JP6831116B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁装置に関する。

従来から、例えばカーエアコン等の冷凍サイクルにおいては、蒸発器（エバポレータ）と圧縮機（コンプレッサ）との間に圧力調整用の弁装置を配置し、該圧力調整用の弁装置（圧力調整弁）により蒸発器内の冷媒圧力が所定圧以下とならないように調整して蒸発器の着霜（フロスト）を防止している。

このような圧力調整弁の従来技術として、例えば特許文献１に、蒸発器及び圧縮機に繋がる冷媒配管に接続され、冷媒の圧力に応じて本体ケース内でベローズが伸縮することで弁が開閉する弁装置が開示されている。

特許文献１に開示されている弁装置においては、ベローズを本体ケースに対して支持するために、ワッシャが設けられている。かかるワッシャは、ベローズの端部に固定された中央部と、該中央部から径方向外方に延在する３本の延出部とを有する。延出部の端部が、フランジと本体ケースの段差部との間で軸線方向に挟持され、更に本体ケースの端部をフランジに対してカシメにより固定することにより、ワッシャが本体ケースに取り付けられることとなる。

ここで、ワッシャの素材は、フランジ及び本体ケースの素材に対して剛性もしくは硬度が高くなっているので、組付時にフランジからワッシャに対して本体ケースの段差部に向かって押圧されるような軸力を付与すると、ワッシャの延出部の端部が当接するフランジ及び本体ケースの段差部が窪むように変形する。この窪みに、延出部の端部が沈み込むので、ワッシャが本体ケースやフランジに対して軸線回りに相対回転不能に支持されることとなる。

特開２０１５−４３９５号公報

しかるに、かかる従来技術ではワッシャの延出部は３本設けられており、窪み量を各延出部において均等に確保しないと、ワッシャが軸線に対して傾いてしまい、弁装置のスムーズな作動を損なう虞れがある。そこで、弁装置の組立時に、本体ケースの端部をフランジに対してカシメで固定する際に、カシメ圧力を均等に付与することが要求されている。しかしながら、カシメ圧力を精度よく均等に付与することは困難な作業が伴うため製造工数が増大し、その結果としてコスト増を招いている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、コスト低減を図りつつ、支持部材を本体ケースに対して精度よく固定することのできる弁装置を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る弁装置は、内周面に段差部が形成された円筒部を有する本体ケースと、前記本体ケース内に収容される弁体と、前記本体ケースの前記段差部に当接配置され、前記弁体を前記本体ケース内で支持する支持部材と、を有する弁本体と、前記本体ケースの前記円筒部に嵌合される嵌合部を有するフランジと、を備え、前記支持部材は、前記弁体に連結される連結部と、前記連結部から径方向外方に延在する延出部と、を有し、前記支持部材の延出部が、前記円筒部の段差部と、前記円筒部に嵌合した前記嵌合部との間で塑性変形するように押圧された状態で、前記円筒部の端部が前記嵌合部に対してカシメにより固定されており、前記円筒部と、前記フランジと、前記支持部材は同じ原料から形成されている。

本発明によれば、コスト低減を図りつつ、支持部材を本体ケースに対して精度よく固定することのできる弁装置を提供することにある。

図１は、本発明に係る圧力調整弁の実施形態を示す軸線方向断面図である。 図２は、軸線Ｌ方向に見たワッシャ４の平面図である。 図３は、ワッシャ４の斜視図である。 図４は、図１の矢印Ａ部を拡大して示す図である。 図５は、図１の矢印Ａ部を拡大して示す図であり、プレス装置により荷重を付与する前の状態を示す。 図６は、図１の矢印Ａ部を拡大して示す図であり、プレス装置により荷重を付与した後の状態を示す。 図７は、変形例にかかるワッシャ４Ａの平面図である。

以下、本発明に係る弁装置の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明に係る弁装置として、主に、カーエアコン等の冷凍サイクルに使用される圧力調整弁を例示して説明するが、本発明に係る弁装置は前記圧力調整弁の他にも例えば逆止弁等の様々な形態の弁装置に適用することができる。

