JP6418769B2 - 膨張弁 - Google Patents

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係わり、特には、簡素な構造であるにも拘らず高い耐久性・耐腐食性を発揮するパワーエレメントの固定構造に関する。

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、設置スペースや配管作業を省略するために、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。

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。このような課題を解決するために、本出願人は特許文献２に示すようなパワーエレメントの小型化を図った膨張弁を開示している。特許文献２のパワーエレメントは、上蓋部材と受け部材の間に挟まれて固定されるダイアフラムを有する。上蓋部材、ダイアフラム、受け部材の外周部はレーザー溶接により接合される。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０．２〜１．０ｍｍ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は、弁本体の頂部に設けられた円筒部内に挿入され、カシメ加工により形成されるカシメ部により固定される。

特開２００８−１８０４７５号公報 特開２０１２−１９７９９０号公報

このように、小型に形成したパワーエレメントを弁本体頂部に設けた円筒部をかしめて固定するものが提案されているが、カシメ工程においては種々の配慮が必要である。

特許文献２において、小型パワーエレメントをかしめにより固定する際には、円筒部のカシメ部を９０度近くにまでかしめることにより固定するが、カシメ支点での曲げ角度が大きくなり、肩部にクラックが生じてしまったり、円筒部が根元部から大きく曲がり、円筒部の根元部にクラックが生じてしまう虞があった。そして、このようなクラックが発生すると、円筒部の耐久性・耐腐食性を著しく低下させ、パワーエレメントが離脱するような大きな破損の原因となることもある。

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、弁本体頂部の円筒部をかしめることによりパワーエレメントを弁本体に固定する膨張弁であって、パワーエレメントと円筒部とのズレを防止すると共に、円筒部のかしめによるクラックを回避し耐久性・耐腐食性の向上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、該入口ポートに連通する弁室と、該弁室に開口する弁孔と、該弁孔の入口に形成される弁座と、前記弁孔を通過した冷媒が送り出される出口ポートとを有する弁本体と、前記弁座に対向して配設される弁部材と、該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、前記弁本体の頂部には、前記パワーエレメントを挿入し固定するための円筒部を形成しており、前記パワーエレメントを前記円筒部内に位置決めする際の中心位置ズレを防止するために、前記円筒部の開口部内側に前記パワーエレメント外周面とのクリアランスを実質的にゼロとしたガイド面を形成し、前記円筒部の前記ガイド面の下方に前記ガイド面よりも大径部となる後退面を形成したことを特徴とする。

また、本発明の膨張弁は、前記ガイド面と前記後退面を接続する接続面を形成することを特徴とする。

更に、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、該入口ポートに連通する弁室と、該弁室に開口する弁孔と、該弁孔の入口に形成される弁座と、前記弁孔を通過した冷媒が送り出される出口ポートとを有する弁本体と、前記弁座に対向して配設される弁部材と、該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、前記弁本体の頂部には、前記パワーエレメントを挿入し固定するための円筒部を形成しており、前記パワーエレメントを前記円筒部内に位置決めする際の中心位置ズレを防止するために、前記円筒部の開口部内側に前記パワーエレメント外周面とのクリアランスを嵌合公差以内のクリアランスとして実質的にゼロとしたガイド面を形成し、前記円筒部は、カシメ角度が１０度から３０度の間でカシメ加工がされることにより、前記パワーエレメントが前記円筒部に固定されていることを特徴とする。

本発明の膨張弁は以上の手段を備えることにより、小径化したパワーエレメントの固定に際し、その作業性を損なうことなく正確にパワーエレメントを位置決めし、更に低コストにて十分な耐久性・耐腐食性を確保することができる。

本発明の最適な実施例の膨張弁の断面図（ａ）と上面図（ｂ）と右側面図（Ｃ）。 本発明の一実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大図。 本発明の他の実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大図。 本発明の更に他の実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大図。 本発明の最適な実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大図。 本発明の好適な実施例の膨張弁頂部の円筒部の要部拡大図。 本発明の好適な実施例としての小型のパワーエレメントのカシメ工程に用いられるカシメ治具の要部拡大図。

