JP2000018400A - ポペット弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体圧によるシール部材の浮き上がりを抑制
し、シール部材による弁座のシールを安定的に行えるよ
うにしたポペット弁を提供する。 【解決手段】 弁ボディ１０における弁孔１１のポート
開設部の両側に弁体１２により開閉される弁座１３ａ，
１３ｂを設ける。シール部材１７ａ，１７ｂは、弁棒１
５の周囲に設けた収容溝１６ａ，１６ｂ内に嵌着し、シ
ール部材の外周にはそれを収容溝内に保持するためのリ
ング部材３８を被着する。シール部材には、弁座１３
ａ，１３ｂに圧接する平坦部３１と、該平坦部３１の内
側において収容溝に付設した係止凹部２６ａ，２６ｂに
係止する凸部３２と、外周においてリング部材により保
持される当接部３３とを設ける。これにより、上記平坦
部３１を、係止凹部に係止した凸部３２とリング部材に
より保持された外周の当接部３３とによってはさみ込
み、弁座への対向位置に保持させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流れの方向
を切り換える３ポート弁等において用いるのに適したポ
ペット弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スプール形の切換弁として、弁ボディを
貫通する弁孔に弁棒を摺動自在に挿入して、弁ボディに
開設されたポート間の流路を、上記弁棒に嵌着したシー
ル部材により切り換えるようにしたものが多用されてい
る。しかしながら、この種の切換弁では、場合によっ
て、流れの方向を切り換えようとする流体がシール部材
の収容溝内に流入し、該シール部材の内外面に作用する
流体圧のバランスがくずれたときにシール部材を収容溝
から押し上げ、それがシール部材を収容溝から脱出させ
たりするトラブルの原因になったり、弁座のシールを不
安定化する。

【０００３】このような流体圧によるシール部材の押し
上げは、ポペット形のシール部材を有するポペット弁に
おいても同様である。しかしながら、ポペット形のシー
ル部材では、流体圧によるシール部材の変形があって
も、弁座に圧接するシール面が一定の許容範囲内で位置
決めできれば、該シール面が弁座に対して弁孔の軸線方
向に圧接するので、シール部材による弁座のシールが安
定化する。しかも、ポペット弁ではシール部材の外周面
をシール等のために使用しないので、当該外周面をシー
ル部材の保持に利用し、そのシール面の位置決めを安定
的に行える可能性がある。なお、上述した切換弁では、
シール部材を弁棒の収容溝内に接着し、あるいは焼き付
けするなどの手段によりその位置決めを安定化すること
もできるが、製造工程が複雑化して製造コストを押し上
げることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、基本的には、流体圧によるポペット形のシール部材
の浮き上がりを簡単な手段で抑制し、シール部材による
弁座のシールを安定的に行えるようにしたポペット弁を
提供することにある。本発明の更に具体的な技術的課題
は、流体圧によるシール部材の変形があっても、弁座に
圧接するシール面を一定の許容範囲内で位置決めできる
ようにして、シール部材による弁座のシールを安定化で
きるようにしたポペット弁を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、弁ボディに、弁棒を摺動自在に挿入する
弁孔を開設すると共に、該弁孔に連通する複数のポート
を開設し、上記弁ボディのポート間に形成された弁座を
上記弁棒に設けた環状のポペット形のシール部材により
開閉して、ポート間の流体の流れを切り換えるポペット
弁において、上記弁ボディにおける弁孔のポートの開設
部に、弁孔の周囲を拡径して、該弁孔の軸線の方向に圧
接するシール部材によりシールされる弁座を設け、上記
シール部材は、弾性部材により成形して、弁棒の周囲に
設けた収容溝内に嵌着し、上記シール部材の周囲には、
該シール部材を収容溝内に保持するためのリング部材を
被着し、上記シール部材には、上記弁座に圧接する平坦
部と、該平坦部の内側に設けられて弁棒の収容溝に付設
した係止凹部に係止する凸部と、外周において上記リン
グ部材により保持される当接部とを形成し、弁座に圧接
する上記シール部材の平坦部を、弁棒の係止凹部に係止
した凸部とリング部材により保持された外周の当接部と
によってはさみ込むことにより、弁座への対向位置に保
持させたことを特徴とするものである。

