弁体6は、全体的に中実(すなわち中空でない)の円柱状に形成されており、下端において下方を向く円錐形状を有している。弁体6は、円柱状の胴部31と、胴部31の下端に設けられた下方を向く円錐形状の先端部32と、胴部31の下端から横方向に突出した環状突出部33と、を一体的に有している。先端部32は、弁開度の変化率が流量に比例するように円錐形状に形成されたリニア特性部である。胴部31の上端面31aには、取付穴31bが設けられている。取付穴31bには、後述する駆動軸64の先端部64cの先端突起64eが嵌合される。これにより、弁体6が駆動軸64の先端部64cに設けられる。胴部31には、取付穴31bから横方向に貫通する横孔31cが設けられている。横孔31cによって、取付穴31b内の流体圧力と弁体6の外側との流体圧力とを同一にして、取付穴31bから先端突起64eが抜けてしまうことを抑制している。
 弁体6は、弁室13内に弁口15と上下方向(軸線L方向)に対向して配置されている。弁体6は、弁体駆動部8によって上下方向に移動されて弁口15に対して進退し、弁口15を開閉する。上下方向は、弁体6と弁口15との対向方向であり、かつ、弁体6の移動方向である。弁体6が、弁座18から離れると弁口15が開いて開弁状態となる。開弁状態において、第1導管26と第2導管27とが弁室13を介して接続される。弁体6が、弁座18に接する(着座する)と弁口15が閉じて閉弁状態となる。閉弁状態において、第1導管26と第2導管27とが遮断される。
 弁体6の先端部32は、中実構成を有するので先端部32の形状に制約がない。本実施例では、弁体6の先端部32の形状に、流量特性としてリニア特性を得られる円錐形状としているが、これ以外にも、イコールパーセント特性もしくはそれに近い特性を得られるように設計された形状を採用することもできる。このような形状として、例えば、楕円面または複数段の円すい状のテーパ面部を有する形状がある。複数段の円すい状のテーパ面部は、楕円面を疑似するように、弁口15側に近づくにしたがってテーパ角度が段階的に大きくなる。
 弁体駆動部8は、弁本体5の上部に取り付けられている。弁体駆動部8は、弁体6を上下方向に移動させることにより弁座18に対して接離させて、弁口15を閉じたり開いたりする。弁体駆動部8は、ケースとしてのキャン40と、モーター部50と、駆動機構部60と、ホルダー70と、を有している。
 キャン40は、例えば、ステンレス材で構成されている。キャン40は、上端が塞がれた円筒状に形成されている。キャン40の下端40aに後述するホルダー70(具体的にはホルダー本体71)が嵌め込まれており、下端40aがホルダー70により塞がれている。キャン40の下端40aはホルダー70に溶接されている。
 モーター部50は、キャン40の内側に回転可能に収容されたローター51と、キャン40の外側に配置されたステーター52と、を有している。ステーター52は、ヨーク53、ボビン54、ステーターコイル55および樹脂モールドカバー56などで構成されている。ローター51とステーター52とでステッピングモーターを構成している。
 駆動機構部60は、ガイドブッシュ61と、弁軸ホルダー62と、ストッパ機構63と、駆動軸64と、封止部材65と、を有している。
 ガイドブッシュ61は、円筒状の小径部61aと、小径部61aの下端に同軸に連なる円筒状の大径部61bとを一体的に有している。小径部61aの内径と大径部61bの内径とは同一である。小径部61aの外周面には雄ねじ61cが設けられている。小径部61aには、横方向に貫通する横孔61dが設けられている。
 弁軸ホルダー62は、上端が塞がれた円筒状に形成されている。弁軸ホルダー62は、円筒状の周壁部62aと、周壁部62aの上端を塞ぐ上壁部62bと、を一体的に有している。周壁部62aの内周面には、ガイドブッシュ61の雄ねじ61cと螺合される雌ねじ62cが設けられている。上壁部62bは、当該上壁部62bにかしめ固定された支持リング66を介してローター51と一体的に連結されている。そのため、ローター51が回転すると弁軸ホルダー62も回転する。そして、弁軸ホルダー62が回転すると、雄ねじ61cと雌ねじ62cとの送りねじ作用により、弁軸ホルダー62がガイドブッシュ61の軸方向(上下方向)に移動する。弁軸ホルダー62の上方には、雄ねじ61cと雌ねじ62cとの螺合が外れたときに再度螺合しやすくするためのコイルばねからなる復帰ばね67が設けられている。
