JP6657363B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル等に組み込まれて冷媒等の流体の流量制御に使用される流量制御弁に関する。

例えば、流量制御弁として使用されるモータ駆動型の電動弁は、モータのロータ軸（弁軸）の雄ねじ部が弁ハウジング（弁本体）に固定された雌ねじ部材の雌ねじ孔にねじ係合し、当該ねじ係合によって前記ロータ軸を軸線方向に変位させ、ロータ軸の軸線方向変位によって弁体を開閉駆動している。

この種の流量制御弁では、一般に、弁室を画成する弁本体やモータのロータを回転可能に収容する有底円筒状（カップ形状）の圧力容器であるキャンがＳＵＳ板からなるプレス成形品で作製されており、キャンの円環状開口端部を弁本体の平坦面に突き当て、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等により全周を突き合わせ溶接することにより、弁本体にキャンが気密に固定されている。

前記突き合わせ溶接は、弁本体とキャンとの接合部の耐圧強度を確保すべく、弁本体とキャンとの間に面同士の接合による境界面が存在しないように、キャンの板厚と同じ深さまで行われるのが通常である（例えば、下記特許文献１等参照）。

特開２００３−１４８６４３号公報

しかしながら、上記特許文献１等に所載の従来技術では、キャンの開口端部を弁本体の平坦面に突き当てて位置決めして治具等で固定した後に、キャンの開口端部を全周にわたって溶接するが、キャン溶接時の入熱が大きく、キャン板厚が全て溶かされるため、例えば、溶接が重なる位置（オーバーラップ部：溶接開始位置と溶接終了位置との間）と溶接中間位置、もしくは、溶接開始位置（または溶接終了位置）と溶接中間位置等の溶接の出力が異なる位置では入熱の差が生じて溶け込みの差が大きくなるなどして、弁本体等に対してキャンが傾くおそれがある。また、キャンが傾いて固定されると、内機部品としてのロータと接触したり、樹脂製の内機部品が熱（摩擦熱）により変形したりして、動作不良を起こすおそれがある。そのため、ロータとキャンとが接触しないようにクリアランスを大きく設定しており、大幅なトルクロスとなっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、キャン溶接後の弁本体等に対するキャンの傾きを抑えることができ、内機部品との接触や内機部品の変形を防止し、適正なクリアランスによりトルクロスを改善し、動作を安定させることのできる流量制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流量制御弁は、基本的には、弁室を有する弁本体に筒状のキャンの端部が突き合わせ溶接で密封接合され、弁体が設けられた弁軸と、該弁軸が軸線方向に相対移動可能及び相対回転可能な状態で内挿されるとともに、前記弁本体に固定されたガイドステムと、を備え、前記ガイドステムは、鍔状円板を介して前記弁本体の上端面部に固定されており、前記鍔状円板は、該鍔状円板の外周部の一部を切り欠いた切り欠き部を有し、該切り欠き部を前記弁本体の上端面部内周側に溶接することで、前記ガイドステムを前記弁本体の所定位置に固定しており、前記キャンは、前記弁本体に固定された前記鍔状円板の外周部に当接して、未溶接厚さを所定量残して前記弁本体に溶接されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記未溶接厚さが、前記キャンの板厚の１０％〜８０％の範囲内である。

他の好ましい態様では、前記突き合わせ溶接箇所において、前記キャンの板厚が前記弁本体の板厚より小さく設定される。

別の好ましい態様では、前記弁本体が、両端が開口した断面一定の筒状部材を有し、該筒状部材の端部に前記キャンの端部が突き合わせ溶接で接合される。

本発明によれば、未溶接厚さを所定量残してキャンが弁本体に溶接される、すなわち、溶接時の入熱を少なくして、キャン溶接後に溶接前形状の一部が残るようにキャンが弁本体に溶接されるので、キャン溶接後に弁本体等に対してキャンが傾きにくくなり、内機部品との接触や内機部品の変形を防止でき、適正なクリアランスによりトルクロスを改善でき、動作を安定させることができる。

