JP5900866B2

JP5900866B2 - 常閉型３ポート弁

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Publication number: JP5900866B2
Application number: JP2014544082A
Authority: JP
Inventors: 昭栗林; 山本　斉; 斉山本
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: MX353839B; WO2014068652A1; US9435445B2; DE112012007066T5; CN104781594B; RU2603230C1; BR112015009735A2; KR20150052318A; US20150292632A1; MX2015005348A; CN104781594A; BR112015009735B1; DE112012007066B4; KR101666002B1; JPWO2014068652A1

Description

本発明は、常閉型３ポート弁に関し、特に、開弁位置にある弁部材の閉弁のための操作力を軽減するバランス機構を備えた常閉型３ポート弁の改良に関するものである。

従来から、上記バランス機構を備えた常閉型３ポート弁として、本発明に係る３ポート弁と同様な基本構成の弁ボディを備え、弁部材を操作するためのロッドを押圧して開弁させたときに出力ポート側に流出した流体の圧力を、弁部材に対して閉弁のための背圧として作用させるようにしたものは、既に知られている。
常閉型３ポート弁において、上記バランス機構を備えない場合には、弁部材をロッドで押圧して開弁させたときに出力ポート側に流出した流体の圧力が、弁部材に対してそれを開弁位置に保持する方向の力として作用し、そのため、開弁用のロッドに対する開弁のための押圧力が消失しても、上記弁部材に対して上記出力ポート側に流出した流体の圧力に対抗して閉弁させる力が作用しなければ閉弁されず、例えば、閉弁力を弁部材用の復帰バネによって付与し、あるいは、強制的に閉弁する機構を備える必要がある。そして、上記閉弁力を復帰バネによって弁部材に作用させたとすると、開弁時に該復帰バネの付勢力及び主流体の圧力に抗して開弁する必要があり、開弁のためにロッドに大きな操作力を加える必要がある。

上記バランス機構は、上記開弁のための操作力を軽減するため、弁部材が弁開位置にあるときに、該弁部材の背後に形成される背圧室に、弁部材に設けた通気孔を通して出力ポート側の主流体の圧力を流入させ、弁部材の表裏面に作用する流体圧をバランスさせておくものであり、開弁に際しては、ロッド内を通して外部に開口する排出流路を閉鎖すると同時に、弁部材により主弁座を開放し、また、出力ポート側の主流体の圧力を上記背圧室に流入させるための弁部材の通気孔を出力ポート側に開放した状態に保持できるようにする必要がある。この３ポート弁の閉弁は、弁部材に作用する小付勢力の復帰バネで行うのが通例であり、上記ロッドによる弁部材の押圧を解除すると同時に、ロッド内を通して外部に開口する排出流路を開放することにより行われる。

そこで、既知の常閉型３ポート弁では、通常、図８に示すような構成の弁部材４０が用いられている。この弁部材４０は、図１の常閉型３ポート弁とほぼ同様の構成を備えた弁ボディ１に装着して用いられるもので、該弁ボディ１の主弁座２に対向して接離方向に気密に摺動自在に保持される弁部材本体４１に、弁ボディ１の主弁座２に接離させる主シート面４４と、開弁用のロッド５内の排気流路６の内端が圧接することにより該排気流路６を閉鎖する排気シート面４５とを備えているが、この排気シート面４５は、本来、主シート面４４の周囲の非常に隣接した位置に配置するのが望ましいものであり、しかしながら上記両シート面の間に上記背圧室８に連通する通気孔も開口させる必要があるため、上記主シート面４４と排気シート面４５とを同一平面上に設けることができず、そのため、弁部材本体４１の上部に段差４２を設けて、下段に主シート面４４を、上段に排気シート面４５を設けることにより、上記段差４２の部分に通気孔を開口可能とし、上記両シート面部４４，４５による安定的な流体の通断を行えるように構成している。

