(57)【要約】【課題】ボディの製造効率を向上させ、膨張弁の製造コストを低減させる。【解決手段】ボディ４を樹脂で成形し、パワーエレメント３の外周縁部をボディ４と一体に形成された弧状延出部１６の嵌合溝１７，１８に嵌合させることでパワーエレメント３を固定し、さらに、樹脂製の断熱カバー２５によって蓋をするようにした。パワーエレメント３を結合させるための二次加工が不要な構造のボディ４を樹脂の一体成形で作ることができるので、ボディ４の製造効率が向上し、膨張弁の製造コストを低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された冷媒を内部の弁部を通過させることにより絞り膨張させるようにした膨張弁において、
パワーエレメントを樹脂で成形されたボディの中に配置し、樹脂で形成された断熱カバーによって蓋がされていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記ボディは、前記パワーエレメントが置かれる載置面の外周部の一部を延出して一体に形成されていて内側には２条の嵌合溝が設けられた弧状延出部を有し、前記弧状延出部の前記嵌合溝に前記パワーエレメントおよび前記断熱カバーの外周縁部を嵌合させて前記パワーエレメントおよび前記断熱カバーを固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】
前記ボディは、前記パワーエレメントが置かれる載置面の外周部から延出して一体に形成された長さの異なる第１および第２の爪を有し、前記パワーエレメントおよび前記断熱カバーの外周縁部を前記第１および第２の爪に係止させることで前記パワーエレメントおよび前記断熱カバーを固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４】
前記第１および第２の爪は、前記載置面の外周部にて円周方向に交互に複数配置されていることを特徴とする請求項３記載の膨張弁。
【請求項５】
前記パワーエレメントを収容した前記ボディがエバポレータからコンプレッサへ向かう低圧配管内に配置され、入口ポートと高圧の冷媒が供給される高圧配管との接続および出口ポートと膨張した冷媒を前記エバポレータへ送り出すエバポレータ入口配管との接続を前記低圧配管内で行う温度式膨張弁であ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、特に車両用空調装置の冷凍サイクルにてコンデンサにより凝縮された高温・高圧の液冷媒を膨張して低温・低圧になった冷媒をエバポレータに送り出すようにした膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置の冷凍サイクルは、一般に、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサと、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離するレシーバと、分離された液冷媒を絞り膨張させる膨張弁と、膨張弁で膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータによって構成されている。膨張弁としては、たとえばエバポレータの出口における冷媒の温度および圧力を感知してエバポレータに送り出す冷媒の流量を制御するようにした温度式の膨張弁が用いられている。
【０００３】
この温度式の膨張弁は、レシーバからエバポレータへ向かう冷媒を通過させる第１の通路と、エバポレータから戻ってきた冷媒を通過させてコンプレッサへ導出する第２の通路が形成されたボディを備えている。このボディの第１の通路の中間には、冷媒の流量を制御するための弁部が設けられ、このボディの第２の通路側の端部には、この第２の通路を流れる冷媒の温度および圧力を感知し、駆動用のシャフトを介して弁部の弁リフトを制御するパワーエレメントが設けられている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、ボディは、一般に、軽量で加工性に優れたアルミニウム合金を押出成形したものを切断して角柱状のブロックにした中実の半製品を作製し、その後、上述した第１の通路、第２の通路、およびパワーエレメントの接続部などを切削加工して製造される。しかし、切削加工は加工時間がかかるとともに材料の歩留まりが悪いため、製造コストが嵩むといった問題がある。
【０００５】
これに対し、たとえばボディを中空押出加工を採用して製造する技術が提案されている（たとえば特許文献２参照）。この技術は、上述した第２の通路が単純なストレート形状でもよいことに着目し、ボディの押出成形の過程でこの第２の通路をも同時に成形してしまうものである。その結果、第２の通路の切削による穴あけ加工が省略され、アルミニウム素材が節約され、ボディの製造効率をある程度向上させることができる。
