JPH11294905A - 温度式膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤフラム５２のケース部材５３にキャピ
ラリチューブ５６ａをろう付け等により接合するものに
おいて、ケース部材５３が接合時の熱的影響で歪みを発
生することを抑制する。 【解決手段】 ケース部材５３に外方側への打ち出し部
５３ｃを有するバーリング穴５３ｄを開け、このバーリ
ング穴５３ｄに、キャピラリチューブ５６ａの開口端部
を挿入してろう付けする。これによると、バーリング穴
５３ｄの打ち出し部５３ｃにガストーチ７０からの炎７
０ａを当てて、ろう付けを実施できる。そのため、ケー
ス部材５３の広範囲がろう付け時の炎７０ａで加熱され
ることがなくなり、ケース部材５３がろう付け時の熱的
影響で歪むことを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用空調装置等
における冷凍サイクルの温度式膨張弁に関するもので、
特に、弁体駆動部をなすダイヤフラムを収容するケース
部材とキャピラリチューブとの接合構造の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷凍サイクルの膨張弁は、蒸発
器の熱負荷変動に対応して蒸発器出口での冷媒の過熱度
を所定値に維持するために、蒸発器出口の冷媒温度を感
知して弁開度を変化させて、サイクル冷媒流量を調整し
ている。図４は従来の温度式膨張弁におけるダイヤフラ
ム駆動部を拡大図示するもので、弁体を駆動する駆動部
としてダイヤフラム５２を用い、このダイヤフラム５２
によりケース部材５３、５４の内部空間を第１圧力室５
６と第２圧力室５７とに仕切っている。

【０００３】第１圧力室５６にはサイクル内の循環冷媒
と同種の冷媒ガスをキャピラリチューブ５６ａを通して
充填するとともに、この第１圧力室５６内の冷媒ガスに
蒸発器出口の冷媒温度を図示しない感温棒を介して伝導
することにより、第１圧力室５６内の冷媒ガス圧力を蒸
発器出口の冷媒温度に対応して変化させる。一方、第２
圧力室５７には蒸発器出口の冷媒圧力を導入する。

【０００４】これにより、蒸発器出口での冷媒の過熱度
に応じた圧力差がダイヤフラム５２に作用し、この結
果、ダイヤフラム５２、ひいては図示しない弁体が蒸発
器出口での冷媒の過熱度に応じて変位する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、キャピラリ
チューブ５６ａは上側のケース部材５３にろう付けによ
り一体に接合している。このろう付け構造を説明する
と、上側のケース部材５３の中央部に膨出部５３ａを形
成するとともに、この膨出部５３ａの中央部に平坦面５
３ｂを形成し、この平坦面５３ｂの中心部に円形の貫通
穴５３ｅを開けて、この貫通穴５３ｅにキャピラリチュ
ーブ５６ａの開口端部を挿入する。そして、この状態に
て、貫通穴５３ｅ部に棒状のろう材を供給しガストーチ
７０からの炎７０ａによりろう材を加熱溶融してろう付
けを行っている。５６ｂはキャピラリチューブ５６ａと
上側のケース部材５３とのろう付け部を示す。

【０００６】上記のろう付け工程において、上側のケー
ス部材５３が熱的影響から歪みを発生し、この歪みが原
因となってダイヤフラム５２の作動悪化といった不具合
を引き起こす。なお、実開平６−３２９７３号公報で
は、上側のケース部材５３にキャピラリチューブ５６ａ
を一体成形する構造が図示されているが、ケース部材５
３は耐食性、強度等に優れたステンレス等の金属でプレ
ス成形しているので、ケース部材５３にキャピラリチュ
ーブ５６ａのチューブ形状を一体成形することは実際上
困難なことであり、現実的なものと言えない。

【０００７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
ダイヤフラムのケース部材にキャピラリチューブをろう
付け等により接合するものにおいて、ケース部材が接合
時の熱的影響で歪みを発生することを抑制することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らの試作検討に
よると、従来技術では、ケース部材（５３）の中央部の
平坦面（５３ｂ）に開けた貫通穴（５３ｅ）にキャピラ
リチューブ（５６ａ）の開口端部を挿入してろう付けし
ているので、ガストーチ（７０）からの炎（７０ａ）が
平坦面（５３ｂ）に沿って広い範囲に及ぶ。そのため、
炎（７０ａ）によりケース部材５３の広範囲（図４の細
点部７１）が加熱され、その結果、ケース部材（５３）
に熱歪みが発生することが分かった。

