JP3079119B2 - 自動膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷凍サイクルにおい
て、断熱膨張しながら蒸発器内に送り込まれる冷媒の量
を蒸発器から出る冷媒の温度に対応して変化させるよう
にした自動膨張弁に関し、特に、蒸発器の入口に接続さ
れる高圧側冷媒流路と蒸発器の出口に接続される低圧側
冷媒流路とが形成された管路ブロックに、両冷媒流路と
交差する弁ユニット収容孔を形成し、低圧側冷媒流路内
を流れる冷媒の温度を感知してその温度変化に対応して
ダイアフラムが変位する感温部とそのダイアフラムの変
位量に対応して高圧側冷媒流路内を流れる冷媒の流量を
調整する弁機構部とを有する感温弁ユニットを、管路ブ
ロックの弁ユニット収容孔内に収容するようにした、い
わゆるカプセルタイプの自動膨張弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のようなカプセルタイプの自動膨張
弁は、蒸発器から出る冷媒の温度をダイアフラム部に伝
達するためのキャピラリーチューブ等が不要で、組み立
てが非常に容易であり、しかも取り付け姿勢や周囲温度
の影響が小さいので近年広く用いられている。

【０００３】そのようなカプセルタイプの自動膨張弁の
管路ブロックは、従来は金属製のブロックに各方向から
孔を穿けて形成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのように各
方向から孔を穿けた金属製のブロックで管路ブロックを
形成したのでは、重量が重くなってしまうだけでなく、
非常に高い加工コストがかかって、管路ブロック一個の
部品代が相当に高いものになってしまう。

【０００５】したがって、管路ブロックはプラスチック
によってモールド成形するのが望ましく、米国特許第
４，８１９，４４３号などには、カプセルタイプの自動
膨張弁をモールド成形することが記載されている。

【０００６】しかし、上記の米国特許には、金属製の管
路ブロックをそのままプラスチック化することしか示唆
されていない。したがって、管路ブロックは部分によっ
て壁厚が大幅に相違し、そのためプラスチック成形時に
いわゆる「ひけ」等の歪みが発生して寸法精度が悪くな
ってしまい、結局のところ実用化するのは困難である。

【０００７】そこで、管路ブロックをプラスチック化す
るためには、壁厚を全体に等厚にする必要がある。しか
し、弁ユニット収容孔のようなめくら孔状の部分の壁厚
は、強度的に、軸方向の端部の壁厚が孔の周壁の厚さに
比べて２倍程度必要である。

【０００８】したがって全体の壁厚を均一にするために
は、周壁の厚さを強度的に必要とされる厚さの２倍程度
にすればよいが、それでは大きさが非常に大きくなると
共に材料コストもかかってはなはだ不経済である。

【０００９】そこで本発明は、管路ブロックを寸法精度
良く、低コストでプラスチック成形によって形成するこ
とのできる自動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】上記の目的を達成するた
め、本発明の自動膨張弁は、入口側が受液器の出口に接
続され出口側が蒸発器の入口に接続される高圧側冷媒流
路と入口側が上記蒸発器の出口に接続され出口側が圧縮
機の入口に接続される低圧側冷媒流路とが形成された管
路ブロックに、上記高圧側及び低圧側の両冷媒流路と交
差して弁ユニット収容孔を形成し、上記低圧側冷媒流路
内を流れる冷媒の温度を感知してその温度変化に対応し
てダイアフラムが変位する感温部と上記高圧側冷媒流路
内を流れる冷媒の流量を上記ダイアフラムの変位量に対
応して変化させる弁機構部とを有する感温弁ユニットを
上記弁ユニット収容孔内に収容した自動膨張弁におい
て、上記弁ユニット収容孔の軸方向の端部に位置する上
記管路ブロックの壁部を球面の一部で形成して、上記管
路ブロックを全体にほぼ等厚にプラスチック成形したこ
とを特徴とする。

