JP2005008091A - 膨張弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】本体ブロックにパワーエレメントを締結する時間が短く、部品コストを低減することができるブロック型の膨張弁を提供する。
【解決手段】気密の感温室を形成するようアッパーハウジング14にダイヤフラム15を溶接してパワーエレメント13を構成し、これを筒状突起12のかしめ加工によって本体ブロック2に直接取り付けるようにした。これにより、ロアハウジングそのものと、ロアハウジングと本体ブロック2との螺着用のねじ加工とが不要になるので、部品コストが削減され、パワーエレメント13と本体ブロック2との締結作業時間を短縮することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】気密の感温室を形成するようアッパーハウジング14にダイヤフラム15を溶接してパワーエレメント13を構成し、これを筒状突起12のかしめ加工によって本体ブロック2に直接取り付けるようにした。これにより、ロアハウジングそのものと、ロアハウジングと本体ブロック2との螺着用のねじ加工とが不要になるので、部品コストが削減され、パワーエレメント13と本体ブロック2との締結作業時間を短縮することができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張弁に関し、特に自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルの中で高温・高圧の液冷媒を膨張させて低温・低圧にした冷媒をエバポレータに供給するとともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるように冷媒流量を制御するブロック型の膨張弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エアコンシステムでは、コンプレッサによって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をラジエータで凝縮し、凝縮された液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にし、それをエバポレータにて蒸発させてコンプレッサに戻すような冷凍サイクルが形成されている。低温の冷媒が供給されるエバポレータは、車室内の空気と熱交換を行うことで、冷房が行われる。
【0003】
膨張弁は、エバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知してその冷媒の状態が所定の過熱度になるようにエバポレータに供給する冷媒の流量を制御するもので、エバポレータ出口の冷媒を膨張弁の内部に通して冷媒の圧力および温度を内部で感知させるようにしたブロック型のものが知られている(たとえば、特許文献1参照。)。
【0004】
ブロック型の膨張弁は、その本体ブロックの中に設けられてレシーバ/ドライヤからエバポレータに流れる冷媒の流量を制御する弁部と、エバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知して弁部の開度を制御するパワーエレメントとを備えている。
【0005】
パワーエレメントは、ダイヤフラムを挟んでその両側にアッパーハウジングおよびロアハウジングを配置し、さらに、ダイヤフラムとロアハウジングとの間にセンターディスクを配置して、アッパーハウジング、ダイヤフラムおよびロアハウジングの外周縁部をともに溶接することにより構成される。アッパーハウジングには、穴が設けられていて、アッパーハウジングとダイヤフラムとによって形成された部屋にその穴を介して冷媒と同様の作動流体が充填され、最後に穴に栓をして冷媒の温度を感知する感温室を構成している。ロアハウジングは、中央が開口していて、その内周縁部には外側に突出する筒状体が一体に形成されており、その筒状体を本体ブロックに螺着することによってパワーエレメントと本体ブロックとを締結するようにしている。パワーエレメントを本体ブロックに締結したときには、ロアハウジングとダイヤフラムとによって囲まれた部屋は、エバポレータから戻ってきた冷媒をコンプレッサへ流すように本体ブロックに形成された低圧通路と連通されるようになっている。
【0006】
パワーエレメントと弁部との間には、シャフトが配置され、その一端はセンターディスクに当接され、他端は弁部の弁体に当接されている。これにより、パワーエレメントがエバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知することによるダイヤフラムの変位は、センターディスクおよびシャフトを介して弁部の弁体に伝達され、弁部は冷媒の圧力および温度に応じた開度に制御されることになる。
【0007】
【特許文献1】
特開2003−56947号公報(段落番号〔0029〕〜〔0032〕,図6)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブロック型の膨張弁では、パワーエレメントを本体ブロックに螺着する構成を有しているため、パワーエレメントの本体ブロックへの締結に時間を要し、パワーエレメントのロアハウジングおよび本体ブロックの両部品にねじ加工をする必要があることから、部品コストが高くなるという問題点があった。
【0009】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本体ブロックにパワーエレメントを締結する時間が短く、部品コストを低減することができるブロック型の膨張弁を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、低圧の冷媒の温度および圧力に応じて高圧の冷媒の流量を制御するブロック型の膨張弁において、気密の感温室を形成するようハウジングにダイヤフラムを溶接して構成されたパワーエレメントと、かしめ加工によって前記パワーエレメントが直接締結される本体ブロックと、前記本体ブロック内の低圧通路と大気との間のシールを行うOリングと、を備えていることを特徴とする膨張弁が提供される。
【0011】
