JP4932518B2 - 弁装置 - Google Patents
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Description
一般に、電気配線の導線と端子を圧着(固着)する作業は、配線する作業現場で行われる。そして、この導線と端子との電気的接続の良否は、圧着後の導線と端子間の電気抵抗値が日本工業規格で決められている。
最大限界圧力は、最も大きな圧力を必要とする締付け部材の圧力値を若干超えたところに設定し、この弁装置を工具本体の油圧系に臨むように工具本体に対して別体に着脱自在に設けられている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、これらの弁装置は、弁筺に先細テーパ状弁杆を挿入し、先細テーパ状弁杆を弁筺の一端弁座面に油流入用弁孔にスプリングにて嵌合付勢する構造のため、先細テーパ状弁杆と油流入用弁孔との気密性を確保する加工精度を得ることが難しく、油の一方的な流れが生じてしまい作動上の問題を引き起こすおそれがある。
また、高圧の流体回路においては、流体ポンプから連続的に吐出される流体により、回路中の流体圧力が所定値を超えた場合には、リリーフ弁が作動して減圧にするようになっている(例えば、特許文献4参照)。
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置において、前記2つの油排出孔の孔径は、前記油通路の径の2倍であることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項5又は請求項6記載の弁装置において、前記2つの油排出孔の孔径は、前記油通路の径の2倍であることを特徴とする。
図1〜図5は、本発明の一実施形態に係る弁装置1を示す。
本実施形態に係る弁装置1は、側壁に2つの油排出孔11,12を設けた円筒形状の弁筺10と、弁筺10の一端部に取り付けられる油流入部20と、円柱形状の突起部32を有するステム31に弁杆33を取り付け、弁筺10内に配される弁部30と、弁部30のステム31の突起部32側に配されるボール弁35と、弁部30を油流入部20方向に付勢するスプリング40と、弁筺10の他端部に取り付けられ、スプリング40の付勢力を調整する調整部材50とを備えている。
調整部材50は、外周に雄螺子51を設けた筒状体からなり、端部に切込み溝52が設けられている。調整部材50は、圧力調整時に切込み溝52に工具を当てて回転される。
本実施形態に係る弁装置1では、図1,図2,図3に示すように、スプリング40による付勢力でボール弁35を弁座面22cに当接する油通路22の封鎖時に、弁部30のステム31の先端部側と油流入部20と弁筺10とで形成される空間55の弁部30のステム31の先端部側と油流入部20との距離が、弁部30のステム31の側壁による油排出孔11,12の封鎖距離より大きくなるように構成されている。
本実施形態に係る弁装置1が取り付けられている装置がOFFおよび圧着終了後は、油圧よりスプリング40の荷重が大きいため、弁部30とボール弁35が油通路22を閉じた状態になる。
また、油流出部22aは、油通路22の孔22bより大径で、ボール弁35と弁部30のステム31の突起部32とを挿入するとともに、油通路22bと油流出部22aとの境界部にボール弁35によって開閉するテーパ角100〜140°の弁座面22cを有するので、ボール弁35に掛かる油圧により、ボール弁35が油流出部22aの内径とのクリアランスで振れ、弁部30のステム31の突出部32が長手方向の中心軸線から多少外れてもこれらの動きを許容し、油通路22を確実に塞ぐことができる。
本実施形態において、電動式油圧式圧着工具60は、工具本体61内に油圧ポンプ機構62を内蔵し、この油圧ポンプ機構62によって作動されるヘッド部67を備えている。
油圧ポンプ機構62は、モータを備えた油圧ポンプ部63と、油タンク部64と、手動式油圧解除装置77と、本実施形態に係る弁装置1とで構成されている。
ヘッド部67は、電気配線の導線と端子を圧着(固着)するためのダイス68と、ダイス68によって押圧される電気配線の導線と端子を受け止めるダイス受け69と、ダイス68を油圧力で押圧する油圧ピストン装置70とを備えている。なお、ダイス受け69は、取り外し自在タイプと固定式タイプとがある。
手動式油圧解除装置77は、工具本体61に設けられ、油溜室75に連なる油路76と、弁装置1に連なる油路84と、油タンク部64に連なる油路86とにそれぞれ開口する孔78と、この孔78内に装着される弁部材79と、この弁部材79を移動するレバー部材80とで構成されている。
