JP4812427B2

JP4812427B2 - 膨張弁

Info

Publication number: JP4812427B2
Application number: JP2005377494A
Authority: JP
Inventors: 和人小林; 栄二福田; 和彦渡辺
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007178066A

Description

本発明は、カーエアコン等の空調装置に装備されて、冷媒の温度に応じてエバポレーターへ供給される冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。

この種の膨張弁は、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、弁本体には、オリフィスと該オリフィスを開閉する弁体と該弁体をオリフィスに対し閉弁する方向に付勢する付勢ばねとが組み込まれているとともに、温度に呼応して作動するパワーエレメントの作動によって作動棒を介して弁体がオリフィスを開閉するように変位され、これによってコンプレッサー又はレシーバー側からエバポレーター側へ供給される冷媒の流量を制御するものである。
公知構造の膨張弁にあっては、弁体は、パワーエレメントにより駆動される作動棒の軸線方向と同一方向に移動するようになっている。すなわち、膨張弁における主要構成要素であるパワーエレメント、作動軸、オリフィス、弁体、付勢ばねは同軸的に配置されている。この構造のために、これらの主要構成要素が組み込まれる弁本体の高さ寸法を減少することが難しく、製造コストの更なる低減を図る上で障害となっている問題を有していた。
また、コンデンサー又はレシーバーの出口側と接続される第１ポートと該第１ポートに流入した冷媒が流出しエバポレーターの入口側と接続される第２ポートとの間にオリフィスと弁体とが配置されるが、パワーエレメント、作動軸、オリフィス、弁体、付勢ばねが同軸的に配置されることから、第１ポートから第２ポートへ流れる冷媒流路はクランク状に折れ曲がったものとならざるを得ず、これが冷媒のスムーズな流れを阻害し、異音発生の要因となることもあった。
特開２００２−２６７２９１号公報

上述した従来の膨張弁にあっては、パワーエレメントにより駆動される作動棒の軸線と弁体の移動方向の軸線が同一の軸線上に配置されている。従って、パワーエレメントを含む膨張弁の寸法を短縮して、小型化することに対して、制約がある。
本発明の目的は、オリフィスと弁体の移動軸線を作動棒の軸線に対して直交する方向に配設することによって、小型化と部品点数を削減することができる膨張弁を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の膨張弁は基本的な手段として、コンデンサー又はレシーバーの出口側に接続される第１ポートと、該第１ポートに流入した冷媒をエバポレーターの入口側に導く第２ポートと、エバポレーターの出口側に接続される第３ポートと、該第３ポートと連なり該第３ポートに流入した冷媒をコンプレッサーの入口側に導く第４ポートと、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられるオリフィスと、該オリフィスを開閉調整するように該オリフィスと対向して移動自在に設けられる弁体と、該弁体を閉弁する方向に付勢する付勢ばねと、温度に呼応して作動するパワーエレメントと、前記弁体による冷媒絞り量を制御すべく前記パワーエレメントの作動を前記弁体に伝える作動棒とを備えてなる膨張弁であることを前提としている。そして、前記弁体が、円柱状の摺動部と、該摺動部の一端に設けられるとともに、前記オリフィスを開閉する弁部材とからなり、前記摺動部の軸方向が前記作動棒の軸方向と直交するとともに前記摺動部の軸方向に摺動可能に配置され、前記摺動部に、前記オリフィスからの冷媒を前記オリフィスの軸方向に通過させる連通路が設けられ、前記作動棒の軸方向変位をそれと直交する方向に前記弁体に伝達し、該弁体を追従させる伝達手段が備えられ、該伝達手段は、前記作動棒の先端部に形成された円錐カム面と、前記摺動部の外周部に周方向に形成された断面Ｖ字形溝面とからなることを特徴とするものである。

