JP2018136001A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、弁体の振動を抑制することが可能であるとともに、弁体をよりスムーズに組み付けることが可能な弁装置を得る。【解決手段】弁装置は、例えば、第一方向に向かうにつれて内径が広がる回転面状に構成された弁座を有したシート部材と、弁座への着座により流体の流れを遮断するとともに着座位置からの移動により流体の流れを許容する球状の弁体と、弁体を弁座に着座させる付勢力を生じる付勢部材と、弁体と付勢部材との間に設けられ、着座位置から移動する弁体を第一方向に対して傾いた第二方向に案内する傾斜部と、弁座に着座した弁体から第二方向に離間しシート部材に向けて突出する突起部と、を有した、ガイド部材と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、弁装置に関する。

従来、コイルスプリングが、球状の弁体を、傾斜面が設けられた部材を介して閉弁方向に付勢する弁装置が、知られている。この弁装置では、弁体が傾斜面によってケースの側壁面に押し付けられることにより、弁体の振動が抑制される（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１９８０５号公報

上記従来の弁装置では、弁体が組み付けられる際、例えば、コイルスプリングの自由長が長い場合などにあっては、弁体が傾斜面を転がって脱落するなど、組付作業をスムーズに行い難くなる場合があった。

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、弁体の振動を抑制することが可能であるとともに、弁体をよりスムーズに組み付けることが可能な弁装置を得ることである。

本発明の弁装置は、例えば、第一方向に向かうにつれて内径が広がる回転面状に構成された弁座を有したシート部材と、上記弁座への着座により流体の流れを遮断するとともに着座位置からの移動により流体の流れを許容する球状の弁体と、上記弁体を上記弁座に着座させる付勢力を生じる付勢部材と、上記弁体と上記付勢部材との間に設けられ、上記着座位置から移動する上記弁体を上記第一方向に対して傾いた第二方向に案内する傾斜部と、上記弁座に着座した上記弁体から上記第二方向に離間し上記シート部材に向けて突出する突起部と、を有した、ガイド部材と、を備える。

このような構成によれば、着座位置から離れた弁体が、傾斜部によって第二方向に案内されることにより、弁座に偏って接触した状態で開弁するため、弁体の振動が抑制される。他方、弁体の組付時にあっては、突起部によって弁体のガイド部材からの脱落を抑制できる。したがって、弁体の振動を抑制することが可能であるとともに、弁体をよりスムーズに組み付けることが可能な弁装置を、得ることができる。

上記弁装置は、例えば、上記弁体の使用状態における上記着座位置からの移動量が最大の状態で、上記弁体と上記突起部とが離間するよう構成される。仮に、着座位置から移動した弁体とガイド部材とが相対移動できない状態になると、弁体とガイド部材とが一体的に振動してしまう虞がある。その点、上記弁装置では、弁体の使用状態における着座位置からの移動量が最大の状態にあっても弁体と突起部とが離間するよう構成されることにより、使用状態においては着座位置から移動した弁体とガイド部材とが相対移動可能な状態が確保されるため、弁体とガイド部とが一体化され一体的に振動するのが、抑制される。

上記弁装置では、例えば、上記ガイド部材は、上記第一方向および上記第二方向と直交する第三方向への上記弁体の移動を制限する障壁部を有する。このような構成によれば、例えば、弁体の組付時において、弁体の第三方向への脱落を抑制できる。したがって、弁体をより一層スムーズに組み付けることが可能な弁装置を、得ることができる。

図１は、実施形態の弁装置の断面図である。 図２は、実施形態の弁装置の図１と直交する方向から見た断面図である。 図３は、実施形態の弁装置のガイド部材の斜視図である。 図４は、実施形態の弁装置の、弁体の使用状態における着座位置からの移動量が最大の状態を、図１と同じ方向から見た断面図である。 図５は、実施形態の弁装置の弁体と弁座との隙間を流れる作動流体の流量特性と、コイルスプリングの特性とを示すグラフである。 図６は、実施形態の弁装置の組立状態を示す分解断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、当該構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

