(57)【要約】【課題】エアコン起動時の騒音を抑えて、省動力化を図った膨張弁を提供すること。【解決手段】弁体のストロークを、設定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍流れるように設定する。これにより、起動時の全開状態において、弁開度が設定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍しか流れない開度に制限されるため、不必要で余分な量の冷媒が流れなくなり、起動時における冷媒の流動騒音を抑えることができる。また、余分に流れる冷媒の量が少なくなるので、省動力化することができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレータ出口の冷媒の圧力および温度を感知して弁部の弁開度を制御することによりエバポレータに供給する冷媒の流量を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁において、
前記弁開度の最大値を、設定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍になるように設定したことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記パワーエレメントは、前記冷媒の圧力および温度を感知するダイヤフラムの変位をシャフトを介して前記弁部の弁体に伝達させるセンターディスクを、前記弁部の側のハウジングの内壁に当接させることによって、前記弁部の最大弁開度を規定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
前記センターディスクは、前記シャフトの前記弁部と反対側の端部を保持しているホルダによって前記ダイヤフラムの変位方向にガイドされていることを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
【請求項４】
前記弁部は、弁座と、前記弁座に上流側から対向して配置されたボール形状の弁体と、前記弁体を弁閉方向に付勢するスプリングとを備え、前記弁座は、前記弁体の軸線方向の移動量と同じ量以上のテーパが付けられてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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高温・高圧の液冷媒を膨張させて低温・低圧にした冷媒をエバポレータに供給するとともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるように冷媒流量を制御する温度式の膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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・高圧のガス冷媒をラジエータで凝縮し、凝縮された液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にし、それをエバポレータにて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、冷房が行われる。
【０００３】
膨張弁としては、エバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知してその冷媒の状態が所定の過熱度になるようにエバポレータに供給する冷媒の流量を制御する温度式の膨張弁が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図７は従来の膨張弁の一構成例を示す縦断面図である。
膨張弁１０１は、その本体ブロック１０２の側部に、冷媒導入用の冷媒管路接続穴１０３と、冷媒導出用の冷媒管路接続穴１０４と、エバポレータからコンプレッサに至る配管に介挿される冷媒管路接続穴１０５，１０６とが設けられている。
【０００５】
冷媒管路接続穴１０３と冷媒管路接続穴１０４との間の流体通路には、弁座１０７が本体ブロック１０２と一体に形成され、その弁座１０７に対向して上流側からボール状の弁体１０８が配置され、冷媒が弁座１０７と弁体１０８との間の隙間を通過するときに断熱膨張する。また、弁体１０８は、これを受ける弁体受け１０９を介して圧縮コイルスプリング１１０により弁座１０７に着座させる方向に付勢されている。この圧縮コイルスプリング１１０は、スプリング受け１１１およびアジャストねじ１１２によって受けられている。
【０００６】
本体ブロック１０２の上端部には、パワーエレメント１１３が設けられている。このパワーエレメント１１３は、アッパーハウジング１１４、ロアハウジング１１５、ダイヤフラム１１６、およびセンターディスク１１７によって構成されている。アッパーハウジング１１４とダイヤフラム１１６とによって囲まれた感温室には冷媒が充填され、金属ボール１１８によって封止されている。
