(57)【要約】【課題】  従来の加工設備を大きく変更することなく、また、加工時間を大きく延長することなくＰｂを削減することができる膨張弁を提供する。【解決手段】  本発明の膨張弁のボディは、アルミニウム合金からなる素材を用いて成形されるが、Ｐｂ削減の要請から、低融点金属としてＢｉとＳｎを所定量添加したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金が用いられる。具体的には、Ｍｇを０．２〜１．５重量％，Ｓｉを０．２〜２．０重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％添加し、残部をアルミニウムおよび不純物で構成したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金からなる素材が用いられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディ内部に設けられた弁部の弁開度を制御することにより、上流側から流入する冷媒の流量を調整して下流側に流出させる膨張弁において、
前記ボディが、Ｍｇを０．２〜１．５重量％，Ｓｉを０．２〜２．０重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物で構成したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金からなることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記ボディが、Ｓｎを０．４〜１．０重量％添加したアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１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の中でエバポレータに供給する冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。
【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は、車室内の空気と熱交換を行うことで、冷房を行う。
【０００３】
膨張弁には、例えばエバポレータ出口での冷媒の温度および圧力を感知してエバポレータに供給する冷媒の流量を制御する温度式膨張弁が用いられる。この温度式膨張弁は、ボディの上端部に取り付けられ、エバポレータ出口側の冷媒の温度および圧力の変化を感知して内部の圧力が昇降するパワーエレメントと、ボディ内に配設され、パワーエレメント内の圧力の昇降に基づいてエバポレータ入口側に供給する冷媒の流量を制御する弁部とから構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
パワーエレメントは、金属等の薄板からなるダイヤフラムによって仕切られた感温室を有し、冷媒の温度および圧力の変化を受けると感温室内の圧力が変化してダイヤフラムを変位させ、そのダイヤフラムの変位は、軸線方向に延びるシャフトを介して弁部の弁体に伝達され、これによって弁部を開閉動作させることにより、冷媒の流量を制御するようにしている。弁部は、高圧の冷媒が導入されるポートと断熱膨張された低圧の冷媒が導出されるポートとの間に形成された通路に弁座を有し、高圧の冷媒を受ける上流側から弁座に対して接離自在に弁体が配置され、その弁体がパワーエレメントから弁孔を貫通して延びるシャフトによって開閉駆動される。
【特許文献１】特開平２００２−１１５９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した膨張弁のボディの製造においては、その加工性や耐食性の観点からアルミニウム合金が使用されてきた。すなわち、このボディは、一般に所定の金型を用いてアルミニウム合金を押出加工後切断してその概形を成形し、これに対して内部冷媒通路やその出入口となる各ポートを切削加工することによって作製される。このため、アルミニウム合金として押出性や切削性に優れたものを使用する必要があった。特に切削性については、その切削工程において発生する切り屑が成形過程のボディや工具に絡み付くのを防止するために、切削工程時の発生熱によって切り屑が溶融して粉状に排出されるのが望ましい。そのため、低融点金属である鉛（Ｐｂ）を添加したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金がよく用いられてきた。具体的には、６０００系合金の中で低融点金属であるＰｂ，Ｓｉを添加した快削合金である６２６２などが使用されていた。
【０００６】
しかしながら、近年、国内外において膨張弁についても環境負荷物質を規制する動きがあり、鉛を含有しないアルミニウム合金を用いた膨張弁が要求されている。そこで、近年では６０００系合金の中でＰｂを含まない６０６３や６０６１を用いたりすることがあった。しかし、これらの合金は低融点金属を含有しておらず、上記６２６２などに比べて切削性が大きく劣るため、加工設備を大幅に改造するなどの設備投資をするか、加工時間を延長する必要があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、従来の加工設備を大きく変更することなく、また、加工時間を大きく延長することなくＰｂを削減することができる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】
【０００８】