【００１１】なお、上記弁ユニット収容孔の軸方向の端
部に位置する上記管路ブロックの壁部を、周辺は外方に
凸の球面の一部で形成し、中央部は内方に凸の球面の一
部で形成するとよく、上記弁ユニット収容孔は、上記低
圧側冷媒流路側の端部を外方に開口させて、その開口部
に蓋体を取り付けるとよい。

【００１２】

【作用】弁ユニット収容孔の軸方向の端部に位置する管
路ブロックの壁部を球面の一部で形成することによっ
て、応力の分散等により、平面状に形成した場合に比べ
て約半分の肉厚で必要な強度を得ることができ、周壁と
同程度の薄い壁厚で形成することができる。

【００１３】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１は自
動膨張弁の正面断面図、図２はその側面断面図である。

【００１４】図１には、冷凍サイクル全体が略示されて
おり、２は蒸発器、３は圧縮器、４は凝縮器、５は、凝
縮器４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、１は自動膨張弁である。この冷凍サイクルは、
例えば自動車の冷房装置に用いられる。

【００１５】自動膨張弁１は、プラスチック製の管路ブ
ロック１０と、その管路ブロック１０中にユニットとし
て収容された感温弁ユニット２０と、感温弁ユニット２
０を収容するために管路ブロック１０に形成された開口
部１１を塞ぐための蓋体５０等によって構成されてい
る。

【００１６】管路ブロック１０は、プラスチック材料に
よってモールド成形されており、その材料としては、例
えばガラス繊維入りのナイロン樹脂やガラス繊維入りの
直鎖型ポリフェニレンサルファイド樹脂等の他、ガラス
繊維入りでない各種合成樹脂も用いることができる。

【００１７】この管路ブロック１０の中央部分には、感
温弁ユニット２０を収容するための弁ユニット収容孔１
２が垂直方向に形成されている。管路ブロック１０の下
半部には、一端側（入口側）１３ａが受液器５の出口に
接続され、他端側（出口側）１３ｂが蒸発器２の入口に
接続される高圧側冷媒流路１３が横向きに穿設されてい
る。

【００１８】ただし高圧側冷媒流路１３は、中央の弁ユ
ニット収容孔１２を境にして高さ方向に位置をずらし
て、入口側１３ａが低く、出口側１３ｂが少し高い位置
に平行に形成されている。

【００１９】管路ブロック１０の上半部には、高圧側冷
媒流路１３と平行に低圧側冷媒流路１４が形成されてお
り、その入口側１４ａは蒸発器２の出口に接続され、出
口側１４ｂは圧縮器３の入口に接続される。

【００２０】そして、弁ユニット収容孔１２は両冷媒流
路１３，１４と交差して上方から下方に向けて形成され
ており、この弁ユニット収容孔１２の下端側はいわゆる
めくら孔になっていて、管路ブロック１０の壁によって
塞がれている。

【００２１】一方、弁ユニット収容孔１２の上端側は、
感温弁ユニット２０を弁ユニット収容孔１２内に収容す
るための入り口であり、前述のようにその開口部１１は
蓋体５０によって塞がれている。

【００２２】感温弁ユニット２０は、低圧側冷媒流路１
４内を流れる冷媒の温度を感知してその温度変化に対応
して可撓性のある薄膜からなるダイアフラム２１を変位
させる感温部２２と、高圧側冷媒流路１３内を断熱膨張
しながら流れる冷媒の流量をダイアフラム２１の変位量
に対応して変化させる弁機構部２３とをユニットとして
一体的に構成したものである。

【００２３】感温弁ユニット２０のホデー（弁ユニット
ボデー）２４は、例えば真ちゅうなどを用いた金属製で
あり、弁ユニット収容孔１２内に上方から緩く嵌め込ま
れている。

【００２４】弁ユニットボデー２４の外径は円形の断面
形状に形成されているが、複数段階に、先側（下側）ほ
ど径が細く形成されている。即ち、高圧側冷媒流路１３
の出口側１３ｂに面する部分の外径は低圧側冷媒流路１
４に面する感温部２２部分の外径より細く、高圧側冷媒
流路１３の入口側１３ａに面する部分の外径は出口側１
３ｂに面する部分よりさらに細く形成されており、その
各々の間はシール用のＯリング２５，２６によってシー
ルされている。