なお、本明細書において、序数は、方向を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。また、図は全て模式的かつ例示的なものである。

図１に例示されるように、弁装置１は、ハウジング７に設けられた収容孔７ａ内に収容されている。収容孔７ａは、軸Ａｘを中心とする円筒孔である。弁装置１は、一例として、加締部７ｂによってハウジング７に加締め固定されることにより、収容孔７ａ内の所定位置に配置されている。なお、弁装置１のハウジング７への固定方式は加締め固定には限定されず、弁装置１は、例えば、収容孔７ａ内に圧入されたり、ハウジング７にねじやブラケット等によって機械的に固定されたりしてもよい。また、収容孔７ａは、本実施形態では、弁装置１の作動流体の通路としても機能しているが、これには限定されない。また、ハウジング７は、例えば、アルミニウム合金や、鉄系材料等の金属材料である。

弁装置１は、シート部材２、バルブハウジング３、弁体４、ガイド部材５、およびコイルスプリング６を、有している。弁装置１のハウジング７への装着状態において、シート部材２、バルブハウジング３、弁体４、およびガイド部材５の長手方向の中心軸は、軸Ａｘと略一致している。また、コイルスプリング６は、螺旋状であり、弁装置１のハウジング７への装着状態において、コイルスプリング６の螺旋の中心軸は、軸Ａｘと略一致している。なお、コイルスプリング６の螺旋の中心軸は、軸Ａｘと略平行であればよく、軸Ａｘとは完全に一致していなくてもよい。

シート部材２は、円盤状のベース部２１と、ベース部２１から軸Ａｘの軸方向の一方（Ｄ１方向）に突出した円柱状の突出部２２とを有している。ベース部２１の外端面２１ａおよび突出部２２の内端面２２ａは、軸Ａｘと直交する方向に沿って平面状に広がっており、例えば、互いに平行である。

シート部材２には、軸Ａｘに沿って延びる通路２３が設けられている。通路２３は、ベース部２１および突出部２２を貫通し、外端面２１ａと内端面２２ａとに開口した貫通孔である。

通路２３の内端面２２ａ側の端部には、バルブハウジング３の筒内に臨む円錐内面状の弁座２４が設けられている。弁座２４の内径は、軸Ａｘの軸方向の一方（Ｄ１方向）に向かうにつれて徐々に広がっている。通路２３は、弁座２４の底部に開口している。Ｄ１方向は第一方向の一例である。なお、弁座２４は、完全な円錐内面状である必要はなく、円錐内面以外の回転面状であってもよい。

突出部２２の外周面には、円環状の溝２２ｂが設けられている。本実施形態では、この溝２２ｂが、バルブハウジング３の固定に利用されている。すなわち、バルブハウジング３の加締部３４ｃが溝２２ｂ内に凹むように軸Ａｘの径方向内方に加締められることにより、バルブハウジング３がシート部材２に固定されている。ただし、バルブハウジング３のシート部材２への固定方式は加締め固定には限定されず、バルブハウジング３は、例えば、突出部２２の外周に圧入されたり、突出部２２にねじやブラケット等によって機械的に固定されたりしてもよい。また、別の例としては、シート部材２に設けられた凹部にバルブハウジング３が挿入され、圧入や加締め等によって固定されてもよい。すなわち、シート部材２は、突出部２２を有さなくてもよい。なお、シート部材２とバルブハウジング３とは別の部材である必要はなく、一体に形成されてもよい。また、バルブハウジング３とハウジング７とは別の部材である必要はなく、一体に形成されてもよい。

