JP2005098471A - 弁装置および弁装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弁座部材が弁ハウジングに対して圧入、ろう付けされる弁装置において、充分なろう付け強度を安定して得ること。
【解決手段】弁ハウジング１１に形成された弁座部材装着孔１３に弁座部材２０が圧入され、弁座部材２０が弁ハウジング１１にろう付けされた弁装置において、弁座部材２０が圧入されている弁座部材装着孔１３の内周面と弁座部材の外周面との間に、弁座部材２０の一方の端面２０Ａの側より他方の端面２０Ｂの側へろう材を導く弁座部ろう材通路２３を形成する。
【選択図】図６

Description

この発明は、弁装置および弁装置の製造方法に関し、特に、弁ハウジングとは別体の弁座部材が弁ハウジングに圧入、ろう付けされる構造の弁装置および弁装置の製造方法に関するものである。

電磁弁、電動弁等の弁装置として、弁座部を構成する弁座部材が弁ハウジング（弁本体）とは別部品として構成され、弁座部材が、弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔（ポート）に圧入され、ろう付けによって弁ハウジングに固定されているものがある（たとえば、特許文献１）。

従来の弁座部材の圧入、ろう付けでは、弁ハウジングのポートに弁座部材を外側から圧入したのち、弁座部材の一方の端面の側をろう付けするだけの片面ろう付けであるため、充分なろう付け強度を安定して得ることが難しい。

即ち、このろう付けでは、ポートに圧入された弁座部材の一端面とポート内周面との隅部のろう材の廻りが重要である。しかし、圧入のため、弁座部材外周面とポート内周面との間に、ろう材が流れる際の空気抜き、空気逃がしを行うような間隙がないから、ろう材が流れづらく、安定したろう付けを行うことが難しい。

ところで、継手管の固定については、弁装置の弁ハウジングに形成された継手管取付用のポートに銅管等による継手管が圧入され、ろう付けによって弁ハウジングに固定されているものがある。この継手管のろう付けでは、継手管の挿入端近傍の外周面に複数個の小突起を設け、小突起をもって継手管がポートに圧入されるようにし、継手管外周面とポート内周面との間に、ろう材の廻りをよくするための間隙を設けることが行われている（たとえば、特許文献２）。

しかし、上述した継手管の弁ハウジングへの固定のような、両者の間に間隙を設けるろう付けの技術は、いかにろう材の廻りをよくするためとは言っても、両者の接触面積が大幅に少なくなって気密度を確保するのが難しくなるから、流量を計量するポートとして使用する弁座部材の弁ハウジングへのろう付けの技術としてそのまま応用するのは困難である。
特開２００３−５６７３５号公報 特開２０００−９７３５８号公報

この発明が解決しようとする課題は、弁座部材が弁ハウジングに対して圧入、ろう付けされる弁装置において、充分なろう付け強度を安定して得ることである。

この発明による弁装置は、弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔に弁座部材が圧入され、当該弁座部材が弁ハウジングにろう付けされた弁装置において、前記弁座部材が圧入されている前記弁座部材装着孔の内周面と前記弁座部材の外周面との間に、前記弁座部材の一方の端面の側より他方の端面の側へろう材を導く弁座部ろう材通路が形成されている。

前記弁座部ろう材通路は、前記弁座部材の外周面に形成された溝あるいは面取りによって、あるいは前記弁座部材装着孔の内周面に形成された溝によって画定することができる。

この発明による弁装置は、さらに、前記弁座部材装着孔に継手管が挿入され、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面と前記継手管の外周面との間に、前記弁座部材装着孔の外側より前記弁座部材の一方の端面の側へろう材を導く継手管部ろう材通路が画定されている。

この場合、前記継手管は、当該継手管の外周面に形成された複数個の突起部が各々前記弁座部材装着孔の内周面に当接する形態で、前記弁座部材装着孔に圧入されている。あるいは、前記継手管が前記弁座部材装着孔に圧入される部分が楕円形横断面になっている。また、前記継手管部ろう材通路は、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面に形成された溝によって画定することがてきる。

