JP2004011680A

JP2004011680A - 三方切換弁

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Publication number: JP2004011680A
Application number: JP2002162607A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Hirota; 広田　久寿
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP4052881B2

Abstract

【課題】弁機構がコンパクトで高圧の流体の流路切り換えができ、流体の内部リークがないパイロット作動式の三方切換弁を目的とする。
【解決手段】主弁体５、ピストン１４およびソレノイドをそれぞれ１つで構成して、弁機構をコンパクトにした。パイロット弁体２０を含むソレノイド駆動のパイロット弁が、ピストン１４の調圧室に通路２２を介して入口ポート２の高圧を導入したり、通路２４，２５、弁体２６，２９を含む２つの逆止弁、通路３１，３２を介して流体が流れていない側の第１または第２出口ポート３，４の低圧を導入して、主弁を切り換える構成にした。主弁の切り換え時にピストン１４の調圧室またはパイロット弁の低圧側の圧力を、主弁体５が閉じている側の低圧の第１または第２出口ポートに逃がすが、切り換わった後は、流体の流れはなく、主弁の切り換わり状態を維持するための流体の微少漏れもない。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三方切換弁に関し、特に流体の流路を電磁作動によって切り換える三方切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、供給源から供給された流体の流れを２つの出口に振り分けるように動作する三方切換弁が知られている。三方切換弁は、２つの弁座を有し、一方が閉じているときには他方は開いているという動作をするが、その動作は、弁体をソレノイドで駆動したり、モータで駆動したり、あるいは流体の圧力差を利用したりしている。ソレノイド式のものでは、２つのソレノイドを設けてそれらが２つの弁体を交互に駆動する構成のものがある。また、圧力差を利用するタイプは、ポンプの吐出側と吸引側との圧力の差が弁体もしくは弁体を駆動する部分に導入する必要があり、従来の三方切換弁には、キャピラリチューブをポンプの吸引側に接続して差圧を作るようにしたものがある。
【０００３】
これに対し、弁機構をコンパクトにするため、１つのソレノイドを有し、かつ外部にチューブを持たない構成の三方切換弁がたとえば特開平４−３１２２７６号公報で公知である。この三方切換弁は、同一軸線上にソレノイドと２つの弁体とを配置し、ダイヤフラム式のパイロット機構を用いた三方電磁弁を構成している。ソレノイドの非通電時は、プランジャに設けられたパイロット弁体がスプリング力によりパイロット弁孔を閉じることでソレノイド側の弁体を閉じるとともにソレノイドと反対側の弁体を開け、逆に、ソレノイドの通電時は、パイロット弁を開けることでダイヤフラム室の圧力を開こうとする弁体の下流側に逃がし、供給された流体の圧力によってソレノイド側の弁体を開くとともにソレノイドと反対側の弁体を閉じるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような三方切換弁は、パイロット機構にダイヤフラムを用いているため、特に非常に高い圧力の流体の流れを切り換えるのに使用しようとする場合に耐久性の点で問題があり、２つの弁体を連動して開閉するために２つの出口通路を隔てている隔壁を貫通して駆動シャフトが設けられているが、その駆動シャフトを摺動自在に保持している部分にて流体の微少リークが発生するといった問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁機構がコンパクトで高圧の流体の流路切り換えを行うことができ、かつ、流体の内部リークがないパイロット作動式の三方切換弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、入口ポートに導入された流体を第１出口ポートまたは第２出口ポートに流すように切り換える三方切換弁において、前記入口ポートを前記第１出口ポートまたは前記第２出口ポートに連通するように切り換える主弁と、前記主弁の主弁体を駆動して前記主弁の切り換えを行うピストンと、前記ピストンの調圧室を高圧または低圧にするように切り換えを行うパイロット弁と、前記パイロット弁のパイロット弁体を駆動して前記パイロット弁の切り換えを行うソレノイドと、前記パイロット弁の低圧側を前記主弁によって閉じられている前記第１出口ポートまたは前記第２出口ポートに連通させる低圧制御弁と、を備えていることを特徴とする三方切換弁が提供される。
