JP2024026258A - パワーエレメント及びこれを用いた膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】安価でありながら、所望の温度／流量特性を得ることができるパワーエレメント及びそれを用いた膨張弁を提供する。【解決手段】パワーエレメント８は、ダイアフラム８３と、前記ダイアフラム８３の外周部８３ａにおける一方の側に接合され、前記ダイアフラム８３との間に圧力作動室ＰＯを形成する上蓋部材８２と、前記ダイアフラム８３の外周部８３ａにおける他方の側に接合された環状の支点調整部材８５と、前記支点調整部材８５に接合され、前記ダイアフラム８３との間に冷媒流入室ＬＳを形成する受け部材と、前記冷媒流入室ＬＳに収容されるストッパ部材８４と、を有し、前記ダイアフラム８３は、前記支点調整部材８５の支点に当接可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、パワーエレメント及びこれを用いた膨張弁に関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等に用いる冷凍サイクルにおいては、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温式の温度膨張弁が使用されている。このような温度膨張弁において、封入した作動ガスの圧力で弁体を駆動するパワーエレメントが採用されている。

特許文献１に示す膨張弁に備えられたパワーエレメントは、ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間で作動ガスが封入される圧力作動室を形成する上蓋部材と、中央部に貫通孔を備えるとともに前記ダイアフラムに関して前記上蓋部材と反対側に配置される受け部材と、前記ダイアフラムと前記受け部材との間に形成される流体流入室に配置され、弁体を駆動する作動棒に連結されたストッパ部材と、を備える。ダイアフラムは、薄く可撓性を有する金属製の板から形成されている。

流体流入室に流入する冷媒の温度が低ければ、圧力作動室の作動ガスから熱を奪うことで収縮が生じ、また該冷媒の温度が高ければ、圧力作動室の作動ガスに熱を付与することで膨張が生じる。作動ガスの収縮／膨張に応じてダイアフラムが変形するため、その変形量に応じて、ストッパ部材及び作動棒を介して弁体を開閉させることができ、それにより膨張弁を通過する冷媒の流量調整を行うことができる。

特開２０１９－１６３８９６号公報

ところで、膨張弁を使用する冷媒循環システムの仕様によっては、温度に対する冷媒の流量の特性（温度／流量特性という）を細かく調整したい場合がある。従来技術によれば、仕様ごとにパワーエレメントの形状を変更して、所望の温度／流量特性を得ている。しかしながら、わずかな特性の変更であっても、パワーエレメントの部品の型などを変更しなくてはならず、それにより膨張弁のコストの増大を招いている。

そこで本発明は、安価でありながら、所望の温度／流量特性を得ることができるパワーエレメント及びそれを用いた膨張弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるパワーエレメントは、
ダイアフラムと、
前記ダイアフラムの外周部における一方の側に接合され、前記ダイアフラムとの間に圧力作動室を形成する上蓋部材と、
前記ダイアフラムの外周部における他方の側に接合された環状の支点調整部材と、
前記支点調整部材に接合され、前記ダイアフラムとの間に冷媒流入室を形成する受け部材と、を有し、
前記ダイアフラムは、前記支点調整部材の支点に当接可能であり、
前記支点調整部材の硬度は、前記ダイアフラムの硬度より低いことを特徴とする。
本発明によるパワーエレメントは、
外周部と、中央部と、前記外周部と前記中央部との間に設けられた輪状部と、を備えたダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記外周部における一方の側に接合され、前記ダイアフラムとの間に圧力作動室を形成する上蓋部材と、
前記ダイアフラムの前記外周部における他方の側に接合される環状平板部と、前記環状平板部の内周に連接され下方に向かう支持曲面部とを有する支点調整部材と、
前記支点調整部材の環状平板部に接合されるフランジ部と、前記フランジ部の内周に連接され下方に向かう円錐部を備え、前記ダイアフラムと前記円錐部との間に冷媒流入室を形成する受け部材とを有し、
前記ダイアフラム、前記上蓋部材、前記支点調整部材、及び前記受け部材は、外径がほぼ等しく、外周が溶接されることにより一体化されており、
前記支点調整部材の前記環状平板部は、前記受け部材のフランジ部よりも径方向に幅が広く、
前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムが撓み変位した際に、前記支点調整部材の前記支持曲面部に当接可能であり、
前記支点調整部材の硬度は、前記ダイアフラムの硬度より低いことを特徴とする。
本発明のパワーエレメントは、
外周部と、中央部と、前記外周部と前記中央部との間に設けられた輪状部と、を備えたダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記外周部における一方の側に接合され、前記ダイアフラムとの間に圧力作動室を形成する上蓋部材と、
前記ダイアフラムの前記外周部における他方の側に接合される環状平板部と、前記環状平板部の内周に連接され下方に向かう支持曲面部とを有する支点調整部材と、
前記支点調整部材の環状平板部に接合されるフランジ部と、前記フランジ部の内周に連接され下方に向かう円錐部を備え、前記ダイアフラムと前記円錐部との間に冷媒流入室を形成する受け部材とを有し、
前記ダイアフラム、前記上蓋部材、前記支点調整部材、及び前記受け部材は、外径がほぼ等しく、外周が溶接されることにより一体化されており、
前記支点調整部材の前記環状平板部は、前記受け部材のフランジ部よりも径方向に幅が広く、
前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムが撓み変位した際に、前記支点調整部材の前記支持曲面部に当接可能であり、
前記支点調整部材の前記支持曲面部は、前記ダイアフラムの形状に沿った形状を有することを特徴とする。

