(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して上流側から対向するように弁体を配置し、軸線方向に進退自在なロッドを、上記蒸発器から送り出されて低圧冷媒流路を通る低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントと上記弁体との間に挟設して、上記弁体を開閉動作させるようにした膨張弁において、
上記パワーエレメントから上記ロッドに対して力が加わる作用点を、上記パワーエレメントの中心軸位置であって上記ロッドの軸線上から偏位した位置に設けて、上記パワーエレメントから上記ロッドに対して偶力が加わるように構成したことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
上記ロッドの上記パワーエレメントに当接する側の端部が、折れ曲がった形状に形成されている請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
上記ロッドの端部に当接する上記パワーエレメント側の部材の当接面が上記ロッドの軸線に対して斜めに傾いて形成されている請求項１記載の膨張弁。
【請求項４】
上記ロッドを軸線方向に進退自在に受ける受け部が、上記パワーエレメントと上記低圧冷媒流路との間を仕切る仕切り部材に形成されている請求項１ないし３の何れかの項に記載の膨張弁。
【請求項５】
上記仕切り部材が、上記パワーエレメントのハウジングの一部である請求項４記載の膨張弁。
【請求項６】
上記仕切り部材に、上記低圧冷媒流路内の冷媒の温度と圧力を上記パワーエレメント側にゆっくりと伝達するための冷媒通過孔が穿設されている請求項４又は５記載の膨張弁。
【請求項７】
上記パワーエレメント側に設けられた部材が上記ロッド側に向かって棒状に細長く伸び出して形成され、その棒状部の端面が軸線に対して斜めに傾いて形成されている請求項３記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクルにおいて蒸発器に送り込まれる冷媒の流量制御を行いつつ冷媒を断熱膨張させるための膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膨張弁には各種のタイプがあるが、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して上流側から対向するように弁体を配置し、蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して弁体を開閉動作させるようにした膨張弁が広く用いられている。
【０００３】
そのような膨張弁においては、蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントによって、軸線方向に進退自在なロッドを介して弁体を開閉動作させるようにしている。
【０００４】
しかし、膨張弁に送り込まれる高圧冷媒には、何らかの原因によって上流側において圧力変動が発生する場合があり、その圧力変動は、高圧冷媒液を媒体として膨張弁に伝達される。
【０００５】
すると、上述のような従来の膨張弁においては、弁体の上流側の冷媒圧力が圧力変動によって上昇すると、それが弁体を閉じる方向に作用するので、弁体の上流側の冷媒圧力がさらに上昇して圧力変動が一層大きなものになり、膨張弁の動作が非常に不安定なものになってしまう場合がある。
【０００６】
そこで従来は、パワーエレメントと弁体との間に軸線方向に進退自在に配置されたロッドに対して、スプリング等で側方から付勢力を与えることにより弁体が高圧側冷媒の圧力変動に敏感に反応しないようにして、動作を安定させていた（特開平９−２２２２６８号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の膨張弁は、高圧冷媒の圧力変動に対する動作の安定を図るという目的は達成できるものの、軸線方向に進退するロッドを側方から押すスプリングを機構中に安定した状態に配置しなければならないので、構造や組み立て作業が複雑になって高いコストがかかっていた。
【０００８】
そこで本発明は、極めてシンプルでコストのかからない構成によって、高圧冷媒の圧力変動に対する動作の安定を達成することができる膨張弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の膨張弁は、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対して上流側から対向するように弁体を配置し、軸線方向に進退自在なロッドを、蒸発器から送り出されて低圧冷媒流路を通る低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントと弁体との間に挟設して、弁体を開閉動作させるようにした膨張弁において、パワーエレメントからロッドに対して偶力が加わるように構成したものである。
