特許 7631350 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】2025-02-07

(45)【発行日】2025-02-18

(54)【発明の名称】膨張弁

(51)【国際特許分類】

   F25B 41/345 20210101AFI20250210BHJP

【ＦＩ】

F25B41/345

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022541464

(86)(22)【出願日】2021-07-27

(86)【国際出願番号】 JP2021027772

(87)【国際公開番号】W WO2022030315

(87)【国際公開日】2022-02-10

【審査請求日】2024-01-19

(31)【優先権主張番号】P 2020132545

(32)【優先日】2020-08-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(74)【代理人】

【識別番号】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】福留 康平

(72)【発明者】

【氏名】神崎 敏智

(72)【発明者】

【氏名】白藤 啓吾

(72)【発明者】

【氏名】漆山 恵一

(72)【発明者】

【氏名】江島 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】古川 健士郎

(72)【発明者】

【氏名】橋口 明広

(72)【発明者】

【氏名】栗原 大千

【審査官】西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１５３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４６３２３５８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２０９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９０５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１００９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０１１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／０３０３１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ４１／３１ － ４１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝縮器からの冷媒が通過する入口ポートおよび蒸発器への冷媒が通過する出口ポートが形成されたバルブハウジングと、
ソレノイドにより駆動される弁体と、
前記弁体が着座する弁座と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、を備え、
前記出口ポートは前記弁座よりも前記閉弁方向側に設けられており、
前記弁体の開弁方向側には前記入口ポートと区画された空間が形成されており、
前記空間と前記出口ポートとを連通する連通路が形成されている膨張弁。

【請求項2】

前記空間に前記付勢手段が配置されている請求項１に記載の膨張弁。

【請求項3】

前記連通路が前記弁体に形成されている請求項１または２に記載の膨張弁。

【請求項4】

前記空間と前記入口ポートとはベローズにより区画されている請求項１ないし３のいずれかに記載の膨張弁。

【請求項5】

前記弁体の有効受圧面積と、前記ベローズの有効受圧面積とが等しい請求項４に記載の膨張弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システムに用いられる膨張弁に関する。

【背景技術】

【0002】

空調システムは、冷媒を圧縮して高温高圧の過熱蒸気とする圧縮機、圧縮機から送り込まれた冷媒を冷却して高温高圧の過冷却液とする凝縮器、凝縮器から送り込まれた冷媒を膨張させて低温低圧の湿り蒸気とする膨張弁、膨張弁から送り込まれた冷媒を加熱して飽和蒸気とする蒸発器から主に構成され、冷媒がこれら圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環する冷凍サイクルを備えている。

【0003】

例えば、特許文献１の膨張弁は電子式の膨張弁であって、付勢手段の付勢力に抗してソレノイドの電磁力により弁体を開弁方向に駆動させ、バルブハウジングに形成された弁座との間の弁開度を調整可能となっている。また、凝縮器を通過した後の冷媒の温度や圧力に基づいて、ソレノイドに印加させる電流値が設定され、弁開度の調整がなされることによって、凝縮器の過冷却度が一定に維持されている。

【0004】

また、蒸発器を通過する前または通過した後の冷媒の温度や圧力に基づいて、膨張弁の弁開度の調整がなされることによって、蒸発器を通過後、すべての冷媒が飽和蒸気となるように、湿り蒸気の乾き度を調整するものも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－１５３４９８号公報（第３頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のような膨張弁においては、弁体と弁座により弁口部を閉塞するポペット弁構造であるため、弁口部を確実に閉塞可能である。しかしながら、弁口部には凝縮器から高圧の１次圧の冷媒が供給されていることから、弁体には開弁方向にソレノイドの駆動力に加えて冷媒の圧力による力も加わり、ソレノイドに印加する電流値に対する弁開度が冷媒の圧力によって僅かに異なる虞があった。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、弁開度調整の精度が高い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】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明の膨張弁は、
凝縮器からの冷媒が通過する入口ポートおよび蒸発器への冷媒が通過する出口ポートが形成されたバルブハウジングと、
ソレノイドにより駆動される弁体と、
前記弁体が着座する弁座と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、を備え、
前記弁体の開弁方向側には空間が形成されており、該空間には前記弁体よりも前記閉弁方向側の冷媒が流入している。
これによれば、弁体の開弁方向側の空間には、弁座よりも閉弁方向側の冷媒が流入しているため、空調システムの運転時における膨張弁に送り込まれる高圧の１次圧と蒸発器側の低圧の２次圧との差圧による弁体の動作への影響が小さい。また、弁体が電流値に対して精度よくストロークするので、弁体による開度調整の精度が高い。

【0009】

前記空間に前記付勢手段が配置されていてもよい。
これによれば、冷媒が流入する空間を利用して付勢手段を配置できるので膨張弁をコンパクトに構成することができる。

【0010】

前記出口ポートは前記弁座よりも前記閉弁方向側に設けられており、前記空間と前記出口ポートとを連通する連通路が形成されていてもよい。
これによれば、バルブハウジングに形成された出口ポートから連通路を通じて空間に蒸発器側の２次圧の冷媒を流入させることができる。

