JP2012202555A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーエレメントを備えた温度式膨張弁のコストを低減する。
【解決手段】パワーエレメント１２は、ロアハウジング３０のハブ部３３をボディ１１に螺着することによりボディ１１に結合され、膨張弁１０を構成している。ボディ１１に対向するロアハウジング３０の下面に、ハブ部３３と同心円をなす形状のリブ３４が突設されていて、パワーエレメント１２のハブ部３３をボディ１１にねじ込む際に、リブ３４がボディ１１に食い込ませ、ボディ１１を圧縮変形させることで圧縮変形シール部を形成している。これにより、パワーエレメント１２とボディ１１との間をシールするＯリングおよびＯリング収容のためのボディ１１への溝加工が不要になり、膨張弁１０のコストを低減することができる。
【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において液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の蒸気冷媒にするとともにエバポレータで蒸発した冷媒が所定の過熱度を維持するようエバポレータに送り込む蒸気冷媒の流量を制御する膨張弁に関する。

自動車用エアコンシステムでは、コンプレッサにて圧縮された冷媒をコンデンサで凝縮し、レシーバにて気液分離された高温・高圧の液冷媒を膨張弁で断熱膨張させて低温・低圧の蒸気冷媒にし、その蒸気冷媒をエバポレータで蒸発させてコンプレッサに戻すようにした冷凍サイクルが構成されている。冷媒を膨張させる膨張弁としては、エバポレータ出口の冷媒の温度および圧力、すなわち過熱度に応じてエバポレータへ供給する冷媒の流量を制御するようにした温度式膨張弁が一般に用いられている。

この膨張弁は、液冷媒を絞り膨張させる弁部と、エバポレータ出口の冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントとを備え、そのパワーエレメントの感知結果をシャフトが弁部に直接伝達して弁部の開度を制御する構成になっている（たとえば、特許文献１参照）。弁部は、配管の継手を兼ねたボディを有し、その中に、弁孔を開閉する弁体と、その弁体を閉弁方向に付勢する圧縮コイルスプリングと、弁体の開弁または閉弁方向に進退自在にボディに支持されたシャフトとを有している。一方、パワーエレメントは、アッパーハウジングおよびロアハウジングと、これらの間に気密に挟持されアッパーハウジングとは感温室を形成するダイヤフラムと、ロアハウジング内に配置されてダイヤフラムの変位をシャフトに伝達するディスクとを有している。

パワーエレメントは、弁部のボディにねじ込むことによってボディに連結され、このとき、ディスクがシャフトと係合されるようになっている。パワーエレメントがねじ込まれる側のロアハウジングと対向するボディの面には、パワーエレメントとの螺合部を取り囲むようにしてシール材収容溝が凹設されており、そのシール材収容溝にはＯリングが収容されている。これにより、パワーエレメントをボディにねじ込んだときに、ボディとロアハウジングとの間でＯリングが圧縮変形されることによってボディとパワーエレメントとの螺合部を気密にシールしている。

特開２０１０−１１２６１６号公報

ところで、このような膨張弁において製造コストの低減が望まれているが、ボディとパワーエレメントとの間のシールに関しては実績があって信頼性の高いＯリングを使用しているので今以上のコスト低減が難しい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、コストを低減した膨張弁を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、エバポレータ出口の冷媒の過熱度を検出するパワーエレメントと、前記パワーエレメントによって開度が制御される弁部を収容したボディとを備え、前記パワーエレメントは、そのハウジングと一体に形成されたハブ部を前記ボディにねじ込むことにより前記ボディに結合されている膨張弁において、前記パワーエレメントを前記ボディにねじ込んだときに、前記ボディの一部が変形されることによってシールされる圧縮変形シール部を備えている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、ボディとパワーエレメントとの結合部のシールを、ボディの一部を圧縮変形させることで実現している。これにより、従来必要であったシール部品とそのシール部品を収容する溝の加工が不要になり、膨張弁の製造コストを低減させることができる。

