(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクル高圧側からの冷媒を減圧、膨張させる絞り通路（４５）と、
この絞り通路（４５）に設けた弁座面（４５ａ）と、
この弁座面（４５ａ）に対向して配置されて、前記絞り通路（４５）の開度を調整する弁体（４３）と、
この弁体（４３）を閉弁方向に付勢するばね手段（６３）と、
一端に前記弁体（４３）が固着され、他端に前記ばね手段（６３）が組付けられた支持部材（４４）と、
蒸発器（５）の出口側冷媒の温度に応じて前記弁体（４３）を開弁方向に付勢する力が変化する感温エレメント部（４Ｂ）と、
一端が前記弁体（４３）に当接して前記感温エレメント部（４Ｂ）の付勢力を前記弁体（４３）に伝える弁棒（４６）と、
この弁棒（４６）を摺動自在に案内する孔部（５１ａ）を有する案内部材（４０）とを備え、
前記感温エレメント部（４Ｂ）の付勢力に応じて前記弁棒（４６）がその軸方向に変位すると共に、前記弁棒（４６）と共に前記弁体（４３）が変位する温度式膨張弁において、
前記弁座面（４５ａ）と前記弁棒（４６）を同軸に配置し、
前記弁体（４３）が前記弁座面（４５ａ）から離れた状態において、前記弁体（４３）が前記弁棒（４６）の中心軸に対して偏心するように位置決めして、前記弁体（４３）を前記支持部材（４４）に固着したことを特徴とする温度式膨張弁。
【請求項２】
前記弁棒（４６）における前記弁体（４３）に当接する側の端部（４６ａ）を、前記弁棒（４６）の中心軸に対して垂直な平面にしたことを特徴とする請求項１に記載の温度式膨張弁。
【請求項３】
前記ばね手段（６３）はコイルばねであり、このコイルばね（６３）は前記弁棒（４６）と同軸に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の温度式膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置等における冷凍サイクルの温度式膨張弁に関するもので、特に、異音防止のための弁体周辺の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクルの膨張弁は、蒸発器の熱負荷変動に対応して蒸発器出口での冷媒の過熱度を所定値に維持するために、蒸発器出口の冷媒温度を感知して作動する感温エレメント部により、弁棒を介して弁体を変位（弁開度を変化）させて、サイクル冷媒流量を調整している。
【０００３】
そして、このような膨張弁においては、弁開度の変化に伴う瞬間的な圧力変動に弁棒や弁体が追従して微振動し、異音が発生することが知られている。
そこで、特開平９−２５７３４１号公報に記載の膨張弁では、図５に示すように、本体ケース９０に形成した孔部９１に弁棒９２を摺動自在に挿入し、弁棒９２の弁体９３と当接する側の面に円錐状の凹部９４を設け、かつ凹部９４を弁棒９２の中心軸に対して偏心させて形成している。そして、開弁状態では、凹部９４によって弁体９３を弁棒９２中心軸から偏心させるようにしている。
【０００４】
このように、弁体９３と弁棒９２を偏心させたことにより、弁棒９２にはばね９６の力によってモーメントが発生し、弁棒９２は孔部９１の内周壁面に押しつけられる。これにより、弁棒９２がその軸方向へ変位する際の孔部９１での摺動抵抗が増大して、瞬間的な圧力変動に対して弁棒９２が追従しなくなり、弁棒９２および弁体９３の微振動が防止される。
【０００５】
また、特開平８−１４５５０５号公報に記載の膨張弁では、弁棒を孔部に摺動自在に挿入し、弁棒をその中心軸に対して垂直方向に付勢するばねを新規に設けて、弁棒を孔部の内周壁面に押しつけるようにしている。これにより、弁棒変位時の摺動抵抗を増大させ、瞬間的な圧力変動に対して弁棒が追従しないようにして、弁棒および弁体の微振動を防止するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、いずれの公報に記載のものでも弁体の微振動による異音の発生防止に効果があるが、前者の従来弁では、微小開弁時および閉弁時に、弁体９３が弁棒９２の中心軸に近づいてモーメントは小さくなるものの、弁体９３が凹部９４の斜面部分にかかっているため、弁棒９２はその中心軸に対して斜め方向の力を受けて孔部９１の内周壁面に押しつけられる。従って、微小開弁域での弁棒９２の摺動抵抗も大となり、閉弁する際と再び開弁する際の弁体付勢力の差（以下、微小開弁域のヒステリシスと言う）が大きくなるという問題がある。
