JP7051091B2

JP7051091B2 - 膨張弁

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Publication number: JP7051091B2
Application number: JP2018058562A
Authority: JP
Inventors: 庸晴諏佐; 智也山口; 浩横田
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2019168203A

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関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等の冷凍サイクルにおいて、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膨張弁が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の膨張弁を図５に示す。図５に示す膨張弁９００は、弁本体９１０と、弁本体９１０にねじ構造によって取り付けられた弁部材駆動装置であるパワーエレメント９３０と、を有している。

図５（ａ）に示すように、パワーエレメント９３０は、上蓋部材９３１と受け部材９３２との間に、圧力を受けて弾性変形する薄板のダイアフラム９３３を挟んで構成されている。上蓋部材９３１とダイアフラム９３３との間には圧力作動室９３６が形成されている。ダイアフラム９３３と受け部材９３２との間にはストッパ部材９３４が配置されている。ストッパ部材９３４は、弁棒９６０の上端部９６１が当接される受け部９３４ｅが設けられている。パワーエレメント９３０は、冷媒流路９１２を流れる冷媒の熱がストッパ部材９３４およびダイアフラム９３３を介して圧力作動室９３６に伝わると、圧力作動室９３６に充填されたガスが膨張する。これにより、ダイアフラム９３３がストッパ部材９３４側に膨らむように変形し、ストッパ部材９３４および弁棒９６０を介して弁本体９１０内に配置された図示しない弁部材を駆動する。

特開２００６－２９６５４号公報

従来の膨張弁９００は、パワーエレメント９３０がねじ構造により弁本体９１０に取り付けられており、弁本体９１０とパワーエレメント９３０との接触部分Ｓが存在する。

ところで、この接触部分Ｓには微少な隙間が存在している。そのため、例えば、接触部分Ｓの近傍に塩化物イオンを含む液体が存在する場合に、接触部分Ｓの隙間とその外側との酸素濃度差により電位差が生じると、接触部分Ｓの隙間がアノード部となって塩化物イオンが移動・蓄積する。これにより、図５（ｂ）に拡大して示すように、接触部分Ｓにおいて、弁本体９１０またはパワーエレメント９３０に腐食Ｆ（隙間腐食）が発生してしまい、気密性が低下するおそれがある。
また、パワーエレメント９３０と弁本体９１０は異種金属（パワーエレメントはステンレス製、弁本体はアルミニウムまたはアルミニウム合金製）で構成されている場合は、パワーエレメントと弁本体の接触部分Ｓの隙間に結露等により水分が付着すると、異種金属接触腐食により弁本体が腐食され気密性が低下するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、弁本体とパワーエレメントとの接触部分に生じる腐食を抑制できる膨張弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る膨張弁は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に収容された弁部材と、前記弁本体にねじ構造により取り付けられ、前記弁部材を駆動するパワーエレメントと、前記弁本体と前記パワーエレメントとの接触部分を密封する円環状のシール部材と、を有し、前記接触部分が、前記シール部材の内縁部より内側にあり、前記シール部材の外縁部が、全周にわたって外部に露出されていることを特徴とする。

本発明において、前記シール部材は、前記弁本体と前記パワーエレメントとの間に形成された、前記接触部分に向かって徐々に狭くなる空間に充填されていてもよい。
本発明において、前記シール部材は、前記弁本体に設けられた円環状の凹部内に配置され、前記弁本体と前記パワーエレメントとの間に圧縮状態で挟まれていてもよい。

本発明において、前記弁本体を構成する材料と、前記パワーエレメントを構成する材料と、が異なるものであってもよい。

本発明において、前記弁本体を構成する材料と、前記パワーエレメントを構成する材料と、が異なる種類の金属であってもよい。

本発明において、前記弁本体を構成する材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記パワーエレメントを構成する材料がステンレス鋼であってもよい。

本発明によれば、弁本体にねじ構造によってパワーエレメントが取り付けられる。そして、弁本体とパワーエレメントとの接触部分を密封するシール部材を有している。このようにしたことから、弁本体とパワーエレメントとの接触部分を外気から隔離でき、水分の侵入を抑制できる。これにより、弁本体とパワーエレメントとの隙間に生じる腐食を効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施例に係る膨張弁の正面図である。図１の膨張弁の縦断面図である。図１の膨張弁におけるパワーエレメント近傍の断面図である。本発明の第２実施例に係る膨張弁におけるパワーエレメント近傍の断面図である。従来の膨張弁の断面図である。

