(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器（３）と低圧側熱交換器（４）とを繋ぐ冷媒流路途中に設けられ、高圧側の冷媒温度に基づいて弁開度を調節して冷媒を減圧膨張させる膨張弁であって、
冷媒流路を構成するとともに、冷媒流れを絞って冷媒を減圧膨張させる弁口（１６）が形成されたバルブボディ（８）と、
前記バルブボディ（８）内に収納され、前記弁口（１６）の開度を調節する弁体（１２）と、
前記バルブボディ（８）内のうち高圧側の冷媒に満たされた部位に収納され、高圧側の冷媒温度を感知して前記弁体（１２）を変位させるエレメント（２４ａ）とを備え、
前記エレメント（２４ａ）は、前記エレメント（２４ａ）及び前記バルブボディ（８）のうち少なくとも一方に形成された突起部（８０）の先端側を他方に押圧した状態で接触させることによって、前記バルブボディ（８）に支持されていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記エレメント（２４ａ）のうち前記突起部（８０）と反対側は押圧されており、
前記エレメント（２４ａ）と前記バルブボディ（８）は、前記突起部（８０）の先端側で接触していることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
【請求項３】
前記突起部（８０）は前記バルブボディ（８）に一体形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
【請求項４】
前記突起部（８０）は前記エレメント（２４ａ）に一体形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁。
【請求項５】
蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器（３）と低圧側熱交換器（４）とを繋ぐ冷媒流路途中に設けられ、高圧側の冷媒温度に基づいて弁開度を調節して冷媒を減圧膨張させる膨張弁であって、
冷媒流路を構成するとともに、冷媒流れを絞って冷媒を減圧膨張させる弁口（１６）が形成されたバルブボディ（８）と、
前記バルブボディ（８）内に収納され、前記弁口（１６）の開度を調節する弁体（１２）と、
前記バルブボディ（８）内のうち高圧側の冷媒に満たされた部位に収納され、高圧側の冷媒温度を感知して前記弁体（１２）を変位させるエレメント（２４ａ）とを備え、
前記エレメント（２４ａ）は、前記エレメント（２４ａ）と前記バルブボディ（８）との間に配置された前記バルブボディ（８）より熱伝導率の小さい材質からなるスペーサ（８５）を介して前記バルブボディ（８）に支持されていることを特徴とする膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器と低圧側熱交換器とを繋ぐ冷媒流路途中に設けられて、高圧側の冷媒温度に基づいて弁開度を調節して冷媒を減圧膨張させる膨張弁に関するもので、高圧側熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が所定値となるように弁開度を制御する過冷却度制御式膨張弁に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
過冷却度制御式膨張弁は、高圧側の冷媒温度を感知して、高圧側熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が所定値となるように弁開度を制御するものであるので、バルブボディ内には冷媒温度を感知して弁開度を制御するエレメントが収納されている。
【０００３】
一方、バルブボディは冷媒流路の一部を構成するので、バルブボディ内に減圧される前の高温冷媒が満たされた空間と、減圧膨張して温度が低下した冷媒が満たされた空間とが存在する。
【０００４】
このため、バルブボディを介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に移動してしまい、高圧側の冷媒温度が低下してしまうので、高圧側冷媒の温度を正確に感知することができず、弁開度を適切に制御することができなくなるおそれがある。
【０００５】
