JP4324946B2 - パイロット形３ポート弁 - Google Patents

Description

本発明は、３つのポートと、これらのポート間に形成された２つの弁座と、これらの弁座を開閉するポペット式の弁部材とを有し、この弁部材をパイロット流体圧の作用で開閉操作するように構成されたパイロット形３ポート弁に関するものである。

パイロット形３ポート弁は、例えば特許文献１に記載されているように従来より公知である。この３ポート弁は、３つのポートと、これらのポート間に形成されて互いに同心状かつ向かい合わせに位置する円環状をした２つの弁座と、これら両弁座間に配置されたポペット式の弁部材と、この弁部材を開閉操作するパイロット操作部とを有していて、このパイロット操作部のパイロット流体圧により動作するピストンにより、ロッドを介して上記弁部材を開閉操作するように構成されている。
この種の３ポート弁は、上記のように、互いに同心状かつ向かい合わせに位置する２つの弁座を、それらの間に介在する１つの弁部材で開閉するものであるため、弁座閉鎖時の封止性を高めるためには、２つの弁座の円環状をしたシート面同士が互いに平行であると同時に、各シート面と弁部材のシール面とが互いに平行であることが重要である。

ところが、この種の３ポート弁においては、部品を加工する際や組み立てる際の僅かな誤差により、２つの弁座のシート面同士や該シート面と弁部材のシール面とが完全には平行にならない場合も起こり得る。このような場合には、上記弁部材が弁座に片当たりするため、早めに摩耗が生じて封止性の低下を来たし易い。
特開２００２−７１０３３号公報

そこで本発明の目的は、相対する２つの弁座を、これら両弁座間に介在する弁部材で常に確実に封止することができる、封止性に勝れた３ポート弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のパイロット形３ポート弁は、第１〜第３の３つのポートと、これらのポート同士を結ぶ流路中に形成されて互いに同心状かつ向かい合わせに位置する第１及び第２の２つの弁座と、これら両弁座間に配置され、一方の弁座を閉鎖しているときは他方の弁座を開放するように動作するポペット式の弁部材と、この弁部材に連結されたロッドと、パイロット流体圧の作用により該ロッドを介して上記弁部材を開閉操作するパイロット操作部とを有し、上記第１弁座及び第２弁座がそれぞれ、円環状をした平坦なシート面を有し、また、上記弁部材は短円柱状をしていて、上記ロッドの先端に取り付けられ、該弁部材の軸線方向両端面に、上記両弁座のシート面に接離する平坦な第１シール面及び第２シール面が形成され、上記弁部材が、一方のシール面側から該弁部材の軸線に沿って非貫通状態に形成されたロッド取付孔を有し、この取付孔内に上記ロッドの先端部がＯリングを介してロッド取付孔とロッドの先端部との間を流体が導通しないように気密にかつ傾動自在なるように挿入され、この弁部材とロッド先端部とには、上記Ｏリングよりもロッド先端側の位置においてこの弁部材とロッド先端部とをロッドの軸線と直交する方向に貫通するピン挿入孔が形成されると共に、このピン挿入孔内に係止ピンが挿入され、この係止ピンにより上記弁部材がロッドと同軸状かつ該ロッドの軸線に対して傾動可能な自由度を持って連結されていることを特徴とするものである。

この場合、上記弁部材の外周にリング取付溝が、上記ピン挿入孔の孔口上を横切って該弁部材を取り巻くように形成されると共に、このリング取付溝内に該弁部材を取り巻くクランプリングが取り付けられ、このクランプリングが上記係止ピンの両端部に係止することによって該係止ピンのピン挿入孔からの脱落が防止されていることが望ましい。

本発明においては、上記各ポートがバルブハウジングに形成され、また、上記第１弁座及び第２弁座が、上記バルブハウジングとは別形成された第１弁座ブロック及び第２弁座ブロックにそれぞれ形成されていて、これらの弁座ブロックが上記ハウジングに取り付けられており、これら両弁座ブロックは、上記ハウジングに対する取付構造と、上記弁部材の第１シール面又は第２シール面による弁座の封止性とに関し、互いに互換性を有するように構成されていても良い。

この場合、上記バルブハウジングが、上記第１ポート及び第２ポートを有する第１ハウジング部材と、上記第３ポートを有する第２ハウジング部材とに分かれていて、これらのハウジング部材を相互に連結することにより形成され、上記第１ハウジング部材に上記第１弁座ブロックが取り付けられると共に、上記第２ハウジング部材に上記第２弁座ブロックが取り付けられていることが望ましい。