（第１実施例）
以下に、本発明の第１実施例に係る膨張弁について、図１～図３を参照して説明する。第１実施例に係る膨張弁は、パワーエレメントをねじ構造により弁本体に取り付けるものである。

図１は、本発明の第１実施例に係る膨張弁の正面図である。図２は、図１の膨張弁の縦断面図である。図３（ａ）は、図１の膨張弁のパワーエレメント近傍の断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の一点鎖線で示す円内を拡大した断面図である。以下の説明において、「上下」とは、各図における上下のことを指す。

図１および図２に示すように、第１実施例に係る膨張弁１は、弁本体１０と、パワーエレメント３０と、弁部材４０と、支持部材４５と、コイルばね５０と、調整ねじ５５と、弁棒６０と、防振部材６５と、内側シール部材７０と、外側シール部材７５と、を有している。

弁本体１０は、例えば、図１の紙面と直交する方向にアルミニウム（またはアルミニウム合金）を押し出すことにより成形された略四角柱状の押出成形体に対して、機械加工を施すことによって得られる。弁本体１０は、第１の冷媒流路１１と、第２の冷媒流路１２と、パワーエレメント取付部２０と、調整ねじ取付部２２と、が設けられている。

第１の冷媒流路１１は、入口ポート１３、弁室１４、弁孔１５および出口ポート１６を有している。これらは順に連なっている。入口ポート１３は、弁本体１０の前面１０ａに開口している。入口ポート１３は、小径孔１３ａを介して弁室１４に側方から通じている。出口ポート１６は、弁本体１０の後面１０ｂに開口している。出口ポート１６は、オリフィスとなる弁孔１５を介して弁室１４に上方から通じている。弁孔１５の弁室側開口部には弁座１７が設けられている。

第２の冷媒流路１２は、第１の冷媒流路１１の上方に設けられている。第２の冷媒流路１２は、弁本体１０の後面１０ｂに入口が設けられ、前面１０ａに出口が設けられている。第２の冷媒流路１２は、弁本体１０を後面１０ｂから前面１０ａまで直線状に貫通している。

また、弁本体１０には、上下に延びる通し孔１８が設けられている。弁室１４、弁孔１５、通し孔１８および後述する均圧孔２１は、それぞれの中心軸が同一直線上になるように配置されている。通し孔１８の第２の冷媒流路１２側の端部には大径部１８ａが設けられている。

パワーエレメント取付部２０は、弁本体１０の上面１０ｃに設けられた円柱状の穴部である。パワーエレメント取付部２０の内周面には雌ねじが切られている。パワーエレメント取付部２０の底面には、第２の冷媒流路１２に通じる均圧孔２１が設けられている。パワーエレメント取付部２０の中心軸方向（図２の上下方向）は、第２の冷媒流路１２が延びる方向（図２の左右方向）と直交している。

調整ねじ取付部２２は、弁本体１０の下面１０ｄに設けられた円形孔である。調整ねじ取付部２２は、弁室１４と通じている。調整ねじ取付部２２の内周面には雌ねじが切られている。調整ねじ取付部２２の開口部分を後述する調整ねじ５５で塞ぐことにより、弁室１４が外部に対して閉じられる。

弁本体１０の前面１０ａには、図示しない蒸発器や他の部品等に取り付けるための取付穴２３が設けられている。取付穴２３の内周面に雌ねじが切られていてもよい。

図３に示すように、パワーエレメント３０は、上蓋部材３１と、受け部材３２と、ダイアフラム３３と、ストッパ部材３４と、を有している。上蓋部材３１、受け部材３２およびダイアフラム３３は、例えば、弁本体１０とは異なる種類の金属であるステンレス鋼を材料として構成されている。ストッパ部材３４は、金属または樹脂を材料として構成されている。パワーエレメント３０の各部材は、本発明の目的に反しない限り、これら以外の材料で構成されていてもよい。

上蓋部材３１は、円環状の外周部３１ａと、外周部３１ａの内周縁に連接された略円錐形状の内側部３１ｂと、を有している。内側部３１ｂの中央部には作動ガス注入孔３１ｃが設けられている。