しかしながら、かかる構成を採用すると、この弁部材４０を製造する場合に、上記主シート面４４と排気シート面４５とを独立のシート材として成形したうえで個別的に弁部材本体４１に安定的に固定するのには困難性があり、そのため、弁部材本体４１に対してゴム弾性を有するシート材を単一のゴムライニングとして、上記段差４２の上下段に跨る一体のシート部材４３を設け、更に、上記段差４２の側面部分に通気孔を開口させるため、弁部材本体４１の下面から上面に達しない通気孔４６及びその上部を側面に開口させる分岐通孔４７を穿設する必要が生じ、そのため、該弁部材本体４１は成形品によって製造するのに困難性があり、上記シート部材４３をライニングするための構造並びに上記通気孔４６及び分岐通孔４７の形成のため、金属材の切削加工により形成しなければならず、また、その弁部材本体４１に個別的にゴムライニングを施す必要があり、結果的に弁部材の製造コストが比較的高価なものになる。

本発明の技術的課題は、弁部材を簡単に成形及び組立できる成形品で製造可能な部品の結合構造をもつように形成し、それによって、弁部材の製造コストを低減した常閉型３ポート弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、弁ボディ内の供給ポートと出力ポートとの間に設けた主弁座に対し、上記供給ポート側から復帰バネで閉弁方向に付勢された弁部材を備え、該弁部材に対する開弁操作力の付与により主弁座を開放させる開弁用のロッド内に、該弁部材上の排気シート面への当接によって閉じられる排出流路を設け、該弁部材に、それが弁開位置にあるときにその背後に形成される背圧室を出力ポート側の主流体の流路に連通させる通気孔を設けることにより、該弁部材の表裏面に作用する流体圧をバランスさせるようにしたバランス機構を有する常閉型の３ポート弁において、上記弁部材を、上記主弁座に対し接離方向に摺動自在に保持されて内部に上記通気孔を形成する貫通孔を設けた弁部材本体と、ゴム弾性を有する円盤状のシール材により形成され、上記弁部材本体における主弁座対向面に当接されて、上記主弁座に対向する部位に主シート面を形成すると共に、上記開弁用のロッドにおける排出流路の端面に対向する部位に排気シート面を形成し、更に、上記弁部材本体の貫通孔を上記主シート面と排気シート面との間に開口させる通孔を設けたシート部材と、該シート部材の中央部に気密に嵌入して先端を上記弁部材本体に係止させることによって、該シート部材を弁部材本体に固定する固定部材と、上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠とにより構成し、しかも、上記弁部材を構成する各部品をいずれも成形品により形成したことを特徴とする常閉型３ポート弁が提供される。

本発明に係る常閉型３ポート弁の好ましい実施形態においては、上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠が、シート部材の周辺に係止して該シート部材を弁部材本体の周辺との間に挟持する係止縁部を備え、弁部材本体の周縁に当接する該押さえ枠の周縁下部を、該弁部材本体に溶着または接着により固定したものとして構成される。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記弁部材に対して開弁操作力を付与する上記開弁用のロッドの先端を、上記弁ボディから外部に突出させ、該ロッドの外端を弁操作機構が機械的に当接する当接端として構成することができる。

更に、本発明の好ましい実施形態においては、上記弁部材本体における主弁座対向面に、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔を、該弁部材本体における上記貫通孔に対して連通させる凹溝を形成したものとして構成し、或いは、上記弁部材本体における主弁座対向面において、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔に挿入して、シート部材を位置決めすると共に、該通孔が変形により狭窄化するのを抑止する突子を設けたものとして構成される。

以上に詳述した本発明の常閉型３ポート弁によれば、弁部材を簡単に成形及び組立できる成形品で製造可能な部品の結合構造をもつように形成し、それによって、弁部材の製造コストを低減した常閉型３ポート弁を提供することができる。

本発明に係る常閉型３ポート弁の実施例を示す縦断面図である。上記常閉型３ポート弁における弁部材の平面図である。図２に示す弁部材のＡ−Ａ位置での断面図である。同弁部材の分解斜視図である。上記弁部材の変形例を示す平面図である。図５に示す弁部材のＢ−Ｂ位置での断面図である。同弁部材における弁部材本体の斜視図である。本発明の常閉型３ポート弁における弁ボディと同種のものに用いられている公知の弁部材断面図である。

