JP7458019B2 - 開閉弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧縮流体の流路を閉弁および開弁する開閉弁装置に関する。

この種の開閉弁装置には、従来では、特許文献１(日本国・特開2017-26131号公報)に記載されたカップリング装置内に設けられるようなものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
従来の開閉弁装置では、図３Ｄから図３Ｆに示すように、弁ケース６０が筒状に形成され、その筒孔の内周壁から突起部６１が当該筒孔の径方向の内方（図３Ｄから図３Ｆにおいては右方）に向けて形成される。その突起部６１のテーパ内周面６２によって弁座６３が構成される。また、弁ケース６０の筒孔に弁部材６４が上下方向へ移動可能に挿入される。その弁部材６４は、筒孔に摺動可能に挿入されるロッド部分と、ロッド部分の上側であって当該ロッド部よりも大径に形成される先端部分６５とを有している。その先端部分６５の外周壁にテーパ外周面６６が形成されると共に、そのテーパ外周面６６に装着溝６７が周方向に形成される。その装着溝６７にゴムや樹脂等の封止部材６８が装着される。装着溝６７の下側周壁によって薄肉部６９が構成される。その薄肉部６９を上方へ押圧して塑性変形させることにより、装着溝６７の周壁全体が封止部材６８を把持して当該装着溝６７内に固定する。その装着溝６７の開口部から封止部材６８の一部が押し出されて、弁部材６４のテーパ外周面６６から外側に突出している。その封止部材６８の外周壁に形成される弁面７０が、上記の弁座６３に面接触可能となっている。

特開2017-26131号公報

上記の従来技術は、弁部材の薄肉部を塑性変形させて、装着溝の周壁が封止部材を把持することにより、封止部材を装着溝に強固に固定できる点で優れている。しかしながら、装着溝の周壁を封止部材に均一に押圧させなければ、封止部材の外周面の高さや、封止部材の弾性にムラが生じることになり、その装着作業に手間がかかっていた。開閉弁装置の封止部材を装着溝に簡単かつ確実に固定できるようにする点で改良の余地があった。

上記の目的を達成するため、第１発明は、例えば、図１から図３Ｈに示すように、開閉弁装置を次のように構成した。
筒状のケーシング１５の内周壁にテーパ内周面１９が、ケーシング１５の筒孔の軸方向の先端側へ向かうにつれて先細りするように形成される。前記テーパ内周面１９の前記軸方向の基端側に連続する逃がし面２０が形成され、逃がし面２０が前記テーパ内周面１９に交差するように形成される。前記テーパ内周面１９の前記軸方向の基端側部分に第１弁座２１形成される。前記ケーシング１５の筒孔内に第１弁部材２３が前記軸方向に移動可能に挿入される。前記第１弁部材２３の外周壁にテーパ外周面２４が前記先端側へ向かうにつれて軸心に近づくように形成される。前記テーパ外周面２４に装着溝２５が周方向に開口される。前記装着溝２５に封止部材２６が装着される。その封止部材（２６）の前記軸方向の先端側内周面が前記装着溝（２５）に密着される。前記封止部材２６の外周壁に形成される第１弁面２７が、前記第１弁座２１に当接可能となっている。前記封止部材２６の前記軸方向の基端側外周面と前記装着溝２５の前記軸方向の基端側内周面との間に隙間３１が形成される。

本発明は、例えば、同上の図１から図３Ｈに示すように、次のような作用効果を奏する。
本発明開閉弁装置では、封止部材を装着溝に簡単かつ確実に固定できる。

上記の目的を達成するため、第２発明は、例えば、図１から図３Ｈに示すように、開閉弁装置を次のように構成した。
ケーシング４０に形成される装着孔４１の底壁に、弁座部材４２が当該装着孔４１の軸方向の先端側へ突設される。前記弁座部材４２に前記基端側へ向かうにつれて先細りするテーパ外周面４３が周方向に形成される。前記テーパ外周面４３の前記軸方向の基端側に連続する逃がし面４４が形成され、その逃がし面４４がテーパ外周面４３と交差する。前記テーパ外周面４３の前記軸方向の基端側外周壁に第２弁座４５が周方向に形成される。前記装着孔４１に筒状の第２弁部材４６が前記軸方向に移動可能に挿入される。前記第２弁部材４６の内周壁にテーパ内周面４６ａが前記軸方向の基端側に向かうにつれて先細りするように形成される。前記テーパ内周面４６ａに周方向に開口される装着溝４７に、封止部材４８が装着される。前記封止部材４８の外周壁に周方向に形成される第２弁面４９が、前記第２弁座４５に当接可能となっている。前記封止部材４８の前記軸方向の基端側外周面と前記装着溝４７の前記基端側内周面との間に隙間５０が形成される。