本発明により、安価でありながら、所望の温度／流量特性を得ることができるパワーエレメント及びそれを用いた膨張弁を提供することができる。

図１は、本実施形態における膨張弁を、冷媒循環システムに適用した例を模式的に示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態のパワーエレメントの拡大断面図である。 図３は、第１実施形態のパワーエレメントの分解図である。 図４は、第１変形例のパワーエレメントの拡大断面図である。 図５は、第２変形例のパワーエレメントの拡大断面図である。 図６は、第１実施形態のパワーエレメントを用いた膨張弁の温度／流量特性を示す図である。 図７は、第２実施形態のパワーエレメントの拡大断面図である。 図８は、第３実施形態における膨張弁を示す概略断面図である。 図９は、第３実施形態におけるパワーエレメントの断面図である。 図１０は、第３実施形態における図８のＢ部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明する。

（方向の定義）
本明細書において、弁体３から作動棒５に向かう方向を「上方向」と定義し、作動棒５から弁体３に向かう方向を「下方向」と定義する。よって、本明細書では、膨張弁１の姿勢に関わらず、弁体３から作動棒５に向かう方向を「上方向」と呼ぶ。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態におけるパワーエレメントを含む膨張弁１の概要について説明する。図１は、本実施形態における膨張弁１を、冷媒循環システム１００に適用した例を模式的に示す概略断面図である。本実施例では、膨張弁１は、コンプレッサ１０１と、コンデンサ１０２と、エバポレータ１０４とに流体接続されている。膨張弁１の軸線をＬとする。

図１において、膨張弁１は、弁室ＶＳを備える弁本体２と、弁体３と、付勢装置４と、作動棒５と、パワーエレメント８を具備する。

弁本体２は、弁室ＶＳに加え、第１流路２１と、第２流路２２と、中間室２２１と、戻り流路（冷媒通路ともいう）２３とを備える。第１流路２１は供給側流路であり、弁室ＶＳには、供給側流路を介して冷媒が供給される。第２流路２２は排出側流路であり、弁室ＶＳ内の流体は、弁通孔２７、中間室２２１及び排出側流路を介して膨張弁外に排出される。

第１流路２１と弁室ＶＳとの間は、第１流路２１より小径の接続路２１ａにより連通している。弁室ＶＳと中間室２２１との間は、弁座２０及び弁通孔２７を介して連通している。

中間室２２１の上方に形成された作動棒挿通孔２８は、作動棒５をガイドする機能を有し、作動棒挿通孔２８の上方に形成された環状凹部２９は、リングばね６を収容する機能を有する。リングばね６は、作動棒５の外周に複数のばね片を当接させて、所定の付勢力を付与するものである。

弁体３は弁室ＶＳ内に配置される。弁体３が弁本体２の弁座２０に着座しているとき、弁通孔２７の冷媒の流れが制限される。この状態を非連通状態という。ただし、弁体３が弁座２０に着座した場合でも、制限された量の冷媒を流すこともある。一方、弁体３が弁座２０から離間しているとき、弁通孔２７を通過する冷媒の流れが増大する。この状態を連通状態という。

作動棒５は、弁通孔２７に所定の隙間を持って挿通されている。作動棒５の下端は、弁体３の上面に接触している。作動棒５の上端は、後述するストッパ部材８４の嵌合孔８４ｃに嵌合している。

