JP4706372B2 - 温度式膨張弁 - Google Patents

Description

本発明は、カーエアコン等の空調装置に装備されて、冷媒の温度に応じて蒸発器（エバポレータ）へ供給される冷媒の流量を制御する温度式膨張弁に関する。

従来、この種の温度式膨張弁として、例えば、特許文献１に示すように、角柱形状の弁ハウジングと、この弁ハウジング内に形成される高圧冷媒の通過する第１通路と、この通路内に形成される弁室と、第１通路と平行に弁ハウジング内に形成される蒸発器側に送出される冷媒の通過する第２通路と、弁室と第２通路を連通する弁座部材が圧入される絞り通路と、この絞り通路に対向配置された球状の弁体と、蒸発器側から送出される冷媒の通過する第３通路と、この第３通路を通過する冷媒の温度を感知して弁体を駆動する作動棒とを備えている。

そして、上記弁座部材は、予め弁体と作動棒との間に装備された状態で絞り通路に固着している。なお、上記作動棒は、弁座部材に挿入される細径部を有し、この細径部の先端に球形の弁体が固着される構造を備えている。これにより、弁体の変位により絞り通路の開口面積を調整することができる。
特開２００２−３１０５３８号公報

しかしながら、上記特許文献１では、流量調節機能として、棒状の作動棒、球状の弁体、パイプ状の弁座部材などを予め一体に構成する複雑な構造となっている。このうちの弁座部材は作動棒の細径部に装備されるが、弁座部材と細径部との間に隙間を有する構造であるため、例えば、作動棒を用いて弁座部材を絞り通路に圧入により固着するときに芯出しなどのセンタリングに問題がある。

また、弁体と作動棒とを固着させる構造となっており、例えば、弁体に作動棒を溶接すると、溶接の溶け込みにより作動棒の長さにばらつきが生じ、さらに、この作動棒を用いて弁座部材を絞り通路に圧入で固着することにより、作動棒の端部に変形を生じることで膨張弁の流量制御特性の精度が低下する問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、構造の簡素化と部品点数の低減が図れる温度式膨張弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、高圧冷媒が流入する第１通路（１２１）、蒸発器（５）に流出する低圧冷媒が流通する第２通路（１２２）、蒸発器（５）の出口側冷媒が流通する第３通路（１２３）および第１通路（１２１）から流入した高圧冷媒を減圧するために上流側部が第１通路（１２１）と通じる絞り通路（１２５）を有する弁ハウジング（１１０）と、絞り通路（１２５）の下流側部の通路断面積を変化させる弁部材（１３１）を有する弁体（１３０）と、第３通路（１２３）を流通する冷媒の出口温度に相当する飽和圧力と蒸発器（５）の蒸発圧力との圧力差に応じて変位する変位部材（１６０）に連動して弁体（１３０）を駆動する作動棒（１３５）とを備え、
弁ハウジング（１１０）には、絞り通路（１２５）の下流側部に連通し、第２通路（１２２）の上流側部に連通するとともに、弁体（１３０）を収容する摺動穴（１２４）が形成されており、弁部材（１３１）には、弁流路としての連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）が形成され、
少なくとも前記連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）の一つは、作動棒（１３５）に連動して弁部材（１３１）が摺動穴（１２４）を移動することにより絞り通路（１２５）の摺動穴（１２４）への開口と協働して前記絞り通路との連通面積を可変することを特徴としている。

この発明によれば、弁体（１３０）を軸方向に往復移動するスプール弁方式とすることで弁体（１３０）、弁部材（１３１）および摺動穴（１２４）からなる弁機構が簡素に形成できる。また、従来のように弁機構を溶接もしくは圧入などの固着を必要としないので流量制御特性の精度の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）は、少なくともそのうちの一つが摺動穴（１２４）の底部に開口していることを特徴としている。

この発明によれば、摺動穴（１２４）の底部には、減圧された冷媒が通過することで作動棒（１３５）に減圧後の低圧圧力が掛かる。これにより、作動棒（１３５）および弁体（１３０）を駆動する変位部材（１６０）の駆動力を小さくすることができる。これにより、変位部材（１６０）の径、すなわち、ダイアフラムの径を小さくすることができる。

請求項３に記載の発明では、弁体（１３０）は、棒状の小径からなる弁部材（１３１）とその弁部材（１３１）より大径からなる案内部（１３２）とを有することを特徴としている。この発明によれば、簡素な形状で弁機構を形成できるとともに、より具体的には、弁体（１３０）を少なくとも案内部（１３２）と弁部材（１３１）とで一体に形成できる。

これにより、弁体（１３０）およびその弁体（１３０）を収容する摺動穴（１２４）が切削などの機械加工で容易に形成できるため、従来のように弁機構を溶接、圧入などの固着を必要としないので流量制御特性の精度の向上が図れる。

請求項４に記載の発明では、摺動穴（１２４）は、弁ハウジング（１１０）の一方向から形成された穴であり、その一端から弁体（１３０）が挿入できるように形成され、かつ底部近傍に絞り通路（１２５）が開口されていることを特徴としている。

この発明によれば、弁部材（１３１）を有する弁体（１３０）、作動棒（１３５）、後述するバネ部材（１３３）および後述する第１、第２気密部材（１３６、１３７）など弁機構を構成する構成部品を一方向から組み付けができる。これにより、組付工数が低減できることで組付性が向上できる。

