JP2018128209A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】制御ハンチングを防止しつつ、良好に機能する膨張弁を提供する。【解決手段】ある態様の膨張弁は、蒸発器から戻ってきた冷媒が通過する第２の通路１４と、第２の通路１４に連通する取付孔５０と、を有するボディ２と、取付孔５０を閉止するようにボディ２に取り付けられるパワーエレメント３と、パワーエレメント３の駆動力を弁体１８に伝達するシャフト３３と、開放空間Ｓ２と第２の通路１４とをつなぐ連通路５４を部分的に遮断し、第２の通路１４から開放空間Ｓ２への冷媒の流入を制限するプレート３１と、を備える。プレート３１は、連通路５４の開口面積に関し、シャフト３３の軸線より上流側の開口面積を下流側の開口面積よりも大きくする。【選択図】図２

Description

本発明は膨張弁に関し、特に冷凍サイクルに好適な温度式膨張弁に関する。

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圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を絞り膨張させる膨張弁、その冷媒の蒸発潜熱により車室内の空気を冷却する蒸発器が設けられている。膨張弁としては、例えば、蒸発器から導出される冷媒が所定の過熱度を有するように、蒸発器の出口側の冷媒の温度および圧力を感知して弁開度を調整し、蒸発器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）。

このような膨張弁のボディには、凝縮器から蒸発器へ向かう冷媒を通過させる第１の通路と、蒸発器から戻ってきた冷媒を通過させる第２の通路とが形成される。第１の通路には弁孔が形成され、その弁孔に対向するように弁体が配設される。弁体は、弁孔に接離して蒸発器へ向かう冷媒の流量を調整する。また、ボディの一端には取付孔が設けられ、連通孔を介して第２の通路と連通している。この取付孔にパワーエレメントが取り付けられる。パワーエレメントは、第２の通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知して作動し、その駆動力がシャフトを介して弁体に伝達される。シャフトは、第１の通路と第２の通路との隔壁を貫通し、一端側がパワーエレメントに接続され、他端側が弁体に接続される。

パワーエレメントは、ボディに組み付けられるハウジングと、そのハウジングを密閉空間と開放空間とに仕切るダイヤフラムと、開放空間に配置されるディスクと、を備える。密閉空間には感温用ガスが封入され、開放空間は第２の通路に連通する。第２の通路を流れる冷媒の一部が開放空間に出入りする。その冷媒の温度および圧力に応じて密閉空間が膨張又は収縮することでダイヤフラムが変位し、その変位による駆動力がディスクを介してシャフトに伝達される。蒸発器の出口の冷媒温度が低くなると密閉空間が収縮するため、弁部が閉弁方向に作動する。逆に、その冷媒温度が高くなると密閉空間が膨張するため、弁部が開弁方向に作動する。このようなパワーエレメントの自律的な作動により弁部の開度が調整され、蒸発器出口の冷媒の過熱度が適正に制御される。開放空間に導入された冷媒の温度をダイヤフラムへ効率的に伝達するために、ディスクには一般に熱伝導率の大きい材質からなるものが用いられる。

ところで、冷凍サイクルの低負荷時には、蒸発器の出口から送出される冷媒において液相成分の割合が大きくなり、その液冷媒（液滴）がパワーエレメントの開放空間に導かれてディスクに付着することがある。液冷媒（液相）はガス冷媒（気相）に比べて熱伝達の時定数（以下、単に「時定数」ともいう）が小さいため、熱伝導率の高いディスクに付着することで、弁部が頻繁に開閉するハンチングを生じさせる可能性がある。

そこで、このハンチングを抑制するために、パワーエレメントの開放空間と第２の通路とを連通させる連通路に閉鎖板を設け、その閉鎖板に設けた均圧穴を介してのみ冷媒の流通を許容することで開放空間への液冷媒の導入を規制する技術も提案されている（例えば特許文献２参照）。この構成では、閉鎖板が段付円板状をなし、その中心にシャフトの挿通孔が設けられ、その挿通孔からオフセットした位置に小径の均圧穴が設けられる。閉鎖板には、均圧穴が第２の通路におけるシャフトよりも下流側に開口するように配置される。また、閉鎖板の小径部が連通路に嵌合することにより、第２の通路における連通路の位置での段差をなくし、冷媒通過音の低減を図っている。

