JP2006105474A

JP2006105474A - 温度式膨張弁

Info

Publication number: JP2006105474A
Application number: JP2004292274A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yuasa; 智宏湯浅; Takeshi Kaneko; 毅金子
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】パワーエレメントに設けられるディスクの動作を滑らかにして、安定した弁開度特性を得ることができる温度式膨張弁を提供する。
【解決手段】温度式膨張弁１によれば、パワーエレメント２０のロアハウジング２２とディスク２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスが、ディスク２４とシャフト２７との最も半径方向に近接した部分のクリアランスよりも大きくなるように構成されている。このため、ディスク２４がパワーエレメント２０内で摺動することなく、シャフト２７と一体となって軸線方向に動作するようになる。その結果、シャフト２７の軸線方向に沿ったディスク２４の動作が滑らかとなり、安定した弁開度特性を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エバポレータ出口の温度に基づいて弁部の開度を制御し、コンデンサ側から流入した冷媒を絞り膨張させてエバポレータへ供給する温度式膨張弁に関する。

自動車用エアコン装置の冷凍サイクルは、一般に、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバと、分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張弁と、膨張弁で膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータとにより構成されている。このうち、膨張弁には、例えばエバポレータ出口の冷媒の温度および圧力を感知してエバポレータに送り出す冷媒の流量を制御する温度式膨張弁が用いられる（例えば特許文献１参照）。

図１４は、このような従来の温度式膨張弁の具体的構成を表す中央縦断面図である。
この温度式膨張弁は、レシーバからエバポレータへ向かう冷媒を通過させる第１通路１０１と、エバポレータから戻ってきた冷媒を通過させてコンプレッサへ導出する第２通路１０２が形成されたボディ１０３を備える。このボディ１０３の第１通路１０１の中間には、冷媒の流量を調整するための弁部１０４が設けられ、第２通路１０２側の端部には、この第２通路１０２を流れる冷媒の温度および圧力を感知して、ボディ１０３に支持された駆動用のシャフト１０５を介して弁部１０４の開度を制御するパワーエレメント１０６が設けられている。

このパワーエレメント１０６は、アッパーハウジング１０７、ロアハウジング１０８、ダイヤフラム１０９、およびディスク１１０によって構成されている。アッパーハウジング１０７とダイヤフラム１０９とによって囲まれた密閉空間からなる感温室には、所定の感温用ガスが充填されている。ディスク１１０の下面には、シャフト１０５の上端が当接している。シャフト１０５は、ボディ１０３に形成された貫通孔１１１に挿通された状態で自軸方向に動作可能に支持され、その下端が弁体１１２に当接している。弁体１１２は、ボディ１０３内に設けられた弁座１１３とともに弁部１０４を構成し、この弁座１１３に着脱可能に動作する。ディスク１１０は、その下部が半径方向外方へ突出して大径に形成されており、シャフト１０５と一体に動作する際には、その外周面がロアハウジング１０８の内壁面にガイドされる。このため、シャフト１０５は、ディスク１１０のほぼ定位置に当接した状態で駆動される。
特開２００４−９３１０６号公報（図１，図６等）

このような温度式膨張弁においては、ディスク１１０をシャフト１０５の軸線方向に沿って駆動させるために、ディスク１１０の外径とロアハウジング１０８の内径とをほぼ等しくしてディスク１１０の半径方向の位置を規制し、ディスク１１０をロアハウジング１０８の内壁面に沿って摺動させるようにしている。

しかしながら、ディスク１１０を滑らかに駆動させるために、ディスク１１０の外径とロアハウジング１０８の内径とは完全に一致しているわけではなく、所定のクリアランスが設けられている。一方、ディスク１１０は可撓性を有するダイヤフラム１０９に固定されているため、このダイヤフラム１０９による位置規制の影響は小さい。このため、ディスク１１０やロアハウジング１０８の加工精度、組み付け精度等によっては、ディスク１１０が、その動作位置によってロアハウジング１０８に摺動したり、しなかったりする場合があり、シャフト１０５を介した弁開度特性が不安定になるといった問題があった。

図１５は、このような従来の温度式膨張弁の弁開度特性の一例を表すグラフであり、横軸が第２通路１０２を流れる冷媒の圧力を表し、縦軸が弁部１０４の開度、つまり弁体１１２の弁座１１３からのリフト量（弁リフト量）を表している。