本発明では上記問題を解決するために、ボディ内部に設けられた弁部の弁開度を制御することにより、上流側から流入する冷媒の流量を調整して下流側に流出させる膨張弁において、前記ボディが、Ｍｇを０．２〜１．５重量％，Ｓｉを０．２〜２．０重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物で構成したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金からなることを特徴とする膨張弁が提供される。
【０００９】
このような膨張弁は、そのボディが、Ｐｂに代わる低融点金属としてＢｉおよびＳｎが含有されたアルミニウム合金からなる。このため、後述する発明の実施の形態でも説明するように、ボディ製造時の切削性を良好に保持することができる。また、Ｓｎの添加を０．４〜２．０重量％の範囲とすることで、ボディ製造時の押出性、さらには耐食性をも良好に保持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の膨張弁によれば、ボディをＢｉおよびＳｎが所定量含有されたアルミニウム合金から作製するため、ボディ製造時の切削性および押出性を良好に保持することができる。その結果、従来の加工設備を大きく変更したり加工時間を大きく延長することなく、Ｐｂを削減した膨張弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
本実施の形態は、本発明の膨張弁を自動車用エアコン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たものであり、図１はこの膨張弁の構造を表す断面図である。
【００１２】
膨張弁１は、アルミニウム合金から形成されたボディ２の側部に、コンデンサから高温・高圧の冷媒を受けるように高圧冷媒配管が接続される高圧入口のポートＴ１と、この膨張弁１にて減圧・膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給するように低圧冷媒配管が接続される低圧出口のポートＴ２と、エバポレータ出口からの冷媒配管に接続される低圧入口のポートＴ３と、コンプレッサへ至る冷媒配管に接続される低圧出口のポートＴ４とが設けられている。
【００１３】
ボディ２の中には、ポートＴ１からポートＴ２へ連通する流体通路に弁座３がボディ２と一体に形成され、その弁座３の上流側には、弁座３と対向してボール状の弁体４が配置されている。これにより、弁座３と弁体４との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張する。
【００１４】
また、高圧入口のポートＴ１側の流体通路には、弁体４を受ける弁体受け５と、弁体４を弁座３に着座させる方向に弁体受け５を介して付勢する圧縮コイルスプリング６とが配置され、この圧縮コイルスプリング６は、スプリング受け７およびこの圧縮コイルスプリング６の荷重を調節するようボディ２に螺着されたアジャストねじ８によって受けられている。
【００１５】
ボディ２の上端部には、パワーエレメント９が設けられている。このパワーエレメント９は、ステンレスからなるアッパーハウジング１０およびロアハウジング１１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金属薄板からなるダイヤフラム１２と、このダイヤフラム１２の下面に配置されたディスク１３とによって構成されている。ここでは、ダイヤフラム１２としてベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものを使用したが、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルムから形成されてもよい。
【００１６】
アッパーハウジング１０とダイヤフラム１２とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに冷媒ガスなどが充填され、金属ボール１４をアッパーハウジング１０に抵抗溶接することにより閉止されている。ディスク１３は、その上部が半径方向外方へ突出して大径に形成されており、その大径部の下面は後述するホルダ１８の対向する内壁面に当接されるようにしてダイヤフラム１２の下方への移動を規制するストッパとして機能し、この膨張弁１の最大の弁開度を規定している。
【００１７】
ディスク１３の下方には、ダイヤフラム１２の変位を弁体４へ伝達するシャフト１５が配置されている。このシャフト１５は、ボディ２の中心に形成された貫通孔１６に挿通されている。
【００１８】
この貫通孔１６は、その上部が拡開形成されていて、その段差部にＯリング１７が配置されている。このＯリング１７は、シャフト１５と貫通孔１６との間の隙間をシールし、その隙間を介して冷媒がポートＴ３，Ｔ４間の低圧通路に漏れるのを防止している。
【００１９】
また、シャフト１５の上端部は、ポートＴ３，Ｔ４間の低圧通路を横切って垂下する筒状部を有するホルダ１８によって保持されている。このホルダ１８の下端部は、貫通孔１６の拡開部に嵌入され、その下部端面が貫通孔１６の上部開口端方向へのＯリング１７の移動を規制している。
【００２０】
ホルダ１８の上部には、ディスク１３がダイヤフラム１２の変位方向に進退自在に保持されており、さらに、シャフト１５に対して横方向から付勢するスプリング１９が配置されている。このスプリング１９でシャフト１５に横荷重を与える構成にしたことにより、高圧入口のポートＴ１に導入される高圧冷媒に圧力変動があったときにシャフト１５の軸線方向の動作が敏感に反応しないようにして、シャフト１５の軸線方向の振動による異常振動音の発生を抑える制振機構を構成している。また、ホルダ１８の上部は、ポートＴ３，Ｔ４間を連通している低圧通路とダイヤフラム１２の下方空間とを連通させる均圧通路を有し、エバポレータから戻ってきた冷媒がダイヤフラム１２の下方空間に導入できるようにしている。