特開２０１３−２４２１２９号公報 特開２０１３−２４５９２１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成について発明者らが検証した結果、パワーエレメント内への液冷媒の導入抑制に関し、均圧穴をシャフトよりも下流側に設けることの優位性は認められなかった。むしろ、シャフトよりも下流側に開口部を設けることで、液冷媒が開放空間に導かれ易くなることが確認された。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、制御ハンチングを防止しつつ、良好に機能する膨張弁を提供することにある。

本発明のある態様の膨張弁は、上流側から流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器へ供給し、蒸発器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調整する。この膨張弁は、上流側から蒸発器へ向けて流れる冷媒が通過する第１の通路と、蒸発器から戻ってきた冷媒が通過する第２の通路と、第１の通路に設けられた弁孔と、第２の通路に連通する取付孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部の開度を調整する弁体と、取付孔を閉止するようにボディに取り付けられるハウジングと、ハウジング内を感温媒体が封入された密閉空間と第２の通路に連通する開放空間とに仕切るダイヤフラムと、開放空間に配置されてダイヤフラムに当接するディスクと、を有するパワーエレメントと、第１の通路と第２の通路との隔壁を貫通し、一端側がディスクを介してダイヤフラムに接続され、他端側が弁体に接続され、ダイヤフラムの変位による軸線方向の駆動力を弁体に伝達するシャフトと、開放空間と第２の通路とをつなぐ連通路を部分的に遮断し、第２の通路から開放空間への冷媒の流入を制限する流入規制部と、を備える。

流入規制部は、連通路の開口面積に関し、シャフトの軸線より上流側の開口面積を下流側の開口面積よりも大きくする。

この態様によると、流入規制部が設けられることにより、開放空間と第２の通路とをつなぐ連通路の一部が遮断され、第２の通路から開放空間への冷媒の流入が制限される。特に連通路の開口面積に関し、シャフトの軸線より上流側の開口面積が下流側の開口面積よりも大きくされる。これにより、第２の通路から開放空間への冷媒の流入が適度に制限され、制御ハンチングの発生を抑制できる。

本発明によれば、制御ハンチングを防止しつつ、良好に機能する膨張弁を提供できる。

実施形態に係る膨張弁の断面図である。 パワーエレメントおよびその周辺構造を表す図である。 膨張弁の感温作用を表す図である。 プレートを有しない構成におけるパワーエレメント内への冷媒の流入状態を表す図である。 第１変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。 他の変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、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。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。

本実施形態は、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。この冷凍サイクルには、循環する冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器（室外熱交換器）、凝縮された冷媒を気液に分離する受液器、分離された冷媒を絞り膨張させて送出する膨張弁、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蒸発器（室内熱交換器）が設けられている。ここでは便宜上、膨張弁以外については詳細な説明を省略する。

図１は、実施形態に係る膨張弁の断面図である。
膨張弁１は、アルミニウム合金からなる素材を押出成形して得た部材に所定の切削加工を施して得られたボディ２を有する。ボディ２は角柱状をなし、その内部には冷媒の絞り膨張を行う弁部が設けられている。ボディ２の長手方向の端部には、パワーエレメント３が設けられている。

ボディ２の側部には、受液器側（凝縮器側）から高温・高圧の冷媒を導入する導入ポート６、膨張弁１にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒を蒸発器へ向けて導出する導出ポート７、蒸発器にて蒸発された冷媒を導入する導入ポート８、膨張弁１を通過した冷媒を圧縮機側へ導出する導出ポート９が設けられている。本実施形態では、導入ポート６および導出ポート９は、ボディ２の第１側面に開口する。導出ポート７および導入ポート８は、第１側面とは反対側の第２側面に開口する。変形例においては、第１側面と第２側面とが互いに直角をなす面として隣接していてもよい。導入ポート６と導出ポート９との間には、図示しない配管を取り付けるためのねじ穴１０が形成されている。各ポートには、配管の継手が接続される。

膨張弁１においては、導入ポート６、導出ポート７およびこれらをつなぐ冷媒通路により第１の通路１３が構成されている。第１の通路１３の中間部に弁部が設けられている。導入ポート６から導入された冷媒は、その弁部にて絞り膨張されて霧状となり、導出ポート７から蒸発器へ向けて導出される。一方、導入ポート８、導出ポート９およびこれらをつなぐ冷媒通路により第２の通路１４が構成されている。第２の通路１４は、ストレートに延びており、その中間部がパワーエレメント３の内部と連通している。導入ポート８から導入された冷媒の一部は、パワーエレメント３に供給されて感温される。第２の通路１４を通過した冷媒は、導出ポート９から圧縮機へ向けて導出される。