【００２５】弁ユニットボデー２４の先端筒状部２４ａ
内には弁機構が配置されており、コイルスプリング２７
によって下方から弁座２８に向けて付勢されたボール弁
２９が弁座２８を塞ぐと、高圧側冷媒流路１３の入口側
１３ａと出口側１３ｂとの間が閉じられる。

【００２６】３１は、ボール弁２９を支えるボール弁受
け、３２は、コイルスプリング２７の付勢力を調整する
調整ナットであり、弁ユニットボデー２４に螺合して設
けられている。

【００２７】ボール弁２９が弁座２８から離れると、弁
ユニットボデー２４に穿設された孔３３及び通路３４を
介して、高圧側冷媒流路１３の入口側１３ａと出口側１
３ｂとが連通し、入口側１３ａから送り込まれてきた高
圧冷媒が、ボール弁２９と弁座２８との間に形成される
絞り部から通路３４に送り出される際に断熱膨張しなが
ら出口側１３ｂへ送り出される。

【００２８】ロッド３６は軸方向に摺動自在に設けら
れ、上端が弁ユニットボデー２４から突出し、下端がボ
ール弁２９の上端に当接している。したがって、コイル
スプリング２７の付勢力に逆らってロッド３６でボール
弁２９を押し下げて下方に移動させれば、弁座２８との
間に形成される絞り部の面積が広くなり、ロッド３６の
移動量によって蒸発器２に送り込まれる冷媒の量が変化
する。

【００２９】３７は、ロッド３６と弁ユニットボデー２
４との間をシールするためのＯリングであり、座金状の
側板３８を介して小さなコイルスプリング３９によって
奥へ押し付けられている。

【００３０】弁ユニットボデー２４の上端部に取り付け
られた感温部２２は、低圧側冷媒流路１４内の低圧冷媒
の温度変化にしたがってロッド３６を軸方向に駆動する
ためのものであり、低圧側冷媒流路１４内に配置されて
いるので、その動作に外気温が影響しない。

【００３１】感温部２２はハウジング４１によって囲ま
れていて、ダイアフラム２１がその下面を形成してい
る。ハウジング４１内には、冷媒流路１３，１４内に流
されている冷媒と同じか又は性質の似ているガスが封入
されている。

【００３２】ガス封入用の注入管４３は、ガスを注入し
た後に中間部分がつぶされ、さらに注入口４３ａの部分
が銀ローなどによって閉塞されている。したがって、感
温部２２は、ハウジング４１、ダイアフラム２１及び注
入管４３によって完全に密封されている。

【００３３】ハウジング４１内には、ダイアフラム２１
と少し隙間をあけて、仕切り板４４が固定されており、
仕切り板４４とハウジング４１とで囲まれた空間４５に
は、吸着剤が入れてある。

【００３４】吸着剤は、低温時にはハウジング４１内の
ガスを吸収し、高温時には、吸収していたガスを放出す
るものであり、例えば活性炭が用いられる。ただし、活
性炭以外のものを用いてもよい。

【００３５】仕切り板４４は、ダイアフラム２１を吸着
剤から隔離して、ダイアフラム２１の動きを保証するた
めに設けられており、ダイアフラム２１に対するストッ
パの役割も果している。

【００３６】また仕切り板４４には、吸着剤が通過せ
ず、ガスは自由に通過することができるスリット４２が
形成されていて、仕切り板４４の上下両側の圧力がいつ
も等しくなる。

【００３７】ダイアフラム２１の下面中央部分には、金
属板からなる受け板４０が配置されていて、ロッド３６
の上端がその受け板４０に当接している。したがって、
ロッド３６は、ダイアフラム２１の変位に追随して軸方
向に変位し、それによってボール弁２９が駆動される。

