JP6277050B2

JP6277050B2 - 電気的駆動弁

Info

Publication number: JP6277050B2
Application number: JP2014086182A
Authority: JP
Inventors: 浩次樋口; 友也東家
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: JP2015004435A

Description

本発明は、電磁弁や電動弁などの電気的駆動弁に関する。

電磁弁や電動弁は、円筒状の弁本体の内部に弁体を収容する。そして、弁体を駆動する可動要素は、プランジャやロータが弁本体内部に配置され、弁本体の外部にとりつけられるステータなどの電磁気的駆動手段により、可動要素を介して弁体を操作する構造を有する。

特開２００４−２６３８２３号公報

この種の電気的駆動弁にあっては、弁本体に対して２本以上の配管部材が固着される。
配管部材の固着手段としては、ロー付けがコスト的にも有利であり、広く利用されている。ロー付けは、工業的に大量生産するときは炉中ロー付け技法が利用されるが、少量生産のときは手作業のロー付け技法が使用される場合もある。
しかしながら、ロー付け手段は弁本体や配管部材が高温に加熱されるので、金属部品である弁本体に熱歪みが発生しやすい。
一方、プランジャや弁体などの可動要素は弁本体内を軸線方向に摺動するので、それを収容しガイドする弁本体はその製造・組立の工程での熱歪みは避けることが望まれる。

そこで本発明の目的は、上述した問題を解決する電気的駆動弁を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の電気的駆動弁は、弁室、弁座及び弁体を備える弁本体を有し、電磁気的駆動手段によって前記弁座に対する前記弁体の開閉操作を行う電気的駆動弁であって、弁本体が、前記電磁気的駆動手段によって駆動される可動要素を摺動自在に案内する第１弁本体と、配管部材が連結される第２弁本体とからなり、前記配管部材は、前記第２弁本体に対してロー付けにより連結され、前記可動要素を摺動自在に案内する前記第１弁本体は、前記配管部材が連結される前記第２弁本体に対して溶融溶接により連結され、前記第１弁本体は、弁体を案内する円筒状の弁体案内部材と可動要素を案内する可動要素案内部材からなり、前記弁体案内部材は前記可動要素案内部材に溶融溶接により連結され、弁体側に折り曲げられた返し部を有する。

また、前記第１弁本体と前記第２弁本体とは、前記第１弁本体の端部と前記第２弁本体の端部とを突き合せてなる突き合せ部を溶融溶接により連結されることもある。
更に、前記第１弁本体と前記第２弁本体とは、前記第１弁本体の端部と前記第２弁本体の端部外側に伸びるフランジ部とを突き合せてなる突き合せ部を溶融溶接により連結されることもある。

本発明は以上の構成を備えることにより、ロー付けによる部材の熱歪の影響を摺動部品に与えることなく、安定して動作する電気的駆動弁を低コストで得ることができる。
また、摺動する可動要素と弁体とを備えた第１弁本体は、溶融溶接により局部的な加熱により接合されるため、ワーク全体を炉内で加熱するロー付けの場合に比べて、熱変形の影響を小さくすることにより同軸性を確保することができる。

また、弁体案内部材に返し部を設けることにより、弁体及びプランジャに異物が入ることを防止できる。

また、上記溶融溶接として、ＴＩＧ溶接やレーザー溶接を適用することにより、溶接時の入熱をより局部的とすることができるため、熱変形の影響を更に小さくすることができ、同軸性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態の電磁弁の断面図である。第１の実施形態における弁本体の展開断面図である。本発明の第２の実施形態の電磁弁の要部の断面図である。本発明の第３の実施形態の電磁弁の要部の断面図である。弁本体の部品構成図である。本発明の第４の実施形態の電磁弁の要部の断面図である。本発明の第４の実施形態の変形例における電磁弁の要部の断面図である。本発明の第５の実施形態の電磁弁の要部の断面図である。本発明の第５の実施形態の変形例における電磁弁の要部の断面図である。本発明の第６の実施形態の電磁弁の要部の断面図である。本発明の第６の実施形態における第１弁本体と第２弁本体との溶接部近傍の断面図である。本発明の第６の実施形態の第１の変形例における第１弁本体と第２弁本体との溶接部近傍の断面図である。本発明の第６の実施形態の第２の変形例における第１弁本体と第２弁本体との溶接部近傍の断面図である。