 ストッパ機構63は、ガイドブッシュ61に固定された下ストッパ体63aと、弁軸ホルダー62に固定された上ストッパ体63bと、を有している。ストッパ機構63は、弁軸ホルダー62が下限位置に到達すると、下ストッパ体63aと上ストッパ体63bとが互いに突き当たり、ガイドブッシュ61に対する弁軸ホルダー62の移動を規制する。
 駆動軸64は、全体的に長尺の円柱状に形成されている。駆動軸64は、ガイドブッシュ61に挿通され、ガイドブッシュ61と同軸に配置される。駆動軸64は、上端部64aと胴部64bと先端部64cとが上方から下方に順に一体的に設けられている。上端部64aは、胴部64bより小径に形成されており、弁軸ホルダー62の上壁部62bの貫通孔に挿通されている。上端部64aには、プッシュナット64dが固着されている。胴部64bは、上下方向に摺動可能にガイドブッシュ61に支持されている。上端部64aと胴部64bとの段部と、弁軸ホルダー62の上壁部62bとの間には、駆動軸64を下方に向けて押す圧縮コイルばね68が設けられている。プッシュナット64dと圧縮コイルばね68が設けられていることにより、弁軸ホルダー62の移動に伴って駆動軸64が上下方向に移動する。先端部64cには、弁体6の胴部31の取付穴31bに嵌合される細身の先端突起64eが設けられている。また、駆動軸64は、胴部64bの下端に横方向に突出するフランジ部64fが一体的に設けられている。フランジ部64fの径は、弁体6の胴部31の径と同一である。
 封止部材65は、円環状に形成されている。封止部材65は、駆動軸64の先端部64cが内側に嵌め込まれている。すなわち、封止部材65は、駆動軸64の先端部64cが貫通している。封止部材65は、フランジ部64fと弁体6の胴部31の上端面31aとの間に挟まれて配置されている。本実施例において、封止部材65は、ゴム材からなるOリング65aの外側にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製のリング状のパッキン65bが設けられている。
 ホルダー70は、例えば、ステンレス材で構成されている。ホルダー70は、略円板状のホルダー本体71と、位置決め用の突部としての円筒部72と、を一体的に有している。円筒部72は、ホルダー本体71の下面71aから下方に向けて突出している。
 ホルダー本体71は、下面71aに外筒部材20の上端20bの端面20cが当接した状態で、当該上端20bがホルダー本体71に溶接されている。外筒部材20の上端20bはホルダー本体71により塞がれている。これにより、弁室13と区画された背圧室23が、基体部材10と外筒部材20とホルダー本体71とによって形成される。また、キャン40の下端40aがホルダー本体71に溶接されている。
 ホルダー本体71の上面の中央には、円筒部72と同軸に配置された円形の圧入穴71bが設けられている。圧入穴71bには、ガイドブッシュ61の大径部61bが圧入される。これにより、ガイドブッシュ61と円筒部72とが同軸に配置された状態で、ホルダー本体71とガイドブッシュ61とが一体化される。ホルダー70とガイドブッシュ61とは、駆動軸64を弁体6と弁口15との対向方向に移動可能に支持する支持部材73を構成する。圧入穴71bの底面の中央には、駆動軸64の胴部64bが挿通される軸孔71cが設けられている。ホルダー本体71の周縁部には、上下方向に貫通する縦孔71dが設けられている。
 円筒部72は、基体部材10の円形孔14に圧入されている。これにより、ホルダー70が基体部材10と直接組み付けられるとともに、円筒部72と円形孔14とが同軸に配置される。円筒部72と弁口15も同軸に配置される。また、円形孔14に円筒部72が挿入されることにより、円形孔14は円筒部72の上下方向(対向方向)と直交する方向への移動を規制する。円筒部72、弁体6、弁室13、弁口15および駆動軸64のそれぞれの軸は、軸線L上で一致している。
