JP2009144893A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒導出用絞り部としての溝を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を可及的に低減できるようにされた流量制御弁を提供する。
【解決手段】逆円錐面状のテーパ面１４ａを持つ弁シート部１４Ａを有する弁座部材１４と、前記弁シート部１４Ａに接離する逆円錐面状のテーパ面２１ａを持つ弁体部２１Ａを有する弁棒２０とを備え、前記弁シート部１４Ａに前記弁体部２１Ａが当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部１４Ａに、所定深さのブリード溝１７が形成されて、前記弁シート部１４Ａのテーパ面１４ａの中心角θａから前記弁体部２１Ａのテーパ面２１ａの中心角θｂを減じた角度αが０°以上で２．５°以下とされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、空気調和機等に使用されるソレノイド（電磁）駆動式やモータ駆動式等の流量制御弁に係り、特に、弁シート部に、閉弁状態においても冷媒を絞って導出させる冷媒導出用絞り部としてのブリード溝が形成されているものに関する。

従来より、空気調和機等に使用される流量制御弁にあっては、例えば下記特許文献１、２等にも見られるように、除湿（ドライ）運転を行う際等の冷媒導出用絞り部（閉弁状態においても冷媒を絞って導出させる）としての溝を弁シート部（弁座）に設けたものが知られている。

しかしながら、前記従来の流量制御弁のように、単に冷媒導出用絞り部としての溝を弁シート部に設けただけでは、該溝を通過する冷媒によって不快な騒音（冷媒通過音）が発生するという問題があった。

そこで、このような騒音（冷媒通過音）を可及的に低減すべく、本願の発明者等は、先に、下記特許文献３に所載の如くの流量制御弁を提案している。

すなわち、この提案の流量制御弁は、逆円錐面状のテーパ面を持つ弁シート部を有する弁座部材と、前記弁シート部に接離する逆円錐面状のテーパ面を持つ弁体部を有する弁棒とを備え、前記弁シート部に前記弁体部が当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部に、所定深さのブリード溝が形成されるとともに、該ブリード溝の底部に、冷媒を分散して導出するように、断面が三角形状、半円弧状、台形状等の所定深さの凹部が複数列並設されてなるものである。

このような構成の提案制御弁では、冷媒空気調和機の除湿（ドライ）運転時等において、冷媒はブリード溝で分散されると同時に、前記凹部でさらに分散されて導出されることになり、そのため、ブリード溝を通過する冷媒による騒音（冷媒通過音）を効果的に低減でき、静音化を図ることができる。

特開平１１−５１５１４号公報 特開２００４−１５０５８０号公報 特願２００６−１５８７８５号

しかしながら、前記提案制御弁においても、騒音低減効果が充分ではなく、一層静音化を図ることのできる流量制御弁の開発が強く要望されている。

本発明は、前記要望に応えるべくなされたもので、その目的とするところは、冷媒導出用絞り部としてのブリード溝を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を可及的に低減できて、より一層の静音化を図ることのできる流量制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流量制御弁の一つは、基本的には、逆円錐面状のテーパ面を持つ弁シート部を有する弁座部材と、前記弁シート部に接離する逆円錐面状のテーパ面を持つ弁体部を有する弁棒とを備え、前記弁シート部に前記弁体部が当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部に、所定深さのブリード溝が形成されており、前記弁シート部のテーパ面の中心角θａから前記弁体部のテーパ面の中心角θｂを減じた角度αが０°以上で２．５°以下とされていることを特徴としている。

この場合、好ましい態様では、前記ブリード溝の底部に、冷媒を分散して導出するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの凹部が複数列並設される。

より好ましい態様では、前記中心角θａから前記中心角θｂを減じた角度αが１．０°以上で１．５°以下とされる。

一方、本発明に係る流量制御弁の他の一つは、基本的には、逆円錐面状のテーパ面を持つ弁シート部を有する弁座部材と、前記弁シート部に接離する逆円錐面状のテーパ面を持つ弁体部を有する弁棒とを備え、前記弁シート部に前記弁体部が当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部に、所定深さのブリード溝が形成されており、前記弁体部における前記テーパ面より上流側に、半径方向に膨出してその下面が前記弁シート部の上端面に対向する膨出部が設けられ、閉弁時における前記膨出部の下面と前記弁シート部の上端面との離隔距離βが所定値以下とされていることを特徴としている。

この場合、好ましい態様では、前記ブリード溝の底部に、冷媒を分散して導出するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの凹部が複数列並設される。

他の好ましい態様では、前記弁シート部の上端面に、該上端面を半径方向に横断するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの整流溝が複数個設けられる。