【０００９】そこで、上記目的を達成するため、請求項
１に記載の発明では、ケース部材（５３、５４）に外方
側への打ち出し部（５３ｃ）を有するバーリング穴（５
３ｄ）を開け、このバーリング穴（５３ｄ）に、キャピ
ラリチューブ（５６ａ）の開口端部を挿入して接合した
ことを特徴としている。これによると、バーリング穴
（５３ｄ）の打ち出し部（５３ｃ）にガストーチ（７
０）からの炎（７０ａ）を当てて、ろう付け等の接合工
程を実施できる。そのため、ケース部材（５３、５４）
の広範囲が接合工程時の炎（７０ａ）で加熱されること
がなくなる。その結果、ケース部材（５３、５４）が接
合工程時の熱的影響で歪むことを抑制でき、ダイヤフラ
ム（５２）の作動悪化を防止することができる。

【００１０】しかも、バーリング穴（５３ｄ）の打ち出
し部（５３ｃ）によって、キャピラリチューブ（５６
ａ）の接合面積を増大でき、キャピラリチューブ（５６
ａ）の接合強度を増大できる。また、本発明者らの試作
検討によると、請求項２に記載のごとく、打ち出し
部（）の高さ寸法（ｈ）を０．８ｍｍ以上とすることに
より、ケース部材（５３、５４）の接合工程時の温度上
昇緩和をより効果的に達成できることを確認している。

【００１１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は自動車用空調装置の冷凍サイ
クルに本発明膨張弁を適用した一実施形態を示し、図
中、１は自動車のエンジンルーム内に配置される圧縮機
であって、この圧縮機１は自動車エンジン（図示せず）
により駆動されて、冷媒を圧縮、吐出するものである。
圧縮機１の吐出冷媒ガスは、エンジンルーム内の凝縮器
２にて冷却され、凝縮する。この凝縮冷媒は、受液器３
内にて気液を分離され、液冷媒が受液器３内に溜まる。

【００１３】４は冷凍サイクルの減圧手段をなす温度式
膨張弁で、自動車用空調装置の冷却ユニット部に備えら
れている蒸発器５出口部の冷媒の過熱度が予め設定した
所定値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整
するものである。膨張弁４および蒸発器５は通常、自動
車の車室内に設置される。次に、膨張弁４の具体的構造
を詳述すると、４０は膨張弁４の本体ケースで、アルミ
ニュウム等の金属で略直方体状に成形されている。この
本体ケース４０の下方部右側には冷凍サイクルの受液器
３からの液冷媒が流入する冷媒入口４１が開口してい
る。

【００１４】この冷媒入口４１は本体ケース４０の下方
中央部に形成された弁体収容室４２に連通しており、こ
の室４２内には、膨張弁４の球状の弁体４３、及びこの
弁体４３と当接しこの弁体４３を支持する支持部材４４
が収容されている。４５は冷媒入口４１からの液冷媒を
減圧する絞り通路で、この絞り通路４５の開度を弁体４
３により調整するようになっている。また、絞り通路４
５のうち、球状の弁体４３に対向する部位には、円錐状
の弁座面４５ａが形成されている。本例では、上記した
絞り通路４５および弁体４３により膨張弁４の弁体機構
部４Ａが構成されている。

【００１５】４６は絞り通路４５の中心部を貫通して配
設された弁棒で、その下端部は球状の弁体４３に当接し
ている。４７は絞り通路４５を通過して減圧された低
温、低圧の気液２相冷媒が流れる冷媒流出通路で、本体
ケース４０の上下方向の略中間部位に形成されており、
この冷媒流出通路４７は蒸発器５の冷媒入口部に接続さ
れる。