【0011】

前記連通路が前記弁体に形成されていてもよい。
これによれば、弁体に連通路が形成されているので、バルブハウジングに連通路を形成することに比べて加工が簡便である。

【0012】

前記空間と前記入口ポートとはベローズにより区画されていてもよい。
これによれば、簡便な構成により空間と入口ポートとを区画できる。

【0013】

前記弁体の有効受圧面積と、前記ベローズの有効受圧面積とが等しくてもよい。
これによれば、弁体にソレノイドの駆動方向両側から作用する冷媒の圧力がキャンセルされるため、ソレノイドの動作が冷媒の圧力の影響を受けない。そのため、ソレノイドの電磁力と付勢手段の付勢力とのバランスにより調整される弁開度により蒸発器に送り込む冷媒の流量を細かく変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る実施例１の膨張弁が適用された冷凍サイクルを示す模式図である。

【図2】本発明に係る実施例１の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図3】実施例１の膨張弁において閉弁された様子を示す断面図である。

【図4】実施例１の膨張弁において開弁された様子を示す断面図である。

【図5】本発明に係る実施例２の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図6】実施例２の膨張弁において閉弁された様子を示す断面図である。

【図7】実施例２の膨張弁において開弁された様子を示す断面図である。

【図8】本発明に係る実施例３の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図9】本発明に係る実施例４の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図10】本発明に係る実施例５の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図11】本発明に係る実施例６の膨張弁の構造を示す断面図である。

【図12】本発明に係る実施例７の膨張弁の構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る膨張弁を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例1】

【0016】

実施例１に係る膨張弁につき、図１から図４を参照して説明する。以下、図２の正面側から見て左右側を膨張弁の左右側として説明する。詳しくは、図２のバルブハウジング１０が配置される紙面左側を膨張弁の左側、ソレノイド８０が配置される紙面右側を膨張弁の右側として説明する。

【0017】

図１に示されるように、本発明の膨張弁Ｖ１は、圧縮機Ｃ、室内側の熱交換器Ｈ１、室外側の熱交換器Ｈ２等とともに自動車等の空調システムに使用される冷凍サイクルＲを構成している。

【0018】

先ず、冷凍サイクルＲについて説明する。冷凍サイクルＲは、暖房時において冷媒を、圧縮機Ｃ、熱交換器Ｈ１、膨張弁Ｖ１、熱交換器Ｈ２の順に循環させるようになっている。冷媒は、圧縮機Ｃによって高温高圧の過熱蒸気となり、熱交換器Ｈ１によって室内の空気と熱交換されて高温高圧の過冷却液となり、膨張弁Ｖ１により高圧の１次圧から低圧の２次圧に減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、熱交換器Ｈ２によって室外の空気と熱交換されて飽和蒸気となる。これにより、熱交換器Ｈ１との熱交換により室内の空気が加温される。すなわち、暖房時には、熱交換器Ｈ１が凝縮器となり、熱交換器Ｈ２が蒸発器となる。

【0019】

また、冷凍サイクルＲは、冷房時において冷媒を、圧縮機Ｃ、熱交換器Ｈ２、膨張弁Ｖ１、熱交換器Ｈ１の順に循環させるようになっている。冷媒は、圧縮機Ｃによって高温高圧の過熱蒸気となり、熱交換器Ｈ２によって室外の空気と熱交換されて高温高圧の過冷却液となり、膨張弁Ｖ１により高圧の１次圧から低圧の２次圧に減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、熱交換器Ｈ１によって室内の空気と熱交換されて飽和蒸気となる。これにより、熱交換器Ｈ１との熱交換により室内の空気が冷却される。すなわち、冷房時には、熱交換器Ｈ１が蒸発器となり、熱交換器Ｈ２が凝縮器となる。

【0020】

尚、以降の説明においては、特に断らない限り冷凍サイクルＲは暖房に使用されているものとする。同様に、暖房時を基準に、熱交換器Ｈ１を凝縮器Ｈ１、熱交換器Ｈ２を蒸発器Ｈ２と記載する。

【0021】

図１，図２に示されるように、膨張弁Ｖ１は、凝縮器Ｈ１と蒸発器Ｈ２との間に配置されている。蒸発器Ｈ２の入口側と出口側における冷媒の温度差に基づいてソレノイド８０を構成するコイル８６に通電する電流が設定される。この電流に応じて膨張弁Ｖ１の開弁度が調整されることにより、弁５０を通過した冷媒の圧力は高圧の１次圧Ｐ１から相対的に低圧な２次圧Ｐ２に調整されるとともに、冷媒は温度も高温から低温に調整される。これにより、凝縮器Ｈ１から送り込まれた過冷却液であるすべての冷媒は、蒸発器Ｈ２を通過後、飽和蒸気へと遷移可能な湿り蒸気の乾き度に調整される。