前記複数個の整流溝は、好ましくは、放射状に配列される。
また、前記複数個の整流溝は、好ましくは、隣り合う前記ブリード溝間に設けられる。

本発明に係る流量制御弁の一つでは、弁シート部のテーパ面の中心角θａから弁体部のテーパ面の中心角θｂを減じた角度αが０°以上で２．５°以下、より好ましくは、１．０°以上で１．５°以下とされるので、弁体部のテーパー面と弁シート部のテーパー面との間における、それらの当接部より上流側に形成される断面が鋭角三角形状の隙間Ｓａが、従前の前記角度αが８°前後あったものに比して大幅に縮小される。このため、騒音発生源である前記ブリード溝に向かう通過冷媒中に含まれる気泡が十二分に細分化され、これによって、ブリード溝を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を従前のものよりさらに低減できて、より一層の静音化を図ることができる。

本発明に係る流量制御弁の他の一つでは、弁体部における前記テーパ面より上流側に膨出部が設けられ、閉弁時における前記膨出部の下面と前記弁シート部の上端面との離隔距離βが所定値以下とされるので、弁シート部及び弁体部の外周側から前記ブリード溝に向かう比較的大きな（径の）気泡が前記膨出部の下面と前記弁シート部の上端面との間に形成される隙間には侵入できなくなる。このため、騒音発生源である前記ブリード溝に向かう通過冷媒中に含まれる比較的大きな（径の）気泡が細分化され、これによって、ブリード溝を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を従前のものよりさらに低減できて、より一層の静音化を図ることができる。

この場合、上記構成に加えて、前記弁シート部の上端面に所定の形態で整流溝を複数個設けて冷媒を整流することことにより、より一層の静音化を図ることができる。

以下、本発明の流量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、本発明に係る流量制御弁の一実施形態を示す縦断面図である。

図示実施形態の流量制御弁１は、空気調和機等の冷凍サイクルに使用されるのもので、逆有底円筒状の小径部１２Ａ及びその下部に連なる大径部１２Ｂからなる段付きのキャン１２と該キャン１２の大径部１２Ｂに下から嵌め込まれて溶接等により密封接合された鍔状部付き弁座部材１４とで弁本体１０が構成されている。弁座部材１４の上端部内周側は、逆円錐面状のテーパ面１４ａを持つ弁シート部１４Ａとなっており、この弁シート部１４Ａに、弁棒２０の下部大径部２０Ａの下端外周側に設けられた、逆円錐面状のテーパ面２１ａを持つ弁体部２１Ａが接離するようになっている（後述）。

また、前記キャン１２の大径部１２Ｂの一側部には導管（継手）４１が、また、弁座部材１４の下部には導管（継手）４２が、それぞれろう付け等により接合連結されている。

前記キャン１２の小径部１２Ａの下部には、固定鉄芯である吸引子２２がろう付け又はカシメ固定等により固着され、この吸引子２２、キャン１２の大径部１２Ｂ、及び弁座部材１４で弁室１５が画成され、この弁室１５には、前記弁棒２０の下部大径部２０Ａが位置せしめられている。

前記吸引子２２に設けられた貫通穴には前記弁棒２０の小径部２０Ｂが摺動自在に嵌挿され、弁棒２０の上端部は、キャン１２の上部に摺動自在に嵌挿された中空のプランジャ２４に差し込まれてかしめ固定されている。

プランジャ２４と吸引子２２との間には圧縮コイルばね２５が介装されており、この圧縮コイルばね２５は、常時プランジャ２４を吸引子２２から引き離す方向、すなわち、弁体部２１Ａを弁シート部１４Ａから引き離す方向（開弁方向）に付勢している。

前記キャン２０（の小径部２０Ｂ）の外周側には、ハウジング３２、コイル３３、ボビン３４等を有する電磁式アクチュエータ３０が取り付けられている。なお、ハウジング３２の上部には、リベット３６等で半球状凸部を有するストッパ３７が固着されており、このストッパ３７の半球状凸部をキャン２０側に複数箇所（例えば４箇所）設けられた半球状の凹部のいずれかに嵌合させることにより、キャン２０に対して電磁式アクチュエータ３０が位置決め固定される。

かかる構成のもとで、コイル３３に通電がなされない状態にあっては、圧縮コイルばね２５の付勢力により、プランジャ２４は上端位置にあって、弁棒２０の弁体部２１Ａは弁座部材１４の弁シート部１４Ａから離れている。したがって、冷媒は、弁室１５を介して両導管４１、４２の間を自由に流れることができる（ここでは、図の矢印で示されるように導管４１→導管４２の流れを基本としている）。