本発明の第１の実施形態の電磁弁１について、図１及び図２を参照して説明すると、電磁弁１は第２弁本体１０と第１弁本体４０を接合して形成する弁本体を有する。
円筒状の第２弁本体１０は軸線方向に設けられる配管連結部１４を有し、第１配管３０がロー付けＲにより接合される。第２弁本体１０の側壁には第２配管３２がロー付けＲにより接合されて弁室１２に連通する。
第２弁本体１０の上端面１６には第１弁本体４０の接合部４８が、溶融溶接による溶接Ｗにより接合されている。第１弁本体４０の摺動面４２には弁体５０が摺動自在に配設され、弁体５０のテーパー部５６は第２弁本体１０の弁座１８に対して離接する。

弁体５０は弁孔５２と均圧孔５４を有し、弁孔５２はボール６０により開閉される。ボール６０はプランジャ７０により保持されており、プランジャ７０は第１弁本体４０の段付部４４に連結される細径部４６内を摺動する。プランジャ７０はスプリング７２を介して第１弁本体４０の上端面４７に固定された吸引子７４に対向している。
また、細径部４６の外周部にはステータユニット１００が装備される。

ステータユニット１００はコイル１１０を有し、リード線１１２により給電される。コイル１１０はケース１２０内に収容され、ケース１２０は取付ボルト１３０により吸引子７４に固定される。リード線１１２からコイル１１０に給電されると、コイル１１０により吸引子７４に磁力が発生してスプリング７２に抗してプランジャ７０を吸引子７４側に吸着する。
また、ボール６０は弁孔５２を開き、弁体５０は第２弁本体１０の弁座１８から離れて開弁される。

コイル１１０への給電が断たれると、吸引子７４の磁力が消失し、スプリング７２はプランジャ７０を押し出してボール６０が弁孔５２を閉じる。弁体５０の上部に均圧孔５４を通って供給される弁室１２内の流体の圧力により、弁体５０は降下してテーパー部５６が弁座１８に接して閉弁される。
また、上述したように、この電磁弁１はパイロット弁付の電磁弁として機能する。

図２に、第２弁本体１０と第１弁本体４０の詳細を示す。
第２弁本体１０は上部が開口する段付の円筒形状を有し、配管連結部１４は第１配管３０の内径部に挿入される。第２弁本体１０の側壁には第２配管３２が貫通して弁室１２に開口する。第２弁本体１０と第１配管３０、第２配管３２はロー付けＲにより接合される。

第２弁本体１０は肉厚寸法Ｔ１の材料で作られ、上端面１６は外径寸法Ｄ１を有する。
第１弁本体４０は外径寸法Ｄ２を有する大径部と段付部４４を介して連結される細径部４６を有し、両端部４７、４８は開口する段付のパイプ状の部材である。大径部の摺動面４２は可動要素を摺動自在に案内するので、高い寸法制度が要求される。第１弁本体４０は肉厚寸法Ｔ２を有し、Ｔ２は第２弁本体１０の肉厚寸法Ｔ１より小さな寸法としてある。しかし、Ｄ１≒Ｄ２ならば肉厚の大小は逆でも構わない。
また、第１弁本体４０の外径寸法Ｄ２と第２弁本体１０の外径寸法Ｄ１はほぼ等しく形成される。

図３はステータユニット１００を取り外した状態の本発明の第２の実施形態の電磁弁を示す。
この第２の実施形態において、弁室１２を有する弁本体を第２弁本体１０と第１弁本体４０を接合して構成することは、第１の実施形態と同様である。

