JP2012184793A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減した膨張弁を提供する。
【解決手段】弁体２１を保持しているバルブホルダ２２と摺動片２６とを一体に形成し、その摺動片２６は、圧縮コイルスプリング２３の荷重を調節するスプリングホルダ２４の内壁に摺動させる構成にした。摺動片２６は、弁体２１が開閉動作するときの動作に連動してスプリングホルダ２４を摺動することにより、弁体２１の開閉方向の振動を抑制している。バルブホルダ２２と摺動片２６とを一体にすることで、部品点数が低減され、膨張弁のコストを低減することができ、組み付け性も向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は膨張弁に関し、特に自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルにおいて液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の蒸気冷媒にしてエバポレータに送り込むようにする膨張弁に関する。

自動車用エアコンシステムでは、コンプレッサにて圧縮された冷媒をコンデンサで凝縮させ、レシーバにて気液分離された高温・高圧の液冷媒を膨張弁が断熱膨張させて低温・低圧の蒸気冷媒にし、その蒸気冷媒をエバポレータで蒸発させてコンプレッサに戻すようにした冷凍サイクルが構成されている。冷媒を膨張させる膨張弁としては、エバポレータ出口の冷媒の温度および圧力に応じてエバポレータへ供給する冷媒の流量を制御するようにした温度式の膨張弁が一般に用いられている。

この膨張弁は、液冷媒を絞り膨張させる弁部と、エバポレータ出口の冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、そのパワーエレメントの感知結果を弁部に伝達して弁部の開度を制御するシャフトとを備えている。弁部では、高圧の冷媒が供給されていてその圧力が弁体に対して閉弁方向に作用しているので、その高圧の冷媒が周期的な圧力変動を起こすと、弁体が開閉方向に振動して異音を発生する原因になっている。

このような異音は、乗員にとって不快な騒音であるため、そのような異音を抑制する方法がいくつか提案されている。たとえば、弁体の振動がシャフトを介して伝達されることから、そのシャフトの振動を抑制する機構を備えたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１によれば、シャフトのパワーエレメント側の端面をダイヤフラム受け盤に形成された斜面に当接させ、ダイヤフラム受け盤には、パワーエレメントのハウジングの内面を摺動する脚状部が形成されている。これによって、シャフトがダイヤフラム受け盤の斜面に当接する方向の加重を加えると、ダイヤフラム受け盤がダイヤフラムの面の方向に移動し、脚状部がハウジングの内面を摺動することで、弁体の振動を抑制している。

また、弁体を支持する支持部材に、弁体の振動を抑制する機構を備えたものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２によれば、弁体を支持する支持部材に防振ばねを設け、その防振ばねをボディの内壁に摺動させることで、ボディとの間に摺動力を生じさせて、弁体の振動を抑制している。

さらに、弁体を閉弁方向に付勢するばねの加重を調整するアジャストねじに、弁体の振動を抑制する機構を備えたものが知られている（たとえば、特許文献３参照）。この特許文献３によれば、アジャストねじに、振動減衰装置を設け、その振動減衰装置を弁体の支持部材に摺動させることで、弁体の振動を抑制している。

特開２００１−１２４２３６号公報 特開２００５−１５６０４６号公報 米国特許第４５４２８５２号公報

しかしながら、弁体の振動抑制を行うためには、摺動を生じさせる部材を備える必要があり、それが膨張弁のコストを上昇させ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、コストを低減した膨張弁を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、蒸発した冷媒が所定の過熱度を維持するように絞り膨張させる液冷媒の流量を制御する膨張弁において、弁体を保持するバルブホルダと、前記弁体の開閉方向の振動を抑制する摺動部材とが同一材料にて一体に形成されてい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、バルブホルダと摺動部材とを一体に形成したことにより、部品点数が低減し、膨張弁のコストが低減される。

上記構成の膨張弁は、バルブホルダと摺動部材とを一体に形成したので、弁体の振動を抑制する機構がシンプルかつコンパクトに実現され、しかも膨張弁としての製造コストを低減できるという利点がある。また、膨張弁のボディに組み込まれるバルブホルダおよび摺動部材が一体になっていることで、組み付け性を向上させることができる。

