(57)【要約】【課題】  コストを上げることなく自励振動を抑制できるようにした電磁弁付きの膨張装置を提供する。【解決手段】  ソレノイド１３の非通電時に、スプリング３２が兼用弁体２７を付勢して閉弁させる止め弁となり、通電時は、兼用弁体２７を保持している第１の鉄芯２４と第２のシャフト２０に固定された第２の鉄芯２５とが吸着してパワーエレメント１２の変位が兼用弁体２７に伝達される膨張弁の構成になる。第１および第２の鉄芯２４，２５は、スリーブ２３にガイドされて動くように構成され、通電時にヨーク３４およびプレート３５との間に働く吸引力でスリーブ２３の内壁面に摺動され、その摺動による摩擦抵抗で膨張弁の自励振動を抑制する。膨張弁の過熱度調整は、スリーブ２３への調整コマ３１の圧入量でスプリング３０の荷重を調整し、かしめ加工にて調整コマ３１をスリーブ２３に固定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を断熱膨張させる膨張弁と冷媒通路を開閉する止め弁とを一体化した膨張装置において、
パワーエレメントに常に当接するよう付勢された状態で前記膨張弁の弁孔に挿設されている駆動力伝達部材と、
前記膨張弁の弁孔の前記パワーエレメントと反対側において前記駆動力伝達部材にガイドされてその軸線方向に進退自在に配置された前記膨張弁および前記止め弁用の兼用弁体と、
前記駆動力伝達部材に固定されスリーブにガイドされて軸線方向に進退可能な第１の鉄芯、前記第１の鉄芯を前記パワーエレメントの方向に付勢する第１のスプリング、前記兼用弁体が固定され前記スリーブにガイドされて軸線方向に進退可能な第２の鉄芯、および前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯との間に配置された第２のスプリングを有し、非通電時に前記第２のスプリングにより前記兼用弁体を付勢して閉弁状態に維持し、通電時には前記第１の鉄芯および前記第２の鉄芯を吸着させることにより前記兼用弁体と前記駆動力伝達部材とを電磁的に結合させて前記パワーエレメントの変位を前記兼用弁体に伝達するソレノイドと、
を備えていることを特徴とする膨張装置。
【請求項２】
前記駆動力伝達部材は、一端が前記パワーエレメントに当接された第１のシャフトと、前記膨張弁の弁孔の内径と同じ直径を有し前記弁孔を貫通して第１のシャフトに当接されている一端に縮径部を有していて前記第１のスプリングにより前記第１のシャフトの他端を付勢している第２のシャフトとを備え、前記第２のシャフトは、前記第１の鉄芯側にて前記第２の鉄芯を、前記縮径部にて前記兼用弁体をそれぞれ軸線方向に進退自在にガイドするようにした請求項１記載の膨張装置。
【請求項３】
前記兼用弁体と前記第２のシャフトとの間にシール部材が配置されていることを特徴とする請求項２記載の膨張装置。
【請求項４】
前記兼用弁体または前記兼用弁体が着座する弁座に、前記冷媒の流れを完全に止める可撓性の弁シートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
【請求項５】
前記第１のスプリングは、前記スリーブに圧入された調整コマの圧入量によって荷重が調整されていることを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
【請求項６】
前記第１のスプリングの荷重を調整した前記調整コマは、前記スリーブをかしめ加工することによって前記スリーブに固定されていることを特徴とする請求項５記載の膨張装置。
【請求項７】
前記ソレノイドは、そのヨークをかしめ加工することによって前記膨張弁のボディに固定されていることを特徴とする請求項１記載の膨張装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁弁と膨張弁とを一体化した膨張装置に関し、特に車室内のフロント側とリア側とが独立して空調することができる自動車用空調装置のリア側回路に用いられる電磁弁付きの膨張装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用空調装置として、車室内のフロント側の空調制御とリア側の空調制御とをそれぞれ独立して行うことができるように、フロント用蒸発器およびその膨張弁とリア用蒸発器およびその膨張弁とを並列に配置して構成した冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
これらの膨張弁には、フロント用およびリア用蒸発器から出た冷媒の出口温度を感知してフロント用およびリア用蒸発器に供給する冷媒の流量を制御する温度式膨張弁を用いることが多い。温度式膨張弁は、パワーエレメントがフロント用およびリア用蒸発器の冷媒出口温度を感知し、弁孔を介して延びるシャフトによって弁座の上流側に配置された弁体のリフト量を制御するように構成されている。弁体が弁座の上流側に配置されているため、凝縮気から導入される高圧の冷媒は、弁体を閉弁方向に作用していることになる。このため、冷媒の急激な圧力上昇があって弁体に閉弁方向の荷重がかかると、弁が閉じてしまってさらに圧力が高くなるというウオーターハンマー現象が生じて弁体が自励振動してしまうことがある。
