JP2006077822A - スイッチ機能付圧力作動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単であり、それにより部品点数も少なく、さらに、圧力検出機能の調節も容易であり、かつ製造も容易で、それにより製造コストも低減可能なスイッチ機能付圧力作動弁を提供する。
【解決手段】 流体の圧力を検出するのダイヤフラム１２と、弁座１４と、固定接点４、および可動接点５を備え、ダイヤフラム１２と弁座１４とで、流体の圧力により作動する弁機構を構成し、ダイヤフラム１２と固定接点４および可動接点５とでスイッチ機構を構成する。固定接点４および可動接点５は、弁座１４と反対側に配置され、可動接点５は、ダイヤフラム１２に連動する様に構成される。また、ダイヤフラム１２の弁座１４当接部分は、略平坦に形成されていてる。また、ダイヤフラム１２は厚さ又は材質の異なるダイヤフラムを積層して形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチ機能付圧力作動弁に関し、より詳細には、流体回路中に設けられ、流体回路を流れる流体の圧力に応答して流体の流路を開閉する圧力作動弁に、制御信号を出力する圧力スイッチとしての機能を持たせる圧力スイッチ機能付圧力作動弁に関する。

従来、流体が流れる回路中において、流体の圧力により該流体の流量を調整する圧力作動弁や流体の圧力を検出してその圧力状態を電気信号にして出力する圧力スイッチなどが個別に設けられてきた。このような流体回路に設けられる圧力作動弁および圧力スイッチは、２つの構成要素を１つの構成要素にするという意味で、部品点数の減少等を図るとともに、それにより流体回路を含むシステムの製造を容易にすべく、圧力作動弁と圧力スイッチを一体化して圧力スイッチ付圧力作動弁とすることが提案されている（特許文献１ないし３参照)。

実開昭５５−１４４２６８号公報 特開２００３−２１２６１号公報 特開２００３−７４７４１号公報

これらの従来の圧力スイッチ付圧力作動弁においては、例えば、見た目筐体は１つであるが、実質的には、該筐体の中に圧力作動弁と圧力スイッチが別部品として装着されているか、あるいは、流体の圧力を検出する機構を共有している、すなわち、感圧エレメントが１つであるが、感圧エレメントを含む圧力検出機構を、圧力作動弁として作用する部分と圧力作動弁として作用する前に圧力スイッチとして作用する部分とに分けて作動するようにされている。したがって、筐体を１つにする場合においては、圧力スイッチ付圧力作動弁自体が大型化、複雑化するとともに、製造に際しても結局圧力作動弁と圧力スイッチとを製造することになり、製造工程もさして減少することもない。あるいは、感圧エレメントを含む圧力検出機構を、圧力作動弁として作用する部分と圧力スイッチとして作用する部分とに分けて作動するように構成する場合においては、感圧エレメントを共有するので小型化が測れるが、感圧エレメントを含む圧力検出機構は、感圧エレメントとしての圧力応動板と弁体とは別部材であるとともに両者は常に一体に動くように構成されていないので構造が複雑であり、特に圧力検出機構の製造に精度を要し、したがって、製造時間を要する。

本発明は、構造が簡単であり、それにより部品点数も少なく、さらに、圧力検出機能の調節も容易であり、かつ製造も容易で、それにより製造コストも低減可能なスイッチ機能付圧力作動弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁は、流体の圧力を検出する一のダイヤフラムと、弁座と、固定接点、および可動接点を備え、前記一のダイヤフラムと弁座とで、流体の圧力により作動する弁機構を構成し、前記一のダイヤフラムと固定接点および可動接点とでスイッチ機構を構成することを特徴とする。

また、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁は、固定接点および可動接点が、弁座と反対側に配置されていることが望ましく、さらに、可動接点は、一のダイヤフラムに連動することが望ましい。

また、一のダイヤフラムの弁座当接部分は、平坦に形成されていてもよいし、厚さの異なるダイヤフラム又は材質の異なるダイヤフラムを積層して形成されていてもよい。

本発明のスイッチ機能付圧力作動弁は、上記構成を備えることにより、その構造が簡単となり、それにより部品点数も少なくなる。また、製造も容易で、それにより製造コストも低減する。

