JP2019163834A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであり且つ低騒音を実現できる、改良された膨張弁を提供する。【解決手段】膨張弁は、環状の弁座２０を備えた弁本体２と、弁座２０に着座することにより流体の通過を阻止し、弁座２０から離間することにより流体の通過を許容する弁体３と、第１流路２１から流入する流体の流れに対して側面を向けて弁室ＶＳに配置され、弁体３を弁座２０に向かって付勢するコイルばね４１と、コイルばね４１の内部に配置され、少なくとも一部がコイルばね４１の内周に接触するスプリングピン７と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、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、設置スペースや配管を省略するために、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温式の膨張弁が使用されている。

ところで、このような膨張弁において騒音が発生することが確認された。騒音の発生要因について、具体的に説明する。あるタイプの膨張弁においては、冷媒が入口ポートから弁室を通り、出口ポートへ向かう際に弁座と弁体とからなる弁を通過する。ここで、弁の開閉機能を確保するために、弁座に向かって弁体を付勢するコイルばねを弁室に設けている。しかるに、入口ポートから流入した冷媒がコイルばねの狭い巻線間を通過する際に流れの乱れが発生し、これが起振力となってコイルばねを振動させることにより、騒音の発生を招来する。

これに対し、特許文献１には、弁体とコイルばねとを連結するばね受けに、コイルばねの内側に沿って延在する円柱状の垂下体を設け、これによりコイルばねの巻線間を冷媒が通過することを抑制し、騒音の低減を図ることができる膨張弁が開示されている。

特許第６１８２３６３号公報

特許文献１に記載の膨張弁によれば、大きな騒音抑制効果が期待できるが、冷媒の流れ方向と流量によっては、コイルばねが振動する可能性がある。そこで、根本的にコイルばねの振動を抑制することが望まれている。

そこで本発明の目的は、コイルばねの振動を抑制して低騒音を実現できる、改良された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、本発明による膨張弁は、
２つの流路をつなぐ弁室に配置され、前記流路間を流れる流体が通過する環状の弁座を備えた弁本体と、
前記弁座に着座することにより前記流体の通過を阻止し、前記弁座から離間することにより前記流体の通過を許容する弁体と、
前記流路からの流体の流れに対して側面を向けて前記弁室に配置され、前記弁体を前記弁座に向かって付勢するコイルばねと、
前記コイルばねによる付勢力に抗して、前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する作動部材と、
前記コイルばねの内部に配置され、少なくとも一部が前記コイルばねの内周に接触する減衰部材と、を有する、ことを特徴とする。

本発明により、コイルばねの振動を抑制して低騒音を実現できる、改良された膨張弁を提供することができる。

本実施形態における膨張弁１を、冷媒循環システムに適用した例を模式的に示す概略断面図である。 付勢装置４の近傍を拡大して示す断面図である。 比較例にかかる構成を示す図２と同様な断面図である。 本実施の形態の変形例にかかる図２と同様な図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明する。

（方向の定義）
本明細書において、弁体３から作動棒５に向かう方向を「上方向」と定義し、作動棒５から弁体３に向かう方向を「下方向」と定義する。よって、本明細書では、膨張弁１の姿勢に関わらず、弁体３から作動棒５に向かう方向を「上方向」と呼ぶ。

（膨張弁の概要）
図１を参照して、本実施形態における膨張弁１の概要について説明する。図１は、本実施形態における膨張弁１を、冷媒循環システム１００に適用した例を模式的に示す概略断面図である。なお、図１において、パワーエレメント８に対応する部分は側面図で示されており、その他の部分は断面図で示されている。本実施例では、膨張弁１は、コンプレッサ１０１と、コンデンサ１０２と、エバポレータ１０４とに流体接続されている。

膨張弁１は、弁室ＶＳを備える弁本体２と、弁体３と、付勢装置４と、作動棒（作動部材）５と、リングばね６と、スプリングピン７と、を具備する。

弁本体２は、弁室ＶＳに加え、第１流路２１および第２流路２２を備える。第１流路２１は供給側流路であり、弁室ＶＳには、供給側流路を介して冷媒(流体ともいう）が供給される。第２流路２２は排出側流路であり、弁室ＶＳ内の流体は、作動棒挿通孔２７及び排出側流路を介して膨張弁外に排出される。第１流路２１と弁室ＶＳとの間は、第１流路２１より小径の接続路２１ａにより連通している。接続路２１ａが、第２流路２２から流体が流入する弁室ＶＳの入口になる。

弁体３は、弁室ＶＳ内に配置される。弁体３が弁本体２の環状の弁座２０に着座しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは非連通状態となる。一方、弁体３が弁座２０から離間しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは連通状態となる。図1は、弁体３が弁座２０から離間した状態を示している。

作動棒挿通孔２７に隙間を持って挿通された作動棒５の下端は、弁体３の上面に接触している。また、作動棒５は、付勢装置４による付勢力に抗して弁体３を開弁方向に押圧することができる。作動棒５が下方向に移動するとき、弁体３は、弁座２０から離間し、膨張弁１が開状態となる。

