特許 6596217 カシメ固定型パワーエレメント及びこれを用いた膨張弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6596217

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】カシメ固定型パワーエレメント及びこれを用いた膨張弁

(51)【国際特許分類】

   F25B 41/06 20060101AFI20191010BHJP

   F16K 31/68 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   F25B41/06 L

   F25B41/06 Q

   F16K31/68 S

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-77094(P2015-77094)

(22)【出願日】2015年4月3日

(65)【公開番号】特開2016-196982(P2016-196982A)

(43)【公開日】2016年11月24日

【審査請求日】2018年1月24日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松田 亮

(72)【発明者】

【氏名】早川 潤哉

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１２２４３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９７９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６４２０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ４１／０６

Ｆ１６Ｋ ３１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間で作動ガスが封入される圧力作動室を形成する上蓋部材と、中央部に貫通孔を備えるとともに前記ダイアフラムに関して前記上蓋部材と反対側に配置される受け部材と、前記ダイアフラムと前記受け部材との間に形成される下部空間に配置されるストッパ部材と、を備え、前記上蓋部材と前記ダイアフラムと前記受け部材とを重ねて、外周部において周溶接により一体化したカシメ固定型パワーエレメントであって、
前記受け部材は、その外周部よりも中心側において当該外周部よりも一段下がって設けられた第１底面部と、当該第１底面部よりも中心側において当該第１底面部よりも一段下がって設けられその中央部に前記貫通孔が設けられた第２底面部とを備え、
前記ストッパ部材は、前記受け部材の前記貫通孔に挿通される本体部と、前記貫通孔より大径であって前記第２底面部の最大径よりも小径で前記本体部の一端に形成されたフランジ部と、を有し、
前記フランジ部は、前記下部空間における前記第２底面部の上部領域に位置し、前記下部空間側から前記受け部材に当接するように配置されており、
前記作動ガスが前記圧力作動室に封入された後、前記カシメ固定型パワーエレメントが膨張弁に組み付けられる前において、前記ダイアフラムは前記ストッパ部材に当接して支持される
ことを特徴とするカシメ固定型パワーエレメント。

【請求項2】

前記上蓋部材は、前記作動ガスを封入するための封入孔と、前記封入孔を封止するための封止栓と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のカシメ固定型パワーエレメント。

【請求項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、を備え、
請求項１又は２に記載のカシメ固定型パワーエレメントを前記弁本体の上端にカシメ部を介して取り付けた
ことを特徴とする膨張弁。

【発明の詳細な説明】

【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関し、特に、パワーエレメントを弁本体にカシメ構造で取り付けた膨張弁に関する。

【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（例えば、特許文献１参照）。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。

【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外周部をＴＩＧ溶接やレーザ溶接等の手段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。

【0004】

特許文献１に開示されている感温機構内蔵型の温度膨張弁においては、パワーエレメントを弁本体に取り付ける際に、当該パワーエレメントの下カバーを弁本体のねじ孔に螺着することにより固定している。
このため、取り付けに際してパワーエレメント及び弁本体の両者に予めねじを加工する必要があり、膨張弁全体の製造工程やコストが増加する要因となる。
また、パワーエレメントを弁本体に螺着する構成のため、パワーエレメントと弁本体との高さ方向の位置関係において、ねじ込む深さによってバラツキが生じることがあった。

【0005】

これらの課題を解決した膨張弁として、弁本体の上端部にパワーエレメントをカシメ固定することにより一体化したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
このような構造を採用することにより、パワーエレメントと弁本体とに予めねじ加工することを省略できるとともに、高さ方向の位置決め精度を高めることができる。
そして、本明細書において、特許文献２に示すような、弁本体の上端部にカシメ固定されるタイプのパワーエレメントを「カシメ固定型パワーエレメント」と呼ぶこととする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−１６４２０８号公報

