JP2002286145A - 弁構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弁体ケースと弁座とに組付時等の誤差があって
も、弁体を弁座の座面全周に密着させて、流体の漏れを
防止する弁構造を提供すること。 【解決手段】弁構造は弁座１５、弁体１７、弁体ケース
１９を含む。弁体１７は、開口部１９ｃから弁座１５と
の当接面１７ａを露呈させるよう弁体ケース１９に組み
入れられる。弁体ケース１９を上下動させると、弁体１
７の当接面１７ａが弁座１５に当接・離間して開閉が行
われる。弁体１７は、その裏面１７ｃの中央に凸部１７
ｄを有する。弁体１７の裏面１７ｃは、凸部１７ｄの先
端が裏蓋２５の底面２５ａに当接することで弁体ケース
１９に支持される。凸部１７ｄ以外の裏面１７ｃと裏蓋
２５の底面２５ａとの間には、弁体１７の変形を許容す
る隙間が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁体を弁座に当接
又は離間させるようにした弁構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、弁構造を有するものとして、
例えば、図１１に示すような、直動３ポート電磁弁１０
０がある。この電磁弁１００は、ＣＯＭポート１０１、
ＮＣポート１０２、ＮＯポート１０３の３つのポートを
有し、第１弁体１０４と第２弁体１０５とを一体に組み
付けたプランジャ１０６が、コイル１０７への通電・停
止によってコア１０８に吸着・離間されることにより、
流路を切り替えるものである。そして、第２弁体１０５
は、第２弁座１０９に当接・離間されて、ＣＯＭポート
１０１とＮＯポート１０３との間の流路を開閉する。

【０００３】ここで、第２弁体１０５は、図１２に拡大
して示すように、第２弁座１０９に当接する当接面１０
５ａを有し、その当接面１０５ａの周囲に段部１０５ｂ
が形成され、当接面１０５ａと反対側の裏面には凸部１
０５ｃが設けられている。そして、第２弁体１０５が組
み入れられる弁体ケース１１０は、一対のロッド部１１
０ａ（図１１、図１２には一方のみ図示されている）を
介してプランジャ１０６に連結されている。また、弁体
ケース１１０を構成する裏蓋１１１は、第２弁体１０５
の凸部１０５ｃが貫入される貫入孔１１１ａを有する。
そして、第２弁体１０５は、その段部１０５ｂに組み込
まれたスペーサ１１２と、裏蓋１１１とに挟まれるよう
にして弁体ケース１１０に組み入れられている。

【０００４】図１１に示すように、コイル１０７に通電
しない状態では、バネ１１３の復元力がバネ１１４の復
元力を上回るので、プランジャ１０６と弁体ケース１１
０は図中下方に押し下げられ、第２弁体１０５は第２弁
座１０９と離間する。一方、コイル１０７に通電する
と、プランジャ１０６がコア１０８に吸着され、バネ１
１３の復元力に抗して図中上方へ移動する。従って、弁
体ケース１１０もプランジャ１０６と共に移動し、第２
弁体１０５が図中上方へ引き上げられるので、第２弁座
１０９に当接する。このとき、バネ１１４が、弁体ケー
ス１１０を図中下方から支えることで、第２弁体１０５
が第２弁座１０９に当接するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
弁構造では、第２弁体１０５を第２弁座１０９に当接さ
せて流路を閉じたとき、第２弁座１０９の密閉性を確保
するためには、第２弁座１０９の座面全周と第２弁体１
０５の当接面１０５ａとが均等に当接することが望まし
い。しかし、実際には、部品成形時の誤差や組付時の誤
差等から当接の均等性を得ることは難しい場合があっ
た。また、バネ１１４が弁体ケース１１０を押さえる力
には限度があるので、バネ１１４の力のみで第２弁体１
０５の当接面１０５ａを第２弁座１０９の座面全周に密
着させることも難しい。そのため、第２弁体１０５を第
２弁座１０９に当接させたときに、両者１０５，１０９
の間に僅かな隙間が生じるおそれがあり、その隙間から
流体の漏れが発生するおそれがあった。特に、この弁構
造では、低圧の流体を扱うときに隙間が生じやすいとい
う傾向があった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、弁体ケースと弁座とに組付時等
の誤差があっても、弁体を弁座の座面全周に密着させ
て、流体の漏れを防止する弁構造を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、弁座と、弁体と、弁体
ケースとを備え、弁体は、弁体ケースの開口部から弁座
との当接面が露呈するように弁体ケースに組み入れら
れ、弁体ケースを移動させることにより、弁体の当接面
を弁座に当接・離間させて開閉を行うようにした弁構造
において、弁体は、当接面と反対側の裏面に凸部を有
し、弁体の裏面は、凸部の先端が弁体ケースの底面に当
接することで弁体ケースに支持されることを趣旨とす
る。