【０００７】
センターディスク１１７は、シャフト１１９の上端が当接されている。このシャフト１１９は、本体ブロック１０２に形成された貫通孔１２０に挿通され、下端は弁体１０８に当接されている。
【０００８】
貫通孔１２０の上部は、拡開形成されていて、その段差部にＯリング１２１が配置され、シャフト１１９と貫通孔１２０との間の隙間をシールしている。
また、シャフト１１９の上端部は、冷媒管路接続穴１０５，１０６間を連通している流体通路を横切って垂下した筒状部を有するホルダ１２２によって保持されている。このホルダ１２２の下端部は、貫通孔１２０の拡開部に嵌入され、Ｏリング１２１を押えている。
【０００９】
ホルダ１２２の上部には、シャフト１１９の軸線方向の振動を抑えるコイルばね１２３が配置されている。ホルダ１２２の頂面は、この膨張弁１０１の最大の弁開度を規定するストッパとして機能している。
【００１０】
以上の構成の膨張弁１０１において、エアコンを起動する前は、図示のようにセンターディスク１１７がホルダ１２２の上部頂面に当接し、膨張弁１０１は全開状態にある。したがって、エアコンを起動するとき、膨張弁１０１は、全開状態から開始する。
【００１１】
ところで、自動車用エアコンシステムは、適用される車輌によって必要な冷凍能力が異なり、膨張弁に要求される容量も異なる。膨張弁の容量は、トン数で表される。車輌によって設定されたトン数からは、膨張弁を流れる流量が決められるので、設定されたトン数の流量は最低限保証するように膨張弁が設計されている。このとき、最大の弁開度は、いかなるトン数の膨張弁でも、設定されたトン数よりも十分大きな値に一義的に設定されている場合がほとんどである。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−３１０５３９号公報（段落番号〔００３４〕〜〔００４１〕、図６）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の膨張弁は、エアコン起動時に全開状態になっており、そのときの弁開度が必要流量以上に大きくなっていて、大量の冷媒が流れることから、冷媒が通過するときに発生する流動騒音が大きくなり、しかも、膨張弁は必要以上に開いているため、その分、余計に冷媒が流れてしまうため動力が増加してしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、起動時の騒音を抑え、省動力化した膨張弁を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、エバポレータ出口の冷媒の圧力および温度を感知して弁部の弁開度を制御することによりエバポレータに供給する冷媒の流量を制御するパワーエレメントを備えた膨張弁において、前記弁開度の最大値を、設定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍になるように設定したことを特徴とする膨張弁が提供される。
【００１６】
このような膨張弁によれば、全開時の弁開度を、設定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍しか流れないように規制したので、起動時の全開状態において、不必要で余分な量の冷媒が流れない。これにより、起動時における冷媒の流動騒音を抑えることができるとともに、余分に流れる冷媒が少なくなるので、コンプレッサの省動力化が図れる。
【００１７】
また、本発明の膨張弁は、パワーエレメントのセンターディスクを、弁部側のハウジングの内壁に当接させて最大弁開度を規定するようにした。これにより、センターディスクの全開側のストロークがハウジングによって規制されることになり、センターディスクのハウジングとの当接面の位置がパワーエレメントの取り付け基準面からのハウジングの厚みだけで決まるため、弁ストロークの公差ばらつき要素を低減することができる。
【００１８】
また、本発明の膨張弁は、センターディスクを、シャフトの弁部と反対側の端部を保持しているホルダがダイヤフラムの変位方向にガイドするようにした。これにより、センターディスクは、ホルダによってシャフトと同一軸線上に位置決めされることから、ダイヤフラムが変位してその変位方向に進退移動するときに、周縁部がハウジングの内側側壁に接触することがなく、安定した流量特性を得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明の膨張弁は、弁座に、弁体の軸線方向の移動量と同じ量以上のテーパを付けるようにした。これにより、全開時に弁体がテーパの部分から離脱するのを防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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構成例を示す縦断面図である。