図１は、本発明に係る常閉型３ポート弁の実施の一例を示している。この常閉型３ポート弁は、弁ボディ１内の供給ポートＰと出力ポートＡとの間の流路に設けた主弁座２に対向させて、上記供給ポートＰ側から復帰バネ４で閉弁方向に付勢された弁部材３を備えている。また、該弁部材３に対する開弁操作力の付与により主弁座２を開放させる開弁用のロッド５は、その内部に、該弁部材３への当接によって閉じられる排気流路６を設け、その内端を後述する弁部材３上のシート部材３２に接離することにより、該排気流路６を開閉可能に形成している。更に、上記弁部材３には、それが弁開位置にあるときにその背後の背圧室８を出力ポートＡ側の主流体の流路に連通させる通気孔９を設けて、これにより弁部材３の表裏面に作用する流体圧をバランスさせるバランス機構を構成させている。
なお、上記通気孔９は常に背圧室８を出力ポートＡ側の主流体の流路に連通させているが、図１に示すような閉弁時には出力ポートＡ側の流路が大気に開放されているので、背圧室８に圧力空気は導入されていない。

上記弁部材３は、それを主弁座２に対向させた位置において該主弁座２への接離方向に摺動自在に配設されるが、この弁部材３の保持は、弁ボディ１内に設けた弁孔１０の内面に爪部１２ａを弾性的に係止固定させる保持部材１２を嵌着して、この保持部材１２内のシリンダ部１２ｂにシール部材１３を介して弁部材３を主弁座２への接離方向に摺動自在に嵌挿することによって行い、それにより、上記シリンダ部１２ｂ内における弁部材３の背後に前記背圧室８を形成させている。
なお、上記弁部材３は、必ずしも上述した保持部材１２によって保持する必要はなく、上記主弁座２の供給ポートＰ側において、弁ボディ１等に、主弁座２に対して接離方向に摺動自在に配設されたものとすることができる。

また、上記開弁用のロッド５は、上記弁ボディ１に対し弁部材３の軸線方向に摺動自在に保持され、上述したようにその内部に排気流路６を備えていて、弁部材３側の端面５ａが排気用弁部を形成し、該弁部材３上のシート部材３２に当接することによって排気流路６が閉じられるようにし、他方端は、上記弁ボディ１から外部に突出させて、その外端を弁操作機構の適宜操作子が機械的に当接する当接端５ｂとし、上記排気流路６の外端は、弁ボディ１から外部に突出した部分において該ロッド５の側面に排気ポートＲとして開放させている。なお、上記ロッド５の外端は、適宜弁操作機構を構成するアクチュエータにより動作させることができる。

弁ボディ１に対するこのロッド５の保持は、弁ボディ１内に設けたロッド保持孔１４の内面に爪部１５ａを弾性的に係止固定させるロッド保持部材１５を嵌着して、該ロッド保持部材１５内の内側筒状部１５ｂに該ロッド５を摺動自在に嵌挿し、そして、出力ポートＡ側の流路に開口している上記ロッド保持孔１４を気密に閉鎖するため、上記ロッド５と弁ボディ１との間をロッド保持部材１５に保持させたシール部材１６，１７によってシールしている。また、ロッド５の外周に形成したバネ受け部５ｃと弁ボディ１の内面との間に、ロッド用復帰バネ１８を縮設している。

次に、図１〜図４を参照し、上記弁部材３の構成について詳細に説明する。
まず、上記弁部材３は、上記主弁座２に対し接離方向に摺動自在に保持されて内部に上記通気孔９を形成させるための貫通孔３１ａを設けた弁部材本体３１と、ゴム弾性を有する円盤状のシール材により形成されて、上記弁部材本体３１における主弁座対向面３１ｂに当接保持されるシート部材３２と、該シート部材３２の中央部に気密に嵌入して先端部を上記弁部材本体３１の貫通孔３１ａ内に係止させることにより、該シート部材３２を弁部材本体３１に固定する固定部材３３と、上記シート部材３２の周辺を上記弁部材本体３１上に保持させる押さえ枠３４とにより構成している。

上記弁部材３を構成する部品である上記弁部材本体３１、固定部材３３及び押さえ枠３４は、金属や合成樹脂の成形品により形成したものであり、また、上記シート部材３２はゴム弾性を有するシール材を円盤状に成形されたものであって、各部品に対して成形後に加工を行う必要をなくしているため、それらの成形を、個別的に機械加工する場合等に比して安価に行うことができ、また、以下に説明する上記各部品の構成から明らかなようにそれらの各部品の組立も機械的に行うことができるので、この点でも製造コストを低廉にすることができる。