＜圧力調整弁の構成＞
本発明に係る実施形態の圧力調整弁の断面図を図１に示す。ここで、圧力調整弁１の軸線をＬとする。

図１に示す圧力調整弁１は内部に冷媒を通す冷媒流路を有し、略円筒状の本体ケース２と本体ケース２に収容される弁体３と弁体３を本体ケース２内で支持するワッシャ（支持部材）４とからなる弁本体５と、弁本体５に固着されるフランジ６とを備える。弁本体５及びフランジ６には、例えば蒸発器及び圧縮機に繋がる冷媒配管（不図示）が接続されて冷凍サイクルが形成される。ここで、図１で冷媒の流れを矢印で示すように、圧力調整弁１の右側が冷媒の入口側であり、左側が冷媒の出口側であるものとする。

弁本体５の本体ケース２は、冷媒配管と接続される接続部２３と、接続部２３よりも内径が大きく且つ内周面に段差部２１が形成された円筒部２２とを有する。接続部２３の内部は、例えば冷媒配管を介して蒸発器から冷媒が流入する入口側流路２３ｂとされ、その入口側端部２３ａには軸線Ｌから離れる側へ向かうよう突設部２４が形成されている。接続部２３の突設部２４には冷媒配管を締結するための雌ねじ孔２４ａが、軸線Ｌと平行に形成されている。接続部２３の出口側端部２３ｃには、後述する弁部３１の弁座部３１ｃが着座／離間するようになっている弁座２５が形成される。

本体ケース２に収容される弁体３は、本体ケース２の接続部２３に摺動自在に嵌挿される弁部３１と、弁部３１の開弁圧力を調整するベローズアセンブリ３３とを有する。ベローズアセンブリ３３は、弁部３１に把持される金属製のプレート３５と、プレート３５を介して弁部３１に連結され且つ本体ケース２の円筒部２２内で伸縮自在に収容された金属製のベローズ３２と、ベローズ３２の設定荷重を調整する調整ねじ３４とを有する。

弁部３１は冷媒圧力に応じて本体ケース２内で軸線Ｌに沿って移動し、入口側流路２３ｂから流入する冷媒の流量を調整する機能を有する。弁部３１は、内部に冷媒流路が形成され且つ本体ケース２の接続部２３の内径と略同一の外形を有する略円筒状の摺動部３１ａと、摺動部３１ａよりも大径であってその外縁部が接続部２３の弁座２５と着座／離間する弁座部３１ｃとを有する。摺動部３１ａの側部には、複数の欠損部３１ｂが周方向に略等間隔に形成され、欠損部３１ｂによって冷媒が通過する流路が確保される。また、弁座部３１ｃの略中心には貫通孔３１ｅが形成されると共に、弁座部３１ｃの出口側側面３１ｆの外縁には軸線Ｌに対して略対称な位置に複数の爪部３１ｄが形成される。また、貫通孔３１ｅと爪部３１ｄとの間には、前記爪部３１ｄよりも高さの低い凸部３１ｇが形成される。

ベローズ３２は、蛇腹状であって伸縮可能な側壁部３２ａと、側壁部３２ａの軸線Ｌ方向の入口側をふさぐ底板部３２ｂとを有しており、軸線Ｌ方向の出口側は開口している。ベローズ３２の底板部３２ｂは、略円板状の金属製のプレート３５と溶接接合される。このプレート３５が弁座部３１ｃの出口側側面３１ｆに設けられた爪部３１ｄと凸部３１ｇとで挟持されることで、ベローズ３２が弁部３１と連結される。また、ベローズ３２の出口側の開口端は、調整ねじ３４の入口側端部３４ａに設けられた拡径部３４ｂと溶接接合され、これによりベローズ３２の内部に密閉空間ＳＰが形成されている。密閉空間ＳＰ内には、窒素やヘリウム等の不活性ガスが封入されている。

調整ねじ３４はベローズ３２の設定荷重を調整するもので、そのねじ部３４ｄの外周面に螺設された雄ねじ３４ｅが、後述するワッシャ４の内周面に螺設された雌ねじ４１ｅと螺合している。ワッシャ４は後述するようにして、本体ケース２に固定されているので、調整ねじ３４の端部の係合スリット３４ｇに不図示の工具を係合させて調整ねじ３４を回動させると、雌ねじ４１ｅに対してねじ部３４ｄが螺動することで調整ねじ３４が軸線Ｌ方向へ移動し、それによりベローズ３２の長さが変わるためベローズ３２の設定荷重が調整される。調整ねじ３４はワッシャ４と螺着され、ワッシャ４を介して本体ケース２内で支持される。調整ねじ３４の調整が完了した後、ロックナット３６を調整ねじ３４に螺合させることにより、雌ねじ４１ｅと調整ねじ３４との不用意な螺動を阻止することができる。

