JP2014137118A - 高頻度開閉バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】弁部材の応答性を低下させることなく流量特性を向上させた高頻度開閉バルブを提供する。
【解決手段】入力流路２６が連通する弁室４と、該弁室４内に開口する出力オリフィス２４と、該出力オリフィス２４の回りの出力弁座に接離するよう前記弁室４内に配設されたプレート状の弁部材５と、該弁部材５を開閉操作する電磁操作部１と有し、該電磁操作部１による電磁吸引力の作用と前記弁室４内の流体圧力の作用とで前記弁部材５を前記出力弁座に接離させて前記複数の出力オリフィス２４を開閉する高頻度開閉バルブにおいて、該バルブが、長孔状をした複数の前記出力オリフィス２４を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、開閉ストロークの小さい弁部材を弁座に接離させて出力オリフィスを高頻度で開閉する高頻度開閉バルブに関するものである。

この種の高頻度開閉バルブとして、特許文献１や特許文献２等に開示されたものが公知である。この高頻度開閉バルブは、例えば物品の選別等に使用されるもので、プレート状の弁部材を弁座に接離させて出力オリフィスを開閉し、この出力オリフィスから圧力流体を移動する物品中の選別すべき物品に向けて高速で出力するものであるが、前記弁部材の開閉ストロークが小さい（例えば０．１ｍｍ程度）ため、該弁部材の応答性と出力流体の流量特性との兼ね合いが難しい。応答性を高めるために弁部材の開閉ストロークを小さくすると、出力オリフィスの開放量が小さくなって流量特性が悪くなり、流量特性を高めるために弁部材の開閉ストロークを大きくすると、応答性が悪くなるからである。また、前記出力オリフィス自体の開口面積を大きくしても、出力流体の流量は前記弁部材による出力オリフィスの開放量、即ち該弁部材と弁座との間に形成される隙間（弁開口部）の面積によって決まるため、流量特性の改善には殆どつながらない。

一方で、この種の高頻度開閉バルブは、大流量の出力流体を必要とする条件下で使用することも多く、そのため、従来の高頻度開閉バルブより大流量の出力流体が得られる新たな高頻度開閉バルブの出現が望まれている。

特開２００４−３３２８７６号公報 特開２００６−３２９３３５号公報

本発明の技術的課題は、従来の高頻度開閉バルブに比べ、弁部材の応答性を低下させることなく流量特性を向上させた高頻度開閉バルブを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、ボビンに巻かれた励磁コイルと、該ボビンの中心孔内に取り付けられた固定鉄心とを有する電磁操作部；弁室を介して前記電磁操作部に連結され、該弁室内に開口する長孔状をした複数の出力オリフィスと、各出力オリフィスの回りを取り囲む出力弁座と、各々の出力弁座の回りを取り囲むようにして前記弁室に連通する入力流路と、前記出力オリフィスに連通する出力ポートと、前記入力流路に連通する入力ポートとを有する主弁部；前記弁室内に前記出力弁座に接離自在なるように配設され、前記励磁コイルに通電すると前記固定鉄心に吸引されて前記出力弁座から離間し、前記出力オリフィスと入力流路とを連通させる第１位置を占め、通電を解除すると圧力流体の作用で前記出力弁座に押し付けられ、前記出力オリフィスを閉鎖して該出力オリフィスを前記入力流路から遮断する第２位置を占める、プレート状をした弁部材；を有することを特徴とする高頻度開閉バルブが提供される。

本発明において好ましくは、前記出力オリフィスが直線状をなし、複数の該出力オリフィスが相互に平行に配設されていることであり、より好ましくは、前記弁室には長手方向と短手方向があり、前記出力オリフィスは該弁室の長手方向に延在し、複数の前記出力オリフィスが該弁室の短手方向に隣接するように配設されていることである。
この場合、前記入力流路は、前記複数の出力オリフィスの各々の出力弁座の全周を間断なく取り囲み、隣接する出力弁座間に介在する流路部分は直線状をなし、該流路部分の流路幅は該流路部分の全長に渡って均一であることが望ましい。
また、本発明において、前記出力オリフィスは２つであっても良い。

本発明によれば、長孔状をした複数の出力オリフィスを設けたことにより、弁部材の開閉ストロークを大きくすることなく出力流体の流量を増大させることが可能となり、この結果、公知のバルブに比べ、応答性を低下させることなく流量特性を改善することができる。