上記弁部材３の構成を更に具体的に説明すると、円盤状をなす上記シート部材３２は、上記主弁座２に対向する部位に該主弁座２に接離する主シート面３２ａを形成すると共に、上記開弁用のロッド５における排出流路６の端面５ａに対向する部位に該端面５ａが接離する排気シート面３２ｂを形成し、更に、上記弁部材本体３１の貫通孔３１ａを上記主シート面３２ａと排気シート面３２ｂとの間に開口させる通孔３２ｃを設けたもので、該通孔３２ｃは、同心円状をなす主弁座２とロッド５における排出流路６の端面５ａとの間に位置するように、平面視において円弧状に形成している。

上記シート部材３２は、上記弁部材本体３１における主弁座対向面３１ｂに当接、固定するものであるが、該弁部材本体３１の主弁座対向面３１ｂには、シート部材３２の上記主シート面３２ａと排気シート面３２ｂとの間に対応させて設けた通孔３２ｃに挿入してシート部材３２を位置決めすると共に、該通孔３２ｃが変形により狭窄化するのを抑止するための突子３１ｃを設けている。上記突子３１ｃは、シート部材３２の通孔３２ｃと同様な平面視円弧状であるが、その両外面側の形状を通孔３２ｃの内面外周側に接する円弧面３１ｄとなすことにより、シート部材３２の安定的な位置決めを行い、また、該突子３１ｃの内側面側に通孔３２ｃの内壁面との間に間隙が生じるように凸部３１ｅを形成して、該通孔３２ｃの狭窄化を抑止するような形態が望ましい。
更に、上記弁部材本体３１における主弁座対向面３１ｂには、上記通孔３２ｃを貫通孔３１ａに連通させるための凹溝３１ｆを形成している。

上記シート部材３２は、上記弁部材本体３１における主弁座対向面３１ｂに上述したようにして当接させたうえで、その中央部に設けたところの弁部材本体３１側が小径になっている円錐孔３２ｄに、略同形の頭部を有する固定部材３３を気密に嵌入して、その先端側鉤部３３ａを弁部材本体３１の貫通孔３１ａ内の段部に圧入係止させることによって、該シート部材３２の中央部を弁部材本体３１に固定している。
また、上記シート部材３２の周辺を上記弁部材本体３１上に保持させる押さえ枠３４には、シート部材３２の周辺に係止して該シート部材３２を弁部材本体３１の周辺との間に挟持する係止縁部３４ａを備え、弁部材本体３１の周縁に当接する該押さえ枠３４の周縁下部３４ｂを、該弁部材本体３１の周縁に溶着または接着により固定している。

一方、図５〜図７は、弁部材３の他の構成例を示すもので、上記図１〜図４の弁部材に比して、弁部材本体３１における主弁座対向面３１ｂに突設する突子３１ｃを省略し、シート部材３２の主シート面３２ａと排気シート面３２ｂとの間に対応させて設けた通孔３２ｃを、該弁部材本体３１における上記貫通孔３１ａに対して連通させる凹溝３１ｆを、該弁部材本体３１に形成したものである。
この場合、弁部材本体３１に対するシート部材３２の固定部材３３及び押さえ枠３４による固定をより確実に行えばよい。
なお、この構成例におけるその他の構成及び作用は、図１〜図４を参照して説明した弁部材の場合と変わるところがないので、ここでは主要部に同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

上記構成を有する常閉型３ポート弁においては、開弁のためにロッド５の先端が押圧されると、該ロッド５の排気流路６の端面５ａが弁部材３の排気シート面３２ｂに圧接されて、ロッド内の排出流路６を閉鎖すると共に、該ロッド５により弁部材用復帰バネ４の付勢力に抗して弁部材３が押圧されて、弁座が開かれる。その結果、供給ポートＰから出力ポートＡに圧力空気が流れ、また、この弁開時に、弁部材３の背後に形成される背圧室８に、弁部材３に設けた通気孔９を通して出力ポートＡ側の流体圧が導入され、弁部材３の表裏面に作用する流体圧がバランスする。上記ロッド５の内端面５ａが弁部材３の排気用シート部に圧接している限り、ロッド５内を通して外部に開口する排出流路６は閉鎖している。

