JP2009281706A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重調整用の付勢部材による付勢力の方向にずれがあったとしても、弁体を適正に作動させて弁開度特性を安定に保持できる膨張弁を提供する。
【解決手段】ある態様の膨張弁１は、弁体１４のパワーエレメント４とは反対側にスプリング４０が配置され、そのスプリング４０の設定荷重により弁開度特性が設定される。弁体１４とスプリング４０との間にホルダ３４が介装されているため、スプリング４０の付勢力は、ホルダ３４を介して間接的に弁体１４に付与される。その際、スプリング４０の形状や変形によりその付勢力の方向が軸線方向、つまり弁部の開閉方向からずれたとしても、ホルダ３４がそのずれを吸収する。ホルダ３４はボディ２に沿って軸線方向に摺動するため、その付勢力を弁体１４に対して常に軸線方向、つまり弁部の開閉方向に伝達することができる。
【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設けられ、上流側から導入された高温・高圧の冷媒を膨張させて低温・低圧の冷媒にしてエバポレータへ送出する膨張弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルには一般に、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサ、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ、凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバ、分離された液冷媒を絞り膨張させて霧状にして送出する膨張弁、その霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却するエバポレータが設けられている。膨張弁としては、エバポレータから導出された冷媒が所定の過熱度をもつように、例えばエバポレータ出口における冷媒の温度および圧力を感知して弁部を開閉し、エバポレータへ送出する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）。

この膨張弁のボディには、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の通路と、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の通路とが形成されている。第１の通路の中間部には弁孔が設けられ、その開口端縁により弁座が形成されている。一方、その弁座に対向配置されるように弁体が設けられ、その弁体が弁座に着脱して弁孔を開閉することにより、エバポレータへ向かう冷媒の流量が調整される。ボディの端部には、第２の通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知して弁部の開度を制御するパワーエレメントが設けられている。パワーエレメントによる開弁方向の駆動力は、ボディの軸線方向に沿って延びる長尺状の作動ロッドにより弁体に伝達される。弁体のパワーエレメントとは反対側には、その弁体を閉弁方向に付勢するスプリングが配置されており、このスプリングの荷重を調整することにより弁部が開く開弁圧力のセット値が設定されている。ボディにおける第１の通路の入口ポートにはレシーバから延びる高圧配管が接続され、出口ポートにはエバポレータへ向かう低圧配管が接続される。また、第２の通路の入口ポートにはエバポレータから延びる戻り配管が接続され、出口ポートにはコンプレッサへ向かう低圧配管が接続される。

ところで、このような冷凍サイクルを循環させる冷媒には一般にフロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が使用されているが、地球温暖化係数が大きいことから、その大気への漏洩対策が必要となる。上述した膨張弁の構造においては、ボディと各配管との接続部、ボディとパワーエレメントとの連結部等の各部位において冷媒の外部漏れが発生する可能があるためである。特に、膨張弁の入口ポートにおける高圧配管の継手部分においては通過する冷媒圧力が高くなるため、出口ポートにおける低圧配管の継手部分よりもフロンがシール部材を浸透して外部に漏れる可能性がある。

そこで、本出願人は、エバポレータからコンプレッサへ向かう戻り低圧配管内に膨張弁をそっくり収容し、その低圧配管内で膨張弁と高圧配管およびエバポレータ入口配管との接続を行うようにした膨張弁の装着構造を提案している（例えば特許文献２参照）。この膨張弁のボディには、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の通路は形成されているが、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の通路は設けられていない。つまり、そのボディを収容する戻り低圧配管内が第２の通路になっている。ただし、第２の通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知できるよう、パワーエレメントには内外を連通する複数の連通孔が形成されている。この構造によれば、仮に高圧配管の接続部においてフロンが外部に漏洩したとしても、その接続部が低圧配管内に収容されているため、そのフロンが大気に漏れるのを防止することができる。また、第２の通路をボディに設けない構成とすることで、膨張弁として非常にコンパクトな構成を実現している。なお、この膨張弁においても、パワーエレメントによる開弁方向の駆動力は作動ロッドにより弁体に伝達される。弁体のパワーエレメントとは反対側にはスプリングが配置されており、このスプリングの荷重を調整することにより弁部が開く開弁圧力のセット値が設定される。
特開２００２−１１５９３８号公報 特開２００８−５７９４９号公報