上記構成の膨張弁は、パワーエレメントをボディにねじ込んで結合するときに、ボディの一部を圧縮変形することによって圧縮変形シール部を形成し、パワーエレメントとボディとの結合部をシールしているので、シール用の部品が必要なくなり、その分、膨張弁の製造コストを低減させることができるという利点がある。

また、そのシール部品を収容するシール材収容溝の加工が不要であるため、加工のコストを低減できるだけでなく、シール材収容溝を設けていたスペースが必要ないので、ボディのパワーエレメントを取り付ける部分の小型化、軽量化が可能になる。

第１の実施の形態に係る膨張弁の中央縦断面図である。 図１の断面に直角な平面で見た中央縦断面図である。 第１の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。 第２の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。 第３の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。

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中央縦断面図、図２は図１の断面に直角な平面で見た中央縦断面図、図３は第１の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。

この第１の実施の形態に係る膨張弁１０は、弁部を収容したボディ１１と冷媒の温度および圧力に応動して弁部を制御するパワーエレメント１２とを備えた温度式膨張弁である。ボディ１１には、高圧の冷媒を受ける高圧入口ポート１３と、低圧の冷媒を導出する低圧出口ポート１４と、エバポレータを出た冷媒を受ける低圧入口ポート１５と、冷媒をコンプレッサへ戻す低圧出口ポート１６とが設けられている。ボディ１１は、図２に示す形状の輪郭と、低圧入口ポート１５および低圧出口ポート１６の間の連通孔と、配管固定用ボルトのための２つの貫通穴とを有するたとえばアルミニウム合金製の押し出し材を加工して形成される。

高圧入口ポート１３は、これよりも通路断面積の小さな冷媒流通孔１７を介して弁室１８に接続されている。弁室１８は、弁孔１９を介して低圧出口ポート１４に連通されている。弁孔１９の弁室１８側の端部は、弁座２０になっており、その弁座２０に対して着座可能なボール形状の弁体２１が弁室１８内に配置され、その弁座２０と弁体２１と弁孔１９とでこの膨張弁１０の弁部分を構成している。

弁体２１は、バルブホルダ２２に支持され、このバルブホルダ２２は、圧縮コイルスプリング２３によって弁体２１を弁座２０に着座させる方向に付勢されている。圧縮コイルスプリング２３は、そのバルブホルダ２２とは反対の側がボディ１１に圧入されているスプリングホルダ２４によって受けられている。スプリングホルダ２４は、ボディ１１への圧入量を調節することで、弁孔１９を閉じる方向にバルブホルダ２２を付勢する圧縮コイルスプリング２３のばね荷重が調整される。これにより、この膨張弁１０が制御しようとするエバポレータの出口における冷媒の過熱度が設定されることになる。スプリングホルダ２４は、また、その外周面に溝が周設されており、その溝には、シール部材であるＯリング２５が設けられていて、圧入部位がシールされている。

バルブホルダ２２は、また、複数の摺動片２６が同一材料にて一体に形成されており、その摺動片２６の自由端側は、スプリングホルダ２４の内壁に圧接されている。バルブホルダ２２は、弁体２１と圧縮コイルスプリング２３とによって挟持されているので、弁体２１が弁座２０に対して近接または離間する動作に連動して摺動片２６がスプリングホルダ２４の内壁を摺動移動することになる。

バルブホルダ２２および摺動片２６は、たとえばばね用ステンレス鋼の板材をプレス加工により一体に形成されている。カップ形状のバルブホルダ２２は、弁体２１を支持するために剛体である必要性から、筒状部および圧縮コイルスプリング２３を受けるフランジ部に補強用のビード２７が設けられている。これに対し、摺動片２６は、しなやかなばね性を有する必要性から、補強は施されていない。また、スプリングホルダ２４も、摺動片２６による摺動によって容易に摩耗することがないようにステンレス鋼によって形成されている。このスプリングホルダ２４および摺動片２６は、高圧入口ポート１３に導入される高圧の冷媒が変動することにより弁体２１が開閉方向に振動するのを抑制する機構を構成している。なお、ボール形状の弁体２１は、組み付け時の作業を容易にするため、バルブホルダ２２にスポット溶接で接合されてバルブホルダ２２および摺動片２６と一体にされている。

