(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対向して弁体を配置し、軸線方向に進退自在に配置されたロッドを、上記蒸発器から送り出された低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントと上記弁体との間に挟設すると共に、上記弁体を上記ロッドと反対の方向から圧縮コイルスプリングにより付勢した膨張弁において、上記圧縮コイルスプリングを上記弁体に近い側へ巻き径が次第に細くなるテーパ状に形成して、上記弁体を上記圧縮コイルスプリングの端部に固着し、上記弁体に対して上記ロッドを固着することなく当接させたことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
上記圧縮コイルスプリングと上記弁体とが同じ材質である請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
上記パワーエレメントから上記ロッドに対して偶力が加わるように構成されている請求項１又は２記載の膨張弁。
【請求項４】
上記ロッドの端部に当接する上記パワーエレメント側の部材の当接面が上記ロッドの軸線に対して斜めに傾いて形成されている請求項３記載の膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクルにおいて蒸発器に送り込まれる冷媒の流量制御を行いつつ冷媒を断熱膨張させるための膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膨張弁には各種のタイプがあるが、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対向して弁体を配置し、蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して弁体を開閉動作させるようにした膨張弁が広く用いられている。
【０００３】
そのような膨張弁においては、蒸発器から送り出される低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントと弁体との間に軸線方向に進退自在にロッドを挟設すると共に、弁体をロッドと反対の方向から圧縮コイルスプリングで付勢し、パワーエレメントによりロッドを介して弁体を開閉動作させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成の膨張弁においては、溶接等によって弁体をロッドに固着したものが少なくないが、ロッドを弁体と逆側から組み付ける構成をとる膨張弁では、弁体はロッドの端面に当接させてあるだけである。
【０００５】
そのため、組み立て時に弁体を組み込む際に、弁体が所定の位置から離脱してうまく組み立てることができず、何度も組み付け作業をやり直さなければならなくなって時間を浪費してしまう場合が少なくなかった。
【０００６】
そこで本発明は、ロッドと弁体とが固着されていない膨張弁において、組み立て時に弁体を容易に組み込むことができる膨張弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の膨張弁は、蒸発器に送り込まれる高圧冷媒が通る高圧冷媒流路の途中を細く絞って形成された弁座孔に対向して弁体を配置し、軸線方向に進退自在に配置されたロッドを、蒸発器から送り出された低圧冷媒の温度と圧力に対応して動作するパワーエレメントと弁体との間に挟設すると共に、弁体をロッドと反対の方向から圧縮コイルスプリングにより付勢した膨張弁において、圧縮コイルスプリングを弁体に近い側へ巻き径が次第に細くなるテーパ状に形成して、弁体を圧縮コイルスプリングの端部に固着し、弁体に対してロッドを固着することなく当接させたものである。
【０００８】
そして、圧縮コイルスプリングと弁体とを同じ材質で形成すれば、リサイクル処理を容易に行うことができる。
なお、パワーエレメントからロッドに対して偶力が加わるように構成されていてもよく、その場合、ロッドの端部に当接するパワーエレメント側の部材の当接面がロッドの軸線に対して斜めに傾いて形成されていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の実施の形態の膨張弁を示している。図中、１は蒸発器、２は圧縮機、３は凝縮器、４は、凝縮器３の出口側に接続されて高圧の液体冷媒を収容する受液器、１０は膨張弁である。これらによって冷凍サイクルが形成されており、例えば自動車の室内冷房装置（カーエアコン）に用いられる。
【００１０】
膨張弁１０の本体ブロック１１には、蒸発器１から圧縮機２へ送り出される低温低圧の冷媒ガスを通すための低圧冷媒流路１２と、蒸発器１に送り込まれる高温高圧の冷媒液を通して断熱膨張させるための高圧冷媒流路１３とが形成されている。
【００１１】
低圧冷媒流路１２は、入口側の端部が蒸発器１の出口に接続され、出口側が圧縮機２の入口に接続されている。高圧冷媒流路１３は、入口側の端部が受液器４の出口に接続され、出口側が蒸発器１の入口に接続されている。
【００１２】
低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３とは互いに平行に形成されており、これに垂直に本体ブロック１１に穿設された貫通孔１４が、低圧冷媒流路１２と高圧冷媒流路１３との間を貫通している。また、低圧冷媒流路１２から外方に抜けるように、貫通孔１４と同じ向きに形成された開口部には、パワーエレメント３０が取り付けられている。
