JP2007100813A - 差圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな差圧弁を簡易かつ低コストに実現する。
【解決手段】差圧弁１は、弁体の機能を有する弁体形成部２１とケースの機能を有するケーシング部２２とが一体成形されたプラグ３を備え、このプラグ３がハウジング２に対して進退することにより弁部を開閉する構成を有する。このため、部品点数が少なくなり、構造も簡素化されるため、低コストに実現することができる。また、弁部を閉じるためのコイルばね２８がハウジング２の内部に配置され、さらにプラグ３がハウジング２とほぼ相補形状に構成されてハウジング２を覆うように取り付けられているため、差圧弁１がその軸線方向にコンパクトになる。特に閉弁時においては、プラグ３がハウジング２とほぼ嵌合状態になる一方、コイルばね２８を支持する延出部２６がハウジング２の外部に突出しないように構成されているため、非常にコンパクトになる。
【選択図】図２

Description

本発明は差圧弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機に用いて好適な差圧弁に関する。

自動車用空調装置は、車両用エンジンを動力源として駆動される冷媒圧縮用の圧縮機を備えている。この圧縮機は、車両の走行状態によって車両用エンジンの回転数が大幅に変動するため、その回転数に関係なく吐出容量を設定した容量に保持する必要がある。そこで、自動車用空調装置の圧縮機には可変容量圧縮機が用いられている。

この可変容量圧縮機は、例えば電磁クラッチを介して車両用エンジンに連結されている。そして、自動車用空調装置を使用していないときには、電磁クラッチを切断して車両用エンジンの動力を可変容量圧縮機へ伝達しないようにし、自動車用空調装置の使用中は、電磁クラッチをつないで可変容量圧縮機を車両用エンジンによって駆動するようにしている。

しかし、このような電磁クラッチを設けると、車両の重量が増加し、製造コストが上昇することになる。さらに、電磁クラッチの作動時には、大きな電力を消費する。このような理由から、電磁クラッチの搭載を廃止して車両用エンジンと直結する構成にした、いわゆるクラッチレス方式の可変容量圧縮機が採用されたりしている。このクラッチレス方式の可変容量圧縮機は、車両用エンジンによって常時回転駆動されているため、特に自動車用空調装置を起動していないときには、吐出容量が最小となるような運転状態に制御される。しかしながら、可変容量圧縮機が最小容量の運転状態に制御されるといっても、吐出容量はゼロではないため、可変容量圧縮機は、最小容量分の冷媒を吐出し続けることになる。このため、冷凍サイクル内での冷媒の循環が継続的に行われ、膨張弁から冷えた冷媒が送り込まれる蒸発器では、その表面に霜が付着したり凍結したりすることがある。

そこで、クラッチレス方式の可変容量圧縮機では、その吐出室から冷媒が吐出される通路に差圧弁を設けるようにしている（例えば特許文献１参照）。この差圧弁（引用文献１では「逆止弁」と表現されている）は、弁座に対して冷媒流れの下流側に弁体を配し、その弁体をスプリングによって閉弁方向に付勢する構成がとられており、その弁部の前後差圧が所定値以上になったときに開弁して冷媒を吐出する。すなわち、差圧弁の弁部に作用する前後差圧により開弁方向に作用する力が閉弁方向に作用しているスプリングの荷重を超えると、弁部は開き始める。

このような差圧弁を可変容量圧縮機に配設したことにより、自動車用空調装置が停止されて可変容量圧縮機が最小容量の運転状態にあるときには弁部を閉じて冷媒を吐出させないようにし、自動車用空調装置が起動されたときに弁部を全開させるようにしている。
特開２０００−３４５９６７号公報

しかしながら、このような差圧弁は、一端側に吐出口に連通する冷媒導入口を有し、他端側開口部に弁座が設けられた弁座部材と、弁座部材に嵌着されたケースと、ケース内で軸方向に摺動可能に設けられた弁体と、ケース内で弁体を弁座部材の方向に付勢するばねとを備えており部品点数が多く、構造も複雑である。このため、製造コストが嵩むといった問題がある。