温度式膨張弁の弁開度特性においては、一般に、弁部の全開状態から全閉状態への移行動作と、全閉状態から全開状態への移行動作とで一定のヒステリシスをもつものの、弁リフト量は、本来冷媒圧力にほぼ比例して変化する（図中二点鎖線参照）。しかし、上述のような理由により、弁部１０４の閉弁動作および開弁動作の過程でディスク１１０がパワーエレメント１０６内で引っ掛かると、図示のように弁リフト量が冷媒圧力に対して断続的に変化してしまうことがある。このような動作が繰り返されると、あるところで所望の弁開度が得られず、弁開度特性が不安定となる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、パワーエレメントに設けられるディスクの動作を滑らかにして、安定した弁開度特性を得ることができる温度式膨張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、冷凍サイクルに設けられて動作し、コンデンサ側から流入した冷媒を内部の弁部を通過させることにより絞り膨張させてエバポレータへ供給し、前記エバポレータから戻ってきた冷媒の圧力と温度を感知して前記弁部の開度を制御するとともに、その冷媒をコンプレッサ側に導出する温度式膨張弁において、前記コンデンサ側からの冷媒を導入するための第１ポートと、前記第１ポートに連通して前記弁部を経由する第１通路を構成するとともに、前記弁部を通過した冷媒を前記エバポレータへ導出するための第２ポートと、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を導入するための第３ポートと、前記第３ポートに連通して第２通路を構成し、前記冷媒をコンプレッサ側へ導出するための第４ポートとを有するボディと、前記ボディ内に自軸方向に動作可能に支持され、その動作によって前記弁部を駆動するシャフトと、一端側が封止された第１ハウジングと、前記第１ハウジングに対向配置されるとともに、前記第１ハウジングとは反対側で前記第２通路に連通する第２ハウジングと、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとにより囲まれる空間を仕切るように配置され、前記第１ハウジング側の密閉空間に所定の感温用ガスを封入させた状態で保持するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムと前記第２ハウジングとの間に配置され、前記ダイヤフラムとは反対側面に前記シャフトが当接するディスクとを備え、前記第２通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知し、前記シャフトを前記ディスクと一体に駆動して前記弁部の開度を制御し、前記第１ポートから前記第２ポートへ流れる冷媒の流量を制御するパワーエレメントと、を備え、前記ディスクは、前記シャフトの前記弁部とは反対側の端部を挿通してこれを係止する挿通部と、前記第２ハウジングの内壁面に近接した外周面とを有し、前記第２ハウジングの前記内壁面と前記ディスクの前記外周面とのクリアランスが、前記ディスクの前記挿通部と前記シャフトの前記端部の外周面とのクリアランスよりも大きくなるように構成されたこと、を特徴とする温度式膨張弁が提供される。

このような温度式膨張弁においては、ディスクは、挿通部を介してシャフトと一体化して動作する。このとき、第２ハウジングの内壁面とディスクの外周面とのクリアランスが、ディスクの挿通部とシャフトの端部の外周面とのクリアランスよりも大きくなるように構成されているため、ディスクは、第２ハウジングに摺動することなく、シャフトの軸線方向に動作する。

本発明の温度式膨張弁によれば、ディスクがパワーエレメント内で摺動することなく、シャフトの軸線方向に動作するため、シャフトの軸線方向に沿ったディスクの動作が滑らかになるとともに、安定した弁開度特性を得ることができる。

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、本発明の温度式膨張弁を自動車用エアコン装置の冷凍サイクルに適用される温度式膨張弁として具体化したものであり、図１はこの温度式膨張弁の構造を表す中央縦断面図である。

図１に示すように、温度式膨張弁１は、アルミニウム材から形成された略角柱状のボディ２の側部に、レシーバ（コンデンサ側）から高温・高圧の液冷媒を受けるポート３（第１ポート）と、この温度式膨張弁１にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給するポート４（第２ポート）と、エバポレータから蒸発された冷媒を受けるポート５（第３ポート）と、この温度式膨張弁１を通過した冷媒をコンプレッサへ戻すポート６（第４ポート）とを備えている。ポート３、ポート４およびこれらをつなぐ冷媒通路により第１通路７が構成され、ポート５、ポート６およびこれらをつなぐ冷媒通路により第２通路８が構成されている。

ポート３からポート４へ連通する第１通路７の部分には、弁座９がボディ２と一体に形成され、この弁座９の内周縁により弁孔１０が規定されている。弁座９の上流側には、弁体受け１１に支持され、弁座９とともに弁部を構成するボール状の弁体１２が配置されている。また、ボディ２の下端部には、この第１通路７にほぼ直交して外部と連通する連通孔１３が形成されており、この連通孔１３を封止するようにアジャストねじ１４が螺着されている。アジャストねじ１４の先端部には、先端面にリング状の溝部が形成されたスプリング受け１５が嵌着され、弁体受け１１との間に圧縮コイルスプリング１６を介装している。この圧縮コイルスプリング１６は、その一端が弁体受け１１に、他端がスプリング受け１５の溝部に挿通され、弁体受け１１を介して弁体１２を弁座９に着座させる方向に付勢している。そして、このアジャストねじ１４のボディ２への螺入量を調整することで、圧縮コイルスプリング１６の荷重を調整できるようなっている。また、アジャストねじ１４とボディ２との間には、内部の冷媒が連通孔１３を通って外部に漏洩することを阻止するＯリング１７が介装されている。

また、ボディ２の上端部には、感温部として機能するパワーエレメント２０が当接して設けられている。このパワーエレメント２０は、ステンレス材からなるアッパーハウジング２１（第１ハウジング）およびロアハウジング２２（第２ハウジング）と、これらによって囲まれた空間を仕切るように配置された可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム２３と、このダイヤフラム２３の下面に配置されたディスク２４とによって構成されている。アッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とよって密閉された感温室には、冷凍サイクルに使用される冷媒と類似の特性を持った感温用ガスが封入されている。ボディ２の上端部には、ポート５からポート６へ連通する第２通路８にほぼ直交して外部と連通する連通孔２５が形成されており、この連通孔２５を封止するようにパワーエレメント２０が螺着されている。このパワーエレメント２０とボディ２との間には、内部の冷媒が連通孔２５を通って外部に漏洩することを阻止するＯリング２６が介装されている。第２通路８を通過する冷媒の圧力および温度は、連通孔２５とディスク２４に設けられた孔部またはスリットを通ってダイヤフラム２３の下面に伝達される。

