(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過可能なオリフィスを有する弁シートと、弁シートと接離して流体の流量を調整する弁体とを備える弁装置の製造方法であって、
弁ハウジングに組み付けられる弁体と弁シートとを組み合わせて、両者に対し相対的な押し付け加工を施す工程を備え、
前記弁体は、軸線に直交する平面に対する角度が小さい肩部と、肩部から垂下する軸線に直交する平面に対する角度が大きい首部とを有し、首部の付け根部分において肩部と首部の周面の傾斜角度が急に変化する形状を備え、
前記弁シートが形成される前記オリフィスの開口縁部は、押し付け方向とは反対方向に向かって突出した周辺部分を有し、
上記首部の付け根部分の首径が前記オリフィスの孔径よりも大きい場合には、押し付け加工によって、首部の付け根部分の形状に倣うように加工されて最大孔径が首径に等しいシート部分が形成され、
上記首部の付け根部分の首径が前記オリフィスの孔径よりも小さい場合には、押し付け加工によって、肩部における首部の付け根部分の形状に倣うように加工されて最大孔径が首径に等しいシート部分が形成されることを特徴とする弁装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法によって製造された弁装置が弁ハウジングに組み付けられていることを特徴とする弁組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弁シートと弁体とを組み合わせて成る弁装置の製造方法、及び当該弁装置を弁ハウジングに組み込まれて成る完成品としての弁組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弁体と当該弁体が接離する弁シートとを備えた弁においては、弁体が弁シートに対して接離するときの開度に応じて流量が定まるので、その開度を制御することで流量が制御される。特に、電動弁における流量変更は、ステータに印加される駆動パルスに応じてロータが回転し、その回転をねじ送り機構によって弁体の上昇・下降に変換させ、弁シートに形成されている弁孔の開口面積を増減させることで行われている。
【０００３】
このような弁が量産される場合には、それぞれ別々に製作された弁体と弁シートとを組み合わせて製造される。個々の弁や個々の弁シートはそれぞれ製造誤差を含んでいるので、弁体と弁シートとの組合せ寸法にもバラツキは避けられない。
【０００４】
図５には、弁の部品バラツキが最小時の構造（ａ）と、最大時の構造（ｂ）とが示されている。弁体２３については、その断面で見て、周面の傾斜が緩やかな（軸線に直交する平面に対する角度αが小さい）肩部５０から、周面の傾斜が急な（軸線に直交する平面に対する角度βが大きい）首部５１が垂下し、首部５１の付け根部分５２において、両部５０、５１の周面の傾斜角度が急に変化している。
【０００５】
これに対して、弁体２３が接離する弁シート２２の構造は、周面が弁孔５５に向かって急に狭まる（軸線に直交する平面に対する角度γが小さい）第１傾斜孔部分５６と、周面が弁孔５５から緩やかに広がる（軸線に直交する平面に対する角度δが大きい）第２傾斜孔部分５７とを有している。首部５１の付け根部分５２は、弁孔５５の周囲に形成されている着座部分５８に着座する。
【０００６】
弁体と弁シートとを組合せたときには、図５（ａ）に示すように、弁体２３の付け根部分５２の首径ｄが弁シート２２の着座部分５８の孔径Ｄと等しく、閉弁状態では弁体２３の付け根部分５２が弁シート２２の着座部分５８に丁度嵌まり合って両者の間に隙間が形成されない状態が理想である。しかしながら、弁体２３及び弁シート２２の製造におけるバラツキに起因して、弁体２３と弁シート２２との組合せは、通常は図５（ｂ）に示すように、弁シート２２の孔径Ｄが弁体２３の首径ｄよりも大きい組合せとなる。この場合、閉弁状態では弁体２３の肩部５６の斜面が弁シート２２の座着部分５８に当接する状態となる。
【０００７】
図５に示す各弁部構造に対応して、開弁程度に応じた流量特性が図６に示されている。図６の横軸であるパルス数は弁の開度に相当し、縦軸は流量を示している。図５（ａ）に示す理想状態では、所定のパルス数Ｎｐ０で移動ねじ機構と弁軸２４との間に設けられている隙間を吸収し、その後更に印加されるパルスに応じて弁軸２４が上昇を開始し、流体がオリフィスを通過し始める。そのため、図６では、弁体２３の首部５１が着座部分５８から離れ始めるので、所定のパルス数Ｎｐ０の以後に印加されるパルス数の増加に対して流量が滑らかに増加するという特性線（ａ）を辿る。
【０００８】
しかしながら、図５（ｂ）に示す通常の組合せ状態では、閉弁状態では弁シート２２の弁孔５５が第１傾斜部分５６に当接した状態にあるので、弁体２３が上昇を開始すると、当初から完全に嵌まり合っていない弁孔５５と付け根部分５２との間に形成される開口面積が急激に開いて流量が開弁当初に急上昇し、その後、特性線（ａ）に示すのと同じ増加率で流量が増えていくという、図６で特性線（ｂ）に示すように変曲点のある特性を示す。閉弁動作のときも特性線（ａ）を逆の経路で辿る。
