JP4813885B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、弁装置に関し、特に、電動式コントロールバルブ、電磁弁において、弁ハウジングにロータケース、プランジャケース等の構成部品を取り付けるための下蓋部材がろう付けされた弁装置に関するものである。

電動式コントロールバルブや電磁弁等の弁装置において、ロータケース、プランジャケース等が弁ハウジングにろう付けされた下蓋部材に、溶接、ろう付け等によって固定装着されているものがある。

電動式コントロールバルブ等、高圧の冷媒を制御する目的の制御機器では、ロータケース内部は高圧に耐える気密容器でなければならない。特に、新冷媒（特に、ＣＯ₂ ）などの対応のために、従来より高耐圧の設計を行う必要がある。このため、弁ハウジングと下蓋部材とのろう付けによる接合部にも高い強度が求められる。

ろう付け部の強度を高めるためには、母材（弁ハウジング、下蓋部材）とろう材の接合面を増やし、接合母材間のクリアランス（ろう付けクリアランス）を適切に保つ必要がある。このクリアランスが狙いのクリアランスより狭いと、ろう材が十分に浸透せず、空間が残り、ろう付け強度が低下する。これとは逆に、接合母材間のクリアランスが狙いのクリアランスより広いと、ろう材の被断強度が低下する他に隙間腐食の原因にもなる。更には、近年、水素雰囲気炉による炉中ろう付けが一般化し、ろう材も多様化していることから、それぞれの要求条件に容易に対応できる形状でもあることも必要になっている。

このことに対して、下蓋部材が弁ハウジングのろう付け面（平面）と対向する平面部に、エンボス加工（半抜き加工）等のプレス加工（塑性変形加工）によって突起を形成し、その高さを管理することによって接合母材間のろう付けクリアランスを適正値に保つことが行われている（例えば、特許文献１）。プレス成形によって製作される下蓋部材の場合、塑性変形加工による突起形成は、僅かな工数アップですむ。
特開２００１−２１０５８号公報

下蓋部材は、気密容器としてだけではなく、様々な部品を保持する機能部品でもあるので、弁ハウジングに対する同軸度（同心度）、その他の取付位置精度を要求される。そこで、下蓋部材には中心孔が形成され、下蓋部材は、弁ハウジングに形成された下蓋嵌合部の外周面に、中心孔（円孔）の内周面をもって嵌合し、同心取付精度を保証している。

このため、下蓋部材に形成された中心孔は、口径、真円度について高い精度を要求される。しかしながら、突起をエンボス成形する工程が中心孔の孔抜き加工の後であるため、突起の塑性変形加工の影響で、中心孔の内径形状が歪み、真円度が損なわれる可能性がある。

この中心孔の歪みは、弁ハウジングに対する下蓋部材の同心度を含む取付精度を阻害し、歪みが大きい場合には、下蓋部材を弁ハウジングの下蓋嵌合部に嵌合できなくなり、取付不能になることもある。取付不能になることを回避するためには、下蓋部材と弁ハウジングとの嵌合部をクリアランスの設計値を大きくすればよいが、クリアランスの設計値を大きくすることは、同心取付精度を損ねることになる。

この発明が解決しようとする課題は、エンボス成形等による突起によって所要のろう付けクリアランスを得て所要のろう付け強度を保証するものにおいて、弁ハウジングに対する下蓋部材の高い同心取付精度を確保することである。

この発明による弁装置は、弁ハウジングに形成された下蓋嵌合部の外周面に、中心孔の内周面をもって嵌合する構成部品取付用の下蓋部材を有し、前記中心孔の外側に延在する下蓋平面部と当該下蓋平面部と対向する前記弁ハウジングの平面部とがろう付けされた弁装置であって、前記下蓋平面部と前記弁ハウジングの前記平面部との間にろう付けクリアランスを形成するための突起が前記下蓋平面部に塑性変形加工によって形成されており、当該突起の塑性変形加工による前記中心孔の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部が前記下蓋平面部に付与され、前記逃げ形状部は前記中心孔の内周面部分に部分的に凹状に形成された切り欠き部である。

この発明による弁装置は、好ましくは、前記突起は前記中心孔の周回りに複数個形成されており、前記逃げ形状部は、前記中心孔の半径方向に見て、前記突起が形成されている部位と同部位に形成されている。

