JPH0861525A - ポペット形方向切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正圧流体と負圧流体のいずれが使用される場
合でも適正な圧力バランスとなるようにして流体の流れ
の切り換えを行い得るようにする。 【構成】 弁ハウジング１２には弁軸２５を軸方向に摺
動自在に案内する弁孔１５と、これに連通する機器接続
ポート１８と、常開側ポート２３と、常閉側ポート２４
とが形成されている。弁軸２５には、第１弁座１６を開
閉する第１ポペット弁３１と第１弁室２１を区画する第
１ダイヤフラム３３とが設けられ、第２弁座１７を開閉
する第２ポペット弁３２と第２弁座２２を区画する第２
ダイヤフラム３４とが設けられている。それぞれのダイ
ヤフラム３３，３４の内側と外側には負圧用受圧面積設
定内周面４１ａ，４２ａと正圧用受圧面積設定内周面４
３ａ，４４ａが設けられている。負圧用受圧面積設定内
周面４１ａ，４２ａの径は正圧用受圧面積設定内周面４
３ａ，４４ａの径よりも大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はソレノイドにより作動す
るポペット形方向切換弁に関し、特にソレノイドにより
作動され３ポートを有する２位置切換式の方向切換弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮空気、加圧液体あるいは負圧空気な
どの流体を供給する流体圧供給源と、これらの流体によ
り作動する流体圧作動機器とを結ぶ流体供給路に流体の
流れを切り換える切換弁を設けることにより、流体圧作
動機器の作動を制御するようにしている。

【０００３】たとえば、図１（ａ）に示す流体圧回路
は、空気圧供給源１ａとここから供給される圧縮空気に
より作動する流体圧作動機器としての単動形のシリンダ
２ａとを結ぶ空気供給路３ａを有しており、この空気供
給路３ａには切換弁４ａが設けられ、この切換弁４ａは
ソレノイドに通電がなされないときには、空気供給路３
ａが閉塞されるような常閉式となっている。

【０００４】図１（ｂ）は薬液供給源１ｂからの加圧液
体を薬液塗布ノズル２ｂに薬液供給路３ｂを介して供給
するようにした流体圧回路を示しており、この薬液供給
路３ｂに設けられた切換弁４ｂは常開式となっており、
この切換弁４ｂのソレノイドに通電がなされないときに
は、薬液供給路３ｂは開放された状態となって薬液塗布
ノズル２ｂから薬液が塗布される。

【０００５】図１（ｃ）は負圧供給源１ｃとバキューム
カップ２ｃとこれらを結ぶ負圧供給路３ｃとを有する流
体圧回路を示す図であり、この負圧供給路３ｃには常閉
式の切換弁４ｃが設けられ、この切換弁４ｃに通電がな
されないときには、負圧供給路３ｃは閉塞された状態と
なる。図示しないワークをバキュームカップ２ｃに接触
させた状態でソレノイドに通電すると、ワークは負圧状
態となったバキュームカップ２ｃに吸着される。

【０００６】図１（ａ）に示すように、常閉式の切換弁
４ａにおける弁体に作用する流体の圧力をバランスさせ
るようにしたタイプのポペット形方向切換弁としては、
たとえば、特公平５−４３９１４号公報に示されるよう
なものがある。この公報に記載された切換弁は、入力ポ
ートに連通された弁室を弁体とダイヤフラムとにより形
成するようにし、しかも弁体の受圧面積とダイヤフラム
の受圧面積とを等しくして弁体に作用する力をバランス
するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一構
造の切換弁を用いて正圧を制御する場合と負圧を制御す
る場合とのいずれにも適用し得るようにするには、使用
される正圧は大気圧に対して大きな圧力差を有する半
面、負圧の制御に使用される場合にはその負圧は大気圧
に比して圧力差があまりないので、弁体に作用する流体
の圧力バランスを相違させてもソレノイドのプランジャ
吸引力を上昇させる必要はない。