バルブハウジング３とシート部材２の突出部２２との間に形成される空間（収容室）内には、弁体４、ガイド部材５、およびコイルスプリング６が収容されている。バルブハウジング３の形状は、段付きの有底円筒状である。バルブハウジング３は、円板状の底壁３１（端壁）と円筒状の周壁３２（側壁）とを有している。周壁３２は、小径部３３と大径部３４とを有している。大径部３４の内周面３４ａは、ガイド部材５の外周面５１ｂを軸Ａｘの軸方向（Ｄ１方向）に案内する案内面（摺動面）としても機能している。また、底壁３１に設けられた開口部３１ａおよび大径部３４に設けられた開口部３４ｂは、作動流体の通路として機能する。バルブハウジング３は、例えば、アルミニウム合金や、鉄系材料等の金属材料である。バルブハウジング３は、例えば、プレス成形によって構成されるが、これには限定されない。

弁体４は、球体である。弁体４は、例えば鋼球であるが、これには限定されず、合成樹脂製のボール等であってもよい。弁体４の弁座２４への着座状態、言い換えると、弁体４が図１，２に示される着座位置Ｐｃに位置された状態では、弁体４の外面４ａと弁座２４との間に円環状の接触領域（着座領域、シール領域）が構成される。これにより、弁体４と弁座２４との間で作動流体の流れが遮断された状態、すなわち閉弁状態が、得られる。なお、開弁状態については後述する。

ガイド部材５は、弁体４に対してシート部材２の反対側に位置され、弁体４とコイルスプリング６との間に挟まれている。

図１〜３に例示されるように、ガイド部材５は、ベース部５１と、突起部５２と、リテーナ部５３と、を有している。ベース部５１は、軸Ａｘを中心とする円盤状に構成されている。ベース部５１のシート部材２側の端面５１ａは、軸Ａｘと直交する方向に沿って広がっている。

突起部５２は、ベース部５１の軸Ａｘから離れた側端部（図１では左方の端部）から、シート部材２に近付く方向、すなわちＤ１方向の反対方向に、突出している。突起部５２の高さ、すなわち端面５１ａからの突出長さは、弁体４の弁座２４への着座状態、すなわち閉弁状態において、ガイド部材５がシート部材２の端面５１ａに最も近付いた位置で、端面５１ａと接触しない高さに設定される。言い換えると、突起部５２は、使用状態において端面５１ａとの間に隙間が設けられるように、設定される。なお、突起部５２は、ベース部５１の外周面５１ｂに沿った円弧状の壁部として構成されているが、これには限定されない。

リテーナ部５３は、ベース部５１から、シート部材２から遠ざかる方向、すなわちＤ１方向に、突出している。リテーナ部５３の形状は、先端部にテーパ部を有した円柱状である。リテーナ部５３は、螺旋状のコイルスプリング６の螺旋内に挿入され、コイルスプリング６のリテーナ（ガイド）として機能している。

図１に示されるように、コイルスプリング６は、ガイド部材５のベース部５１に対し、弁体４およびシート部材２とは反対側に隣接して、位置されている。すなわち、ガイド部材５のベース部５１は、コイルスプリング６と弁体４との間に挟まれている。弁装置１は、組立状態でコイルスプリング６が弾性的に圧縮された状態、すなわち、予圧縮された状態となるよう、構成されている。コイルスプリング６は、ガイド部材５を介して、弁体４を、Ｄ１方向の反対方向に弾性的に押圧する。すなわち、コイルスプリング６は、弁体４を弁座２４に着座させる付勢力を生じている。言い換えると、コイルスプリング６は、シート部材２を介して弁体４を閉弁方向に付勢している。コイルスプリング６は、付勢部材の一例である。

ここで、本実施形態では、図１〜３に示されるように、ガイド部材５のベース部５１および突起部５２には、弁体４を、Ｄ１方向に対して傾いたＤ２方向に案内する傾斜部５４が設けられている。Ｄ２方向は、Ｄ１方向とＤ１方向の直交方向（図１における左方）との間の方向であって、例えば、図１に示されるＤ１方向とＤ２方向との間の角度αが鋭角になる方向、例えば４５°よりも大きく９０°よりも小さくなる方向である。