【0022】

本実施例において、弁５０は、弁体５１とバルブハウジング１０の内周面に形成された弁座１０ａとにより構成されており、弁体５１の軸方向右端部に形成されたテーパ面部５１ａが弁座１０ａに接離することで、弁５０が開閉するようになっている。

【0023】

次いで、膨張弁Ｖ１の構造について説明する。図２に示されるように、膨張弁Ｖ１は、金属材料または樹脂材料により形成されたバルブハウジング１０と、バルブハウジング１０内に配置される弁体５１と、バルブハウジング１０に接続され弁体５１に駆動力を及ぼすソレノイド８０と、から主に構成されている。

【0024】

図２～図４に示されるように、弁体５１は、その中央部に軸方向右方に開口する凹部５１ｂを有し、凹部５１ｂには、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッド５２の軸方向左端部が圧入固定されている。また、弁体５１には、凹部５１ｂよりも径方向にずれた位置に軸方向に貫通する連通路５１ｃが形成されている。連通路５１ｃは、断面一定に形成されている。尚、連通路５１ｃは複数設けてられていてもよく、この場合冷媒を出入させやすくなるから好ましい。

【0025】

図２～図４に示されるように、バルブハウジング１０には、蒸発器Ｈ２と連通する出口ポート１１と、凝縮器Ｈ１と連通する入口ポート１２が形成されている。出口ポート１１は、弁座１０ａよりも軸方向右側、すなわち後述する閉弁方向に形成されている。また、入口ポート１２は、弁座１０ａよりも軸方向左側、すなわち後述する開弁方向に形成されている。

【0026】

バルブハウジング１０の内部には１次圧室１４と、２次圧室１３と、弁口部１５と、凹部１０ｄと、が設けられている。１次圧室１４には、入口ポート１２から凝縮器Ｈ１を通過した冷媒が供給される。２次圧室１３には、１次圧室１４から弁５０を通過した冷媒が供給され、出口ポート１１から出力される。また、２次圧室１３には出口ポート１１が連通している。弁口部１５は２次圧室１３と１次圧室１４との間に配設されており、軸方向左側の縁部に弁座１０ａが形成されている。凹部１０ｄは弁座１０ａよりも軸方向左方に配設されており、１次圧室１４を構成する。

【0027】

凹部１０ｄは、軸方向左方の開口部が蓋部材１６により閉塞されている。また、１次圧室１４には、弁体５１を軸方向右方、すなわち、閉弁方向に付勢する付勢手段としてのベローズ１８が配設されている。ベローズ１８は、その軸方向左端が蓋部材１６に密封状に固定されており、軸方向右端が弁体５１の軸方向左端面に密封状に固定されている。すなわち、バルブハウジング１０の内部には、ベローズ１８と蓋部材１６と弁体５１により区画されて空間Ｓ１が形成されている。

【0028】

また、空間Ｓ１は、連通路５１ｃを介して２次圧室１３と連通しており、２次圧室１３内の冷媒が空間Ｓ１内に流入している。すなわち、ベローズ１８は、弁５０の閉塞状態において空間Ｓ１と１次圧室１４とを略密封状に区画している。

【0029】

また、バルブハウジング１０の軸方向右端に形成された軸方向左方に凹む凹部１０ｃに、センタポスト８２のフランジ部８２ｄが軸方向右方から挿嵌されて、バルブハウジング１０にセンタポスト８２は一体に略密封状態で接続固定されている。尚、バルブハウジング１０の凹部１０ｃの底には貫通孔が形成されており、凹部１０ｃは環状段部と呼べる。

【0030】

図２に示されるように、ソレノイド８０は、軸方向左方に開放する開口部８１ａを有するケーシング８１と、ケーシング８１の開口部８１ａに対して軸方向左方から挿入されケーシング８１の内径側に固定される略円筒形状のセンタポスト８２と、センタポスト８２に挿通され軸方向に往復動自在に配置されるロッド５２と、ロッド５２の軸方向左端部に圧入固定される弁体５１と、ロッド５２の軸方向右端部が挿嵌・固定される可動鉄心８４と、センタポスト８２の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用のコイル８６と、から主に構成されている。

【0031】

ケーシング８１の軸方向左端に形成された軸方向右方に凹む凹部８１ｂに対してバルブハウジング１０の軸方向右端部が略密封状に挿嵌・固定されている。

【0032】

センタポスト８２は、鉄やケイ素鋼等の磁性材料である剛体から形成され、軸方向に延びロッド５２が挿通される挿通孔８２ｃが形成された円筒部８２ｂと、円筒部８２ｂの軸方向左端部の外周面から外径方向に延びる環状のフランジ部８２ｄとを備えている。

【0033】

また、センタポスト８２のフランジ部８２ｄの軸方向右端面をケーシング８１の凹部８１ｂの底面に軸方向左方から当接させた状態で、バルブハウジング１０はケーシング８１の凹部８１ｂに対して略密封状に挿嵌・固定されている。すなわち、センタポスト８２は、フランジ部８２ｄをケーシング８１の凹部８１ｂの底面とバルブハウジング１０の凹部１０ｃの底面との間に軸方向両側から挟持されることにより固定されている。

