(57)【要約】【課題】  温度式の膨張弁において、パワーエレメントに部品の追加もしくは加工を必要とすることなく、ダイヤフラムの耐久性を向上させる。【解決手段】  感温室を構成するアッパーハウジング２１の形状を弁部２の全閉時のダイヤフラム位置に近づくようなストッパ部３０に形成してダイヤフラム２３のオーバストローク量を規制するようにした。また、弁部２の全閉時におけるダイヤフラム２３の中央受圧部２９の位置をダイヤフラム２３の外周の溶接箇所を含む平面の近傍に設定して弁部２の開閉動作時にダイヤフラム２３のコルゲート部２８が反転動作を起こさないようにした。これにより、オーバストロークによる応力の発生が少なく、反転動作によるコルゲート部２８の劣化を防止できることから、ダイヤフラム２３の耐久性を大幅に向上させることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレータから導入された冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、前記冷媒の温度および圧力に応じて前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する弁部とを備え、前記パワーエレメントがダイヤフラムを挟んでその両側に配置された第１のハウジングおよび第２のハウジングの外周縁部を前記ダイヤフラムとともに溶接して構成された膨張弁において、
前記ダイヤフラムとともに感温室を構成する前記第１のハウジングは、その外周部が前記ダイヤフラムのオーバストローク量を規制するストッパ部を構成し、前記ダイヤフラムは、その中央受圧部が前記弁部の全閉時に前記ダイヤフラムの溶接箇所を含む平面の近傍に位置するように設定されていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記ストッパ部は、前記ダイヤフラムの前記溶接箇所を含む前記平面に近接するよう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。
【請求項３】
前記ストッパ部は、前記ダイヤフラムの外周からコルゲート部の内側までに対応する領域に形成されていることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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てエバポレータの出口冷媒の温度および圧力を感知し、その冷媒の温度および圧力に応じてエバポレータに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に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エアコンシステムでは、コンプレッサによって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をコンデンサで凝縮し、レシーバ／ドライヤで気液分離された液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることにより低温・低圧の冷媒にし、それをエバポレータで蒸発させてコンプレッサに戻すような冷凍サイクルが形成されている。低温の冷媒が供給されるエバポレータでは、車室内の空気と冷媒とが熱交換を行うことで、冷房を行う。
【０００３】
このような膨張弁としては、エバポレータから送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して弁俸を開閉動作させて冷媒流量を制御するようにしたいわゆる温度式膨張弁が広く用いられている。
【０００４】
温度式膨張弁は、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、このパワーエレメントが感知した温度および圧力に応じてエバポレータへ送り出す冷媒の流量を制御する弁部とからなっている。ここで、パワーエレメントの構成について説明する。
【０００５】
図７は従来の膨張弁のパワーエレメントの構成を示す中央縦断面図、図８は従来の膨張弁のパワーエレメントに用いられているダイヤフラムのばね特性を示す図、図９はオーバストローク時におけるダイヤフラムの状態を示す図である。
【０００６】
パワーエレメント１０１は、図７に示したように、厚い金属製のアッパーハウジング１０２およびロアハウジング１０３と、これらによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性のある薄い金属薄板からなるダイヤフラム１０４とを備えている。ダイヤフラム１０４は、その外周縁部がアッパーハウジング１０２およびロアハウジング１０３の外周縁部と一緒に溶接されている。ダイヤフラム１０４は、アッパーハウジング１０２との間に感温用ガスが封入される感温室を構成し、ロアハウジング１０３は、エバポレータ出口の冷媒をダイヤフラム１０４に接触させるべく導入するための空間を構成している。
【０００７】