そして、前記弁体及び前記付勢ばねは、前記第２ポート又は前記第１ポートに一体に備え付けられる筒状部に装備されること、前記弁体及び前記付勢ばねは、前記筒状部の端部に曲げ加工又はカシメ加工を施すことによって離脱不能に保持されること及び前記弁体及び前記付勢ばねは、前記筒状部の端部に螺着されるねじ部材によって離脱不能に保持されることなどを特徴とするものである。

また、前記ねじ部材の螺合調整によって前記付勢ばねの付勢力を調整可能としたこと、前記第１ポートと前記第２ポートとを同軸上に配置すること及び前記各構成要素は、１つのブロック状本体に組み込まれていることを特徴としてあげられる。

上述した手段を備えることにより、膨張弁の小型化と部品点数の削減並びにコストの低減を図ることができる。
これに加えて本発明の構成によれば、公知構造に比して円滑な冷媒流れが得られるため、異音の発生を抑制する効果も併せ持つ。

図１〜図３は、本発明の膨張弁の第１実施形態を示す説明図である。
全体を符号１で示す膨張弁は、アルミ合金等でつくられる本体１０を有する。本体１０は取付用のねじ穴１２等を備える。本体１０は、コンデンサー又はレシーバーの出口側と接続される第１ポート２１と、該第１ポート２１に流入した冷媒が流出し、エバポレーターの入口側と接続される第２ポート２２を有する。
また、本体１０は、エバポレーターの出口側に接続されてエバポレーターから戻る冷媒が流入する第３ポート２３と、該第３ポート２３と連なり該第３ポート２３に流入した冷媒が流出し、コンプレッサーの入口側と接続される第４ポート２４を有する。

第１ポート２１と第２ポート２２は、その軸心が互いに平行になる方向に配設され、両者の間に両ポート２１，２２の軸心方向と同じ方向を向いたオリフィス３０が設けられ、このオリフィス３０を開閉調整する球状の弁部材４２を有する弁体４０が該オリフィス３０と対向して移動自在に設けられる。
弁体４０は、第２ポート２２側に開口する筒状部８０内に摺動自在に挿入され、筒状部８０の先端部８２を内側に折り曲げ加工又はカシメ加工することで、筒状部８０内に離脱不能に保持される。内側に折り曲げられた先端部８２と弁体４０の間には付勢ばね５０が挿入され、弁体４０をオリフィス３０側に向けて付勢する。

本体１０の第３ポート２３、第４ポート２４側の端面には、パワーエレメント６０が装備される。パワーエレメント６０は、ダイアフラム６４が挟み込まれたキャン６１を有し、キャン６１はねじ部６１ａを介して本体１０に固着される。キャン６１と本体１０の間にはシール部材６７が挿入される。キャン６１の上部には、ダイアフラム６４で区画される作動室６２が設けられ、作動流体が封入され、栓６３で封止される。
ダイアフラム６４の下面はストッパー６５により支持され、ストッパー６５はダイアフラム６４の変位を作動棒７０に伝達し、作動棒７０の軸線方向の移動は伝達手段１００により弁体４０の軸線方向の移動に変更されて弁体４０とオリフィス３０の間の距離を調整する。

伝達手段１００は、作動棒７０の弁体４０側の端部に形成される円錐形状のカム面７２と、弁体４０に形成されるＶ溝形状のカム面４５により構成される。
図１は、パワーエレメント６０により作動棒７０がＦ_１方向に押し下げられ、伝達手段１００の作用によって、弁体４０が付勢ばね５０のばね力に抗して、矢印Ｂ方向に最大限に移動した状態を示す。
弁体４０の弁部材４２はオリフィス３０から最大限離れ、弁は全開状態となる。

図２は、パワーエレメント６０の作用によって作動棒７０が矢印Ｆ_２方向に最大限移動した状態を示す。
伝達手段１００の作用によって、弁体４０は矢印Ａ方向に最大限移動し、弁部材４２がオリフィス３０を完全に塞ぎ、弁は全閉状態となる。
本発明の膨張弁１は、パワーエレメント６０の作動によって、弁開度が全開状態と全閉状態の間で制御される。