【００３８】感温部２２は弁ユニットボデー２４に対し
てどのように固定してもよいが、本実施例においては、
かしめ金具４６によってかしめ固定されている。かしめ
金具４６は、弁ユニットボデー２４と一体に形成しても
よい。４７は、ダイアフラム２１の下面の圧力を低圧側
冷媒流路１４内の冷媒圧力と常に等しくさせるための連
通孔である。

【００３９】このようにして、感温部２２と弁機構と
は、かしめ金具４６を介して一体に構成されて感温弁ユ
ニット２０を形成している。したがって、管路ブロック
１０の開口部１１から弁ユニット収容孔１２内に感温弁
ユニット２０を容易に収容することができ、開口部１１
は蓋体５０によって塞がれる。

【００４０】その結果、低圧側冷媒流路１４内を流れる
低圧冷媒の温度が感温部２２で感知されて、その温度変
化に対応してダイアフラム２１が変位し、ボール弁２９
がロッド３６を介してダイアフラム２１の変位量に対応
して変位して、高圧側冷媒流路１３内を断熱膨張しなが
ら流れる高圧冷媒の流量が変化する。

【００４１】蓋体５０は、管路ブロック１０と同じプラ
スチック材料によってモールド成形されており、開口部
１１に嵌め込まれてから外方に抜け出さないように、そ
の外側からＣリング５１によって押さえられている。蓋
体５０と管路ブロック１０との間は、シール用のＯリン
グ５２によってシールされる。

【００４２】蓋体５０には、低圧側冷媒流路１４と干渉
しないように、前後に一対の足片５０ａが下方に向けて
突設されている。そして、足片５０ａの突端は、感温弁
ユニット２０が上方に移動するのを阻止するように、感
温部２２のかしめ金具４６の上端に当接するストッパ５
４になっている。

【００４３】この実施例の構成においては、感温弁ユニ
ット２０は、下方の高圧側冷媒流路１３から受ける高圧
力によって上方に押し上げられ、かしめ金具４６がスト
ッパ５４に当接する位置で静止する。

【００４４】そして、感温弁ユニット２０がストッパ５
４から離れる方向（下方）に遊動できるように、弁ユニ
ット収容孔１２と感温弁ユニット２０との間には軸方向
に隙間が形成されている。

【００４５】したがって、プラスチック製の管路ブロッ
ク１０と金属製の弁ユニットボデー２４との熱膨張率の
相違によって、弁ユニットボデー２４が管路ブロック１
０に比較して大きく膨張及び収縮をしても、管路ブロッ
ク１０に対して感温弁ユニット２０が相対的に移動する
だけで、そのいずれにも無理な力等は作用しない。

【００４６】なお、熱変化によって径方向にも無理な力
が生じないよう、感温弁ユニット２０の外径寸法に対し
て、弁ユニット収容孔１２の内径寸法を少し大きめにし
てある。

【００４７】弁ユニット収容孔１２の周壁に加わる冷媒
圧は、上方の低圧側冷媒流路１４に面する部分で最も小
さく、高圧側冷媒流路１３の出口側１３ｂに面する部
分、そして高圧側冷媒流路１３の入口側１３ａに面する
部分と、下方に行くほど大きくなる。したがって、もし
弁ユニット収容孔１２が全体に同じ内径寸法なら、下方
に行くほど壁厚を厚く形成する必要がある。

【００４８】しかし、弁ユニット収容孔１２は、弁ユニ
ットボデー２４の形状に合わせて、低圧側冷媒流路１４
寄りの部分が太くて高圧側冷媒流路１３寄りの部分が細
い、複数段階に径の異なる段付き孔状に形成され、下方
ほど細い径に形成されている。その結果、弁ユニット収
容孔１２の周壁を全体に等厚に形成することによって径
の細い部分ほど耐圧強度が強くなるので、全体に、冷媒
から受ける圧力にみあったちょどよい強度を得ている。