ディスク２４の下方には、ダイヤフラム２３の変位を弁体１２へ伝達するシャフト２７が配置されている。このシャフト２７は、ボディ２に形成された貫通孔３７を挿通しており、ボディ２によって自軸方向に動作可能に支持されている。この貫通孔３７は、その上部に大径部３７ａ、下部に小径部３７ｂを有しており、大径部３７ａの上部開口端は、テーパ状の面取りがされた形状に形成されている。貫通孔３７の大径部３７ａには、シャフト２７と貫通孔３７との間を完全にシールするＯリング２８が配置され、貫通孔３７における冷媒のバイパス漏れを完全に防止するように構成されている。

シャフト２７の上部は、第２通路８を横切って配置されたホルダ２９により保持されている。このホルダ２９の下端部は貫通孔３７の大径部３７ａに嵌入されており、その下部端面が貫通孔３７の上部開口端方向へのＯリング２８の移動を規制している。シャフト２７の下端部は、小径部３７ｂを貫通して弁孔１０に達している。シャフト２７の上端部は、ディスク２４の下面中央に形成された後述する穴部に挿通され、このディスク２４を下方から支持している。

また、ホルダ２９の上部には、シャフト２７に対して横方向から付勢するコイルばね３０が配置されている。このコイルばね３０でシャフト２７に横荷重を与える構成にしたことにより、ポート３における高圧冷媒に圧力変動があったときにシャフト２７の軸線方向の動作が敏感に反応しないようにしている。つまり、このコイルばね３０は、シャフト２７の軸線方向の振動による異常振動音の発生を抑える制振機構を構成している。

図２は、本実施の形態にかかる温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。また、図３はパワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図であり、（Ａ）はディスクの断面図であり、（Ｂ）はディスクの底面図である。

図２に示すように、パワーエレメント２０は、それぞれステンレス材をプレス成形して構成したカップ状のアッパーハウジング２１とロアハウジング２２とを、ディスク２４およびダイヤフラム２３を間に介装させた状態で対向配置し、その接合部の外周端に沿って溶接を施すことにより形成されている。

アッパーハウジング２１のダイヤフラム２３とは反対側の端部中央には、感温用ガス導入用の円孔３１が形成されており、この円孔３１を介してアッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とにより形成される空間に感温用ガスが注入される。感温用ガスの注入が完了すると、この円孔３１を封止するように金属製のボール３２が溶接され、感温部となる密閉空間が形成される。

ロアハウジング２２は、アッパーハウジング２１とは反対側の開口部近傍が縮径して延出した縮管部３３となっており、この縮管部３３の先端外周部には、ボディ２の上端開口部に形成された雌ねじ部３４に螺合する雄ねじ部３５が周設されている。

ディスク２４は、その上面部がダイヤフラム２３に当接し、その下端面中央に設けられた穴部３６にシャフト２７の上端部が挿通されて係止されている。
図３に示すように、ディスク２４は、アルミニウム材を鍛造成形して形成された円板状の本体４１を有する。この本体４１は、その上半部が半径方向外向きに延出してフランジ状の係止部４２を構成しており、この係止部４２の下端面が、ロアハウジング２２の内側底面に接離可能に係止されるようになっている。また、この下端面には、半径方向に放射状に延びる３つの連通溝４３が形成されており、第２通路８から連通孔２５を介して流入した冷媒を通過させて、ロアハウジング２２内のダイヤフラム２３の下面に導けるようになっている。本体４１の下半部は、ロアハウジング２２の縮管部３３内に延出する延出部４４となっている。

また、ディスク２４の下面に設けられた上記穴部３６は、シャフト２７の直径ｄshaftとほぼ等しい（僅かに大きい）大きさの内径ｄdiskを有し、その基端にシャフト２７の先端面を係止する係止面を有するシャフト挿通部４５と、このシャフト挿通部４５から下端開口端に向けて拡径するテーパ部４６とからなり、その開口端には所定の座グリ面４７が設けられている。

そして、図２および図３（Ａ）に示すように、ロアハウジング２２の縮管部３３の内径Ｄpe，ディスク２４の延出部４４の外径Ｄdisk，ディスク２４のシャフト挿通部４５の内径ｄdisk，ディスク２４のテーパ部４６の開口端の内径ｄtaper，シャフト２７の直径ｄshaftとすると、下記式（１）および（２）の関係を有する。

（Ｄpe−Ｄdisk）＞（ｄdisk−ｄshaft）・・・（１）
ｄtaper ＞（Ｄpe−Ｄdisk）＋ｄshaft ・・・（２）
すなわち、上記式（１）から分かるように、ロアハウジング２２とディスク２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスが、ディスク２４とシャフトとの最も半径方向に近接した部分のクリアランスよりも大きくなるように構成されている。このため、ディスク２４は、シャフト２７に接続されると、パワーエレメント２０内で摺動することなく、シャフト２７と一体となって軸線方向に動作するようになる。つまり、ディスク２４には摺動部分がないため、その動作中に引っ掛かりが発生することがなく、滑らかに動作することができる。その結果、ディスク２４からシャフト２７への動力の伝達が滑らかとなり、シャフト２７を安定して駆動制御することができる。