リングばね６は、作動棒５の振動を抑制する防振部材である。このリングばね６は、弁本体２の環状部２６に配置されて、内周側に突出した爪部により、作動棒５の外周面に所定の弾性力を付与するようになっている。

図２は、付勢装置４の近傍を拡大して示す断面図である。付勢装置４は、円形の線材を螺旋状に巻いたコイルばね４１と、弁体サポート４２と、ばね受け部材４３とを有する。

ＳＵＳ製の弁体サポート４２は、フランジ状の保持部４２ａと、保持部４２ａの下端中央から下方に延在する円筒状の内側筒体４２ｂとから一体的に形成されている。内側筒体４２ｂの外径は、コイルばね４１の内径に略等しい。保持部４２ａの上面には、球状の弁体３が溶接され、両者は一体となっている。

図２において、樹脂製であるばね受け部材４３は、底部４３ａと、底部４３ａの上面から上方に延在する外側管状部４３ｂと、を有する。環状の底部４３ａの外周には、弁本体２の弁室ＶＳの周壁となる取り付け孔２ａの開口端近傍に形成された雌ねじ２ｂに螺合する雄ねじ４３ｃが形成され、また環状の底部４３ａの下面には、不図示の工具等を係合させてばね受け部材４３を回転させるための係合凹部４３ｄが形成されている。外側管状部４３ｂの内径は、コイルばね４１の外径に略等しい。

外側管状部４３ｂの外周には、段部４３ｅが形成されており、段部４３ｅに対向して弁本体２に形成された段部２ｃとの間の環状空間にＯ−リング４４が配置されている。Ｏ−リング４４は、取り付け孔２ａとばね受け部材４３との間を密封するものである。

コイルばね４１の内側には、減衰部材（弾性部材）であるスプリングピン７が配置されている。スプリング７は、１枚のＳＵＳ板を円筒状に丸めたものであり、フリーな状態ではその外径が、コイルばね４１の内径より大きくなっている。したがって、コイルばね４１の内側に組み込まれたときは、その弾性力により、スプリングピン７の外周がコイルばね４１の内周に向かって押圧されることとなる。また、スプリングピン７の外周がコイルばね４１の内周を押圧する押圧力が調整されており、例えば、コイルばね４１の内側での位置を保持できる程度の弾性力を備えていると好適である。なお、スプリングピン７としては、ＪＩＳ Ｂ ２８０８に規定されたものを使用可能である。

ＳＵＳ板を円筒状に丸めることで、スプリングピン７の外周には軸線方向の切欠溝７aが生じるが、切欠溝７ａの対向する合わせ面は、図２に示すように波状になっていてもよいし、ストレートでもよい。ただし、スプリングピン７の全長は、作動棒５の最大ストローク時におけるコイルばね４１の全長より短くなっている。また、スプリングピン７の全体がコイルばね４１に当接していると好ましいが、その一部がコイルばね４１の内周に当接していれば足りる。

組み付け時には、弁体３を溶接された弁体サポート４２の内側筒体４２ｂを、スプリングピン７を内部に収容したコイルばね４１の上端から内部へと挿入して、コイルばね４１の上端を保持部４２ａの下面に当接させる。更に、コイルばね４１の下端をばね受け部材４３の外側管状部４３ｂの内側に挿入し、底部４３ａの上面に当接させる。このとき、Ｏ−リング４４を段部４３ｅに取り付けておく。

かかる状態を保持しつつ、弁体サポート４２、コイルばね４１、およびばね受け部材４３からなるアッセンブリを、取り付け孔２ａから弁室ＶＳ内へと進入させ、雌ねじ２ｂに雄ねじ４３ｃを螺合させて、不図示の工具を用いて所定位置まで追い込む。このとき、接続路２１ａがコイルばね４１の側面に正対するようになる。ばね受け部材４３は、弁本体２に装着されることにより弁室ＶＳを封止するプラグとして機能する。

コイルばね４１内のスプリングピン７は弁体サポート４２に当接していてもよいし、ばね受け部材４３に当接していてもよい。

図１を参照して、膨張弁１の動作例について説明する。コンプレッサ１０１で加圧された冷媒は、コンデンサ１０２で液化され、膨張弁１に送られる。また、膨張弁１で断熱膨張された冷媒はエバポレータ１０４に送り出され、エバポレータ１０４で、エバポレータの周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ１０４から戻る冷媒は、膨張弁１（より具体的には、戻り流路２３）を通ってコンプレッサ１０１側へ戻される。

膨張弁１には、コンデンサ１０２から高圧冷媒が供給される。より具体的には、コンデンサ１０２からの高圧冷媒は、第１流路２１を介して弁室ＶＳに供給される。

弁体３が、弁座２０に着座しているとき（換言すれば、膨張弁１が閉状態のとき）には、弁室ＶＳの上流側の第１流路２１と弁室ＶＳの下流側の第２流路２２とは、非連通状態である。他方、弁体３が、弁座２０から離間しているとき（換言すれば、膨張弁１が開状態のとき）には、弁室ＶＳに供給された冷媒は、作動棒挿通孔２７及び第２流路２２を通って、エバポレータ１０４へ送り出される。なお、膨張弁１の閉状態と開状態との間の切り換えは、パワーエレメント８に接続された作動棒５によって行われる。