【0034】

次いで、膨張弁Ｖ１の開閉動作について説明する。

【0035】

先ず、膨張弁Ｖ１の非通電状態について説明する。図２および図３に示されるように、膨張弁Ｖ１において、非通電状態において、弁体５１がベローズ１８の付勢力により軸方向右方、すなわち閉弁方向へと押圧されることで、弁体５１のテーパ面部５１ａが弁座１０ａに着座し、弁５０が閉塞されている。詳しくは、軸方向左側に向けて拡開するようにテーパ状に形成される弁座１０ａに対して弁体５１のテーパ面部５１ａが接触して着座するようになっている。

【0036】

このとき、ベローズ１８の有効受圧面積Ａ、弁体５１の有効受圧面積Ｂ、軸方向右向きを正として、弁体５１には、ベローズ１８の付勢力（Ｆ_ｂｅｌ）と、冷媒の１次圧Ｐ１による力（Ｆ_Ｐ１）＝（Ｐ１×（Ａ－Ｂ））と、冷媒の２次圧Ｐ２による力（Ｆ_Ｐ２）＝－（Ｐ２×（Ａ－Ｂ））が作用している。すなわち、右向きを正として、弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｂｅｌ＋Ｆ_Ｐ１－Ｆ_Ｐ２が作用している。

【0037】

詳しくは、弁体５１の軸方向左端面には空間Ｓ１内の冷媒が作用し、弁体５１の軸方向右端面には２次圧室１３内の冷媒が作用している。２次圧室１３と空間Ｓ１とは、弁体５１に形成された連通路５１ｃにより連通しているので、空間Ｓ１には、弁体５１よりも閉弁方向側の２次圧室１３内の冷媒、すなわち出口ポート１１から蒸発器Ｈ２に供給される２次圧Ｐ２の冷媒が流入している。

【0038】

また、弁体５１の軸方向左端面は、軸方向右端面よりも僅かに大きく形成されている。これによれば、空間Ｓ１内の圧力と２次圧室１３内の圧力とに瞬間的に僅かに圧力差が生じても弁５０の閉塞状態を維持しやすい。

【0039】

さらに、連通路５１ｃは絞られた貫通孔、言い換えると流路断面積の狭い貫通孔であるため、空間Ｓ１内の圧力と２次圧室１３内の圧力とに瞬間的に僅かに圧力差が生じた際に、空間Ｓ１内の冷媒が２次圧室１３に向けて瞬間的に移動しにくく、空間Ｓ１内に保持され、弁５０の閉塞状態を維持しやすい。

【0040】

このように、空間Ｓ１と２次圧室１３とに流入する冷媒は、出口ポート１１から蒸発器Ｈ２に供給される同一の２次圧Ｐ２の冷媒である。また、ベローズ１８の有効受圧面積Ａと弁体５１の有効受圧面積Ｂとは等しい（Ａ＝Ｂ）ため、冷媒の圧力Ｐ１，Ｐ２により弁体５１に作用する力（Ｆ_Ｐ１），（Ｆ_Ｐ２）はいずれもほぼゼロとなる。すなわち、右向きを正として、弁体５１には、実質的に力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｂｅｌが作用している。

【0041】

次に、膨張弁Ｖ１の通電状態について説明する。図２および図４に示されるように、膨張弁Ｖ１の通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）が力Ｆ_ｒｏｄを上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｒｏｄ）と、可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたロッド５２および弁体５１が軸方向左方、すなわち開弁方向へ共に移動し、弁体５１のテーパ面部５１ａがバルブハウジング１０の弁座１０ａから離間する。このようにして、弁５０が開放される。また、ソレノイド８０の駆動時には、可動鉄心８４がセンタポスト８２の軸方向右方に接触することで、弁体５１がさらに弁座１０ａから離間することが規制される。

【0042】

このとき、弁体５１には、軸方向左方に電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）、軸方向右方に力Ｆ_ｒｏｄが作用している。すなわち、右向きを正として、弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ－Ｆ_ｓｏｌが作用している。

【0043】

このように、膨張弁Ｖ１の弁開度は、ソレノイド８０の電磁力とベローズ１８の付勢力とのバランスにより調整される。これにより、入口ポート１２から供給される凝縮器Ｈ１を通過した冷媒は、高圧の１次圧Ｐ１から低圧の２次圧Ｐ２に減圧されて出口ポート１１を介して蒸発器Ｈ２に供給される。

【0044】

以上説明したように、弁体５１よりもソレノイド８０の駆動方向側、すなわち、弁体５１の開弁方向側には空間Ｓ１が形成されており、この空間Ｓ１には１次圧室１４の冷媒よりも圧力が低い２次圧室１３の冷媒が流入しているので、弁５０を閉塞状態から開放状態とするときの弁体５１の移動方向両側に作用する差圧の影響を小さくすることができる。この結果、ソレノイド８０に印加される電流値に対して弁体５１が精度よくストロークするので、弁体５１による弁開度の調整を高い精度で行うことができる。特に、膨張弁Ｖ１は、弁体５１がベローズ１８により弁５０の閉弁方向に付勢されるノーマルクローズタイプとして構成されるため、弁体５１を即座に動作させて弁５０を開放することが可能であり、高圧の１次圧Ｐ１から低圧の２次圧Ｐ２に迅速に低下させることができる。

