(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルに設けられ、前記冷凍サイクル中を循環する冷媒の温度に基づいて前記冷媒の流量を調節する膨張弁であって、
蒸発器（４）に向かう冷媒流路の途中に設けられた第１冷媒通路（２２、２５）、および前記蒸発器（４）から圧縮機（１）に向かう冷媒流路の途中に設けられた第２冷媒通路（２６、２７）を有する本体（１３）と、
前記第２冷媒通路（２６、２７）に隣接して設けられ前記本体（１３）内部で進退するピストン（１４、３１）と、
前記ピストン（１４、３１）および前記本体（１３）との間にチャンバ（２８）を形成するように前記本体（１３）に取り付けられる蓋部（１２）と、
前記チャンバ（２８）に貯められ、前記第２冷媒通路（２６、２７）を流れる冷媒の温度を前記ピストン（１４、３１）を介して感知する圧力媒体と、
前記ピストン（１４、３１）の進退に伴って駆動され、前記第１冷媒通路（２２、２５）を流れる冷媒の流量を調節する作動棒（１６、３２）と、を備え、
前記圧力媒体は前記冷凍サイクルを循環する前記冷媒と同一の主成分からなる冷媒と冷凍機油との混合物で構成されていることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記蓋部（１２）と前記本体（１３）との間にはシール部材（１９）が設けられ、前記ピストン（１４、３１）と前記本体（１３）の摺動部にはＯリング（２０）が設けられており、
前記Ｏリング（２０）は前記シール部材（１９）よりも硬度が低い材質で構成され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Ｏリング（２０）は硬度がＨｓ６０〜８０の範囲の材質で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
【請求項４】
前記蓋部（１２）と前記本体（１３）との間にはシール部材（１９）が設けられ、前記ピストン（１４、３１）と前記本体（１３）の摺動部にはＯリング（２０）が設けられており、
前記Ｏリング（２０）は前記シール部材（１９）よりもガス透過性の高い材質で構成され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５】
前記蓋部（１２）と前記本体（１３）との間にはシール部材（１９）が設けられ、前記ピストン（１４、３１）と前記本体（１３）の摺動部にはＯリング（２０）が設けられており、
前記Ｏリング（２０）は、前記シール部材（１９）に対して、材質および硬度が同じであるとともに、ガスの透過面積が大きくなるように構成され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６】
前記チャンバ（２８）と前記第２冷媒通路（２６、２７）とを連通する戻し通路（４２）を形成するとともに、前記圧力媒体が前記戻し通路（４２）を通って前記第２冷媒通路（２６、２７）に流入する流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁（４３）を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の膨張弁。
【請求項７】
前記作動棒（１６）は、前記ピストン（１４）に螺合される構造を備えることにより、前記ピストン（１４）から軸方向に突出する長さが調節可能となるように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の膨張弁。
【請求項８】
前記作動棒（１６、３２）を前記ピストン（１４、３１）側に付勢する弾性部材（３０）を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルに用いられ冷媒の流量を調節する膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルに用いられる膨張弁には、ダイヤフラムの作動を弁体に伝達する温度式膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。この温度式膨張弁は、蒸発器に向かう液冷媒の通る第１通路および蒸発器から圧縮機に向かう気相冷媒の通る第２通路を有する本体と、第１通路を通過する冷媒流量を調節する弁体と、第２通路を通る気相冷媒の温度を感知して変位するダイヤフラムを有し本体に取り付けられるパワーエレメント部と、ダイヤフラムの変位により弁体を駆動するロッド部材と、を備えている。