【０００８】上記の構成によれば、弁体は、弁体ケース
を移動させることにより移動される。ここで、弁体はそ
の当接面と反対側の裏面に凸部を有し、その凸部の先端
が弁体ケースの底面に当接しているので、凸部以外の裏
面部分は弁体ケースに直接当接せず、弁体ケースの底面
との間に隙間が生じる。この隙間により、弁体自身の変
形が許容される。このことから、弁体ケースの移動によ
って弁体の当接面が弁座に当接したときに、弁体の変形
によって、弁体の当接面が弁座に倣って、その座面全周
に当接することになる。

【０００９】上記の目的を達成するために、請求項２に
記載の発明は、請求項１に記載の弁構造において、弁体
は、略円板状をなし、凸部は、裏面の中央部に１つ設け
られ、弁座の座面は、略円環状をなすことを趣旨とす
る。

【００１０】上記発明の構成によれば、請求項１の発明
の作用に加え、凸部が裏面の中央部に１つ設けられるの
で、その凸部を中心として、弁体全体がいずれの方向へ
も変形可能となる。ここで、弁体と弁座との間に生じる
組付時等の誤差は、主に、弁体の当接面と弁座の座面全
周との間に傾きを生じさせるので、弁体全体がいずれの
方向へも傾くことで、弁体の当接面を弁座の座面全周と
同じ角度に合わせることができる。

【００１１】上記の目的を達成するために、請求項３に
記載の発明は、弁座と、弁体と、弁体ケースとを備え、
弁体は、弁体ケースの開口部から弁座との当接面が露呈
するように弁体ケースに組み入れられ、弁体ケースを移
動させることにより、弁体の当接面を弁座に当接・離間
させて開閉を行うようにした弁構造において、弁体は、
当接面と反対側の裏面がその中央へ向かって凸状に収束
するテーパをなし、弁体の裏面は、テーパの先端部が弁
体ケースの底面に当接することで弁体ケースに支持され
ることを趣旨とする。

【００１２】上記発明の構成によれば、弁体は、弁体ケ
ースを移動させることにより移動される。ここで、弁体
はその当接面と反対側の裏面がその中央へ向かって凸状
に収束するテーパをなし、そのテーパの先端部が弁体ケ
ースの底面に当接しているので、テーパの先端部以外の
裏面部分は弁体ケースに直接当接せず、弁体ケースの底
面との間に隙間が生じる。この隙間により、弁体自身の
変形が許容される。このことから、弁体ケースの移動に
よって弁体の当接面が弁座に当接したときに、弁体の変
形によって、弁体の当接面が弁座に倣って、その座面全
周に当接することになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の弁構造を具体化し
た一実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明を具体化した電磁弁１の断
面図であり、図２は、その電磁弁１の平面図である。図
３および図４は、図１と図２のＡ−Ａ断面図であり、そ
れぞれ非通電時と通電時を示す。この電磁弁１は、従来
技術の欄で述べた直動３ポート電磁弁１００と基本的構
成を同じくする。

【００１５】本実施の形態の電磁弁１は、図１、図３に
示すように、ボディ１０にＣＯＭポート１１、ＮＣポー
ト１２、ＮＯポート１３が設けられている。ボディ１０
には、第１弁座１４と第２弁座１５とが一体的に形成さ
れる。各弁座１４，１５には、ゴム製の第１弁体１６、
第２弁体１７がそれぞれ当接あるいは離間可能に設けら
れる。第１弁体１６は、プランジャ１８に組み付けら
れ、第２弁体１７は、ロッド１９ａを介してプランジャ
１８に連結された弁体ケース１９に組み入れられる。電
磁弁１には、プランジャ１８を吸着するためのコア２０
と、コア２０を励磁するためのコイル２１とが設けられ
る。

【００１６】また、プランジャ１８には、弁体ケース１
９を図中下方へ押し下げるための第１バネ２２が設けら
れる。弁体ケース１９には、同ケース１９を図中上方へ
押し上げるための第２バネ２３が設けられる。各ポート
１１〜１３には、図１、図２に示すように、各種の管継
手３０，３１，３２がそれぞれ取り付けられ、それぞれ
のポート１１〜１３が他の機器と接続されるようになっ
ている。

