JP2017198387A

JP2017198387A - 膨張弁

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Publication number: JP2017198387A
Application number: JP2016089005A
Authority: JP
Inventors: 秀幸柳屋; Hideyuki Yanagiya; 良二渡邉; Ryoji Watanabe; 充晶伊坂; Mitsuaki Isaka
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP6745636B2

Abstract

【課題】弁体を支持する支持部材をガイドして弁体及び支持部材の防振をする膨張弁を提供する。【解決手段】冷媒が流入する入口ポートと冷媒が流出する出口ポートとを連通する弁孔を備えた弁本体と、前記弁孔を流れる冷媒の量を調節する弁体と、前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、前記弁体を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、ガイド部を有するとともに前記弁本体に螺合され前記コイルバネの押圧力を調整する調整ねじと、を備え、前記支持部材は、前記ガイド部に対して前記弁体の開閉方向に摺動自在に配置される摺動部を有する膨張弁。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる感温機構内蔵型の膨張弁に関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等に用いる冷凍サイクルについては、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用されている。このような膨張弁の弁本体は、高圧の冷媒が導入される入口ポートと入口ポートに連通する弁室とを有するとともに、弁本体の頂部には、パワーエレメントと称する弁体の駆動機構が装備される。

弁室内に配設される球状の弁体は、弁室に開口する弁孔の弁座に対向し配置される。弁体は、弁室内に配置された支持部材に支持され、弁本体に取り付けられた調整ねじと支持部材との間に設置されたコイルバネにより弁座方向へ付勢される。そして、弁体は、パワーエレメントにより駆動される弁棒により操作されて、弁座との間の絞り通路の開度を制御する。また、弁孔を通った冷媒は、出口ポートから蒸発器側へ送られる。

ここで、入口ポートから流れてきた高圧冷媒は、弁室を通過するが、膨張弁に送り込まれる高圧冷媒には、冷凍サイクル内において上流側で圧力変動が発生する場合があり、その圧力変動が伝達されると、弁体の動作を不安定にするという問題を生じる場合がある。この圧力変動が弁体の振動の原因となり、異音を発生することとなった。

このような振動を防止するため、従来、弁棒の側面を支持する防振バネを設置する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９３７７９号公報

従来の防振構造は大きな防振効果を有するものの、さらに高い防振効果が望まれている。特に、入口ポートに連通する弁室内に配置される弁体を支持する支持部材も圧力変動の影響を受けるため、支持部材が振動をすると弁体の振動の原因にもなった。

そこで、本発明の目的は、弁体及び支持部材の防振をする膨張弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明による膨張弁の一つは、冷媒が流入する入口ポートと冷媒が流出する出口ポートとを連通する弁孔を備えた弁本体と、前記弁孔を流れる冷媒の量を調節する弁体と、前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、前記弁体を支持する支持部材と、前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、ガイド部を有するとともに前記弁本体に螺合され前記コイルバネの押圧力を調整する調整ねじと、を備え、前記支持部材は、前記ガイド部に対して前記弁体の開閉方向に摺動自在に配置される摺動部を有する。

本発明による膨張弁の一実施例において、前記摺動部と前記ガイド部で形成される内部空間と連通する均圧通路を前記摺動部及び前記ガイド部の少なくともいずれか一方に備えてもよい。また、前記ガイド部は、前記摺動部に挿入されていることにより前記支持部材をガイドしてもよい。また、前記摺動部が前記ガイド部に挿入されていることにより前記支持部材をガイドしてもよい。

この発明による膨張弁は、上記のように構成されているので、弁体を支持する支持部材をガイドして弁体及び支持部材の防振をすることができる。

本発明による膨張弁の第１実施例を示す縦断面図である。第１実施例の膨張弁の要部の縦断面図である。第１実施例の膨張弁の要部の分解斜視図である。第２実施例の膨張弁の要部の縦断面図である。第２実施例の膨張弁の要部の分解斜視図である。

＜第１実施例＞
図１は、本発明による膨張弁の第１実施例を示す縦断面図である。図２は、第１実施例の膨張弁の要部の縦断面図である。図３は、第１実施例の膨張弁の要部の分解斜視図である。