【００２１】
本発明による膨張弁１は、その本体ブロック２の側部に、レシーバ／ドライヤから高温・高圧の冷媒を受けるように高圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴３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冷媒管路接続穴４と、エバポレータ出口からの冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴５と、コンプレッサへ至る冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴６とが設けられている。
【００２２】
冷媒管路接続穴３から冷媒管路接続穴４へ連通する流体通路には、弁座７が本体ブロック２と一体に形成され、その弁座７の上流側には、弁座７と対向してボール状の弁体８が配置されている。これにより、弁座７と弁体８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。弁座７は、弁体８の軸線方向の移動量（ストローク）と同じ量以上のテーパが付けられている。すなわち、弁孔の弁体８に対向する側はエッジカットされていてテーパ穴になっており、そのテーパ穴の軸線方向の長さ（高さ）は、弁体８のストロークと同じ長さ以上になっている。ここで、テーパ穴の最小径のところが弁体８の着座位置になるので、この位置から弁体８が最も離れた位置まで移動して全開状態になっても、弁体８の一部はテーパ穴の中に位置しており、これにより、全開時に弁体８がテーパ穴から離脱するのを防止している。
【００２３】
また、冷媒管路接続穴３側の流体通路には、弁体８を受ける弁体受け９と、弁体８を弁座７に着座させる方向に弁体受け９を介して付勢する圧縮コイルスプリング１０とが配置され、この圧縮コイルスプリング１０は、スプリング受け１１およびこの圧縮コイルスプリング１０の荷重を調節するよう本体ブロックに螺着されたアジャストねじ１２によって受けられている。
【００２４】
本体ブロック２の上端部には、パワーエレメント１３が設けられている。このパワーエレメント１３は、厚い金属製のアッパーハウジング１４およびロアハウジング１５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１６と、このダイヤフラム１６の下面に配置されたセンターディスク１７とによって構成されている。アッパーハウジング１４とダイヤフラム１６とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに２種類以上の冷媒ガスと不活性ガスとが充填され、金属ボール１８を抵抗溶接することにより閉止されている。センターディスク１７は、その下部が半径方向外方へ突出して大径に形成されており、その下面はフラットに形成されていている。このセンターディスク１７の突出部の下面に対向するロアハウジング１５の内壁面もフラットに形成されていている。この内壁面のフラット部分は、センターディスク１７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。
【００２５】
センターディスク１７の下方には、ダイヤフラム１６の変位を弁体８へ伝達するシャフト１９が配置されている。このシャフト１９は、本体ブロック２に形成された貫通孔２０に挿通されている。
【００２６】
この貫通孔２０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２１が配置されている。このＯリング２１は、シャフト１９と貫通孔２０との間の隙間をシールし、その隙間を介して冷媒が冷媒管路接続穴５，６間の流体通路に漏れるのを防止している。
【００２７】
また、シャフト１９の上端部は、冷媒管路接続穴５，６間の流体通路を横切って垂下する筒状部を有するホルダ２２によって保持されている。このホルダ２２の下端部は、貫通孔２０の拡開部に嵌入され、その下部端面が貫通孔２０の上部開口端方向へのＯリング２１の移動を規制している。
【００２８】
ホルダ２２の上部には、シャフト１９に対して横方向から付勢するコイルばね２３が配置されている。このコイルばね２３でシャフト１９に横荷重を与える構成にしたことにより、冷媒管路接続穴３における高圧冷媒に圧力変動があったときにシャフト１９の軸線方向の動作が敏感に反応しないようにしている。つまり、このコイルばね２３は、シャフト１９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。
【００２９】
また、ホルダ２２の上部は、冷媒管路接続穴５，６間を連通している流体通路とダイヤフラム１６の下方空間とを連通させる通路を有し、かつ、センターディスク１７の下面には、シャフト１９が当接する中心部を除いて複数本の通気溝が放射状に形成されていて、エバポレータから戻ってきた冷媒がダイヤフラム１６の下方の部屋に導入できるようになっている。