第１の通路１３の中間部には弁孔１６が設けられ、その弁孔１６の導入ポート６側の開口端縁により弁座１７が形成されている。弁座１７に導入ポート６側から対向するように弁体１８が配置されている。弁体１８は、弁座１７に着脱して弁部を開閉する球状のボール弁体４１と、そのボール弁体４１を下方から支持する弁体受け４３とを接合して構成されている。

ボディ２の下部には、内外を連通させる連通孔１９が形成されており、その上半部により弁体１８を収容する弁室４０が形成されている。弁室４０は、弁孔１６に連通し、弁孔１６と同軸状に形成されている。弁室４０は、また、側部にて上流側通路３７を介して導入ポート６に連通している。上流側通路３７は、弁室４０に向けて開口する小孔４２を含む。小孔４２は、第１の通路１３の通路断面が局部的に狭小化されて形成されている。

弁孔１６は、下流側通路３９を介して導出ポート７に連通している。すなわち、上流側通路３７、弁室４０、弁孔１６および下流側通路３９が、第１の通路１３を構成している。上流側通路３７と下流側通路３９とは互いに平行であり、それぞれ弁孔１６の軸線に対して直角方向に延在している。なお、変形例においては、上流側通路３７と下流側通路３９との互いの投影が直角をなすように（互いにねじれの位置となるように）導入ポート６又は導出ポート７の位置を設定してもよい。

連通孔１９の下半部には、その連通孔１９を外部から封止するようにアジャストねじ２０が螺着されている。弁体１８（正確には弁体受け４３）とアジャストねじ２０との間には、弁体１８を閉弁方向に付勢するスプリング２３が介装されている。アジャストねじ２０のボディ２への螺入量を調整することで、スプリング２３の荷重を調整することができる。アジャストねじ２０とボディ２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング２４が介装されている。

一方、ボディ２の上面中央には、エンボス状に隆起した支持部６０が設けられ、その支持部６０の中央には凹状（有底円孔状）の取付孔５０が設けられている。取付孔５０と第２の通路１４との隔壁５１を貫通するように連通孔５２が設けられている。連通孔５２は、取付孔５０の底部中央に同軸状に形成されている。パワーエレメント３は、その下部が取付孔５０に螺着され、ボディ２の上端開口部を封止するように支持部６０に組み付けられている。パワーエレメント３とボディ２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング３０が介装されている。

パワーエレメント３は、取付孔５０を閉止するようにボディ２に取り付けられるハウジング２５と、そのハウジング２５内を軸線方向に仕切るダイヤフラム２８とを備える。ハウジング２５は、アッパーハウジング２６とロアハウジング２７とを軸線方向に組み付けて構成される。アッパーハウジング２６は「第１ハウジング」として機能し、ロアハウジング２７は「第２ハウジング」として機能する。

すなわち、パワーエレメント３は、アッパーハウジング２６とロアハウジング２７との間にダイヤフラム２８を挟むように介装し、そのロアハウジング２７側にディスク２９を配置して構成されている。アッパーハウジング２６はステンレス材を有蓋状にプレス成形して得られる。ロアハウジング２７は、ステンレス材を段付円筒状にプレス成形して得られる。ディスク２９は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、両ハウジングよりも熱伝導率が大きい。

パワーエレメント３は、アッパーハウジング２６とロアハウジング２７との互いの開口部を突き合わせ、その外縁部にダイヤフラム２８の外縁部を挟むようにして組み付け、両ハウジングの接合部に沿って外周溶接が施されることにより容器状に形成されている。パワーエレメント３の内部は、ダイヤフラム２８により密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切られ、その密閉空間Ｓ１には感温用ガス（「感温媒体」として機能する）が封入されている。ディスク２９は、開放空間Ｓ２に配置されている。