請求項５に記載の発明では、弁部材（１３１）には、その外周に流体通路としての外周溝（１３１ｄ）が形成され、外周溝（１３１ｄ）が作動棒（１３５）に連動して絞り通路（１２５）の開口面積を調節することを特徴としている。

この発明によれば、上述した請求項４よりも外周溝（１３１ｄ）の方が絞り通路（１２５）への位置合わせが容易であるとともに簡素な構造の弁機構が形成できる。また、少なくとも上述した連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）の一つに外周溝（１３１ｄ）を組み合わせると良い。

請求項６に記載の発明では、絞り通路（１２５）は、弁部材（１３１）の変位量と開口面積との関係が略比例関係となる断面形状であることを特徴としている。この発明によれば、例えば、絞り通路（１２５）の断面形状が略矩形状とすれば、弁部材（１３１）の変位量に対して開口面積が略比例関係とできる。これにより、流量制御特性の精度の向上が図れる。

請求項７に記載の発明では、弁体（１３０）には、第３通路（１２３）と第２通路（１２２）との圧力差を気密する第１気密部材（１３６）が設けられていることを特徴としている。この発明によれば、弁体（１３０）に第１気密部材（１３６）を容易に配設することができるとともに、弁体（１３０）の組付性を阻害することなく弁ハウジング（１１０）に組み付けることができる。

請求項８に記載の発明では、弁体（１３０）には、第１通路（１２１）と第２通路（１２２）との圧力差を気密する第２気密部材（１３７）が設けられていることを特徴としている。この発明によれば、上記請求項８と同じように、弁体（１３０）に第２気密部材（１３７）を容易に配設することができるとともに、弁体（１３０）の組付性を阻害することなく弁ハウジング（１１０）に組み付けることができる。

請求項９に記載の発明では、蒸発器（５）の出口冷媒が過熱度を有するように変位部材（１６０）を付勢するバネ部材（１３３）が設けられ、このバネ部材（１３３）のバネ力を調節する調節ネジ部材（１４０）が設けられ、バネ部材（１３３）は、弁体（１３０）と調節ネジ部材（１４０）との間に設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、弁体（１３０）、バネ部材（１３３）、調節ネジ部材（１４０）を順に摺動穴（１２４）に収容することが可能となる。これにより、弁体（１３０）、バネ部材（１３３）、調節ネジ部材（１４０）を一方向から組み付けができるとともに、過熱度の微調節が容易にできる。

請求項１０に記載の発明では、蒸発器（５）の出口冷媒が過熱度を有するように変位部材（１６０）を付勢するバネ部材（１３３）が設けられ、このバネ部材（１３３）は、弁体（１３０）と摺動穴（１２４）との隙間に配設されることを特徴としている。

この発明によれば、弁体（１３０）と同様に同一方向からバネ部材（１３３）を組み付けることができる。また、バネ部材（１３３）を小型にすることができる。

請求項１１に記載の発明では、弁体（１３０）および作動棒（１３５）は、バネ部材（１３３）のバネ力を調節できるように形成されていることを特徴としている。この発明によれば、例えば、弁体（１３０）と作動棒（１３５）とを螺合により連結することで、作動棒（１３５）の長さを調節できる。これにより、別体の調節機構を設けなくても過熱度の微調節が容易にできる。

請求項１２に記載の発明では、変位部材（１６０）には、作動棒（１３５）に駆動力を伝達する伝達部材（１６３）が設けられ、弁体（１３０）は、作動棒（１３５）、もしくは作動棒（１３５）を含めて伝達部材（１６３）と一体に形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、部品点数を低減できるとともに、伝達部材（１６３）、弁体（１３０）および作動棒（１３５）の連結長さ寸法の組立精度の向上が図れる。これにより、変位部材（１６０）の変位量を精度良く弁部材（１３１）に伝達できるため流量制御特性の精度の向上が図れる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における温度式膨張弁１を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図であり、図２は弁ハウジング１１０に形成される冷媒通路の位置関係を示す縦断面図である。また、図３（ａ）は弁体１３０の全体構成を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。

本実施形態の温度式膨張弁１（以下、膨張弁と称する）は、図１に示すように、圧縮機２、凝縮器３、受液器４、および蒸発器５の各機能部品とともに周知の冷凍サイクルを構成して、それぞれ冷媒配管６により接続されている。

膨張弁１は、弁ハウジング１１０、受液器４と蒸発器５との間に形成される冷媒通路に配置される弁体１３０、蒸発器５の出口冷媒温度に相当する飽和圧力と蒸発器５の蒸発圧力との圧力差に応じて変位する変位部材１６０、その変位部材１６０に連動して弁体１３０を駆動する作動棒１３５、および変位部材１６０を付勢するバネ部材１３３から構成している。

弁ハウジング１１０は、例えば、アルミ合金製からなる略角柱状に形成されたハウジングであって冷媒通路が形成されているとともに、弁体１３０、変位部材１６０、作動棒１３５、およびバネ部材１３３が配設できるように形成されている。

冷媒通路は、図１および図２に示すように、受液器４の出口に連通する第１通路１２１、蒸発器５の入口に連通する第２通路１２２、一方が蒸発器５の出口に連通して、他方が圧縮機２の吸入側に連通する第３通路１２３、および後述する摺動穴１２４を介して第１通路１２１と第２通路１２２とを連通する絞り通路１２５、連通通路１２６からなる。

