(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記弾性突出部は、前記リング部から径方向内側に傾斜して延在する舌片と、前記舌片の先端側に形成され前記作動棒に対して前記当接点にて当接する先端当接部とを備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の温度式膨張弁では、3本の防振ばねのうちの1本の防振ばねのばね力が他の防振ばねのばね力よりも大きくなるように設定されている。このため、作動棒に対する防振ばねの押圧力が均一ではなくなり、温度式膨張弁を長期間使用すると、作動棒の特定位置および/または特定の防振ばねの摺接部に摩耗が生じ(換言すれば、偏摩耗が生じ)、防振部材による防振性能が低下するおそれがある。これを回避するには、極力摩耗を抑制できるような素材の選定等が必要になり、膨張弁のコストが増大するという課題がある。また、3本の防振ばねのうちの1本の防振ばねのばね力と、他の防振ばねのばね力との間に差があるため、防振部材の設計が複雑化するおそれがある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、低コストでありながら設計が容易である、改良されたリングばねを備える膨張弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、前記弁室内に配置される弁体と、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、前記作動棒の外周面と前記弁本体の内周面との間に配置されたリングばねとを具備し、前記リングばねは、リング部と、前記リング部から内側に突出して前記作動棒の前記外周面に当接点にて当接する3個以上の弾性突出部と、を備え、前記弾性突出部の少なくとも1つの前記当接点が、それ以外の前記弾性突出部の前記当接点に対して前記弁本体の軸線方向に偏位しており、それにより前記弁本体の軸線に対して傾くようなモーメント力を、前記作動棒に付与するようになっていることを特徴とする。
【0008】
前記弾性突出部は、前記リング部から径方向内側に傾斜して延在する舌片と、前記舌片の先端側に形成され前記作動棒に対して前記当接点にて当接する先端当接部とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。
【0009】
前記リングばねを平面状に展開した状態で見て、各前記弾性突出部において、前記舌片の長手方向中心線と重なる位置に、前記先端当接部の前記当接点が配置されており、
更に3個以上の前記舌片のうち少なくとも1つが、それ以外の前記舌片に対して、前記舌片の長手方向中心線に交差する方向に偏位していると好ましい。
【0010】
前記リングばねを平面状に展開した状態で見て、前記弾性突出部における前記舌片の長手方向中心線は一致しており、
更に3個以上の前記先端当接部のうち少なくとも1つの前記当接点は、前記舌片の長手方向中心線と重なる位置に配置され、それ以外の前記先端当接部の前記当接点は、前記舌片の長手方向中心線から偏位していると好ましい。
【0011】
前記先端当接部は、部分球殻形状を有すると好ましい。
【0012】
前記弁本体に前記作動棒を配置しない状態にて、前記弁本体の軸線方向に見て、前記当接点の内接円の中心は、前記弁本体の軸線と重なると好ましい。
【0013】
前記リングばねは、プレスした板材を曲げることにより形成されていると好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明により、低コストでありながら設計が容易である、改良されたリングばねを備える膨張弁を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して、本発明にかかる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。
【0017】
(方向及びモーメント力の定義)
本明細書において、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。また、「弁本体の軸線方向」というときは、作動棒挿通孔27の軸線方向をいうものとする。さらに、「モーメント力」とは、力のモーメントを意味するものとする。
【0018】
(膨張弁の概要)
図1乃至
図4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、実施形態における膨張弁1の全体構造を示す縦断面図である。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。
図2は、
図1に示されたリングばね6の周辺の領域ARの拡大図である。
図3は、
図2のA−A矢視断面図である。
図4は、本実施形態における膨張弁1の作動時における作動棒5および弁体3の位置を模式的に示す概念図である。
図5は、本実施形態のリングばねの斜視図である。なお、
図2及び
図4において、理解しやすいように弾性突出部62を対向する位置に表しているが、実際は3つの弾性突出部62が120度位相で配置されており、また各部の隙間や傾きは理解しやすい様に誇張して表されている。
【0019】
膨張弁1は、弁室VSを備える弁本体2と、弁体3と、付勢部材4と、作動棒5と、リングばね6とを具備する。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