本発明に係る流量制御弁（電動弁）の一実施形態の全閉状態を示す縦断面図。 本発明に係る流量制御弁（電動弁）の一実施形態の全開状態を示す縦断面図。 図１の要部拡大縦断面図。 図１及び図２の中間状態（リフト量：Ｌａ）の要部拡大縦断面図。 図１及び図２の中間状態（リフト量：Ｌｂ）の要部拡大縦断面図。 図２の要部拡大縦断面図。 図１〜図６に示される流量制御弁（電動弁）の要部拡大縦断面図であり、（Ａ）は溶接前、（Ｂ）は溶接後を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明に係る流量制御弁としての電動弁の一実施形態を示す縦断面図であり、図１は全閉状態、図２は全開状態を示している。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の流量制御弁１は、例えば冷凍サイクル等において冷媒流量を調整するために使用される電動弁であり、上面が開口した有底円筒状の弁本体１０、該弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部外周側にその下端部が溶接（ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等）により密封接合されたキャン４５、弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部に溶接等により固定された鍔状円板１８付きのガイドステム１５、該ガイドステム１５の小径上部１５ｂに形成された雌ねじ部１５ｉに、その軸状部２１ａ外周に形成された雄ねじ部２１ｅが螺合せしめられた弁軸２１、該弁軸２１に一体回動可能に連結固定されたロータ３０、及び該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４５の外周に外嵌されたステータ５０を備えている。

ここでは、ロータ３０とステータ５０とでステッピングモータが構成され、また、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉと弁軸２１の雄ねじ部２１ｅとでねじ送り機構が構成され（換言すれば、弁軸２１は、ガイドステム１５に軸線Ｏ方向に相対移動可能及び相対回転可能な状態で内挿され）、前記ステッピングモータとねじ送り機構とで弁軸２１を回転させながら昇降させるための昇降駆動装置が構成されている。

前記弁本体１０は、本例では、有底円筒状の基体部材９と、該基体部材９の外側に配在された、例えば金属を素材として作製された外筒部材５とを有する。基体部材９の上部開口には、後述する弁体２５の胴部２５ｂが挿通する弁体ガイド穴８ａが中央に形成された厚肉円筒状のガイド部材８が嵌合固定されており（図示例では、かしめ部９ａによるかしめ固定）、基体部材９の内部に円筒状空所からなる弁室１２が画成されている。また、基体部材９の底部９ｂには、弁座１１ａ付きの弁口１１ｂが（縦向きに）形成されている。

前記弁口１１ｂの形状は、図示例に限られる訳ではないが、本例では、軸線Ｏ方向（昇降方向）に沿う円筒面からなる円筒状部（ストレート部ともいう）とそれに連なる円錐台状部とで構成される弁口部を複数段有し、前記弁室１２から離れるに従って口径（弁口部の円筒状部の口径）が複数段階（図示例では、３段階）で順次大きくされた多段弁口で形成されている。

前記基体部材９の弁室１２の一側方には、管継手からなる第１入出口６がろう付け等により接合され、基体部材９の底部９ｂ（の弁口１１ｂの下側）には、管継手からなる第２入出口７がろう付け等により接合されている。

一方、外筒部材５は、上下の両端が開口した断面一定（内径及び外径が一定）の筒状部材で構成されており、基体部材９の円筒部９ｃより若干大径に形成されている。前記基体部材９の底部９ｂの下半部は若干大径とされており、その大径部分の外周に設けられた鍔状部９ｄに、外筒部材５の下端部が突き合わせ溶接等により接合されることで、当該外筒部材５は、基体部材９の外周（つまり、弁室１２の外周）に若干の隙間（円筒状の隙間）をあけて固定配置されている。また、外筒部材５の上部にはガイドステム１５の下部が挿入されている。