【０００７】
このような三方切換弁によれば、入口ポートを第１出口ポートまたは第２出口ポートに連通するように切り換える主弁の主弁体、および、この主弁体の切り換え動作を制御するソレノイドをそれぞれ１つで構成したことにより、弁機構がコンパクトになり、かつ、パイロット弁の低圧側を主弁によって閉じられている側の第１出口ポートまたは第２出口ポートに連通させるようにした低圧制御弁を備えていることにより、ピストンの調圧室またはパイロット弁の低圧側を、流体が流出していない低圧の出口ポートに繋がっているだけで、三方切換弁内部での流体の微少漏れはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による三方切換弁の内部構造をソレノイドオフ時の状態で示す縦断面図、図２は本発明による三方切換弁の内部構造をソレノイドオン時の状態で示す縦断面図である。
【０００９】
三方切換弁は、ボディ１の側面に流体を導入する入口ポート２と、この入口ポート２を挟んで両側に第１出口ポート３および第２出口ポート４とを有している。入口ポート２に連通する空間には主弁体５が配置されている。この主弁体５の図の上方には、これに対向して主弁座６がボディ１と一体に形成されており、図の下方の第２出口ポート４に連通する空間には、上端部に主弁体５に対向する主弁座７を有するキャップ８が配置され、ボディ１の主弁体挿入用の下端開口部を閉止している。主弁体５は、主弁座６，７に着座する部分にリング状の弁シート９，１０が設けられている。この弁シート９，１０は、着座時のシール性を高めるために柔軟性のある材質で作られており、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン製のシール部材とすることができる。弁シート９，１０は、また、主弁座６，７の弁孔の内壁に摺接されたガイド１１，１２によって主弁体５に保持されている。このガイド１１，１２は、主弁体５が切り換え動作するときにその軸線方向に移動するのをガイドするとともに、切り換え動作の途中で、入口ポート２が第１出口ポート３と第２出口ポート４とに同時に連通することがないようにするためのものである。キャップ８の中には、主弁体５を図の上方へ付勢するスプリング１３が介挿されている。
【００１０】
ボディ１は、また、主弁座６の上方にシリンダボアが形成され、その中にピストン１４が配置され、そのピストン１４は、シャフト１５によって主弁体５に接続されている。シリンダボアの上端には、ソレノイド駆動のパイロット弁が設けられている。すなわち、シリンダボアの上端開口部にパイロット弁座１６を有するプラグ１７およびパイロット弁座１８を有するプラグ１９が配置され、パイロット弁座１６，１８の間の空間にはパイロット弁体２０とそのパイロット弁体をパイロット弁座１８に着座させる方向に付勢するスプリング２１とが配置されている。
【００１１】
プラグ１７は、パイロット弁座１６の弁孔が側面に開口されていて、その開口部は、ボディ１に形成された通路２２の一端に連通するようになっている。この通路２２の他端は、入口ポート２に連通している。プラグ１７は、また、パイロット弁体２０が配置されている空間とピストン１４の調圧室とを連通する通路２３を有している。一方、プラグ１９は、パイロット弁座１８の弁孔がその上部の空間に開口されている。この空間は、ボディ１に形成された通路２４に連通している。
【００１２】
この通路２４は、２つの逆止弁を対向配置した低圧制御弁の真中の部屋に通路２５を介して連通している。低圧制御弁は、ボディ１に形成された穴に、弁体２６および弁座２７からなる逆止弁と、弁座２８および弁体２９からなる逆止弁とを配置し、その穴の開口端をキャップ３０で閉止することによって構成される。各逆止弁の弁体２６，２９は、それぞれ弁座２７，２８の弁孔を貫通して延びるシャフトが一体に形成されており、その先端面は互いに当接していて、弁体２６，２９の一方が弁閉しているときには、シャフトを介して他方が押し開けられるようになっている。弁体２６が配置されている空間、すなわち上側の逆止弁の正流れ下流側の空間は、通路３１を介して第１出口ポート３に通じる部屋に連通し、弁体２９が配置されている空間、すなわち下側の逆止弁の正流れ下流側の空間は、通路３２を介して第２出口ポート４に通じる部屋に連通している。