【０００７】
一方、後者の従来弁では、弁棒をその中心軸に対して垂直方向に付勢するためのばねを新規に設けなければならない。また、そのばねによって、弁棒は常時中心軸に対して垂直方向に付勢されており、従って微小開弁域を含む全域でヒステリシスが大きくなってしまうという問題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、新規に部品を追加することなく、弁棒および弁体の微振動による異音発生を防止可能で、しかも微小開弁域のヒステリシスを従来弁よりも小さくすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１ないし３に記載の発明では、弁座面（４５ａ）に対向する弁体（４３）をばね手段（６３）によって閉弁方向に付勢し、ばね手段（６３）が組付けられた支持部材（４４）に弁体（４３）を固着し、蒸発器（５）の出口側冷媒の温度に応動する感温エレメント部（４Ｂ）の付勢力を、孔部（５１ａ）に摺動自在に挿入された弁棒（４６）を介して弁体（４３）に伝える温度式膨張弁において、弁座面（４５ａ）と弁棒（４６）を同軸に配置し、弁体（４３）が弁座面（４５ａ）から離れた状態において、弁体（４３）が弁棒（４６）の中心軸に対して偏心するように位置決めして、弁体（４３）を支持部材（４４）に固着している。
【０００９】
これによれば、弁体（４３）が弁座面（４５ａ）から離れた状態（開弁状態）では弁体（４３）が弁棒（４６）の中心軸に対して偏心することにより、開弁状態ではばね手段（６３）によって弁棒（４６）にモーメントが発生し、それによって孔部（５１ａ）の内周壁面に押しつけられる。従って、特開平８−１４５５０５号公報の弁のように新規にばねを追加することなく、従来と同様に弁棒（４６）変位時の摺動抵抗を増大させて、瞬間的な圧力変動に対して弁棒（４６）が追従しないようにし、弁棒（４６）および弁体（４３）の微振動による異音の発生を防止することができる。
【００１０】
一方、弁座面（４５ａ）と弁棒（４６）を同軸に配置したことにより、微小開弁域では弁体（４３）は弁座面（４５ａ）に案内されて弁棒（４６）の中心軸に近づくため、弁棒（４６）に対するモーメントは小さくなる。しかも、特開平９−２５７３４１号公報の弁のように凹部を設ける必要がないので、微小開弁域で弁棒（４６）をその中心軸に対して斜め方向に押す力も殆ど発生しない。
【００１１】
従って、微小開弁域では、弁棒（４６）を孔部（５１ａ）に押しつける力が非常に小さくなって、弁棒（４６）の摺動抵抗が小さくなり、微小開弁域でのヒステリシスを従来弁よりも小さくすることができる。
請求項２に記載の発明のように、弁棒（４６）における弁体（４３）側の端部（４６ａ）を、弁棒（４６）の中心軸に対して垂直な平面にすることにより、微小開弁域で弁棒（４６）を斜め方向に押す力を一層小さくするこができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、ばね手段（６３）としてコイルばねを用い、このコイルばね（６３）を弁棒（４６）と同軸に配置している。
これによれば、支持部材（４４）に対する弁体（４３）の固着位置を変更するのみで、殆どコストアップを伴うことなく実施可能である。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は自動車用空調装置の冷凍サイクルに本発明膨張弁を適用した一実施形態を示し、図中、１は自動車のエンジンルーム内に配置される圧縮機であって、この圧縮機１は自動車エンジン（図示せず）により駆動されて、冷媒を圧縮、吐出するものである。圧縮機１の吐出冷媒ガスは、エンジンルーム内の凝縮器２にて冷却され、凝縮する。この凝縮冷媒は、受液器３内にて気液を分離され、液冷媒が受液器３内に溜まる。
【００１４】