図１に示すように、膨張弁１０は、弁本体１１、パワーエレメント７０、弁体４０、弁棒６０、防振部材６２、支持部材１００、コイルバネ４４、調整ねじ１２０を備えている。

弁本体１１は、例えばアルミ合金製であって、例えば図１のＸ方向を押出方向として、アルミ合金等を押出成形し、これに機械加工を施すことによって得ることができる。この弁本体１１は、上面部に形成されパワーエレメント７０の雄ねじ７２ａに螺合してこれを固定する雌ねじであるパワーエレメント取付部１２と、高圧の冷媒が導入される入口ポート２０と、入口ポート２０より流入した冷媒が流出する冷媒の出口ポート２８と、冷媒の戻り通路３０と、防振部材６２を取り付ける穴部３３と、弁本体１１の底面部に形成された雌ねじ穴１１ａと、弁本体１１を図示されない蒸発器や他の部品等に取り付けるための取付穴（あるいは取付用雌ねじ）８０等とを有する。

パワーエレメント取付部１２は、弁本体１１の上端において弁本体１１の上面に円形状に開口し、その内壁面に雌ねじを有する有底の円筒状穴として形成される。この穴の底部中央には戻り通路３０に至る（連通する）開口３２が形成されている。ここで、パワーエレメント取付部１２の中心軸の方向は、戻り通路３０内を通過する冷媒の通過方向（Ｘ方向）とほぼ直交する方向（Ｙ方向）となっている。

雌ねじ穴１１ａは、弁本体１１の下面で、下端部に開口して形成されており、その上部に挿入穴１１ｂが形成されている。雌ねじ穴１１ａの開口部分を調整ねじ１２０で封鎖することにより弁本体１１の内部に弁室２４が形成される。

入口ポート２０は、弁室２４の側方から小径穴２０ａを介して弁室２４と連通して形成されている。また、出口ポート２８は、弁室２４の上方に形成されている。この出口ポート２８は、オリフィスとなる弁孔２６を介して弁室２４の上端部に連通している。また、弁孔２６の弁室２４側には、弁座２５が形成されている。弁本体１１には上下方向（図１におけるＹ方向）に通し孔２９が形成されている。そして、弁孔２６と通し孔２９と開口３２と弁室２４は、それぞれの中心軸が同一直線上になるように配置されている。戻り通路３０は、弁本体１１における出口ポート２８のさらに上方に形成され、弁本体１１を横方向（図１におけるＸ方向）に貫通するように形成されている。また、戻り通路３０の下側に、通し孔２９と同軸で通し孔２９よりも内径の大きい穴部３３が形成されている。

パワーエレメント７０は、例えばステンレス鋼等で形成された上蓋部材７１及び中央部に貫通口を備えた受け部材７２と、これら上蓋部材７１及び受け部材７２の間に挟み込まれるダイアフラム７３と、このダイアフラム７３及び受け部材７２の間に配置されたストッパ部材９０等から構成されている。そして、上蓋部材７１、ダイアフラム７３及び受け部材７２を重ね合わせた端部を周溶接することにより、これらは一体化されている。上蓋部材７１とダイアフラム７３との間には、圧力作動室７５が形成され、この圧力作動室７５内に作動ガスが封入された後、封止栓６５で封止される。受け部材７２の下部は円筒状でその周囲には雄ねじ７２ａが形成され、パワーエレメント取付部１２の雌ねじ（弁本体１１の上面に形成された雌ねじ）と螺合する。パワーエレメント７０はパッキン３５を介して弁本体１１に取付けられている。

弁体４０は、弁座２５に対向するように配置された球状の部材であり、弁室２４内に設けられている。弁棒６０は、弁本体１１の弁孔２６、通し孔２９及び開口３２のそれぞれに挿通される態様で設けられており、弁棒６０の上端は、パワーエレメント７０のストッパ部材９０の下面の受け部９２に当接し、その下端は、弁体４０と接触するように配置される。

防振部材６２は、穴部３３に装着されて、弁棒６０を横方向から押圧する構成となっている。具体的には、例えば、板バネ状の部材を複数用意して、弁棒６０の周囲を複数方向から板バネ状の部材の弾性により押圧する等である。これにより、弁棒６０及び弁体４０の振動を防止する効果を発揮する。

支持部材１００は、弁体４０を弁座２５の方向に支持する部材であり、弁体４０が支持部材１００に固定されている構成でもよい。支持部材１００は、本体部１０３、上面１０１、フランジ部１０２、摺動部１０５を備えている。円柱状の本体部１０３の上面は円錐状のくぼみを備えて弁体４０の下面を支持する上面１０１となっている。また、本体部１０３より側面（外周側に）に突出するフランジ部１０２を備えており、当該フランジ部１０２の下面がコイルバネ４４の一端を受ける構造となっている。このときコイルバネ４４の内径内にフランジ部１０２より下側の本体部１０３が入るように構成される。