【０００３】
パワーエレメント部は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムを挟んで互いに密着して設けられ、ダイヤフラムの上下に二つの気密室を形成する上カバーおよび下カバーと、上部の気密室に所定の冷媒を封入するための封切管と、を備え、ねじによって本体に固定されている。
【特許文献１】特開平１０−１４５１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の膨張弁においては、パワーエレメント部を製作する加工工数および組み立て工数が大きく、他の構成の部品点数も多く、コスト面や生産性が課題となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は上記課題に鑑みてなされたものであり、コスト面および生産性に優れた膨張弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、以下に記載の技術的手段を採用する。第１の発明は、冷凍サイクルに設けられ、前記冷凍サイクル中を循環する冷媒の温度に基づいて前記冷媒の流量を調節する膨張弁に係る発明であって、
蒸発器（４）に向かう冷媒流路の途中に設けられた第１冷媒通路（２２、２５）、および蒸発器（４）から圧縮機（１）に向かう冷媒流路の途中に設けられた第２冷媒通路（２６、２７）を有する本体（１３）と、第２冷媒通路（２６、２７）に隣接して設けられ本体（１３）内部で進退するピストン（１４、３１）と、ピストン（１４、３１）および本体（１３）との間にチャンバ（２８）を形成するように本体（１３）に取り付けられる蓋部（１２）と、チャンバ（２８）に貯められ、第２冷媒通路（２６、２７）を流れる冷媒温度をピストン（１４）を介して感知する圧力媒体と、ピストン（１４、３１）の進退に伴って駆動され、第１冷媒通路（２２、２５）を流れる冷媒の流量を調節する作動棒（１６、３２）と、を備え、
圧力媒体は冷凍サイクルを循環する冷媒と同一の主成分からなる冷媒と冷凍機油との混合物で構成されていることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、ピストンと蓋部間のチャンバに貯められた圧力媒体によって蒸発器出口の冷媒温度を感知させ、ピストンを進退させて第１冷媒通路の冷媒流量を調節することにより、圧力媒体を所定の部屋に閉じ込めておくための溶接等の工程を必要としない構造を提供でき、従来の膨張弁に比べて組み立て工数や加工工数を大きく低減することができる。さらに圧力媒体を上記混合物により構成したことにより、チャンバ内の上記圧力媒体は第２冷媒通路を流れる冷媒と同じ温度になるような冷凍サイクルの停止時においても蒸気圧降下して第２冷媒通路の気相冷媒よりも低圧になるので、圧力媒体中の冷媒はチャンバから流出するよりむしろ長期的に非常にゆっくりと摺動部のシール部分を通過して流入してくる傾向にある。よって、構造が簡単化できるという上記ピストン方式の膨張弁の優位点を備えるとともに、その圧力媒体封入力の弱さを補って当初の冷媒流量調整能力を確保する膨張弁が得られる。以上より、コスト面および生産性に優れた膨張弁を提供することができる。
【０００８】
また、蓋部（１２）と本体（１３）との間にはシール部材（１９）が設けられ、ピストン（１４、３１）と本体（１３）の摺動部にはＯリング（２０）が設けられており、Ｏリング（２０）はシール部材（１９）よりも硬度が低い材質で構成されていることが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、チャンバに貯められた圧力媒体は蓋部と本体との間のシール部材を透過して外部に漏れるよりもピストンと本体との間のＯリングを透過して第２冷媒通路側に漏れやすい傾向になるので、長期的にチャンバ内の圧力媒体中の冷媒が空になることはないという効果を有する。また、上記シール部材と上記Ｏリングを互いの透過性能を近づけるような材質に構成した場合には、長期に亘ってチャンバが液で満杯にならないようにできる。
【００１０】
また、具体的にはＯリング（２０）は硬度がＨｓ６０〜８０の範囲の材質で構成されており、上記シール部材はＯリングよりも硬度が高い材質で構成されていることが好ましい。この発明によれば、長期的にチャンバ内の圧力媒体中の冷媒が空になることはなく、シール部材とＯリングの硬度差によってチャンバ内を液で満杯にならないようにできる。