付勢部材4は、弁体3を弁座20に向けて付勢する。付勢部材4は、例えばコイルばねである。
【0023】
作動棒5の下端は、弁体3に接触している。また、作動棒5は、付勢部材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。
【0024】
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、作動棒5の外周面55と、弁本体2の内周面26aとの間に配置される。
【0025】
図2に記載の例では、弁本体2は、リングばね6が配置される円筒状の凹部26と、作動棒5が挿通される作動棒挿通孔27とを備える。凹部26の上方は開放しており、凹部26の下方は作動棒挿通孔27と連通している。
【0026】
図2に記載の例では、凹部26の上方から、リングばね6を凹部26内に配置することが可能である。リングばね6は、弁本体2の内壁に設けられたかしめ部28をかしめることにより、凹部26内で位置決めされて固定される。なお、リングばね6の下端は、凹部26の底面26bに当接配置されることが好ましい。
【0027】
図2に記載の例では、弁本体2(より具体的には、凹部26)の内周面26aの軸線は、作動棒挿通孔27の軸線Xと一致している。
【0028】
図3及び
図5において、本実施形態にかかるリングばね6は、例えばプレスされた板材を環状に変形させることで形成されており、リング部61と、ここでは3個の弾性突出部62とを備える。リング部61は、作動棒5の周囲を囲む環状部分である。弾性突出部62は、リング部61よりも内側(すなわち、作動棒5が配置されている側)に傾斜して延在し、作動棒5の外周面55(
図1参照)に接触する。
図5に記載の例では、弾性突出部62の数は3個であるが、4個以上としてもよい。
【0029】
(第1実施形態)
図6は、第1実施形態のリングばね6を平面状に展開した様子を示す展開図であり、環状に変形させる前の状態を示している。
図6の紙面に沿った上下の方向が、リングばね6を組み付けた状態で弁本体2の軸線方向に相当する。
【0030】
第1実施形態において、リングばね6は、板材60によって構成されている。板材60は、例えばステンレス鋼等の金属製の板材である。
【0031】
リングばね6が板材60によって構成されているので、かかる板材60を
図5に示すように環状に曲げることにより、リング部61を形成することが可能である。
図6に記載の例では、板材60(リングばね6)は、長手方向の一端(図で左端部)の中央に端部舌片68を備え、他端(図で右端部)に端部舌片68を受け入れる舌片受入れ部69を備えている。
【0032】
なお、
図6において、板材の幅方向に向けて突出する凸部610は、板材60を環状に湾曲加工するとき等に使用される部分である。
【0033】
図5に示すように、3個の弾性突出部62は、それぞれリング部61から径方向内側に傾斜して延在する舌片621と、舌片621の先端側に形成された先端当接部622とを備えている。
【0034】
図6において、平らな状態の板材60を等間隔にコ字状またはU字状に切り抜くことで、3個の舌片621を形成することができる。なお、切り抜きは、レーザー加工によって行われてもよいし、切断刃と受け台を用いた打ち抜き加工によって行われてもよい。
【0035】
図6に記載の例では、板材60は、3個の切り抜き部629と、各切り抜き部629の内側に配置された3個の舌片621とを備える。なお、
図6における最も左の舌片を621(A)とし、最も右の舌片を621(C)とし、中央の舌片を621(B)として、以下区別するものとする。
【0036】
ここで、3対の切り抜き部629と舌片621とは互いに同じ形状を有している。つまり、舌片621(A)の長手方向寸法L1と、舌片621(B)の長手方向寸法L2と、舌片621(C)の長手方向寸法L3は、互いに等しく(L1=L2=L3)なっている。また、3個の舌片621の幅及び板厚も互いに等しい。これにより3個の舌片621の弾性定数が全て等しくなる。
【0037】
3個の舌片621の弾性定数を全て等しくすることで、バランスよく作動棒5に弾性力を付与することができる。このため、特定の当接点に偏って摩耗が生じることがない。かくして、リングばね6の防振性能の低下が抑制される。さらに、3個の舌片621の弾性定数が全て等しい場合、リングばね6の設計が簡素化される。仮に、ある舌片621の弾性定数と他の舌片621の弾性定数とを互いに異ならせた場合には、異音の発生を抑制すべく弾性定数の相対差を微調整する必要がある。これに対し、3個の舌片621の弾性定数が全て等しい場合、全ての弾性突出部の弾性定数を一律に調整すればよいため、弾性定数の調整作業が容易となる。
【0038】
また、実施形態において、3個の舌片621は、リング部61の周方向に沿って、等間隔で配置されることが好ましい。3個の舌片621が、リング部61の周方向に沿って等間隔で配置される場合、作動棒5の中心が、詳細は後述する仮想円Bの中心からずれたときの復帰力の大きさが、ずれの方向によらず概ね一定となる。かくして、本実施形態によれば、安定した防振性能が得られる。
【0039】
一方、舌片621(A)と舌片621(B)の長手方向における中心軸線(長手方向中心線)D1に対して、舌片621(C)の長手方向における中心軸線D2は、距離Δだけずれている。なお、本実施形態では、幅方向中央に配置した舌片受入れ部69との整合性を考慮して、舌片受入れ部69に隣接する舌片621(C)を板材60の中央に配置し、それに対して舌片621(A)と舌片621(B)をシフトしているが、これに限られない。