ダイヤフラム１０４は、圧力を感知して変位する中央受圧部１０５と、その中央受圧部１０５がこの面に直角方向に変位できるように形成された同心円状のコルゲート部１０６とを有している。ダイヤフラム１０４は、また、図８に示したように、その中央受圧部１０５がアッパーハウジング１０２およびロアハウジング１０３との溶接位置を含む平面上に中立位置があり、ダイヤフラム１０４にかかる圧力の変動に応じて、その中立位置を中心にして図の上下方向に変位する。この変位は、弁部に伝達されて弁部を開閉駆動させる。弁部は、このパワーエレメント１０１と同一軸線方向に開閉するよう配置されているので、ダイヤフラム１０４が上下に変位するストロークは、直接、弁部の開閉ストロークになる。ただし、弁部は、その閉弁方向のストロークにおいては、その全閉位置でストロークしなくなるので、ダイヤフラム１０４だけが、図の上方へオーバストロークする。このダイヤフラム１０４のオーバストロークは、図９に示したように、ダイヤフラム１０４の中央受圧部１０５がアッパーハウジング１０２の内壁に当接することによって上限が規制されるようになっている。
【０００８】
このような、パワーエレメント１０１においては、薄い金属薄板のダイヤフラム１０４がその外周を溶接することによってアッパーハウジング１０２およびロアハウジング１０３に固定されている。その溶接箇所では、ダイヤフラム１０４は、溶接熱の影響を受けてもろくなっているので、弁部の使用範囲を超えて、弁部の動きとは関係なく動作するオーバストローク時には、その溶接箇所に大きな引っ張り応力がかかってしまう。
【０００９】
これに対して、閉弁後のオーバストローク量を規制するようにした膨張弁が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この膨張弁は、アッパーハウジングとダイヤフラムとの間にダイヤフラム振幅規制板を設け、このダイヤフラム振幅規制板がオーバストローク量を規制して、溶接箇所への不要な応力がかかるのを防止し、ダイヤフラムの耐久性を向上させている。
【００１０】
また、ダイヤフラムは、これがストロークするとき、溶接箇所に近い位置が作動支点になっているが、この場合も、弁部の開閉時にその溶接箇所に引っ張り応力および圧縮応力が繰り返しかかってしまう。
【００１１】
これに対して、ダイヤフラムの作動支点を溶接箇所の熱影響が受けにくい場所に移動するようにした膨張弁が知られている。ある膨張弁によれば、アッパーハウジングおよびロアハウジングの内側に突起を設け、その突起同士でダイヤフラムを挟んで支持することにより、その挟んだ位置がダイヤフラムの作動支点となるので、溶接時の熱影響部分に応力が加わらなくなるようにしている（たとえば、特許文献２参照。）。また、別の膨張弁によれば、ロアハウジングとダイヤフラムとの溶接部に補強リングを挟み、その補強リングの内径をロアハウジングのダイヤフラム支持部の内径よりも小さくすることで、ダイヤフラムの作動支点を溶接時の熱影響部分から遠い補強リングの内径にしている（たとえば、特許文献３参照。）。さらに別の膨張弁によれば、ロアハウジングとダイヤフラムとの間にリングを挟み込むことで、そのリングの内径をダイヤフラムの作動支点とし、溶接時の熱影響部分から遠ざけるようにしている（たとえば、特許文献４参照。）。このように、ダイヤフラムの作動支点を溶接時の熱影響部分から遠ざけることによって、ダイヤフラムの耐久性を向上させている。
【特許文献１】特開平５−１３３６４６号公報
【特許文献２】実開平６−３２９７３号公報
【特許文献３】特開平７−１３３９７２号公報
【特許文献４】特開平９−７９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の膨張弁では、ダイヤフラムの中立位置は、圧力を感知して変位する中央受圧部が弁部の使用範囲の中心に設定されているため、中央受圧部が中立位置を上下するたびに、ダイヤフラムのコルゲート部が反転動作を起こし、それがダイヤフラムの作動支点に対して引っ張り応力と圧縮応力とが交互にかかることになるので、ダイヤフラムの耐久性を低下させているという問題点があった。また、ダイヤフラムの作動支点を溶接時の熱影響部分から遠ざけるには、アッパーハウジングおよびロアハウジングに突起を設ける加工をしたり、何らかの部品を追加したりしているので、コストが高くなるという問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、何らかの部品追加もしくは加工を必要とすることなく、ダイヤフラムの耐久性を向上させた膨張弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では上記問題を解決するために、エバポレータから導入された冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、前記冷媒の温度および圧力に応じて前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する弁部とを備え、前記パワーエレメントがダイヤフラムを挟んでその両側に配置された第１のハウジングおよび第２のハウジングの外周縁部を前記ダイヤフラムとともに溶接して構成された膨張弁において、前記ダイヤフラムとともに感温室を構成する前記第１のハウジングは、その外周部が前記ダイヤフラムのオーバストローク量を規制するストッパ部を構成し、前記ダイヤフラムは、その中央受圧部が前記弁部の全閉時に前記ダイヤフラムの溶接箇所を含む平面の近傍に位置するように設定されていることを特徴とする膨張弁が提供される。