【００１７】ここで、図５の拡大図に示すように、第２
弁体１７は、第２弁座１５に当接する当接面１７ａを含
み、その周囲には段部１７ｂが設けられる。第２弁体１
７は、当接面１７ａと反対側の裏面１７ｃの中央に凸部
１７ｄを含む。この実施の形態では、第２弁体１７の厚
みが、例えば「４．６ｍｍ」であり、それに対して凸部
１７ｄの高さが、例えば「０．２５ｍｍ」に設定され
る。弁体ケース１９は、その底側に嵌め込まれた裏蓋２
５を含む。そして、第２弁体１７は、その段部１７ｂが
スペーサ２４を介して弁体ケース１９のフランジ部１９
ｂに係止され、この状態で、第２弁体１７の凸部１７ｄ
の先端が裏蓋２５の底面２５ａに当接している。このよ
うに組み付けられることにより、第２弁体１７は、凸部
１７ｄの先端のみが裏蓋２５の底面２５ａに当接してお
り、凸部１７ｄ以外の第２弁体１７の裏面１７ｃと裏蓋
２５の底面２５ａとの間には、わずかに隙間ができてい
る。この組付状態において、弁体ケース１９の開口部１
９ｃから、第２弁体１７の当接面１７ａが露呈してい
る。

【００１８】次に、上記のように構成された電磁弁１の
動作を説明する。まず、図１及び図３に示すように、コ
イル２１に通電していない状態では、第１バネ２２の復
元力によって、プランジャ１８は図中下方に押し下げら
れ、第１弁体１６が第１弁座１４に当接するとともに、
第２弁体１７は第２弁座１５と離間している。これは、
第１バネ２２の復元力が第２バネ２３の復元力を上回る
からである。ここで、コイル２１に通電すると、図４に
示すように、プランジャ１８は、コア２０による吸着力
によって、第１バネ２２の復元力に抗して図中上方へ移
動する。従って、第１弁体１６が第１弁座１４から離間
するとともに、第２弁体１７が第２弁座１５に当接す
る。

【００１９】この電磁弁１は、例えば、酸素発生器に使
用される。その場合、まず、非通電時においては、図１
に示すように、第１弁座１４は閉止され、第２弁座１５
は開放されている。すなわち、ＣＯＭポート１１とＮＯ
ポート１３とが連通されている。そして、電磁弁１の切
換のためにコイル２１に通電されると、第１弁座１４が
開放され、第２弁座１５が閉止される。これによって、
ＣＯＭポート１１とＮＣポート１２とが連通され、ＮＣ
ポート１２からＣＯＭポート１１へと加圧された空気が
流入する。そして、再びコイル２１への通電を停止する
と、ＣＯＭポート１１とＮＯポート１３とが連通し、Ｃ
ＯＭポート１１からＮＯポート１３へと空気が流れる。

【００２０】ここで、ボディ１０の成形精度や組み付け
誤差等により、第２弁体１７の当接面１７ａと、第２弁
座１５の座面全周との間に、多少の傾きが存在すること
がある。従来の電磁弁１００の弁構造では、この傾きが
わずかであれば、第２弁体１０５の可撓性によりその当
接面１０５ａが第２弁座１０９の座面全周に密着し、流
体の漏れが発生することはなかった。しかし、希に大き
な傾きが生じた場合に、流体の漏れが発生することが問
題となっていた。

【００２１】これに対し、この実施の形態の電磁弁１の
弁構造では、第２弁体１７の凸部１７ｄの周囲と裏蓋２
５の底面２５ａとの間に隙間を設けることで、図６に示
すように、第２弁体１７が、凸部１７ｄを軸としていず
れの方向へも傾くようになっている。これによって、第
２弁体１７の当接面１７ａは、第２弁座１５の座面全周
の傾きに倣うことができる。つまり、第２弁体１７は、
それ自身の可撓性により、凸部１７ｄを軸としての変形
が許容され、当接面１７ａの傾きが変えられる。図６で
は、第２弁体１７の当接面１７ａと第２弁座１５の座面
全周との傾きがθで示される。