【０００６】上記ポペット弁においては、弁棒における
シール部材の収容溝内に、シール部材における平坦部の
背面側に当接して、弁座に対する上記シール部材の圧接
力を付与するバックアップ面を形成することができる。
また、上記ポペット弁においては、弁ボディにおける弁
孔のポートの開設部における該弁孔の軸線方向の両側に
弁座を設け、弁棒の周囲には、それぞれの弁座に圧接す
るシール部材をそれぞれの収容溝内に嵌着することによ
って配設し、それらのシール部材の周囲には、それらの
シール部材を収容溝内に保持するための共通のリング部
材を被着し、該リング部材に、各シール部材の周囲の圧
力を均等化するための通気孔を開設することができる。

【０００７】上記構成を有するポペット弁では、弁座に
圧接するシール部材の平坦部を、弁棒における収容溝の
係止凹部に係止した該シール部材の凸部と、シール部材
の外周に被着したリング部材により保持される外周の当
接部とによってはさみ込み、流体圧によりシール部材が
変形することがあっても、上記平坦部を一定の許容範囲
内で弁座への対向位置に保持させるようにしているの
で、シール部材による弁座のシールが安定的に行われ
る。また、弁孔のポートの開設部における該弁孔の軸線
方向の両側に弁座を設け、弁棒の周囲に、それぞれの弁
座に圧接するシール部材をそれぞれの収容溝内に嵌着し
て、それらのシール部材を共通のリング部材により保持
させる場合には、リング部材に通気孔を開設してシール
部材の周囲の圧力をできるだけ均等化することにより、
流体圧によるシール部材の変形を有効に抑止することが
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るポペット弁
の好ましい実施例である直動形３ポート電磁弁の全体的
構成を、図２ないし図４はそれらの要部を示している。
図１に示す直動形の３ポート電磁弁は、３ポートの主弁
部１と電磁操作部５とを備えたものである。上記主弁部
１の弁ボディ１０は、弁体１２を摺動自在に挿入する弁
孔１１を開設すると共に、該弁孔１１に連通する圧縮空
気の供給ポートＰ、出力ポートＡ及び排出ポートＲを開
設している。そして、上記複数のポートのうちで、弁孔
１１における出力ポートＡの開口部の両側には、一対の
弁座１３ａ，１３ｂを設けている。これらの弁座１３
ａ，１３ｂは、弁孔１１の出力ポートＡの開口部の周囲
を拡径して、その拡径部における弁孔１１の軸線方向の
両側に対向させて設けたものであり、前記弁体１２にお
ける弁棒１５の収容溝１６ａ，１６ｂに嵌着したシール
部材１７ａ，１７ｂの圧接によりそれぞれシールされる
ものである。

【０００９】上記弁座１３ｂは、弁ボディ１０における
弁孔１１の拡径部に直接的に設けているが、それに対向
する弁座１３ａは、弁孔１１の上記拡径部と同程度に拡
径された拡径孔１１ａに気密に嵌着しているリテイナ１
４上に設けている。これにより、弁棒１５におけるシー
ル部材１７ａ，１７ｂの取付け部において部分的に弁孔
１１よりも大径になる弁棒１５を、弁孔１１に対して容
易に挿入し、且つ弁孔１１における出力ポートＡの開口
部の両側に一対の弁座１３ａ，１３ｂを対向状態に設け
ることができる。なお、上記リテイナ１４には供給ポー
トＰを弁孔１１に連通させる開口１４ａを開設してい
る。また、上記弁ボディ１０における弁孔１１の一端
は、弁ボディ１０における弁孔１１に嵌着したリテイナ
１４との間にシールリング１９を介して固定した端蓋２
０によって気密に閉鎖し、弁ボディ１０の他端には前記
電磁操作部５を設けている。

【００１０】上記弁孔１１内を摺動する弁体１２は、軸
方向の通気孔２２を有する弁棒１５の外周に設けた一対
の収容溝１６ａ，１６ｂに、図２によって以下に詳述す
る環状のポペット形のシール部材１７ａ，１７ｂを嵌着
することにより形成し、弁棒１５の軸方向両端に嵌着し
たエンドシール２４により両端をシールして弁孔１１内
に摺動自在に嵌挿している。そして、弁棒１５と端蓋２
０との間に復帰用の弁ばね２５を縮設し、また該弁棒１
５の他端は電磁操作部５における可動鉄心５１の端部に
圧嵌した合成樹脂性のキャップ５２に当接させている。
上記弁棒１５内の通気孔２２は、弁棒１５の両端部の圧
力を均等にして弁棒１５に作用する流体圧の影響をなく
すためのものである。