【０００８】一般に負圧つまり真空の切換弁は高いシー
ル性が要求されるため、負圧側のダイヤフラム受圧径を
大きくし、敢えて主軸のバランスを崩すことで自己シー
ル性を向上させて安定した切り換えを行うことができ
る。このため、前記公報に記載された切換弁では正圧流
体の切り換え制御と負圧流体の切り換え制御との両方を
小さな主軸駆動力で円滑に行うことができない。

【０００９】本発明の目的は、正圧の流れを切り換え制
御する場合でも負圧の流れを切り換え制御する場合で
も、弁の切り換えに必要な主軸駆動力を最小にして、流
体の流れの切り換えを行い得るようにすることにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明のポペット形方向切換弁
は、弁軸が軸方向に移動自在に装着された弁孔が形成さ
れた弁ハウジングを有し、この弁ハウジングには弁孔に
連通する機器接続ポートと、弁孔に第１弁室を介して接
続される常開側ポートと第２弁室を介して接続される常
閉側ポートとが形成されている。弁軸の一端部には第１
弁座を開閉する第１ポペット弁と第１弁室を区画する第
１ダイヤフラムが設けられ、他端部には第２弁座を開閉
する第２ポペット弁と第２弁座を区画する第２ダイヤフ
ラムが設けられている。それぞれのダイヤフラムの内側
には負圧用受圧面積設定内周面が設けられ、外側には正
圧用受圧面積設定内周面が設けられている。そして、そ
れぞれの負圧用受圧面積設定内周面の内径はそれぞれの
正圧用受圧面積設定リングの内径よりも大きく形成され
ている。

【００１３】そして、弁孔の内径をＳ、それぞれの弁室
内における弁軸の外径をＴ、それぞれの正圧用受圧面積
設定内周面の内径をｄおよびそれぞれの負圧用受圧面積
設定内周面の内径をＤとすると、Ｄ＞ｄ＞Ｓ＞Ｔとなる
ようにそれぞれの径が設定されている。

【００１４】

【作用】前記した構成を有することから、常開側ポート
と常閉側ポートのいずれに正圧の流体を供給するように
しても、それぞれのダイヤフラムとポペット弁には弁軸
を軸方向に作用させるような圧力が加わらないので、高
い正圧の流体を供給させても、円滑に弁軸をソレノイド
への通電により作動させることができ、弁軸を小さな推
力で作動させることができる。

【００１５】一方、常開側ポートと常閉側ポートのいず
れに負圧の流体を供給するようにしても、それぞれのダ
イヤフラムには正圧の場合に比してより広い面積の部分
に大気圧が作用してこれがポペット弁を弁座に密着させ
る方向の推力となり、密着力を確保することができる。
しかも、負圧が使用される場合には大気圧との差は正圧
の流体が使用される場合に比して小さいので、弁軸をソ
レノイドにより作動させる際の推力を小さくして、安定
したポペット弁の弁座シート力を確保することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１７】図２は本発明の一実施例であるポペット形
方向切換弁を示す図である。この切換弁１０はソレノイ
ド部１１と弁ハウジング１２とを有しており、弁ハウジ
ング１２は中央部１３とキャップ部１４とから構成され
ている。弁ハウジング１２内には、弁孔１５が形成され
ており、この弁孔１５の一端部には第１弁座１６が形成
され、他端部には第２弁座１７が形成されている。

【００１８】弁ハウジング１２には、図１に示したシリ
ンダ２ａ、薬液塗布ノズル２ｂおよびバキュームカップ
２ｃなどの流体圧作動機器が接続される機器接続ポート
１８が形成されており、この機器接続ポート１８は弁孔
１５にその内周壁の部分で開口されている。

【００１９】弁ハウジング１２には、弁孔１５に連通す
る第１弁室２１が第１弁座１６側に位置させて形成され
ており、弁孔１５に連通する第２弁室２２が第２弁座１
７側に位置させて形成されている。第１弁室２１には常
開側ポート２３が連通されており、第２弁室２２には常
閉側ポート２４が連通されている。

