(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上流側から対向してスプリングにより閉じ方向に付勢された弁体が配置され、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変位して上記弁体に開き方向の力を作用させるダイアフラムの動作と閉じ方向の力を作用させる上記スプリングの付勢力とにより上記弁体が開閉駆動される膨張弁において、
上記弁体が上記弁座孔に密接する全閉状態になっているときに、上記ダイアフラムの形状が外力により変形させられていない中立状態時の形状になっているようにしたことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
上記ダイアフラムの外縁が全周にわたってパワーエレメントのハウジングに固着され、上記ダイアフラムと上記ハウジングとの間に形成される気密室内の圧力変動によって上記ダイアフラムが変位する請求項１記載の膨張弁。
【請求項３】
上記ダイアフラムが、ステンレス鋼薄板製である請求項１又は２記載の膨張弁。
【請求項４】
上記ダイアフラムの中心から偏心した位置に突起が形成されている請求項１、２又は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が配置され、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変位するダイアフラムの動作により弁体を開閉駆動させるようにした膨張弁が広く用いられている。
【０００３】
図５と図６は、そのような従来の膨張弁の、ダイアフラム３２の状態に対する弁体１６の開閉状態を示しており、ダイアフラム３２の外縁は全周にわたってパワーエレメント３０のハウジング３１に溶接固着され、ダイアフラム３２とハウジング３１との間に形成される気密室３０ａ内の圧力変動によってダイアフラム３２が変位する。
【０００４】
弁体１６は、ダイアフラム３２との間に軸線方向に進退自在に挟設されたロッド２０によってダイアフラム３２の変位に追従して動作し、気密室３０ａ内の圧力が上昇してロッド２０で押されると弁座孔１５から離れて開き方向に移動する。
【０００５】
また、弁体１６はダイアフラム３２と反対側から圧縮コイルスプリング１７により閉じ方向に付勢されており、気密室３０ａ内の圧力が下降すると、弁体１６が弁座孔１５に接近する閉じ方向に移動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５及び図６において、ダイアフラム３２の形状が外力により変形させられていない中立状態の形状になっているときのダイアフラム３２の位置（Ｃ）が、一点鎖線で示されている。
【０００７】
即ち、従来の膨張弁においては、図５に示される全閉の場合と図６に示される全開の場合とで、ダイアフラム３２が、中立位置Ｃを挟んでその両側にほぼ均等に変位する。なお、その変位量は両側を合わせて例えば０．６ｍｍ程度であり、図では分かりやすいように変位量が拡大して図示されている。
【０００８】
そのようなダイアフラム３２は薄いステンレス鋼板等によって形成されているので、中立位置Ｃから変位した位置ではダイアフラム３２が板バネのように作用する。
【０００９】
しかし、ダイアフラム３２の変位量に対応するバネ力（付勢力）は組み付け状態のバラツキなどによって相当にばらついているので、弁体１６が全閉状態になるときのセット荷重が製品によって変動し、量産される膨張弁が一定の特性にならない問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、全閉状態になるときのセット荷重が安定し、一定の安定した特性のものを量産することができる膨張弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【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が配置され、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変位するダイアフラムの動作により弁体が開閉駆動される膨張弁において、ダイアフラムの形状が外力により変形させられていない中立状態の形状になっているときに、弁体が弁座孔に密接する全閉状態になるようにしたものである。
【００１２】
なお、ダイアフラムの外縁が全周にわたってパワーエレメントのハウジングに固着され、ダイアフラムとハウジングとの間に形成される気密室内の圧力変動によってダイアフラムが変位するものであってもよい。
【００１３】
そして、ダイアフラムがステンレス鋼薄板製であってもよく、ダイアフラムの中心から偏心した位置に突起が形成されていてもよい。
【００１４】
【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３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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
弁体１６は、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【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の内部に達し、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で囲まれていて、分解することができない構造になっており、その半部は、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とによって気密に囲まれた気密室３０ａになっている。
【００２８】
ダイアフラム３２には同心円状に波打った形状に形成されていて、その外縁は全周にわたってハウジング３１に挟み付けられてそこに溶接固着され、気密室３０ａ内の圧力変動によってダイアフラム３２が変位する。
【００２９】
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、ステンレス鋼製の栓３４を溶接して閉塞されている。
【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４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、ステンレス鋼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】
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、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。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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って、上昇した気密室３０ａ内の圧力によりダイアフラム３２が変位し、それによって押されたロッド２０により弁体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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図１と図２は、ダイアフラム３２の状態に対する弁体１６の開閉状態を示しており、ダイアフラム３２の形状が外力により変形させられていない中立状態の形状になっているときのダイアフラム３２の位置（Ｃ）が、一点鎖線で示されている。
【００４３】
図１に示されるように、弁体１６が弁座孔１５に密接した全閉状態のときに、ダイアフラム３２が中立位置Ｃに位置しており、気密室３０ａ内の圧力上昇に伴ってダイアフラム３２がロッド２０を押す方向に変位する。図２に示される全開状態までのダイアフラム３２の変位量は例えば０．６ｍｍ程度であり、図では分かりやすいように変位量が拡大して図示されている。
【００４４】
したがって、全閉状態のときにはダイアフラム３２が全く弾性変形しておらず、ダイアフラム３２が弁体１６の開閉駆動に対してバネ力を提供していない状態になっているので、弁体１６が全閉状態になるときのセット荷重が安定したものになっている。
【００４５】
その結果、パワーエレメント３０の気密室３０ａ内の圧力と弁体１６の開閉状態との特性曲線（ヒステリシスループ）等が製品によってばらつかず、安定した特性を得ることができる。
【００４６】
なお、ダイアフラム３２の中心位置付近には小さな突起３２ａが形成されているが、その突起３２ａはダイアフラム３２の中心より少し（例えば０．５ｍｍ程度）偏心して形成されている。
【００４７】
したがって、組み立て時に複数のダイアフラム３２が重なっていると、相互の突起３２ａの位置が偶然に一致していない限り、相互の間に突起３２ａ分の隙間があくので、重なっていることが容易に発見され、二枚のダイアフラム３２を一緒に取り付けてしまうような誤装着を防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイアフラムの形状が外力により変形させられていない中立状態の形状になっているときに、弁体が弁座孔に密接する全閉状態になるようにしたことにより、全閉状態のときには、ダイアフラムが弾性変形しておらず膨張弁の開閉駆動に対してバネ力を提供していない状態になっているので、セット荷重が安定し、一定の安定した特性の膨張弁を量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の膨張弁が全閉状態のときのダイアフラムと弁体との関係を示す部分合成断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の膨張弁が全開状態のときのダイアフラムと弁体との関係を示す部分合成断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の膨張弁の縦断面図である。
【図４】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５】従来の膨張弁が全閉状態のときのダイアフラムと弁体との関係を示す部分合成断面図である。
【図６】従来の膨張弁が全開状態のときのダイアフラムと弁体との関係を示す部分合成断面図である。
【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
２０  ロッド
３０  パワーエレメント
３０ａ  気密室
３１  ハウジング
３２  ダイアフラム
Ｃ  中立位置
【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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