取付孔５０の底部に円板状のプレート３１が配設されている。プレート３１は、「流入規制部」として機能し、開放空間Ｓ２と第２の通路１４とをつなぐ連通路５４を部分的に遮断し、第２の通路１４から開放空間Ｓ２への冷媒の流入を制限する。プレート３１は、シャフト３３を貫通させるための挿通孔３６を有する。その挿通孔３６が上流側に拡大されて「孔部」を形成し、冷媒の流通を促進する。第２の通路１４を通過する冷媒の一部は、連通孔５２および挿通孔３６を介して開放空間Ｓ２に導かれる。パワーエレメント３は、その冷媒の圧力および温度を感知して弁部の開閉方向の駆動力を発生する。パワーエレメント３の感温構造については、後に詳述する。

ボディ２の中央部には、第１の通路１３と第２の通路１４とを離隔する隔壁３５を貫通するように挿通孔３４が設けられている。この挿通孔３４は、小径部４４と大径部４６とを同軸状に有する段付孔である。小径部４４の下端が第１の通路１３に向けて開口し、大径部４６の上端が第２の通路１４に向けて開口する。小径部４４は、長尺状のシャフト３３を軸線方向に摺動可能に挿通する。大径部４６は、後述する防振ばね４８を同軸状に収容する取付孔を形成する。

シャフト３３は、ステンレス等からなる金属製のロッドであり、ディスク２９と弁体１８との間に介装されている。これにより、ダイヤフラム２８の変位よる駆動力が、ディスク２９およびシャフト３３を介して弁体１８へ伝達され、弁部が開閉される。シャフト３３の一端側は第２の通路１４を横断し、プレート３１を貫通してディスク２９に接続される。シャフト３３の他端側は、第１の通路１３の下流側通路３９を横断し、弁孔１６を通って弁体１８に接続される。

大径部４６には、シャフト３３に軸線方向と直角な方向の付勢力、つまり横荷重（摺動荷重）を付与するための防振ばね４８が収容されている。シャフト３３がその防振ばね４８の横荷重を受けることにより、冷媒圧力の変動によるシャフト３３や弁体１８の振動が抑制される。

防振ばね４８は、小径部４４と同軸状に固定され、シャフト３３を同軸状に挿通させるようにして支持する。防振ばね４８は、シャフト３３を半径方向内向きに付勢して摺動抵抗を与える。なお、防振ばね４８の具体的構造については、例えば特開２０１３−２４２１２９号公報に記載の構成を採用することができるため、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、挿通孔３４とシャフト３３との間のクリアランスを小さくして第１の通路１３から第２の通路１４への冷媒の漏れを抑制するクリアランスシールが実現されている。変形例においては、挿通孔３４とシャフト３３との間にＯリング等のシールリングを介装し、第１の通路１３から第２の通路１４への冷媒の漏れを防止するようにしてもよい。

以上のように構成された膨張弁１は、蒸発器から導入ポート８を介して戻ってきた冷媒の圧力及び温度をパワーエレメント３が感知してダイヤフラム２８が変位する。このダイヤフラム２８の変位が駆動力となり、ディスク２９およびシャフト３３を介して弁体１８に伝達されて弁部を開閉させる。一方、受液器から供給された液冷媒は、導入ポート６から導入され、弁部を通過することにより絞り膨張されて、低温・低圧の霧状の冷媒になる。その冷媒は導出ポート７から蒸発器へ向けて導出される。

次に、パワーエレメントの感温構造について詳細に説明する。
図２は、パワーエレメントおよびその周辺構造を表す図である。図２（Ａ）は図１のＡ部拡大図であり、図２（Ｂ）はプレート３１の平面図である。
図２（Ａ）に示すように、取付孔５０の内周面には雌ねじ部６２が形成されている。取付孔５０の底部中央（隔壁５１）には、上述した連通孔５２が設けられている。ボディ２の上面には係止面６４が形成され、その係止面６４に形成された嵌合溝６５にＯリング３０が嵌着されている。

一方、ロアハウジング２７は、下方に向けて段階的に縮径する段付円筒状をなし、その下半部が接続部６６を構成している。接続部６６の外周面には、雌ねじ部６２と螺合可能な雄ねじ部６８（「ねじ部」として機能する）が形成されている。ロアハウジング２７は、接続部６６を取付孔５０に螺入していくことによりボディ２に取り付けられる。ロアハウジング２７における接続部６６の基端部（「係止部」として機能する）は、軸線に対して垂直な係止面７０となっており、ボディ２の係止面６４と当接可能に構成されている。

