JP2016191526A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】結露しても水分による腐食が生じないとともに、結露したとしてもパワーエレメントの動作に影響しない膨張弁を提供する。【解決手段】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、前記弁本体の上面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、前記弁本体の上面から前記カシメ部全体を包含する高さにわたって保護部材が設けられている。【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ヤ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。
上蓋部材とダイヤ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）。そして、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ヤフラムを有しており、上蓋部材、ダイヤフラム、受け部材の外周部はレーザ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、弁本体とパワーエレメントは異種金属により作製されているため、結露した水分が電解質となって電食による腐食が生じ、結果として上記カシメ部の耐久性が低下する懸念がある。

また、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おそれもある。

そこで本発明の目的は、結露しても水分による腐食が生じないとともに、結露したとしてもパワーエレメントの動作に影響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、前記弁本体の上面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、前記弁本体の上面から前記カシメ部全体を包含する高さにわたって保護部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の膨張弁の一態様において、前記保護部材は、前記パワーエレメントの上端位置よりも高い位置まで設けられている。
また、本発明の膨張弁の別の態様において、前記弁本体の上面に、前記カシメ部を囲繞する周壁部が形成されており、前記保護部材は、前記周壁部の内側領域に設けられている。

また、前記周壁部は、前記パワーエレメントの上端位置よりも高い位置まで形成されていてもよい。
さらに、前記保護部材は、樹脂材料で形成されていると好ましい。

本発明の膨張弁は、以上の手段を備えることにより、結露しても水分による腐食が生じないとともに、結露したとしてもパワーエレメントの動作への影響を抑制することができる。

本発明の実施例１による膨張弁の縦断面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。 本発明の実施例２による膨張弁の縦断面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。 本発明の実施例２による膨張弁の上面図であり、図２に示す膨張弁の場合（ａ）及び変形例における膨張弁の場合（ｂ）を示す。 本発明の実施例３による膨張弁の要部を示す概略図であり、それぞれ保護部材の充填工程における縦断面図（ａ）、これに対応する上面図（ｂ）、保護部材形成後の縦断面図（ｃ）である。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による膨張弁の縦断面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。
図１に示すように、本発明の膨張弁の弁本体１０は、例えば側面視が矩形の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。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カシメ部１２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ヤフラム１３０とにより構成される。 また、上蓋部材１１０とダイヤフラム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。

ダイヤフラム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（ｂ）参照）、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。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１２によって弁本体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１２が配置される。このとき、カシメ部１２は円筒状に形成された突起部をパワーエレメント１００側に曲げ加工して形成される。
一方、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、パワーエレメント１００の上面やこれに接触するカシメ部１２には、外気中の水分が結露して付着し、これらの水分がカシメ部の段差内に溜まることによる電食によって、カシメ部に腐食が生じてしまうことがある。

そこで、本発明の実施例１による膨張弁において、弁本体１０の上端に上記カシメ部１２を囲繞する周壁部１４を立設するとともに、当該周壁部１４の内側領域に上記カシメ部１２の全体が包含される高さまで、例えばゴムやウレタン等の樹脂からなる保護部材２００を充填する。
この保護部材２００は、流動性のあるゴムや樹脂を流し込んだ後、硬化させることにより形成しても良いし、予め所定の形状に形成されたものを周壁部１４の内側領域に挿入あるいは嵌合して設けてもよい。また、保護部材２００は、プラスチック材料や断熱性を有する材料で形成されても良い。

このような構成により、本発明の実施例１による膨張弁は、周囲の外気に含まれる水分が結露したとしても、カシメ部１２が保護部材２００の外部に露出していないため、カシメ部１２が腐食することなく、結果としてパワーエレメント１００の取り付け部分が損傷することを防止できる。
また、保護部材２００によりパワーエレメント１００とカシメ部１２との接触部も外部に露出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１２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に示す保護部材２００は、周壁部１４の上端の高さまで充填されている場合を例示しているが、カシメ部１２の全体を包含できる高さであれば、周壁部１４よりも低い位置でも上記の効果を発揮することができる。
ただし、保護部材２００を周壁部１４の上端と同じ高さまで設ければ、結露した水滴が保護部材２００の上面に滞留することがなく、また弁本体１０の上面を平面とすることができるため、例えば上下端を挟んで保持することが容易となる等の利点がある。

＜実施例２＞
図２は、本発明の実施例２による膨張弁の縦断面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。なお、実施例２による膨張弁は、実施例１による膨張弁と共通する部分が多く存在するため、ここでは、実施例１の場合との相違点を中心に符号を付して説明する。
図２に示すように、本発明の実施例２による膨張弁において、弁本体１０の上端に形成する周壁部１４の上端をパワーエレメント１００の取り付け高さよりも高くなるように形成するとともに、当該周壁部１４の内側領域に上記パワーエレメント１００の全体が包含される高さまで保護部材２００を充填する。