第１配管３０と第２配管３２はロー付けＲにより第２弁本体１０に接合される。第２弁本体１０と第１弁本体４０は溶融溶接による溶接Ｗで接合され、第１弁本体４０の摺動面４２に案内されて弁体５０は摺動する。この第２の実施形態にあっては、弁室１２内にストッパ８０が取り付けられており、ストッパ８０と弁体５０の間にスプリング８２を介在させてある。この構成により、ボール６０が弁孔５２を開いたときに、弁体５０のテーパー部５６は第２弁本体１０の弁座１８から離れて確実に開弁する。なお、スプリング８２は省略されることもある。

図１及び３で示したように、第２弁本体１０と第１弁本体４０は溶融溶接による溶接Ｗで接合される。第２弁本体１０と第１配管３０、第２配管３２はロー付けＲで接合されるので、熱歪の影響を大きく受けるが、第２弁本体１０と第１弁本体４０は溶融溶接による溶接Ｗで接合されるので、第１弁本体４０は大きな熱変形の影響を受けることが無く、第１弁本体４０と第２弁本体１０との同軸性を確保できるとともに、十分な摺動面４２の精度が得られる。

本発明の第３の実施形態を図４に沿って説明する。
第１配管３０及び第２配管３２は、いずれもロー付けＲにより第２弁本体１０に接合される。第２弁本体１０の弁室１２の上側の開口部はフランジ部２０を有し、受け部２２上に第１弁本体４０が溶融溶接Ｗにより接合される。フランジ部２０と弁体５０の間にはスプリング８２が配設される。他の構成は先に説明したものと同様であるので、同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。

図５は、第３の実施形態における第２弁本体１０と第１弁本体４０の部品構成を示す。
第２弁本体１０の弁室１２の上方の開口部は段付のフランジ部２０に形成される。フランジ部２０は受け部２２を有し、フランジ部２０の外径寸法Ｄ、受け部２２の内側は外径寸法Ｄ３に形成される第１弁本体４０の接合部４８に外径寸法Ｄ２、内径寸法Ｄ４を有し、接合部４８の内径寸法Ｄ４は受け部２２の外径寸法Ｄ３に嵌合する寸法に形成される。
第１弁本体４０の接合部４８を第２弁本体１０のフランジ部２０上に係合させ、溶融溶接Ｗにより接合する。

本発明の第４の実施形態の電磁弁について、図６を参照して説明する。
第４の実施形態において、電磁弁は、第２弁本体２１０と第１弁本体２４０を接合して形成する弁本体２００を有する。
円筒状の第２弁本体２１０は、軸線方向に設けられる配管連結部２１２を有し、第１配管２３０がロー付けＲにより接合される。第２弁本体２１０の側壁には第２配管２３２がロー付けＲにより接合されて弁室に連通している。

第１弁本体２４０の下端部は外側に曲折するフランジ形状となっており、第１の平坦部２４２と第２の平坦部２４４とが設けられ、第１の平坦部２４２と第２の平坦部２４４とで段差を形成している。
そして、第２弁本体２１０の上端面は、第１弁本体２４０の下端部の第２の平坦部２４４と溶融溶接Ｗによって接合されている。

第１弁本体２４０の内側には、弁体２５０を内包し該弁体を摺動自在に案内する弁体案内部材２２０が配設されている。弁体案内部材２２０の上端部２２４は外側に曲折したフランジ形状となっており、当該上端部２２４が第１弁本体２４０の下端部の段差に当接するとともに第２の平坦部２４４と溶融溶接Ｗによって接合されている。
また、弁体２５０の下端部には、例えば樹脂等からなる環状のシール部材２５４が配設されており、当該シール部材２５４が第２弁本体２１０の配管連結部２１２の先端部２１４と当接することにより、弁室を密閉状態とする。

