JP6584456B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、膨張弁に関し、特に、防振ばねを備えた膨張弁に関する。

膨張弁の弁体上流側の圧力と弁体下流側の圧力との間の差圧により、弁体および弁体を押圧する作動棒が振動して、異音が発生する現象が知られている。当該振動を抑制するために、膨張弁の弁本体内に防振ばねが配置されることがある。

関連する技術として、特許文献１には、温度式膨張弁が開示されている。特許文献１に記載の温度式膨張弁は、作動棒の外周に嵌装されて作動棒の振動を防止する防振部材を備える。防振部材は、細長い板状の弾性素材を環状に弾性変形させた環状部と、弾性素材の一部に切り込みを入れて内側に折り曲げて形成する３本の防振ばねとを有する。そして、各防振ばねは、円周を３等分する位置に配置されるとともに、そのうちの１本の防振ばねのばね力は、他よりも大に設定されている。

また、特許文献２には、膨張弁が開示されている。特許文献２に記載の膨張弁では、弁体を支持する支持部材とコイルばねとの間に防振ばねが配置されている。

特許第６０５３５４３号公報 特開２００５−１５６０４６号公報

特許文献１に記載の温度式膨張弁および特許文献２に記載の膨張弁では、防振ばねのばね力は、膨張弁の開度によらず一定である。ところで、膨張弁の弁体上流側の圧力と弁体下流側の圧力との間の差圧は、膨張弁の開度が微小であるときに大きくなり、弁にかかる流体力が増加する傾向がある。このため、膨張弁の開度が微小であるときに、弁体および作動棒が振動し易く、膨張弁から異音が発生し易い。

そこで、本発明の目的は、膨張弁の開度が微小であるときに膨張弁からの異音の発生を抑制することが可能な膨張弁を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、弁室を備える弁本体と、前記弁室の内部に配置される弁体と、前記弁体を支持する弁体支持部材と、前記弁体を弁座に向けて付勢する付勢部材と、前記弁体に接触し、前記付勢部材による付勢力に抗して前記弁体を開弁方向に押圧する作動棒と、前記弁体または前記作動棒の振動を抑制する防振ばねと、を具備する。前記作動棒は、その外周面の一部が前記防振ばねと摺接する接触面を構成し、当該接触面は、前記弁体が閉弁方向に向かうにつれて前記防振ばねの変移量が大きくなるテーパ面を有する。前記防振ばねは、前記弁本体の凹部内に配置されており、前記防振ばねは、その一端が前記凹部の底面に接し、その他端が、前記凹部のかしめ部によってかしめ固定されており、前記作動棒は、前記テーパ面の上端に接続し、前記作動棒の軸線に直交して前記防振ばね側を向いた段差面を有する。

上記膨張弁において、前記防振ばねは、リングばねを含んでいてもよい。前記リングばねは、リング部と、前記リング部よりも内側に突出して前記作動棒の前記外周面に接触する弾性突出部とを備えていてもよい。

上記膨張弁において、前記弁本体は、前記弁室に連通する第１流路および第２流路と、戻り流路とを備えていてもよい。また、前記凹部は、前記戻り流路と連通していてもよい。

上記膨張弁において、前記テーパ面は、前記閉弁方向に向かうにつれて前記作動棒の中心軸からの距離が短くなる変形量調整面であってもよい。

上記膨張弁は、前記作動棒を駆動するパワーエレメントを更に具備していてもよい。また、前記凹部は、前記開弁方向側に前記底面を有し、前記防振ばねの前記他端は、前記閉弁方向側であってもよい。

本発明により、膨張弁の開度が微小であるときに膨張弁からの異音の発生を抑制することが可能な膨張弁を提供することができる。

図１は、実施形態における膨張弁の全体構造を模式的に示す図である。 図２は、防振ばねの一例を模式的に示す概略斜視図である。 図３は、膨張弁の開度が微小であるときの防振ばねの状態を模式的に示す図である。 図４は、膨張弁の開度が比較的大きいときの防振ばねの状態を模式的に示す図である。 図５は、実施形態における膨張弁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。

以下、図面を参照して、実施形態における膨張弁１について説明する。なお、以下の実施形態の説明において、同一の機能を有する部位、部材については同一の符号を付し、同一の符号が付された部位、部材についての繰り返しとなる説明は省略する。

（方向の定義）
本明細書において、弁体３から作動棒６に向かう方向を「上方向」と定義し、作動棒６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６に向かう方向を「上方向」と呼ぶ。