また、ケース内には、軸方向に動作する弁体と、さらにその弁体を軸方向に付勢するばねが直列に配置されているため、ケースが軸方向に大きくなっている。さらに、そのケースが弁座部材に軸方向に直列に配置されるため、差圧弁全体が軸方向に大きくなり、可変容量圧縮機内での設置スペースの問題が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易かつ低コストに実現でき、コンパクトに構成することができる差圧弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、弁部の前後差圧に基づいて開閉する差圧弁において、一端側に流体の導入口を有し、他端側の導出口近傍に弁座が形成されたハウジングと、前記ハウジングに前記他端側を覆うようにして取り付けられ、前記弁座に脱着して前記弁部を開閉する弁形成部と、前記ハウジングの外周面に沿って前記弁部の開閉方向に摺動するガイド部と、前記弁形成部と前記ガイド部との間に形成されて前記弁部を通過した流体を導出する開口部と、前記ハウジング内に延出する延出部とを有するプラグと、前記ハウジング内に配置されて、前記延出部を介して前記プラグを閉弁方向に付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とする差圧弁が提供される。

このような差圧弁は、弁座が設けられるハウジングに対して、弁体及びケースの機能を兼ね備えたプラグがその弁座側の端部を覆うように取り付けられ、弁部の開閉方向に動作する。また、付勢手段がハウジングの内部に配置されて、プラグをハウジング側に引き付けるように付勢する。特に閉弁時においては、プラグが弁部においてハウジングに密着する側に動作するため、差圧弁の軸線方向の大きさが小さくなる。

本発明の差圧弁によれば、プラグが弁体及びケースの機能を兼ね備えており、部品点数が少なくなり、構造も簡素化されるため、低コストに実現することができる。また、付勢手段がハウジングの内部に配置され、プラグがハウジングの弁座側の端部を覆うように取り付けられた構成であるため、差圧弁がその軸線方向にコンパクトになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明の差圧弁を自動車用空調装置のクラッチレス方式の可変容量圧縮機に適用したものである。図１は、第１の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。さらに、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図１に示すように、差圧弁１は、真ちゅうからなる段付円筒状のハウジング２と、樹脂材からなる有底円筒状のプラグ３とが、同軸状に組み付けられて構成されている。この差圧弁１は、可変容量圧縮機の吐出室につながる冷媒通路に配置される。

図２及び図３に示すように、ハウジング２は、その一端に可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出冷媒を導入するための導入口４が形成され、他端にその吐出冷媒を下流側へ導出するための導出口５が形成されている。ハウジング２は、その外周部及び内周部の形状が導入口４から導出口５に向かって軸線方向に段階的に小さくなるように構成されている。

すなわち、ハウジング２は、その軸線方向中央の本体部６の導入口４側に外方に延出したフランジ部７が設けられ、導出口５側には、外径が順次小さくなる縮径部８及び弁座形成部９が設けられている。このフランジ部７が、図示しない可変容量圧縮機の吐出室につながる冷媒通路に固定される。また、弁座形成部９の先端面により弁座１０が構成されている。さらに、本体部６の外周面の縮径部８側の端部には、プラグ３の軸線方向の動きを係止するための係止突起１１が周設されている。

また、ハウジング２の内部通路は、本体部６と縮径部８との境界部よりもやや導出口５側の位置にて一段縮径しており、導出口５につながる弁孔１２を形成している。この内部通路の段部の導入口４側に面した部分により、ばね座１３が構成されている。

プラグ３は、ハウジング２のフランジ部７を除く外周面とほぼ相補形状の段付円筒状をなし、その外周面を外側から覆うようにしてハウジング２に取り付けられている。このプラグ３は、樹脂材の射出成形により一体的に形成された有底円筒状の弁体形成部２１と、この弁体形成部２１から開口端部に向って拡径したケーシング部２２とからなる。

弁体形成部２１は、その底部の弁座１０に対向する部分、つまり底部に設定されたリング状の領域により、弁座１０に脱着して弁部を開閉する弁形成部２３が構成されている。弁体形成部２１の内周面は、ハウジング２の縮径部８の外周面に沿って軸線方向に摺動するガイド部２４となっている。

また、弁体形成部２１の底部の角隅部には、４つの開口部２５が周方向に等間隔で設けられている（図１参照）。この開口部２５は、弁体形成部２１の底部の周縁から側部にかけて開口しており、弁部を通過した冷媒を下流側に導出させる。

さらに、弁体形成部２１の底部中央には、ハウジング２内に延出する軸状の延出部２６が設けられており、その先端には、リング状のばね受け２７が加締め接合されている。ばね受け２７とばね座１３との間には、プラグ３をハウジング２側に引き込む方向、つまり閉弁方向に付勢する円錐状のコイルばね２８（「付勢手段」に該当する）が介装されている。なお、同図に示されるように、延出部２６の長さは、弁部が閉弁状態にあるときにハウジング２の導入口４近傍に位置し、ハウジング２から外部に突出しない程度に設定されている。