【０００４】
そこで、このような自励振動を抑えるために、弁体の動きにブレーキをかけるような制振機構が提案され、実用化されている。制振機構としては、たとえばパワーエレメントの動きを弁体に伝えるシャフトに対し横荷重を与えることによってシャフトの軸線方向の動きを鈍化させるものが知られている。すなわち、パワーエレメントにおけるダイヤフラム受け盤に傾斜した当接面を形成し、その傾斜した当接面にシャフトを当接する構成にして制振機構を構成したものがある（たとえば特許文献１の図１，図４，図７参照。）。この制振機構では、弁体が冷媒の圧力上昇による閉弁方向の荷重がかかることによってシャフトがダイヤフラム受け盤の傾斜した当接面に対して斜めに荷重をかけることになり、これによって、シャフトが横荷重を受け、シャフトを保持しているボディとの間に摩擦による摺動抵抗を発生させて、弁体を動きにくくしている。別の制振機構としては、スプリングを用いてシャフトに横荷重を与えることにより、シャフトを保持しているボディとの間に摺動抵抗を発生させて弁体を動きにくくし、膨張弁から振動音を発生しないようにしたもの（たとえば特許文献１の図１０，図１３参照。）もある。さらに別の制振機構として、シャフトまたは弁体にリーフスプリングを設け、そのリーフスプリングがボディとの間に制振のための摺動抵抗を生じさせるようにしたものもある（たとえば特許文献２参照。）。
【０００５】
そのような膨張弁をフロント用およびリア用蒸発器に用いた冷凍サイクルにおいて、フロント側の冷凍サイクルを使用しているときには、リア用の冷凍サイクルは、必ずしも使用しているとは限らない。そのため、リア側の回路に止め弁として機能する電磁弁を設けて、リア側の冷凍サイクルを使用していないときには、冷媒が流れないようにすることが行われている。
【０００６】
このような用途に用いられる電磁弁および膨張弁は、それらの設置スペース、相互接続のための配管およびコストの点からこれらを一体に構成した電磁弁付きの膨張装置が提案されている（たとえば特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３０７３７２号公報
【特許文献２】米国特許第４５４２８５２号公報（図１，図４）
【特許文献３】特開平１１−１８２９８３号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電磁弁と膨張弁とを一体に構成した電磁弁付きの膨張装置においても、自励振動を抑えるためには、弁体またはシャフトに軸線方向の動きに摺動抵抗を与える必要があるため、構造が複雑になり、部品コストが高くなるという問題点があった。また、膨張弁には過熱度特性を調整するためのアジャストねじを備えており、そのためにそのアジャストねじおよびボディの加工コストが高くなるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コストを上げることなく自励振動を抑制できるようにした電磁弁付きの膨張装置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】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、冷媒を断熱膨張させる膨張弁と冷媒通路を開閉する止め弁とを一体化した膨張装置において、パワーエレメントに常に当接するよう付勢された状態で前記膨張弁の弁孔に挿設されている駆動力伝達部材と、前記膨張弁の弁孔の前記パワーエレメントと反対側において前記駆動力伝達部材にガイドされてその軸線方向に進退自在に配置された前記膨張弁および前記止め弁用の兼用弁体と、前記駆動力伝達部材に固定されスリーブにガイドされて軸線方向に進退可能な第１の鉄芯、前記第１の鉄芯を前記パワーエレメントの方向に付勢する第１のスプリング、前記兼用弁体が固定され前記スリーブにガイドされて軸線方向に進退可能な第２の鉄芯、および前記第１の鉄芯と前記第２の鉄芯との間に配置された第２のスプリングを有し、非通電時に前記第２のスプリングにより前記兼用弁体を付勢して閉弁状態に維持し、通電時には前記第１の鉄芯および前記第２の鉄芯を吸着させることにより前記兼用弁体と前記駆動力伝達部材とを電磁的に結合させて前記パワーエレメントの変位を前記兼用弁体に伝達するソレノイドと、を備えていることを特徴とする膨張装置が提供される。
【００１０】
このような膨張装置によれば、パワーエレメントの変位を兼用弁体に伝達したり遮断したりするソレノイドの第１の鉄芯および第２の鉄芯は、これらを軸線方向に進退自在にガイドするスリーブの内壁面と内接するように構成している。これにより、ソレノイドの通電により膨張弁として働くときには、第１の鉄芯および第２の鉄芯は、スリーブの内壁面を摺動しながらパワーエレメントによって駆動制御されることになるので、その摺動による摩擦抵抗で膨張弁の自励振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による膨張装置は、第１の鉄芯および第２の鉄芯とスリーブの内壁面との間に発生する摺動摩擦が自励振動を抑制する制振機構を構成しているので、制振機構を構成するための部品を装着する必要がなく、コストを上げることなく制振機能を付加することができる。