第１通路１２１は弁ハウジング１１０の一端の下方側に形成された有底の穴であって、受液器４から流入した高圧冷媒が流通される。その底部上方に後述する摺動穴１２４に連通する絞り通路１２５を形成している。この絞り通路１２５は第１通路１２１から流入した高圧冷媒を減圧するための通路である。

そして、第２通路１２２は、弁ハウジング１１０の他端の第１通路１２１よりも上方に形成された有底の穴であって、弁体１３０で流量調節された低圧冷媒を流通するように、その底部に後述する摺動穴１２４に連通する連通通路１２６を形成している。

また、第３通路１２３は、弁体１３０の上方側を貫通するように形成された貫通穴であって、一方から蒸発器５で蒸発された低圧冷媒が流入され他方から圧縮機２に流出される。また、この第３通路１２３の中途上方に開口部１２３ａが形成されている。これは、開口部１２３ａ上方に配置される変位部材１６０に第３通路１２３を流通する冷媒の熱を伝熱するための開口穴である。

そして、この開口部１２３ａの真下に、連通通路１２６と絞り通路１２５とが連通するように摺動穴１２４が形成されている。この摺動穴１２４は、弁体１３０とバネ部材１３３とを収容するとともに、弁体１３０が後述する変位部材１６０の変位量に応じて往復移動できるように形成されている。

摺動穴１２４は、より具体的に、下方に小径からなる弁部材１３１（後述する）の外周が内接するように形成され、上方に弁部材１３１より大径からなる案内部１３２（後述する）の外周が内接するように形成されている。また、摺動穴１２４の内部に形成される段差部１２４ａにはバネ部材１３３の一端が保持される。なお、摺動穴１２４は、一端が開口し、他端が貫通することなく形成されて閉塞した有底、かつ円形の穴である。

これにより、第１通路１２１に流入された冷媒は、弁ハウジング１１０内を絞り通路１２５、摺動穴１２４、連通通路１２６、第２通路１２２の順に流通する。なお、図中に示す符号１２７は後述する変位部材１６０を配設するための開口部であって、螺子部１２７ａが形成され、変位部材１６０を螺合により結合できる。また、図中に示す符号１２８は、シール部材１６７の受け面であって、第３通路１２３を流通する冷媒と外部とを気密する。

次に、変位部材１６０は、第３通路１２３を流通する冷媒の出口温度に相当する飽和圧力と蒸発器５の蒸発圧力との圧力差に応じて変位する変位量により弁体１３０を駆動する駆動装置である。この変位部材１６０は、図１に示すように、キャン体１６１、ダイアフラム１６２、伝達部材１６３などから構成される。キャン体１６１は、ステンレス製の上蓋１６１ａと下蓋１６１ｂとからなり、下蓋１６１ｂに螺子部１６１ｃを形成している。

そして、キャン体１６１内には、ダイアフラム１６２と伝達部材１６３が設けられている。ダイアフラム１６２は、その外周部が上蓋１６１ａと下蓋１６１ｂとによって挟み込まれており、溶接によりともに固着され、上部圧力室１６４と下部圧力室１６５が形成される。上部圧力室１６４には作動流体として冷媒が封入されて栓体１６６により封止されている。

伝達部材１６３は、アルミ、またはステンレス製からなり、その外周部が下蓋１６１ｂに支持されており、その上面がダイアフラム１６２に当接し、下面が開口部１２７内に露出している。つまり、第３通路１２３を流通する冷媒の蒸発圧力が伝達部材１６３の下面に作用している。

一方、第３通路１２３を流通する冷媒の温度は、キャン体１６１、伝達部材１６３およびダイアフラム１６２などにより上部圧力室１６４に伝熱される。これにより、上部圧力室１６４内の作動流体としての冷媒が伝熱された冷媒温度に相当する飽和圧力をダイアフラム１６２に作用することになる。

従って、上部圧力室１６４では第３通路１２３を流通する冷媒の出口温度に相当する飽和圧力がダイアフラム１６２に作用し、下部圧力室１６５では蒸発器５の蒸発圧力がダイアフラム１６２に作用することになる。つまり、上部圧力室１６４の飽和圧力と下部圧力室１６５の蒸発圧力との圧力差により、ダイアフラム１６２が変位するとともに、ダイアフラム１６２に連動して伝達部材１６３も変位する。

そして、伝達部材１６３の下方側には作動棒１３５が係合され、その作動棒１３５の他端側が弁体１３０に挿入されている。作動棒１３５はステンレス製の細径のシャフトであって、伝達部材１６３の変位を弁体１３０に連動させて弁体１３０を駆動させる。

次に、弁体１３０の構成について図１および図３に基づいて説明する。弁体１３０は、ステンレス製からなり、略円筒状に形成されて摺動穴１２４に内接するように収容されている。弁体１３０は、摺動穴１２４内をその軸方向に往復方向へ移動可能である。

そして、弁体１３０には、上部と下部に仕切り部としての円柱面が形成され、そのほぼ中央部に弁流路を形成する連通孔１３１ａ〜１３１ｃが形成された弁部材１３１が設けられている。弁流路は、絞り通路１２５の摺動穴１２４への開口と協同して連通面積可変の弁を提供する。