図１は、本発明の膨張弁の断面図（ａ）と上面図（ｂ）と右側面図（ｃ）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。よって、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の頂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により取り付けられる。パワーエレメント１００と弁本体１０の間にはＯリング等のシール部材６４が配設される。

パワーエレメント１００は、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（図１（ｃ））、弁本体１０を他の部材に取り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１（ｃ））。この有底ねじ穴８０は、配管継手を固定するねじ穴として利用される。

前述のように、特許文献２でのパワーエレメント１００は、円筒部１２のカシメ部１２ａを９０度近くにまでかしめて弁本体１０の上面に固定している。斯様な構造によると、前述したように、カシメ加工の際に円筒部１２のカシメ支点１２ｆ近傍の肩部１２ｇや、根元部１２ｅにクラックが生じてしまう虞がある。
そこで、本発明においては、円筒部１２のカシメ部１２ａを９０度近くにまでかしめることはせずに、必要なカシメ角度αだけかしめることとした。また、このカシメ部１２ａでのクラックの発生は、パワーエレメントと円筒部の間のクリアランスの大小が関係することが分かった。

ここで、小型パワーエレメントを円筒部によりカシメ固定する際のクリアランスの大小について説明する。
小型のパワーエレメントをかしめにより固定する際、パワーエレメント１００を円筒部内に導入しやすくするためにクリアランスＣを大きくすると、挿入したパワーエレメント１００の位置ズレの要因となってしまう。更に、パワーエレメント１００を円筒部１２の中心部に位置させてカシメ加工すると、カシメ加工の際に円筒部１２が根元部１２ｅから大きく曲がり、円筒部１２の根元部１２ｅにクラックが生じる虞がある。

図２は、本発明の一実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大説明図である。円筒部１２のカシメ部１２ａは所定のカシメ角度αだけかしめられる（図２（ｃ））。カシメ角度αは、パワーエレメントの固定保持強度とカシメ部におけるクラック発生の有無の観点に基づいて決定され、１０度から３０度が好ましい。
図２の実施例においては、円筒部１２の根元部１２ｅでのクラック発生を防ぐために、円筒部１２の内周面をガイド面１２ｂとしてその内径をパワーエレメント１００の外周部の外径と略同一寸法とし、クリアランスＣ０を実質的にゼロとすることで、根元部１２ｅでの変形量を少なくし、加えて円筒部１２のガイド面１２ｂをパワーエレメント１００の固定の際のガイドとして用いたものである。つまり、図２（ａ）のように円筒部１２の内周部がガイド面１２ｂとなり、パワーエレメント１００は位置ズレすることなく円筒部１２の中心位置に配置される。この状態から円筒部１２を開口部の内側方向へとカシメ角度αだけかしめることで、図２（ｂ）から図２（ｃ）の状態へと遷移する。この場合は、カシメ支点１２ｆを中心とした変形により肩部１２ｇのクラックに注意する必要がある。

このように、円筒部１２の内周部をガイド面１２ｂとして、パワーエレメント１００の外周部の外径とのクリアランスＣ０を実質的にゼロとするよう構成することで、パワーエレメント１００の取り付けの際の位置ズレを防止するという課題を達成することができる。クリアランスＣ０を実質的にゼロにするとは、円筒部１２とパワーエレメント１００との嵌合公差以内のクリアランスにするということである。従来、この状態においてカシメ部１２ａを大きくかしめると、円筒部１２内周側に比べて円筒部１２外周側が伸びてしまい、これによってカシメ部１２ａにクラックが生じ、円筒部１２は肩部１２ｇから折れてしまう虞が生じていた。本発明においては、円筒部１２の内周部をガイド面１２ｂとパワーエレメント１００の外周部の外径とのクリアランスＣ０を実質的にゼロとし、肩部１２ｇでのカシメ角度を９０度以内のα度とすることにより、根元部１２ｅ及び肩部１２ｇでのクラックの発生を防ぐものである。