【００３０】
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１３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１３の感温室の圧力が上がっており、ダイヤフラム１６は、図示のように図の下方へ変位し、センターディスク１７がロアハウジング１５のストッパ部に当接している。このダイヤフラム１６の変位は、シャフト１９を介して弁部の弁体８に伝達され、膨張弁１は全開状態になっている。このため、エアコン起動時は、全開状態から開始するので、膨張弁１は、最大流量の冷媒をエバポレータに供給する。
【００３１】
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１３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１６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１６が上方に変位するので、シャフト１９が圧縮コイルスプリング１０に押されて上方へ移動する。その結果、弁体８が弁座７側に移動することにより高圧冷媒の流路面積が減り、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する。
【００３２】
図２は弁のストロークと冷凍トンとの関係を示す図である。
膨張弁１は、システムから要求される冷凍能力に応じて容量が決められ、一般には、１トンタイプ、１．５トンタイプ２トンタイプがある。いずれのタイプも、弁体８は、それぞれの冷凍トンに相当するストロークの範囲で弁開度が制御されるよう設定されている。起動時の最大弁開度については、従来の膨張弁では、タイプに関係なく、十分大きなある値のストロークＡ、たとえば０．８ｍｍに設定されているが、本発明の膨張弁１では、指定されたトン数の流量の１．０〜１．４倍流れるようなストロークに設定してある。たとえば１トンタイプの膨張弁であれば、最大ストロークは、１トンの容量を満足する流量が流れるストローク位置Ｂからその１．４倍の流量が流れる最大弁開度の位置Ｂ’の間に設定されている。
【００３３】
図３は冷凍能力の倍数に対する起動時の騒音の関係を示す図、図４は膨張弁の起動直後における騒音の変化を示す図である。
膨張弁１の起動時における騒音が冷凍能力の倍率の変化によってどのように変化するかを示したのが図３である。この図３によれば、冷凍能力が１．４倍の近傍を越えたあたりから騒音が急増していることが分かる。本発明の膨張弁では、全開状態における冷凍能力が１．４倍までしか出ないようにしてあるので、起動時の騒音を抑えることができる。
【００３４】
また、起動直後の騒音は、全開状態における冷凍能力を１．４倍に抑えたことにより、図４に示したように、従来より大きく低減している。時間が経つに連れて冷凍サイクルが安定してくると、膨張弁１の制御領域に入るため、騒音は、従来と同じになる。
【００３５】
図５は公差ばらつきを説明する図であって、（Ａ）は従来の膨張弁の場合を示し、（Ｂ）は本発明の膨張弁の場合を示している。
本発明による膨張弁は、従来の膨張弁に比較して、シャフトの最大ストロークを小さくする必要がある。たとえば１トンタイプの膨張弁では、シャフトの最大ストロークを従来の０．８ｍｍから０．３ｍｍ程度までに小さくしている。このため、ストロークを決める部材の寸法の公差ばらつきが大きく影響してくるようになり、これを小さく抑える必要がある。本発明の膨張弁では、最大弁開度を決めるセンターディスク１７のストッパをホルダ２２からパワーエレメント１３のロアハウジング１５に変更することによって解決している。
【００３６】
すなわち、従来の膨張弁では、（Ａ）に示したように、シャフト１１９のストロークＳは、センターディスク１１７がホルダ１２２の頂面に当接している位置から全閉時の図示の位置までである。また、本体ブロック１０２の頂面から全閉時におけるシャフト１１９の出代をＰで示している。さらに、本体ブロック１０２のホルダ１２２を受けている段部から頂面までの高さをＡ、その段部に載っているホルダ１２２の下面から全開時にホルダ１２２に当接する面までの高さをＢ、センターディスク１１７のシャフト１１９が当接している面から全開時にホルダ１２２に当接する面までの高さをＣで示している。
【００３７】
本体ブロック１０２のホルダ１２２を受けている段部を基準にすると、（Ａ＋Ｐ）＋Ｃ＝Ｂ＋Ｓで表され、これから、ストロークＳは、Ｓ＝Ａ＋Ｐ＋Ｃ−Ｂとなる。すなわち、ストロークＳを決めるパラメータは、４つになる。
【００３８】