さらに、流体の漏れを防止できるとともに、圧力検出の精度も向上する。

以下、図１ないし図５を用いて本発明の実施例について説明する。図１は、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁の第１の実施例を示し、スイッチ機能付圧力作動弁の基本的構成を示す断面図であり、(ａ)は、ダイヤフラムが作動していない状態、(ｂ)は、圧力が上昇して弁部が作動した状態、(ｃ)は、さらに圧力が上昇してスイッチ部が作動した状態を示している。図２は、圧力に対するダイヤフラムの変位を示すグラフである。図３は、本発明に係る上記第１の実施例におけるスイッチ機能付圧力作動弁において、弁機構を構成する部分の一部拡大断面図であり、(ａ)は、流体圧が弁開圧に達する前のダイヤフラムの状態、(ｂ)は、無圧時又は圧力が小さい時のダイヤフラムの状態、（ｃ）は、弁機構に適用される前のダイヤフラムの当初状態を示している。図４は、弁機構を構成する部分からの漏れを少なくすべくダイヤフラムの構造を改良した本発明の第２の実施例を示す一部拡大断面図であり、(ａ)は、流体圧が弁開圧に達する前のダイヤフラムの状態、(ｂ)は、無圧時又は圧力が小さい時のダイヤフラムの状態、（ｃ）は、弁機構に適用される前のダイヤフラムの当初状態を示している。図５は、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁において、弁開圧の設定精度を向上させるべくダイヤフラムの構造を改良した本発明に係る第３の実施例を示す一部拡大断面図であり、(ａ)は、厚さの異なるダイヤフラムを積層してなるダイヤフラムの例を示し、(ｂ)は、材質の異なるダイヤフラムを積層してなるダイヤフラムの例を示す。

（第１の実施例）
第１の実施例に係るスイッチ機能付圧力作動弁１００は、圧力が高くなったとき流体を逃がすリリーフ弁と、該リリーフ弁が開いてもなお圧力上昇が止まらない異常状態になったとき作動し回路の運転を停止させる保安スイッチとを含むダイヤフラム弁であり、概略、スイッチ機構を含む端子台１、流体の圧力により変位するダイヤフラム１２、および弁機構を含むキャップ１３を備えている。

図１において、端子台１は、略円筒状をなしており、中間隔壁１７を挟んで、上下に２つの空間１８、１９を形成している。上部空間１８には、固定端子２および可動端子３が配置され、上部空間１８、固定端子２および可動端子３とで、例えば、スイッチ機能付圧力作動弁１００が設けられている流体回路システムを制御する制御機器（不図示）と電気的に連結されるソケットを構成している。

下部空間１９には、固定接点４および可動接点５で構成されるスイッチ機構が配置されている。固定接点４は、固定端子２に電気的に連通し、可動接点５は、弾性変形可能な材料からなる接点板６を介して可動端子３に電気的に連通している。通常、可動接点５は、図１(ａ)に示されるように、固定接点４から所定間隔離れており（すなわち、電気的にオフしており）、可動接点５が上昇させられることにより、固定接点４に電気的に接触する（すなわち、電気的にオンする）。なお、該スイッチ機構は、後述する感圧エレメントとしてのダイヤフラム１２の変位に応答してオン、オフする。

下部空間１９は、ガイド８、ストッパ１１、感圧エレメントとしてのダイヤフラム１２およびキャップ１３により、その下方開放端を閉じられている。下部空間１９の下方開放端を塞ぐガイド８、ストッパ１１、ダイヤフラム１２およびキャップ１３は、円筒状のカシメ部材１０により、円筒状端子台１に一体的に取付けられている。ここで９は、下部空間１９を外部からシールするＯリングである。

キャップ１３は、図に示されるように、有底筒状をなしており、上方開放端が端子台１の下部空間１９の下方開放端に向き合うように端子台１に取り付けられる。キャップ１３の空間２０は、上記したように、ストッパ１１で上方開放端が閉じられており、該ストッパ１１とキャップ１３とで空間２０が画成される。該空間２０内には、ストッパ１１およびキャップ１３に挟まれ、円弧部が下向きになるように固定される断面略円弧状のダイヤフラム１２および弁座１４が設けられており、該ダイヤフラム１２が弁座１４を開閉することで圧力作動弁としての弁機構を構成する。したがって、ダイヤフラム１２は、空間２０をストッパ１１側と弁座１４側との２つの空間に仕切っている。なお、ストッパ１１、ダイヤフラム１２およびキャップ１３は、その外周部分を予め溶接などにより一体化されていることが好ましい。また、ダイヤフラム１２に、該ダイヤフラム１２と常に一体となって上下動する弁体をさらに設けてもよい。