なお、この問題に対しては、バルブボディを樹脂等の熱伝導率の小さな材質で構成するといった手段が考えられるが、この手段では、車両エンジンルーム等の温度条件や被水環境が厳しい条件下では、バルブボディが歪む可能性があるので、却って、弁開度を適切に制御することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、バルブボディを介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に移動してしまうことを抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器（３）と低圧側熱交換器（４）とを繋ぐ冷媒流路途中に設けられ、高圧側の冷媒温度に基づいて弁開度を調節して冷媒を減圧膨張させる膨張弁であって、冷媒流路を構成するとともに、冷媒流れを絞って冷媒を減圧膨張させる弁口（１６）が形成されたバルブボディ（８）と、バルブボディ（８）内に収納され、弁口（１６）の開度を調節する弁体（１２）と、バルブボディ（８）内のうち高圧側の冷媒に満たされた部位に収納され、高圧側の冷媒温度を感知して弁体（１２）を変位させるエレメント（２４ａ）とを備え、エレメント（２４ａ）は、エレメント（２４ａ）及びバルブボディ（８）のうち少なくとも一方に形成された突起部（８０）の先端側を他方に押圧した状態で接触させることによって、バルブボディ（８）に支持されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、バルブボディ（８）とエレメント（２４ａ）との接触面積を小さくすることができるので、バルブボディ（８）を介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に移動してしまうことを抑制できる。したがって、高圧側の冷媒温度が低下してしまうことを防止できるので、高圧側冷媒の温度を正確に感知することができ、弁開度を適切に制御することができる。また、請求項２に記載の発明のごとく、請求項１に記載の膨張弁において、エレメント（２４ａ）のうち突起部（８０）と反対側は押圧されており、エレメント（２４ａ）とバルブボディ（８）は、突起部（８０）の先端側で接触していてもよい。
【０００９】
なお、突起部（８０）は、請求項３に記載の発明のごとく、バルブボディ（８）に一体形成してもよい。また、請求項４に記載の発明のごとく、突起部（８０）をエレメント（２４ａ）に一体形成してもよい。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器（３）と低圧側熱交換器（４）とを繋ぐ冷媒流路途中に設けられ、高圧側の冷媒温度に基づいて弁開度を調節して冷媒を減圧膨張させる膨張弁であって、冷媒流路を構成するとともに、冷媒流れを絞って冷媒を減圧膨張させる弁口（１６）が形成されたバルブボディ（８）と、バルブボディ（８）内に収納され、弁口（１６）の開度を調節する弁体（１２）と、バルブボディ（８）内のうち高圧側の冷媒に満たされた部位に収納され、高圧側の冷媒温度を感知して弁体（１２）を変位させるエレメント（２４ａ）とを備え、エレメント（２４ａ）は、エレメント（２４ａ）とバルブボディ（８）との間に配置されたバルブボディ（８）より熱伝導率の小さい材質からなるスペーサ（８５）を介してバルブボディ（８）に支持されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、高圧側の冷媒温度が低下してしまうことを防止できるので、高圧側冷媒の温度を正確に感知することができ、弁開度を適切に制御することができる。
【００１２】
なお、本発明は、バルブボディ（８）とエレメント（２４ａ）との接点部分を樹脂製とするので、車両エンジンルーム等の厳しい環境下に搭載されても問題ない。
【００１３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る膨張弁を車両用空調装置（車両用蒸気圧縮式冷凍機）に適用したもので、図１は車両用蒸気圧縮式冷凍機の模式図であり、図２は本実施形態に係る膨張弁の断面図であり、図３は図２を立体的に示した部品の分解部品図である。先ず、図１に基づいて蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
【００１５】
走行用エンジン等の駆動体１ａにより駆動される圧縮機１から吐出する高温・高圧の冷媒は、冷媒配管２を通ってコンデンサ３に導かれ、コンデンサ３にて冷却されて凝縮する。
【００１６】
コンデンサ３を流出した冷媒は、過冷却度制御式の膨張弁５にて減圧膨張して蒸発器４に流入し、車室内に吹き出す空気から熱を奪って蒸発する。なお、過冷却度制御式の膨張弁とは、前述のごとく、コンデンサ３を流出した冷媒の過冷却度が所定値となるように弁開度を調節するものである。
【００１７】
なお、圧力検出装置としての圧力センサ６は、高圧側の冷媒圧力が所定圧力以上となったか否か、又は所定圧力未満となったか否かを検出して、圧縮機１の稼動状態やコンデンサ３に冷却風を送風する送風機の風量等を制御する制御装置（図示せず。）に、その検出信号を発する。因みに、本実施形態では、圧力センサ６は膨張弁５に一体化されている。
【００１８】
次に、膨張弁５について図２、３に基づいて述べる。
【００１９】
図２は膨張弁５に圧力センサ６を一体的に取り付け状態を示しており、膨張弁５の基体をなす金属製のバルブボディ８に、上流部のコンデンサ３から高圧の冷媒が送り込まれてくる。このバルブボディ８は、概略立方体をなし、圧力検出装置６を取り付ける面が部分的に円筒形状となって凹んでいる。