第１の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図である。 図１の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図である。 図３の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。 第３の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図である。 図５の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。

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は第１の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図、図２は図１の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。

この第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、弁部を収容したボディ１１と冷媒の温度および圧力に応動して弁部を制御するパワーエレメント１２とを備えた温度式膨張弁である。ボディ１１には、高圧の冷媒を受ける高圧入口ポート１３と、低圧の冷媒を導出する低圧出口ポート１４と、エバポレータを出た冷媒を受ける低圧入口ポート１５と、冷媒をコンプレッサへ戻す低圧出口ポート１６とが設けられている。ボディ１１は、図２に示す形状の輪郭と低圧入口ポート１５および低圧出口ポート１６の間の連通孔とを有するたとえばアルミニウム製の押し出し材を加工して形成される。

高圧入口ポート１３は、これよりも通路断面積の小さな冷媒流通孔１７を介して弁室１８に接続されている。弁室１８は、弁孔１９を介して低圧出口ポート１４に連通されている。弁孔１９の弁室１８側の端部は、弁座２０になっており、その弁座２０に対して着座可能なボール形状の弁体２１が弁室１８内に配置され、その弁座２０と弁体２１と弁孔１９とでこの膨張弁１０の弁部を構成している。

弁体２１は、バルブホルダ２２に支持され、このバルブホルダ２２は、弾性体である圧縮コイルスプリング２３によって弁体２１を弁座２０に着座させる方向に付勢されている。圧縮コイルスプリング２３は、そのバルブホルダ２２とは反対の側がボディ１１に圧入されているスプリングホルダ（アジャスト部材）２４によって受けられている。スプリングホルダ２４は、ボディ１１への圧入量を調節することで、弁孔１９を閉じる方向にバルブホルダ２２を付勢するばね荷重が調整される。これにより、この膨張弁１０のセット値が調整され、この膨張弁１０が制御しようとするエバポレータの出口における冷媒の過熱度が設定されることになる。スプリングホルダ２４は、また、その外周面に溝が周設されており、その溝には、シール部材であるＯリング２５が設けられていて、圧入部位がシールされている。

バルブホルダ２２は、また、複数の摺動片（摺動部材）２６が同一材料にて一体に形成されており、その摺動片２６の自由端側は、スプリングホルダ２４の内壁に圧接されている。バルブホルダ２２は、弁体２１と圧縮コイルスプリング２３とによって挟持されているので、弁体２１が弁座２０に対して近接または離間する動作に連動して摺動片２６がスプリングホルダ２４の内壁を摺動移動することになる。

バルブホルダ２２および摺動片２６は、たとえばばね用ステンレス鋼の板材をプレス加工により一体に形成され、個々に備えている場合に比較して部品点数を低減している。カップ形状のバルブホルダ２２は、弁体２１を支持するために剛体である必要性から、筒状部および圧縮コイルスプリング２３を受けるフランジ部に補強用のビード２７が設けられている。これに対し、摺動片２６は、しなやかなばね性を有する必要性から、補強は施されていない。また、スプリングホルダ２４も、摺動片２６による摺動によって容易に摩耗することがないようにステンレス鋼によって形成されている。このスプリングホルダ２４および摺動片２６は、高圧入口ポート１３に導入される高圧の冷媒が変動することにより弁体２１が開閉方向に振動するのを防止する機構を構成している。なお、ボール形状の弁体２１は、組み付け時の作業を容易にするため、バルブホルダ２２にスポット溶接で接合されてバルブホルダ２２および摺動片２６と一体にされている。

膨張弁１０のボディ１１は、また、低圧入口ポート１５と低圧出口ポート１６との間にこれらを連通する冷媒戻り通路２８を有し、図の上端部にはその冷媒戻り通路２８を通過する冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２が設けられている。パワーエレメント１２は、アッパーハウジング２９と、ロアハウジング３０と、これらアッパーハウジング２９およびロアハウジング３０によって挟持されたダイヤフラム３１と、ロアハウジング３０内に配置されたディスク３２とを備えている。アッパーハウジング２９とダイヤフラム３１とによって囲まれた感温室には、所定のガスが封入されている。ロアハウジング３０は、その中央部に開口部を有し、その開口部の周囲より図の下方にハブ部が延出され、そのハブ部の外周面には、ねじ山が刻設されている。パワーエレメント１２は、そのロアハウジング３０をボディ１１の図の上端部に形成された孔部にねじ込むことによってボディ１１と連結されている。