ダイヤフラム１２の中心部には、上方に向けて軸７が一体的に設けられており、該軸７は、ストッパ１１およびガイド８を貫通して、下部空間１９内に配置されている接点板６に当接している。したがって、ダイヤフラム１２が上下に変位するとき、軸７も上下に変位する。このことから、固定接点４と可動接点５との間の所定間隔は、軸７の変位量すなわちダイヤフラム１２の変位量より小さく設定されることが理解されよう。なお、軸７は、接点板６に当接していなくてもよい。すなわち、流体の圧力が低いときは、軸７の先端部と接点板６とは若干離れていてもよい。このように構成することにより、接点板６は、ダイヤフラム１２の変位に常に応答して変位する必要がないので、疲労が少なく、安価な材料を使用することができる。

キャップ１３には、また、他端が流体回路(不図示)に接続される入口継手１６の一端が空間２０に接続されるように底壁２１に設置されている。該入口継手１６から弁座１４側空間２０内に導入される流体の圧力が、ダイヤフラム１２に作用する。キャップ１３には、さらに、他端が本実施例では流体供給源としてのタンク（不図示）等に接続される出口継手１５の一端が弁座１４を介して空間２０に接続されるように底壁２１に設置されている。なお、出口継手１５、弁座１４、軸７は、スイッチ機能付圧力作動弁１００の中心線上に配列されることが好ましい。

ここで、感圧エレメントとしてのダイヤフラム１２は、図２に示されるように、流体回路に連通する空間２０内の流体の圧力が所定圧力（弁開圧）Ｐ_１に達するまでは流路を開かないように構成されている。所定圧力Ｐ_１を越えてさらに流体の圧力が上昇すると、ダイヤフラム１２もさらに変位するが、ストッパ１１によりその変位が規制される。ダイヤフラム１２がストッパ１１に規制される位置まで変位するときの対応する流体の圧力をＰ_２とする。したがって、その弁開圧Ｐ_１がリリーフ弁として作動すべき圧力に一致するようにダイヤフラム１２を選定するとともに、選定されたダイヤフラム１２の弁開圧Ｐ_１と圧力Ｐ_２の間で、望ましくない、すなわち、異常と判断する、流体の圧力Ｐｓが設定される。この圧力Ｐｓが設定されることにより、ダイヤフラム１２の変位量ｈが図２から求められるので、ダイヤフラム１２の変位に連動する可動接点５が固定接点４に電気的に接触するように、求められた変位量ｈから軸７の長さおよび固定接点４と可動接点５の間隔を設定すればよいことが理解されよう。

本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁１００は、以上のように構成されている。図１（ａ）〜（ｃ）に戻って、スイッチ機能付圧力作動弁１００の動作について説明する。

図１（ａ）は、無圧の状態、すなわち流体回路システムが動いていない状態又は流体の圧力が低いときの状態であり、ダイヤフラム１２は、その弾性力で弁座１４に圧着されており、流体の流路を閉じている。流体の圧力が上昇し、弁開圧Ｐ_１を超えると、図１（ｂ）に示されるように、ダイヤフラム１２は、弁座１４から離れ、流路を開放し、流体を流体供給源であるタンクに戻すか流体回路外に排出する。このとき、ダイヤフラム１２の変位量が小さいため、可動接点５は固定接点４に接触していない。さらに、圧力が上昇し、設定された異常圧力Ｐｓに達すると、ダイヤフラム１２も変位量ｈだけ変位し、それにより、可動接点５が固定接点４に電気的に接触し、信号を制御部に送り、流体回路サイクルの運転を停止させる。

本実施例においては、スイッチ機能付圧力作動弁１００は、圧力作動弁としての機能に加えて保安スイッチとしての機能を実行するようにしているが、圧力作動弁としての機能に加えられる圧力スイッチ機能は、いろいろな用途に使用可能であり、したがって、本実施例に限られるものではない。また、本実施例では圧力作動弁としての弁機構をリリーフ弁として機能させているがこれもこの機能に限られるものではない。