このような膨張弁によれば、パワーエレメントと本体ブロックとの締結に従来必要であったロアハウジングそのものと、ロアハウジングと本体ブロックとの螺着用のねじ加工とが不要になるので、部品コストが削減され、しかもパワーエレメントの本体ブロックへの締結をかしめ加工により行っているため、パワーエレメントを本体ブロックへ締結する作業時間を短縮することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は第1の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図2はパワーエレメントの詳細を示す部分拡大断面図、図3は第1の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【0013】
第1の実施の形態に係る膨張弁1は、その本体ブロック2の側部に、レシーバ/ドライヤから高温・高圧の冷媒を受けるように高圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴3と、この膨張弁1にて減圧・膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給するように低圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴4と、エバポレータ出口からの冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴5と、コンプレッサへ至る冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴6とが設けられている。
【0014】
冷媒管路接続穴3から冷媒管路接続穴4へ連通する流体通路には、弁座7が本体ブロック2と一体に形成され、その弁座7の上流側には、弁座7と対向してボール状の弁体8が配置され、膨張弁の弁部を構成している。これにより、弁座7と弁体8との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張して低温・低圧の冷媒になる。
【0015】
また、冷媒管路接続穴3側の流体通路には、弁体8を受ける弁体受け9と、弁体8を弁座7に着座させる方向に弁体受け9を介して付勢する圧縮コイルスプリング10とが配置され、この圧縮コイルスプリング10は、この圧縮コイルスプリング10の荷重を調節するよう本体ブロックに螺着されたアジャストねじ11によって受けられている。
【0016】
本体ブロック2の上部には、筒状突起12が本体ブロックと一体に形成され、その内側に冷媒管路接続穴5から冷媒管路接続穴6へ連通する低圧通路に連通する穴が形成されている。筒状突起12内には、パワーエレメント13が配置され、筒状突起12を内側にかしめ加工することによってパワーエレメント13を本体ブロック2に締結している。このパワーエレメント13は、厚い金属製のアッパーハウジング14と可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム15とを有している。アッパーハウジング14およびダイヤフラム15は、これらの外周縁部を溶接により固着し、これらによって囲まれた部屋に作動流体を充填し、金属ボール16で充填用の穴を封止することによって、気密の感温室を有するパワーエレメント13を構成している。
【0017】
ダイヤフラム15の下面には、センターディスク17が配置されている。センターディスク17には、外周に複数の摺動部を有する振動防止ばね18が嵌め込まれ、それらの摺動部は、本体ブロック2に形成された穴の内壁に摺接されている。振動防止ばね18を設けたことにより、センターディスク17は、低圧通路に連通する穴の中心に位置決めされるとともに、摺動部によって与えられる摺動抵抗によりダイヤフラム15の変位方向の動きを抑えている。
【0018】
センターディスク17は、シャフト19の上端部に当接されている。このシャフト19は、本体ブロック2に図の上下方向に進退自在に保持され、その下端部は、弁部の弁体8に当接されている。
【0019】
なお、本体ブロック2にパワーエレメント13を締結させるときには、本体ブロック2とパワーエレメント13との間にOリング20を配置して、低圧通路に連通するダイヤフラム15の直下の部屋を大気からシールしている。そして、本体ブロック2には、冷媒配管の取付金具を固定するために、ボルトを通す貫通孔21とスタッドボルトを取り付けるねじ穴22とを有している。これらの貫通孔21およびねじ穴22は、冷媒管路接続穴3〜6とともに従来のブロック型の膨張弁と同じ寸法、配置を有しているので、取り付け互換を有している。
【0020】
以上の構成の膨張弁1においては、パワーエレメント13をアッパーハウジング14とダイヤフラム15とによって構成し、本体ブロック2に筒状突起12によるかしめ加工によって締結するようにした。これにより、従来必要であったロアハウジングおよび締結のためのねじ加工が不要になり、コストを低減することができる。また、パワーエレメント13の径を本体ブロック2の幅よりも小さくしてあるので、一般にパワーエレメント径が本体ブロックの幅よりも大きく形成されている従来の膨張弁よりも小型に形成することができる。
【0021】
この膨張弁1の作用について説明すると、まず、エアコンを起動する前、パワーエレメント13は、エアコン運転中の場合よりも十分高い温度を検出しているため、パワーエレメント13の感温室の圧力が上がっており、ダイヤフラム15は、図の下方へ変位し、センターディスク17が本体ブロック2に当接している。このときのダイヤフラム15の変位は、シャフト19を介して弁部の弁体8に伝達され、膨張弁1は全開状態になっている。このため、膨張弁1は、エアコン起動時は全開状態から開始し、最大流量の冷媒をエバポレータに供給する。
【0022】
エバポレータから戻ってきた冷媒は、冷媒管路接続穴5と冷媒管路接続穴6との間の低圧通路を流れるときにパワーエレメント13により温度および圧力が検出されている。エバポレータからの冷媒が冷えてくると、パワーエレメント13の感温室の温度が下がり、感温室内の作動流体がダイヤフラム15の内表面にて凝縮する。これにより、感温室内の圧力が低下してダイヤフラム15が図の上方に変位してくるので、シャフト19が圧縮コイルスプリング10に押されて上方へ移動する。その結果、弁体8が弁座7側に移動することにより高圧冷媒の流路面積が減り、エバポレータに送り込まれる冷媒の流量が減少していって、膨張弁1は、冷房負荷に応じた流量の弁開度に整定する。
【0023】
なお、センターディスク17に設けた振動防止ばね18は、本体ブロック2との摺動動作により、冷媒管路接続穴3における高圧冷媒に圧力変動があったときにシャフト19が軸線方向に敏感に反応して流量制御にハンチングが起きてしまうのを防止するとともに、シャフト19の軸線方向の振動による異常振動音の発生を抑えている。
【0024】