弁流路の絞り通路１２５との連通面積は弁体１３０の軸方向位置に応じて変化する。つまり、弁体１３０が摺動穴１２４を移動することで弁ハウジング１１０に形成された絞り通路１２５の断面積が調節されるように構成されている。

本実施形態の弁体１３０は、具体的には、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、下方に小径からなる弁部材１３１と大径からなる案内部１３２とから構成しており、バネ部材１３３を組み付けた状態で摺動穴１２４の開口端から挿入することで組み付けできるように形成している。

弁体１３０の摺動穴１２４内に位置する部分は、摺動穴１２４の開口端から閉塞端に向かってその外径が一定であるか、あるいは減少する形状である。弁体１３０の摺動穴１２４内に位置する部分は、その外径が徐々にあるいは段階的に小さくなるように形成されうる。この構造が一方向組み付けを可能とする。

小径からなる弁部材１３１は、複数の連通孔１３１ａ〜１３１ｃと、外周溝１３１ｄとが形成されている。具体的には、連通孔１３１ａは、絞り通路１２５に通ずるように形成され、連通孔１３１ｃは連通通路１２６に通ずるように形成され、連通孔１３１ｂは連通孔１３１ａと連通孔１３１ｃとが連通するように弁部材１３１の下端から弁体１３０の軸方向に形成されている。そして、連通孔１３１ａの開口端の外周に外周溝１３１ｄを形成している。

なお、連通孔１３１ａ、１３１ｂは、絞り通路１２５と同じように小径で形成され、連通孔１３１ｃは、これらよりも大径で形成されている。ところで、連通孔１３１ａの外周に形成される外周溝１３１ｄは、摺動穴１２４に開口する絞り通路１２５の開口面積を可変できるように形成している。

つまり、弁体１３０が摺動穴１２４を下方に移動することで、絞り通路１２５の開口面積が増大するように形成している．言い換えれば、弁体１３０の変位量が大きくなる程絞り通路１２５の開口度合い（弁開度）が大きくなるように溝を形成している。従って、変位量が大きいときには、外周溝１３１ｄ、連通孔１３１ａを通過する冷媒流量が増加する。

なお、連通孔１３１ａを通過した冷媒は、連通孔１３１ｂ、連通孔１３１ｃ、連通通路１２６、第２通路１２２の順に流通される。また、摺動穴１２４の底部は、連通孔１３１ｂが開口していることで、絞り通路１２５、および連通孔１３１ａで減圧された低圧の冷媒圧力が掛かっている。

本実施形態のバネ部材１３３は、蒸発器５からの出口冷媒に過熱度を有するように、そのバネ力が作動棒１３５を介して変位部材１６０に向けて付勢するように設けている。具体的には、弁体１３０と摺動穴１２４との間に収容させて弁体１３０にバネ力が付勢するように構成している。

より具体的には、案内部１３２よりも同等もしくは僅かに小径のコイル状からなるスプリングで形成し、弁部材１３１の上方の外周に組み込んで、一端が摺動穴１２４の段差部１２４ａに配置し、他端が弁部材１３１の上端に配置している。これにより、バネ部材１３３のバネ力が作動棒１３５を介して変位部材１６０に付勢することができる。従って、伝達部材１６３はバネ部材１３３のバネ力により上方に向けて押圧されている。

ここで、以上の構成による膨張弁１の製造方法について説明する。まず、弁ハウジング１１０に形成される各冷媒通路、摺動穴１２４、開口部１２３ａ、１２７などは、図２に示すように、一方向から切削加工が行うことができる。特に、摺動穴１２４の場合には上方の開口部１２３ａ、１２７側から穴あけ加工が行うことができる。

また、絞り通路１２５、および連通通路１２６の場合においても、それぞれ第１通路１２１、もしくは第２通路１２２側から穴あけ加工が行うことができる。一方、弁体１３０においても、図３（ｂ）に示すように、各連通孔１３１ａ〜１３１ｃ、および外周溝１３１ｄの形成加工が容易にできる。

そして、弁ハウジング１１０に弁体１３０を組み付けるときは、予め作動棒１３５の一端を案内部１３２の一端に挿入する。そして、バネ部材１３３を弁部材１３１の外周に入れたままの状態で摺動穴１２４の開口端から挿入する。これにより、バネ部材１３３と弁体１３０が一方向から摺動穴１２４に収容することができる。

そして、受け面１２８にシール部材１６７を組み込んで変位部材１６０を螺合することで、変位部材１６０が弁ハウジング１１０に配設される。なお、変位部材１６０を組み付けるときには、作動棒１３５の一端が伝達部材１６３の一端に係合させた状態で螺合する。以上の組付け方法によれば、一方向から弁体１３０、バネ部材１３３、作動棒１３５、変位部材１６０などの組み付けができる。

次に、本実施形態の膨張弁１の作動について説明する。受液器４から流入した液冷媒は、第１通路１２１から絞り通路１２５を通り、弁部材１３１と摺動穴１２４との隙間（外周溝１３１ｄ）、連通孔１３１ａ、１３１ｂを通過する際に断熱膨張して霧状の冷媒となって、連通孔１３１ｃ、連通通路１２６、および第２通路１２２を通って蒸発器５へ流出される。