摺動部１０５は、本体部１０３の下部に設けられ、下側が開口している円筒形状となっている。摺動部１０５の外径は本体部１０３の外径と同じであり、コイルバネ４４の内径内に入る大きさとなっている。そして、摺動部１０５における円筒の内周部１０５ａ内にはガイド部１２７が挿入され、摺動部１０５の円筒の内径はガイド部１２７と摺動可能に嵌め合うことができる大きさである。

コイルバネ４４は、支持部材１００に設けられたフランジ部１０２の下面と調整ねじ１２０に形成された凹部１２５との間に設置されている。このコイルバネ４４の付勢力により、弁体４０は支持部材１００を介して弁座２５に向けて付勢されている。

調整ねじ１２０は、本体部１２１、六角穴１２２、挿入部１２３、先端部１２４、凹部１２５、ガイド部１２７を備えている。挿入部１２３は本体部１２１の上部に本体部１２１よりも外径が縮径して設けられ、先端部１２４は挿入部１２３の上部に挿入部１２３よりも外径が縮径して設けられている。また、本体部１２１の外周は弁本体１１の下面に開口する雌ねじ穴１１ａに螺合するための雄ねじ部１２１ａとなっている。さらに、調整ねじ１２０の上部には、上部が開口して円筒状の空間を有する凹部１２５が設けられている。凹部１２５は本体部１２１近辺まで達する深さに形成されている。また、凹部１２５の内径は、コイルバネ４４が凹部１２５内に挿入してずれないようにコイルバネ４４の外径に合わせた大きさとなっている。また、調整ねじ１２０（本体部１２１）の下部には、六角穴１２２が設けられている。

さらに、凹部１２５の底部１２６の中心付近から上方向に延びる円柱状のガイド部１２７が形成されている。ガイド部１２７は、支持部材１００の摺動部１０５に挿入するための外径と、摺動のために必要な長さを有している。また、ガイド部１２７には、上下方向全域に渡って、外周部１２７ａの一部を切り欠いた状態で形成される溝１２８が形成されている。

調整ねじ１２０の弁本体１１への取り付けは、調整ねじ１２０を弁本体１１の下端から挿入し、六角穴１２２に図示されない工具を差し込んで回転させることにより取り付け、そのねじ込み量を調整することができる。この調整ねじ１２０のねじ込み量を調整することにより、弁体４０及び支持部材１００を支持するコイルバネ４４のばね力を調整することができる。このとき、調整ねじ１２０の挿入部１２３は弁本体１１の挿入穴１１ｂに挿入され、さらにそれより弁室２４側では、調整ねじ１２０の先端部１２４外周と弁本体１１の挿入穴１１ｂ内周の間にＯリング等のシール部材５４が配置され、これによって弁室２４が当該膨張弁１０の外側雰囲気に対してシールされている。

支持部材１００の調整ねじ１２０への装着は、調整ねじ１２０の凹部１２５にコイルバネ４４を挿入して、上部から支持部材１００を装着する。このとき、コイルバネ４４の内径内では、調整ねじ１２０のガイド部１２７と支持部材１００の摺動部１０５が存在し、支持部材１００の摺動部１０５に調整ねじ１２０のガイド部１２７が挿入される。この挿入による上下方向の両者の嵌合距離Ａは、弁体４０が弁座２５に当接する最上部に位置する場合においても、支持部材１００の横方向のずれを発生させない嵌合距離（最少嵌合距離）を保つように設定される。また、摺動部１０５の上下方向の長さＢは、支持部材１００が摺動に必要な範囲（摺動範囲）を動けて、かつ、少なくとも最少嵌合距離を保つようにするため、摺動範囲に最少嵌合距離を足した距離以上になるように設定される。また、嵌合は、ガイド部１２７の外周部１２７ａと摺動部１０５の内周部１０５ａにより行われ、これらの間のクリアランスは、抵抗が少なく支持部材１００が上下方向に移動できるクリアランスで設定される。

