JP5501104B2 - 膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに組み入れられて冷媒の温度に応じてオリフィスを流れる冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。

自動車に搭載される空調装置等の冷凍サイクルにおいては、コンデンサ（凝縮器）からの高圧の液相冷媒をオリフィスに通過させることで低圧にしてエバポレータ（蒸発器）に送るとともに、エバポレータからコンプレッサに戻る低圧の気相冷媒を通過させて、その気相冷媒の温度に応じてオリフィスの開度を制御することにより、冷媒の通過量を調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用されている（特許文献１参照）。

上記の特許文献１に開示されている膨張弁は、本出願の図４に示すように、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路１２、この第１の通路１２の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路１３及び第１の通路１２の途中に設けられたオリフィス１４を有する弁本体１０と、オリフィス１４の下端に形成された弁座１４ａに接離してオリフィス１４を開閉する弁体１５と、弁本体１０に摺動自在に支持された作動棒１６と、第２の通路１３の上方に設けられ作動棒１６を介して弁体１５を駆動するパワーエレメント２０とを備えており、負荷の程度に応じて冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御している。

パワーエレメント２０の弁本体１０への取付けについては、パワーエレメント２０に形成された雄ねじ２０ａと弁本体１０に形成された雌ねじ１０ａとの螺合により行われている。この場合、雄ねじと雌ねじのねじ加工が必要であるが、このねじ加工は膨張弁の製造コスト上昇をもたらす要因となっている。また、パワーエレメント２０と弁本体１０の間から気相冷媒が外部に漏れるのを防止するために弁本体１０とパワーエレメント２０との間を別部品のシール部材３０でシールしている。

特開２００８−１８０４７６号公報

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、パワーエレメントを弁本体に固着するためのねじ加工を不要にして製造コストの低減を図ることができる膨張弁を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明による膨張弁は、基本的手段として、コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備える。そして、前記弁本体は、その上面から下方に向けて形成された前記パワーエレメントの取付穴及び第１係合部を備え、前記パワーエレメントは、前記第１係合部に係合する第２係合部が形成された弾性変形可能な脚部を備えており、前記パワーエレメントを前記取付穴に挿入した状態で前記第１係合部と前記第２係合部が係合して前記パワーエレメントが前記弁本体に固定されるものである。
より具体的には、前記第１係合部をリング溝、前記第２係合部を前記リング溝に嵌入する凸部とすることができる。
そして、前記凸部は、例えば、前記脚部の下端部を外側にＵ字状に折り曲げるカーリング加工により形成することができる。
また、前記凸部は、前記脚部の内側からエンボッシング加工を施すことにより形成することもできる。
この場合、前記凸部は、前記リング溝に係合する上端部が略水平に突出するように形成することができる。

本発明によれば、パワーエレメントを弁本体に固着する構造として雄ねじと雌ねじとのねじ締結を用いていないので、ねじを形成することに起因した製造コストの上昇を回避することができる。また、パワーエレメントをワンタッチで弁本体に装着できるため、作業性が向上し、工数の低減を図ることができる。

本発明による膨張弁の一実施例を示す縦断面図である。 本発明による膨張弁の別の実施例を示す縦断面図である。 図２の要部を示す拡大図である。 従来の膨張弁の一例を示す断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明による膨張弁の実施例を説明する。
なお、図１は膨張弁の断面図であるが、断面構造は図４のものと同様であるので、符号の引出線を見易くするために、断面を示すハッチングは省略する。
図１に示す膨張弁は、自動車等の空気調和装置の冷凍サイクルにおいて用いられるものであって、アルミニウム等からなる角柱状の弁本体１００の内部には、コンデンサの冷媒出口からレシーバを介してエバポレータの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する高圧側通路となる第１の通路１２０と、エバポレータの冷媒出口からコンプレッサの冷媒入口へと向かう冷媒が通過する第２の通路１２２とが上下に相互に離間して形成されている。

第１の通路１２０の途中には、弁室１３０と、冷媒を断熱膨張させるためのオリフィス１３１とが形成されている。弁室内１３０内には、オリフィス１３１の入口側に形成された弁座１３２に接離してオリフィス１３１を開閉する球状の弁体１４０が配置され、この弁体１４０は支持部材１４２により支持されている。支持部材１４２は弁室１３０の下端に螺着されたプラグ１４７との間に配置された圧縮コイルばね１４６の如き付勢手段の付勢力によって、弁座１３２に接近する方向に付勢されている。プラグ１４７と弁本体１００との間にはＯリングのようなシール部材１４８が介装されている。
オリフィス１３１を通過した冷媒は出口ポート１２１からエバポレータに向って送り出される。

