JP6628097B2

JP6628097B2 - バルブ及びその製造方法

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Publication number: JP6628097B2
Application number: JP2016145070A
Authority: JP
Inventors: 豪苅部; 伸幸長妻; 敬荒川
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2020-01-08
Anticipated expiration: 2036-07-25
Also published as: JP2018017244A

Description

本発明は、圧力流体の流通する配管等に接続され、該圧力流体の流通状態を切り換え可能なバルブ及びその製造方法に関する。

従来から、圧力流体の流通する流体通路に接続され、前記圧力流体の流通状態を制御するためのバルブが用いられている。このバルブは、例えば、特許文献１に開示されるように、管体を挟むように配置されたダイ材及びスタンプ部材を互いに接近させるように押し込むことで前記管体を変形させ、中央にリブを有したボディを形成している。また、ボディにおいてリブに臨むように形成された円形状の平坦部を切り抜きフランジプレートを装着している。そして、このフランジプレートには、弁体として機能するダイヤフラムを挟んでソレノイド部を含む弁駆動装置が設けられる。

特許第３６９１０６９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に係るバルブでは、例えば、ボディの上部に複数のプレートを積層させることで圧力流体の流れる流路を構成しているため、その部品点数が増加し、それに伴って構造が複雑化してしまい製造コスト及び重量の増加を招くという問題がある。また、ボディにおいて流体の流れる流路構造が複雑となることで流量特性の低下を招くこととなる。

さらに、ボディを塑性変形させ中央にリブを形成する構成としているため、前記ボディの強度低下を招くと共に、プレス成形されたボディの端部にねじを加工することで薄肉化してしまい強度不足となる懸念がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ボディの強度確保、製造コストの削減及び軽量化を図ると共に、流量特性の向上を図ることが可能なバルブ及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、圧力流体の流通する流路を有したボディと、流路の連通状態を切り換える弁体と、弁体を開閉動作させる駆動手段とを有したバルブにおいて、
ボディは、筒状の本体部と、
本体部に接続され、外周面において軸方向と略平行に形成された平坦部と内部に形成された流路とを有する管体と、
からなり、
管体の端部にはねじの刻設されたポートが形成され、平坦部には、圧力流体の流通可能な流通孔が形成され、流通孔には弁体が着座自在に設けられると共に、流路には上流側の流通孔と下流側の流通孔との間となる位置に仕切部が設けられ、駆動手段は、通電作用下に励磁するコイルと、コイルの励磁作用下に軸方向に移動する可動鉄心とを有したソレノイド部であり、
流通孔は、圧力流体の導入される導入孔と、導入孔の下流側に形成され圧力流体の導出される導出孔とからなり、導入孔が少なくとも１つ以上設けられることを特徴とする。

本発明によれば、バルブを構成するボディが、筒状の本体部と、本体部に接続され、外周面において軸方向と略平行に形成された平坦部と内部に形成された流路とを有する管体とからなり、管体の端部にねじの刻設されたポートを形成し、平坦部に圧力流体の流通可能な流通孔を形成し、流通孔には弁体が着座自在に設けられ、流路には上流側の流通孔と下流側の流通孔との間となる位置に仕切部が設けられている。

従って、筒状の本体部と管体とを接続することでボディを容易に構成できるため、従来技術に係るバルブと比較して部品点数の削減を図ることができ、それに伴って、材料コスト等の製造コストの削減及び軽量化を図ることが可能となる。また、本体部とは別の管体にねじを有したポートを設けることで、略一定厚さのプレス材からなるボディ本体にねじ加工を施していた従来のバルブと比較し強度の低下が防止され、しかも、管体の内部に仕切部を設けることで管体を変形させることによる強度のさらなる低下が回避されるため、所定の強度を確保可能となる。

さらに、ボディの肉厚を均一化して薄肉とすることで内部容積を増加させることができると共に、圧力流体の流路をシンプルな構成とすることができるため、圧力流体の流量特性を向上させることができる。

