JP2007218280A

JP2007218280A - 弁構造

Info

Publication number: JP2007218280A
Application number: JP2006036632A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubota; 直樹窪田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】弁座に対して弁体を押し付ける力が弱くても、より確実に弁を閉じることを可能とする弁構造を提供する。
【解決手段】移動部材１０の先端に設けられる軸部は、移動部材１０よりも小径の第１軸部２０と、第１軸部２０よりも先端側に設けられ、第１軸部２０よりも大径かつ先端面３１が球面状の第２軸部３０とから構成されており、弁体４０は、移動部材１０に当たらない位置で第２軸部３０の外周面との間に隙間Ｓを有するように第２軸部３０に嵌合する嵌合穴４１を備えると共に、嵌合穴４１の穴底４１ａには第２軸部３０の先端面３１が当接する平面状の底面が設けられ、かつ嵌合穴４１の開口端側には第２軸部３０の移動部材１０側の外周縁３２全周に係合する係合部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電磁弁や逆止弁に備えられる弁構造に関するものである。

図５を参照して、例えば電磁弁や逆止弁に備えられる従来例に係る弁構造について説明する。図５は従来例に係る弁構造を示す模式的断面図である。

図示のように、弁構造５００は、往復移動自在に設けられる移動部材５１０と、移動部材５１０の先端に設けられる第１軸部５２０及び第２軸部５３０と、第２軸部５３０に嵌合により固定される弁体５４０と、弁体５４０が着座したり離れたりする弁座５５０とから構成される。なお、一般的に、移動部材５１０は、電磁弁の場合にはプランジャやプランジャの先端に設けられたロッドに相当し、逆止弁の場合にはバネ等によって閉弁方向に付勢される、弁体を保持する部材に相当する。

第１軸部５２０は移動部材５１０よりも小径となるように構成され、第２軸部５３０は第１軸部５２０よりも大径となるように構成される。そして、弁体５４０に設けられた嵌合穴５４１に第２軸部５２０が嵌合されることによって、弁体５４０は移動部材５１０の先端に固定される。

以上の構成により、移動部材５１０の往復移動に伴って、弁体５４０が往復移動することにより、弁体５４０が弁座５５０に着座して弁を閉じたり、弁座５５０から離れて弁を開いたりする。

ここで、各部材の中心軸を常時完全に一致させることは実際上困難である。そこで、各部材の中心軸が完全に一致していなくても、弁体５４０が弁座５５０に着座した際に、完全に弁を閉じるようにするために、この従来例では弁体５４０の圧縮による弾性変形を利用している。すなわち、弁体５４０をフッ素ゴムなどのゴム材により構成し、弁体５４０が弁座５５０に着座した際に、移動部材５１０の端面５１１と弁座５５０によって弁体５４０を圧縮することで、確実に弁を閉じるようにしている。

しかしながら、確実に弁を閉じるようにするためには、弁体５４０を十分に圧縮変形させなければならず、弁体５４０を押す力を大きくしなければならない。そのため、電磁弁の場合には、十分な磁力が得られるように一定以上の電力が必要となり、消費電力の削減を妨げる要因になる。逆止弁の場合には、逆流する流体の流れが弱いと確実に弁が閉じず、逆流を確実に防止できないことがある。また、弁座５５０を下側、弁体５４０を上側にしなければ確実に弁を閉じることができないなど、弁構造５００の取り付け姿勢が制限されてしまう場合もある。

また、移動部材の先端に設ける弁体を首振り構造とする技術も知られている（特許文献１，２参照）。しかし、従来知られている首振り構造のものは、移動部材と弁体との間に軸方向の遊びがあり、この遊び分が移動部材のストロークの無駄になり応答性を低下させてしまったり、弁体が首を振る際の摩擦抵抗が高く、機械的損失が大きくなってしまったりすることがあり、未だ改良の余地がある。
実公平７−３８７８０号公報特開２００５−２６４９５６号公報

