JP2006317049A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁部を駆動するシャフトにスプリングによる横荷重を付与してその動作を安定化させる構成を有する温度式膨張弁において、そのスプリングの端部形状によらず、シャフトの安定した動作を保持できるようにする。
【解決手段】 温度式膨張弁においては、ホルダ３２のスプリング収容部３９にテーパ面４２が形成されているため、コイルスプリングのシャフトとは反対側の端部が、このテーパ面４２を介して面接触でスプリング収容部３９に当接する。このため、コイルスプリングの当該端部とスプリング収容部３９との接触面積を大きくとることができる。その結果、コイルスプリング３３の端部形状によらず、コイルスプリングをホルダ３２内に安定して保持することができ、シャフト２７の安定した動作を保持することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷凍サイクルにおいて、エバポレータの出口側を流れる冷媒の温度及び圧力を感知し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の出口側を流れる冷媒の温度及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６は、このような従来の温度式膨張弁の構成例を示す断面図である。
この温度式膨張弁１０１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１０２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１０３とが形成されたボディ１０４を備え、そのボディ１０４の一端にパワーエレメント１０５が設けられている。このパワーエレメント１０５は、ダイヤフラム１０６で仕切られた感温室に所定の感温用ガスを封入して構成され、エバポレータの出口側を流れる冷媒の温度及び圧力を感知し、ボディ１０４に支持された駆動用のシャフト１０７を介して第１通路１０２に配置された弁部１０８の開度を制御する。シャフト１０７は、ボディ１０４に対して第２通路１０３を横切るように配置されたホルダ１０９に挿通され、軸線方向に支持されている。パワーエレメント１０５は、ホルダ１０９に形成された連通路１１０を介して導入された冷媒の温度及び圧力を感知して弁部１０８の開度を制御する。
特開２００４−９３１０６号公報（図１等）

ところで、温度式膨張弁１０１のホルダ１０９には、その上部にスプリング収容部１１１が設けられ、シャフト１０７をその横方向から付勢するスプリング１１２が収容されている。このスプリング１１２は、シャフト１０７に横荷重を与えることにより、第１通路１０２に導入される高圧冷媒に圧力変動が生じてもシャフト１０７の軸線方向の動作が敏感に反応しないようにするものである。

図７は、従来の温度式膨張弁を構成するホルダの構成例を示す説明図である。（Ａ）はそのホルダの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＧ部分拡大図である。また、図８は、従来のスプリングの支持構造の問題点を表す説明図である。（Ａ）及び（Ｂ）は図７（Ｃ）のＨ−Ｈ矢視断面図に相当する。

図７に示すように、ホルダ１０９のスプリング収容部１１１は、上記シャフト１０７を挿通する挿通孔１１３と連通しており、その挿通孔１１３と対向する内壁面１１４に、スプリング１１２の一端を引っ掛けて固定するための係止部１１５が内方に向かって突設されている。なお、スプリング１１２をシャフト１０７に対して直角に配置すると、シャフト１０７の軸線方向の動作により滑りが生じ、シャフト１０７に適度な摺動抵抗を付与できないことがある。そこで、同図（Ｃ）に示したように、スプリング１１２をその直角方向から所定角度傾けてシャフト１０７に当接させ、その軸線方向への所定の付勢力が負荷されるようにしている。このため、スプリング収容部１１１の底面１１６は、例えば内方に向かって低くなる傾斜面となっており、係止部１１５がスプリング１１２の重心位置よりやや高い位置に配置される。

しかしながら、このような構成では、図８（Ａ）に示すように、スプリング１１２の端部とスプリング収容部１１１との接触部が点接触又はごく短い線接触となるため、当該端部の支持状態が不安定になる。このスプリング１１２の支持を安定化させるために、当該端部を研磨して平面部１１７を形成する手法がとられたりもするが、図８（Ｂ）に示すように、スプリング１１２の当該端部の巻き終わり１１８と平面部１１７との間に形成される隙間部１１９が係止部１１５の位置に配置されると、スプリング１１２が本来の傾斜角度をなさなくなる。つまり、スプリング１１２の巻き終わり１１８の位置によってスプリング１１２が付与する横荷重が不安定になり、安定した弁開度特性が得られなくなるおそれがあった。