（実施形態）
図１乃至図４を参照して、実施形態における膨張弁１について説明する。図１は、実施形態における膨張弁１の全体構造を模式的に示す図である。図２は、防振ばね７の一例を模式的に示す概略斜視図である。図３は、膨張弁１の開度が微小であるときの防振ばね７の状態を模式的に示す図である。図４は、膨張弁１の開度が比較的大きいときの防振ばね７の状態を模式的に示す図である。

膨張弁１は、弁室ＶＳを備える弁本体２と、弁体３と、弁体支持部材４と、付勢部材５と、作動棒６と、防振ばね７と、防振ばね７が摺接する接触面ＣＳ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、例えば、供給側流路であり、弁室ＶＳには、供給側流路を介して流体が供給される。第２流路２２は、例えば、排出側流路であり、弁室ＶＳ内の流体は、排出側流路を介して膨張弁外に排出される。

弁体３は、弁室ＶＳ内に配置される。弁体３が弁本体２の弁座２０に着座しているとき、第１流路２１と第２流路２２とは非連通状態である。他方、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とは連通状態である。

弁体支持部材４は、弁体３を支持する。図１に記載の例では、弁体支持部材４は、弁体３を下方から支持する。

付勢部材５は、弁体３を弁座２０に向けて付勢する。付勢部材５は、例えば、コイルばねである。図１に記載の例では、付勢部材５は、弁体支持部材４を介して、弁体３を上方に向けて付勢する。

作動棒６の下端は、弁体３に接触している。また、作動棒６は、付勢部材５による付勢力に抗して弁体３を開弁方向（すなわち、下方向）に押圧する。作動棒６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。

防振ばね７は、弁体３および作動棒６（特に、作動棒６）の振動を抑制する防振部材である。図１に記載の例では、防振ばね７は、弁室ＶＳとは異なる凹部２６内に配置されている。また、図１に記載の例では、凹部２６は、後述の戻り流路２３と連通しており、凹部２６が、戻り流路２３の下方に配置されている。

接触面ＣＳは、防振ばね７が摺接する面である。換言すれば、接触面ＣＳは、防振ばね７に対して相対移動可能であり、かつ、接触面ＣＳは防振ばね７に接触している。図１に記載の例では、接触面ＣＳは、作動棒６の外周面ＣＳ２である。

実施形態では、防振ばね７の変形量は、弁体３が閉弁方向（すなわち、上方向）に向かうにつれて大きくなる。換言すれば、実施形態では、膨張弁１の開度が微小であるときの防振ばね７の変形量が、膨張弁１の開度が大きいときの防振ばね７の変形量よりも大きい。そして、膨張弁１の開度が微小であるときの防振ばね７の変形量が大きいため、膨張弁１の開度が微小であるときの防振性能が高い。また、膨張弁１の開度が大きいときの防振ばね７の変形量が相対的に小さいため、防振ばね７と接触面ＣＳとの間の摺動抵抗の増加が抑制される。

以上のとおり、実施形態における膨張弁１では、防振ばね７と接触面ＣＳとの間の摺動抵抗の増加が抑制されつつ、膨張弁１の防振性能が向上する。換言すれば、定常運転時（弁開度が相対的に大きい時）には、摺動抵抗の増加が抑制されるため膨張弁１の制御性が損なわれない。他方、異音が発生しやすい微小開度時には、防振ばね７の変形量が増すことにより、弁体３および／または作動棒６の振動がより効果的に抑制される。その結果、膨張弁１からの異音の発生が抑制される。

実施形態において、防振ばね７は、弁室ＶＳとは異なる凹部２６に配置されており、防振ばね７が摺動する接触面ＣＳは、作動棒６の外周面ＣＳ２である。

図１に記載の例では、防振ばね７は、凹部２６の内壁面２６ａと、作動棒６との間に配置されている。

また、図１に記載の例では、接触面ＣＳ（外周面ＣＳ２）は、閉弁方向すなわち上方向に向かうにつれて作動棒６の中心軸ＡＸからの距離が短くなる変形量調整面ＡＳ２である。より具体的には、接触面ＣＳ（外周面ＣＳ２）は、閉弁方向すなわち上方向に向かうにつれて作動棒６の中心軸ＡＸからの距離が短くなるテーパ面である。

