(57)【要約】【課題】コンパクトでありながら、騒音を低減できる膨張弁を提供する。【解決手段】膨張弁１は、流体が通過する流路内に配置され、弁座２０とオリフィス部２７とを備えた弁本体２と、弁座２０に着座することにより流体の通過を制限し、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、弁体３を弁座２０に向かって付勢するコイルばね４１と、オリフィス部２７に挿通され、弁体３に一端を当接させた作動棒５と、を有し、弁本体２は、オリフィス部２７より流体の下流側に配置された中間室２２１と、中間室２２１と外部とを連通する第２流路２２とを有し、第２流路２２の軸線Ｘ１を通る断面において、軸線Ｘ１から、第２流路２２と中間室２２１との間に絞り部２２２までの距離Ｄ１は、軸線Ｘ１から、絞り部２２２に隣接する中間室２２１の内周までの距離Ｄ２より小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する流路内に配置され、弁座とオリフィス部とを備えた弁本体と、
前記弁座に着座することにより前記流体の通過を制限し、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、
前記弁体を前記弁座に向かって付勢するコイルばねと、
前記オリフィス部に挿通され、前記弁体に一端を当接させた作動棒と、を有し、
前記弁本体は、前記オリフィス部より下流側に配置された中間室と、前記中間室と外部とを連通する出口側流路と、前記出口側流路と前記中間室との間の境界部とを有し、
前記出口側流路の軸線をＸ１としたときに、前記中間室の前記軸線Ｘ１に直交する断面は、前記境界部の前記軸線Ｘ１に直交する断面よりも大きい、
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記軸線Ｘ１から上方における前記境界部までの距離Ｄ１は、前記軸線Ｘ１から上方における、前記境界部に隣接する前記中間室の内周までの距離Ｄ２より小さい、
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項３】
前記出口側流路を形成した後、中ぐり加工により前記中間室を形成してなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の膨張弁。
【請求項４】
前記出口側流路と前記中間室との間に、流路断面積が小さな絞り部材を設けた、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
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温度膨張弁が使用されている。
【０００３】
近年、ハイブリッド車や電気自動車の普及により、自動車の動力系の騒音低減が急速に進んでいる。これに伴い、カーエアコンにあっては、その運転音の低減化要求が更に高まっている。特に、膨張弁内で気泡の破裂に起因する騒音の発生を低減させたいという要請がある。
【０００４】
下記の特許文献１は、高圧の冷媒がオリフィス部で減圧された後にエバポレータに向かう途中の出口通路に、絞り部材を備える膨張弁を開示している。出口通路に絞り部材を備えると、冷媒中の気泡が細分化され、気泡の破裂に起因する騒音の発生を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３１５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、オリフィス部で絞られた冷媒は出口通路で膨張するが、出口通路の前に、容積の大きな膨張室を設けることで、気泡の破裂を抑制して静音化を図ることができる。これを、「マフラー効果」と称す。このようなマフラー効果は、絞り部材を設けない場合でも発揮される。
【０００７】
しかしながら、容積の大きな膨張室を設けることに応じて膨張弁を大型化すると、周囲部品との干渉を招いたり、膨張弁の重量が増大するので好ましくない。そこで、膨張弁を大型化することなく、容積の大きな膨張室を設けることが望まれている。
【０００８】
そこで本発明は、コンパクトでありながら、騒音を低減できる膨張弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、
流体が通過する流路内に配置され、弁座とオリフィス部とを備えた弁本体と、
前記弁座に着座することにより前記流体の通過を制限し、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、
前記弁体を前記弁座に向かって付勢するコイルばねと、
前記オリフィス部に挿通され、前記弁体に一端を当接させた作動棒と、を有し、
前記弁本体は、前記オリフィス部より下流側に配置された中間室と、前記中間室と外部とを連通する出口側流路と、前記出口側流路と前記中間室との間の境界部とを有し、
前記出口側流路の軸線をＸ１としたときに、前記中間室の前記軸線Ｘ１に直交する断面は、前記境界部の前記軸線Ｘ１に直交する断面よりも大きい、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、コンパクトでありながら、騒音を低減できる膨張弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態における膨張弁１を、冷媒循環システムに適用した例を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図２は、中間室付近を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、図１の膨張弁１をＡ矢視方向に見た側面図である。