さらに、弁本体１００には、第１の通路１２０と第２の通路１２２との間の隔壁１０２を縦断する貫通孔１２４が形成されており、この貫通孔１２４にはステンレス等からなる作動棒１５０が摺動自在に挿通されている。この作動棒１５０の下端部は弁体１４０に当接しており、作動棒１５０の上端部は後述する感温駆動部となるパワーエレメント２００に連結されている。

パワーエレメント２００は、可撓性のある金属製薄板からなるダイアフラム２３０と、その周辺部を挟持する上カバー２１０及び下カバー２２０と、ダイアフラム２３０と上カバー２１０との間に形成される上部圧力室２４０に封入されるダイアフラム駆動媒体と、上部圧力室２４０にダイアフラム駆動媒体を注入する開口部を密閉する栓２４２とを備えている。ダイアフラム２３０と下カバー２２０の間に形成される下部圧力室２５０は、弁本体１００にオリフィス１３１の中心線に対して同心的に形成された開口穴１２５を通じて第２の通路１２２に連通されている。第２の通路１２２にはエバポレータからの冷媒蒸気が流れ、その冷媒の圧力が貫通孔１２５を通じて下部圧力室２５０に作用する。下部圧力室２５０内にはダイアフラム２３０の下面に当接するストッパ部２６０が設けられており、このストッパ部２６０は、下部圧力室２５０内を上下に摺動すべく下カバー２２０に支持され、作動棒１５０の上端部に連結されている。

エバポレータの出口側温度は、開口穴１２５から導入されるガスにより、直接に又はストッパ部２６０を介して上部圧力室２４０へ伝達される。上部圧力室２４０中のダイアフラム駆動媒体の圧力は伝達される温度に対応して変化し、ダイアフラム２３０の上面に作用する。ダイアフラム２３０はその上面に作用するダイアフラム駆動媒体の圧力とダイアフラム２３０の下面に作用する冷媒圧力との差により上下に変位し、その中心部の上下への変位は作動棒１５０を介して弁体１４０に伝達され、弁体１４０をオリフィス１３１の弁座１３２に対して接近または離間させる。この結果、冷媒流量が制御されることとなる。例えば、エバポレータの熱負荷が増加すると、エバポレータの出口温度が高くなって、その熱を受けた上部圧力室２４０の圧力が高くなり、それに応じて作動棒１５０が下方へ駆動されて弁体１４０を押し下げるため、オリフィスの開度が大きくなる。これによりエバポレータへの冷媒の供給量が多くなり、エバポレータの温度が低下する。逆にエバポレータの熱負荷が減少すると、オリフィス１３３の開度が小さくなってエバポレータへの冷媒の供給量が減少する。

貫通孔１２４の上端は大径となっており、この部分には作動棒１５０を周囲から安定して支持する防振用のばね部材１６０が設けられている。
また、弁本体１００には、取付用のボルト穴１７０等が必要に応じて設けられる。

本実施例の膨張弁にあっては、パワーエレメント２００を弁本体１００に組み付ける構造に特徴を有する。
すなわち、このパワーエレメント２００は下カバー２２０の下方に、取付用の脚部２２２を有する。パワーエレメント２００の上カバー２１０と下カバー２２０は例えばステンレス鋼材等の弾性材をプレス加工して製作される。したがって脚部２２２は弾性を有する。本実施例では８本の脚部２２２が形成され、各脚部２２２の下端部は外側にＵ字状に折り曲げ加工（カーリング加工）されて凸部２２４が形成される。

弁本体１００の上面１００ａには、オリフィス１３１と同軸状に、この脚部２２２が挿入されるパワーエレメント２００の取付穴１２８が形成されている。この取付穴１２８は、第２の通路１２２とパワーエレメント２００の下部圧力室２５０を連通する貫通穴１２５の内径寸法より大きな内径寸法を有し、その底部側の内周面にリング溝１２８ｂが形成されている。
パワーエレメント２００を弁本体１００に対して組み付ける際には、このパワーエレメント２００の脚部２２２を取付穴１２８に差し込んで軸方向に押し込むだけの１工程で組み付けが完了する。脚部２２２の挿入を容易にするために、取付穴１２８の入口部には、テーパー面１２８ａが形成されている。