ケーシング部２２は、弁体形成部２１のガイド部２４に連設されて半径方向外向きに延出したベース部２９と、その外周端から軸線方向に延出して本体部６を覆うように延びる規制部３０とを備えた断面Ｌ字状の円筒体からなる。

ベース部２９は、本体部６の導出口５側の端面に対向しており、これらの対向面の間に形成される空間によって、プラグ３の軸線方向の微振動を防止するダンパ室３１が構成されている。ベース部２９の周縁部には、このダンパ室３１と外部とを連通させる微小な圧力逃がし孔３２が設けられている。

また、規制部３０の開口端部には、半径方向内向きに突出した係止突部３３が周設されており、ハウジング２の係止突起１１と軸線方向に対向している。プラグ３が開弁方向に動作した際には、この係止突部３３が係止突起１１に係止されることによってその動きが規制される。すなわち、係止突部３３と係止突起１１により、弁部の全開時にプラグ３の摺動を係止して弁形成部２３の弁座１０からのリフト量を規制する規制構造が構成されている。

次に、本実施の形態の差圧弁の動作について説明する。図４は、差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図であり、図２（閉弁状態を表す）に対応する。
差圧弁１は、自動車用空調装置が停止している場合などのように、可変容量圧縮機が最小容量運転状態にあって吐出圧力が小さいときには、コイルばね２８の荷重によって弁形成部２３が弁座１０に着座し、図２に示した閉弁状態となる。

そして、自動車用空調装置の起動時あるいは可変容量圧縮機が最小容量運転から可変容量運転へ移行時に、差圧弁１の前後差圧による開弁方向の力がコイルばね２８の荷重による閉弁方向の力を上回ると、弁部が開き始める。このとき、弁形成部２３が弁座１０からリフトしていき、やがて図４に示す全開状態となる。この全開時の弁部の弁開度は、上述した係止突部３３と係止突起１１とによる規制構造により予め設定されている。

以上に説明したように、差圧弁１は、弁体の機能を有する弁体形成部２１とケースの機能を有するケーシング部２２とが一体成形されたプラグ３を備え、このプラグ３がハウジング２に対して進退することにより弁部を開閉する構成を有する。このため、部品点数が少なくなり、構造も簡素化されるため、低コストに実現することができる。

また、弁部を閉じるためのコイルばね２８がハウジング２の内部に配置され、さらにプラグ３がハウジング２とほぼ相補形状に構成されてハウジング２を覆うように取り付けられているため、差圧弁１がその軸線方向にコンパクトになる。特に閉弁時においては、プラグ３がハウジング２とほぼ嵌合状態になる一方、コイルばね２８を支持する延出部２６がハウジング２の外部に突出しないように構成されているため、差圧弁１が非常にコンパクトになる。このため、自動車用空調装置の可変容量圧縮機への設置にも都合が良いという利点がある。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る差圧弁は、プラグの構造が異なる以外は第１の実施の形態の差圧弁の構成とほぼ同様であるため、同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図５は、第２の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ矢視断面図であり、差圧弁の閉弁状態を表している。さらに、図７は、差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図であり、図６に対応する。

図５に示すように、差圧弁２０１は、真ちゅうからなる段付円筒状のハウジング２と、樹脂材からなる有底円筒状のプラグ２０３とが、同軸状に組み付けられて構成されている。

図６及び図７に示すように、プラグ２０３は、その弁体形成部２２１の底部の周縁近傍に、４つの開口部２２５が周方向に等間隔で設けられている。この開口部２２５は、弁体形成部２２１の側部には開口しておらず、底部を軸線方向（つまり弁部の開閉方向）に貫通するように形成されている。

この差圧弁２０１は、自動車用空調装置が停止している場合などのように、可変容量圧縮機が最小容量運転状態にあって吐出圧力が小さいときには、コイルばね２８の荷重によって弁形成部２３が弁座１０に着座し、図６に示した閉弁状態となる。

そして、自動車用空調装置の起動時あるいは可変容量圧縮機が最小容量運転から可変容量運転へ移行時に、差圧弁２０１の前後差圧による開弁方向の力がコイルばね２８の荷重による閉弁方向の力を上回ると、弁形成部２３が弁座１０からリフトしていき、やがて図７に示す全開状態へと移行する。このとき、導入口４から導入された冷媒は、開口部２２５を通って軸線方向下流側に導出される。