【特許文献１】特開２００２−１１５９３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した中空押出加工では、アルミニウム合金を一定の押出方向に抜く必要があるため、一定の断面を有するストレートな形状部分にのみしか適用することができない。このため、中間部に弁部を構成する弁座が一体成形される第１の通路の成形には適用することができない。また、第１の通路および第２の通路の端部には、コンプレッサ、レシーバ、エバポレータにつながる配管を接続する際に介装させるシール部材のシール面が設けられるが、拡径部となるために押出成形では加工することができない。このため、これらの部分については依然として切削加工を採用するしかなく、材料の節減および製造効率の向上を図る上では十分でないといった問題があった。
【０００７】
また、中空押出加工により第２の通路を形成した後に、たとえば旋盤などを用いてその端部に切削加工を施そうとした場合、押出成形時の通路の軸心と切削加工時の回転軸の軸心とを一致させるのは容易ではない。このため、たとえばシール部をドリルなどの工具により成形しようとすると、その工具の軸線が通路の軸心に対して偏心し、加工時に工具およびボディに偏心した荷重がかかり、加工上の問題が発生する可能性がある。
【０００８】
さらに、ボディとパワーエレメントとの結合部は、螺着構造になっている。このため、ボディは、パワーエレメントとの結合部に対してねじ加工を行う必要があり、製造効率が悪く、製造コストの高いものとなっていた。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ボディの製造効率を向上させ、膨張弁の製造コストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では上記問題を解決するために、導入された冷媒を内部の弁部を通過させることにより絞り膨張させるようにした膨張弁において、パワーエレメントを樹脂で成形されたボディの中に配置し、樹脂で形成された断熱カバーによって蓋がされていることを特徴とする膨張弁が提供される。
【００１１】
このような膨張弁によれば、パワーエレメントを収容するボディを有し、そのボディを二次加工が不要な樹脂によって一体に成形できるので、膨張弁の製造コストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膨張弁は、パワーエレメントをねじ構造にて結合するのではなく、ボディによって抱き抱えるような形で固定する構造にしたので、ボディを樹脂によって一体に成形することが可能になり、これによって、ボディの二次加工を不要にし、ボディの製造効率を向上させるとともに材料の歩留まりを良くし、膨張弁の製造コストを低減させることが可能になるという利点がある。
【００１３】
パワーエレメントは、断熱カバーおよび熱伝導の良くないボディによって覆われているので、パワーエレメントに冷媒を導入して感温させるようボディに形成される通気孔の個数および大きさを変更することで、容易に感温時定数を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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は第１の実施の形態に係る膨張弁の構造を示す断面図である。
膨張弁１は、冷媒の流量を制御する弁部２と、パワーエレメント３とを備えている。弁部２は、樹脂製のボディ４を有し、そのボディ４の側部には、冷凍サイクルのレシーバに接続されて高温・高圧の冷媒を導入する入口ポート５と、エバポレータに接続されて低温・低圧の冷媒を導出する出口ポート６とが一体に形成されている。ボディ４の中央部には、入口ポート５に導入された冷媒を出口ポート６へ流す弁孔７が入口ポート５および出口ポート６の軸線とは直交する方向に設けられている。ボディ４は、弁孔７からその軸線方向に延びて図の下方へ抜けるように弁孔７よりも大径の孔８が形成されている。その孔８には、断面三角形状の弁体９が配置され、その弁体９は、スプリング１０によって閉弁方向に付勢されている。スプリング１０は、孔８の開口部に螺入されたアジャストねじ１１によって受けられており、アジャストねじ１１の螺入量によりばね荷重を調整することで、膨張弁１のセット値が調整されている。
【００１５】
