JP2017210973A - 逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート部にかかる負荷を軽減させると共に、構造の簡素化により部品の加工コストを減らし、閉止時に内部リークを零に可能にしたことを特徴とする。【解決手段】逆止弁１０は、ソレノイドバルブ２０の本体１１の内部にスリーブ１２が組み込まれており、該スリーブ１２は半径方向に流入路１２ａと、スリーブ１２の一端部において軸方向に指向する連通孔１２ｂとを、備える。スリーブ１２の連通孔１２ｂに段付円筒形状の弁座本体１３が嵌合されており、弁座本体１３の軸方向に流出路１３ｅが穿設されている。弁座本体１３の一端側にシール部１３ｄを有する弁座１３ａが形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧ガス、高圧油等の流体が回路内で逆流するのを防止するための逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法に関する。

例えば、特許文献１に記載されているように、閉弁する際に、ポペット６６（特許文献１に記載された符号を示す。以下同じ）がスリーブ１２に形成された弁座に当接することにより金属接触して流体の漏れを遮断するポペット弁６０が知られている（特許文献１参照）。

また、周知のように、逆止弁はその上流又は下流に設けられた制御弁等が作動して該逆止弁の上流から下流に向けて流体が流れる場合に、圧力が高くなった一次側流体の圧力によってポペットが押圧され、該ポペットが流入路から離間してポペットに設けられたシール部材が弁座を開放することで流体が逆止弁の流入路側から流出路側に流通するようになっている。

一方、制御弁等が流体を停止する側に作動して一次側流体の圧力が下がった場合には、ポペットを流入路側に付勢しているばね部材等の付勢手段の弾発力によって、ポペットが流入路側に押圧されると共に、シール部材が弁座を密封して該弁座を閉塞され、流入路から流出路への流体の流通が停止されると共に、流体は流出路側から流入路側に逆流しないようになっている。

例えば、特許文献２に記載されているように、流体の流入路３３（特許文献２に記載された符号を示す。以下同じ）と流出路３４とを有し、内周面３２ａが円筒形状に形成されると共に前記流入路３３に向かって縮径される弁座３５が形成された弁室３２と、弁座３５に接離することで流入路３３と弁室３２との間を開閉自在とするシール部材５８と、前記シール部材５８が設けられ前記弁室３２内で往復自在とされたポペット５と、前記ポペット５を前記弁座３５側に付勢する付勢手段６とを備えた逆止弁１が提案されている。

この逆止弁１では、弁座３５は前記弁室３２の軸線Ｏ１を含む断面において、流入路３２から内周面３２ａに至る間に、前記弁室３２側に突出して屈曲すると共に、前記シール部材５８と密着可能な屈曲点Ｐｃが一つ形成されている。

さらに、シール部材５８をシール部５６に嵌着したポペット５の小径部５４には、該シール部材５８を支持する保持リング５９が嵌着されており、該保持リング５９は基端部５９ａがポペット５にかしめられている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１５６４６３号公報 特開２００７−２０５４０６号公報

特許文献１では、金属接触による摩耗によりポペットと弁座の当接部分が磨り減った場合、十分に流体の漏れを遮断することが出来ずに、ポペットと弁座が磨り減った隙間から流体の内部漏れが発生する可能性があった。

特許文献２では、ポペットにシール部材を取り付けて使用する構造の逆止弁であり、シール部材が密着する弁座は傾斜が異なる傾斜面が形成されていると共に、シール部材を支持する保持リングがポペットにかしめ加工されているので、加工が煩雑であり、結果的にはコストアップになる。さらに、内部漏れを小さくするためにシール部材が接触するポペットの溝部及び弁座のテーパ面の面粗さを良く仕上げる必要があり、コスト高になっていた。