【００１１】
また、蓋部（１２）と本体（１３）との間にはシール部材（１９）が設けられ、ピストン（１４、３１）と本体（１３）の摺動部にはＯリング（２０）が設けられており、Ｏリング（２０）はシール部材（１９）よりもガス透過性の高い材質で構成されていることが好ましい。また、Ｏリング（２０）は、シール部材（１９）に対して材質および硬度が同じであるとともに、ガスの透過面積がシール部材（１９）よりも大きくなるように構成してもよい。
【００１２】
これら各発明によれば、チャンバに貯められた圧力媒体は蓋部と本体との間のシール部材を透過して外部に漏れるよりもピストンと本体との間のＯリングを透過して第２冷媒通路側に漏れやすい傾向になるので、長期的にチャンバ内の圧力媒体中の冷媒が空になることはないという効果を奏する。
【００１３】
また、チャンバ（２８）と第２冷媒通路（２６、２７）とを連通する戻し通路（４２）を形成するとともに、圧力媒体が戻し通路（４２）を通って第２冷媒通路（２６、２７）に流入する流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁（４３）を設けることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、万一、長期的にチャンバ内の圧力媒体が満杯になるようなことがあったとしても、外部に漏れることなく戻し通路を通して積極的に圧力媒体を第２冷媒通路に戻すことができるので、チャンバ内が異常高圧状態になることを回避でき、適切な液面位置を保つことができる。
【００１５】
また、作動棒（１６）は、ピストン（１４）に螺合される構造を備えることにより、ピストン（１４）から軸方向に突出する長さが調節可能となるように構成されていることが好ましい。この発明によれば、組み付け前に作動棒を回転させる作業を行うことにより、開弁特性を所定値に容易に調整することができる。
【００１６】
また上記膨張弁は、作動棒（１６、３２）をピストン（１４、３１）側に付勢する弾性部材（３０）を備えていることが好ましい。この発明によれば、作動棒にピストン側に向けた荷重を与えることができるので、作動棒、ピストンおよび圧力媒体の質量をキャンセルできるとともに、作動棒の挙動が安定することにより第２冷媒通路を通過する冷媒の流れを安定させることができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の一例である第１実施形態の膨張弁１０について図１および図２を用いて説明する。図１は本実施形態に係る膨張弁１０の構成を示す中央縦断面図である。図２は膨張弁１０がもたらす蒸発器出口の冷媒過熱度ΔＴを説明した図である。
【００２０】
膨張弁１０を備える冷凍サイクルは自動車等の空気調和装置に使用されるものである。図１に示すように、膨張弁１０は冷凍サイクル中を循環する冷媒の温度に基づいて冷媒の流量を調節する温度式膨張弁である。
【００２１】
膨張弁１０の本体１３は、アルミまたはアルミ合金でできており、凝縮器２の冷媒出口からレシーバ３を介して蒸発器４の冷媒入口へと向かう冷媒流路の途中に位置し液相冷媒が通過する第１冷媒通路と、蒸発器４の冷媒出口から圧縮機１の冷媒入口へと向かう冷媒流路の途中に位置し気相冷媒が通過する第２冷媒通路とを備えている。
【００２２】
第２冷媒通路は、蒸発器４から流れてくる気相冷媒が流入する冷媒配管接続口２６と、冷媒配管接続口２６から流入した気相冷媒が圧縮機１へ向けて流出する冷媒配管接続口２７とを結ぶ通路であり、本体１３の中ほどよりも上方に形成されている。第１冷媒通路は、レシーバ３から流れてくる液相冷媒が流入する冷媒配管接続口２２と、冷媒配管接続口２２から流入した液相冷媒が蒸発器４へ向けて流出する冷媒配管接続口２５とを結ぶ通路であり、第１冷媒通路と上下に離間するように本体下部２１に形成されている。
【００２３】
本体１３の内部であって第２冷媒通路よりも上方にはピストン機構部１１を構成するピストン１４が設けられている。ピストン１４は本体１３の内壁面に対して所定の隙間を有するように内嵌されており、本体１３に対して摺動して上下方向に進退するようになっている。ピストン１４と本体１３との摺動部にはＯリング２０が設けられており、Ｏリング２０によってピストン１４と本体１３とのシール部が構成されている。