作動棒５は、付勢装置４による付勢力に抗して弁体３を開弁方向に押圧することができる。作動棒５が下方向に移動するとき、弁体３は、弁座２０から離間し、膨張弁１が開状態となる。

図１において、付勢装置４は、断面円形の線材を螺旋状に巻いたコイルばね４１と、弁体サポート４２と、ばね受け部材４３とを有する。

弁体サポート４２は、コイルばね４１の上端に取り付けられており、その上面には球状の弁体３が溶接され、両者は一体となっている。

コイルばね４１の下端を支持するばね受け部材４３は、弁本体２に対して螺合可能となっていて、弁室ＶＳを密封する機能と、コイルばね４１の付勢力を調整する機能とを有する。

（パワーエレメント）
次に、パワーエレメント８について説明する。図２は、パワーエレメント８の拡大断面図である。図３は、パワーエレメント８の分解図である。パワーエレメント８の軸線をＯとする。パワーエレメント８は、栓８１と、上蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、支点調整部材８５と、受け部材８６と、ストッパ部材８４とを有する。ここでも、上蓋部材８２側が上側であり、受け部材８６側が下側であるものとする。

上蓋部材８２は、例えば金属製の板材をプレスにより成形することによって形成される。上蓋部材８２は、環状の外側板部８２ｂと、外側板部８２ｂの内周に連設され上側に向かう外側テーパ部８２ｃと、外側テーパ部８２ｃの内周に連設された環状の中間板部８２ｄと、中間板部８２ｄの内周に連設され上側に向かう内側テーパ部８２ｅと、内側テーパ部８２ｅの内周に連設された頂部８２ｆとを有する。頂部８２ｆの中央には開口８２ａが形成され、栓８１により封止可能となっている。

上蓋部材８２に対向する受け部材８６は、例えば金属製の板材をプレスにより成形することによって形成される。受け部材８６は、上蓋部材８２の外側板部８２ｂの外径とほぼ同じ外径を持つフランジ部８６ａと、フランジ部８６ａの内周に連設され下側に向かう円錐部８６ｂと、円錐部８６ｂの内周に連設された環状の内側板部８６ｃと、内側板部８６ｃの内周に連設された中空円筒部８６ｄとを有している。中空円筒部８６ｄの外周には、雄ねじ８６ｅが形成されている。

一方、図１に示すように、中空円筒部８６ｄが取り付けられる弁本体２の凹部２ａの内周には、雄ねじ８６ｅに螺合する雌ねじ２ｃが形成されている。

図２において、上蓋部材８２と支点調整部材８５との間に配置されるダイアフラム８３は、薄く可撓性を有する金属（たとえばＳＵＳ）製の板材からなり、上蓋部材８２及び受け部材８６の外径とほぼ同じ外径を有する。

より具体的に、ダイアフラム８３は、上蓋部材８２と支点調整部材８５とに挟持される外周部８３ａと、ストッパ部材８４に当接する中央部８３ｂとを有する。また、ダイアフラム８３は、外周部８３ａと中央部８３ｂとの間において、軸線Ｏに対してそれぞれ同軸であり、上側に突出した複数の上側輪状部８３ｃと、下側に突出した複数の下側輪状部８３ｄとを径方向に沿って交互に備える。本実施形態では、図２に示す断面において、上側輪状部８３ｃと下側輪状部８３ｄとで略サインカーブを描くような周期的形状としているが、断面半円形である周溝状の上側輪状部と下側輪状部とを、平板に独立してそれぞれ形成するようにしてもよい。

支点調整部材８５は、ＳＵＳなどの金属製の板材をプレスにより成形することで、ダイアフラム８３と外径がほぼ等しい略環状に形成されている。より具体的には、支点調整部材８５は、受け部材８６のフランジ部８６ａよりも径方向の幅が広い環状平板部８５ａと、環状平板部８５ａの内周に連設され下方に向かう支持曲面部８５ｂとを有する。環状平板部８５ａと支持曲面部８５ｂとは、滑らかな曲面を介して接続されていると好ましい。環状平板部８５ａは、ダイアフラム８３の外周部８３ａと受け部材８６のフランジ部８６ａとに挟持されて保持される。なお、支点調整部材８５の硬度を、受け部材８６の硬度より低くすることが望ましく、またダイアフラム８３の硬度より低くすることが望ましい。これにより、支点調整部材８５の支点近傍に異物が進入した場合に、かかる異物が支点調整部材８５の表面に埋没することで、ダイアフラム８３が受けるダメージを抑制することができる。

