特許 7599211 パワーエレメント及びそれを備えた膨張弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】パワーエレメント及びそれを備えた膨張弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/68 20060101AFI20241206BHJP

   F25B 41/335 20210101ALI20241206BHJP

   F24F 11/89 20180101ALN20241206BHJP

【ＦＩ】

F16K31/68 S

F25B41/335 A

F24F11/89

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021051681

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149487

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 裕太郎

(72)【発明者】

【氏名】早川 潤哉

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５８１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４０４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１０４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－０５５１６０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／６８

Ｆ２５Ｂ ４１／３３５

Ｆ２４Ｆ １１／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間に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、前記ダイアフラムを挟んで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下部空間に配置されるストッパ部材と、を備え、
前記上蓋部材は、略円錐形状の中央部と、前記中央部の外縁から前記ダイアフラムに沿って延在する周辺部と、を有し、
前記受け部材は、第１環状フランジ部と、前記第１環状フランジ部の内縁に形成された円筒部と、前記円筒部において前記第１環状フランジ部の反対側となる下端から内方に延在する第２環状フランジ部とを有し、
前記ストッパ部材は、前記ダイアフラムに対向しその外周側が前記ダイアフラムと前記第２環状フランジ部との間に配置された円盤部と、前記円盤部に形成されて前記第２環状フランジ部の内側に配置される本体と、を有し、
前記ストッパ部材は、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接する位置、及び、前記円盤部が前記第２環状フランジ部から離れる位置の間で移動可能である、パワーエレメントであって、
前記円盤部は、当該円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において前記ダイアフラムに当接し、
前記ダイアフラムは、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において、前記ダイアフラムにおける前記中央部に対向する第１の範囲に最上点を有し、かつ、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において、前記最上点から前記周辺部と対向する第２の範囲にかけて下方に向かって傾斜している、
ことを特徴とするパワーエレメント。

【請求項2】

前記ダイアフラムと前記ストッパ部材が当接している範囲の最外周縁から内側において、前記ダイアフラムは上方に向かって凸形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーエレメント。

【請求項3】

前記ダイアフラムと当接する前記ストッパ部材の面が、上方に向かって凸形状である、
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーエレメント。

【請求項4】

前記ダイアフラムと前記ストッパ部材が当接している範囲の最外周縁から内側において、前記ダイアフラムと前記ストッパ部材は密着する、
ことを特徴とする請求項３に記載のパワーエレメント。

【請求項5】

前記ダイアフラムが、自由状態で上方に向かって凸形状である、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のパワーエレメント。

【請求項6】

前記ダイアフラムの中央と前記ストッパ部材との間に空間が生じる、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のパワーエレメント。

【請求項7】

前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムの最上点から周辺までの少なくとも一経路にわたって、０度を超える傾斜角で傾斜している、
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のパワーエレメント。

【請求項8】

前記パワーエレメントの軸線を通る断面において、前記ストッパ部材に対向する前記ダイアフラムの面における前記最上点に対応する点と、前記ダイアフラムと前記ストッパ部材が当接している範囲の最外周縁とを結ぶ線は、前記パワーエレメントの軸線に直交する面に対して５度以上傾いている、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のパワーエレメント。

【請求項9】

前記ダイアフラムの最上点、または前記ストッパ部材の最上点は、前記パワーエレメントの軸線からずれている、
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のパワーエレメント。

【請求項10】

前記ダイアフラムに対向する前記ストッパ部材の面に、断熱材が配置されている、
ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のパワーエレメント。

【請求項11】

前記ダイアフラムの中央のみが、前記ストッパ部材に当接する
ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のパワーエレメント。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載のパワーエレメントを有することを特徴とする膨張弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーエレメント及びそれを備えた膨張弁に関する。

【背景技術】

【0002】

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膨張弁が使用されている。

【0003】

このような膨張弁においては、高圧の冷媒が導入される入口ポートと入口ポートに連通する弁室とを有するとともに、弁本体の頂部には、パワーエレメントと称する弁部材の駆動機構が装備される。弁室内に配設される球状の弁体は、弁室に開口する弁座に対向し、パワーエレメントにより駆動される作動棒により操作されて、弁座との間の絞り通路の開度を制御する。