また、上記式（２）から分かるように、テーパ部４６の開口端の内径が、ロアハウジング２２とディスク２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスと、シャフト２７の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されている。換言すれば、上記式（１）を満たすように、シャフト挿通部４５の長さ、テーパ部４６の長さ、およびテーパ部４６の角度θが設定されている。これにより、パワーエレメント２０をボディ２に接続する際に、仮にディスク２４がロアハウジング２２の縮管部３３内で軸心からその半径方向に限界までずれていたとしても、ボディ２に組み込まれたシャフト２７の先端が穴部３６の範囲内に位置するようになっている。このため、パワーエレメント２０をボディ２に接続する際には、シャフト２７の先端が穴部３６の周縁部に引っ掛かることもなく、テーパ部４６に確実に導入される。その結果、シャフト２７とディスク２４との組み付けが容易となる。

図４は温度式膨張弁の製造工程の一部を表す説明図であり、（Ａ）はパワーエレメントを組み立てる段階の工程を表し、（Ｂ）はパワーエレメントをボディに組み付ける段階の工程を表している。

同図（Ａ）に示すように、パワーエレメント２０を組み立てる際には、ディスク２４の延出部４４をロアハウジング２２の縮管部３３に挿通するようにして、ディスク２４をロアハウジング２２に載置する。そして、ディスク２４を覆うようにダイヤフラム２３を配置し、このダイヤフラム２３をロアハウジング２２との間に挟むようにアッパーハウジング２１を対向配置して、アッパーハウジング２１とロアハウジング２２との接続部に沿って外周溶接する。そして、アッパーハウジング２１の円孔３１を介して感温用ガスを注入した後、ボール３２を溶接して円孔３１を閉じることにより、パワーエレメント２０が得られる。このとき、ディスク２４とロアハウジング２２との間の半径方向のクリアランスが比較的小さいため、ディスク２４のパワーエレメント２０内での概略的な位置決めがなされる。

そして、同図（Ｂ）に示すように、このパワーエレメント２０をシャフト２７が露出したボディ２に対して組み付ける。このとき、上記式（２）の関係があるため、シャフト２７の先端部がディスク２４の穴部３６にそのテーパ部４６に沿って導入されるが、ディスク２４がパワーエレメント２０内で固定されていないため、実際には、ディスク２４が、その軸心をシャフト２７の軸線位置に一致させる方向に移動する。つまり、パワーエレメント２０をボディ２に組み付けると同時にディスク２４の最終的な位置決めがなされる。このとき、上記式（１）の関係があるため、ディスク２４とロアハウジング２２との間には必ず間隙ができ、ディスク２４は、ロアハウジング２２に対して摺動することなく、シャフト２７と一体となって軸線方向に動作可能となる。

すなわち、本実施の形態においては、ディスク２４は、その延出部４４によりパワーエレメント２０内での概略的な位置決めがなされた後、その穴部３６によりボディ２およびパワーエレメント２０に対する正確な位置決めがなされる。換言すれば、この位置決めがディスク２４の形状、ロアハウジング２２およびシャフト２７とディスク２４との取付構造によって、温度式膨張弁１の組立工程において必然的に行われる。このため、作業者がその位置決めに労することがなく、温度式膨張弁１の組み立てが簡易かつ迅速に行われる。

図１に戻り、以上のように構成された温度式膨張弁１は、エバポレータから戻ってきて第２通路８を通過する冷媒の圧力および温度をパワーエレメント２０で感知し、ダイヤフラム２３を介してディスク２４を駆動する。そして、その冷媒の温度が高いまたは圧力が低い場合には、ディスク２４と一体化したシャフト２７を介して弁体１２を開弁方向へ押して弁座９からのリフト量を大きくし、逆にその温度が低いまたは圧力が高い場合には、弁体１２を閉弁方向へ移動させて弁座９からのリフト量を小さくして弁開度を制御するようにしている。一方、レシーバから供給された液冷媒は、ポート３を介して弁体１２のある空間に流入し、弁開度が制御された弁部を通過することで絞り膨張され、低温・低圧の冷媒になる。その冷媒は、ポート４から出てエバポレータに供給され、ここで車室内の空気と熱交換されて温度式膨張弁１のポート５に戻される。このとき、温度式膨張弁１は、エバポレータの出口の冷媒が所定の過熱度を有するようにエバポレータへ供給する冷媒の流量を制御するので、エバポレータからは冷媒が完全に蒸発された状態でコンプレッサに戻される。

図５は本実施の形態の温度式膨張弁の弁開度特性を表すグラフであり、図１５のグラフに対応したものである。
同図に示すように、温度式膨張弁１の動作においては、ディスク２４がパワーエレメント２０内において引っ掛かることがないため、弁開度特性は所定のヒステリシスを有する本来の特性となり、弁部の安定した制御状態を保持することができる。