ディスク３２は、ロアハウジング３０のハブ部の径より大きな外径を有し、ダイヤフラム３１と当接する円盤状のダイヤフラム受部と、このダイヤフラム受部の中央部より延出された円筒状延出部とを有している。円筒状延出部は、ロアハウジング３０のハブ部の内径より小さな外径を有し、図の下端面には凹部が形成されている。

ディスク３２の図の下方には、ダイヤフラム３１の変位を弁体２１へ伝達するシャフト３３が配置され、ボディ１１によって軸線方向に進退自在に支持されている。このシャフト３３は、その上端部が、ディスク３２の円筒状延出部に形成された凹部に挿入されてその凹部の底面に当接され、下端部が弁体２１に当接されている。シャフト３３は、ボディ１１によって支持されている部位に溝が周設されており、その溝には、Ｏリング３４が設けられている。このＯリング３４を設けることにより、膨張した冷媒がエバポレータをバイパスして冷媒戻り通路２８に漏れるのを防止している。

以上の構成の膨張弁１０によれば、高圧入口ポート１３に導入された液冷媒は、冷媒流通孔１７を介して弁室１８に入る。このとき、液冷媒が冷媒流通孔１７を通過するときに、大きな気泡は、その通過が抑制されるとともに小さな気泡に細分化される。弁室１８に入った液冷媒は、弁座２０と弁体２１との間の隙間および弁孔１９を介して低圧出口ポート１４に流れる。このとき、その液冷媒は、絞り膨脹されて、低温・低圧の蒸気冷媒となり、低圧出口ポート１４からエバポレータに供給される。エバポレータにて車室内空気との熱交換により蒸発されたガス冷媒は、低圧入口ポート１５に入り、冷媒戻り通路２８を通って低圧出口ポート１６からコンプレッサに戻される。ガス冷媒が冷媒戻り通路２８を通過するとき、そのガス冷媒は、パワーエレメント１２のロアハウジング３０の空間に導入されて温度および圧力が検出され、それに応じてダイヤフラム３１が変位する。そのダイヤフラム３１の変位は、ディスク３２およびシャフト３３を介して弁体２１に伝達され、弁体２１の弁座２０からの弁リフトを調整して、エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する。このようにして、膨張弁１０は、エバポレータの出口における冷媒の過熱度が所定値を維持するような流量に制御して、エバポレータに供給することになる。

図３は第２の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図、図４は図３の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。なお、この図３および図４において、図１および図２に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素について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４０は、弁体２１、バルブホルダ２２および摺動片２６を同一材料にて一体に形成している。すなわち、弁体２１、バルブホルダ２２および摺動片２６は、たとえばばね用ステンレス鋼の板材をプレス加工により一体に形成されている。弁体２１は、第１の実施の形態に係る膨張弁１０に使用されているカップ状のバルブホルダ２２の底部を半球形状に膨出した形状になっている。これにより、第１の実施の形態に係る膨張弁１０に比較して部品点数をさらに低減している。

この膨張弁４０は、スプリングホルダ２４をボディ１１に圧入する部位のシール構造を膨張弁１０から変更している。すなわち、この膨張弁４０では、スプリングホルダ２４を圧入するために設けられたボディ１１の圧入孔の内壁に中ぐり加工により溝を形成し、その溝にＯリング２５を設けて、スプリングホルダ２４とボディ１１との間をシールしている。

この膨張弁４０は、さらに、スプリングホルダ２４によって圧縮コイルスプリング２３のばね荷重を調整した後に、ボディ１１の圧入孔入口の周囲に溝を設けることによって形成された筒状部４１をかしめ加工により内側に変形している。これにより、スプリングホルダ２４は、弛むことなく圧入孔にて圧入調整された圧入量が恒久的に維持され、脱落も防止されることになる。また、ボディ１１の圧入孔入口の周囲にたがねを当てることでも同様の効果を得ることができる。

