JP2014185734A

JP2014185734A - シール弁及びその製造方法

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Publication number: JP2014185734A
Application number: JP2013062172A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishibashi; 透石橋
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: WO2014156575A1; JP6000885B2; CN105074300A; CN105074300B

Abstract

【課題】高精度な切削加工が難しい位置に弁座が設けられた場合でも、低コストな方法で弁座の真円度を保証し、リーク量を抑える。
【解決手段】流体通路１１，１２を有する本体１０と、流体通路１１，１２に設けられた弁座１１ｂ，１２ｃと、弁座１１ｂ，１２ｃに着座可能に設けられたボール２０，３０とを備えたシール弁１であって、少なくとも弁座１１ｂ，１２ｃにコーティング処理（無電解めっき層１３）を施すと共に、弁座１１ｂ，１２ｃのうち、ボール２０，３０との接触部に、環状の面押し加工痕１４，１５を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール弁及びその製造方法に関する。

シール弁は、流体通路に設けられた弁座に対して弁体を当接・離反させることにより、流体通路を開閉するものであり、例えば自動車のＡＢＳアクチュエータのソレノイドバルブに組み込まれる。シール弁は、弁座と弁体とを良好に密着させて、要求されるシール性を確保する必要がある。このため、シール弁を組み立てた後、弁座を弁体に押し付けた状態でリークテストを行い、リーク量が所定以下であることを確認している。

このようにシール弁のリーク量を所定以下にするためには、弁座と弁体との密着状態が重要となるため、弁座を高精度に加工する必要がある。このため、通常、弁座には切削加工が施されるが、これだけでは要求されるシール性を保証できない恐れがある。例えば、切削加工の後、弁座に研磨加工を施せば、加工精度を高めてリーク量を抑えることができるが、加工コストが高騰してしまう。

例えば特許文献１には、弁座に弁体（ボール弁等）を押し付けて塑性変形させることにより（面押し加工）、弁座と弁体との密着性を高めている。

特開２００２−５４７５７号公報

ところで、シール弁の本体における弁座の位置によっては、高精度な切削加工が難しい場合がある。例えば、図１（ａ）に示すように、シール弁１の本体１０の軸心に設けられた弁座１１ｂは、本体１０を回転させながら切削工具を弁座１１ｂに当てて加工できる。一方、本体１０の軸心からオフセットした位置に設けられた弁座１２ｃは、切削工具を回転させながら、固定した本体１０の弁座１２ｃに押し当てて加工する必要がある。一般に、工具を回転させて切削加工する場合は、ワークを回転させて切削加工する場合よりも加工精度が低くなるため、上記のように軸心からオフセットした位置に設けられた弁座１２ｃは、軸心に設けられた弁座１１ｂよりも切削加工精度が低くなる。このように、切削加工後の弁座の寸法精度（特に真円度）が低いと、その後に上記特許文献１のような面押し加工を施しても、所望の真円度が得られないことがある。

本発明が解決すべき技術的課題は、高精度な切削加工が難しい位置に弁座が設けられた場合でも、低コストな方法で弁座の真円度を保証し、リーク量を抑えることができるシール弁を提供することにある。

前記課題を解決するためになされた本発明に係るシール弁は、流体通路を有する本体と、前記流体通路に設けられた弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体とを備えたシール弁であって、少なくとも前記弁座にコーティング処理が施されると共に、前記弁座のうち、前記弁体と接触する部分に、環状の面押し加工痕が形成されたことを特徴とするものである。

このように、弁座に面押し加工を施すことで、この面押し加工痕と弁体とを全周で当接させることが可能となる。しかし、高精度な切削加工が難しい場所に弁座が形成される場合、弁座の面粗さが粗くなってしまうため、上記のような面押し加工を施しても、面粗さが粗いことに起因して弁座の真円度が悪化し、リークが生じてしまう。本発明は、この点に着目してなされたものであり、弁座にコーティングを施して面粗さを小さくすることで弁座の真円度を保証し、面押し加工だけでは抑えきれないリークを確実に抑えることができる。

例えば、コーティング処理が施された弁座の面粗さをＲｚ３．２μｍ以下とすれば、面押し加工により真円度を十分に（例えば５μｍ以下まで）高めることができる。

上記のコーティング処理としては、例えば無電解めっきを適用することができる。

上記のシール弁は、弁座に切削加工を施す切削工程と、少なくとも弁座にコーティング処理を施す工程と、弁座に、弁体と同形状の治具を押し付けて塑性変形させることにより、環状の面押し加工痕を形成する面押し工程とを経て製造することができる。