【００２０】弁孔１５内には弁軸２５つまり弁駆動用の
主軸が軸方向に摺動自在に装着されており、この弁軸２
５は第１弁軸部２６と第２弁軸部２７とにより形成され
ている。第１弁軸部２６に形成された嵌合孔２６ａ内に
第２弁軸部２７に形成された嵌合突起２７ａを嵌合させ
ることにより、弁軸２５が形成される。ただし、両方の
弁軸部２６，２７を相互にねじ結合するようにしても良
い。

【００２１】キャップ部１４と弁軸２５との間には圧縮
コイルばね２８が装着されており、このばね２８によっ
て弁軸２５には、これの一端部に向かう方向つまりソレ
ノイド部１１に向かう方向のばね力が付勢されている。

【００２２】弁軸２５には第１弁室２１と第２弁室２２
の位置にそれぞれ環状の突起部２６ｂ，２７ｂが形成さ
れており、それぞれの突起部２６ｂ，２７ｂにゴムの層
を被覆することにより、第１ポペット弁３１と第２ポペ
ット弁３２とが形成されている。したがって、ソレノイ
ド部１１が作動しないときには、ばね２８によって弁軸
２５はソレノイド部１１側に移動して第２ポペット弁３
２が弁座１７に接触し、常閉側ポート２４と弁孔１５と
の連通が閉じられる。このときには、第１ポペット弁３
１は弁座１６から離れて常開側ポート２３と弁孔１５と
が連通状態となる。

【００２３】一方、ソレノイド部１１を作動させると、
ばね２８のばね力に抗して弁軸２５はキャップ部１４側
に移動することになり、これにより、第１ポペット弁３
１が第１弁座１６に接触して常開側ポート２３が閉じら
れ、同時に、第２ポペット弁３２が第２弁座１７から離
れて常閉側ポート２４が開かれる。

【００２４】弁軸２５のソレノイド部１１側には、ゴム
製の第１ダイヤフラム３３が設けられており、このダイ
ヤフラム３３は第１ポペット弁３１と一体に形成されて
いる。また、弁軸２５のキャップ部１４側にはゴム製の
第２ダイヤフラム３４が設けられており、このダイヤフ
ラム３４は第２ポペット弁３２と一体に形成されてい
る。それぞれのポペット弁３１，３２とダイヤフラム３
３，３４とを繋ぐ部分は円筒形状となって弁軸２５の一
部を構成しており、その部分はそれぞれの弁室２１，２
２内に露出している。そして露出した部分が弁軸２５の
外周面となっている。

【００２５】第１ダイヤフラム３３によってその内側の
第１弁室２１と外側の大気圧室３５とが区画されてお
り、大気圧室３５は図示しない流路によって外部に連通
されている。また、第２ダイヤフラム３４によってその
内側の第２弁室２２と外側の大気圧室３６とが区画され
ており、大気圧室３６はキャップ部１４に形成された流
路３７により外部に連通されている。

【００２６】図示する場合には弁ハウジング１２には第
１ダイヤフラム３３の内側に位置させて負圧用受圧面積
設定リング４１が着脱自在に設けられ、この内周面が負
圧用受圧面積設定内周面４１ａとなっている。第２ダイ
ヤフラム３４の内側に位置させて負圧用受圧面積設定リ
ング４２が着脱自在に設けられており、この内周面が負
圧用受圧面積設定内周面４２ａとなっている。ただし、
これらのリング４１，４２の部分を弁ハウジング１２と
一体に形成するようにしても良い。

【００２７】また、弁ハウジング１２には第１ダイヤフ
ラム３３の外側に位置させて正圧用受圧面積設定リング
４３が着脱自在に設けられ、第２ダイヤフラム３４の外
側に位置させて正圧用受圧面積設定リング４４が着脱自
在に設けられており、それぞれのリング４３，４４の内
周面は正圧用受圧面積設定内周面４３ａ，４４ａとなっ
ている。

【００２８】それぞれの負圧用受圧面積設定リング４
１，４２の内径をφＤとし、それぞれの正圧用受圧面積
設定リング４３，４４の内径をφｄとし、弁孔１５の内
径をφＳとし、弁軸２５の弁室２１，２２内における外
径をφＴとすると、これらの寸法は、Ｄ＞ｄ＞Ｓ＞Ｔの
関係となるように設定されている。