この発明による弁装置の製造方法は、弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔に弁座部材が圧入され、前記弁座部材につづいて前記弁座部材装着孔に継手管が挿入され、前記弁座部材と前記継手管とが前記弁ハウジングにろう付けされる弁装置の製造方法において、前記弁座部材が圧入されている前記弁座部材装着孔の内周面と前記弁座部材の外周面との間に、前記弁座部材の一方の端面の側より他方の端面の側へろう材を導く弁座部ろう材通路を設けると共に、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面と前記継手管の外周面との間に、前記弁座部材装着孔の外側より前記弁座部材の一方の端面の側へろう材を導く継手管部ろう材通路を設け、前記弁座部材装着孔の外側において前記継手管の外周にリングろう材を装着し、前記リングろう材を加熱溶融させ、溶融したろう材を前記継手管部ろう材通路によって前記弁座部材の一方の端面の側に導き、更に前記弁座部ろう材通路よって前記弁座部材の圧入方向の他方の側に導き、ろう付けを行う。

この発明による弁装置では、弁座部材の一方の端面の側より行われるろう付けにおいて、溶融したろう材が弁座部ろう材通路を通って弁座部材の一方の端面の側より他方の端面の側へ流れる。これにより、弁座部材が弁ハウジングに両面ろう付けされ、充分なろう付け強度が安定して得られる。

また、この発明による弁装置の製造方法では、弁座部材装着孔の外側において継手管の外周に装着したリングろう材により、継手管の外周ろう付けと、弁座部材の両面ろう付けが、一つのろう材工程によって確実に行われる。

図１〜図６はこの発明による弁装置を電動弁に適用した一つの実施形態を示している。まず、図１を参照して電動弁の全体構成を説明する。電動弁はプレス成形によるカップ形状の金属製の弁ハウジング（弁本体）１１を有する。弁ハウジング１１は、底面部１１Ａの中央の筒体部１２によって弁座部材装着孔（出口ポート）１３を形成され、周面部１１Ｂに入口ポート１４を開口形成されている。

入口ポート１４には銅製又はＳＵＳ等の金属製の入口継手管１５が挿入されている。入口継手管１５にはリングろう１６（図２参照）が装着され、加熱することによって弁ハウジング１１にろう付け固定されている。

弁座部材装着孔１３には、弁座部材２０が圧入されていると共に銅製又はＳＵＳ等の金属製の出口継手管１７が挿入され、ともに、装着されたリングろう１８（図２参照）を加熱することによって弁ハウジング１１にろう付け固定されている。

弁ハウジング１１の上部開口部１１Ｃには、ステッピングモータ４０のキャン状のロータケース４１と弁体ガイド部材３１とが、ろう付けあるいは溶接によって固定されている。

弁体ガイド部材３１は弁ハウジング１１の側に弁室１９を画定している。弁体ガイド部材３１には弁体支持孔３２と雌ねじ孔３３とが同一軸線上に形成されている。弁室１９には弁体３０が配置されている。

弁体３０は、弁体支持孔３２に摺動可能に嵌合し、弁体ガイド部材３１により軸線方向（上下方向）に移動可能に支持され、先端側のニードル部材３０Ａにて弁座部材２０の弁ポート２１の開閉、開度増減を行う。

ステッピングモータ４０は、ロータケース４１内にロータ４２を回転可能且つ軸線方向に移動可能に収容している。ロータケース４１の外側にはステータコイル部材４３が取り付けられている。ロータ４２は、外周部を多極着磁され、弁体３０と連結された雄ねじ軸４４を有する。雄ねじ軸４４の雄ねじは雌ねじ孔３３の雌ねじにねじ係合している。これにより、ロータ４２の回転によって弁体３０が軸線方向に移動する。

つぎに、図２〜図６を参照して弁座部材２０と出口継手管１７の圧入ろう付けについて説明する。図２に示されている弁座部材２０は、弁座部材装着孔１３に圧入可能な外径を有する。弁座部材２０の外周面には螺旋溝２２が弁座部材２０の全軸長に亘って形成されている。したがって、螺旋溝２２は、図３に示されているように、一端２２Ａにて弁座部材２０の一方の端面２０Ａに開口し、他端２２Ｂにて弁座部材２０の他方の端面２０Ｂに開口している。