傾斜部５４は、図３に示されるように、ベース部５１の端面５１ａから突起部５２に渡って凹み、球状の弁体４が収容される凹部として構成されている。傾斜部５４は、Ｄ２方向に沿って延びる谷部５４ａと、谷部５４ａの両側で谷部５４ａから端面５１ａに向けて上る傾斜側面５４ｂと、を有している。

傾斜部５４は、弁体４が谷部５４ａに沿ってＤ２方向に移動することができるように構成されている。本実施形態では、図２，３から明らかとなるように、傾斜部５４のＤ２方向と交差する断面形状は、Ｖ字状またはＵ字状である。図２に示されるように弁体４が傾斜部５４の凹部内に収容された状態では、傾斜側面５４ｂは、弁体４が、谷部５４ａの幅方向、すなわちＤ１方向およびＤ２方向と直交するＤ３方向に移動するのを抑制している。言い換えると、ガイド部材５には、傾斜側面５４ｂを表面として弁体４がＤ３方向に移動するのを抑制する障壁部５５が設けられている。このような構成から、傾斜部５４を構成する傾斜側面５４ｂおよび障壁部５５は、弁体４をＤ２方向に沿って案内する案内部とも称されうる。Ｄ３方向は、第三方向の一例である。

図４には、弁体４が着座位置Ｐｃ（図１，２）から移動した開弁状態が示されている。開弁状態においては、弁体４と弁座２４との間の作動流体の流れが許容される。通路２３側の作動流体の圧力が上昇し、当該弁体４に作用する圧力による力のＤ１方向における分力が、コイルスプリング６によるＤ１方向の反対方向への付勢力（セット荷重）よりも大きくなると、弁体４は着座位置Ｐｃから移動し、弁装置１は、閉弁状態から開弁状態になる。この際、上述したように、ガイド部材５には、Ｄ２方向に沿って延びた傾斜部５４が設けられているため、弁体４は、図４に示されるように、弁体４の一部（図４の左方の部分）が弁座２４に接触し他部（図４の右方の部分）が弁座２４から離れる姿勢で、着座位置Ｐｃから移動する。すなわち、弁体４は、弁座２４からは完全には離れない状態で、着座位置Ｐｃから移動することになる。このような構成によれば、弁体４は、弁座２４から完全に離座する構成に比べて、動き難くなる。したがって、本実施形態によれば、弁体４の振動や、共振、チャタリング等が抑制されやすく、ひいては、作動流体の圧力変動（脈動）や、騒音が生じ難い。

また、図４には、使用状態において弁体４の着座位置Ｐｃ（図１）からの移動量が最大の状態、すなわち、弁体４が使用状態において着座位置Ｐｃから最も離れたフルリフト位置Ｐｌにある状態が示されている。図４からわかるように、弁装置１は、フルリフト位置Ｐｌに位置された状態で、弁体４とガイド部材５の突起部５２（の端面５２ａ）との間には、隙間ｇｌができるよう、すなわち、弁体４が突起部５２からＤ２方向に離間するよう、構成されている。このような構成により、弁体４が着座位置Ｐｃから移動した状態にあっては、使用状態における移動量が０より大きく最大値よりも小さい範囲において、弁体４がガイド部材５と一体化されるのが抑制される。言い換えると、本実施形態の弁装置１は、開弁状態においては、少なくとも、弁体４とガイド部材５とのＤ２方向およびその反対方向における相対移動が許容されるように構成されている。したがって、本実施形態によれば、一体化された弁体４およびガイド部材５の振動や、共振、チャタリング等が生じ、ひいては作動流体の圧力変動や騒音が生じるのが、抑制される。そして、同様の理由から、図１に示されるように、弁体４が弁座２４に着座した状態、すなわち、弁体４が着座位置Ｐｃにある状態においても、弁体４と突起部５２との間には、隙間ｇｃが設定され、弁体４と突起部５２とはＤ２方向に離間している。