しかしながら、いずれの膨張弁の構成においても、荷重調整用のスプリングが弁体を直接支持する構成であることから、そのスプリングの形状や変形の影響が弁体に直接的におよび、弁部の開弁性能を低下させる可能性があった。例えば、スプリングそのものの端面が傾斜している場合、弁体にはスプリングの荷重が軸線方向からずれた方向に偏って作用することになる。また、弁体がその弁部の前後差圧によって開弁方向に変位した際の押圧力によってスプリングが座屈したような場合、その座屈によりスプリングの荷重方向が軸線方向からずれることも想定される。

このように何らかの要因でスプリングが傾いた場合、弁体にもその横荷重が作用する。このため、弁体が弁座に対して垂直に着座できず、その着座時に引っ掛かりが生じる可能性がある。その結果、弁部の開閉により弁体や弁座が偏摩耗しやすく、その耐久性を悪化させるおそれがある。また、閉弁時にそのような引っ掛かりが発生すると、弁体が弁座に確実に着座するまでに時間を要し、弁部のシール性を低下させてしまうおそれがある。さらに、スプリングが傾くと弁体との嵌合位置がずれやすく、スプリングの荷重が変動してそのセット値が安定しなくなる可能性がある。その結果、弁開度特性が設計値からずれてしまうおそれがある。特に、特許文献２に記載の膨張弁においては、ボディに第２の通路を設けなくなった結果、作動ロッドを比較的短くすることができるが、その反面、作動ロッドを支持する軸支点間距離が短くなる。その結果、特に弁体が作動ロッドの端部に一体に設けられた構成において、スプリングの傾きの影響を受けやすくなる可能性がある。また、特許文献２の膨張弁においては、形状がコンパクトであるために弁体のストロークそのものも比較的小さくなるが、その反面、スプリングの傾きの影響を相対的に受けやすくなる可能性がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、荷重調整用の付勢部材による付勢力の方向にずれがあったとしても、弁体を適正に作動させて弁開度特性を安定に保持できる膨張弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の膨張弁は、冷凍サイクルにおける上流側から導入された冷媒をボディ内の弁部を通過させることにより膨張させてエバポレータへ供給し、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弁部の開度を制御する膨張弁であって、ボディを貫通する冷媒通路の中間部に設けられた弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、ボディに取り付けられたハウジングと、そのハウジングを基準圧力が満たされる密閉空間とエバポレータから戻ってきた冷媒の被感知圧力が導入される開放空間とに仕切り、その被感知圧力が低下したときに弁体の開弁方向に変位し、その被感知圧力が上昇したときに弁体の閉弁方向に変位する感圧部材とを有する感圧部と、感圧部材の変位を弁体に伝達して弁部を開閉させる作動ロッドと、弁体の感圧部とは反対側に配置され、弁体に閉弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、弁体と付勢部材との間に介装され、少なくとも弁体に対しては相対変位を許容するように当接配置される一方、ボディ内において軸線方向に沿って摺動可能に支持されるガイド部材と、を備える。

この態様によれば、弁体の感圧部とは反対側に付勢部材が配置され、その付勢部材の設定荷重により弁開度特性が設定される。弁体と付勢部材との間にガイド部材が介装されているため、付勢部材の付勢力は、ガイド部材を介して間接的に弁体に付与される。その際、付勢部材の形状や変形によりその付勢力の方向が軸線方向、つまり弁部の開閉方向からずれたとしても、ガイド部材がそのずれを吸収する。すなわち、ガイド部材はボディに沿って軸線方向に摺動するため、その付勢力を弁体に対して常に軸線方向、つまり弁部の開閉方向に伝達することができる。また、ガイド部材が弁体に対して相対変位可能に当接配置されているため、仮にガイド部材に軸線と直角方向の振れが生じたとしても、弁体への影響を抑制することができる。その結果、付勢部材による付勢力の方向にずれがあったとしても、弁体を適正に作動させることができ、その弁開度特性を安定に保持することができる。また、膨張弁の組み付け当初において仮に弁体の軸線が弁孔の軸線とずれていたとしても、このようにガイド部材と相対変位可能であるため、弁体が開閉作動を繰り返すうちにその自動調心がなされ、弁孔と軸線を一致させることができるようになる。