弁座部材２０は、図２に示されているように、弁ハウジング１１の上部開口部１１Ｃ側（弁室１９側）から、又は、反対側の筒体部１２の下部開口部１２Ａ側から弁座部材装着孔１３に、軸線方向における所定の規定位置まで圧入される。この弁座部材２０の規定位置までの圧入は、圧入装置（図示省略）による圧入量制御、図示されてない治具等を用いて正確に行うことが可能である。この圧入により、弁座部材２０の取り付けが精度よく行われ、弁座部材２０と弁ハウジング１１との同心度及び位置が安定して得られるようになる。

なお、特許請求の範囲を含め、本発明における「圧入」とは、上記した弁座部材２０と弁ハウジング１１との同心度及び位置が安定して得られるという作用効果が得られる程度のものを言う。

弁座部材装着孔１３に対する弁座部材２０の圧入により、螺旋溝２２によって弁座部材装着孔１３の内周面と弁座部材２０の外周面との間に、弁座部材２０の一方の端面２０Ａの側より他方の端面２０Ｂの側へろう材を導く弁座部ろう材通路２３が画定される。

出口継手管１７は、弁座部材装着孔１３に挿入可能な外径の銅管により構成されている。弁座部材装着孔１３に対する出口継手管１７の挿入は、弁座部材２０の圧入後、弁座部材２０の圧入方向とは反対の側から、出口継手管１７の先端１７Ａが弁座部材２０の一方の端面２０Ａに軽く当接する位まで行われる。この出口継手管１７の挿入量の管理は、さほど高精度に行われる必要はない。

ろう付けに際しては、図４に示されているように、弁ハウジング１１を上下反転し、弁座部材装着孔１３の外側において継手管１７の外周にリングろう材１８を装着する。リングろう材１８による弁座部材２０と出口継手管１７のろう付けは、各種雰囲気ガス中炉中ろう付け、あるいはトーチろう付けにより行う。

リングろう材１８は加熱によって、図５に示されているように溶融し、溶融ろう材は、リングろう材配置領域ａに一部残留し、図６に示されているように、リングろう材配置領域ａより弁座部材装着孔１３の内周面と継手管１７の外周面の間の円環状の間隙ｂに入り、一部は出口継手管１７の先端１７Ａと弁座部材２０の一方の端面２０Ａとの間隙ｃを通って出口継手管１７の先端１７Ａと弁座部材２０の端面２０Ａとの内周部ｄに至る。残りの溶融ろう材は、弁座部材２０の一方の端面２０Ａの側から弁座部ろう材通路２３を通って弁座部材２０他方の端面２０Ｂの側（領域ｅ）へ流れる。

溶融ろう材は、常温冷却によって各部（リングろう材配置領域ａ、間隙ｂ、間隙ｃ、内周部ｄ、弁座部ろう材通路２３、領域ｅ）において凝固する。これにより、出口継手管１７のろう付け固定が完了すると共に、間隙ｃと領域ｅで凝固したろう材により、弁座部材２０が弁ハウジング１１に対して両面ろう付けされる。この両面ろう付けより、弁ハウジング１１に対する弁座部材２０のろう付けが、充分なろう付け強度をもって安定して行われる。また、片面ろう付けの場合のろう付け不良による漏れ（弁座部材２０前後の漏れ）も減少する。

充分なろう付け強度が得られることにより、弁座部材装着孔１３に抜け止め段差を設ける必要がなくなる。これにより、弁座部材装着孔１３は、図示されているようにストレート孔でよくなり、弁座部材装着孔１３を複雑な削り出し（切削加工）でなく、深絞り加工等によって生産性よく形成することができるようになる。

また、リングろう材配置領域ａより間隙ｃなどへ溶融ろう材が流れる際に、弁座部ろう材通路２３が空気抜き通路として機能するから、流動性が悪いろう材でも流れ易く、安定したろう付けが行われる。また、弁座部ろう材通路２３をろう材が流れることにより、ろう材の液相温度時間を短くしても、ろう材が廻り易くなる。また、反対側（端面２０Ｂの側）にろう材が廻ったことを容易に目視でき、目視検査を行うことができる。また、内周部ｄの部分がほぼ曲面を形成し、流体がスムーズに流れ、低騒音化にも貢献する。

