JP2013072531A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィスを開閉する弁体を支持する弁支持体を備えた弁装置において、弁室に流入してオリフィスに向かう流体の流れに対する抵抗を低減することにより、冷媒の圧力損失を少なくするとともに、流体が弁支持体の周辺を通過する際に生じる騒音を低減する。
【解決手段】弁本体３０には弁室３５とオリフィス３２ａが形成されている。オリフィス３２ａに接離して流量を調節する弁体５８を支持する弁支持部５１ａと、弁体５８の振動を防止する防振ばね５１ｂとが、弁支持体５１として一体化されている。弁支持部５１ａには、弁室３５に流入した流体がオリフィス３２ａに向かって比較的スムーズに流れることができるようにするべく複数の孔７２が形成されているので、流体が弁支持体５１を通過する際に生じる圧力損失と騒音とが低減される。
【選択図】図６

Description

本発明は、オリフィスを流れる流体の流量を制御可能な弁装置に関する。

従来より、自動車の空気調和装置等の冷凍サイクルに膨張弁が使用されている。膨張弁は、エバポレータに送り込まれる高圧の液相冷媒が通る高圧冷媒通路の途中を細く絞って形成されたオリフィスに対して上流側から対向するように弁体を配置した構造を有しており、エバポレータから送り出される低圧の気相冷媒の温度と圧力に対応して弁体を開閉動作させることで、オリフィスを通過する冷媒流量を制御するようになっている。

図７は、従来の膨張弁の一例を示す縦断面図である。膨張弁５は、エンジンにより駆動されるコンプレッサ２と、該コンプレッサ２の吐出側に接続されるコンデンサ（凝縮器）３と、コンデンサ３に接続されるレシーバ４と、レシーバ４に接続されるエバポレータ（蒸発器）６とから構成される冷凍サイクル１内に組み込まれており、レシーバ４からの液相冷媒を断熱膨張させるために用いられている。

図７に示す膨張弁５では、弁本体３０は、基本的にはエバポレータ６に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧側流路３２ｂと低圧側流路３２ｃとの間に形成されたオリフィス３２ａと、オリフィス３２ａに冷媒の上流側から対向するように配置された球状の弁体８と、弁体８を上流側からオリフィス３２ａに向けて付勢するための付勢手段としての圧縮コイルばね８ｃと、弁体８を支持し且つ圧縮コイルばね８ｃの付勢力を弁体８に伝えるための弁支持体８ａと、エバポレータ６から送り出される低圧冷媒の温度に対応して動作するパワーエレメント部３６と、このパワーエレメント部３６と弁体８との間に配置され、感温棒と作動棒とが一体に形成されるとともにオリフィス３２ａを貫通する感温駆動部３１８とを備えており、パワーエレメント部３６の動作に応じて弁体８をオリフィス３２ａに対して接離させることにより、オリフィス３２ａを通過する冷媒流量を制御する。

パワーエレメント部３６は、可撓性のある金属製薄板であるステンレス製のダイアフラム３６ａと、このダイアフラム３６ａを挟んで互いに密着して設けられ、ダイアフラム３６ａを一壁面として、その上下に区画された二つの圧力室としての上部圧力作動室３６ｂ及び下部圧力作動室３６ｃをそれぞれ構成するステンレス製の上カバー３６ｄ及び下カバー３６ｈと、上部圧力作動室３６ｂにダイアフラム駆動媒体となる所定冷媒を封入するための孔を塞ぐ栓体３６ｉとを備えている。下部圧力作動室３６ｃは、均圧孔３６ｅを通じてエバポレータ６からの低圧冷媒が流れる第２の通路３４に連通されている。下カバー３６ｈには筒状の取付座３６２が形成されおり、パワーエレメント部３６は、取付座３６２がねじ孔３６１に螺着されることにより、弁本体３０に固定されている。