本発明の目的は、弁座に対して弁体を押し付ける力が弱くても、より確実に弁を閉じることを可能とする弁構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の弁構造は、
往復移動する移動部材の先端に設けられる軸部と、
該軸部の先端に設けられ、弁座に着座して弁を閉じたり、弁座から離れて弁を開いたりする弾性体製の弁体と、を備えた弁構造において、
前記軸部は、
前記移動部材側に設けられ、該移動部材よりも小径の第１軸部と、
第１軸部よりも先端側に設けられ、第１軸部よりも大径かつ先端面が球面状の第２軸部とから構成されており、
前記弁体は、
前記移動部材に当たらない位置で第２軸部の外周面との間に隙間を有するように第２軸部に嵌合する嵌合穴を備えると共に、
該嵌合穴の穴底には第２軸部の先端面が当接する平面状の底面が設けられ、
かつ前記嵌合穴の開口端側には第２軸部の前記移動部材側の外周縁全周に係合する係合部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、弁体は、圧縮されることなく、かつ殆ど弾性変形することもなく、首振り可能なため、弁座に対して弁体を押し付ける力が弱くても、確実に弁を閉じることができる。また、第２軸部の球面状の先端面が弁体の嵌合穴の穴底に当接しており、第２軸部の移動部材側の外周縁全周に嵌合穴の開口端部側に設けられた係合部が係合することから、弁体と軸部との間には軸方向の遊びがなく、応答性にも優れている。さらに、第２軸部の外周面と嵌合穴との間には隙間があり、第２軸部が嵌合穴に接触する部分は、球面状の先端面と移動部材側の外周縁だけなので、弁体が首を振る際の弁体と第２軸部との摩擦抵抗も少なく、機械的損失を抑制できる。

前記弁体は、第２軸部の往復移動に追随するように変形する膜状部を有するダイアフラムにより構成されるとよい。

以上説明したように、本発明によれば、弁座に対して弁体を押し付ける力が弱くても、より確実に弁を閉じることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１を参照して、本発明の実施例に係る弁構造について説明する。図１は本発明の実施例に係る弁構造の模式的断面図である。

＜弁構造＞
本実施例に係る弁構造１００は、往復移動する移動部材１０と、移動部材１０の先端に
設けられる第１軸部２０及び第２軸部３０と、これらの軸部の先端に設けられる弁体４０と、弁体４０が着座したり離れたりする弁座５０とから構成される。移動部材１０と第１軸部２０と第２軸部３０は一体的に構成してもよいし、別体のものを固定するように構成してもよい。

移動部材１０と第１軸部２０と第２軸部３０は、いずれも円柱形状であり、中心軸が一致するように構成されている。また、第１軸部２０は移動部材１０よりも小径であり、第２軸部３０は第１軸部２０よりも大径となるように構成されている。また、第２軸部３０の先端面３１は球面状となるように構成されている。

弁体４０は弾性体（例えばフッ素ゴム）により構成されている。そして、弁体４０には、第２軸部３０に嵌合する嵌合穴４１が設けられている。この嵌合穴４１の穴底４１ａは平面状になっている。また、嵌合穴４１における第２軸部３０が嵌合される部分の内周面は、その内径が第２軸部３０の外周面の外径よりも大きくなるように構成されており、弁体４０が第２軸部３０に嵌合した状態で、第２軸部３０の外周面と嵌合穴４１の内周面との間には隙間Ｓが形成されるようになっている。更に、嵌合穴４１における開口端側の第１軸部２０の外周面と対向する部分の内周面は、その内径が第２軸部３０の外周面の外径よりも小さくなるように構成されている。この内径が小さくなる部分のうち、穴底４１ａ側の傾斜面４１ｂが、第２軸部３０における移動部材１０側の外周縁３２の全周に係合する係合部として機能する。なお、この内径が小さくなる部分においては、最も内径が小さい箇所でも第１軸部２０には当たらないように構成されており、弁体４０の首振り動作が妨げられることはない。また、弁体４０が第２軸部３０に嵌合により固定された状態において、弁体４０の移動部材１０側の端面４２は、移動部材１０に当たらないように構成されている。

以上の構成により、移動部材１０の往復移動に伴って、弁体４０が往復移動することにより、弁体４０が弁座５０に着座して弁を閉じたり、弁座５０から離れて弁を開いたりする。図１は弁が閉じた状態を示しており、弁座５０における孔５１の開口端縁５２に弁体４０が着座することによって弁が閉じられている。