 円筒部72の内側には、弁体6の胴部31と、駆動軸64の先端部64cおよびフランジ部64fと、封止部材65と、が上下方向に移動可能に配置される。封止部材65の外周に配置されたパッキン65bは、円筒部72の内面に押し付けられている。これにより、封止部材65は、弁室13と背圧室23との間を封止している。駆動軸64の上下方向の移動に伴い、封止部材65が円筒部72の内周面に摺動される。円筒部72の上端には、横方向に貫通する横孔72aが設けられている。本実施例において、円筒部72の内径(すなわち、封止部材65により封止される封止箇所の径)は、弁口15の径と同一である。円筒部72の内径は、弁口15の径と異なっていてもよいが、それらの差を小さくすることが好ましい。
 流量制御弁1は、駆動軸64の先端部64cに嵌め込まれた封止部材65により弁室13と背圧室23とが封止されていることから、駆動軸64が弁室13と背圧室23とにまたがって配置されている。そして、基体部材10の流路16と背圧室23とが、基体部材10の均圧孔17および接続通路24により接続されている。背圧室23とキャン40の内側空間41とがホルダー本体71の縦孔71dにより接続されている。そのため、閉弁状態において、流路16の流体圧力と背圧室23の流体圧力とが同一となり、弁体6に対して弁口15側から加わる流体圧力と背圧室23側から加わる流体圧力との差(差圧力)が小さくなる。本実施例では、弁口15の径(図3に両矢印E1で示す)とホルダー70の円筒部72の内径(図3に両矢印E2で示す)とを同一にしている。そのため、差圧力は零(ほぼ零含む)になり、差圧力によって弁体6の移動が妨げられることを効果的に抑制できる。
 円筒部72の内側におけるフランジ部64fより上方の空間72bは、横孔72aにより背圧室23に接続されている。さらに空間72bは、ホルダー70の軸孔71c、ガイドブッシュ61と駆動軸64との隙間、ガイドブッシュ61の横孔61d、キャン40の内側空間41、および、ホルダー70の縦孔71dを順次経由して、背圧室23に接続されている。これにより、フランジ部64fの移動により空間72bの流体圧力が変化した場合でも、空間72bの流体圧力が速やかに背圧室23の流体圧力と同一になる。
 次に、上述した流量制御弁1の組立方法について説明する。
 (1)弁本体5を組み立てる。具体的には、外筒部材20の下端20aに基体部材10を嵌め込み、当該下端20aを塞ぐ。第1導管26を外筒部材20および基体部材10の基体本体部11に嵌め込む。第2導管27を基体部材10の底壁部12に嵌め込む。そして、各ろう付け箇所にろう材を設置して炉に投入することによりろう付けする。
 (2)弁体駆動部8を組み立てる。具体的には、ホルダー本体71の圧入穴71bに、ガイドブッシュ61の大径部61bを圧入して、ホルダー70とガイドブッシュ61とを一体化する。ガイドブッシュ61の雄ねじ61cに、弁軸ホルダー62の雌ねじ62cを螺合する。ガイドブッシュ61には、下ストッパ体63aがあらかじめ取り付けられている。弁軸ホルダー62には、上ストッパ体63bがあらかじめ取り付けられている。また、弁軸ホルダー62には、支持リング66を介してローター51があらかじめ連結されている。封止部材65に駆動軸64の先端部64cを嵌め込み、先端部64cの先端突起64eを弁体6の取付穴31bに嵌合して駆動軸64に弁体6を取り付ける。ホルダー70の円筒部72、ホルダー70の軸孔71cおよびガイドブッシュ61に下方から駆動軸64を挿入する。駆動軸64の上端部64aに圧縮コイルばね68を設置して、上端部64aを弁軸ホルダー62の上壁部62bの貫通孔に挿入する。駆動軸64の上端部64aにプッシュナット64dを固着し、復帰ばね67を配置する。そして、ローター51、ガイドブッシュ61、弁軸ホルダー62およびストッパ機構63等を組み付けた組付体をキャン40の内側に挿入する。キャン40の下端40aにホルダー本体71を嵌め込み、当該下端40aをホルダー本体71で塞ぐ。キャン40の下端40aをホルダー本体71に溶接する。ステーター52をキャン40に取り付ける。この状態において、駆動軸64および弁体6は、軸線L上で円筒部72と同軸に配置されている。