すなわち、従来技術に係るバルブと比較し、ボディの強度を確保できると共に製造コストの削減及び軽量化を図ることができ、しかも流量特性の向上を図ることが可能となる。

また、本体部には、駆動手段を連結可能な連結部を有した保持部材を設けるとよい。

また、本発明は、圧力流体の流通する流路を有したボディと、流路の流通状態を切り換える弁体と、弁体を開閉動作させる駆動手段とを有したバルブを製造する製造方法であって、
プレス成形によって形成され一組の挿通孔を有したボディの本体部に、挿通孔を通じて管体を挿通させ溶接によって固定する工程と、
本体部の開口部に対し、内周面にねじ部の形成された保持部材を挿入し、且つ、管体の外周面に形成された平坦部に保持部材の端部を当接させた状態で溶接によって固定する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、バルブを構成するボディを、筒状の本体部と管体とを接続することで容易に構成できるため、従来技術に係るバルブと比較して部品点数の削減を図ることができ、それに伴って、材料コスト等の製造コストの削減及び軽量化を図ることが可能となる。また、本体部とは別の管体にねじを有したポートを設け、且つ、管体の内部に仕切部を設けることで所定の強度が確保でき、しかも、ボディの内部容積を増加させ圧力流体の流路をシンプルな構成とすることで圧力流体の流量特性を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るバルブの全体断面図である。図１に示すバルブの分解斜視図である。図１のバルブにおけるボディの分解断面図である。図１のバルブが通電作用下に弁開した状態を示す全体断面図である。

本発明に係るバルブ及びその製造方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る製造方法で製造されたバルブを示す。なお、以下の説明においては、バルブ１０がソレノイド部２０への通電作用下に弁体２２を開閉させる電磁弁である場合について説明する。

このバルブ１０は、図１〜図４に示されるように、圧力流体が供給・排気される第１及び第２ポート１２、１４を有したボディ１６と、該ボディ１６の上部に設けられフレーム１８の内部に収容されるソレノイド部２０と、該ソレノイド部２０の励磁作用下に前記第１及び第２ポート１２、１４の間の連通状態を相互に切り換える弁体２２とを含む。

このボディ１６は、例えば、有底筒状に形成されたベース体２４と、該ベース体２４の内部を貫通するように接続された管体２６と、前記ベース体２４の開口部３２に嵌合される保持部材２８とからなる。

ベース体２４は、例えば、金属製材料からなる管材から有底円筒状に形成され、その外周面には管体２６の挿通される一対の挿通孔３０が形成される。この挿通孔３０は、ベース体２４の軸方向（矢印Ａ方向）と直交方向（矢印Ｂ方向）に開口し、該ベース体２４の中心に対して対称且つ一直線状となる位置に形成される。

また、ベース体２４における軸方向（矢印Ａ方向）に沿った一端部には断面円形状の開口部３２が形成され、他端部側には底部３４を有している。

管体２６は、例えば、略一定径で軸方向（矢印Ｂ方向）に所定長さを有したパイプからなり、その一端部及び他端部の内周面にねじの刻設された第１ポート１２及び第２ポート１４がそれぞれ形成される。また、管体２６の軸方向（矢印Ｂ方向）に沿った略中央部には、外周面に対して窪むように平坦状に切り欠かれた平坦部３６を有し、該平坦部３６は前記管体２６の軸方向（矢印Ｂ方向）と略平行に形成され、該軸方向に沿って所定長さとなり該軸方向と直交する幅方向に所定幅となる略長方形状に形成される（図２参照）。

この平坦部３６は、例えば、所定の平面度で形成され、その管体２６の一端部側（矢印Ｂ１方向）となる位置に第１導入孔３８が開口し、略中央部には導出孔４０が開口すると共に、該第１導入孔３８に対して周方向に沿って所定間隔離間した位置に第２導入孔４２が開口している。なお、第２導入孔４２は、平坦部３６の形成されていない管体２６の外周面に開口し、第１導入孔３８と略同一の開口面積で形成される。

この導出孔４０の外縁部には、ソレノイド部２０側（矢印Ａ１方向）に向かって突出し弁体２２の着座可能な弁座部４４が形成される。

一方、管体２６の内部には、第１導入孔３８と導出孔４０との間となる位置に仕切板４６が設けられ、前記仕切板４６は管体２６の断面形状に応じた円盤状に形成され、前記管体２６の軸線と直交し該管体２６の内部を塞ぐように設けられ溶接によって固定される。すなわち、管体２６の内部は仕切板４６によって２分割されている。

