JP2012197990A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーエレメントを小径化することにより小型化を図った膨張弁を提供する。
【解決手段】パワーエレメント１００は、上蓋部材１１０と受け部材１２０の間に挟まれて固定されるダイアフラム１３０を有する。上蓋部材１１０、ダイアフラム１３０、受け部材１２０の外周部はレーザー溶接により接合される。上蓋部材１１０と受け部材１２０で挟み込まれるダイアフラム１３０の支点位置からパワーエレメント１００の外周までの距離は、レーザー溶接により形成される溶融部の長さ寸法に０．２〜１．０ｍｍを加えた距離に設定される。組み立てられたパワーエレメント１００は、弁本体１０の上部に設けられた円筒部１２内に挿入され、カシメ加工により形成されるカシメ部１２ａにより固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる感温機構内蔵型の膨張弁に関する。

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ついては、設置スペースや配線を省略するために、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温機構内蔵型の温度膨張弁が使用される。
特許文献１は、本出願人に係るこの種の膨張弁を示す。
膨張弁の弁本体は、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を有する。弁室内に配設される球状の弁部材は、弁室に開口する弁孔の弁座に対向し、パワーエレメントにより駆動される弁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。
弁孔を通った冷媒は、出口ポートから蒸発器側へ送られる。蒸発器から圧縮機側へ戻る冷媒は、弁本体に設けられた戻り通路を通過する。
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。
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円盤状の受け部材で構成され、３つの部材を重ね合わせて円周部をＴＩＧ溶接手段などにより接合して形成される。
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。圧力作動室に作動ガスを封入するために、上蓋部材の頂部に穴を設け、この穴から作動ガスを封入した後に鋼球等で穴を塞ぎプロジェクション溶接手段などによって圧力作動室を封止する。

特開２００８−１８０４７５号公報

上記のような感温機構内蔵型の温度膨張弁は、外形寸法を小さくすることができるという利点があるが、その周囲に多数の部品が密接状態で配置されるため、さらなる小型化が求められている。また、小型化することで製造コストを低減することができるという利点もある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーエレメントを小径化することにより、小型化を図った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、本発明の膨張弁は、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、弁室に開口する弁孔と、弁孔の入口に形成される弁座と、弁孔を通過した冷媒を送り出す出口ポートを有する弁本体と、弁座に対向して配設される弁部材と、弁部材を操作する弁棒を駆動する作動ガスを封入した圧力作動室を有するパワーエレメントとを備える膨張弁であって、
パワーエレメントは、圧力作動室が形成される上蓋部材と、受け部材と、上蓋部材と受け部材の間に挟み込まれるダイアフラムとを備え、上蓋部材とダイアフラムと受け部材の外周部は、レーザー溶接により形成される溶融部で接合されるとともに、上蓋部材と受け部材で挟み込まれるダイアフラムの支点位置からパワーエレメントの外周までの距離は、レーザー溶接により形成される溶融部の長さ寸法に０．２ｍｍ〜１．０ｍｍを加えた距離に設定される。
また、弁本体はパワーエレメントが挿入される円筒部を有し、円筒部の上部をカシメ加工することによりパワーエレメントが固定されるものである。

本発明の膨張弁は以上の手段を備えることにより、パワーエレメントを小径化して小型化を図ることができる。

本発明の膨張弁の一実施例の断面図と右側面図。 図１の要部拡大図。 本発明のパワーエレメントの溶接構造を示す説明図。 図３の溶接構造によるダイアフラムへの熱影響範囲を示す説明図。 本発明と従来技術のパワーエレメントの溶接構造の違いを示す説明図。 本発明の膨張弁の他の実施例の断面図と右側面図。

図１は、本発明の膨張弁の断面図（ａ）と右側面図（ｂ）を示す。
本発明の膨張弁の弁本体１０は、アルミ合金を押出し成形してつくられた素材に機械加工を施して生産されるもので、高圧の冷媒が導入される入口ポート２０を有する。
入口ポート２０の奥壁には小径穴２２が設けられ、弁本体１０の長手方向に中心軸を有する弁室２４に連通している。弁室２４は同軸状に形成される弁孔２６を介して冷媒の出口ポート２８に連通している。

弁室２４と弁孔２６との間には弁座２５が形成され、弁室２４内に配設される球状の弁部材４０が弁座２５に対向する。
弁部材４０は支持部材４２により支持され、支持部材４２は、コイルスプリング４４を介して弁室２４の開口部を封鎖するプラグ５０で支持される。プラグ５０はねじ部５２により弁本体１０の弁室２４の開口部に螺合される。プラグ５０は有底の六角穴５３にレンチを差し込んで回動させることができるので、プラグ５０のねじ込み量を調整することにより、弁部材４０を支持するコイルスプリング４４のばね力を調整することができる。
プラグ５０の外周部にはシール部材５４が設けられ、これによって弁室２４がシールされている。