【図４】図４は、第２流路と中間室の加工工程を示す拡大断面図である。
【図５】図５は、膨張弁の第１変形例にかかる図３と同様な側面図である。
【図６】図６は、第１変形例にかかる図２と同様な断面図である。
【図７】図７は、膨張弁の第２変形例にかかる図３と同様な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
（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。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の軸線をＬとする。
【００１５】
図１において、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５とを具備する。
【００１６】
弁本体２は、弁室ＶＳに加え、第１流路２１と、第２流路２２と、中間室２２１と、戻り流路２３とを備える。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（出口側流路ともいう）であり、弁室ＶＳ内の流体は、オリフィス部２７、中間室２２１及び排出側流路を介して膨張弁外に排出される。
【００１７】
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。弁室ＶＳと中間室２２１との間は、弁座２０及びオリフィス部２７により連通している。中間室２２１と第２流路２２との境界に絞り部２２２が形成され、流路断面積を絞っている。
【００１８】
ここで、中間室２２１の機能について説明する。開弁時に、気泡を含んだ冷媒が、断面積が小さいオリフィス部２７を通過した後、中間室２２１で膨張して通過音が発生する。この通過音は、冷媒の持つエネルギーを有効に吸収することで小さくできるが、そのためには中間室２２１の容積を極力拡大させて、十分なマフラー効果を発揮させることが望ましい。しかしながら、膨張弁１を大型化することなく中間室２２１を拡大するためには、以下に述べる課題がある。
【００１９】
図２は、中間室付近を拡大して示す断面図である。膨張弁１において、中間室２２１は、第２流路２２と、膨張弁１を他部品に固定するためのボルト穴２６との間に挟まれた位置に設けている。ここで、第２流路２２の深さ及び径は、エバポレータ１０４に接続する配管またはコネクタのサイズに依存する。したがって、第２流路２２の深さ及び径を任意に変更することは困難である。
【００２０】
一方、ボルト穴２６も、他部品との確実な固定を行うためサイズが決められているため、それを任意に変更することは困難である。このような条件下では第２流路２２とボルト穴２６との間隔が定まるため、中間室２２１の深さが制限される。そこで、中間室２２１を軸線直交方向に拡大して、その容積を稼ぐことが考えられる。
【００２１】
しかしながら、配管接続上の都合により、第２流路２２の形状を維持する必要があるため、かかる形状を崩さないよう、中間室２２１の加工については検討が必要である。そこで本実施形態では、中ぐり加工により中間室２２１を弁本体２に形成している。
中間室２２１を中ぐり加工で形成することにより、図１のＡ矢視方向（第２流路２２の軸線Ｘ１の方向）に見た図３において、点線で示す中間室２２１の軸線Ｘ１に直交する断面は、絞り部２２２の軸線Ｘ１に直交する断面よりも、ハッチングで示す領域分、大きくなっている。以下、中間室２２１の形成手法について説明する。
【００２２】
図４は、第２流路と中間室の加工工程を示す拡大断面図である。図４において、弁本体２にボルト穴２６が既に形成されているが、後工程で形成されてもよい。
【００２３】
まず座繰り加工を適宜行った後、図４（ａ）に示すように、第１のドリルＤＲ１を用いて、軸線Ｘ１に沿って所定の深さまで第２流路２２を弁本体２に切削加工する。軸線Ｘ１は、第２流路２２の軸線となる。
【００２４】
続いて、図４（ｂ）に示すように、第１のドリルＤＲ１より小径の第２のドリルＤＲ２を用いて、軸線Ｘ１に対して上方にシフトした軸線Ｘ２に沿って、所定の深さまで仮穴ＨＬを切削加工する。なお、仮穴ＨＬの径は、絞り部２２２の内径になる。
【００２５】
さらに、仮穴ＨＬ内に中ぐり工具ＲＴを挿入する。中ぐり工具ＲＴには、回転軸ＲＳの先端近傍に、径方向に突出したチップＴＰが取り付けられている。図４（ｃ）に示すように、回転軸ＲＳを軸線Ｘ３回りに回転させつつ奥側に追い込むことで、実線及び点線で示すチップＴＰが回転しながら切削加工を行って、いわゆる中ぐり加工を行うことができる。
【００２６】
このとき、中ぐり加工を始める（奥側から手前に向かって中ぐり加工を行う場合は終了する）位置を、第２流路２２から奥側に追い込んだ位置とすることで、第２流路２２と中間室２２１との間に、中間室２２１より流路断面積が小さい絞り部２２２を形成することができる。ただし、図２に点線で示すように、更に流路断面積が小さい小開口を有する絞り部材ＣＫを別部品として形成した上で、第２流路２２の底面に取り付けることもできる。
【００２７】