そして、管体２６は、ベース体２４における一対の挿通孔３０にそれぞれ挿通され、その一端部及び他端部が所定長さだけ外部へと突出し、第１導入孔３８及び導出孔４０を含む平坦部３６がベース体２４の開口部３２に臨むように配置された状態で溶接によって固定される。すなわち、管体２６は、第１及び第２ポート１２、１４がベース体２４の外部に突出した状態で固定されている。

保持部材２８は、例えば、金属製材料をプレス成形することで円筒状に形成され、その一端部には内周側に折り返された折曲部４８が形成されると共に、他端部側（矢印Ａ１方向）となる内周面にはねじの刻設されたねじ部５０を有している。そして、保持部材２８はベース体２４における開口部３２の内部に挿入され外周面が当接し、且つ、折曲部４８が管体２６の平坦部３６に当接した状態で溶接によって固定される。なお、この保持部材２８は、ボディ１６の開口部３２から外部へと突出することがない。

また、折曲部４８の内側には環状のОリング５２が設けられ、後述するチューブ５８の拡径部位と当接している。

ソレノイド部２０は、フレーム１８と、該フレーム１８の内部に設けられコイル５３の巻回されるボビン５４と、前記フレーム１８に対して保持された固定鉄心５６と、前記固定鉄心５６と同軸上に設けられるチューブ５８と、前記チューブ５８の内部に移動自在に配設される可動鉄心６０とからなる。

フレーム１８は、例えば、金属製材料からボビン５４の上端部及び下端部を取り囲むように断面Ｕ字状に形成され、その開口部３２がボディ１６側（矢印Ａ２方向）となるように配置される。また、フレーム１８の下端部にはナット部材６２が装着され、該ナット部材６２は下方（矢印Ａ２方向）に向かって突出した筒状部の外周面にねじ６４が刻設されている。

ボビン５４は、例えば、樹脂製材料から形成され、その外周面に内側へと窪んだ凹部にコイル５３が巻回され保持される。ボビン５４の上端部には環状溝を介してОリング６６が設けられフレーム１８の内壁面に当接している。一方、ボビン５４の下部には端子台６８が設けられ、コイル５３と電気的に接続されると共にフレーム１８の外側に設けられたリード線７０が電気的に接続されている。これにより、リード線７０から端子台６８を通じてコイル５３へと電流が供給される。

また、端子台６８の外周面には環状溝を介してОリング７２が設けられフレーム１８の内壁面に当接すると共に、前記端子台６８の下部には、その内周側及び下部を覆うように筒状のスリーブ７４が設けられている。なお、スリーブ７４は、ボビン５４と略同一の内周径で形成されると共に、その下面にはナット部材６２が所定間隔離間して臨むように設けられる。

固定鉄心５６は、例えば、純鉄等の金属製材料から略円柱状に形成され、ボビン５４の内部に挿通され、その上端中央部に形成された突部７６がフレーム１８の中央に形成された孔部７８に挿通された状態でねじ孔８０に螺合される締結ボルト８２によって固定される。また、フレーム１８の上部にはプレート８４が締結ボルト８２によって共締めされる。これにより、固定鉄心５６がフレーム１８の内部で同軸状に保持される。

また、固定鉄心５６の下端中央部には、軸方向（矢印Ａ１方向）に沿って凹状に窪んだスプリング穴８６が形成され、その内部にはスプリングガイド８８が挿入されると共に、該スプリングガイド８８に支持されるスプリング９０の一端部側が収納される。このスプリング９０は、例えば、コイルスプリングからなり、その他端部が可動鉄心６０の端面に当接し、該可動鉄心６０を固定鉄心５６から離間する方向（矢印Ａ２方向）に付勢している。

チューブ５８は、例えば、磁性材料から円筒状に形成され、ボビン５４の内周側に設けられ、その内部に可動鉄心６０が移動自在に収納されると共に、先端部が固定鉄心５６の外周側に溶接等によって固定される。また、チューブ５８の下端部が径方向外側へと拡径しナット部材６２の下端部を覆っている。なお、チューブ５８の外周面には、ボビン５４の他にスリーブ７４及びナット部材６２が当接している。このチューブ５８は、例えば、略一定厚さの板材をプレス成形することによって形成される。