ストッパ部材８４は、円筒状の本体８４ａと、本体８４ａの上端に連設され径方向に延在する円盤部８４ｂと、本体８４ａの下面中央に形成された袋穴状の嵌合孔８４ｃとを有する。円盤部８４ｂの中央頂面は、ダイアフラム８３の中央部８３ｂの下面と接している。円盤部８４ｂの中央頂面以外の外周部は、中央頂面より低くなって外周段部８４ｄを形成している。

次に、図２、３を参照して、パワーエレメント８の組み立て手順を説明する。ダイアフラム８３と受け部材８６との間に、支点調整部材８５及びストッパ部材８４を配置した上で、上蓋部材８２の外側板部８２ｂと、ダイアフラム８３の外周部８３ａと、支点調整部材８５の環状平板部８５ａと、受け部材８６のフランジ部８６ａをこの順序で重ね合わせ軸方向に押圧しつつ、その外周を例えばＴＩＧ溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により溶接して全周にわたって溶接部Ｗ（図２）を形成し、これらを一体化する。

続いて、上蓋部材８２に形成された開口８２ａから、上蓋部材８２とダイアフラム８３とで囲われる空間（圧力作動室ＰＯ、図１参照）内に作動ガスを封入した後、開口８２ａを栓８１で封止し、更にプロジェクション溶接等を用いて、栓８１を上蓋部材８２に固定する。

このとき、圧力作動室ＰＯに封入された作動ガスにより、ダイアフラム８３は、受け部材８６側に張り出す形で圧力を受けるため、ダイアフラム８３と受け部材８６とで囲われる下部空間（冷媒流入室）ＬＳ（図１参照）に配置されたストッパ部材８４の中央頂面に、ダイアフラム８３の中央部８３ｂが当接する。これによりストッパ部材８４の円盤部８４ｂは、ダイアフラム８３と受け部材８６の内側板部８６ｃとの間で保持される。

以上のようにアッセンブリ化したパワーエレメント８を、弁本体２に組み付けるときは、軸線Ｏを軸線Ｌと合致させるようにして、受け部材８６の中空円筒部８６ｄの下端外周の雄ねじ８６ｅを、弁本体２の凹部２ａの内周に形成した雌ねじ２ｃに螺合させる。中空円筒部８６ｄの雄ねじ８６ｅを雌ねじ２ｃに対して螺進させてゆくと、受け部材８６の内側板部８６ｃが弁本体２の上端面に当接する。これによりパワーエレメント８を弁本体２に固定できる。

このとき、パワーエレメント８と弁本体２との間には、パッキンＰＫが介装され、下部空間ＬＳにつながる凹部２ａ内の空間が封止されて、凹部２ａからの冷媒のリークを防止する。かかる状態で、パワーエレメント８の下部空間ＬＳは、連通孔２ｂを介して戻り流路２３と連通している。

（膨張弁の動作）
図１を参照して、膨張弁１の動作例について説明する。コンプレッサ１０１で加圧された冷媒は、コンデンサ１０２で液化され、膨張弁１に送られる。また、膨張弁１で断熱膨張された冷媒はエバポレータ１０４に送り出され、エバポレータ１０４で、エバポレータの周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ１０４から戻る冷媒は、膨張弁１（より具体的には、戻り流路２３）を通ってコンプレッサ１０１側へ戻される。このとき、エバポレータ１０４を通過することで、第２流路２２内の流体圧は、戻り流路２３の流体圧より大きくなる。

膨張弁１には、コンデンサ１０２から高圧冷媒が供給される。より具体的には、コンデンサ１０２からの高圧冷媒は、第１流路２１を介して弁室ＶＳに供給される。

弁体３が、弁座２０に着座しているとき（非連通状態のとき）には、弁室ＶＳから弁通孔２７、中間室２２１及び第２流路２２を通ってエバポレータ１０４へ送り出される冷媒の流量が制限される。他方、弁体３が、弁座２０から離間しているとき（連通状態のとき）には、弁室ＶＳから弁通孔２７、中間室２２１及び第２流路２２を通って、エバポレータ１０４へ送り出される冷媒の流量が増大する。膨張弁１の閉状態と開状態との間の切り換えは、ストッパ部材８４を介してパワーエレメント８に接続された作動棒５によって行われる。