【特許文献2】特開２０１２−１９７９９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１及び特許文献２で示されたパワーエレメントは、上述のように、上蓋部材とダイアフラムとの間に形成される圧力作動室内に作動ガスを封入する必要がある。
このような作動ガスは、上記パワーエレメントを弁本体に取り付けてから封入してもよいが、その封入時の被封入材（膨張弁全体）の取り扱いを容易にするために、パワーエレメントを弁本体に取り付ける前のパワーエレメント単品の状態で、上記圧力作動室内に作動ガスを封入する手順で製造されている。

【0008】

図３は、特許文献２に適用されるカシメ固定型パワーエレメントの構成を示す縦断面図であり、図３（ａ）は作動ガス封止前の状態を示し、図３（ｂ）は作動ガス封止後の状態を示す。
図３において、特許文献２に記載されているカシメ固定型パワーエレメントを組み立てる際に、上蓋部材１とダイアフラム２と受け部材３とを重ね合わせて外周部を周溶接し、上蓋部材１に形成された穴から作動ガスを封入して、その後、上記穴を栓４で封止する。
そして、作動ガスが封入されたパワーエレメントは、弁本体にカシメ固定されることにより、膨張弁の一部を構成する。

【0009】

ここで、作動ガス封入後のパワーエレメントにおいては、図３（ｂ）に示すように、作動ガスが封入された上蓋部材１とダイアフラム２との間の内部空間１ａの圧力（内圧）は、作動ガスにより大気圧より高くなるように設定されているため、ダイアフラム２が受け部材３側に突出するように変形する。また、内圧によってはダイアフラム２が受け部材３の開口部から張り出して露出することがある。
このような場合、作動ガスが封入されたカシメ固定型パワーエレメントのみを別工程で作成して搬送する際に、ダイアフラム２に搬送用の収納箱の内壁や他のパワーエレメント等が接触し、ダイアフラム２に傷が付いてその耐久性が低下したり、あるいはダイアフラム２が破損してしまうというおそれがあった。

【0010】

そこで本発明の目的は、上記特許文献２に示されるような、弁本体にカシメ固定されるカシメ固定型パワーエレメントにおいて、ダイアフラムの過剰な変形を抑制するとともに、取扱い時にダイアフラムの破損を防止できるパワーエレメントを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明のカシメ固定型パワーエレメントは、ダイアフラムと、前記ダイアフラムとの間で作動ガスが封入される圧力作動室を形成する上蓋部材と、中央部に貫通孔を備えるとともに前記ダイアフラムに関して前記上蓋部材と反対側に配置される受け部材と、前記ダイアフラムと前記受け部材との間に形成される下部空間に配置されるストッパ部材と、を備えるとともに、前記上蓋部材と前記ダイアフラムと前記受け部材とを重ねて、外周部において周溶接により一体化したものであって、前記受け部材は、その外周部よりも中心側において当該外周部よりも一段下がって設けられた第１底面部と、当該第１底面部よりも中心側において当該第１底面部よりも一段下がって設けられその中央部に前記貫通孔が設けられた第２底面部とを備え、前記ストッパ部材は、前記受け部材の前記貫通孔に挿通される本体部と、前記貫通孔より大径であって前記第２底面部の最大径よりも小径で前記本体部の一端に形成されたフランジ部と、を有し、前記フランジ部は、前記下部空間における前記第２底面部の上部領域に位置し、前記下部空間側から前記受け部材に当接するように配置されており、前記作動ガスが前記圧力作動室に封入された後、前記カシメ固定型パワーエレメントが膨張弁に組み付けられる前において、前記ダイアフラムは前記ストッパ部材に当接して支持される
ことを特徴とする。

【0012】

本発明のカシメ固定型パワーエレメントにおいて、前記上蓋部材は、前記作動ガスを封入するための封入孔と、前記封入孔を封止するための封止栓と、をさらに備えてもよい。

【0013】

本発明のカシメ固定型パワーエレメントは、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、を備えた膨張弁に対して、前記弁本体の上端にカシメ部を介して取り付けることにより適用することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のカシメ固定型パワーエレメントは、以上の手段を備えることにより、作動ガスを封入した後のダイアフラムの過剰な変形を抑制するとともに、搬送あるいは保管時にダイアフラムの破損を防止できる。
また、弁本体にカシメ固定する際にダイアフラムが破損することを防止することができるとともに、ストッパ部材の受け部に弁棒を取り付ける動作で位置決めが可能となるため、組み立て工程における位置決め動作を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明によるカシメ固定型パワーエレメントの一実施例の構成を示す縦断面図であり、図１（ａ）は作動ガス封止前の状態を示し、図１（ｂ）は作動ガス封止後の状態を示す。