ボディ４は、また、弁孔７からその軸線方向に延びて図の上方へ抜けるように弁孔７よりも僅かに小径の孔１２が形成されている。この孔１２には、弁体９と一体に形成されたシャフト１３が配置されている。このシャフト１３は、入口ポート５に連通した空間に位置する部分が縮径されていて入口ポート５から弁孔７へ冷媒が流れる通路を確保している。シャフト１３はまた、孔１２に位置する部分に溝が周設されていて、その溝にＯリング１４が設けられ、入口ポート５に導入された高圧の冷媒がボディ４との間のクリアランスを介してパワーエレメント３の側へ漏れることがないようにしている。ボディ４の図の上部中央には、シャフト１３を保持する筒状のガイド１５が突設されており、そのガイド１５にパワーエレメント３が嵌合するようになっている。
【００１６】
ボディ４は、さらに、その上端外周の一部が延出された弧状延出部１６が一体に形成され、その内側には、２条の嵌合溝１７，１８が設けられている。この弧状延出部１６の基部のところには、入口ポート５および出口ポート６の軸線に平行な方向に通気孔１９が形成されている。
【００１７】
パワーエレメント３は、厚い金属製の円盤状のアッパーハウジング２０およびロアハウジング２１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金属薄板からなるダイヤフラム２２と、このダイヤフラム２２の弁部２の側に配置されたディスク２３とを有している。パワーエレメント３は、アッパーハウジング２０、ロアハウジング２１およびダイヤフラム２２の外周縁をたとえばＴＩＧ溶接などにより相互に溶着することによって形成される。これにより、アッパーハウジング２０とダイヤフラム２２とによって囲まれた感温室が形成され、その感温室内には、飽和蒸気ガスなどが充填されて、エバポレータを出た冷媒の温度を感知するための感温部が構成される。
【００１８】
ロアハウジング２１は、その中央部に開口部を有し、その開口部は、ボディ４に突設されたガイド１５に外挿されている。また、ロアハウジング２１は、その同心円上に複数の通気孔２４が穿設されている。この通気孔２４は、エバポレータを出た冷媒がダイヤフラム２２の下面側の空間にたいして出入りするためのものである。ダイヤフラム２２の図の下面は、ボディ４から突出されたシャフト１３の端面がディスク２３を介して当接されていて、ダイヤフラム２２の変位を弁体９へ伝達するようにしている。このようなパワーエレメント３は、その外周縁部がボディ４の弧状延出部１６の内側に形成された嵌合溝１７に嵌合されている。さらに、このダイヤフラム２２は、樹脂製の断熱カバー２５がその外周縁部を弧状延出部１６の嵌合溝１８に嵌合することによって外側が覆われている。これにより、パワーエレメント３は、アッパーハウジング２０が断熱カバー２５によって断熱されているので、通気孔２４を通じて入る冷媒に対して感温するようにしている。なお、この断熱カバー２５は、アジャストねじ１１によるセット値調整後に装着される。
【００１９】
以上の構成の膨張弁１は、そのボディ４を樹脂によって形成し、切削加工などの二次加工を不要にしている。すなわち、このボディ４の製造は、入口ポート５を形成するようにその軸線方向に駆動される第１金型と、出口ポート６を形成するようにその軸線方向に駆動される第２金型と、膨張弁１のセット値を調整するスプリング１０およびアジャストねじ１１および弁体９が収容される孔８、弁孔７およびシャフト１３を保持する孔１２形成するようにその軸線方向に駆動される第３金型と、パワーエレメント３および断熱カバー２５を収容する空間を形成する第４金型とを備えた成形装置が用いられる。第３金型は、回転式のもので、孔８の開口端側にねじ山を形成するためのねじ形成部を有している。
【００２０】
ボディ４を製造する際には、第１金型ないし第４を型締めした状態でこれらによって形成されるキャビティ内に溶融した樹脂を射出する。本実施の形態においては、この射出する材料として熱伝導率が小さく、耐熱性、機械的性質などに優れたポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂が用いられる。このとき、その樹脂内には、弁部２にて発生する冷媒の流動音をボディ４内部で減衰させる目的で、樹脂よりも密度の大きな材料、たとえば鉄、真鍮、銅などの金属粉または金属繊維を混入するようにしている。
【００２１】
溶融した樹脂が固化した後、第３金型を回転させながら引き抜き、弧状延出部１６を外側へ弾性変形させながら第４金型を引き抜き、そして、第１および第２金型を分離することによってボディ４が形成される。
【００２２】
次に、以上のように構成された膨張弁１の冷凍サイクルへの適用例とともにその動作について説明する。
図２は膨張弁の装着例を示す断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００２３】
膨張弁１は、エバポレータからコンプレッサに至る戻り低圧配管の途中にて完全にその戻り低圧配管内に収容される形で装着され、しかも、その戻り低圧配管の中で、入口ポート５と凝縮された液冷媒が供給される高圧配管３０との接続、および膨張された冷媒を送り出す出口ポート６とエバポレータの入口配管３１との接続を行うようにしている。