以上に説明したように、温度式膨張弁１によれば、ディスク２４がパワーエレメント２０内で摺動することなく、シャフト２７の軸線方向に動作するため、シャフト２７の軸線方向に沿ったディスク２４の動作が滑らかになるとともに、安定した弁開度特性を得ることができる。

［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温度式膨張弁は、ディスクの形状が異なる以外は上記第１の実施の形態の構成と同様であるため、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６は本実施の形態にかかる温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。また、図７はパワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図であり、（Ａ）はディスクの断面図であり、（Ｂ）はディスクの底面図である。

図６に示すように、温度式膨張弁２０１におけるパワーエレメント２２０のディスク２２４は、その上面部がダイヤフラム２３に溶接され、その下端面中央に設けられた穴部２３６にシャフト２７の上端部が挿通されて係止されている。

図７に示すように、ディスク２２４は、アルミニウム材を鍛造成形して形成された円板状の本体２４１を有する。この本体２４１は、その下半部が半径方向外向きに延出してフランジ状の係止部２４２を構成しており、この係止部２４２は、ロアハウジング２２の本体の側壁近傍にまで延出しており、その下端面がロアハウジング２２の内側底面に接離可能に係止されるようになっている。なお、本実施の形態においては、穴部３６の開口端に座グリ面は設けられていない。

そして、図６および図７（Ａ）に示すように、ロアハウジング２２の本体の内径Ｄpe2，ディスク２２４の係止部２４２の外径Ｄdisk2，ディスク２２４のシャフト挿通部４５の内径ｄdisk，ディスク２４のテーパ部４６の開口端の内径ｄtaper，シャフト２７の直径ｄshaftとすると、下記式（３）および（４）の関係を有する。

（Ｄpe2−Ｄdisk2）＞（ｄdisk−ｄshaft）・・・（３）
ｄtaper ＞（Ｄpe2−Ｄdisk2）＋ｄshaft ・・・（４）
すなわち、上記式（３）から分かるように、ロアハウジング２２とディスク２２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスが、ディスク２２４とシャフト２７との最も半径方向に近接した部分のクリアランスよりも大きくなるように構成されている。このため、ディスク２２４がパワーエレメント２２０内で摺動することなく、シャフト２７と一体となって軸線方向に動作するようになる。

また、上記式（４）から分かるように、テーパ部４６の開口端の内径が、ロアハウジング２２とディスク２２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスと、シャフト２７の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されている。このため、パワーエレメント２２０をボディ２に接続する際に、シャフト２７の先端が穴部３６の周縁部に引っ掛かることもなく、テーパ部４６に沿って確実に導入される。

なお、温度式膨張弁２０１においても、ディスク２２４とロアハウジング２２との間の半径方向のクリアランスが比較的小さいため、パワーエレメント２２０を組み立てる際にディスク２２４の係止部２４２をロアハウジング２２の本体に挿入すると、ディスク２２４のパワーエレメント２２０内での概略的な位置決めがなされる。つまり、ディスク２２４は、その係止部２４２によりパワーエレメント２２０内での概略的な位置決めがなされた後、その穴部２３６によりボディ２およびパワーエレメント２２０に対する正確な位置決めがなされる。

以上に説明したように、温度式膨張弁２０１においても、ディスク２２４がパワーエレメント２２０内で摺動することなく、シャフト２７の軸線方向に動作するため、シャフト２７の軸線方向に沿ったディスク２２４の動作が滑らかになるとともに、安定した弁開度特性を得ることができる。

［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温度式膨張弁は、弁部を駆動する部分の構造が異なる以外は上記第１の実施の形態の構成と同様であるため、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８はこの温度式膨張弁の構造を表す中央縦断面図である。

図８に示すように、温度式膨張弁３０１は、そのパワーエレメント３２０を構成するディスク３２４の下方に、ダイヤフラム２３の変位を弁体１２へ伝達する第１シャフト３２７および第２シャフト３３０が同軸状に配置されている。

第１シャフト３２７は、図１に示したシャフト２７と同じ直径を有するが、軸線方向の長さが短くなっている。この第１シャフト３２７は、ボディ２によって自軸方向に動作可能に支持されており、その下端が弁孔１０に達して弁体１２に当接し、その上端が貫通孔３７の小径部３７ｂを貫通して第２シャフト３３０の下端面に当接している。

第２シャフト３３０は、段付円柱状の本体を有し、その上半部がやや拡径している。この第２シャフト３３０の下端部は、貫通孔３７の大径部３７ａに挿通されており、その下端近傍には外周面に沿った溝３２５が周設されている。この溝３２５には、シール用のＯリング２８が嵌入されており、第２シャフト３３０と一体となって大径部３７ａ内を摺動し、貫通孔３７における冷媒のバイパス漏れを完全に防止するように構成されている。

一方、この第２シャフト３３０の上端面には、ディスク３２４との接続部となる円形状の嵌合溝３３１が設けられている。
図９は、本実施の形態にかかる温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。また、図１０はパワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図であり、（Ａ）はディスクの断面図であり、（Ｂ）はディスクの底面図である。

