(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁の下部に流体の流量又は圧力を調節するための弁体と流入口及び流出口が設けられると共に前記弁体により開閉される弁口が設けられる弁本体と、前記弁体を前記弁口開閉方向に駆動するダイアフラム装置と、を備えるダイアフラム式流体制御弁であって、
前記ダイアフラム装置は、ダイアフラムと該ダイアフラムの外周部を封止固定するダイアフラム保持部材とを有すると共に、前記ダイアフラムの上面側と前記ダイアフラム保持部材との間に密閉空間である上面側圧力室を形成し、
前記弁本体は、前記隔壁の上部に前記ダイアフラムの下面側と前記隔壁との間に下面側圧力室を形成し、前記ダイアフラムの下面の内周部は、作動棒を介して前記弁体が連接されると共に縮装された圧縮コイルばねにより上方に付勢される円板状部材を当接し、
前記ダイアフラムは、前記外周部と前記内周部との間に、断面で見て上に凸又は下に凸の山を、Nを３又は３より少ない正の整数としてN個+(0.5)個を持つ平面視同心円環状を呈する山波状部に形成し、差圧がない時、前記ダイアフラムの前記外周部の下面を基準面とした場合、該基準面から前記下に凸の山頂までの高低差と前記内周部の外端部との下面の高低差とを等しくしていることを特徴とするダイアフラム式流体制御弁。
【請求項２】
冷凍サイクルで用いられる膨張弁として機能するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム式流体制御弁。
【請求項３】
前記ダイアフラムの前記山の高さが実質的に同一にされていることを特徴とする請求項１又は２記載のダイアフラム式流体制御弁。
【請求項４】
前記ダイアフラムとして、板厚が0.05〜0.15mmのステンレス薄鋼板が用いられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダイアフラム式流体制御弁。
【請求項５】
前記ダイアフラムの山波状部は、その外径が18〜35mm、その内径が10〜22mmであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のダイアフラム式流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量又は圧力を調節するための弁体駆動用ダイアフラムを備えたダイアフラム式流体制御弁に係り、特に、カーエアコン等の冷凍サイクルに用いられる膨張弁として好適なダイアフラム式流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルに用いられる膨張弁として、下記特許文献1にも見られるように、流体(冷媒)の流量又は圧力を調節するための弁体と、流入口及び流出口が設けられるとともに、それらの間に前記弁体により開閉される弁口(オリフィス)が形成された弁本体と、前記弁体を前記弁口開閉方向に駆動するダイアフラム装置とを備えたダイアフラム式流体制御弁が知られている。
【０００３】
このダイアフラム式流体制御弁において、前記ダイアフラム装置は、通常、ダイアフラムと、該ダイアフラムの外周部を挟持するように封止固定するとともに、その上面側に密閉空間であるダイアフラム上面側圧力室(感温室、ダイアフラム室等とも称される)を画成するダイアフラム保持部材とを有し、前記ダイアフラムの下面には、前記ダイアフラムの挙動(変位)を前記弁体に伝達すべく、作動棒が連結されている。
【０００４】
前記圧力室(感温室)には、例えば、キャピラリチューブの一端部が挿入され、このキャピラリチューブの他端側には感温筒が取り付けられ、この感温筒により例えば蒸発器出口側の冷媒温度を感知するようになっている。なお、感温室、キャピラリーチューブ及び感温筒内には、通常、所定のガス(例えば二酸化炭素等)が所定の圧力で封入されている。
【０００５】
また、前記ダイアフラムは、前記ダイアフラム保持部材により封止固定された外周部と大径円板状部が当接する内周部との間に、断面で見て上に凸又は下に凸の山をN個[Nは正の整数(1、2、3、・・・)]持つ平面視同心円環状を呈する山波状部が形成されている。
【０００６】
かかる構成のダイアフラム式流体制御弁において、ダイアフラム(の内周部はその外周部に対して)は、通常、前記圧力室(感温室)の圧力(以下、ダイアフラム上面側圧力と称す)とダイアフラムの下面に作用する圧力(以下、ダイアフラム下面側圧力と称す)との差圧に応じて上下に変位し(撓み)、この変位が作動棒を介して弁体に伝達され、弁体が弁口開閉方向(上下方向)に動いて弁開度(=リフト量=弁口の実効開口面積)が調節され、これによって、流入口から流出口に向かう流体(冷媒)の圧力(流量)が制御されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-240041号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した如くの従来のダイアフラム式流体制御弁では、次のような解消すべき課題がある。