また、本例では、前記基体部材９の底部９ｂの上半部を横方向（軸線Ｏ方向に対して垂直方向）に直線状に貫通する横穴からなる貫通穴９ｅが設けられている。この貫通穴９ｅは、内端側が前記弁口１１ｂを構成する円筒状部（特に、そのうち弁座１１ａに最も近接した円筒状部（つまり、弁座１１ａの直下の円筒状部））に開口せしめられ、外端側が前記基体部材９と外筒部材５との間に形成された隙間からなる連通空間４に開口せしめられている。

前記弁軸２１は、前記ロータ３０の連結体３２が外嵌せしめられる上部小径部２１ｂ、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉに螺合する雄ねじ部２１ｅを有する軸状部２１ａ、及び、該軸状部２１ａ（雄ねじ部２１ｅ）より下側の鍔状部２１ｄ付きの厚肉円板状の下部大径連結部２１ｃを有する。該弁軸２１の下端部には、その下部大径連結部２１ｃの外周上部に設けられた鍔状部２１ｄにその天井穴部分が連結固定されるとともに（図示例では、かしめ部２３ｃによるかしめ固定）、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａに摺動自在に嵌挿された円筒状の弁ホルダ２３が保持されている。つまり、本例では、円筒状の弁ホルダ２３の天井穴は、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃにより閉塞されるとともに、当該弁ホルダ２３は、弁軸２１と一体に回転しながら昇降せしめられる。この弁ホルダ２３の円筒部２３ａ下部には、前記弁体２５の上部が上下方向（昇降方向）に摺動自在に挿入（内挿）されて保持されている。

弁体２５は、本例では、例えばＳＵＳ等の金属を素材として上下方向（軸線Ｏ方向）に沿って配置された段付き軸状部材から作製されており、逆円錐台面部を有する弁座１１ａ（弁口１１ｂ）内にその下部が挿入されて着座する弁体部２５ａ、該弁体部２５ａの上部に連なる円柱状の胴部２５ｂ、及び、胴部２５ｂの上部に連なる大径頭部２５ｃを有する。

前記胴部２５ｂは、前記基体部材９に固定されたガイド部材８の弁体ガイド穴８ａに摺動自在に挿通されている。本例では、弁体２５の胴部２５ｂとガイド部材８の弁体ガイド穴８ａとの間（具体的には、弁体ガイド穴８ａに設けられた環状溝）に、シール部材としてのＯリング８ｂが装着されるとともに、該Ｏリング８ｂの内側に、ガイド部材８（の弁体ガイド穴８ａ）に対する弁体２５の摺動抵抗を低減すべく、テフロン（登録商標）等からなるリング状のパッキン（キャップシールともいう）８ｃが装着されている。

なお、前記Ｏリング８ｂやパッキン８ｃは、弁体２５の胴部２５ｂの外周に設けられた環状溝に装着してもよい。この場合、シール部材としてのＯリング８ｂの外側にリング状のパッキン８ｃが装着される。

前記弁体２５の先端形状（つまり、弁体部２５ａの形状）は、図示例に限られる訳ではないが、当該弁体２５は中実部材で作製されるので、例えば、前記弁座１１ａに着座する着座面部と、該着座面部の下側に連なる、流量特性としてイコールパーセント特性あるいはそれに近似する特性を得られるように設計された曲面部とを有するものとすることができる。そのようなリフト量に応じて弁口１１ｂを流れる流体の流量を変化させる曲面部としては、楕球面部、あるいは、曲率ないし制御角が先端に近づくに従って連続的又は段階的に大きくされた複数段の円錐テーパ面部等で構成することができる。

弁ホルダ２３（の円筒部２３ａ）の下端部には、前記弁体２５（の大径頭部２５ｃ）を、間に薄肉の環状円板（例えば、ＳＵＳ等の金属製又は樹脂製）からなるワッシャ２７を挟んで抜け止め係止するとともに、前記弁体２５の胴部２５ｂ（の上部に形成された縮径上部２５ｆ）を（若干の隙間をあけて）挿通する通し穴を画成する内鍔状掛止部２３ｂが内向きに突設されている。弁ホルダ２３が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられるとき、前記弁体２５の大径頭部２５ｃ（の下面）の外周部分（言い換えれば、胴部２５ｂと大径頭部２５ｃとの間の下向きの円環状の段丘面）からなる外鍔状係止部２５ｄに弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７が引っ掛けられて抜け止め係止されるようになっている。なお、弁ホルダ２３（の内鍔状掛止部２３ｂ）と弁体２５（の外鍔状係止部２５ｄ）との間に介装される前記ワッシャ２７は、弁ホルダ２３と弁体２５との間の回転摺動抵抗を低減する（言い換えれば、前記昇降駆動装置による弁ホルダ２３の回転運動が弁体２５に伝達するのを防止する）ために設けられている。