また、シール部材を取り付ける際に引き伸ばす必要があるため、二トリルゴム等の弾性体が使用されていた。このため、バルブの使用圧力及び流量が大きくなる等の使用条件によっては、ポペットと弁座の隙間を流れる圧油によってシール部材が浮き上がって外れる可能性があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたもので、シート部にかかる負荷を軽減させ
ると共に、構造の簡素化により部品の加工コストを減らし、閉止時に内部リークを零に可能にしたことを特徴とする逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため請求項１記載の発明は、
流体の流入路及び連通孔を有し内周面に弁室が形成されたスリーブと、
前記流体の流出路及び該流体を遮断する弁座を有し前記連通孔に嵌合された弁座本体と、
前記スリーブの弁室に摺動自在に嵌挿されると共に前記流出路に指向するにつれて小径部に対して拡径されるテーパ面が形成された弁体と、
前記弁体に穿設されて段差孔に連通する細孔に係合する針弁を介して該弁体が前記弁座側に付勢する弾発力を付与する付勢手段と、
を備えた逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法であって、
前記弁体は端面に環状凸部が形成されており、
前記弁座本体は前記弁座に形成された環状溝にシール部材が装着されてシール部が形成されており、
前記環状凸部が前記シール部に接離することを特徴とする逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法とした。

本発明によれば、弁座に形成された環状溝にシール部材が装着されてシート部を形成して、弁体に形成された環状凸部がシート部に接離することにより、高圧、大流量で使用してもシール部材が外れない。また、シート部（弁体の環状凸部とシール部材の接触部）の周長を長くすることで、接触応力を抑えることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法において、前記弁体は前記弁室と前記流出路とを遮断するチェック弁を前記段差孔に有することを特徴とする逆止弁の製造方法とした。本発明によれば、段差孔にチェック弁を設けることで、圧油が細孔に流れることを防止することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法において、前記逆止弁を内蔵したことを特徴とするポペット形ソレノイドバルブの製造方法とした。本発明によれば、前記逆止弁を内蔵したことにより、ソレノイドバルブ内の圧油の漏れを確実に防止することができる。

本発明は、弁座に環状溝を設けてシール部材が環状溝に圧入されることで、高圧、大流量で使用した場合でも、シール部材が外れることを防止する。さらに、シール部材と弁体の接触部の周長を長くして接触応力を抑えることができる。これにより、構造の簡素化により部品の加工コストを減らし、さらに、シール部にかかる負荷を軽減させて、閉止時に内部漏れを少なく抑えることを可能にした逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法を提供することができる。

本発明の第一の実施の製造方法に係る逆止弁１０の略縦断面図である。 図１の逆止弁１０を内蔵したソレノイドバルブ２０の略縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブ製造方法の略縦断面図である。

以下、本発明の逆止弁につき好適な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、逆止弁１０は、図２の弁体位置検出装置付ポペット形ソレノイドバルブ２０(以下、ソレノイドバルブ２０という)の本体１１の内部に段付円筒形状のスリーブ１２が組み込まれており、該スリーブ１２は半径方向に流入路１２ａと、スリーブ１２の一端部において軸方向に指向する連通孔１２ｂとを、備える。また、スリーブ１２の内周面１２ｅ（図１で右端部）に弁室１２ｆが形成されている。

スリーブ１２の連通孔１２ｂに段付円筒形状の弁座本体１３が嵌合されており、該弁座本体１３の軸方向に流出路１３ｅが穿設されている。弁座本体１３の一端側（図１で左側）にはシール部１３ｄを有する弁座１３ａが形成されている。前記弁座１３ａには環状溝１３ｂが形成されて、該環状溝１３ｂにシール部材１３ｃ、例えば、二トリルゴム等の弾性体に比べて硬度の高いナイロン等の材料が圧入により固定されることにより、シール部１３ｄを形成している。さらに、弁座１３ａに従来よりも周長の長いシール部１３ｄを形成して流体を遮断することで、接触応力を小さくして弁体１４が当接するシール部材１３ｃの劣化を防止して耐久性を向上させることができる。