ベローズ３２の内部には、ステム３３１と、ガイド３３２と、コイルバネ３３３と、ベローズ押さえ３３４とが設けられている。ステム３３１、ガイド３３２およびコイルバネ３３３、ベローズ押さえ３３４は、金属部材で構成されている。

ステム３３１とガイド３３２は、弁部３１の軸線Ｌ方向の移動をガイドするガイド部材である。ステム３３１は、本体ケース２の軸線Ｌ方向に延びる軸部材である。弁部３１側のガイド３３２の端部開口から突出したステム３３１の入口端部は、ベローズ３２の底板部３２ｂを内側から押さえるベローズ押さえ３３４に固定されている。したがって、ステム３３１は、ベローズ押さえ３３４、ベローズ３２の底板部３２ｂを介して、弁部３１と連結されており、弁部３１と共に移動するようになっている。

ステム３３１の出口側部分は、円筒状の筒部材であるガイド３３２の内部に挿入されており、ガイド３３２の内部を摺動可能となっている。ガイド３３２の出口側端部は、調節ねじ３４の対向する拡径部３４ｂに嵌合保持されている。更に、ガイド３３２の出口側端部は、コイルバネ３３３により付勢されて調節ねじ３４に対して常に押圧されているので、拡径部３４ｂから分離することなく保持されている。

コイルバネ３３３は、ベローズ３２と同様に、弁部３１に対して冷媒通路を閉じる側への荷重を付与するものである。コイルバネ３３３の出口側端は、ガイド３３２の出口側端部に保持され、コイルばね３３３の入口側端は、ベローズ押さえ３３４に保持されている。

次に、ワッシャ４について説明する。図２は、軸線Ｌ方向に見たワッシャ４の平面図であり、図３は、ワッシャ４の斜視図である。ワッシャ４の軸線をＸとする。ワッシャ４は、中央環状部（連結部）４１と、中央環状部４１から径方向外側へ向かって放射状に延びる複数（ここでは３本）の延出部４２とを有する。延出部４２の外方端は、周方向に延びて単一の環状となる外周部４３となっている。中央環状部４１の内周面には、調整ねじ３４のねじ部３４ｄに螺設された雄ねじ３４ｅと螺合される雌ねじ４１ｅが螺設されている。中央環状部４１と延出部４２の接続部は、軸線Ｘ方向に見て滑らかな円弧でつながっており、また延出部４２と外周部４３の接続部は、軸線Ｘ方向に見て滑らかな円弧でつながっている。

延出部４２はそれぞれ周方向に略等間隔に配置され、中央環状部４１と延出部４２と外周部４３とで囲まれた３つの空間ＰＧによって冷媒流路が形成される。また、ワッシャ４の厚さは、内周面に螺設された雌ねじ４１ｅと調整ねじ３４のねじ部３４ｄの雄ねじ３４ｅ（図１）が十分長く螺合でき、例えば内部の冷媒流れや車両走行時の振動等に耐え得るように設計されている。ワッシャ４は、図１に示すように、調整ねじ３４によりベローズ３２の設定荷重が調整された後、ロックナット３６により調整ねじ３４に固定される。

図１において、中空のフランジ６は、嵌合部６１と接続部６２とを有する。嵌合部６１の内周面６１ｃは、出口側へ向かって次第に縮径し、略一定の内径を有する接続部６２の内周面６２ａに接続している。嵌合部６１の外周面には環状溝部６１ｂが形成され、環状溝部６１ｂに円筒部２２の内周面と嵌合部６１の外周面との間を封止するシール部材としてのＯリング６３が装着される。

接続部６２の内部は、例えば冷媒配管を介して圧縮器へ冷媒を流出する出口側流路とされ、軸線Ｌから離れる側へ向かうよう突設部６４が形成され、この突設部６４には冷媒配管を締結するための雌ねじ６４ａが軸線Ｌ方向に平行に形成される。

嵌合部６１の外周面には、本体ケース２の円筒部２２の出口側端部２２ａに対応する部分に環状の窪み６５が形成される。円筒部２２の出口側端部２２ａの複数の部位、具体的には出口側端部２２ａのうち、例えば周方向に等間隔に４箇所が窪み６５へ向かって押圧変形され、本体ケース２の円筒部２２とフランジ６の嵌合部６１とがカシメＣにより固定されているが、詳細は後述する。