図4は第2の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図5は第2の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。図4および図5において、図1ないし図3に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0025】
第2の実施の形態に係る膨張弁1aは、第1の実施の形態に係る膨張弁1に比較して、パワーエレメント13の径を大きくしている。そのため、本体ブロック2は、冷媒管路接続穴3〜6が開口している側面から見て、パワーエレメント13が締結される側の幅を大きくして筒状突起12が設けられている端面をほぼ正方形に形成している。これにより、弁部の弁体8を駆動するパワーエレメント13の駆動力を高めることができる。
【0026】
図6は第3の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。この図6において、図4および図5に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、この第3の実施の形態に係る膨張弁の外観は、図5に示した第2の実施の形態に係る膨張弁の外観と同じである。
【0027】
この第3の実施の形態に係る膨張弁1bは、第1および第2の実施の形態に係る膨張弁1,1aに比較して、パワーエレメント13を従来のロアハウジングを有するパワーエレメントと同じ方法にて製造できるようにした点で異なる。すなわち、第1および第2の実施の形態に係る膨張弁1,1aのパワーエレメント13では、厚いアッパーハウジング14と薄いダイヤフラム15との溶接であるため、薄いダイヤフラムが厚いアッパーハウジングとロアハウジングとによって挟持されている従来の膨張弁の溶接方法とは異なる溶接方法を採る必要がある。従来の膨張弁では、このような溶接にたとえばTIG(tungsten−inert gas)を用いているが、極端に厚みの異なる2つの材料を溶接する場合は、たとえば抵抗シーム溶接などを用いる必要があり、その場合、溶接のライン設備を変更する必要がある。
【0028】
この膨張弁では、ダイヤフラム15の外周部を、ほぼ同じ外径および厚みを有するアッパーハウジング14とリング23とで挟持し、これらの外周縁部を溶接するようにしている。このリング23は、溶接時には従来の膨張弁のロアハウジングと同じ働きをするので、パワーエレメント13の組み立てに従来と同じ溶接方法を採用することができ、したがって、溶接ライン設備として従来とまったく同じ設備をそのまま利用することができる。
【0029】
図7は第4の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図7において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0030】
この第4の実施の形態に係る膨張弁1cは、第1ないし第3の実施の形態に係る膨張弁1,1a,1bが冷媒の外部漏れを防止するためのOリング20をダイヤフラム15と本体ブロック2との間に配置しているのに対し、アッパーハウジング14の上側に配置するようにしている。また、パワーエレメント13は、樹脂カバー24によって覆われており、筒状突起12によってOリング20とともに本体ブロック2に一体にかしめられている。
【0031】
Oリング20をアッパーハウジング14の上側に配置することにより、ダイヤフラム15の下側にOリング20を配置する必要がなくなる。このため、Oリング20を配置していた場所まで、ダイヤフラム15の有効受圧面積を増やすことができる。したがって、同じサイズのパワーエレメント13を使用しても、ダイヤフラム15をより大きな有効受圧面積で機能させることができる。
【0032】
また、パワーエレメント13を樹脂カバー24で覆い、Oリング20を挟んで筒状突起12でかしめる構成にしたことにより、異種金属の接触部分が大気に曝されなくなる。たとえば、パワーエレメント13のアッパーハウジング14をステンレス材、本体ブロック2をアルミニウム材というように異種金属で構成した場合、本体ブロック2と一体の筒状突起12とパワーエレメント13のアッパーハウジング14との接触部分が露出していてそこに水分が付着するようなことがあると、アルミニウム材が電食によって腐食してしまうことがある。この膨張弁1cは、大気側ではOリング20によってアッパーハウジング14と本体ブロック2とが分離されており、しかも樹脂カバー24によって覆われているため、電食が起きることはない。さらに、パワーエレメント13を覆う樹脂カバー24を設けたことで、パワーエレメント13は、外部温度の影響を受けることがなく、保温状態にされることから、膨張弁1cは、動作時に温度エラーを起こすことはない。
【0033】
図8は第5の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図8において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0034】
この第5の実施の形態に係る膨張弁1dでは、外部漏れを防ぐシール機能と電食を防ぐ電気絶縁機能とを1つの部品で果たすようにしている。パワーエレメント13のアッパーハウジング14は、その外周部上面にOリング20を設置するための凹部が円周方向に一体に形成されている。Oリング20は、その内側にシート25が一体に形成されているものが使用される。
【0035】
この膨張弁1dは、パワーエレメント13を本体ブロック2の筒状突起12内に置き、アッパーハウジング14の凹部にOリング20を置いて筒状突起12を内側にかしめることによって作製される。アッパーハウジング14の凹部にOリング20を置いたとき、Oリング20と一体に形成されたシート25がパワーエレメント13を覆い、パワーエレメント13が外部温度の影響を受けるのを防止する。Oリング20の内側は、そのOリング20によって気密に保たれ、Oリング20の外気側は、本体ブロック2の筒状突起12とアッパーハウジング14とはシート25によって電気的に絶縁されているため、パワーエレメント13におけるシールと防食とを同時に達成している。
【0036】
図9は第6の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図9において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0037】