出口ポート２８から送り出された冷媒は蒸発器へ送られ、外気と熱交換して蒸発する。蒸発器から圧縮機側へ戻る冷媒は、弁本体１０に設けられた戻り通路３０を通過する。
弁本体１０の頂部にはパワーエレメント１００が弁本体１０の上部に形成された円筒部１２の上部をカシメ加工することにより形成されるカシメ部１２ａにより取付けられる。パワーエレメント１００と弁本体１０の間にはシール部材６４が配設される。

パワーエレメント１００は、後述する態様で製造されるものであって、上蓋部材１１０と、リング状の受け部材１２０と、上蓋部材１１０と受け部材１２０の間に挟み込まれるダイアフラム１３０とにより構成される。
上蓋部材１１０とダイアフラム１３０で構成される圧力作動室１１２内には作動ガスが封入され、栓１１４で封止されている。ダイアフラム１３０の下面にはストッパ部材６２が配設され、ストッパ部材６２の移動は弁棒６０を介して弁部材４０に伝達される。弁棒６０の外周部にはばね部材６６が配設され、弁棒６０に摺動抵抗を付加することで、弁部材４０の振動を防止する。
弁本体１０には、弁本体１０を貫通する２本の貫通穴７０が設けられ、弁本体１０を他の部材に取付けるボルトの挿入穴として利用される。また、弁本体１０の中心部には１本の有底のねじ穴８０も形成される。

図２は、パワーエレメント１００の断面図である。
パワーエレメント１００は、上蓋部材１１０とダイアフラム１３０と受け部材１２０を重ね合わせ、外周部に対して溶接手段により溶接部Ｗを形成してユニット化する。上蓋部材１１０は中央部が凸部に形成されており、その頂部に穴１１６が設けてある。この穴１１６からダイアフラム１３０との間で画成される圧力作動室１１２内に作動ガスを注入して、穴１１６を栓１１４で塞いで溶接等により封止する。
膨張弁の小型化を図るためには、パワーエレメント１００の外径寸法Ｄも小さくすることが必要となる。

図３の（ａ）は、溶接部Ｗ_１をＴＩＧ溶接により形成する場合を示す。ＴＩＧ溶接により形成される溶接部Ｗ_１の溶融部の長さ寸法Ｌ_１により上蓋部材１１０、ダイアフラム１３０、受け部材１２０の重ね合わせ部分に熱影響範囲Ｈ_１が発生する。ＴＩＧ溶接は溶融部Ｗ_１を形成する際に投入される熱量が多いので、熱影響範囲Ｈ_１も大きくなる。この範囲ではダイアフラム１３０も焼き鈍し受け、ダイアフラムとしての特性が低下する。
パワーエレメント１００が所定の性能を発揮するためには、ダイアフラム支点Ｐ_１の内側の有効径Ｄ_５を確保する必要がある。
図３の（ａ）で示すＴＩＧ溶接により溶接部Ｗ_１を形成する構成にあっては、このダイアフラム１３０の有効径Ｄ_５を確保するために、パワーエレメント１００の外径寸法Ｄ_１は大きくする必要がある。

図３の（ｂ）は、レーザー溶接による溶融部Ｗ_２の場合を示す。レーザー溶融では、溶融部Ｗ_２は、上蓋部材１１０及び受け部材１２０の端面の内側に長さ寸法Ｌ_２として形成される。
また、溶融部Ｗ_２を形成するのに必要な熱量も少なくて済む。そこで、熱影響範囲Ｈ_２も小さくなる。
このレーザー溶融の特性を利用すると、ダイアフラム１３０の有効径Ｄ_５を確保しつつ、パワーエレメント１００の外径寸法Ｄ_２を小さくすることができる。

図４は、パワーエレメント１００の外周部をＴＩＧ溶接した場合とレーザー溶接した場合のダイアフラム１３０に対して熱影響を与える範囲を示す説明図である。
ＴＩＧ溶接にあっては、溶融部Ｗの溶け込みによる長さ寸法から約１．０ｍｍの範囲までダイアフラム１３０に焼き鈍しの影響を与えるが、レーザー溶接では、１．０ｍｍ以下で済み、０．２ｍｍ程度まで小さくすることが可能なことが実験により確認された。