【００１１】このような構成を有する主弁部１は、電磁
操作部５の可動鉄心５１により弁体１２を駆動し、ある
いは上記弁ばね２５により弁体１２を復帰させると、シ
ール部材１７ａが弁座１３ａから離れて、供給ポートＰ
と出力ポートＡとの間を連通させると同時に、シール部
材１７ｂが弁座１３ｂに圧接して出力ポートＡと排出ポ
ートＲとの間を遮断する切換位置と、シール部材１７ａ
が弁座１３ａに圧接して、供給ポートＰと出力ポートＡ
との間を遮断すると同時に、シール部材１７ｂが弁座１
３ｂから離間して出力ポートＡと排出ポートＲとの間を
連通させる切換位置とに切り換えられるものである。

【００１２】次に、図２ないし図４を参照して、ポペッ
ト形のシール部材等について説明するが、上記シール部
材１７ａとシール部材１７ｂの構成、及びそれらによる
弁座の開閉作用は、シール部材１７ａが供給ポートＰと
出力ポートＡ間の連通を通断し、シール部材１７ｂが出
力ポートＡと排出ポートＲ間の連通を通断する点以外は
ほぼ同等であるから、その同等部分についてシール部材
１７ａについてのみ説明し、シール部材１７ｂの説明を
省略する。

【００１３】上記シール部材１７ａは、合成ゴム等の弾
性部材により成形し、それを前記弁棒１５の周囲に設け
た収容溝１６ａ内に嵌着しているが、該シール部材１７
ａには、収容溝１６ａから突出する部分に、上記弁座１
３ａに圧接する平坦部３１を形成すると共に、該平坦部
３１の内側に、弁棒１５の収容溝１６ａに付設した係止
凹部２６ａに係止する凸部３２を設けている。また、該
シール部材１７ａの外周には、弁棒１５に被着したリン
グ部材３８により保持される当接部３３を形成してい
る。さらに、弁棒１５におけるシール部材１７ａの収容
溝１６ａ内には、シール部材１７ａにおける上記平坦部
３１の背面側に当接して、弁座１３ａに対する上記シー
ル部材１７ａの圧接力を付与するバックアップ面２７ａ
を形成している。なお、上記収容溝１６ａの係止凹部２
６ａ及びバックアップ面２７ａに対応して、収容溝１６
ｂにも係止凹部２６ｂ及びバックアップ面２７ｂを設け
ているのは勿論である。

【００１４】上記リング部材３８は、弁孔１１に設けた
二つの弁座１３ａ，１３ｂに対応する上記シール部材１
７ａ，１７ｂの周囲に、それらのシール部材１７ａ，１
７ｂを収容溝１６ａ，１６ｂ内に保持するための共通の
リング部材として被着したもので、弁棒１５に係合させ
ることにより該シール部材の周囲に被着、固定してい
る。該リング部材３８には、各シール部材１７ａ，１７
ｂの周囲の圧力を均等化するための通気孔３９を開設し
ているが、これによりシール部材１７ａ，１７ｂが流体
圧により受ける変形、収容溝からの浮き上がり等の影響
を有効に抑止することができる。

【００１５】このようにして、弁座１３ａに圧接するシ
ール部材１７ａの平坦部３１を、弁棒１５の係止凹部２
６ａに係止した凸部３２とリング部材３８により保持さ
れた外周の当接部３３とによってはさみ込むことによ
り、シール部材１７ａがそれに作用する流体圧で変形す
るようなことがあっても、その変形を一定の許容範囲内
に収め、該平坦部３１を弁座１３ａへの対向位置に位置
決め保持させることが可能になり、シール部材１７ａに
よる弁座１３ａのシールを安定化することができる。上
記シール部材１７ａの変形を抑止するための凸部３２の
突出量ｘは、比較的小型のポペット弁で、ｘ≧０．２ｍ
ｍ程度が適切であり、また、上記シール部材１７ａが若
干変形することを前提として設定する平坦部３１の内側
径、即ち、弁座１３ａの内径φＡと平坦部３１の内側径
φＢの差は、φＡ−φＢ≦１ｍｍ程度とするのが望まし
い。

【００１６】上記電磁操作部５は、図１に示すように、
励磁コイル５３を巻いたボビン５４と、励磁コイル５３
を囲む磁気フレーム５５と、ボビン５４の中心孔の一端
に挿入固定されて磁気フレーム５５に連結された固定鉄
心５６と、ボビン５４の中心孔に摺動可能に挿入された
前記可動鉄心５１とを備えたものであり、可動鉄心５１
の端部に圧嵌した前記キャップ５２と磁気フレーム５５
との間にばね５７を縮設している。上記ばね５７の付勢
力は、前記弁ばね２５の付勢力より大きく設定され、そ
のため励磁コイル５３への通電を解除したときには、図
１の下半に示すように、弁座１３ａに対してシール部材
１７ａがばね５７の力と弁ばね２５の力との差に相当す
る力で圧接され、一方、コイル５３へ通電したときに
は、図１の上半に示すように、弁座１３ｂに対してシー
ル部材１７ｂが弁ばね２５の付勢力により圧接される。