この第6の実施の形態に係る膨張弁1eは、第1の実施の形態に係る膨張弁1に電食防止策を施したものである。すなわち、この膨張弁1eでは、そのパワーエレメント13とこれを締結している筒状突起12とを樹脂コーティグ26によって覆うようにしている。この例では、筒状突起12を含めてパワーエレメント13の全体を樹脂コーティグ26で覆うようにしているが、筒状突起12とアッパーハウジング14とが接触されている部分の近傍だけに樹脂を塗布して防食用の樹脂コーティグ26としてもよい。
【0038】
なお、図8に示した第5の実施の形態に係る膨張弁の例では、Oリング20と一体に形成されたシート25によってアッパーハウジング14を覆うとともに電食を防止するようにしたが、外部温度の影響を受けない場合は、シールには通常のOリングを使用し、電食防止策に樹脂コーティングを使用してもよい。
【0039】
図10は第7の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図11は第7の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。図10および図11において、図1ないし図3に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0040】
第7の実施の形態に係る膨張弁1fは、第1ないし第6の実施の形態に係る膨張弁1〜1eが本体ブロック2の側の筒状突起12をかしめ加工してパワーエレメント13を本体ブロック2に締結していたのに対し、アッパーハウジング14をかしめ加工してパワーエレメント13を本体ブロック2に締結するようにしている。
【0041】
すなわち、アッパーハウジング14は、ダイヤフラム15を溶接することによって感圧室を形成する部分と筒状部分14aとによって一体に形成されている。本体ブロック2は、その上部に円柱状の取付部2aが一体に形成され、その外周には、Oリング20を装着するための溝が設けられている。取付部2aは、その上面にOリング20を装着する場所を確保する必要がないので、外周部でダイヤフラム15と接触するよう構成することができる。ダイヤフラム15は、筒状部分14aの内径に近い直径を有することができるので、有効受圧面積を大きくすることができる。
【0042】
パワーエレメント13は、取付部2aにOリング20を装着した状態で筒状部分14aを被せ、その下端部を取付部2aにかしめ加工で止着することによって本体ブロック2に締結される。このようにして構成された膨張弁1fは、アッパーハウジング14の筒状部分14aと本体ブロック2の取付部2aとの接触部分が露出しているため、その部分に水分が被着して電食が発生する可能性があるが、電食により腐食するのは、本体ブロック2の肉厚の取付部2aであるため、実質的な取り付け強度の劣化はなく、電食には有利な構造になっている。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、アッパーハウジングにダイヤフラムを溶接してパワーエレメントを構成し、これをかしめ加工によって本体ブロックに直接取り付けるようにした。これにより、パワーエレメントは、ロアハウジングが不要になり、さらに、本体ブロックとの締結に必要だったロアハウジングと本体ブロックとのねじ加工が不要になることで、部品コストが削減され、本体ブロックとの締結をかしめ加工にしたことで、螺着作業が不要になり、作業時間を短縮することができる。
【0044】
かしめ加工する関係からパワーエレメントの外径が本体ブロックの幅以下になることで、本体ブロックからのパワーエレメントの突出がなくなるため、レイアウトの自由度が高い小型の膨張弁を構成することができる。
【0045】
さらに、パワーエレメントを覆うように樹脂カバー、Oリングと一体のシート、あるいは樹脂コーティングを配置することで、かしめ部分における耐食性が向上し、膨張弁の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図2】パワーエレメントの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図3】第1の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【図4】第2の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図5】第2の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【図6】第3の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図7】第4の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図8】第5の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図9】第6の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図10】第7の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図11】第7の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f 膨張弁
2 本体ブロック
2a 取付部
3,4,5,6 冷媒管路接続穴
7 弁座
8 弁体
9 弁体受け
10 圧縮コイルスプリング
11 アジャストねじ
12 筒状突起
13 パワーエレメント
14 アッパーハウジング
14a 筒状部分
15 ダイヤフラム
16 金属ボール
17 センターディスク
18 振動防止ばね
19 シャフト
20 Oリング
21 貫通孔
22 ねじ穴
23 リング
24 樹脂カバー
25 シート
26 樹脂コーティグ
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張弁に関し、特に自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルの中で高温・高圧の液冷媒を膨張させて低温・低圧にした冷媒をエバポレータに供給するとともにエバポレータ出口での冷媒の状態が所定の過熱度になるように冷媒流量を制御するブロック型の膨張弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エアコンシステムでは、コンプレッサによって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をラジエータで凝縮し、凝縮された液冷媒を膨張弁で断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にし、それをエバポレータにて蒸発させてコンプレッサに戻すような冷凍サイクルが形成されている。低温の冷媒が供給されるエバポレータは、車室内の空気と熱交換を行うことで、冷房が行われる。