４は冷凍サイクルの減圧手段をなす温度式膨張弁で、自動車用空調装置の冷却ユニット部に備えられている蒸発器５出口部の冷媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整するものである。膨張弁４および蒸発器５は通常、自動車の車室内に設置される。
次に、膨張弁４の具体的構造を詳述すると、４０は膨張弁４の本体ケースで、アルミニュウム等の金属で略直方体状に成形されている。この本体ケース４０の下方部右側には冷凍サイクルの受液器３からの液冷媒が流入する冷媒入口４１が開口している。
【００１５】
この冷媒入口４１は本体ケース４０の下方中央部に形成された弁体収容室４２に連通しており、この室４２内には、膨張弁４の球状の弁体４３、及びこの弁体４３がスポット溶接等にて固着された支持部材４４が収容されている。４５は冷媒入口４１からの液冷媒を減圧する絞り通路で、この絞り通路４５の開度を弁体４３により調整するようになっている。また、絞り通路４５のうち、球状の弁体４３に対向する部位には、円錐状の弁座面４５ａが形成されている。本例では、上記した絞り通路４５および弁体４３により膨張弁４の弁体機構部４Ａが構成されている。
【００１６】
４６は段付き円柱状の弁棒で、図で下方側の小径軸部４６ｂが絞り通路４５の中心部を貫通し、弁棒４６の下端部４６ａは、弁棒４６の中心軸に対して垂直な平面に形成されて球状の弁体４３に当接している。弁棒４６を摺動自在に案内するための孔部５１ａが本体ケース４０（案内部材）に形成され、弁棒４６の図で上方側の大径軸部４６ｃが孔部５１ａに挿入されている。そして、弁棒４６と弁座面４５ａを同軸にするために、孔部５１ａと弁座面４５ａとが同軸に形成されている。
【００１７】
４７は絞り通路４５を通過して減圧された低温、低圧の気液２相冷媒が流れる冷媒流出通路で、本体ケース４０の上下方向の略中間部位に形成されており、この冷媒流出通路４７は蒸発器５の冷媒入口部に接続される。
４８は蒸発器５にて蒸発したガス冷媒が流れる蒸発器出口側通路で、本例では、本体ケース４０の上方部において左右方向に円筒状に貫通するように形成されている。この蒸発器出口側通路４８の入口端（図１の左端）は蒸発器５の冷媒出口部に接続され、出口端（図１の右端）は圧縮機１の吸入口に接続される。
【００１８】
４９は膨張弁４の感温棒で、変位伝達部材としての役割も兼ねるものであり、アルミニュウム等の熱伝導の良好な金属にて円柱状に形成されている。この感温棒４９は蒸発器出口側通路４８を貫通して配設され、蒸発器５で蒸発した過熱ガス冷媒の温度を感知する感温手段をなすものである。すなわち、感温棒４９は前記過熱ガス冷媒の流れ中に位置することにより、過熱ガス冷媒の熱が伝導され、過熱ガス冷媒の温度を感知するものである。
【００１９】
この感温棒４９の具体的形態について説明すると、蒸発器出口側通路４８を貫通する小径の軸部４９ａと、この小径軸部４９ａの端部に結合され、後述のダイヤフラム５２に当接するダイヤフラムストッパ部４９ｂとから構成されている。このダイヤフラムストッパ部４９ｂは、感温棒４９の上端部側（ダイヤフラム５２側端部）から円板状に外径を拡大した形状に一体成形されている。
【００２０】
なお、感温棒４９の外周面には、弁作動のハンチング抑制のために、熱伝達遅延部材６４が圧入固定等により装着されている。この熱伝達遅延部材６４は、感温棒４９を構成するアルミニュウムよりも熱伝導率が十分低い材質（具体的には、樹脂）にて成形されている。
次に、膨張弁４の弁体４３を作動させる弁体駆動部４Ｂについて説明すると、弁体４３に当接された弁棒４６の上端は感温棒４９の下端面に当接しており、この感温棒４９の小径軸部４９ａの下端部近傍の外周溝部にはシール用のＯリング５０が配設され、本体ケース４０の孔部５１に対して感温棒４９は気密に、かつ摺動可能に嵌合している。
【００２１】
感温棒４９の上端部に形成されたダイヤフラムストッパ部４９ｂは本体ケース４０の最上部の外面側に配置されたダイヤフラム５２に当接している。従って、このダイヤフラム５２が上下方向に変位すると、この変位に応じて円柱状感温棒４９、弁棒４６を介して弁体４３も変位するようになっている。本例では、弁棒４６と感温棒４９とにより変位伝達部材が構成されている。
【００２２】