 (3)そして、弁本体5と弁体駆動部8とを組み付ける。具体的には、基体部材10の円形孔14に円筒部72を圧入する。外筒部材20の上端20bの端面20cがホルダー本体71に当接するまで円筒部72の圧入を進めて当該上端20bをホルダー本体71で塞ぐことにより、基体部材10の外側に弁室13と区画された背圧室23を形成する。同時に、駆動軸64を弁室13と背圧室23とをまたいで配置する。最後に、外筒部材20の上端20bをホルダー本体71に溶接する。このようにして、流量制御弁1が完成する。
 本発明者は、上述した流量制御弁1(実施例1)および従来の流量制御弁901(比較例1)について、開弁状態における流体圧力の分布、および、弁開度と弁体に生じる荷重(差圧力)との関係を解析した。図6に、実施例1における流体圧力の分布を模式的に示す。図7に、比較例1における流体圧力の分布を模式的に示す。図8に、実施例1および比較例1における弁開度(ステッピングモーターに入力したパルス数)と弁体に生じる荷重(差圧力)との関係を示すグラフを示す。図6、図7において、流体圧力を三段階(高圧PH、中圧PM、低圧PL)で示し、ドットの密度が高いほど流体圧力が高いことを示している。
 実施例1は、均圧孔17が、軸線L方向から見たときに、中心線Mから時計方向に90度ずれて配置されている。比較例1は、均圧孔917が、軸線L方向から見たときに、流入口919の中心線M上の位置でかつ流入口919と向かい合う位置に配置されている。比較例1は、均圧孔917および直線溝922の位置以外は実施例1と同一の構成を有する。
 図6、図7に示すように、実施例1および比較例1のいずれにおいても、流入口および弁室の流体圧力が高圧PHとなっている。また、実施例1および比較例1のいずれにおいても、軸線L方向から見たときに、弁口に連なる流路において、流入口の中心線M上の位置でかつ流入口と向かい合う位置の流体圧力が中圧PMとなっている。また、弁口に連なる流路では、軸線L方向から見たときに、中圧PMとなる範囲が中心線Mから時計方向および反時計方向に30度(β=30度)ずれた位置まで広がっており、この範囲を外れると流体圧力は低圧PLとなる。
 そのため、実施例1では、流路16において流体圧力が低圧PLとなる位置に均圧孔17が設けられているので、均圧孔17を通じて流路16と接続される背圧室23も低圧PLとなる。これにより、弁体6に対して弁口15側から加わる流体圧力と背圧室23側から加わる流体圧力との差(差圧力)が小さくなる。
 一方、比較例1では、流路916において流体圧力が中圧PMとなる位置に均圧孔917が設けられているので、均圧孔917を通じて流路916と接続される背圧室923も中圧PMとなる。これにより、弁体906に対して弁口915側から加わる流体圧力と背圧室923側から加わる流体圧力との差(差圧力)が大きくなり、弁体906に対して閉弁方向に荷重が加わる。
 図8のグラフから、弁開度が小さいときには、実施例1および比較例1のいずれにおいても、弁体に加わる荷重が比較的小さいことがわかる。弁開度が小さいときには、弁口に流れ込む流量が少ないので、弁口に連なる流路内における流体圧力のばらつきが小さく、流路内が低圧PLとなって中圧PMとなる箇所が生じない。そのため、実施例1と比較例1とで、弁体に加わる荷重に大きな差は生じない。
 そして、図8のグラフから、弁開度が大きいときには、比較例1では弁体に加わる荷重が顕著に大きくなってしまうが、実施例1では弁体に加わる荷重が小さいままとなることがわかる。弁開度が大きいときには、弁口に流れ込む流量が多くなるので、流体が流れやすい箇所と流れにくい箇所が生じて弁口に連なる流路内における流体圧力のばらつきが大きくなる。そのため、流路内において低圧PLとなる箇所と中圧PMとなる箇所とが生じるが、実施例1では中圧PMとなる箇所を避けて均圧孔を配置しているため、実施例1と比較例1とで、弁体に加わる荷重に差が生じている。