図１において、パワーエレメント８の内部には、ダイアフラム８３により仕切られた圧力作動室ＰＯと下部空間ＬＳとが設けられている。このため、圧力作動室ＰＯ内の作動ガスが液化されると、ダイアフラム８３が上昇するため、コイルばね４１の付勢力に応じてストッパ部材８４及び作動棒５が上方向に移動する。一方、液化された作動ガスが気化されると、ダイアフラム８３とストッパ部材８４が下方に押圧されるため、作動棒５は下方向に移動する。このようにして、膨張弁１の開状態と閉状態との間の切り換えが行われる。

更に、パワーエレメント８の下部空間ＬＳは、戻り流路２３と連通している。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の温度・圧力に応じて、圧力作動室ＰＯ内の作動ガスの体積が変化し、作動棒５が駆動される。換言すれば、図１に記載の膨張弁１では、エバポレータ１０４から膨張弁１に戻る冷媒の温度・圧力に応じて、膨張弁１からエバポレータ１０４に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。

（支点調整部材）
支点調整部材８５の作用について説明する。ダイアフラム８３は、圧力作動室ＰＯ内の作動ガスの体積変化に応じて、中立位置を挟んで上蓋部材８２側又は受け部材８６側へと変位する。ここで、「中立位置」とは、ダイアフラムが上蓋部材側の支点からも、また支点調整部材側の支点からも反力を受けない位置をいう。

なお、「上蓋部材側の支点」とは、ダイアフラムが撓んで変位する場合において、上蓋部材に当接することでダイアフラムが制止される（上蓋部材側に変位しない）部位と、上蓋部材側に変位する部位との境界点に接する上蓋部材の点をいう。図２の例では、上蓋部材８２側の支点はＰ１である。

また、「支点調整部材側の支点」とは、ダイアフラムが撓んで変位する場合において、支点調整部材に当接することでダイアフラムが制止される（受け部材側に変位しない）部位と、受け部材側に変位する部位との境界点に接する支点調整部材の点をいう。図２の例では、支点調整部材８５側の支点は、支持曲面部８５ｂ上のＰ２である。支点Ｐ２を全周に沿ってつなげると、軸線Ｏを中心とする円となり、その直径（支点径という）をφ１とする。

ここで、支点調整部材８５の支持曲面部８５ｂは、受け部材８６のフランジ部８６ａよりも内側に張り出している。仮に、支点調整部材８５を設けない場合、ダイアフラム８３は受け部材８６に直接当接することになるため、支点調整部材側の支点の代わりに受け部材８６上に支点（受け部材側の支点）が生じるが、このときの受け部材側の支点の径は、明らかに支点調整部材側の支点径φ１よりも大きくなる。つまり、支点調整部材８５を設けることにより、支点径を小さくする効果がある。

（第１変形例）
図４は、第１変形例のパワーエレメント８Ａの拡大断面図である。本変形例においては、第１実施形態のパワーエレメント８に対し、支点調整部材８５Ａの形状を変更している。より具体的には、第１実施形態に対して、環状平板部８５Ａａの径方向幅を内周側に広げている。これにより、支点調整部材８５Ａ側の支点は、支持曲面部８５Ａｂ上のＰ３となり、その支点径はφ２となる。このとき、φ１＞φ２である。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

（第２変形例）
図５は、第２変形例のパワーエレメント８Ｂの拡大断面図である。本変形例においては、第１変形例のパワーエレメント８Ａに対し、支点調整部材８５Ｂの形状を更に変更している。より具体的には、第１変形例に対して、環状平板部８５Ｂａは同様とするが、支持曲面部８５Ｂｂをダイアフラム８３の形状に沿わせながら軸線Ｏ側に延長させている。これにより、支点調整部材８５Ｂ側の支点Ｐ４は、支持曲面部８５Ａｂの端部となり、その支点径はφ３となる。このとき、φ２＞φ３である。

本変形例では、上記実施形態の受け部材８６に対して、形状を変更した受け部材を用いているが、両者は基本的には同じ構成であるため、同じ符号を付して説明を省略する。また、それ以外の構成は、上述した実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

図６は、膨張弁１の温度／流量特性を示すグラフであり、縦軸に冷媒流量をとり、横軸にパワーエレメントの温度をとって表している。上述したように、膨張弁１は、パワーエレメントの温度が増大するにつれて、冷媒の流量を増大させることで、冷媒循環システム１００の温度制御を行うことができる。しかしながら、いかなる温度のときに、いかなる冷媒の流量とすべきかは、冷媒循環システム１００の仕様によって異なる。

