JP2008304091A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張弁のセット値調整を可能にしながらボディを小型化にする。
【解決手段】弁体２０を閉弁方向に付勢しているスプリング２２の荷重調整を、変形部材２５の閉弁方向への変形により行っている。変形部材２５は、ばね受け部材２３を介してスプリング２２を受けている突設部２４の周囲の環状部分が薄く形成されていて、その中央部分が外部からの外力を受けることで内側に変形し、内側への変形による中央部分のストローク変化がスプリング２２に伝達され、荷重が調整される。変形部材２５をボディ１３と一体に形成すれば、高圧漏れ防止のためのシール材が不要になる。スプリング２２の荷重調整をねじや圧入部材で行う場合に比べて、ボディ１３の長手方向の長さを短縮することができ、ボディ１３の小型化が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は膨張弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルにてエバポレータの出口における冷媒の温度および圧力に応じてエバポレータに送り出す冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。

自動車用空調装置では、一般に、車両走行用のエンジンによって駆動されるコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を蓄えておくレシーバと、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にする膨張弁と、霧状の冷媒を車室内の空気と熱交換することにより蒸発させてコンプレッサへ戻すエバポレータとを備えている。

このような膨張弁としては、エバポレータを出た冷媒が所定の過熱度を保つようにエバポレータへ送り出す冷媒の流量を制御するようにした温度式の膨張弁が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。温度式の膨張弁は、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にする弁部と、エバポレータを出た冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントとを有しており、パワーエレメントは、感温室内の圧力がエバポレータを出た冷媒の温度および圧力に応じて変化することによるダイヤフラムの変位を弁部に伝達して弁部の弁リフトを制御するものである。

膨張弁の弁部は、高温・高圧の液冷媒が導入される入口ポートと絞り膨張された低温・低圧の冷媒が導出される出口ポートとの間に形成された弁座と、この弁座の上流側にて弁座に対して接離自在に配置された弁体と、この弁体を閉弁方向に付勢するスプリングとを備えている。弁体は、パワーエレメントから弁孔を貫通して延出されたシャフトの端面に当接されていて、ダイヤフラムの変位は、シャフトを介して直接弁体に伝達するようになっている。

ここで、弁体を閉弁方向に付勢しているスプリングの弁体と反対側の端部は、ボディに螺着されたアジャストねじによって受けられており、そのアジャストねじのボディへの螺入量を調整することによってスプリングの荷重が調整され、弁部が開き始めるときのセット値が調整されることになる。また、そのアジャストねじが螺入される部分にはＯリングが配置されて、螺着部分の冷媒漏れを防止するようにしている。

また、特許文献１では、アジャストねじと螺着されるボディ部分に対して必要なねじ加工およびＯリングを不要とするような構成をも開示している。この構成によれば、弁体およびスプリングが収容される空間を円柱状のストレートな形状にし、そこに一端が閉じた円筒状のばね受け部材を圧入するようにしている。これにより、スプリングの荷重調整は、ばね受け部材の圧入量を調整することによって行われ、シールに関しては、ばね受け部材のボディへの圧入による金属結合によって、実質的にＯリングのようなシール部材を不要にしている。
特開２００１−１２４２３６号公報

しかし、従来の膨張弁は、スプリングの荷重を調整するために、ボディにスプリングを収容する部分に隣接してアジャストねじの螺着部分またはばね受け部材の圧入部分がどうしても必要であり、螺着部分または圧入部分がボディの小型化、低コスト化の障害になっているという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スプリングの荷重調整に必要であったボディの螺着部分または圧入部分を不要にしてスプリングの荷重調整を可能にしながらボディの小型軽量化した低コストの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、エバポレータを出た冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、前記パワーエレメントが感知した温度および圧力に応じて前記エバポレータに送り出す冷媒の流量を制御する弁部とを備え、前記弁部には、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングおよび前記スプリングの荷重を調整する荷重調整手段を有している膨張弁において、前記荷重調整手段は、前記スプリングを収容しているボディの空間を閉止するよう配置され、中央部分が外部からの外力を受けることで内側に変形し、内側への変形による前記中央部分のストローク変化を前記スプリングに対して圧縮する方向に伝達する円板状の変形部材であることを特徴とする膨張弁が提供される。