 これら解析結果から、本実施例の流量制御弁1は、従来の流量制御弁901に比べて、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできることが確認できる。
 以上より、本実施形態の流量制御弁1によれば、弁口15に連なる流路16と基体部材10の外側とを接続する1つの均圧孔17が設けられている。そして、この均圧孔17が、弁体6と弁口15との対向方向(軸線L方向)から見たとき、流入口19の中心線M上の位置でかつ流入口19と向かい合う位置からずれて配置されている。このようにしたことから、弁口15に連なる流路16において流体圧力が比較的高くなる箇所を避けて均圧孔17が配置される。そのため、背圧室23の流体圧力が高くなることを抑制して、弁体6に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
 また、均圧孔17は、軸線L方向から見たとき、流入口19の中心線Mから90度ずれて配置されている。このようにすることで、弁口15に連なる流路16において均圧孔17が流入口19寄りに配置されるので、背圧室23の流体圧力が高くなることをより抑制して、弁体6に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 また、流量制御弁1は、基体部材10の外側に配置された外筒部材20を有し、基体部材10と外筒部材20との間に均圧孔17と背圧室23とを接続する接続通路24が設けられている。このようにすることで、簡易な構成で、弁口15と背圧室23とを接続できる。
 また、弁体6が、弁開度の変化率が流量に比例するように形成されたリニア特性部としての先端部32を有している。弁体6にリニア特性部を有する流量制御弁1は、弁口15に連なる流路16において流入口19と向かい合う箇所の流体圧力が比較的高くなりやすい傾向にある。そのため、弁口15に連なる流路16において、流体圧力が比較的高くなる箇所を避けて均圧孔17を配置することで、弁体6に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 また、流量制御弁1は、弁体6が先端部64cに設けられた駆動軸64をさらに有している。駆動軸64が弁室13と背圧室23とをまたいで配置されている。そして、弁室13と背圧室23との間が環状に形成された封止部材65により封止され、封止部材65による封止箇所の径が、弁口15の径と同一である。このようにすることで、閉弁状態において、弁体6に対して弁口15側から加わる流体圧力と背圧室23側から加わる流体圧力との差を零(ほぼ零含む)にすることができる。そのため、弁体6の形状が制約されることなく弁体6に加わる差圧力をより効果的に小さくできる。
 また、流量制御弁1は、弁体6が先端部64cに設けられた駆動軸64と、駆動軸64を軸線L方向に移動可能に支持する支持部材73を有している。支持部材73に位置決め用の突部としての円筒部72が設けられ、かつ、基体部材10に円筒部72が挿入される位置決め用の孔としての円形孔14が設けられている。このようにすることで、基体部材10と支持部材73とを直接組み付けることができ、弁口15と弁体6との軸ずれを効果的に抑制できる。
 また、円筒部72が円形孔14に圧入されている。このようにすることで、基体部材10と支持部材73とをより確実に組み付けることができる。
 上述した実施例では、ホルダー70の円筒部72を基体部材10の円形孔14に圧入する構成であったが、これ以外の構成を採用してもよい。例えば、円筒部72を円形孔14に挿入するとともに、円筒部72の外周面と円形孔14の内周面との間にOリングなどの封止部材を設けた構成を採用してもよい。
 また、上述した実施例では、弁体6と駆動軸64とが別体で構成されていたが、例えば、弁体6と駆動軸64とを一体的に構成してもよい。この構成では、弁体6が駆動軸64を含み、弁体6が弁室13と背圧室23とをまたいで配置されている。そして、封止部材65が、弁体6が貫通する環状に形成され、弁室13と背圧室23との間を封止する。