図１は、本発明の一実施形態を示し、開閉弁装置を備えるカップリング装置の断面視の模式図である。 図２は、上記のカップリング装置の連結状態を示す断面視の模式図である。 図３Ａ，図３Ｇは、図１中のＡ，Ｇ部分を示す部分拡大図である。図３Ｃ，図３Ｈは、図２中のＣ，Ｈ部分を示す部分拡大図である。図３Ｂは、図３Ａから図３Ｃへの切換途中を示す図である。図３Ｄから図３Ｆは、従来の開閉弁装置を示す図であり、図３Ａに類似する図である。

図１から図３は、本発明の一実施形態を示し、まず、図１によって開閉弁装置を備えるカップリング装置の構造を説明する。

上記カップリング装置の基準ブロック１に、可動ブロック２が着脱自在に上方から装着される。本発明のカップリング装置は、基準ブロック１に装着された第１継手５と、可動ブロック２に装着された第２継手６とを有する。その第１継手５内に第１給排路７が形成されると共に、第２継手６内に第２給排路８が形成される。

上記基準ブロック１に第１継手５の第１ケーシング１０がボルトによって固定される。その第１ケーシング１０は、外筒１１と、その外筒１１の内周孔の下部に螺合される内筒１２とを有する。その内筒１２は、外筒１１に保密状に螺合される大径部分１２ａと、その大径部分１２ａの上側に設けられた小径部分１２ｂとを有する。小径部分１２ｂと外筒１１の内周孔との間に隙間が形成され、その隙間に弁ケース（ケーシング）１５の大径部分１５ａが封止部材１２ｃを介して保密状で上下方向へ移動可能に挿入される。その大径部分１５ａの上側に小径部分１５ｂが突設される。また、弁ケース１５が駆動手段Ｄによって上下方向へ移動可能に挿入され、その駆動手段Ｄは、次のように構成される。

上記の外筒１１の内周孔と内筒１２の外周部と弁ケース１５の大径部分１５ａとによってロック室１６が区画形成される。そのロック室１６は、給排路１７を介して圧油供給源（図示せず）に接続されている。その給排路１７は、第１ケーシング１０に形成された流路１７ａと、基準ブロック１に形成された流路１７ｂとを有する。また、第１ケーシング１０の内周孔の上部に半径方向の内方に向けて突設された突出部分１０ａの下面と、弁ケース１５の大径部分１５ａの上面との間にリリースバネ１８が装着される。そのリリースバネ１８が弁ケース１５を下方へ付勢している。

上記の弁ケース１５の上端部から突出部分１５ｃが当該弁ケース１５の半径方向の内方へ突設される。図３Ａから図３Ｃに示すように、その突出部分１５ｃの内周壁にテーパ内周面１９が上方へ向かうにつれて先細りするように形成される。そのテーパ内周面１９に連続するように、逃がし面２０が当該テーパ内周面１９に交差するように形成される。なお、本実施形態の逃がし面２０は、弁ケース１５の軸心に対して垂直となるように形成されているが、これに限定されず、テーパ内周面１９に対して交差して角を形成していればよい。また、テーパ内周面１９の下端部または、テーパ内周面１９の下端部およびテーパ内周面１９と逃がし面２０との接続部によって第１弁座２１が形成される。さらに、その角が曲面状に加工される場合には、テーパ内周面１９と逃がし面２０との接続部によって第１弁座２１を形成するようにしてもよい。

