JP2005249300A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 制振手段のための別部品を追加することなく低コストの膨張弁を提供する。
【解決手段】 パワーエレメント１３のセンターディスク２２に制振手段を構成する板スプリング２４を一体に形成し、ロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の内壁面に半径方向外向きの荷重をかけて、軸線方向の動きに対して摺動抵抗を発生させるようにした。パワーエレメント１３を構成するのに必要なセンターディスク２２に制振機能を持たせたことにより、部品点数を増やすことなく機能を増やすことができる。これにより、機能の高い膨張弁のコストを下げることができ、部品点数が少ないことにより組立て性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

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温度式の膨張弁に関する。

温度式の膨張弁は、パワーエレメントと弁部とを備え、パワーエレメントがエバポレータの出口冷媒の温度および圧力を感知し、その感知した冷媒の温度および圧力に応じて弁部がエバポレータに供給する冷媒の流量を制御している。すなわち、パワーエレメントが感知した冷媒の温度および圧力は、弁部の弁孔を介して延びるシャフトによって弁座の上流側に配置された弁体に伝達され、その弁体のリフト量を制御するように構成されている。弁体が弁座の上流側に配置されているため、レシーバ／ドライヤから導入される高圧の液冷媒は、弁体を閉弁方向に作用していることになる。このため、冷媒の急激な圧力上昇があって弁体に閉弁方向の荷重がかかると、弁が閉じる方向に作用してしまってさらに圧力が高くなり、これにより大きな音が発生するというウオーターハンマー現象が発生する。逆に、冷媒の急激な圧力上昇がなくなると、弁体がパワーエレメントによって戻されて弁が開く方向に作用するため、結果として弁体が冷媒の圧力変動により自励振動して異音が発生してしまうことがある。

そこで、このような自励振動を発生してしまうようなシステムに適用される膨張弁に対しては、自励振動の発生を抑えるために、弁体の動きにブレーキをかけるような制振手段を設けるようにしている。制振手段としては、たとえばパワーエレメントの動きを弁体に伝えるシャフトに対し横荷重を与えることによってシャフトの軸線方向の動きを鈍化させるものが知られている（たとえば特許文献１参照。）。この制振手段では、パワーエレメント側のシャフトにスプリングを用いて横荷重を与え、これによって、シャフトを保持しているボディとの間に摺動抵抗を発生させて弁体を動きにくくし、膨張弁から振動音を発生しないようにしている。

また、別の制振手段として、パワーエレメントのダイヤフラムに固定されているシャフトまたは弁体を支持している弁体支持部材にリーフスプリングを追加し、そのリーフスプリングがボディとの間に制振のための摺動抵抗を生じさせるようにしたものもある（たとえば特許文献２参照。）。

さらに別の制振手段として、弁体の周囲にスプリングを配置して弁体に横荷重を直接与えることにより、スプリングと弁体との間に摺動抵抗を生じさせるようにした拘束手段を備えた膨張弁も知られている（たとえば特許文献３参照。）。
特開２００３−１３０４９９号公報（図２，段落〔００２３〕） 米国特許第４５４２８５２号公報（図１，図４） 特開２００３−９０６４７号公報

しかしながら、膨張弁を組み込むシステムによっては必ずしも自励振動が発生するとは限らないため、同じ特性を有する膨張弁に対し制振手段を有しない低コストの基本タイプと制振手段を有するタイプの少なくとも２種類の膨張弁を用意する必要があり、制振手段を有する膨張弁は、そのための別部品が追加されているため、コストが高くなり、製品管理も複雑になっているという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制振手段のための別部品を新たに追加することなく低コストの膨張弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、エバポレータの出口冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、その感知した冷媒の温度および圧力に応じて前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する弁部と、前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体に伝達するシャフトとを備えた膨張弁において、軸線方向の動きを抑制する制振手段を、前記シャフトおよび前記弁体の外側に配置されるセンターディスクまたは弁体支持部材と一体に形成したことを特徴とする膨張弁が提供される。

このような膨張弁によれば、制振手段をセンターディスクまたは弁体支持部材と一体に形成してセンターディスクまたは弁体支持部材に制振機能を持たせるように構成した。これにより、制振手段のための別部品を新たに追加する必要がないため、低コストの膨張弁が提供される。

本発明の膨張弁は、制振手段を構成する板スプリングを、パワーエレメントを構成するのに必要なセンターディスクまたは弁体を支持する弁体支持部材と一体に形成したので、部品点数が少なくなって、組立てが容易になり、コストを低減することができるという利点がある。

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を示す中央縦断面図、図２は第１の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。

この第１の実施の形態に係る膨張弁１は、高圧の液冷媒を膨張させる弁部１１と、この弁部１１を収容するボディ１２と、エバポレータから戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１３と、このパワーエレメント１３の動作を弁部１１に伝達するようボディ１２に保持されたシャフト１４とを備えている。

