(57)【要約】【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、供給側流路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による付勢力に抗して、弁体３を弁座２０から離間する方向に押圧する作動部材５と、を有し、供給側流路２１から流体が流入する弁室ＶＳの接続路２１ａを流れ方向に投影したときに、投影された接続路２１ａは、コイルばね４１の中心軸線と交差していない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側流路と排出側流路との間に設けられた弁室に配置され、前記供給側流路から前記排出側流路へと向かう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、
前記供給側流路から流入する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、を有し、
前記供給側流路から流体が流入する前記弁室の入口の中心軸線は、前記コイルばねの中心軸線に対して交差していない、
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記供給側流路から前記コイルばねの側面に向けて、前記弁室の入口を投影した場合に、投影した前記入口は、前記コイルばねの中心軸線に重なっていない、
ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
【請求項３】
前記投影した入口は、前記コイルばねに重なっていない、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
【請求項４】
前記入口は、前記コイルばねの中心軸線を挟んで両側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膨張弁。
【請求項５】
前記入口の断面は、略円形または略三日月形状を有する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の膨張弁。
【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膨張弁が使用されている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６１８２３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、膨張弁の仕様によっては、低騒音化を図りつつもコストを優先して抑制したいという場合もある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による膨張弁は、
供給側流路と排出側流路との間に設けられた弁室に配置され、前記供給側流路から前記排出側流路へと向かう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、
前記供給側流路から流入する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、を有し、
前記供給側流路から流体が流入する前記弁室の入口の中心軸線は、前記コイルばねの中心軸線に対して交差していない、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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１の膨張弁１を供給側流路がある側から見た側面図である。
【図３】付勢装置４の近傍を拡大して示す断面図である。
【図４】比較例にかかる構成を示す図３と同様な断面図である。
【図５】比較例にかかる構成を示す図２と同様な側面図である
【図６】本実施の形態の変形例にかかる第１流路２１周辺を示す側面図である。
【図７】本実施の形態の別な変形例にかかる第１流路２１周辺を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
また、「入口の中心」とは、入口の断面形状が点対称である場合には、対称の中心をいい、入口の断面形状が非点対称である場合には、その断面形状の重心をいう。更に、「流れ方向」とは、図３に矢印Ｆで示すように、第１流路２１から接続路２１ａを通り弁室ＶＳに向かう方向であって、接続路２１ａの軸線方向をいうものとする。
【００１３】
（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。図２は、図１の膨張弁１を供給側流路がある側から見た側面図である。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。
【００１４】
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（作動部材）５と、リングばね６とを具備する。
【００１５】
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。
【００１６】
本実施の形態では、第１流路２１と弁室ＶＳとを仕切る隔壁２１ｂに、図２に示すようにそれぞれ断面形状が円形である一対の接続路２１ａが、コイルばね４１（後述）の中心軸線Ｘを挟んで両側に配置されている。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。ここで、各接続路２１ａの中心軸線Ｏ（図１で左右方向、図２で紙面垂直方向に延在する）は、コイルばね４１の中心軸線Ｘ（図２で上下方向に延在する）に対して交差していない。また、接続路２１ａを流れ方向Ｆ（図２で紙面垂直方向）に投影したときに、投影された接続路２１ａは、コイルばね４１の中心軸線Ｘに重なっていない。
【００１７】
図1において、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
図３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、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。接続路２１ａの中心軸線Ｏは、一点鎖線で示すように左右方向に延在している。
【００２１】