【００４９】本実施例においては、管路ブロック１０の
壁厚は、このようにして弁ユニット収容孔１２部分の周
壁の厚さが等厚に形成され、さらに全体にほぼ均一な壁
厚に形成されている。１７及び１８はそのために形成さ
れた凹部であり、１９は、管路ブロック１０にインサー
ト成形された取り付け金具である。

【００５０】弁ユニット収容孔１２の底部分の壁部、即
ち孔の軸方向の端部に位置する壁部は、平面状に形成し
たのでは側壁の２倍程度の厚さに形成しなければ必要な
強度が得られないので、球面の一部をなす形状を組み合
わせて形成されている。

【００５１】即ち、その周辺部分は外側に凸の球面の一
部で形成し、中央部分は逆に内方に凸の球面の一部で形
成し、各部分の境界部分は滑らかな球面でつないであ
る。このように壁面を球面形状にすることによって応力
が分散するので、弁ユニット収容孔１２の底部分の壁部
を、平面に形成した場合の約半分の壁厚にしても強度的
に遜色がなく、十分な耐久力が得られる。

【００５２】これと同様にして、弁ユニット収容孔１２
上端の開口部１１に取り付けられた蓋体５０も、上端壁
の大半を球面の一部をなす形状に形成して、管路ブロッ
ク１０と同程度のほぼ均一な肉厚に形成してある。

【００５３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の実施態様をとることができることは
いうまでもない。

【００５４】

【発明の効果】本発明の自動膨張弁によれば、弁ユニッ
ト収容孔の軸方向の端部に位置する管路ブロックの壁部
を球面の一部で形成したことにより、その部分を周壁と
同程度の薄い壁厚で形成することができ、その結果、管
路ブロックの壁厚を全体的にほぼ等厚に形成して、寸法
精度よく、低コストで機械加工を必要としないプラスチ
ック成形によって形成することができ、コストダウン及
び軽量化を実現することができる。

【００５５】そして、プラスチック化することによっ
て、冷媒流路内と外部との間の遮熱性がよくなるので感
温部の冷媒温度感知の精度が向上し、また耐蝕性も良く
なり、形状の設計自由度が増してシステムへの装着を容
易化することができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の正面断面図である。

【図２】実施例の側面断面図である。

【符号の説明】

１ 自動膨張弁 １０ 管路ブロック １２ 弁ユニット収容孔 ２０ 感温弁ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭57−198471（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−11366（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4819443（ＵＳ，Ａ) 米国特許5060485（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 41/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口側が受液器の出口に接続され出口側が
   蒸発器の入口に接続される高圧側冷媒流路と入口側が上
   記蒸発器の出口に接続され出口側が圧縮機の入口に接続
   される低圧側冷媒流路とが形成された管路ブロックに、
   上記高圧側及び低圧側の両冷媒流路と交差して弁ユニッ
   ト収容孔を形成し、上記低圧側冷媒流路内を流れる冷媒
   の温度を感知してその温度変化に対応してダイアフラム
   が変位する感温部と上記高圧側冷媒流路内を流れる冷媒
   の流量を上記ダイアフラムの変位量に対応して変化させ
   る弁機構部とを有する感温弁ユニットを上記弁ユニット
   収容孔内に収容した自動膨張弁において、 上記弁ユニット収容孔の軸方向の端部に位置する上記管
   路ブロックの壁部を球面の一部で形成して、上記管路ブ
   ロックを全体にほぼ等厚にプラスチック成形したことを
   特徴とする自動膨張弁。
2. 【請求項２】上記弁ユニット収容孔の軸方向の端部に位
   置する上記管路ブロックの壁部が、周辺は外方に凸の球
   面の一部で形成され、中央部は内方に凸の球面の一部で
   形成されている請求項１記載の自動膨張弁。
3. 【請求項３】上記弁ユニット収容孔は、上記低圧側冷媒
   流路側の端部が外方に開口しており、その開口部に蓋体
   が取り付けられている請求項１又は２記載の自動膨張
   弁。