図５は第３の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図、図６は図５の面に直角な平面で見た中央縦断面図である。なお、この図５および図６において、図１ないし図４に示した構成要素と同じまたは均等の構成要素について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５０は、第２の実施の形態に係る膨張弁４０と比較して、一体に形成された弁体２１の形状を変形している。すなわち、この膨張弁５０では、弁体２１は、截頭円錐形状に形成されている。

この膨張弁５０は、また、スプリングホルダ２４とボディ１１との間のシールを、Ｏリングを使用することなくボディ１１の圧入孔にスプリングホルダ２４を圧入することによる金属接合で行っており、これにより、部品点数を低減している。なお、膨張弁５０を冷媒漏れ防止に対する要求の厳しい環境で使用する場合には、ねじロック、液状ガスケット、タイトシールなどのシーリングコンパウンド（シール部材）をスプリングホルダ２４に塗布することで圧入部分のシール性をさらに向上できる。

この膨張弁５０は、さらに、第２の実施の形態に係る膨張弁４０でシャフト３３のシールに用いていたＯリング３４を備えていない。シャフト３３のボディ１１による支持部分は、低圧出口ポート１４と低圧入口ポート１５との間を連通している部分である。しかし、低圧出口ポート１４および低圧入口ポート１５は、いずれも低圧であって、圧力差も小さいので、低圧出口ポート１４から低圧入口ポート１５へ漏れる冷媒の量が少ない。しかも、冷媒中に含まれるコンプレッサの潤滑油がシャフト３３とボディ１１との間のクリアランスに浸入している場合には、低圧出口ポート１４から低圧入口ポート１５への実質的な漏れはないのである。これにより、膨張弁５０は、さらに部品点数を低減していることになる。

１０ 膨張弁
１１ ボディ
１２ パワーエレメント
１３ 高圧入口ポート
１４ 低圧出口ポート
１５ 低圧入口ポート
１６ 低圧出口ポート
１７ 冷媒流通孔
１８ 弁室
１９ 弁孔
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ バルブホルダ
２３ 圧縮コイルスプリング
２４ スプリングホルダ
２５ Ｏリング
２６ 摺動片
２７ ビード
２８ 冷媒戻り通路
２９ アッパーハウジング
３０ ロアハウジング
３１ ダイヤフラム
３２ ディスク
３３ シャフト
３４ Ｏリング
４０ 膨張弁
４１ 筒状部
５０ 膨張弁

Claims (10)

1. 蒸発した冷媒が所定の過熱度を維持するように絞り膨張させる液冷媒の流量を制御する膨張弁において、
   弁体を保持するバルブホルダと、前記弁体の開閉方向の振動を抑制する摺動部材とが同一材料にて一体に形成されていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記摺動部材は、前記弁体の閉弁方向に付勢するスプリングの荷重を調整するために設けられた筒状のスプリングホルダの内壁に摺動させる構成にしたことを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記弁体は、ボール形状を有し、前記バルブホルダに接合されて前記バルブホルダおよび前記摺動部材と一体にされていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
4. 前記弁体は、同一材料にて前記バルブホルダおよび前記摺動部材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. 前記弁体は、プレス加工により半球形状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の膨張弁。
6. 前記弁体は、プレス加工により截頭円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の膨張弁。
7. 前記バルブホルダは、補強のためのビードが設けられていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
8. 前記スプリングホルダは、前記弁体を収容しているボディに、前記スプリングが前記弁体を付勢している方向に圧入されていることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
9. 前記スプリングの荷重を調整するために圧入量が調整された前記スプリングホルダは、前記ボディの圧入孔入口の周囲をかしめ加工することで脱落が防止されていることを特徴とする請求項８記載の膨張弁。
10. 前記スプリングホルダと前記ボディとの間は、シール部材によってシールされていることを特徴とする請求項８記載の膨張弁。

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