図５は、弁体４と弁座２４との隙間を流れる作動流体の流量特性と、コイルスプリング６の特性とを示すグラフである。図５に示されるような二つの特性の関係から、フルリフト位置Ｐｌにある弁体４と突起部５２との隙間ｇｌ（図４）を決定することができる。流量特性は、種々の流量における、弁体４のＤ１方向へのリフト量と、当該リフト量に対応した弁体４と弁座２４との間の隙間における当該流量の流れよって生じる当該隙間の差圧（前後差圧）と、の関係が示されている。図４に示されるように、弁体４の一部は弁座２４に接触したまま着座位置Ｐｃから移動するため、弁体４のＤ１方向へのリフト量に対応した弁体４と弁座２４との隙間ｇｆの大きさや形状は、弁座２４の円錐の傾斜角度や大きさ、弁体４の大きさ等によって、幾何学的に求まる。図５における流量特性のグラフは、流量毎の複数の曲線を含んでおり、各流量におけるリフト量と環状隙間の差圧との関係を示している。他方、コイルスプリング６の特性は、環状隙間の差圧によって弁体４に作用する力のＤ１方向への分力がコイルスプリング６に作用した場合の、当該差圧と、コイルスプリング６のＤ１方向への弾性圧縮量すなわち弁体４のＤ１方向へのリフト量と、の関係を示す直線である。したがって、流量がＦ１の場合の弁体４のＤ１方向へのリフト量は、流量Ｆ１の曲線とコイルスプリング６の特性Ｓの直線との交点の横軸座標、すなわちｙ１となり、流量がＦ２の場合の弁体４のＤ１方向へのリフト量は、流量Ｆ２の曲線とコイルスプリング６の特性Ｓの直線との交点の横軸座標、すなわちｙ２となる。したがって、使用時の最大流量となる流量特性の曲線とコイルスプリング６の特性との交点から、弁体４のＤ１方向における最大リフト量が定まる。そして、その場合の弁体４の位置が、弁座２４の円錐の傾斜角度や大きさ、弁体４の大きさ等によって、幾何学的に定まり、当該弁体４の位置に対応した突起部５２との隙間ｇｌを所要の正の値に設定することで、突起部５２のスペック（形状や位置）を定めることができる。

また、隙間ｇｌの設定に際しては、ガイド部材５の偏りを考慮することができる。図４に示されるように、開弁状態にある弁体４は、偏った方向（図４の左方）に力を受けるため、ガイド部材５も偏った方向（図４の左方）に力を受け、ベース部５１の突起部５２側の外周面５１ｂが、バルブハウジング３の内周面３４ａと接触することがある。よって、このように偏った状態において、隙間ｇｌを所要の正の値に設定することにより、突起部５２のスペック（形状や位置）を定めてもよい。

図６には、シート部材２とバルブハウジング３とがアッセンブリされる途中の工程が示されている。上述したように、バルブハウジング３は、有底の円筒状、すなわちカップ状に構成されている。よって、図６に示されるように、バルブハウジング３の底壁３１が下方（Ｄ１方向）に位置し、開口端３ａが上方に位置する姿勢とすることにより、バルブハウジング３内に、コイルスプリング６、ガイド部材５、および弁体４を下方からこの順に積み重ねて収容することができる。そして、バルブハウジング３内に、コイルスプリング６、ガイド部材５、および弁体４が収容されたサブアセンブリに、シート部材２を上方から被せて加締め固定することにより、比較的容易に弁装置１を組み立てることが可能となる。この場合において、図６に示されるように、本実施形態では、ガイド部材５の突起部５２が、球状の弁体４が傾斜部５４に沿ってＤ２方向に転がるのを止めている。このような構成によれば、弁体４がガイド部材５から脱落するのを突起部５２が抑制するため、突起部５２が無い場合に比べて、弁装置１をよりスムーズに組み立てることができる。また、傾斜部５４における傾斜側面５４ｂおよび障壁部５５も、弁体４のガイド部材５からの脱落抑制に寄与している。