本発明の膨張弁によれば、荷重調整用の付勢部材による付勢力の方向にずれがあったとしても、弁体を適正に作動させてその弁開度特性を安定に保持できるようになる。

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。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。
［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、本発明の膨張弁を自動車用空調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ている。
本実施の形態の冷凍サイクルは、図示しないコンプレッサ、コンデンサ、レシーバ、膨張弁およびエバポレータを含む冷媒循環回路に、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）を循環させて車室内の空調を行うシステムとして構成されている。コンプレッサにて圧縮された高温・高圧の冷媒は、コンデンサにて凝縮され、レシーバにて気液に分離される。このとき分離された液冷媒は、膨張弁により絞り膨張されて霧状となり、エバポレータへ送られる。その霧状の冷媒はエバポレータにて蒸発され、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。エバポレータとの熱交換により冷却と除湿が行われた空気は、その一部がヒータを通過するよう制御されるなどして温度調整が行われる。

図１は、第１の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。
膨張弁１は、エバポレータからコンプレッサへ向かう戻り低圧配管内にそっくり収容される態様の温度式膨張弁として構成され、ボディ２の内部に弁部が設けられている。ボディ２の端部には、弁部を開閉駆動するパワーエレメント４（「感圧部」に該当する）が装着されている。

ボディ２の側部には高圧の冷媒を導入する入口ポート６が設けられ、下部には低圧の冷媒を導出する出口ポート８が設けられている。これらのポートは、ボディ２の内部で直交する冷媒通路を介して連通している。その冷媒通路の中間部には区画壁１０が設けられ、その区画壁１０を貫通するように弁孔１２が形成されている。そして、弁孔１２に下流側から対向するように弁体１４が配置されている。区画壁１０は、弁体１４との対向部において凹状に形成された段部を有し、その段部の中央を貫通するようにガイド孔１６が形成されている。弁孔１２は、その段部においてガイド孔１６の周りに所定の間隔で設けられた複数の貫通孔により形成される。冷媒通路において区画壁１０の上流側が高圧冷媒通路１８となり、下流側が低圧冷媒通路２０となる。

ボディ２の上部には内外を連通させる連通孔２２が形成されており、細径部２４を介して高圧冷媒通路１８に連通している。弁体１４には長尺状の作動ロッド２６が一体に設けられている。作動ロッド２６は、ガイド孔１６に摺動可能に挿通され、細径部２４を貫通して連通孔２２に到るように延設されている。作動ロッド２６の上端部には円筒状の端部材２８が圧入されている。端部材２８は、連通孔２２の内壁に沿って摺動可能に支持されている。すなわち、弁体１４は、作動ロッド２６がガイド孔１６および連通孔２２に沿ってガイドされつつ軸線方向に駆動されることにより、弁部の開閉方向に動作する。本実施の形態においては、連通孔２２の径と弁孔１２の径とが実質的に等しく構成されており、その結果、弁体１４に直接または間接的に作用する高圧の冷媒による圧力がキャンセルされている。

弁孔１２の下流側開口端縁によって弁座３０が形成されており、弁体１４の上端部近傍のテーパ面が弁座３０に着脱することにより弁部が開閉される。細径部２４と端部材２８との間に形成される空間にはＯリング３２が配置されており、内外の気密性を保持している。

低圧冷媒通路２０における弁体１４の下流側には、有底円筒状のホルダ３４（「ガイド部材」に該当する）が配置されている。ホルダ３４は、その底部を上にして弁体１４に下方から当接してこれを支持しつつ、その外周面がボディ２の内周面に摺動可能に配設されている。ボディ２の下端開口部にはリング状のアジャスト部材３８が圧入され、アジャスト部材３８とホルダ３４との間には、ホルダ３４を介して弁体１４を閉弁方向に付勢するスプリング４０（「付勢部材」に該当する）が介装されている。スプリング４０のばね荷重は、アジャスト部材３８のボディ２への圧入量により調整することができる。その圧入量により弁部の開弁圧力、つまり膨張弁１のセット値が調整される。

図２は、ホルダ単体の構成を詳細に示す図である。（Ａ）はその平面図を表し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図を表している。
ホルダ３４は、筒状の本体の外周面に、半径方向外向きに突設された複数のガイド部４２を有する。ガイド部４２は、半円断面をなして本体の上下に延び、本体の周方向に４５度おきに設けられている。ホルダ３４の底部の下面中央には、円柱状のボス部３６が下方に突設されている。

図１に戻り、ホルダ３４は、そのガイド部４２を介してボディ２の内周面に摺動する。このとき、ホルダ３４の隣接するガイド部４２とボディ２の内周面との間には、冷媒の通過を許容する連通路が形成される。スプリング４０は、その上半部がホルダ３４に所定のクリアランスをもって内挿され、その上端部がボス部３６に所定のクリアランスをもって外挿されている。すなわち、スプリング４０とホルダ３４との連結部には、所定の遊びが設けられている。