図３は、弁体４０の構造の詳細を示す説明図である。
円筒形状の弁体４０は、Ｖ字溝形状のカム面４５を有するとともに、首部４１に溶接Ｗ_１により固着される球状の弁部材４２を備える。
弁体４０は、付勢ばね５０が収容される穴部４４を有し、首部４１の外側と穴部４４を連通する冷媒の連通路４３が設けられる。この連通路４３は、適宜数の孔で形成することができる。
また、孔にかえて、弁体４０の外周面４０ａに軸方向の溝等を適宜数設けることで、連通路とすることができる。

本発明の膨張弁にあっては、オリフィス３０の軸線を第１ポート２１、第２ポート２２に平行に設けるので、本体１０の面１０ａ側からの機械加工を省くことができる。従って、加工工数を削減することができる。そして、本体の長さ寸法を短縮することができ、さらに、部品点数も低減することができる。
又、本発明の膨張弁にあっては、冷媒が、第１ポート２１から第２ポート２２へかけて折れ曲がることなく略真っ直ぐに流れるから、公知構造に比して冷媒流れにおける乱れが少なくなり、冷媒乱れによって引き起こされる異音の発生が抑制される効果を奏する。

又、この膨張弁にあっては、弁体４０は筒状部８０内に小さなクリアランスで摺動自在に挿入される。そこで、弁部材４２とオリフィス３０の軸線の変位は小さくなり、オリフィス３０に弁部材の調芯用のテーパー面等を設ける必要はなくなる。
さらに、作動棒７０には、横方向の力が作用するために摺動抵抗が増加し、弁体の振動は制止される。そこで、弁体の振動を防止する防振ばね等を省略することができる。
また、パワーエレメント６０は、作動流体が封入された作動室６２を栓６３で封止する構造のものを示したが、栓にかえてキャピラリチューブを装備するものにも当然に適用できる。

図４は、本発明の第２実施形態に係る膨張弁の説明図である。
全体を符号１Ａで示す膨張弁は本体１０を有する。本体１０は前述した膨張弁１と同様の構成を備えるので、同一の部材に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
パワーエレメント６０も先の実施例と同様の構成を備えるので、同一の部材に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

一端部がストッパー６５に挿入される作動棒１７０は、他端部に形成される傾斜面でつくられるカム面１７２を有する。この傾斜面１７２は、弁体１４０に形成される円錐形状のカム面１４５との間で伝達手段１００Ａを構成する。
弁体１４０は、筒状部８０内に挿入され、付勢ばね５０で弁体１４０はオリフィス３０に向けて付勢される。

パワーエレメント６０の作用により作動棒１７０は軸線方向に変位する。作動棒１７０の変位は、伝達手段１００Ａの作用により弁体１４０の軸線方向の変位に伝達され、弁部材１４２とオリフィス３０の間の弁開度が制御される。
この膨張弁１Ａは伝達手段１００Ａの構造がより簡素化され、加工工数も低減することができる。

図５，図６は、本発明の第３実施形態に係る膨張弁の説明図である。
全体を符号１Ｂで示す膨張弁は本体１０を有する。本体１０は前述した膨張弁１と同様の構成を備えるので、同一の部材に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
パワーエレメント６０も先の実施例と同様の構成を備えるので、同一の部材に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
作動棒７０と弁体４０も先の実施例に係る膨張弁１と同様な構成を有し、伝達手段１００も同様の構成を備える。

この膨張弁１Ｂにあっては、弁体４０が摺動自在に挿入される筒状部１８０の端部１８２は内側に折り曲げられることなく、内ねじ部１８４が形成される。
この内ねじ部１８４にねじ部材２００を螺合し、付勢ばね５０を保持する。

