JP6566715B2 - 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関わらず動作特性の安定性を維持できる膨張弁に関する。

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ている。このような膨張弁の弁本体は、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。
また、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。このとき、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。

上記のような従来の感温機構内蔵型の温度膨張弁は、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したものとして、パワーエレメントの小型化を図った膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された膨張弁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しており、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。
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２０１２−１９７９９０号公報

特許文献１に記載されている膨張弁は、流路に冷凍サイクル等で用いられる低温の冷媒が流れるため、当該低温の冷媒によって弁本体の温度も低くなる。
このとき、膨張弁の周囲の外気が低温の弁本体のカシメ部やパワーエレメントの表面に接触すると、外気中の水分が結露して水滴となる場合がある。

しかしながら、特許文献１に記載されている従来の膨張弁は、弁本体にパワーエレメントをカシメ部を介して固定することで全体の小型化は実現できるものの、上記カシメ部とパワーエレメントとの間には段差が生じてしまう。
このような段差が存在することにより、膨張弁を長時間使用した場合、外気に含まれていた水分が結露して上記段差の内側のパワーエレメント上面に付着することがある。
このとき結露した水分が滞留して水膜を形成すると、パワーエレメントの上面に外気（空気）ではなく熱伝達性能の異なる水膜が介在するため、パワーエレメント内部の作動ガスの温度特性に変化が生じてしまい、結果としてパワーエレメントの動作特性が変化してしまうという問題点があった。

そこで本発明の目的は、結露してもパワーエレメントの動作特性が変化しない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、前記パワーエレメントは、前記弁本体に前記パワーエレメントを囲繞するカシメ部を介して取り付けられ、前記カシメ部の内側に位置するパワーエレメントの上面に充填部材を設けており、前記充填部材は、前記上面に材料を流動状態で流し込んだ後に硬化させることで形成され、前記カシメ部の少なくとも上端位置よりも高い位置まで充填されている。

このとき、前記充填部材は、前記パワーエレメントの上面の中心部から前記カシメ部に向けて徐々に低くなるように傾斜して充填されていてもよい。
また、前記充填部材は、前記パワーエレメントの上面をすべて覆うように形成されていてもよい。このとき、前記充填部材は、前記カシメ部の内側に位置する滞留部と、前記滞留部より高い領域の前記パワーエレメントの上面を覆う被膜部と、からなるように構成することもできる。

本発明の膨張弁の一態様において、前記パワーエレメントは、前記カシメ部の内側面と前記パワーエレメントの外側面との間に隙間を形成しないように、カシメ加工によって前記弁本体に取り付けられている。
また、本発明の膨張弁の別の態様において、前記パワーエレメントは、前記カシメ部の内側面と前記パワーエレメントの外側面との間に所定の隙間を形成して、カシメ加工によって前記弁本体に取り付けられている。このとき、前記隙間は、前記カシメ部の内側面の前記パワーエレメントの外側面と対向する領域において、前記カシメ部の肉厚を減少させることによって形成されていてもよい。

さらに、本発明の膨張弁において、前記充填部材は、樹脂材料で形成されるのが好ましい。

本発明の膨張弁は以上の手段を備えることにより、パワーエレメントの表面に結露した水滴が付着することを防止できるため、パワーエレメントの動作特性を安定させることができる。

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）。 本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第１の変形例を示す要部の断面図。 本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第２の変形例を示す要部の断面図。 本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第３の変形例を示す要部の断面図である。 本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第４の変形例を示す要部の断面図である。 本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの構造を示す要部の断面図。 本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの第１の変形例を示す要部の断面図。 本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの第２の変形例を示す要部の断面図。

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。
図１に示すように、本発明の膨張弁の弁本体１０は、例えばアルミ合金の押出形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は、小径穴２２を介して弁本体１０の弁室２４に連通している。また弁室２４は、弁棒６０と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に対向している。また弁部材４０は、支持部材４２により支持されており、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、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に図中の左側から入り、これを通過する。
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にカシメ部１２ａを介して取り付けられる。また、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。
また、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が当接するように配置されており、ストッパ部材６２の移動が弁棒６０を介して弁部材４０に伝達される。また、弁棒６０の中間領域の外周部には、ばね部材６６が配設されている。このばね部材６６は、弁棒６０に接触して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。