本発明に係る高頻度開閉バルブの斜視図である。 図１の拡大縦断面図である。 図２の中央縦断側面図である。 図１のバルブを分解して示す斜視図である。 主弁部の弁ボディの一部を構成する第１ボディの斜視図である。 図５の平面図である。 第１ボディの変形例の斜視図である。 図７の平面図である。

図１−図６は本発明に係る高頻度開閉バルブの一実施形態を示すものである。このバルブは、ポペット式２ポート電磁弁としてのバルブ構造を有するもので、スペーサ３を介して相互に連結された電磁操作部１及び主弁部２と、これらの電磁操作部１と主弁部２との間に形成された弁室４と、該弁室４内に収容された弁部材５とを有している。また、該バルブの平面視形状は長手方向と短手方向とを有する細長い矩形形状であり、従って、前記弁室４も同様に長手方向と短手方向とを有する細長い矩形形状をなしている。

前記電磁操作部１は、図２及び図３から明らかなように、バルブの長手方向に細長い略矩形の断面形状を有する非磁性のボビン７と、該ボビン７に巻かれた励磁コイル８と、該ボビン７の中心孔７ａ内に収容された細長い略矩形の断面形状を有する固定鉄心９と、前記ボビン７の上面及び長手方向の両側面を覆う略コ字形をした磁気フレーム１０とを有していて、これらボビン７と励磁コイル８と固定鉄心９と磁気フレーム１０とによって電磁弁アセンブリが形成されている。この電磁弁アセンブリの上面と側面全体は、合成樹脂製の封止材１１でコーティングされており、該封止材１１の平らな上面１１ａからは前記励磁コイル８に電気的に導通する一対のコイル端子１２が突出し、これらのコイル端子１２にはリード線１３がそれぞれ接続され、これらのコイル端子１２とリード線１３との接続部を覆うように前記封止材１１の上面１１ａにカバー１４が被せられ、該カバー１４が螺子１５で前記封止材１１に取り付けられている。図４中の符号１４ａは、前記カバー１４に形成された螺子挿通孔、１１ｂは前記封止材１１に形成された螺子孔である。

前記固定鉄心９の先端面即ち下端面は、前記弁部材５を吸着する磁極面９ａであり、該磁極面９ａの長手方向の中央部には、該固定鉄心９の一部をＵ字形に切り欠くことによって流体導入室１６が形成されている。この流体導入室１６は、前記励磁コイル８への通電によって前記磁極面９ａに弁部材５が吸着されている状態から通電を解除した際に、該流体導入室１６内に導入されるエア等の圧力流体の作用によって前記磁極面９ａからの前記弁部材５の離間を早めるためのものである。

前記主弁部２の弁ボディ２０は、ガスケット２３を介して相互に接合された上方の第１ボディ２１及び下方の第２ボディ２２を有している。
前記第１ボディ２１は、図２−図６から明らかなように、バルブの長手方向に細長く延びる略矩形の平面視形状を有し、該第１ボディ２１には、前記弁室４内に開口する長孔状をした複数（図示の例では２つ）の出力オリフィス２４と、各出力オリフィス２４の回りを取り囲む出力弁座２５と、各々の出力弁座２５の全周を間断なく取り囲んだ状態で前記弁室４に連通する入力流路２６とを備えている。

前記出力オリフィス２４は、前記第１ボディ２１の底部から立ち上がった横に細長い中空壁２７の内部に形成されていて、直線状をなすと共に、前記第１ボディ２１の長手方向（従って弁室４の長手方向）に細長く延在し、前記中空壁２７の上端に前記出力弁座２５が形成されている。そして、複数の前記中空壁２７即ち出力オリフィス２４が、前記第１ボディ２１の短手方向（従って弁室４の短手方向）に隣り合うような配置で相互に平行に配設され、該中空壁２７の各々の回りを前記入力流路２６を形成する空間が取り囲んでいる。
前記複数の出力オリフィス２４は互いに同一構成で、その開口幅ａ及び長さｂは互いに等しい。また、前記出力弁座２５の弁座幅ｃは、その全周に渡って均一である。

前記入力流路２６の、隣接する２つの出力弁座２５，２５の間に介在する流路部分２６ａは、直線状をなすと共に、該流路部分２６ａの全長に渡って均一な流路幅ｄを有している。また、この流路部分２６ａの流路幅ｄは、前記出力オリフィス２４の開口幅ａより大きい。前記出力弁座２５と弁室４の短手方向の室壁との間に位置する流路部分２６ｂも、前記流路部分２６ａと同様に、直線状をなしていて全長に渡って均一な流路幅ｅを有し、該流路幅ｅは出力オリフィス２４の開口幅ａより大きい。