一方、弁体２５の上面には、断面外形がハット形のばね受け部材２６が載せられ、このばね受け部材２６の鍔状部２６ａと弁軸２１の下部大径連結部２１ｃとの間には弁体押圧兼緩衝用の円筒状の圧縮コイルばねからなる弁体付勢ばね２４が縮装されており、弁体２５は（間にばね受け部材２６を挟んで）弁体付勢ばね２４（の付勢力）により下向き（閉弁方向）に付勢される。

本例では、弁体２５（の上面）とばね受け部材２６（の下面）との接触面積（回転摺動抵抗）を低減すべく、弁体２５（の大径頭部２５ｃ）の上面中央に、上面が平坦な凸面２５ｅが設けられている。

また、弁ホルダ２３の下部内周には、前記ばね受け部材２６の鍔状部２６ａに係合せしめられる大きさのストッパとしての内周段差部２３ｄが形成されている。弁ホルダ２３が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられて開弁するとき、弁ホルダ２３の内周段差部（上向きの円環状の段丘面）２３ｄにより、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により下向きに付勢されたばね受け部材２６の鍔状部２６ａが引っ掛けられて掛止されるようになっている。これにより、弁ホルダ２３内において弁体付勢ばね２４（の付勢力）によるばね受け部材２６の弁体２５側への移動が制限（阻止）され、開弁時に、弁体付勢ばね２４の付勢力が弁体２５に伝達されないようになっている。

詳しくは、図１及び図３に示される如くの閉弁状態（弁ホルダ２３、及び弁体２５が最下降位置にある状態であって、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により弁体２５の弁体部２５ａが弁座１１ａに押し付けられた状態）においては、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁体２５の大径頭部２５ｃ（の外周下面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７（の上面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂだけ離隔しており、Ｌｂ＞Ｌａの関係となるように各離隔距離が設定されている（図３参照）。これにより、昇降駆動装置による弁ホルダ２３の上方向への移動に伴って、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）が弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）に係合せしめられ、その後は、ばね受け部材２６が弁ホルダ２３とともに（一体となって）上方向へ移動せしめられ、弁体２５の大径頭部２５ｃとばね受け部材２６との間に間隙が形成されるようになっている（後で詳述）。

また、弁ホルダ２３の内側と外側（つまり、基体部材９と外筒部材５との間の連通空間４）とは、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａと弁ホルダ２３の円筒部２３ａとの摺動面隙間２８等を介して常時連通せしめられるとともに、弁口１１ｂと弁体２５の上側（背面）に形成される背圧室２０とは、前記基体部材９に形成された連通穴９ｅ、前記連通空間４、前記摺動面隙間２８等で構成される均圧通路３を通して常時連通せしめられている。

なお、本例では、基体部材９（弁室１２）の外周の全体を均圧通路３を構成する連通空間（円筒状の隙間）４としたが、例えば、基体部材９の外周の所定位置にＤカット面を形成する、基体部材９の外周（外壁）や外筒部材５の内周（内壁）を多角形状に形成する等して、基体部材９（弁室１２）の外周の一部を前記連通空間４としてもよい。

上記した弁軸２１、弁ホルダ２３、弁体付勢ばね２４、及びばね受け部材２６は、弁体２５が弁座１１ａから離隔している状態（開弁状態）においては実質的に一体的に回転しながら昇降せしめられるが、前記Ｏリング８ｂが外装されており、前記弁ホルダ２３に上下方向（昇降方向）の相対移動可能及び相対回転可能に内挿保持されている弁体２５は、実質的に回転せずに昇降せしめられる（後で詳述）。