図１に示すように、パワーエレメント１００をカシメ部１２ａを介して弁本体１０に取り付ける際に、パワーエレメント１００の上面を取り囲む態様でカシメ部１２ａが配置される。弁本体１０は内部を流れる冷媒の影響により低温となるため、当該カシメ部１２ａの内側に位置するパワーエレメント１００の上面では、外気中の水分が結露して付着することがある。
そこで、本発明の膨張弁においては、上記のような結露による水分がパワーエレメント１００の上面に付着又は滞留してしまうことにより、パワーエレメント１００の動作特性が変化してしまうことを防止するために、上記カシメ部１２ａの内側で、かつカシメ部１２ａの上端の高さよりも低くパワーエレメント１００の上面（すなわち上蓋部材１１０の上面）の部分を覆うように充填部材２００を設ける。
このような構成により、本発明の膨張弁は、周囲の外気に含まれる水分が結露したとしても、パワーエレメント１００の上面に直接付着又は滞留することがないため、パワーエレメント１００の内部に充填される作動ガスが外部の雰囲気に左右されずに安定した特性を発揮することとなり、結果として、パワーエレメント１００を用いた感温式の膨張弁の動作特性も安定させることができる。
また、充填部材２００によりパワーエレメント１００の上面とカシメ部１２ａの内面とが直接接触しない構造となるため、例えばパワーエレメント１００とカシメ部１２ａとを異なる材質の部材で形成した場合であっても、電食が生じるのを防ぐことができる。

ここで、図１に示す充填部材２００は、外気とパワーエレメント１００の上面との間で断熱性能を発揮できる程度の厚みで形成されることが好ましい。このような厚さで設けられることにより、外気の温度環境に左右されず安定した膨張弁の動作特性を得ることができる。
また、充填部材２００は、例えばゴムやプラスチック等の樹脂によって形成される。また充填部材２００は、断熱材料で形成されても良い。
このとき、充填部材２００は流動状態で上蓋部材１１０上に流し込まれてその後硬化されるが、予めこの硬化された形状にて成形し、成形された充填部材２００をパワーエレメント１００と共にカシメ部１２ａにてカシメ加工して取り付けてもよい。

図２は、本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第１の変形例を示す要部の断面図である。
図２に示すように、第１の変形例による膨張弁に設けられる充填部材２００は、パワーエレメント１００の上面から弁本体１０に形成されたカシメ部１２ａの上端の高さに至る厚みとなるように形成される。
このような構成により、仮に膨張弁の周囲の外気が結露して水滴が充填部材２００の上面に付着又は凝集したとしても、充填部材２００の厚みがカシメ部１２ａの高さと略同一であるため、水が滞留しようとしてもカシメ部１２ａの外側にこぼれる構造となっており、結果として水滴によるパワーエレメント１００への影響を抑制できるとともに、水によってカシメ部１２ａが腐食又は汚れるのを防止できる。

図３は、本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第２の変形例を示す要部の断面図である。
図３に示すように、第２の変形例による膨張弁に設けられる充填部材２００は、パワーエレメント１００の上面に設けられた栓１１４の近傍から弁本体１０に形成されたカシメ部１２ａの上端の高さに至る、略山型に傾斜した厚みとなるように形成される。
このような構成により、第１の変形例の場合と同様に、仮に膨張弁の周囲の外気が結露して水滴が充填部材２００の上面に付着又は凝集したとしても、充填部材２００がカシメ部１２ａの上端に向けて傾斜しているため、水が滞留しようとしてもカシメ部１２ａの外側にこぼれる構造となっており、結果として水滴によるパワーエレメント１００への影響を抑制できるとともに、水によってカシメ部１２ａが腐食又は汚れるのを防止できる。

図４は、本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第３の変形例を示す要部の断面図である。
図４に示すように、第３の変形例による膨張弁に設けられる充填部材２００は、パワーエレメント１００の上面に設けられた栓１１４の上面がすべて充填部材２００の内部に含まれるように形成される点で、図３に示す第２の変形例の場合と異なるように形成される。

このような構成により、結露により生じた水滴はすべてカシメ部１２ａの外側にこぼれることとなり、またパワーエレメント１００が充填部材２００に完全に囲繞されて外気から遮断されるため、パワーエレメント１００が外部環境から受ける影響を小さくすることができる。

図５は、本発明の膨張弁に適用される充填部材２００の第４の変形例を示す要部の断面図である。
図５に示すように、第４の変形例による膨張弁に設けられる充填部材２００は、図２に示す第１の変形例の充填部材２００と同様の滞留部２００ａと、パワーエレメント１００の上面１１０ａ及び栓１１４の上面１１４ａの両者を覆う被膜部２００ｂと、を備えるように形成される。