このような観点から、突起部５２は、図２に示されるように、ガイド部材５のベース部５１の端面５１ａから、当該端面５１ａの法線方向、すなわち完成品におけるシート部材２に近付く方向（Ｄ１方向の反対方向）に、突出しているのが望ましい。また、この観点から、突起部５２は、図６に示されるように、球状の弁体４の中心Ｃを通りＤ２方向と平行な線Ｌよりも谷部５４ａから離れる方向、すなわち完成品におけるシート部材２に近付く方向（Ｄ１方向の反対方向）に、突出しているのが望ましい。

以上、説明したように、本実施形態では、着座位置Ｐｃから離れた弁体４が、傾斜部５４によってＤ２方向（第二方向）に案内されることにより、弁座２４に偏って接触した状態で開弁するため、弁体４の振動が抑制される。他方、弁体４の組付時にあっては、突起部５２によって弁体４のガイド部材５からの脱落を抑制できる。したがって、本実施形態によれば、弁体４の振動を抑制することが可能であるとともに、弁体４をよりスムーズに組み付けることが可能な弁装置１を、得ることができる。

また、本実施形態では、弁装置１は、例えば、弁体４の使用状態における着座位置Ｐｃからの移動量が最大の状態（フルリフト位置Ｐｌ）で、弁体４と突起部５２とが離間するよう構成される。仮に、着座位置Ｐｃから移動した弁体４とガイド部材５とが相対移動できない状態になると、弁体４とガイド部材５とが一体的に振動してしまう虞がある。その点、本実施形態の弁装置１では、弁体４の使用状態における着座位置Ｐｃからの移動量が最大の状態にあっても弁体４と突起部５２とが離間するよう構成されることにより、使用状態においては着座位置Ｐｃから移動した弁体４とガイド部材５とが相対移動可能な状態が確保されるため、弁体４とガイド部材５とが一体化され一体的に振動するのが、抑制される。

また、本実施形態では、ガイド部材５は、例えば、Ｄ１方向（第一方向）およびＤ２方向（第二方向）と直交するＤ３方向（第三方向）への弁体４の移動を制限する障壁部５５（傾斜側面５４ｂ）を有する。このような構成によれば、例えば、弁体４の組付時において、弁体４のＤ３方向への脱落を抑制できる。したがって、弁体４をより一層スムーズに組み付けることが可能な弁装置１を、得ることができる。

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

本発明の弁装置は、逆止弁や、リリーフ弁、レギュレータ等の種々の弁として用いることが可能であるし、ブレーキ装置や、その他の油庄機器、空気圧機器等、種々の流体機器に適用することができる。

１…弁装置、２…シート部材、４…弁体、５…ガイド部材、６…コイルスプリング（付勢部材）、２４…弁座、５２…突起部、５４…傾斜部、５５…障壁部、Ｄ１…方向（第一方向）、Ｄ２…方向（第二方向）、Ｄ３…方向（第三方向）、Ｐｃ…着座位置。

Claims (3)

1. 第一方向に向かうにつれて内径が広がる回転面状に構成された弁座を有したシート部材と、
   前記弁座への着座により流体の流れを遮断するとともに着座位置からの移動により流体の流れを許容する球状の弁体と、
   前記弁体を前記弁座に着座させる付勢力を生じる付勢部材と、
   前記弁体と前記付勢部材との間に設けられ、前記着座位置から移動する前記弁体を前記第一方向に対して傾いた第二方向に案内する傾斜部と、前記弁座に着座した前記弁体から前記第二方向に離間し前記シート部材に向けて突出する突起部と、を有した、ガイド部材と、
   を備えた、弁装置。
2. 前記弁体の使用状態における前記着座位置からの移動量が最大の状態で、前記弁体と前記突起部とが離間するよう構成された、請求項１に記載の弁装置。
3. 前記ガイド部材は、前記第一方向および前記第二方向と直交する第三方向への前記弁体の移動を制限する障壁部を有した、請求項１または２に記載の弁装置。

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