【００２４】
本体１３の最上部には、外周に雄ねじ１８を有する蓋部１２が螺合されている。蓋部１２が本体１３の最上部に螺合されて取り付けられた状態では、蓋部１２、本体１３およびピストン１４で囲まれるチャンバ２８が形成されており、蓋部１２の円筒側面と本体１３の内周面との間に設けられたシール部材のＯリング１９が両者間を密着させている。
【００２５】
チャンバ２８には、第２冷媒通路を流れる冷媒の温度をピストン１４や後述する作動棒１６を介して感知する圧力媒体が所定量貯められて封入されている。この圧力媒体はピストン１４を進退させる駆動力を提供する。圧力媒体は冷凍サイクルを循環する冷媒と同一の主成分からなる冷媒と冷凍機油との混合物で構成されている。例えば、冷媒としてはＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのいずれかを採用でき、冷凍機油にはポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリオールエステル（ＰＯＥ）のいずれかを採用することができる。
【００２６】
圧力媒体は、本体１３の内壁面、すなわちシリンダ面（ピストン１４との摺動面）とピストン１４の上面との境界線を液体でぬらす程度の量で封入されている。例えば、車両の空調装置としての設置状態において圧力媒体の液面が上記境界線の高さを越えるように封入されている。また圧力媒体は境界線の一部を越えるだけでもよいが、図１に図示されるように、環状の境界線の全体を覆うように封入されていてもよい。係る圧力媒体の液面を得るために、圧力媒体の封入量とチャンバ２８を規定する壁面形状とが設定される。図示の実施例では、ピストン１４上面の凹状の形状が、所要の圧力媒体量と、所要のピストン１４の高さ、すなわちシール距離とを提供するように設定されている。
【００２７】
ピストン１４は、下面が円形で外周面が円筒形を呈し、所定厚さの底部を有するように天面が凹んだ凹部１５を備えたコップ状である。ピストン１４は、第２冷媒通路に隣接するように配され、その下面が第２冷媒通路の一部を囲む内壁面を構成している。ピストン１４の円筒側面には凹部１５の表面よりも上方（蓋部１２側）に位置する環状溝部が形成されており、Ｏリング２０はこの環状溝部に外嵌されている。
【００２８】
ピストン１４の下面には、凹部１５の表面に向けて伸長する雌ねじが所定長さ形成されている。この雌ねじには、作動棒１６の軸方向先端部に形成された雄ねじ１７が螺合されている。作動棒１６は、ピストン１４の下面から第２冷媒通路を横断し、本体下部２１に形成された第１冷媒通路まで延びるように配置されている。雄ねじ１７は作動棒１６の軸方向長さを調整する調整ねじの働きがある。つまり、膨張弁１０の組み立て時にピストン１４に対する作動棒１６の回転量を調節して、この雌ねじと雄ねじ１７のかみ合い長さを調節することにより、作動棒１６はピストン１４の下面から軸方向に突出する長さが調節可能となる。
【００２９】
作動棒１６の中ほどよりも下方部には、本体下部２１に形成された作動棒を挿入するための挿入筒２３と作動棒１６との間をシールするＯリングが外嵌されている。このＯリングよりもさらに下方の作動棒１６の外周面には、環状溝が形成されている。挿入筒２３は第１冷媒通路の一部をなしており、ピストン１４の進退に伴って作動棒１６が上下方向に駆動されると、本体１３に対する環状溝の軸方向（上下方向）位置が変化し、挿入筒２３内における第１冷媒通路の流路断面積（開度）を調節することができる。本実施形態では作動棒１６が下降すると開度が開き、逆に上昇すると開度が閉じるようになっている。
【００３０】
つまり、作動棒１６下部の環状溝および挿入筒２３は、第１冷媒通路を通過する冷媒流量を調節するスプール弁２４（弁体）として機能している。したがって、膨張弁１０のスプール弁２４の開度は、第２冷媒通路を通過する気相冷媒の温度に基づいてチャンバ２８内の圧力媒体の内圧変化することによって制御されている。このように第２冷媒通路の気相冷媒温度に基づいて第１冷媒通路の通過冷媒流量を制御することにより、蒸発器出口の冷媒過熱度を適切に制御することができる。
【００３１】