本発明によれば、２つの弁座のシート面と弁部材の弁シール面とが平坦面に形成されると共に、この弁部材がロッドに傾動可能な自由度を持って取り付けられているため、上記２つの弁座のシート面同士や該シート面と弁部材のシール面とが、僅かな加工誤差や組立誤差等によって完全には平行でない場合であっても、上記弁部材の自由度により、そのシール面をどちらの弁座のシート面に対しても平行かつ均等に当接させることができ、この結果、高い封止性を持たせることが可能となる。

図１から図３は本発明に係るパイロット形３ポート弁の一実施形態を示すものである。この３ポート弁は、３つのポート３，４，５間に形成された２つの弁座６，７を１つのポペット式の弁部材８で開閉する切換弁部１と、上記弁部材８をパイロット流体圧の作用で開閉操作するパイロット操作部２とからなるもので、これらの切換弁部１とパイロット操作部２とが、３ポート弁の中心軸線である弁軸線Ｌに沿って一体に結合されている。

上記切換弁部１は、中空状のバルブハウジング１０を有している。このバルブハウジング１０は、上記パイロット操作部２側に位置する第１ハウジング部材１０ａと、該第１ハウジング部材１０ａの下面にシール部材１１を介して一体に結合された第２ハウジング部材１０ｂとからなっていて、上記第１ハウジング部材１０ａの互いに相反する２つの側面に、第１ポート３と第２ポート４とが、互いに同心状に位置して相互に逆向き即ち１８０度異なる向きに開口するように形成され、上記第２ハウジング部材１０ｂの下面に第３ポート５が、上記弁軸線Ｌに沿って下向きに開口するように形成されている。この実施形態においては、上記第１ポート３は入力ポートであり、第２及び第３ポート４，５はそれぞれ出力ポートである。

上記第１ポート３と第２ポート４とを結ぶ流路の中間位置には、一部に流路孔１４を備えた仕切壁１３が設けられ、この仕切壁１３に上記流路孔１４を取り囲む第１弁座６が形成されており、また、上記第１ポート３と第３ポート５とを結ぶ流路の途中には、流路孔１５の回りを取り囲む第２弁座７が形成されている。これらの第１弁座６及び第２弁座７のシート面６ａ，７ａは、円環状をした平坦な面であって、これらのシート面６ａ，７ａが、上記弁軸線Ｌ上の位置に、互いに同心状かつ平行をなすと共に、相互に向かい合わせの状態に配設されている。

上記第１弁座６及び第２弁座７は、上記バルブハウジング１０とは別形成された第１弁座ブロック１６及び第２弁座ブロック１７にそれぞれ形成されていて、これらの弁座ブロック１６，１７が上記バルブハウジング１０に取り付けられている。この点についてさらに詳述すると、上記第１及び第２弁座ブロック１６，１７は、それぞれ内部に上記流路孔１４，１５を備えた短円筒状の部材であって、上面中央に上記弁座６，７が形成された大径の本体部１６ａ，１７ａと、外周にねじが切られた小径の取付部１６ｂ，１７ｂとを有し、この取付部１６ｂ，１７ｂを、上記第１ハウジング部材１０ａの仕切壁１３に形成されたねじ孔１８と第２ハウジング部材１０ｂに形成されたねじ孔１９とに螺着することにより、これらの弁座ブロック１６，１７が上記バルブハウジング１０に取り付けられている。

上記第１弁座ブロック１６と第２弁座ブロック１７とは、互いに構成が異なっていて互換性がなくても良いが、好ましくは、互いに同じ構成にして相互に互換性を持たせることである。これにより、これらの弁座ブロック１６，１７を、上記仕切壁１３及び第２ハウジング部材１０ｂの何れにも取り付けることが可能となる。この場合、両弁座ブロック１６，１７を必ずしも全く同じ構成にする必要はなく、少なくとも、バルブハウジング１０に対する取付構造と、上記弁部材８の第１シール面８ａ又は第２シール面８ｂによる弁座６，７の封止性とに関し、互いに互換性を有するように構成されていれば良い。

相対する上記２つの弁座６，７間には、上記弁部材８が配設されている。この弁部材８は、ゴムや合成樹脂あるいは金属等からなるもので、短円柱状をなし、上記パイロット操作部２から弁軸線Ｌと同軸状に延出する円柱形のロッド２２の先端に、該ロッド２２と同軸状をなすと共に該ロッド２２の軸線（従って弁軸線Ｌ）に対して傾動可能な自由度を有する状態に取り付けられている。そして、この弁部材８の軸線方向の両端面が、上記第１弁座６のシート面６ａに接離する第１シール面８ａと、第２弁座７のシート面７ａに接離する第２シール面８ｂとをなしていて、一方のシール面８ａ又は８ｂが一方の弁座６又は７を閉鎖しているときは、他方のシール面８ｂ又は８ａが他方の弁座７又は６を開放するように構成されている。上記シール面８ａ，８ｂは、円環状をした平坦で互いに平行な面である。

