JP4634175B2

JP4634175B2 - 高圧流体用ロジックプレート

Info

Publication number: JP4634175B2
Application number: JP2005035308A
Authority: JP
Inventors: 道夫塚本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006220238A

Description

本発明は高圧流体用のロジックプレート、特に溝を有する溝板部材と該溝を覆って閉塞流体通路を形成する蓋板部材とを備えたロジックプレートを複数重合させて、前記閉塞流体通路が１平面ではなく２平面に形成された所謂３次元回路をなすロジックプレートユニットに関する。

流体の流れを制御する装置においては、一般に電気や流体圧力等の信号を受けて作動する弁類と管路を組み合わせて複雑な制御回路が構成されていた。その場合、管路の接合や弁類の取付けを間違いなく行い、接合部における流体の漏洩を防止するには慎重な作業が要求されていた。そして従来では、それらの作業の容易化を図り、合わせて管路構成の小型化や保守の容易化を図るために、流体通路を内蔵した回路部材に弁類を取り付けて流体制御装置を一体化する傾向にあった。しかしながら、複雑な流体通路を内蔵した回路部材を高度の鋳造技術で注意深く鋳造しても、鋳巣、亀裂、気泡等ができて通路間が連通したり、また通路内の砂落しを完全に行なうことが困難なために弁や流体機器に故障を齎す虞があった。

これらを解決する手段として、板部材に流体通路となる溝を設け、該板部材に蓋板部材をネジ締めして溝を覆うことによって流体通路を形成し、板部材及び蓋板部材に前記流体通路に所要の箇所で連通する穴を設け、これらの穴に通じる各種弁類及び流体の流出用の管継ぎ手を設けた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、複雑な形状の溝を設けた溝板部材と該溝板部材に蓋板部材を接着剤で接着して溝を覆うことによって流体通路を形成したものを積層して３次元の流体回路を形成する等の技術も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、溝を設けた溝板部材と蓋板部材との接合を強固なものとするとともに、溝板部材の溝と蓋板部材で形成された流体通路のシール性を確実にするために、前記溝に沿って蓋板部材を接合する方法が開示され、接合方法として摩擦攪拌接合方法を効果的に用いる方法が開示されている（例えば、特許文献３。）。
さらに、ロジックプレートを非金属材料で構成することによって、腐食性流体による流路の腐食や電食を防止することが提案されており、その場合、非金属材料の強度不足を補うために、金属材料或は剛性を保持できる非金属材料製の支持板を蓋板部材或は溝を設けた溝板部材の背面にネジ締めする技術も開示されている（例えば、特許文献４）。

特公昭４９−１３６５１号公報特開２００２−３０５０１０号公報特許第３５６４４３０号公報特開２００４−３１６６６３号公報

このようなロジックプレートは、例えば鉄道車両用エアブレーキ装置、多くの配管を有する装置、電磁弁ユニット、クーリング或はホットプレート、空圧・油圧・蒸気配管、薄型圧力容器、車載用・定置型燃料電池等々、広い範囲の装置に用いられ、或は用いられようとしている。

しかしながら、圧力２０〜３０ＭＰａにも達する高圧流体の制御用に用いようとする場合、特許文献１に開示されたものは、そのような高圧に耐えるように構成することは可能ではあるが、溝板部材と蓋板部材をネジ締めするので、複雑で長い流路となる流体通路の全長に亘って高圧流体の漏出を完全に防止するように構成することは容易ではない。また、特許文献２に開示されたものは、溝板部材と蓋板部材とが接着剤で接合されており、高圧や高温に耐えることはできない。

特許文献３に記述されているように、蓋板部材を溝板部材の溝に沿って摩擦攪拌接合すれば、かなりの高圧や高温の流体に対して流体通路を通る流体の漏出を防止することは可能であるが、摩擦攪拌接合が可能な蓋板部材の厚さは４ｍｍ前後以下に限られるので、溝幅が大きい場合は蓋板部材に掛かる流体圧による力が大きくなって蓋板部材の接合部や蓋板部材そのものの強度が不足することになる。溝幅を小さくすれば前記流体圧による力を低減することができるが、その場合流体通路の必要な通路面積を確保するためには溝の深さを増大する必要が生じ、そうすると溝板部材の厚さが増大することとなり、ロジックプレートが分厚いものとなり重量も増大する。特許文献４に開示されたものは、耐食性向上のために溝板部材と蓋板部材を非金属材で構成したもので、前記のような高圧に耐え得るように構成されるものではない。