本実施の形態の差圧弁２０１においても、プラグ２０３が弁体及びケースの機能を兼ね備えており、部品点数が少なくなり、構造も簡素化されるため、低コストに実現することができる。また、コイルばね２８がハウジング２の内部に配置され、プラグ２０３がハウジング２を覆うように取り付けられた構成であるため、軸線方向にコンパクトになる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る差圧弁は、主にプラグの構造が異なる以外は第１の実施の形態の差圧弁の構成とほぼ同様であるため、ほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図８は、第３の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ矢視断面図であり、差圧弁の閉弁状態を表している。さらに、図１０は、差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図であり、図９に対応する。

図８に示すように、差圧弁３０１は、真ちゅうからなる段付円筒状のハウジング３０２と、樹脂材からなる有底円筒状のプラグ３０３とが、同軸状に組み付けられて構成されている。

図９及び図１０に示すように、ハウジング３０２は、第１の実施の形態のハウジング２とほぼ同様の構成を有するが、相補形状となるプラグ３０３の形状との関係で、その本体部３０６，縮径部３０８及び弁座形成部３０９が軸線方向にやや長く構成されている。

プラグ３０３の弁体形成部３２１は、その底部の弁座１０に対向するリング状の領域により、弁座１０に脱着して弁部を開閉する弁形成部２３が構成されている。弁形成部２３の外周部近傍からは、弁座形成部３０９に外挿されるように受圧保持部３１０が延設されている。弁体形成部３２１の底部の角隅部には、６つの開口部３２５が周方向に等間隔で設けられている（図８参照）。この開口部３２５は、弁体形成部３２１の底部の周縁から側部にかけて開口しており、弁部を通過した冷媒を下流側に導出させる。

図１１は、プラグの構成を表す断面図である。図１２は、図１１のＥ方向矢視図である。さらに、図１３は、図１１のＦ方向矢視図である。
これらの図に示されるように、プラグ３０３の底部から延出部２６の基端部を取り囲む壁部のように、受圧保持部３１０が延出している。この受圧保持部３１０の側面には、テーパ状の凹部として切り欠かれた切り欠き部３１１が周方向に等間隔（３０度おき）で設けられている。この切り欠き部３１１は、後述するように、弁部が開弁したときに冷媒の絞り流路を形成する。

すなわち、図１０に示すように、ここでは閉弁時の受圧径（上流側からの冷媒圧力を受圧する領域の直径）がφＡであり、開弁時には受圧径がφＢ（＞φＡ）へと変化する。したがって、弁部が開き始めると、受圧径が大きくなってプラグ３０３が受ける開弁方向の荷重が大きくなる。また、弁部が開き始めると、上述した切り欠き部３１１と弁座形成部３０９との間に台形状の絞り流路が形成されるため、図の矢印で示すように、上流側からの冷媒がこの絞り流路を通って下流側に導出される。このとき、絞り通路は、弁形成部２３が弁座１０からリフトするにつれて徐々に大きくなるため、受圧径φＢが保持される。つまり、第１の実施の形態のように閉弁時において弁形成部２３と弁座１０とが単に当接した構造の場合には、開弁時に弁形成部２３が弁座１０からリフトするとともに受圧径が小さくなる傾向にある。しかし、本実施の形態のように弁部の周りに受圧保持部３１０を設けることにより圧力を保持でき、その受圧径の変化を小さくすることができる。つまり、弁部のストロークに関係なくプラグ３０３が受ける開弁方向の荷重を大きく保持することができ、弁部を速やかに開弁させることができる。

なお、本実施の形態においては、絞り流路が台形となるように切り欠き部３１１の形状を設定したが、三角形状その他の形状になるように設定してもよい。
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る差圧弁は、プラグの構造が異なる以外は第３の実施の形態の差圧弁の構成とほぼ同様であるため、ほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図１４は、第４の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。図１５は、図１４のＥ−Ｅ矢視断面図であり、差圧弁の閉弁状態を表している。さらに、図１６は、差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図であり、図１５に対応する。

図１４に示すように、差圧弁４０１は、真ちゅうからなる段付円筒状のハウジング３０２と、樹脂材からなる有底円筒状のプラグ４０３とが、同軸状に組み付けられて構成されている。

図１５及び図１６に示すように、プラグ４０３は、その弁体形成部４２１の底部の周縁近傍に、６つの開口部４２５が周方向に等間隔で設けられている。この開口部４２５は、弁体形成部４２１の側部には開口しておらず、底部を軸線方向（つまり弁部の開閉方向）に貫通するように形成されている。このため、弁開時には、導入口４から導入された冷媒は、開口部４２５を通って軸線方向下流側に導出される。