 また、上述した実施例では、基体部材10に、位置決め用の孔としての円形孔14が設けられ、ホルダー70に、位置決め用の突部としての円筒部72が設けられていたが、これとは逆に、基体部材10に位置決め用の突部を設け、ホルダー70に位置決め用の孔を設けてもよい。
(第2実施例)
 以下、本発明の第2実施例に係る流量制御弁について、図9~図11を参照して説明する。
 図9は、本発明の第2実施例に係る流量制御弁の縦断面図である。図10は、図9の流量制御弁が有する弁体の正面図である。図11は、図9の流量制御弁および比較例の流量制御弁における弁開度と弁体に加わる荷重との関係を示すグラフである。
 流量制御弁2は、上述した第1実施例の流量制御弁1において、弁体6に代えて、イコールパーセント特性部を有する弁体6Aを有し、これ以外の構成は流量制御弁1と同一の構成を有する。以下の説明において、上記流量制御弁1と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 弁体6Aは、例えば、ステンレス材で構成されている。弁体6Aは、全体的に中実(すなわち中空でない)の円柱状に形成されており、下端において下方を向く略円錐形状を有している。弁体6Aは、円柱状の胴部31と、胴部31の下端に設けられた下方を向く略円錐形状の先端部32Aと、胴部31の下端から横方向に突出した環状突出部33と、を一体的に有している。先端部32Aは、弁開度の変化率が流量に比例するように円錐形状に形成されたリニア特性部34と、弁開度の変化に対する流量の変化率が一定となるように環状の曲面状に形成されたイコールパーセント特性部35とを有している。リニア特性部34とイコールパーセント特性部35とは、下方から上方に順に並んで配置されている。イコールパーセント特性部35は、イコールパーセント特性もしくはそれに近い特性を得られるように設計された形状を有している。このような形状として、例えば、楕円面または複数段の円すい状のテーパ面部を有する形状がある。複数段の円すい状のテーパ面部は、楕円面を疑似するように、弁口15側に近づくにしたがってテーパ角度が段階的に大きくなる。
 本発明者は、上述した流量制御弁2(実施例2)および従来の流量制御弁901において図10の弁体6Aを採用したもの(比較例2)について、弁開度と弁体に生じる荷重(差圧力)との関係を解析した。図11に、実施例2および比較例2における弁開度(ステッピングモーターに入力したパルス数)と弁体に生じる荷重(差圧力)との関係を示すグラフを示す。
 図11のグラフから、弁開度が小さいときには、流量特性がイコールパーセント特性であり、実施例2および比較例2のいずれにおいても、弁体に加わる荷重が比較的小さいことがわかる。弁開度が小さいときには、弁開度に対する開口面積の増加量が少なく、リニア特性と比べても弁口に流れ込む流量が少ないので、弁口に連なる流路内における流体圧力のばらつきが小さく、流路内が低圧PLとなって中圧PMとなる箇所が生じない。これにより、実施例2と比較例2とで、弁体に加わる荷重に大きな差は生じない。
 そして、図11のグラフから、弁開度が大きいときには、流量特性がリニア特性になり、比較例2では弁体に加わる荷重が顕著に大きくなってしまうが、実施例2では弁体に加わる荷重が小さいままとなることがわかる。弁開度が大きいときには、弁口に流れ込む流量が多くなるので、流体が流れやすい箇所と流れにくい箇所が生じて、弁口に連なる流路内で流体圧力のばらつきが大きくなる。そのため、流路内において低圧PLとなる箇所と中圧PMとなる箇所とが生じるが、実施例2では中圧PMとなる箇所を避けて均圧孔を配置しているため、実施例2と比較例2とで、弁体に加わる荷重に差が生じている。
 これら解析結果から、本実施例の流量制御弁2は、従来の流量制御弁901において弁体6Aを採用したものに比べて、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできることが確認できる。
 本実施例の流量制御弁2においても、上述した第1実施例1の流量制御弁と同様の作用効果を奏する。