【0045】

また、空間Ｓ１にベローズ１８が配置されているので、ソレノイド８０側に付勢手段を配置するためのスペースを確保する必要がなく、膨張弁Ｖ１をコンパクトに構成することができる。また、ベローズ１８が弁体５１におけるソレノイド８０と反対側に配設されているので、弁体５１の動作を安定させることができる。

【0046】

また、弁体５１には、空間Ｓ１と出口ポート１１とを連通する連通路５１ｃが形成されており、２次圧Ｐ２の冷媒はバルブハウジング１０に形成された出口ポート１１から連通路５１ｃを通じて空間Ｓ１に流入する。これにより、例えば、バルブハウジング１０や蓋部材１６に出口ポート１１とは別個のポートを形成する必要がなく、膨張弁Ｖ１の構造を簡素にすることができる。

【0047】

また、連通路５１ｃは、弁体５１を軸方向に貫通するように形成されているので、空間Ｓ１と出口ポート１１とを連通する連通路をバルブハウジング１０に形成することに比べて加工が簡便である。

【0048】

また、空間Ｓ１と入口ポート１２とはベローズ１８により略密封状に区画されているので、弁５０の閉塞状態において空間Ｓ１内に１次圧Ｐ１の冷媒が流入することが防止される。言い換えれば、弁５０の閉塞状態において空間Ｓ１内に２次圧Ｐ２を維持できるので、弁５０を閉塞状態から開放状態とする際に弁体５１の移動方向両側に作用する差圧の影響を確実に小さくできる。また、空間Ｓ１と入口ポート１２とを区画するベローズ１８は、付勢手段としての機能を兼ねているので、膨張弁Ｖ１を簡便な構成とすることができる。

【0049】

尚、本実施例１では、ベローズ１８の有効受圧面積Ａと弁体５１の有効受圧面積Ｂとが同一の形態（Ａ＝Ｂ）を例示したが、有効受圧面積Ａを有効受圧面積Ｂよりも若干大きく（Ａ＞Ｂ）し、弁５０の閉塞状態を確実に維持できるようにしてもよいし、有効受圧面積Ｂを有効受圧面積Ａよりも若干大きく（Ａ＜Ｂ）し、弁５０を開放しやすくしてもよい。すなわち、弁体５１の移動方向両側に作用する冷媒の圧力による影響力が小さくなっていればよい。

【0050】

また、本実施例１では、ベローズ１８が空間Ｓ１と１次圧室１４とを区画する機能と、付勢手段としての機能とを兼ねている形態を例示したが、弁体５１を閉弁方向に付勢する付勢手段を別個に有していれば、ベローズ１８が付勢力を有していなくてもよい。

【実施例2】

【0051】

実施例２に係る膨張弁につき、図５～図７を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0052】

図５および図６に示されるように、本実施例２の膨張弁Ｖ２において、弁１５０の弁体１５１は、その中央部に貫通する貫通孔１５１ｂが形成された筒状体であり、弁座１０ａに対して軸方向右端１５１ａのエッジ部分が着座するようになっている。貫通孔１５１ｂには、ロッド５２の軸方向左端部が貫通した状態で圧入固定されている。

【0053】

この弁体１５１の軸方向左端面と軸方向右端面は同径に形成されている。言い換えれば、後述する空間Ｓ２の冷媒が作用する弁体１５１の有効受圧面積Ａ’と、２次圧室１３内の冷媒が作用する弁体１５１の有効受圧面積Ｂ’とは同一である（Ａ’＝Ｂ’）。

【0054】

バルブハウジング１０の内部には、凹部１０ｄと蓋部材１６１と弁体１５１とにより区画された空間Ｓ２が形成されている。また、バルブハウジング１０には、凹部１０ｄと入口ポート１２との間に内径側に延びる環状部が形成されている。環状部の内周面は弁体１５１の外周面が略密封状態で摺動可能なガイド面１０ｂとして機能する。

【0055】

ガイド面１０ｂと弁体１５１の外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、弁体１５１は、バルブハウジング１０に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっているとともに、前記隙間が空間Ｓ２と１次圧室１４とを略密封状に区画するクリアランスシールとして機能している。

【0056】

２次圧室１３と空間Ｓ２とは、弁体１５１に形成された連通路１５１ｃにより連通している。すなわち、２次圧室１３内の冷媒は連通路１５１ｃを通じて空間Ｓ２内に流入するようになっている。また、この空間Ｓ２には、弁体１５１を軸方向右方に付勢する付勢手段としてのスプリング１７が配設されている。