この発明による弁装置は、弁ハウジングに形成された下蓋嵌合部の外周面に、中心孔の内周面をもって嵌合する構成部品取付用の下蓋部材を有し、前記中心孔の外側に延在する下蓋平面部と当該下蓋平面部と対向する前記弁ハウジングの平面部とがろう付けされた弁装置であって、前記下蓋平面部と前記弁ハウジングの前記平面部との間にろう付けクリアランスを形成するための突起が前記下蓋平面部に塑性変形加工によって形成されており、当該突起の塑性変形加工による前記中心孔の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部が前記下蓋平面部に付与され、前記突起は前記中心孔の周回りに複数個形成されており、前記逃げ形状部は、前記中心孔の半径方向に見て、前記突起が形成されている部位と同部位に形成されている。
この発明による弁装置は、好ましくは、下蓋平面部に貫通形成された空孔である。

この発明による弁装置によれば、下蓋平面部に逃げ形状部が形成されていることにより、突起の塑性変形加工による中心孔の内径形状の歪みが吸収され、下蓋部材と弁ハウジングとの嵌合部をクリアランスの設計値を大きくすることなく、下蓋部材と弁ハウジングとの嵌合不良が生じることが回避される。

これにより、エンボス成形等による突起によって所要のろう付けクリアランスを得て所要のろう付け強度を保証したうえで、弁ハウジングに対する下蓋部材の高い同心取付精度を確保することができる。

この発明による弁装置を電動式コントロールバルブとして適用した場合の一つの実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

図１に示されているように、電動式コントロールバルブは、弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１は、ステンレス鋼、銅合金等による金属製のものであり、弁室１２、弁ポート１３、弁ステムガイド孔１４、横継手接続孔１５、下継手接続孔１６が形成されている。

横継手接続孔１５にはろう付け部１７によって横継手管１８が、下継手接続孔１６にはろう付け部１９によって下継手管２０が各々固定装着されている。

弁ステムガイド孔１４は弁ポート１３と同心位置（同軸位置）に形成されている。弁ステムガイド孔１４にはニードル弁体２１の弁ステム部２２が軸線方向（上下方向）に摺動可能に嵌合している。ニードル弁体２１は、軸線方向移動によって弁ポート１３に対して離接し、軸線方向位置（弁リフト位置）に応じて弁ポート１３の実効開口度を設定し、弁ポート１３を流れる流体の流量を定量的に制御する。

弁ハウジング１１の上面部には弁ステムガイド孔１４と同心に下蓋嵌合突起２３が突出形成されている。下蓋嵌合突起２３には、カップ形状の下蓋部材３１の底面部３２の中心部に貫通形成された中心孔３３が嵌合している。下蓋部材３１は、仮固定用のかしめ部２８と、ろう付け部２９によって弁ハウジング１１に固定装着されている。ろう付け部２９による弁ハウジング１１に対する下蓋部材３１のろう付けについては、この実施形態の電動式コントロールバルブの全体構造の説明の後に詳しく説明する。

下蓋部材３１の上部開口縁部３４には、ステッピングモータ５１のキャン形状のロータケース５２の下部開口縁部５３が気密に突き合わせ溶接されている。なお、下蓋部材３１、ロータケース５２はステンレス鋼等によって構成されている。

ロータケース５２は下蓋部材３１と共働してロータ室５４を画定している。ロータ室５４にはステッピングモータ５１のロータ５５が回転可能に且つ軸線方向に移動可能に配置されている。ロータ５５の外周部には多極着磁された円筒状のマグネット５６が固定装着されている。

ロータケース５２の外周部にはステッピングモータ５１のステータコイル部材５７が固定装着されている。ロータ５５は、ステータコイル部材５７のコイル部に対するパルス通電により、そのパルス数に応じた回転角をもって回転する。

弁ハウジング１１の下蓋嵌合突起２３上には円筒状の雄ねじ形成部２５が弁ステムガイド孔１４と同心に突出形成されている。雄ねじ形成部２５はロータ室５４内にあり、雄ねじ形成部２５の外周面部には雄ねじ２６が形成されている。ロータ５５は中心部に雌ねじ５８を形成されている。雌ねじ５８は雄ねじ２６にねじ係合している。

ロータ５５には、取付金具５９、カラー部材６０、圧縮コイルばね６１等によってニードル弁体２１の上端部分２７が相対回転可能に連結されている。

ロータ５５の回転は、雌ねじ５８と雄ねじ２６とのねじ係合によって軸線方向移動に変換され、ロータ５５の軸線方向移動がニードル弁体２１に伝達される。これにより、ニードル弁体２１の軸線方向位置が決まり、弁ポート１３を流れる流体の流量が定量的に制御される。