膨張弁１０のボディ１１は、また、低圧入口ポート１５と低圧出口ポート１６との間にこれらを連通する冷媒戻り通路２８を有し、図の上端部にはその冷媒戻り通路２８を通過する冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２が取り付けられている。

パワーエレメント１２は、アッパーハウジング２９と、ロアハウジング３０と、これらアッパーハウジング２９およびロアハウジング３０によって挟持されたダイヤフラム３１と、ロアハウジング３０内に配置されたディスク３２とを備えている。アッパーハウジング２９およびロアハウジング３０は、たとえばステンレス鋼の厚い板材をプレス加工により形成されている。ダイヤフラム３１は、薄膜状のたとえばステンレス鋼材によって形成され、ディスク３２は、熱伝導性のよいたとえばアルミニウム合金によって形成されている。

アッパーハウジング２９は、ダイヤフラム３１とともに外周縁部が気密に接合されて密閉された感温室を構成しており、その感温室の中には、冷媒に似た特性のガスが封入されている。

ロアハウジング３０は、その中央部に開口部を有し、その開口部の周囲より図の下方にハブ部３３が延出されている。このハブ部３３は、その外周面に組み付け用のねじ山が刻設されており、ボディ１１の図の上端部に形成された取付孔部に螺着されている。

ロアハウジング３０は、また、ハブ部３３の外側がボディ１１の頂部の対向面と面接触するようフラットな形状を有し、そのフラット面には、図３の（Ａ）に示されるとおり、図の下方へ突出したリブ３４が形成されている。このリブ３４は、円筒形状のハブ部３３と同心円をなす形状に形成されている。パワーエレメント１２は、そのロアハウジング３０のハブ部３３をボディ１１に形成された取付孔部にねじ込むことによってボディ１１に連結される。そのとき、ロアハウジング３０は硬い金属であり、ボディ１１は柔らかい金属であるので、図３の（Ｂ）に示されるとおり、リブ３４がボディ１１の対向面に食い込まれる。これにより、ボディ１１の一部が圧縮変形を受けてハブ部３３の外側のリブ３４と全周に亘って緊密に接合され、圧縮変形シール部が形成される。パワーエレメント１２およびボディ１１は、その圧縮変形シール部にて気密にシールされることになる。

ディスク３２は、ロアハウジング３０のハブ部の径より大きな外径を有し、ダイヤフラム３１と当接する円盤状のダイヤフラム受部と、このダイヤフラム受部の中央部より延出された円筒状延出部とを有している。円筒状延出部は、ロアハウジング３０のハブ部の内径より小さな外径を有し、図の下端面には凹部が形成されている。

ディスク３２の図の下方には、ダイヤフラム３１の変位を弁体２１へ伝達するシャフト３５が配置され、ボディ１１によって軸線方向に進退自在に支持されている。このシャフト３５は、その上端部が、ディスク３２の円筒状延出部に形成された凹部に挿入されてその凹部の底面に当接され、下端部が弁体２１に当接されている。シャフト３５は、ボディ１１によって支持されている部位に溝が周設されており、その溝には、Ｏリング３６が設けられている。このＯリング３６を設けることにより、膨張した冷媒がエバポレータをバイパスして冷媒戻り通路２８に漏れるのを防止している。