【００１３】
パイロット弁を構成するプラグ１９の上方には、パイロット弁を駆動するソレノイドが設けられている。ソレノイドは、ボディ１の上部開口部を閉止する蓋を兼ねて一体に形成されたコア３３を有し、その上半分は、スリーブ３４に嵌入されている。このスリーブ３４内には、プランジャ３５が遊挿され、スリーブ３４の上端部は、キャップ３６によって閉止されている。スリーブ３４の外側には電磁コイル３７が周設され、ヨーク３８によって囲繞されている。
【００１４】
コア３３およびプランジャ３５は、その中心の軸線位置に穴が貫通形成されている。プランジャ３５の貫通穴は、途中に段差が設けられていて、上方が下方よりも大径になっている。その大径の穴には、ホルダ３９と、このホルダ３９を段差部に当接する方向に付勢するスプリング４０とが収容されている。プランジャ３５の小径の穴とコア３３の貫通穴には、シャフト４１が配置されており、その上端部はホルダ３９に当接し、下端部はパイロット弁体２０に固定されてパイロット弁座１８の弁孔を貫通して延びているシャフト４２に当接している。
【００１５】
なお、キャップ８，３０、プラグ１７，１９、弁座２７，２８およびコア３３をボディ１に挿入する際に、それぞれＯリングによるシールが行われ、ボディ１に形成された通路２２，２５の開放端は、止め栓４３，４４によって閉止されている。ピストン１４にも、ピストンリング４５が周設されて、上部の調圧室と下部の空間との間をシールしている。ただし、ここでのシールは十分なシール性は要求されない。なぜなら、パイロット弁が切り換わってピストン１４が動き始めるときにある程度のシール性を持っていればよく、主弁体５を駆動して主弁が切り換わった後は、ピストン１４の上部の調圧室と下部の空間とがいずれも第１または第２出口ポート３，４の２次圧と同に圧力になるからである。つまり、この部分のシールには、Ｖパッキンのような十分なシール性を有するシール材を使わなくてもよいのである。
【００１６】
以上の構成の三方切換弁において、電磁コイル３７が通電されていないソレノイドオフであって、入口ポート２に流体が導入されていないときには、パイロット弁を駆動するソレノイド力が生じないので、パイロット弁体２０は、スプリング２１によって図の上方へ押し上げられ、パイロット弁座１８に着座している。これにより、パイロット弁の上側が閉じ、下側が開くことになる。したがって、ピストン１４の上部の調圧室は、通路２２およびパイロット弁を通じて連通していることになる。また、主弁体５は、スプリング１３によって上方へ押し上げられていて、入口ポート２と第１出口ポート３との間は遮断され、入口ポート２と第２出口ポート４との間は連通している。
【００１７】
ここで、入口ポート２に流体が導入されると、その流体は、最初は、開いている第２出口ポート４へ流れるが、その流体の圧力が通路２２およびパイロット弁を介してピストン１４の上部の調圧室に導入されるので、調圧室は高圧になる。ピストン１４は、有効受圧面積が主弁体５よりも大きく設計されているので、ピストン１４および主弁体５にかかる圧力差によって、ピストン１４が下に押し下げられ、その結果、主弁体５も下に押し下げられ、図１に示した状態になる。したがって、入口ポート２は第１出口ポート３と連通して、入口ポート２に導入された流体は第１出口ポート３へと流れることになる。これにより、ピストン１４の上下面には同じ圧力がかかるため、ピストン１４の駆動力はなくなり、主弁体５は、導入された流体の１次圧により押し下げられて、図１に示した状態を維持する。このとき、低圧制御弁の上側の逆止弁の弁体２６が通路３１を介して第１出口ポート３へ流れる流体の圧力を受け、弁座２７に着座して弁閉する。この弁閉動作に連動して弁体２９が下に押し下げられ、開弁する。これによって、閉じている側のパイロット弁の下流側は、通路２４，２５，３２を介して第２出口ポート４と連通していることになる。
【００１８】
この状態で、次に、電磁コイル３７が通電されるソレノイドオンの状態になると、まず、プランジャ３５がコア３３に吸引されて吸着される。これに連れて、ホルダ３９がスプリング４０の付勢力によってプランジャ３５内の段差部に向かって押し下げられる。これとともにホルダ３９がシャフト４１を押し下げ、パイロット弁体２０に固定されたシャフト４２を押し下げる。その結果、パイロット弁体２０は、スプリング２１の付勢力に抗して下方へ押し下げられ、下側のパイロット弁座１６に着座する。つまり、パイロット弁体２０は、プランジャ３５の吸引動作によって下側のパイロット弁座１６に着座するが、その後は、プランジャ３５内のスプリング４０の付勢力によって下側のパイロット弁座１６への着座状態が維持されている。これにより、パイロット弁の上側が開き、下側が閉じることになる。