前記２つの出力オリフィス２４は、図２及び図３に示すように、前記中空壁２７の内部の通孔を通じて前記第１ボディ２１の底面の中央部に開口する１つの第１出力用接続口３１に連通し、前記入力流路２６は、前記第１ボディ２１の底面に前記第１出力用接続口３１を間に挟むような配置で開口する２つの第１入力用接続口３２ａ，３２ｂに連通している。

また、前記第１ボディ２１は、前記電磁操作部１の下面に前記スペーサ３を介して２つの第１螺子３４により固定され、該スペーサ３に形成された細長い矩形の内孔３ａによって前記弁室４が形成されている。
前記第１螺子３４は、図４から明らかなように、前記第１ボディ２１の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔３４ｂと、前記スペーサ３の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔３４ｃとにそれぞれ挿通され、先端の雄螺子部３４ａが前記封止材１１の螺子孔（不図子）に螺着されている。
前記封止材１１とスペーサ３との間には略矩形枠状のシール部材３５が介設され、前記スペーサ３と第１ボディ２１との間にも略矩形枠状のシール部材３６が介設されており、前記シール部材３５は、前記スペーサ３の上面に前記内孔３ａを取り囲むように形成された取付溝３ｂ内に嵌合し、前記シール部材３６は、前記第１ボディ２１の上面に前記入力流路２６を取り囲むように形成された取付溝２１ａ内に嵌合している。

図２及び図４中の符号３ｃは、前記スペーサ３の上面に形成された位置決め用の突起であり、この突起３ｃを前記封止材１１の下面の位置決め孔１１ｃ内に嵌合させることにより、前記スペーサ３の位置決めが行われている。

一方、前記第２ボディ２２は、図２−図４から明らかなように、平面視形状が前記第１ボディ２１と略同形かつ同大をなす台部４０と、該台部４０の長手方向の両側に形成された２つの取付用腕部４１ａ，４１ｂとを有している。
前記台部４０の上面には、前記第１ボディ２１の第１出力用接続口３１に連通する第２出力用接続口４２と、前記第１ボディ２１の２つの第１入力用接続口３２ａ，３２ｂに個別に連通する２つの第２入力用接続口４３ａ，４３ｂとが設けられ、該台部４０の下面には、前記第２出力用接続口４２に連通する出力ポート４４と、一方の第２入力用接続口４３ａに連通する入力ポート４５が設けられている。他方の第２入力用接続口４３ｂは、前記台部４０の中間の深さまで穿設されていて、該台部４０の下面には開口していない。図中の符号５０はＯリングである。

前記２つの取付用腕部４１ａ，４１ｂは、バルブをマニホールドベース等の流体供給部材に取り付けるためのもので、該２つの腕部４１ａ，４１ｂの間に前記流体供給部材を挟み込んで固定するものである。このため各腕部４１ａ，４１ｂの先端部（下端部）には、前記流体供給部材の係止溝等に係止させるための係止突起４６が互いに相対する向きに突出するように形成され、一方の第１腕部４１ａは第２ボディ２２に固定的に連結され、他方の第２腕部４１ｂは、第２ボディ２２に弾性連結部４７を介して弾性的に開閉自在なるように連結され、該第２腕部４１ｂに開閉操作用の操作部４８が形成されている。

前記第２ボディ２２は、前記第１ボディ２１の下面に前記ガスケット２３を介して接合され、２つの第２螺子４９で前記電磁操作部１に固定されている。この第２螺子４９は、前記第２ボディ２２の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔４９ｂと、前記ガスケット２３の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔４９ｃと、前記第１ボディ２１の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔４９ｄと、前記スペーサ３の対角方向の角隅部に形成された２つの螺子挿通孔４９ｅとにそれぞれ挿通され、該第２螺子４９の先端の雄螺子部４９ａが前記電磁操作部１の封止材１１の螺子孔（不図示）に螺着されている。

図４中の符号２２ａは、前記第２ボディ２２の上面に形成された位置決め用の突起で、この突起２２ａを前記ガスケット２３を介して前記第１ボディ２１の下面の位置決め孔（不図示）内に嵌合させることにより、これら第１ボディ２１と第２ボディ２２とが相互に位置決めされた状態で連結されている。