感温駆動部３１８は、例えばステンレス製の細径のロッド部３１６として構成されている。ロッド部３１６と別体に構成されている受け部３６ｋは、ダイアフラム３６ａの下面に当接される端部が径方向に拡大されたストッパ部３１２と、中央部に突起部３１５を形成して下部圧力作動室３６ｃ内に摺動自在に挿入される摺動部３１４とからなっている。さらに、ロッド部３１６の上端は大径部３１４の突起部３１５の内部に嵌合し、その下端は弁体８に当接している。

感温棒を構成するロッド部３１６は、弁本体３０における低圧側流路３２ｃと第２の通路３４との間に形成された貫通孔を貫通しているので、この貫通孔との間のクリアランスを通じて冷媒が流れるのを防止するため、ロッド部３１６の外周に密着するＯリング４０及びストッパ部材４１を、貫通孔の大径の孔３８内に配置している。また、弁室３５は、オリフィス３２ａと同軸に形成される有底の室であり、弁本体３０と螺合する調整ねじ８ｂと弁本体３０との間に配設されるＯリング８ｄにより、気密が保持されて密閉されている。弁室３５は、高圧側通路３２ｂに連通し、また、オリフィス３２ａを通じて低圧側流路３２ｃに連通する。

さらに、弁室３５内には、弁体８を支持する機能を有する弁支持体８ａを介して弁体８を閉弁方向に付勢する付勢手段としての圧縮コイルばね８ｃが配置されており、圧縮コイルばね８ｃの上端は弁支持体８ａの鍔状の係止部分８ａ１に係止され、その下端は調整ねじ８ｂに支持されている。

冷凍サイクル１においては、上流側で発生した圧力変動が高圧の液冷媒を媒体として膨張弁５に伝達されることに起因して、弁体８の動作が不安定になり、冷媒の流量制御が正確に行われなくなる、或いは弁体８の振動により騒音が発生する、というような不具合が生じる。こうした不具合に対処するため、弁支持体８ａに取り付けられるとともに弁室３５の側面に弾性的に当接する防振ばね８ｆを設けて、弁体８の動作の安定化と振動防止とを図っている。防振ばね８ｆは、圧縮コイルばね８ｃを係止するために弁支持体８ａに一体に形成された係止部分８ａ１と圧縮コイルばね８ｃの上端との間に、防振ばね８ｆの円板部８ｆ１を、その中央の穴８ｆ３に弁支持体８ａの本体部分を挿入した状態で挟持することで、弁支持体８ａに取り付けられている。防振ばね８ｆは、円板部８ｆ１と一体にその外周に複数個（例えば、８本）のばね腕部８ｆ２が形成されており、ばね腕部８ｆ２の先端部分が弁室３５の側面に弾性的に当接している。

上記のような構造の膨張弁では、弁支持体８ａが冷媒のオリフィス３２ａに向かう流れに対して抵抗となっており、圧力損失を招くとともに、冷媒が弁支持体８ａの周りを通過する際に騒音を発生することがある。

特開２００５−１５６０４６号公報

本発明の目的は、オリフィスを開閉する弁体を支持する弁支持体を備えた弁装置において、弁室に流入してオリフィスに向かう流体の流れに対する抵抗を低減することにより、流体の圧力損失を少なくするとともに、流体が弁支持体の周辺を通過する際に生じる騒音を低減することにある。

上記の課題を解決するため、本発明による弁装置は、オリフィス及び該オリフィスに連なる弁室を有する弁本体と、前記弁室内に配置されるとともに前記オリフィスに接離して前記オリフィスを流れる流体の量を調節する弁体と、該弁体を支持する弁支持体とを備えた弁装置であって、前記弁支持体に流体を通過させる孔又は切欠きを設けたことを特徴としている。

本発明による弁装置は、弁支持体に流体を通過させる孔又は切欠きを設けているので、弁室に流入した流体は、その一部が弁支持体に流れを遮られることなく、孔又は切欠きを通じてオリフィスに向かって流れることができる。したがって、流体の圧力損失が少なくなるとともに、流体が弁支持体を通過する際に生じる騒音も低減することができる。