ホルダ３４と弁体１４とは当接するが、互いに固定されてはいない。したがって、両者はその当接面において摺動し、相対変位可能となっている。これにより、仮にホルダ３４に軸線と直角方向の振れが生じたとしても、弁体１４への影響を抑制できるようになっている。また、ホルダ３４とスプリング４０との間には、上述のように半径方向に所定のクリアランスが設けられているため、仮に両者の軸線がずれていたとしても、ある程度緩和されるようになっている。その結果、そのように軸線がずれていても、スプリング４０による横力がホルダ３４に作用するのを抑制でき、そのホルダ３４の軸線方向への円滑な摺動が可能となっている。

パワーエレメント４は、中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設されたダイアフラム５２（「感圧部材」に該当する）とを含んで構成されている。ハウジング５０は、ともにステンレスからなる有蓋状のアッパーハウジング５４および段付円筒状のロアハウジング５６からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にステンレス等の金属薄板からなるダイアフラム５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。ハウジング５０は、アッパーハウジング５４とロアハウジング５６との間にダイアフラム５２を挟んだ状態でその接合部の外周に沿ってＴＩＧ溶接等が施されることにより、容器状に形成されている。密閉空間Ｓ１は感温室を構成し、アッパーハウジング５４内に基準圧力を保持するための冷媒ガスなどが充填された後、その上面中央に設けられた孔をボール状の封体５８にて封止することにより密閉されている。封体５８は、例えばステンレス等から構成される。

ロアハウジング５６の内周面には、ボディ２の先端部に形成された雄ネジ部に螺合する雌ネジ部が形成されている。そして、ロアハウジング５６の下半部がボディ２の上端部に螺合されることにより、パワーエレメント４がボディ２に固定されるように構成されている。ロアハウジング５６の側面には、内外を連通させる複数の通気孔６０が周方向に所定の間隔で設けられている。開放空間Ｓ２は感圧室を構成し、後述するように通気孔６０を介してエバポレータの下流側を流れる冷媒が導入される。その冷媒の導入量は、通気孔６０の大きさや数を変更することによって調整可能となっている。

ダイアフラム５２の下面中央には有底円筒状のディスク６２が当接配置されている。ディスク６２は、ロアハウジング５６の内壁部に摺動可能に外挿されている。端部材２８の先端面はロアハウジング５６内に露出し、ディスク６２は、ダイアフラム５２と端部材２８との間に挟まれるようにして支持されている。ディスク６２の開口端がロアハウジング５６の底部に係止されるとにより、ダイアフラム５２の下死点位置（開弁方向への変位量）が規制される。

ボディ２の長手方向中央部の外周面には、複数の柱状のアーム６４が半径方向外向きに延びるように設けられている。本実施の形態では、アーム６４がボディ２の周方向に９０度おきに設けられている。ボディ２の出口ポート８近傍の外周面には、所定深さの溝６６が周設されており、その溝６６にシール用のＯリング６８が嵌着されている。

図３は、冷凍サイクルにおける膨張弁の配管取り付け構造を表す平面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
本実施の形態において、エバポレータ１００と膨張弁１とは、同図に示される複数の配管を介して接続されている。上述のように、膨張弁１は、エバポレータ１００の出口とコンプレッサの入口との間の戻り低圧配管内にそっくり収容され、エバポレータ１００の出口側温度を直接感知して動作するように構成されている。

エバポレータ１００は、アルミニウムからなる図示しない複数のプレートを積層して構成され、そのヘッダ部分に冷媒を導入する冷媒入口および冷媒を導出する冷媒出口を有する。ヘッダ部にはその冷媒入口につながる入口配管７０、冷媒出口につながる出口開口部７２が設けられており、それぞれ低圧配管７４、戻り配管７６につながっている。低圧配管７４は、膨張弁１の出口ポート８に接続されており、戻り配管７６は、膨張弁１を収容する筒状のケース７８に接続されている。戻り配管７６とケース７８との接続部にはＯリング７９が設けられており、気密性が保持されている。

本実施の形態においては、戻り配管７６およびケース７８が「戻り低圧配管」を構成する。ケース７８の戻り配管７６とは離間した位置には、コンプレッサの入口につながる低圧配管８０が接続されている。また、レシーバにつながる高圧配管８２の端部がケース７８を貫通するように挿入され、膨張弁１の入口ポート６に接続されている。膨張弁１と高圧配管８２との接続部、および高圧配管８２とケース７８との接続部には、Ｏリング８４，８６がそれぞれ設けられ、気密性が保持されている。膨張弁１の出口ポート８側の端部は、Ｏリング６８を介して低圧配管７４に気密に内挿されている。膨張弁１は、各アーム６４をケース７８の内壁に突き当てるようにしてケース７８内に安定に保持されている。