弁体案内部材２２０の下端部は内側に曲折したフランジ形状の返し部２２２となっており、当該返し部２２２の先端は弁体２５０の外周面とほぼ接触する位置まで形成されている。
このような構成により、弁室に流入する冷媒中に含まれる異物等が弁体案内部材２２０の内側に侵入することを防止できるため、第１弁本体の内面とプランジャ２７０との良好な摺動性を保つことができる。

図７に、上述した第４の実施形態の変形例を示す。
この変形例においては、弁体２５０の大径部の下面と弁体案内部材２２０の返し部２２２の上面との間にスプリング２８２を介在させることにより、弁体２５０をプランジャ２７０側に付勢する。
このような構成により、ボール２６０が弁孔２５２を開いたときに、弁体２５０をプランジャ２７０及びボール２６０に追従させ、弁体２５０が配管連結部２１２と離れて開弁する動作を補助することができる。

本発明の第５の実施形態の電磁弁について、図８を参照して説明する。
第５の実施形態では、第１弁本体２４０の内側に設けられる弁体案内部材２２０の上端部２２４にのみフランジ形状を形成し、下端部は円筒状端部としている。
このような構成とすることにより、弁体案内部材２２０の内径をプランジャ２７０が通過し弁体２５０の大径部が摺動できるため、弁体２５０やプランジャ２７０を第１弁本体２４０と弁体案内部材２２０とを接合した後に組み付けることが可能となり、組立が容易となる利点がある。
なお、弁体案内部材２２０の内面と弁体２５０の大径部の外周面が摺接するため、第５の実施形態においても、第４の実施形態と同様に、第１弁本体の内面とプランジャ２７０との良好な摺動性を保つことができる。

図９に、上述した第５の実施形態の変形例を示す。
この変形例においては、第５の実施形態で用いた弁体案内部材２２０の下端にさらに円環状の返し部材２８０を接合し、当該返し部材２８０の上面と弁体２５０の大径部の下面の間にスプリング２８２を介在させることにより、弁体２５０をプランジャ２７０側に付勢する。
このような構成により、第４の実施形態の変形例と同様に、ボール２６０が弁孔２５２を開いたときに、弁体２５０をプランジャ２７０及びボール２６０に追従させ、弁体２５０が配管連結部２１２と離れて開弁する動作を補助することができる。
また、第４の実施形態と同様に、弁室に流入する冷媒中に含まれる異物等が弁体案内部材２２０の内側に侵入することを防止できる。

本発明の第６の実施形態の電磁弁について、図１０を参照して説明する。
第６の実施形態では、第１弁本体２４０の内側に設けられる弁体案内部材２２０の上端部２２４にフランジ形状を形成し、当該上端部２２４と第１弁本体２４０との接合態様に対する工夫を行った。
例えば、図１１に示す接合継手は、第１弁本体２４０の下端部に第１の平坦部２４２と第２の平坦部２４４とが設けられ、第１の平坦部２４２と第２の平坦部２４４とで段差を形成している。
この段差に弁体案内部材２２０の上端部２２４を当接させた状態で、第２の平坦部２４４及び第２の弁本体２１０の上端部と弁体案内部材２２０の上端部２２４とを一括して外側から溶融溶接Ｗによって接合する。
このような継手形状とすることにより、接合される部材どうしの位置決めが容易となり、溶融溶接を行う際の溶接品質が向上する。

図１２及び図１３に、第６の実施形態における変形例をそれぞれ示す。
図１２に示す接合継手は、第１弁本体２４０の平坦部２４２と弁体案内部材２２０の上端部２２４と第２弁本体２１０の上端部とを重ね合わせて、これらを一括して外側から溶融溶接Ｗによって接合する。
また、図１３に示す接合継手は、第１弁本体２４０の第２の平坦部２４４と第２弁本体の上端部を突き合わせ、当該突き合わせ部分にさらに弁体案内部材２２０の上端部２２４を当接させて位置決めし、これらを一括して外側から溶融溶接Ｗによって接合する。
このような継手形状とすることにより、上述したとおり、接合される部材どうしの位置決めが容易となり、溶融溶接を行う際の溶接品質が向上する。