【００１５】
このような膨張弁によれば、ダイヤフラムが弁部の全閉時以降に閉弁方向に変位するオーバストロークがあったときにストッパ部に当接して、それ以上のオーバストローク量が規制されるので、ダイヤフラムの作動支点に大きな応力がかかることがなくなり、さらに、弁部の全閉時のダイヤフラムの中央受圧部の位置をダイヤフラムの溶接箇所を含む平面の近傍に設定したことにより、ダイヤフラムのコルゲート部が反転動作をすることがなくなるので、コルゲート部に発生する割れを激減させることができることから、ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の膨張弁は、感温室を構成する第１のハウジングの形状をダイヤフラムのオーバストローク量が規制される形状にしたことで、特別な部品を追加したり第１のハウジングを加工したりする必要がなくなり、しかも、ダイヤフラムが大きくオーバストロークすることによる応力の発生も少ないので、膨張弁の製造コストを低減でき、ダイヤフラムの耐久性を向上させることができるという利点がある。また、ダイヤフラムのコルゲート部に反転動作を起こさせないような構成にしたことで、反転動作によるコルゲート部の劣化を防止することができ、これによって、ダイヤフラムの耐久性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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は本発明による膨張弁の全体の構成を示す中央縦断面図である。
この膨張弁は、図の上部に示したパワーエレメント１と、図の下部に示した弁部２とを備えている。弁部２は、そのボディ１１の側部に、レシーバ／ドライヤから高温・高圧の液冷媒を受けるポート１２と、この弁部２にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給するポート１３と、エバポレータから蒸発された冷媒を受けるポート１４と、この弁部２を通過した冷媒をコンプレッサへ戻すポート１５とを備えている。
【００１８】
ポート１２からポート１３へ連通する流体通路には、弁座１６がボディ１１と一体に形成され、その弁座１６の上流側には、ボール状の弁体１７が配置されている。この弁体１７が収容されている空間には、弁体１７を弁座１６に着座させる方向に付勢するスプリング１８が配置され、このスプリング１８は、ばね受け部材１９によって受けられている。ばね受け部材１９は、ボディ１１の下端部に螺着されたアジャストねじ２０に嵌合されており、アジャストねじ２０のボディ１１への螺入量を調整することでスプリング１８の荷重を調整できるようにしている。
【００１９】
ボディ１１の上端部に設けられたパワーエレメント１は、アッパーハウジング２１と、ロアハウジング２２と、これらによって囲まれた空間を仕切るように配置されたダイヤフラム２３と、このダイヤフラム２３の図の下面に配置されたディスク２４とを有している。アッパーハウジング２１とダイヤフラム２３とによって密閉された感温室には、感温用ガスが封入されている。
【００２０】
ディスク２４の下方には、ダイヤフラム２３の変位を弁体１７へ伝達するシャフト２５が配置されている。このシャフト２５の上部は、ポート１４，１５間を連通する流体通路を横切って垂下されたホルダ２６により保持されている。このホルダ２６には、シャフト２５の上端部に対して横荷重を与えるスプリング２７が配置されており、高圧冷媒の圧力変動に対するシャフト２５の長手方向の振動を抑制するようにしている。
【００２１】
以上の構成の膨張弁は、エバポレータからポート１４に戻ってきた冷媒の圧力および温度をパワーエレメント１が感知し、冷媒の温度が高いまたは圧力が低い場合には、開弁方向へ弁体１７を押し、逆に温度が低いまたは圧力が高い場合には、閉弁方向へ弁体１７を移動させて弁部２の開度を制御するようにしている。一方、レシーバ／ドライヤから供給された液冷媒は、ポート１２を介して弁体１７のある空間に流入し、開度が制御された弁部２を通過することで絞り膨張され、低温・低圧の冷媒になる。その冷媒は、ポート１３から出て、エバポレータに供給され、ここで車室内の空気と熱交換されて膨張弁のポート１４に戻される。このとき、膨張弁は、エバポレータの出口の冷媒が所定の過熱度を有するようにエバポレータへ供給する冷媒の流量を制御するので、エバポレータからは冷媒が完全に蒸発された状態でコンプレッサに戻される。
【００２２】
図２はパワーエレメントのハウジング形状およびダイヤフラムを示す説明図、図３はダイヤフラムのばね特性を示す図である。
パワーエレメント１において、アッパーハウジング２１は、参考のために図２に鎖線で示した従来の形状から実線で示した形状に変更している。すなわち、アッパーハウジング２１は、ダイヤフラム２３の外周からコルゲート部２８および圧力を感知して変位する中央受圧部２９の外周近傍に対応する領域をストッパ部３０とし、このストッパ部３０をダイヤフラム２３の溶接箇所を含む平面に近接した位置までダイヤフラム２３の側へ変位するよう形成している。これにより、ダイヤフラム２３が弁部２の開閉動作に無関係に弁部２の閉弁方向に変位した場合に、ダイヤフラム２３の中央受圧部２９がストッパ部３０に当接するようになるので、ダイヤフラム２３のオーバストローク量を規制することができる。