ディスク２９は、円板状の本体７２と、本体７２の下面中央から下方に延出する伝熱促進部７４とを有する。図示のように伝熱促進部７４の側面を大きくとることで、開放空間Ｓ２に導入された冷媒の温度を効率よく伝達可能となる。伝熱促進部７４の外径は、接続部６６の内径よりやや小さい。伝熱促進部７４の下面中央には、下方に向けテーパ状に拡径する凹部７６が形成されている。本体７２の下面には溝部５３が設けられている。開放空間Ｓ２に流入した冷媒は、溝部５３を介してダイヤフラム２８の下面に導かれる。

図２（Ｂ）にも示すように、プレート３１は、上下面がフラットな円板状をなし、その中央から上流側に延びるように挿通孔３６が設けられている。プレート３１は、取付孔５０の底部に同軸状に支持されている。プレート３１の外径は、取付孔５０の内径とほぼ等しいが、やや小さくされている。プレート３１は、取付孔５０に対して径方向に固定されていない。それにより、プレート３１の組み付けを容易にしている。プレート３１の厚みは、取付孔５０の底部とロアハウジング２７の下端との間隔Ｌよりもやや小さい。ロアハウジング２７の下端は、プレート３１の外周縁近傍の上面と対向する。両者の隙間は、プレート３１の厚みよりも小さい。

このようにしてプレート３１とロアハウジング２７との間に遊びを設けることで、ロアハウジング２７のボディ２への締結を確実にし、Ｏリング３０によるシール機能を確保している。一方、ロアハウジング２７の下端とプレート３１との隙間を微少にすることで、仮にプレート３１がバタついたとしても、これを抑制できるようにしている。

シャフト３３の上部は、挿通孔３６を貫通して開放空間Ｓ２に延出し、その先端部が凹部７６に挿通され、ディスク２９の下面に当接している。

プレート３１は樹脂からなり、ハウジング２５より硬度が小さく熱伝導率も小さい。挿通孔３６とシャフト３３との間隙の断面積（「挿通孔３６の開口面積」）およびその開口位置を調整することで、第２の通路１４から開放空間Ｓ２への冷媒の流入出を制限している。その開口面積および開口位置は、ガス冷媒（気相成分）の通過を促進し、液冷媒（液相成分）の通過を抑制するように（液滴の流入を抑制できるように）に設定されている。

本実施形態では図示のように、挿通孔３６が断面長円形状に開口し、その中心がシャフト３３の軸線よりも上流側にシフトした構成とされている。なお、ここでいう「上流」「下流」とは、第２の通路１４における冷媒の流れ方向を基準としたものである。挿通孔３６の下流側内壁の曲率半径は、シャフト３３の半径よりやや大きいがほぼ等しい。プレート３１は、連通路５４におけるシャフト３３の軸線より下流側を全面的に遮蔽している。

パワーエレメント３をボディ２に組み付ける際には、予めプレート３１を取付孔５０に挿入しておき、嵌合溝６５にＯリング３０を嵌合させた状態にて、ロアハウジング２７を取付孔５０に螺入していく。それにより、Ｏリング３０が押し潰されつつパワーエレメント３およびボディ２の双方に密着してシール性を確保する。このようにロアハウジング２７を螺入していくと、その係止面７０がボディ２の係止面６４に係止され、パワーエレメント３の組み付けが完了する。

次に、本実施形態による作用効果について詳細に説明する。
図３は、膨張弁の感温作用を表す図である。図３（Ａ）は本実施形態に係る膨張弁１の感温作用を示し、図３（Ｂ）は比較例に係る膨張弁１０１の感温作用を示す。膨張弁１がプレート３１を有するのに対し、膨張弁１０１がこれを有しない点で両者は異なる。図中の二点鎖線矢印は、冷媒の流れを示す。各図において、同様の構成については同一の符号を付している。図４は、比較例（プレートを有しない構成）におけるパワーエレメント３内への冷媒の流入状態を表す図である。ここでは、ボディおよびハウジングを透明な樹脂にて形成した試験品を用いることにより、冷凍サイクルを運転したときの冷媒の流れを可視化した。同図には、過熱度がゼロのときの感温部付近の冷媒の流れが示されている。