【００２１】
以上の構成の膨張弁１において、エアコンを起動する前、パワーエレメント９は、エアコン運転中の場合よりも十分高い温度を検出しているため、パワーエレメント９の感温室の圧力が上がっており、ダイヤフラム１２は、図の下方へ変位し、ディスク１３がホルダ１８に当接している。このダイヤフラム１２の変位は、シャフト１５を介して弁部の弁体４に伝達され、膨張弁１は全開状態になっている。このため、エアコン起動時に、膨張弁１は、最大流量の冷媒をエバポレータに供給する。
【００２２】
エバポレータからの冷媒が冷えてくるにつれて、パワーエレメント９の感温室の温度が下がり、感温室内の冷媒ガスがダイヤフラム１２の内表面にて凝縮する。これにより、感温室内の圧力が低下してダイヤフラム１２が上方に変位するので、シャフト１５が圧縮コイルスプリング６に押されて上方へ移動する。その結果、弁体４が弁座３側に移動することにより可変オリフィスの流路面積が減り、エバポレータに送り込まれる冷媒の流量が減少していって、冷房負荷に応じた流量の弁開度に整定される。
【００２３】
以上のように構成された膨張弁１のボディ２は、上述のように、アルミニウム合金からなる素材を用いて成形されるが、Ｐｂ削減の要請から、低融点金属としてＢｉとＳｎを所定量添加したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金が用いられる。
【００２４】
具体的には、Ｍｇを０．２〜１．５重量％，Ｓｉを０．２〜２．０重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％添加し、残部をアルミニウムおよび不純物で構成したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金からなる素材が用いられる。なお、Ｐｂについては意図的に添加はしないが、不可避的な不純物で含まれる程度のものについては許容することができる。また、切削性を重視すると、ＳｎとＢｉとの割合は、Ｓｎ−Ｂｉ合金の共晶組成となる重量比であるＳｎ：Ｂｉ＝４３：５７近傍となるのが好ましい。
【００２５】
ボディ２を成形する際には、この素材を所定の金型を用いて押出加工し、その押出方向に所定の長さごとに切断することにより、角柱体を成形する。続いて、この角柱体の上面および下面からエンドミル等の工具を用いて円柱状の穴を切削加工し、さらに、その角柱体の側面からドリルを用いて上記穴に連通するようにポートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のそれぞれと同軸の穴を開けてボディ概形を成形する。そして、この概形が成形されたボディに細部の加工を施すことによりボディ２を作製する。このボディ２に、パワーエレメント９，シャフト１５や弁体５等の弁部構成部品、アジャストねじ８等のアジャスト機構構成部品等を組み付けることにより、膨張弁１が得られる。
【００２６】
なお、上記のようにＳｎを０．４〜２．０重量％の範囲としたのは、Ｓｎを０．４重量％未満とすると、切削性改善効果が小さくなり切削加工が困難になるからである。この膨張弁１のボディ２は配管等の構造物と比較して複雑な加工を要するため、この切削性の低下を補うためには加工装置を変更する等の設備投資が必要になったり、切削工程の途中に切り屑を取り除く等の工程が必要になり、加工時間が長くなったりする。その結果、コストアップを招いてしまう。このため、Ｓｎを０．４重量％以上としている。
【００２７】
一方、Ｓｎが２．０重量％を超えると、押出性の低下、粒界腐食による耐食性の低下が発生する。この押出性の低下を補うためには、その押出加工時間を長くすることが必要になり、その結果、コストアップを招いてしまう。また、膨張弁の重要な品質の一つである耐食性の低下は商品価値を大きく下げることにつながる。このため、Ｓｎを２．０重量％以下としている。
【実施例】
【００２８】
発明者らは、ボディ２の成形に上述したアルミニウム合金からなる素材を選択することの有効性を確認するために、当該アルミニウム合金の成分の違いによるボディ２成形時の押出性、切削性および耐食性についての評価を行った。図２は、このアルミニウム合金の成分の違いによるその特性の評価を表す説明図であり、その成分が上記組成を満たす実施例１，２，３と、これを満たさない従来型の比較例１，２についての評価を示している。なお、同図においては、素材における各成分（同図には各成分の元素記号が示されている）の含有量が重量％で示されており、範囲のあるものについてはその下限と上限を示している。また、特性の評価において、押出性については、その押出加工時の材料の歩留まりや押出可能速度を基準に良好なものをＡとし、良好とまではいかないが許容範囲であるものをＢとし、許容範囲に至らないものをＣとした。また、切削性については、外削による切削試験を通常の切削加工条件にて行い、その切削屑が粉状であり加工継続に全く支障がないものをＡとし、その切削屑が粉状ではないが切削屑が加工継続に支障を与えない程度に小さいものをＢとし、その切削屑が加工継続に支障があるほど大きいもの（長い糸状になったもの）をＣとした。さらに、耐食性については、素材について塩水噴霧を例えば２００時間行い、深い孔食を数箇所選択してその平均が８０μｍ以下のものをＡとし、８０μｍより深く１００μｍ未満のものをＢとし、１００μｍより大きいものをＣとした。
【００２９】
なお、後述の記載から分かるように、実施例１〜３および比較例１，２において、いずれかの特性において評価がＣとなるものはなかった。
［実施例１］