【0040】
かかる構成を有するため、板材60を環状に曲げたリング部61を弁本体2に組み付けたとき、
図2に示すように、舌片621(A)及び舌片621(B)の作動棒5に対する当接点Cに対して、舌片621(C)の作動棒5に対する当接点Cは、弁本体2の内壁面27aの軸線X方向において、距離Δだけ偏位することとなる。その効果については後述する。
【0041】
3個の舌片621の根本624(
図5)は等しい角度で予め屈曲変形(屈曲加工)され、その後、板材60が環状に湾曲されることにより、舌片621は、リング部61の内側に傾斜して延在するようになる。その後、舌片受入れ部69と端部舌片68とが重ね合わせられるように板材60を湾曲加工する。こうして、リング部61が形成されるとともに、舌片621がリング部61の内側に突出する。なお、上述の屈曲加工は、上述の湾曲加工の後に実行されてもよい。
【0042】
図5に示すように、舌片受入れ部69と端部舌片68とが重ね合わせられることにより、閉じたリング部61が形成される。なお、舌片受入れ部69と端部舌片68とが重ね合わせられることにより形成される重ね合わせ部680は、外周面側に突出した部分がなく、外周面が滑らかであることが好ましい。他方、重ね合わせ部680は、内周面側に突出した部分があっても構わない。重ね合わせ部680は、リング部61の一部を構成することとなる。
【0043】
更に
図3及び
図5に記載の例では、先端当接部622は、板材60を板面に垂直な方向にプレス加工することにより形成された塑性変形部である。この先端当接部622は、部分球殻形状を有する。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。先端当接部622が部分球殻形状を有する場合、作動棒5の外周面55に接触する部分が、滑らかな曲面部分となるため、外周面55が傷つきにくいという効果がある。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当接部622の形状を維持できるという効果もある。なお、先端当接部622の当接点Cが、
図6に示す状態で見て舌片621の長手方向中心線上にあると、作動棒5に当接した際に、舌片621にねじれ力が付与されにくくなるので好ましい。
【0044】
本実施形態では、リングばね6は、板材60を打ち抜いて形成できるため、その製造コストを低減できる。また、本実施形態では、先端当接部622が板材60の一部を塑性変形させることにより形成された塑性変形部であるから、容易に形成できると同時に、製造コストを抑えることもできる。すなわち、本実施形態によれば、リングばね6の製造コストを有効に低減できる。
【0045】
上述したように本実施形態では、リングばね6が弾性突出部62を備え、この弾性突出部62の先端当接部622を作動棒5の外周面55に当接点Cで当接させている。このため、無負荷状態で弾性突出部62における当接点Cを通る仮想円B(
図3に記載の例では、作動棒5を抜き出して弾性突出部62に荷重が作用していない状態における、3つの弾性突出部62の当接点Cを通る内接円(点線で図示))の中心が、弁本体2の内周面26aの中心と一致する。このため、作動棒5に付与する荷重の調整が容易であり、またリングばね6の設計も容易である。
【0046】
本実施形態では、
図2に示すように、舌片621(A)及び舌片621(B)の作動棒5に対する当接点Cに対して、舌片621(C)の作動棒5に対する当接点Cは、弁本体2の内壁面27aの軸線X方向において、距離Δだけ偏位している。すなわち、作動棒5は、軸線Xを挟んで軸線X方向に偏位した複数の当接点Cから弾性力に基づく荷重を受けることにより、
図2で時計回り(矢印F方向)に作用するモーメント力を生じることとなり、その結果、
図4に示すように作動棒5が軸線Xに対して傾いて、その一部が、作動棒挿通孔27を規定する内壁面27a(弁本体2の内壁面)に接触するようになる。なお、
図4においては、本実施形態の作用効果を理解しやすくするために、作動棒5の傾斜の度合いは強調して描かれている。
【0047】
本実施形態では、作動棒5の一部が内壁面27aに接触するため、作動棒5の横方向(すなわち、作動棒5の長手方向に直交する方向)の振動が抑制される。換言すれば、リングばね6は、作動棒5を内壁面27aに押し付けることにより、作動棒5に横方向の拘束力を付与することとなる。また、本実施形態では、作動棒5の一部が、内壁面27aに接触するため、作動棒5の縦方向(すなわち、作動棒5の長手方向に沿う方向)の振動も抑制される。換言すれば、リングばね6は、作動棒5を、内壁面27aに押し付けることにより、作動棒5に縦方向の摺動抵抗を付与することとなる。
【0048】
以上のとおり、リングばね6は、作動棒5に、横方向の拘束力および縦方向の摺動抵抗を付与する。かくして、実施形態における膨張弁1では、作動棒5の振動が効果的に抑制される。
【0049】
弁開度が小さいとき、換言すれば、
図4に示されるように弁体3と弁座20との間の離間距離が小さいとき、弁体3の上流側の圧力P1と弁体3の下流側の圧力P2との圧力差は大きくなる。当該圧力差によって、弁体3は横方向に振動する。しかし、本実施形態では、作動棒5に横方向の拘束力が付与されるため、作動棒5に接触する弁体3にも横方向の拘束力が付与されることとなる。その結果、弁体3の横方向の振動が抑制される。また、本実施形態では、作動棒5に縦方向(上下方向)の摺動抵抗が付与されるため、作動棒5に接触する弁体3も上下方向に移動しにくくなる。すなわち、実施形態では、弁体3の縦方向の振動も抑制される。