ここで、第１実施形態にかかるパワーエレメント８を備えた膨張弁の場合、支点調整部材８５の支点径がφ１であるから、図６の実線で示すグラフＡに沿った温度／流量特性を得ることができる。

これに対し、第１変形例にかかるパワーエレメント８Ａを備えた膨張弁の場合、支点調整部材８５Ａの支点径をφ２（＜φ１）と減少させている。このため、図６の一点鎖線で示すグラフＢに沿った温度／流量特性を得ることができ、グラフＡと比較して同じパワーエレメントの温度でも冷媒の流量が低下する。その理由を以下に説明する。第１変形例において、受け部材８６側に変位したダイアフラム８３が、支点調整部材８５Ａの支点Ｐ３で支持されて変形する。かかる場合、支点Ｐ２で支持される場合に比べ、支点径が小さくなるため（φ２＜φ１）、ダイアフラム８３の中央部８３ｂの変位量が減少し、弁体３の開弁量が減少することとなる。

更に、第２変形例にかかるパワーエレメント８Ｂを備えた膨張弁の場合、ダイアフラム８３が支点調整部材８５Ｂの支点Ｐ４で支持されて変形するため、支点調整部材８５Ｂの支点径がφ３（＜φ２）と更に小さくなる。そのため、同様の理由で、図６の二点鎖線で示すグラフＣに沿った温度／流量特性を得ることができ、グラフＢと比較して同じパワーエレメントの温度でも冷媒の流量が更に低下する。

なお、図５に点線で示すように、支持曲面部８５Ｂｂをダイアフラム８３の形状に沿わせながら軸線Ｏ側に更に延長させることもできる。これにより、支点調整部材の支点径を更に小さくできる効果がある。

加えて、図５に点線で図示する構成によれば、別な効果もある。仮に、支点調整部材を設けないとすると、受け部材８６の支点を用いてダイアフラム８３を変位させることになるが、受け部材８６の円錐部８６ｂとストッパ部材８４の円盤部８４ｂとの干渉を回避することが要求されるため、受け部材８６の支点の径を小さくすることには制限があった。

これに対し、図５に点線で図示する構成では、支点調整部材８５Ｂの内周端（支点）Ｐ５が、ダイアフラム８３とストッパ部材８４の外周段部８４ｄとの間に進入するため、支点調整部材８５Ｂとストッパ部材８４とを、互いに干渉することなく軸線Ｏ方向に重なるように設置できる。つまり、図５に点線で図示する構成を用いることで、他部品との干渉を生じることなく、支点径を減少させる自由度が高まる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、上蓋部材８２、ダイアフラム８３、受け部材８６に共通の部品を用いてパワーエレメントを構成した場合でも、形状が異なる支点調整部材８５，８５Ａ，８５Ｂのいずれかを選択して組み付けることで、膨張弁の異なる温度／流量特性を得ることができる。これにより、冷媒循環システム１００の仕様に合わせて温度／流量特性の広範なチューニングが可能であるにもかかわらず、コストを抑えた膨張弁を提供できる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態のパワーエレメント８Ｃの拡大断面図である。第２実施形態においては、第２変形例のパワーエレメント８Ｂに対し、支点調整部材８５Ｃの形状を変更している。より具体的には、図７の断面において、支点調整部材８５Ｃの支持曲面部８５Ｃｂ上に、それぞれ環状の凸曲面を形成する外側凸部８５Ｃｃと内側凸部８５Ｃｄとを設けている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

ダイアフラム８３が、上蓋部材８２側から受け部材８６側へと変位したときに、まず外側凸部８５Ｃｃに当接する（図７に点線で図示）。かかる場合、支点調整部材８５Ｃ側の支点は、外側凸部８５Ｃｃ上のＰ６となり、その支点径はφ４となる。更にダイアフラム８３が、受け部材８６側へと変位すると、次に内側凸部８５Ｃｄに当接する（図７に実線で図示）。かかる場合、支点調整部材８５Ｃ側の支点は、内側凸部８５Ｃｄ上のＰ７となり、その支点径はφ５（＜φ４）となる。