 さらに、本発明者は、図12(a)に示す従来の流量制御弁901において、比A0/A1(均圧孔917の断面積A0と弁口915(流路916)の断面積A1との比)と、弁口915を全開にしたときの弁体906に加わる荷重(差圧力)との関係について測定を行った。この測定結果を図12(b)に示す。断面積は、流体の流動方向と直交する断面の面積(流路面積)である。
 図12(b)は、流量制御弁901における、比A0/A1(均圧孔917の断面積A0と弁口915の断面積A1との比)と、弁体906に加わる荷重との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、比A0/A1が0.10より大きくなるほど、弁体906に加わる荷重を小さくすることができる。ただし、均圧孔917の断面積A0を大きくすると、流量制御弁901が大型化してしまうため、比A0/A1は0.50以下であることが好ましい。
 このことから、流量制御弁901において、基体部材910に1つの均圧孔917を設け、均圧孔917の断面積をA0とし、弁口915の断面積をA1としたとき、以下の式(1)を満足することで、流量制御弁の大型化を抑制しつつ、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
  0.10≦A0/A1≦0.50 ・・・ (1)
 また、本発明者は、図13(a)に示す従来の流量制御弁901において、比H/D1(基体部材910の弁座918から均圧孔917までの距離Hと弁口915の径D1との比)と、弁口915を全開にしたときの弁体906に加わる荷重(差圧力)との関係について測定を行った。この測定結果を図13(b)に示す。
 図13(b)は、流量制御弁901における、比H/D1(基体部材910の弁座918から均圧孔917までの距離Hと弁口915の径D1との比)と、弁体906に加わる荷重との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、比H/D1が0.25より小さくなるほど、弁体906に加わる荷重が大きくなってしまうことが分かる。そのため、距離Hを0.25以上とすることで、弁体906に加わる荷重を小さくすることができる。ただし、距離Hを大きくすると、流量制御弁901が大型化してしまうため、比H/D1は0.75以下であることが好ましい。
 このことから、流量制御弁901において、基体部材910に1つの均圧孔917を設け、基体部材910の弁座918から均圧孔917までの距離をHとし、弁口915の径をD1としたとき、以下の式(2)を満足することで、流量制御弁の大型化を抑制しつつ、弁体に加わる差圧力を効果的に小さくできる。
  0.25≦H/D1≦0.75 ・・・ (2)
 これら、式(1)、(2)は、上述した第1実施例の流量制御弁1および第2実施例の流量制御弁2に適用しても、同様の作用効果を奏するものと考えられる。
 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、2…流量制御弁、5…弁本体、6、6A…弁体、8…弁体駆動部、10、10A、10B、10C…基体部材、11…基体本体部、12…底壁部、13…弁室、14…円形孔、15…弁口、16…流路、17…均圧孔、18…弁座、19…流入口、20…外筒部材、20a…下端、20b…上端、22…直線溝、23…背圧室、24…接続通路、26…第1導管、27…第2導管、31…胴部、31a…上端面、31b…取付穴、31c…横孔、32、32A…先端部、33…環状突出部、34…リニア特性部、35…イコールパーセント特性部、40…キャン、40a…下端、41…内側空間、50…モーター部、51…ローター、52…ステーター、53…ヨーク、54…ボビン、55…ステーターコイル、56…樹脂モールドカバー、60…駆動機構部、61…ガイドブッシュ、61a…小径部、61b…大径部、61c…雄ねじ、61d…横孔、62…弁軸ホルダー、62a…周壁部、62b…上壁部、62c…雌ねじ、63…ストッパ機構、63a…下ストッパ体、63b…上ストッパ体、64…駆動軸、64a…上端部、64b…胴部、64c…先端部、64d…プッシュナット、64e…先端突起、64f…フランジ部、65…封止部材、65a…Oリング、65b…パッキン、66…支持リング、67…復帰ばね、68…圧縮コイルばね、70…ホルダー、71…ホルダー本体、71a…下面、71b…圧入穴、71c…軸孔、71d…縦孔、72…円筒部、72a…横孔、73…支持部材、L…軸線、M…中心線、A0…均圧孔の断面積、A1…弁口の断面積、H…弁座から均圧孔までの距離、D1…弁口の径