図３は、本発明の他の実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大説明図であり、符号は図２と同じである。円筒部１２のカシメ部１２ａは所定のカシメ角度αだけかしめられる（図３（ｃ））。
図３の実施例においては、円筒部１２の肩部１２ｇでのクラック発生を防ぐために、円筒部１２のガイド面１２ｂの内径とパワーエレメント１００の外径とのクリアランスＣ１を大きくすることで、根元部１２ｅでの変形を生じさせ、肩部１２ｇでの変形によるクラックを防いでいる。この場合、根元部１２ｅのクラック発生に注意する必要がある。

図４は、本発明の更に他の実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大説明図であり、符号は図２、図３と同じである。円筒部１２のカシメ部１２ａは９０度以下の所定のカシメ角度αだけかしめられる（図４（ｃ））。
図４の実施例においては、円筒部１２の根元部１２ｅ及び肩部１２ｇでのクラック発生を防ぐために、円筒部１２のガイド面１２ｂの内径とパワーエレメント１００の外径とのクリアランスＣ２をＣ０＜Ｃ２＜Ｃ１とすることで、根元部１２ｅ及び肩部１２ｇでの変形を生じさせ、クラックを減少させている。この場合、カシメ角度αを９０度よりも小とすることにより、肩部１２ｇでのクラックを防ぐようにしている。

図５は、本発明の好適な実施例としての小型のパワーエレメントの取付け・固定工程を示す要部拡大図である。

ここで、本発明の好適な実施例としての円筒部１２の詳細構造について図６を参照しつつ説明する。
円筒部１２の上端部のカシメ部１２ａの内周部にはガイド面１２ｂを形成しており、円筒部１２の下端部の根元部１２ｅの内周部にはガイド面１２ｂよりも後退（つまり、ガイド面の内径＜後退面の内径）した後退面１２ｃを形成している。ガイド面１２ｂと後退面１２ｃとは傾斜した接続面１２ｄにより連続した面として接続されている。この接続面１２ｄは、所定の傾斜角の傾斜面または所定の曲率の湾曲面でも良い。また、ガイド面１２ｂと後退面１２ｃとが所定の段差を形成するようにしても良い。ガイド面１２ｂは膨張弁の軸線方向と平行な面により形成するのが望ましい。後退面１２ｃはカシメ動作の際のカシメ部１２ａの動きを許容するためのものであり、膨張弁の軸線方向と平行な面により形成しても良く、曲面で形成しても良い。

図５（ａ）において、円筒部１２ガイド面１２ｂの内周部とパワーエレメント１００外周面とのクリアランスＣを実質的にゼロとして、円筒部１２上端部のカシメ部１２ａの内周をガイド面１２ｂとして、パワーエレメント１００を円筒部１２に対して中心位置ズレを起こすことなく案内するようにガイド面１２ｂを構成する。図５（ａ）の状態では、Ｏリング６４がパワーエレメント１００により潰されておらず、円筒部１２ガイド面１２ｂの内周部とパワーエレメント１００外周面とのクリアランスＣを実質的にゼロ（嵌合公差以内のクリアランス）であるために、パワーエレメント１００は、円筒部１２ガイド面１２ｂにより案内されて、円筒部１２の中心位置に導入・載置される。

図５（ａ）において、パワーエレメント１００の載置位置の下端部側には、ガイド面１２ｂと平行に、且つ、ガイド面１２ｂから後退するように後退面１２ｃが形成されている。それにより、パワーエレメント１００の外周を円筒部１２の内周側を凹むように後退面１２ｃが形成される。ガイド面１２ｂと後退面１２ｃとは、所定の傾斜角を持った接続面１２ｄにより接続されている。

ここで、図７（ａ）及び（ｂ）により、カシメ治具について説明する。まず、図５（ａ）は、パワーエレメント１００を円筒部１２内に導入・載置した状態である。図５（ａ）に示すように、円筒部１２の内部にパワーエレメント１００を配置する。このとき、潰されていないＯリング６４の上にパワーエレメント１００が載置され、パワーエレメント１００の外周部はガイド面１２ｂに接触した状態となり案内されている。