次に、作用について説明する。本発明の第１実施例の膨張弁１０においては、冷媒は入口ポート２０から小径穴２０ａを通って流入し、弁室２４及び弁孔２６を通過して膨張され、出口ポート２８から蒸発器（図示せず）へ送り出される。また、この蒸発器から送り出された冷媒は、戻り通路３０の左側入口から入って右側出口に抜けるように通過し、圧縮機（図示せず）へ戻る。このとき、戻り通路３０内を通過する冷媒の一部は開口３２からパワーエレメント７０の下部に流入する。そしてパワーエレメント７０の下部に流入した冷媒の温度変化に応じて圧力作動室７５内の作動ガスの圧力を変化させる。このとき、圧力作動室７５における内圧の変動に応じて変形したダイアフラム７３の動きを受け、ストッパ部材９０が上下動する。そして、ストッパ部材９０の移動が弁棒６０を介して弁体４０に伝達される。これにより、膨張弁としての役割を果たすことができる。

支持部材１００は、調整ねじ１２０のガイド部１２７と支持部材１００の摺動部１０５の嵌合の構成により、弁体４０の開閉方向（上下方向）へ動くようにガイドされている。この構成により、入口ポート２０からの高圧冷媒の圧力変動に対して支持部材１００や弁体４０の開閉方向以外の方向（横方向）の動きを規制し、これにより横方向の振動を防止し、異音の発生を抑えることができる。さらに、調整ねじ１２０のガイド部１２７と支持部材１００の摺動部１０５は、コイルバネ４４内に設置される構成のため、弁室２４の形状や入口ポート２０（小径穴２０ａ）の位置に関わらず、振動防止の構成を構築することが可能である。

また、支持部材１００の摺動部１０５の円筒内と調整ねじ１２０のガイド部１２７の上端部１２７ｂで形成された内部空間１５０は、支持部材１００の摺動により外部の弁室２４と圧力差が生じる可能性がある。しかし、ガイド部１２７に形成された溝１２８が均圧通路となり、弁室２４と内部空間１５０を連通して冷媒が行き来できるので、この圧力差が生じず支持部材１００及び弁体４０の動きに影響を与えない。また、調整ねじ１２０のガイド部１２７と支持部材１００の摺動部１０５は、摺動抵抗が少なく構成できるので摩耗による影響が少なく、これらの部材の材料の選択の幅が広がる。また、防振部材６２と組み合わせることで、上下方向の振動に対しても防振することが可能である。

なお、均圧通路として調整ねじ１２０のガイド部１２７に設けられた溝１２８を説明したが、これ以外に支持部材１００の摺動部１０５の円筒に設けられた孔により弁室２４と内部空間１５０を連通する構成でもよい。この孔の場合、摺動部１０５とガイド部１２７との間の摺動面を減少させることなく均圧通路を構成できる。また、これらの溝１２８と孔を組み合わせて、均圧性を高めてもよい。

＜第２実施例＞
図４は、第２実施例の膨張弁の要部の縦断面図である。図５は、第２実施例の膨張弁の要部の分解斜視図である。第２実施例は、第１実施例の支持部材１００、調整ねじ１２０を、それぞれ、支持部材２００、調整ねじ２２０に置き換えた構成であり、それ以外は第１実施例（図１〜３）で示したものと共通であるので、共通の箇所は再度の説明を省略してある。

支持部材２００は、弁体４０を支持する部材であり、弁体４０が支持部材２００に固定されている構成でもよい。支持部材２００は、本体部１０３、上面１０１、フランジ部１０２、摺動部２０５を有しており、本体部１０３、上面１０１、フランジ部１０２は上述した実施例１の支持部材１００と同様である。

摺動部２０５は、本体部１０３の下部に設けられ、下側へ延びる円柱形状となっている。摺動部２０５の外径は本体部１０３の外径よりも小さく、コイルバネ４４の内径内で、調整ねじ２２０のガイド部２２７に入る大きさとなっている。さらに、摺動部２０５には、上下方向全域に渡って、外周部２０５ａの一部を切り欠いた状態で形成される溝２０６が形成されている。

調整ねじ２２０は、本体部１２１、六角穴１２２、挿入部１２３、先端部１２４、凹部２２５、ガイド部２２７を有しており、本体部１２１、六角穴１２２、挿入部１２３、先端部１２４は、上述した実施例１の調整ねじ１２０と同様である。調整ねじ２２０の上部には、上部が開口して円筒状の空間を有する凹部２２５が設けられている。凹部２２５は本体部１２１近辺まで達する深さに形成されている。