作動棒１６は、弁機能およびその軸方向長さを調節できる調節機能を併せ持っている。作動棒１６の軸方向長さの調節は、膨張弁１０の組み付けおよびチャンバ２８への所定量の圧力媒体の封入が完了した後、Ｏリング２０を備えたピストン１４および作動棒１６の螺合手段のかみ合い量（ねじのかみ合い量）を冷媒配管接続口２６、または冷媒配管接続口２７などから適切に調節して所定のセット値（スプール弁の開弁圧）に設定する。そして、設定されたセット値がずれないようにコーキング、接着等により固定する。このように膨張弁１０は、本体１３に対して一方向（上から下向きに）から挿入して組み付けることができる。
【００３２】
図２は、実線は冷凍サイクル内の冷媒の飽和特性を示し、破線は冷媒と冷凍機油の混合物である圧力媒体の特性を示したものである。図２に示すように、第２冷媒通路を通る冷媒の温度がＴＬで圧力がＰＬである場合、冷媒の過熱度はΔＴとなる。圧力媒体は冷媒と冷凍機油との混合物であるため、純粋な冷媒に比べて沸点上昇（言い換えれば蒸気圧降下）するので、この沸点差に相当する過熱度（図２のΔＴ）を冷凍サイクルに与えることができる。この過熱度は、圧力媒体に占める冷凍機油の割合が大きいほど大きくすることができる。冷凍機油の全体に占める重量割合は、冷凍サイクルに持たせたい過熱度や冷媒と冷凍機油の組み合わせにより異なるが、例えば１〜８０％としている。
【００３３】
以上のように膨張弁１０は、チャンバ２８に封入した上記圧力媒体によって蒸発器出口の冷媒温度を感知してピストン１４を進退させるピストン機構部１１を備えたピストン方式を採用しているので、従来のダイヤフラムを有するパワーエレメント方式と異なって、圧力媒体を封入する作動室を形成するためのステンレス製部材の溶接等が不要となり、部品点数、加工工数および組立工数が低減でき、安価な製品が得られる。
【００３４】
また、圧力媒体の封入をＯリングで行うピストン方式を採用したことによって、長期的な封入力がパワーエレメント方式に比べて弱い点については、圧力媒体を冷凍サイクル中の冷媒と冷凍機油との混合物とすることによって解消している。
【００３５】
つまり、第２冷媒通路を通過する冷媒の温度が作動棒１６やピストン１４を介してチャンバ２８内の圧力媒体に伝わると、圧力媒体は混合物であるがゆえに冷凍サイクル内の冷媒に比べて沸点上昇するため、第２冷媒通路の気相冷媒と同じ温度において蒸気圧降下する。ゆえに、チャンバ２８内の圧力は長期的に見て第２冷媒通路の気相冷媒よりも低くなる。
【００３６】
したがってチャンバ２８内の圧力冷媒は、チャンバ２８の外に漏れる傾向ではなく、長年使用すると非常にゆっくりとした速度で冷媒が流入するようになり長期的には増える傾向となる。ゆえに、膨張弁１０において、チャンバ２８内の圧力媒体中の冷媒が減り、当初の冷媒流量調節機能を果たさなくなるという懸念はない。
【００３７】
また、ガス透過性の高いＯリング２０や硬度の比較的低いＯリング２０を採用することにより、圧力媒体を積極的に第２冷媒通路に戻すことができるので、圧力媒体の冷媒と冷凍機油の混合比を長期に亘って安定させることができる。
【００３８】
例えば、Ｏリング２０を、Ｏリング１９よりも硬度が低い材質で構成したり、Ｏリング１９よりもガス透過性の高い材質で構成したりするとよい。そして、Ｏリング１９，２０をＨｓ６０から８０の範囲の硬度を有する材質から選択して構成するのがより好ましく、この場合、チャンバ２８内の圧力媒体中の冷媒が外部へ透過流出したり、逆にチャンバ２８内が液で満杯状態にならないよう長期的に両方のバランスが取れたシール性を確保することができる。ここでＯリングの硬度を表すＨｓは、旧ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１のスプリング式ＪＩＳ硬度計によって測定される値である。
【００３９】
Ｏリング１９とＯリング２０について異材質のものを使用する場合には、Ｏリング１９にはガス透過性の低い（気体を通しにくい）ブチルゴム、多硫化ゴム、エピクロロヒドリンゴム、高ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム等を採用し、Ｏリング２０にはガス透過性の高いシリコンゴム、天然ゴム、ＳＢＲ、ＢＲ、ＥＰＤＭ等を採用するものとする。また、同じゴムの材質を採用した場合、Ｏリング１９にはＯリング２０よりも硬度が高いものを用いるのがよい。さらに、同じゴムで同じ硬度のＯリングとする場合には、Ｏリング１９はＯリング２０よりもガスの透過面積を小さく（例えばＯリング外径を小さく）なるように設計すればよい。
【００４０】