図９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る。同図において、横軸が第２通路１０３を流れる冷媒の圧力を表し、縦軸が弁部１０８の開度、つまり弁体の弁座からのリフト量を表している。

すなわち、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１０８の閉弁動作及び開弁動作の過程でスプリング１１２の横荷重が不安定になると、シャフト１０７が正常にストロークできずに、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、ホルダに弁部を駆動するシャフトを挿通するとともに、そのシャフトにスプリングによる横荷重を付与してその動作を安定化させる構成を有する温度式膨張弁において、そのスプリングの端部形状によらず、シャフトの安定した動作を保持できるように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、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温度式膨張弁において、前記コンデンサ側から導入された冷媒を前記弁部を経由させて前記エバポレータへ導出するための第１通路と、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を導入してコンプレッサ側へ導出するための第２通路とを有するボディと、前記ボディ内に支持され、その軸線方向の動作により前記弁部を駆動するシャフトと、内部に所定の感温用媒体を封入し、前記第２通路を流れる冷媒の温度及び圧力を感知して前記シャフトを駆動し、前記弁部の開度を制御するパワーエレメントと、前記ボディに対して前記第２通路を横切るように配置される本体と、前記本体を貫通して設けられて前記シャフトを挿通する挿通部と、一端が前記シャフトに当接して前記シャフトに横荷重を付与するスプリングと、前記本体に前記挿通部に連通して設けられて前記スプリングを収容し、前記スプリングの他端に面接触により当接するテーパ面が形成されたスプリング収容部とを有するホルダと、を備え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よれば、ホルダのスプリング収容部にテーパ面が形成されているため、スプリングのシャフトとは反対側の端部が、スプリング収容部に面接触で当接する。

本発明の温度式膨張弁によれば、スプリングのシャフトとは反対側の端部が、テーパ面を介してスプリング収容部に面接触で当接するため、スプリングの当該端部とスプリング収容部との接触面積を大きくとることができる。このため、これらテーパ面とスプリングの端部との当接によりスプリングの位置を確定することができ、スプリングをホルダ内に安定して保持することができる。その結果、スプリングの端部形状によらず、シャフトの安定した動作を保持することができる。

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。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る。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。なお、以下の説明においては、便宜上、図１の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

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と、エバポレータから蒸発された冷媒を受けるポート５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とを備えている。ポート３、ポート４及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及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、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及びロアハウジング２２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、所定の感温用ガス（「感温用媒体」に該当する）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路２５が形成されており、この連通路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、内部の冷媒が連通路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及び温度は、連通路２５とディスク２４に設けられた孔部又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２８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２８は、その上部に大径部２９、下部に小径部３０を有しており、大径部２９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２８の大径部２９には、シャフト２７と貫通孔２８との間を完全にシールするＯリング３１が配置され、貫通孔２８における冷媒のバイパス漏れを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３２により保持されている。このホルダ３２の下端部は貫通孔２８の大径部２９に嵌入されており、その下部端面が貫通孔２８の上部開口端側へのＯリング３１の移動を規制している。シャフト２７の下端部は、小径部３０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３２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スプリング３３が配置されている。このコイルスプリング３３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、このコイルスプリング３３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及び図３は、温度式膨張弁を構成するホルダの構造を表す説明図である。図２において、（Ａ）はホルダの平面図を表し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図を表し、（Ｃ）は底面図を表している。また、図３において、（Ａ）は図２（Ｂ）のＢ部拡大図を表し、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図を表している。

図２に示すように、ホルダ３２は、ナイロンなどの樹脂材を射出成形して構成された段付円筒状の本体３５を有し、ボディ２の大径部２９に嵌入される下端部がやや縮径している。また、ホルダ３２の上端部には、周方向にほぼ等間隔で半径方向外向きに延出した３つの脚部３６，３７及び３８を有する。このうち、１つの脚部３６は他の脚部よりも幅広になっており、他の２つの脚部３７，３８は、脚部３６の中心線に対して対称に配置されている。各脚部は、各上端部の本体３５の中心よりの位置において互いに連設されている。