【００２９】ソレノイド部１１にはコイル５１が巻き付
けられたボビン５２を有し、ボビン５２の先端部内には
固定コア５３が取り付けられ、ボビン５２の後端部には
可動コア５４が軸方向に摺動自在に設けられている。こ
の可動コア５４には固定コア５３を貫通して作動ロッド
５５が設けられ、この作動ロッド５５によって弁軸２５
が駆動されるようになっている。

【００３０】図２に示す切換弁１０を図１（ａ）に示す
切換弁４ａとして用いて、空気圧供給源１ａからの圧縮
空気を単動形のシリンダ２ａに供給するために使用する
場合には、機器接続ポート１８にシリンダ２ａを、そし
て常閉側ポート２４に空気圧供給源１ａをそれぞれ空気
供給路３ａを介して接続する。シリンダ２ａ内のピスト
ンを駆動する際には、ソレノイド部１１のコイル５１に
通電すると、弁軸２５はキャップ部１４側に駆動され
て、第２ポペット弁３２は第２弁座１７から離れ、第１
ポペット弁３１は第１弁座１６に接触する。これによ
り、空気圧供給源１ａからの圧縮空気がシリンダ２ａ内
に弁孔１５および機器接続ポート１８を介して供給され
る。

【００３１】一方、通電を解くと第２弁座１７は第２ポ
ペット弁３２により閉塞され、第１ポペット弁３１が第
１弁座１６から離れるので、シリンダ２ａ内の流体は常
開側ポート２３を介して外部に排出される。

【００３２】コイル５１に通電して弁軸２５を駆動する
際には、第２弁室２２内には常閉側ポート２４に供給さ
れている空気圧が作用しているが、弁軸２５を軸方向に
付勢させる第２弁室２２内の流体圧は第２ダイヤフラム
３４に作用する面積と第２ポペット弁３２により第２弁
座１６に作用する面積によって設定されることになり、
その第２ダイヤフラム３４に作用する面積が正圧用受圧
面積設定リング４４の内周面４４ａによって設定される
ことから、流体圧により弁軸２５に作用する力をバラン
スさせて、常閉側ポート２４へのどのような印加圧に対
しても第２弁室２２内における流体が第２ポペット弁３
２を第２弁座１７から離す方向に作用する推力を小さく
しかつ第２ポペット弁３２の閉塞力を充分に確保するこ
とができる。これにより、弁軸２５を作動させるには、
ばね２８の付勢力に抗して弁軸２５を作動させることが
できる程度の推力を加えるようにすれば良く、コイル５
１に大電流を流すことなく、大容量の流体の流れを切換
制御することができる。

【００３３】このことは、図１（ｂ）に示すように、薬
液の流れを制御するための切換弁４ｂとして図２に示す
切換弁１０を使用する場合にも同様である。その場合に
は、常開側ポート２３に薬液供給源１ｂを接続するよう
しても良く、常閉側ポート２４に接続するようにしても
良い。

【００３４】また、図２に示す切換弁１０を図１（ｃ）
に示すようにバキュームカップ１ｃの作動を制御するた
めに使用する場合には、たとえば常閉側ポート２４に負
圧供給源１ｃを接続する。この場合には第２ポペット弁
３２が第２弁座１７を閉じた状態において、大気圧室３
６の大気が第２ダイヤフラム３４に対して直径φＤの範
囲に作用することから、第２弁室２２内の負圧が第２ポ
ペット弁３２を閉じる方向に付加的に作用する。

【００３５】使用される負圧は正圧が使用される場合に
比して大気圧との差が小さいので、第２ポペット弁３２
を開くために弁軸２５を駆動する推力を大きくすること
なく、しかも第２弁室２２内の負圧力が第２ポペット弁
３２を第２弁座１７に圧接する方向に作用することか
ら、負圧空気の漏れを防止することができる。このこと
は、負圧供給源１ｃを常開側ポート２３に接続するよう
にして切換弁を使用する場合も同様である。