したがって本発明の目的は、圧力が２０〜３０ＭＰａにも達する高圧流体の制御に用いる場合に、流体通路の通路断面積を十分に確保しながら、流体の漏洩を完全に防止することができるロジックプレート、特に溝を有する溝板部材と該溝を覆って閉塞流体通路を形成する蓋板部材とを備えたロジックプレートを複数重合させて、前記閉塞流体通路が１平面ではなく２平面に形成された所謂３次元回路をなす高圧流体用ロジックプレートユニットを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、溝を有する溝板部材と該溝を覆って閉塞流体通路を形成する蓋板部材とを備えたロジックプレートを複数重合させて、前記閉塞流体通路が１平面ではなく２平面に形成された所謂３次元回路をなすロジックプレートユニットにおいて、第１の溝板部材の溝に沿って第１の蓋板部材を摩擦攪拌接合して構成された第１のロジックプレートと、第２の溝板部材の溝に沿って第２の蓋板部材を摩擦攪拌接合して構成された第２のロジックプレートをと含み、前記第１及び第２の蓋板部材同士を合わせ面となる様に重ねた状態で、両ロジックプレート同士を通しボルト、ナットからなる連結手段で連結したことを特徴とする。
前記蓋板部材の前記溝板部材の溝に沿う接合は摩擦攪拌接合により接合するのがよい。
摩擦攪拌接合はアルミ系材料の接合に用いられるが、このように構成すれば、比較的薄厚の蓋板部材を摩擦攪拌接合により安価、容易に接合して溝板部材の溝とそれを覆う蓋板部材で形成される流体通路を通る流体の漏洩を完全に防止することができ、比較的薄厚で強度を十分に確保できないアルミ材の蓋板部材の強度不足は前記補強部材で補うことができるので、前記溝板部材の溝幅を十分に大きくし溝深さは程ほどに抑えることができ、流路断面積を確保するための溝深さ増大に伴う溝板部材の厚さの増大を抑えることができる。また、一般に深い溝よりも浅い溝の方が加工は容易であり、加工費の低減も図れる。

また、前記補強部材は前記蓋板部材の全面を覆うようにするのもよい。これにより、ロジックプレートを単純な合成板状に形成することができ、外観がシンプルで、輸送、保管、取り扱い上も好都合となる。

本発明は、また、溝を有する溝板部材に該溝を覆って閉塞流体通路を形成するように蓋板部材を前記溝に沿って摩擦攪拌接合して構成されたロジックプレート２個を前記蓋板部材の表面を互いに合わせて連結手段で連結して構成した２層ロジックプレートユニットを提案する。
このように構成すると、蓋板部材が２枚重なるので流路における蓋板部材部分の強度は２倍と成り、前記補強部材を要することなく流体の高圧に耐えるように構成されたロジックプレートユニットを得ることができる。この場合、流路はいわゆる３次元構成となる。

前記のように２枚のロジックプレートの蓋板部材同士を合わせてなる２層ロジックプレートユニットの溝板部材に、さらに溝を有する溝板部材に該溝を覆って閉塞流体通路を形成するように蓋板部材を前記溝に沿って摩擦攪拌接合して構成されたロジックプレートの蓋板部材を合わせ、それらを連結手段で連結して構成することにより、３個或は４個のロジックプレートからなるロジックプレートユニットを、補強部材を設けることなく流体の高圧に耐えるように構成することができる。さらに溝を有する溝板部材に該溝を覆って閉塞流体通路を形成するように蓋板部材を前記溝に沿って摩擦攪拌接合して構成されたロジックプレートの蓋板部材を前段の溝板部材に合わせて積層すれば、補強部材を設けることなく積層されたロジックプレートユニットを構成することができる。