以上の中ぐり加工により、図２に示す、第２流路２２の軸線Ｘ１を通る断面において、軸線Ｘ１から上方に向かい、第２流路２２と中間室２２１との境界部である絞り部２２２までの距離Ｄ１は、軸線Ｘ１から上方に向かい、絞り部２２２に隣接する中間室２２１の内周面２２１ａまでの距離Ｄ２より小さくなる（Ｄ１＜Ｄ２）。これによりボルト穴２６に干渉することなく、中間室２２１を軸線Ｘ１に直交する方向に拡大させることができる。
【００２８】
なお、チップＴＰのスパンが異なる中ぐり工具ＲＴを複数種類準備しておき、チップＴＰのスパンの短い中ぐり工具ＲＴから切削加工を行うことで、中間室２２１の径を順次拡大するようにしてもよい。
その後、別工程で作動棒挿通孔２８、環状凹部２９等が切削加工で形成される。
【００２９】
図１において、中間室２２１の上方に形成された作動棒挿通孔２８は、作動棒５をガイドする機能を有し、作動棒挿通孔２８の上方に形成された環状凹部２９は、リングばね６を収容する機能を有する。リングばね６は、作動棒５の外周に複数のばね片を当接させて、所定の付勢力を付与するものである。
【００３０】
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、オリフィス部２７の冷媒の流れが制限される。この状態を非連通状態という。ただし、弁体３が弁座２０に着座した場合でも、制限された量の冷媒を流すこともある。一方、弁体３が弁座２０から離間しているとき、オリフィス部２７を通過する冷媒の流れが増大する。この状態を連通状態という。
【００３１】
作動棒５は、オリフィス部２７に所定の隙間を持って挿通されている。作動棒５の下端は、弁体３の上面に接触している。
【００３２】
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。
【００３３】
図１において、付勢装置４は、断面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。
【００３４】
弁体サポート４２は、コイルばね４１の上端に取り付けられており、そ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。
【００３５】
コイルばね４１の下端を支持するばね受け部材４３は、弁本体２に対して螺合可能となっていて、弁室ＶＳを密封する機能と、コイルばね４１の付勢力を調整する機能とを有する。
【００３６】
弁本体２の上端に設けられたパワーエレメント８は、栓８１と、上蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、ストッパ部材８４と、受け部材８６とを有する。
【００３７】
略円錐形状の上蓋部材８２の頂部には開口８２ａが形成され、栓８１により封止可能となっている。
【００３８】
ダイアフラム８３は、同心円の凹凸形状を複数個形成した薄い板材からなり、上蓋部材８２及び受け部材８６の外径とほぼ同じ外径を有する。
【００３９】
上部が円錐形状に広がった略円筒形状の受け部材８６は、その下端外周に雄ねじ８６ａを有している。
【００４０】
ストッパ部材８４は、円盤部８４ａと、円盤部８４ａの下面に同軸に接合された円筒部８４ｂとを有する。円筒部８４ｂの下端中央には、嵌合孔８４ｃが形成されている。
【００４１】
パワーエレメント８の組み立て手順を説明する。上蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、受け部材８６のそれぞれ外周部を重ね合わせた状態で、当該外周部を例えばＴＩＧ溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により周溶接して一体化する。
【００４２】
続いて、上蓋部材８２に形成された開口８２ａから、上蓋部材８２とダイアフラム８３とで囲われる空間（圧力作動室ＰＯという）内に作動ガスを封入した後、開口８２ａを栓８１で封止し、更にプロジェクション溶接等を用いて、栓８１を上蓋部材８２に固定する。
【００４３】
このとき、圧力作動室ＰＯに封入された作動ガスにより、ダイアフラム８３は受け部材８６側に張り出す形で圧力を受けるため、ダイアフラム８３と受け部材８６とで囲われる下部空間ＬＳに配置されたストッパ部材８４の上面と当接して支持される。なお、ストッパ部材８４の円盤部８４ａは、受け部材８６の内面により保持されるため、ストッパ部材８４がパワーエレメント８から抜け出ることはない。
【００４４】
以上のようにアッセンブリ化したパワーエレメント８を、弁本体２に組み付けるときは、受け部材８６の下端外周の雄ねじ８６ａを、弁本体２の戻り流路２３に連通する凹部２ａの内周に形成した雌ねじ２ｂに螺合させる。雄ねじ８６ａを雌ねじ２ｂに対して螺進させてゆくと、受け部材８６の下端が弁本体２の上端面に当接する。これによりパワーエレメント８を弁本体２に固定できる。
このとき、パワーエレメント８と弁本体２との間には、パッキンＰＫが介装され、弁本体２にパワーエレメント８を取り付けた際の凹部２ａからの冷媒のリークを防止する。かかる状態で、パワーエレメント８の下部空間ＬＳは戻り流路２３と連通し、すなわち同じ内圧となる。
【００４５】
（膨張弁の動作）
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。このとき、エバポレータ１０４を通過することで、第２流路２２内の流体圧は、戻り流路２３の流体圧より大きくなる。
【００４６】
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。