（防振ばね７）
図２を参照して、実施形態における防振ばね７の一例について説明する。図２に記載の例では、防振ばね７は、複数の弾性突出部７７を備えたリングばね７Ｂである。なお、図２に記載の例では、弾性突出部７７の個数は３個であるが、弾性突出部７７の個数は、４個以上であってもよい。

図２に記載のリングばね７Ｂは、リング部７６と、リング部７６よりも内側に突出して作動棒６の外周面ＣＳ２に接触する３個以上の弾性突出部７７とを備える。

図２に記載の例では、弾性突出部７７は、リング部７６の周方向に沿って等間隔で配置されている。図２に記載の例では、各弾性突出部７７は、先端部において、内向きに（換言すれば、作動棒６に向かって）突出する先端側突出部７７ａを備える。そして、図３に示されるように、当該先端側突出部７７ａが、上述の変形量調整面ＡＳ２に接触する。先端側突出部７７ａは、部分球殻形状を有していてもよい。なお、部分球殻形状とは、球殻の一部に一致または略一致する形状を意味する。先端側突出部７７ａが部分球殻形状を有する場合、変形量調整面ＡＳ２に接触する部分が、滑らかな曲面部分となるため、変形量調整面ＡＳ２が傷つきにくい。また、部分球殻形状は、構造的に強度の高い形状であるため、長期間にわたって、先端側突出部７７ａの形状が崩れにくい。

なお、リングばね７Ｂが金属製である場合には、先端側突出部７７ａは、プレス加工によってリングばね７Ｂを構成する板材７５を塑性変形させることによって形成することができる。換言すれば、先端側突出部７７ａは、塑性変形部であってもよい。

図２に記載の例では、リング部７６は、板材７５を環状に湾曲させることによって形成されている。より具体的には、リング部７６は、板材７５の一端部に設けられた端部舌片７８と、板材７５の他端部に設けられた舌片受け入れ部７９とを重ね合わせることによって形成されている。しかし、リング部７６の形成方法は、上述の例に限定されない。

図３および図４を参照して、作動棒６は、リングばね７Ｂの弾性突出部７７に接触しつつ上下方向に移動可能である。図３に記載の例では、作動棒６の外周面ＣＳ２は、仮想的な円筒の側面形状に一致または略一致する第１面６０１と、仮想的な円筒の側面形状に一致または略一致する第３面６０３と、第１面６０１および第３面６０３の間に配置された第２面６０２とを備える。第２面６０２は、仮想的な円錐台の側面形状に一致または略一致する面であり、第２面６０２が、変形量調整面ＡＳ２に対応する。

なお、外周面ＣＳ２の具体的形状は、図３および図４に記載の例に限定されず任意である。例えば、図３および図４に記載の例では、第２面６０２と、作動棒６の中心軸ＡＸを通る平面との交線は直線であるが、当該交線は、曲線であってもよい。

防振ばね７が、リングばね７Ｂである場合、作動棒６の変形量調整面ＡＳ２は、リングばね７Ｂの弾性突出部７７に接触しつつ移動する。より具体的には、作動棒６の変形量調整面ＡＳ２が、弾性突出部７７の先端側突出部７７ａに対して摺動する。

図３および図４に記載の例において、リングばね７Ｂの下端は、凹部２６の底面２６ｂに接触しており、リングばね７Ｂの上端は、凹部２６のかしめ部２６ｃによってかしめ固定されている。

図３および図４に記載の例において、変形量調整面ＡＳ２は、上方向に向かうにつれて作動棒６の中心軸ＡＸからの距離が短くなる面である。このため、弁開度が微小である状態（図３に示される状態）では、弾性突出部７７は、外方に向けて（換言すれば、作動棒６の中心軸ＡＸから離れる方向に）、大きく変形する。また、弾性突出部７７の弾性変形量が大きいため、作動棒６は、相対的に強い力で調芯される。加えて、作動棒６の下端は弁体３に接触しているため、弁体３も相対的に強い力で調芯される。よって、弁開度が微小である状態（図３に示される状態）では、弁体３が相対的に強い力で調芯され、弁体３が横振動しにくく、異音が発生しにくい。

他方、弁開度が比較的大きい状態（図４に示される状態）では、弾性突出部７７の弾性変形量が相対的に小さい。このため、リングばね７Ｂと、作動棒６の外周面ＣＳ２との間の摺動抵抗は小さい。よって、弁開度が比較的大きい状態（すなわち、定常運転状態）において、膨張弁１の開度が、作動棒６によってスムーズに調整される。