本発明の電気的駆動弁の実施形態としてパイロット式の電磁弁の例で説明したが、電動弁などの形態にも当然に適用できる。
また、弁本体にロー付けＲで接合される第１配管及び第２配管は、縦配管部材と横配管部材である、いわゆるアングル弁の形態で示しているが、他の構造を有する配管部材に対しても当然に適用できるものである。

また、本発明の実施形態で示した溶融溶接としては、ガス溶接、エレクトロスラグ溶接、アーク溶接又は高エネルギービーム溶接を適用することができる。
また、アーク溶接としては、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接等の非消耗電極式アーク溶接や、ＭＩＧ溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式アーク溶接のいずれも適用可能である。
特に、上記アーク溶接としてＴＩＧ溶接を適用することにより、所望のビード幅及び溶け込み深さを得るとともに、ビード表面の外観も良好とすることが可能となる。
また、上記高エネルギービーム溶接としてレーザー溶接を適用することにより、アスペクト比の大きい（表面ビード幅に対する溶け込みが深い）ビードが得られるため、より入熱を低く抑えることができ、溶接による熱変形を抑制することができる。

１電磁弁
１０、２１０第２弁本体
１２弁室
１４、２１２配管連結部
１８弁座
２０フランジ部
２２受け部
３０、２３０第１配管
３２、２３２第２配管
４０、２４０第１弁本体
４２摺動面
４８接合端部
５０、２５０弁体
５２、２５２弁孔
５４均圧孔
５６テーパー部
６０、２６０ボール
７０、２７０プランジャ
７４吸引子
１００ステータユニット
１１０コイル
１１２リード線
１３０取付ボルト
２２０弁体案内部材
２５４シール部材
Ｒロー付け
Ｗ溶融溶接

Claims

弁室、弁座及び弁体を備える弁本体を有し、電磁気的駆動手段によって前記弁座に対する前記弁体の開閉操作を行う電気的駆動弁であって、
前記弁本体は、前記電磁気的駆動手段によって駆動される可動要素を摺動自在に案内する第１弁本体と、配管部材が連結される第２弁本体とからなり、
前記配管部材は、前記第２弁本体に対してロー付けにより連結され、
前記可動要素を摺動自在に案内する前記第１弁本体は、前記配管部材が連結される前記第２弁本体に対して溶融溶接により連結され、
前記第１弁本体は、弁体を案内する円筒状の弁体案内部材と可動要素を案内する可動要素案内部材からなり、
前記弁体案内部材は前記可動要素案内部材に溶融溶接により連結され、弁体側に折り曲げられた返し部を有する
ことを特徴とする電気的駆動弁。
前記第１弁本体と前記第２弁本体とは、前記第１弁本体の端部と前記第２弁本体の端部とを突き合せてなる突き合せ部を溶融溶接により連結される
ことを特徴とする請求項１記載の電気的駆動弁。
前記第１弁本体と前記第２弁本体とは、前記第１弁本体の端部と前記第２弁本体の端部外側に伸びるフランジ部とを突き合せてなる突き合せ部を溶融溶接により連結される
ことを特徴とする請求項１記載の電気的駆動弁。
前記弁体案内部材は直管状の部材である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気的駆動弁。
前記弁体案内部材はその他端部にフランジ部を有し、該フランジ部が可動要素案内部材とともに前記第２弁本体に溶融溶接により連結される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気的駆動弁。
前記返し部と前記弁体との間に設けられるコイルばねを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気的駆動弁。
前記溶融溶接は、アーク溶接又は高エネルギービーム溶接のいずれかである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気的駆動弁。
前記アーク溶接は、ＴＩＧ溶接である
ことを特徴とする請求項７に記載の電気的駆動弁。
前記高エネルギービーム溶接は、レーザー溶接である
ことを特徴とする請求項７に記載の電気的駆動弁。