要するに、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁は、圧力検出機構を構成する唯一の感圧エレメントを共有するとともに、該唯一の感圧エレメント自体と弁座とで圧力作動弁としての弁機構を構成するとともに、該唯一の感圧エレメントの上下動を利用して、圧力に応答するスイッチ機構を構成するものである。

（第２の実施例）
第２の実施例は、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁における感圧エレメントとしてのダイヤフラム１２と弁座とで構成する弁機構を改良する実施例である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、上記第１の実施例に用いられている弁機構が示されている。弁機構を構成するダイヤフラム１２は、該弁機構に適用されない当初形状は、図３（ｃ）に示されるように、下向きに凸の円弧形状をなしている。該ダイヤフラム１２に圧力がかかっていない、すなわち、流体回路システムが運転されていない時、下に凸の円弧状ダイヤフラム１２は、同じく弁機構を構成する弁座１４を閉じている。この場合、図３（ｂ）に示されるように、ダイヤフラム１２は、確実に弁座１４を閉じるべく弁座１４に対して押し付けられ、それにより、弁座１４に当接する円弧状部分が変形する。したがって、ダイヤフラム１２の変形部分は、弁座１４に形成されている流路１４ａを直接塞いでおらず、弁座１４の外周に接するようにして流路１４ａを実質的に閉じている。この状態から、流体回路システムが運転に入り、流体の圧力が上昇していくと、ダイヤフラム１２が徐々に上方に変位し、図３（ａ）に示されるように、ダイヤフラム１２の変形していた部分が元の状態に下に凸となる。この状態では流体の圧力は、まだ弁開圧Ｐ_１に達していないので、弁機構は、図３（ａ）に示されるように、流路１４ａに接して該流路１４ａを閉じた状態を維持している。

図３に示す実施例においては、上記したようにダイヤフラム１２の円弧状部分の一部が下に凸となる。これにより、図３（ａ）、（ｂ）からも分かるように、ダイヤフラム１２は、流路１４ａを閉じてはいるが、弁座１４と接触している位置がずれる。したがって、弁機構を構成するダイヤフラム１２と弁座１４との接触位置がずれることにより、流体が流路１４ａ側に漏れ、場合によっては、この時点で弁機構が流体回路の流路を開いてしまう恐れもある。

本実施例では、このような漏れを防止するべく、ダイヤフラムの形状を改良した例を提案するものである。図４に本実施例を示す。

本実施例においては、図４（ｃ）に示されるように、弁機構に適用される前の当初状態においてダイヤフラム１２の弁座１４に当接する部分を略平坦に形成することを特徴とする。ダイヤフラム１２をこのように構成することにより、図４（ｂ）に示されるように、ダイヤフラム１２は、該ダイヤフラム１２に圧力がかかっていないとき、図３（ｂ）に示される第１の実施例と略同様の状態で流路１４ａを閉じている。さらに、圧力が上昇したときも、ダイヤフラム１２の弁座１４当接部分の当初形状が略平坦であるため、図４（ａ）に示されるように、ダイヤフラム１２の弁座１４に当接する部分は下に凸になることがなく、ダイヤフラム１２は、弁座１４の外周に接するようにして流路１４ａを実質的に閉じている。すなわち、流体の圧力が上昇しても弁座１４に対する接触位置がずれることがなく、よって、流体圧が弁開圧Ｐ_１に達するまで流体が流路１４ａ側に漏れることがない。

なお、本実施例では、ダイヤフラム１２の弁座１４当接部分を略平坦としているが、これに限られることはなく、例えば、当接部分を、上に凸の円弧状とし（すなわち、当接部分を当初から反転した状態に形成する）たり、下に凸の円弧状であっても、当接部分の曲率半径をその余の部分より大きくする（すなわち、当接部分を平坦に近づける）ようにしてもよい。あるいは、第１の実施例の欄でも述べたように、ダイヤフラム１２に、該ダイヤフラム１２と常に一体となって上下動する弁体をさらに設けてもよい。

（第３の実施例）
第３の実施例は、本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁における感圧エレメントとしてのダイヤフラム１２の弁開圧の設定精度を向上させるべくダイヤフラムの構造を改良した実施例である。