【００２４】
すなわち、エバポレータの冷媒出口から延びる低圧配管３２は、その先端に膨張弁１を収容するケース３３が溶接されている。このケース３３には、エバポレータの入口配管３１が先端を内部に挿入した状態で溶接されている。コンプレッサへ向かう低圧配管３４は、その先端がジョイント部３５に溶接されている。また、このジョイント部３５には、高圧配管３０が先端を内部に挿入した状態で溶接されている。低圧配管３２，３４は、高圧配管３０および入口配管３１と比較して密度の低い冷媒ガスを流すために大径にして通路断面積を大きく設計しているが、膨張弁１を収容するケース３３をよりコンパクトにするために、ケース３３およびジョイント部３５との接続部分では、扁平された形に変形されている。ジョイント部３５は、ケース３３とパイプクランプ３６によって気密に接続されている。なお、入口ポート５と高圧配管３０との接続部、出口ポート６と入口配管３１との接続部、およびケース３３とジョイント部３５との接続部は、Ｏリングによってシールされている。
【００２５】
ケース３３に収容される膨張弁１は、図３に示したように、ケース３３の中心に位置決めされるように、ボディ４および断熱カバー２５の輪郭をケース３３の内側の形状に沿った形にしている。
【００２６】
ここで、エバポレータの戻り低圧配管であるケース３３内への膨張弁１の装着は次のようにしてなされる。エバポレータの入口配管３１は、ケース３３内に突設するように形成されているので、まず、その入口配管３１にＯリングを嵌めた後、出口ポート６に入口配管３１が嵌入されるよう膨張弁１をケース３３内に押し込む。次に、入口ポート５が先端にＯリングをあらかじめ嵌め込んだ高圧配管３０に嵌入されるよう位置決めして、先端にＯリングをあらかじめ装着したジョイント部３５をケース３３に押し込み、最後に、ケース３３とジョイント部３５との継手部分をパイプクランプ３６によって結合する。
【００２７】
これにより、膨張弁１は、入口ポート５が高圧配管３０に接続され、出口ポート６がエバポレータの入口配管３１に接続された状態で、ケース３３内に装着されることになる。これにより、膨張弁１は、その高圧配管３０の接続部とともに、エバポレータの戻り低圧配管の中に収容されているので、その接続部において高圧の冷媒がＯリングを浸透して微少に漏れたとしても、漏れるのは戻り低圧配管の中であり、冷媒が大気に漏れることはない。
【００２８】
次に、膨張弁１の動作について説明する。まず、車両用空調装置が停止しているとき、パワーエレメント３の感温室に封入された飽和蒸気ガスは凝縮されて圧力が低くなっているので、ダイヤフラム２２は内側へ変位しており、その変位はディスク２３およびシャフト１３を介して弁体９に伝達され、膨張弁１は全閉状態になっている。
【００２９】
ここで、車両用空調装置が起動すると、コンプレッサによって冷媒が吸引されるので、低圧配管３４内の圧力が低下し、これがケース３３内にてパワーエレメント３により感知されてダイヤフラム２２が外側へ変位し弁体９をリフトさせるようになる。一方、コンプレッサによって圧縮された冷媒はコンデンサにて凝縮され、レシーバにて気液分離された液冷媒が高圧配管３０を通じて膨張弁１の入口ポート５に供給されるようになる。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。高温・高圧の液冷媒は、膨張弁１を通過するとき膨張され、低温・低圧の気液混合冷媒となって出口ポート６を出る。その冷媒は、入口配管３１を介してエバポレータに供給され、内部で蒸発されて、エバポレータから出てくる。エバポレータを出た冷媒は、低圧配管３２、ケース３３および低圧配管３４を介してコンプレッサに戻される。
【００３０】
パワーエレメント３のダイヤフラム２２とロアハウジング２１とによって囲まれた空間は、ボディ４の通気孔１９およびロアハウジング２１の通気孔２４を介してケース３３の内部と連通しているので、エバポレータから戻ってきた冷媒がケース３３を通過するとき、その冷媒が導入されてその温度がパワーエレメント３によって感知されることになる。車両用空調装置の起動初期の段階では、車室内の高温の空気との熱交換により、エバポレータから戻ってくる冷媒の温度は高くなっているので、パワーエレメント３はその温度を感知して感温室の圧力が高くなる。これにより、ダイヤフラム２２は、膨出されて弁体９を開弁方向に駆動し、膨張弁１を全開状態にする。
【００３１】