【0003】
膨張弁は、エバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知してその冷媒の状態が所定の過熱度になるようにエバポレータに供給する冷媒の流量を制御するもので、エバポレータ出口の冷媒を膨張弁の内部に通して冷媒の圧力および温度を内部で感知させるようにしたブロック型のものが知られている(たとえば、特許文献1参照。)。
【0004】
ブロック型の膨張弁は、その本体ブロックの中に設けられてレシーバ/ドライヤからエバポレータに流れる冷媒の流量を制御する弁部と、エバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知して弁部の開度を制御するパワーエレメントとを備えている。
【0005】
パワーエレメントは、ダイヤフラムを挟んでその両側にアッパーハウジングおよびロアハウジングを配置し、さらに、ダイヤフラムとロアハウジングとの間にセンターディスクを配置して、アッパーハウジング、ダイヤフラムおよびロアハウジングの外周縁部をともに溶接することにより構成される。アッパーハウジングには、穴が設けられていて、アッパーハウジングとダイヤフラムとによって形成された部屋にその穴を介して冷媒と同様の作動流体が充填され、最後に穴に栓をして冷媒の温度を感知する感温室を構成している。ロアハウジングは、中央が開口していて、その内周縁部には外側に突出する筒状体が一体に形成されており、その筒状体を本体ブロックに螺着することによってパワーエレメントと本体ブロックとを締結するようにしている。パワーエレメントを本体ブロックに締結したときには、ロアハウジングとダイヤフラムとによって囲まれた部屋は、エバポレータから戻ってきた冷媒をコンプレッサへ流すように本体ブロックに形成された低圧通路と連通されるようになっている。
【0006】
パワーエレメントと弁部との間には、シャフトが配置され、その一端はセンターディスクに当接され、他端は弁部の弁体に当接されている。これにより、パワーエレメントがエバポレータ出口における冷媒の圧力および温度を感知することによるダイヤフラムの変位は、センターディスクおよびシャフトを介して弁部の弁体に伝達され、弁部は冷媒の圧力および温度に応じた開度に制御されることになる。
【0007】
【特許文献1】
特開2003−56947号公報(段落番号〔0029〕〜〔0032〕,図6)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブロック型の膨張弁では、パワーエレメントを本体ブロックに螺着する構成を有しているため、パワーエレメントの本体ブロックへの締結に時間を要し、パワーエレメントのロアハウジングおよび本体ブロックの両部品にねじ加工をする必要があることから、部品コストが高くなるという問題点があった。
【0009】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本体ブロックにパワーエレメントを締結する時間が短く、部品コストを低減することができるブロック型の膨張弁を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、低圧の冷媒の温度および圧力に応じて高圧の冷媒の流量を制御するブロック型の膨張弁において、気密の感温室を形成するようハウジングにダイヤフラムを溶接して構成されたパワーエレメントと、かしめ加工によって前記パワーエレメントが直接締結される本体ブロックと、前記本体ブロック内の低圧通路と大気との間のシールを行うOリングと、を備えていることを特徴とする膨張弁が提供される。
【0011】
このような膨張弁によれば、パワーエレメントと本体ブロックとの締結に従来必要であったロアハウジングそのものと、ロアハウジングと本体ブロックとの螺着用のねじ加工とが不要になるので、部品コストが削減され、しかもパワーエレメントの本体ブロックへの締結をかしめ加工により行っているため、パワーエレメントを本体ブロックへ締結する作業時間を短縮することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は第1の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図2はパワーエレメントの詳細を示す部分拡大断面図、図3は第1の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【0013】
第1の実施の形態に係る膨張弁1は、その本体ブロック2の側部に、レシーバ/ドライヤから高温・高圧の冷媒を受けるように高圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴3と、この膨張弁1にて減圧・膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータへ供給するように低圧冷媒配管が接続される冷媒管路接続穴4と、エバポレータ出口からの冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴5と、コンプレッサへ至る冷媒配管に接続される冷媒管路接続穴6とが設けられている。
【0014】
冷媒管路接続穴3から冷媒管路接続穴4へ連通する流体通路には、弁座7が本体ブロック2と一体に形成され、その弁座7の上流側には、弁座7と対向してボール状の弁体8が配置され、膨張弁の弁部を構成している。これにより、弁座7と弁体8との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張して低温・低圧の冷媒になる。
【0015】
また、冷媒管路接続穴3側の流体通路には、弁体8を受ける弁体受け9と、弁体8を弁座7に着座させる方向に弁体受け9を介して付勢する圧縮コイルスプリング10とが配置され、この圧縮コイルスプリング10は、この圧縮コイルスプリング10の荷重を調節するよう本体ブロックに螺着されたアジャストねじ11によって受けられている。
【0016】