【００１２】
また、膨張弁の過熱度を調整するのに調整コマをスリーブに圧入し、最終的に、かしめ加工することによってスリーブに固定する構造にした。これにより、アジャストねじによる調整機構に必要な、加工コストの高いねじ加工が不要になるため、第１のスプリングの荷重を調整する機構を低コストで構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は本発明による電磁弁付きの膨張装置を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【００１４】
この自動車用空調装置は、車室内のフロント側とリア側とを独立して空調できるもので、圧縮機１と、凝縮器２と、温度式の膨張弁３と、フロント用蒸発器４とによって、フロント側空調装置の冷凍サイクルを構成し、膨張弁３およびフロント用蒸発器４の回路に並列に、温度式膨張弁および止め弁の機能を有する膨張装置５およびリア用蒸発器６が接続されてリア側空調装置の冷凍サイクルの一部を構成している。
【００１５】
圧縮機１にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２に送られ、ここで車室外の空気と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁３と膨張装置５とに送られる。膨張弁３では、液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、フロント用蒸発器４に送る。フロント用蒸発器４は、膨張弁３から送られた冷媒をフロント側の車室内の空気または車室内に導入された車室外の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、ここで蒸発したガス冷媒は圧縮機１に戻される。このとき、膨張弁３は、フロント用蒸発器４の出口における冷媒温度を検出してその出口における冷媒が所定の過熱度を有するように冷媒流量を制御している。
【００１６】
膨張装置５においても、同様に、凝縮器２にて凝縮された液冷媒を断熱膨張させて低温・低圧の気液混合状態の冷媒にし、リア用蒸発器６に送る。リア用蒸発器６は、膨張装置５から送られた冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、ここで蒸発したガス冷媒は膨張装置５を通過して圧縮機１に戻される。このとき、膨張装置５は、リア用蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力を検出してその出口における冷媒が所定の過熱度を有するように冷媒流量を制御している。
【００１７】
リア側の空調装置を使用しないときには、膨張装置５は、内部の冷媒通路を遮断し、リア側の回路に冷媒が流れないようにする。
次に、本発明による膨張装置５の具体的な実施の形態について説明する。
【００１８】
図２は膨張装置の構成例を示す縦断面図、図３は膨張装置を凝縮器および圧縮機との配管が接続される側から見た部分断面側面図である。なお、図２において、冷媒通路を遮断する止め弁として機能する状態と、開度が制御される通常の膨張弁として機能する状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の閉弁状態を示し、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態を示している。
【００１９】
本発明による膨張装置５は、止め弁および膨張弁の弁部を収容するボディ１１と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２と、止め弁機能または膨張弁機能の切り換えを行うソレノイド１３とを備えている。
【００２０】
ボディ１１は、凝縮器２から高温・高圧の冷媒を受けるポート１４と、この膨張装置５にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒をリア用蒸発器６へ供給するポート１５と、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒を受けるポート１６と、このポート１６における冷媒を圧縮機１へ送り出すポート１７とを備えている。
【００２１】
ポート１４とポート１５との間には、弁座１８がボディ１１と一体に形成されている。その弁座１８をなす弁孔の中心軸線上に、駆動力伝達部材である第１のシャフト１９と第２のシャフト２０とが軸線方向に進退自在に配置されている。第１のシャフト１９の上端は、パワーエレメント１２のダイヤフラム２１の下面に配置されたセンターディスク２２に当接し、下端は、弁孔を貫通して配置された第２のシャフト２０の上端に当接されている。第２のシャフト２０の下端は、ソレノイド１３の非磁性体のスリーブ２３内を軸線方向に進退自在に配置された第１の鉄芯２４に固定されている。第２のシャフト２０は、弁孔の内径と同じ外径を有し、第１のシャフト１９に当接している側は縮径されている。