脚部２２２は、例えば厚さ０．５ｍｍ程度のステンレス製のものであるので、凸部２２４が取付穴１２８におけるリング溝１２８ｂよりも上方の部分に接すると取付穴１２８の径方向内側に弾性変形し、凸部２２４がリング溝１２８ｂに達すると径方向外側に弾性復帰する。これにより、凸部２２４がリング溝１２８ｂに嵌入するとともにその上端部２２４ａがリング溝１２８ｂの上面に係合してパワーエレメント２００が弁本体１００に固定され、組み付けが完了する。

取付穴１２８の上部には、シール部材２８０が配設される。このシール部材２８０は弾性を有するリング状のもので、自由状態では弁本体１００の上面１００ａから０．５ｍｍ程度突出する。
パワーエレメント２００の弁本体１００への組み付けの際に、この弾性を有するシール部材２８０を圧縮した状態で脚部２２２の凸部２２４がリング溝１２８ｂに係合するので、シール部材２８０の上向きの弾性により、凸部２２４の上端部２２４ａはリング溝１２８ｂの上面に係合し、凸部２２４がリング溝１２８ｂから抜け出ることはほぼ完全に防止される。また、弁本体１００とパワーエレメント２００の間のシールも確実に達成される。
この膨張弁においては、上述したように、ワンタッチでパワーエレメント２００を弁本体１００に組み付けることができるので、作業性が極めて良好であり、工数も大幅に削減することができる。

図２は、本発明の他の実施例に係る膨張弁の断面図、図３はパワーエレメントの拡大図である。
本実施例において、図１に示す実施例と同一の構成には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施例では、各脚部２２２’の下部に内側からエンボッシング加工（Ｐ_１）が施されて凸部２２４’が形成される。

図３に示すように、この凸部２２４’は、その上端部２２４’ａが略水平に外側に突出している。そこで、一度リング溝１２８ｂに係合した凸部２２４’は、パワーエレメント２００’を上方に引き上げても離脱することはない。

本発明の膨張弁は以上のように、弁本体に対してパワーエレメントを組み付ける構造として、従来のねじ結合にかえて、パワーエレメントを弁本体に挿入するだけで組み付けが完了する機構を採用している。
この機構のために、ワンタッチで組み付けが完了し、工数の削減を図ることができるとともに、ねじ部の機械加工等を省略することができるので、コストの削減を図ることができる。

１００ 弁本体
１２０ 第１の通路
１２２ 第２の通路
１２８ｂ リング溝（第１係合部）
１３０ 弁室
１３１ オリフィス
１４０ 弁体
１５０ 作動棒
２００ パワーエレメント
２１０ 上カバー
２２０ 下カバー
２２２ 脚部
２２４ 凸部（第２係合部）

Claims (6)

1. コンデンサからエバポレータへ向かう冷媒が通る第１の通路、該第１の通路の上方に設けられエバポレータからコンプレッサへ向かう冷媒が通る第２の通路及び前記第１の通路の途中に設けられたオリフィスを有する弁本体と、前記オリフィスを開閉する弁体と、前記弁体を駆動するパワーエレメントとを備えた膨張弁であって、
   前記弁本体は、その上面から下方に向けて形成された前記パワーエレメントの取付穴及び第１係合部を備え、
   前記パワーエレメントは、前記第１係合部に係合する第２係合部が形成された弾性変形可能な脚部を備え、
   前記パワーエレメントを前記取付穴に挿入した状態で前記第１係合部と前記第２係合部が係合して前記パワーエレメントが前記弁本体に固定されることを特徴とする膨張弁。
2. 前記第１係合部がリング溝であり、前記第２係合部が前記リング溝に嵌入する凸部である請求項１記載の膨張弁。
3. 前記凸部は、前記脚部の下端部を外側にＵ字状に折り曲げるカーリング加工により形成される請求項２記載の膨張弁。
4. 前記凸部は、前記脚部の内側からエンボッシング加工を施すことにより形成される請求項２記載の膨張弁。
5. 前記凸部の上端部が略水平に外側に突出するように形成される請求項４記載の膨張弁。
6. 前記弁本体の上面と前記パワーエレメントの間に配設され、前記パワーエレメントを前記取付穴に装着した状態で圧縮される弾性を有するシール部材を備える請求項１乃至５のいずれか記載の膨張弁。

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