このように、戻り配管７６およびケース７８からなる戻り低圧配管内に膨張弁１の全体、入口ポート６と高圧配管８２との接続部、出口ポート８と低圧配管７４との接続部が配置される。その結果、例えばＯリング８４や６８を介して高圧の冷媒が微少漏れしたとしても漏れるのは戻り低圧配管の中となり、大気に漏れることはない。

図５は、実施の形態に係る膨張弁の特性を表す図である。図６は、比較例として弁体とスプリングとの間にホルダを設けない膨張弁の特性を表す図である。各図において、（Ａ）は、パワーエレメント４が感圧する被感知圧力と弁開度との関係を表している。その横軸が被感知圧力（感圧圧力）を表し、縦軸が弁開度を表している。（Ｂ）は、弁洩れ特性を表している。その横軸は時間の経過を表し、縦軸は弁部の下流側の圧力を表している。

図５（Ａ）に示すように、本実施の形態においては、パワーエレメント４が感圧する被感知圧力、つまりエバポレータ出口側の圧力が大きくなるほど、ダイアフラム５２が密閉空間Ｓ１を縮小する方向に変位するため、膨張弁１の弁開度は小さくなる。そして、閉弁状態から被感知圧力が低下すると、再び開弁状態へ移行する。なお、このエバポレータの出口側圧力は、その出口側温度に比例する。図中の矢印は弁開度の変化の方向を表しており、被感知圧力が上昇するときと下降するときとで所定のヒステリシスが生じているが、これは、パワーエレメント４の温度感知によるダイアフラム５２の変位等によるものである（以下、同様）。本実施の形態によれば、このようなヒステリシスがあるものの、被感知圧力と弁開度とが比例的に安定した特性が得られている。また、同図（Ｂ）に示す例では、時刻ｔ１においてコンプレッサが停止されたため、弁部の下流側の圧力が上昇しているが、弁体１４が速やかに着座するために、その圧力上昇が抑えられている。

これに対し、図６（Ａ）に示す比較例では、膨張弁１が閉弁状態へ移行する過程でスプリング４０が座屈して弁体１４に横力が作用し、弁体１４と弁孔１２との軸線がずれたために、弁体１４が弁座３０に引っ掛かり、閉弁動作が一時的に阻害されている。その結果、閉弁動作の応答性が低下し、同図（Ｂ）にも示すように、閉弁状態に到るまでの圧力上昇が大きくなっている。また、閉弁状態から開弁動作に移行する際のヒステリシスも大きくなっている。

すなわち、比較例ではスプリング４０の座屈によりその付勢力に横力が発生し、その横力が弁体１４に作用した状態で弁部が開閉動作を行ったため弁開度特性が悪化しているが、本実施の形態によれば、その弁開度特性が良好に保持されている。すなわち、本実施の形態によれば、スプリング４０の付勢力が、ホルダ３４を介して間接的に弁体１４に付与されるため、スプリング４０の変形等によりその付勢力の方向が弁部の開閉方向からずれたとしても、ホルダ３４がそのずれを吸収する。ホルダ３４はボディ２に沿って軸線方向に摺動するため、その付勢力を弁体１４に対して常に軸線方向、つまり弁部の開閉方向に伝達することができるのである。その結果、スプリング４０による付勢力の方向にずれがあったとしても、弁体１４を適正に作動させることができ、その弁開度特性を安定に保持することができる。特に、本実施の形態のようにパワーエレメント４が小型化された構成においては、弁体１４のストロークそのものが比較的小さくなるため、スプリング４０の傾きの影響を受けやすくなるところ、このようにホルダ３４によりこれを吸収できるため、その効果が大きくなる。

次に、膨張弁の動作について説明する。
車両用空調装置が停止しているとき、パワーエレメント４の密閉空間Ｓ１（感温室）に封入されたガスは凝縮されて圧力が低くなっているので、図１に示したように、ダイアフラム５２は閉弁方向（同図の上方）へ変位する。その変位がディスク６２および作動ロッド２６を介して弁体１４に伝達され、膨張弁１は全閉状態となる。