【図2】本発明によるカシメ固定型パワーエレメントの一実施例を適用した場合の膨張弁の一例の縦断面図である。

【図3】従来のカシメ固定型パワーエレメントの構成を示す縦断面図であり、図３（ａ）は作動ガス封止前の状態を示し、図３（ｂ）は作動ガス封止後の状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明によるカシメ固定型パワーエレメントの一実施例の構成を示す縦断面図であり、図１（ａ）は作動ガス封止前の状態を示し、図１（ｂ）は作動ガス封止後の状態を示す。
図１（ａ）に示すように、カシメ固定型パワーエレメント１００は、上蓋部材１１０と、中央部に貫通孔１２１を備えた受け部材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、受け部材１２０の貫通孔１２１から挿通されたストッパ部材１４０と、により構成される。

【0017】

上蓋部材１１０とダイアフラム１３０との間には、内部に圧力作動室１１２が形成されている。そして、当該圧力作動室１１２内には、例えば不活性ガス等の作動ガスが封入される。
ここで、上蓋部材１１０の中央部には、上記作動ガスを封入するための封入孔１１３が形成されており、図１（ｂ）に示すように、作動ガスの封入後、封入孔１１３は封止栓１１４で封止される。

【0018】

本発明の一実施例によるカシメ固定型パワーエレメント１００において、受け部材１２０は２段の段差を有する底面部を備え、その中央部に貫通孔１２１を有している。すなわち、受け部材１２０は、環状の外周部１２５と、その内側に１段下がって設けられた第１底面部１２６と、第１底面部１２６からさらに内側に１段下がって設けられた第２底面部（フランジ受け面）１２７と、を備えており、第２底面部１２７の中央部に貫通孔１２１が形成されている。また、受け部材１２０とダイアフラム１３０との間には、下部空間１２２が形成されている。
そして、受け部材１２０の貫通孔１２１には、ストッパ部材１４０が挿通されている。

【0019】

ストッパ部材１４０は、受け部材１２０の貫通孔１２１とほぼ同径かあるいは小径の本体部１４５と、本体部１４５の上面側に上記貫通孔１２１より大径に形成された鍔状のフランジ部１４１と、本体部１４５の下面からその内部上方に向けて穴状に形成された受け部１４２と、を有している。また、受け部１４２には、後述する弁棒が挿入される。
ストッパ部材１４０は、フランジ部１４１を含む上面でダイアフラム１３０を受け止めるとともに、本体部１４５が受け部材１２０の貫通孔１２１に挿通され、フランジ部１４１の下面が受け部材１２０の第２底面部１２７に下部空間１２２側から当接するように配置される。

【0020】

次に、本発明の一実施例によるカシメ固定型パワーエレメント１００を組み立てる手順を説明する。
まず初めに、図１（ａ）に示すような位置関係となるように、上蓋部材１１０、ダイアフラム１３０、ストッパ部材１４０及び受け部材１２０を配置する。
次に、上蓋部材１１０とダイアフラム１３０と受け部材１２０との外周部を重ね合わせた状態で、当該外周部を例えばＴＩＧ溶接やレーザ溶接、プラズマ溶接等により周溶接して溶接部Ｗを形成し一体化する。

【0021】

続いて、図１（ｂ）に示すように、上蓋部材１１０に形成された封入孔１１３から圧力作動室１１２内に作動ガスを封入した後、当該封入孔１１３に対して封止栓１１４を用いて、例えばプロジェクション溶接等により封止する。
このとき、圧力作動室１１２に封入された作動ガスにより、ダイアフラム１３０は受け部材１２０側に張り出す形で圧力を受けるため、下部空間１２２に配置されて受け部材１２０の第２底面部１２７で支持されるストッパ部材１４０の上面と当接して安定的に支持される。