すなわち、ダイアフラムの上面側圧力と下面側圧力との差圧が小なる領域(極低温域)では、差圧の変化に対してリフト量の変化が小さく、したがって、冷媒の流量もさほど変化せず、所要の流量を確保すること、並びに、安定した流量制御を行なうことが難しいという問題があった。
【０００９】
また、部品材料費の削減等のためにダイヤフラム径を小さくすると、同様にリフト量の変化が小さくなり、安定した流量制御が難しくなるという問題があった。
【００１０】
なお、差圧の変化に対してリフト量を大きく変化させるには、ダイアフラムの板厚を薄くするダイヤフラム径を大きくする等の方策が考えられるが、ダイアフラムの板厚を薄くすると、強度が不足して破損しやすくなり、耐久性が低下するという問題があり、さらに、ダイアフラムが撓みやすくなり過ぎて流量制御の安定性が低下する嫌いもある。また、ダイヤフラム径を大きくするとコストアップする。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ダイアフラムの板厚を薄くすることなく、ダイアフラムの上面側圧力と下面側圧力との差圧が小なる領域においても、差圧の変化に対してリフト量を大きく変化させることができ、もって、所要の流量を確保することができるとともに、安定した流量制御を行なうことのできるダイアフラム式流体制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明に係るダイアフラム式流体制御弁は、基本的には、隔壁の下部に流体の流量又は圧力を調節するための弁体と流入口及び流出口が設けられると共に前記弁体により開閉される弁口が設けられる弁本体と、前記弁体を前記弁口開閉方向に駆動するダイアフラム装置と、を備え、該ダイアフラム装置は、ダイアフラムと該ダイアフラムの外周部を封止固定するダイアフラム保持部材とを有すると共に、前記ダイアフラムの上面側と前記ダイアフラム保持部材との間に密閉空間である上面側圧力室を形成し、前記弁本体は、前記隔壁の上部に前記ダイアフラムの下面側と前記隔壁との間に下面側圧力室を形成し、前記ダイアフラムの下面の内周部は、作動棒を介して前記弁体が連接されると共に縮装された圧縮コイルばねにより上方に付勢される円板状部材を当接し、前記ダイアフラムは、前記外周部と前記内周部との間に、断面で見て上に凸又は下に凸の山を、Nを３又は３より少ない正の整数としてN個+(0.5)個を持つ平面視同心円環状を呈する山波状部に形成し、差圧がない時、前記ダイアフラムの前記外周部の下面を基準面とした場合、該基準面から前記下に凸の山頂までの高低差と前記内周部の外端部の下面との高低差とを等しくしていることを特徴としている。
【００１４】
より好ましくは、冷凍サイクルで用いられる膨張弁として機能するように構成される。
【００１６】
前記ダイアフラムとして、好ましくは、板厚が0.0５〜0.15mmのステンレス薄鋼板が用いられる。
前記ダイアフラムの山波状部は、好ましくは、その外径が18〜35mm、その内径が10〜22mmとされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るダイアフラム式流体制御弁では、ダイアフラムの外周部と内周部との間の山波状部に、従来はN個(端数なし)であった山を、Nを３又は３より少ない正の整数として[N個+端数(０．５)個]形成するようにしたので、ダイアフラムの上面側圧力と下面側圧力との差圧が小なる領域においても、差圧の変化に対してリフト量を大きく変化させることができ、その結果、所要の流量を確保することができるとともに、安定した流量制御を行なうことができる。また、従来と同じリフト量にして、ダイアフラム径を小さくできるので、材料費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るダイアフラム式流体制御弁の実施例を示す縦断面図。
【図２】(A)は、図1に示されるダイアフラム装置部分の拡大図。(B)は、従来例のダイアフラム装置部分の拡大図。
【図３】(A)は、図1に示されるダイアフラムの拡大図。(B)は、従来例のダイアフラムの拡大図。
【図４】本発明に係るダイアフラム(山数N+0.5)と従来のダイアフラム(山数N)の特性の説明に供されるグラフ。
【図５】本発明による作用効果を従来例と比較して説明するためのグラフ。
【図６】本発明に係るダイアフラム式流体制御弁の他の実施例を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のダイアフラム式流体制御弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係るダイアフラム式流体制御弁の一実施例の縦断面図である。
図示のダイアフラム式流体制御弁1は、冷凍サイクルにおいて膨張弁として用いられるもので、弁本体10と、この弁本体10の上部に取付けられたダイアフラム装置30とを有する。
