JP5945576B2 - バルブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒の流れを制御する部品、特に冷媒の流路を開閉するためのバルブ装置に関するものである。
エアコンの室外機ユニットには、通常、冷媒流路を開閉するためのバルブ装置が設けられている。図7に示すのは、特許文献1に記載されている従来のバルブ装置の断面図である。このバルブ装置は、上弁ボディ1と下弁ボディ2を備えている。上弁ボディ1内には弁体7が設けられている。下弁ボディ2は、パイプを接続するための接続部3と、冷媒を充填するためのサービスポート4を備えている。下弁ボディ2の下端部には、機械的な切削加工によって弁座5が一体に形成されている。接続部3内には、接続用通路31が切削加工によって形成されている。下弁ボディ2内の弁座5を含む流路と接続用通路31とを流れる冷媒の流動抵抗を低減するため、接続用通路31は、下弁ボディ2の軸線に対して斜めをなしている。
意匠登録第1469173号公報
上記のバルブ装置では、接続用通路31が下弁ボディ2の軸線に対して斜めをなしているので、接続用通路31を切削加工する際には、接続部3の先端側から弁座5に向かって進入した切削用の刃物が、弁座5を傷付ける虞がある。そこで、刃物が弁座5を傷付けるのを防止するため、両弁ボディ1,2の軸線方向において、下弁ボディ2における接続用通路31の連通位置を、弁座5から上方へ遠ざけるように配置している。つまり、下弁ボディ2のうち接続用通路31の連通位置と弁座5との間の領域には、ストレート部6が設けられている。このため、バルブ装置が全体として嵩高となってしまう。
また、弁座5が下弁ボディ2に一体に形成されているため、上弁ボディ1と下弁ボディ2とを分離し、弁体7を下から上弁ボディ1に収容している。そして、上弁ボディ1と下弁ボディ2は溶接によって固定されている。一般的に、弁ボディの強度(又は厚さ)は、耐内圧、バルブ開閉操作時の荷重、耐切削負荷などに基づいて決められるのであるが、従来のバルブ装置は、溶接の際に両弁ボディ1,2には約1トンの負荷がかけられる。そこで、この負荷に耐えるために、弁ボディ1,2の壁を肉厚にして強度を高められているが、これにより、バルブ装置の外径が大きくなっている。
また、上弁ボディ1と下弁ボディ2は同軸状に連なるように溶接されるのであるが、両弁ボディ1,2の溶接部分の寸法等の精度が低いと、上弁ボディ1と下弁ボディ2の間の同軸度を保証し難くなる。両弁ボディ1,2が同軸状に溶接されない場合は、両弁ボディ1,2の溶接部分の密封性が低下する虞がある。しかも、バルブ装置は、室外機ユニットに取り付けた後、弁体7を長年に亘り弁座5から上方へ退避させることによって、開弁状態に保たれる。この間、弁体7は、下弁ボディ2にねじ込まれた状態で、上弁ボディ1の上端部のシール部に強く押し付けられる。その結果、上弁ボディ1と下弁ボディ2の溶接部分では、常に負荷がかかった状態となるため、亀裂が生じて冷媒の漏れを起こす虞がある。
さらに、上弁ボディ1と下弁ボディ2を抵抗溶接で固定する場合には、水による冷却を行うことができないため、溶接時の熱が、弁体7の外周のOリングに熱劣化等の悪影響を及ぼさないようにするための対策が必要である。その対策として、Oリングを溶接位置から遠ざけるために、弁体7の上下寸法を大きくしているのであるが、その結果、バルブ装置全体が嵩高となっている。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小型化を図ることを目的とする。
第1の発明のバルブ装置は、
冷媒を流通させる弁通路を有する円筒形の弁ボディと、
前記弁ボディの外側面に配置された取付部と、
前記弁ボディの下端部に配置され、上端縁に弁口が形成された弁座と、
前記弁ボディの内部に収容され、前記弁口に接触して前記弁通路を閉塞する閉弁位置と、前記弁口から離間して前記弁通路を開放する開弁位置との間で往復移動可能な弁体と、
前記弁ボディに一体に形成された接続部と、