スリーブ１２の弁室１２ｆは流体の流入路１２ａ及び流出路１３ｅに連通しており、該弁室１２ｆに弁体１４が摺動自在に嵌挿されている。弁体１４は段付の円筒形状であって、大径部１４ａがスリーブ１２の弁室１２ｆに摺動自在に嵌挿されており、小径部１４ｃから中径部１４ｂにかけてテーパ面１４ｄを有し弁室１２ｆに対して拡径になって該弁室１２ｆとは半径方向に隙間１２ｈを形成している。さらに、弁体１４の一端面（図１で右端）に弁座１３aの該環状溝１３ｂに圧入されたシール部材１３ｃに係合してシール機能を付与する環状凸部１４ｅが設けられている。

弁体１４に断面円形状の開口部１４ｆが設けられ、該開口部１４ｆには針弁１５を介してばね部材（付勢手段）１６の弾発力により該弁体１４を押圧する該針弁１５が内装されている。参照符号１７はスリーブ１２の弁室１２ｆに嵌着されたブッシュで、ブッシュ１７の内孔１７ａにはソレノイドバルブ２０（図２参照）の針弁１５が摺動自在に嵌挿支持されている。針弁１５は一端（図１で右端）が円錐部１５ａに形成されており、該円錐部１５ａの先端が弁体１４に穿設された細孔１４ｇに臨入するようになっている。細孔１４ｇは段差孔１４ｈに連通している。

参照符号１４ｉはオリフィス機構である段付細孔を示し、段付細孔１４ｉには弁体１４を介して区分される弁室１２ｆの隙間で形成される前室１２ｈ（流入路１２ａ側）と開口部１４ｆを含む後室１２ｉ（針弁１５側）とを連通して、前室１２ｈ及び後室１２ｉの圧油が同一に保持される。

図２のソレノイドバルブ２０の作動に伴う図１の逆止弁１０の動作について説明する。図２において、流入路１２ａの圧力が流出路１３ｅの圧力より高いものとする。ソレノイドコイル２３の励磁によりプランジャ２４が矢印Ｘ方向に移動すると針弁１５も協動し、該針弁１５の円錐部１５ａが細孔１４ｇから離脱する。このため、後室１２ｉの圧油が細孔１４ｇを通って流出路１３ｅに流出するので後室１２ｉの圧力が低下し、高圧側の圧油が流入路１２ａから前室１２ｈより弁体１４の矢印Ｘ方向に作用する。これにより、弁体１４が矢印Ｘ方向に移動し弁座１３ａと弁体１４との接触が解除され、該弁座１３ａと弁体１４との間に発生する空間と弁室１２ｆの隙間１２ｈとが連通して、高圧側の圧油が流入路１２ａから流出路１３ｅに流れるようになる。

ソレノイドコイル２３を非励磁にするとばね部材２５の弾発力によりプランジャ２４が矢印Ｙ方向に移動し、同時に該プランジャ２４に協動して針弁１５が矢印Ｙ方向に移動し針弁１５の円錐部１５ａの先端が細孔１４ｇに進入し、該細孔１４ｇが閉塞される。このため、後室１２ｉ内の圧油の排出口がなくなることから、高圧側圧油が流入路１２ａから段付細孔１４ｉを経て後室１２ｉ内に流入するので、弁体１４内の内部圧力、すなわち後室１２ｉ（弁体１４の開口部１４ｆ側）の圧力は高圧側圧油の流入路１２ａと同じなる。そして、弁体１４はばね部材１６及び２５の弾発力により矢印Ｙ方向に移動し環状凸部１４ｅがシール部１３ｄに接触し、弁座１３ａに圧入された高硬度なシール部材１３ｃにより環状凸部１４ｅ及びシール部１３ｄ間が閉塞されるので流入路１２ａ及び流出路１３ｅの連通が遮断される。