上記構成における膨張弁１０の作動について説明する。冷媒配管接続口２２を介して第１冷媒通路に高温、高圧の液相冷媒が導入されると、この液相冷媒はスプール弁２４にて断熱膨張されて低温、低圧の冷媒となり、冷媒配管接続口２５から蒸発器４に向かって供給される。蒸発器４で蒸発された気相冷媒は、冷媒配管接続口２６に入り、第２冷媒通路を通過して冷媒配管接続口２７から圧縮機１へと流出する。
【００４１】
この気相冷媒が第２冷媒通路を流れる時に、チャンバ２８の圧力媒体には作動棒１６およびピストン１４を介して気相冷媒の熱が伝達される。そして、圧力媒体は、上記伝達された熱によってガス化または液化し、圧力をピストン１４の凹部１５表面に与える。ピストン１４は凹部１５表面に与えられた圧力媒体の圧力と、第２冷媒通路の内壁面の一部をなすピストン１４の下面に加わる圧力との差によって上下に変位する。このピストン１４の上下変位に伴い作動棒１６も上下に変位し、スプール弁２４が開閉され、冷媒流量が制御されることになる。
【００４２】
つまり、蒸発器出口の冷媒温度が圧力媒体に伝達されるので、その温度に応じてチャンバ２８内の圧力が変化し、ひいては蒸発器４の出口の冷媒過熱度が変化する。蒸発器４の熱負荷が大きくなると（蒸発器出口の冷媒過熱度が大きいと）、チャンバ２８の圧力が高くなり、それに応じて作動棒１６が下方へ駆動されてスプール弁２４の開度が大きくなる。これによって蒸発器４への冷媒供給量が増加して、蒸発器出口の冷媒過熱度は小さくなる方向に修正される。逆に、蒸発器４の熱負荷が減少すると（蒸発器出口の冷媒過熱度が小さくなると）、作動棒１６が上方へ駆動されてスプール弁２４の開度が小さくなり、蒸発器４への冷媒供給量が減少して蒸発器４の出口の冷媒過熱度は大きくなる方向に修正される。このように膨張弁１０は、蒸発器出口の冷媒過熱度が適正になるように蒸発器４に供給する冷媒流量を制御している。
【００４３】
以上のように本実施形態の膨張弁１０は、蒸発器４から圧縮機１に向かう冷媒流路の途中に設けられた第２冷媒通路に隣接して設けられ、本体１３内部で進退するピストン１４と、本体１３に取り付けられる蓋部１２とピストン１４および本体１３との間に形成されたチャンバ２８と、チャンバ２８に貯められ第２冷媒通路を流れる冷媒温度をピストン１４を介して感知する圧力媒体と、ピストン１４の進退に伴って駆動され、蒸発器４に向かう冷媒流路の途中に設けられた第１冷媒通路を流れる冷媒の流量を調節する作動棒１６と、を備えている。上記圧力媒体は冷凍サイクルを循環する冷媒と同一の主成分からなる冷媒と冷凍機油との混合物で構成されている。
【００４４】
この構成によれば、従来のダイヤフラムを有するパワーエレメント部のように圧力媒体を所定の部屋に閉じ込めておくための溶接等の工程を必要とせず、従来の膨張弁に比べて組み立て工数や加工工数を大きく低減することができる。さらに圧力媒体を上記混合物により構成したことにより、圧力媒体はチャンバ２８からＯリング１９を透過して外部へ流出するよりむしろＯリング２０を透過して長期的に非常にゆっくりと流入してくることになり、上記ピストン方式の膨張弁の上記優位点を備えるとともに、当初の冷媒流量調整能力を確保する膨張弁が得られる。
【００４５】
長期的にチャンバ２８から外部へ圧力媒体中の冷媒が透過流出してしまわないためには、ピストン１４と本体１３の摺動部に設けられたＯリング２０を、蓋部１２と本体１３との間をシールするＯリング１９よりも硬度が低い材質で構成したり、ガス透過性の高い材質で構成したりすることが好ましい。
【００４６】
上記構成によれば、冷媒を積極的に冷凍サイクル側に戻す構造が得られるので、長期的にチャンバ２８内が圧力媒体で万一満杯になったとしても圧力媒体が外部に流出してしまうことを抑制できるとともに、チャンバ２８内が異常高圧状態となるのを回避できる。
【００４７】
また、作動棒１６はピストン１４に螺合される調整ねじを備えていることにより、ピストン１４から軸方向に突出する長さが調節可能であり、本体１３に組み付け前に作動棒１６を回転させる作業を行うことにより、スプール弁の開弁圧を様々な使用条件に応じて容易に調整することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態で説明する膨張弁１０Ａは、上記第１実施形態の膨張弁１０に対して作動棒１６をピストン１４側に付勢する弾性部材であるコイルばね３０を備えた点が異なっている。膨張弁１０Ａにおけるその他の構成部品で同符号のものは、第１実施形態で説明した構成部品と同様である。以下、第２実施形態を図３にしたがって説明する。図３は膨張弁１０Ａの構成を示す中央縦断面図である。