【００２３】
弁本体10は、隔壁11を挟んで上部にばね室兼ダイアフラム下面側圧力室12が形成されるとともに、隔壁11より下側に流出口41及び後述する弁体-オリフィス組立体20が挿着される貫通穴13が形成されている。
【００２４】
また、弁本体10には、中心軸線Oに対して約60度斜め下に傾斜した筒状のねじ螺合部15が設けられており、このねじ螺合部15の内周側には、調節ねじ16(後述)が螺合せしめられ、その外周にはキャップナット17が螺着されている。
【００２５】
前記ダイアフラム装置30は、ダイアフラム35(後で詳述)と、該ダイアフラム35の外周部を挟持するように封止固定するとともに、その上面側に密閉空間であるダイアフラム上面側圧力室33(感温室)を画成するダイアフラム保持部材32とを有している。
【００２６】
前記圧力室33(感温室)には、例えば、キャピラリチューブ34の一端部が挿入され、このキャピラリチューブ34の他端側には図示されていないが感温筒が取り付けられ、この感温筒により例えば蒸発器出口側の冷媒温度を感知するようになっている。なお、圧力室33、キャピラリーチューブ34及び感温筒内には、所定のガス(例えば二酸化炭素等)が所定の圧
力で封入されている。
【００２７】
また、前記ダイアフラム35の挙動(変位)を弁体25(後述)に伝達すべく、ダイアフラム35の下面側には、弁本体10の隔壁11に立設された筒状案内部19に摺動自在に嵌挿された作動棒37が大径円板状部材38を介して連接されている。大径円板状部材38は、ダイアフラム35の下面内周部(中央部)に当接している。なお、この大径円板状部材38の外周部は、ばね受けとなるとともに、弁本体10の上端面に当接してダイアフラム35の下方(開弁方向)への過度の変位を制限するストッパの役目も果たすようになっている。
【００２８】
前記筒状案内部19の外周には、ばね受け部材39が摺動自在に外挿され、このばね受け部材39と前記大径円板状部材38との間には、前記ダイアフラム35を上方に付勢する圧縮コイルばね40が縮装されている。
【００２９】
前記ばね受け部材39の外周部は、前記調節ねじ16の先端面16aに当接する傾斜面39aとなっており、ねじ螺合部15に対する調節ねじ16のねじ込み量を変えることにより、圧縮コイルばね40のセット荷重を調節するようになっている。
【００３０】
一方、前記弁体-オリフィス組立体20は、容量の異なる複数種の膨張弁に対して共通に用いられるもので、前記貫通穴13に挿着される筒体21を有し、この筒体21の上端部にオリフィス24が形成された弁座部材23が固定され、この弁座部材23の下側に、弁体案内穴及び流路となる複数の開口が形成された弁体案内部材26が固定され、この弁体案内部材26に、前記オリフィス24を開閉する円錐面部を有する弁体25が摺動自在に嵌挿されている。
【００３１】
筒体21における弁体25の下側には、中央に流通路を有する下側ばね受け部材28が固定され、この下側ばね受け部材28と弁体25の下部円錐面部との間には、弁体25を常時閉方向に付勢する圧縮コイルばねからなる閉弁ばね27が縮装されている。
また、筒体21の下部には、ストレーナ43及び流入口41が形成された押さえ部材44が固定されている。
【００３２】
なお、本制御弁(膨張弁)1を備えた冷凍サイクルにおいては、凝縮器からの冷媒が、流入口41から入ってストレーナ43を通り、弁体25とオリフィス24との間を通って(絞られて)流出口42から蒸発器に向かうようになっており、弁体25とオリフィス24とで絞られた冷媒の圧力は、ばね室兼ダイアフラム下面側圧力室12に作用するようになっている。
【００３３】
かかる構成のもとで、ダイアフラム35はダイアフラム上面側圧力(前記圧力室33(感温室)の圧力)とダイアフラム35の下面に作用するダイアフラム下面側圧力(ダイアフラム下面側圧力室12の圧力)との差圧に応じて上下に変位し(撓み)、この変位が作動棒37を介して弁体25に伝達され、弁体25がオリフィス開閉方向(上下方向)に動いて弁開度(=リフト量=弁口の実効開口面積)が調節され、これによって、流入口41から流出口42に向かう冷媒の流量が制御される。
【００３４】
そして、本実施例においては、上記構成に加え、図2(A)、図3(A)を参照すればよくわかるように、前記ダイアフラム35は、前記ダイアフラム保持部材32により固定された外周部35aと前記大径円板状部38が当接する内周部35cとの間に、断面で見て下に凸の山を、1山半(1.5個)持つ平面視同心円環状を呈する山波状部35bが形成されている。
【００３５】
より詳細には、前記ダイアフラム35は、板厚が0.10mmのステンレス薄鋼板(ASL350等)が用いられて円板状に作製されており、その外径φa(Pa-Pa)は38.9mm、前記山波状部35bの外径φb(Pb-Pb)及び内径(内周部35cの外径)φe(Pc-Pc)はそれぞれ28.5mm、16.0mm、1山部分の山頂点Pcの径φcは24.4mm、1山の端点Pdの径φdは19.8mm、山波状部35bの山頂及び裾