前記弁部材５は、鉄などの磁性材によって前記弁室４の長手方向に細長い略矩形のプレート状に形成されたもので、全体としてほぼ均一な厚みを有し、前記弁室４の内部に、該弁部材５の外周と前記弁室４の室壁の内周との間に圧力流体が流通できる僅かな隙間を保った状態で前記出力弁座２５に接離自在なるように配設されている。そして、前記励磁コイル８に通電すると、該弁部材５は、前記固定鉄心９に吸着されて前記出力弁座２５から離間し、前記出力オリフィス２４と入力流路２６とを連通させる第１位置（非図示）を占め、通電を解除すると、該弁部材５は、前記隙間を通じて該弁部材５の上面に回り込んだ圧力流体の作用により前記固定鉄心９から離間して前記出力弁座２５に押し付けられ、前記出力オリフィス２４を閉鎖して該出力オリフィス２４を前記入力流路２６から遮断する第２位置（図２、図３に示す位置）を占める。このときの該弁部材５の開閉ストロークは約０．１ｍｍほどである。

前記弁部材５の長手方向の中間部は、両側面に形成した凹状の切り欠き５ａによって少し括れており、この切り欠き５ａの部分で該弁部材５の外周の隙間の面積が拡大され、圧力流体が弁部材５の上面と前記固定鉄心９の流体導入室１６内とに流れ込み易くなっている。
前記弁部材５の表面には、少なくとも前記出力弁座２５に接離する下面に、ニッケルやクロムなどをメッキすることによって被覆処理を施しておくことが望ましい。

また、前記弁部材５を前記２つの出力弁座２５に平行に当接させてその姿勢を安定化させるため、前記第１ボディ２１の内部の前記中空壁２７の長手方向の両側の位置には、平面視Ｔ字状をした支持部５２が形成され、該支持部５２の上面で前記弁部材５の長手方向の両端部を下から支持するようにしている。この支持部５２は、前記弁室４の短手方向に細長く延びる第１部分５２ａと、前記弁室４の長手方向に細長く延びる第２部分５２ｂとを有していて、該第２部分５２ｂが前記第１部分５２ａより出力弁座２５側の位置を占めている。前記支持部５２の前記第１ボディ２１の底部からの高さは、前記出力弁座２５の高さと同じである。

次に、前記構成を有する高頻度開閉バルブの動作について説明する。図２及び図３は電磁操作部１の励磁コイル８が非通電の状態にあって、前記弁部材５が２つの出力弁座２５に当接して２つの出力オリフィス２４を閉鎖する第２位置を占めた状態を示している。

この状態から前記励磁コイル８に通電すると、固定鉄心９に発生する磁気力によって前記弁部材５が該固定鉄心９の磁極面９ａに吸着され、前記出力弁座２５から離れて２つの出力オリフィス２４を開放する第１位置に移動する。このため、入力流路２６からの圧力流体は、前記弁部材５と各出力弁座２５との間に形成される隙間（弁開口部）を通じて前記２つの出力オリフィス２４内に流入し、出力ポート４４から図示しない噴射ノズル等を通じて外部（大気）に出力される。

このとき、前記２つの出力オリフィス２４の各々の出力弁座２５の周囲が前記入力流路２６で間断なく取り囲まれると共に、２つの出力弁座２５間に介在する流路部分２６ａの流路幅ｄが前記出力オリフィス２４の開口幅ａより大きく形成されているため、前記入力流路２６内の圧力流体は、前記流路部分２６ａで絞られることなく、各々の出力弁座２５の全周から前記弁開口部を通じて各出力オリフィス２４内に均等且つ円滑に流れ込み、２つの出力オリフィス２４内に流れ込んだ圧力流体の流量を合算した流量の圧力流体が前記出力ポート４４から出力されることになる。このため、公知のバルブのように１つの出力オリフィスだけを設けた場合に比べ、出力される圧力流体の流量は２倍になる。しかも、前記弁部材５の開放ストロークは大きくする必要がないので、応答性の低下を来すことがない。

また、前記２つの出力オリフィス２４，２４の開口面積を合算した大きさの開口面積を有する開口幅の広い１つの出力オリフィスを設けた場合に比べても、前記弁開口部の面積は２つの出力オリフィス２４，２４の弁開口部の面積を合算した場合の方が大きいため、出力流体の流量も、２つの出力オリフィス２４，２４を設けた場合の方が当然多くなる。