換言すれば、単一の支点調整部材８５Ｃを用いつつ、二段階の温度／流量特性を得ることができる。具体的に説明すると、図６を参照して、例えば所定温度未満では支点調整部材８５Ｃ側の支点Ｐ６を用いることで、グラフＢに類似した特性を得ることができる。また所定温度以上では、支点Ｐ６から径方向内側にシフトした支点Ｐ７を用いることで、グラフＣに類似した特性を得ることができる。なお、以上の実施形態では支点の数を２個としたが、３個以上の径方向に異なる支点を用いてもよい。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態における膨張弁１Ｄを示す概略断面図である。図９は、第３の実施形態におけるパワーエレメント８Ｄの断面図である。図１０は、第３の実施形態における図８のＢ部を拡大して示す断面図である。

図８に示す膨張弁１Ｄが、第１の実施形態にかかる膨張弁１と異なる点は、パワーエレメント８Ｄと、弁本体２Ｄの上部構成にある。すなわち本実施形態においては、パワーエレメント８Ｄと弁本体２Ｄは、ねじの螺合により結合されておらず、両者の結合はカシメにより行われる。それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

図９において、パワーエレメント８Ｄは、栓８１と、上蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、受け部材８６Ｄと、支点調整部材８５と、ストッパ部材８４とを有する。ここでも、上蓋部材８２側が上側であり、受け部材８６Ｄ側が下側であるものとする。なお、ストッパ部材は設けなくてもよい。

本実施形態のパワーエレメント８Ｄにおいては、第１の実施形態におけるパワーエレメント８に対して、受け部材８６Ｄの構成のみが主として異なる。それ以外の栓８１、上蓋部材８２、ダイアフラム８３、支点調整部材８５、ストッパ部材８４については、細部の形状が異なることを除き基本的に同様な構成であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

金属製の板材をプレスにより成形することによって形成される受け部材８６Ｄは、上蓋部材８２の外側板部８２ｂの外径とほぼ同じ外径を持つフランジ部８６Ｄａと、フランジ部８６Ｄａの内周に連設され下側に向かう中空円筒部８６Ｄｂと、中空円筒部８６Ｄｂの下端内周に連設された環状の内側板部８６Ｄｃと、を有している。内側板部８６Ｄｃは、ストッパ部材８４の本体８４ａが嵌入する中央開口８６Ｄｄを備えている。

パワーエレメント８Ｄの組み立て時において、ダイアフラム８３と受け部材８６Ｄとの間にストッパ部材８４を配置しつつ、上蓋部材８２の外側板部８２ｂと、ダイアフラム８３の外周部８３ａと、支点調整部材８５の環状平板部８５ａと、受け部材８６Ｄのフランジ部８６Ｄａをこの順序で重ね合わせ軸方向に押圧しつつ、その外周を例えばＴＩＧ溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により溶接して全周にわたって溶接部Ｗを形成し、これらを一体化する。

続いて、上蓋部材８２に形成された開口８２ａから、上蓋部材８２とダイアフラム８３とで囲われる空間内に作動ガスを封入した後、開口８２ａを栓８１で封止し、更にプロジェクション溶接等を用いて、栓８１を上蓋部材８２に固定する。以上により、パワーエレメント８Ｄが組み立てられる。

図１０において、アルミニウムなどの金属から形成される弁本体２Ｄは、その上端から延在する円管部２ｄを備える。円管部２ｄの内径は、パワーエレメント８Ｄの外径に等しいか、わずかに大きい。

パワーエレメント８Ｄを弁本体２Ｄに組み付ける前において、円管部２ｄは点線で示すように、軸線Ｌ（図８）を軸とする円筒形状となっている。パワーエレメント８Ｄを弁本体２Ｄに組み付けるときは、弁本体２Ｄの段部２ｅに環状のパッキンＰＫを配置して、受け部材８６Ｄ側から弁本体２Ｄに接近させ、円管部２ｄ内にパワーエレメント８Ｄを嵌合させる。このとき、内側板部８６Ｄｃと段部２ｅとの間にパッキンＰＫが挟持される。

かかる状態で、不図示のカシメ工具を用いて、円管部２ｄの先端を内側に向かってかしめると、円管部２ｄの先端は軸線Ｌに向かって塑性変形して、環状のカシメ部２ｆが形成される。上蓋部材８２の外側板部８２ｂの外周上面がカシメ部２ｆから押圧されて固定される。これにより内側板部８６Ｄｃと段部２ｅとの間でパッキンＰＫが軸線Ｌ方向に圧縮され、下部空間ＬＳにつながる凹部２ａ内の空間が封止されて、凹部２ａからの冷媒のリークを防止する。