本体ブロック2の上部には、筒状突起12が本体ブロックと一体に形成され、その内側に冷媒管路接続穴5から冷媒管路接続穴6へ連通する低圧通路に連通する穴が形成されている。筒状突起12内には、パワーエレメント13が配置され、筒状突起12を内側にかしめ加工することによってパワーエレメント13を本体ブロック2に締結している。このパワーエレメント13は、厚い金属製のアッパーハウジング14と可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム15とを有している。アッパーハウジング14およびダイヤフラム15は、これらの外周縁部を溶接により固着し、これらによって囲まれた部屋に作動流体を充填し、金属ボール16で充填用の穴を封止することによって、気密の感温室を有するパワーエレメント13を構成している。
【0017】
ダイヤフラム15の下面には、センターディスク17が配置されている。センターディスク17には、外周に複数の摺動部を有する振動防止ばね18が嵌め込まれ、それらの摺動部は、本体ブロック2に形成された穴の内壁に摺接されている。振動防止ばね18を設けたことにより、センターディスク17は、低圧通路に連通する穴の中心に位置決めされるとともに、摺動部によって与えられる摺動抵抗によりダイヤフラム15の変位方向の動きを抑えている。
【0018】
センターディスク17は、シャフト19の上端部に当接されている。このシャフト19は、本体ブロック2に図の上下方向に進退自在に保持され、その下端部は、弁部の弁体8に当接されている。
【0019】
なお、本体ブロック2にパワーエレメント13を締結させるときには、本体ブロック2とパワーエレメント13との間にOリング20を配置して、低圧通路に連通するダイヤフラム15の直下の部屋を大気からシールしている。そして、本体ブロック2には、冷媒配管の取付金具を固定するために、ボルトを通す貫通孔21とスタッドボルトを取り付けるねじ穴22とを有している。これらの貫通孔21およびねじ穴22は、冷媒管路接続穴3〜6とともに従来のブロック型の膨張弁と同じ寸法、配置を有しているので、取り付け互換を有している。
【0020】
以上の構成の膨張弁1においては、パワーエレメント13をアッパーハウジング14とダイヤフラム15とによって構成し、本体ブロック2に筒状突起12によるかしめ加工によって締結するようにした。これにより、従来必要であったロアハウジングおよび締結のためのねじ加工が不要になり、コストを低減することができる。また、パワーエレメント13の径を本体ブロック2の幅よりも小さくしてあるので、一般にパワーエレメント径が本体ブロックの幅よりも大きく形成されている従来の膨張弁よりも小型に形成することができる。
【0021】
この膨張弁1の作用について説明すると、まず、エアコンを起動する前、パワーエレメント13は、エアコン運転中の場合よりも十分高い温度を検出しているため、パワーエレメント13の感温室の圧力が上がっており、ダイヤフラム15は、図の下方へ変位し、センターディスク17が本体ブロック2に当接している。このときのダイヤフラム15の変位は、シャフト19を介して弁部の弁体8に伝達され、膨張弁1は全開状態になっている。このため、膨張弁1は、エアコン起動時は全開状態から開始し、最大流量の冷媒をエバポレータに供給する。
【0022】
エバポレータから戻ってきた冷媒は、冷媒管路接続穴5と冷媒管路接続穴6との間の低圧通路を流れるときにパワーエレメント13により温度および圧力が検出されている。エバポレータからの冷媒が冷えてくると、パワーエレメント13の感温室の温度が下がり、感温室内の作動流体がダイヤフラム15の内表面にて凝縮する。これにより、感温室内の圧力が低下してダイヤフラム15が図の上方に変位してくるので、シャフト19が圧縮コイルスプリング10に押されて上方へ移動する。その結果、弁体8が弁座7側に移動することにより高圧冷媒の流路面積が減り、エバポレータに送り込まれる冷媒の流量が減少していって、膨張弁1は、冷房負荷に応じた流量の弁開度に整定する。
【0023】
なお、センターディスク17に設けた振動防止ばね18は、本体ブロック2との摺動動作により、冷媒管路接続穴3における高圧冷媒に圧力変動があったときにシャフト19が軸線方向に敏感に反応して流量制御にハンチングが起きてしまうのを防止するとともに、シャフト19の軸線方向の振動による異常振動音の発生を抑えている。
【0024】
図4は第2の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図5は第2の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。図4および図5において、図1ないし図3に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0025】
第2の実施の形態に係る膨張弁1aは、第1の実施の形態に係る膨張弁1に比較して、パワーエレメント13の径を大きくしている。そのため、本体ブロック2は、冷媒管路接続穴3〜6が開口している側面から見て、パワーエレメント13が締結される側の幅を大きくして筒状突起12が設けられている端面をほぼ正方形に形成している。これにより、弁部の弁体8を駆動するパワーエレメント13の駆動力を高めることができる。
【0026】
図6は第3の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。この図6において、図4および図5に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、この第3の実施の形態に係る膨張弁の外観は、図5に示した第2の実施の形態に係る膨張弁の外観と同じである。
【0027】
この第3の実施の形態に係る膨張弁1bは、第1および第2の実施の形態に係る膨張弁1,1aに比較して、パワーエレメント13を従来のロアハウジングを有するパワーエレメントと同じ方法にて製造できるようにした点で異なる。すなわち、第1および第2の実施の形態に係る膨張弁1,1aのパワーエレメント13では、厚いアッパーハウジング14と薄いダイヤフラム15との溶接であるため、薄いダイヤフラムが厚いアッパーハウジングとロアハウジングとによって挟持されている従来の膨張弁の溶接方法とは異なる溶接方法を採る必要がある。従来の膨張弁では、このような溶接にたとえばTIG(tungsten−inert gas)を用いているが、極端に厚みの異なる2つの材料を溶接する場合は、たとえば抵抗シーム溶接などを用いる必要があり、その場合、溶接のライン設備を変更する必要がある。
【0028】