【0004】

パワーエレメントは、圧力作動室を形成する上蓋部材と、圧力を受けて弾性変形する薄板のダイアフラムと、弁本体に固定される受け部材で構成される。また、上蓋部材とダイアフラムで形成される圧力作動室には作動ガスが封入される。さらに、ダイアフラムと受け部材との間の下部空間にはストッパ部材が配設される。

【0005】

このようなパワーエレメントにおいて、弁本体からパワーエレメントの下部空間に流れ込む冷媒と、圧力作動室の作動ガスとの間で熱伝達が行われる。それにより圧力作動室の内圧が相対的に高まると、圧力作動室が膨張するようにダイアフラムが変形するため、ストッパ部材が押されて作動棒を押圧し、弁座から弁体を離間させる。一方、圧力作動室の内圧が相対的に低下すると、ダイアフラムの変形が戻り、作動棒の押圧力が消失するため、弁体は弁座に着座する。

【0006】

ここで、圧力作動室の内圧は、圧力作動室に封入される不活性ガスなどの作動ガスの気相状態または液相状態に応じて変化する。圧力作動室は、上蓋部材とダイアフラムとに挟まれた空間であり、このため膨張弁外部の熱が上蓋部材を介して圧力作動室に伝達されるとともに、圧力作動室の熱は、ダイアフラム及びストッパ部材を介して冷媒へと伝達される。これらの熱収支に従い、圧力作動室内のガスは気相状態と液相状態との間で変化し、それにより圧力作動室の内圧が変化する。

【0007】

したがって、圧力作動室内への熱伝達が比較的迅速に行われる（時定数が小さい）場合には、作動ガスが気相状態と液相状態との間で過敏に変化し、弁体が開弁と閉弁とを繰り返す、いわゆるハンチング現象が生じやすくなり、それにより冷凍サイクルの制御が不安定になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０２１－１７９６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

これに対し特許文献１には、ストッパ部材の一部を樹脂材で形成することにより、時定数を大きくする技術が提案されている。しかしながら、上述したように圧力作動室の内部と外部との間の熱収支は、大気温度など種々の条件により変化するため、たとえストッパ部材の一部を樹脂材で形成したとしても、広範囲な条件下で適切にハンチング現象を阻止することは困難である。

【0010】

そこで本発明は、従来とは異なる視点からハンチング現象を効果的に抑制できるパワーエレメント及びそれを備えた膨張弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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、前記ダイアフラムとの間に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、前記ダイアフラムを挟んで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下部空間に配置されるストッパ部材と、を備え、
前記上蓋部材は、略円錐形状の中央部と、前記中央部の外縁から前記ダイアフラムに沿って延在する周辺部と、を有し、
前記受け部材は、第１環状フランジ部と、前記第１環状フランジ部の内縁に形成された円筒部と、前記円筒部において前記第１環状フランジ部の反対側となる下端から内方に延在する第２環状フランジ部とを有し、
前記ストッパ部材は、前記ダイアフラムに対向しその外周側が前記ダイアフラムと前記第２環状フランジ部との間に配置された円盤部と、前記円盤部に形成されて前記第２環状フランジ部の内側に配置される本体と、を有し、
前記ストッパ部材は、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接する位置、及び、前記円盤部が前記第２環状フランジ部から離れる位置の間で移動可能である、パワーエレメントであって、
前記円盤部は、当該円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において前記ダイアフラムに当接し、
前記ダイアフラムは、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において、前記ダイアフラムにおける前記中央部に対向する第１の範囲に最上点を有し、かつ、前記円盤部が前記第２環状フランジ部に当接した状態において、前記最上点から前記周辺部と対向する第２の範囲にかけて下方に向かって傾斜している、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、従来とは異なる視点からハンチング現象を効果的に抑制できるパワーエレメント及びそれを備えた膨張弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１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】図２は、本実施形態のパワーエレメントを示す断面図である。

【図3】図３は、本実施形態のパワーエレメントを分解した状態で示す断面図である。

【図4】図４は、比較例のパワーエレメントを示す断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図6】図６は、本実施形態のパワーエレメントを分解した状態で示す断面図である。