前記接続部内に形成され、中心軸が前記弁ボディの中心軸に対して鋭角をなす接続用通路とを備え、
前記弁体が前記弁口から離間して開弁状態になると、前記接続用通路が前記弁通路と連通するようになっているところに特徴を有する。
第2の発明のバルブ装置は、
冷媒を流通させる弁通路を有する円筒形の弁ボディと、
前記弁ボディの外側面に配置された取付部と、
前記弁ボディの下端部に配置され、上端縁に弁口が形成された弁座と、
前記弁ボディの内部に収容され、前記弁口に接触して前記弁通路を閉塞する閉弁位置と、前記弁口から離間して前記弁通路を開放する開弁位置との間で往復移動可能な弁体と、
前記弁ボディに一体に形成された接続部と、
前記接続部内に形成され、中心軸が前記弁ボディの中心軸に対して鋭角をなす接続用通路と、
前記弁ボディに一体に形成されたサービスポートと、
前記サービスポート内に形成され、中心軸が前記弁ボディの前記中心軸に対して交差する向きの充填用通路とを備え、
前記弁体が前記弁口から離間して開弁状態になると、前記接続用通路と前記充填用通路と前記弁通路とが連通するようになっているところに特徴を有する。
第1及び第2の発明のバルブ装置は、弁座と弁ボディを分離可能とすることにより、弁通路における接続用通路との連通位置と、弁座の設置位置とを上下に遠ざける必要がなくなるので、バルブ装置が嵩高になるのを防止できる。また、弁座を弁ボディと分離可能とすることにより、弁ボディを溶接せずに単一部品として成形できる。これにより、弁ボディの強度設計において、溶接時の荷重を考慮せずに済むので、弁ボディの外径を小さくできる。
実施例1のバルブ装置の背面図 左側面図 正断面図 実施例2のバルブ装置の背面図 左側面図 正断面図 従来例のバルブ装置の断面図
第1の発明のバルブ装置は、前記弁ボディと前記接続部と前記取付部が、鍛造又は鋳造によって一体に成形されていてもよい。この構成によれば、溶接することなく弁ボディと接続部と取付部を一体化できるので、溶接に起因するバルブ装置の大型化を回避できる。
第1の発明のバルブ装置は、前記取付部が、前記弁ボディの外周面から対称に突出し、その突出方向は、前記接続部の突出方向に対して90度をなしていてもよい。この構成によれば、取付部と接続部がバランス良く配置される。
第2の発明のバルブ装置は、前記弁ボディと前記接続部と前記取付部と前記サービスポートが、鍛造又は鋳造によって一体に成形されていてもよい。この構成によれば、溶接することなく弁ボディと接続部と取付部とサービスポートを一体化できるので、溶接に起因するバルブ装置の大型化を回避できる。
第2の発明のバルブ装置は、前記接続部と前記サービスポートが前記弁ボディに関してほぼ対称に配されていてもよい。この構成によれば、接続部とサービスポートがバランス良く配置される。
第2の発明のバルブ装置は、前記接続部と前記サービスポートが前記弁ボディから突出する方向は、前記取付部が前記弁ボディから突出する方向に対して90度をなしていてもよい。この構成によれば、接続部とサービスポートと取付部がバランス良く配置される。
第1及び第2の発明のバルブ装置は、前記弁座と前記弁ボディは別体部品からなり、前記弁座がロウ付けによって前記弁ボディに固定されていてもよい。この構成によれば、弁座を弁ボディにロウ付けする前に、接続用通路を切削加工するようにすれば、切削用工具によって弁座を傷付けることを回避できる。
第1及び第2の発明のバルブ装置は、連絡管を備えており、前記連絡管と前記弁座が、前記弁ボディに対し1回のロウ付け工程で固定されていてもよい。この構成によれば、ロウ付け工程が1回で済むので、作業効率が良い。
第1及び第2の発明のバルブ装置は、前記弁体と前記弁ボディの間に介装されるハードシール又はソフトシールを備えていてもよい。この構成によれば、弁体と弁ボディとの隙間における冷媒の漏出を防止できる。
<実施例1>