前記弁体２５が（下端部に）設けられた弁軸２１が内挿されるガイドステム１５は、本例では、その大径円筒状胴部１５ａの下部外周にリング状の鍔状円板１８（の内周部）がインサート成形されている。鍔状円板１８は、外周部１８ａ（ガイドステム１５から外側に突出した部分）の一部を切り欠いた切り欠き部１８ｂを有しており（図３等を参照）、その下面を弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部に載置し、切り欠き部１８ｂを弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部内周側に溶接することで、ガイドステム１５は、弁本体１０の所定位置に固定されている。

また、ロータ３０及び弁軸２１の原点位置を設定すべく、ガイドステム１５の小径上部１５ｂの上面には、所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の閉弁方向用固定ストッパ５５が上向きに突設され、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａの上部には所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の開弁方向用固定ストッパ５６が下向きに突設されている。

弁軸２１における雄ねじ部２１ｅの上端部には、閉弁方向用可動ストッパ３５が螺合せしめられてロータ３０の円板状天井部に抜け止め係止されている。この閉弁方向用可動ストッパ３５は、雄ねじ部２１ｅに螺合する平面視外形が六角形でその一辺が円弧状とされたナット部３５ａとこのナット部３５ａから下向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３５ｓとからなっている。

また、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅの下端部には、前記開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止される開弁方向用可動ストッパ３６が螺合せしめられて前記弁軸２１の下部大径連結部２１ｃに抜け止め係止されている。この開弁方向用可動ストッパ３６は、雄ねじ部２１ｅに螺合するナット部３６ａとこのナット部３６ａから上向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３６ｓとからなっている。

前記ロータ３０は、天井付き円筒状のマグネット３１とこの天井部に一体結合された連結体３２とからなり、連結体３２は、弁軸２１における上部小径部２１ｂに外嵌されるとともに、前記閉弁方向用可動ストッパ３５上に載せられて前記上部小径部２１ｂに溶接固定されている。

ここで、前記ロータ３０の天井部の下面側には、両端部が平面視でＤ字状に形成されたＤカット部を備えた凹部３３が設けられ、この凹部３３に形成されたＤカット部以外の円弧状とされた部分に前記閉弁方向用可動ストッパ３５のナット部３５ａの円弧状とされた一辺が接当した状態で嵌め込まれ、Ｄカット部に前記ナット部３５ａの他の２辺が接当した状態で嵌め込まれており、これにより、ロータ３０と閉弁方向用可動ストッパ３５と弁軸２１とは、一体的に回転しながら昇降せしめられる。

一方、前記弁本体１０（の外筒部材５）の上端部（上端面）外周には、当該弁本体１０（の外筒部材５）に溶接固定された鍔状円板１８の外周部１８ａに当接させて位置決めされた状態で、有底円筒状のキャン４５の下端部が溶接により密封接合されており、そのキャン４５の外周には、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールド５４等からなるステータ５０が外嵌されている。このステータ５０は、その底部に設けられた位置決め固定具５９により、弁本体１０に対して所定の位置に位置決め固定されている。

これにより、ロータ３０が回転せしめられると、それと一体に弁軸２１が回転せしめられ、このとき、前記ねじ送り機構により弁軸２１とともに弁ホルダ２３が弁体２５を伴って昇降せしめられ、これによって、冷媒の通過流量が調整される。

上記構成とされた電動弁１の動作（特に、その開弁動作）を、図１及び図２とともに図３〜図６を参照しながらより具体的に説明する。なお、電動弁１の閉弁動作は、以下の動作と逆の動作となる。

なお、本実施形態の電動弁１では、流体（冷媒）は、双方向（第１入出口６から第２入出口７に向かう方向（横→下）と、第２入出口７から第１入出口６に向かう方向（下→横）との双方向）に流されるようになっているが、電動弁１の動作自体は流体（冷媒）の流れ方向で基本的にほぼ同じであるので、以下では、横→下流れの場合を代表して説明する。よって、以下の動作中では、第１入出口６が流入口（高圧側）、第２入出口７が流出口（低圧側）となっている。