【０００９】
このように、従来の電動弁では、開弁度の小さい領域で流量変化の大きい流量特性となり、この領域での流量制御が粗くなりやすいという現象が生じている。
【特許文献１】特開２００５−４２８９１号公報（段落０００３〜０００９、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、弁シートのオリフィス形状又はオリフィス径を当該弁シートと組み合わせられる弁体の形状に倣ったものに形成する点で解決すべき課題がある。
【００１１】
この発明の目的は、弁シートのオリフィス形状又はオリフィス径を当該弁シートと組み合わせられる弁体の形状に倣ったものに形成することにより、微小流量の場合でも流量制御を確保することができる弁装置の製造方法及び当該弁装置を組み込んだ弁組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、この発明による弁装置の製造方法は、弁ハウジングに組み付けられる弁体と弁シートとを組み合わせて、両者に対し相対的な押し付け加工を施す工程を備え、前記弁体は、軸線に直交する平面に対する角度が小さい肩部と、肩部から垂下する軸線に直交する平面に対する角度が大きい首部とを有し、首部の付け根部分において肩部と首部の周面の傾斜角度が急に変化する形状を備え、前記弁シートが形成される前記オリフィスの開口縁部は、押し付け方向とは反対方向に向かって突出した周辺部分を有し、上記首部の付け根部分の首径が前記オリフィスの孔径よりも大きい場合には、押し付け加工によって、首部の付け根部分の形状に倣うように加工されて最大孔径が首径に等しいシート部分が形成され、上記首部の付け根部分の首径が前記オリフィスの孔径よりも小さい場合には、押し付け加工によって、肩部における首部の付け根部分の形状に倣うように加工されて最大孔径が首径に等しいシート部分が形成されることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明による弁組立体は、当該弁装置の製造方法によって製造された弁装置が弁ハウジングに組み付けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による弁装置の製造方法は、上記のようにして弁装置を製造するので、弁シートのオリフィス形状又はオリフィス径を弁体の形状に倣ったものとすることができ、そうした弁装置を弁ハウジングに組み込んだ弁組立体によれば、弁シートからの開きが小さい微小流量領域でも、弁体の移動に応じて弁の開口面積が急激に変化することがなく、微小流量における制御性を、それ以上の流量における制御性と同等のものに確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による弁装置の製造方法及び弁組立体の実施例を説明する。図１はこの発明による弁組立体が適用される電動弁の一実施形態の要部を示す縦断面図、図２は図１に示す電動弁の要部の拡大断面図、図３は図１に示す電動弁による流量特性の一例を示すグラフである。
【００１６】
図１に示す電動弁１０は、内部に弁室２１が形成されている弁本体２０と、弁室２１内に形成されている弁シート（弁座）２２に離接する先細形状の弁体２３と、弁本体２０に固着され弁体２３を離接させるロータ３０を内蔵するキャン４０とを備えており、弁体２３の弁シート２２に対する離接に応じて弁孔の開口面積が増減して冷媒の通過流量を調整する。キャン４０には、ヨークとステータコイルとから成りロータ３０と共にステッピングモータを構成するステータが外嵌されているが、ステータについては図示を省略している。ロータ３０は、ステータによって回転駆動される。また、弁本体２０の下部及び側部には、冷媒の流出入管２０ａ，２０ｂが弁室２１に連通して連結されている。
【００１７】
弁本体２０の上部には、鍔状板４１がカシメ固着されている。キャン４０は有底円筒状の形状を有しており、逆さ状態にしたキャン４０の端部４０ａを鍔状板４１の外周の段差部に突き合わせて溶接することによって、キャン４０が弁本体２０に固定されている。キャン４０の内部は気密状態に保たれている。
【００１８】
弁体２３は弁軸２４の下端に形成されている。弁体２３を弁シート２２に離接させる移動ねじ機構は、弁本体２０の上部にロータ３０方向に延出するように固定され、且つ外周に雄ねじとして形成されている固定ねじ部２５を有するガイドブッシュ２６と、固定ねじ部２５に螺合する雌ねじとして形成されている移動ねじ部３１を有する弁軸ホルダ３２とから構成される。
【００１９】
弁軸ホルダ３２はガイドブッシュ２６の外側に位置する下方開口の円筒形状であり、弁軸ホルダ３２の中心に弁軸２４の段部２４ａを経て縮径された上部縮径部２４ｂが嵌合している。上部縮径部２４ｂには、ロータ３０の組み付け後でキャン４０の取り付け前において、プッシュナット３３が圧入固定される。弁軸２４は、弁軸ホルダ３２の中心に上下動可能に嵌挿されている。また、弁軸ホルダ３２内には圧縮コイルばね３４が縮装されており、圧縮コイルばね３４の下端部は弁軸２４の段部２４ａに、上端部は平座金３５を介して弁軸ホルダ３２の下面にそれぞれ支持されている。したがって、弁軸２４は、圧縮コイルばね３４によって常時下方（弁体２３が弁シート２２に着座する閉弁方向）に付勢されている。