以上のように、本発明のシール弁によれば、高精度な切削加工が難しい位置に弁座が設けられた場合でも、低コストな方法で弁座の真円度を保証し、リーク量を抑えることができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るシール弁の本体の断面図、（ｂ）は（ａ）図のＢ方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）図のＣ方向から見た側面図である。（ａ）は本体の主流体通路の弁座１１ｂ付近の拡大断面図、（ｂ）は本体の副流体通路の弁座１２ｃ付近の拡大図である。シール弁の製造方法の手順を示すブロック図である。鍛造加工で形成された本体素材の断面図である。切削加工面にコーティング処理を施す様子を示す拡大断面図である。本体素材に面押し加工を施す様子を示す断面図である。上記シール弁が組み込まれたＡＢＳアクチュエータのソレノイドバルブの断面図である。他の実施形態に係るシール弁の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態のシール弁１は、図１に示すように、本体１０と、主弁体としてのボール２０と、副弁体としてのボール３０とを備える。

本体１０は、略円盤状をなしている。本体１０には、流体（例えばオイル）が流通可能な流体通路が設けられる。本実施形態では、本体１０の軸心に主流体通路１１が設けられ、本体１０の軸心からオフセットした位置に副流体通路１２が設けられる。主流体通路１１及び副流体通路１２の軸心は、本体１０の軸心と平行である。

主流体通路１１は、本体１０の一方の端面（図１の右側端面）に開口した小径通路１１ａと、本体１０の他方の端面（図１の左側端面）に開口し、小径通路１１ａと連通した弁座１１ｂとを有する。小径通路１１ａは円筒面であり、弁座１１ｂは、軸方向一方側を縮径させたテーパ面である。

副流体通路１２は、本体１０の他方の端面（図１の左側端面）に開口した小径通路１２ａと、本体１０の一方の端面（図１の右側端面）に開口した大径通路１２ｂと、小径通路１２ａ及び大径通路１２ｂとの間に設けられた弁座１２ｃとを有する。小径通路１２ａ及び大径通路１２ｂは円筒面であり。弁座１２ｃは、軸方向他方側を縮径させたテーパ面であり、小径通路１２ａ及び大径通路１２ｂと連続している。

弁座１１ｂ，１２ｃには、環状の面押し加工痕１４，１５が形成されている。面押し加工痕１４，１５は、ボール２０，３０と同径のボール治具を弁座１１ｂ，１２ｃに押し付け、これらのボール治具の形状を弁座１１ｂ，１２ｃに転写することで形成される（詳細は後述する）。面押し加工痕１４，１５は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、弁座１１ｂ，１２ｃの中間部（軸方向両端を除く部分）に環状に設けられる。面押し加工痕１４，１５は、弁座１１ｂ，１２ｃのうち、ボール２０，３０との接触部に設けられ、ボール２０，３０のうち、弁座１１ｂ，１２ｃとの接触部と同径の円形を成している。面押し加工痕１４，１５は、真円度５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とされる。

図２に示すように、本体１０のうち、少なくとも弁座１１ｂ，１２ｃには、コーティング処理が施される。本実施形態では、流体通路１１，１２の内周面を含む本体１０の表面全体に、無電解めっき層１３が施される。無電解めっき層１３は、例えばニッケルで形成される。無電解めっき層１３が施された弁座１１ｂ，１２ｃの表面粗さは、Ｒｚ３．２μｍ以下、好ましくは１．６μｍ以下とされる。

上記構成のシール弁１を開いた状態、すなわち、ボール２０，３０が弁座１１ｂ，１２ｃから離れた状態では、流体通路１１，１２を介した流体の流通が可能となる。一方、シール弁１を閉じた状態、すなわち、ボール２０，３０を弁座１１ｂ，１２ｃに押し付けた状態では、流体通路１１，１２を介した流体の流通が規制される。

以下、上記構成のシール弁１の製造方法を、本体１０の形成方法を中心に説明する。シール弁１は、図３に示すように、鍛造工程、切削工程、コーティング工程（無電解めっき工程）、面押し工程、組立工程を経て行われる。

鍛造工程では、図４に示すように、本体１０とほぼ同形状の本体素材１０’が形成される。本体素材１０’には、テーパ面１１ｂ’，１２ｃ’を有する貫通孔１１’，１２’が形成される。