【００１３】
高圧冷媒流路１３の途中には、流路面積を途中で狭く絞った形の弁座孔１５が中央部に形成されていて、その弁座孔１５に上流側から対向して球状の弁体１６が配置されている。ただし、弁体１６は少なくとも弁座孔１５に対向する側の面が球状であればよい。
【００１４】
その結果、弁体１６と弁座孔１５の入口部との間の隙間の最も狭い部分が高圧冷媒流路１３の絞り部になり、そこから蒸発器１に到る下流側の流路内において、高圧冷媒が断熱膨張する。
【００１５】
弁体１６は例えばステンレス鋼等の金属により形成されており、弁体１６が面する弁座孔１５の開口端は、テーパ状の面取りがされて外側へ広がった形状に形成されている。
【００１６】
弁体１６は、圧縮コイルスプリング１７によって弁座孔１５に接近する方向（即ち、閉じ方向）に付勢されている。弁体１６側へ次第に巻き径が細くなるテーパ状に形成された圧縮コイルスプリング１７は、弁体１６と同様のステンレス鋼等の金属により形成されている。
【００１７】
その圧縮コイルスプリング１７の径の細い方の端部に、弁体１６が溶接等（接着、半田付けその他）によって直接固着されている。圧縮コイルスプリング１７をテーパ状に形成することにより、その端部に弁体１６を直接固着することができ且つ適切なバネ定数を得ることができる。
【００１８】
そして、圧縮コイルスプリング１７に弁体１６を直接固着したことにより、余分なコストをかけることなく、組み立ての際に弁体１６が圧縮コイルスプリング１７から脱落しないようになり、また両部材が同材質であることからリサイクル処理が容易である。
【００１９】
図１は、組み立て時に弁体１６を組み込む際の状態を略示しており、弁体１６と圧縮コイルスプリング１７とスプリング受け１８は矢印Ａ方向から本体ブロック１１に組み込まれ、ロッド２０はその反対の矢印Ｂ方向から組み込まれる。
【００２０】
その際に、弁体１６は単独ではなく圧縮コイルスプリング１７と固着されて一体になっているので、意に反して所定位置から離脱してしまうようなことがなく、組み立て作業を容易に短時間で行うことができる。
【００２１】
図２に戻って、圧縮コイルスプリング１７が配置された孔１９は、弁座孔１５と同方向に（したがって、高圧冷媒流路１３に対して垂直方向に）本体ブロック１１に形成されていて、外方に抜けている。
【００２２】
その孔１９内には、圧縮コイルスプリング１７の基端側を受けるスプリング受け１８が外方から圧入固定されており、螺合部がないので、ねじ込みによる切り粉の発生がない。
【００２３】
スプリング受け１８は内側の端面が塞がった筒状に形成されており、圧縮コイルスプリング１７のバネ力が適正値になるように組み立て時に固定位置が調整され、孔１９の内周面との間に隙間ができないように組み付けられている。
【００２４】
そのように、Ｏリング等のシール部材を用いることなく、本体ブロック１１に対するスプリング受け１８の取り付け部分の気密性を確保するためには、例えばネジロック又は溶接等を施してもよいし、スプリング受け１８にバネ性の高い材料を用いてスプリングバックにより気密性を得てもよい。
【００２５】
貫通孔１４内に挿通されたロッド２０は、軸線方向に摺動自在に設けられていて、その上端はパワーエレメント３０の裏面付近に達し、中間部分が低圧冷媒流路１２を垂直に横切って貫通孔１４内に嵌合し、下端は、弁座孔１５内を通って弁体１６の頭部に当接している。なおロッド２０は、弁座孔１５の壁面との間が冷媒流路になるよう、弁座孔１５に比べて細く形成されている。
【００２６】
弁体１６と当接するロッド２０の端面には、断面形状がＶ字状の円錐状の凹み２２が形成されている。その結果、ロッド２０の端面に対して弁体１６が軽く嵌まり込んだ状態になっているので、弁体１６が横方向にガタつかず、したがって弁体１６が横方向に振動することによる振動音が発生しない。
【００２７】
パワーエレメント３０は、剛性の高いステンレス鋼板製のハウジング３１によって囲まれており、その外半部分は、ハウジング３１と可撓性のある金属製薄板（例えば厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板）からなるダイアフラム３２によって気密に囲まれた気密室３０ａになっている。
【００２８】
気密室３０ａ内には、冷媒流路１２，１３内に流されている冷媒と同じか又は性質の似ている飽和蒸気状態のガスが封入されていて、ガス封入用の注入孔は、栓３４によって閉塞されている。
【００２９】
パワーエレメント３０は、全ての部品が例えばステンレス鋼等のような同じ金属材料によって形成されている。したがって、膨張弁１０を壊す際には、パワーエレメント３０を取り出して容易にリサイクル処理することができる。
【００３０】
ダイアフラム３２の裏面に面して、大きな皿状に形成されたダイアフラム受け盤３３が配置されていて、ダイアフラム受け盤３３の裏面にロッド２０の端部が当接している。したがってロッド２０は、軸線方向に進退自在にダイアフラム受け盤３３と弁体１６との間に挟み付けられた状態に配置されている。
【００３１】
ダイアフラム受け盤３３は、図３に斜視図が示されるように、三つの脚状部３３ａが折り曲げ形成された皿状になっており、板材からプレス加工により形成されている。
【００３２】