上述したソレノイド部２０は、図１及び図２に示されるように、コイル５３を含むボビン５４、スリーブ７４、端子台６８がフレーム１８の内部に収納され、該端子台６８に接続されたリード線７０が外部へと取り出されコイル組立体９２を構成し、固定鉄心５６、該固定鉄心５６に連結されたチューブ５８、該チューブ５８の拡径部位に固定されたナット部材６２とからチューブ組立体９４が構成される。

そして、ソレノイド部２０は、フレーム１８の下端部に装着されたナット部材６２をボディ１６を構成する保持部材２８のねじ部５０へ螺合させることで、管体２６の軸方向と直交するようにボディ１６の上部に対して前記ソレノイド部２０が連結される。

弁体２２は、例えば、弾性材料からなり可動鉄心６０の下端部にホルダ９６を介して連結される。このホルダ９６は、可動鉄心６０の一部及び弁体２２の外周側を覆うように筒状に形成されている。そして、弁体２２は、ボディ１６に臨む端面が平面状に形成され、可動鉄心６０と一体的に軸方向（矢印Ａ方向）へと移動すると共に、ボディ１６側（矢印Ａ２方向）へと移動した際に、導出孔４０を閉塞するように弁座部４４へと着座することで導出孔４０を通じた圧力流体の流通が遮断される。

本発明の実施の形態に係るバルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に前記バルブ１０を構成するボディ１６を製造する場合について説明する。

先ず、ボディ１６を構成するベース体２４は、金型にセットされた管状のパイプの内部に液体を注入して圧力をかけることで所望の形状へと変形させるバルジ成形で形成され、このベース体２４には、バルジ成形が行われた後に、上方（矢印Ａ１方向）に開口部３２、側方となる外周面に一対の挿通孔３０が形成される。

この一方の挿通孔３０から他方の挿通孔３０へと管体２６を挿通させ、その外周面から両端部が所定長さだけ突出するように配置し、且つ、平坦部３６が開口部３２に臨む位置となるように配置した状態とする。すなわち、ベース体２４の軸線に対して管体２６が直交するように配置された状態となる。そして、ベース体２４と管体２６との各接触部位をそれぞれ溶接することで互いに固定する。

次に、開口部３２に対して上方から保持部材２８を挿入し、その折曲部４８を管体２６の平坦部３６に当接させた状態として各接触部位を溶接によって固定する。これにより、ベース体２４に対して管体２６及び保持部材２８が溶接によって固定されボディ１６が構成される。

一方、コイル組立体９２の内部にチューブ組立体９４を挿入し、フレーム１８の孔部７８に挿通された締結ボルト８２によってプレート８４と共に固定鉄心５６を該フレーム１８に対して固定した後に、さらに前記チューブ組立体９４の内部に可動鉄心６０及び弁体２２を挿入する。なお、可動鉄心６０と固定鉄心５６との間にはスプリング９０及びスプリングガイド８８を配置する。

そして、上述したように製造されたボディ１６の保持部材２８に対し、前記チューブ組立体９４の下端部に設けられたナット部材６２を螺合させることで、ボディ１６の上部に対してフレーム１８及びソレノイド部２０が連結されバルブ１０の製造が完了する。

次に、上述したように製造されたバルブ１０の動作について説明する。なお、図１は、コイル５３に対して通電のなされていない非励磁状態にあり、可動鉄心６０がスプリング９０の弾発力によって弁座部４４側（矢印Ａ２方向）へと移動し、弁体２２が前記弁座部４４に着座することで導出孔４０を閉塞し、第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断されたオフ状態を示している。

このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してリード線７０を通じて端子台６８からコイル５３へと通電することにより該コイル５３が励磁され、その励磁作用下によって可動鉄心６０がスプリング９０の弾発力に抗して固定鉄心５６側（矢印Ａ１方向）に吸引される。

これにより、弁体２２が弁座部４４から離間し、導出孔４０が開放されることで第１及び第２導入孔３８、４２と前記導出孔４０とが連通したオン状態に切り換わる。その結果、第１ポート１２から供給された圧力流体が、仕切板４６の上流側（矢印Ｂ１方向）において第１及び第２導入孔３８、４２からベース体２４の内部へと流れ導出孔４０から再び管体２６内における仕切板４６の下流側（矢印Ｂ２方向）へと流れて第２ポート１４から導出される。