この状態から図７（ａ）に示すように、カシメ用治具２００は、下端部に斜めのカシメ加工部２０４を形成した押し型２０１と、カシメ加工前のパワーエレメント１００を保持する保持環２０２と、保持環２０２を押し型２０１に対して弾性的に固定するスプリング部材２０３とから成る。保持環２０２は、押し型２０１によるカシメ工程の前に、スプリング部材２０３の弾性力によってパワーエレメント１００を所定位置に保持する。そこからカシメ用の治具２００を押し下げることによって、保持環２０２がパワーエレメント１００を押し下げる。これによってＯリング６４が押し潰され、パワーエレメント１００が所定の位置に位置決めされる。このときパワーエレメント１００は、円筒部１２の内周の各面、即ちガイド面１２ｂ、後退面１２ｃ及び接続面１２ｄの何れとも接触しない状態となるよう、後退面１２ｃの高さが決定されている。これにより、カシメ部１２ａのカシメ動作による移動スペースが確保される。

パワーエレメント１００の位置決めと同時に、図７（ｂ）に示すようにカシメ治具２００の下降によって円筒部１２のカシメ部１２ａのカシメ加工が行われ、所定のカシメ角度αまでカシメ加工がなされる。

このように、円筒部１２の構造を図６に示すような構成とすることで、カシメ工程が図５に示すように、円筒部１２のかしめによる曲げ角度αを従来の固定構造と比較して大きく抑えることができる。即ち、このような構成によって、パワーエレメント１００の固定に際し、パワーエレメント１００の位置決めを円筒部１２のガイド面１２ｂによって正確に行うことができ、更に、円筒部１２の根元部１２ｅや肩部１２ｇにクラックが生じることがなく、必要十分な耐久性・耐腐食性を奏することが可能となる。

なお、ガイド面１２ｂは、円筒部１２の内周の全周に亘って形成してもよいし、パワーエレメント１００の位置ズレを防止できるよう後退面から突出する凸状部を全周において２乃至それ以上形成した構造であっても何ら問題ない。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
１２ｂ ガイド面
１２ｃ 後退面
１２ｄ 接続面
１２ｅ 根元部
１２ｆ カシメ支点
１２ｇ 肩部
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
１１２ 圧力作動室
１２０ 受け部材
１３０ ダイアフラム

Claims (3)

1. 高圧の冷媒が導入される入口ポートと、該入口ポートに連通する弁室と、該弁室に開口する弁孔と、該弁孔の入口に形成される弁座と、前記弁孔を通過した冷媒が送り出される出口ポートとを有する弁本体と、前記弁座に対向して配設される弁部材と、該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、
   前記弁本体の頂部には、前記パワーエレメントを挿入し固定するための円筒部を形成しており、前記パワーエレメントを前記円筒部内に位置決めする際の中心位置ズレを防止するために、前記円筒部の開口部内側に前記パワーエレメント外周面とのクリアランスを実質的にゼロとしたガイド面を形成し、
   前記円筒部の前記ガイド面の下方に前記ガイド面よりも大径部となる後退面を形成したことを特徴とする膨張弁。
2. 前記ガイド面と前記後退面を接続する接続面を形成することを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 高圧の冷媒が導入される入口ポートと、該入口ポートに連通する弁室と、該弁室に開口する弁孔と、該弁孔の入口に形成される弁座と、前記弁孔を通過した冷媒が送り出される出口ポートとを有する弁本体と、前記弁座に対向して配設される弁部材と、該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、
   前記弁本体の頂部には、前記パワーエレメントを挿入し固定するための円筒部を形成しており、前記パワーエレメントを前記円筒部内に位置決めする際の中心位置ズレを防止するために、前記円筒部の開口部内側に前記パワーエレメント外周面とのクリアランスを嵌合公差以内のクリアランスとして実質的にゼロとしたガイド面を形成し、
   前記円筒部は、カシメ角度が１０度から３０度の間でカシメ加工がされることにより、前記パワーエレメントが前記円筒部に固定されていることを特徴とする膨張弁。