また、脚部３６には、上方に開口した長方形状の穴部からなるスプリング収容部３９が設けられている。このスプリング収容部３９は、本体３５の中央を上下に貫通するシャフト挿通孔４０（「挿通部」に該当する）に連通しており、上記コイルスプリング３３が収容されるように配置される。このコイルスプリング３３は、その一端が、シャフト挿通孔４０に挿通されたシャフト２７の側部に当接し、他端が、スプリング収容部３９における脚部３６の先端側の内壁面に係止され、シャフト２７に横荷重を付与する。

図３に示すように、スプリング収容部３９は、上記シャフト２７を挿通するシャフト挿通孔４０と対向する内壁面４１の一部に、所定の傾きで上端開口部にいくほどシャフト挿通孔４０に近づくように傾斜するテーパ面４２が形成されている。この傾斜角度は、スプリング収容部３９にコイルスプリング３３を収容したときに、そのコイルスプリング３３の一端面を十分に当接させることができる角度に設定される。このテーパ面４２の上部中央には、コイルスプリング３３の一端を引っ掛けて固定するための断面長方形状の係止部４３が内方に向かって突設されている。この係止部４３の断面は、コイルスプリング３３が形成する穴の大きさよりも小さくなっており、係止部４３がコイルスプリング３３に完全に内挿されるようになっている。これにより、コイルスプリング３３がスプリング収容部３９の上端開口部から飛び出して脱落するのが防止される。また、コイルスプリング３３をシャフト２７に直角方向から所定角度傾けて当接させるために、スプリング収容部３９の底面４４は、内方に向かって低くなる傾斜面となっており、係止部４３がコイルスプリング３３の重心位置よりやや高い位置に配置されている。つまり、コイルスプリング３３のシャフト２７との当接位置と、コイルスプリング３３のテーパ面４２との当接位置とが、シャフト２７の軸線方向に所定量ずれて配置されている。

図４は、ホルダの作用を表す説明図である。（Ａ）は、スプリング収容部にコイルスプリングが収容された状態を表す部分平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、（Ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。

本実施の形態において、コイルスプリング３３は、その両端に研磨による平面部４５が形成されている。同図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、コイルスプリング３３は、その一端部が係止部４３を挿通した状態でその端面がスプリング収容部３９のテーパ面４２に当接し、スプリング収容部３９にその底面の形状に沿って収容されている。コイルスプリング３３の他端は、シャフト２７を挿通するシャフト挿通孔４０に挿通されたシャフト２７の側面に当接している。このため、コイルスプリング３３は、スプリング収容部３９においてやや曲線状をなすように配置され、シャフト２７に横荷重とともに軸線方向の付勢力を付与する。

このように、係止部４３がコイルスプリング３３の端部の穴に完全に挿通される一方、テーパ面４２が適度に傾斜しているため、コイルスプリング３３は、その一端面の大きな領域でテーパ面４２に面接触することができる。同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、コイルスプリング３３の端部の巻き終わり４６と平面部４５との間に形成される隙間部４７の位置がどのように配置されていても、その平面部４５とテーパ面４２との接触部（図中の網目模様参照）の面積を大きくとることができる。このため、コイルスプリング３３の端部の巻き終わり４６の位置に関係なく、コイルスプリング３３の端部を安定に保持することができ、コイルスプリング３３の本来の角度を保持することができる。その結果、コイルスプリング３３がシャフト２７に付与する横荷重が安定し、良好な弁開度特性を得ることができる。なお、図示の例では、テーパ面４２の高さがコイルスプリング３３の断面の直径よりもやや小さくなっているが、その直径よりも大きく形成され、コイルスプリング３３の一端面全体（隙間部４７を除く）がテーパ面４２に面接触するように構成されていてもよい。

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及び温度を、連通路２５を介してパワーエレメント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か又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、その冷媒の温度が低いか又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。

以上に説明したように、温度式膨張弁１においては、ホルダ３２のスプリング収容部３９にテーパ面４２が形成されているため、コイルスプリング３３のシャフト２７とは反対側の端部が、このテーパ面４２を介して点接触や線接触ではなく、面接触でスプリング収容部３９に当接する。このため、コイルスプリング３３の当該端部とスプリング収容部３９との接触面積を大きくとることができる。その結果、これらテーパ面４２とコイルスプリング３３の端部との当接によりコイルスプリング３３の位置を確定することができ、コイルスプリング３３をホルダ３２内に安定して保持することができる。その結果、コイルスプリング３３の端部形状によらず、シャフト２７の安定した動作を保持することができる。