ダイアフラム受け盤３３の裏面の中央部分には斜面３６が形成され、脚状部３３ａは、ハウジング３１の内周面に緩く嵌合してダイアフラム受け盤３３の姿勢を安定させる機能を有している。また、脚状部３３ａが折り曲げられることにより切り欠かれた部分が冷媒通路４０になっている。
【００３３】
ダイアフラム受け盤３３に形成された斜面３６に当接するロッド２０の端面は、滑らかな曲面状に丸められている。ただし、斜面３６に当接するロッド２０の端面形状は円錐形その他各種の形状をとることができる。
【００３４】
本体ブロック１１に形成された貫通孔１４部分にはロッド２０の中間部分が嵌合しており、例えばその嵌合長（Ｌ）が１０〜１５ｍｍ程度で、嵌合隙間（ｅ）が０．０１〜０．１２ｍｍ程度に形成されて、これによってロッド２０のガタつきが規制され、弁体１６部分からの振動音発生が抑制されている。
【００３５】
貫通孔１４の低圧冷媒流路側開口部１４ａから少し離れた位置には、ロッド２０に突起２３が突設されている。この突起２３は、ロッド２０を側方から押しつぶして形成されている。
【００３６】
このように突起２３が形成されていることにより、ロッド２０がそれ以上貫通孔１４内に入り込まないので、組み立て時にロッド２０を安定した状態に保持することができる。なお、貫通孔１４の低圧冷媒流路側開口部１４ａは、テーパ状に面取りされている。
【００３７】
パワーエレメント３０を全体的に囲むように形成されたハウジング３１には、本体ブロック１１と螺合する螺合部２５が外面に形成されている。２６はシール部材である。
【００３８】
ハウジング３１の低圧冷媒流路１２に面する部分の中央部分には、ロッド２０が端部近傍で摺動自在に嵌合するロッド受け３７が形成されており、これによってロッド２０のガタ付きが規制されて騒音の発生が抑制されている。
【００３９】
ロッド受け３７の周囲の低圧冷媒流路１２に面する部分には、低圧冷媒流路１２内を通過する冷媒をパワーエレメント３０内に少量だけ導くための冷媒通過孔３８がハウジング３１に穿設されており、低圧冷媒流路１２内を通過する冷媒の温度と圧力の状態変化がダイアフラム３２の裏面に遅延されて緩やかに伝達されるので、膨張弁１０が急激な動作変化をしない。
【００４０】
このように構成された膨張弁においては、低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温度が下がると、ダイアフラム３２の温度が下がって、パワーエレメント３０の気密室３０ａ内の飽和蒸気ガスがダイアフラム３２の内表面で凝縮する。
【００４１】
すると、気密室３０ａ内の圧力が下がってダイアフラム３２が変位するので、ロッド２０が圧縮コイルスプリング１７に押されて移動し、その結果、弁体１６が弁座孔１５側に移動して高圧冷媒の流路面積が狭くなり、蒸発器１に送り込まれる冷媒の流量が減る。
【００４２】
低圧冷媒流路１２内を流れる低圧冷媒の温度が上がると、上記と逆の動作により、パワーエレメント３０で押されたロッド２０によって弁体１６が弁座孔１５から離れる方向に移動させられ、高圧冷媒の流路面積が広がって、蒸発器１に送り込まれる高圧冷媒の流量が増える。
【００４３】
そして、ロッド２０が当接するダイアフラム受け盤３３側の当接面が斜面３６になっていることにより、パワーエレメント３０と圧縮コイルスプリング１７とからロッド２０が受ける力は、軸線の向きを変える方向にロッド２０を回転させようとする偶力としても作用する。
【００４４】
その結果、ロッド２０が進退する際には貫通孔１４の内面壁との間において相当に大きな摩擦抵抗が発生するので、高圧冷媒流路１３内の高圧冷媒に圧力変動があったとき、ロッド２０の動作（即ち弁体１６の開閉動作）がそれに対して敏感に反応しないので、高圧冷媒に圧力変動があっても弁体１６の動作がそれに対して鋭敏に反応せず、動作が安定している。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えばスプリング受け１８は図４に示されるように本体ブロック１１に対してねじ込まれて取り付けられるものであってもよい。また、弁体１６は必ずしも球体に限定されず、円錐形その他の形状であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮コイルスプリングを弁体に近い側へ巻き径が次第に細くなるテーパ状に形成して、弁体を圧縮コイルスプリングの端部に固着したことにより、ロッドと弁体とが固着されていない膨張弁において、組み立て時に弁体を容易に組み込むことができ、しかも低コストでそれを実現することができる。
【００４７】
また、圧縮コイルスプリングと弁体とを同じ材質にすることにより、容易にリサイクル処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の弁体を組み込む際の状態の部分分解縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の膨張弁のダイアフラム受け盤の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態のスプリング受けが相違する膨張弁の部分断面図である。
【符号の説明】
１２  低圧冷媒流路
１３  高圧冷媒流路
１５  弁座孔
１６  弁体
１７  圧縮コイルスプリング
１８  スプリング受け
２０  ロッド
３０  パワーエレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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