図３（Ａ）に示すように、導入ポート８には、蒸発器の出口側と膨張弁１とをつなぐ配管８０の先端部（継手）が接続される。配管８０の先端部の外周面にはシール用のＯリング８２が嵌着されており、冷媒の外部への漏洩を防止している。また、配管８０の先端部近傍には半径方向外向きに突出するフランジ部８４が形成されており、そのフランジ部８４がボディ２の側面に係止されることにより、第２の通路１４に対する配管８０の挿入量が規定されている。

一方、導出ポート９には、圧縮機の入口側と膨張弁１とをつなぐ配管９０の先端部（継手）が接続される。配管９０の先端部の外周面にはシール用のＯリング９２が嵌着されており、冷媒の外部への漏洩を防止している。また、配管９０の先端部近傍には半径方向外向きに突出するフランジ部９４が形成されており、そのフランジ部９４がボディ２の側面に係止されることにより、第２の通路１４に対する配管９０の挿入量が規定されている。なお、これらの配管８０，９０は、それぞれ図示しない配管固定プレートを介してボディ２に固定されるが、その説明については省略する。

本実施形態において、蒸発器から導出された冷媒の大部分は、配管８０の出口から第２の通路１４を直進して配管９０の入口に入り、圧縮機へと導かれる。一方、冷媒の一部は、配管８０の出口から広がるように流れ、配管９０の先端面９６や連通孔５２の下流側内側面にて当たって方向転換し、連通路５４を介してパワーエレメント３の側へ流れる。その方向転換した冷媒のうち、ガス冷媒は比重が小さいため、プレート３１の下面に沿って流れた後、挿通孔３６を介して開放空間Ｓ２に積極的に導入される。一方、液冷媒は、そのほとんどがプレート３１に当たって第２の通路１４へと戻され、配管９０の入口へ導かれる。特に、シャフト３３の軸線よりも下流側が遮蔽されているため、このような作用効果が得られる。一方、開放空間Ｓ２の冷媒は、逆に、連通路５４を介して第２の通路１４へ導出され、配管９０の入口へ導かれる。

このようにして、冷媒が開放空間Ｓ２に適度に出入りする。それにより、パワーエレメント３が、蒸発器の出口の温度および圧力をリアルタイムで安定に感知でき、膨張弁１の制御応答性を確保できる。また、連通孔５２に液冷媒が導かれた場合、その液冷媒はプレート３１にて積極的に受け止められ、開放空間Ｓ２へ導かれることが抑制される。このため、制御ハンチングが防止又は抑制される。

これに対し、図３（Ｂ）に示す比較例においては、連通孔５２に液冷媒が導かれた場合、その液冷媒は連通路５４にて遮断されることなく、そのまま開放空間Ｓ２へ導かれる。図４にも示すように、過熱度がゼロの状態において、気液二相冷媒が開放空間Ｓ２へ勢いよく流入する（泡状態参照）。図中の泡状態から、この冷媒は、シャフト３３の軸線よりも下流側に偏るようにして流入することが分かる。比較例では、制御ハンチングを生じさせる可能性が高い。言い換えれば、本実施形態では、シャフト３３の軸線よりも下流側がプレート３１により大きく遮蔽されるため、冷媒の液相成分が開放空間Ｓ２へ流入することを抑制できる。本実施形態によれば、簡素な構造のプレート３１を取付孔５０に配置するのみで、制御ハンチングを効果的に抑制できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、パワーエレメント３の開放空間Ｓ２と第２の通路１４とを離隔するプレート３１を設け、そのプレート３１における３３の上流側の限定領域のみ開口させるようにした。その結果、制御応答性を維持しつつ、制御ハンチングの発生が効果的に抑制される。また、プレート３１をフラットな円板に長円形状の挿通孔３６を設ける簡素な構成としたため、例えばシート材をその形状に打ち抜くだけで容易に得られるなど、低コストに実現できる。