ロッド５に対する開弁のための押圧力が消失したときには、ロッド用復帰バネ１８の付勢力でロッド５は復帰し、上述のように弁部材３の表裏面に作用する流体圧がバランスしているので、弁部材用復帰バネ４による小さい付勢力で弁部材３を復帰させることが可能になり、弁部材用復帰バネ４の付勢力を小さいものにしても、弁部材３の主シート面３２ａを主弁座２に当接させてそれを閉鎖することができる。ロッド５を押圧して弁開するときの押圧力は、ロッド用復帰バネ１８及び弁部材用復帰バネ４の付勢力に対抗するものであればよい。

ロッド５に対する開弁のための押圧力が消失すると、ロッド５はロッド用復帰バネ１８の付勢力によりもとの閉弁位置に復帰するので、ロッド５の端面５ａが弁部材３の排気シート面３２ｂから離れ、ロッド５内の排出流路６を通して出力ポートＡ側の圧力空気がロッド５の先端から排出される。それと同時に、弁部材３の背後に形成されている背圧室８内に流入していた流体圧も、弁部材３の通気孔９からロッド５内の排出流路６を経て外部に排出され、背圧室８内は大気圧になる。

１弁ボディ
２主弁座
３弁部材
４復帰バネ
５ロッド
６排気流路
８背圧室
９通気孔
３１弁部材本体
３１ａ貫通孔
３１ｂ主弁座対向面
３２シート部材
３２ａ主シート面
３２ｂ排気シート面
３２ｃ通孔
３３固定部材
３４押さえ枠
Ｐ供給ポート
Ａ出力ポート
Ｒ排気ポート

Claims

弁ボディ内の供給ポートと出力ポートとの間に設けた主弁座に対し、上記供給ポート側から復帰バネで閉弁方向に付勢された弁部材を備え、該弁部材に対する開弁操作力の付与により主弁座を開放させる開弁用のロッド内に、該弁部材上の排気シート面への当接によって閉じられる排出流路を設け、該弁部材に、それが弁開位置にあるときにその背後に形成される背圧室を出力ポート側の主流体の流路に連通させる通気孔を設けることにより、該弁部材の表裏面に作用する流体圧をバランスさせるようにしたバランス機構を有する常閉型の３ポート弁において、
上記弁部材を、上記主弁座に対し接離方向に摺動自在に保持されて内部に上記通気孔を形成する貫通孔を設けた弁部材本体と、ゴム弾性を有する円盤状のシール材により形成され、上記弁部材本体における主弁座対向面に当接されて、上記主弁座に対向する部位に主シート面を形成すると共に、上記開弁用のロッドにおける排出流路の端面に対向する部位に排気シート面を形成し、更に、上記弁部材本体の貫通孔を上記主シート面と排気シート面との間に開口させる通孔を設けたシート部材と、該シート部材の中央部に気密に嵌入して先端を上記弁部材本体に係止させることによって、該シート部材を弁部材本体に固定する固定部材と、上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠とにより構成し、しかも、上記弁部材を構成する各部品をいずれも成形品により形成した、
ことを特徴とする常閉型３ポート弁。
上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠が、シート部材の周辺に係止して該シート部材を弁部材本体の周辺との間に挟持する係止縁部を備え、弁部材本体の周縁に当接する該押さえ枠の周縁下部を、該弁部材本体に溶着または接着により固定している、
ことを特徴とする請求項１に記載の常閉型３ポート弁。
上記弁部材に対して開弁操作力を付与する上記開弁用のロッドの先端を、上記弁ボディから外部に突出させ、該ロッドの外端を弁操作機構が機械的に当接する当接端とした、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の常閉型３ポート弁。
上記弁部材本体における主弁座対向面に、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔を、該弁部材本体における上記貫通孔に対して連通させる凹溝を形成した、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の常閉型３ポート弁。
上記弁部材本体における主弁座対向面において、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔に挿入して、シート部材を位置決めすると共に、該通孔が変形により狭窄化するのを抑止する突子を設けた、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の常閉型３ポート弁。