【図7】図７は、第３実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図8】図８は、第４実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図9】図９は、第５実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図10】図１０は、第６実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図11】図１１は、本実施形態のパワーエレメントを分解した状態で示す断面図である。

【図12】図１２は、第７実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図13】図１３は、第８実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図14】図１４は、第９実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図15】図１５は、第１０実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図16】図１６は、第１１実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【図17】図１７は、第１２実施形態にかかるパワーエレメントの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

（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。

【0016】

（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態における膨張弁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。図２は、本実施形態のパワーエレメントを示す断面図である。図３は、本実施形態のパワーエレメントを分解した状態で示す断面図である。

【0017】

本実施形態では、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。

【0018】

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。

【0019】

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（流体ともいう）が供給される。第２流路２２は排出側流路（出口側流路ともいう）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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

（パワーエレメントの構成）
次に、パワーエレメント８について説明する。図２に示すように、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、受け部材８６と、ストッパ部材８４とを有する。

【0029】

上蓋部材８２は、金属製の板材をプレス成形することによって形成され、略円錐形状に隆起した中央部８２ｂと、ダイアフラム８３に沿って延在する周辺部８２ｃとを連設してなる。中央部８２ｂの頂部には開口８２ａが形成され、栓８１により封止可能となっている。

【0030】

ダイアフラム８３は、同心円の凹凸形状を複数個形成した薄い金属（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。本実施形態のダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有する。

【0031】

受け部材８６は、金属製の板材をプレス成形することによって形成される。具体的に受け部材８６は、上蓋部材８２の外径とほぼ同じ外径を持つ第１環状フランジ部８６ａと、第１環状フランジ部８６ａの内周に連設された第１円筒部８６ｂと、第１円筒部８６ｂの下端に連設され径方向内方に向かう第２環状フランジ部８６ｃと、第２環状フランジ部８６ｃの内周に連設された第２円筒部８６ｄとを有している。第２円筒部８６ｄの下端側外周には、雄ねじ部８６ｅが形成されている。

【0032】

ストッパ部材８４は、ダイアフラム８３に対向する円盤部８４ａと、円盤部８４ａの下方に連設された円筒状の本体８４ｂと、本体８４ｂの下面中央に形成された袋穴状の嵌合孔８４ｃとを有する。ストッパ部材８４の上面８４ｄは、中央に向かうに従って縮径する円錐形状を有する。すなわち、ストッパ部材８４は上方に向かって凸形状である。

【0033】

図３の断面に示すように、上面８４ｄの傾斜角（軸線に直交する面に対する傾き角、ただし軸線に直交する面から下向きの角度を正とする）θは５度以上である。傾斜角は０度を超えていれば足りる。傾斜角は、例えば３０度以下であると、パワーエレメント８の高さを抑えることができるので好ましい。本実施形態では、図２に示すように少なくとも上面８４ｄの中央側（後述する点Ｐより内側）に対してダイアフラム８３の下面が密着している。また円盤部８４ａの下面外周は、第２環状フランジ部８６ｃの上面により支持される。

【0034】

パワーエレメント８の組み立て手順を、図３を参照して説明する。ダイアフラム８３と受け部材８６との間にストッパ部材８４を配置しつつ、上蓋部材８２と、ダイアフラム８３と、受け部材８６のそれぞれ外周部を重ね合わせ、当該外周部を例えばＴＩＧ溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により周溶接して一体化する。

【0035】

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という）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。

【0036】

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ＬＳに配置されたストッパ部材８４の上面８４ｄと当接して支持される。また、ストッパ部材８４の上面８４ｄが円錐形状を有することから、ダイアフラム８３もその形状に倣って変形するため、図２に示すように中央から周辺に向かって角度θで傾斜した状態となる。換言すれば、ダイアフラム８３は、その中央から周辺に向かって全周において単調に傾斜した傾斜面を有し、あるいはダイアフラム８３は、ダイアフラム８３の最上点から周辺にわたって下方に向かって傾斜しており、少なくとも一経路にわたって０度を超える傾斜角で傾斜している。