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。
【００２２】
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に連通する取り付け孔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。
【００２３】
外側管状部４３ｂの外周には、段部４３ｅが形成され、これに対向して、取り付け孔２ａと弁室ＶＳとの交差部には段部２ｃが形成されており、段部４３ｅと段部２ｃとの間の環状空間内に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。
【００２４】
図３において、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、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。
【００２５】
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、コイルばね４１の側面が隔壁２１ｂに正対するようになる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図１、２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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、２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。
【００３２】
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４は、比較例にかかる構成を示す図３と同様な断面図である。図５は、比較例にかかる構成を示す図２と同様な側面図である。比較例では、図５に示すように単一の接続路２１ａ’が、第１流路２１の中央に形成されている。すなわち、接続路２１ａ’の中心軸線Ｏ（図４で左右方向、図５で紙面垂直方向に延在）は、コイルばね４１の中心軸線Ｘと交差している。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様である。
【００３３】
比較例の場合、弁体３が弁座２０から離間すると、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４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、中心を通って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。
【００３４】
これに対し本実施形態によれば、図２に示すように、一対の接続路２１ａがコイルばね４１の中心軸線Ｘを挟んで両側に配置され、各接続路２１ａの中心軸線は、コイルばね４１の中心軸線Ｘと幾何学的にねじれの関係にあり、また流れ方向（図２で紙面垂直方向）に接続路２１ａを投影したときに、投影された接続路２１ａがコイルばね４１の中心軸線Ｘからずれた位置にある。換言すれば、接続路２１ａからコイルばね４１を見たときに、コイルばね４１の中心軸線Ｘは、弁室ＶＳと第１流路２１とを仕切る隔壁２１ｂに隠れて見えない。つまり、接続路２１ａ間の隔壁２１ｂが、冷媒がコイルばね４１の中央を通過することを制限する遮蔽物となる。
【００３５】
したがって、接続路２１ａから弁室ＶＳに流入する冷媒は、コイルばね４１の中央を避けて通過するので、コイルばね４１を起振させる力が弱まり、騒音の発生を抑制できる。このように騒音の抑制を、接続路２１ａの位置を変更するのみで対応できるので、コストの増大を最小限に抑えることができる。
【００３６】
なお、接続路２１ａは、その中心軸線Ｏがコイルばね４１の中心軸線Ｘとずれていれば足り、また一対である必要はなく、単一もしくは３個以上でもよい。更に、接続路２１ａの断面形状は円形に限らず、矩形、その他の形状でもよい。
【００３７】
図６は、本実施の形態の変形例にかかる第１流路２１周辺を示す側面図である。接続路２１ｃの中心軸線Ｏは紙面垂直方向に延在しており、コイルばね４１の中心軸線Ｘと交差していない。本変形例では、一対の接続路２１ｃが縦に細長の略三日月形状断面を有しているため、円形断面形状の接続路２１ａに比べて、接続路２１ｃを通過する冷媒の流量を増大させることができる。また、接続路２１ｃが隔壁２１ｂの周辺に設けられており、図の方向に見てコイルばね４１は隔壁２１ｂに完全に隠れている。換言すれば、冷媒の流れ方向（図６で紙面垂直方向）に沿って投影された接続路２１ｃは、コイルばね４１に重なっていない。これにより、接続路２１ｃから弁室に流入する冷媒は、コイルばね４１を避けて流れるので、コイルばね４１を起振させる力が更に弱まり、騒音の発生を抑制できる。
【００３８】
図７は、本実施の形態の別な変形例にかかる第１流路２１周辺を示す側面図である。接続路２１ｄの中心軸線Ｏは紙面垂直方向に延在しており、コイルばね４１の中心軸線Ｘと交差していない。本変形例でも、一対の接続路２１ｄが略三日月形状断面を有しているが、その断面積が大きく、コイルばね４１の一部が接続路２１ｄを通して見えている。ただし、冷媒の流れ方向（図７で紙面垂直方向）に接続路２１ｄを投影したときに、投影された接続路２１ｄがコイルばね４１の中心軸線Ｘと重なっていない。
【００３９】
本変形例は、図６の変形例に対して接続路の断面積を更に増大させた例である。これにより、冷媒の流入量を増大させつつ、騒音低減を図ることができる。
【００４０】
なお、以上の実施の形態に加え、コイルばね４１の内側もしくは外側に、冷媒の流れを制限する部材を挿入することにより、その相乗効果にて騒音をより低減できる。
【００４１】
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】
【００４２】
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
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
【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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