【００４９】
図３に示すように、膨張弁１０Ａは挿入筒２９の底面と作動棒１６の下端部との間に設けられ、作動棒１６をピストン１４側に付勢するコイルばね３０を備えている。弾性部材としては、コイルばね３０の他、板ばね、反発性のあるゴムや樹脂部材を採用することもできる。
【００５０】
このように膨張弁１０Ａは、作動棒１６をピストン１４側に付勢するコイルばね３０を備えていることにより、作動棒１６にピストン１４側に向けた所定の荷重を与えることができるので、ピストン、作動棒および圧力媒体の質量をキャンセルできると同時に、チャンバ２８内の圧力脈動によるスプール弁２４の開度が不安定に挙動するのを回避することができ、第２冷媒通路を通過する冷媒の流れを安定させることができる。さらに、この構成を有することにより、コイルばねの付勢する力が上記質量を上回らざるをえない設計の場合は、膨張弁１０Ａでは、第１実施形態の膨張弁１０の場合と同等の冷媒過熱度を得るために、膨張弁１０において封入されている圧力媒体に比べて冷凍機油の含有率を小さくした圧力媒体を使用することが好ましい。
【００５１】
（第３実施形態）
第３実施形態で説明する膨張弁１０Ｂは、上記第２実施形態の膨張弁１０Ａに対して、作動棒３２がピストン３１に螺合手段等によって固定されているのではなく、互いに突き合うように構成されている点と、コイルばね３０が本体下部３４に螺合されたプラグ３６と作動棒３２の下端部との間に設けられて作動棒３２をピストン３１側に付勢している点とが異なっている。膨張弁１０Ｂにおけるその他の構成部品で同符号のものは、第２実施形態で説明した構成部品と同様である。以下、第３実施形態を図４にしたがって説明する。図４は膨張弁１０Ｂの構成を示す中央縦断面図である。
【００５２】
図４に示すように、膨張弁１０Ｂは作動棒３２が固定されていないピストン３１で構成されているピストン機構部３５を備えている。ピストン３１の凹部１５の裏面側には、中央部に作動棒３２の軸径が嵌まる程度の円筒状凹部が設けられている。また膨張弁１０Ｂは、本体下部３４に上下方向に貫通するように形成された挿入筒３３を備えており、この挿入筒３３の下端部には、プラグ３６に形成された雄ねじ３７と螺合可能な雌ねじが形成されている。プラグ３６は、雄ねじ３７の他端側の外周部に環状溝が形成されており、この環状溝にはＯリング３８が外嵌されている。
【００５３】
上記構成の膨張弁１０Ｂを組み立てるときには、まず、プラグ３６の雄ねじを挿入筒３３の雌ねじに螺合させる。挿入筒３３の中にコイルばね３０を挿入し、次に、作動棒３２を本体１３の最上部から挿入筒３３内に挿入し、コイルばね３０で支える。そして、作動棒３２の上端部が上記円筒状凹部に嵌めるようにピストン３１を本体１３内部に設置させ、チャンバ２８に所定量の上記圧力媒体を供給した後、Ｏリング１９を備えた蓋部１２を本体１３に螺合させて取り付ける。
【００５４】
（第４実施形態）
第４実施形態で説明する膨張弁１０Ｃは、上記第１実施形態の膨張弁１０に対してチャンバ２８と第２冷媒通路とを連通する戻し通路４２を備え、圧力媒体が戻し通路４２を通って第２冷媒通路に流入する流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁４３を備えている点が異なっている。膨張弁１０Ｃにおけるその他の構成部品で同符号のものは、第１実施形態で説明した構成部品と同様である。以下、第４実施形態を図５にしたがって説明する。図５は膨張弁１０Ｃの上部の構成を示す中央縦断面図である。
【００５５】
図５に示すように、膨張弁１０Ｃは、チャンバ２８と第２冷媒通路とを連通する戻し通路４２を備えるとともに、圧力媒体が戻し通路４２を通って第２冷媒通路に流入する流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁４３を備えている。戻し通路４２はピストン４１の凹部１５の表面からピストン４１の下面を貫通するように形成された通路である。逆止弁４３は、この通路のピストン下面側開口に嵌まって封止するゴム栓４５と、一端側をピストン下面にねじ４６等により固定され、他端側でゴム栓４５を凹部１５側に付勢する板ばね４４とから構成されている。
【００５６】