【００１６】４８は蒸発器５にて蒸発したガス冷媒が流
れる蒸発器出口側通路で、本例では、本体ケース４０の
上方部において左右方向に円筒状に貫通するように形成
されている。この蒸発器出口側通路４８の入口端（図１
の左端）は蒸発器５の冷媒出口部に接続され、出口端
（図１の右端）は圧縮機１の吸入口に接続される。４９
は膨張弁４の感温棒で、変位伝達部材としての役割も兼
ねるものであり、アルミニュウム等の熱伝導の良好な金
属にて円柱状に形成されている。この感温棒４９は蒸発
器出口側通路４８を貫通して配設され、蒸発器５で蒸発
した過熱ガス冷媒の温度を感知する感温手段をなすもの
である。すなわち、感温棒４９は前記過熱ガス冷媒の流
れ中に位置することにより、過熱ガス冷媒の熱が伝導さ
れ、過熱ガス冷媒の温度を感知するものである。

【００１７】この感温棒４９の具体的形態について説明
すると、蒸発器出口側通路４８を貫通する小径の軸部４
９ａと、この小径軸部４９ａの端部に結合され、後述の
ダイヤフラム５２に当接するダイヤフラムストッパ部４
９ｂとから構成されている。このダイヤフラムストッパ
部４９ｂは、感温棒４９の上端部側（ダイヤフラム５２
側端部）から円板状に外径を拡大した形状に一体成形さ
れている。

【００１８】なお、感温棒４９の外周面には、弁作動の
ハンチング抑制のために、熱伝達遅延部材６４が圧入固
定等により装着されている。この熱伝達遅延部材６４
は、感温棒４９を構成するアルミニュウムよりも熱伝導
率が十分低い材質（具体的には、樹脂）にて成形されて
いる。次に、膨張弁４の弁体４３を作動させる弁体駆動
部４Ｂについて説明すると、弁体４３に当接された弁棒
４６の上端は感温棒４９の下端面に当接しており、この
感温棒４９の小径軸部４９ａの下端部近傍の外周溝部に
はシール用のＯリング５０が配設され、本体ケース４０
の孔部５１に対して感温棒４９は気密に、かつ摺動可能
に嵌合している。

【００１９】感温棒４９の上端部に形成されたダイヤフ
ラムストッパ部４９ｂは本体ケース４０の最上部の外面
側に配置されたダイヤフラム（圧力応動部材）５２に当
接している。従って、このダイヤフラム５２が上下方向
に変位すると、この変位に応じて円柱状感温棒４９、弁
棒４６を介して弁体４３も変位するようになっている。
本例では、弁棒４６と感温棒４９とにより変位伝達部材
が構成されている。

【００２０】ダイヤフラム５２の外周縁部は、上下のケ
ース部材５３、５４の間に挟持されて支持されている。
このケース部材５３、５４はステンレス（ＳＵＳ３０
４）等の金属材で構成され、溶接、ろう付け等により一
体に接合されている。下側のケース部材５４は本体ケー
ス４０の最上部にねじ止めにて固定されており、このね
じ止め固定部はゴム製の弾性シール材（パッキン）５５
にて気密になっている。

【００２１】そして、ケース部材５３、５４内の空間は
ダイヤフラム５２により上側室（第１圧力室）５６と下
側室（第２圧力室）５７に仕切られている。上側室５６
には冷媒充填用のキャピラリチューブ５６ａが接合され
ているが、このチューブ５６ａの先端は閉塞されている
ので、上側室５６は密封空間である。この上側室５６の
内部には冷凍サイクル内の循環冷媒と同種の冷媒ガスが
充填されており、この封入ガスは感温棒４９の感知した
蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が金属製ダイヤフラム５
２を介して伝導され、この過熱ガス冷媒温度に応じた圧
力変化を示す。

【００２２】従って、ダイヤフラム５２は弾性に富み、
かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好
ましく、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属か
らなる。一方、下側室５７は、感温棒４９のダイヤフラ
ムストッパ部４９ｂの周囲の空隙、この空隙の下方部に
形成される圧力導入用の空間５８および環状連通路５９
を通して、蒸発器出口側通路４８に連通しており、この
蒸発器出口側通路４８の冷媒圧力が下側室５７内に導入
される。すなわち、下側室５７内の圧力は通路４８と略
同一の圧力となる。