上記弁部材８とロッド２２との取り付けについてさらに詳述すると、図２及び図３から分かるように、上記弁部材８の中央には、一方の第１シール面８ａ側から円形のロッド取付孔２３が該弁部材８の軸線に沿って非貫通状態に形成され、この取付孔２３内に、上記ロッド２２の先端部が、Ｏリング２４を介して気密にかつ傾動自在なるように挿入されている。そして、これらの弁部材８とロッド２２の先端部とに、上記Ｏリング２４よりもロッド先端側の位置においてこれらの弁部材８とロッド先端部とを該ロッド２２の軸線と直交する方向に貫通するように、円形のピン挿入孔２５が形成され、このピン挿入孔２５内に円形の係止ピン２６が挿入され、この係止ピン２６で上記弁部材８とロッド２２とが上記自由度を持って相互に連結されている。

このように、上記弁部材８をロッド２２に傾動可能な自由度を持って取り付けたことにより、上記２つの弁座６，７のシート面６ａ，７ａ同士や、これらのシート面６ａ，７ａと弁部材８のシール面８ａ，８ｂとが、僅かな加工誤差や組立誤差等によって相互に完全には平行でない場合であっても、上記弁部材８の自由度により、該弁部材８の両端のシール面８ａ，８ｂをどちらの弁座６，７のシート面６ａ，７ａに対しても平行かつ均等に当接させることができ、この結果、上記の如くシート面６ａ，７ａとシール面８ａ，８ｂとを平坦面に形成したことと相俟って、弁座の閉鎖時に高い封止性を持たせることが可能となる。
さらに、上記ピン挿入孔２５を設けた位置よりも第１シール面８ａ側に寄った位置にＯリング２４を介在させて連結することにより、図１及び図２に示すように該弁部材８が第１弁座６を閉鎖しているときに、上記ロッド取付孔２３とピン挿入孔２５とを通じて第１ポート３と第２ポート４とが導通するのを防止することが可能となる。

上記弁部材８の外周には、リング取付溝２７が、上記ピン挿入孔２５の孔口２５ａ上を横切って該弁部材８を取り巻くように形成され、このリング取付溝２７内に、弾性を有する金属製又は合成樹脂製のクランプリング２８が、該弁部材８を取り巻くように取り付けられ、このクランプリング２８が上記係止ピン２６の両端部に係止することによって該係止ピン２６のピン挿入孔２５からの脱落が防止されている。上記クランプリング２８は、一部に切れ目を有する割りリングである。
従って、普段はこのクランプリング２８によって係止ピン２６の脱落が防止され、弁部材８とロッド２２との連結は確実に維持される。しかし、上記弁部材８をロッド２２から取り外すときは、上記クランプリング２８を取り外して係止ピン２６をピン挿入孔２５から抜き取ることにより、その取り外しを簡単に行うことができる。

上記パイロット操作部２は、上記バルブハウジング１０に連結された略矩形の箱形をなすシリンダハウジング３０を有している。このシリンダハウジング３０は、バルブハウジング１０側が開放する一端開放形をしたもので、その開放端に端板３１と軸受ブロック３２とを取り付けることによって該シリンダハウジング３０の内部にピストン室３３が形成され、このピストン室３３の内部に、ピストン３４が、その外周に装着されたシール部材３５とガイドリング３６とを介して弁軸線Ｌに沿って変位自在なるように収容され、このピストン３４の中央部に上記ロッド２２の基端部が連結されている。該ロッド２２は、上記軸受ブロック３２に、ベアリング３８とシール部材３９とスクレーパ４０とを介して摺動自在に支持されている。
図中４１は、上記端板３１とシリンダハウジング３０との間をシールするシール部材、４２は、上記軸受ブロック３２と端板３１及びバルブハウジング１０との間をシールするシール部材である。

上記ピストン３４の背面側の室は、パイロット圧力室４５であって、シリンダハウジング３０に形成されたパイロットポート４６を通じて圧力流体源からエア等のパイロット流体が供給されるようになっており、上記ピストン３４の正面側の室４７は、呼吸ポート４８を通じて大気に開放されている。この室４７内には、該ピストン３４と上記端板３１との間に介在する復帰ばね４９が配設され、この復帰ばね４９で上記ピストン３４が、上記弁部材８で第１弁座６を閉鎖する方向に常時付勢されている。