第４の変形例による充填部材２００を形成する際には、例えば流動状態の樹脂等の材料を、栓１１４の上面１１４ａに対して矢印Ａの方向から流し込むことにより、上記材料が栓１１４の上面１１４ａからパワーエレメント１００の上面１１０ａを伝って流れて、カシメ部１２ａの内側領域に滞留部２００ａとなる。このとき、上記材料は、上面１１４ａ及び１１０ａを流れる間に一部が硬化して被膜部２００ｂを形成する。
そして、充填部材２００の高さがカシメ部材１２ａの上端に達したら、上記材料がすべて硬化して、図５に示すような充填部材２００が形成される。

このような構成により、結露により生じた水滴によってカシメ部１２ａが腐食されるのを防止できるとともに、パワーエレメント１００が充填部材２００に完全に囲繞されて外気から遮断されるため、パワーエレメント１００が外部環境から受ける影響を小さくすることができる。
また、充填部材２００の滞留部２００ａより高い位置を被膜部２００ｂとして形成することにより、パワーエレメント１００を外気から遮断するとともに、充填部材２００による重量増を最小限とすることができる。

図６は、本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの構造を示す要部の断面図である。
図６に示すように、円筒部１２のカシメ部１２ａは、パワーエレメント１００の外周面と接する根元部１２ｅと所定のカシメ角度αだけ屈曲した肩部１２ｇとからなる。このとき、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。
このような構成により、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。

図７は、本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの第１の変形例を示す要部の断面図である。
図７に示すように、円筒部１２のカシメ部１２ａにおいて、根元部１２ｅはパワーエレメント１００の外周面と所定の隙間を形成するように内側に屈曲しており、さらに根元部１２ｅから屈曲した肩部１２ｇを備える。
このような構成により、根元部１２ｅでの変形を生じさせることで肩部１２ｇでの変形によるクラックを防ぐことができる。

図８は、本発明の膨張弁に適用されるカシメ部１２ａの第２の変形例を示す要部の断面図である。
図８に示すように、円筒部１２のカシメ部１２ａにおいて、根元部１２ｅはパワーエレメント１００の外周面と所定の隙間を形成するように後退（つまり、ガイド面の内径＜後退面の内径）した後退部１２ｃが形成されており、当該後退部１２ｃに屈曲位置が設けられているとともに肩部１２ｇが連続する構成を備える。
このとき、後退部１２ｃと肩部１２ｇとを接続する接続面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、接続面１２ｄとして所定の段差を形成するようにしても良い。
このような構成により、根元部１２ｅの後退部１２ｃに屈曲位置が設けられることにより、カシメ部１２ａの位置を後退部１２ｃの深さの分だけ内側に配置することができるため、円筒部１２の径を小さくすることができる。

なお、上記した実施例において、充填部材２００の変形例とカシメ部１２ａの変形例とをそれぞれ一態様を示す図面で説明したが、これらの変形例を互いに組み合わせて使用することも可能である。
例えば、カシメ部１２ａの根元部１２ｅに後退部１２ｃを形成したものに傾斜する形状の充填部材２００を適用してもよい。
また、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も可能である。

１０ 弁本体
１２ 円筒部
１２ａ カシメ部
１２ｃ 後退面
１２ｄ 接続面
１２ｅ 根元部
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
１１４ 栓
１２０ 受け部材
１３０ ダイアフラム
２００ 充填部材

Claims (8)

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、
   前記パワーエレメントは、前記弁本体に前記パワーエレメントを囲繞するカシメ部を介して取り付けられ、
   前記カシメ部の内側に位置するパワーエレメントの上面に充填部材を設けており、
   前記充填部材は、前記上面に材料を流動状態で流し込んだ後に硬化させることで形成され、前記カシメ部の少なくとも上端位置よりも高い位置まで充填されている、
   ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記充填部材は、前記パワーエレメントの上面の中心部から前記カシメ部に向けて徐々に低くなるように傾斜して充填されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記充填部材は、前記パワーエレメントの上面をすべて覆うように形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の膨張弁。
4. 前記充填部材は、前記カシメ部の内側に位置する滞留部と、前記滞留部より高い領域の前記パワーエレメントの上面を覆う被膜部と、からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
5. 前記パワーエレメントは、前記カシメ部の内側面と前記パワーエレメントの外側面との間に隙間を形成しないように、カシメ加工によって前記弁本体に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁。
6. 前記パワーエレメントは、前記カシメ部の内側面と前記パワーエレメントの外側面との間に所定の隙間を形成して、カシメ加工によって前記弁本体に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁。
7. 前記隙間は、前記カシメ部の内側面の前記パワーエレメントの外側面と対向する領域において、前記カシメ部の肉厚を減少させることによって形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の膨張弁。
8. 前記充填部材は、樹脂材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の膨張弁。

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