一方、第３通路１２３には、蒸発器４で蒸発された冷媒が流入して圧縮機２の吸入側に吸い込まれる。ここで、外周溝１３１ｄ、連通孔１３１ａ、１３１ｂを通って第１通路１２１から第２通路１２２へ流れる冷媒流量は、弁部材１３１が絞り通路１２５を開口する度合い、すなわち弁開度によって決まる。

つまり、弁体１３０には、伝達部材１６３を図示下方に付勢する方向に作用する上部圧力室１６４内の飽和圧力と、伝達部材１６３を図示上方に付勢する方向に作用する蒸発器４の蒸発圧力＋バネ部材１３３のバネ付勢力とが釣り合った位置にバランスする。

例えば、車室内の温度が上昇して蒸発器５で急激に蒸発すると、蒸発器５の過熱度が高くなる。これにより冷媒出口温度が上昇することで上部圧力室１６４の飽和圧力が上昇する。この結果、伝達部材１６３が図示下方に押し下げられて作動棒１３５とともに、弁体１３０が図示下方に移動して弁開度が大きくなる。これにより、蒸発器５へ流出される冷媒流量が増加する。

また、車室内の温度が低下して蒸発器５の過熱度が低くなると、上記作動とは逆に、伝達部材１６３が図示上方に押し上げられて作動棒１３５とともに、弁体１３０が図示上方に移動して弁開度が小さくなることにより、蒸発器５へ流出される冷媒流量が減少する。

なお、弁体１３０が変位部材１６０の変位により、図示上方、もしくは図示下方に往復移動することで弁開度を可変する方式は、一般的にスプール弁方式と称するものであり、このスプール弁方式によれば、弁部材１３１を簡素な構造で形成できるとともに小径で形成できる利点がある。

以上の第１実施形態による膨張弁１によれば、弁ハウジング１１０には、絞り通路１２５に連通するとともに、弁体１３０を収容する摺動穴１２４が形成されており、弁体１３０は、作動棒１３５に連動して弁部材１３１が摺動穴１２４を移動することにより絞り通路１２５の通路断面積が調節される。

これによれば、弁体１３０を軸方向に往復移動するスプール弁方式とすることで弁体１３０、弁部材１３１および摺動穴１２４からなる弁機構が簡素に形成できる。また、従来のように球状からなる弁機構を溶接もしくは圧入などの固着を必要としないので流量制御特性の精度の向上が図れる。

また、摺動穴１２４は、弁ハウジング１１０の一方向から形成された有底の穴であり、その開口端から弁体１３０が挿入できることにより、弁部材１３１を有する弁体１３０、作動棒１３５、バネ部材１３３など弁機構を構成する構成部品を一方向から組み付けができる。これにより、組付工数が低減できることで組付性が向上できる。

さらに、弁体１３０は、棒状の小径からなる弁部材１３１とその弁部材１３１より大径からなる案内部１３２とを有することにより、簡素な形状で弁機構を形成できるとともに、より具体的には、弁体１３０を少なくとも案内部１３２と弁部材１３１とで一体に形成できる。

これにより、弁体１３０およびその弁体１３０を収容する摺動穴１２４が切削などの機械加工で容易に形成できるため、従来のように弁機構を溶接、圧入などの固着を必要としないので流量制御特性の精度の向上が図れる。

ところで、弁部材１３１には、その外周に流体通路としての外周溝１３１ｄが形成され、この外周溝１３１ｄが作動棒１３５に連動して絞り通路１２５の開口面積を調節することにより、絞り通路１２５の開口部に外周溝１３１ｄを組み合わせるようにすれば良いため、簡素な構造の弁機構が形成できる。

また、球状の弁体とパイプ状の弁座部材とを組み合わせる従来の弁機構では、弁体の変位する方向に冷媒が流れることで弁体に自励振動が起きる問題がある。そこで、本発明では、絞り通路１２５から弁部材１３１に流れる冷媒の流れ方向が、弁体１３０の摺動方向に対して直交する方向のため、弁体１３０の自励振動が起きにくい。これにより、自励振動による異音の発生はない。

また、弁部材１３１に形成された連通孔１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃは、少なくともそのうちの一つが摺動穴１２４の底部に開口していることにより、摺動穴１２４の底部には、減圧された冷媒が通過することで作動棒１３５に減圧後の低圧圧力が付勢される。

これにより、作動棒１３５および弁体１３０を駆動する変位部材１６０の駆動力を小さくすることができる。従って、変位部材１６０の径、すなわち、ダイアフラムの径を小さくすることができる。

また、変位部材１６０に付勢するバネ部材１３３を弁体１３０と摺動穴１２４との隙間に配設したことにより、弁体１３０と同様に同一方向からバネ部材１３３を組み付けることができる。また、バネ部材１３３を小型にすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、絞り通路１２５の通路断面積を変化させる外周溝１３１ｄもしくは連通孔１３１ａの断面形状を異なる形状で形成したときの変位量と開口面積との関係を求めている。具体的には、発明者らの実験によって見出したものであり、外周溝１３１ｄを形成することで、変位量と開口面積との関係が略比例関係となって流量制御の精度が向上する。

以下、図４および図５に基づいて説明する。図４（ａ）ないし図４（ｃ）は、絞り通路１２５および弁部材１３１に形成される外周溝１３１ｄもしくは連通孔１３１ａの形状を示す模式図である。そして、図５は図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示す形状をパラメータとしたときの変位量と開口面積との関係を示す特性図である。

