JP5083238B2

JP5083238B2 - 流体精密開閉弁

Info

Publication number: JP5083238B2
Application number: JP2009021825A
Authority: JP
Inventors: 育夫伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010175061A

Description

本発明は、設定圧で高精度に全開、全閉する開閉弁に関する。ここでの開閉弁としては、チェック弁、リリーフ弁を含むものとする。

開閉弁としては、特許文献１のようなスプール方式が用いられるが、開閉構造から開閉圧精度が悪かった。ポペット方式であっても、コイルばねの場合弁座全周で同一の力が発生しておらず、設定圧力になっても一気に開く（閉じる）ことがなく、徐々の面積変化となって開閉圧精度が悪いものであった。

実開昭５８−５３９７６号公報

本発明は、上記問題に鑑み、設定圧で高精度に全開、全閉する開閉弁を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、所定圧で高精度に全開、全閉できるようにした開閉弁であって、該開閉弁の弁本体（１０）に設けられた弁座（１１）と、弁体（１）と、前記弁体（１）を前記弁座（１１）に押圧するコイルばね（３）とを具備する開閉弁において、前記弁体（１）と前記コイルばね（３）との間にばね受け（４）を介在させ、前記弁体（１）の前記ばね受け（４）に当接する面（１’’）を球面とし、前記弁体（１）を半球とし、前記弁体（１）の前記弁座（１１）との当たり面（１’）に対して、前記ばね受け（４）のばね力を受ける受圧面（４’）が、前記コイルばね（３）のばね力の押圧前方方向に所定距離（Ｌ）だけ離れていることを特徴とする。

これにより、コイルばね３の傾いた力をばね受け４で一度受けて、ばね受け４の傾きで弁体１の当たり面１’を、座面に平行に、均一な力で押すことになり、設定圧になると当たり面全面が、略同時に開口または閉口することができる。つまり、高精度に全流量を全開または全閉することができる。

また、弁体（半球）の弁座との当り面がばね受けのばね力を受ける面より前方にあるため、ばね力によるモーメントにより弁体が安定し、弁体は弁座に均一な力で当接することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ばね受け（４）には、前記弁体（１）の開閉時に流れを妨げないように透孔（２０）が設けられていることを特徴とする。
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

図１（ａ）は、本発明の基礎となった比較技術を示す図であり、図１（ｂ）は、弁座全周での力の発生状況を示す説明図である。図２（ａ）は、本発明の基礎形態を示す図であり、図２（ｂ）は、ばね先端が傾いた場合の弁座・弁体の状況を示す説明図である。本発明の第１の実施形態を示す図である。本発明の第２の実施形態としてのばね受けを示す図である。本発明と比較技術とを比較した開閉弁の特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。基礎形態、各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対しても同様に同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の基礎となった比較技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明の基礎となった比較技術を示す図であり、図１（ｂ）は、弁座全周での力の発生状況を示す説明図である。
図１（ａ）に示すように、弁本体１０には、上流側通路に圧力Ｐで連通する入口１２と、下流側通路に連通する出口５が存在し、内室６において弁体１がコイルばね３により弁座１１に押圧されて、入口１２を閉鎖している。

ここで、開閉精度を上げるためにばね定数の小さいばねを使用するのは当然であるが、コイルばね３の場合、弁座１１の円周全域で同一の力が発生しておらず傾いた状態の押付け力が弁体１に掛かっている。図１（ｂ）を参照して、弁座全周での力の発生状況を説明する。コイルばねの特性から全周均一な押付け力では無いため、座面１１と弁体１は均一な力でばね力が加わっていない。すなわち、ばねが密着している側の押付け力Ｆ２は、ばねが密着していない側の押付け力Ｆ１に比べ大となっており、弁体が開くときは押付け力の小さいところから開き、一気に全開することができない。

そのため弁が開く（あるいは、閉じる）圧力（ばねの設定力）になっても弁座への弁体の押付け力が弱い箇所から開口（閉口）し始め、それ以上（以下）の圧力になって弁体は弁座から完全に離れる（密着する）。つまり、設定圧力になっても一気に開く（閉じる）ことがなく徐々の面積変化（流量変化）であり開閉圧精度からみて、見劣りがした。