＜弁体の首振り動作について＞
上述のように構成された弁構造１００により、弁体４０は首を振ることができる。すなわち、移動部材１０と第１軸部２０は、弁体４０に当たらないように構成され、かつ、第２軸部３０が弁体４０の嵌合穴４１に接触する部分は、球面状の先端面３１と移動部材１０側の外周縁３２のみである。第２軸部３０の先端面３１と嵌合穴４１の穴底４１ａとの接触は、球面と平面の接触となるため、点接触に近い状態となる。また、第２軸部３０の移動部材１０側の外周縁３２と嵌合穴４１の傾斜面４１ｂとの接触はエッジ部分と面との接触となるため、線接触に近い状態となる。従って、弁体４０は移動部材１０の先端で首を振ることができる。

ここで、弁体４０が首を振る場合であっても、嵌合穴４１における第２軸部３０が接触している僅かな部分のみが極小的に弾性変形する程度、あるいは僅かな部分の極小的な弾性変形と共に接触位置が僅かにずれる程度であり、圧縮変形のような大きな弾性変形が生じたり、面同士の摩擦のように大きな摩擦が生じたりすることはない。

＜本実施例の優れた点＞
上述のように、本実施例に係る弁構造１００によれば、弁体４０は、圧縮されることなく、かつ殆ど弾性変形することもなく、首振り可能なため、弁座５０に対して弁体４０を押し付ける力が弱くても、確実に弁を閉じることができる。

また、第２軸部３０の球面状の先端面３１が弁体４０の嵌合穴４１の穴底４１ａに当接しており、第２軸部３０の移動部材１０側の外周縁３２の全周に嵌合穴４１の開口端部側に設けられた係合部が係合することから、弁体４０と軸部との間には軸方向の遊びがなく、応答性にも優れている。

また、第２軸部３０の外周面と嵌合穴４１との間には隙間があり、第２軸部３０が嵌合穴４１に接触する部分は、球面状の先端面３１と移動部材１０側の外周縁３２だけなので、弁体４０が首を振る際の弁体４０と第２軸部３０との摩擦抵抗も少なく、機械的損失を抑制できる。

また、弁座５０に対して弁体４０を押し付ける力が弱くても良いことから、弁体４０に対して弁座５０を下側にしなければならないなど、取り付け姿勢が制限されてしまうことを抑制できる。

＜適用例＞
上述のように構成された本実施例に係る弁構造１００は、電磁弁や逆止弁など各種装置に適用することが可能である。以下、具体的な適用例を説明する。

＜＜適用例１＞＞
図２を参照して、弁構造が直動電磁弁に適用される場合を説明する。図２は本発明の実施例に係る弁構造が適用された直動電磁弁の模式的断面図である。

この直動電磁弁２００は、コイル２０１と、磁性体製のセンタポスト２０２と、センタポスト２０２と同心的に設けられる磁性体製のプランジャ１０ａと、プランジャ１０ａをセンタポスト２０２から引き離す方向に付勢するバネ２０３とを備えている。

このように構成される直動電磁弁２００によれば、コイル２０１に電流を流していない状態では、プランジャ１０ａはセンタポスト２０２から離れる方向に位置し、コイル２０１に電流を流すと、磁力によってプランジャ１０ａはセンタポスト２０２側に移動する。このように、コイル２０１への電流の通電・非通電によって、プランジャ１０ａは軸方向に往復移動する。

このプランジャ１０ａの先端側に、上記実施例に係る弁構造１００が適用される。なお、プランジャ１０ａは、上記実施例における移動部材１０に相当する。

上述したように、本実施例に係る弁構造１００によれば、弁座５０に対して弁体４０を押し付ける力が弱くても、確実に弁を閉じることができることから、バネ２０３の付勢力は弱くても良い。従って、バネ２０３の付勢力に抗してプランジャ１０ａをセンタポスト２０２側に移動させるための磁気吸引力も小さくすることができ、コイル２０１に流す電流を小さくできるため、電力消費を抑制することができる。従って、燃料電池システムのように消費電力の削減が強く要求されるものにも好適に適用することができる。

＜＜適用例２＞＞
図３を参照して、弁構造がダイアフラム式電磁弁に適用される場合を説明する。図３は本発明の実施例に係る弁構造が適用されたダイアフラム式電磁弁の模式的断面図である。

このダイアフラム式電磁弁３００も上記直動電磁弁２００と同様に、コイル３０１と、磁性体製のセンタポスト３０２と、センタポスト３０２と同心的に設けられる磁性体製のプランジャ１０ｂと、プランジャ１０ｂをセンタポスト３０２から引き離す方向に付勢するバネ３０３とを備えている。