上述したレーザー溶接による特性を利用して、図３の（ｂ）で示すように、ダイアフラム１３０の支点位置Ｐ_１からパワーエレメント１００の外周までの距離寸法Ｓ_１はレーザー溶融により形成される溶融部Ｗ_２の長さ寸法Ｌ_２に０．２ｍｍ〜１．０ｍｍを加えた距離に設定した。なお、この距離Ｓ_１はパワーエレメント１００の外径寸法Ｄ_２とダイアフラム１３０の有効径寸法Ｄ_５の差の半分となる。なお、熱影響を回避しつつパワーエレメント１００の外径寸法をできるだけ小さくするために、Ｌ_２に加える距離は０．５±０．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
以上のように、本発明にあっては、ダイアフラム１３０の有効径寸法を確保しつつパワーエレメント１００の外径寸法を小さくすることができる。

図５の（ａ）は、トーチＴ_１によりＴＩＧ溶接により溶融部Ｗ_１を形成する場合を示す。
図３の（ａ）で説明したように、ダイアフラム１３０の有効径Ｄ_５を確保するために必要なパワーエレメント１００の外径寸法Ｄ_１は大きくなる。

図５の（ｂ）はレーザートーチＴ_２から照射されるレーザービームＢ_１により溶融部Ｗ_２を形成する場合を示す。
図３の（ｂ）で説明したように、ダイアフラム１３０の有効径Ｄ_５を確保するために必要なパワーエレメント１００の外径寸法Ｄ_２は小さくすることができる。

このパワーエレメント１００を弁本体１０の上部に形成された円筒部１２内に挿入し、カシメ部１２ａにより固定することにより、小型の膨張弁を得ることができる。
このようなカシメ構造の膨張弁の場合、膨張弁上部の外径が、パワーエレメント１００の外径にカシメ部１２ａの厚みの２倍を加えた寸法となる。従来のＴＩＧ溶接によるパワーエレメントの場合、外径寸法が大きいため、かかるカシメ構造を採用しづらいという問題があるが、本発明によれば、パワーエレメント１００を小径にすることができるため、カシメ構造を採用しやすくなる。これにより、パワーエレメント１００を弁本体１０に螺着するためのネジ加工が不要となるため、製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施例では、弁棒６０がストッパ部材６２を介してダイアフラム１３０に接しており、受け部材１２０がリング状であるとともにその内周部とストッパ部材６２の外周部との間に隙間が形成されており、ストッパ部材６２は弁本体１０に接することで開弁方向への移動が制限されるようになっている。
従来の膨張弁では、図６に示すように、ストッパ部材６２が受け部材１２０に接することによって開弁方向への移動が制限されるようになっており、これに比べて、本実施例では、膨張弁の高さ方向の寸法を短縮することができる。
また、ストッパ部材６２と弁本体１０の間に受け部材１２０が介在しないことで、ストッパ部材６２の上下方向の位置が受け部材１２０の厚みの影響を受けなくなるので、ダイアフラム１３０の位置が安定し、個々の性能のバラツキが少なくなる。

なお、本発明は、図６に示すような、受け部材１２０に形成されたねじ部１２０ａと弁本体１０に形成されたねじ部１０ａによりパワーエレメント１００を弁本体１０に螺着する構造の膨張弁にも適用可能である。

その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。

１０ 弁本体
１２ 円筒部
１２ａ カシメ部
２０ 入口ポート
２２ 小径穴
２４ 弁室
２５ 弁座
２６ 弁孔
２８ 出口ポート
３０ 戻り通路
４０ 弁部材
４２ 支持部材
４４ コイルスプリング
５０ プラグ
５２ ねじ部
５３ 六角穴
５４ シール部材
６０ 弁棒
６２ ストッパ部材
６４ シール部材
６６ ばね部材
７０ 貫通穴
８０ ねじ穴
１００ パワーエレメント
１１０ 上蓋部材
１２０ 受け部材
１３０ ダイアフラム

Claims (2)

1. 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、弁室に開口する弁孔と、弁孔の入口に形成される弁座と、弁孔を通過した冷媒が送り出される出口ポートを有する弁本体と、弁座に対向して配設される弁部材と、弁部材を操作する弁棒を駆動する作動ガスを封入した圧力作動室を有するパワーエレメントとを備える膨張弁であって、
   パワーエレメントは、圧力作動室が形成される上蓋部材と、受け部材と、上蓋部材と受け部材の間に挟み込まれるダイアフラムとを備え、
   上蓋部材とダイアフラムと受け部材の外周部は、レーザー溶接により形成される溶融部で接合されるとともに、上蓋部材と受け部材で挟み込まれるダイアフラムの支点位置からパワーエレメントの外周までの距離は、レーザー溶接により形成される溶融部の長さ寸法に０．２ｍｍ〜１．０ｍｍを加えた距離である膨張弁。
2. 弁本体はパワーエレメントが挿入される円筒部を有し、円筒部の上部をカシメ加工することによりパワーエレメントが固定される請求項１記載の膨張弁。

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