【0037】

なお、「最上点」とは、軸線Ｌ方向において上蓋部材８２に最も接近する点をいい、本実施形態ではダイアフラム８３の中心である。また「最上点」には、その周囲における最上点と高さが同一とみなせる範囲を含めるものとする。
また、本明細書中で「経路」とは、ダイアフラム上で液化した作動ガスが重力に従い流れる際に通過する連続した部位をいう。さらに、「周辺」とは、少なくともストッパ部材の最大径の１／２以上に相当する領域であって、好ましくは、ダイアフラム８３がストッパ部材８４に当接している範囲の最外周縁（図２の点Ｐ）またはその径方向外側の領域をいう。

【0038】

ダイアフラム８３とストッパ部材８４が当接している範囲の最外周縁（点Ｐ）から内側において、ダイアフラム８３は上方に向かって凸形状であると好ましい。さらに、組付けた状態で、ダイアフラム８３の下面中心（または前記最上点の直下であるダイアフラム８３の下面上の点）と、ダイアフラム８３とストッパ部材８４とが当接している範囲の最外周縁（点Ｐ）とを結ぶ線は、パワーエレメント８の軸線に直交する面に対して５度以上傾いていると好ましい。

【0039】

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、受け部材８６の第２円筒部８６ｄの下端外周に設けた雄ねじ部８６ｅを、弁本体２の戻り流路２３に連通する凹部２ａの内周に形成した雌ねじ２ｂに螺合させる。雄ねじ部８６ｅを雌ねじ２ｂに対して螺進させてゆくと、受け部材８６の下端が弁本体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。

【0040】

このとき、パワーエレメント８と弁本体２との間に介装されたシールＳＬが、弁本体２にパワーエレメント８を取り付けた際の凹部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は戻り流路２３と連通し、すなわち同じ内圧となる。

【0041】

（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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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とストッパ部材８４が上昇するため、コイルばね４１の付勢力に応じて作動棒５は上方向に移動する。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。こうして、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。

【0045】

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。

【0046】

(比較例のパワーエレメント)
図４は、比較例のパワーエレメント８’を示す断面図である。パワーエレメント８’は、上記実施形態に対してストッパ部材８４’の形状が異なる。具体的には、ストッパ部材８４’の上面８４ｄ’が軸線に直交する平面となっている。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。

【0047】

膨張弁の動作中において、パワーエレメント８’（特に上蓋部材８２）の外表面は大気に曝されている。このため、圧力作動室ＰＯは、上蓋部材８２を介して大気から熱を伝達される。一方、圧力作動室ＰＯは、ストッパ部材８４’及びダイアフラム８３に接しているため、これらを介して圧力作動室ＰＯから冷媒へと熱が伝達される。

【0048】

ここで、圧力作動室ＰＯの中央側における、上蓋部材８２の中央部８２ｂとダイアフラム８３との距離に対し、圧力作動室ＰＯの周辺側における、周辺部８２ｃとダイアフラム８３との距離が小さくなっている。したがって、ダイアフラム８３の中央における作動ガスは、中央部８２ｂから伝達される熱よりも冷媒に逃げる熱の方が大きくなるため、液化して液体ＬＱに変化しやすい。

【0049】

しかしながら、比較例のパワーエレメント８’においては、ストッパ部材８４’の上面８４ｄ’が略水平に維持されており、またダイアフラム８３の表面に同心円状の凹凸が設けられていることも相まって、作動ガスが液化してなる液体ＬＱは、図４に点線で示すようにダイアフラム８３の上面中央（比較的低温の領域）付近に留まり、液化した状態を保つこととなる。このように、圧力作動室ＰＯ内において、作動ガスの液化した状態が局所的に固定化されると、時定数が小さくなるおそれがあり、それにより弁体３のハンチング現象を招くこととなる。

【0050】

これに対し本実施形態によれば、ストッパ部材８４の上面８４ｄが、傾斜角が５度以上で傾いた円錐形状を有することから、図２に示すように、少なくとも円盤部８４ａが受け部材８６に当接した状態で、ダイアフラム８３もその形状に倣って円錐形状に変形する。このため、上蓋部材８２の中央部８２ｂの下方において液化した作動ガスは、重力に従って、実線の矢印に示すようにダイアフラム８３上を伝わって周辺側(径方向外側)に流れることとなる。