【００２２】ここで、本実施の形態の電磁弁１の弁構造
による限界シール圧力値を評価した実験結果を、従来の
電磁弁１００の弁構造と比較して図７に示す。ここで
は、管継手３０に栓をしてＮＣポート１１を閉塞させ、
電磁弁１のコイル２１に通電して第２弁座１５を閉止
し、ＣＯＭポート１１とＮＣポート１２とを連通させた
状態で、ＮＯポート１３へ加圧していき、ＣＯＭポート
１１へ流体の漏れが発生するまでの圧力を限界シール圧
力として計測した。従来の弁構造についても、同様の実
験を行った。図７の左側のグラフが従来の弁構造による
ものであり、右側のグラフが本実施の形態の弁構造によ
るものである。それぞれのグラフで網掛け表示された部
分が、誤差を含む測定値の範囲を示す。従来の弁構造で
は、限界シール圧力値は０．１ＭＰａ〜０．６５ＭＰａ
であったのに対し、本実施の形態の弁構造では、限界シ
ール圧力値は、０．６５ＭＰａ〜０．８４ＭＰａであっ
た。この結果から、従来の弁構造に比較して、本実施の
形態の弁構造では、大幅なシール性能の向上が見られる
とともに、測定値のばらつきが小さくなったことが分か
る。

【００２３】以上説明したようにこの実施の形態の電磁
弁１の弁構造によれば、第２弁体１７は弁体ケース１９
に組み入れられ、弁体ケース１９を移動させることによ
って第２弁体１７が移動される。

【００２４】ここで、第２弁体１７は、その当接面１７
ａと反対側の裏面１７ｃに凸部１７ｄを有し、その凸部
１７ｄの先端が裏蓋２５の底面２５ａに当接しているの
で、凸部１７ｄ以外の裏面１７ｃは裏蓋２５に直接当接
せず、裏面１７ｃと底面２５ａとの間に隙間が生じる。
この隙間により、第２弁体１７自身の変形が許容され
る。このことから、弁体ケース１９の移動によって第２
弁体１７の当接面１７ａが第２弁座１５に当接したとき
に、第２弁体１７の変形によって第２弁体１７の当接面
１７ａが第２弁座１５に倣い、その座面全周に当接する
ことになる。この結果、第２弁体１７の当接面１７ａを
第２弁座１５の座面全周に密着させることができ、これ
によって両者１５，１７の間における流体の漏れを防止
することができる。

【００２５】さらに、この実施の形態の電磁弁１の弁構
造によれば、凸部１７ｄが裏面１７ｃの中央部に１つ設
けられるので、その凸部１７ｄを中心として、第２弁体
１７全体がいずれの方向へも変形可能となる。ここで、
第２弁体１７と第２弁座１５との間に生じる組付時等の
誤差は、主に、第２弁体１７の当接面１７ａと第２弁座
１５の座面全周との間に傾きを生じさせるので、第２弁
体１７全体がいずれの方向へも傾くことで、第２弁体１
７の当接面１７ａを第２弁座１５の座面全周と同じ角度
に合わせることができる。この結果、第２弁体１７と第
２弁座１５との間の組付時等の誤差の位置に拘わらず、
第２弁体１７の当接面１７ａを、第２弁座１５の座面全
周に一層確実に密着させることができ、これによって両
者１５，１７の間における流体の漏れを一層確実に防止
することができる。

【００２６】尚、この発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に
変更して実施することもできる。

【００２７】（１）前記実施の形態では、図５に示すよ
うに、第２弁体１７の当接面１７ａと反対側の裏面１７
ｃに凸部１７ｄを設け、その凸部１７ｄの先端を弁体ケ
ース１９の底面２５ａに当接させることで第２弁体１７
の裏面１７ｃを弁体ケース１９に支持するようにした。
これに対し、図８に示すように、第２弁体１７の当接面
１７ａと反対側の裏面１７ｃをその中央へ向かって凸状
に収束するテーパ３０に形成し、そのテーパ３０の先端
点３０ａを弁体ケース１９の底面２５ａに当接させるこ
とで第２弁体１７の裏面１７ｃを弁体ケース１９に支持
するように構成してもよい。この構成によっても前記実
施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【００２８】（２）前記実施の形態では、第２弁体１７
の凸部１７ｄの先端を平坦面に構成した。これに対し、
図９に示すように、凸部１７ｄの先端面をその中央へ向
かって凸状に収束するテーパ３１に形成し、そのテーパ
３１の先端点３１ａを弁体ケースの底面２５ａに当接さ
せることで第２弁体１７の裏面１７ｃを弁体ケースに支
持するように構成してもよい。この構成によっても前記
実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【００２９】（３）前記（１）の別の実施の形態では、
第２弁体１７の裏面１７ｃにおけるテーパ３０の先端点
３０ａを弁体ケース１９の底面２５ａに当接させること
で第２弁体１７の裏面１７ｃを弁体ケース１９に支持す
るようにした。これに対し、図１０に示すように、裏面
１７ｃのテーパ３０の先端部を平坦面３０ｂとして、そ
の平坦面３０ｂを弁体ケースの底面２５ａに当接させる
ことで第２弁体１７の裏面１７ｃを弁体ケースに支持す
るように構成してもよい。この構成によっても前記実施
の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【００３０】（４）前記実施の形態では、本発明の弁構
造を３方弁タイプの電磁弁１に具体化したが、この電磁
弁１に限らず他の電磁弁にも適用するこができる。ま
た、第２弁体１７と弁体ケース１９との移動方法は、電
磁式に限るものではない。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明の構成によれば、
弁体ケースと弁座との間に組付時等の誤差があっても、
弁体ケースの移動により弁体の当接面を弁座に当接させ
たときに、弁体の変形により弁体の当接面が弁座に倣う
ことになり、その座面全周に当接する。これにより、弁
体の当接面を弁座の座面全周に密着させることができ、
弁体と弁座との間の流体の漏れを防止することができる
という効果を発揮する。