図１の例では、パワーエレメント８は、膨張弁１の上端部に配置されている。図示していないが、パワーエレメント８の内部には、ダイアフラムにより仕切られた第１空間と第２空間とが設けられ、第１空間には作動ガスが充填されている。

ダイアフラムの下面は、ダイアフラム支持部材を介して作動棒５に接続される。このため、第１空間内の作動ガスが液化されると、作動棒５は上方向に移動し、液化された作動ガスが気化されると、作動棒５は下方向に移動する。こうして、膨張弁１の開状態と閉状態との間の切り換えが行われる。

パワーエレメント８の第２空間は、戻り流路２３と連通している。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の温度、圧力に応じて、第１空間内の作動ガスの相（気相、液相等）が変化し、作動棒５が駆動される。換言すれば、図１に記載の膨張弁１では、エバポレータ１０４から膨張弁１に戻る冷媒の温度、圧力に応じて、膨張弁１からエバポレータ１０４に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。

次に、比較例を参照して、本実施形態の効果について説明する。図３は、比較例にかかる構成を示す図２と同様な断面図である。図３において、コイルばね４１の内側にスプリングピンは設けられていない。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様である。

比較例の場合、弁体３が弁座２０から離間すると、接続路２１ａがコイルばね４１の側面に正対していることから、第１流路２１及び接続路２１ａから弁室ＶＳに流入する冷媒が、図３に矢印Ｂで示すように、コイルばね４１の巻線間の隙間δからコイルばね４１内に進入し、反対側から抜け出るようになっている。この際に、冷媒がコイルばね４１を振動させ、それにより騒音が発生することとなる。

これに対し、本実施形態によれば、図２に示すようにコイルばね４１の内側にスプリングピン７が配置されているので、冷媒によってコイルばね４１が強制的に振動させられようとしたときに、コイルばね４１の内周とスプリングピン７の外周との間で摩擦が生じる。これによりコイルばね４１に生じた振動を減衰させる減衰効果を発揮でき、騒音を効果的に抑制することができる。

又、本実施の形態で用いたように、スプリングピン７をコイルばね４１の内側に配置することで、コイルばね４１の巻線間の隙間δを通過する冷媒の流れ（図３の矢印Ｂ）を抑制できるので、上述した減衰効果とも相まって、より騒音を低減できる。

図４は、本実施の形態の変形例にかかる図２と同様な断面図である。本変形例では、減衰部材として、中実の円柱ゴム７Ａをコイルばね４１の内側に配置している。円柱ゴム７Ａの外径は、フリーな状態でコイルばね４１の内径より大きくなっているため、コイルばね４１の内側に挿入することで、円柱ゴム７Ａの外周全体がコイルばね４１の内周に当接する。これにより、上述した実施の形態と同様に減衰効果を発揮して、コイルばね４１の振動を抑制できる。また、円柱ゴム７Ａは、コイルばね４１の内側での位置を保持できる程度の弾性力を備えていると好適である。更に、円柱ゴム７Ａの代わりに円筒状のゴム又はチューブ状のゴムを配置してもよいし、ゴムの代わりに樹脂、スポンジ等をコイルばね４１の内側に配置してもよい。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

１ ：膨張弁
２ ：弁本体
３ ：弁体
４ ：付勢装置
５ ：作動棒
６ ：リングばね
７ ：スプリングピン
７Ａ ：円柱ゴム
８ ：パワーエレメント
２０ ：弁座
２１ ：第１流路
２２ ：第２流路
２３ ：戻り流路
２６ ：環状部
２７ ：作動棒挿通孔
４１ ：コイルばね
４２ ：弁体サポート
４３ ：ばね受け部材
１００ ：冷媒循環システム
１０１ ：コンプレッサ
１０２ ：コンデンサ
１０４ ：エバポレータ
ＶＳ ：弁室

Claims (4)

1. ２つの流路をつなぐ弁室に配置され、前記流路間を流れる流体が通過する環状の弁座を備えた弁本体と、
   前記弁座に着座することにより前記流体の通過を阻止し、前記弁座から離間することにより前記流体の通過を許容する弁体と、
   前記流路からの流体の流れに対して側面を向けて前記弁室に配置され、前記弁体を前記弁座に向かって付勢するコイルばねと、
   前記コイルばねによる付勢力に抗して、前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する作動部材と、
   前記コイルばねの内部に配置され、少なくとも一部が前記コイルばねの内周に接触する減衰部材と、を有する、
   ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記減衰部材は弾性部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記減衰部材はスプリングピンである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
4. 前記減衰部材はゴム製の部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
   
   

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