基本的な動作や利点に関しては、直動電磁弁２００と同様であるので、その説明は省略する。

このダイアフラム式電磁弁３００の場合にも、プランジャ１０ｂの先端側に、上記実施例に係る弁構造１００が適用され、プランジャ１０ｂが、上記実施例における移動部材１０に相当することは言うまでもない。

ダイアフラム式電磁弁３００の場合には、弁体４０ｂがダイアフラムにより構成される点が直動電磁弁２００の場合と異なっている。すなわち、ダイアフラム式電磁弁３００における弁体４０ｂは、第２軸部３０の往復移動に追随するように変形する膜状部４０ｂ１を備えたダイアフラムにより構成されている。膜状部４０ｂ１は、流路を形成する部材側に設けられている。このダイアフラムである弁体４０ｂによって、制御対象となる流体の流路側と、プランジャ１０ｂが設けられている側は完全に遮断されており、プランジャ１０ｂの動作が制御対象である流体の影響を受けないようになっている。

＜＜適用例３＞＞
図４を参照して、弁構造が逆止弁に適用される場合を説明する。図４は本発明の実施例に係る弁構造が適用された逆止弁の模式的断面図である。

この逆止弁４００は、弁体４０を保持する保持部材１０ｃと、保持部材１０ｃを弁が閉じる方向（正規の流体の流れに逆らう方向）に付勢するバネ４０１とを備えている。そして、保持部材１０ｃの先端側に、上記実施例に係る弁構造１００が適用される。なお、この保持部材１０ｃが上記実施例における移動部材１０に相当する。

このように構成される逆止弁４００によれば、正規の方向（矢印Ａ方向）に流体が流れる場合には、流体圧力によってバネ４０１の付勢力に抗して保持部材１０ｃが移動して弁が開く。これに対して、逆流方向（矢印Ｂ方向）に流体が流れようとすると、流体圧力とバネ４０１の付勢力とが相俟って、弁を閉じる。

上述したように、本実施例に係る弁構造１００によれば、弁座５０に対して弁体４０を押し付ける力が弱くても、確実に弁を閉じることができることから、逆流する流体の流れが弱くても、逆流を防止することができる。また、バネ４０１の付勢力を弱くすることができるので、正規方向の流体の流れの妨げをより抑制することができる。

図１は本発明の実施例に係る弁構造の模式的断面図である。図２は本発明の実施例に係る弁構造が適用された直動電磁弁の模式的断面図である。図３は本発明の実施例に係る弁構造が適用されたダイアフラム式電磁弁の模式的断面図である。図４は本発明の実施例に係る弁構造が適用された逆止弁の模式的断面図である。図５は従来例に係る弁構造を示す模式的断面図である。

符号の説明

１０移動部材
１０ａプランジャ
１０ｂプランジャ
１０ｃ保持部材
２０第１軸部
３０第２軸部
３１先端面
３２外周縁
４０弁体
４０ｂ弁体
４０ｂ１膜状部
４１嵌合穴
４１ａ穴底
４１ｂ傾斜面
４２端面
５０弁座
５１孔
５２開口端縁
１００弁構造
２００直動電磁弁
２０１コイル
２０２センタポスト
２０３バネ
３００ダイアフラム式電磁弁
３０１コイル
３０２センタポスト
３０３バネ
４００逆止弁
４０１バネ

Claims

往復移動する移動部材の先端に設けられる軸部と、
該軸部の先端に設けられ、弁座に着座して弁を閉じたり、弁座から離れて弁を開いたりする弾性体製の弁体と、を備えた弁構造において、
前記軸部は、
前記移動部材側に設けられ、該移動部材よりも小径の第１軸部と、
第１軸部よりも先端側に設けられ、第１軸部よりも大径かつ先端面が球面状の第２軸部とから構成されており、
前記弁体は、
前記移動部材に当たらない位置で第２軸部の外周面との間に隙間を有するように第２軸部に嵌合する嵌合穴を備えると共に、
該嵌合穴の穴底には第２軸部の先端面が当接する平面状の底面が設けられ、
かつ前記嵌合穴の開口端側には第２軸部の前記移動部材側の外周縁全周に係合する係合部が設けられていることを特徴とする弁構造。
前記弁体は、第２軸部の往復移動に追随するように変形する膜状部を有するダイアフラムにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の弁構造。