このような膨張弁によれば、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングの荷重調整を、変形部材で行うようにした。これにより、スプリングの荷重調整のためのねじまたは圧入部材とそれをボディに螺着または圧入する部分が不要になるため、弁体が開閉する方向のボディの長さを短くすることができ、ボディを小型軽量で低コスト化することができる。

本発明の膨張弁は、スプリングの荷重調整をスプリングに対して圧縮する方向に変形可能な変形部材によって行っているため、スプリングの荷重調整のためのねじまたは圧入部材が不要になるだけでなく、これらを螺着または圧入してスプリングの圧縮する方向に螺入量または圧入量を調整するボディ部分が不要になるため、弁体が開閉する方向のボディの長さを短くすることができ、ボディを小型軽量で低コスト化することができるという利点がある。

また、本発明の膨張弁は、変形部材をボディと一体に形成することによってシール部材が不要になり、コストをさらに低減させることができる。
さらに、本発明の膨張弁は、変形部材を、スプリングを受けている面とは反対側に膨出するように湾曲した形状にすることにより、変形部材の中央部分が外力による変形によってスプリングの圧縮する方向に変位する量を大きくすることができ、スプリングの荷重調整代を拡大することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。
自動車用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させるコンデンサ２と、凝縮された冷媒を蓄えておくとともに気液に分離するレシーバ３と、分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張弁４と、絞り膨張された霧状の冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させるエバポレータ５とを備え、エバポレータ５にて蒸発された冷媒をコンプレッサ１に戻すことによって冷媒が循環する冷凍サイクルを構成している。

この冷凍サイクルを構成する膨張弁４は、レシーバ３から供給された高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させ、低温・低圧の霧状の冷媒にしてエバポレータ５に送り出す弁部１１と、エバポレータ５を出た冷媒の温度および圧力を感知してエバポレータ５に送り出す冷媒の流量が所定の流量になるように弁部１１を制御するパワーエレメント１２とを備えている。

膨張弁４の弁部１１は、ブロック状のボディ１３を有している。このボディ１３は、図の上方から下端面近傍まで長手方向に開けられた円柱状の中央穴１４を有し、図の下方側面には、高圧配管が接続される入口ポート１５が中央穴１４に向けて開けられ、これと反対側の側面には、軸が入口ポート１５の軸よりも図の上方にオフセットされた位置に、エバポレータ５への低圧配管が接続される出口ポート１６が中央穴１４に向けて開けられている。また、ボディ１３の図の上方位置には、エバポレータ５からの低圧戻り配管が接続される入口ポート１７およびコンプレッサ１への低圧戻り配管が接続される出口ポート１８が互いに同軸上に形成され、これら入口ポート１７および出口ポート１８は、中央穴１４を横切るように形成された低圧戻り通路によって連通されている。

入口ポート１５の開口位置と出口ポート１６の開口位置との間の中央穴１４には、弁座１９が圧入されている。入口ポート１５に連通する中央穴１４の空間には、ボール形状の弁体２０が弁座１９に対して接離自在に配置されている。この弁体２０は、弁体受け２１を介してスプリング２２により閉弁方向に付勢されている。スプリング２２の弁体受け２１とは反対側の端部は、ばね受け部材２３によって受けられている。このばね受け部材２３は、中央穴１４の底部において中央部分が内側に突設された突設部２４に載せられている。

ここで、中央穴１４の底部は、ボディ１３と一体に形成されているもので、突設部２４の周囲が厚みの薄い環状部分に形成されていて、中央部分が外部から外力を受けることで内側に変形することができる変形部材２５を構成している。この変形部材２５は、弁体２０を閉弁方向に付勢するスプリング２２の荷重を調整する荷重調整手段の機能を有するもので、変形による中央部分の内側へのストローク変化がスプリング２２に対して圧縮する方向に伝達されることで、スプリング２２の荷重が調整されることになる。