弁装置1は、油流入部20に油路84を繋ぎ、油排出孔11,12に油路85を繋いでいる。なお、図5では、便宜上、油排出孔11のみに油路85を繋いで示した。
モータ部を駆動させることによって油圧ポンプ部63が作動し、油タンク部64から油が吸い込まれる。吸い込まれた油は油路65を経由し、油路66を通り、ヘッド部67の油溜室75を充満する。油溜室75の内圧により、ピストン71を前進させてダイス68とダイス受け69の間に配される圧着物への規定荷重が生じるまで前進する。さらに、油は油路76を通り、手動式油圧解除装置77内を経由して油路84を通って弁装置1内に到達する。この際、図6(a)に示すように、弁82がテーパ78aを閉じているので、油は油路84へ導かれる。そして、弁装置1は規定荷重に達すると、ボール弁35が解放して圧力が解除され、油は油路85を通って油タンク部64内に戻される。
油圧ポンプ部63のモータ停止後の圧力は、図6(b)に示すように、手動式油圧解除装置77のレバー部材80を引くことによって、弁82がテーパ78aから解放されて圧力が低下し、油路86を通って油タンク部64へ戻される。この時には、弁装置1のボール弁35は閉じた状態になっており、油路84へ連通されないため、油は油路76から油路86へ流れ、油タンク部64へ排出される。
そこで、本実施形態では、図7に示す各要素の寸法を変え、電池パック試験(図8)および電動ポンプ試験(図9)を行った。
最高圧力付近で油圧力がスプリング荷重を勝るとつり合いが開始し、ボール弁35から油が徐々に流れを開始して内圧を瞬時に上昇させ、最高圧に到達した際、一気に油排出孔11,12から油を排出して弁部30を解放させることができる。
油排出孔11,12(D)と弁部30のステム31の側面とのラップ距離Aが小さいと、油が油排出孔11,12(D)から流れ出て内圧が瞬時に上昇しない、またラップ距離Aが大き過ぎると、弁部30のステム31が油通路22を閉じる前に油が浸入して残圧として残る。つまり、ラップ距離Aが小さいと内圧が瞬時に上昇せず、また空間55の内容積Bが大きい場合も弁を閉じることができず、作動不良が発生する。そのため、弁筺10の油排出孔11,12(D)(φ2)と鋼球35(L)とラップ距離A(0.62mm)と空間55の内容積B(0.48mm)との組合せによる試験結果によって求めた。
内圧を瞬時に上昇させ、最高圧に到達した際、一気に油排出孔11,12(D)から油を排出して弁部30を解放させることができる容積とした。
そのため、弁筺10の油排出孔11,12(D)(φ2)と弁部30のステム31とのラップ距離A(0.62mm)と空間55の内容積B(0.48mm)との組合せによる試験結果によって求めた。
油排出孔11,12(D)を左右対称に2箇所付けたことで、油が平均して排出される際、ボール弁35が油の流れにより軸線からはずれることが無く、安定した繰り返しの作動が期待できる。さらに、油排出孔11,12(D)孔径は、一気に油を排出したいため、油通路22の内径Jの2倍とした。
油流出部22aの孔径Kと突起部32の径Fとのクリアランスが大きいと、鋼球35(L)の動きが安定せず作動不良を起こす。さらに、鋼球35(L)がずれて油流出部22aの孔径Kと突起部32の径Fとの間に挟まってしまう。逆に、クリアランスが小さいと、残圧が存在することにより、ボール弁35を閉じることができず、作動不良が発生する。さらに、油圧力により、異常に弁部30を押し込んで鋼球35(L)が飛び出してしまう。
弁部30が作動する時に左右に移動(スライド)するが、最もスムーズな動きとなる長さに設定した。従来のニードル弁方式に対して1mm長くした。
6)H:弁部30のステム31の突起部32の長さ
規定圧力にて作動した時に、弁部30の移動距離(スライド)に対し、油排出孔11,12(D)から油が排出した際に、空間55の内容積Bに極力残らない開放状態とした。
7)I:油流出部22aの深さ
規定圧力にて作動した時に弁部30の移動距離(スライド)に対し、油流出部22aの深さIが浅いと油流出部22aから鋼球35(L)が外へ飛び出してしまう。そこで、鋼球35(L)が外へ飛び出さない距離とした。
4項に同じ。
9)ボール弁35と油流出部22aの弁座面22c(角度C(120°)と油通路22の内径J(φ1)の関係
当該部位は線接触により気密を保持する。
10)油流出部22aの孔径K(φ2.5)と弁部30のステム31の円筒形状の突起部32の外径F(φ1・5)との関係
孔径Kと外径Fとのクリアランスが大きいと、ボール弁35の動きが安定せず作動不良を起こす。逆に、クリアランスが、小さいと残圧が存在することにより、ボール弁35を閉じることができず作動不良が発生する。
1.機構の説明