【００３２】請求項２に記載の発明の構成によれば、請
求項１に記載の発明の効果に加え、凸部を中心に弁体全
体がいずれの方向へも傾くことになり、弁体の当接面が
弁座の座面全周と同じ角度に合わせられる。これによ
り、弁体の当接面を弁座の座面全周に一層確実に密着さ
せることができ、弁体と弁座との間の流体の漏れを一層
確実に防止することができるという効果を発揮する。

【００３３】請求項３に記載の発明の構成によれば、弁
体ケースと弁座との間に組付時等の誤差があっても、弁
体ケースの移動により弁体の当接面を弁座に当接させた
ときに、弁体の変形により弁体の当接面が弁座に倣うこ
とになり、その座面全周に当接する。これにより、弁体
の当接面を弁座の座面全周に密着させることができ、弁
体と弁座との間の流体の漏れを防止することができると
いう効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係り、電磁弁を示す断面図であ
る。

【図２】同じく、電磁弁を示す平面図である。

【図３】同じく、図１、図２の非通電時のＡ−Ａ断面図
である。

【図４】同じく、図１、図２の通電時のＡ−Ａ断面図で
ある。

【図５】同じく、第２弁体及び弁体ケースの拡大断面図
である。

【図６】同じく、第２弁体が第２弁座に当接したときの
拡大断面図である。

【図７】同じく、弁構造による限界シール圧力値の測定
結果を表すグラフである。

【図８】別の実施の形態に係り、第２弁体及び弁体ケー
スの拡大断面図である。

【図９】別の実施の形態に係り、第２弁体の拡大断面図
である。

【図１０】別の実施の形態に係り、第２弁体の拡大断面
図である。

【図１１】従来の電磁弁を示す断面図である。

【図１２】従来の電磁弁の第２弁体の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 電磁弁 １５ 第２弁座 １７ 第２弁体 １７ａ 当接面 １７ｃ 裏面 １７ｄ 凸部 １９ 弁体ケース ２５ 裏蓋 ２５ａ 底面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座と、弁体と、弁体ケースとを備え、
   前記弁体は、前記弁体ケースの開口部から前記弁座との
   当接面が露呈するように前記弁体ケースに組み入れら
   れ、前記弁体ケースを移動させることにより、前記弁体
   の当接面を前記弁座に当接・離間させて開閉を行うよう
   にした弁構造において、 前記弁体は、前記当接面と反対側の裏面に凸部を有し、 前記弁体の裏面は、前記凸部の先端が前記弁体ケースの
   底面に当接することで前記弁体ケースに支持されること
   を特徴とする弁構造。
2. 【請求項２】 前記弁体は、略円板状をなし、前記凸部
   は、前記裏面の中央部に１つ設けられ、前記弁座の座面
   は、略円環状をなすことを特徴とする請求項１に記載の
   弁構造。
3. 【請求項３】 弁座と、弁体と、弁体ケースとを備え、
   前記弁体は、前記弁体ケースの開口部から前記弁座との
   当接面が露呈するように前記弁体ケースに組み入れら
   れ、前記弁体ケースを移動させることにより、前記弁体
   の当接面を前記弁座に当接・離間させて開閉を行うよう
   にした弁構造において、 前記弁体は、前記当接面と反対側の裏面がその中央へ向
   かって凸状に収束するテーパをなし、 前記弁体の裏面は、前記テーパの先端部が前記弁体ケー
   スの底面に当接することで前記弁体ケースに支持される
   ことを特徴とする弁構造。