ボディ１２は、その側部に、レシーバ／ドライヤから高温・高圧の液冷媒を受けるよう高圧冷媒配管が接続されるポートＴ１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ための低圧冷媒配管が接続されるポートＴ２と、エバポレータ出口からの冷媒配管が接続されるポートＴ３と、コンプレッサへ至る冷媒配管が接続されるポートＴ４とが設けられている。

弁部１１は、ポートＴ１とポートＴ２とを連通するよう弁孔が形成され、その弁孔の上流側開口端に弁座１５を構成するテーパが形成されている。その弁座１５に対抗して上流側から接離自在にボール形状の弁体１６が配置されており、この弁体１６は、スプリング１７によって閉弁方向に付勢されている。スプリング１７は、弁体１６と当接している一端と反対側の他端がボディ１２に螺着されたアジャストねじ１８によって受けられており、アジャストねじ１８を調整することによってスプリング１７のばね荷重を調節できるようにしている。

ボディ１２の上端部に螺着されたパワーエレメント１３は、厚い金属製のアッパーハウジング１９およびロアハウジング２０と、これらによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性の金属薄板からなるダイヤフラム２１と、このダイヤフラム２１の下面に配置されたセンターディスク２２とによって構成されている。アッパーハウジング１９とダイヤフラム２１とによって囲まれた空間は、感温室を構成し、ここに冷媒ガスなどが充填され、金属ボールをアッパーハウジング１９に抵抗溶接することにより閉止されている。ダイヤフラム２１の下面中央部を受けているセンターディスク２２は、ボディ１２によって軸線方向に進退自在に保持されたシャフト１４の上端が当接されている。このシャフト１４の下端は、弁孔を貫通して延びていて、弁体１６に当接し、ダイヤフラム２１の変位を弁体１６へ伝達するようにしている。

センターディスク２２は、図２に詳細に示したように、ダイヤフラム２１に当接するダイヤフラム受け部２３とその外周部から延びていて円周方向に均等配置された複数の板スプリング２４とを有し、これらは、ばね性を有する板材を、板スプリング２４が展開された形状に打ち抜き、プレス加工することによって一体に形成されている。それぞれの板スプリング２４は、その自由端が半径方向外向きに傾斜されており、自由端の近傍には、外向きに突出した表面の滑らかな***部２５が形成されている。

センターディスク２２は、ロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の中に配置される。板スプリング２４は、***部２５との内接円の直径が筒状部２６の内径よりも大きくなるよう形成してあるので、***部２５は筒状部２６の内壁に圧接している。これにより、センターディスク２２の板スプリング２４は、軸線方向の動きに対して摺動抵抗を発生させることができ、制振手段を構成している。

以上の構成の膨張弁１において、自動車用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、その感温室内の圧力が上がっており、ダイヤフラム２１は、図の下方へ変位している。ダイヤフラム２１の変位は、センターディスク２２およびシャフト１４を介して弁部１１の弁体１６に伝達され、膨張弁１は全開状態になっている。

エアコンが起動され、ポートＴ１に冷媒が導入されると、その冷媒は、弁部１１に形成される弁座１５と弁体１６との間の絞り部を流れ、その絞り部で減圧膨張された冷媒は、ポートＴ２からエバポレータに供給される。エバポレータを通ってきた冷媒は、ポートＴ３に入り、ポートＴ４からコンプレッサへと流れる。冷媒がポートＴ３からポートＴ４へ流れるときに、センターディスク２２が配置されている筒状部２６を介してダイヤフラム２１の下部の部屋に導入されるので、パワーエレメント１３は、ここで、エバポレータ出口の冷媒の温度および圧力を感知することになる。

エバポレータから戻ってくる冷媒が冷えてくるにつれて、パワーエレメント１３の感温室の温度が下がり、感温室内の冷媒ガスがダイヤフラム２１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２１が上方に変位するので、シャフト１４がスプリング１７に押されて上方へ移動する。その結果、弁体１６が弁座１５側に移動することにより絞り部の流路面積が減り、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、弁部１１は冷房負荷に応じた冷媒流量の開度に整定される。

ここで、ポートＴ１に導入される冷媒が急激な圧力変動をした場合、その圧力変動に伴って、弁部１１を開閉する方向の力を弁体１６が受けることになる。この弁体１６が受けた力は、シャフト１４を介してパワーエレメント１３のセンターディスク２２に伝達される。しかし、センターディスク２２は、これと一体に形成された板スプリング２４によって軸線方向の動きが抑制されているので、冷媒の急激な圧力変動に敏感に反応することはなく、したがって、自励振動が発生せず、異音の発生を防止することができる。しかも、この制振機能は、制振目的のために、新たに部品を追加するというのではなく、膨張弁１を構成するのに必要なセンターディスク２２に制振機能を持たせたことにより、部品点数はそのままで、制振機能を追加した膨張弁１を構成できるので、コストを削減することができる。また、制振のための追加部品が必要ないので、膨張弁１の組立て性を向上させることができる。