【0022】

このような構成を採用することにより、本発明によるカシメ固定型パワーエレメント１００は、圧力作動室１１２に作動ガスを封入した後に、ダイアフラム１３０がストッパ部材１４０の上面に当接することにより過剰な変形が抑制されるため、作動ガスの内圧を大きくしたとしてもダイアフラム１３０が弾性変形の許容応力を超えて変形することを抑制できる。
また、搬送用の袋や箱等に複数のカシメ固定型パワーエレメント１００を整列させることなく無造作に投入したとしても、ダイアフラム１３０が受け部材１２０で保護されるため、ダイアフラム１３０に傷が付いたり破損するのを防止できる。

【0023】

図２は、本発明の一実施例によるカシメ固定型パワーエレメントを適用した場合の膨張弁の縦断面図である。
図２に示すように、本発明によるカシメ固定型パワーエレメントを適用した膨張弁の弁本体１０は、例えばアルミ合金からなる部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２０ａを介して弁室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。

【0024】

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、弁本体１０の弁室２４の開口部１０ａに螺合されており、当該プラグ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。
また、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。

【0025】

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、本発明の一実施例によるカシメ固定型パワーエレメント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、カシメ固定型パワーエレメント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。
このとき、弁本体１０の頂部に形成される戻り通路３０との連通路３１の内径は、カシメ固定型パワーエレメント１００のストッパ部材１４０の外径よりも大きく設定されている。

【0026】

上記のとおり、本発明によるカシメ固定型パワーエレメント１００のストッパ部材１４０の上面は、ダイアフラム１３０を当接支持するように配置されており、ストッパ部材１４０の受け部１４２には弁棒６０の上端部が当接するように挿入されて接続されている。
このような配置とすることにより、カシメ固定型パワーエレメント１００の圧力作動室１１２の内圧の変動に応じたダイアフラム１３０の変形を受けてストッパ部材１４０が上下動し、当該ストッパ部材１４０の移動が弁棒６０を介して弁部材４０に伝達される。

【0027】

図２に示す構成の膨張弁を組み立てる際には、カシメ固定型パワーエレメント１００のストッパ部材１４０の受け部１４２に弁棒６０を挿入した状態で、弁本体１０の頂部に形成された戻り通路３０との連通路３１にストッパ部材１４０が進入する態様で、弁本体１０の頂部にカシメ固定型パワーエレメント１００の受け部材１２０を着座させる。
そして、カシメ固定型パワーエレメント１００の上蓋部材１１０に当接するように弁本体１０の円筒部１２の先端を変形させることにより、カシメ固定型パワーエレメント１００を弁本体１０にカシメ固定する。

【0028】

このような取り付け手順を実施することにより、従来のカシメ固定型パワーエレメントを用いた場合と比較して、本発明のカシメ固定型パワーエレメントはダイアフラムが外部に露出せず、また弁本体への取り付け時にストッパ部材から圧力を受けることもない。
したがって、本発明のカシメ固定型パワーエレメントによれば、当該パワーエレメントの搬送時や膨張弁への取り付け時にダイアフラムが破損することを防止することができる。
また、本発明のカシメ固定型パワーエレメントの取り付け時に、ストッパ部材の受け部に弁棒を取り付ける動作で位置決めが可能となるため、組み立て工程における位置決め動作を簡略化できる。

【符号の説明】

【0029】

１０ 弁本体
１２ 円筒部
１２ａ カシメ部
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
６４ シール部材
１００ カシメ固定型パワーエレメント
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
１２５ （環状の）外周部
１２６ 第１底面部
１２７ 第２底面部
１３０ ダイアフラム
１４０ ストッパ部材
１４１ フランジ部
１４２ 受け部
１４５ 本体部
１５０ スペーサ部材

【図1】

【図2】

【図3】