受け部材３２は、中央部に貫通孔３５が設けられた、段部を有する円環状の外周部３２ａと、外周部３２ａの内周縁（貫通孔３５の周縁部３５ａ）に連接された下方に延びる円筒部３２ｂと、を有している。円筒部３２ｂの外周面には、パワーエレメント取付部２０の雌ねじに螺合する雄ねじが切られている。

ダイアフラム３３は、波形の断面を有する円環状の外周部３３ａと、外周部３３ａの内周縁に連接された円形平板状の中央部３３ｂと、を有している。ダイアフラム３３は、上蓋部材３１および受け部材３２挟まれている。

上蓋部材３１は、その外周部３１ａがダイアフラム３３の外周部３３ａの上面（一方の面）に重ねられ、受け部材３２は、その外周部３２ａがダイアフラム３３の外周部３３ａの下面（他方の面）に重ねられる。これらを重ね合わせた状態で、上蓋部材３１の外周部３１ａ、受け部材３２の外周部３２ａおよびダイアフラム３３の外周部３３ａが全周にわたって溶接（周溶接）されている。溶接により、上蓋部材３１、受け部材３２およびダイアフラム３３が一体化されている。溶接方法としては、局所的な加工に適したＴＩＧ（ＴＵＮＧＳＴＥＮＩＮＥＲＴＧＡＳ）溶接、またはレーザー溶接が好ましい。

上蓋部材３１は、ダイアフラム３３との間に圧力作動室３６を形成している。圧力作動室３６には、作動ガス注入孔３１ｃから作動ガスが注入される。作動ガス注入孔３１ｃは、作動ガス注入後に封止栓３８により塞がれる。受け部材３２は、ダイアフラム３３との間に冷媒流入室３７を形成している。

ストッパ部材３４は、貫通孔３５より若干小径の円柱部３４ａと、円柱部３４ａの上端部に設けられた、貫通孔３５より大径の円環状のフランジ部３４ｂと、を有している。ストッパ部材３４は、円柱部３４ａが受け部材３２の円筒部３２ｂに挿通され、フランジ部３４ｂが冷媒流入室３７に収容される。

フランジ部３４ｂは、受け部材３２の貫通孔３５の周縁部３５ａに接しており、これにより、ストッパ部材３４が貫通孔３５からの脱落することを防いでいる。

ストッパ部材３４の上面３４ｃは、ダイアフラム３３の中央部３３ｂと対向して配置される。圧力作動室３６の圧力が高まるとダイアフラム３３が膨らみ、中央部３３ｂによってストッパ部材３４の上面３４ｃが下方に押される。ストッパ部材３４の下面３４ｄには、後述する弁棒６０の上端部６１（他方の端部）が挿入される穴状の受け部３４ｅが設けられている。

パワーエレメント３０は、受け部材３２の雄ねじがパワーエレメント取付部２０の雌ねじと螺合される。すなわち、弁本体１０にねじ構造によってパワーエレメント３０が取り付けられている。パワーエレメント３０は、受け部材３２と弁本体１０との間に円環状の内側シール部材７０を圧縮して挟み込んだ状態で弁本体１０に取り付けられる。パワーエレメント３０は、パワーエレメント取付部２０に取り付けられると、均圧孔２１を介して第２の冷媒流路１２と冷媒流入室３７とが通じる。

弁部材４０は、弁室１４に配置された球状の部材である。

支持部材４５は、弁部材４０を弁座１７に対向するように支持する。弁部材４０が支持部材４５に固定された構成でもよい。

コイルばね５０は、支持部材４５と調整ねじ５５との間に圧縮状態で設置されている。コイルばね５０は、支持部材４５を介して弁部材４０を弁座１７に向けて押圧している。

調整ねじ５５は、弁本体１０の調整ねじ取付部２２に螺合されている。調整ねじ５５のねじ込み量を調整することにより、コイルばね５０の弾性力（押圧力）を調整できる。

弁棒６０は、弁本体１０の弁孔１５、通し孔１８および均圧孔２１のそれぞれに挿通されている。弁棒６０の下端部６２（一方の端部）は、弁部材４０に接しており、弁部材４０および支持部材４５を介してコイルばね５０と対向するように配置されている。弁棒６０の上端部６１は、パワーエレメント３０のストッパ部材３４の受け部３４ｅに挿入される。これにより、パワーエレメント３０によって、弁棒６０を介して弁部材４０が駆動される。