図３は第２の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図４は第２の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図３および図４において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係る膨張弁２は、第１の実施の形態に係る膨張弁１と比較して、センターディスク２２の形状を変更している。すなわち、この膨張弁２のセンターディスク２２は、図４にその詳細を示したように、ダイヤフラム受け部２３の外周部にフランジ部２７を有している。このフランジ部２７は、その内接円の直径がロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の内径よりも大きくなるよう形成してある。このため、パワーエレメント１３の組立ての際には、ロアハウジング２０の中にあらかじめセンターディスク２２を入れた状態、つまり、筒状部２６に板スプリング２４が収容されている状態で組み立てられる。センターディスク２２のそれ以外の構成については、第１の実施の形態に係る膨張弁１のものと同じである。

図５は第３の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図６は第３の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図５および図６において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る膨張弁３は、第１の実施の形態に係る膨張弁１と比較して、センターディスク２２の形状を変更している。すなわち、この膨張弁３のセンターディスク２２は、図６にその詳細を示したように、ダイヤフラム受け部２３の外周部において、円周方向に均等配置された３つの支持部２８を有している。この支持部２８は、ダイヤフラム受け部２３の外周縁部から垂設されており、その先端には、ほぼ円周方向に延びる板スプリング２４が接続されている。板スプリング２４の自由端近傍には、外向きに突出した***部２５がそれぞれ形成されている。もちろん、これらダイヤフラム受け部２３、支持部２８および板スプリング２４は、ばね性を有する板材よって一体に形成されている。

このセンターディスク２２は、支持部２８の内接円の直径がロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の内径よりも小さく、板スプリング２４に設けられた***部２５の内接円の直径がロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の内径よりも大きくなるよう形成してある。

センターディスク２２は、ロアハウジング２０の筒状部２６の中で、板スプリング２４の***部２５が筒状部２６の内壁に圧接された状態で配置され、これにより、センターディスク２２は、軸線方向の動きに対して摺動抵抗を発生させて、制振手段を構成することができる。

図７は第４の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図８は第４の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図７および図８において、図５および図６に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態に係る膨張弁４は、第３の実施の形態に係る膨張弁３と比較して、センターディスク２２の形状を変更している。すなわち、この膨張弁４のセンターディスク２２は、図８にその詳細を示したように、ダイヤフラム受け部２３の外周部にフランジ部２７を有している。このフランジ部２７は、その内接円の直径がロアハウジング２０の中央に形成された筒状部２６の内径よりも大きくなるよう形成してある。このセンターディスク２２のそれ以外の構成については、第３の実施の形態に係る膨張弁３のものと同じである。

図９は第５の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図１０は第５の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図９において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第５の実施の形態に係る膨張弁５は、第１ないし第４の実施の形態に係る膨張弁１〜４が制振機能をパワーエレメント１３のセンターディスク２２に持たせていたが、制振機能を弁体支持部材３０に持たせている点で異なる。すなわち、この膨張弁４では、その弁部１１において、弁体１６とスプリング１７との間に弁体１６を支持する弁体支持部材３０を備え、その弁体支持部材３０と一体に制振手段を構成する板スプリング３１を有している。

弁体支持部材３０は、図１０にその詳細を示したように、弁体支持部３２と、板スプリング３１と、これらを接続するリング３３とが一体に形成されている。弁体支持部３２は、その中央に弁体１６を載せて中央に位置決めするための穴３４が穿設され、それぞれの板スプリング３１の自由端近傍には、外向きに突出した表面の滑らかな***部３５が形成されている。弁体支持部材３０の弁体支持部３２およびリング３３は、弁体１６を閉弁方向に付勢しているスプリング１７のスプリング受けにもなっている。

この弁体支持部材３０は、弁体１６、弁体支持部材３０およびスプリング１７を収容するためにボディ１２に形成された穴３６の内壁に板スプリング３１の***部３５が接触するようにしてある。これにより、弁体支持部材３０の板スプリング３１は、弁体１６の軸線方向の動きに対して摺動抵抗を発生させることができ、制振手段を構成している。

一方、パワーエレメント１３においては、そのセンターディスク２２は、ダイヤフラム受け部２３の外周縁部より垂設されたガイド部３７を一体に備え、このガイド部がロアハウジング２０の筒状部２６内に遊嵌されることで、パワーエレメント１３の中心に心決めされている。