ダイヤフラム５２の外周縁部は、上下のケース部材５３、５４の間に挟持されて支持されている。このケース部材５３、５４はステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属材で構成され、溶接、ろう付け等により一体に接合されている。下側のケース部材５４は本体ケース４０の最上部にねじ止めにて固定されており、このねじ止め固定部はゴム製の弾性シール材（パッキン）５５にて気密になっている。そして、ケース部材５３、５４内の空間はダイヤフラム５２により上側室（５６と下側室５７に仕切られている。
【００２３】
上側室５６には冷媒充填用のキャピラリチューブ５６ａが接合されているが、このチューブ５６ａの先端は閉塞されているので、上側室５６は密封空間である。この上側室５６の内部には冷凍サイクル内の循環冷媒と同種の冷媒ガスが充填されており、この封入ガスは感温棒４９の感知した蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が金属製ダイヤフラム５２を介して伝導され、この過熱ガス冷媒温度に応じた圧力変化を示す。
【００２４】
従って、ダイヤフラム５２は弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましく、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属からなる。
一方、下側室５７は、感温棒４９のダイヤフラムストッパ部４９ｂの周囲の空隙、この空隙の下方部に形成される圧力導入用の空間５８および環状連通路５９を通して、蒸発器出口側通路４８に連通しており、この蒸発器出口側通路４８の冷媒圧力が下側室５７内に導入される。すなわち、下側室５７内の圧力は通路４８と略同一の圧力となる。
【００２５】
本体ケース４０の最下部には、球状弁体４３の支持機構４Ｃが設けられており、この支持機構４Ｃについて以下説明すると、本体ケース４０の最下部には外部に開口したねじ穴部６０が設けられており、このねじ穴部６０に調整プラグ６１がねじ止め固定されており、この調整プラグ６１はその外周部にシール用のＯリング６２が装着されており、これによりねじ穴部６０との間を気密にシールしている。
【００２６】
６３はコイルばね（ばね手段）であり、その一端は調整プラグ６１のばね案内部６１ａにより弁棒４６と同軸になるように位置決め支持され、他端は支持部材４４のばね案内部４４ａに支持されている。従って、調整プラグ６１の締めつけ位置の調整により、コイルばね６３の取付荷重を調整できる。
図２に示すように、支持部材４４には弁体４３が固着される円錐状の取付部４４ｂが形成され、この取付部４４ｂは支持部材４４のばね案内部４４ａに対して偏心して形成されている。コイルばね６３は弁棒４６と同軸に位置決め支持されているため、図２のように弁体４３が弁座面４５ａから離れた状態では、コイルばね６３、ばね案内部４４ａおよび弁棒４６は同軸になっている。
【００２７】
従って、ばね案内部４４ａに対して偏心した取付部４４ｂに固着された弁体４３は、弁体４３が弁座面４５ａから離れた状態では、弁棒４６の中心軸に対して偏心して配置（位置決め）されることになる。弁棒４６の小径軸部４６ｂの径は例えば１．６ｍｍで、弁体４３の弁棒４６に対する偏心量ａは０．５ｍｍ程度が望ましい。
【００２８】
なお、作動中に弁体４３が弁棒４６の端部４６ａから外れないように、弁体４３の図２で左右方向の移動範囲が弁座面４５ａによって規制されている。
次に、上記構成において作動を説明する。いま、図１の冷凍サイクルにおいて圧縮機１が作動し、サイクル内に冷媒が循環していると、膨張弁４の弁体駆動部４Ｂにおいて、ダイヤフラム５２の上側室５６内の封入ガスに、感温棒４９、金属製ダイヤフラム５２を介して、通路４８内の蒸発器出口の過熱ガス冷媒温度が伝導されるので、上側室５６内の圧力は通路４８の過熱ガス冷媒温度に応じた圧力となり、一方、ダイヤフラム５２の下側室５７内の圧力は通路４８の冷媒圧力となる。
【００２９】