以下、本発明を具体化した実施例1を図1〜図3を参照して説明する。バルブ装置Aは、中心軸S1を上下方向に向けた円筒状の弁ボディ11を有している。弁ボディ11は、鍛造又は鋳造などにより成形されている。弁ボディ11の内部は中空部111となっている。中空部111の内周のうち上端部領域は、シール面114となっている。弁ボディ11の上端の開口部には、シール面114より直径が小さい縮径部112(請求項に記載のハードシール)が形成されている。中空部111の内周のうち上下方向の略中央領域には、シール面114よりも直径の大きい雌ネジ部115が形成されている。中空部111の下端の開口部(雌ネジ部115より下方の領域)は、雌ネジ部115よりも直径の大きい溶接部116となっている。
中空部111内には、軸線を上下方向(弁ボディ11と平行)に向けた棒状の弁体13が収容されている。弁体13は、黄銅あるいはアルミの矩形の材料を切削加工することによって成形されている。弁体13の上端部外周には、テーパ状のシール部131(請求項に記載のハードシール)が形成されている。シール部131と縮径部112は、互いに当接可能であり、ハードシールを構成している。
また、バルブ装置Aの密封性能を高めるために、弁体13の外周とシール面114(中空部111の内周)との間には密封部品としてのOリング132が設けられている。Oリング132(請求項に記載のソフトシール)は、弁体13の外週面上端部(シール部131より少し低い位置)に形成した溝に収容されている。このOリング132により、弁体13が昇降移動する過程で、常時、弁体13の外周とシール面114との間で良好な密封性能が維持される。
弁体13の外周面のうち下端側領域は、弁ボディ11の雌ネジ部115にねじ込まれている。これにより、弁体13は、回転力を付与することにより、弁ボディ11(中空部111)内で中心軸S1に沿って上昇又は下降する。弁体13を上昇させると、バルブ装置Aが開弁状態となり、中空部111のうち弁体13よりも下方の領域(雌ネジ部115の形成領域における下端側領域と溶接部116)が、冷媒を流通させるための弁通路113となる。
弁ボディ11の外周には、円筒状をなす接続部12が突出形成されている。接続部12は、鍛造又は鋳造により弁ボディ11と一体に成形されている。接続部12には、図示しないパイプを接続するためのナット121が取り付けられている。接続部12内には、冷媒を流通させるための接続用通路122が、弁通路111に連通して形成されている。接続用通路122(接続部12)の中心軸S2は、弁ボディ11の中心軸S1に対して鋭角をなして交差している。
中心軸S1と中心軸S2が交差する位置は、中空部111(弁通路113)のうち上下方向において雌ネジ部115と対応する高さ(弁座14よりも上方の位置)である。中心軸S2は、中心軸S1との交差位置から斜め上方へ延びている。したがって、接続用通路122は、接続部12の先端側から弁ボディ11内の溶接部116(弁座14)に向かって切削加工することによって形成されている。
弁ボディ11の外周面には、一対の取付部16が板状に突出するように形成されている。一対の取付部16の突出方向は、弁ボディ11の中心軸S1と平行に視たときに、接続部12の突出方向と90度をなす。また、一対の取付部16の突出方向は、弁ボディ11の中心軸S1に対して90度をなしている。一対の取付部16には、取付穴161,162が形成されている。バルブ装置Aは、取付穴161,162においてボルト締めすることにより、エアコンシステムの室外機(図示省略)に取り付けられる。
弁ボディ11の下端の溶接部116には、弁座14が配置されている。弁座14は、弁ボディ11とは別体の部品として成形されたものである。弁座14は円環形をなしていて、弁座14の上端内周縁は、弁口141となっている。中空部111のうち雌ネジ部115の下端と溶接部116の上端との境界には、第2段差部117が形成されている。弁座14は、弁ボディ11の下方から溶接部116内に挿入される。そして、弁座14の上端部外周縁が、第2段差部117に当接することにより、弁座14は、弁ボディ11に対し上下方向に位置決めされるとともに、弁ボディ11に対し同軸状に位置決めされる。そして、弁座14は、ロウ付け(溶接)により、弁ボディ11(溶接部116)に固定されている。