油通路22からの油の浸入を弁部30のステム31の突出部32がボール弁35をスプリング40の荷重により押し付け、ボール弁35と弁座面22cとの線接触による気密性を保持することで防いでいる。
ボール弁35と油通路22の弁座面22cとは、線接触することで気密性が向上する。弁座面22cのテーパ部と面接触した場合、接触面の面粗度の影響を受け気密が十分確保できない可能性がある。また、テーパを付けることで圧力が開放した後、ボール弁35が油通路22を瞬時に確実に塞ぐことができる。ただし、テーパ角が大きいほどボール弁35と弁座面22cとの線接触が強くなるが、逆にボール弁35が油通路22を塞ぐタイミングにバラツキがでる。
ボール弁35が油通路22の弁座面22cと線接触する最小のテーパ角は計算から約97°である。従って、ボール弁35の座り(安定性)を考慮すれば、図10に示すように、テーパ角は100°〜140°が適切と考える。本実施形態では、加工安定性を考慮し120°を採用した。
12)ボール弁35の径(φ1.5mm)の設定根拠
1.機構の説明
11項と同じ
2.油通路径22の設定根拠
設定圧力80MPaの場合、ボール弁35をスプリング40により押さえる荷重と油圧を受けるボール弁35の受圧面積とから計算される荷重が釣り合うように調整されるが、ボール弁35の受圧面積は油通路22の径により決定される。バネ特性は、表1に示す。
F=80×102(N/cm2)×(0.05)2×π(cm2)
=62.83N ・・・・ (1)
一方、ボール弁35の受圧面をφ1.5にした場合、80MPaが作用した場合の荷重は、(2)式の通りとなる。
=141.37N ・・・・ (2)
表1に示すバネ特性から設定時のスプリング40のたわみは、(1)の場合1.01mm、(2)の場合2.28mmである。密着する時のスプリング40のたわみ代は4.25mmであるから、スプリング設定位置からスプリング40が密着するまでに約2mmのたわみ代が確保できる。しかし、規定圧に達しボール弁35が油通路22との接触が開放した時、弁部30が押し込まれ油排出孔11,12が開くが、その時のスプリング40のたわみ量は1mm以上ある。以上を考慮すると、図10に示すように、80MPaに設定した場合、油通路22の径がφ1.5mmでは、常にスプリング40が完全密着付近で使われるため、スプリング40の機能上好ましくない。そこで、油通路22はφ1mmとした。
従って、ボール弁35の座り(安定性)を考慮すれば、図11に示すように、テーパ角は120°〜140°が適切と考える。この場合、ボール弁35の径φ1.5mmに比べ使用テーパ角範囲が狭くなるため、加工のバラツキを考慮すると、品質上不利であるから、ボール弁35の径はφ1.5mmとした。
次に、図8に示す電池パック試験機について説明する。
本試験機に電動油圧式圧着工具(以下、「本圧着工具」という)90を本体95外側に取り付け、本圧着工具90の自動安全弁として弁装置1を連結し、弁装置1の周囲に排出される油を収容する排出ケース91を設ける。また、供給ホース92は油タンク93および本圧着工具90と直接連通している。圧力計94を取り付ける。
そして、本圧着工具90のスイッチを連続的可動させる。これにより、弁装置1の圧力初期設定と、弁装置1の作動性(連続的繰り返し動作)の確認ができる。正常に弁装置1が可動している時は、断続的に「ポン、ポン」という音が発生し、所定回数(20回)、正常かつ安定正常に弁装置1が可動している時は、断続的に「ポン、ポン」という音が発生し、所定回数(20回)、正常かつ安定した動作が耳で確認できる。然るに、音の発生が無くなったり、断続音が異常音となったりなどした場合は、作動の不良と認識できる。
1.表2は、図6における各構成部の関係について構成寸法を変えて行ったもので、図8に示す「電池パック試験機」と図9に示す「電動ポンプ試験機」の両試験機により実験した結果を示す。
また、表2の作動結果とは、弁装置1が連続して正常に可動を繰り返し続けることができるかを評価したもので、「○」は、良好で10回以上連続可動したもの、「△」は、不安定作動で数回の連続可動後に弁の閉塞が為されなかったもの、「×」は、不良で可動すぐに弁の閉塞が為されなかったものである。
2.表3は、表2の結果から、両機による作動結果が両方とも良好(○)のものを求め、最良の実施形態(データ)を抽出し、「電動ポンプ試験機」のみによりリーク量を計測した結果を示す。
3.実験例1は、図7に示す弁装置1の各構成の寸法に基づき行った。
ここでは、「A>B」で差0.14、「(A+B)<D」で差0.9とし、油排出孔11,12を2カ所とした。
その結果、両試験機で良好(○)を得た。