図４（ａ）では、絞り通路１２５をφｄの丸穴で形成するとともに、弁部材１３１の外周溝１３１ｄ幅を、絞り通路１２５の丸穴の直径であるｄで形成している。図４（ｂ）では、絞り通路１２５をφｄの丸穴で形成するとともに、弁部材１３１には、絞り通路１２５の丸穴と同一の連通孔１３１ａを形成している。

また、図４（ｃ）では、絞り通路１２５をｄ×πｄ／４の矩形状の穴で形成するとともに、弁部材１３１の外周溝１３１ｄ幅を、図４（ａ）と同一のｄで形成している。そして、これらの形状による変位量と開口面積との関係を図５により比較している。

図５に示すように、図中に示すＡは図４（ａ）に示す形状の特性、図中に示すＢは図４（ｂ）に示す形状の特性、図中に示すＣは図４（ｃ）に示す形状の特性である。つまり、略比例関係となる特性は図中に示すＣの特性であって、図４（ｃ）に示す形状が最も望ましい。

なお、図中に示すＡの特性は概ね比例関係となっており、実用上十分な特性を有している。また、図中に示すＢの特性は比例関係から外れるがこの形状の場合は製作が容易である。ただし、この形状のときは、それぞれの穴の位置合わせに組み付け上の精度が要する。例えば、弁体１３０の案内部１３２を矩形状に形成すると良い。

以上の第２実施形態によれば、弁部材１３１に外周溝（１３１ｄ）を形成したほうが、絞り通路１２５への位置合わせが容易であるとともに簡素な構造の弁機構が形成できる。また、絞り通路１２５は、弁部材１３１の変位量と開口面積との関係が略比例関係となる断面形状であることにより、例えば、略矩形状とすれば、弁部材１３１の変位量に対して開口面積が略比例関係とできる。これにより、流量制御特性の精度の向上が図れる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、弁体１３０を略円筒状に形成し、弁体１３０の弁部材１３１、案内部１３２の外周が内接するように摺動穴１２４を形成するようにして、摺動穴１２４に弁体１３０を収容するように構成したが、これに限らず、弁体と摺動穴１２４との隙間を気密する気密部材を配設しても良い。

具体的には、図６に示すように、第３通路１２３と第２通路１２２との圧力差、つまり、蒸発器４の入口冷媒と出口冷媒との圧力差を気密する場合には、案内部１３２の外周に凹状の溝を形成し、その溝に０リングなどの第１気密部材１３６を配設すれば良い。

また、第１通路１２１と第２通路１２２との圧力差、つまり、冷凍サイクル上の高低差を気密する場合には、弁部材１３１の外周に凹状の溝を形成し、その溝に０リングなどの第２気密部材１３７を配設すれば良い。

これによれば、弁体１３０に第１、第２気密部材１３６、１３７を容易に配設することができるとともに、弁体１３０の組付性を阻害することなく弁ハウジング１１０に組み付けることができる。

（第４実施形態）
以上の実施形態では、弁部材１３１に形成された外周溝１３１ｄにより、第１通路１２１に接続される絞り通路１２５の開口面積を調節するように構成したが、これに限らず、弁部材１３１に形成された外周溝１３１ｄにより、具体的には、図７に示すように、第２通路１２２に接続される絞り通路１２５の開口面積を調節するように構成しても良い。

ただし、この場合には、第１通路１２１と摺動穴１２４との間に連通通路１２６を形成し、第２通路１２２と摺動穴１２４との間に絞り通路１２５を形成している。また、弁部材１３１には、二つの連通孔１３１ａ、１３１ｂを形成している。

以上の構成により、第１通路１２１に流入された高圧冷媒は、連通通路１２６を通って摺動穴１２４底部に流れ、連通孔１３１ｂ、連通孔１３１ａの順に流れることになる。従って、この場合には、連通孔１３１ｂ、連通孔１３１ａおよび絞り通路１２５にて断熱膨張されるとともに、外周溝１３１ｄおよび絞り通路１２５にて流量調節され、絞り通路１２５、第２通路１２２に流通される。

これにより、蒸発器５に減圧、流量調節された冷媒が流出される。ただし、摺動穴１２４の底部には高圧の圧力が作動棒１３５に付勢されることになる。つまり、本実施形態の場合には、変位部材１６０の変位量は、作動棒１３５に付勢される圧力以上の飽和圧力が必要となることで、変位部材１６０の径、つまり、ダイアフラムを大径にする必要がある。

また、このときには、第３通路と摺動穴１２４の底部とは圧力差が発生するので弁体１３０の弁部材１３１外周に第３気密部材１３８を配設して気密すると良い。

（第５実施形態）
以上の実施形態では、連通孔１３１ａの外周に外周溝１３１ｄを有する弁部材１３１を形成したが、これに限らず、連通孔１３１ａを形成せずに外周溝１３１ｄのみを弁部材１３１に形成しても良い。

なお、この場合には、図８に示すように、第２通路１２２と摺動穴１２４との間に形成する連通通路１２６は、第２通路１２２から斜め下に傾斜する斜め穴を形成すると良い。これによれば、以上の第１ないし第３実施形態と同じように、摺動穴１２４の底部には、減圧された冷媒が通過することで作動棒１３５に減圧後の低圧圧力が付勢される。