【００１０】
なお、パワーエレメントからロッドに対して力が加わる作用点が、ロッドの軸線上から偏位していてもよい。その場合、ロッドの軸線の延長線が、パワーエレメントのほぼ中心軸を通っていてもよく、作用点が、パワーエレメントの中心軸位置にあってもよい。そして、ロッドのパワーエレメントに当接する側の端部が、折れ曲がった形状に形成されていてもよい。
【００１１】
また、ロッドの端部に当接するパワーエレメント側の部材の当接面がロッドの軸線に対して斜めに傾いて形成されていてもよい。
そして、ロッドを軸線方向に進退自在に受ける受け部が、パワーエレメントと低圧冷媒流路との間を仕切る仕切り部材に形成されていてもよく、その仕切り部材が、パワーエレメントのハウジングの一部であってもよい。
【００１２】
また、その仕切り部材に、低圧冷媒流路内の冷媒の温度と圧力をパワーエレメント側にゆっくりと伝達するための冷媒通過孔が穿設されていてもよい。
また、パワーエレメント側に設けられた部材がロッド側に向かって棒状に細長く伸び出して形成され、その棒状部の端面が軸線に対して斜めに傾いて形成されていてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の膨張弁を示している。図中、１は蒸発器、２は圧縮機、３は凝縮器、４は、凝縮器３の出口側に接続されて高圧の液体冷媒を収容する受液器、１０は膨張弁である。これらによって冷凍サイクルが形成されており、例えば自動車の室内冷房装置（カーエアコン）に用いられる。
【００１４】
膨張弁１０の本体ブロック１１には、蒸発器１から圧縮機２へ送り出される低温低圧の冷媒ガスを通すための低圧冷媒流路１２と、蒸発器１に送り込まれる高温高圧の冷媒液を通して断熱膨張させるための高圧冷媒流路１３とが形成されている。
【００１５】
低圧冷媒流路１２は、入口側の端部が蒸発器１の出口に接続され、出口側が圧縮機２の入口に接続されている。高圧冷媒流路１３は、入口側の端部が受液器４の出口に接続され、出口側が蒸発器１の入口に接続されている。
【００１６】
低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３とは互いに平行に形成されており、これに垂直な貫通孔１４が低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３との間を貫通している。また、低圧冷媒流路１２から外方に抜けるように、貫通孔１４と同じ向きに形成された開口部には、パワーエレメント３０が取り付けられている。
【００１７】
高圧冷媒流路１３の途中には、流路面積を途中で狭く絞った形の弁座孔１５が中央部に形成されていて、その弁座孔１５に上流側から対向して球状の弁体１６が配置されている。
【００１８】
その結果、弁体１６と弁座孔１５の入口部との間の隙間の最も狭い部分が高圧冷媒流路１３の絞り部になり、そこから蒸発器１に到る下流側の流路内において、高圧冷媒が断熱膨張する。弁体１６は、圧縮コイルスプリング１７によって弁座孔１５に接近する方向（即ち、閉じ方向）に付勢されている。１８はスプリング受けである。
【００１９】
貫通孔１４内に挿通されたロッド２０は、軸線方向に摺動自在に設けられていて、その上端はパワーエレメント３０の裏面付近に達し、中間部分が低圧冷媒流路１２を垂直に横切って貫通孔１４内に嵌合し、下端は、弁座孔１５内を通って弁体１６の頭部に当接している。なおロッド２０は、弁座孔１５の壁面との間が冷媒流路になるよう、弁座孔１５に比べて細く形成されている。
【００２０】
パワーエレメント３０は、厚い金属板製のハウジング３１と可撓性のある金属製薄板（例えば厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板）からなるダイアフラム３２によって気密に囲まれている。
【００２１】
パワーエレメント３０内には、冷媒流路１２，１３内に流されている冷媒と同じか又は性質の似ている飽和蒸気状態のガスが封入されていて、ガス封入用の注入孔は、栓３４によって閉塞されている。
【００２２】
ダイアフラム３２の裏面に面して、大きな皿状に形成されたダイアフラム受け盤３３が配置されていて、ダイアフラム受け盤３３の裏面にロッド２０の端部が当接している。
【００２３】