なお、ロータケース５２とロータ５５には、ロータ５５の弁開方向の最大回転位置と弁開方向の最大回転位置を設定するストッパ機構６２が組み込まれている。

ろう付け部２９による弁ハウジング１１に対する下蓋部材３１のろう付けについて、図２〜図５を参照して詳細に説明する。

図２に示されているように、下蓋嵌合突起２３は弁ステムガイド孔１４と同心の外円周面２４を有している。下蓋部材３１は中心孔３３の内円周面をもって下蓋嵌合突起２３の外円周面２４に同心嵌合している。

下蓋部材３１は中心孔３３の外側に延在する円環状の下蓋平面部３６を有している。弁ハウジング１１は下蓋嵌合突起２３の外側に延在する円環状の上平面部３７を有する。下蓋嵌合突起２３に嵌合している下蓋部材３１の下蓋平面部３６と弁ハウジング１１の上平面部３７とは相対向し、この対向面部が、ろう付け部２９として、銀−銅合金系のろう材によって互いにろう付けされている。

下蓋平面部３６には、図３〜図４に示されているように、エンボス加工等の塑性変形加工によって突起３８が突出形成されている。突起３８は、半円形状で、中心孔３３の周りに、１２０度間隔で、３箇所に形成されている。図２に示されているように、突起３８によって下蓋平面部３６と弁ハウジング１１の上平面部３７との間にろう付けクリアランスＴａが形成される。ろう付けクリアランスＴａの寸法は、突起３８の高さを管理することによって適正値に設定される。

ろう付けクリアランスＴａがろう付け部２９のろう材によって埋められることにより、弁ハウジング１１の上平面部３７のほぼ全面と、下蓋平面部３６のうち上平面部３７と対向する部分のほぼ全面とがろう材の接合面となり、広い接合面積が安定して確保される。これにより、弁ハウジング１１と下蓋部材３１とが所要のろう付け強度をもってろう付けされる。

図３〜図４に示されているように、中心孔３３の半径方向に見て、突起３８が形成されている部位と同部位に、中心孔３３の内周面部分を、部分的に凹状に切り欠いた切り欠き部３９が、中心孔３３の打ち抜きプレス加工と同時加工によって打ち抜き形成されている。切り欠き部３９は、各突起３８毎に形成されており、図３に示されているように、下蓋嵌合突起２３の外円周面２４との間に、他の部分（切り欠き部３９が設けられていない部分の中心孔３３の内円周面と下蓋嵌合突起２３の外円周面２４との間）より広い嵌合クリアランスＴｂを設定している。

切り欠き部３９は、図５に示されているように、突起３８毎に設けられていて、突起３８の塑性変形加工による中心孔３３の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部として作用する。

切り欠き部３９が設けられていない部分の中心孔３３の内円周面と下蓋嵌合突起２３の外円周面２４との間のクリアランスは、下蓋部材３１と弁ハウジング１１との同軸度を保つために高い精度が必要な重要寸法箇所である。このことに対して、切り欠き部３９は、突起３８の塑性変形加工による中心孔３３の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部として作用し、塑性変形加工による影響が、切り欠き部３９が設けられていない部分の中心孔３３の内円周面に及ぶことが回避される。

このことにより、切り欠き部３９が設けられていない部分の中心孔３３の真円度が保たれ、下蓋部材３１と弁ハウジング１１との同軸度を保つために高い精度が必要な重要寸法箇所である、切り欠き部３９が設けられていない部分の中心孔３３の内円周面と下蓋嵌合突起２３の外円周面２４との間の嵌合クリアランスを、極小に設定しても、下蓋部材３１を弁ハウジング１１の下蓋嵌合突起２３に嵌合できなくなるような不具合が生じることがなく、嵌合クリアランスを極小に設定して、弁ハウジング１１に対する下蓋部材３１の同心取付精度を高精度に保つことができるようになる。

また、切り欠き部３９による嵌合クリアランスＴｂは、ろう付け部２９、換言すれば、ろう付けクリアランスＴａに対するろう材の進入時の空気抜き通路として作用する。これにより、ろう付けクリアランスＴａに対するろう材の浸潤において、当該部分に空気溜まりが生じることが回避され、ろう付け欠陥による強度低下が防止される。