上記の弁ケース１５の小径部分１５ｂの内周孔にリング状の案内部材２２が止め輪によって固定される。その案内部材２２の内周孔に第１弁部材２３の小径部分２３ａが上下方向に移動可能に挿入される。その第１弁部材２３の小径部分２３ａの上側に大径部分２３ｂが形成される。その大径部分２３ｂの外周壁が、上方へ向かうにつれて軸心に近づくように、テーパ外周面２４が形成されると共に、周方向に形成された装着溝２５を有する。その装着溝２５に封止部材であるＯリング２６が装着され、そのＯリング２６の外周部に第１弁面２７が形成され、その第１弁面２７が弁ケース１５の第１弁座２１に当接可能となっている。そのＯリング２６は、ゴム又は樹脂等の弾性体によって形成されている。また、装着前のＯリング２６の直径は、装着溝２５の底壁の直径と同じかそれより小さくなるように設定されている。このため、装着後のＯリング２６は、装着溝２５から外れる方向へ外力が作用されても、自らの弾性復元力によって装着溝２５の底壁に向けて付勢される。また、Ｏリング２６の下端面と装着溝２５の周縁近傍との間に隙間が形成されている。より詳しく言うと、その隙間３１は、第１弁面２７と第１弁座２１とが当接する位置から前記軸方向の下側位置に形成されている。このため、第１弁面２７が第１弁座２１に係合したときに、Ｏリング２６の内側部分が装着溝２５に密着もしくは近接した状態を維持しながら、外側部分が隙間３１に退避する。

上記の案内部材２２と第１弁部材２３の大径部分２３ａとの間に、第１閉弁バネ（第１付勢手段）２８が装着され、その第１閉弁バネ２８が第１弁部材２３を弁ケース１５の突出部分１５ｃに向けて押圧している。このため、その第１弁面２７が第１弁座２１に当接している。

上記の第１給排路７は、第１弁座２１および第１弁面２７の間に形成された開弁隙間と、弁ケース１５の内周孔と、案内部材２２に形成される連通孔２９と、内筒１２に形成される第１給排口３０と、によって構成される。

上記可動ブロック２に第２継手６の第２ケーシング（ケーシング）４０がボルトによって固定される。その第２ケーシング４０に装着孔４１が形成され、その装着孔４１の底壁に弁座部材４２が下方へ突設される。その弁座部材４２の下側外周壁にテーパ外周面４３が上方へ向かうにつれて先細りするように周方向に形成され、そのテーパ外周面４３の上側に連続するように逃がし面４４が形成される。テーパ外周面４３と逃がし面４４とによって角が形成される。なお、本実施形態の逃がし面４４は、弁座部材４２の軸心に対して垂直となるように形成されているが、これに限定されず、テーパ外周面４３に対して交差するように構成されていればよい。また、本実施形態の角部が曲面加工されており、その加工がされた部分（テーパ外周面４３と逃がし面４４との接続部分）とテーパ外周面４３の下端部とに第２弁座４５が周方向に形成される。上記の装着孔４１に筒状の第２弁部材４６が封止部材を介して保密状で上下方向へ移動可能に挿入される。その第２弁部材４６の下端側内周壁に上方に向かうにつれて先細りするテーパ内周面４６ａが形成され、そのテーパ内周面４６ａに装着溝４７が周方向に形成される。その装着溝４７に封止部材としてのＯリング４８が装着される。そのＯリング４８の外周壁に第２弁面４９が周方向に形成され、その第２弁面４９が上記の第２弁座４５に上側から当接可能となっている。そのＯリング４８は、ゴム又は樹脂等の弾性体によって形成されている。
上記のＯリング４８の下面と装着溝４７の周壁との間に隙間５０が形成される。このため、第２弁面４９が第２弁座４５に係合したときに、Ｏリング４８の外側部分が装着溝４７に密着もしくは近接した状態を維持しながら、外側部分が隙間５０に退避する。

上記の装着孔４１の底壁と第２弁部材４６との間に第２閉弁バネ（第２付勢手段）５３が装着され、その第２閉弁バネ５３が第２弁部材４６を弁座部材４２に向けて付勢している。このため、その第２弁面４９が第２弁座４５に上側から当接可能となっている。

上記の第２給排路８は、第２弁座４３と第２弁面４６との間に形成された開弁隙間と、装着孔４１と、その装着孔４１の底壁に形成された連通孔５４と、第２ケーシング４０の上部に形成された第２給排口５５とによって構成される。