【００１９】
したがって、ピストン１４の上部の調圧室は、パイロット弁、通路２４，２５および下側の逆止弁を通じて閉塞している側の第２出口ポート４に連通することになるので、調圧室内の流体が第２出口ポート４へ流れるようになり、調圧室の圧力が低下する。調圧室の圧力が低下することで、ピストン１４は、第１出口ポート３における２次圧によって押し上げられ、主弁体５を引っ張り上げる。
【００２０】
このとき、まず、弁シート１０が主弁座７から離れるが、下側のガイド１２が弁孔を塞いでいるため、主弁の下側は、まだ、閉じたままである。さらに主弁体５が上昇すると、上側のガイド１１が主弁座６の弁孔に進入して主弁の上側も閉じる。これにより、入口ポート２は閉塞されるので、第１出口ポート３および第２出口ポート４の両方に同時に流体が流れ出ることはない。さらに主弁体５が上昇すると、下側のガイド１２が弁孔から抜け出ることによって主弁の下側が開き、入口ポート２の流体が第２出口ポート４へ流出するようになる。
【００２１】
このとき、ピストン１４の上部の調圧室が低圧、主弁体５には入口ポート２の流体圧力がかかっているため、その差圧で主弁体５が押し上げられる。また、第２出口ポート４の圧力が高くなることで、その圧力が通路３２を介して下側の逆止弁に導入されるため、下側の逆止弁の弁体２９がその圧力を受け、弁座２８に着座して弁閉する。この弁閉動作に連動して上側の逆止弁の弁体２６が押し上げられ、開弁する。これによって、ピストン１４の上部の調圧室は、パイロット弁、通路２４、上側の逆止弁、通路３１を介して第１出口ポート３と連通することで、常に低圧に維持されることになる。ただし、この場合、ピストン１４の上部の調圧室の圧力を切り換え時に逃がしているだけで、切り換え完了後においては流体の流れはない。そして、上側の弁シート９が上側の主弁座６に着座することで、主弁の切り換えが完了し、三方切換弁は、図２に示した状態になる。
【００２２】
再度、ソレノイドオフになると、パイロット弁体２０は、スプリング２１によってパイロット弁座１８に着座し、パイロット弁の上側が閉じ、下側が開く。これにより、ピストン１４の上部の調圧室は、通路２２およびパイロット弁を通じて流体の１次圧が導入され、ピストン１４が下に押し下げられて主弁体５も下に押し下げられる。この切り換え過程においても、まず、弁シート９が主弁座６から離れるが、上側のガイド１１が弁孔を塞いでいるため、主弁の上側は、まだ、閉じたままである。さらに主弁体５が降下すると、下側のガイド１２が主弁座７の弁孔に進入して主弁の下側も閉じて、入口ポート２は閉塞され、第１出口ポート３および第２出口ポート４の両方に同時に流体が流れ出ることはない。さらに主弁体５が降下すると、上側のガイド１１が弁孔から抜け出ることによって主弁の上側が開き、図１に示した状態になって、入口ポート２の流体が第１出口ポート３へ流出するようになる。このとき、低圧制御弁の上側の逆止弁の弁体２６が通路３１を介して第１出口ポート３へ流れる流体の圧力を受け、弁座２７に着座して弁閉する。この弁閉動作に連動して弁体２９が下に押し下げられ、開弁する。これによって、閉じている側のパイロット弁の下流側は、通路２４，２５，３２を介して閉じている側の第２出口ポート４と連通して、低圧を維持することになる。ただし、この場合、閉じている側のパイロット弁の下流側圧力を切り換え時に逃がしているだけであって、切り換え完了後においては、逆止弁を通じての流体の流れはない。
【００２３】
なお、以上の実施の形態では、シール性を高めるために設けた弁シートは主弁体に設けたが、主弁座の側に設けてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、主弁体、ピストンおよびソレノイドをそれぞれ１つで構成した。これにより、弁機構をコンパクトにすることができる。また、パイロット弁の低圧側を主弁によって閉じられている側の出口ポートに連通させるようにした低圧制御弁を設ける構成にした。これにより、主弁の切り換え時には、ピストンの調圧室またはパイロット弁の低圧側を、流体が流出していない低圧の出口ポートに繋がって圧力を低圧側に逃がすが、切り換わった後は、単に繋がっているだけで、流体の流れはなく、したがって、主弁の切り換わり状態を維持するための流体の微少漏れはない。また、低圧制御弁を構成する２つの逆止弁は、流体が流出している高圧の出口ポートの圧力を受けて切り換わるので、そのためのアクチュエータを必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による三方切換弁の内部構造をソレノイドオフ時の状態で示す縦断面図である。