一方、本発明の膨張弁１では、（Ｂ）に示したように、シャフト１９のストロークＳは、センターディスク１７がロアハウジング１５の内壁面に当接している位置から全閉時の図示の位置までである。ここで、パワーエレメント１３が取り付けられる本体ブロック２の頂面を基準面とし、ロアハウジング１５の厚みをｔで表すと、基準面からのシャフト１９の出代Ｐは、Ｐ＝ｔ＋Ｓとなり、ストロークＳは、Ｓ＝Ｐ−ｔで表すことができる。したがって、ストロークＳを決めるパラメータは２つになり、ばらつき要素を半減することができる。これにより、従来の膨張弁に比較して、公差ばらつきを小さくすることができる。
【００３９】
特に、ホルダ２２を樹脂で形成した場合、樹脂は熱膨張することから、従来の膨張弁では、パラメータＢが冷媒温度によって変動してしまい、ストロークＳの値が温度の関数になっている。これに対し、本発明の膨張弁では、ストロークＳを決めるパラメータにパラメータＢが含まれていないので、公差ばらつきをさらに小さくすることができる。
【００４０】
図６は本発明による膨張弁の別の構成例を示す縦断面図である。なお、この図６において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
この実施の形態の膨張弁１ａは、図１に示した膨張弁１では、センターディスク１７がロアハウジング１５の垂直部の内壁面にガイドされているのに対し、シャフト１９のホルダ２２によってガイドされている点で異なる。
【００４２】
すなわち、センターディスク１７は、その下面中央部が下方に突設され、その突設部は、ホルダ２２の上部に設けられた穴に挿通されてシャフト１９の軸線方向に進退自在にガイドされる構成になっている。これにより、センターディスク１７は、ホルダ２２によってシャフト１９と同一軸線上に位置決めされることから、ダイヤフラム１６が変位してその変位方向に進退移動するときに、ロアハウジング１５に引っ掛かることなくスムーズに移動できることから、安定した流量特性を得ることができるようになる。
【００４３】
センターディスク１７は、また、その突出部のシャフト１９との当接面とロアハウジング１５のストッパ部との当接面とは、いずれもフラットに形成され、ストッパ部との当接面には、複数本の通気溝が放射状に形成されていて、センターディスク１７がロアハウジング１５に当接している最大弁開度状態にあるときでも、エバポレータから戻ってきた冷媒がその通気溝を介してダイヤフラム１６の下方の部屋に導入できるようになっている。
【００４４】
さらに、この実施の形態の膨張弁１ａでは、アジャストねじ１２ａがスプリング受けを兼ねた構成にして部品点数の削減を図っている。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、最大弁開度を、指定されたトン数の１．０〜１．４倍の流量になるように設定する構成にした。これにより、起動時において、全開時の冷媒流量が制限されるため、冷媒が通過するときの騒音を低減することができ、不必要に余分な冷媒を流すことがなくなるため、動力の無駄を省くことができる。
【００４６】
また、パワーエレメントのセンターディスクの弁部側のストロークを弁部側のハウジングの内壁で規制するようにした。これにより、ストロークを決めるパラメータが減るので、弁ストロークの公差ばらつき要素を従来よりも低減することができる。
【００４７】
さらに、弁座には、テーパが付けられているが、そのテーパ部分の軸線方向の長さを、弁体のストロークと同じ長さ以上にしてある。これにより、たとえ、弁体を付勢している圧縮コイルスプリングが傾いた状態にあっても、全開時に弁体がテーパ穴から離脱するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図２】弁のストロークと冷凍トンとの関係を示す図である。
【図３】冷凍能力の倍数に対する起動時の騒音の関係を示す図である。
【図４】膨張弁の起動直後における騒音の変化を示す図である。
【図５】公差ばらつきを説明する図であって、（Ａ）は従来の膨張弁の場合を示し、（Ｂ）は本発明の膨張弁の場合を示している。
【図６】本発明による膨張弁の別の構成例を示す縦断面図である。
【図７】従来の膨張弁の一構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ　膨張弁
２　本体ブロック
３，４，５，６　冷媒管路接続穴
７　弁座
８　弁体
９　弁体受け
１０　圧縮コイルスプリング
１１　スプリング受け
１２，１２ａ　アジャストねじ
１３　パワーエレメント
１４　アッパーハウジング
１５　ロアハウジング
１６　ダイヤフラム
１７　センターディスク
１８　金属ボール
１９　シャフト
２０　貫通孔
２１　Ｏリング
２２　ホルダ
２３　コイルばね
【図１】
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【図２】
2004093106.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004093106.tif 000006
【図５】
2004093106.tif 000007
【図６】
2004093106.tif 000008
【図７】
2004093106.tif 000009