【００２３】
また、ダイヤフラム２３は、その中央受圧部２９が弁部２の全閉時に溶接箇所を含む平面上に位置するよう設定されている。これにより、図３に示したように、ダイヤフラム２３の中立位置は、膨張弁の使用範囲の上限である弁部２の全閉位置になり、ダイヤフラム２３は、その中立位置よりも弁部２側で変位することになる。したがって、ダイヤフラム２３は、その使用範囲で変位している限りは、コルゲート部２８が反転動作を起こすには至らず、ダイヤフラム２３の作動支点に対して引っ張り応力と圧縮応力とが交互にかかることもないので、ダイヤフラム２３の耐久性を向上させることができる。
【００２４】
次に、以上のように構成された膨張弁が動作したときのダイヤフラム２３の変位状態について説明する。
図４は弁部が全開状態にあるときの要部の状態を表した説明図、図５は弁部が全閉状態にあるときの要部の状態を表した説明図、図６はダイヤフラムがオーバストローク状態にあるときの要部の状態を表した説明図である。
【００２５】
まず、エバポレータから戻ってきた冷媒の温度が十分に高いまたは冷媒の圧力が十分に低い場合には、図４に示したように、パワーエレメント１のダイヤフラム２３は、弁部２の側に変位されていて、ロアハウジング２２の水平部に当接したディスク２４によって図の下方変位が規制された状態になっている。このとき、ディスク２４は、その可動範囲の最も弁部２の側、すなわち、図の最も下側に位置しているので、弁部２の弁体１７も、シャフト２５を介して図の最も下方に位置し、弁部２は全開状態になっている。
【００２６】
ここで、冷凍サイクルが運転を継続して行ってエバポレータから戻ってきた冷媒の温度が低くなっていくと、感温室内の圧力が低下するので、ダイヤフラム２３は、図の上方へ変位していく。これに伴って、スプリング１８により閉弁方向に付勢された弁体１７も図の上方へ移動していき、膨張弁の開度が小さくなっていく。
【００２７】
エバポレータから戻ってきた冷媒の温度がさらに低くなると、ついには、図５に示したように、弁体１７が弁座１６に着座して膨張弁が全閉状態になる。このとき、ダイヤフラム２３は、その中立位置にあり、中央受圧部２９は、ダイヤフラム２３の外周の溶接箇所を通る平面上にほぼ位置することになる。このように、ダイヤフラム２３の中央受圧部２９は、弁部２の全開状態から全閉状態に至るまでの間、ダイヤフラム２３の中立位置よりも常に下側で変位していることになる。したがって、この膨張弁の使用範囲内においては、ダイヤフラム２３のコルゲート部２８が反転動作を起こすことはないので、コルゲート部２８の反転動作に起因した、コルゲート部２８に発生する割れが激減し、ダイヤフラム２３の作動支点にかかる引っ張り応力および圧縮応力の発生が激減するので、ダイヤフラム２３の耐久性を大幅に高めることができる。
【００２８】
エバポレータから戻ってきた冷媒の温度がさらに低くなると、弁体１７は、すでに弁座１６に着座していて、これ以上図の上方へは行けないので、ダイヤフラム２３のみ図の上方へ変位することになる。このとき、ダイヤフラム２３は、その中立位置に近接して位置するアッパーハウジング２１のストッパ部３０に当接するので、これ以上のオーバストロークが発生することはない。このため、ダイヤフラム２３のコルゲート部２８が反転動作することもないし、ダイヤフラム２３の作動支点に大きな応力が発生することもないので、ダイヤフラム２３の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による膨張弁の全体の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】パワーエレメントのハウジング形状およびダイヤフラムを示す説明図である。
【図３】ダイヤフラムのばね特性を示す図である。
【図４】弁部が全開状態にあるときの要部の状態を表した説明図である。
【図５】弁部が全閉状態にあるときの要部の状態を表した説明図である。
【図６】ダイヤフラムがオーバストローク状態にあるときの要部の状態を表した説明図である。
【図７】従来の膨張弁のパワーエレメントの構成を示す中央縦断面図である。
【図８】従来の膨張弁のパワーエレメントに用いられているダイヤフラムのばね特性を示す図である。
【図９】オーバストローク時におけるダイヤフラムの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワーエレメント
２  弁部
１１  ボディ
１２，１３，１４，１５  ポート
１６  弁座
１７  弁体
１８  スプリング
１９  ばね受け部材
２０  アジャストねじ
２１  アッパーハウジング
２２  ロアハウジング
２３  ダイヤフラム
２４  ディスク
２５  シャフト
２６  ホルダ
２７  スプリング
２８  コルゲート部
２９  中央受圧部
３０  ストッパ部
【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】
2006266568.tif 000009
【図８】
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【図９】
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