図８に示す膨張弁１Ｄも、図１に示す冷媒循環システム１００に組み込むことができ、第１の実施形態にかかる膨張弁１と同様の機能を発揮する。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

１、１Ｄ ：膨張弁
２、２Ｄ ：弁本体
３ ：弁体
４ ：付勢装置
５ ：作動棒
６ ：リングばね
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ：パワーエレメント
２０ ：弁座
２１ ：第１流路
２２ ：第２流路
２２１ ：中間室
２３ ：戻り流路
２７ ：弁通孔
２８ ：作動棒挿通孔
２９ ：環状凹部
４１ ：コイルばね
４２ ：弁体サポート
４３ ：ばね受け部材
８１ ：栓
８２ ：上蓋部材
８３ ：ダイアフラム
８４ ：ストッパ部材
８５、８５Ａ、８５Ｂ、８５Ｃ：支点調整部材
８６，８６Ｄ ：受け部材
１００ ：冷媒循環システム
１０１ ：コンプレッサ
１０２ ：コンデンサ
１０４ ：エバポレータ
ＶＳ ：弁室
Ｐ１ ：上蓋部材側の支点
Ｐ２～Ｐ７：支点調整部材側の支点

Claims (5)

1. 外周部と、中央部と、前記外周部と前記中央部との間に設けられた輪状部と、を備えたダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの前記外周部における一方の側に接合され、前記ダイアフラムとの間に圧力作動室を形成する上蓋部材と、
   前記ダイアフラムの前記外周部における他方の側に接合される環状平板部と、前記環状平板部の内周に連接され下方に向かう支持曲面部とを有する支点調整部材と、
   前記支点調整部材の環状平板部に接合されるフランジ部と、前記フランジ部の内周に連接され下方に向かう円錐部を備え、前記ダイアフラムと前記円錐部との間に冷媒流入室を形成する受け部材とを有し、
   前記ダイアフラム、前記上蓋部材、前記支点調整部材、及び前記受け部材は、外径がほぼ等しく、外周が溶接されることにより一体化されており、
   前記支点調整部材の前記環状平板部は、前記受け部材のフランジ部よりも径方向に幅が広く、
   前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムが撓み変位した際に、前記支点調整部材の前記支持曲面部に当接可能であり、
   前記支点調整部材の硬度は、前記ダイアフラムの硬度より低いことを特徴とするパワーエレメント。
2. 外周部と、中央部と、前記外周部と前記中央部との間に設けられた輪状部と、を備えたダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの前記外周部における一方の側に接合され、前記ダイアフラムとの間に圧力作動室を形成する上蓋部材と、
   前記ダイアフラムの前記外周部における他方の側に接合される環状平板部と、前記環状平板部の内周に連接され下方に向かう支持曲面部とを有する支点調整部材と、
   前記支点調整部材の環状平板部に接合されるフランジ部と、前記フランジ部の内周に連接され下方に向かう円錐部を備え、前記ダイアフラムと前記円錐部との間に冷媒流入室を形成する受け部材とを有し、
   前記ダイアフラム、前記上蓋部材、前記支点調整部材、及び前記受け部材は、外径がほぼ等しく、外周が溶接されることにより一体化されており、
   前記支点調整部材の前記環状平板部は、前記受け部材のフランジ部よりも径方向に幅が広く、
   前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムが撓み変位した際に、前記支点調整部材の前記支持曲面部に当接可能であり、
   前記支点調整部材の前記支持曲面部は、前記ダイアフラムの形状に沿った形状を有することを特徴とするパワーエレメント。
3. 前記冷媒流入室に収容されたストッパ部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載のパワーエレメント。
4. 前記支持曲面部は、環状の凸曲面を径方向に離間して複数有している、
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のパワーエレメント。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のパワーエレメントと、
   前記冷媒流入室に連通する冷媒流路と、弁室及び弁座が設けられた弁本体と、
   前記弁室に配置された弁体と、
   前記弁体を前記弁座に向けて押圧するコイルばねと、
   前記弁体に一端を当接させ、ストッパ部材に他端を当接させた作動棒と、を有し、
   前記パワーエレメントの圧力作動室と冷媒流入室との圧力差により前記ダイアフラムが変位して、前記コイルばねの付勢力に抗して前記弁体を駆動することを特徴とする膨張弁。
   
   

Images