図９に示すように、パワーエレメント３２０のディスク３２４は、その上面部がダイヤフラム２３に当接し、その下端面中央に設けられた後述する突状嵌合部３３６が、第２シャフト３３０の嵌合溝３３１に挿通されて係止されている。この嵌合溝３３１は、ディスク３２４の突状嵌合部３３６の直径ｄdisk3とほぼ等しい（僅かに大きい）大きさの内径ｄshaft3を有し、その基端に突状嵌合部３３６の先端面を係止する係止面を有する突起挿通部３３３と、この突起挿通部３３３から上部開口端に向けて拡径するテーパ部３３２とからなる。

図１０に示すように、ディスク３２４は、その円板状の本体３４１の下半部を構成する延出部４４の下面中央に、円ボス状の突状嵌合部３３６が突設されている。
そして、図９および図１０（Ａ）に示すように、ロアハウジング２２の縮管部３３の内径Ｄpe，ディスク３２４の延出部４４の外径Ｄdisk，ディスク３２４の突状嵌合部３３６の外径ｄdisk3，第２シャフト３３０のテーパ部３３２の開口端の内径ｄtaper3，第２シャフト３３０の突起挿通部３３３の内径ｄshaft3とすると、下記式（５）および（６）の関係を有する。

（Ｄpe−Ｄdisk）＞（ｄshaft3−ｄdisk3）・・・（５）
ｄtaper3 ＞（Ｄpe−Ｄdisk）＋ｄdisk3 ・・・（６）
すなわち、上記式（５）から分かるように、ロアハウジング２２とディスク３２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスが、ディスク３２４とシャフトとの最も半径方向に近接した部分のクリアランスよりも大きくなるように構成されている。このため、ディスク３２４は、パワーエレメント３２０内で摺動することなく、第２シャフト３３０と一体となって軸線方向に滑らかに動作することができる。その結果、第２シャフト３３０、ひいては第１シャフト３２７を安定して駆動制御することができる。

また、上記式（６）から分かるように、テーパ部３３２の開口端の内径が、ロアハウジング２２とディスク３２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスと、突状嵌合部３３６の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されている。換言すれば、上記式（６）を満たすように、突起挿通部３３３の長さ、テーパ部３３２の長さ、およびテーパ部３３２の角度θ３が設定されている。これにより、パワーエレメント３２０をボディ２に接続する際に、仮にディスク３２４がロアハウジング２２の縮管部３３内で軸心からその半径方向に限界までずれていたとしても、突状嵌合部３３６の先端が、嵌合溝３３１の範囲内に位置するようになっている。このため、パワーエレメント３２０をボディ２に接続する際には、突状嵌合部３３６の先端が嵌合溝３３１の周縁部に引っ掛かることもなく、テーパ部３３２に確実に導入される。その結果、ディスク３２４と第２シャフト３３０との組み付けが容易となる。

図１１は温度式膨張弁の製造工程の一部を表す説明図であり、（Ａ）はパワーエレメントを組み立てる段階の工程を表し、（Ｂ）はパワーエレメントをボディに組み付ける段階の工程を表している。

同図（Ａ）に示すパワーエレメント３２０の組み立てについては、図４（Ａ）に示した第１の実施の形態の場合と同様であるため、その説明を省略する。なお、この場合も、ディスク３２４とロアハウジング２２との間の半径方向のクリアランスが比較的小さいため、ディスク３２４のパワーエレメント３２０内での概略的な位置決めが行われる。

そして、図１１（Ｂ）に示すように、このパワーエレメント３２０を第２シャフト３３０が露出したボディ２に対して組み付ける。このとき、上記式（６）の関係があり、ディスク３２４の突状嵌合部３３６が第２シャフト３３０のテーパ部３３２に沿って導入されるが、ディスク３２４がパワーエレメント３２０内で固定されていないため、実際には、ディスク３２４が、その軸心を第２シャフト３３０の軸線位置に一致させる方向に移動する。つまり、パワーエレメント３２０をボディ２に組み付けると同時にディスク３２４の最終的な位置決めがなされる。このとき、上記式（５）の関係があるため、ディスク３２４とロアハウジング２２との間には必ず間隙ができ、ディスク３２４は、ロアハウジング２２に対して摺動することなく、第２シャフト３３０および第１シャフト３２７と一体となって軸線方向に動作可能となる。

すなわち、本実施の形態においても、ディスク３２４は、その延出部４４によりパワーエレメント３２０内での概略的な位置決めがなされた後、その突状嵌合部３３６によりボディ２およびパワーエレメント３２０に対する正確な位置決めがなされる。換言すれば、この位置決めがディスク３２４の形状、ロアハウジング２２および第２シャフト３３０とディスク３２４との取付構造によって温度式膨張弁３０１の組立工程において必然的に行われる。このため、作業者がその位置決めに労することがなく、温度式膨張弁３０１の組み立てが簡易かつ迅速に行われる。

以上に説明したように、温度式膨張弁３０１においても、ディスク３２４がパワーエレメント３２０内で摺動することなく、第２シャフト３３０および第１シャフト３２７の軸線方向に動作するため、その軸線方向に沿ったディスク３２４の動作が滑らかになるとともに、安定した弁開度特性を得ることができる。

［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温度式膨張弁は、ディスクの形状が異なる以外は上記第３の実施の形態の構成と同様であるため、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１２は本実施の形態にかかる温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。また、図１３はパワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図であり、（Ａ）はディスクの断面図であり、（Ｂ）はディスクの底面図である。