次に、図２は、本発明の第一の実施の形態に係る逆止弁１０及び該逆止弁１０を内蔵したソレノイドバルブ２０の断面図で、図２中、図１の構成要素と同一の構成要素は同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図２に示すように、ソレノイドバルブ２０は、ソレノイド本体２１のソレノイドケース２２にソレノイドコイル２３が一体的に組み込まれていると共に、ソレノイド本体２１は本体１１と一体的に取り付けられている。また、ソレノイド本体２１のソレノイドガイド２７にプランジャ２４が摺動自在に嵌挿されており、該プランジャ２４はソレノイドコイル２３のＯＮ−ＯＦＦの励磁―非励磁作用により矢印Ｘ方向またはＹ方向に移動するようになる。すなわち、ソレノイドコイル２３のＯＮによるソレノイド本体２１の励磁力によりプランジャ２４が矢印Ｘ方向に変位すると、針弁１５がばね部材１６、２５の弾発力に抗してプランジャ２４に協動して矢印Ｘ方向に移動し、ソレノイドコイル２３がＯＦＦによるばね部材１６、２５の弾発力によりプランジャ２４が矢印Ｙ方向に移動するようになる。参照符号２６はソレノイドバルブ２０の電源用コネクタで、ソレノイドケース２２に取り付けられている。

また、ソレノイドバルブ２０は、本体１１に軸方向穴（第一の軸方向穴）１１ａと、該軸方向穴１１ａの穴径より大きく軸方向穴１１ａに連通する軸方向穴（第二の軸方向穴）１１ｂと、該軸方向穴１１ｂの穴径より大きく軸方向穴１１ｂに連通する軸方向穴（第三の軸方向穴）１１ｃと、を備える。前記軸方向穴１１ａ、１１ｃの軸方向に略直交し連通する流体通路（第一の流体通路）１１ｄ、（第二の流体通路）１１ｅが本体１１にそれぞれ穿設されている。なお、軸方向穴１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは共に同軸状に設けられている。軸方向穴１１ａ、１１ｃにはスリーブ１２が嵌挿されている。スリーブ１２は一端部に形成された鍔１２ｇが軸方向穴１１ｃの内周面１２ｅに係合し、かつ円筒部１２ｃの外周面１２ｄが軸方向穴１１ｂに嵌挿されている。スリーブ１２の内周面１２ｅには弁体１４の大径部１４ａが摺動自在に嵌挿され、かつ弁体１４の中径部１４ｂの端面に形成された環状凸部１４ｅが弁座本体１３の端面に形成されたシール部１３ｄに当接するように設けられている。

針弁１５はスリーブ１２の鍔１２ｇ及び内周面１２ｅに嵌挿されたブッシュ１７に摺動可能に配設されており、ピン２８によって針弁１５の他端部がソレノイドガイド２７内を摺動可能な可動鉄心であるプランジャ２４に連結されている。針弁１５はばね部材１６、２５の弾発力により弁体１４に押し付けられ、細孔１４ｇを閉塞するように機能する。なお、ソレノイドガイド２７はスペーサ２９を介してねじ手段３０により本体１１に螺着されている。

導電体であるリング３１は絶縁体のスペーサ３２、３３、導電体である波形ワッシャ３４、リテーナ３５により固定されている。これにより、リング３１は本体１１と絶縁状態に保持されている。接触子３６は導電体であり、同じく導電体であるばね部材１６によってリング３１に押し付けられている。よって、接触子３６はばね部材１６、プランジャ２４、ばね部材２５、スペーサ３７及びソレノイドガイド２７を介して本体１１に常に導通している。また、流体通路１１ｄ、１１ｅ間が遮断されている場合、リング３１と接触子３６とが確実に接触している状態に維持されると共に、各構成部品の加工寸法のばらつきを考慮してリング３１と、リング３１を移動させるためにリング３１と針弁１５に設けた鍔１５ｂの端面１５ｃとの間に隙間１５ｄが設けられている。