また、弁座14の内周のうち弁口141より下方の位置には、連結管15を位置決めするための第1段差部142が形成されている。弁座14内には、その下方から連結管15が挿入されている。連結管15の上端縁を第1段差部142に当接させることにより、連結管15は、弁座14に対し上下方向に位置決めされるとともに、弁座14に対し同軸状に位置決めされる。そして、連結管15は、ロウ付け(溶接)により、弁座14に固定されている。弁ボディ11に対する弁座14とロウ付けと、弁座14に対する連結管15のロウ付けは、同一工程で行われている。
従来のバルブ装置は、弁ボディが、縮径部とシール面が形成されている上側の部品と、雌ネジ部が形成されている下側の部品とをロウ付けで固定したものであるから、弁体と縮径部との同軸度、及び弁体とシール面との同軸度を確保できず、シール性能の信頼性に問題があった。しかし、本実施例のバルブ装置Aは、弁ボディ11が単一部品であって、縮径部112とシール面114と雌ネジ部115が一体に形成されている。したがって、弁体13と縮径部112との同軸度、及び弁体13とシール面114との同軸度を確保でき、シール性能の信頼性に優れている。
バルブ装置Aを使用する際には、弁体13を回転させながら昇降させて、弁体13の下端部を弁口141に対して離間又は当接させると、弁通路113を開閉させることができる。弁体13が弁口141に当接すると、バルブ装置Aが閉弁状態となり、弁通路113が閉鎖される。つまり、連結管15と接続用通路122との間における冷媒の流通が遮断される。また、弁体13が弁口141から離間すると、バルブ装置Aが開弁状態となり、弁通路113が開放される。つまり、連結管15と接続用通路122との間における冷媒の流通が可能となる。
また、弁ボディ11の中心軸S1と接続部12の中心軸S2が鋭角をなし、接続部12が弁ボディ11から斜め上方へ突出している。これにより、弁通路113と同軸状の連結管15と、接続用通路122とが鈍角状に連続するので、連結管15と接続用通路122との間の冷媒の流動抵抗が低減される。また、弁ボディの中心軸と接続部の中心軸が直角に交差する従来のバルブ装置に比べると、本実施例のバルブ装置Aは、接続部12を弁ボディ11から斜め上方へ突出させているので、弁ボディ11における接続部12との接続位置を取付部16に接近させ、弁ボディ11の高さを小さくすることができる。
本実施例のバルブ装置Aは、弁ボディ11と接続部12を一体に成形し、弁ボディ11の上端部に縮径部112を形成しているので、弁体13は、弁座14を弁ボディ11に取り付ける前に、弁ボディ11の下方から中空部111内に収容される。さらに、弁座14と弁ボディ11は分離型構造なので、弁座14を弁ボディ11に取り付ける前に、接続用通路122の切削加工を行えば、加工用刃物が弁座14を傷つける心配が無い。これにより、弁通路113における接続用通路122との連通位置と、弁座14の設置位置とを上下に遠ざける必要がなくなるので、弁ボディ11の高さを抑え、バルブ装置Aが嵩高になるのを防止できる。
また、弁座14を弁ボディ11と分離可能としたことにより、弁座14を取り付ける前の状態では、弁ボディ11の下端の溶接部116が比較的大きく開口した状態となる。したがって、弁ボディ11が単一部品であっても、弁ボディ11の下端の開口から弁体13を弁ボディ11内に収容することが可能である。このように、弁ボディ11を成形するための溶接工程が不要となるので、弁ボディ11の強度設計において、溶接時の荷重を考慮せずに済む。これにより、弁ボディ11の壁厚を薄くして、弁ボディ11の外径を小さくでき、材料コストを低減できる。
また、熱の影響を受け易いOリング132が弁ボディ11の上端部に配置されているのに対し、弁ボディ11におけるロウ付け箇所は、弁座14と連結管15が取り付けられる下端部のみである。つまり、Oリング132の取付け位置と弁座14のロウ付け位置は上下方向に離れている。しかも、連絡管15と弁座14を弁ボディ11にロウ付けする工程は、1回だけである。したがって、Oリング132はロウ付け時の熱の影響を受け難く、Oリング132のシール性能の信頼性が高い。