以上の構成の膨張弁１０によれば、高圧入口ポート１３に導入された液冷媒は、冷媒流通孔１７を介して弁室１８に入る。このとき、液冷媒が冷媒流通孔１７を通過するときに、大きな気泡は、その通過が抑制されるとともに小さな気泡に細分化される。弁室１８に入った液冷媒は、弁座２０と弁体２１との間の隙間および弁孔１９を介して低圧出口ポート１４に流れる。このとき、その液冷媒は、絞り膨張されて、低温・低圧の蒸気冷媒となり、低圧出口ポート１４からエバポレータに供給される。エバポレータにて車室内空気との熱交換により蒸発されたガス冷媒は、低圧入口ポート１５に入り、冷媒戻り通路２８を通って低圧出口ポート１６からコンプレッサに戻される。ガス冷媒が冷媒戻り通路２８を通過するとき、そのガス冷媒は、パワーエレメント１２のロアハウジング３０の空間に導入されて温度および圧力、すなわち過熱度が検出され、それに応じてダイヤフラム３１が変位する。そのダイヤフラム３１の変位は、ディスク３２およびシャフト３５を介して弁体２１に伝達され、弁体２１の弁座２０からの弁リフトを調整して、エバポレータに供給する冷媒の流量を制御する。このようにして、膨張弁１０は、エバポレータ出口の冷媒の過熱度を検出して液冷媒を絞り膨張する弁部の開度をフィードバック制御することにより、エバポレータに供給する冷媒を、エバポレータ出口の冷媒の過熱度が所定値を維持する流量に制御している。

この第１の実施の形態に係る膨張弁１０では、パワーエレメント１２をボディ１１の取付孔部に組み付けるときに、リブ３４がボディ１１へ食い込ませて圧縮変形シール部にすることで、パワーエレメント１２とボディ１１との結合部分を気密にシールしている。これにより、パワーエレメント１２とボディ１１との結合部分を気密にするための部品であるＯリングが不要になり、それに伴って、ボディ１１に形成していたＯリング収容のための溝の加工も不要になるので、膨張弁１０の製造コストを低減することができる。また、ボディ１１は、その上面にリブ３４による圧縮変形部があればよいので、図２に示したように、ロアハウジング３０が乗るボディ１１の上面の面積を減らすことができ、その分、膨張弁１０を軽量化することができる。

なお、この第１の実施の形態に係る膨張弁１０では、ロアハウジング３０の下面に突設したリブ３４がボディ１１のフラットな上面を圧縮変形させた構成にしているが、逆の構成にしてもよい。すなわち、ロアハウジング３０の下面をフラットにし、ボディ１１の上面にリブをリング状に突設し、このリブを圧縮変形させることで気密を確保することができる。ただし、この場合、ロアハウジング３０をプレス成形してリブ３４を形成する場合に比較して、ボディ１１の上面にリブを形成するための切削加工が別途必要となる。

図４は第２の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。なお、この図４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均等の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。

この第２の実施の形態に係る膨張弁４０は、ロアハウジング３０に形成したテーパ部３７がボディ１１の上部に形成したエッジ部３８を圧縮変形させて圧縮変形シール部を形成し、気密を確保する構成にしている。

すなわち、ロアハウジング３９は、図４の（Ａ）に示したように、ハブ部３３の外側の下面に全周に亘ってテーパ部３７が形成されている。このテーパ部３７は、ロアハウジング３９のフラットな下面に対して約４５度の傾斜角度にしてある。一方、パワーエレメント１２をボディ１１に組み付けたときにロアハウジング３９のテーパ部３７に対応するボディ１１の上部の位置に、エッジ部３８が形成されている。このエッジ部３８は、ボディ１１に形成された取付孔部と同心の浅い穴を切削加工することによって９０度の角度に形成され、その穴の内径は、ロアハウジング３９のテーパ部３７における傾斜面中央を通る円の直径に等しくしている。

以上の構成を有する膨張弁４０において、パワーエレメント１２をボディ１１の取付孔部にねじ込むと、図４の（Ｂ）に示したように、ボディ１１のエッジ部３８がロアハウジング３９のテーパ部３７により圧縮変形され、圧縮変形シール部となる。これにより、パワーエレメント１２とボディ１１との結合部分は、ハブ部３３の外側の圧縮変形シール部によって気密にシールされることになる。

図５は第３の実施の形態に係る膨張弁の要部を示す図であって、（Ａ）は組み立て前の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図、（Ｂ）は組み立て後の状態を示す膨張弁の部分拡大断面図である。なお、この図５において、図１ないし図４に示した構成要素と同じまたは均等の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。

この第３の実施の形態に係る膨張弁５０は、ロアハウジング３０に形成したエッジ部３８がボディ１１の上部に形成したテーパ部３７を圧縮変形させて圧縮変形シール部を形成し、気密を確保する構成にしている。