本発明による弁装置に用いられる弁体ユニット（弁体と防振ばねと弁支持体とのユニット）の一例を示す斜視図である。 本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの別の例を示す斜視図である。 本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの更に別の例を示す斜視図である。 本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの更に別の例を示す斜視図である。 図１に示す弁体ユニットを備える弁装置の一部を破断して示す斜視図である。 図５の一部を拡大して示す斜視図である。 従来の膨張弁の一例を示す縦断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明による弁装置の実施例を説明する。図１は、本発明による弁装置に用いられる弁体、当該弁体を支持する弁支持体及び弁体の振動を防止する防振ばねを一体化した弁体ユニットの一例を示す斜視図である。本実施例において、弁体ユニット以外の構造は図７に示す膨張弁と同じであるので、再度の説明を省略する。また、図１においては、簡素化のため、一部の符号については対象を限って付す。

図１に示す弁体ユニット５０は、弁体５８と当該弁体５８を支持する弁支持体５１とを備えている。弁支持体５１は、弁体５８を上面中央部分に支持する円盤状の弁支持部５１ａと、弁体５８の振動を防止する防振ばね５１ｂとが一体に形成されている。防振ばね５１ｂは、弁支持部５１ａの外周縁５１ｃの複数箇所（この例では、弁支持部５１ａの中心の周りに等角度毎の４箇所）においてそれぞれ形成された折曲げ部分５３を介して一体に接続された複数のばね腕部５２から成っている。弁支持部５１ａ及び防振ばね５１ｂは金属板をプレス加工することによって形成することができる。

弁支持部５１ａは、その上面中央部分に凹部５９を形成し、当該凹部５９に安定的に着座した弁体５８を溶接等で当該凹部５９に固定することで弁体５８を支持している。防振ばね５１ｂの各ばね腕部５２は、弁支持部５１ａの面に対して直角に折れ曲がって下方に垂下した略Ｌ形に形成されている。各ばね腕部５２において、折曲げ部分５３に繋がる上腕部分５４は、平らな部分又は円筒の一部であって僅かに湾曲している部分である。また、上腕部分５４に肘部分５７を介して繋がる下腕部分５５は横方向に延びているため、先端に向かうほど、弁支持部５１ａを横断断面形状とする仮想の円筒面から次第に外側に離れていき、先端の滑らかな突起部分５６が弁室３５（図５参照）の内壁に弾性を以て当接している。図示の例では、下腕部分５５は真っ直ぐに横方向に延びている。

各ばね腕部５２は、上記の仮想の円筒面において、横方向に張り出しているので、従来の防振ばねのばね片が縦方向に延びるのに対して、上下寸法の縮小を図ることができる。また、各ばね腕部５２は、弁体５８を支持する弁支持部５１ａと一体に形成されているので、従来の弁支持体と防振ばねとの組合せと比べて、部品点数や組立工数を低減することができるのみならず、製造コストの低減をも図ることができる。

弁支持部５１ａには、弁体５８を支持する中央部分の周囲において、複数の冷媒通過用の孔７２（一部にのみ符号を付す）が周方向に適宜の間隔を置いて形成されている。孔７２の間隔は、弁体５８の周囲における冷媒の流れの均一性の観点から、等間隔に形成されているのが好ましい。孔７２は、従来、弁室３５から弁支持体５１の周りを経てオリフィス３２ａへ向かって流れるのみであった冷媒に対して、弁支持体５１を貫通してオリフィス３２ａへ向かう比較的スムーズな流れを許容するので、冷媒の流れ抵抗（圧損）が低減するとともに、冷媒が弁支持体５１の周りを通過する際に生じやすい騒音が低減される。また、冷媒が整流されるとともに冷媒中に含まれる気泡が孔７２によって細分化されるので、気泡の破裂に伴う騒音も低減する。