この膨張弁では、ダイヤフラム15の外周部を、ほぼ同じ外径および厚みを有するアッパーハウジング14とリング23とで挟持し、これらの外周縁部を溶接するようにしている。このリング23は、溶接時には従来の膨張弁のロアハウジングと同じ働きをするので、パワーエレメント13の組み立てに従来と同じ溶接方法を採用することができ、したがって、溶接ライン設備として従来とまったく同じ設備をそのまま利用することができる。
【0029】
図7は第4の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図7において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0030】
この第4の実施の形態に係る膨張弁1cは、第1ないし第3の実施の形態に係る膨張弁1,1a,1bが冷媒の外部漏れを防止するためのOリング20をダイヤフラム15と本体ブロック2との間に配置しているのに対し、アッパーハウジング14の上側に配置するようにしている。また、パワーエレメント13は、樹脂カバー24によって覆われており、筒状突起12によってOリング20とともに本体ブロック2に一体にかしめられている。
【0031】
Oリング20をアッパーハウジング14の上側に配置することにより、ダイヤフラム15の下側にOリング20を配置する必要がなくなる。このため、Oリング20を配置していた場所まで、ダイヤフラム15の有効受圧面積を増やすことができる。したがって、同じサイズのパワーエレメント13を使用しても、ダイヤフラム15をより大きな有効受圧面積で機能させることができる。
【0032】
また、パワーエレメント13を樹脂カバー24で覆い、Oリング20を挟んで筒状突起12でかしめる構成にしたことにより、異種金属の接触部分が大気に曝されなくなる。たとえば、パワーエレメント13のアッパーハウジング14をステンレス材、本体ブロック2をアルミニウム材というように異種金属で構成した場合、本体ブロック2と一体の筒状突起12とパワーエレメント13のアッパーハウジング14との接触部分が露出していてそこに水分が付着するようなことがあると、アルミニウム材が電食によって腐食してしまうことがある。この膨張弁1cは、大気側ではOリング20によってアッパーハウジング14と本体ブロック2とが分離されており、しかも樹脂カバー24によって覆われているため、電食が起きることはない。さらに、パワーエレメント13を覆う樹脂カバー24を設けたことで、パワーエレメント13は、外部温度の影響を受けることがなく、保温状態にされることから、膨張弁1cは、動作時に温度エラーを起こすことはない。
【0033】
図8は第5の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図8において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0034】
この第5の実施の形態に係る膨張弁1dでは、外部漏れを防ぐシール機能と電食を防ぐ電気絶縁機能とを1つの部品で果たすようにしている。パワーエレメント13のアッパーハウジング14は、その外周部上面にOリング20を設置するための凹部が円周方向に一体に形成されている。Oリング20は、その内側にシート25が一体に形成されているものが使用される。
【0035】
この膨張弁1dは、パワーエレメント13を本体ブロック2の筒状突起12内に置き、アッパーハウジング14の凹部にOリング20を置いて筒状突起12を内側にかしめることによって作製される。アッパーハウジング14の凹部にOリング20を置いたとき、Oリング20と一体に形成されたシート25がパワーエレメント13を覆い、パワーエレメント13が外部温度の影響を受けるのを防止する。Oリング20の内側は、そのOリング20によって気密に保たれ、Oリング20の外気側は、本体ブロック2の筒状突起12とアッパーハウジング14とはシート25によって電気的に絶縁されているため、パワーエレメント13におけるシールと防食とを同時に達成している。
【0036】
図9は第6の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。この図9において、図1に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0037】
この第6の実施の形態に係る膨張弁1eは、第1の実施の形態に係る膨張弁1に電食防止策を施したものである。すなわち、この膨張弁1eでは、そのパワーエレメント13とこれを締結している筒状突起12とを樹脂コーティグ26によって覆うようにしている。この例では、筒状突起12を含めてパワーエレメント13の全体を樹脂コーティグ26で覆うようにしているが、筒状突起12とアッパーハウジング14とが接触されている部分の近傍だけに樹脂を塗布して防食用の樹脂コーティグ26としてもよい。
【0038】
なお、図8に示した第5の実施の形態に係る膨張弁の例では、Oリング20と一体に形成されたシート25によってアッパーハウジング14を覆うとともに電食を防止するようにしたが、外部温度の影響を受けない場合は、シールには通常のOリングを使用し、電食防止策に樹脂コーティングを使用してもよい。
【0039】
図10は第7の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図、図11は第7の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。図10および図11において、図1ないし図3に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0040】
第7の実施の形態に係る膨張弁1fは、第1ないし第6の実施の形態に係る膨張弁1〜1eが本体ブロック2の側の筒状突起12をかしめ加工してパワーエレメント13を本体ブロック2に締結していたのに対し、アッパーハウジング14をかしめ加工してパワーエレメント13を本体ブロック2に締結するようにしている。
【0041】
すなわち、アッパーハウジング14は、ダイヤフラム15を溶接することによって感圧室を形成する部分と筒状部分14aとによって一体に形成されている。本体ブロック2は、その上部に円柱状の取付部2aが一体に形成され、その外周には、Oリング20を装着するための溝が設けられている。取付部2aは、その上面にOリング20を装着する場所を確保する必要がないので、外周部でダイヤフラム15と接触するよう構成することができる。ダイヤフラム15は、筒状部分14aの内径に近い直径を有することができるので、有効受圧面積を大きくすることができる。
【0042】