【００２０】
この膨張弁５の基本的な構造、機能の詳細については、特開２０００−２２０９１７号公報に記載され、かつ、本発明の要旨でもないので、その詳細な説明は省略する。以下、本発明に関係する構造のみを説明する。
【００２１】
高圧冷媒は、コンデンサ３からの冷媒の受け入れ口であるバルブボディ８に形成された冷媒流路９から導入される。冷媒流路９には配管部材が取り付けられるが、その内部にバルブボディ８の中央部に達する流路孔１０が形成されている。この流路孔１０に直角に交差して、バルブボディ８の中央部に弁棒進退孔１１が形成され、両者は連通されている。なお、この冷媒流路９に連通して冷媒を蒸気圧縮式冷凍機内に封入するためのチャージ弁（図示せず。）がバルブボディ８の一面に設けられている。
【００２２】
この弁棒進退孔１１には弁棒１２が進退自在に挿入されており、この弁棒１２の一端には大径部からなるダイヤフラム受け盤１３を備えている。また、弁棒１２は、このダイヤフラム受け盤１３と一体の小径の首下部１３ａを備えている。
【００２３】
この首下部１３ａの外周にはコイルバネ１４が挿入して配置されており、コイルバネ１４は弁棒１２をダイヤフラム受け盤１３側に常時押圧する方向に付勢している。弁棒１２の他端は円錐形の弁１５が形成され、バルブボディ８に設けられた弁座孔１６に対向している。この弁座孔１６は蒸発器４への流路１７に連通している。
【００２４】
また、このバルブボディ８には、弁棒１２と平行な位置に配置された冷媒の流路である小孔１８が開けられている。この小孔１８は、前述した流路孔１０とコイルバネ挿入空間１９とを連通させるためのものである。一方、ダイヤフラム受け盤１３は、ダイヤフラム支持部材２０とダイヤフラム押え部材２１との間に挟まれた空間位置に配置されている。
【００２５】
一方、ダイヤフラム支持部材２０とダイヤフラム押え部材２１との間には、可撓性薄膜の円板状のダイヤフラム２２の外周部が挟持されて固着されており、この固着は冷媒が外部に洩れないように溶接により一体化されている。
【００２６】
ダイヤフラム受け盤１３は、ダイヤフラム２２の中央部に当接している。また、このダイヤフラム支持部材２０、ダイヤフラム押え部材２１、及びダイヤフラム２２とは、ダイヤフラム受け盤１３を挿入した状態でプレス加工で一体としたものであってもよい。
【００２７】
そして、ダイヤフラム支持部材２０の下面（図示上）とバルブボディ８との当接部には、スリット溝２０ａが等角度位置に複数ヶ所配置されており、このスリット溝２０ａは、流路孔１０、小孔１８、及びコイルバネ挿入空間１９からの冷媒の流路となっており、圧力センサ６側へ冷媒を導くための通路の一部である。
【００２８】
ダイヤフラム押え部材２１の中央部は内側に凹部が形成され、この凹部とダイヤフラム２２との間にガスが封入されている。この凹部にガスを封入した後、ボタン２３でガス注入口が封止されパワーエレメント室２４を構成する。なお、パワーエレメント室２４に封入する封入ガスは、Ｒ４０４ａ、Ｒ４０７、Ｒ２２等の温度応性の良いガスが望ましい。
【００２９】
このパワーエレメント室２４内のガスは、周囲の熱により膨張、収縮するので、弁棒１２はこれに連動してその軸方向に変位し、弁座孔１６の開度を高圧側冷媒の温度に応じて調節する。つまり、本実施形態では、ダイヤフラム支持部材２０、ダイヤフラム押え部材２１及びダイヤフラム２２により、高圧側の冷媒温度を感知して弁棒１２を変位させるエレメント２４ａが構成されることとなる。
【００３０】
そして、エレメント２４ａは、バルブボディ８に形成された突起部８０の先端側に接触することによりバルブボディ８に支持されており、本実施形態では、突起部８０は弁棒１２周りを囲むようなリング状に形成されている。
【００３１】
なお、エレメント２４ａのうち突起部８０と反対側は、後述するセンサエレメントホルダ３７により押圧されており、エレメント２４ａはバルブボディ８の突起部８０とセンサエレメントホルダ３７とにより挟まれて固定されている。
【００３２】
また、ダイヤフラム押え部材２１の上部（図示上）に後述する圧力センサ６が固定配置されている。この圧力センサ６は、バルブボディ８の一面側から形成された円筒空間部に挿入して固定されている。バルブボディ８の円筒空間部に挿入された圧力センサ６は、バルブボディ８の薄肉先端部８ａが内側にかしめ工具（図示せず）によりかしめられている。この薄肉先端部８ａが膨張弁５のケース３８の段部４４を押圧して、膨張弁５と圧力センサ６が一体化される。そして、バルブボディ８と圧力センサ６との間の気密を保つために、密閉シール部材であるＯリング６ａが後述するセンサエレメントホルダ３７の角部に配置されている。
【００３３】
上記の構成において、上流からの冷媒は、バルブボディ８の流路孔１０、小孔１８を通りコイルバネ挿入空間１９に導かれる。導かれた冷媒は、更にスリット溝２０ａを通過し、バルブボディ８の流路空間８ｂを通り、圧力センサ６側に導かれる。そして、この冷媒がバルブボディ８の中を流れることで、パワーエレメント室２４の封入ガスの圧力は、冷媒の圧力と温度によって変化する。