【００３６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３８】(1).同一の構造の切換弁によって正圧の流
体と負圧の流体のいずれが使用される場合であっても、
流路の切り換えを確実に行うことができる。

【００３９】(2).また、正圧の流体と負圧の流体のいず
れが使用される場合であっても、軸孔の内径を大きくし
て大容量の流体を流しても、弁軸を少ない推力で作動さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ流体圧作動機器と流
体圧源との接続状態を示す流体圧回路図である。

【図２】本発明の一実施例であるポペット形方向切換弁
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ 空気圧供給源（流体圧供給源） １ｂ 薬液供給源（流体圧供給源） １ｃ 負圧供給源（流体圧供給源） ２ａ シリンダ（流体圧作動機器） ２ｂ 薬液塗布ノズル（流体圧作動機器） ２ｃ バキュームカップ（流体圧作動機器） ３ａ 空気供給路（流体供給路） ３ｂ 薬液供給路（流体供給路） ３ｃ 負圧供給路（流体供給路） ４ａ，４ｂ，４ｃ 切換弁 １０ 切換弁 １１ ソレノイド部 １２ 弁ハウジング １３ 中央部 １４ キャップ部 １５ 弁孔 １６ 第１弁座 １７ 第２弁座 １８ 機器接続ポート ２１ 第１弁室 ２２ 第２弁室 ２３ 常開側ポート ２４ 常閉側ポート ２５ 弁軸 ２６ 第１弁軸部 ２７ 第２弁軸部 ２８ ばね ３１ 第１ポペット弁 ３２ 第２ポペット弁 ３３ 第１ダイヤフラム ３４ 第２ダイヤフラム ３５，３６ 大気圧室 ３７ 流路 ４１，４２ 負圧用受圧面積設定リング ４３，４４ 正圧用受圧面積設定リング ５１ コイル ５２ ボビン ５３ 固定コア ５４ 可動コア ５５ 作動ロッド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁孔、この弁孔に連通し流体圧作動機器
   が接続される機器接続ポート、前記弁孔に第１弁室を介
   して連通自在となった常開側ポートおよび前記弁孔に第
   ２弁室を介して連通自在となった常閉側ポートを有する
   弁ハウジングと、 前記弁孔の一端部に形成された第１弁座を開閉する第１
   ポペット弁および前記弁孔の他端部に形成された第２弁
   座を開閉する第２ポペット弁を有し、前記弁孔内に軸方
   向に移動自在に装着された弁軸と、 前記第１ポペット弁を開き前記第２ポペット弁を閉じる
   方向に付勢されたばね力に抗して、前記第１ポペット弁
   を閉じ前記第２ポペット弁を開く方向に前記弁軸を作動
   するソレノイド部と、 前記弁軸の両端部にそれぞれ設けられ、前記第１弁室を
   区画する第１ダイヤフラムおよび前記第２弁室を区画す
   る第２ダイヤフラムと、 前記それぞれの第１および第２ダイヤフラムの内側に形
   成された負圧用受圧面積設定内周面と、 前記それぞれの第１および第２ダイヤフラムの外側に形
   成された正圧用受圧面積設定内周面とを有し、 前記それぞれの負圧用受圧面積設定内周面の内径を前記
   それぞれの正圧用受圧面積設定内周面の内径よりも大き
   く形成したことを特徴とするポペット形方向切換弁。
2. 【請求項２】 前記弁孔の内径をＳ、それぞれの前記弁
   室内における前記弁軸の外径をＴ、それぞれの正圧用受
   圧面積設定内周面の内径をｄ、およびそれぞれの負圧用
   受圧面積設定内周面の内径をＤとすると、Ｄ＞ｄ＞Ｓ＞
   Ｔとなるようにそれぞれの径を設定したことを特徴とす
   る請求項１記載のポペット形方向切換弁。
3. 【請求項３】 前記それぞれの負圧用受圧面積設定内周
   面と前記それぞれの正圧用受圧面積設定内周面とを、そ
   れぞれリングにより形成し、それぞれを内径が相違した
   ものに交換自在に装着するようにしたことを特徴とする
   請求項１または２記載のポペット形方向切換弁。