ここで、車両用空調装置が起動すると、コンプレッサによって冷媒が吸引されるので、ケース７８内の圧力が低下する（図３および図４参照）。その結果、パワーエレメント４がこれを感知してダイアフラム５２が開弁方向へ変位する。その変位が弁体１４に伝達され、膨張弁１は開弁状態へ移行する。一方、コンプレッサによって圧縮された冷媒はコンデンサにて凝縮され、レシーバにて気液分離された液冷媒が高圧配管８２を通じて膨張弁１の入口ポート６に供給されるようになる。高温・高圧の液冷媒は、膨張弁１を通過するときに絞り膨張され、低温・低圧の気液混合冷媒となって出口ポート８を出る。その冷媒は、低圧配管７４および入口配管７０を介してエバポレータに供給され、その内部で蒸発されることにより車室内温度との熱交換を行う。エバポレータを通過した冷媒は、出口開口部７２、戻り配管７６、ケース７８および低圧配管８０を介してコンプレッサに戻る。

パワーエレメント４の開放空間Ｓ２は通気孔６０を介してケース７８の内部と連通しているので、エバポレータから戻ってきた冷媒がケース７８を通過するとき、その冷媒が導入されてその温度および圧力がパワーエレメント４によって検出される。すなわち、車両用空調装置の起動当初においては、エバポレータから戻ってくる冷媒は、車室内の高温の空気との熱交換によってその温度が高くなっており、パワーエレメント４はその温度を感知し、密閉空間Ｓ１の圧力が高くなる。これにより、ダイアフラム５２は、ディスク６２がロアハウジング５６の底面に当接するまで開弁方向に変位し、膨張弁１は全開状態になる。

そして、エバポレータから戻ってくる冷媒の温度が低下してくると、密閉空間Ｓ１の圧力が低くなるため、それに応じてダイアフラム５２が閉弁方向へ変位する。その結果、膨張弁１は、閉弁方向に動作してこれを通過する冷媒の流量を制御するようになる。通常の環境下においては、膨張弁１は、エバポレータの出口側の冷媒温度を感知して、その冷媒が所定の過熱度を保持するようにエバポレータに供給する冷媒の流量を制御する。これにより、コンプレッサには常に過熱状態の冷媒が戻るため、安定した運転が行われる。

［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。本実施の形態に係る膨張弁は、ガイド部材の形状が異なる以外は第１の実施の形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第１の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７は、第２の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。図８は、ホルダ単体の構成を詳細に示す図である。（Ａ）はその平面図を表し、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図を表している。

膨張弁２０１のホルダ２３４は、下面にボス部３６が突設された三角板状の本体２３５を有し、その本体２３５の各頂点部から下方に向けて脚部２４２（「ガイド部」に該当する）が延設されている。脚部２４２は、ボディ２の内周面に沿った外周面を有し、本体の周方向に１２０度おきに設けられている。ホルダ２３４は、その脚部２４２を介してボディ２の内周面に摺動する。このとき、ホルダ２３４の隣接する脚部２４２とボディ２の内周面との間には、冷媒の通過を許容する連通路が形成される。スプリング４０とホルダ２３４との連結部には、所定の遊びが設けられている。このような形状のホルダ２３４によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、仮にスプリング４０の軸線が弁体１４の軸線とずれたとしても、そのずれを吸収することができ、膨張弁２０１の弁開度特性を良好に保持することができる。

［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。本実施の形態に係る膨張弁は、弁部の構成が若干異なる以外は第２の実施の形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第２の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図９は、第３の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。

膨張弁３０１においては、ボディ３０２の区画壁３１０に図１に示したようなガイド孔１６は設けられておらず、弁孔３１２として弁孔１２よりも大きな円孔が設けられている。作動ロッド３２６の下端に設けられた弁体３１４は、弁座３０に着脱するための比較的大きなテーパ面を有し、その構成が簡素化されている。

すなわち、ホルダ２３４と弁体３１４とは当接するが、互いに固定されてはいない。したがって、両者はその当接面において摺動し、相対変位可能となっている。また、膨張弁１の組み付け当初において仮に弁体３１４の軸線が弁孔３１２の軸線とずれていたとしても、このようにホルダ２３４と弁体３１４とが相対変位可能であるため、弁体３１４が開閉作動を繰り返すうちにその自動調心がなされるようになる。このため、その自動調心を前提として作動ロッド３２６の弁体側のガイド構造を省略している。これにより、第１の実施の形態と比較してその弁孔近傍の構成を簡素化することができ、膨張弁３０１の製造コストを低減することができる。

［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。本実施の形態に係る膨張弁は、弁座を可動にした点等が異なる以外は第３の実施の形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第３の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１０は、第４の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。