本実施例では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金として、Ｍｇを０．７〜１．１重量％，Ｓｉを０．４〜０．８重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．５〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜０．９重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ）で構成したものを使用した。
【００３０】
その結果、押出性、切削性および耐食性がいずれもＡという評価が得られた。
［実施例２］
本実施例では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金として、Ｍｇを０．８〜１．２重量％，Ｓｉを０．４〜０．８重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜０．９重量％，Ｓｎを０．４〜１．０重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ）で構成したものを使用した。
【００３１】
その結果、押出性、切削性および耐食性がいずれもＡという評価が得られた。
［実施例３］
本実施例では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金として、Ｍｇを０．６〜１．２重量％，Ｓｉを０．４〜１．４重量％を含有し、Ｐｂを添加せずに、Ｂｉを０．７重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ）で構成したものを使用した。
【００３２】
その結果、切削性についてはＡという評価が得られたが、押出性および耐食性についての評価はＢであった。
［比較例１］
本比較例では、従来から用いられてきた６０００系のアルミニウム合金である６２６２を使用した。すなわち、Ｍｇを０．８〜１．２重量％，Ｓｉを０．４〜０．８重量％を含有し、Ｐｂを０．４〜０．７重量％、Ｂｉを０．４〜０．７重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ）で構成したものを使用した。ここではＳｎは添加されていない。
【００３３】
その結果、切削性についてはＢという評価だったが、押出性および耐食性についてはＡという評価が得られた。
［比較例２］
本比較例では、従来から用いられてきた６０００系のアルミニウム合金である６０１２を使用した。すなわち、Ｍｇを０．６〜１．２重量％，Ｓｉを０．６〜１．４重量％を含有し、Ｐｂを０．４〜２．０重量％、Ｂｉを０．７重量％添加し、残部をＡｌおよび不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ）で構成したものを使用した。ここではＳｎは添加されていない。
【００３４】
その結果、切削性についてはＡという評価が得られたが、押出性および耐食性についての評価はＢであった。
以上のように、実施例１および実施例２については、Ｐｂを用いることなく、押出性、切削性および耐食性について、従来から使用されてきたアルミニウム合金よりも高い評価が得られた。
【００３５】
また、実施例３については、実施例１および実施例２と比較して押出性および耐食性に劣るが、Ｐｂを用いることなく、従来品である比較例２と同様の評価は得られた。このように押出性および耐食性が劣るのは、Ｓｎの含有量が実施例１および実施例２の場合と比較して多いためと考えられる。言い換えれば、Ｓｎの含有量については０．４〜１．０重量％の範囲にすることが好ましい。
【００３６】
なお、Ｐｂに代わる低融点金属としては、Ｓｎ以外にもＩｎ，ＺｎおよびＳｂ等が考えられる。しかし、Ｉｎは低融点の化合物を形成し、切削性改善には有効であるが、コストが高いといった問題がある。また、Ｚｎは比較的安価であるが、化合物の融点が高く、切削性に劣るといった問題がある。また、Ｓｂは毒性があるといった問題がある。このため、コストと切削性改善効果のバランスが良いＳｎを選択している。
【００３７】
以上に説明したように、本実施の形態の膨張弁においては、低融点金属としてＰｂを添加せずに、Ｂｉを０．４〜１．０重量％，Ｓｎを０．４〜２．０重量％（好ましくは０．４〜１．０重量％）添加したアルミニウム合金を用いてボディ２の加工を行った。その結果、Ｐｂ削減の要請に応えることができるとともに、加工時の押出性および切削性、さらに耐食性についても、従来のＰｂを添加したアルミニウム合金を用いた場合と同等以上に良好な結果が得られた。このため、従来の加工設備を大きく変更したり、加工時間を大きく延長することなく、これを製造することができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。
【００３９】
例えば、上記各実施の形態では、膨張弁１を温度式膨張弁として構成した例を示したが、ボディの素材に上述した成分のものが用いられていれば、電磁式の膨張弁等その他の構成の膨張弁として構成できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る膨張弁の構造を表す断面図である。
【図２】アルミニウム合金の成分の違いによるその特性の評価を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  膨張弁
２  ボディ
３  弁座
４  弁体
６  圧縮コイルスプリング
７  スプリング受け
９  パワーエレメント
１２  ダイヤフラム
１５  シャフト
１９  スプリング
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４  ポート
【図１】
2006038409.tif 000003
【図２】
2006038409.tif 000004