【0057】

次いで、膨張弁Ｖ２の開閉動作について説明する。

【0058】

先ず、膨張弁Ｖ２の非通電状態について説明する。図５および図６に示されるように、膨張弁Ｖ２は、非通電状態において、弁体１５１がスプリング１７の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、弁体１５１の軸方向右端１５１ａが弁座１０ａに着座し、弁１５０が閉塞されている。

【0059】

このとき、弁体１５１には、軸方向右方に向けてスプリング１７の付勢力（Ｆ_ｓｐ）と、弁体１５１の軸方向左端面に対する冷媒の圧力（Ｆ_Ｐ１）が作用し、軸方向左方に向けて弁体１５１の軸方向右側面に対する冷媒の圧力（Ｆ_Ｐ２）が作用している。すなわち、右向きを正として、弁体１５１には、力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐ１－Ｆ_Ｐ２が作用している。

【0060】

詳しくは、弁体１５１の有効受圧面積Ａ’，Ｂ’が等しい（Ａ’＝Ｂ’）ことから、冷媒の圧力Ｐ１，Ｐ２により弁体１５１に作用する力（Ｆ_Ｐ１），（Ｆ_Ｐ２）はいずれもほぼゼロとなる。すなわち、右向きを正として、弁体５１には、実質的に力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐが作用している。

【0061】

次に、膨張弁Ｖ２の通電状態について説明する。図５および図７に示されるように、膨張弁Ｖ２の通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）が力Ｆ_ｒｏｄを上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｒｏｄ）と、可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたロッド５２および弁体１５１が軸方向左方へ共に移動し、弁体１５１の軸方向右端１５１ａがバルブハウジング１０の弁座１０ａから離間する。このようにして弁１５０が開放される。また、ソレノイド８０の駆動時には、可動鉄心８４がセンタポスト８２の軸方向右方に接触することで、弁体１５１がさらに弁座１０ａから離間することが規制される。尚、ロッド５２の軸方向左端が蓋部材１６から右方に突出する軸部に接触することで弁体１５１の移動を規制するようにしてもよい。

【0062】

このように、弁体１５１の開弁方向側に形成された空間Ｓ２に弁体１５１よりも閉弁方向側の２次圧室１３の冷媒が流入しているので、弁体１５１の移動方向両側の差圧を小さく、弁体１５１による弁開度の調整を高い精度で行うことができる。

【0063】

また、バルブハウジング１０には、弁体１５１の移動を案内するガイド面１０ｂが形成されており、空間Ｓ２と入口ポート１２とはガイド面１０ｂと弁体１５１の外周面との間に形成されるクリアランスシールにより略密封状に区画されているので、弁１５０を閉塞状態において空間Ｓ２内に１次圧Ｐ１の冷媒が流入することを抑制できる。言い換えれば、空間Ｓ２内に２次圧Ｐ２の冷媒を保持しやすいので、弁１５０を閉塞状態から開放状態とする際に弁体１５１に作用する差圧を確実に小さくできる。

【0064】

また、ガイド面１０ｂと弁体１５１の外周面との間に形成されるクリアランスシールにより略密封状に空間Ｓ２と入口ポート１２とが区画されているため、空間Ｓ２と入口ポート１２とを区画するための部材を別個に用意しなくて済み、部品点数を減らして、膨張弁Ｖ２の構造を簡素化することができる。

【0065】

また、バルブハウジング１０には、弁体１５１が挿通されるガイド面１０ｂが形成されているため、ガイド面１０ｂに弁体１５１が案内される。これにより、弁体１５１の動作の精度を高めることができる。さらに、バルブハウジング１０には、弁座１０ａとガイド面１０ｂとが一体形成されているため、部品点数が少なく小型化された膨張弁Ｖ２を提供できる。

【0066】

また、弁体１５１の有効受圧面積Ａ’，Ｂ’が同一であることから、冷媒の圧力（Ｆ_Ｐ１）と冷媒の圧力（Ｆ_Ｐ２）とがキャンセルされる。すなわち、弁体１５１にソレノイド８０の駆動方向両側から作用する２次圧Ｐ２がキャンセルされるため、ソレノイド８０の動作が２次圧Ｐ２の影響を受けない。弁開度はソレノイド８０の電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）とスプリング１７の付勢力（Ｆ_ｓｐ）とのバランスにより調整される。そのため、蒸発器Ｈ２に送り込む冷媒の流量を細かく変化させることができる。

【実施例3】

【0067】

実施例３に係る膨張弁につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0068】

図８に示されるように、実施例３のバルブハウジング１００には、弁座１０ａよりも軸方向左側に出口ポート１１１が形成されており、弁座１０ａよりも軸方向右側に入口ポート１２１が形成されている。

【0069】

膨張弁Ｖ３の非通電状態、すなわち閉弁状態にあっては、入口ポート１２１に連通する１次圧室１４１に凝縮器Ｈ１を通過した１次圧Ｐ１の冷媒が流入しており、空間Ｓ３には、連通路５１ｃを通じて１次圧室１４１の冷媒が流入している。