【００４７】
弁体３が、弁座２０に着座しているとき（非連通状態のとき）には、弁室ＶＳからオリフィス部２７、中間室２２１及び第２流路２２を通ってエバポレータ１０４へ送り出される冷媒の流量が制限される。他方、弁体３が、弁座２０から離間しているとき（連通状態のとき）には、弁室ＶＳからオリフィス部２７、中間室２２１及び第２流路２２を通って、エバポレータ１０４へ送り出される冷媒の流量が増大する。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。
【００４８】
本実施の形態によれば、膨張弁１の小型化を図りながらも、中ぐり加工により中間室２２１の容積を拡大したので、オリフィス部２７を通過した冷媒のエネルギーを有効に吸収でき、静音化を図ることができる。
【００４９】
図１において、パワーエレメント８の内部には、ダイアフラム８３により仕切られた圧力作動室ＰＯと下部空間ＬＳとが設けられている。このため、圧力作動室ＰＯ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。
【００５０】
更に、パワーエレメント８の下部空間ＬＳは、戻り流路２３と連通している。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の圧力に応じて、圧力作動室ＰＯ内の作動ガスの体積が変化し、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。
【００５１】
（第１変形例）
図５は、第１変形例にかかる膨張弁１Ａを示す図３と同様な側面図である。本変形例において、点線で示す中間室２２１Ａの、第２流路２２の軸線Ｘ１（図６）に直交する断面は、絞り部２２２Ａの軸線Ｘ１に直交する断面よりも、ハッチングで示す領域分、大きくなっている。以下、第１変形例の中ぐり加工について説明する。
【００５２】
図６は、第２変形例にかかる図２と同様な断面図であるが、中ぐり加工の工程を模式的に示している。本変形例において用いる中ぐり工具ＲＴ’は、チップＴＰを先端に取り付けた回転軸ＲＳの後端と、太陽軸ＳＳとを、アームＡＭで連結している。回転軸ＲＳはアームＡＭに対して相対回転可能であるのに対し、アームＡＭは太陽軸ＳＳに固定され、太陽軸ＳＳの回転と共にその周囲を回動するようになっている。それ以外の構成は上述した実施形態と同様であるので、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００５３】
図４（ｂ）と同様に弁本体２Ａに仮穴ＨＬを形成した上で、図６に示すように、チップＴＰを仮穴ＨＬ内に挿入し、回転軸ＲＳを軸線Ｘ３回りに回転させるとともに、軸線Ｘ３に対してシフトした軸線Ｘ４回りに、太陽軸ＳＳを回転させる。これにより、回転軸ＲＳが自転しつつ、太陽軸ＳＳの周りを公転することとなる。回転軸ＲＳが元の公転位置に戻ったら、回転軸ＲＳを奥側に追い込んだ上で、同様に自転及び公転を続行する。
【００５４】
このような中ぐり加工により、仮穴ＨＬの径、すなわち絞り部２２２Ａの内径が小さいにも関わらず、大きな内径を有する中間室２２１Ａを形成できる。本変形例によれば、中間室２２１Ａの容積に対して、絞り部２２２Ａの内径を更に小さくできるので、別個の絞り部材を設けなくても絞り効果が一層高まり、冷媒の通過音をより減少させることができる。
【００５５】
（第２変形例）
図７は、第２変形例にかかる膨張弁１Ｂを示す図３と同様な側面図である。本変形例は、中ぐり工具のチップＴＰ（図４）のスパンを小さくし、例えば第２のドリルの直径の半分として中ぐり加工した例である。点線で示すように、中間室２２１Ｂは弁本体２Ｂ内で絞り部２２２Ｂに対して上方に向かってのみ拡張しており、中間室２２１Ｂの下方側は図７の方向に見て絞り部２２２Ｂの形状に一致する。それ以外の構成は上述した実施形態と同様であるので、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００５６】
本変形例でも、第２流路２２の軸線Ｘ１（図４）の方向に見て、中間室２２１Ｂの軸線Ｘ１に直交する断面は、絞り部２２２Ｂの軸線Ｘ１に直交する断面よりも、ハッチングで示す領域分、大きくなっている。
【００５７】
以上の実施形態及び変形例では、回転する中ぐり工具を用いて回転対称形状の中間室を形成したが、ＮＣ加工機などを用いて回転非対称形状の中間室を形成することもできる。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ、１Ｂ        ：膨張弁
２、２Ａ、２Ｂ        ：弁本体
３        ：弁体
４        ：付勢装置
５        ：作動棒
６        ：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
２２１、２２１Ａ、２２２Ｂ      ：中間室
２２２、２２２Ａ、２２２Ｂ      ：絞り部
２３      ：戻り流路
２６      ：ボルト穴
２７      ：オリフィス部
２８      ：作動棒挿通孔
２９      ：環状凹部
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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