一方、コイル５３に対する通電を停止し、該コイル５３を含むソレノイド部２０を非励磁状態とすることにより、可動鉄心６０に対する固定鉄心５６の吸引力が滅勢され、該可動鉄心６０がスプリング９０の弾発力によって弁座部４４側（矢印Ａ２方向）へと押圧される。そして、弁体２２が弁座部４４に対して着座することにより、導出孔４０が再び閉塞され該導出孔４０を通じた第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断されたオフ状態となる。

以上のように、本実施の形態では、バルジ成形からなるベース体２４とプレス成形からなる保持部材２８と管体２６とからボディ１６を構成することで、従来技術に係るバルブと比較して部品点数の削減を図ることができ、しかも、前記ボディ１６の肉厚を均等とすることで素材の無駄が削減され、材料コスト及び加工コスト等の製造コストの削減及び軽量化を図ることが可能となる。

また、ボディ１６の肉厚を均一化して薄肉とすることで内部容積を増加させることができ、しかも、圧力流体の流路をシンプルな構成とすることができるため、前記圧力流体の流量特性を向上させることができる。

さらに、ボディ１６を構成する管体２６はパイプ等からなり、その両端部に第１及び第２ポート１２、１４を形成するためのねじ加工のみがなされるため、その強度が低下してしまうことがなく高い強度が維持される。

さらにまた、管体２６の平坦部３６は平面度が確保されているため、該平坦部３６に形成される第１導入孔３８及び導出孔４０を高精度に形成することができ、しかも、弁体２２の着座する弁座部４４を高精度に形成することが可能となるため、前記弁体２２による流路の開閉を高精度に行うことができる。

なお、上述した説明では、バルブ１０がソレノイド部２０を有した電磁弁である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、圧力流体の供給作用下に弁体２２を開閉動作させるエアオペレーション式のバルブであってもよい。

また、上述した実施の形態では、管体２６と仕切板４６とが別体で構成され溶接によって内部に固定される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前記管体２６の内部に仕切部が一体的に形成されていてもよい。

さらに、本発明に係るバルブ及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…バルブ１６…ボディ
１８…フレーム２０…ソレノイド部
２２…弁体２４…ベース体
２６…管体２８…保持部材
３０…挿通孔３２…開口部
３６…平坦部３８…第１導入孔
４０…導出孔４２…第２導入孔
４４…弁座部４６…仕切板
５６…固定鉄心６０…可動鉄心
６２…ナット部材９２…コイル組立体
９４…チューブ組立体

Claims

圧力流体の流通する流路を有したボディと、該流路の連通状態を切り換える弁体と、前記弁体を開閉動作させる駆動手段とを有したバルブにおいて、
前記ボディは、筒状の本体部と、
前記本体部に接続され、外周面において軸方向と略平行に形成された平坦部と内部に形成された前記流路とを有する管体と、
からなり、
前記管体の端部にはねじの刻設されたポートが形成され、前記平坦部には、前記圧力流体の流通可能な流通孔が形成され、該流通孔には前記弁体が着座自在に設けられると共に、前記流路には上流側の流通孔と下流側の流通孔との間となる位置に仕切部が設けられ、
前記駆動手段は、通電作用下に励磁するコイルと、該コイルの励磁作用下に軸方向に移動する可動鉄心とを有したソレノイド部であり、
前記流通孔は、前記圧力流体の導入される導入孔と、前記導入孔の下流側に形成され前記圧力流体の導出される導出孔とからなり、前記導入孔が少なくとも１つ以上設けられることを特徴とするバルブ。
請求項１記載のバルブにおいて、
前記本体部には、前記駆動手段を連結可能な連結部を有した保持部材が設けられることを特徴とするバルブ。
圧力流体の流通する流路を有したボディと、前記流路の流通状態を切り換える弁体と、前記弁体を開閉動作させる駆動手段とを有したバルブを製造する製造方法であって、
プレス成形によって形成され一組の挿通孔を有したボディの本体部に、前記挿通孔を通じて管体を挿通させ溶接によって固定する工程と、
前記本体部の開口部に対し、内周面にねじ部の形成された保持部材を挿入し、且つ、前記管体の外周面に形成された平坦部に前記保持部材の端部を当接させた状態で溶接によって固定する工程と、
を有することを特徴とするバルブの製造方法。