（第６実施形態）
以上の実施形態では、伝達部材１６３、作動棒１３５および弁体１３０を別体で形成して、それぞれを係合、もしくは挿入して組み立てるように構成したが、これに限らず、それぞれを一体に形成しても良い。具体的には、図９に示すように、作動棒１３５と伝達部材１６３とを一体に形成している。

また、図１０に示すように、弁体１３０と作動棒１３５とを一体に形成している。さらに、図１１に示すように、弁体１３０、作動棒１３５、および伝達部材１６３を一体に形成している。これによれば、部品点数を低減できるとともに、それぞれの構成部品を挿入などで組み立てるよりも一体に形成することにより、伝達部材１６３、弁体１３０および作動棒１３５の、連結長さ寸法の組立精度の向上が図れる。これにより、変位部材１６０の変位量を精度良く弁部材１３１に伝達できるため流量制御特性の精度の向上が図れる。

（第７実施形態）
以上の実施形態では、作動棒１３５を弁体１３０の一端に挿入して組み立てる構成、もしくは作動棒１３５と弁体１３０とを一体に形成する構成としたが、これに限らず、作動棒１３５の長さを変化させるように螺合による調節機能を有するように構成しても良い。

具体的には、図１２に示すように、弁体１３０の案内部１３２の一端に雌螺子部を有する有底の挿入穴１３０ａを形成するとともに、作動棒１３５に挿入穴１３０ａに螺合する雄螺子部１３５ａを形成する。

そして、弁ハウジング１１０に弁体１３０を組み立てるときは、予め作動棒１３５の一端を案内部１３２の挿入穴１３０ａにねじ込んでおく。そして、バネ部材１３３を弁部材１３１の外周に入れたままの状態で摺動穴１２４の開口端から挿入する。これにより、バネ部材１３３と弁体１３０が一方向から摺動穴１２４に収容することができる。

そして、以上の実施形態と同じように、受け面１２８にシール部材１６７を組み込んだ状態で作動棒１３５の他端を伝達部材１６３に組み込んで変位部材１６０を螺合することで、変位部材１６０が弁ハウジング１１０に配設される。

次に、第３通路１２３の左右の開口部から作動棒１３５を回転させて、その作動棒１３５の螺子込み深さを変化させることにより作動棒１３５の長さを調節できる。つまり、作動棒１３５の長さを調節できることで、バネ部材１３３のバネ力を含めた過熱度の微調節が可能となる。

また、このときに、作動棒１３５を中空状のシャフトで形成して、図中に示す矢印の方向に、案内部１３２をかしめ加工で結合すれば、調節後のネジ部の緩みを防止することができる。以上の構成による膨張弁１によれば、別体の調節機構を設けなくても過熱度の微調節が容易にできる。

つまり、部品点数を増加させなくても過熱度の微調節が可能であるとともに、調節後の緩みを防止できる。なお、ここでは、作動棒１３５を中空状に形成して、長さ調節後に案内部１３２をかしめ加工で結合するように構成したが、これに限らず、互いの螺子部を固着させる固着剤を塗布するようにしても良い。

（第８実施形態）
以上の第７実施形態では、作動棒１３５と弁体１３０とを螺合で連結させて、過熱度の微調節が行えるように構成したが、これに限らず、調節ネジ機構となる別部材を設けても良い。

具体的には、図１３に示すように、摺動穴１２４の底部に調節機構である調節ネジ部材１４０を設け、この調節ネジ部材１４０と弁体１３０の下端との間に、バネ部材１３３を配設するように弁体１３０、および弁ハウジング１１０を形成している。また、調節ネジ部材１４０は、上面にバネ部材１３３の一端を受けるように形成し、その外周の上方に凹状の溝、およびその下方に螺子部を形成している。なお、外周の溝に０リングなどの第４気密部材１３９を配設して、外部と摺動穴１２４の底部との気密を図っている。

さらに、調節ネジ部材１４０の底部に六角穴１４１を形成し、その六角穴１４１を利用して、レンチなどの工具により摺動穴１２４の螺子部にネジ込むようにしている。そして、弁ハウジング１１０には、底部に螺子部を有するように摺動穴１２４を形成している。

また、弁体１３０は、弁部材１３１に第４実施形態と同じように、第２通路１２２に接続される絞り通路１２５の開口面積を調節するように、外周溝１３１ｄ、連通孔１３１ａ、１３１ｂが形成されている。そして、弁部材１３１の下端にバネ部材の他端が当接するように形成している。

以上の構成によれば、バネ部材１３３のバネ力が弁体１３０、作動棒１３５を介して変位部材１６０に付勢することができるとともに、調節ネジ部材１４０により過熱度の微調整を行うことができる。なお、本実施形態では、まず、調節ネジ部材１４０を開口端側からねじ込んだ後、バネ部材１３３、弁体１３０を挿入することで一方向からの組み付けが可能である。

しかし、調節ネジ部材１４０のみを摺動穴１２４の螺子部側から組み付けを行い、弁体１３０およびバネ部材１３３を摺動穴１２４の開口端側から挿入することで摺動穴１２４内に収容しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、バネ部材１３３を弁体１３０と一緒に摺動穴１２４に収容するように構成したが、これに限らず、図１４に示すように、変位部材１６０の下方の開口部１２７内に配設しても良い。