円筒部２２を含む本体ケース２とフランジ６とワッシャ４は、同じ素材（ここではアルミ材）から形成されている。

図４は、図１の矢印Ａ部を拡大して示す図であり、表面粗さを誇張して示している。ここで、嵌合部６１の入口側端部６１ａの表面粗さと、本体ケース２の円筒部２２の段差部２１の表面粗さと、入口側端部６１ａに当接するワッシャ４の外周部４３における第１面４３ａの表面粗さと、段差部２１に当接するワッシャ４の外周部４３における第２面４３ｂの表面粗さは、ほぼ等しい。具体的には、各表面粗さは、算術平均粗さで２０μｍ〜３０μｍであり、その差は１０μｍ以下であると好ましい。

＜圧力調整弁の作動＞
次に、上記する圧力調整弁１の作動を簡単に説明する。図１において、例えば弁本体５の本体ケース２に冷媒配管（不図示）を介して接続される蒸発器の冷媒圧力が、弁部３１を閉弁方向（図１で右方）に付勢するベローズ３２及びコイルバネ３３３の設定荷重よりも小さい場合、弁部３１の弁座部３１ｃが本体ケース２の接続部２３の弁座２５に着座し、圧力調整弁１を流れる冷媒流量が低減される。

また、例えば上記蒸発器の冷媒圧力が弁部３１を閉弁方向に付勢するベローズ３２及びコイルバネ３３３の設定荷重よりも大きい場合、弁部３１が開弁方向（図１で左方）へ移動し、弁部３１の弁座部３１ｃが本体ケース２の接続部２３の弁座２５から離れ、圧力調整弁１を流れる冷媒流量が増加される。

＜圧力調整弁の組立＞
次に、上記する圧力調整弁１の組み立て工程について説明する。圧力調整弁１を組み立てる場合、まず、ベローズ３２内にステム３３１と、ガイド３３２と、コイルバネ３３３とベローズ押さえ３３４を上述したように組み付けた上で、このベローズ３２にプレート３５及び調整ねじ３４を溶接接合してベローズアセンブリ３３を作製し、ベローズアセンブリ３３と弁部３１等を一体に組み付けて弁体３を作製する。次いで、弁体３の調整ねじ３４のねじ部３４ｄにワッシャ４を螺合させて所定位置に配置し、ロックナット３６によってワッシャ４を調整ねじ３４のねじ部３４ｄに固定する。次いで、新たにアセンブリとなった弁体３とワッシャ４とロックナット３６とを本体ケース２に挿入し、弁体３の弁部３１の摺動部３１ａを本体ケース２の接続部２３に嵌挿させると共に、ワッシャ４の外周部４３を本体ケース２の円筒部２２の段差部２１に当接させて配置する。

次いで、環状溝部６１ｂにＯリング６３を装着した状態で、本体ケース２の出口側端部２２ａから、フランジ６の嵌合部６１を本体ケース２の円筒部２２に嵌挿する。かかる状態における図１の矢印Ａ部を、図５に拡大して示す。図５に示すように、フランジ６と本体ケース２とが、ワッシャ４の外周部４３に単に接している状態では、外周部４３は変形しない。

その後、本体ケース２とフランジ６とを、例えば不図示のプレス装置を用いて軸線Ｌ方向へ所定圧以上で押圧する。これにより、図６に示すように、嵌合部６１の入口側端部６１ａと、これに当接するワッシャ４の外周部４３における第１面４３ａは、それぞれ塑性変形をし、径方向に膨らむこととなる。また、円筒部２２の段差部２１に当接するワッシャ４の外周部４３における第２面４３ｂも塑性変形をし、径方向に膨らむこととなる。これにより、ワッシャ４の外周部４３の軸線Ｌ方向（図１）における中央部と，円筒部２２の内周面との間に隙間δが発生する。また、ワッシャ４の外周部４３の軸線Ｌ方向（図１）における端部と，円筒部２２の内周面とは接点Ｐで接する。

ただし、本体ケース２とフランジ６とワッシャ４は、同じ素材から形成されているので、ワッシャ４の外周部４３における第１面４３ａに当接する嵌合部６１の入口側端部６１ａも、その第２面４３ｂに当接する円筒部２２の段差部２１も、ほぼ窪むことがない。換言すれば、強い圧力で本体ケース２とフランジ６とを押圧しても、段差部２１の軸線Ｌ方向における変形を抑制することができるため、ワッシャ４の軸線Ｘが、圧力調整弁１の軸線Ｌに対して傾くことを抑制できる。