また、切り欠き部３９にも、ろう材が進入することにより、ろう付け強度が向上する。

なお、突起３８の形状は、切り欠き部３９にかかった半円状のものに限られることはなく、図６に示されているように、切り欠き部３９より離れた位置に形成された円形の突起４０や、図７に示されているように四角形の突起４１であってもよい。また、これら突起の個数は３個に限られることはなく、図７に示されているように、４個であっても、それ以上の複数個でもよい。

また、ろう付けクリアランスのための突起は、図８、又は参考例図９に示されているように、中心孔３３の円周より外方に離れた位置において、中心孔３３のほぼ全周に亘って円弧状に一様に形成された突起４２、４３であってもよい。図８の場合には、突起４２、４３が設けられていない部位に、逃げ形状部として、切り欠き部３９が形成されればよい。参考例として示した図９の場合は、下蓋部材３１の下底部３２を貫通する空孔４４が形成されればよい。

この実施形態では、突起４２、４３を加工した後でも、中心孔３３の周りに、金型を当てることができるから、歪みない真円の穴加工が可能になる。

また、ろう付け部１７、１９、２９の各部のろう材として、図１０に示されているように、リングろう４５、４６、４７を用いることができる。

この場合、リングろう４５は、横継手接続孔１５の弁ハウジング１１の外周面に対する開口端に設置されるが、この部分は円周面であり、平らでないので、フラットな通常のリングろう４５であると、リングろう４５は、横継手接続孔１５の上下部でのみ弁ハウジング１１の外周面に点接触し、両サイド部分では、弁ハウジング１１の外周面より離れた状態に置かれる。

炉中ろう付けを行った場合、雰囲気温度によって弁ハウジング１１より先に熱容量の小さい継手部材（横継手管１８）の温度が上昇し、ろう材の溶融温度に達した時に、弁ハウジング１１と接触している箇所は、毛細管現象によってろう材が弁ハウジング１１の方へ移動するが、離れている箇所では、弁ハウジング１１の温度が低いために、ろう材が移動せず、その場に残る傾向がある。

ろう材が滞留した場合、外観的な問題だけではなく、接合部分に十分なろう材を供給できないために、ろう付け強度が不足したり、また、溶融したろう材が同じ位置に留まることで、被ろう付材を侵食する可能性があり、母材強度の低下から破壊に至る可能性がある。

このことに対して、図１０、図１１に示されているように、横継手管１８を差し込む弁ハウジング１１の横継手接続孔（横穴）１５の弁ハウジング１１の外周面に対する開口端に、面取りによる面取り形状部４８を設けることで、部品供給時に、リングろう４５と弁ハウジング１１とが接触する部分が増え、図１２に示されているように、リングろう４５と弁ハウジング１１の距離ｄが、面取り形状部４８がない場合に比して接近する。

面取り形状部４８によってリングろう４５が弁ハウジング１１に接触する部分が増えることで、ろう材が溶融した時に毛細管現象によって弁ハウジング１１の側に移動する量が増加し、しかも、リングろう４５と弁ハウジング１１の距離が接近することで、溶けて広がったろう材が弁ハウジング１１に達し、そこから接触部と同様に、弁ハウジング１１と横継手管１８との間の隙間へ浸潤していくことが期待できる。

横継手接続孔１８の弁ハウジング１１の外周面に対する開口端の面取りは、円筒状の側面に対する円錐形状の加工なので、横継手接続孔１５の全周に亘って均一には行われず、図１１に示されているように、横継手接続孔１５の上下部分で深い面取りが行われことになるが、この面取りでも、リングろう４５と弁ハウジング１１とが接触する部分が増え、リングろう４５と弁ハウジング１１の距離ｄが、面取り形状部４８がない場合に比して接近する効果が得られる。

また、図１３に示されているように、横継手接続孔（横穴）１５の弁ハウジング１１の外周面に対する開口端に、座ぐりによる座ぐり形状部４９を設けてもよい。この座ぐりは、円筒形状の側面に加工するために、横穴の上下方向では深く、左右では浅くなることで、部品供給時に、リングろう４５の全周が弁ハウジング１１と接触し、図１４に示されているように、リングろう４５と弁ハウジング１１の離間距離を零にできる。