【００３４】
この圧力変化が、ダイヤフラム２２を介してダイヤフラム受け盤１３を押圧する力と、コイルバネ１４の付勢力とでバランスし、ある所定位置にダイヤフラム受け盤１３が保持される。このダイヤフラム受け盤１３の位置変化が、弁棒１２の弁１５が弁座孔１６に対し冷媒通過の断面積を変化させる。この保持により、冷媒流れが絞られ流量が調整される。
【００３５】
すなわち、上流側の冷媒の温度が上昇すると、パワーエレメント室２４の圧力上昇で弁１５が閉じられる方向に移動し冷媒の送り出す量が減ることになり、上流側の冷媒の過冷却度が大きくなる。逆に、上流側の温度が下降すると、前述とは逆に動作する。このように、上流側の高圧冷媒の過冷却度が制御される。一方、流路空間８ｂに導かれた冷媒は、バルブボディ８の円筒空間部に取り付けられた圧力センサ６に送られる。
【００３６】
次に圧力センサ６について説明する。この圧力センサ６の基本的内容は、特開平１１−３５１９９０号公報に詳細に記載されている。同公報に記載の発明は、絶対圧方式、若しくはシールドゲージ圧方式の圧力センサーであって、これらの方式は、使用環境、要求精度等から選択される。
【００３７】
圧力センサ６には、ピエゾ抵抗効果を有する半導体素子である圧力検出素子３１を備えたセンサーエレメント３０が配置されている。センサーエレメント３０は、円筒状のセンサエレメントホルダ３７の中心部の開口３４の位置に配置固定されている。センサーエレメント３０の圧力検出素子３１を支える支持台３２の外周は、薄肉に形成されたつば部３２ａを有している。
【００３８】
一方、センサエレメントホルダ３７の開口３４の外周には、環状の環状突起３５が形成されている。この環状突起３５につば部３２ａが当接し、つば部３２ａと環状突起３５とは、溶接により気密に溶着固定されている。従って、センサエレメントホルダ３７とダイヤフラム押え部材２１との間の空間である流路空間８ｂと、センサーエレメント３０とで区画される空間３６とは、連通していないので異なる圧力となる。
【００３９】
空間３６は、閉じられた空間であり大気圧が保たれた空間である。前述した流路空間８ｂを通って導かれた冷媒は、センサエレメントホルダ３７の中心の開口３４を介して圧力検出素子３１に達し、空間３６との差の圧力が検出される。以上のとおり、この圧力センサ６はＯリング６ａ等で、膨張弁５との間で気密が保持されてバルブボディ８に固定されているので、バルブボディ８に冷媒が漏れることはなく、かつ、精密に検知される。
【００４０】
なお、本実施形態においては、このセンサーエレメント３０をセンサエレメントホルダ３７の中央部に配置した構成をとっているが、このセンサーエレメント３０の形態は、種々ありこの配置例に限定されるものではない。バルブボディ８への圧力センサ６の結合は、センサエレメントホルダ３７、Ｏリング６ａ、及びケース３８を挿入後、バルブボディ８の円筒部の薄肉先端部８ａを結合部とし、ケース３８の段部４４を抱き込むように内側にかしめて両者を外れることなく一体化させる。
【００４１】
このかしめによる結合は、自動車等の車体に設置される場合にも振動によって外れるおそれがなく、確実な結合となる。このかしめの場合、圧力センサ６は取り外しは出来ない。このかしめは、バルブボディ８側の薄肉先端部８ａを圧力センサ６側に対し行っているが、逆に圧力センサ６側からバルブボディ８側に行ってもよい。
【００４２】
また、センサエレメントホルダ３７の外周にシール部材としてＯリング６ａを設けている。このＯリング６ａがセンサエレメントホルダ３７をバルブボディ８に挿入したとき、バルブボディ８円筒部の内径部に当接し、気密を保持し流路空間８ｂ、気密空間３６を形成する。
【００４３】
ただし、密閉シール部材は、Ｏリング６ａに限定されるものではない。例えば、断面がＸ形の弾性リングであってもよい。パッキングと称するものであってもよい。バルブボディ８側に送り込まれた冷媒は、小孔１８、コイルバネ挿入空間１９、ダイヤフラム支持部材２０に形成されたスリット溝２０ａ、流路空間８ｂを介し膨張弁内に送り込まれ、圧力及び温度変化によって弁棒１２を作動させ膨張弁側で流路調整を行い、且つ圧力検出装置側で冷媒の圧力を検出し、一体的に２つの機能を達成する。
【００４４】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４５】
本実施形態では、エレメント２４ａは、バルブボディ８に形成された突起部８０を介してバルブボディ８に支持されているので、バルブボディ８とエレメント２４ａとの接触面積を小さくすることができる。
【００４６】