【００２３】次に、キャピラリチューブ５６ａと上側ケ
ース部材５３との接合構造を図２により説明すると、上
側ケース部材５３の中央部には外方（上方）側への円形
の膨出部５３ａが形成してあり、この膨出部５３ａの中
央部に円形の平坦面５３ｂが形成してある。この円形の
平坦面５３ｂの中心部に、外方（上方）側に突出した打
ち出し部５３ｃを有する円形のバーリング穴５３ｄがバ
ーリング加工されている。そして、このバーリング穴５
３ｄ内に銅製のキャピラリチューブ５６ａの開口端部を
挿入して接合（具体的にはろう付け）している。５６ｂ
はそのろう付け部である。

【００２４】一方、本体ケース４０の最下部には、球状
弁体４３の支持機構４Ｃが設けられており、この支持機
構４Ｃについて以下説明すると、本体ケース４０の最下
部には外部に開口したねじ穴部６０が設けられており、
このねじ穴部６０に調整ナット６１がねじ止め固定され
ており、この調整ナット６１はその外周部にシール用の
Ｏリング６２が装着されており、これによりねじ穴部６
０との間を気密にシールしている。

【００２５】６３はコイルばね（ばね手段）であり、そ
の一端は調整ナット６１により支持され、他端は弁体４
３の支持部材４４に支持されている。従って、調整ナッ
ト６１の締めつけ位置の調整により、コイルばね６３の
取付荷重を調整できる。次に、上記構成において作動を
説明する。いま、図１の冷凍サイクルにおいて圧縮機１
が作動し、サイクル内に冷媒が循環していると、膨張弁
４の弁体駆動部４Ｂにおいて、ダイヤフラム５２の上側
室５６内の封入ガスに、感温棒４９、金属製ダイヤフラ
ム５２を介して、通路４８内の蒸発器出口の過熱ガス冷
媒温度が伝導されるので、上側室５６内の圧力は通路４
８の過熱ガス冷媒温度に応じた圧力となり、一方、ダイ
ヤフラム５２の下側室５７内の圧力は通路４８の冷媒圧
力となる。

【００２６】従って、この両室５６、５７内の圧力差
と、弁体４３を上方へ押圧するばね６３の取り付け荷重
とのバランスで、弁体４３が変位することになる。そし
て、この弁体４３の変位により絞り通路４５の開度が調
整され、冷媒流量が自動調整される。この冷媒流量の調
整作用により、蒸発器出口のガス冷媒の過熱度が所定値
に維持される。

【００２７】ところで、本実施形態においては、前述し
たように、上側ケース部材５３の円形平坦面５３ｂに、
外方（上方）側に突出した打ち出し部５３ｃを有する円
形のバーリング穴５３ｄをバーリング加工し、このバー
リング穴５３ｄ内にキャピラリチューブ５６ａの開口端
部を挿入して接合している。この接合は具体的にはろう
付けであり、バーリング穴５３ｄとキャピラリチューブ
５６ａの開口端部との嵌合部に棒状のろう材を供給し、
このろう材をガストーチ７０からの炎７０ａにより加熱
溶融してキャピラリチューブ５６ａの開口端部をバーリ
ング穴５３ｄ部にろう付けする。ここで、ろう材として
は、例えば、銀ろう（融点：７８０°Ｃ）を用いる。

【００２８】このろう付け工程において、バーリング穴
５３ｄが打ち出し部５３ｃを有しているため、図２に示
すようにガストーチ７０からの炎７０ａを打ち出し部５
３ｃに向けてろう付けを行うことができる。その結果、
ケース部材５３の平坦面５３ｂ等に炎７０ａが直接当た
る度合いを大幅に減少できるので、ケース部材５３の広
範囲がろう付け時の炎７０ａで加熱されることがない。
それ故、ケース部材５３がろう付け時の熱的影響で歪む
ことがなく、ダイヤフラム５２の支点位置の変動がない
ので、ダイヤフラム５２の作動不良といった不具合を防
止できる。