更に、本体ケース２とフランジ６とを軸線Ｌ方向へ所定圧以上で押圧した状態を維持しつつ、円筒部２２の出口側端部２２ａの複数の箇所を、嵌合部６１の外周面に形成された窪み６５へ向かって径方向内側に押圧し、本体ケース２の円筒部２２とフランジ６の嵌合部６１とをカシメＣにより固定する。以上で圧力調整弁１の組み立てが完了する。

本実施形態によれば、嵌合部６１の入口側端部６１ａの表面粗さと、本体ケース２の円筒部２２の段差部２１の表面粗さと、入口側端部６１ａに当接するワッシャ４の外周部４３における第１面４３ａの表面粗さと、段差部２１に当接するワッシャ４の外周部４３における第２面４３ｂの表面粗さが、機械加工されたままの状態でありほぼ等しい。よって、軸線Ｌ方向に強い押圧力を付与することで、入口側端部６１ａと第１面４３ａとが密接した状態で強く係合し合い、また段差部２１と第２面４３ｂとが強く密接した状態で係合し合うので、これに起因した摩擦力（及びリンギング現象）により本体ケース２に対してワッシャ４が相対回転することを阻止することができる。

また、ワッシャ４は環状の外周部４３を有するので、入口側端部６１ａと段差部２１とに対して全周で当接し、すなわち外周部４３のない延出部４２の外方端を当接させる場合に比して当接面積が大幅に増大するため、本体ケース２に対してワッシャ４が相対回転することをさらに効果的に阻止することができる。また環状の外周部４３を設けることで、略同径の段差部２１に対して偏心が抑えられるため、ワッシャ４の本体ケース２に対する同軸度を向上させて、ベローズアセンブリ３３のスムーズな動作を確保することもできる。

［変形例］
本発明に係るワッシャの変形例を図７に示す。

図７におけるワッシャ４Ａは、中央環状部４１と、中央環状部４１から径方向外側へ向かって放射状に延びる延出部４２と、各延出部４２の外方端から周方向両側に延びる外周部４３Ａとを有する。各外周部４３Ａは、同軸の環の一部であってよい。各延出部４２から延びる長さは、両側で均等でなくてよく、また延出部４２毎に異なっていてもよい。それ以外の構成については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

１ 圧力調整弁
２ 本体ケース
３ 弁体
４ ワッシャ（支持部材）
５ 弁本体
６ フランジ
２１ 段差部
２２ 円筒部
２３ 接続部
２４ 突設部
２５ 弁座
３１ 弁部
３２ ベローズ
３３ ベローズアセンブリ
３４ 調整ねじ
３５ プレート
４１ 中央環状部
４２ 延出部
４３ 外周部
６１ 嵌合部
６２ 接続部
６３ Ｏリング
６４ 突設部
Ｌ 軸線

Claims (4)

1. 内周面に段差部が形成された円筒部を有する本体ケースと、前記本体ケース内に収容される弁体と、前記本体ケースの前記段差部に当接配置され、前記弁体を前記本体ケース内で支持する支持部材と、を有する弁本体と、
   前記本体ケースの前記円筒部に嵌合される嵌合部を有するフランジと、を備え、
   前記支持部材は、前記弁体に連結される連結部と、前記連結部から径方向外方に延在する延出部と、を有し、
   前記支持部材の延出部が、前記円筒部の段差部と、前記円筒部に嵌合した前記嵌合部との間で塑性変形するように押圧された状態で、前記円筒部の端部が前記嵌合部に対してカシメにより固定されており、
   前記円筒部と、前記フランジと、前記支持部材は同じ原料から形成されている、
   ことを特徴とする弁装置。
2. 前記延出部は、その外方端から周方向に延在する外周部を有し、前記外周部が前記円筒部の段差部と、前記嵌合部との間で挟持される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記外周部は、周方向に連続した環状をなしている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の弁装置。
4. 前記円筒部の端部が前記嵌合部に対してカシメにより固定された状態で、前記外周部の軸線方向中央部は、前記円筒部に対して隙間を有し、前記外周部の軸線方向端部は、前記円筒部に接する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の弁装置。

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