弁座部ろう材通路２３を画定する弁座部材２０の外周面の溝は、上述したような螺旋溝２２に限られることはなく、図７（ａ）に示されているような弁座部材２０の外周面に形成された母線方向（軸線方向）の直線溝２４や、図７（ｂ）に示されているような平目ローレット溝２５、その他、綾目のローレット溝でもよい。また、図７（ｃ）に示されているような一面取りによる面取り部２６、図７（ｄ）に示されているような二面取り（あるいはそれ以上の面取り）による面取り部２７によって弁座部ろう材通路２３を構成することもできる。

また、弁座部ろう材通路２３は、図８（ａ）、（ｂ）に示されているように、弁座部材装着孔１３の内周面に形成した螺旋溝２８や、母線方向（軸線方向）の直線溝２９によって構成することもできる。

また、出口継手管１７を弁座部材装着孔１３に圧入してもよい。この場合には、図６のリングろう材配置領域ａより弁座部材２０の一方の端面２０Ａの側に、溶融ろう材が廻るよう、図９（ａ）に示されているように、出口継手管１７の外周面に複数個（周方向３箇所）の突起部３４を設ける。

これにより、出口継手管１７は突起部３４をもって弁座部材装着孔１３に圧入され、突起部３４の各々が弁座部材装着孔１３の内周面に当接し、出口継手管１７の外周面と継手管挿入部分の弁座部材装着孔１３の内周面との間に、弁座部材装着孔１３の外側（リングろう材配置部）より弁座部材２０の一方の端面２０Ａの側へろう材を導く継手管部ろう材通路３５が画定される。

また、図９（ｂ）に示されているように、出口継手管１７の弁座部材装着孔１３に挿入される部分を楕円管３６に変形させ、その長軸側で出口継手管１７を弁座部材装着孔１３に圧入し、短軸側に三日月状の継手管部ろう材通路３７を形成することもできる。この場合の楕円管３６の長軸Ａと短軸Ｂとの比率Ｂ／Ａは、０．９０〜０．９９程度でよく、好ましくは０．９４〜０．９７程度でよい。

なお、図８（ａ）、（ｂ）に示されているように、弁座部材装着孔１３の内周面に形成した螺旋溝２８や、母線方向（軸線方向）の直線溝２９によって弁座部ろう材通路２３を構成する場合には、継手管ろう材通路は、弁座部材装着孔１３のうちの継手管挿入部分の螺旋溝２８や直線溝２９によって画定される。

また、図１０（ａ）、（ｂ）に示されているように、入口継手管１５のろう付け強度を上げるために、弁ハウジング１１の入口ポート１４の内周面に、ろう材通路となる螺旋溝３８、３９を設けてもよい。

さらに、図９（ａ）に示されている、出口継手管１７の外周面に設けた複数個（周方向３箇所）の突起部３４を、入口継手管１５の外周面に設けたり、図９（ｂ）に示されている、出口継手管１７の弁座部材装着孔１３に挿入される部分に適用した楕円管３６に変形させる構成を、入口継手管１５の入口ポート１４に挿入される部分に適用して、入口ポート１４に入口継手管１５をろう付けする際に溶融ろう材が入口ポート１４の内周面と入口継手管１５の外周面との隙間全体に廻り易いように構成してもよい。

そして、本発明は上述した電動弁のみならず、電磁ソレノイドにより弁の開閉を行う電磁弁等において、弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔に弁座部材を圧入、ろう付けする際にも適用可能であることは言うまでもない。