なお、第２面６０２の作動棒６の長手方向に沿う方向の長さＬ２は、弁体３の移動下限と弁体３の移動上限との間の距離よりも大きいことが好ましい。

（膨張弁１の適用例）
図５を参照して、膨張弁１の適用例について説明する。図５は、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。

図５に記載の例では、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。

また、膨張弁１は、弁本体２、弁体３、弁体支持部材４、付勢部材５、作動棒６、防振ばね７、第１流路２１、第２流路２２に加え、作動棒を駆動するパワーエレメント８と、戻り流路２３とを備える。

図５を参照して、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。弁室ＶＳ内には、弁体３が、弁座２０に対向して配置されている。また、弁体３は、弁体支持部材４によって支持されており、弁体支持部材４は、付勢部材５（例えば、コイルばね）によって、上向きに付勢されている。換言すれば、弁体３は、付勢部材５によって閉弁方向に付勢されている。付勢部材５は、弁体支持部材４と、付勢部材受け部材２４との間に配置されている。図５に記載の例では、付勢部材受け部材２４は、弁本体２に装着されることにより弁室ＶＳを封止するプラグである。

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、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６によって行われる。

図５に記載の例では、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。パワーエレメント８は、上蓋部材８１と、中央部に開口を有する受け部材８２と、上蓋部材８１と受け部材８２との間に配置されたダイアフラムとを備える。上蓋部材８１とダイアフラムとによって囲まれる第１空間には、作動ガスが充填される。

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６に接続されている。このため、第１空間内の作動ガスが液化されると、作動棒６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６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。

ダイアフラムと受け部材８２との間の第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６が駆動される。換言すれば、図５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。なお、図５に記載の例では、戻り流路２３は、防振ばね７が配置される凹部２６と連通している。

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。

例えば、上述の実施形態では、防振ばね７が金属製である例について説明された。代替的に、防振ばね７は樹脂製であってもよい。

１ ：膨張弁
２ ：弁本体
３ ：弁体
４ ：弁体支持部材
５ ：付勢部材
６ ：作動棒
７ ：防振ばね
７Ｂ ：リングばね
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
２４ ：付勢部材受け部材
２６ ：凹部
２６ａ ：内壁面
２６ｂ ：底面
２６ｃ ：かしめ部
７５ ：板材
７６ ：リング部
７７ ：弾性突出部
７７ａ ：先端側突出部
７８ ：端部舌片
７９ ：舌片受け入れ部
８１ ：上蓋部材
８２ ：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
６０１ ：第１面
６０２ ：第２面
６０３ ：第３面
ＡＳ２ ：変形量調整面
ＣＳ ：接触面
ＣＳ２ ：外周面
ＶＳ ：弁室

Claims (6)

1. 弁室を備える弁本体と、
   前記弁室の内部に配置される弁体と、
   前記弁体を支持する弁体支持部材と、
   前記弁体を弁座に向けて付勢する付勢部材と、
   前記弁体に接触し、前記付勢部材による付勢力に抗して前記弁体を開弁方向に押圧する作動棒と、
   前記弁体または前記作動棒の振動を抑制する防振ばねと、
   を具備し、
   前記作動棒は、その外周面の一部が前記防振ばねと摺接する接触面を構成し、
   当該接触面は、前記弁体が閉弁方向に向かうにつれて前記防振ばねの変移量が大きくなるテーパ面を有し、
   前記防振ばねは、前記弁本体の凹部内に配置されており、
   前記防振ばねは、その一端が前記凹部の底面に接し、その他端が、前記凹部のかしめ部によってかしめ固定されており、
   前記作動棒は、前記テーパ面の上端に接続し、前記作動棒の軸線に直交して前記防振ばね側を向いた段差面を有する、ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記防振ばねは、リングばねを含み、
   前記リングばねは、
   リング部と、
   前記リング部よりも内側に突出して前記作動棒の前記外周面に接触する弾性突出部と、を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記弁本体は、前記弁室に連通する第１流路および第２流路と、戻り流路とを備え、
   前記凹部は、前記戻り流路と連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
4. 前記テーパ面は、前記閉弁方向に向かうにつれて前記作動棒の中心軸からの距離が短くなる変形量調整面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膨張弁。
5. 前記作動棒を駆動するパワーエレメントを更に具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の膨張弁。
6. 前記凹部は、前記開弁方向側に前記底面を有し、
   前記防振ばねの前記他端は、前記閉弁方向側であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の膨張弁。