上記の第２弁部材４５の下壁に溝５６が下方へ開口するように周方向に形成され、その溝５２に封止部材５７が装着される。これにより、上記の弁ケース１５が上方へロック駆動したときに、弁ケース１５の上端面が上記の封止部材５７に当接される（図２を参照）。

上記のカップリング装置は、図１及び図２に示すように、次のように作動する。
図１の分離状態では、第１継手５のロック室１６から圧油が排出されると共に、リリースバネ１８が弁ケース１５を下方へ移動させている。また、第１閉弁バネ２８が第１弁部材２３を上方に移動させている。
上記の第２継手６では、第２閉弁バネ５３が第２弁部材４６を下方に移動させている。

前記の可動ブロック２を図１の分離状態から図２の連結状態に切換えるときには、まず、図１に示すように、第２継手６を第１継手５の上方へ移動する。次いで、第２継手６を下方へ移動させていくと、弁ケース１５の突出部分１５ｃの上面に第２弁部材４６の封止部材５６が当接する。さらに、図２に示すように、第１継手５の支持面１０ｂに第２継手６の被支持面４０ａが当接する。
次いで、ロック室１６に圧油を供給すると、弁ケース１５がリリースバネ１８に抗して上方へ移動されていき、その弁ケース１５が第２弁部材４６を第２閉弁バネ５３に抗して上方へ移動させていく。次いで、弁ケース１５の上端部が、第２継手６の収容孔５８に挿入されていき、第２弁部材４６の第２弁面４９が弁座部材４２の第２弁座４５から離間されて開弁される。これと同時に、第１弁部材２３の大径部分２３ｂの上面が弁座部材４２の下面に当接されることにより、第１弁部材２３の第１弁面２７が弁ケース１５の第１弁座２１から離間されて開弁される。このため、第１継手５の第１給排路７と第２継手６の第２給排路８とが連通される。
最後に、図３に示すように、弁ケース１５が収容孔５８の底壁に受け止められ、第１継手５と第２継手６とが連結される。

上記のカップリング装置を図２の連結状態から図１の分離状態へ切換えるときには、まず、ロック室１６から圧油を排出すると、リリースバネ１８が弁ケース１５を下方へ移動させる。すると、第２閉弁バネ５３が第２弁部材４６を下方へ移動させると共に、第１閉弁バネ２８が第１弁部材２３を閉弁方向へ移動させる。これにより、第１弁部材２３の第１弁面２７が第１ケーシング１０の第１弁座２１に当接して閉弁されると共に、第２弁部材４６の第２弁面４９が弁座部材４２の第２弁座４５に当接して閉弁する。
その後可動ブロック２を上方へ搬出すると、図１に示すように、第２継手６が第１継手５から分離される。