この発明による弁装置を電動弁に適用した一つの実施形態を示す縦断面図である。 図１の電動弁の弁座部材と継手管の組み立てを示す分解斜視図である。 図１の弁座部材の拡大斜視図である。 図２の弁座部材と継手管のろう付け工程を示す断面図である。 図４のろう付け工程による弁座部材と継手管のろう付け完了状態を示す断面図である。 図５の要部拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は各々図１に示す弁座部材に代わる他の実施形態による弁座部材を示す拡大斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は各々図１に示す弁ハウジングに代わる他の実施形態による弁ハウジングの弁座部材装着孔部分を示す要部拡大斜視断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々図１に示す出口継手管に代わる他の実施形態による出口継手管を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々図１に示す弁ハウジングに代わる他の実施形態による弁ハウジングの入口ポート部分を示す要部拡大斜視断面図である。

符号の説明

１１ 弁ハウジング
１２ 筒体部
１３ 弁座部材装着孔
１４ 入口ポート
１５ 入口継手管
１６ リングろう
１７ 出口継手管
１８ リングろう
１９ 弁室
２０ 弁座部材
２０Ａ 一方の端面
２０Ｂ 他方の端面
２１ 弁ポート
２２ 螺旋溝
２３ 弁座部ろう材通路
２４ 直線溝
２５ 平目ローレット溝
２６、２７ 面取り部
２８ 螺旋溝
２９ 直線溝
３０ 弁体
３１ 弁体ガイド部材
３２ 弁体支持孔
３３ 雌ねじ孔
３４ 突起部
３５ 継手管部ろう材通路
３６ 楕円管
３７ 継手管部ろう材通路
３８、３９ 螺旋溝
４０ ステッピングモータ
４１ ロータケース
４２ ロータ
４３ ステータコイル部材
４４ 雄ねじ軸

Claims (8)

1. 弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔に弁座部材が圧入され、当該弁座部材が弁ハウジングにろう付けされた弁装置において、
   前記弁座部材が圧入されている前記弁座部材装着孔の内周面と前記弁座部材の外周面との間に、前記弁座部材の一方の端面の側より他方の端面の側へろう材を導く弁座部ろう材通路が形成されていることを特徴とする弁装置。
2. 前記弁座部ろう材通路は、前記弁座部材の外周面に形成された溝あるいは面取りによって画定されていることを特徴とする請求項１記載の弁装置。
3. 前記弁座部ろう材通路は、前記弁座部材装着孔の内周面に形成された溝によって画定されていることを特徴とする請求項１記載の弁装置。
4. 前記弁座部材装着孔に継手管が挿入され、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面と前記継手管の外周面との間に、前記弁座部材装着孔の外側より前記弁座部材の圧入方向の一方の端面の側へろう材を導く継手管部ろう材通路が画定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の弁装置。
5. 前記継手管は、当該継手管の外周面に形成された複数個の突起部が各々前記弁座部材装着孔の内周面に当接する形態で、前記弁座部材装着孔に圧入されていることを特徴とする請求項４記載の弁装置。
6. 前記継手管が前記弁座部材装着孔に圧入される部分が楕円形横断面になっていることを特徴とする請求項４記載の弁装置。
7. 前記継手管部ろう材通路は、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面に形成された溝によって画定されていることを特徴とする請求項４記載の弁装置。
8. 弁ハウジングに形成された弁座部材装着孔に弁座部材が圧入され、前記弁座部材につづいて前記弁座部材装着孔に継手管が挿入され、前記弁座部材と前記継手管とが前記弁ハウジングにろう付けされる弁装置の製造方法において、
   前記弁座部材が圧入されている前記弁座部材装着孔の内周面と前記弁座部材の外周面との間に、前記弁座部材の一方の端面の側より他方の端面の側へろう材を導く弁座部ろう材通路を設けると共に、継手管挿入部分の前記弁座部材装着孔の内周面と前記継手管の外周面との間に、前記弁座部材装着孔の外側より前記弁座部材の圧入方向の一方の端面の側へろう材を導く継手管部ろう材通路を設け、
   前記弁座部材装着孔の外側において前記継手管の外周にリングろう材を装着し、前記リングろう材を加熱溶融させ、
   溶融したろう材を前記継手管部ろう材通路によって前記弁座部材の一方の端面の側に導き、更に前記弁座部ろう材通路よって前記弁座部材の他方の側に導き、ろう付けを行う
   ことを特徴とする弁装置の製造方法。

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