更には、図１５に示されているように、座ぐりの外径隅部をＲ形状とすることで、リングろう４５と弁ハウジング１１との接触部が更に増加し、熱伝導によるろう材の溶融を促進する。また、溶融したろう材が隈部にたまって無駄になる分を減少させることができる。

この発明による弁装置を電動式コントロールバルブとして適用した場合の一つの実施形態の全体の縦断面図である。 本実施形態の電動式コントロールバルブの要部の拡大縦断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態の電動式コントロールバルブの下蓋部材を底面側からみた斜視図である。 本実施形態の電動式コントロールバルブの下蓋部材の底面図である。 他の実施形態の電動式コントロールバルブの下蓋部材の底面図である。 他の実施形態の電動式コントロールバルブの下蓋部材の底面図である。 他の実施形態の電動式コントロールバルブの下蓋部材の底面図である。 参考例の電動式コントロールバルブの下蓋部材の底面図である。 本実施形態の電動式コントロールバルブの要部のろう付け時の拡大縦断面図である。 本実施形態の電動式コントロールバルブの要部の拡大側面図である。 図１０のＢ−Ｂ線断面図である。 他の実施形態の電動式コントロールバルブの要部のろう付け時の拡大縦断面図である。 図１３のＣ−Ｃ線断面図である。 他の実施形態の電動式コントロールバルブの要部のろう付け時の拡大縦断面図である。

符号の説明

１１ 弁ハウジング
１２ 弁室
１３ 弁ポート
１４ 弁ステムガイド孔
１５ 横継手接続孔
１６ 下継手接続孔
１７ ろう付け部
１８ 横継手管
１９ ろう付け部
２０ 下継手管
２１ ニードル弁
２２ 弁ステム部
２３ 下蓋嵌合突起
２４ 外円周面
２５ 雄ねじ形成部
２６ 雄ねじ
２７ 上端部分
２８ かしめ部
２９ ろう付け部
３１ 下蓋部材
３２ 下底部
３３ 中心孔
３４ 上部開口縁部
３６ 下蓋平面部
３７ 上平面部
３８ 突起
３９ 切り欠き部
４０、４１、４２、４３ 突起
４４ 空孔
４５、４６、４７ リングろう
４８ 面取り形状部
４９ 座ぐり形状部
５１ ステッピングモータ
５２ ロータケース
５３ 下部開口縁部
５４ ロータ室
５５ ロータ
５６ マグネット
５７ ステータコイル部材
５８ 雌ねじ
５９ 取付金具
６０ カラー部材
６１ 圧縮コイルばね
Ｔａ ろう付けクリアランス
Ｔｂ 嵌合クリアランス

Claims (4)

1. 弁ハウジングに形成された下蓋嵌合部の外周面に、中心孔の内周面をもって嵌合する構成部品取付用の下蓋部材を有し、前記中心孔の外側に延在する下蓋平面部と当該下蓋平面部と対向する前記弁ハウジングの平面部とがろう付けされた弁装置であって、
   前記下蓋平面部と前記弁ハウジングの前記平面部との間にろう付けクリアランスを形成するための突起が前記下蓋平面部に塑性変形加工によって形成されており、当該突起の塑性変形加工による前記中心孔の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部が前記下蓋平面部に付与され、前記逃げ形状部は前記中心孔の内周面部分に部分的に凹状に形成された切り欠き部である弁装置。
2. 前記突起は前記中心孔の周回りに複数個形成されており、前記逃げ形状部は、前記中心孔の半径方向に見て、前記突起が形成されている部位と同部位に形成されている請求項１記載の弁装置。
3. 弁ハウジングに形成された下蓋嵌合部の外周面に、中心孔の内周面をもって嵌合する構成部品取付用の下蓋部材を有し、前記中心孔の外側に延在する下蓋平面部と当該下蓋平面部と対向する前記弁ハウジングの平面部とがろう付けされた弁装置であって、
   前記下蓋平面部と前記弁ハウジングの前記平面部との間にろう付けクリアランスを形成するための突起が前記下蓋平面部に塑性変形加工によって形成されており、当該突起の塑性変形加工による前記中心孔の内径形状の歪みを吸収するための逃げ形状部が前記下蓋平面部に付与され、前記突起は前記中心孔の周回りに複数個形成されており、前記逃げ形状部は、前記中心孔の半径方向に見て、前記突起が形成されている部位と同部位に形成されている弁装置。
4. 前記逃げ形状部は下蓋平面部に貫通形成された空孔である請求項３記載の弁装置。

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