【0051】

周辺側に流れた作動ガスは、上蓋部材８２の周辺部８２ｃの下方に到達することとなるが、周辺部８２ｃとダイアフラム８３との距離が小さいため、周辺部８２ｃから大気の熱を受けやすくなり、それにより気化が促進される。気化した作動ガスは、ダイアフラム８３から離間して、点線の矢印に示すように中央部８２ｂの下方に向かい、ここで再び液化される。圧力作動室ＰＯと冷媒との間で行われる熱伝達は変わらないため、周囲温度の影響もほとんどないが、ダイアフラム８３の周辺で作動ガスが気化する時間差分だけ時定数が大きくなる。このように、圧力作動室ＰＯ内で作動ガスが液相状態と気相状態とを循環して繰り返すことで、大気温度や冷媒温度が変化する広範な条件下でも適切な時定数を得ることができ、それにより弁体３のハンチング現象を効果的に抑制できる。

【0052】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかるパワーエレメント８Ａの断面図である。図６は、本実施形態のパワーエレメント８Ａを分解した状態で示す断面図である。本実施形態においては、上述の実施形態に対してストッパ部材８４Ａの形状のみが異なる。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。

【0053】

ストッパ部材８４Ａは、軸線に対して直交する円形状の上面８４Ａｄと、上面８４Ａｄから軸線方向に離間するに従って拡径する円錐面８４Ａｅとを有する。図６に示すように、ダイアフラム８３は、上述した実施形態と同様に、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ａにおいて、ストッパ部材８４Ａと当接することで、中央が盛り上がるように変形する。

【0054】

より具体的には、図５に示すように、少なくとも円盤部８４Ａａが受け部材８６に当接した状態で、ストッパ部材８４Ａの円錐面８４Ａｅにダイアフラム８３の下面が当接して上方に押圧される。このため、上面８４Ａｄとダイアフラム８３とが接しないにもかかわらず、ダイアフラム８３は中央が盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。また、ダイアフラム８３の中央とストッパ部材８４Ａの上面８４Ａｄとの間に空間が生じるため、それにより時定数を調整することができる。

【0055】

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態にかかるパワーエレメント８Ｂの断面図である。本実施形態においては、上述の実施形態に対してストッパ部材８４Ｂの形状のみが異なる。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。

【0056】

ストッパ部材８４Ｂは、球面状の上面８４Ｂｄを有する。本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｂにおいて、ストッパ部材８４Ｂと当接することで、中央が盛り上がるように変形する。

【0057】

より具体的には、図７に示すように、少なくとも円盤部８４Ｂａが受け部材８６に当接した状態で、ストッパ部材８４Ｂの上面８４Ｂｄにダイアフラム８３の下面が当接して上方に押圧される。このため、ダイアフラム８３は中央が球状（凸状）に盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。本実施形態によれば、ダイアフラム８３と当接するストッパ部材８４Ｂの上面８４Ｂｄが球状であることから、当接時にダイアフラム８３に生じる応力を緩和できる。

【0058】

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態にかかるパワーエレメント８Ｃの断面図である。本実施形態においては、上述の実施形態に対してストッパ部材８４Ｃの形状のみが異なる。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。

【0059】

ストッパ部材８４Ｃは、ダイアフラム８３から軸線方向に離間するに従って拡径する円錐状の中央上面８４Ｃｄと、中央上面８４Ｃｄから軸線方向に離間するに従って拡径する球状面８４Ｃｅとを有する。本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｃにおいて、ストッパ部材８４Ｃと当接することで、中央が盛り上がるように変形する。

【0060】

より具体的には、図８に示すように、少なくとも円盤部８４Ａａが受け部材８６に当接した状態で、ストッパ部材８４Ａの中央上面８４Ｃｄ及び球状面８４Ｃｅにダイアフラム８３の下面が当接して上方に押圧される。このため、ダイアフラム８３は、中央上面８４Ｃｄ及び球状面８４Ｃｅに倣って中央が盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0061】