図１及び図３に示される如くの全閉状態では、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止され、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３が最下降位置にある。このとき、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁体２５の大径頭部２５ｃ（の外周下面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７（の上面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂ（＞Ｌａ）だけ離隔しており、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに着座（圧接）して弁口１１ｂが閉じられている。

図１及び図３に示される全閉状態からステータ５０に開弁方向用駆動パターンとなるパルスを供給すると、ロータ３０及び弁軸２１が回転せしめられ、雌ねじ部１５ｉと雄ねじ部２１ｅからなるねじ送り機構により、ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６が回転しながら上昇する。そのリフト量がＬａに達するまで（図４に示される状態まで）は、弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄにばね受け部材２６の鍔状部２６ａは掛止されず、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって、弁口１１ｂが閉じられた状態（図１及び図３と同様の閉弁状態）が保持される。このとき、弁体付勢ばね２４の圧縮量は次第に減少して、その全長は次第に長くなる（つまり、弁体２５に対する押圧力は弱められる）。

ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬａに達すると、図４に示される如くに、（弁体付勢ばね２４の付勢力によって）ばね受け部材２６の鍔状部２６ａが弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄと係合する。そのリフト量がＬａを超えてＬｂに達するまで（図５に示される状態まで）は、弁体２５の上下の圧力差によって、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに押し付けられたまま（つまり、弁体２５が弁口１１ｂを閉じたまま）となる。一方、弁体付勢ばね２４と弁体２５との間に配設されたばね受け部材２６は、前記鍔状部２６ａと前記内周段差部２３ｄとの係合によって、弁ホルダ２３とともに（一体に）移動（上昇）せしめられ、弁体２５から離され、弁体付勢ばね２４の付勢力は弁体２５には伝達されなくなる。なお、リフト量がＬａを超えると、鍔状部２６ａが内周段差部２３ｄと係合するため、弁体付勢ばね２４の全長は変化しない。

前記のように鍔状部２６ａと内周段差部２３ｄとが係合せしめられた後、ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬｂ（＞Ｌａ）に達すると、図５に示される如くに、弁体２５の大径頭部２５ｃが弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７と係合する。そして、そのリフト量がＬｂを超えると、図２及び図６に示される如くに、弁体２５は、前記大径頭部２５ｃと前記内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７との係合によって、弁ホルダ２３とともに移動（上昇）せしめられ、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａから離れて弁口１１ｂが開口せしめられる。第１入出口（流入口）６から弁室１２に流れ込んだ流体は、弁口１１ｂに流れ込み、当該弁口１１ｂに流れ込む流体（つまり、第２入出口（流出口）７へ流れ出る流体）の流量は、弁ホルダ２３及び弁体２５の上昇（リフト量）に伴って次第に大きくなる。この状態において、弁体２５の上下、つまり、弁口１１ｂと弁体２５の上側の背圧室２０とは前記均圧通路３（貫通穴９ｅ、連通空間４、摺動面隙間２８等）を介して常時連通せしめられるので、弁体２５に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と押し上げ力（開弁方向に働く力）とがバランス（差圧がキャンセル）されることになる。

このように、ステータ５０への供給パルス数に応じて弁体２５のリフト量（弁開度＝流量）が定まり、さらに前記パルス供給を続けると、最終的には、可動ストッパ３６が開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止され、これにより、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３の回転及び上昇が強制的に停止せしめられる。

上記した如くに、本実施形態の電動弁（流量制御弁）１では、弁本体１０の外筒部材５の上端部（上端面）にキャン４５の下端部（下端面）が突き合わせ溶接により密封接合（全周溶接）される。詳しくは、相対的に板厚の大きい弁本体１０の外筒部材５の上端部（上端面）に相対的に板厚の小さいキャン４５（の円筒部分）の下端部（下端面）を突き当てて位置決めして治具等で固定した後に、キャン４５の下端部（突き当て部分）を全周にわたってその外側から溶接するが、溶接による弁本体１０等に対するキャン４５の（軸線Ｏに対する）傾きを防止すべく、次の構成が採用されている。