パワーエレメント13は、取付部2aにOリング20を装着した状態で筒状部分14aを被せ、その下端部を取付部2aにかしめ加工で止着することによって本体ブロック2に締結される。このようにして構成された膨張弁1fは、アッパーハウジング14の筒状部分14aと本体ブロック2の取付部2aとの接触部分が露出しているため、その部分に水分が被着して電食が発生する可能性があるが、電食により腐食するのは、本体ブロック2の肉厚の取付部2aであるため、実質的な取り付け強度の劣化はなく、電食には有利な構造になっている。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、アッパーハウジングにダイヤフラムを溶接してパワーエレメントを構成し、これをかしめ加工によって本体ブロックに直接取り付けるようにした。これにより、パワーエレメントは、ロアハウジングが不要になり、さらに、本体ブロックとの締結に必要だったロアハウジングと本体ブロックとのねじ加工が不要になることで、部品コストが削減され、本体ブロックとの締結をかしめ加工にしたことで、螺着作業が不要になり、作業時間を短縮することができる。
【0044】
かしめ加工する関係からパワーエレメントの外径が本体ブロックの幅以下になることで、本体ブロックからのパワーエレメントの突出がなくなるため、レイアウトの自由度が高い小型の膨張弁を構成することができる。
【0045】
さらに、パワーエレメントを覆うように樹脂カバー、Oリングと一体のシート、あるいは樹脂コーティングを配置することで、かしめ部分における耐食性が向上し、膨張弁の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図2】パワーエレメントの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図3】第1の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【図4】第2の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図5】第2の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【図6】第3の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図7】第4の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図8】第5の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図9】第6の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す図であって、(A)はパワーエレメントの詳細を示す部分断面図、(B)はパワーエレメントが取り付けられている側の概観を示す部分側面図である。
【図10】第7の実施の形態に係る膨張弁の構成例を示す縦断面図である。
【図11】第7の実施の形態に係る膨張弁の外観を示す側面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f 膨張弁
2 本体ブロック
2a 取付部
3,4,5,6 冷媒管路接続穴
7 弁座
8 弁体
9 弁体受け
10 圧縮コイルスプリング
11 アジャストねじ
12 筒状突起
13 パワーエレメント
14 アッパーハウジング
14a 筒状部分
15 ダイヤフラム
16 金属ボール
17 センターディスク
18 振動防止ばね
19 シャフト
20 Oリング
21 貫通孔
22 ねじ穴
23 リング
24 樹脂カバー
25 シート
26 樹脂コーティグ
Claims (11)
- 低圧の冷媒の温度および圧力に応じて高圧の冷媒の流量を制御するブロック型の膨張弁において、
気密の感温室を形成するようハウジングにダイヤフラムを溶接して構成されたパワーエレメントと、
かしめ加工によって前記パワーエレメントが直接締結される本体ブロックと、
前記本体ブロック内の低圧通路と大気との間のシールを行うOリングと、
を備えていることを特徴とする膨張弁。 - 前記パワーエレメントは、前記本体ブロックに一体に形成された筒状突起を内側にかしめ加工することにより前記ハウジングの外周縁部が前記パワーエレメントの取り付け側端面に止着されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記パワーエレメントは、前記ダイヤフラムの外周部が、ほぼ同じ外径および厚みを有する前記ハウジングとリングとにより挟持された状態で溶接されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記Oリングは、前記ダイヤフラムと前記本体ブロックとの間に配置されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記パワーエレメントを覆うように配置され前記ハウジングの上に配置した前記Oリングとともに前記筒状突起のかしめ加工によって固定される樹脂カバーを備えていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記パワーエレメントは、前記ハウジングの外周部上面に円周方向に形成された凹部を有し、前記凹部に設置した前記Oリングとともに前記筒状突起のかしめ加工によって固定されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記Oリングは、内側に一体に形成されたシートを有し、前記シートが前記ハウジングを覆うように配置されていることを特徴とする請求項6記載の膨張弁。
- 前記パワーエレメントは、少なくとも前記筒状突起と前記ハウジングとの接触部分を樹脂コーティングにより被覆されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記パワーエレメントは、前記ハウジングかしめ加工することによって前記本体ブロックに止着されていることを特徴とする請求項1記載の膨張弁。
- 前記ハウジングは、前記ダイヤフラムが溶接されることによって前記感温室を形成する部分と筒状部分とによって一体に形成され、前記筒状部分を内側にかしめ加工して前記本体ブロックに止着していることを特徴とする請求項9記載の膨張弁。
- 前記Oリングは、前記筒状部分と前記本体ブロックとの間に配置されていることを特徴とする請求項10記載の膨張弁。
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