（第５実施形態）
図９は、第５実施形態にかかるパワーエレメント８Ｄの断面図である。本実施形態においては、上述の実施形態に対してストッパ部材８４Ｄの形状のみが異なる。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。

【0062】

ストッパ部材８４Ｄは、上面８４Ｄｄ上において、軸線と重ならない位置に最上点８４Ｄｆを有しており、上面８４Ｄｄは最上点８４Ｄｆから周辺に向かって傾斜している。このため、上面８４Ｄｄの傾斜角は位置によって異なるが、最も浅い傾斜角が５度以上であると好ましい。なお、最上点８４Ｄｆは、ストッパ部材８４Ｄの周辺以外の位置にあり、例えば最大径の１／２より径方向内側にあることが望ましい。
本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｄにおいて、ストッパ部材８４Ｄと当接することで、最上点８４Ｄｆにて最も盛り上がるように変形する。

【0063】

より具体的には、図９に示すように、少なくとも円盤部８４Ｄａが受け部材８６に当接した状態で、ストッパ部材８４Ｄの上面８４Ｄｄにダイアフラム８３の下面が当接して上方に押圧される。このため、ダイアフラム８３は、最上点８４Ｄｆにて最も盛り上がるように変形する。換言すれば、ダイアフラム８３は、ストッパ部材８４Ｄから最も離間したダイアフラム８３上の点から周辺に向かって単調に傾斜した傾斜面を有する。これによりダイアフラム８３の最上点８４Ｄｆの付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0064】

（第６実施形態）
図１０は、第６実施形態にかかるパワーエレメント８Ｆの断面図である。図１１は、本実施形態のパワーエレメント８Ｆを分解した状態で示す断面図である。本実施形態においては、上述の実施形態に対してダイアフラム８３Ｆ及びストッパ部材８４Ｆの形状のみが異なる。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。

【0065】

図１１に示すように、ストッパ部材８４Ｆは、軸線に対して直交する平面状の上面８４Ｆｄを有するが、ダイアフラム８３Ｆは、外力を受けない自由状態で円錐状に形成された板中央部８３Ｆａを有する。したがってダイアフラム８３Ｆは、自由状態で上方に向かって凸形状であり、板中央部８３Ｆａの傾斜角θは５度以上である。

【0066】

図１０に示すように、少なくとも円盤部８４Ｆａが受け部材８６に当接した状態で、ダイアフラム８３Ｆの板中央部８３Ｆａの外周が、ストッパ部材８４Ｆの上面８４Ｆｄにより支持される。かかる状態で、ダイアフラム８３Ｆは板中央部８３Ｆａが円錐状に盛り上がり、これにより板中央部８３Ｆａ付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。また、板中央部８３Ｆａとストッパ部材８４Ａの上面８４Ａｄとの間に空間が生じるため、それにより時定数を調整することができる。

【0067】

（第７実施形態）
図１２は、第７実施形態にかかるパワーエレメント８Ｇの断面図である。本実施形態においては、第６実施形態に対してダイアフラム８３Ｇの形状のみが異なる。ストッパ部材８４Ｆを含むそれ以外の構成は、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。

【0068】

ダイアフラム８３Ｇは、外力を受けない自由状態で、軸線回りに球面状となる板中央部８３Ｇａを有する。

【0069】

図１２に示すように、少なくとも円盤部８４Ｆａが受け部材８６に当接した状態で、ダイアフラム８３Ｇの板中央部８３Ｇａの外周が、ストッパ部材８４Ｆの上面８４Ｆｄにより支持される。このため、上面８４Ｆｄと板中央部８３Ｇａの中央とが接しないにもかかわらず、ダイアフラム８３Ｇは中央が球状に盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３Ｇの中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0070】

（第８実施形態）
図１３は、第８実施形態にかかるパワーエレメント８Ｈの断面図である。本実施形態においては、第６実施形態に対してダイアフラム８３Ｈの形状のみが異なる。ストッパ部材８４Ｆを含むそれ以外の構成は、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。