図１２に示すように、温度式膨張弁４０１におけるパワーエレメント４２０のディスク４２４は、その上面部がダイヤフラム２３に溶接され、その下端面中央に設けられた突状嵌合部３３６が第２シャフト３３０の嵌合溝３３１に挿通されて係止されている。

図１３に示すように、ディスク４２４は、アルミニウム材を鍛造成形して形成された円板状の本体４４１を有する。この本体４４１は、その下半部が半径方向外向きに延出してフランジ状の係止部４４２を構成しており、この係止部４４２は、ロアハウジング２２の本体の側壁近傍にまで延出しており、その下端面がロアハウジング２２の内側底面に接離可能に係止されるようになっている。

そして、図１２および図１３（Ａ）に示すように、ロアハウジング２２の本体の内径Ｄpe4，ディスク４２４の係止部４４２の外径Ｄdisk4，ディスク４２４の突状嵌合部３３６の外径ｄdisk3，第２シャフト３３０のテーパ部３３２の開口端の内径ｄtaper3，突起挿通部３３３の内径ｄshaft3とすると、下記式（７）および（８）の関係を有する。

（Ｄpe4−Ｄdisk4）＞（ｄshaft3−ｄdisk3）・・・（７）
ｄtaper3 ＞（Ｄpe4−Ｄdisk4）＋ｄdisk3 ・・・（８）
すなわち、上記式（７）から分かるように、ロアハウジング２２とディスク４２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスが、ディスク４２４と第２シャフト３３０との最も半径方向に近接した部分のクリアランスよりも大きくなるように構成されている。このため、ディスク４２４がパワーエレメント４２０内で摺動することなく、第２シャフト３３０と一体となって軸線方向に動作するようになる。

また、上記式（８）から分かるように、テーパ部３３２の開口端の内径が、ロアハウジング２２とディスク４２４との最も半径方向に近接した部分のクリアランスと、突状嵌合部３３６の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されている。このため、パワーエレメント４２０をボディ２に接続する際に、突状嵌合部３３６の先端が突起挿通部３３３の周縁部に引っ掛かることもなく、テーパ部３３２に沿って確実に導入される。

なお、温度式膨張弁４０１においても、ディスク４２４とロアハウジング２２との間の半径方向のクリアランスが比較的小さいため、パワーエレメント４２０を組み立てる際にディスク４２４の係止部４４２をロアハウジング２２の本体に挿入すると、ディスク４２４のパワーエレメント４２０内での概略的な位置決めがなされる。つまり、ディスク４２４は、その係止部４４２によりパワーエレメント４２０内での概略的な位置決めがなされた後、その突状嵌合部３３６によりボディ２およびパワーエレメント４２０に対する正確な位置決めがなされる。

以上に説明したように、温度式膨張弁４０１においても、ディスク４２４がパワーエレメント４２０内で摺動することなく、第２シャフト３３０および第１シャフト３２７（図示せず：図８参照）の軸線方向に沿ったディスク４２４の動作が滑らかになるとともに、安定した弁開度特性を得ることができる。

なお、上記各実施の形態においては、パワーエレメント内においてディスクを固定しない態様としたが、ディスクをダイヤフラムに溶接等により固定するようにしてもよい。例えば、ディスクとダイヤフラムを同系統の材質（ステンレス等）で形成し、これらをレーザ溶接またはプロジェクション溶接などにより接合してもよい。その場合には、ディスクがシャフトのほぼ軸線上に配置されるように、ディスクをダイヤフラムに対して正確に接合する。

第１の実施の形態の温度式膨張弁の構造を表す中央縦断面図である。温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。パワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図である。温度式膨張弁の製造工程の一部を表す説明図である。温度式膨張弁の弁開度特性を表すグラフである。第２の実施の形態の温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。パワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図である。第３の実施の形態の温度式膨張弁の構造を表す中央縦断面図である。温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。パワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図である。温度式膨張弁の製造工程の一部を表す説明図である。第４の実施の形態の温度式膨張弁のパワーエレメント周辺の構造を表す部分拡大図である。パワーエレメントを構成するディスクの構造を表す説明図である。従来の温度式膨張弁の具体的構成を表す中央縦断面図である。従来の温度式膨張弁の弁開度特性の一例を表すグラフである。

符号の説明

１，２０１，３０１，４０１温度式膨張弁
２ボディ
３，４，５，６ポート
７第１通路
８第２通路
９弁座
１０弁孔
１２弁体
２０，２２０，３２０，４２０パワーエレメント
２１アッパーハウジング
２２ロアハウジング
２３ダイヤフラム
２４，２２４，３２４，４２４ディスク
２５連通孔
２７シャフト
２９ホルダ
３３縮管部
３６，２３６穴部
４１，２４１，３４１，４４１本体
４２，２４２，４４２係止部
４３連通溝
４４延出部
４５シャフト挿通部
４６，３３２テーパ部
３２５溝
３２７第１シャフト
３３０第２シャフト
３３１嵌合溝
３３３突起挿通部
３３６突状嵌合部