ここでは、「A>B」で差0.24、「(A+B)<D」で差1.0とし、油排出孔11,12を2カ所とした。
その結果、両試験機で良好(○)を得た。
ここでは、「A>B」で差0.26、「(A+B)<D」で差0.9、油通路22の孔22bの径「J」を1.2と広くし、油排出孔11,12を1カ所とした。
その結果、両試験機で良好(○)を得た。
ここでは、「A>B」で差0.14、「(A+B)<D」で差0.9とし、油通路22の孔22bの径「J」は1.0と実験例3より小さくし、油排出孔11,12を1カ所とした。
7.実験例5は、実験例1の弁装置1を用い、図7に示す各構成の寸法に基づき行った。
ここでは、「BをAより大きく」し、「(A+B)<D」とし、油排出孔11,12を2カ所とした。
8.実験例6は、実験例1の弁装置1を用い、図7に示す各構成の寸法に基づき行った。
ここでは、「BをAより大きく」、「(A+B)をDより大きく」とし、油排出孔11,12を2カ所とした。
9.実験例7は、油排出孔11,12を1カ所に形成した以外は、実験例1の弁装置1と同様の構成とし、図7に示す各構成の寸法に基づき行った。
ここでは、「A>B」であるが差0.84と大きく、「(A+B)をDより大きく」とし、油排出孔11,12を1カ所とした。その結果、ポンプ試験機では不良(×)で、パック試験機では良好(○)であった。
ここでは、「A>B」であるが差0.56と大きくし、「(A+B)をDより小さく」とし、油排出孔11,12口を1カ所とした。
その結果、ポンプ試験機では不良(×)で、パック試験機では良好(○)であった。
その結果を表3に示す。
本試験機での計測方法は、先ず、実験例1と同構成の本圧着工具90を用いて、弁装置1の調整部材50で圧力設定を行ない、2000回の連続作動を開始し所定回数後に停止させ、圧力値の確認(耐久後圧力)を行った。次に、作動するかどうかの確認をパック試験機で連続10回行ない作動確認した。そして、耐久後の圧力を調整(調整後圧力)し、78MPa〜79MPaに設定した。ここで、調整後圧力設定による、リークを計測するため連続10回の作動を行い停止させ、圧力計94でリーク量(MPa)を確認(圧力設定値のリーク)した。さらに、この調整後圧力を5MPa低く設定し、この設定で連続作動させた後、15秒間停止し、15秒間後のリーク量を確認(5MPa低いリーク)した。
12.実験例9〜11は、「耐久後圧力」と「調整後圧力」の圧力が同じであり、「設定圧力値のリーク」は3MPaで、「5MPa低いリーク」は2MPaと良好な値を示した。
13.実験例12と13は、「調整後圧力」の圧力を「耐久後圧力」より1MPa高く設定した。
10 弁筺
11,12 油排出孔
13,14 雌螺子部
20 油流入部
21 油流入部本体
22 油通路
22a 油流出部
22b,22d 孔
23 弁筺用組付部
24,27,51 雄螺子部
25 位置決め用突起部
26 弁組付部
30 弁部
31 ステム
32 突起部
33 弁杆
35 ボール弁
40 スプリング
50 調整部材
55 空間
60 電動油圧式圧着工具
61 工具本体
62 油圧ポンプ機構
63 油圧ポンプ部
64 油タンク部
65,66,76,84,85,86 油路
67 ヘッド部
68 ダイス
69 ダイス受け
70 油圧ピストン装置
71 ピストン
72 ロッド
73 シリンダ
74 スプリング
75 油溜室
77 手動式油圧解除装置
Claims (9)
- 油圧が規定以上高くなると油通路を開き油を逃がす弁を有し、工具本体の装填孔に嵌合装填される弁装置において、
前記工具本体の装填孔に嵌合装填される細長筒状の弁筺と、
前記弁筺の長手方向に貫通する油通路を有し、前記弁筺の一端側に設けられる油流入部と、
円柱形状の突起部を有するステムに弁杆を取り付け、前記弁筺に配される弁部と、
前記弁部のステムの突起部側に配されるボール弁と、
前記弁部を前記油流入部方向に付勢するスプリングと、
前記弁筺の他端部に設けられ、前記スプリングの付勢力を調整する調整部材と、
前記弁筺の側壁に設けられ、前記ボール弁の移動に伴って移動する前記弁部のステムの側壁によって開閉される2つの油排出孔と
を備え、
前記油流入部は、前記スプリング側の前記油通路に、前記油通路より大径で、前記ボール弁と前記弁部のステムの突起部とを挿入する油流出部を有するとともに、前記油通路と前記油流出部との境界部に前記ボール弁によって開閉するテーパ角100〜140°の弁座面を有し、
前記スプリングによる付勢力で前記ボール弁を前記弁座面に当接する前記油通路の封鎖時に、前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部と前記弁筺とで形成される空間の前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部との間隔が、前記弁部のステムの側壁による前記2つの油排出孔の封鎖距離より小さくなるように構成されている