【００２９】しかも、バーリング穴５３ｄの打ち出し部
５３ｃによって、キャピラリチューブ５６ａの接合面積
を増大できるとともに、ろう付け性を向上できるので、
キャピラリチューブ５６ａの接合強度を増大できる。図
３（ａ）は、上側ケース部材５３のバーリング穴５３ｄ
とキャピラリチューブ５６ａの開口端部との接合部の具
体的設計例であり、キャピラリチューブ５６ａの外径Ｄ
₁ ＝φ２．４ｍｍ、バーリング穴５３ｄの内径Ｄ₂ ＝φ
２．５ｍｍとしている。この場合、打ち出し部５３ｃの
高さ寸法ｈを図３（ｂ）のごとく０．８ｍｍ、３．０ｍ
ｍ、５．０ｍｍに設定して、膨出部５３ａの外周根元部
Ｒ（径Ｒ＝φ１６ｍｍ）のろう付け時温度を測定したと
ころ、１５０°Ｃ以下に抑えることができることを確認
できた。

【００３０】これに反し、図４の従来技術は、図３
（ｂ）において高さ寸法ｈ＝０に相当し、膨出部５３ａ
の外周根元部Ｒの温度が３８０°Ｃ付近まで上昇するこ
とがわかった。 （他の実施形態）なお、上述の実施形態では、上側ケー
ス部材５３とキャピラリチューブ５６ａの開口端部とを
ろう付けにより接合しているが、上側ケース部材５３と
キャピラリチューブ５６ａの材質の選択によっては溶接
により上側ケース部材５３とキャピラリチューブ５６ａ
の開口端部とを接合してもよい。

【００３１】また、上述の実施形態では、キャピラリチ
ューブ５６ａを上側室（第１圧力室）５６への冷媒充填
用として用いているが、蒸発器出口の冷媒温度を感知す
る感温筒を感温棒４９の代わりに設け、この感温筒を上
側室（第１圧力室）５６に接続する手段としてキャピラ
リチューブ５６ａを用いる膨張弁も周知であり、このタ
イプの膨張弁に本発明を適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による膨張弁断面構造を含
む冷凍サイクル図である。

【図２】図１の要部の拡大断面図である。

【図３】（ａ）は本発明によるキャピラリチューブ接合
部の具体的設計例を説明するための拡大断面図、（ｂ）
は本発明による実験データを示すグラフである。

【図４】従来の膨張弁における要部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

４…膨張弁、５…蒸発器、４０…本体ケース、４３…弁
体、４５…絞り通路、４８…蒸発器出口側通路、４９…
感温棒、５２…ダイヤフラム、５３、５４…ケース部
材、５３ｂ…平坦部、５３ｃ…打ち出し部、５３ｄ…バ
ーリング穴、５６…上側室（第１圧力室）、５６ａ…キ
ャピラリチューブ、５６ｂ…ろう付け部、５７…下側室
（第２圧力室）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイクル高圧側からの冷媒を減圧、膨張
   させる絞り通路（４５）と、 この絞り通路（４５）の開度を調整する弁体（４３）
   と、 蒸発器（５）の出口側冷媒の温度に応じて圧力が変化す
   る第１圧力室（５６）と、 前記蒸発器（５）の冷媒圧力が導入される第２圧力室
   （５７）と、 前記第１圧力室（５６）と前記第２圧力室（５７）との
   間を仕切るように配置され、前記両圧力室（５６）、
   （５７）の圧力差に応じて変位するダイヤフラム（５
   ２）と、 このダイヤフラム（５２）を収容しているケース部材
   （５３、５４）とを備え、 前記ダイヤフラム（５２）の変位に応じて前記弁体（４
   ３）が変位する温度式膨張弁において、 前記ケース部材（５３、５４）に外方側への打ち出し部
   （５３ｃ）を有するバーリング穴（５３ｄ）を開け、こ
   のバーリング穴（５３ｄ）にキャピラリチューブ（５６
   ａ）の開口端部を挿入して接合したことを特徴とする温
   度式膨張弁。
2. 【請求項２】 前記打ち出し部（５３ｃ）の高さ寸法
   （ｈ）を０．８ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項
   １に記載の温度式膨張弁。