【0071】

ダイアフラム８３Ｈは、外力を受けない自由状態で、軸線回りに球面状となる板中央部８３Ｈａと、軸線に沿って板中央部８３Ｈａから離間するにつれて拡径する板円錐部８３Ｈｂとを有する。

【0072】

図１３に示すように、少なくとも円盤部８４Ｆａが受け部材８６に当接した状態で、ダイアフラム８３Ｈの板円錐部８３Ｈｂの外周が、ストッパ部材８４Ｆの上面８４Ｆｄにより支持される。このため、上面８４Ｆｄと板中央部８３Ｈａ及び板円錐部８３Ｈｂとが接しないにもかかわらず、ダイアフラム８３Ｈは中央が球状及び円錐形状に盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３Ｈの中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0073】

（第９実施形態）
図１４は、第９実施形態にかかるパワーエレメント８Ｉの断面図である。本実施形態においては、第６実施形態に対してダイアフラム８３Ｉの形状のみが異なる。ストッパ部材８４Ｆを含むそれ以外の構成は、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。

【0074】

ダイアフラム８３Ｉは、外力が加わらない自由状態で、軸線と重ならない位置に最上点８３Ｉｃを有しており、ダイアフラム８３Ｉの中央部８３Ｉａは最上点８３Ｉｃから周辺に向かって傾斜している。このため、中央部８３Ｉａの傾斜角は位置によって異なり、最も浅い傾斜角が５度以上であると好ましいが、最大傾斜角が５度以上であれば足りる。

【0075】

図１４に示すように、少なくとも円盤部８４Ｆａが受け部材８６に当接した状態で、ダイアフラム８３Ｉはストッパ部材８４に支持されており、ダイアフラム８３Ｉの中央部８３Ｉａは、最上点８３Ｉｃから周辺に向かって傾斜している。このため、上面８４Ｆｄとダイアフラム８３Ｉの中央とが接しないにもかかわらず、ダイアフラム８３Ｉは最上点８３Ｉｃが最も盛り上がるように変形し、これによりダイアフラム８３Ｉの中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。本実施形態によれば、最上点８３Ｉｃの高さを確保しにくい場合でも、５度以上の最大傾斜角を得ることができる。

【0076】

（第１０実施形態）
図１５は、第１０実施形態にかかるパワーエレメント８Ｊの断面図である。本実施形態においては、第１実施形態に対してストッパ部材８４Ｊの形状のみが異なる。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。

【0077】

ストッパ部材８４Ｊは、金属体８４Ｊ１と、樹脂製の断熱体８４Ｊ２とを有する。金属体８４Ｊ１は、ダイアフラム８３に対向する円盤部８４Ｊａと、円盤部８４Ｊａの下方に連設された円筒状の本体８４Ｊｂと、本体８４Ｊｂの下面中央に形成された袋穴状の嵌合孔８４Ｊｃと、円盤部８４Ｊａの上面中央に形成された円形凹部８４Ｊｄとを有する。円形凹部８４Ｊｄの周囲における周囲上面８４Ｊｅは、軸線に沿って上方に向かうに従って縮径する円錐面となっている。

【0078】

断熱体８４Ｊ２は、円形凹部８４Ｊｄの内径と等しい外径を持つ円筒状であり、そのパーツ上面８４Ｊｆは、軸線に沿って上方に向かうに従って縮径する円錐面となっている。断熱体８４Ｊ２を円形凹部８４Ｊｄに嵌合させて接着等で固定したときに、周囲上面８４Ｊｅとパーツ上面８４Ｊｆとは、段差なく接続されると好ましい。また、周囲上面８４Ｊｅとパーツ上面８４Ｊｆの傾斜角は、５度以上であると好ましい。

【0079】

本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｊにおいて、ストッパ部材８４Ｊの金属体８４Ｊ１及び断熱体８４Ｊ２と当接することで、円錐形状に最も盛り上がるように変形する。これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0080】

本実施形態によれば、ダイアフラム８３と金属体８４Ｊ１の一部との間に、断熱体８４Ｊ２を配置しているため、ストッパ部材を金属のみから形成する場合に比べて、作動ガスが気化しやすくなり、大きな時定数を確保することができる。