【００２２】
第２のシャフト２０には、これをガイドとして軸線方向に進退自在な第２の鉄芯２５および弁体ガイド２６が設けられている。この弁体ガイド２６は、第２の鉄芯２５に嵌合されている。パワーエレメント１２の側の弁体ガイド２６の先端には、第２のシャフト２０の縮径部をガイドとして軸線方向に進退自在なスプール形状の兼用弁体２７が一体に形成され、その兼用弁体２７には可撓性を有するリング状の弁シート２８が周設されている。これにより、弁体ガイド２６が固定された第２の鉄芯２５は、兼用弁体２７を駆動する可動鉄芯として働き、兼用弁体２７は、この膨張装置５が膨張弁として機能するときには、弁座１８に対して接離することで絞り部を構成し、止め弁として機能するときには、弁孔内に挿入されて弁孔を閉塞する。また、止め弁として機能するときには、弁シート２８が兼用弁体２７と弁座１８との間を完全にシールし、冷媒の流れを完全に止めることができるようにしている。さらに、止め弁として機能するときに、第２のシャフト２０と、これをガイドとして軸線方向に摺動する第２の鉄芯２５、弁体ガイド２６および兼用弁体２７との間の隙間を通って冷媒が弁部の下流側に漏れてしまう内部漏れを防ぐために、第２の鉄芯２５と弁体ガイド２６と第２のシャフト２０との間に形成された空間にシール部材のＶパッキン２９を配置している。
【００２３】
ソレノイド１３のスリーブ２３内には、第１の鉄芯２４を図の上方に付勢するスプリング３０が配置されている。このスプリング３０により、第１の鉄芯２４に固定された第２のシャフト２０と、第１のシャフト１９と、パワーエレメント１２のセンターディスク２２とが互いに常に当接されているようにしている。スプリング３０は、スリーブ２３の開口端より圧入された調整コマ３１によって受けられており、この調整コマ３１の圧入量を調整することによりスプリング３０の荷重が調整されている。調整コマ３１は、最終的には、スリーブ２３をその外周からかしめ加工することによってスリーブ２３に固定され、膨張装置５は、所望の過熱度に設定された膨張弁となる。この荷重調整機構は、スプリング３０の荷重調整にアジャストねじを用いる場合に比較して、アジャストねじに加工コストの高いねじ加工が不要となり、アジャストねじを受けることになる薄肉のスリーブ２３に対しても、加工の困難なねじ加工が不要であることから、安価に構成することが可能になる。
【００２４】
また、第１の鉄芯２４と第２の鉄芯２５との間にも、スプリング３２が配置されている。このスプリング３２は、ソレノイド１３の非通電時に、第２の鉄芯２５を第１の鉄芯２４から離れる方向に付勢し、これによって、第２の鉄芯２５に保持された兼用弁体２７に設けられている弁シート２８を常に弁座１８に着座させて全閉状態を維持できるようにしている。
【００２５】
スリーブ２３の外側には、電磁コイル３３が周設され、この電磁コイル３３はヨーク３４およびプレート３５によって囲繞されている。ヨーク３４は、対向する一部が図の上方に延びており、図３に示したように、ボディ１１に凹設により形成された肩部にかしめ加工することによってソレノイド１３をボディ１１に固定している。なお、ボディ１１に貫通形成された貫通穴３６，３７は、この膨張装置５をリア用蒸発器６から延びる配管の末端を保持しているプレートをボディ１１に固定するためのボルトを通す取付穴であり、ボディ１１に植設されたスタッドボルト３８，３９は、圧縮機１および凝縮器２と接続される配管の末端を保持しているプレートをボディ１１に固定するためのものである。
【００２６】
このように、電磁コイル３３、ヨーク３４、プレート３５、第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５で磁気回路を構成するソレノイド１３は、これに通電することにより第１の鉄芯２４と第２の鉄芯２５とを吸着させて兼用弁体２７と第２のシャフト２０とを電磁的に結合させる機能を有し、兼用弁体２７と第２のシャフト２０とが結合されることにより、パワーエレメント１２のダイヤフラム２１の変位が兼用弁体２７に伝達されて、開度を制御することができる。
【００２７】
以上の構成の膨張装置５において、リア側の空調装置を使用しないときには、ソレノイド１３は非通電状態にある。このため、第２の鉄芯２５は、スプリング３２によって第１の鉄芯２４から離れる方向に付勢されるため、兼用弁体２７に保持された弁シート２８は弁座１８に着座される。これにより、膨張装置５は、止め弁として機能し、内部の冷媒通路が遮断されるため、リア側の回路に冷媒が流れることはない。
【００２８】