ボディ１３の図の上端面には、取付穴２６が形成されており、その中央部分は、低圧戻り通路に連通されている。取付穴２６には、パワーエレメント１２が螺着されている。このパワーエレメント１２は、ダイヤフラム２７を挟んでその両側にアッパーハウジング２８およびロアハウジング２９が配置され、これらの外周縁部をともに溶接することによって形成されている。アッパーハウジング２８とダイヤフラム２７とによって囲まれた部屋は、冷凍サイクルの冷媒に似た特性を有するガスが封入されており、低圧戻り通路を通過する冷媒の温度および圧力を感知する感温室を構成している。ロアハウジング２９の中には、ダイヤフラム２７の下面中央部に当接されたセンターディスク３０が配置されている。このセンターディスク３０は、冷媒の温度および圧力に応じて感温室内の圧力が変化することによるダイヤフラム２７の変位をシャフト３１を介して弁体２０に伝達するためのものである。

シャフト３１は、ホルダ３２によって弁体２０の開閉方向に進退自在に保持されている。ホルダ３２は、その下部に一体に形成されているプラグ３３が出口ポート１６と低圧戻り通路との間の中央穴１４に圧入することによってボディ１３に固定されている。ホルダ３２とシャフト３１との間のクリアランスは、シャフト３１に周設されてプラグ３３によるかしめ加工により保持されたＯリング３４によってシールされている。また、ホルダ３２は、その上部に一体に形成されて取付穴２６に配置されたガイド３５を有している。このガイド３５は、たとえば三方にアーム部が伸びたような形状を有し、ロアハウジング２９と低圧戻り通路との間の連通を確保しながら、シャフト３１を中央穴１４の中心に位置決めしている。ガイド３５のアーム部のひとつには、シャフト３１に対して横荷重を付与するスプリング３６が内設されており、シャフト３１がその軸線方向に振動するのを抑制している。

ところで、弁体２０が開き始めるときのセット値の調整は、スプリング２２の荷重を調整することにより行っているが、この膨張弁４においては、荷重調整手段として変形部材２５を備えている。この変形部材２５によるスプリング２２の荷重調整は、その中央部分に外力を加えて変形部材２５を内側に凹ませるように変形させることによって行われる。すなわち、変形部材２５が内側に変形されることにより、その中央部分が内方へストロークし、そのストロークの変化がばね受け部材２３を介してスプリング２２を圧縮する方向に作用する。

このように、変形部材２５をボディ１３と一体にすることによって、従来必要であったスプリング荷重調整用部材をボディに螺入または圧入する部分が不要になり、ボディ１３の長手方向の長さを短縮することができる。

以上の構成の膨張弁４において、自動車用空調装置が動作しているとき、レシーバ３から入口ポート１５に導入された高圧の液冷媒は、弁座１９と弁体２０との間の隙間を通って流れ、そのときに絞り膨張されて霧状の低温・低圧の冷媒となり、出口ポート１６からエバポレータ５へ送り出される。エバポレータ５で蒸発された冷媒は、入口ポート１７に導入され、低圧戻り通路を介して出口ポート１８からコンプレッサ１の入口に送られる。このとき、低圧戻り通路を通過する冷媒の一部は、ロアハウジング２９に導入され、パワーエレメント１２によって導入された冷媒の温度および圧力、すなわち過熱度が感知される。パワーエレメント１２は、たとえば冷凍負荷が高くなって、冷媒の温度が高くなるか圧力が低くなると、感温室内の圧力がロアハウジング２９内の圧力よりも相対的に高くなるので、ダイヤフラム２７が図の下方へ変位し、シャフト３１を介して弁体２０を開弁方向に付勢し、エバポレータ５へ送り出す冷媒の流量を増加させるように作用する。逆に、エバポレータ５から戻ってきた冷媒の温度が低くなるか圧力が高くなると、パワーエレメント１２は、エバポレータ５へ送り出す冷媒の流量を低下させるように作用する。

図２は本発明の第２の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。なお、この図２において、図１に示した構成要素と同じ要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る膨張弁４ａは、レシーバ３から液冷媒が導入される入口ポート１５と、膨張した冷媒をエバポレータ５へ導出する出口ポート１６とを同軸上に配置している。ただし、入口ポート１５から中央穴１４への連通路は図の下方へオフセットされ、出口ポート１６から中央穴１４への連通路は図の上方へオフセットされていて、これら中央穴１４の軸線方向に互いにずれて形成された連通路の間の中央穴１４の位置に弁座１９が圧入されている。このように入口ポート１５と出口ポート１６とを同軸配置したことによって、この膨張弁４ａでは、第１の実施の形態に係る膨張弁４よりも、ボディ１３の長手方向の長さがさらに短縮されている。