すなわち、弁本体１０の外筒部材５にキャン４５を突き合わせ溶接するに当たって、図７に拡大図示されているように、キャン４５の下端面の内周側の一部（未溶接厚さという）を残すようにして、言い換えれば、キャン４５の下端面の内周側の一部を溶かさずに弁本体１０の外筒部材５の上端面に押し当てたままで、その外側から溶接される。

つまり、キャン板厚をｔｃ、設計上のキャン溶接最小厚さをｔｍ、キャン溶接厚さをｔｙとしたとき、ｔｃ＞ｔｙ＞ｔｍとなるように、キャン４５が弁本体１０の外筒部材５に溶接されている。

この場合、ｔｙ＞ｔｍとなる条件において、ｔｃ−ｔｙ（未溶接厚さ）＝ｔｃ×０．１〜０．８となるように（すなわち、未溶接厚さがキャン４５の板厚の１０％〜８０％の範囲内となるように）、キャン４５が弁本体１０の外筒部材５に溶接されることが好ましい。また、ｔｃ−ｔｙ（未溶接厚さ）≒ｔｃ×０．５となるように（すなわち、未溶接厚さがキャン４５の板厚の半分となるように）、キャン４５が弁本体１０の外筒部材５に溶接されることが更に好ましい。

なお、キャン板厚ｔｃは、冷凍保安規則関係例示基準により、下記の式（１）に基づき設定される。

Ｐ ：設計圧力（ＭＰａ）
Ｄｉ：キャンの内径（ｍｍ）
σ ：材料の許容引張応力（Ｎ／ｍｍ^２）
η ：溶接継手の効率（例えば、０．６）
α ：腐れしろ（ｍｍ）（鋼の場合、０．２）

このように、本実施形態の電動弁（流量制御弁）１では、未溶接厚さを所定量残してキャン４５が弁本体１０の外筒部材５に溶接される、すなわち、溶接時の入熱を少なくてして、キャン溶接後に溶接前形状の一部が残るようにキャン４５が弁本体１０の外筒部材５に溶接されるので、キャン溶接後に基準軸（キャン４５の下端面と弁本体１０の外筒部材５の上端面とで画成される垂直軸）が残り、弁本体等に対してキャンが傾きにくくなり、内機部品との接触や内機部品の変形を防止でき、適正なクリアランス５７によりトルクロスを改善でき、動作を安定させることができる。具体的には、従来の電動弁では、キャンとロータのクリアランスはキャン板厚ｔｃの０．６〜１．０倍であったが、上述した本発明を適用することで、キャン板厚ｔｃの０．４〜０．７倍程度にクリアランス５７を縮小できる。モータのトルクはエアギャップ（クリアランス５７＋キャン板厚ｔｃ）の二乗に比例するため、本発明の適用によるトルクロス改善の効果は大きい。

また、本実施形態では、ガイドステム１５に設けられた鍔状円板１８は、当該鍔状円板１８の外周部１８ａの一部を切り欠いた切り欠き部１８ｂを有しており（図３等を参照）、切り欠き部１８ｂを弁本体１０の上端面部内周側に溶接することで、ガイドステム１５を弁本体１０の所定位置に固定している。一方、キャン４５は、弁本体１０に溶接固定された鍔状円板１８の外周部１８ａに（その下端部内周を）当接させて位置決めされた状態で弁本体１０に溶接固定される。そのため、キャン４５の内周面が溶け残るようにキャン４５の溶接を行うことで、鍔状円板１８の位置ずれや切り欠き部１８ｂの溶接強度の低下を確実に防ぐことができる。