コイル３３に通電されると、コイル３３から発せられる磁界により吸引子２２及びプランジャ２４が磁化される。吸引子２２の磁力はプランジャ２４を圧縮コイルばね２５の付勢力に抗して吸引子２２側へ引き寄せる。これによって、弁棒２０の弁体部２１Ａが弁シート部１４Ａに当接して閉弁状態となる（図１に示される位置）。

以上の構成に加えて、本実施形態では、前記閉弁状態において冷媒を絞って導管４１→導管４２に導出するため、つまり、空気調和機において除湿（ドライ）運転を行う際等の冷媒導出用絞り部として、図２に示される如くに、前記弁シート部１４Ａの複数箇所（例えば４５°間隔で８箇所）に、図３に断面が示されている如くの、深さがｄのブリード溝１７が形成されており、このブリード溝１７の底部１７Ｂに、弁室１５から導管４２に向かうように、例えば断面半楕円弧状で深さがｅの凹部１８が複数列（例えば２列）並設されている。

このように、深さがｄのブリード溝１７に深さがｅの凹部１８を複数列（例えば２列）並設することにより、冷媒空気調和機の除湿（ドライ）運転時において、冷媒は前記８箇所のブリード溝１７で分散されると同時に、前記２列の凹部１８でさらに分散されて導出されることになり、そのため、ブリード溝１７を通過する冷媒による騒音（冷媒通過音）を効果的に低減できる。

なお、前記凹部１８の断面形状は、図３に示される如くの断面半楕円弧状に限られることはなく、断面形状をＶ字状、半円弧状、台形状等やそれらの組み合わせにしてもよい。

かかる構成に加えて、本実施形態の流量制御弁１では、さらに、次のような構成が加えてられている。

すなわち、図４、図５に示される如くに、前記弁シート部１４Ａのテーパ面１４ａの中心角θａから前記弁体部２１Ａのテーパ面２１ａの中心角θｂを減じた角度αが０°以上で２．５°以下、より好ましくは１．０°以上で１．５°以下とされて、弁体部２１Ａのテーパー面２１ａと弁シート部１４Ａのテーパー面１４ａとの間における、それらの当接部Ｐより上流側に形成される断面が鋭角三角形状の隙間Ｓａが、従前の前記角度αが８°前後あったものに比して大幅に縮小されている。このため、騒音発生源である前記ブリード溝１７に向かう通過冷媒中に含まれる気泡が十二分に細分化され、これによって、ブリード溝１７を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を従前のものよりさらに低減できて、より一層の静音化を図ることができる。

かかる効果を検証すべく、試作実験を行ったところ、図６、図７に示される如くの結果が得られた。すなわち、図６及び図７において、縦軸に騒音レベルをあらわす音圧（dＢ）をとり、横軸にそれぞれ前記角度α（＝θａーθｂ）及び時間（ｓ）をとって試作実験値が示されているように、前記角度αが大きくなるに従い音圧が大きくなり、前記角度αが２°を越えたあたりで、音圧は規格上の許容限界値である３３．８dＢを越えてしまうこと、及び、前記角度αが１．０°以上で１．５°以下の場合に最も騒音低減効果が大きいことが分かる。

なお、前記ブリード溝１７における凹部１８数を１個、２個、３個、４個（図９参照）、…にした場合の騒音レベルを示す音圧（dＢ）を図８に示す。これから分かるように、前記凹部１８数は２〜４個が適当であり、５個以上にしてもさほど騒音低減効果は得られない。

図１０は、他の実施形態の弁棒２０の下部大径部２０Ａ’と弁座部材１４を示す。本実施形態では、前記角度αが従前のものと同じ８°程度にされているが、ブリード溝１７等は前記実施形態と同じ構成とされ、それに、次のような構成が付加されている。すなわち、前記弁体部２１Ａにおけるテーパ面２１ａより上流側に、半径方向に膨出してその下面２３ａが前記弁シート部１４Ａの上端面１４ｂに対向する膨出部２３が設けられ、閉弁時における膨出部２３の下面２３ａと弁シート部１４Ａの上端面１４ｂとの離隔距離βが所定値以下とされている。

このようにされることにより、弁シート部１４Ａ及び弁体部２１Ａの外周側から前記ブリード溝１７に向かう比較的大きな（径の）気泡が前記膨出部２３の下面２３ａと前記弁シート部１４Ａの上端面１４ｂとの間に形成される隙間（β）には侵入できなくなる。このため、騒音発生源である前記ブリード溝１７に向かう通過冷媒中に含まれる比較的大きな（径の）気泡が細分化され、これによって、ブリード溝１７を通過する冷媒によって発生する騒音（冷媒通過音）を従前のものよりさらに低減できて、より一層の静音化を図ることができる。