ソレノイドバルブ２０は基本的には以上のように構成されており、次に動作について説明する。先ず、ソレノイドコイル２３が非励磁の状態で第一の流体通路１１ｄから圧力流体を供給した場合、弁体１４には段付細孔１４ｉを設けているので前室（第一の流体室）１２ｈと後室（第二の流体室）１２ｉの圧力は同一に保持されているが、弁体１４の両端面の受圧面積の差により後室１２ｉ側の受圧面積は前室１２ｈ側の受圧面積より大きいため、弁体１４は矢印Ｙ方向に変位し針弁１５の円錐部１５ａが細孔１４ｇに当接して第一の流体通路１１ｄ及び第二の流体通路１１ｅ間を遮断する（図２参照）。

さらに、リング３１と接触子３６とは接触しているので、電気端子３８ａは検出電気端子３８ｂに導通しており、この電気端子３８ａと検出電気端子３８ｂとの導通状態を検出することにより針弁１５の位置検出を確認して第一の流体通路１１ｄ、第二の流体通路１１ｅ間の連通及び遮断状態を遠隔的に確認することができる。

この状態で、ソレノイドコイル２３を励磁すると、プランジャ２４が矢印Ｘ方向に変位し、それに伴い針弁１５も協動する。針弁１５が矢印Ｘ方向に変位すると、該針弁１５の円錐部１５ａによって閉塞されていた細孔１４ｇが開き、後室１２ｉの圧力流体が細孔１４ｇ、流出路１３ｅを通って第二の流体通路１１ｅへ流れる。圧力流体が後室１２ｉから第二の流体通路１１ｅに流れると、後室１２ｉの圧力は前室１２ｈの圧力よりも低くなる。後室１２ｉの圧力が低くなり、（後室１２ｉの圧力×後室１２ｉの受圧面積）の力が（前室１２ｈの圧力×前室１２ｈ側の受圧面積）の力よりも小さくなるので、弁体１４は矢印Ｘ方向に変位する。よって、弁体１４の中径部１４ｂの先端部が弁座本体１３の弁座１３ａから離れるので、第一の流体通路１１ｄ、第二の流体通路１１ｅが連通状態になり圧力流体は第二の流体通路１１ｅから第一の流体通路１１ｄに流れるようになる。

次に、第二の流体通路１１ｅから圧力流体を供給し、ソレノイドコイル２３が非励磁の状態の場合、第二の流体通路１１ｅの圧力に受圧面積（図２の弁体右端面）を積算した力が（ばね部材２５の力―ばね部材１６の力）の弾発力よりも大きければ、圧力流体は弁体１４を押し開いて第一の流体通路１１ｄに流れる。第二の流体通路１１ｅから圧力流体を供給し、ソレノイドコイル２３を励磁した場合、プランジャ２４が矢印Ｘ方向に変位するので弁体１４にはばね部材２５の弾発力が付勢されない。よって、弁体１４を押し開く力は該弁体１４の摺動抵抗のみになるので、圧力流体は自由に第二の流体通路１１ｅから第一の流体通路１１ｄに流れる。ここで、針弁１５が矢印Ｘ方向に変位すると、鍔１５ｂによって接触子３６も協動するので、リング３２と接触子３６との接触なくなり電気端子３８ａと検出電気端子３８ｂとの導通状態も解除される。

ソレノイドバルブ２０は、針弁１５の位置を直接検出することにより、第一の流体通路１１ｄ、第二の流体通路１１ｅ間が連通及び遮断状態を確認して圧力流体の流れの有無を検出することができる。

図３は、本発明の第二の実施の形態に係る逆止弁４０及び逆止弁４０を取り付けた弁体位置検出装置付ソレノイドバルブ５０（以下、ソレノイドバルブ５０という）略縦断面図で、図３中、図１、図２の構成要素と同一の構成要素は同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示すように、逆止弁４０の特徴はソレノイドバルブ５０が励磁して第二の流体通路１１ｅから流入した圧油が流出路１３ｅより流入路１２ａに流れ第一の流体通路１１ｄに流出する圧油の流量を少量にしたことが特徴である。