さらに、前記鍔状円板１８はガイドステム１５にインサート成形されているため、キャン４５の内周面が溶け残るようにキャン４５を溶接することで、ガイドステム１５の樹脂部分の熱による劣化を防ぐことができる。例えば、上記実施形態におけるガイドステム１５は鍔状円板１８以外の部分がＰＰＳ樹脂で構成されるため、鍔状円板１８を介した溶接時の入熱により強度が低下して、ガイドステム１５が所定位置からずれるおそれがなくなる。勿論、本実施形態のキャン４５の内周面が溶け残るようにキャン４５を溶接すれば、ＰＰＳ樹脂の熱分解等により生じた異物が冷媒中に混入するおそれもない。

また、前記突き合わせ溶接は、通常、酸化を防止するために、シールドガス（希ガス）雰囲気下で行われるが、従来技術のように、キャン板厚が全て溶かされると、シールドガスが供給されにくい内側で酸化しやすくなるものの、本実施形態では、キャン板厚を全て溶かさず、一部を残して接合するため、酸化しにくくなるといった利点もある。

なお、本発明は、上述の実施形態の電動弁の他、ステータ及びロータを有するステッピングモータ等を用いて弁軸を昇降（移動）させてリフト量（弁開度）を任意に細かく調整する他のタイプの電動式の流量制御弁や、例えばソレノイド等を用いて弁体を昇降させる電磁式の流量制御（切換）弁にも採用し得ることは詳述するまでも無い。

１ 流量制御弁（電動弁）
３ 均圧通路
４ 連通空間
５ 外筒部材（筒状部材）
６ 第１入出口（流入口）
７ 第２入出口（流出口）
８ ガイド部材
９ 基体部材
９ｅ 貫通穴
１０ 弁本体
１１ａ 弁座
１１ｂ 弁口
１２ 弁室
１５ ガイドステム
１５ａ 大径円筒状胴部
１５ｂ 小径上部
１５ｉ 雌ねじ部
１８ 鍔状円板
１８ａ 鍔状円板の外周部
１８ｂ 鍔状円板の切り欠き部
２０ 背圧室
２１ 弁軸
２１ａ 軸状部
２１ｂ 上部小径部
２１ｃ 下部大径連結部
２１ｅ 雄ねじ部
２３ 弁ホルダ
２３ａ 円筒部
２３ｂ 内鍔状掛止部
２３ｄ 内周段差部（ストッパ）
２４ 弁体付勢ばね
２５ 弁体
２５ａ 弁体部
２５ｂ 胴部
２５ｃ 大径頭部
２５ｄ 外鍔状係止部
２５ｅ 凸面
２６ ばね受け部材
２６ａ 鍔状部
２７ ワッシャ
２８ 摺動面隙間
３０ ロータ
３５ 閉弁方向用可動ストッパ
３６ 開弁方向用可動ストッパ
４５ キャン
５０ ステータ
５５ 閉弁方向用固定ストッパ
５６ 開弁方向用固定ストッパ

Claims (4)

1. 弁室を有する弁本体に筒状のキャンの端部が突き合わせ溶接で密封接合されている流量制御弁であって、
   弁体が設けられた弁軸と、
   該弁軸が軸線方向に相対移動可能及び相対回転可能な状態で内挿されるとともに、前記弁本体に固定されたガイドステムと、を備え、
   前記ガイドステムは、鍔状円板を介して前記弁本体の上端面部に固定されており、
   前記鍔状円板は、該鍔状円板の外周部の一部を切り欠いた切り欠き部を有し、該切り欠き部を前記弁本体の上端面部内周側に溶接することで、前記ガイドステムを前記弁本体の所定位置に固定しており、
   前記キャンは、前記弁本体に固定された前記鍔状円板の外周部に当接して、未溶接厚さを所定量残して前記弁本体に溶接されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記未溶接厚さが、前記キャンの板厚の１０％〜８０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記突き合わせ溶接箇所において、前記キャンの板厚が前記弁本体の板厚より小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量制御弁。
4. 前記弁本体が、両端が開口した断面一定の筒状部材を有し、該筒状部材の端部に前記キャンの端部が突き合わせ溶接で接合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流量制御弁。

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