Claims

冷凍サイクルに設けられて動作し、コンデンサ側から流入した冷媒を内部の弁部を通過させることにより絞り膨張させてエバポレータへ供給し、前記エバポレータから戻ってきた冷媒の圧力と温度を感知して前記弁部の開度を制御するとともに、その冷媒をコンプレッサ側に導出する温度式膨張弁において、
前記コンデンサ側からの冷媒を導入するための第１ポートと、前記第１ポートに連通して前記弁部を経由する第１通路を構成するとともに、前記弁部を通過した冷媒を前記エバポレータへ導出するための第２ポートと、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を導入するための第３ポートと、前記第３ポートに連通して第２通路を構成し、前記冷媒をコンプレッサ側へ導出するための第４ポートとを有するボディと、
前記ボディ内に自軸方向に動作可能に支持され、その動作によって前記弁部を駆動するシャフトと、
一端側が封止された第１ハウジングと、前記第１ハウジングに対向配置されるとともに、前記第１ハウジングとは反対側で前記第２通路に連通する第２ハウジングと、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとにより囲まれる空間を仕切るように配置され、前記第１ハウジング側の密閉空間に所定の感温用ガスを封入させた状態で保持するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムと前記第２ハウジングとの間に配置され、前記ダイヤフラムとは反対側面に前記シャフトが当接するディスクとを備え、前記第２通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知し、前記シャフトを前記ディスクと一体に駆動して前記弁部の開度を制御し、前記第１ポートから前記第２ポートへ流れる冷媒の流量を制御するパワーエレメントと、
を備え、
前記ディスクは、前記シャフトの前記弁部とは反対側の端部を挿通してこれを係止する挿通部と、前記第２ハウジングの内壁面に近接した外周面とを有し、
前記第２ハウジングの前記内壁面と前記ディスクの前記外周面とのクリアランスが、前記ディスクの前記挿通部と前記シャフトの前記端部の外周面とのクリアランスよりも大きくなるように構成されたこと、
を特徴とする温度式膨張弁。
前記ディスクの前記挿通部は、前記ディスクの前記シャフトとの対向面に開口して設けられた穴部からなり、前記シャフトの前記端部を内挿することを特徴とする請求項１記載の温度式膨張弁。
前記ディスクの前記穴部は、その開口端に向けて拡径するテーパ部を有し、
前記テーパ部の開口端の内径が、前記第２ハウジングの前記内壁面と前記ディスクの前記外周面とのクリアランスと、前記シャフトの前記端部の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の温度式膨張弁。
前記第２ハウジングが、前記第１ハウジングとは反対側に縮径して延出するとともに、前記ボディへの接合部となる縮管部を有する一方、
前記ディスクが、前記縮管部内に部分的に挿通されるように延出して前記外周面を有する延出部を有することを特徴とする請求項３記載の温度式膨張弁。
前記ディスクは、前記パワーエレメントとして組み立てられる際に、前記延出部が前記縮管部に内挿されることにより概略的な位置決めがなされ、さらに、前記パワーエレメントが前記ボディに組み付けられる際に、前記挿通部に前記シャフトが内挿されることにより最終的な位置決めがなされることを特徴とする請求項４記載の温度式膨張弁。
前記ディスクは、前記パワーエレメントとして組み立てられる際に、前記第２ハウジングに内挿されることにより概略的な位置決めがなされ、さらに、前記パワーエレメントが前記ボディに組み付けられる際に、前記挿通部に前記シャフトが内挿されることにより最終的な位置決めがなされることを特徴とする請求項３記載の温度式膨張弁。
前記ディスクの前記挿通部が、前記ディスクの前記シャフトとの対向面に突出して設けられた突状嵌合部からなる一方、前記シャフトの前記端部の先端面に、前記挿通部に対向して設けられた嵌合溝が設けられ、
前記ディスクの前記突状嵌合部が、前記シャフトの前記嵌合溝に内挿されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の温度式膨張弁。
前記シャフトの前記嵌合溝は、その開口端に向けて拡径するテーパ部を有し、
前記テーパ部の開口端の内径が、前記第２ハウジングの前記内壁面と前記ディスクの前記外周面とのクリアランスと、前記ディスクの前記突状嵌合部の外径とを加算した大きさよりも大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項７記載の温度式膨張弁。
前記第２ハウジングが、前記第１ハウジングとは反対側で縮径して延出するとともに、前記ボディへの接合部となる縮管部を有する一方、
前記ディスクが、前記縮管部内に部分的に挿通されるように延出して前記外周面を有する延出部を有することを特徴とする請求項８記載の温度式膨張弁。
前記ディスクは、前記パワーエレメントとして組み立てられる際に、前記延出部が前記縮管部に内挿されることにより概略的な位置決めがなされ、さらに、前記パワーエレメントが前記ボディに組み付けられる際に、前記突状嵌合部が前記シャフトの前記嵌合溝に内挿されることにより最終的な位置決めがなされることを特徴とする請求項９記載の温度式膨張弁。
前記ディスクは、前記パワーエレメントとして組み立てられる際に、前記第２ハウジングに内挿されることにより概略的な位置決めがなされ、さらに、前記パワーエレメントが前記ボディに組み付けられる際に、前記突状嵌合部が前記シャフトの前記嵌合溝に内挿されることにより最終的な位置決めがなされることを特徴とする請求項７記載の温度式膨張弁。