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技術 膨張弁

出願人 株式会社不二工機
発明者 松田亮横田浩
出願日 2015年3月31日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-072823
公開日 2016年11月10日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2016-191526
状態 特許登録済
技術分野 感温弁 圧縮機、蒸発器、凝縮器、流体循環装置
主要キーワード 段差内 感温式 押出加工後 上蓋部材 温機構 封止栓 圧力作動室 封入孔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年11月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

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。

概要

背景

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ダイヤフラム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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

高圧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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

0003

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ダイヤフラム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。

0004

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。

先行技術

0005

特開2012−197990号公報

発明が解決しようとする課題

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

課題を解決するための手段

0010

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。

0011

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。

0012

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。

発明の効果

0013

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。

図面の簡単な説明

0014

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

0015

<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アルミ合金押出形材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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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、プラスチック材料断熱性を有する材料で形成されても良い。

0021

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。

0022

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。

0023

<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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

<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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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

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