つまり、バネ部材１３３の一端が弁ハウジング１１０に形成された開口部１２７の下端に設置され、他端が伝達部材１６３下方端に設置している。これにより、バネ部材１３３のバネ力が変位部材１６０に付勢される。なお、この場合には、弁体１３０に大径となる案内部１３２を形成しなくても良い。また、摺動穴１２４、弁体１３０が簡素な形状で形成することができる。

本発明の第１実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における弁ハウジング１１０に形成される冷媒通路の位置関係を示す縦断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態における弁体１３０の全体構成を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。 （ａ）ないし（ｃ）は本発明の第２実施形態における弁部材１１０および絞り通路の形状を示す模式図である。 図４に示す弁部材１１０および絞り通路の形状をパラメータにしたときの変位量と開口面積との関係を示す特性図である。 本発明の第３実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第５実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第６実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第６実施形態の変形例における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第６実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第７実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第８実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。 他の実施形態における温度式膨張弁１の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

５…蒸発器
１１０…弁ハウジング
１２１…第１通路
１２２…第２通路
１２３…第３通路
１２４…摺動穴
１２５…絞り通路
１３０…弁体
１３１…弁部材
１３１ａ…連通孔
１３１ｂ…連通孔
１３１ｃ…連通孔
１３１ｄ…外周溝
１３２…案内部
１３３…バネ部材
１３５…作動棒
１３６…第１気密部材
１３７…第２気密部材
１４０…調節ネジ部材
１６３…伝達部材

Claims (12)

1. 高圧冷媒が流入する第１通路（１２１）、蒸発器（５）に流出する低圧冷媒が流通する第２通路（１２２）、前記蒸発器（５）の出口側冷媒が流通する第３通路（１２３）および前記第１通路（１２１）から流入した高圧冷媒を減圧するために上流側部が前記第１通路（１２１）と通じる絞り通路（１２５）を有する弁ハウジング（１１０）と、
   前記絞り通路（１２５）出口の通路断面積を変化させる弁部材（１３１）を有する弁体（１３０）と、
   前記第３通路（１２３）を流通する冷媒の出口温度に相当する飽和圧力と前記蒸発器（５）の蒸発圧力との圧力差に応じて変位する変位部材（１６０）に連動して前記弁体（１３０）を駆動する作動棒（１３５）とを備え、
   前記弁ハウジング（１１０）には、前記絞り通路（１２５）の下流側部に連通し、前記第２通路（１２２）の上流側部に連通するとともに、前記弁体（１３０）を収容する摺動穴（１２４）が形成されており、
   前記弁部材（１３１）には、弁流路としての連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）が形成され、
   少なくとも前記連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）の一つは、前記作動棒（１３５）に連動して前記弁部材（１３１）が前記摺動穴（１２４）を移動することにより前記絞り通路（１２５）の前記摺動穴（１２４）への開口と協働して前記絞り通路との連通面積を可変することを特徴とする温度式膨張弁。
2. 前記連通孔（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ）は、少なくともそのうちの一つが前記摺動穴（１２４）の底部に開口していることを特徴とする請求項１に記載の温度式膨張弁。
3. 前記弁体（１３０）は、棒状の小径からなる前記弁部材（１３１）とその弁部材（１３１）より大径からなる案内部（１３２）とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度式膨張弁。
4. 前記摺動穴（１２４）は、前記弁ハウジング（１１０）の一方向から形成された穴であり、その一端から前記弁体（１３０）が挿入できるように形成され、かつ底部近傍に前記絞り通路（１２５）が開口されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
5. 前記弁部材（１３１）には、その外周に流体通路としての外周溝（１３１ｄ）が形成され、前記外周溝（１３１ｄ）が前記作動棒（１３５）に連動して前記絞り通路（１２５）の開口面積を調節することを特徴とする請求項３に記載の温度式膨張弁。
6. 前記絞り通路（１２５）は、前記弁部材（１３１）の変位量と開口面積との関係が略比例関係となる断面形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
7. 前記弁体（１３０）には、前記第３通路（１２３）と前記第２通路（１２２）との圧力差を気密する第１気密部材（１３６）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
8. 前記弁体（１３０）には、前記第１通路（１２１）と前記第２通路（１２２）との圧力差を気密する第２気密部材（１３７）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
9. 前記蒸発器（５）の出口冷媒が過熱度を有するように前記変位部材（１６０）を付勢するバネ部材（１３３）が設けられ、
   前記バネ部材（１３３）のバネ力を調節する調節ネジ部材（１４０）が設けられ、
   前記バネ部材（１３３）は、前記弁体（１３０）と前記調節ネジ部材（１４０）との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
10. 前記蒸発器（５）の出口冷媒が過熱度を有するように前記変位部材（１６０）を付勢するバネ部材（１３３）が設けられ、
    前記バネ部材（１３３）は、前記弁体（１３０）と前記摺動穴（１２４）との隙間に配設されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。
11. 前記弁体（１３０）および前記作動棒（１３５）は、前記バネ部材（１３３）のバネ力を調節できるように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の温度式膨張弁。
12. 前記変位部材（１６０）には、前記作動棒（１３５）に駆動力を伝達する伝達部材（１６３）が設けられ、
    前記弁体（１３０）は、前記作動棒（１３５）、もしくは前記作動棒（１３５）を含めて前記伝達部材（１６３）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の温度式膨張弁。

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