図１１は第６の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図１２は第６の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図１１および図１２において、図９および図１０に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第６の実施の形態に係る膨張弁６は、第５の実施の形態に係る膨張弁５が弁体支持部材３０の板スプリング３１とボディ１２との間で摺動抵抗を発生させているのに対し、弁体支持部材３０の板スプリング３１とアジャストねじ１８との間で摺動抵抗を発生させている点で相違している。

すなわち、アジャストねじ１８は、スプリング１７を受けている部分の周りに弁体１６の方向に延びる筒状部３８を有し、その筒状部３８の外周面に対して半径方向内向きに弁体支持部材３０に設けられた板スプリング３１の荷重がかかるようにしている。このため、筒状部３８と直接接触される***部３５は、筒状部３８の外周面と対向する内側の面に突設されている。

図１３は第７の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図、図１４は第７の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。なお、図１３および図１４において、図１１および図１２に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

第７の実施の形態に係る膨張弁７は、第６の実施の形態に係る膨張弁６が弁体支持部材３０の板スプリング３１とアジャストねじ１８の筒状部３８の外表面との間で摺動抵抗を発生させているのに対し、弁体支持部材３０の板スプリング３１とアジャストねじ１８の筒状部３８の内表面との間で摺動抵抗を発生させている点で相違している。

すなわち、弁体支持部材３０の板スプリング３１は、アジャストねじ１８の筒状部３８の中に配置され、その筒状部３８の内周面に対して半径方向外向きに板スプリング３１が荷重をかけるようにしている。このため、弁体支持部材３０の概観は、第５の実施の形態に係る膨張弁５のものとほぼ同じ形状を有している。

第１の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第１の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第３の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第３の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第４の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第４の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えたパワーエレメントのセンターディスクを示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第５の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第５の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第６の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第６の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。 第７の実施の形態に係る膨張弁の構成を示す中央縦断面図である。 第７の実施の形態に係る膨張弁の制振機能を備えた弁部の弁体支持部材を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は平面図のａ−ａ矢視断面図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６，７ 膨張弁
１１ 弁部
１２ ボディ
１３ パワーエレメント
１４ シャフト
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ スプリング
１８ アジャストねじ
１９ アッパーハウジング
２０ ロアハウジング
２１ ダイヤフラム
２２ センターディスク
２３ ダイヤフラム受け部
２４ 板スプリング
２５ ***部
２６ 筒状部
２７ フランジ部
２８ 支持部
３０ 弁体支持部材
３１ 板スプリング
３２ 弁体支持部
３３ リング
３４ 穴
３５ ***部
３６ 穴
３７ ガイド部
３８ 筒状部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ ポート

Claims (8)

1. エバポレータの出口冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントと、その感知した冷媒の温度および圧力に応じて前記エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する弁部と、前記パワーエレメントのダイヤフラムの変位を前記弁部の弁体に伝達するシャフトとを備えた膨張弁において、
   軸線方向の動きを抑制する制振手段を、前記シャフトおよび前記弁体の外側に配置されるセンターディスクまたは弁体支持部材と一体に形成したことを特徴とする膨張弁。
2. 前記制振手段は、前記ダイヤフラムと当接する前記センターディスクのダイヤフラム受け部の外周部から前記弁部の方向へ延びていて、前記エバポレータを出た冷媒を前記ダイヤフラムによって仕切られた空間に導入する筒状部の内壁に圧接するように形成された板スプリングであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記制振手段は、前記ダイヤフラムと当接する前記センターディスクのダイヤフラム受け部の外周部から前記弁部の方向へ延びる支持部と、前記支持部の先端からほぼ円周方向に延びていて前記エバポレータを出た冷媒を前記ダイヤフラムによって仕切られた空間に導入する筒状部の内壁に圧接するように形成された板スプリングとを有していることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
4. 前記板スプリングは、前記筒状部との接触部に***部が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の膨張弁。
5. 前記制振手段は、前記弁体と前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングとの間に配置された前記弁体支持部材の外周部から前記弁体が配置されている側とは反対側に延びていて、前記弁体、前記弁体支持部材および前記スプリングを収容する穴の内壁に圧接するように形成された板スプリングであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
6. 前記制振手段は、前記弁体と前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングとの間に配置された前記弁体支持部材の外周部から前記弁体が配置されている側とは反対側に延びていて、前記スプリングの荷重を調整するアジャストねじの外壁に圧接するように形成された板スプリングであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
7. 前記制振手段は、前記弁体と前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングとの間に配置された前記弁体支持部材の外周部から前記弁体が配置されている側とは反対側に延びていて、前記スプリングの荷重を調整するアジャストねじに形成された筒状部の内壁に圧接するように形成された板スプリングであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
8. 前記板スプリングは、圧接する部分に***部が形成されていることを特徴とする請求項５、６および７のいずれか１項に記載の膨張弁。
   

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