本実施例のバルブ装置Aにおけるロウ付け位置は、弁座14の取付け位置だけであり、このロウ付け位置は、室外機に固定される一対の取付部16の間に設定されている。したがって、バルブ装置Aの開閉操作において、開弁方向のトルクを増やして弁体13を縮径部112に強く押し付けても、弁ボディ11と弁座14とのロウ付け部に負荷がかからない。したがって、長期間に亘ってバルブ装置Aの開閉操作を繰り返しても、このロウ付け部(弁座14)において冷媒の漏れが発生する虞はない。
<実施例2>
次に、本発明を具体化した実施例2を図4〜図6を参照して説明する。本実施例2のバルブ装置Bは、サービスポート17を負荷した点が上記実施例1のバルブ装置Aと異なる。その他の構成(弁ボディ11、接続部12、弁体13、弁座14、連絡管15)については上記実施例1と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
本実施例2のバルブ装置Bのサービスポート17は、バルブ装置Bの弁通路113内に冷媒を充填するために使用されるものであり、弁ボディ11の外周から突出した形態で一体に成形されている。サービスポート17の突出端部にはサービスポートナット171が取り付けられている。サービスポート17の内部には、弁通路111に連通する充填用通路172が形成されている。充填用通路172の中心軸S3は、弁ボディ11の中心軸S1に対して鋭角をなして交差している。これにより、弁通路113と同軸状の連結管15と、充填用通路172とが鈍角状に連続するので、連結管15と充填用通路172との間の冷媒の流動抵抗が低減される。同様に、接続用通路122と充填用通路172も鈍角状に連続するので、接続用通路122と充填用通路172との間の冷媒の流動抵抗も低減される。
中心軸S1と中心軸S3が交差する位置は、中空部111(弁通路113)のうち上下方向において雌ネジ部115と対応する高さ(弁座14よりも上方の位置)である。詳しくは、中心軸S1と中心軸S2との交差位置より僅かに下方の位置である。中心軸S3は、中心軸S1との交差位置から斜め上方へ延びている。したがって、充填用通路172は、サービスポート17の先端側から弁ボディ11内の溶接部116(弁座14)に向かって切削加工することによって形成されている。弁座14と弁ボディ11は分離型構造なので、弁座14を弁ボディ11に取り付ける前に、充填用通路172の切削加工を行えば、加工用刃物が弁座14を傷つける心配が無い。
弁ボディ11の中心軸S1と平行に視たときに、サービスポート17の突出方向は、中心軸S1に関して接続部12の突出方向と対称となっている。つまり、サービスポート17の突出方向と接続部12の突出方向は、中心軸S1に関して正反対である。そして、中心軸S1と平行に視たときに、接続部12とサービスポート17の突出方向は、一対の取付部16の突出方向に対して90度をなしている。したがって、サービスポート17と、接続部12と、一対の取付部16は、中心軸S1を中心とする円周方向において均一の角度で配置されている。
<他の実施例>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施例1,2では、取付部を弁ボディと一体に成形したが、取付部を溶接によって弁ボディに一体化させてもよい。
(2)上記実施例2では、サービスポートを弁ボディと一体に成形したが、サービスポートを溶接によって弁ボディに一体化させてもよい。
(3)上記実施例1,2では、一対の取付部を対称に突出させたが、一対の取付部が非対称な形態であってもよい。
(4)上記実施例1,2では、取付部の突出方向と接続部の突出方向とが90度をなすようにしたが、取付部の突出方向と接続部の突出方向とのなす角度は、鋭角でもよく、鈍角でもよい。
(5)上記実施例2では、接続部とサービスポートを対称な形態としたが、取付部とサービスポートは非対称な形態であってもよい。