切削工程では、図４に示す本体素材１０’のテーパ面１１ｂ’，１２ｃ’に、切削加工が施される。具体的には、まず、本体素材１０’を軸心周りに回転させながら、本体素材１０’の軸心に設けられたテーパ面１１ｂ’に切削工具を当てて切削加工を施す。その後、本体素材１０’を固定した状態で、テーパ面１２ｃ’に別の切削工具を回転させながら当てて切削加工を施す。ワークに切削加工（旋削加工）を施す場合、一般に、ワークを回転させて切削する方が、工具を回転させて切削する場合よりも加工精度が高い。本実施形態では、本体素材１０’を回転させて切削したテーパ面１１ｂ’は精度良く加工され、例えば真円度５μｍ以下（好ましくは３μｍ以下）、表面粗さＲｚ３．２μｍ以下（好ましくは１．６μｍ以下）となっている。一方、切削工具を回転させて切削したテーパ面１２ｃ’は、テーパ面１１ｂ’よりも加工精度が低く、例えば真円度２０μｍ程度、表面粗さＲｚ６．３μｍ程度になっている。尚、切削工程の後、必要に応じて、本体素材１０’に対して熱処理工程、ショット・バレル工程、及びフェルマイト工程等を施してもよい。

その後、本体素材１０’にコーティング処理が施される。本実施形態では、コーティング処理として、無電解めっき、特にニッケル無電解めっきが施される。具体的には、ニッケルを含むめっき浴に本体素材１０’を浸漬することにより、貫通孔１１’，１２’の内周面を含む本体素材１０’の表面全体にニッケル無電解めっきが施される。これにより、図５に示すように、切削加工が施されたテーパ面１１ｂ’，１２ｃ’に無電解めっき層１３がコーティングされ、表面粗さが改善される。特に、本体素材１０’の軸心からオフセットした位置にあるテーパ面１２ｃ’は、高精度な切削加工が難しく、上述のように面粗さが比較的粗くなっているが、コーティング処理により切削加工痕にコーティング材（無電解めっき層１３）が入り込み、表面粗さが小さくなる。具体的には、テーパ面１１ｂ’，１２ｃ’の表面粗さがＲｚ３．２μｍ以下、好ましくは１．６μｍ以下となるように、コーティング処理が施される。

その後、本体素材１０’に対して面押し工程が施される。面押し工程では、図６に示すように、テーパ面１１ｂ’に対して、ボール２０と同径の治具ボール２０’を押し付けると共に、テーパ面１２ｃ’に対して、ボール３０と同径の治具ボール３０’を押し付け、テーパ面１１ｂ’，１２ｃ’の一部を塑性変形させる。治具ボール２０’，３０’は、それぞれ本体素材１０’に対して回転させることなく平行に押し付けられる。これにより、テーパ面１１ｂ’，１２ｃ’（弁座１１ｂ，１２ｃ）にそれぞれ環状の面押し加工痕１４，１５が形成される（図１参照）。治具ボール２０’，３０’は、それぞれボール２０，３０よりも硬い材質が使用される。治具ボール２０’，３０’の真円度は５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とされ、治具ボール２０’，３０’の表面粗さはＲｚ３．２μｍ以下、好ましくは１．６μｍ以下とされる。この面押し加工により、本体１０が完成する。その後、本体１０及びボール２０，３０を組み立てることで、シール弁１が完成する。

上記のように、シール弁１の弁座、特に、本体１０の軸心からオフセットした位置にある弁座１２ｃにコーティング処理を施して、弁座１２ｃの表面粗さを改善することで、この弁座１２ｃに形成される面押し加工痕１５の真円度が改善される。これにより、弁座１２ｃとボール３０との密着性が高められるため、副流体通路１２のリークを抑えてシール性が高められる。

ところで、弁座１１ｂ，１２ｃに形成される面押し加工痕１４，１５は、厳密に言うと、治具ボール２０’，３０’と同径の球面状、すなわちボール２０，３０と同径の球面状に形成される。従って、面押し加工痕１４，１５の幅（弁座１１ｂ，１２ｃの母線方向における幅）が大きい場合、ボール２０，３０を弁座１１ｂ，１２ｃに押し付けてシール弁１を閉じると、球面状の面押し加工痕１４，１５にボール２０，３０が嵌り込む。この場合、その後にシール弁１を開こうとしたときに、ボール２０，３０が面押し加工痕１４，１５に引っかかって弁座１１ｂ，１２ｃから離反しにくくなる恐れがある。本実施形態では、上記のように、弁座１１ｂ，１２ｃにコーティング処理を施して表面を滑らかにしているため、上記のような引っかかりが防止され、シール弁１をスムーズに開閉することが可能となる。

上記のシール弁１は、例えば図７に示すようなＡＢＳアクチュエータ１００のソレノイドバルブ２００に組み込まれる。ＡＢＳアクチュエータ１００は、ブレーキ液圧を制御するものであり、ホイールシリンダ１０１とマスタシリンダ１０２との間に設けられる。ソレノイドバルブ２００は、ＡＢＳアクチュエータ１００のハウジング１０３ａの凹部に固定されたガイド２０１と、ガイド２０１の内周に挿入されたシャフト２０２と、ガイド２０１の内周に固定され、シャフト２０２の先端側に配されたシール弁１とを主に備える。シール弁１の本体１０は、シャフト２０２の先端側に同軸上に配される。ボール２０は、主流体通路１１の弁座１１ｂとシャフト２０２の先端との間に配される。ボール３０は、副流体通路１２の弁座１２ｃとボール止め２０７との間に配される。