ただし、ロッド２０の先端部分２１は、例えば６０°程度の角度で小さく折れ曲がった形状に形成されていて、その突端がダイアフラム受け盤３３の裏面に当接している。したがってロッド２０は、軸線方向に進退自在にダイアフラム受け盤３３と弁体１６との間に挟み付けられた状態に配置されている。
【００２４】
この実施の形態においては、ロッド２０の軸線の延長線上にダイアフラム受け盤３３の中心軸が位置している。したがって、ロッド２０の突端はダイアフラム受け盤３３の中心軸位置から偏位した位置でダイアフラム受け盤３３に当接している。
【００２５】
４０は、パワーエレメント３０が低圧冷媒の急激な温度変化に影響されないように、ダイアフラム３２の裏面への低圧冷媒の回り込みを規制するために、ダイアフラム受け盤３３に形成された冷媒通路である。
【００２６】
このように構成された膨張弁においては、低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温度が下がると、ダイアフラム３２の温度が下がって、パワーエレメント３０内の飽和蒸気ガスがダイアフラム３２の内表面で凝縮する。
【００２７】
すると、パワーエレメント３０内の圧力が下がってダイアフラム３２が変位するので、ロッド２０が圧縮コイルスプリング１７に押されて移動し、その結果、弁体１６が弁座孔１５側に移動して高圧冷媒の流路面積が狭くなって、蒸発器１に送り込まれる冷媒の流量が減る。
【００２８】
低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温度が上がると、上記と逆の動作により、パワーエレメント３０で押されたロッド２０によって弁体１６が弁座孔１５から離れる方向に移動させられ、高圧冷媒の流路面積が広がって、蒸発器１に送り込まれる高圧冷媒の流量が増える。
【００２９】
そのように動作するロッド２０は、先端部分２１が小さく折れ曲がった形状に形成されていて、パワーエレメント３０からロッド２０に対して力が加わる作用点が、ロッド２０の軸線上（軸線の延長線上）から偏位している。
【００３０】
したがって、パワーエレメント３０と圧縮コイルスプリング１７とからロッド２０が受ける力は、軸線の向きを変える方向にロッド２０を回転させようとする偶力としても作用する。
【００３１】
その結果、ロッド２０が進退する際には貫通孔１４の内面壁との間において相当に大きな摩擦抵抗が発生するので、高圧冷媒流路１３内の高圧冷媒に圧力変動があったとき、ロッド２０の動作（即ち弁体１６の開閉動作）がそれに対して敏感に反応しない。なお、ロッド２０の先端部分２１は、小さく折れ曲がった形状以外の形状であってもよい。
【００３２】
図２は、本発明の第２の実施の形態の膨張弁１０を示しており、ロッド２０の先端部分２１が当接するダイアフラム受け盤３３を、熱伝導率の低い厚みのあるプラスチック材で形成したものである。その他は上述の第１の実施の形態と同じである。
【００３３】
図３は、本発明の第３の実施の形態の膨張弁１０を示しており、小さく折れ曲がった形状に形成されているロッド２０の先端部分２１の突端を、ダイアフラム受け盤３３の中心軸位置に当接させたものである。
【００３４】
その結果、パワーエレメント３０の中心軸とロッド２０の軸線とが偏位しているが、パワーエレメント３０が中心軸位置でロッド２０側から力を受けるので、動作のバランスがよい。
【００３５】
ダイアフラム受け盤３３の裏面の中心位置には、ロッド２０の突端が係合する円形の凹状部３５が形成されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。
【００３６】
なお、ロッド２０の偏位方向はどの方向でもよく、その位置決めをするためのガイドを低圧冷媒流路１２とパワーエレメント３０との間付近に設けてもよい。図４は、本発明の第４の実施の形態の膨張弁１０を示しており、ロッド２０とパワーエレメント３０とは軸線を一致させて配置されている（一致していなくてもよい）。
【００３７】
ロッド２０は一本の真っ直ぐな棒状であるが、ロッド２０が当接するダイアフラム受け盤３３の当接面部分がロッド２０の軸線に対して斜めに傾いて形成されている。
【００３８】
その斜面３６に当接するロッド２０の端面は、滑らかな曲面状に丸められている。ただし、斜面３６に当接するロッド２０の端面形状は円錐形その他各種の形状をとることができる。
【００３９】
このように構成しても、パワーエレメント３０からロッド２０に対して偶力が加わるので、前記の各実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