【0081】

（第１１実施形態）
図１６は、第１１実施形態にかかるパワーエレメント８Ｋの断面図である。本実施形態においては、第１実施形態に対してストッパ部材８４Ｋの形状のみが異なる。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。

【0082】

ストッパ部材８４Ｋは、金属体８４Ｋ１と、樹脂製の断熱体８４Ｋ２とを有する。金属体８４Ｋ１は、ダイアフラム８３に対向する円盤部８４Ｋａと、円盤部８４Ｋａの下方に連設された円筒状の本体８４Ｋｂと、本体８４Ｋｂの下面中央に形成された袋穴状の嵌合孔８４Ｋｃと、円盤部８４Ｋａの外周近傍に形成された環状凹部８４Ｋｄとを有する。環状凹部８４Ｋｄの径方向内側に形成される中央上面８４Ｋｅは、軸線に沿って上方に向かうに従って縮径する円錐面となっている。

【0083】

断熱体８４Ｋ２は、環状凹部８４Ｋｄの外径及び内径と等しい内径及び外径を持つリング状であり、そのパーツ上面８４Ｋｆは、軸線に沿って上方に向かうに従って縮径する円錐面となっている。断熱体８４Ｋ２を円形凹部８４Ｊｄに嵌合させて接着等で固定したときに、中央上面８４Ｋｅとパーツ上面８４Ｋｆとは、段差なく接続されると好ましい。また、周囲上面８４Ｊｅとパーツ上面８４Ｋｆの傾斜角は、５度以上であると好ましい。

【0084】

本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｋにおいて、ストッパ部材８４Ｋの金属体８４Ｋ１及び断熱体８４Ｋ２と当接することで、円錐形状に最も盛り上がるように変形する。これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0085】

本実施形態によれば、ダイアフラム８３と金属体８４Ｋ１の一部との間に、断熱体８４Ｋ２を配置しているため、ストッパ部材を金属のみから形成する場合に比べて、作動ガスが気化しやすくなり、大きな時定数を確保することができる。

【0086】

（第１２実施形態）
図１７は、第１２実施形態にかかるパワーエレメント８Ｌの断面図である。本実施形態においては、第１実施形態に対してストッパ部材８４Ｌの形状のみが異なる。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。

【0087】

ストッパ部材８４Ｌは、ダイアフラム８３に対向する円盤部８４Ｌａと、円盤部８４Ｌａの下方に連設された円筒状の本体８４Ｌｂと、本体８４Ｌｂの下面中央に形成された袋穴状の嵌合孔８４Ｌｃと、円盤部８４Ｌａの中央に形成された隆起部８４Ｌｄとを有する。隆起部８４Ｌｄの中央上面８４Ｌｅは、軸線に沿って上方に向かうに従って縮径する円錐面となっており、その傾斜角は５度以上であると好ましい。

【0088】

本実施形態においても、ダイアフラム８３は、軸線に直交する略フラットな形状を有するが、組み付けたパワーエレメント８Ｌにおいて、ストッパ部材８４Ｌの隆起部８４Ｌｄと当接することで、円錐形状に最も盛り上がるように変形する。これによりダイアフラム８３の中央付近にて液化した作動ガスを周辺側へと流すことができる。

【0089】

本実施形態によれば、ダイアフラム８３は、隆起部８４Ｌｄとのみ当接し、隆起部８４Ｌｄ以外の円盤部８４Ｌａとは当接しない。このため、ダイアフラム８３をストッパ部材と広範囲に当接させる場合に比べて、作動ガスが気化しやすくなり、大きな時定数を確保することができる。

【0090】

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。

【符号の説明】

【0091】

１ ：膨張弁
２ ：弁本体
３ ：弁体
４ ：付勢装置
５ ：作動棒
６ ：リングばね
８～８Ｌ ：パワーエレメント
２０ ：弁座
２１ ：第１流路
２２ ：第２流路
２３ ：戻り流路
２７ ：弁通孔
４１ ：コイルばね
４２ ：弁体サポート
４３ ：ばね受け部材
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】