ソレノイドバルブ２００は、通常時はコイル２１３に通電されない状態となっている。この状態では、スプリング２１２によりシャフト２０２及びプランジャ２１１が図中上方に付勢される。これにより、シール弁１のボール２０は、弁座１１ｂとシャフト２０２の先端との上下方向間で移動自在とされる。従って、ホイールシリンダ１０１側の流路１０３ｂとマスタシリンダ１０２側の流路１０３ｃとが、シール弁１の主流体通路１１を介して連通状態となる。

ポンプ１０６が作動すると、シール弁１のボール３０が弁座１２ｃに押し付けられて副流体通路１２が閉じる。従って、シール弁１の主流体通路１１のみを介してホイールシリンダ１０１側からマスタシリンダ１０２側へブレーキ液が流動される。

ポンプ１０６の作動が中止されると、シール弁１のボール３０が弁座１２ｃから離れ、副流体通路１２が開く。従って、シール弁１の主流体通路１１及び副流体通路１２を介して、マスタシリンダ１０２側からホイールシリンダ１０１側へブレーキ液が速やかに戻される。

ポンプ１０６を作動させると共に、コイル２１３へ通電すると、シール弁１のボール３０が弁座１２ｃに押し付けられて副流体通路１２が閉じると共に、プランジャ２１１及びシャフト２０２が図中下側に移動し、シール弁１のボール２０が弁座１１ｂに押し付けられて主流体通路１１が閉じる。これにより、ホイールシリンダ１０１が増圧する。従って、コイル２１３への通電量を調整して主流体通路１１を開閉することで、ホイールシリンダ１０１の圧力を調整することができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、逆流防止弁に本発明のシール弁を適用してもよい。例えば、図８に示すシール弁４１（逆流防止弁）は、本体４２と、ボール４３と、スプリング４４と、ケース４５とを備える。本体４２は流体通路４６を有し、流体通路４６の開口側端部に球面状の弁座４６ａが設けられる。弁座４６ａには、ボール４３と同径の治具ボールを押し当てて形成された環状の面押し加工痕（図示省略）が形成される。弁座４６ａや面押し加工痕の諸元は、上記実施形態と同様である。

また、上記の実施形態では、テーパ面１１ｂ’，１２ｃ’を含む本体素材１０’の表面全体にコーティング処理を施しているが、本体素材１０’の軸心にあるテーパ面１１ｂ’は切削加工後の表面粗さが小さい（Ｒｚ３．２μｍ以下）ため、コーティング処理を施さなくても良い。従って、本体素材１０’の表面の一部のみにコーティング処理を施してもよい。例えばテーパ面１２ｃ’以外にマスキングを施した状態で本体素材１０’をめっき浴に浸漬することで、テーパ面１２ｃ’のみにコーティング処理を施しても良い。

また、コーティング処理は、切削加工を施した弁座の表面粗さを改善できる方法であればよく、例えば電解めっきや蒸着処理等を採用することもできる。ただし、無電解めっきは、非常に滑らかな表面を得ることができるため好ましい。また、弁体は、ボールに限らず、例えばテーパ面を有するものであってもよい。

また、上記の実施形態では、コーティング処理を施した後、面押し加工を施した場合を示したが、これとは逆に、面押し加工を施した後、コーティング処理を施してもよい。

１シール弁
１０本体
１１主流体通路
１１ｂ弁座
１２副流体通路
１２ｃ弁座
１３無電解めっき層（コーティング層）
１４，１５面押し加工痕
２０ボール（主弁体）
３０ボール（副弁体）

Claims

流体通路を有する本体と、前記流体通路に設けられた弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体とを備えたシール弁であって、
少なくとも前記弁座にコーティング処理が施されると共に、前記弁座のうち、前記弁体と接触する部分に、環状の面押し加工痕が形成されたことを特徴とするシール弁。
前記コーティング処理が施された前記弁座の面粗さがＲｚ３．２μｍ以下である請求項１記載のシール弁。
前記コーティング処理が無電解めっきである請求項１又は２記載のシール弁。
流体通路を有する本体と、前記流体通路に設けられた弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体とを備えたシール弁を製造するための方法であって、
前記弁座に切削加工を施す切削工程と、少なくとも前記弁座にコーティング処理を施すコーティング工程と、前記弁座に、前記弁体と同形状の治具を押し付けて塑性変形させることにより、環状の面押し加工痕を形成する面押し工程とを有するシール弁の製造方法。