このような構成により、本発明の実施例２による膨張弁は、周囲の外気に含まれる水分が結露したとしても、カシメ部１２が保護部材２００の外部に露出していないため、カシメ部１２が腐食することなく、結果としてパワーエレメント１００の取り付け部分が損傷することを防止できる。
また、保護部材２００によりパワーエレメント１００の全体が外部に露出しない構造となるため、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。

さらに、弁本体１０に形成された周壁部１４の上端１４ａの高さにまで保護部材２００を充填することにより、膨張弁の上下端をいずれも平面とすることができるため、当該膨張弁の取り付け時の保持が容易となるとともに、突出部がないのでシール構造を形成するのも容易となる。
したがって、本発明による膨張弁を取り付ける例えばエンジンルーム等の形状設計においても、膨張弁の取り付け部の構造を簡素化できるという効果を発揮する。

図３は、本発明の実施例２による膨張弁の変形例を示す上面図である。なお、図３（ａ）は図２に示す実施例２による膨張弁の概要を示し、図３（ｂ）は変形例における膨張弁の概要を示す。
図３（ａ）に示すように、本発明の膨張弁において、周壁部１４を弁本体１０の外形と同一の矩形状とすれば、弁本体１０を形成する材料に押出形材を適用した場合に、押出加工後に上端部の切削除去加工を行うことで周壁部１４を形成できるため、製造工程を簡略化できる。

一方、図３（ｂ）に示すように、周壁部１４をパワーエレメント（あるいはこれを固定するカシメ部）を囲繞する円形状（円筒状）に形成してもよい。
このような形状とすれば、上面を平らとする利点を維持しつつ充填する保護部材２００の量を極小化できるため、膨張弁全体の軽量化を図ることができる。

＜実施例３＞
図４は、本発明の実施例３による膨張弁の要部を示す概略図である。なお、図４（ａ）は保護部材の充填工程における縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応する上面図、図４（ｃ）は保護部材形成後の縦断面図を示す。
また、実施例３による膨張弁についても、実施例１による膨張弁と共通する部分が多く存在するため、ここでは、実施例１の場合との相違点を中心に符号を付して説明する。

本発明の実施例３による膨張弁において、弁本体１０の上端におけるカシメ部１２及びパワーエレメント１００を覆う保護部材２００を、弁本体１０に周壁部を用いずに形成することを特徴とする。
すなわち、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、弁本体１０の上端に保護部材２００を形成する際に、当該保護部材２００の形状に対応する分割型のモールド型２１０を弁本体１０のカシメ部１２の周囲を囲繞するように取り付け、これらモールド型２１０の内側に形成される空間に、例えば樹脂等の流動状態の材料を流し込んだ後で硬化させる。
そして、保護部材２００の形成材料が硬化した後、モールド型２１０を分割して取り外すことにより、図４（ｃ）に示すように、弁本体１０の上端にカシメ部１２とパワーエレメント１００とを包含する保護部材２００が残存する。

このような構成により、本発明の実施例３による膨張弁は、周囲の外気に含まれる水分が結露したとしても、カシメ部１２が保護部材２００の外部に露出していないため、カシメ部１２が腐食することなく、結果としてパワーエレメント１００の取り付け部分が損傷することを防止できる。
また、カシメ部１２の周囲に周壁部を形成する必要がないため、弁本体１０の加工を簡略化できるとともに膨張弁全体の軽量化を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々の改変を施すことができる。
例えば、上記の実施例２において、周壁部１４の外形を矩形状あるいは円形状とする場合を例示したが、当該周壁部１４の形状は実施例１にも適用することができる。

また、実施例３において、保護部材２００の外形を円形状とする場合を例示したが、弁本体１０の上端の全面を覆うような矩形状としてもよい。
さらに、実施例３では、保護部材２００を流動状態の材料を流し込み硬化させるものとしたが、予め所定の形状に成形したものをカシメ部１２とパワーエレメント１００の上に被せるように設けてもよい。この場合は、上記のモールド型２１０を使用する必要がなくなるという利点がある。

１０ 弁本体
１２ カシメ部
１４ 周壁部
２０ 入口ポート
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
５４ シール部材
６０ 弁棒
６２ ストッパ部材
６４ シール部材
１００ パワーエレメント
１１０ 上蓋部材
１１２ 圧力作動室
１１３ 封入孔
１１４ 封止栓
１２０ 受け部材
１２１ 貫通孔
１３０ ダイヤフラム
２００ 保護部材
２１０ モールド型

Claims (5)

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、前記弁本体の上面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、
   前記弁本体の上面から前記カシメ部全体を包含する高さにわたって保護部材が設けられている
   ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記保護部材は、前記パワーエレメントの上端位置よりも高い位置まで設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記弁本体の上面に、前記カシメ部を囲繞する周壁部が形成されており、
   前記保護部材は、前記周壁部の内側領域に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の膨張弁。
4. 前記周壁部は、前記パワーエレメントの上端位置よりも高い位置まで形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の膨張弁。
5. 前記保護部材は、樹脂材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁。

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