かかる効果を検証すべく、試作実験を行ったところ、図１１に示される如くの結果が得られた。すなわち、図１１において、縦軸に騒音レベルをあらわす音圧（dＢ）をとり、横軸に時間（ｓ）をとって、前記離隔距離βが０．１５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．４５ｍｍとした場合の試作実験値が示されているように、前記離隔距離βが大きくなるに従い音圧が大きくなることが分かる。

この場合、上記構成に加えて、図１２に示される如くに、前記弁シート部１４の上端面１４ｂに、該上端面１４ｂを半径方向に横断するように、断面がＶ字状（半楕円弧状、台形状等でも可）の所定深さｆの整流溝１４ｃが複数個（２個一組で４５°間隔をあけて８箇所に計１６個）、放射状に配列形成されている。ここでは、各整流溝１４ｃは、隣り合う前記ブリード溝１７ー１７間に設けられている。

このように、前記弁シート部の上端面に所定の形態で整流溝を複数個設けて冷媒を整流することことにより、図１３に示される如くに、より一層の静音化を図ることができる。

本発明に係る流量制御弁の一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される弁座部材の斜視図。 図２に示される弁座部材の弁シート部に形成されたブリード溝を示す拡大断面図。 本発明の一実施形態における弁棒の下部大径部と弁座部材の上部の拡大断面図。 図４のＸ部の拡大図。 本発明の一実施形態の作用効果の説明に供されるグラフ。 本発明の一実施形態の作用効果の説明に供されるグラフ。 本発明の一実施形態においてブリード溝における凹部数を変えた場合の音圧を示すグラフ。 本発明の一実施形態においてブリード溝における凹部数が４個の場合を示す拡大断面図。 本発明の他の実施形態における弁棒の下部大径部と弁座部材の上部の拡大断面図。 本発明の他の実施形態の作用効果の説明に供されるグラフ。 本発明の別の実施形態における弁棒の下部大径部と弁座部材の上部の拡大断面図及び弁座弁口部材の斜視図。 本発明の別の実施形態の作用効果の説明に供されるグラフ。

符号の説明

１ 流量制御弁
１０ 弁本体
１４ 弁座部材
１４Ａ 弁シート部
１４ａ テーパ面
１４ｂ 上端面
１４ｃ 整流溝
１７ ブリード溝
１７Ｂ 底部
１８ 凹部
２０ 弁棒
２１Ａ 弁体部
２１ａ テーパー面
２３ 膨出部

Claims (8)

1. 逆円錐面状のテーパ面を持つ弁シート部を有する弁座部材と、前記弁シート部に接離する逆円錐面状のテーパ面を持つ弁体部を有する弁棒とを備え、前記弁シート部に前記弁体部が当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部に、所定深さのブリード溝が形成されている流量制御弁であって、前記弁シート部のテーパ面の中心角θａから前記弁体部のテーパ面の中心角θｂを減じた角度αが０°以上で２．５°以下とされていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記ブリード溝の底部に、冷媒を分散して導出するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの凹部が複数列並設されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記中心角θａから前記中心角θｂを減じた角度αが１．０°以上で１．５°以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量制御弁。
4. 逆円錐面状のテーパ面を持つ弁シート部を有する弁座部材と、前記弁シート部に接離する逆円錐面状のテーパ面を持つ弁体部を有する弁棒とを備え、前記弁シート部に前記弁体部が当接する閉弁時においても冷媒を絞って導出させるべく、前記弁シート部に、所定深さのブリード溝が形成されている流量制御弁であって、前記弁体部における前記テーパ面より上流側に、半径方向に膨出してその下面が前記弁シート部の上端面に対向する膨出部が設けられ、閉弁時における前記膨出部の下面と前記弁シート部の上端面との離隔距離βが所定値以下とされていることを特徴とする流量制御弁。
5. 前記ブリード溝の底部に、冷媒を分散して導出するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの凹部が複数列並設されていることを特徴とする請求項４に記載の流量制御弁。
6. 前記弁シート部の上端面に、該上端面を半径方向に横断するように、断面がＶ字状、半楕円弧状、台形状等の所定深さの整流溝が複数個設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の流量制御弁。
7. 前記複数個の整流溝は、放射状に配列されていることを特徴とする請求項６に記載の流量制御弁。
8. 前記複数個の整流溝は、隣り合う前記ブリード溝間に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の流量制御弁。

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