このため、図３において、段差孔１４ｈには止ねじ１８ａによりボール１８ｂが装填されており、該段差孔１４ｈに止ねじ１８ａを螺着すると共に該止ねじ１８ａの一側（図３で左側）と細孔（パイロット孔）１４ｇの一側（図３で右側）との間にボール１８ｂを設け、止ねじ１８ａ及びボール１８ｂによりチェック弁１８を構成している。

次に、図３のソレノイドバルブ５０に作動に伴う逆止弁４０の動作について説明する。ソレノイドコイル２３を励磁した場合、圧油が第二の流体通路１１ｅから流出路１３ｅに流入すると、圧油がチェック弁１８内の通路１８ｃを流れてボール１８ｂを細孔１４ｇに押圧し、該細孔１４ｇが閉塞される。これにより、圧力流体が第二の流体通路１１ｅから細孔１４ｇを通って後室１２ｉに流入するのを、チェック弁１８により防止している。
一方、弁体１４は該弁体１４に作用する流出路１３ｅの圧油によりばね部材１６の弾発力に抗して図３で矢印Ｘ方向に移動し、シール部１３ｄと環状凸部１４ｅとの隙間のみから圧油が流入路１２ａを通って第一の流体通路１１ｄに流れる。このため弁体１４を矢印Ｘ方向に変位して細孔１４ｇが閉塞される。ここで、針弁１５が矢印Ｘ方向に変位すると、鍔１５ｂによって接触子３６も協動するので、リング３１と接触子３６との接触がなくなり電気端子３８ａと検出電気端子３８ｂとの導通状態も解除される。

ソレノイドバルブ５０は、針弁１５の位置を直接検出することにより、第一の流体通路１１ｄ及び第二の流体通路１１ｅ間の連通及び遮断状態を確認して圧力流体の流れの有無を検出することができる。

１０、４０ 逆止弁 １１ 本体
１１ａ 第一の軸方向穴 １１ｂ 第二の軸方向穴
１１ｃ 第三の軸方向穴 １１ｄ 第一流体通路
１１ｅ 第二流体通路 １２ スリーブ
１２ａ 流入路 １２ｂ 連通孔
１２ｃ 円筒部 １２ｄ 外周面
１２ｅ 内周面 １２ｆ 弁室
１２ｇ 鍔 １２ｈ 隙間（前室）
１２ｉ 後室 １３ 弁座本体
１３ａ 弁座 １３ｂ 環状溝
１３ｃ シール部材 １３ｄ シール部
１３ｅ 流出路 １４ 弁体
２０、５０ 弁体位置検出装置付ポペット形ソレノイドバルブ

Claims (3)

1. 流体の流入路及び連通孔を有し内周面に弁室が形成されたスリーブと、
   前記流体の流出路及び該流体を遮断する弁座を有し前記連通孔に嵌合された弁座本体と、
   前記スリーブの弁室に摺動自在に嵌挿されると共に前記流出路に指向するにつれて小径部に対して拡径されるテーパ面が形成された弁体と、
   前記弁体に穿設されて段差孔に連通する細孔に係合する針弁を介して該弁体が前記弁座側に付勢する弾発力を付与する付勢手段と、
   を備えた逆止弁及びそれを用いたソレノイドバルブの製造方法であって、
   前記弁体は端面に環状凸部が形成されており、
   前記弁座本体は前記弁座に形成された環状溝にシール部材が装着されてシール部が形成されており、
   前記環状凸部が前記シール部に接離することを特徴とする逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法。
2. 請求項１記載の逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法において、
   前記弁体は前記弁室と前記流出路とを遮断するチェック弁を前記段差孔に有することを特徴とする逆止弁の製造方法。
3. 請求項１または２記載の逆止弁及びそれを用いたポペット形ソレノイドバルブの製造方法において、前記逆止弁を内蔵したことを特徴とするポペット形ソレノイドバルブの製造方法。

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