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９のグラフに対応したものである。
上述のように、温度式膨張弁１においてはシャフト２７の安定した動作を保持することができるため、弁部の閉弁動作及び開弁動作の過程でコイルスプリング３３の横荷重が不安定になることがなく、図示のように安定した弁開度特性を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、コイルスプリング３３のシャフト２７との当接位置と、コイルスプリング３３のテーパ面４２との当接位置とが、シャフト２７の軸線方向に所定量ずれて配置された構成を示した。しかし、テーパ面４２の傾斜角度によりコイルスプリング３３にシャフト２７への軸線方向の所定の付勢力を確保でき、シャフト２７の安定した動作を保持できるならば、両当接位置をシャフト２７の軸線方向のほぼ同じ位置に配置してもよい。

また、本実施の形態においては、シャフト２７を挿通するホルダ３２の一形態を示したが、ホルダについては、弁部を駆動するシャフトを挿通し、そのシャフトに横荷重を付与するスプリングの端部に少なくとも部分的に面接触で当接するテーパ面が形成されたものであれば、その他の形態でもよい。

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。 温度式膨張弁を構成するホルダの構造を表す説明図である。 温度式膨張弁を構成するホルダの構造を表す説明図である。 ホルダの作用を表す説明図である。 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る。 従来の温度式膨張弁の構成例を示す断面図である。 従来の温度式膨張弁を構成するホルダの構成例を示す説明図である。 従来のスプリングの支持構造の問題点を表す説明図である。 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 温度式膨張弁
２ ボディ
７ 第１通路
８ 第２通路
９ 弁座
１０ 弁孔
１２ 弁体
２０ パワーエレメント
２７ シャフト
３２ ホルダ
３３ コイルスプリング
３５ 本体
３６，３７，３８ 脚部
３９ スプリング収容部
４０ シャフト挿通孔
４１ 内壁面
４２ テーパ面
４３ 係止部
４４ 底面
４５ 平面部
４７ 隙間部

Claims (6)

1. 冷凍サイクルに設けられて、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温度式膨張弁において、
   前記コンデンサ側から導入された冷媒を前記弁部を経由させて前記エバポレータへ導出するための第１通路と、前記エバポレータから戻ってきた冷媒を導入してコンプレッサ側へ導出するための第２通路とを有するボディと、
   前記ボディ内に支持され、その軸線方向の動作により前記弁部を駆動するシャフトと、
   内部に所定の感温用媒体を封入し、前記第２通路を流れる冷媒の温度及び圧力を感知して前記シャフトを駆動し、前記弁部の開度を制御するパワーエレメントと、
   前記ボディに対して前記第２通路を横切るように配置される本体と、前記本体を貫通して設けられて前記シャフトを挿通する挿通部と、一端が前記シャフトに当接して前記シャフトに横荷重を付与するスプリングと、前記本体に前記挿通部に連通して設けられて前記スプリングを収容し、前記スプリングの他端に面接触により当接するテーパ面が形成されたスプリング収容部とを有するホルダと、
   を備えたことを特徴とする温度式膨張弁。
2. 前記スプリングの他端面が平面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の温度式膨張弁。
3. 前記スプリング収容部は、前記スプリングの前記シャフトとの当接位置と前記スプリングの前記テーパ面との当接位置とが、前記シャフトの軸線方向に所定量ずれて配置される形状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。
4. 前記スプリング収容部が、前記本体の端部に設けられた開口部からなり、
   前記テーパ面は、前記開口部の先端側にいくほど前記シャフト側に近づくように傾斜するように形成されたことを特徴とする請求項３記載の温度式膨張弁。
5. 前記テーパ面には、前記スプリングの端部を外挿させてこれを引っ掛けることにより、前記スプリングが前記開口部から脱落するのを防止する係止部が突設されたことを特徴とする請求項４記載の温度式膨張弁。
6. 前記テーパ面が、前記スプリングの他端の巻き終わり部の位置によらず、前記スプリングと同じ当接状態を保持できる大きさ及び角度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。
   

Images