【００１７】なお、図１中において、符号６０は、弁ボ
ディ１０に設けて、その押圧（図の左半を参照）により
可動鉄心５１の端部を押圧できるようにした手動操作用
押釦を示している。

【００１８】上述の実施例においては、本発明のポペッ
ト弁を電磁操作方式の直動形３ポート電磁弁に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、流体圧操作方式や機械操作方式の切換弁にも適用す
ることができる。また、上記ポペット弁は、出力ポート
Ａを供給ポートＰと排出ポートＲとに切り換えて連通さ
せる周知の３ポート弁として構成されているが、３ポー
ト弁に限定されるものではなく、４ポート弁または５ポ
ート弁とすることもできる。それらの場合において、リ
ング部材は、複数のシール部材に共通のものとして被着
することなく、単一のシール部材に被着することもでき
る。

【００１９】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明のポペッ
ト弁によれば、流体圧によるシール部材の浮き上がりを
簡単な手段によって抑制し、流体圧によるシール部材の
変形があっても、弁座に圧接するシール面を一定の許容
範囲内で位置決めできるので、シール部材による弁座の
シールを安定的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポペット弁の実施例としての直動
形３ポート電磁弁の全体的構成を示す縦断面図である。

【図２】同要部拡大断面図である。

【図３】上記実施例におけるポペット形のシール部材の
部分破断斜視図である。

【図４】上記実施例におけるリング部材の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 弁ボディ １１ 弁孔 １３ａ，１３ｂ 弁座 １５ 弁棒 １６ａ，１６ｂ 収容溝 １７ａ，１７ｂ シール部材 ２６ａ，２６ｂ 係止凹部 ２７ａ，２７ｂ バックアップ面 ３１ 平坦部 ３２ 凸部 ３３ 当接部 ３８ リング部材 ３９ 通気孔 Ｐ 供給ポート Ａ 出力ポート Ｒ 排出ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 田 英 幸 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４−２−２ エスエムシー株式会社筑波技術センター内 Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA02 CA12 CA23 CB02 3H067 AA17 CC38 DD05 DD32 DD49 EA14 EA33 EB03 FF17 GG02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁ボディに、弁棒を摺動自在に挿入する弁
   孔を開設すると共に、該弁孔に連通する複数のポートを
   開設し、上記弁ボディのポート間に形成された弁座を上
   記弁棒に設けた環状のポペット形のシール部材により開
   閉して、ポート間の流体の流れを切り換えるポペット弁
   において、 上記弁ボディにおける弁孔のポートの開設部に、弁孔の
   周囲を拡径して、該弁孔の軸線の方向に圧接するシール
   部材によりシールされる弁座を設け、 上記シール部材は、弾性部材により成形して、弁棒の周
   囲に設けた収容溝内に嵌着し、 上記シール部材の周囲には、該シール部材を収容溝内に
   保持するためのリング部材を被着し、 上記シール部材には、上記弁座に圧接する平坦部と、該
   平坦部の内側に設けられて弁棒の収容溝に付設した係止
   凹部に係止する凸部と、外周において上記リング部材に
   より保持される当接部とを形成し、 弁座に圧接する上記シール部材の平坦部を、弁棒の係止
   凹部に係止した凸部とリング部材により保持された外周
   の当接部とによってはさみ込むことにより、弁座への対
   向位置に保持させた、ことを特徴とするポペット弁。
2. 【請求項２】弁棒におけるシール部材の収容溝内に、シ
   ール部材における平坦部の背面側に当接して、弁座に対
   する上記シール部材の圧接力を付与するバックアップ面
   を形成した、ことを特徴とする請求項１に記載のポペッ
   ト弁。
3. 【請求項３】弁ボディにおける弁孔のポートの開設部に
   おける該弁孔の軸線方向の両側に弁座を設け、 弁棒の周囲には、それぞれの弁座に圧接するシール部材
   をそれぞれの収容溝内に嵌着することによって配設し、 それらのシール部材の周囲には、それらのシール部材を
   収容溝内に保持するための共通のリング部材を被着し、 該リング部材に、各シール部材の周囲の圧力を均等化す
   るための通気孔を開設した、ことを特徴とする請求項１
   または２に記載のポペット弁。