野の半径Rは4.0mm、及び、前記ダイアフラム35における外周部35aの下面を基準面Sとして、該基準面Sから山頂(Pc)までの高低差Hと前記基準面Sから前記山波状部35bの内周側端部(Pe)までの高低差とが共に0.30mmになっている。
【００３６】
これに対し従来のダイアフラム35は、その一例が図2(B)、図3(B)に示されているように、山波状部35bには、山が1個(端数なし)のみ形成されており、前記基準面Sから山頂(Pc)までの高低差Hは、図3(A)に示される本発明品と同じ0.30mmであるが、前記基準面Sから前記山波状部35bの内周側端部(Pe)までの高低差は0mm(無し)となっている。
【００３７】
ここで、本発明による作用効果を検証すべく、本発明品及び従来品として次の(a)〜(h)示すように山波状部35bの山数の異なるダイアフラムを用意して、ダイアフラム下面側圧力に対するリフト量(図4)と、ダイアフラム上面側圧力とダイアフラム下面側圧力との差圧に対するリフト量(図5)を計測した。
(a)山数1.5(前記実施例)、(b)山数2.5、(c)山数3.5、(d)山数2.25、(e)山数2.75、(f)山数1.0(上記従来例)、(g)山数2.0、(h)山数3.0
【００３８】
前記(a)〜(h)の各ダイアフラムは、板厚、材質、外径φa、山波状部35bの外径φb及び内径φe、基準面Sから山頂までの高低差H等は同じに設定され(山波状部35bの山頂及び裾野の半径Rは異なる)、同じ環境・条件のもとでリフト量を計測した。
【００３９】
図4は、ダイアフラム下面側圧力(kPaG:大気圧を基準)に対するリフト量を表し、破線は、Nを正の整数(1、2、3)として、山数が[N+0.5]のダイアフラム(本発明品)のリフト量を、実線は、山数が[N(端数なし)]のダイアフラム(従来品)のリフト量を示している。、
図5は、上記(a)〜(h)の各ダイアフラムについて、ダイアフラム上面側圧力とダイアフラム下面側圧力との差圧(kPa)に対するリフト量を示している。
【００４０】
図4、図5から、山数が[N+0.5]のダイアフラム(本発明品)は、山数が[N(端数なし)]のダイアフラム(従来品)より、差圧(ダイアフラム下面側圧力)の略全領域において、リフト量が大きくなっており、特に、差圧が小なる領域(極低温域)においては、差圧の変化に対してリフト量の変化が従来品より相当大きいことがわかる。
【００４１】
このため、ダイアフラム35の上面側圧力と下面側圧力との差圧が小なる領域においても、差圧の変化に対してリフト量を大きく変化させることができ、その結果、所要の流量を確保することができるとともに、安定した流量制御を行なうことができる。また、従来と同様のリフト量にして、ダイヤフラム径を小さくできるので材料費を削減できる。
【００４２】
また、山数が[N+0.5]だけでなく、(d)の山数2.25及び(e)の山数2.75でも、従来品より略全領域でリフト量が大きくなっており、特に、差圧が小なる領域(極低温域)においては、差圧の変化に対してリフト量の変化がある程度大きくなっていることから、山数が[N+(0.25〜0.75)]でも、山数が[N+0.5]より低いもののそれ相応の効果が得られる。
【００４３】
図6は、本発明の係るダイアフラム式流体制御弁の他の実施例を示している。本実施例は、ボックス形の制御弁(膨張弁)に本発明を適用した場合を示しており、上記した実施例の各部に対応する部分及び同一機能部分には同一の符号を付している。本実施例においても、ダイアフラム装置30のダイアフラム35として、前記した山数1.5のものが使用されている。ダイアフラム装置30の圧力室33はキャップ39で密封されている。また、ボックス形の弁本体10'の上部には、蒸発器からの冷媒の流入口及び圧縮機吸入側への流出口からなる流通路53が形成されており、ここを流れる冷媒がダイアフラム下面側圧力室12に導入されるようになっている。
【００４４】
このような構成のボックス形の膨張弁2においても、ダイアフラム35の山波状部35bに山が1山半設けられているので、前記した実施例とほぼ同様な作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００４５】
1、2  ダイアフラム式流体制御弁(膨張弁)
10    弁本体
12    ダイアフラム下面側圧力室
20    弁体-オリフィス組立体
24    オリフィス(弁口)
25    弁体
30    ダイアフラム装置
33    ダイアフラム上面側圧力室
35    ダイアフラム
35b    山波状部
37    作動棒
41    流入口
42    流出口
【図１】
0005501670.tif 000002
【図２】
0005501670.tif 000003
【図３】
0005501670.tif 000004
【図４】
0005501670.tif 000005
【図５】
0005501670.tif 000006
【図６】
0005501670.tif 000007