【0070】

このように、弁体５１の開弁方向側に形成された空間Ｓ３に弁体１５１よりも閉弁方向側の１次圧室１４１の冷媒が流入しているので、弁体５１の移動方向両側の差圧を小さくして、弁体５１による弁開度の調整を高い精度で行うことができる。

【実施例4】

【0071】

実施例４に係る膨張弁につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0072】

図９に示されるように、実施例４の弁体２５１は、その中央部に軸方向右方に開口する凹部２５１ｂを有し、凹部２５１ｂには、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッド２５２を軸方向右方に付勢するスプリング１９が配設されている。スプリング１９は、その軸方向左端が凹部２５１ｂの底面に当接しており、軸方向右端がロッド２５２の軸方向左端部の外周面から外径方向に延びるフランジ部２５２ａの軸方向左側の側面に当接している。

【0073】

膨張弁Ｖ４の非通電状態、すなわち閉弁状態にあっては、スプリング１９により凹部２５１ｂの底面とロッド２５２の軸方向左端は軸方向に離間した状態で支持されている。

【0074】

また、膨張弁Ｖ４においては、通電状態において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）がスプリング１９の付勢力（Ｆ_ｓｐ２）を上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｓｐ２）と、可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたロッド２５２が軸方向左方へ移動し、ロッド２５２の軸方向左端が凹部２５１ｂの底面に当接する。電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）がスプリング１９の付勢力（Ｆ_ｓｐ２）およびベローズ１８の付勢力（Ｆ_ｂｅｌ）を上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｓｐ２＋Ｆ_ｂｅｌ）と、可動鉄心８４がセンタポスト８２側にさらに引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたロッド２５２およびロッド２５２と当接した弁体２５１が軸方向左方、すなわち開弁方向へ共に移動し、弁体２５１のテーパ面部５１ａがバルブハウジング１０の弁座１０ａから離間する。このようにして、弁５０が開放される。

【0075】

このように、弁体２５１とロッド２５２を締結せず、軸方向に離間させた状態でスプリング１９により支持させているので、弁体２５１とロッド２５２の耐振動性を高めることができる。詳しくは、外乱等によりソレノイド８０を構成するロッド２５２に振動が発生しても、当該振動がスプリング１９により吸収され、弁体２５１への伝達が抑制されるため、膨張弁Ｖ４の閉弁状態が安定し、シール性が高まり弁漏れを減少させることができる。

【実施例5】

【0076】

実施例５に係る膨張弁につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0077】

図１０に示されるように、実施例５の弁体５１は、その中央部に軸方向右方に開口する凹部５１ｂを有し、凹部５１ｂには、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッド３５２の軸方向左端部が挿入されている。ロッド３５２の軸方向左端部は、略半球面に形成されており、凹部５１ｂの底面に点接触している。

【0078】

このように、弁体５１とロッド３５２を締結せず、略半球面に形成されたロッド３５２の軸方向左端部を凹部５１ｂの底面に点接触させることにより、ロッド３５２や弁体５１に傾きが発生しても面接触させた場合に見られる駆動時の傾きの矯正が発生しないため、可動鉄心８４やロッド３５２が傾いてこれらとソレノイド８０の構成部材との間の摺動抵抗の増加が抑制され、膨張弁Ｖ５の作動性への影響を小さくすることができる。

【実施例6】

【0079】

実施例６に係る膨張弁につき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0080】

図１１に示されるように、実施例６の弁体４５１は、軸方向右端面が略半球面に形成されており、その中央部にソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッド５２の軸方向左端が点接触している。

【0081】

このように、弁体４５１とロッド５２を締結せず、略半球面に形成された弁体４５１の軸方向左端面の中央部にロッド５２の軸方向左端を点接触させることにより、ロッド５２や弁体４５１に傾きが発生しても面接触させた場合に見られる駆動時の傾きの矯正が発生しないため、可動鉄心８４やロッド５２が傾いてこれらとソレノイド８０の構成部材との間の摺動抵抗の増加が抑制され、膨張弁Ｖ６の作動性への影響を小さくすることができる。

【0082】

また、膨張弁Ｖ６の非通電状態、すなわち弁５０の閉弁状態にあっては、弁体４５１がベローズ１８の付勢力により軸方向右方、すなわち閉弁方向へと押圧されることで、弁体４５１の略半球面に形成される軸方向右端面の外径部４５１ａが弁座１０ａに着座している。これによれば、弁体４５１に傾きが発生しても外径部４５１ａが弁座１０ａに確実に着座するため、シール性が高まり弁漏れを減少させることができる。

【0083】

尚、弁体４５１の軸方向右端面は、ロッド５２の軸方向左端が接触する中央部近傍が球面の一部として形成されていれば、弁体４５１の弁座１０ａに着座する部分は、例えば前記実施例１と同様にテーパ面部５１ａにより構成されていてもよい。