［変形例］
図５は、第１変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。図５（Ａ）は膨張弁の要部拡大図であり、図５（Ｂ）はプレート１３１の平面図である。
図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１変形例においては、プレート１３１が平面視半円形状を有する。すなわち、上記実施形態のプレート３１においてシャフト３３より上流側を大きく切り欠いた形状を有する。なお、厳密には遮蔽部を半円よりやや大きくすることで、取付孔５０内においてプレート１３１が径方向にずれないようにしている。プレート１３１の中心部は、シャフト３３を挿通する挿通部１３６となっている。本変形例によっても、連通路５４におけるシャフト３３の軸線より下流側位置が大きく遮蔽されるため、開放空間Ｓ２への液冷媒の流入を抑制でき、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図６は、他の変形例に係る膨張弁の主要部の構造を表す図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第２〜第４変形例に係るプレートの構造をそれぞれ示す。
図６（Ａ）に示すように、第２変形例のプレート２３１は、平面視半円形状を有し、その中心に半円状のガイド部２３６を有する。ガイド部２３６の曲率半径は、シャフト３３の半径よりやや大きいがほぼ等しい。プレート２３１は、連通路５４におけるシャフト３３の軸線より下流側を全面的に遮蔽する。このような構成を採用した場合、シート材から円板状（ドーナツ状）の素材を打ち抜き、それらを二分割することで２つのプレート２３１が得られるため、材料歩留りが良い。

図６（Ｂ）に示すように、第３変形例のプレート３３１は、平面視三日月形状を有する。プレート３３１は、シャフト３３よりも下流側を遮蔽できる。このような構成によっても、シャフト３３の軸線より下流側の大部分が遮蔽されるため、良好な効果が得られる。

図６（Ｃ）に示すように、第４変形例のプレート４３１は、平面視扇形状を有する。プレート４３１は、その中心に平面視円弧状のガイド部４３６を有する。ガイド部４３６の曲率半径は、シャフト３３の半径よりやや大きいがほぼ等しい。このような構成によっても、シャフト３３の軸線より下流側の大部分が遮蔽されるため、良好な効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は特定の実施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。

上記実施形態では、図２に示したように、プレート３１の挿通孔３６を上流側に拡大する構成を例示した。変形例においては、シャフト３３の挿通孔とは別に冷媒の流通孔を設けてもよい。すなわち、プレート３１の中央にシャフト３３を貫通させるための挿通孔を一つ設け、これとは別に一つ又は複数の連通孔を設けてもよい。その場合、連通孔による流入規制部の開口面積に関し、シャフト３３の軸線よりも上流側のほうが下流側よりも大きくなるようにする。流通孔をシャフト３３の軸線よりも上流側にのみ設けてもよい。あるいは、流通孔をシャフト３３の下流側にも設けるが、上流側のほうの数を多くしてもよい。それにより、上流側のほうがトータルの開口面積が大きくなるようにする。流通孔を下流側に設ける場合、上流側の配管８０からの冷媒の剥離流れが、その流通孔に差し掛かり難くするのが好ましい。

上記実施形態では、「流入規制部」をパワーエレメントと別体にて構成したが、パワーエレメントのハウジングに一体に設けてもよい。具体的には、「流入規制部」としてのプレートが、ロアハウジングの開口端部に固定されてもよい。その固定方法は、圧入でもよいし、溶接、加締め、締結（ねじ接合）その他の固定手段を採用してもよい。その場合、プレートの構造については、上記実施形態や各変形例の構造を適用してもよいし、例えば段付形状とするなど別の構造としてもよい。このプレートは、第２の通路１４から開放空間Ｓ２への冷媒の流入を制限する。このような構成によっても上記実施形態と同様に制御ハンチングを抑制できる。プレートは、樹脂からなるものでもよいし、金属からなるものでもよい。後者の場合、アルミニウム又はアルミニウム合金とするなど、ハウジングよりも熱伝導率が高いものとしてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、隔壁５１の連通孔５２を小さくし、その隔壁５１に流通孔等の流入規制部を設けてもよい。その場合、隔壁５１において流通孔をシャフト３３の挿通孔とは別に設けてもよいし、一体に設けてもよい。

上記実施形態では述べなかったが、連通孔５２の側壁の高さ（取付孔５０の底部を基準とする第２の通路１４側への高さ）に関し、下流側壁を上流側壁よりも小さくすることで、液冷媒がその下流側壁に沿って連通路５４に導入され難くしてもよい。

上記実施形態では、プレート３１の外径を取付孔５０の内径よりもやや小さくし、プレート３１の組付け容易性を高める構成とした。変形例においては、プレート３１に圧入代を設け、取付孔５０に圧入する構成としてもよい。