したがって、バルブボディ８を介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に移動してしまうことを抑制できるので、高圧側の冷媒温度が低下してしまうことを防止できる。延いては、高圧側冷媒の温度を正確に感知することができるので、弁開度を適切に制御することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、バルブボディ８に突起部８０を設けたが、本実施形態は、図４に示すように、エレメント２４ａに突起部８０を設けたものである。
【００４８】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、バルブボディ８又はエレメント２４ａに突起部８０を設けてエレメント２４ａとバルブボディ８との接触面積を小さくしたが、本実施形態は、図５に示すように、エレメント２４ａとバルブボディ８との間に、バルブボディ８より熱伝導率の小さい材質からなるリング状のスペーサ８５を介してエレメント２４ａを支持する構造としたものである。
【００４９】
これにより、バルブボディ８を介して高温冷媒の熱が低温冷媒側に移動してしまうことを抑制できるので、高圧側の冷媒温度が低下してしまうことを防止できる。延いては、高圧側冷媒の温度を正確に感知することができるので、弁開度を適切に制御することができる。
【００５０】
なお、本実施形態は、バルブボディ８とエレメント２４ａとの接点部分を樹脂製とするので、車両エンジンルーム内に搭載されても問題ない。
【００５１】
（第４実施形態）
上述の実施形態では、圧力検出装置として圧力センサを用いたが、本実施形態は、これに代えて、図６〜８に示すような圧力スイッチ６０としたものである。
【００５２】
因みに、図６は第１実施形態に係る膨張弁５に圧力スイッチ６０を一体化した例であり、図７は第２実施形態に係る膨張弁５に圧力スイッチ６０を一体化した例であり、図８は第３実施形態に係る膨張弁５に圧力スイッチ６０を一体化した例である。
【００５３】
なお、圧力スイッチ６０の機構構成は、特公平７−１１４０９４号公報に記載されているものと同じである。具体的には、膨張弁５の流路空間８ｂ側から送り込まれた冷媒は、圧力検出装置６０の開口部５１に導かれ、ダイヤフラム６１を駆動する。ダイヤフラム６１が駆動されると、これに接しているスナップディスク６２が押圧される。スナップディスク６２が押圧されると、これに連動してスナップディスク６３を押圧する構成になっている。
【００５４】
ダイヤフラム６１は、Ｏリング６ａと圧力検出装置６０のケース７１の端部７１ａとの間で支持されている。Ｏリング６ａは、ケース７１の端部７１ａとダイヤフラム支持部材７２との間に配置され、流路空間８ｂの気密を保持する。したがって、流路空間８ｂからの冷媒の圧力でダイヤフラム６１が駆動されると、スナップディスク６２及び６３を介して作動棒６４、６５を作動させる。作動棒６４、６５が作動すると、接点６６、６７あるいは接点６８、６９の接触を絶つ等の動作をする。
【００５５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、圧力検出装置が一体化されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５６】
また、上述の実施形態では、フロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機であったが、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機のごとく、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍機の膨張弁にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る膨張弁の断面図である。
【図３】図２を立体的に示した部品の分解部品図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る膨張弁の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る膨張弁の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る膨張弁の断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の変形例に係る膨張弁の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の変形例に係る膨張弁の断面図である。
【符号の説明】
８…バルブボディ、１２…弁棒、１６…弁座孔、
２４…パワーエレメント室、２４ａ…エレメント、８０…突起部。
【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】
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【図８】
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