【００２０】
また、弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されており、支持リング３６の内周孔部に弁軸ホルダ３２の上部に形成されている突部３２ｃが嵌合し、突部３２ｃの外周が支持リング３６に対してカシメ固定されている。これによって、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が結合されている。
【００２１】
ガイドブッシュ２６には、弁本体２０の上方位置において、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体２７が固着されており、下ストッパ体２７の上方に板状の下ストッパ片２７ａが突設される。また、弁軸ホルダ３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体３７が固着され、下方に向けて板状の上ストッパ片３７ａが突設されている。上ストッパ片３７ａは下ストッパ片２７ａと係合可能である。また、下ストッパ体２７はガイドブッシュ２６の外周に形成された螺旋溝部分２６ａに固着され、上ストッパ体３７は弁軸ホルダ３２の外周に形成された螺旋溝部分３２ｂに固着されている。また、ガイドブッシュ２６の側面には、固定ねじ部２５の直下部において、弁室２１とキャン４０内の空間との均圧を図る均圧孔３２ａが設けられ、均圧孔３２ａを通じて冷媒の流通が容易となるように構成されている。
【００２２】
電動弁１０の組立に際しては、弁本体２０に対して、ガイドブッシュ２６と下ストッパ体２７、弁軸２４、圧縮コイルばね３４と座金３５、弁軸ホルダ３２と上ストッパ体３７と支持リング３６とロータ３０から成る組立体をこの順に組み込み、プッシュナット３３を弁軸２４の上部縮径部２４ｂに圧入することで弁軸２４に取り付けて、最後に、弁上部を覆うキャン４０が弁本体２０に取り付けられる。
【００２３】
図１に示す電動弁１０においては、閉弁時のロータ３０側の弁軸ホルダ３２の天井面とプッシュナット３３の下端面との隙間Ｇが、図６のグラフに示す所定パルス数Ｎｐ０に対応している。ロータ３０が回転制御信号としてその所定パルス数Ｎｐ０の駆動パルスを受けて回転し、回転を直線運動に変換する移動ねじ機構によって弁軸２４が上昇変位するとき、当該隙間Ｇが吸収され、弁軸ホルダ３２の天井面がプッシュナット３３の下端面に当接する。そ後、更なる駆動パルスの印加によってロータ３０が回転されるとき、プッシュナット３３は弁軸ホルダ３２によって持ち上げられ、圧入によってプッシュナット３３と一体化されている弁軸２４が上昇開始して弁シート２２から離れ始め、電動弁１０が開弁する。この更に印加される駆動パルス数に応じて、弁体２３と弁シート２２との間の開口面積が増加して流量が増加する。
【００２４】
本発明においては、プッシュナット３３を弁軸２４の上部縮径部２４ｂに圧入するときに、その押し込み力を利用して、弁軸２４の先端部に形成されている弁体２３を弁シート２２に押し付けて、弁座２２の座面の形状を弁体２２の外形状に倣わせる押し付け加工（ポンチ加工）が行われる。なお、弁体２３の弁シート２２への押し付け加工は、プッシュナット３３の圧入するときに限らず、弁体２３のみを押し付けて行う場合もある。
【００２５】
図２には、図１に示す電動弁において、押し付け加工が完了した弁の要部が拡大して示されている。本実施形態においては、弁体２３が接離する弁シート２２の着座部分２２ａの形状、即ち、着座部分２２ａを定めているオリフィス形状又はオリフィス径は、上述の押し付け加工によって弁体２３の形状に倣って形成されている。詳細には、弁シート２２の着座部分２２ａは、弁孔５５の周辺部分５９において、弁体２３の首部５１の付け根部分５２、即ち、肩部５０と首部５１との接合線を境界とする又は接合線を含む微小幅で巡る環状部分に倣って形成されている。したがって、図示の閉弁状態から弁体２３がリフトして開弁方向に作動するとき、弁体２３と着座部分２２ａとの開口面積が急に拡大することがなく、微小流量領域以外の流量領域と同等の緩やかな変化で拡大する。
【００２６】
図３に示す流量特性に現れているように、流量は、所定のパルス数Ｎｐ０で生じ始め、微小流量の領域でのパルス数の印加に対する流量の増加の態様（パルス数に対する流量増加の割合）は、それ以外の流量領域での増加の態様と同等であり、流量領域に関わらず、流量制御の精度を確保することができる。
【００２７】