前記励磁コイル８への通電を解除すると、前記弁部材５が該弁部材５の上面に作用する流体圧力によって前記出力弁座２５に押し付けられ、出力オリフィス２４を閉鎖して該出力オリフィス２４と入力流路２６との連通を遮断する。このため、前記出力ポート４４からの圧力流体の出力は停止する。
前記バルブは、このような弁部材５の開閉動作が高頻度で繰り返されるものである。

なお、図示した例では出力オリフィス２４が２つ設けられているが、該出力オリフィス２４は３つ以上であっても良く、また、前記複数の出力オリフィス２４は、前記弁室４の短手方向に細長く延在させると共に該弁室４の長手方向に隣接するように配設することもできる。

図７及び図８は、主弁部２の弁ボディ２０の一部を構成する第１ボディの変形例を示すもので、この変形例の第１ボディ２１Ａにおいては、２つの出力オリフィス２４Ａが弧状に湾曲した形に形成されている。即ち、前記２つの出力オリフィス２４Ａは、前記第１ボディ２１の長手方向に細長く延在すると共に、該第１ボディ２１の短手方向に互いに隣接するように配設されていて、該出力オリフィス２４Ａの長手方向の中間部で互いの間隔が最大となるように、前記第１ボディ２１の短手方向外側に向けて凸形をなしかつ互いに逆向きをなすように湾曲している。従って、前記２つの出力オリフィス２４Ａ，２４Ａの間に介在する入力流路２６の流路部分２６ａの流路幅ｄは、その長手方向の両端部で最も狭く、中間部で最も広くなっているが、最も狭い両端部においても前記出力オリフィス２４Ａの開口幅ａより大きく形成されている。

前記第１ボディ２１Ａにおける前記出力オリフィス２４Ａ以外の構成は図５及び図６に示す第１ボディ２１と実質的に同じであるから、該第１ボディ２１と同じ構成部分に該第１ボディ２１と同一の符号を付してその説明は省略する。
なお、前記２つの出力オリフィス２４Ａは、前記第１ボディ２１Ａの長手方向に隣接するように配設することもできる。

１ 電磁操作部
２ 主弁部
４ 弁室
５ 弁部材
７ ボビン
７ａ 中心孔
８ 励磁コイル
９ 固定鉄心
２４，２４Ａ 出力オリフィス
２５ 出力弁座
２６ 入力流路
２６ａ 流路部分
４４ 出力ポート
４５ 入力ポート
ｄ 流路幅

Claims (5)

1. ボビンに巻かれた励磁コイルと、該ボビンの中心孔内に取り付けられた固定鉄心とを有する電磁操作部；
   弁室を介して前記電磁操作部に連結され、該弁室内に開口する長孔状をした複数の出力オリフィスと、各出力オリフィスの回りを取り囲む出力弁座と、各々の出力弁座の回りを取り囲むようにして前記弁室に連通する入力流路と、前記出力オリフィスに連通する出力ポートと、前記入力流路に連通する入力ポートとを有する主弁部；
   前記弁室内に前記出力弁座に接離自在なるように配設され、前記励磁コイルに通電すると前記固定鉄心に吸引されて前記出力弁座から離間し、前記出力オリフィスと入力流路とを連通させる第１位置を占め、通電を解除すると圧力流体の作用で前記出力弁座に押し付けられ、前記出力オリフィスを閉鎖して該出力オリフィスを前記入力流路から遮断する第２位置を占める、プレート状をした弁部材；
   を有することを特徴とする高頻度開閉バルブ。
2. 前記出力オリフィスは直線状をなし、複数の該出力オリフィスが相互に平行に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の高頻度開閉バルブ。
3. 前記弁室には長手方向と短手方向があり、前記出力オリフィスは該弁室の長手方向に延在し、複数の前記出力オリフィスが該弁室の短手方向に隣接するように配設されていることを特徴とする請求項２に記載の高頻度開閉バルブ。
4. 前記入力流路は、前記複数の出力オリフィスの各々の出力弁座の全周を間断なく取り囲み、隣接する出力弁座間に介在する流路部分は直線状をなし、該流路部分の流路幅は該流路部分の全長に渡って均一であることを特徴とする請求項２または３に記載の高頻度開閉バルブ。
5. 前記出力オリフィスは２つであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の高頻度開閉バルブ。

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