そして、図１に示すように、上記弁部材８が第１弁座６を閉鎖すると共に第２弁座７を開放している状態から、上記パイロット圧力室４５にパイロット流体が供給されると、上記ピストン３４が図の下向きに変位し、ロッド２２を介して上記弁部材８を第１弁座６から離反させると共に第２弁座７に押し付けることにより、該第１弁座６が開放して第２弁座７が閉鎖する。
上記パイロット圧力室４５内のパイロット流体を排出すると、上記ピストン３４及び弁部材８が復帰ばね４９の付勢力で図１の位置に復帰し、上記弁部材８が第１弁座６を閉鎖すると共に第２弁座７を開放する。

このとき、上記弁部材８がロッド２２に傾動可能な自由度を持って取り付けられているため、該弁部材８が何れの弁座６，７を閉鎖する場合でも、該弁部材８のシール面８ａ，８ｂが弁座６，７のシート面６ａ，７ａに平行かつ均一に当接することになり、弁座閉鎖時の封止性に勝れる。

本発明に係る３ポート弁の断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１の分解斜視図である。

符号の説明

２ パイロット操作部
３ 第１ポート
４ 第２ポート
５ 第３ポート
６ 第１弁座
７ 第２弁座
６ａ，７ａ シート面
８ 弁部材
８ａ，８ｂ シール面
１０ バルブハウジング
１０ａ 第１ハウジング部材
１０ｂ 第２ハウジング部材
１６ 第１弁座ブロック
１７ 第２弁座ブロック
２２ ロッド
２３ ロッド取付孔
２４ Ｏリング
２５ ピン挿入孔
２５ａ 孔口
２６ 係止ピン
２７ リング取付溝
２８ クランプピン

Claims (4)

1. 第１〜第３の３つのポートと、これらのポート同士を結ぶ流路中に形成されて互いに同心状かつ向かい合わせに位置する第１及び第２の２つの弁座と、これら両弁座間に配置され、一方の弁座を閉鎖しているときは他方の弁座を開放するように動作するポペット式の弁部材と、この弁部材に連結されたロッドと、パイロット流体圧の作用により該ロッドを介して上記弁部材を開閉操作するパイロット操作部とを有し、
   上記第１弁座及び第２弁座がそれぞれ、円環状をした平坦なシート面を有し、
   また、上記弁部材は短円柱状をしていて、上記ロッドの先端に取り付けられ、該弁部材の軸線方向両端面に、上記両弁座のシート面に接離する平坦な第１シール面及び第２シール面が形成され、
   上記弁部材が、一方のシール面側から該弁部材の軸線に沿って非貫通状態に形成されたロッド取付孔を有し、この取付孔内に上記ロッドの先端部がＯリングを介して気密にかつ傾動自在なるように挿入され、この弁部材とロッド先端部とには、上記Ｏリングよりもロッド先端側の位置においてこの弁部材とロッド先端部とをロッドの軸線と直交する方向に貫通するピン挿入孔が形成されると共に、このピン挿入孔内に係止ピンが挿入され、この係止ピンにより上記弁部材がロッドと同軸状かつ該ロッドの軸線に対して傾動可能な自由度を持って連結されている、
   ことを特徴とするパイロット形３ポート弁。
2. 上記弁部材の外周にリング取付溝が、上記ピン挿入孔の孔口上を横切って該弁部材を取り巻くように形成されると共に、このリング取付溝内に該弁部材を取り巻くクランプリングが取り付けられ、このクランプリングが上記係止ピンの両端部に係止することによって該係止ピンのピン挿入孔からの脱落が防止されていることを特徴とする請求項１に記載の３ポート弁。
3. 上記各ポートがバルブハウジングに形成され、また、上記第１弁座及び第２弁座が、上記バルブハウジングとは別形成された第１弁座ブロック及び第２弁座ブロックにそれぞれ形成されていて、これらの弁座ブロックが上記ハウジングに取り付けられており、これら両弁座ブロックは、上記ハウジングに対する取付構造と、上記弁部材の第１シール面又は第２シール面による弁座の封止性とに関し、互いに互換性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の３ポート弁。
4. 上記バルブハウジングが、上記第１ポート及び第２ポートを有する第１ハウジング部材と、上記第３ポートを有する第２ハウジング部材とに分かれていて、これらのハウジング部材を相互に連結することにより形成され、上記第１ハウジング部材に上記第１弁座ブロックが取り付けられると共に、上記第２ハウジング部材に上記第２弁座ブロックが取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の３ポート弁。

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