上記構成の膨張弁１０Ｃの作動について説明する。冷媒配管接続口２２を介して第１冷媒通路に高温、高圧の液相冷媒が導入されると、この液相冷媒はスプール弁２４にて断熱膨張されて低温、低圧の冷媒となり、冷媒配管接続口２２から蒸発器４に向かって供給される。蒸発器４で蒸発された気相冷媒は、冷媒配管接続口２６に入り、第２冷媒通路を通過して冷媒配管接続口２７から圧縮機１へと流出する。
【００５７】
この気相冷媒が第２冷媒通路を流れる時に、チャンバ２８の圧力媒体には作動棒１６およびピストン１４を介して気相冷媒の熱が伝達される。そして、圧力媒体は、上記伝達された熱によってガス化し、圧力をピストン４１の凹部１５表面に与える。ピストン４１は凹部１５表面に与えられた圧力媒体の圧力と、第２冷媒通路の内壁面の一部をなすピストン４１の下面に加わる圧力との差によって上下に変位する。このピストン１４の上下変位に伴い作動棒１６も上下に変位し、スプール弁２４が開閉され、冷媒流量が制御されることになる。
【００５８】
膨張弁１０Ｃにおいて、長期的にチャンバ２８内が圧力媒体で万一満杯になったり、一時的にチャンバ２８内が高圧状態になったりすると、戻し通路４２に満たされている圧力媒体がゴム栓４５を板ばね４４の付勢力を上回る圧力で押すことになり、板ばね４４は付勢力に抗しながら下方に向けて開くようにたわみ。これに伴ってゴム栓４５が戻し通路４２ピストン下面側開口から離れるようになる。
【００５９】
この作用により、チャンバ２８内の冷媒を積極的に冷凍サイクル側に戻す構造が得られるので、圧力媒体が外部に流出してしまうことを抑制できるとともに、チャンバ２８内が液満状態となって異常高圧になることを回避することができる。
【００６０】
（第５実施形態）
第５実施形態で説明する膨張弁１０Ｄは、上記第１実施形態の膨張弁１０に対してＯリング１９とＯリング２０の材質、硬度を同一とした場合である。膨張弁１０Ｄでは、第１実施形態に対して、Ｏリング１９およびＯリング２０の取り付け位置が異なっており、これに伴って蓋５１、ピストン５０および本体５２の形状が異なっている。図６は膨張弁１０Ｄの上部の構成を示す縦断面図である。
【００６１】
図６に示すように、膨張弁１０ＤはＯリング１９よりＯリング２０の外径を大きく設計することによってＯリング２０の冷媒（ガス）の透過面積を大きくなるように構成している。この構成により、材質や硬度が同一のＯリングであっても、チャンバ２８内の圧力媒体から冷媒が外部へ流出してしまうことがないという効果が得られる。
【００６２】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、スプール弁２４の開度が不安定に挙動するのを回避して第２冷媒通路を通過する冷媒の流れを安定させるために、作動棒１６をピストン１４側に付勢するコイルばね３０を備えているが、これに代えて作動棒やピストンの熱伝導性能を低下させる構造を採用して冷媒温度に対する応答性を鈍らせるようにしてもよい。例えば、作動棒やピストンの材質を本体よりも熱伝導率の低い材質にしたり、作動棒やピストンに熱伝導性の低い樹脂製等の部材を取り付けたりするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】第１実施形態に係る膨張弁がもたらす蒸発器出口の冷媒過熱度ΔＴを説明した図である。
【図３】第２実施形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図４】第３実施形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図５】第４実施形態に係る膨張弁の上部の構成を示す中央縦断面図である。
【図６】第５実施形態に係る膨張弁の上部の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…圧縮機
４…蒸発器
１２、５１…蓋部
１３、５２…本体
１４、３１、５０…ピストン
１６、３２…作動棒
１９…Ｏリング（シール部材）
２０…Ｏリング
２２、２５…冷媒配管接続口（第１冷媒通路）
２６、２７…冷媒配管接続口（第２冷媒通路）
２８…チャンバ
３０…コイルばね（弾性部材）
４２…戻し通路
４３…逆止弁
【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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