【0050】
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態のリングばね6Aを平面状に展開した様子を示す展開図である。なお、上述した第1実施形態に対し、第2実施形態については異なる点を主として説明するものとし、共通する説明は省略する。
【0051】
ここで、
図7における最も左の舌片621の先端当接部を622(A)とし、最も右の舌片621の先端当接部を622(C)とし、中央の舌片621の先端当接部を622(B)として、以下区別するものとする。
【0052】
第2実施形態のリングばね6Aは、3つの舌片621の長手方向における中心軸線(長手方向中心線)E1は一致している。さらに
図7において、中心軸線E1は先端当接部622(C)の中心を通過する。一方、
図7において、先端当接部622(A)、622(B)の中心を通る直線E2は、中心軸線E1に対して距離Δだけずれている。したがって、先端当接部622(A)、622(B)が作動棒5に対して当接する当接点は、先端当接部622(C)が作動棒5に対して当接する当接点に対して、弁本体2の軸線方向にずれることとなる。
【0053】
本実施形態でも同様に、
図2を参照して、作動棒5は、軸線Xを挟んで軸線X方向に偏位した当接点C(
図7)から弾性力に基づく荷重を受けることにより、
図2に示す実施形態と同様に時計回り(矢印F方向)に作用するモーメント力を生じることとなる。その結果、作動棒5が軸線Xに対して傾いて、その一部が、作動棒挿通孔27を規定する内壁面27a(弁本体2の内壁面)に接触するようになるので、作動棒5の振動を抑制できる。なお、第1実施形態のように舌片の少なくとも1つを偏位させた上で、先端当接部622の少なくとも1つを偏位させるようにしてもよい。
【0054】
(膨張弁1の適用例)
図8を参照して、膨張弁1の適用例について説明する。
図8は、上述した実施形態における膨張弁1を冷凍サイクル100に適用した例を模式的に示す概略断面図である。
【0055】
図8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。
【0056】
また、膨張弁1は、弁本体2、弁体3、付勢部材4、作動棒5、リングばね6、第1流路21、第2流路22に加え、パワーエレメント8と、戻り流路23とを備える。
【0057】
図8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。
【0058】
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、弁体サポート32によって支持されており、弁体サポート32は、付勢部材4(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4によって閉弁方向に付勢されている。付勢部材4は、弁体サポート32と、付勢部材受け部材24との間に配置されている。
図8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。
【0059】
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5によって行われる。
【0060】
図8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(不図示)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。
【0061】
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。
【0062】
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5が駆動される。換言すれば、
図8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8に記載の例では、戻り流路23は、凹部26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。
【0063】
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。
【0064】
例えば、上述の実施形態では、リングばねが3個の弾性突出部を備える例を示したが、4個以上の弾性突出部を設けてもよい。また、少なくとも1つの当接点が、他の当接点に対して弁本体の軸線方向に偏位していれば足りる。ただし、例えば偶数(2個を除く)の弾性突出部を設ける場合、軸線直交方向に対向する第1組の当接点と、軸線直交方向に対向する第2組の当接点とが、軸線方向に偏位するような場合は除くものとする。かかる構成では当接点の荷重が釣り合うため、作動棒を傾けるモーメント力が生じないからである。すなわち、少なくとも1つの当接点が、他の当接点に対して弁本体の軸線方向に偏位するのみでは足りず、作動棒に弁本体の軸線方向に対して傾くようなモーメント力を付与することが必要になる。
【0065】
また、上述の実施形態にて、リングばね6が金属製である例について説明したが、代替的に、リングばね6は樹脂製であってもよい。