【実施例7】

【0084】

実施例７に係る膨張弁につき、図１２を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0085】

図１２に示されるように、実施例７の弁体５５１は、ベローズ１８の軸方向右端が密封状に固定されるアダプタ５５２の軸方向右方に開口する凹部５５２ｂにカシメ固定または圧入固定される鋼球により構成されており、２次圧室１３内に配置される弁体５５１の球面にソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッド５２の軸方向左端が点接触している。

【0086】

また、ベローズ１８の軸方向左端に密封状に固定される蓋部材５１６には、軸方向に貫通する連通路５１６ａが形成されている。連通路５１６ａは、膨張弁Ｖ７の外部に設けられる図示しないオリフィスを介して蒸発器Ｈ２と連通している。すなわち、ベローズ１８の内部に形成される空間Ｓ１には、出口ポート１１から蒸発器Ｈ２に供給される２次圧Ｐ２の冷媒が流入している。

【0087】

このように、膨張弁Ｖ７は、弁体５５１よりもソレノイド８０の駆動方向側、すなわち、弁体５５１の開弁方向側には空間Ｓ１が形成されている。この空間Ｓ１には膨張弁Ｖ７の外部に形成される図示しないオリフィスおよび蓋部材５１６に形成される連通路５１６ａを介して１次圧室１４の冷媒よりも圧力が低い２次圧室１３の冷媒が流入している。これによれば、弁５０を閉塞状態から開放状態とするときに、弁体５５１の移動方向両側に作用する差圧の影響が小さく、ソレノイド８０に印加される電流値に対して弁体５５１が精度よくストロークする。このように、弁体５５１による弁開度の調整を高い精度で行うことができる。

【0088】

また、弁体５５１とロッド５２を締結せず、２次圧室１３内に配置される弁体５５１の球面にロッド５２の軸方向左端を点接触させることにより、ロッド５２や弁体５５１に傾きが発生しても面接触させた場合に見られる駆動時の傾きの矯正が発生しないため、可動鉄心８４やロッド５２が傾いてこれらとソレノイド８０の構成部材との間の摺動抵抗の増加が抑制され、膨張弁Ｖ７の作動性への影響を小さくすることができる。

【0089】

また、膨張弁Ｖ７の非通電状態、すなわち弁５０の閉弁状態にあっては、弁体５５１がベローズ１８の付勢力により軸方向右方、すなわち閉弁方向へと押圧されることで、弁体５５１の球面部５５１ａが弁座１０ａに着座している。これによれば、弁体５５１に傾きが発生しても球面部５５１ａが弁座１０ａに確実に着座するため、シール性が高まり弁漏れを減少させることができる。

【0090】

また、弁体５５１として鋼球を用いることにより、機械的摩耗に強い構成とすることができる。

【0091】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0092】

例えば、前記実施例１～３では、弁体はソレノイドのコイルに貫通配置されるロッドと別部材から構成される形態を例示したが、これに限らず、弁体とロッドとが一体に構成されていてもよい。

【0093】

また、実施例１～７では、弁座がバルブハウジングと一体に形成される形態を例示したが、弁座がバルブハウジングと別体であってもよい。

【0094】

また、前記実施例２では、バルブハウジングの内周面に弁座とガイド面とが一体に形成されるものとして説明したが、これに限らず、弁座を有するバルブハウジングとガイド面を有するバルブハウジングとが別体に設けられていてもよい。

【0095】

また、ガイド面は、バルブハウジングに形成されるものに限らず、例えばセンタポストの挿通孔の一部に形成されていてもよい。

【0096】

また、前記実施例１～７では付勢手段が弁体の開弁方向側の空間内に配設される形態を例示したが、ソレノイド側など弁体の開弁方向側の空間以外の場所に配設されていてもよい。

【0097】

また、前記実施例１，２，４～６では、弁体に形成された連通路を通じて空間と出口ポートが連通する形態を例示したが、これに限られず、バルブハウジングに連通路を形成してもよい。また、連通路の構成を省略して、空間を構成するバルブハウジングや前記実施例７のように蓋部材に対して蒸発器と連通する別のポートを形成してもよい。

【符号の説明】

【0098】

１０ バルブハウジング
１０ａ 弁座
１０ｂ ガイド面
１１ 出口ポート
１２ 入口ポート
１３ ２次圧室
１４ １次圧室
１７ スプリング（付勢手段）
１８ ベローズ（付勢手段）
５０ 弁
５１ 弁体
５１ｃ 連通路
８０ ソレノイド
１００ バルブハウジング
１５０ 弁
１５１ 弁体
１５１ｃ 連通路
２５１ 弁体
２５２ ロッド
２５２ａ フランジ部
３５２ ロッド
４５１ 弁体
５１６ 蓋部材
５１６ａ 連通路
５５１ 弁体
５５２ アダプタ
Ａ，Ｂ 有効受圧面積
Ａ’，Ｂ’ 有効受圧面積
Ｃ 圧縮機
Ｈ１ 熱交換器（凝縮器）
Ｈ２ 熱交換器（蒸発器）
Ｒ 冷凍サイクル
Ｓ１～Ｓ３ 空間
Ｖ１～Ｖ７ 膨張弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】