これに対して、本発明の一部としての基礎形態は次のようなものである。
図２（ａ）は、本発明の基礎形態を示す図であり、図２（ｂ）は、ばね先端が傾いた場合の弁座・弁体の状況を示す説明図である。
図２（ａ）に示すように、前記比較技術と同様に、弁本体１０には、内室６において弁体１がコイルばね３により弁座１１に押圧されて、入口１２を閉鎖している。弁体１は、弁座１１と反対面に形成された球面１’’とステム部２とを有している。なお、ステム部２は省略しても良い。弁体１は半球体が好ましいが、これに限らず球体を一部平面でカットした形状であっても良い。

弁体１を弁座１１に押圧するために、ばね受け４が設けられている。弁体１とばね受け４との嵌合受け面は球面としている。ばね受け４には、ステム部２を貫通するための孔がステム部１７の径に比して若干大きめに明けられていて、ばね受け４が傾いたとき逃げられるようにしている。ばね受け４の弁体１の球面１’’に対する受け面は、必ずしも球面加工する必要はなく円錐面であっても良い。

この基礎形態の場合には、コイルばね３の傾いた力をばね受け４で一度受けて、ばね受けが傾いても弁体１は座面１１に均一な力を与える。したがって、弁体１の当たり面１’を、座面１１に平行に均一な力で押すことになり、設定圧になると当たり面全面が、略同時に開口または閉口することができる。つまり、高精度に全流量を全開または全閉することができる。

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態を示す図である。図４は、本発明の第２の実施形態としてのばね受けを示す図である。
本発明の第１の実施形態において、弁体１は半球体であり、ばね受け４の構成が第１実施形態と異なっている。弁体１の弁座１１との当たり面１’に対して、ばね受け４のばね力を受ける受圧面４’が、コイルばね３のばね力の押圧前方方向に所定距離Ｌだけ離れている。

弁体（半球）の弁座との当り面１’がばね受け４のばね力を受ける面より前方にあるため、ばね力で弁体１が前方に引っ張られた状況になっており、弁体の首振り動作がスムーズで弁体は弁座に均一な力で当る。基礎形態では、ばねで弁体を押す状況下での位置関係であり、第１実施形態では弁体が傾いた場合これを修正する力が、より強くなっている。

所定距離Ｌの分だけばね受け４はスカート部が形成されるので、これにより、流体の流れを阻害しないように内室６の形状寸法を工夫する必要がある。必要に応じて、第２実施形態として、図５に示したように、ばね受け４のスカート部４’’に透孔２０を設けて、流体の流れを阻害しないように工夫することが好ましい。

図５は、本発明（基礎形態）と比較技術とを比較した開閉弁の特性図である。弁の上流側圧力Ｐに対して、弁開度１００％になる開閉圧力精度が格段良くなっている。
本発明は、単なる開閉弁でなく、チャック弁、リリーフ弁に用いることができ、ダイヤフラム弁、ソレノイド弁、制御弁の一部にも適用することができる。弁座１１の断面形状は傾斜面や段差面であっても良く、弁体の当り面１’に硬質のパッキンを具備していても良い。

１弁体
１’ 当たり面
１’’ 球面
２ステム部
３コイルばね
４ばね受け
４’ 受圧面
４’’ スカート部
１１弁座
２０透孔

Claims

所定圧で高精度に全開、全閉できるようにした開閉弁であって、該開閉弁の弁本体（１０）に設けられた弁座（１１）と、弁体（１）と、前記弁体（１）を前記弁座（１１）に押圧するコイルばね（３）とを具備する開閉弁において、前記弁体（１）と前記コイルばね（３）との間にばね受け（４）を介在させ、前記弁体（１）の前記ばね受け（４）に当接する面（１’’）を球面とし、
前記弁体（１）を半球とし、
前記弁体（１）の前記弁座（１１）との当たり面（１’）に対して、前記ばね受け（４）のばね力を受ける受圧面（４’）が、前記コイルばね（３）のばね力の押圧前方方向に所定距離（Ｌ）だけ離れていることを特徴とする開閉弁。
前記ばね受け（４）には、前記弁体（１）の開閉時に流れを妨げないように透孔（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の開閉弁。