図５は図１に示す弁体ユニット５０を組み込んだ弁装置の一部を破断して示す斜視図であり、図６は図５に示す図の一部を拡大して示す斜視図である。弁体ユニット５０は、弁室３５内に収容されており、弁本体３０の下端にねじ込まれる調整ねじ８ｂと弁体ユニット５０との間には付勢手段としての圧縮コイルばね８ｃが介装されているので、弁体５８は圧縮コイルばね８ｃによってオリフィス３２ａを閉じる方向に付勢されている。圧縮コイルばね８ｃの上端部は、弁支持体５１の弁支持部５１ａに対して下側から当接するとともに、その周囲が複数のばね腕部５２によって取り囲まれている。

高圧側流路３２ｂから弁室３５内に流入した冷媒は、一部が弁支持部５１ａに形成されている複数の孔７２を通じて、オリフィス３２ａに向かって比較的スムーズに流れ易くなっている。弁体ユニット５０の防振ばね５１ｂにおいては、ばね腕部５２が弁支持体５１の横方向に延びているので、弁支持体５１は、弁室３５において高圧側流路３２ｂが繋がるポート３２ｂ１よりも上方に配置することができ、したがって、ばね腕部５２の突起部分５６は、弁室３５のポート３２ｂ１よりも上方の内壁面３５ａに当接する。ばね腕部５２は、ポート３２ｂ１から弁室３５に流入する冷媒の流れに対して抵抗とならないので、高圧冷媒の圧損を一層低減させることができるとともに、騒音についても更に低減することができる。

図２は、本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの別の例を示す斜視図である。図２に示す弁体ユニット８０は、弁支持部８１ａと防振ばね８１ｂとを一体に形成して成る弁支持体８１において、弁支持部８１ａに冷媒通過用の切欠き８３を複数個、適宜の間隔を置いて形成したものである。切欠き８３は、弁支持部８１ａの外周側から好ましくは等間隔に、隣り合う折曲げ部分５３，５３間で、弁体５８を支持する中央部分に向かって切り込むことで形成されている。切欠き８３は、図１に示す弁体ユニット５０において、弁支持部５１ａに形成されている複数の孔７２の場合と同様に、高圧側流路３２ｂから弁室３５内に流入した冷媒が弁支持体８１を通過する際に、オリフィス３２ａに向かってスムーズに流れ易くしているので、冷媒の流れに対する抵抗を低減するとともに、騒音を低減させている。

図３は、本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの更に別の例を示す斜視図である。図３に示す弁体ユニット９０は、弁体９８を弁支持体９１と一体に成形したものである。弁体９８に関する構成以外については図１に示す例と同等であるので、同じ部位には同じ符号を付すことで再度の詳細な説明を省略する。本例では、弁体９８は、弁支持体９１の弁支持部９１ａの中央部分において弁支持部９１ａと一体に上方に膨出したドーム状に成形されている。弁体９８の形状はドーム状に限ることはなく、半球状の膨出部や、或いは円錐台、角錐台等のプレス成形に適したものであれば適宜の形状に形成することができる。

弁支持体９１の弁支持部９１ａには、図１に示す例と同様に、周方向に適宜間隔を置いて、複数の冷媒通過用の孔７２が形成されている。また、防振ばね部９１ｂのばね腕部５２は、図１、図２に示す例で形成されている略Ｌ形のばね腕部と同等である。弁体９８を弁支持体９１と一体に成形することにより、従来のように別体で製作した球状の弁体を溶接等で弁載置部に固定する工程を省略することができる。この例においても、孔７２に代えて、図２に示すような切欠き８３を形成することができる。