溝板部材と内部通路のシールを確実に行なう蓋板部材と該蓋板部材を支える補強部材を具備することによって、流体通路の幅を十分確保しながら圧力２０〜３０ＭＰａにも達する高圧流体の制御用に用いることができるロジックプレートを提供できる。さらにロジックプレートを積層する場合には、補強部材を設けることなく流体の高圧に耐えることができるロジックプレートユニットを構成することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明に使用される高圧流体用ロジックプレート１０に機器類５１および５３が取り付けられた状態の部分断面を示す。同図において１は溝板部材、２は蓋板部材、３は補強板部材である。前記溝板部材１には流体通路となる溝１ａ、１ｂが設けられている。これらの溝は蓋板部材２によって覆われ、該蓋板部材２は接合、特に摩擦攪拌接合により符号４で示すように前記溝板部材１に接合されている。１ｃは溝１ａに連通する溝板部材１に設けられた連通孔であり、２ａ、３ａは溝１ｂに連通するそれぞれ蓋板部材２及び補強板部材３に設けられた連通孔である。前記補強板部材３は前記蓋板部材２の上にボルト５、５で前記溝板部材に締め付けられている。機器５１が前記溝板部材１に、機器５３が前記補強板部材に、それぞれ連通孔１ｃ及び連通孔２ａ、３ａに対してそれぞれＯリング１２、１４でシールされて取り付けられている。これらはＯリングに代えてパッキングとしてもよいことは勿論である。機器５３を補強板部材３に取り付ける場合は、連通孔２ａ、３ａにおける蓋板部材２と補強板部材３の接合部で流体の漏洩が生じないように、蓋板部材２と補強板部材３の間には接着剤或はパッキング剤を塗布或はパッキングを敷くことが望ましい。

図１においては、補強板部材３は蓋板部材の上面に押しボルトで溝板部材１に締め付けているが、通しボルトとナットで結合してもよい。溝１ａを通る高圧流体の圧力により蓋板部材２前記溝１ａに面する部分には上向きの力が作用して、その部分は上方に変形しようとするが、補強板部材３で押えられているので、力は蓋板部材２とともに補強板部材３を変形させようとする。溝１ｂについても同様であり、溝から蓋板部材２に作用する力の大きさは、溝幅と溝長さの積の総和と流体圧力との積である。この力のうち、一部は溝に沿って摩擦攪拌接合された蓋板部材で担われ残りが補強板部材に作用することになる。補強部材はボルトでこの力に対抗できるように蓋板部材を挟んで溝板部材に結合される。

なお、図において符号５１、５３は図示しないボルトで取り付けてある機器、或は弁類であり、或は圧力流体の入口、出口コネクターである。５２、５４はそれぞれ連通炉１ｃ、３ａと機器５１、５３との間をシールするＯリングであるが、これらはパッキングであってもよい。復雑な回路構成においては、前記の機器、弁類、出入り口コネクターは多数配設されることになる。なお、蓋板部材２と補強板部材３との接合面は接合、特に摩擦攪拌接合であり、溝１ａ、１ｂを通る流体は完全にシールされる。このように、流路のシール機能は蓋板部材の接合部で果たし、補強部材で蓋板部材を補強することで、流路を形成する溝板部材の溝深さを深くしなくても蓋板部材側の強度を確保することができるので、溝深さを深くして蓋板部材に掛かる負荷を減じる場合に較べればロジックプレートユニットの厚さを薄型に構成することができ、重量も軽減することができる。

図２は、溝板部材２１の溝２１ａ、２１ｂに沿って摩擦攪拌接合されて構成されたロジックプレート２０と溝板部材３１の溝３１ａ、３１ｂに沿って摩擦攪拌接合されて構成されたロジックプレート３０を互いに蓋板部材２１、３１を合わせて通しボルト、ナット２５ａ、２５ｂで連結した本発明の実施例にかかるロジックプレートユニット１００の部分断面を示す。このような構成は、流体回路が１平面ではなく２平面に形成された所謂３次元回路をなすものである。この構成は、流路が複雑に交錯して１平面で構成することができない場合に有効である。この構成ではロジックプレート２０の蓋板部材２２はその上に積層されるロジックプレート３０で補強されることになるので、図１のように補強部材を特に設けないでも各ロジックプレート２０、３０は流路（溝２１ａ、３１ａ、２１ｂ、３１ｂ）を通る流体の高圧力に耐えることができる。図では蓋板部材２２及び３２の溝２１ａと３１ａが連通孔２２ａ、３２ａで連結されており、流路断面積が溝２１ａ或は３１ａのみでは不足の場合に流体を溝２１ａと３１ａに分けて流すことにより大きな流路断面積を確保することができる。特にこのような場合には、溝２１ａと３１ａを流れる流体の圧力は互いに均衡するので、蓋板部材２２、３２のこの部分は高圧流体により変形を受けることがなくなる。溝２１ｂ、３１ｂは連通されることなく別々の流路に構成されている。溝２１ｂ、３１ｂが蓋板部材を隔てて重なっている場合は流体圧力による蓋板部材２２、３２のその部分に掛かる力は減殺され、重なっていない場合はそれぞれ対面するロジカルプレートの蓋板部材及び溝板部材により支えられることのなり、高圧に耐えることができる。図２においても、ロジックプレートユニット１００の溝板部材２１及び／或は溝板部材３１には図示しない機器或は弁類或は流路入口や出口のコネクターが配設される。