図５は、本発明の第５の実施の形態の膨張弁１０を示している。この実施の形態の膨張弁は、前述の第４の実施の形態のものをさらに改良したものであり、各部についてやや詳細に説明をする。
【００４０】
球状の弁体１６は例えばステンレス鋼等の金属により形成されており、弁体１６が面する弁座孔１５の開口端は、テーパ状の面取りがされた形状に形成されている。
【００４１】
弁体１６側へ漸次径が細くなるテーパ状に形成された圧縮コイルスプリング１７は、弁体１６と同様のステンレス鋼等の金属により形成されていて、その先端部分に弁体１６が溶接等によって直接固着されている。したがって、組み立ての際に弁体１６が圧縮コイルスプリング１７から脱落せず、また両部材が同材質であることからリサイクル処理が容易である。
【００４２】
圧縮コイルスプリング１７が配置された孔１９は、弁座孔１５と同方向に（したがって、高圧冷媒流路１３に対して垂直方向に）本体ブロック１１に形成されていて、外方に抜けている。
【００４３】
その孔１９内には、圧縮コイルスプリング１７の基端側を受けるスプリング受け１８が外方から圧入固定されており、螺合部がないので、ねじ込みによる切り粉の発生がない。
【００４４】
スプリング受け１８は内側の端面が塞がった筒状に形成されており、圧縮コイルスプリング１７のバネ力が適正値になるように組み立て時に固定位置が調整され、孔１９の内周面との間に隙間ができないように組み付けられている。
【００４５】
そのように、Ｏリング等のシール部材を用いることなく、本体ブロック１１に対するスプリング受け１８の取り付け部分の気密性を確保するためには、例えばネジロック又は溶接等を施してもよいし、スプリング受け１８にバネ性の高い材料を用いてスプリングバックにより気密性を得てもよい。
【００４６】
弁体１６と当接するロッド２０の端面には、Ｖ字状の凹み２２が形成されている。その結果、ロッド２０の端面に対して弁体１６がガタつかず、弁体１６部分から振動音が発生しない。なお、ロッド２０の端面の凹み２２の形状は、例えば図６及び図７に示されるように、Ｕ字状に形成してもよいし、ロッド２０の径に比べて小さなＶ字状等に形成してもよい。
【００４７】
図５に戻って、貫通孔１４部分では、その全長にわたってロッド２０が嵌合しており、例えばその嵌合長が１０〜１５ｍｍ程度で、嵌合隙間が０．０１〜０．１２ｍｍ程度に形成されていて、ロッド２０のガタつきが規制されている。これも、弁体１６部分からの振動音発生を抑制している。
【００４８】
また、貫通孔１４の低圧冷媒流路１２側開口部１４ａから少し離れた位置には、ロッド２０に突起２３が突設されている。この突起２３は、ロッド２０を側方から押しつぶして形成されている。
【００４９】
このように突起２３が形成されていることにより、ロッド２０がそれ以上貫通孔１４内に入り込まないので、組み立て時にロッド２０を安定した状態に保持することができる。なお、貫通孔１４の低圧冷媒流路１２側開口部１４ａは、テーパ状に面取りされている。
【００５０】
パワーエレメント３０は、全ての部品が例えばステンレス鋼等のような同じ金属材料によって形成されている。したがって、膨張弁１０を壊す際には、パワーエレメント３０を取り出して容易にリサイクル処理することができる。
【００５１】
ダイアフラム受け盤３３は、図８に斜視図が示されるように、三つの脚状部３３ａが折り曲げ形成された皿状になっており、板材からプレス加工により形成されている。
【００５２】
ダイアフラム受け盤３３の中央部分には、斜面３６が形成されている。その角度（ダイアフラム３２面に対する角度）は５〜２５度の範囲にあるのが適当である。この角度が大きすぎると摺動力が大きくなってヒステリシスが発生し、小さすぎては斜面の効果が得られない。
【００５３】
脚状部３３ａは、ハウジング３１の内周面に緩く嵌合してダイアフラム受け盤３３の姿勢を安定させる機能を有している。また、脚状部３３ａが折り曲げられることにより切り欠かれた部分が冷媒通路４０になっている。
【００５４】
なお、図９に示されるように、脚状部３３ａの先端部分を内側へ折り曲げ形成することにより、ハウジング３１の内周面との摺接状態に引っかかりが発生せず、動きがより円滑になる。
【００５５】
ダイアフラム受け盤３３は多様な実施態様をとることができ、例えば図１０及び図１１に示されるようにキャップ状に形成してもよい。冷媒通路４０は小さな孔状に形成されている。
【００５６】
或いは、図１２及び図１３に示されるように、ダイアフラム受け盤３３を鍛造等によってリベットの頭部状に形成してもよい。冷媒通路４０は溝状に形成されている。
【００５７】
図５に戻って、パワーエレメント３０を全体的に囲むように形成されたハウジング３１には、本体ブロック１１と螺合する螺合部２５が外面に形成されている。２６はシール部材である。