膨張弁４０１においては、ボディ４０２とホルダ４３４との間に可動弁座形成部材４２０が介装されている。可動弁座形成部材４２０は、ボディ４０２内に摺動可能に配置された有底円筒状の本体を有し、その本体の底部中央を貫通するように弁孔１２が形成されている。区画壁３１０における弁孔１２との対向位置には、弁孔１２と同じ断面形状の円孔４１２が形成されている。可動弁座形成部材４２０の弁孔１２の下流側開口端縁には弁座３０が形成されている。

可動弁座形成部材４２０は、その外周面を介してボディ４０２に摺動するが、その外周面には環状溝４２２が形成されており、そこにシール用のＯリング４２４が嵌着されている。このＯリング４２４によって、可動弁座形成部材４２０の外周面とボディ４０２の内周面との間隙を介した冷媒の流れが遮断されている。

低圧冷媒通路２０における可動弁座形成部材４２０のやや下流側には、段付円筒状のストッパ４３０が圧入されている。ストッパ４３０は、上方に向かって縮管しており、その先端部にて可動弁座形成部材４２０を下方から係止できるように配置されている。可動弁座形成部材４２０とストッパ４３０との間には、可動弁座形成部材４２０を上方に付勢するスプリング４３２（「第２の付勢部材」に該当する）が介装されている。一方、区画壁３１０の円孔４１２の下流側開口部には、下方にやや隆起したストッパ部４１４が形成されており、可動弁座形成部材４２０を上方から係止できるように配置されている。すなわち、ストッパ部４１４によって可動弁座形成部材４２０の上死点が規定され、ストッパ４３０により可動弁座形成部材４２０の下死点が規定されている。したがって、可動弁座形成部材４２０は、その前後差圧によって軸線方向に動作するが、ストッパ部４１４およびストッパ４３０によってその摺動変位が規制される。

ホルダ４３４は、その半径方向および軸線方向の大きさが第３の実施の形態のホルダ２３４よりも小さく構成されている。ホルダ４３４は、その外周面の外径が可動弁座形成部材４２０の内径とほぼ等しくなっており、可動弁座形成部材４２０に内挿されている。ホルダ４３４は、その３つの脚部４４２が可動弁座形成部材４２０の内周面に摺動可能にガイドされる。すなわち、ホルダ４３４は、可動弁座形成部材４２０を介してボディ４０２により間接的にガイドされることになる。ホルダ４３４とアジャスト部材３８との間には、上方に向けて縮径する円錐状のスプリング４４０が介装されている。なお、上述したスプリング４３２の荷重は、スプリング４４０の荷重よりも相当小さく設定されている。

以上のような構成により、車両が低温環境下におかれても車両空調装置の性能を良好に保つことができる。すなわち、車両空調装置が定常状態にて制御されているときには、膨張弁４０１に入口ポート６を介して十分に高い圧力が導入されるため、可動弁座形成部材４２０は下死点に変位する。弁体３１４は、この下死点に変位された弁座３０に着脱して弁部を開閉することになる。一方、低温環境下においてエバポレータの出口側温度が低下した結果、膨張弁４０１の弁部の前後差圧が低下すると、可動弁座形成部材４２０がスプリング４３２の付勢力によって上方に変位する。その結果、膨張弁４０１の弁開度が相対的に大きくなり、エバポレータ側に十分な冷媒を流すことができる。その結果、エバポレータを流れる冷媒の圧力低下、つまりエバポレータの温度低下を抑制することができ、エバポレータを凍結させることなく、除湿等を含む車両空調装置の性能を良好に保つことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

各実施の形態では特に述べなかったが、弁体とホルダとの相対変位の許容を促進するために、両者の少なくとも当接面に摩擦抵抗を低減可能なコーティング等の処理を行うようにしてもよい。これにより、弁体および作動ロッドによる調心作用をより有効に発揮させることができる。

上記実施の形態の膨張弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、本発明の膨張弁は、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにコンデンサに代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。その際、パワーエレメント４を構成するダイヤフラム等の強度を補うために、金属製の皿ばね等を重ねて配置してもよい。あるいは、ダイヤフラムに置き換えて皿ばね等を配置してもよい。

上記実施の形態の膨張弁においては、エバポレータから戻ってきた冷媒の圧力と温度を感知する感圧部材としてダイアフラムを用いる例を示した。感圧部材としてはこのほか、ベローズ等のように圧力を感知して伸縮するものを採用することもできる。しかし、膨張弁全体のコンパクト化を実現するうえでは薄膜状の感圧部材であるダイアフラムを採用するほうが好ましい。