また、この膨張弁４ａでは、変形部材２５の形状を変更している。すなわち、この変形部材２５は、外側に膨出するように湾曲された形状を有している。これは、中央穴１４を開けるときに、突設部２４の周囲の環状部分を断面が弧状になるよう切削し、さらに、ボディ１３の下端面の対応位置を球面になるよう切削することによって形成されている。このように、変形部材２５を外側に膨出した形状にしたことによって、外力を受けて内側に変形することによる突設部２４の軸方向のストローク変化（変形代）を倍増させることができるので、荷重調整の調整幅を拡大することができる。

なお、この膨張弁４ａの他の構成については、第１の実施の形態に係る膨張弁４と同じであり、したがって、動作についても同じである。
図３は本発明の第３の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。なお、この図３において、図２に示した構成要素と同じ要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第３の実施の形態に係る膨張弁４ｂは、第２の実施の形態に係る膨張弁４ａと比較して、変形部材２５をボディ１３と別体にした点で相違する。また、この膨張弁４ｂでは、変形部材２５をボディ１３と一体に形成しないので、ボディ１３も第１および第２の実施の形態に係る膨張弁４，４ａのものと相違している。すなわち、この膨張弁４ｂは、ボディ１３をたとえば射出成形またはダイカスト鋳造法によって、入口ポート１５，１７、出口ポート１６，１８、弁体２０、スプリング２２および変形部材２５が収容される部屋、パワーエレメント１２および変形部材２５のための取付穴２６，３７、低圧戻り通路、弁座１９などが一体に形成されている。

変形部材２５は、突設部２４が設けられている側とは反対側に膨出された円板状の中央部分とその外周に一体に形成されたシール材保持部とを有し、そのシール材保持部には溝が周設され、その溝にＯリング３８が嵌め込まれている。このような変形部材２５は、ボディ１３の底面に、弁体２０、スプリング２２などが収容される部屋と同軸に形成された取付穴３７に挿入され、かしめ加工によってボディ１３に固定されている。

この変形部材２５は、外力によって変形される変形代が第２の実施の形態に係る膨張弁４ａのものと同じであり、したがって、調整幅の大きな荷重調整手段を構成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。

符号の説明

１ コンプレッサ
２ コンデンサ
３ レシーバ
４ 膨張弁
４，４ａ，４ｂ 膨張弁
５ エバポレータ
１１ 弁部
１２ パワーエレメント
１３ ボディ
１４ 中央穴
１５ 入口ポート
１６ 出口ポート
１７ 入口ポート
１８ 出口ポート
１９ 弁座
２０ 弁体
２１ 弁体受け
２２ スプリング
２３ ばね受け部材
２４ 突設部
２５ 変形部材
２６ 取付穴
２７ ダイヤフラム
２８ アッパーハウジング
２９ ロアハウジング
３０ センターディスク
３１ シャフト
３２ ホルダ
３３ プラグ
３４ Ｏリング
３５ ガイド
３６ スプリング
３７ 取付穴
３８ Ｏリング

Claims (5)

1. エバポレータを出た冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、前記パワーエレメントが感知した温度および圧力に応じて前記エバポレータに送り出す冷媒の流量を制御する弁部とを備え、前記弁部には、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングおよび前記スプリングの荷重を調整する荷重調整手段を有している膨張弁において、
   前記荷重調整手段は、前記スプリングを収容しているボディの空間を閉止するよう配置され、中央部分が外部からの外力を受けることで内側に変形し、内側への変形による前記中央部分のストローク変化を前記スプリングに対して圧縮する方向に伝達する円板状の変形部材であることを特徴とする膨張弁。
2. 前記変形部材は、前記中央部分が内側に突設された突設部を有し、前記突設部の先端に配置されたばね受け部材を介して前記スプリングを受けていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記変形部材は、荷重調整の前の前記中央部分が前記スプリングを受けている面とは反対側に膨出するように湾曲された形状を有していることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
4. 前記変形部材は、前記ボディと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
5. 前記変形部材は、ボディにかしめ加工によって固定されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。

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