図６は、ねじ部材２００の詳細を示す。
ねじ部材２００は、六角穴２１０を有し、外周部には内ねじ部１８４に対応する外ねじ部２２０が形成される。
六角穴２１０にレンチを挿入し、ねじ部材２００のねじ込み量を調整することにより、付勢ばね５０のばね力を調整することができる。このばね力の調整により、閉弁方向への弁体４０の推力を制御することができる。
ねじ部材２００の六角穴２１０は冷媒の通路を兼ねるので、別個に冷媒通路を形成する必要はない。

なお、上述した各実施形態にあっては、弁体が挿入される円筒部を第２ポート側に開口する位置に配設したが、第１ポート側に開口する構成とすることも当然に可能である。
また、第１ポート、第２ポート及びオリフィスを同一軸線上に配設することにより、機械加工の工数低減と冷媒の円滑な流れの確保がなお一層達成される。
さらに、上述した各実施形態にあっては、作動棒７０の下端のカム面７２は、円錐カム面又は傾斜カム面としたが、半球状カム面とすることも可能であり、伝達手段としてカム手段に代えて、リンク機構やレバー機構を採用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る膨張弁の説明図（弁全開状態）。本発明の第１実施形態に係る膨張弁の説明図（弁全閉状態）。弁体の説明図。本発明の第２実施形態に係る膨張弁の説明図（弁全開状態）。本発明の第３実施形態に係る膨張弁の説明図（弁全開状態）。ねじ部材の説明図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ膨張弁
１０本体
２１第１ポート
２２第２ポート
２３第３ポート
２４第４ポート
３０オリフィス
４０弁体
４２弁部材
４３冷媒通路
４５Ｖ字形状溝面
５０付勢ばね
６０パワーエレメント
６４ダイアフラム
７０作動棒
７２円錐カム面
８０筒状部
１００伝達手段

Claims

コンデンサー又はレシーバーの出口側に接続される第１ポートと、該第１ポートに流入した冷媒をエバポレーターの入口側に導く第２ポートと、エバポレーターの出口側に接続される第３ポートと、該第３ポートと連なり該第３ポートに流入した冷媒をコンプレッサーの入口側に導く第４ポートと、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられるオリフィスと、該オリフィスを開閉調整するように該オリフィスと対向して移動自在に設けられる弁体と、該弁体を閉弁する方向に付勢する付勢ばねと、温度に呼応して作動するパワーエレメントと、前記弁体による冷媒絞り量を制御すべく前記パワーエレメントの作動を前記弁体に伝える作動棒とを備えてなる膨張弁において、
前記弁体が、円柱状の摺動部と、該摺動部の一端に設けられるとともに、前記オリフィスを開閉する弁部材とからなり、前記摺動部の軸方向が前記作動棒の軸方向と直交するとともに前記摺動部の軸方向に摺動可能に配置され、前記摺動部に、前記オリフィスからの冷媒を前記オリフィスの軸方向に通過させる連通路が設けられ、前記作動棒の軸方向変位をそれと直交する方向に前記弁体に伝達し、該弁体を追従させる伝達手段が備えられ、該伝達手段は、前記作動棒の先端部に形成された円錐カム面と、前記摺動部の外周部に周方向に形成された断面Ｖ字形溝面とからなることを特徴とする膨張弁。
前記弁体及び前記付勢ばねは、前記第２ポート又は前記第１ポートに一体に備え付けられる筒状部に装備されることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
前記弁体及び前記付勢ばねは、前記筒状部の端部に曲げ加工又はカシメ加工を施すことによって離脱不能に保持されることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
前記弁体及び前記付勢ばねは、前記筒状部の端部に螺着されるねじ部材によって離脱不能に保持されることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
前記ねじ部材の螺合調整によって前記付勢ばねの付勢力を調整可能であることを特徴とする請求項４記載の膨張弁。
前記第１ポートと前記第２ポートとを同軸上に配置することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の膨張弁。
前記各構成要素は、１つのブロック状本体に組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の膨張弁。