JP5933210B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、オリフィスを流れる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、蒸発器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を閉弁方向に押圧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押え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。

しかしながら、上記したような防振ばね８ｆは、弁室３５内に８本のばね腕部８ｆ２が縦方向に延びる構造を有している。一方で、膨張弁５の弁本体３０の体格縮小化に伴う弁室３５の小型化が進んでおり、こうした小型化された弁室３５を備える膨張弁においては、縦寸法の長い防振ばね８ｆを弁室３５内に取り付けるスペースを確保することが困難になってきている。

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の振動を防止する防振ばねを備えた弁装置において、防振ばねの弁開閉方向寸法を縮小することにより、弁装置を小型化することにある。

上記の課題を解決するため、本発明による弁装置は、オリフィス及び当該オリフィスに連なる弁室とを有する弁本体と、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、該弁体の振動を防止する防振ばねとを備えた弁装置であって、前記弁装置は、凝縮器で凝縮するとともに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り、前記防振ばねは、前記弁室の壁面に弾性的に当接する複数のばね腕部を有しており、該複数のばね腕部は、前記弁室の壁面に沿って前記弁体の開閉方向と交差する方向に延びるように形成されるとともに、前記液相冷媒を前記弁室内に導入する高圧側流路のポートに対して前記オリフィス側にオフセットした位置に配置されることを特徴としている。

本発明に用いる防振ばねのばね腕部は、弁室の壁面に沿って弁体の開閉方向と交差する方向に延びるように形成されるので、弁室の開閉方向の寸法が短縮され、弁本体を小型化して弁装置の寸法を短縮することができる。

本発明による弁装置に用いられる弁体ユニット（弁体と弁支持体と防振ばねから成るユニット）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図である。 図５の一部を拡大して示す図である。 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と弁支持体と防振ばねから成る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、図７に示す例と対応する部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略するものとする。

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、防振ばね５２とから成っている。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押え部５３を有している。防振ばね５２は、弁体５８の振動を防止する複数のばね腕部５４を有しており、ばね腕部５４は、弁押え部５３の外周縁の複数箇所においてそれぞれ形成された折り曲げ部分を介して弁押え部５３と一体に形成されている。弁支持体５１及び防振ばね５２は金属板をプレス加工することによって一体に形成されている。

弁押え部５３は、その上面中央部分に凹部を形成し、当該凹部に安定的に着座した弁体５８を溶接等で当該凹部に固定することで弁体５８を支持している。防振ばね５２の各ばね腕部５４は、弁押え部５３の外周縁から弁体５８の開方向にオフセットした位置において鉤状に折れ曲がった状態に形成されている。各ばね腕部５４において、下腕部分５５は、弁室３５（図５、６参照）の側壁面３５ａに沿って弁体５８の開閉方向と交差する横方向に延びており、先端に向かうほど、弁押え部５３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の側壁面３５ａに弾性的に当接している。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、横方向に張り出しているので、従来の防振ばねのばね腕部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５４は、弁体５８を支持する弁押え部５３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。

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の弁押え部５３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５４によって取り囲まれている。

ばね腕部５４は横方向に延びているので、弁支持体５１は、高圧側流路３２ｂにおける弁室３５と繋がるポート３２ｂ１よりも上方に配置することができる。したがって、ばね腕部５４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、弁室３５内を流れる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６０は、図１に示す弁体ユニット５０の変形例であり、球状の弁体６８と、当該弁体６８を支持する弁支持体６１と, 防振ばね６２とから成っている。弁支持体６１は、弁体６８を上面中央部分に支持する円盤状の弁押え部６３と、弁体６８の振動を防止する複数のばね腕部６４とを有している。防振ばね６２は、弁押え部６３の外周縁から弁体６８の開方向に延びる円筒形状の筒状部６５を有している。弁押え部６３と筒状部６５とは、金属板のプレス成形によって一体に形成されている。ばね腕部６４は、筒状部６５の複数箇所において、径方向に切り起こして形成されている。詳細には、ばね腕部６４は、弁押え部６３から筒状部６５の軸線方向にオフセットした位置に設けられている。ばね腕部６４の先端部分には突起部分６６が形成されており、この突起部分６６は弁室３５（図５参照）の側壁面３５ａに弾性的に当接する。

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７０は、弁体７８が弁支持体７１と一体に形成されている。それ以外については図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については省略する。本例では、弁体７８は、弁支持体７１の弁押え部７２の中央部分において弁押え部７２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７８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。

弁体７８を弁押え部７２と一体に成形することにより、従来のように弁支持体と別体で製作した球状の弁体を溶接等で弁支持体に固定する工程を省略することができる。

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８０は、弁体８８が弁支持体８１と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８１と一体に形成されている。具体的には、弁体８８は弁支持体８１の弁押え部８２と一体に上方に膨出したドーム状に成形されている。また、防振ばね６２は、図２に示す例と同様の構造であるので、対応する部位には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。弁体８８を弁支持体８１と一体に成形することにより、従来のように弁支持体と別体で製作した球状の弁体を溶接等で弁支持体に固定する工程を省略することができる。

上記実施例では、防振ばねは弁支持体と一体に形成されているが、本発明は、かかる実施例にのみに限るのではなく、弁支持体と防振ばねが別々に形成されていてもよいことは明らかである。
また、本発明が適用される弁装置は膨張弁に限られるものではなく、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の振動を抑制する防振ばねを有する弁装置であれば、どのような弁装置にも適用できる。
その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。

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
８ｃ 圧縮コイルばね
３０ 弁本体 ３２ａ オリフィス
３２ｂ 高圧側流路 ３２ｂ１ ポート
３５ 弁室
５１，６１，７１，８１ 弁支持体
５３，６３，７２，８２ 弁押え部
５２，６２ 防振ばね
５４，６４ ばね腕部
５８，６８，７８，８８ 弁体
６５ 筒状部

Claims (6)

1. オリフィス及び当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、前記弁体の振動を防止する防振ばねとを備えた弁装置であって、
   前記弁装置は、凝縮器で凝縮するとともに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り、
   前記防振ばねは、前記弁室の壁面に当接する複数のばね腕部を有しており、該複数のばね腕部は、前記弁室の壁面に沿って前記弁体の開閉方向と交差する方向に延びるように形成されるとともに、前記液相冷媒を前記弁室内に導入する高圧側流路のポートに対して前記オリフィス側にオフセットした位置に配置されることを特徴とする弁装置。
2. 前記弁体を支持する弁支持体を備え、前記防振ばねは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記載の弁装置。
3. 前記ばね腕部は、前記弁支持体の外周縁から前記弁体の開方向にオフセットした位置において鉤状に折れ曲がった状態に形成されることを特徴とする請求項２記載の弁装置。
4. 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方向に延びる筒状部を有しており、前記ばね腕部は、前記筒状部の一部が径方向に切り起こされた形状を有することを特徴とする請求項２記載の弁装置。
5. 前記弁支持体を前記弁体の閉方向に付勢するコイルばねを備えており、該コイルばねの一端が前記ばね腕部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３又は４記載の弁装置。
6. 前記弁体が前記弁支持体に一体に形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項記載の弁装置。

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