なお、上記各実施の形態では、プラグをハウジング側に引き込む付勢手段として円錐状のコイルばねを設けた例を示したが、円錐状以外の形状のコイルばねであってもよいし、プラグを付勢できればその他の付勢手段であってもよい。

また、本発明を自動車用空調装置のクラッチレス方式の可変容量圧縮機に設置する差圧弁に適用した例を示したが、その用途はこれに限られず、流体の流れを一方向に規制する流体通路に配置される差圧弁であれば適用が可能である。

第１の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図である。 第２の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。 図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。 差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図である。 第３の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。 図８のＤ−Ｄ矢視断面図である。 差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図である。 プラグの構成を表す断面図である。 図１１のＥ方向矢視図である。 図１１のＦ方向矢視図である。 第４の実施の形態に係る差圧弁の構成を表す正面図である。 図１４のＥ−Ｅ矢視断面図である。 差圧弁の構成を開弁状態で表した断面図である。

符号の説明

１，２０１，３０１，４０１ 差圧弁
２，３０２ ハウジング
３，２０３，３０３，４０３ プラグ
４ 導入口
５ 導出口
１０ 弁座
２１，２２１，３２１，４２１ 弁体形成部
２２ ケーシング部
２３ 弁形成部
２４ ガイド部
２５，２２５，３２５，４２５ 開口部
２６ 延出部
２９ ベース部
３０ 規制部
３１ ダンパ室
３１０ 受圧保持部

Claims (14)

1. 弁部の前後差圧に基づいて開閉する差圧弁において、
   一端側に流体の導入口を有し、他端側の導出口近傍に弁座が形成されたハウジングと、
   前記ハウジングに前記他端側を覆うようにして取り付けられ、前記弁座に脱着して前記弁部を開閉する弁形成部と、前記ハウジングの外周面に沿って前記弁部の開閉方向に摺動するガイド部と、前記弁形成部と前記ガイド部との間に形成されて前記弁部を通過した流体を導出する開口部と、前記ハウジング内に延出する延出部とを有するプラグと、
   前記ハウジング内に配置されて、前記延出部を介して前記プラグを閉弁方向に付勢する付勢手段と、
   を備えたことを特徴とする差圧弁。
2. 前記弁座は、前記ハウジングの他端側先端面から構成され、
   前記弁形成部は、前記プラグの前記弁座に対向する部分から構成されたこと、
   を特徴とする請求項１記載の差圧弁。
3. 前記開口部は、前記プラグにおける前記弁部の外側の位置に設けられて、前記プラグを前記弁部の開閉方向に貫通する一又は複数の孔部からなることを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
4. 前記ハウジングが前記他端側に向って外径が小径化する段付円筒状をなす一方、前記プラグがその開口端部に向って内径が大径化する段付円筒状をなし、
   前記ハウジングの外周面と前記プラグの内周面との間には、前記弁部の全開時に前記プラグの摺動を係止して前記弁形成部の前記弁座からのリフト量を規制する規制構造が設けられたこと、
   を特徴とする請求項１記載の差圧弁。
5. 前記プラグは、前記延出部を除いた部分が前記ハウジングの他端側の外周面とほぼ相補形状をなし、閉弁時には前記ハウジングとほぼ嵌合状態になるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
6. 前記延出部は、閉弁時においても前記ハウジングの外部に突出しないような長さに構成されたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
7. 前記ハウジングの外周面と前記プラグの内周面との間に形成される空間部により、ダンパ室が構成されることを特徴とする請求項５記載の差圧弁。
8. 前記プラグの前記弁形成部、前記ガイド部、前記開口部及び前記延出部は、樹脂材により一体成形されたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
9. 前記付勢手段は、前記ハウジングの内壁に形成されたばね座と、前記延出部の先端部に設けられたばね受けとの間に介装されたコイルばねからなることを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
10. 自動車用空調装置の可変容量圧縮機の吐出室につながる冷媒通路に配置され、前記流体としての冷媒の流れを制御することを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
11. 前記弁形成部が前記弁座からリフトしたときに、前記プラグにおいて開弁方向の荷重を受ける部分の受圧径の減少を抑制する受圧保持部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
12. 前記受圧保持部は、前記受圧径が閉弁時よりも開弁時のほうが大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の差圧弁。
13. 前記受圧保持部は、前記プラグの前記弁形成部から延出して、前記弁座を含む前記ハウジングの他端部を囲む壁部から構成されたことを特徴とする請求項１２記載の差圧弁。
14. 前記壁部には、開弁時において前記ハウジングの他端部との間で前記流体の絞り流路を形成する切り欠き部が形成されたことを特徴とする請求項１３記載の差圧弁。
    

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