(6)上記実施例2では、接続部とサービスポートの突出方向が、取付部の突出方向に対して90度をなすようにしたが、接続部とサービスポートの突出方向は、取付部の突出方向に対して鋭角をなしていてもよく、鈍角をなしていてもよい。
(7)上記実施例1、2では、連絡管と弁座を1回のロウ付け工程で弁ボディに固定したが、連絡管と弁座は、夫々、個別のロウ付け工程で弁ボディに固定してもよい。
(8)上記実施例2では、充填用通路の中心軸が、弁ボディの中心軸に対して鋭角をなして交差しているが、充填用通路の中心軸は、弁ボディの中心軸に対して直角に交差していてもよい。
A…バルブ装置
B…バルブ装置
S1…弁ボディの中心軸
S2…接続用通路の中心軸
S3…充填用通路の中心軸
11…弁ボディ
112…縮径部(ハードシール)
113…弁通路
12…接続部
122…接続用通路
13…弁体
131…シール部(ハードシール)
132…Oリング(ソフトシール)
14…弁座
141…弁口
15…連絡管
16…取付部
17…サービスポート
172…充填用通路

Claims (5)

  1. 冷媒を流通させる弁通路を有する円筒形の弁ボディと、
    前記弁ボディの外側面に配置された取付部と、
    前記弁ボディの下端部に配置され、上端縁に弁口が形成された弁座と、
    前記弁ボディの内部に収容され、前記弁口に接触して前記弁通路を閉塞する閉弁位置と、前記弁口から離間して前記弁通路を開放する開弁位置との間で往復移動可能な弁体と、
    前記弁ボディに一体に形成された接続部と、
    前記接続部内に形成され、中心軸が前記弁ボディの中心軸に対して鋭角をなす接続用通路とを備え、
    前記弁体が前記弁口から離間して開弁状態になると、前記接続用通路が前記弁通路と連通するようになっており、
    前記弁体の外周と前記弁ボディの内周との間には、ソフトシールを構成するOリングが設けられ、
    前記弁ボディの上端の開口部には、ハードシールを構成する縮径部が形成され、
    前記弁体の上端部外周には、前記縮径部と当接可能であって前記ハードシールを構成するテーパ状のシール部が形成されていることを特徴とするバルブ装置。
  2. 前記取付部が、前記弁ボディの外周面から対称に突出し、
    その突出方向は、前記接続部の突出方向に対して90度をなしていることを特徴とする請求項1記載のバルブ装置。
  3. 冷媒を流通させる弁通路を有する円筒形の弁ボディと、
    前記弁ボディの外側面に配置された取付部と、
    前記弁ボディの下端部に配置され、上端縁に弁口が形成された弁座と、
    前記弁ボディの内部に収容され、前記弁口に接触して前記弁通路を閉塞する閉弁位置と、前記弁口から離間して前記弁通路を開放する開弁位置との間で往復移動可能な弁体と、
    前記弁ボディに一体に形成された接続部と、
    前記接続部内に形成され、中心軸が前記弁ボディの中心軸に対して鋭角をなす接続用通路と、
    前記弁ボディに一体に形成されたサービスポートと、
    前記サービスポート内に形成され、中心軸が前記弁ボディの前記中心軸に対して交差する向きの充填用通路とを備え、
    前記弁体が前記弁口から離間して開弁状態になると、前記接続用通路と前記充填用通路と前記弁通路とが連通するようになっており、
    前記弁体の外周と前記弁ボディの内周との間には、ソフトシールを構成するOリングが設けられ、
    前記弁ボディの上端の開口部には、ハードシールを構成する縮径部が形成され、
    前記弁体の上端部外周には、前記縮径部と当接可能であって前記ハードシールを構成するテーパ状のシール部が形成されていることを特徴とするバルブ装置。
  4. 前記接続部と前記サービスポートが、前記弁ボディに関してほぼ対称に配されていることを特徴とする請求項3記載のバルブ装置。
  5. 前記接続部と前記サービスポートが前記弁ボディから突出する方向は、前記取付部が前記弁ボディから突出する方向に対して90度をなしていることを特徴とする請求項4記載のバルブ装置。
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