ことを特徴とする電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置。 - 請求項1記載の電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置において、
前記2つの油排出孔は、前記弁筺の側壁の左右対称位置に設けられている
ことを特徴とする電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置。 - 請求項1又は請求項2記載の電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置において、
前記2つの油排出孔の孔径は、前記油通路の径の2倍である
ことを特徴とする電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置。 - 請求項1ないし請求項3の何れか記載の電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置において、
前記弁部のステムの円柱形状の突起部は、前記ボール弁の直径と同等の直径を有する
ことを特徴とする電動油圧式圧着工具又は手動油圧式圧着工具に用いる弁装置。 - 細長筒状の弁筺と、
前記弁筺の長手方向に貫通する油通路を有し、前記弁筺の一端側に設けられる油流入部と、
円柱形状の突起部を有するステムに弁杆を取り付け、前記弁筺内に配される弁部と、
前記弁部のステムの突起部側に配されるボール弁と、
前記弁部を前記油流入部方向に付勢するスプリングと、
前記弁筺の他端部に設けられ、前記スプリングの付勢力を調整する調整部材と、
前記弁筺の側壁に設けられ、前記ボール弁の移動に伴って移動する前記弁部のステムの側壁によって開閉される2つの油排出孔と
を備え、
前記油流入部は、前記スプリング側の前記油通路に、前記油通路より大径で、前記ボール弁と前記弁部のステムの突起部とを挿入する油流出部を有するとともに、前記油通路と前記油流出部との境界部に前記ボール弁によって開閉するテーパ角100〜140°の弁座面を有し、
前記スプリングによる付勢力で前記ボール弁を前記弁座面に当接する前記油通路の封鎖時に、前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部と前記弁筺とで形成される空間の前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部との間隔が、前記弁部のステムの側壁による前記2つの油排出孔の封鎖距離より小さくなるように構成されている
ことを特徴とする弁装置。 - 請求項5記載の弁装置において、
前記2つの油排出孔は、前記弁筺の側壁の左右対称位置に設けられている
ことを特徴とする弁装置。 - 請求項5又は請求項6記載の弁装置において、
前記2つの油排出孔の孔径は、前記油通路の径の2倍である
ことを特徴とする弁装置。 - 請求項4ないし請求項6の何れか記載の弁装置において、
前記弁部のステムの円柱形状の突起部は、前記ボール弁の直径と同等の直径を有する
ことを特徴とする弁装置。 - 側壁に2つの油排出孔を設けた円筒形状の弁筺と、
前記弁筺の一端部に取り付けられる油流入部と、
円柱形状の突起部を有するステムに弁杆を取り付け、前記弁筺内に配される弁部と、
前記弁部のステムの突起部側に配されるボール弁と、
前記弁部を前記油流入部方向に付勢するスプリングと、
前記弁筺の他端部に取り付けられ、前記スプリングの付勢力を調整する調整部材と
を備え、
前記油流入部は、前記スプリング側の前記油通路に、前記油通路より大径で、前記ボール弁と前記弁部のステムの突起部とを挿入する油流出部を有するとともに、前記油通路と前記油流出部との境界部に前記ボール弁によって開閉するテーパ角100〜140°の弁座面を有し、
前記スプリングによる付勢力で前記ボール弁を前記弁座面に当接する前記油通路の封鎖時に、前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部と前記弁筺とで形成される空間の前記弁部のステムの先端部側と前記油流入部との間隔が、前記弁部のステムの側壁による前記2つの油排出孔の封鎖距離より小さくなるように構成されている
ことを特徴とする弁装置。
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