次に、リア側の空調装置を使用するときには、ソレノイド１３は通電状態にされる。これにより、第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５は、互いに吸引されて吸着されるため、兼用弁体２７は、間接的に第２のシャフト２０に固定されることになる。このとき、兼用弁体２７は、第２の鉄芯２５が第１の鉄芯２４の方へ移動するため、その先端が弁孔から抜け出るとともに弁シート２８が弁座１８から離れるようになる。これにより、凝縮器２からポート１４に供給された高温・高圧の冷媒は、兼用弁体２７と弁座１８との間の隙間を通ってポート１５に流れる。このとき、高温・高圧の冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、ポート１５からリア用蒸発器６に送り込まれる。
【００２９】
リア用蒸発器６では、膨張装置５から供給された冷媒をリア側の車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発した冷媒を膨張装置５に戻す。膨張装置５では、リア用蒸発器６から戻ってきた冷媒がポート１６に入り、ポート１７から圧縮機１に戻される。このとき、膨張装置５は、通過した冷媒の温度および圧力をパワーエレメント１２のダイヤフラム２１が感知し、冷媒の温度および圧力に応じたダイヤフラム２１の変位を第１のシャフト１９、第２のシャフト２０および第１および第２の鉄芯２４，２５を介して兼用弁体２７に伝達し、冷媒流量を制御する。
【００３０】
ここで、膨張装置５は、膨張弁として作動しているとき、電磁コイル３３に電流を流して第１の鉄芯２４と第２の鉄芯２５とを吸着させている。このとき、これら第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５は、相互に吸引するだけでなく、ヨーク３４およびプレート３５とも吸引している。第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５は、スリーブ２３と同心を保った状態で支持されているのではなく、スリーブ２３内に単に配置されているだけであるため、ヨーク３４およびプレート３５との間の吸引力によって常に外周面のどこかがスリーブ２３の内壁面に押し付けられた状態になっている。これにより、第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５がスリーブ２３内を軸線方向に移動しようとするときには、第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５とスリーブ２３の内壁面との間に摺動摩擦が発生するため、高圧冷媒の急激な圧力変動に伴って兼用弁体２７がその開閉方向に勝手に振動してしまう自励振動をその摺動摩擦によって抑制することができる。つまり、この膨張装置５では、第１の鉄芯２４および第２の鉄芯２５をスリーブ２３の内壁面に内接させて摺動による摩擦抵抗を発生させる構造にしたことにより、自励振動を抑制するための特別な部品を必要とすることなく、制振機構を構成することを可能にしている。
【００３１】
なお、この実施の形態では、弁シート２８は兼用弁体２７の側に設けたが、弁座１８の側に設けてもよいことはもちろんである。また、本発明の電磁弁付きの膨張装置は、特定の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用するものではなく、あらゆる種類の冷媒を用いた冷凍サイクルに適用することが可能である。さらに、上記の実施の形態では、本発明による電磁弁付きの膨張装置をリア側空調装置の温度式膨張弁に適用した場合を例にして説明したが、フロント側空調装置の温度式膨張弁、あるいはフロント側およびリア側空調装置の両方の温度式膨張弁として適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による電磁弁付きの膨張装置を適用した自動車用空調装置のシステム図である。
【図２】膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【図３】膨張装置を凝縮器および圧縮機との配管が接続される側から見た部分断面側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  膨張弁
４  フロント用蒸発器
５  膨張装置
６  リア用蒸発器
１１  ボディ
１２  パワーエレメント
１３  ソレノイド
１４，１５，１６，１７  ポート
１８  弁座
１９  第１のシャフト
２０  第２のシャフト
２１  ダイヤフラム
２２  センターディスク
２３  スリーブ
２４  第１の鉄芯
２５  第２の鉄芯
２６  弁体ガイド
２７  兼用弁体
２８  弁シート
２９  Ｖパッキン
３０  スプリング
３１  調整コマ
３２  スプリング
３３  電磁コイル
３４  ヨーク
３５  プレート
３６，３７  貫通穴
３８，３９  スタッドボルト
【図１】
2005226901.tif 000003
【図２】
2005226901.tif 000004
【図３】
2005226901.tif 000005