図４に示すように、本発明による弁装置の製造工程は、弁体２３を弁シート２２に押し付けることによって加工される。図１に示す電動弁１０の場合、プッシュナット３３を介して弁軸２４に圧入するときの押し込み力が弁軸２４を介して弁体２３に伝達され、或いは弁体２３のみを単独で押し付けることで、弁体２３は弁シート２２に対して押し付けられる。したがって、弁シート２２の着座部分５８は弁体２３によって押し付け加工（ポンチ加工）が施されることになり、弁体２３の付け根部分５２の形状に倣った形状に塑性変形がなされる。このように、電動弁１０の製造に際しては、プッシュナット３３の弁軸２４への押し込み工程、或いは弁体２３の単独押し付け工程と、弁シート２２の押し付け加工工程とを同時に行うことができ、製造時間を短縮することができる。
【００２８】
押し付け加工は、図４（ａ）に示すように、当初の弁孔５５の孔径Ｄは、弁体２３の付け根部分５２の首径ｄよりも小さくなる（Ｄ＜ｄ）場合がある。弁体２３の押し付けによって、弁孔５５の周辺部分５９は矢印方向に下降する首部５１によってダレを生じるように塑性変形を受けて孔径が拡大変形され、その結果、弁孔５５周辺の着座部分５８は首部５１の付け根部分５２の形状に倣うように加工される。
【００２９】
また、図４（ｃ）に示すように、付け根部分５２の首径ｄが弁孔５５の孔径Ｄよりも大きい場合（図４（ｃ）左図）には、押し付け方向とは反対方向に向かって突出した弁シート２２の周辺部分５９ｃには、押し付け加工によって、首部５１の付け根部分５２の形状に倣うように加工された着座部分５８ｃが形成される（図４（ｃ）右図）。このとき、着座部分５８ｃの最大孔径は首径ｄに等しいＤ’となる。更に、図４（ｄ）に示すように、付け根部分５２の首径ｄが弁孔５５の孔径Ｄよりも小さい場合（図４（ｄ）左図）であって、弁シート２２の周辺部分５９ｄが押し付け方向とは反対方向に向かって突出した場合にも、周辺部分５９ｄには、押し付け加工によって、首部５１の付け根部分５２（付け根部分５２よりも肩部５０側の部分）の形状に倣うように加工された着座部分５８ｄが形成される（図４（ｄ）右図）。このとき、着座部分５８ｄの最小孔径は首径ｄに等しいｄ’となる。なお、付け根部分５２の首径ｄが弁孔５５の孔径Ｄと等しい場合にも、図４（ｄ）の場合と同様な押し付け加工が行われる。
【００３０】
本発明による弁装置の製造方法及び弁組立体は、電動弁に適用した実施形態について説明したが、対象となる弁はこれに限ることなく、弁体が弁座に接離するリフト弁等どのような弁にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用された電動弁の一実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す電動弁の弁体と弁座とを拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す弁構造による流量特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明による弁装置の製造工程を示す図である。
【図５】弁の部品バラツキについての説明図である。
【図６】図５に示す各弁部構造に対応した流量特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電動弁                          ２０  弁本体
２０ａ，２０ｂ  流出入管              ２１  弁室
２２  弁座（弁シート）  ２２ａ  着座部分            ２３  弁体
２４  弁軸              ２４ａ  段部            ２４ｂ  上部縮径部
２５  固定ねじ部        ２６  ガイドブッシュ    ２６ａ  螺旋溝部分
２７  下ストッパ体                    ２７ａ  下ストッパ片
３０  ロータ                          ３１  移動ねじ部
３２  弁軸ホルダ        ３２ａ  均圧孔    ３２ｂ  螺旋溝部分    ３２ｃ  突部
３３  プッシュナット                  ３４  圧縮コイルばね
３５  平座金                          ３６  支持リング
３７  上ストッパ体                    ３７ａ  上ストッパ片
４０  キャン            ４０ａ  端部              ４１  鍔状板
５０  肩部                            ５１  首部
５２  付け根部分
５５  弁孔                            ５６  第１傾斜孔部分
５７  第２傾斜孔部分                  ５８，５８ｃ，５８ｄ  着座部分
５９，５９ｃ，５９ｄ  周辺部分
ｄ  首径                              Ｄ  孔径
【図１】
0005156339.tif 000002
【図２】
0005156339.tif 000003
【図３】
0005156339.tif 000004
【図４】
0005156339.tif 000005
【図５】
0005156339.tif 000006
【図６】
0005156339.tif 000007