上記実施形態の開閉弁装置は、図３Ｄから図３Ｆに示す従来の開閉弁装置に比べて次の点で優れている。
従来の開閉弁装置では、筒状の弁部材６４の薄肉部６９を塑性変形させて、装着溝６７の周壁が封止部材６８を把持することにより、封止部材６８を弁部材６４に固定している。このため、装着溝６７の周壁が封止部材６８を均一に押圧しなければ、封止部材６８の外周面の高さや、封止部材６８の弾性にムラ、封止部材６８のねじれが生じるおそれがある。また、装着溝６７の周壁が封止部材６８を押圧しているので、その開閉弁装置を閉弁させるときに、押圧力に抗して弁部材６４を弁座６３に向けて強力に押す必要がある。また、従来の開閉弁装置を図３Ｄの閉弁状態から図３Ｆの開弁状態に切り換える途中において、図３Ｅに示すように、弁ケース６０のテーパ内周面６２全体によって構成される弁座６３から、弁面６３が当該弁座６３に対して広い面積で密着した状態で弁ケース６０の突起部６１から弁部材６４が離間されるので、装着溝６７から封止部材６８を引きはがそうとする力が作用する。このため、封止部材６８が摩耗したり破損したり、装着溝６７から離脱したり、装着溝６７内でよじれたりするおそれがある。
これに対して、本実施形態の開閉弁装置では、弁部材２３，４６に形成される装着溝２５，４７にＯリング２６，４８が装着溝２５，４７の周壁によって押圧されることなく均一に装着される。また、Ｏリング２６，４８は、装着溝２５，４７の周壁によって押圧されていないので、小さな押圧力によって弾性変形できる。すなわち、閉弁バネ２８，５３のバネ定数を小さく設定でき、バネを小さくできる。さらに、本実施形態の開閉弁装置では、弁座２１，４５に隣接して逃がし面２０，４０が形成されると共に、弁部材２３，４６の軸方向であって弁面２７，４９の反対側外周面と、装着溝２５，４７の周壁との間に隙間３１，５０が形成される。このため、Ｏリング２６，４８の個体差による大きさのばらつきがあっても、Ｏリング２６，４８が隙間３１，５０に退避してばらつきを吸収できる。また、逃がし面２０，４０を設けることにより、弁面２７，４９と弁座２１，４５との接触面積を小さくできるので、離間時に装着溝６７から封止部材６８を引きはがそうとする力が作用しにくい。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
上記の実施形態では、開閉弁装置が、カップリング装置内に備えられるが、これに限らず、他の弁装置、例えば逆止弁、減圧弁、リリーフ弁などに適用してもよい。
上記のテーパ内周面およびテーパ外周面は、軸方向に対してテーパ状に形成されることに限られず、鉛直面であってもよい。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

Claims (2)

1. 筒状のケーシング（１５）の内周壁にその筒孔の軸方向の先端側へ向かうにつれて先細りするように形成されるテーパ内周面（１９）と、
   前記テーパ内周面（１９）の前記軸方向の基端側に連続するように形成される逃がし面（２０）であって、前記テーパ内周面（１９）に交差するように形成される逃がし面（２０）と、
   前記テーパ内周面（１９）の前記軸方向の基端側部分に形成される第１弁座（２１）と、
   前記ケーシング（１５）の筒孔内に前記軸方向に移動可能に挿入される第１弁部材（２３）と、
   前記第１弁部材（２３）の外周壁に前記先端側へ向かうにつれて軸心に近づくように形成されるテーパ外周面（２４）と、
   前記テーパ外周面（２４）に周方向に開口される装着溝（２５）と、
   前記装着溝（２５）に装着される封止部材（２６）であって、その封止部材（２６）の前記軸方向の先端側内周面が前記装着溝（２５）に密着される封止部材（２６）と、
   前記封止部材（２６）の外周壁に形成されると共に、前記第１弁座（２１）に当接可能となっている第１弁面（２７）と、
   前記封止部材（２６）の前記軸方向の基端側外周面と前記装着溝（２５）の前記軸方向の基端側内周面との間に形成される隙間（３１）と、を備える、
   ことを特徴とする開閉弁装置。
2. ケーシング（４０）に形成される装着孔（４１）と、
   前記装着孔（４１）の底壁に当該装着孔（４１）の軸方向の先端側へ突設される弁座部材（４２）と、
   前記弁座部材（４２）に前記基端側へ向かうにつれて先細りするように周方向に形成されるテーパ外周面（４３）と、
   前記テーパ外周面（４３）の前記軸方向の基端側に連続するように形成されると共に、テーパ外周面４３と交差する逃がし面（４４）と、
   前記テーパ外周面（４３）の前記軸方向の基端側に周方向に形成される第２弁座（４５）と、
   前記装着孔（４１）に前記軸方向に移動可能に挿入される筒状の第２弁部材（４６）と、
   前記第２弁部材（４６）の内周壁に前記軸方向の基端側に向かうにつれて先細りするように形成されるテーパ内周面（４６ａ）と、前記テーパ内周面（４６ａ）に周方向に開口される装着溝（４７）に装着される封止部材（４８）と、
   前記封止部材（４８）の外周壁に周方向に形成されると共に、前記第２弁座（４５）に当接可能となっている第２弁面（４９）と、
   前記封止部材（４８）の前記軸方向の基端側外周面と前記装着溝（４７）の前記基端側内周面との間に形成される隙間（５０）と、を備える、
   ことを特徴とする開閉弁装置。