【００５８】
ハウジング３１の低圧冷媒流路１２に面する部分の中央部分には、ロッド２０が端部近傍で摺動自在に嵌合するロッド受け３７が形成されており、これによってロッド２０のガタ付きが規制されて騒音の発生が抑制されている。
【００５９】
ロッド受け３７の周囲の低圧冷媒流路１２に面する部分には、低圧冷媒流路１２内を通過する冷媒をパワーエレメント３０内に少量だけ導くための冷媒通過孔３８がハウジング３１に穿設されており、低圧冷媒流路１２内を通過する冷媒の温度と圧力の状態変化がダイアフラム３２の裏面に遅延されて緩やかに伝達されるので、膨張弁１０が急激な動作変化をしない。
【００６０】
なお、図１４に示されるように、ハウジング３１の低圧冷媒流路１２に面する部分だけを例えばプラスチック等からなるブシュ１３１等の別部材により形成して、パワーエレメント３０と本体ブロック１１との間にブシュ１３１を挟持してもよい。
【００６１】
その場合、図１５に示されるように、ブシュ１３１を表裏の中間部分を境にして対称形に形成することにより、ブシュ１３１に表裏の区別がなくなって、組み立てが容易になる。
【００６２】
以上、本発明の各種実施の形態について説明をしたが、本発明はさらに各種の実施態様をとることができ、例えば図１６に示されるように、ロッド２０を貫通孔１４内の部分からパワーエレメント３０側の端部まで太く形成してもよい。また、この実施の形態では、スプリング受け１８が本体ブロック１１にねじ込まれて取り付けられている。
【００６３】
また、図１７に示されるように、ダイアフラム受け盤３３側から太い軸部１３３をロッド２０側に向かって棒状に細長く伸び出して形成し、ロッド２０の端面が当接する斜面３６をその軸部１３３の端面に形成してもよい。また、図１８に示されるように、さらにその太い軸部１３３をダイアフラム受け盤３３と別部材で形成してダイアフラム受け盤３３に連結してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、弁体との間に介在するロッドに対してパワーエレメントから偶力が加わるようにしたことにより、ロッドが両端において受ける力がロッドを回転させようとする方向に作用し、その結果、ロッドが軸線方向にスライドする際に大きな摩擦抵抗が発生するので、高圧冷媒に圧力変動があっても弁体の動作がそれに対して敏感に反応せず、極めてシンプルでコストのかからない構成によって、高圧冷媒の圧力変動に対して動作の安定した膨張弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の膨張弁の弁体に対するロッドの当接部の変形例の部分断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態の膨張弁の弁体に対するロッドの当接部の第２の変形例の部分断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の斜視図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の脚状部の変形例の縦断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の変形例を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の第２の変形例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の第２の変形例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のパワーエレメントのハウジング部分の変形例を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の膨張弁のパワーエレメントのハウジング部分の第２の変形例を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１２  低圧冷媒流路
１３  高圧冷媒流路
１４  貫通孔
１５  弁座孔
１６  弁体
１７  圧縮コイルスプリング
２０  ロッド
２１  先端部分
３０  パワーエレメント
３２  ダイアフラム
３３  ダイアフラム受け盤
３６  斜面
３７  ロッド受け
３８  冷媒通過孔
４０  冷媒通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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