防振部材６５は、通し孔１８の大径部１８ａに配置されている。防振部材６５は、例えば、複数の板ばね状の部材で構成され、弁棒６０を周囲から押圧する。これにより、弁棒６０及び弁部材４０の振動を防止する。

内側シール部材７０および外側シール部材７５は、ゴム材を材料として円環状に形成されている。

内側シール部材７０は、弁本体１０の上面１０ｃに設けられた円環状の凹部１０ｅ内に配置され、弁本体１０とパワーエレメント３０の受け部材３２との間に圧縮状態で挟まれている。

外側シール部材７５は、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓを密封するように設けられている。具体的には、弁本体１０の上面１０ｃとパワーエレメント３０の受け部材３２の下面３２ｃとの間に形成された、接触部分Ｓに向かって徐々に狭くなる空間Ｋに充填されている。外側シール部材７５により、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓは外気から隔離されている。

ここで、腐食のメカニズムについて説明する。

弁本体１０にねじ構造によってパワーエレメント３０が取り付けられていることにより、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓが存在する。

この接触部分Ｓには微少な隙間が存在している。そのため、例えば、接触部分Ｓの近傍に塩化物イオンを含む液体が存在する場合に、接触部分Ｓの隙間とその外側との酸素濃度差により電位差が生じると、接触部分Ｓの隙間がアノード部となって塩化物イオンが移動・蓄積する。この結果、接触部分Ｓの隙間内部のｐＨ低下と塩化物イオンにより、パワーエレメント３０のステンレス鋼表面の不動態皮膜が破壊される。これにより、接触部分Ｓの隙間において、弁本体１０またはパワーエレメント３０に腐食Ｆが発生する。

或いは、パワーエレメントと弁本体を異種金属（例えば、パワーエレメントはステンレス製、弁本体はアルミニウムまたはアルミニウム合金製）で構成されていると、パワーエレメントと弁本体の接触部分Ｓの隙間に結露等により水分が付着すると、異種金属接触腐食により弁本体が腐食され気密性が低下するおそれがある。
また、異種金属接触腐食により弁本体が腐食され、パワーエレメントとの隙間が広がり、そこに水分が浸入すると上述の隙間腐食が生じて、腐食Ｆがさらに進行する。

そして、本実施例では、外側シール部材７５によって弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓを密封している。すなわち、接触部分Ｓの外側に外側シール部材７５が充填されており、接触部分Ｓが外気から隔離されている。これにより、腐食Ｆの原因となる、（１）接触部分Ｓの隙間とその外側とに酸素濃度差が生じること、および、（２）接触部分Ｓに液体が進入すること、を抑制できる。

次に、膨張弁１の動作について説明する。膨張弁１は、冷媒が入口ポート１３に流入し、弁室１４及び弁孔１５を通過して膨張され、出口ポート１６から流出して蒸発器（図示せず）へ送り出される。また、この蒸発器を通過した冷媒は、第２の冷媒流路１２の入口から出口に抜けるように通過し、圧縮機（図示せず）へ戻る。このとき、第２の冷媒流路１２を通過する冷媒の一部は均圧孔２１からパワーエレメント３０の冷媒流入室３７に流入する。そして冷媒流入室３７に流入した冷媒の温度変化に応じて圧力作動室３６の圧力が変化する。圧力作動室３６の圧力に応じて変形したダイアフラム３３の動きを受け、ストッパ部材３４が上下に移動する。そして、ストッパ部材３４の移動が弁棒６０を介して弁部材４０に伝達される。これにより、膨張弁１は、冷媒の温度に応じて流量を自動的に調整する。

以上より、膨張弁１によれば、弁本体１０にねじ構造によってパワーエレメント３０が取り付けられる。そして、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓを密封する外側シール部材７５を有している。このようにしたことから、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓに生じる微少な隙間が密封されて、外気から隔離される。これにより、弁本体１０とパワーエレメント３０との隙間に生じる腐食Ｆを効果的に抑制することができる。