さらに、凹部２２５の底部２２６の中心付近から上方向に延び、上部が開口する円筒状のガイド部２２７が形成されている。ガイド部２２７は、コイルバネ４４の内径よりも小さい外径と、支持部材２００の摺動部２０５を挿入するための内径を有している。また、支持部材２００の摺動のために必要な長さを有している。また、ガイド部２２７の途中には円筒内部と外部を連通する孔２２８が形成されている。孔２２８の形成位置は、摺動範囲の最下部における摺動部２０５の下端部２０５ｂよりも下側が望ましい。なお、調整ねじ２２０の弁本体１１への取り付けは、上述した実施例１の調整ねじ１２０と同様である。

支持部材２００の調整ねじ２２０への装着は、調整ねじ２２０の凹部２２５にコイルバネ４４を挿入して、上部から支持部材２００を装着する。このとき、コイルバネ４４の内径内では、調整ねじ２２０のガイド部２２７と支持部材２００の摺動部２０５が存在し、調整ねじ２２０のガイド部２２７に、支持部材２００の摺動部２０５が挿入される。この挿入による上下方向の両者の嵌合距離Ｃは、弁体４０が弁座２５に当接する最上部に位置する場合においても、支持部材２００の横方向のずれを発生させない嵌合距離（最少嵌合距離）を保つように設定される。また、摺動部２０５の上下方向の長さＤは、支持部材２００が摺動に必要な範囲（摺動範囲）を動けて、かつ、少なくとも最少嵌合距離を保つようにするため、摺動範囲に最少嵌合距離を足した距離以上になるように設定される。最少嵌合距離に摺動範囲を足した距離以上になるように設定される。また、嵌合は、ガイド部２２７の内周部２２７ａと摺動部２０５の外周部２０５ａにより行われ、これらの間のクリアランスは、抵抗が少なく支持部材２００が上下方向に移動できるクリアランスで設定される。

第２実施例では、調整ねじ２２０のガイド部２２７に支持部材２００の摺動部２０５を挿入して嵌合する構成により第１実施例と同様の効果を有する。また、ガイド部２２７が摺動部２０５よりも外側に構成しているため、ガイド部２２７の外径をコイルバネ４４の内径に合わせて設置可能であり、コイルバネ４４の位置決めをより確実に行うこともできる。

なお、均圧通路として、摺動部２０５に形成された溝２０６及びガイド部２２７に形成された孔２２８を説明したが、これらのうちいずれかを用いてもよい。なお、これら２つを組み合わせることで均圧性を高めることができる。

以上の様に、本発明の実施形態について第１実施例、第２実施例を示してきたが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例に設けられた全ての構成（構造）を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を削除したり、他の実施例の構成に置き換えたり、あるいはまた、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

例えば、上記実施例で示したパワーエレメント７０は、ねじによる取り付けを示しているが、これ以外に、弁本体上部に形成された円筒部を設け、この円筒部の内側にパワーエレメント７０を挿入し、該円筒部を内側カシメ加工することにより、該パワーエレメント７０を取り付ける構成でも良い。

１０膨張弁
１１弁本体
１１ａ雌ねじ穴
２０入口ポート
２０ａ小径穴
２４弁室
２５弁座
２６弁孔
２８出口ポート
３０戻り通路
３２開口
３３穴部
４０弁体
４４コイルバネ
６０弁棒
６２防振部材
７０パワーエレメント
１００、２００支持部材
１０５、２０５摺動部
１２０、２２０調整ねじ
１２７、２２７ガイド部
１２８、２０６溝
１５０、２５０内部空間
２２８孔

Claims

冷媒が流入する入口ポートと冷媒が流出する出口ポートとを連通する弁孔を備えた弁本体と、
前記弁孔を流れる冷媒の量を調節する弁体と、
前記弁本体に取り付けられて弁棒を介して前記弁体を駆動するパワーエレメントと、
前記弁体を支持する支持部材と、
前記支持部材を介して前記弁体を閉弁方向に押圧するコイルバネと、
ガイド部を有するとともに前記弁本体に螺合され前記コイルバネの押圧力を調整する調整ねじと、を備え、
前記支持部材は、前記ガイド部に対して前記弁体の開閉方向に摺動自在に配置される摺動部を有する膨張弁。
前記摺動部と前記ガイド部で形成される内部空間と連通する均圧通路を前記摺動部及び前記ガイド部の少なくともいずれか一方に備える、
請求項１に記載の膨張弁。
前記ガイド部が前記摺動部に挿入されていることにより前記支持部材をガイドする、
請求項１又は２に記載の膨張弁。
前記摺動部が前記ガイド部に挿入されていることにより前記支持部材をガイドする、
請求項１又は２に記載の膨張弁。