従来、所望の弁開圧を有するダイヤフラム１２を得るためには、同一板厚、同一材質のダイヤフラムを積層することにより行なわれている。このため、弁開圧の変化幅が大きく、弁開圧変化幅を小さくすることが困難であり、したがって、弁開圧の精度が低かった。

本実施例では、同一材質で板厚が異なるダイヤフラム、又は同一板厚で材質が異なるダイヤフラムを用意し、これらを使って積層させることにより、所望の弁開圧又はそれに非常に近い弁開圧のダイヤフラム１２を得られるようにしたことを特徴とする。

図５（ａ）に、例えば、同一板厚、同一材質のダイヤフラム１２ａ、１２ｂおよび同一材質で板厚が異なるダイヤフラム１２ｃを積層させることにより得られた所望の弁開圧のダイヤフラム１２を示し、図５（ｂ）に、同一板厚で材質が異なるダイヤフラム１２ｄ、１２ｅを積層させることにより得られた所望の弁開圧のダイヤフラム１２が示されている。

このようにダイヤフラム１２を構成することにより、所望の弁開圧又はそれに非常に近い弁開圧のダイヤフラム１２を得られ、弁開圧の精度を向上させることができる。

本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁の第１の実施例を示し、スイッチ機能付圧力作動弁の基本的構成を示す断面図であり、(ａ)は、ダイヤフラムが作動していない状態、(ｂ)は、圧力が上昇して弁部が作動した状態、(ｃ)は、さらに圧力が上昇してスイッチ部が作動した状態を示している。 圧力に対するダイヤフラムの変位を示すグラフである。 図１に示される第１の実施例におけるスイッチ機能付圧力作動弁において、弁機構を構成する部分の一部拡大断面図であり、(ａ)は、流体圧が弁開圧に達する前のダイヤフラムの状態、(ｂ)は、無圧時又は圧力が小さい時のダイヤフラムの状態、（ｃ）は、、弁機構に適用される前のダイヤフラムの当初状態を示す。 弁機構を構成する部分からの漏れを少なくすべくダイヤフラムの構造を改良した本発明の第２の実施例を示す一部拡大断面図であり、(ａ)は、流体圧が弁開圧に達する前のダイヤフラムの状態、(ｂ)は、無圧時又は圧力が小さい時のダイヤフラムの状態、（ｃ）は、弁機構に適用される前のダイヤフラムの当初状態を示す。 本発明に係るスイッチ機能付圧力作動弁において、弁開圧の設定精度を向上させるべくダイヤフラムの構造を改良した本発明に係る第３の実施例を示す一部拡大断面図であり、(ａ)は、厚さの異なるダイヤフラムを積層してなるダイヤフラムの例を示し、(ｂ)は、材質の異なるダイヤフラムを積層してなるダイヤフラムの例を示す。

符号の説明

１ 端子台
２ 固定端子
３ 可動端子
４ 固定接点
５ 可動接点
６ 接点板
７ 軸
８ ガイド
９ Ｏリング
１０ カシメ部材
１１ ストッパ
１２ ダイヤフラム
１３ キャップ
１４ 弁座
１５ 出口継手
１６ 入口継手
１７ 中間隔壁
１８ 上部空間
１９ 下部空間
２０ 空間
１００ スイッチ機能付圧力作動弁

Claims (5)

1. 流体の圧力を検出する一のダイヤフラムと、弁座と、固定接点、および可動接点を備えるスイッチ機能付圧力作動弁であって、
   前記一のダイヤフラムと弁座とで、流体の圧力により作動する弁機構を構成し、
   前記一のダイヤフラムと固定接点および可動接点とでスイッチ機構を構成する、
   ことを特徴とするスイッチ機能付圧力作動弁。
2. 前記固定接点および前記可動接点は、弁座と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ機能付圧力作動弁。
3. 前記可動接点は、一のダイヤフラムに連動することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ機能付圧力作動弁。
4. 前記一のダイヤフラムの弁座当接部分は、略平坦に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスイッチ機能付圧力作動弁。
5. 前記一のダイヤフラムは、厚さの異なるダイヤフラム又は材質の異なるダイヤフラムを積層して形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスイッチ機能付圧力作動弁。

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