やがて、エバポレータから戻ってくる冷媒の温度が低下してくると、感温室の圧力が低くなるので、それに応じてダイヤフラム２２が感温室の内側へ変位していき、膨張弁１は、閉弁方向に動作してこれを通過する冷媒の流量を制御するようになる。このとき、膨張弁１は、エバポレータの出口の冷媒温度を感知して、その冷媒が所定の過熱度を保持す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ことになる。
【００３２】
なお、パワーエレメント３は、エバポレータの戻り低圧配管内に配置されているので、断熱カバー２５によりアッパーハウジング２０への伝熱を遮断して、冷媒の温度変化に敏感に反応して弁部２へのフィードバック補正がかかり過ぎてしまわないように感温時定数を調整している。
【００３３】
図４は第２の実施の形態に係る膨張弁およびその装着状態を示す断面図、図５は第２の実施の形態に係る膨張弁の平面図、図６は図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４ないし図６において、図１ないし図３に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３４】
この第２の実施の形態に係る膨張弁１ａは、第１の実施の形態に係る膨張弁１と比較して、パワーエレメント３を樹脂製のボディ４に埋め込み、断熱カバー２５によって蓋をする構成には変わりはないが、ボディ４がパワーエレメント３および断熱カバー２５を保持する構造を変更している。
【００３５】
すなわち、この膨張弁１ａでは、ボディ４のパワーエレメント３が置かれる載置面の外周部に２種類の係止部が備えられている。図５に示されているように、載置面の外周部には、その円周方向にパワーエレメント３を係止する第１の爪４１と、弧状延出部１６と、断熱カバー２５を係止する第２の爪４２とが交互に配置され、これらは、ボディ４の上端外周部が延出される形でボディ４と一体に形成されている。ここで、第１の爪４１および第２の爪４２の中で、入口ポート５および出口ポート６の軸線に平行な方向に形成される第１の爪４１および第２の爪４２においては、パワーエレメント３と係止される係止面４１ａおよび断熱カバー２５と係止される係止面４２ａを、入口ポート５および出口ポート６を形成する第１および第２金型によって形成し、それ以外の第１の爪４１および第２の爪４２においては、図６に示したように、内側に突設した部分の下側の係止面４１ｂ，４２ｂを、孔８、弁孔７および孔１２を形成する回転式の第３金型と連動して同じ方向に進退駆動される型によって形成するようにしている。そのため、ボディ４には、係止面４１ｂ，４２ｂの下方向に型を抜いた孔がそれぞれ形成されている。
【００３６】
この膨張弁１ａを組み立てるときには、ボディ４の上部の載置面に向けてパワーエレメント３を押し込み、その外周縁部が第２の爪４２および第１の爪４１を順次乗り越えると、パワーエレメント３は、その外周縁部が第１の爪４１によって係止されてボディ４に固定される。この状態で、アジャストねじ１１によりセット値を調整し、その後、断熱カバー２５をパワーエレメント３に向けて押し込むことで、断熱カバー２５は、その外周縁部が第２の爪４２によって係止されてボディ４に固定され、これによって、膨張弁１ａが完成される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施の形態に係る膨張弁の構造を示す断面図である。
【図２】膨張弁の装着例を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る膨張弁およびその装着状態を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る膨張弁の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１ａ  膨張弁
２  弁部
３  パワーエレメント
４  ボディ
５  入口ポート
６  出口ポート
７  弁孔
８  孔
９  弁体
１０  スプリング
１１  アジャストねじ
１２  孔
１３  シャフト
１４  Ｏリング
１５  ガイド
１６  弧状延出部
１７，１８  嵌合溝
１９  通気孔
２０  アッパーハウジング
２１  ロアハウジング
２２  ダイヤフラム
２３  ディスク
２４  通気孔
２５  断熱カバー
３０  高圧配管
３１  入口配管
３２  低圧配管
３３  ケース
３４  低圧配管
３５  ジョイント部
３６  パイプクランプ
４１  第１の爪
４１ａ，４１ｂ  係止面
４２  第２の爪
４２ａ，４２ｂ  係止面
【図１】
2007327726.tif 000003
【図２】
2007327726.tif 000004
【図３】
2007327726.tif 000005
【図４】
2007327726.tif 000006
【図５】
2007327726.tif 000007
【図６】
2007327726.tif 000008