第１の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。 ホルダ単体の構成を詳細に示す図である。 冷凍サイクルにおける膨張弁の配管取り付け構造を表す平面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。 実施の形態に係る膨張弁の特性を表す図である。 比較例として弁体とスプリングとの間にホルダを設けない膨張弁の特性を表す図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。 ホルダ単体の構成を詳細に示す図である。 第３の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。 第４の実施の形態に係る膨張弁の断面図である。

符号の説明

１ 膨張弁、 ２ ボディ、 ４ パワーエレメント、 ６ 入口ポート、 ８ 出口ポート、 １２ 弁孔、 １４ 弁体、 １６ ガイド孔、 １８ 高圧冷媒通路、 ２０ 低圧冷媒通路、 ２６ 作動ロッド、 ３０ 弁座、 ３４ ホルダ、 ３６ ボス部、 ３８ アジャスト部材、 ４０ スプリング、 ４２ ガイド部、 ５０ ハウジング、 ５２ ダイアフラム、 ６０ 通気孔、 ７０ 入口配管、 ７２ 出口開口部、 ７４ 低圧配管、 ７６ 戻り配管、 ７８ ケース、 ８０ 低圧配管、 ８２ 高圧配管、 １００ エバポレータ、 ２０１ 膨張弁、 ２３４ ホルダ、 ２４２ 脚部、 ３０１ 膨張弁、 ３０２ ボディ、 ３１２ 弁孔、 ３１４ 弁体、 ３２６ 作動ロッド、 ４０１ 膨張弁、 ４０２ ボディ、 ４１４ ストッパ部、 ４２０ 可動弁座形成部材、 ４３０ ストッパ、 ４３２ スプリング、 ４３４ ホルダ、 ４４０ スプリング、 ４４２ 脚部、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (7)

1. 冷凍サイクルにおける上流側から導入された冷媒をボディ内の弁部を通過させることによ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膨張弁であって、
   前記ボディを貫通する冷媒通路の中間部に設けられた弁孔に接離して前記弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディに取り付けられたハウジングと、そのハウジングを基準圧力が満たされる密閉空間と前記エバポレータから戻ってきた冷媒の被感知圧力が導入される開放空間とに仕切り、その被感知圧力が低下したときに前記弁体の開弁方向に変位し、その被感知圧力が上昇したときに前記弁体の閉弁方向に変位する感圧部材とを有する感圧部と、
   前記感圧部材の変位を前記弁体に伝達して前記弁部を開閉させる作動ロッドと、
   前記弁体の前記感圧部とは反対側に配置され、前記弁体に閉弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、
   前記弁体と前記付勢部材との間に介装され、少なくとも前記弁体に対しては相対変位を許容するように当接配置される一方、前記ボディ内において軸線方向に沿って摺動可能に支持されるガイド部材と、
   を備えることを特徴とする膨張弁。
2. 前記ガイド部材が、前記ボディに摺動可能にガイドされるように前記冷媒通路に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記ガイド部材は、その外周部に複数のガイド部を有し、そのガイド部において前記ボディに摺動し、隣接するガイド部と前記ボディとの間に冷媒の通過を許容する連通路が形成されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
4. 前記付勢部材が、前記ガイド部材に対して相対変位を許容するように当接配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膨張弁。
5. 前記ボディが、前記冷媒通路の一端部に設けられた入口ポートを介して上流側の高圧配管に接続されるとともに、前記冷媒通路の他端部に設けられた出口ポートを介して前記エバポレータの入口へつながる低圧配管に接続されるものであり、
   前記エバポレータの出口とコンプレッサの入口との間の戻り低圧配管内に、前記ボディと前記感圧部を含む当該膨張弁全体、前記入口ポートと前記高圧配管との接続部、および前記出口ポートと前記低圧配管との接続部が配置されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膨張弁。
6. 前記ボディ内に摺動可能に配置された本体と、前記本体に貫通形成され前記作動ロッドを貫通させる前記弁孔と、前記弁孔の下流側開口端縁に形成された弁座とを有する可動弁座形成部材と、
   前記可動弁座形成部材を開弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
   前記可動弁座形成部材の摺動変位を規制するストッパと、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の膨張弁。
7. 前記可動弁座形成部材の本体が筒状をなし、その外周面を介して前記ボディに摺動し、
   前記ガイド部材が、前記可動弁座形成部材に摺動可能に内挿されていることを特徴とする請求項６に記載の膨張弁。

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