図４は、本発明による弁装置に用いられる弁体ユニットの更に別の例を示す斜視図である。図４に示す弁体ユニット１００は、弁体１０８を別体に製作した球状の弁体ではなく、図３に示す例の場合と同様に、弁支持体１０１と一体に成形されている。具体的には、弁体１０８は弁支持体１０１の弁支持部１０１ａの中央部分において弁支持部１０１ａと一体に上方に膨出したドーム状に成形されている。弁支持部１０１ａには、周方向に適宜間隔を置いて、複数の冷媒通過用の孔７２が形成されている。この例においても、孔７２に代えて、図２に示すような切欠き８３を形成することができるのは勿論である。

防振ばね１０１ｂは、弁支持部１０１ａの外周から一体に延びる円筒形状の筒状部１０３を備えている。弁支持部１０１ａと防振ばね１０１ｂを有する筒状部１０３とは、金属板のプレス成形によって製作することができる。ばね腕部１０２は、筒状部１０３の複数箇所（この例では、弁支持部１０１ａの中心からみて等角度毎の４箇所）において、横方向に切り起こして形成されている。ばね腕部１０２の先端部分には突起部分１０６が形成されており、突起部分１０６は弁室３５の内壁とばね作用を以て当接する。弁体１０８を弁支持体１０１と一体に成形することにより、従来のように別体で製作した球状の弁体を溶接等で弁載置部に固定する工程を省略することができる。

本発明による弁装置として、膨張弁を例に取って説明したが、本発明はこれに限らず、オリフィスを通過する流体の流量を制御する弁体と弁体を支持する弁支持体を備えたものであれば、どのような弁装置にも適用できることは明らかである。

１ 冷凍サイクル
２ コンプレッサ
３ コンデンサ（凝縮器）
４ レシーバ
５ 膨張弁
６ エバポレータ（蒸発器）
８ｃ 圧縮コイルばね
３０ 弁本体
３２ａ オリフィス
３５ 弁室
５１，８１，９１，１０１ 弁支持体
５１ａ，８１ａ，９１ａ，１０１ａ 弁支持部
５１ｂ，８１ｂ，９１ｂ，１０１ｂ 防振ばね
５２，１０２ ばね腕部
５８，９８，１０８ 弁体
１０３ 筒状部
７２ 孔
８３ 切欠き

Claims (9)

1. オリフィス及び該オリフィスに連なる弁室を有する弁本体と、前記弁室内に配置されるとともに前記オリフィスに接離して前記オリフィスを流れる流体の量を調節する弁体と、該弁体を支持する弁支持体とを備えた弁装置であって、前記弁支持体に流体を通過させる孔又は切欠きを設けたことを特徴とする弁装置。
2. 前記孔又は切欠きは、流体中に含まれる気泡を細分化するのに適した大きさ及び形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の弁装置。
3. 前記孔又は切欠きは、前記弁体の周囲に等間隔をおいて複数個形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の弁装置。
4. 前記弁支持体が金属板をプレス加工することにより形成されるとともに前記弁体の振動を防止する防振ばねが前記弁支持体に一体的に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁装置
5. 前記防振ばねは、前記弁支持体の外周縁から折曲げ部を介して一体的に延びて前記弁室の壁面に当接する複数のばね腕部からなることを特徴とする請求項４項記載の弁装置。
6. 前記防振ばねは、前記弁支持体の外周縁から前記弁体の開閉方向に延びる筒状部から切り起こされて前記弁室の壁面に当接する複数のばね腕部からなることを特徴とする請求項４記載の弁装置。
7. 前記弁体を閉弁方向に付勢するコイルばねを備え、該コイルばねの一端が前記防振ばねに囲まれた状態で前記弁支持体に当接することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の弁装置。
8. 前記弁体が前記弁支持体と一体に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の弁装置。
9. 前記弁装置は、凝縮器で凝縮して前記弁室内に導入される高圧の液相冷媒を前記オリフィスで減圧するとともに、蒸発器で蒸発した低圧の気相冷媒の温度に基いて前記弁体を開閉制御する温度式の膨張弁であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の弁装置。

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