（第２実施例）
以下に、本発明の第２実施例に係る膨張弁について、図４を参照して説明する。第２実施例に係る膨張弁も、第１実施例と同様に、パワーエレメントをねじ構造により弁本体に取り付けるものである。

図４（ａ）は、本発明の第２実施例に係る膨張弁におけるパワーエレメント近傍の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の一点鎖線で示す円内を拡大した断面図である。以下の説明において、「上下」とは、各図における上下のことを指す。

第２実施例に係る膨張弁２は、内側シール部材７０および外側シール部材７５に代えて、シール部材８０を有している以外は、第１実施例と同一の構成を有している。また、第１実施例と同一の部材等については、第１実施例と同一の符号を付して説明を省略する。

シール部材８０は、ゴム材を材料として円環状に形成されている。シール部材８０は、第１実施例のと同様に、弁本体１０の上面１０ｃに設けられた円環状の凹部１０ｅ内に配置され、弁本体１０とパワーエレメント３０の受け部材３２との間に圧縮状態で挟まれている。すなわち、シール部材８０は、凹部１０ｅ内に圧縮状態で充填されており、内縁部８０ａより内側にある弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓを密封するように設けられている。また、シール部材８０の外縁部８０ｂが全周にわたって外部に露出している。シール部材８０により、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓは外気から隔離されている。

第２実施例の膨張弁２においても、第１実施例の膨張弁１と同様の効果を奏する。シール部材８０が、弁本体１０とパワーエレメント３０との間に圧縮状態で挟まれているので、簡易な構成で弁本体１０とパワーエレメント３０との間の気密を確保できるとともに、弁本体１０とパワーエレメント３０との接触部分Ｓを密封して腐食を抑制できる。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１、２…膨張弁、１０…弁本体、１０ａ…前面、１０ｂ…後面、１０ｃ…上面、１０ｄ…下面、１０ｅ…凹部、１１…第１の冷媒流路、１２…第２の冷媒流路、１３…入口ポート、１４…弁室、１５…弁孔、１６…出口ポート、１７…弁座、１８…通し孔、１８ａ…大径部、２０…パワーエレメント取付部、２１…均圧孔、２２…調整ねじ取付部、２３…取付穴、３０…パワーエレメント、３１…上蓋部材、３１ａ…外周部、３１ｂ…内側部、３１ｃ…作動ガス注入孔、３２…受け部材、３２ａ…外周部、３２ｂ…円筒部、３２ｃ…下面、３３…ダイアフラム、３３ａ…外周部、３３ｂ…中央部、３４…ストッパ部材、３４ａ…円柱部、３４ｂ…フランジ部、３４ｃ…上面、３４ｄ…下面、３４ｅ…受け部、３５…貫通孔、３５ａ…周縁部、３６…圧力作動室、３７…冷媒流入室、３８…封止栓、４０…弁部材、４５…支持部材、５０…コイルばね、５５…調整ねじ、６０…弁棒、６１…上端部、６２…下端部、６５…防振部材、７０…内側シール部材、７５…外側シール部材、８０…シール部材、８０ａ…内縁部、８０ｂ…外縁部、Ｓ…フランジ部における受け部材に接する部分

Claims

弁室が設けられた弁本体と、
前記弁室に収容された弁部材と、
前記弁本体にねじ構造によって取り付けられ、前記弁部材を駆動するパワーエレメントと、
前記弁本体と前記パワーエレメントとの接触部分を密封する円環状のシール部材と、を有し、
前記接触部分が、前記シール部材の内縁部より内側にあり、
前記シール部材の外縁部が、全周にわたって外部に露出されていることを特徴とする膨張弁。
前記シール部材が、前記弁本体と前記パワーエレメントとの間に形成された、前記接触部分に向かって徐々に狭くなる空間に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。
前記シール部材が、前記弁本体に設けられた円環状の凹部内に配置され、前記弁本体と前記パワーエレメントとの間に圧縮状態で挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
前記弁本体を構成する材料と、前記パワーエレメントを構成する材料と、が異なることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の膨張弁。
前記弁本体を構成する材料と、前記パワーエレメントを構成する材料と、が異なる種類の金属であることを特徴とする請求項４に記載の膨張弁。
前記弁本体を構成する材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記パワーエレメントを構成する材料がステンレス鋼であることを特徴とする請求項５に記載の膨張弁。