JP4437518B2

JP4437518B2 - 弁構造

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Publication number: JP4437518B2
Application number: JP2001086868A
Authority: JP
Inventors: 憲泰廣田
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP2002286145A

Description

【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１００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１０５ａ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１０５ｃ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１１０ａ（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１１０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１１３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１０５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１０５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、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、前記弁体ケースは、前記弁体の当接面側にフランジ部を有し、反対側に爪部が形成され、前記弁体は、前記当接面側に前記フランジ部と当接する段部を有し、前記当接面と反対側の裏面に凸部を有し、前記弁体ケースに前記弁体を挿入し、前記弁体ケースの底面となる裏蓋を前記爪部に嵌合させて、前記凸部の先端が前記裏蓋に当接することで、前記弁体の裏面と前記裏蓋との間に隙間を形成して、前記弁体が前記弁体ケースに、前記当接面を除いて包含されるよう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、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、前記弁体ケースは、前記弁体の当接面側にフランジ部を有し、反対側に爪部が形成され、前記弁体は、前記当接面側に前記フランジ部と当接する段部を有し、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、前記弁体ケースに前記弁体を挿入し、前記弁体ケースの底面となる裏蓋を前記爪部に嵌合させて、前記テーパの先端部が前記裏蓋に当接することで、前記弁体の裏面と前記裏蓋との間に隙間を形成して、前記弁体が前記弁体ケースに、前記当接面を除いて包含されるよう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１９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１７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２５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１９ｂ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１９ｃ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、ＣＯＭ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２５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１７ａ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１７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１７ｃ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

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、
前記弁体ケースは、前記弁体の当接面側にフランジ部を有し、反対側に爪部が形成され、
前記弁体は、前記当接面側に前記フランジ部と当接する段部を有し、前記当接面と反対側の裏面に凸部を有し、
前記弁体ケースに前記弁体を挿入し、前記弁体ケースの底面となる裏蓋を前記爪部に嵌合させて、前記凸部の先端が前記裏蓋に当接することで、前記弁体の裏面と前記裏蓋との間に隙間を形成して、前記弁体が前記弁体ケースに、前記当接面を除いて包含されるように支持されることを特徴とする弁構造。
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。
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、
前記弁体ケースは、前記弁体の当接面側にフランジ部を有し、反対側に爪部が形成され、
前記弁体は、前記当接面側に前記フランジ部と当接する段部を有し、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、
前記弁体ケースに前記弁体を挿入し、前記弁体ケースの底面となる裏蓋を前記爪部に嵌合させて、前記テーパの先端部が前記裏蓋に当接することで、前記弁体の裏面と前記裏蓋との間に隙間を形成して、前記弁体が前記弁体ケースに、前記当接面を除いて包含されるように支持されることを特徴とする弁構造。