Claims (11)

  1.  弁室が設けられた有底筒状の基体部材と、
     前記基体部材の底壁部に設けられた弁口に対向して配置され、前記弁口に対して進退する弁体と、を有し、
     前記基体部材の外側に前記弁室と区画された背圧室が設けられ、
     前記基体部材の周壁部に前記弁室に開口する流入口が設けられ、
     前記基体部材の底壁部に前記弁口に連なる流路と、前記流路と前記基体部材の外側とを接続する1または複数の均圧孔とが設けられ、
     少なくとも1つの前記均圧孔は、前記弁体と前記弁口との対向方向から見たとき、前記流入口の中心線上の位置でかつ前記流入口と向かい合う位置からずれて配置されていることを特徴とする流量制御弁。
  2.  少なくとも1つの前記均圧孔は、前記対向方向から見たとき、前記流入口の中心線から30度以上ずれて配置されている、請求項1に記載の流量制御弁。
  3.  前記基体部材の外側に配置された外筒部材をさらに有し、
     前記基体部材と前記外筒部材との間に前記均圧孔と前記背圧室とを接続する接続通路が設けられている、請求項1または請求項2に記載の流量制御弁。
  4.  前記弁体が、弁開度の変化率が流量に比例するように形成されたリニア特性部を有している、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の流量制御弁。
  5.  前記弁体が、弁開度の変化に対する流量の変化率が一定となるように形成されたイコールパーセント特性部を有している、請求項4に記載の流量制御弁。
  6.  前記基体部材は、1つの前記均圧孔が設けられ、
     前記均圧孔の断面積をA0とし、前記弁口の断面積をA1としたとき、以下の式(1)を満足する、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の流量制御弁。
      0.10≦A0/A1≦0.50 ・・・ (1)
  7.  前記基体部材は、1つの前記均圧孔が設けられ、
     前記基体部材の弁座から前記均圧孔までの距離をHとし、前記弁口の径をD1としたとき、以下の式(2)を満足する、請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の流量制御弁。
      0.25≦H/D1≦0.75 ・・・ (2)
  8.  前記弁体が先端部に設けられた駆動軸をさらに有し、
     前記弁体または前記駆動軸が前記弁室と前記背圧室とをまたいで配置され、
     前記弁室と前記背圧室との間が環状に形成された封止部材により封止され、
     前記封止部材による封止箇所の径が、前記弁口の径と同一である、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の流量制御弁。
  9.  前記弁体が先端部に設けられた駆動軸と、
     前記駆動軸を前記対向方向に移動可能に支持する支持部材と、をさらに有し、
     前記基体部材および前記支持部材のうちの一方に突部が設けられ、かつ、他方に前記突部が挿入されて当該突部の前記対向方向と直交する方向への移動を規制する孔が設けられている、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の流量制御弁。
  10.  前記基体部材に、前記孔としての前記弁口と同軸に配置された円形孔が設けられ、
     前記支持部材に、前記突部としての前記駆動軸と同軸に配置された円筒部が設けられている、請求項9に記載の流量制御弁。
  11.  前記円筒部が前記円形孔に圧入されている、請求項10に記載の流量制御弁。
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