【図２】本発明による三方切換弁の内部構造をソレノイドオン時の状態で示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　ボディ
２　入口ポート
３　第１出口ポート
４　第２出口ポート
５　主弁体
６，７　主弁座
８　キャップ
９　弁シート
９，１０　弁シート
１１，１２　ガイド
１３　スプリング
１４　ピストン
１５　シャフト
１６　パイロット弁座
１７　プラグ
１８　パイロット弁座
１９　プラグ
２０　パイロット弁体
２１　スプリング
２２，２３，２４，２５　通路
２６　弁体
２７，２８　弁座
２９　弁体
３０　キャップ
３１，３２　通路
３３　コア
３４　スリーブ
３５　プランジャ
３６　キャップ
３７　電磁コイル
３８　ヨーク
３９　ホルダ
４０　スプリング
４１，４２　シャフト
４３，４４　止め栓
４５　ピストンリング

Claims

入口ポートに導入された流体を第１出口ポートまたは第２出口ポートに流すように切り換える三方切換弁において、
前記入口ポートを前記第１出口ポートまたは前記第２出口ポートに連通するように切り換える主弁と、
前記主弁の主弁体を駆動して前記主弁の切り換えを行うピストンと、
前記ピストンの調圧室を高圧または低圧にするように切り換えを行うパイロット弁と、
前記パイロット弁のパイロット弁体を駆動して前記パイロット弁の切り換えを行うソレノイドと、
前記パイロット弁の低圧側を前記主弁によって閉じられている前記第１出口ポートまたは前記第２出口ポートに連通させる低圧制御弁と、
を備えていることを特徴とする三方切換弁。
前記低圧制御弁は、正流れ下流側の空間を前記第１出口ポートおよび前記第２出口ポートに連通し、正流れ上流側の共通の空間を前記パイロット弁の低圧側に連通した対向配置の２つの逆止弁を有し、前記逆止弁は、それぞれの弁座の弁孔を貫通して同一軸線上に延びるシャフトが一体に形成され、前記シャフトの先端面は互いに当接していて、前記主弁が開いている側の前記第１出口ポートまたは前記第２出口ポートの圧力を受けて一方が弁閉しているときに前記シャフトを介して他方が押し開けられるようになっている弁体を有していることを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記主弁を前記ピストンが設けられている方向へ付勢するスプリングを備えていることを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記主弁は、着座する部分の主弁体または主弁座に柔軟性のあるシール材を有していることを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記主弁は、各主弁座の弁孔に摺動自在に保持されて切り換え動作するときに主弁体の切り換え動作をガイドするとともに、前記主弁体の切り換え動作途中に前記主弁孔を同時に閉塞して前記入口ポートが前記第１出口ポートと前記第２出口ポートとに同時に連通しないようにしたガイドを有していることを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記パイロット弁は、前記ピストンの調圧室と前記入口ポートとの間および前記調圧室と前記低圧制御弁との間の一方を連通するとともに他方を閉塞させるパイロット弁体を有していることを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記ソレノイドは、前記パイロット弁と同一軸線上に配置されたスリーブと、前記スリーブの前記パイロット弁側に固定され中心の軸線位置に穴が貫通形成されたコアと、前記パイロット弁と反対側の前記スリーブ内を軸線方向に進退可能に配置され中心の軸線位置に穴が貫通形成されたプランジャと、前記コアおよび前記プランジャの貫通穴の中に配置されて一端が前記パイロット弁を駆動するシャフトと、前記プランジャの貫通穴の中に軸線方向に進退自在に、かつ一端が前記シャフトの他端に当接されるよう配置されたホルダと、前記プランジャの貫通穴の中に配置され、一端が前記ホルダの他端に当接され他端が前記プランジャに固定されて前記プランジャがコアに吸着したとき付勢力で前記パイロット弁を駆動するスプリングとを有することを特徴とする請求項１記載の三方切換弁。
前記ソレノイドのコアは、前記主弁、前記ピストンおよび前記パイロット弁を収容しているボディの開口端を塞ぐ蓋を兼ねた形状を有していることを特徴とする請求項７記載の三方切換弁。