従って、この両室５６、５７内の圧力差と、弁体４３を上方へ押圧するばね６３の取り付け荷重とのバランスで、弁体４３が変位することになる。そして、通路４８の過熱ガス冷媒温度が下がると上側室５６内の圧力が下がり、弁体４３が弁座面４５ａ側に変位して絞り通路４５の開度が減少し、冷媒流量が減少する。一方、通路４８の過熱ガス冷媒温度が上がると上側室５６内の圧力が上がり、弁体４３が弁座面４５ａから離れる方向に変位して絞り通路４５の開度が増加し、冷媒流量が増加する。このような冷媒流量の自動調整作用により、蒸発器５出口のガス冷媒の過熱度が所定値に維持される。
【００３０】
ところで、開弁時には、弁体４３は弁棒４６中心軸に対して偏心しているため、弁棒４６はばね６３の力によるモーメントによって孔部５１ａの内周壁面に押しつけられる。従って、弁棒４６が変位する際には孔部５１ａでの摺動抵抗が増大し、弁開度の変化に伴う瞬間的な圧力変動に対して弁棒４６は追従しなくなり、それによって弁棒４６および弁体４３の微振動が防止される。
【００３１】
一方、微小開弁域では弁体４３は弁棒４６と同軸の弁座面４５ａに案内されて弁棒４６の中心軸に近づくため、弁棒４６に対するモーメントは小さくなる。そして、図３に示す閉弁時には、弁体４３は弁座面４５ａに案内されてさらに弁棒４６の中心軸に近づくため、弁棒４６に対するモーメントは殆ど発生しなくなる。また、弁棒４６における弁体４３側の端部４６ａを弁棒４６の中心軸に対して垂直な平面にしたことから、弁棒４６をその中心軸に対して斜め方向に押す力も殆ど発生しなくなる。
【００３２】
従って、微小開弁域では、弁棒４６を孔部５１ａに押しつける力が非常に小さくなって、弁棒４６の摺動抵抗が小さくなり、微小開弁域でのヒステリシスを従来弁よりも小さくすることができる。
なお、閉弁状態では、弁体４３が弁棒４６の中心軸側に変位するのに伴って、コイルばね６３の弁体４３側端部が弁棒４６の径方向に変位し、コイルばね６３はやや曲がった状態になっている。そして、開弁時には、閉弁状態で曲がっていたコイルばね６３が元に戻る（弁棒４６と同軸になる）ことにより、弁体４３は弁棒４６中心軸から偏心した位置に復帰する。
【００３３】
図４（Ａ）は本実施形態のヒステリシス評価試験の結果を示し、図４（Ｂ）は図５の従来弁の試験結果を示す。なお、上側室５６の圧力を２kgf/cm2G一定に保ち、下側室５７の圧力を変化させて試験を行った。図から明らかなように、本実施形態の微小開弁域でのヒステリシスｂは、従来弁のヒステリシスｂの１／３程度に小さくなっている。これにより、蒸発器５出口のガス冷媒の過熱度の変化に対する、膨張弁の応答性を向上させることができる。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、支持部材４４のばね案内部４４ａと取付部４４ｂとを偏心させたが、それらを同軸にしてもよい。その場合、調整プラグ６１のばね案内部６１ａを弁棒４６の中心軸に対して偏心させて、ばね６３、支持部材４４および弁体４３を弁棒４６の中心軸に対して偏心させて配置する。
また、上述の実施形態では、キャピラリチューブ５６ａを上側室５６への冷媒充填用として用いているが、蒸発器出口の冷媒温度を感知する感温筒を感温棒４９の代わりに設け、この感温筒を上側室５６に接続する手段としてキャピラリチューブ５６ａを用いる膨張弁も周知であり、このタイプの膨張弁に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による膨張弁断面構造を含む冷凍サイクル図である。
【図２】図１の膨張弁の開弁状態を示す要部の拡大断面図である。
【図３】図１の膨張弁の閉弁状態を示す要部の拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明になる膨張弁の特性を示すグラフ、（Ｂ）は従来膨張弁の特性を示すグラフである。
【図５】従来の膨張弁の要部の断面図である。
【符号の説明】
４…膨張弁、４Ｂ…感温エレメント部、５…蒸発器、
４０…本体ケース（案内部材）、４３…弁体、４４…支持部材、
４５…絞り通路、４５ａ…弁座面、４６…弁棒、４６ａ…端部、
５１ａ…孔部、６３…コイルばね（ばね手段）。
【図１】
0003987983.tif 000002
【図２】
0003987983.tif 000003
【図３】
0003987983.tif 000004
【図４】
0003987983.tif 000005
【図５】
0003987983.tif 000006