すなわち、ロアハウジング３９は、図５の（Ａ）に示したように、ハブ部３３の外側の下面にエッジ部４１が形成されている。このエッジ部４１は、ロアハウジング３９のフラットな下面にこれより下方へプレス加工で押し出すことによって形成された段差からなり、図示の例では、９０度の角度に形成されている。一方、ボディ１１の上部には、パワーエレメント１２をボディ１１に組み付けたときにロアハウジング３９のエッジ部４１に対応する位置にテーパ部４２が形成されている。このテーパ部４２は、ボディ１１の上面に対して約４５度の傾斜角度にしてある。

以上の構成を有する膨張弁５０において、パワーエレメント１２をボディ１１の取付孔部にねじ込むと、図５の（Ｂ）に示したように、ボディ１１のテーパ部４２がロアハウジング３９のエッジ部４１の食い込みによって圧縮変形シール部が形成される。これにより、パワーエレメント１２とボディ１１との結合部分は、ハブ部３３の外側の圧縮変形シール部によって気密にシールされることになる。

上記の第１ないし第３の実施の形態では、ボディ１１の一部が圧縮変形されることによる金属の結合によって気密を確保したが、その気密をより確実にするために、シール剤を併用してもよい。たとえば、ロアハウジング３９のハブ部３３またはボディ１１の圧縮変形箇所に、ねじロック、液状ガスケット、タイトシールなどのシーリングコンパウンドを塗布しておくことにより、パワーエレメント１２の結合部分のシール性をさらに向上することができる。

１０ 膨張弁
１１ ボディ
１２ パワーエレメント
１３ 高圧入口ポート
１４ 低圧出口ポート
１５ 低圧入口ポート
１６ 低圧出口ポート
１７ 冷媒流通孔
１８ 弁室
１９ 弁孔
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ バルブホルダ
２３ 圧縮コイルスプリング
２４ スプリングホルダ
２５ Ｏリング
２６ 摺動片
２７ ビード
２８ 冷媒戻り通路
２９ アッパーハウジング
３０ ロアハウジング
３１ ダイヤフラム
３２ ディスク
３３ ハブ部
３４ リブ
３５ シャフト
３６ Ｏリング
３７ テーパ部
３８ エッジ部
３９ ロアハウジング
４０ 膨張弁
４１ エッジ部
４２ テーパ部
５０ 膨張弁

Claims (5)

1. エバポレータ出口の冷媒の過熱度を検出するパワーエレメントと、前記パワーエレメントによって開度が制御される弁部を収容したボディとを備え、前記パワーエレメントは、そのハウジングと一体に形成されたハブ部を前記ボディにねじ込むことにより前記ボディに結合されている膨張弁において、
   前記パワーエレメントを前記ボディにねじ込んだときに、前記ボディの一部が変形されることによってシールされる圧縮変形シール部を備えていることを特徴とする膨張弁。
2. 前記圧縮変形シール部は、前記パワーエレメントの前記ハブ部を前記ボディにねじ込むことによって、前記ハブ部の外側の前記ボディに対向する前記ハウジングに前記ハブ部と同心円をなす形状に突設されたリブが前記ボディに食い込むようにして前記ボディを圧縮変形させることで形成されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記圧縮変形シール部は、前記パワーエレメントの前記ハブ部を前記ボディにねじ込むことによって、前記ハブ部と前記ボディに対向する前記ハウジングとの間に形成されたテーパ部が、前記テーパ部に対応する前記ボディの位置に形成されたエッジを圧縮変形させることで形成されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
4. 前記圧縮変形シール部は、前記パワーエレメントの前記ハブ部を前記ボディにねじ込むことによって、前記ハブ部の外側の前記ボディに形成されたエッジ部がこのエッジ部に対応する前記ボディの位置に形成されたテーパ部に食い込むようにして前記テーパ部を圧縮変形させることで形成されていることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
5. 前記圧縮変形シール部は、シーリングコンパウンドが塗布されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の膨張弁。

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