上記実施形態では、プレート３１の厚みを、取付孔５０の底部とロアハウジング２７の下端との間隔Ｌよりもやや小さくし、プレート３１とロアハウジング２７との間に遊びを設ける構成とした。変形例においては、このような遊びを設けず、ボディ２とロアハウジング２７との間にプレート３１を挟持させてもよい。それにより、プレート３１を安定に支持できる。その場合、プレート３１を樹脂材からなるものにするなど、ロアハウジング２７よりも硬度の小さいものとするのが好ましい。

上記実施形態では、パワーエレメント３（ハウジング２５）をボディ２に対し、ねじ部の螺合により組み付ける構成を例示した。変形例においては、パワーエレメント（ハウジング）とボディとを、圧入や加締めにより組み付けてもよい。

上記実施形態の膨張弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）などを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、冷凍サイクルに凝縮器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。

上記実施形態では、上記膨張弁を、外部熱交換器を経て流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器（室内蒸発器）へ供給するものとして構成する例を示した。変形例においては、上記膨張弁を、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に適用し、室内凝縮器（室内熱交換器）の下流側に設置してもよい。すなわち、上記膨張弁を、室内凝縮器を経て流入した冷媒を絞り膨張させて外部熱交換器（室外蒸発器）へ供給するものとして構成してもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 膨張弁、２ ボディ、３ パワーエレメント、６ 導入ポート、７ 導出ポート、８ 導入ポート、９ 導出ポート、１３ 第１の通路、１４ 第２の通路、１６ 弁孔、１８ 弁体、２５ ハウジング、２８ ダイヤフラム、２９ ディスク、３１ プレート、３３ シャフト、３６ 挿通孔、５０ 取付孔、５１ 隔壁、５２ 連通孔、５４ 連通路、８０ 配管、９０ 配管、１０１ 膨張弁、１３１ プレート、１３６ 挿通部、２０３ パワーエレメント、２３１ プレート、３３１ プレート、４３１ プレート、Ｓ１ 密閉空間、Ｓ２ 開放空間。

Claims (7)

1. 上流側から流入した冷媒を絞り膨張させて蒸発器へ供給し、前記蒸発器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調整する膨張弁であって、
   上流側から前記蒸発器へ向けて流れる冷媒が通過する第１の通路と、前記蒸発器から戻ってきた冷媒が通過する第２の通路と、前記第１の通路に設けられた弁孔と、前記第２の通路に連通する取付孔と、を有するボディと、
   前記弁孔に接離して前記弁部の開度を調整する弁体と、
   前記取付孔を閉止するように前記ボディに取り付けられるハウジングと、前記ハウジング内を感温媒体が封入された密閉空間と前記第２の通路に連通する開放空間とに仕切るダイヤフラムと、前記開放空間に配置されて前記ダイヤフラムに当接するディスクと、を有するパワーエレメントと、
   前記第１の通路と前記第２の通路との隔壁を貫通し、一端側が前記ディスクを介して前記ダイヤフラムに接続され、他端側が前記弁体に接続され、前記ダイヤフラムの変位による軸線方向の駆動力を前記弁体に伝達するシャフトと、
   前記開放空間と前記第２の通路とをつなぐ連通路を部分的に遮断し、前記第２の通路から前記開放空間への冷媒の流入を制限する流入規制部と、
   を備え、
   前記流入規制部は、前記連通路の開口面積に関し、前記シャフトの軸線より上流側の開口面積を下流側の開口面積よりも大きくすることを特徴とする膨張弁。
2. 前記流入規制部が、前記ボディと前記ハウジングとの間に配置され、前記取付孔からの脱落が規制された遮蔽部材からなることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記遮蔽部材が、フラットなプレートからなることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記ボディは、前記取付孔と前記第２の通路とを連通させる連通孔を有し、
   前記遮蔽部材が、前記取付孔と前記連通孔との境界に形成される段部に支持されていることを特徴とする請求項２または３に記載の膨張弁。
5. 前記遮蔽部材が、少なくとも前記シャフトの軸線よりも上流側位置で開口する孔部を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の膨張弁。
6. 前記孔部が前記シャフトを挿通する挿通孔を兼ねることを特徴とする請求項５に記載の膨張弁。
7. 前記流入規制部が、前記連通路における前記シャフトの軸線より下流側位置を上流側位置よりも大きく遮蔽することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の膨張弁。