図３には本発明の実施例にかかるロジックプレートを３個積層したロジックプレートユニット２００の部分断面が示されている。この場合、溝板部材４１と蓋板部材４２からなる最上部のロジックプレート４０はその蓋板部材４２が下段のロジックプレート３０の溝板部材３１に合わせて通しボルト、ナット３５ａ、３５ｂで連結されている。図示しないが、ロジックプレート２０の下側に他のロジックプレートの蓋板部材を合わせて連結すれば４層の積層ロジックプレートユニットが構成できる。このように次々と積層して多層のロジックプレートを構成することができる。そしてこのように２層以上の積層ロジックプレートユニットを構成する際には、図１で設けたような補強部材は設けなくても流体の高圧に耐えることができるロジックプレートを構成することができる。

圧力２０〜３０ＭＰａにも達する高圧流体の制御用に用いることができるロジックプレートを構成することができ、高圧流体の制御装置を小型、安価で、組付け容易に構成することができる。また、高圧流体のシールは接合部で行なわれるので、高温に対しても確実なシール機能が発揮される。

本発明に使用される高圧流体用ロジックプレートの構成と該ロジックプレートに機器類が装着着された状態を示す部分断面図である。本発明の実施例に係わる２層積層のロジックプレートユニットの構成を示す部分断面図である。本発明の他の実施例に係わる３層積層のロジックプレートユニットの構成を示す部分断面図である。

１、２１、３１、４１溝板部材
溝板部材
１ａ、１ｂ溝
１ｃ連通孔
２蓋板部材
２ａ連通孔
３補強板部材
３ａ連通孔
４摩擦攪拌接合部
５ボルト
１０ロジックプレート
２０、３０、４０ロジックプレート
２２、３２、４２蓋板部材
２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ溝
２２ａ、３２ａ連通孔
２５ａ、３５ａ通しボルト
２５ｂ、３５ｂナット
５１、５３機器
５２、５４Ｏリング
１００、２００ロジックプレートユニット

Claims

溝を有する溝板部材と該溝を覆って閉塞流体通路を形成する蓋板部材とを備えたロジックプレートを複数重合させて、前記閉塞流体通路が１平面ではなく２平面に形成された所謂３次元回路をなすロジックプレートユニットにおいて、
第１の溝板部材の溝に沿って第１の蓋板部材を摩擦攪拌接合して構成された第１のロジックプレートと、第２の溝板部材の溝に沿って第２の蓋板部材を摩擦攪拌接合して構成された第２のロジックプレートをと含み、
前記第１及び第２の蓋板部材同士を合わせ面となる様に重ねた状態で、両ロジックプレート同士を通しボルト、ナットからなる連結手段で連結したことを特徴とする高圧流体用ロジックプレートユニット。
少なくとも前記第１若しくは第２の溝板部材の表面に、溝を有する溝板部材に該溝を覆って閉塞流体通路を形成するように蓋板部材を前記溝に沿って摩擦攪拌接合してなる複数のロジックプレートの内、少なくとも第１のロジックプレートの第１の蓋板部材と第２のロジックプレートの第２の蓋板部材は合わせ面となる様に重ねた状態で、それらを前記連結手段で連結して構成したことを特徴とする請求項１記載の３層或は４層の高圧流体用ロジックプレートユニット。
少なくとも前記第１若しくは第２の溝板部材の表面に、溝を有する溝板部材に該溝を覆って閉塞流体通路を形成するように蓋板部材を前記溝に沿って摩擦攪拌接合してなるロジックプレートの、５個以上の該ロジックプレートを、少なくとも第１のロジックプレートの第１の蓋板部材と第２のロジックプレートの第２の蓋板部材は合わせ面となる様に重ねた状態で積層し、それらを前記連結手段で連結して構成したことを特徴とする請求項１記載の多層の高圧流体用ロジックプレートユニット。