JPH09144903A - 高圧エアシリンダバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性に優れた高圧エアシリンダバルブを提
供すること。 【解決手段】 本発明の高圧エアシリンダバルブ１は、
入力ポート１３と出力ポート１４を連通する弁座１６に
対して主弁体１７が配設された弁本体１５と、弁の開閉
を行なうべく弁本体１５に一体に設けられた駆動手段で
あるシリンダ２とを有し、そのシリンダ４から弁本体１
５内に突設されたシリンダロッド１２に主弁体が係設さ
れたものであって、弁本体１５とシリンダ４の間であっ
て、ローラバニシング加工等の高精密仕上げが施された
シリンダロッド１２の摺接部をパッキン２１がシールす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流路途中に設置さ
れて高圧エア（１０ＭＰａ以上）を制御する高圧エアシ
リンダバルブに関し、特に、エアシール部の耐久性に優
れた高圧エアシリンダバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧エアシリンダバルブは、例えば、油
圧回路において油の代わりに高圧エアを送って、配管を
油で汚すことなく液漏れの検査をするといったことが行
なわれている。そこで、従来からこのような検査に使用
されてきた高圧エアシリンダバルブについて説明する。
図４は、従来の高圧エアシリンダバルブを示した断面図
である。本従来例の高圧エアシリンダバルブ５１は、大
きく分けてシリンダ部５２及び弁部５３とから構成さ
れ、弁部５３の密封性を保持するためにダイアフラムを
使用したものである。

【０００３】シリンダ部５２は、シリンダ５４内に、上
面が突出した円筒形状の凹部５５ａを有するピストン５
５が摺動可能に嵌挿されている。そのシリンダ５４の上
面には、中心に圧縮空気を供給及び排出するための給排
気ポート５７が形成され、シリンダ５４内に突出する凸
部５７ａが構成されている。そして、凸部５７ａに対し
て凹部５５ａが摺動可能なよう嵌挿され、凸部５７ａ及
びピストン５５の軸芯に給排気孔６０，６３が形成さ
れ、給排気ポート５７からピストン５５とフタ体５８と
の間で構成される圧力室５９へ連通されている。また、
上面には小径の排気孔６２が形成されている。

【０００４】ピストン５５上面には、ピストン５５を下
方に付勢するようコイルバネ６１ａ，６１ｂが配設され
ている一方、ピストン５５下面には、ピストン５５の上
下動を弁への駆動力として伝達するてこ６４ａ，６４ｂ
が設けられている。そして、フタ体５８上面の凹部５８
ａには、てこ６４ａ，６４ｂからの力を受ける押圧板６
５が嵌挿され、その軸芯部には弁部５３側へ突出したロ
ッド６６が固着されている。

【０００５】次に、弁部５３は、ロッド６６が摺動する
支持部５８ｂがフタ体５８から下方へ延設され、それと
弁本体７０とが連結され一体に構成されている。その弁
本体７０には、作動流体であるエアが流入するための入
力ポート７１と、エアが排出するための出力ポート７２
とが形成され、ともに弁本体７０の上面に設けられた開
孔部７３，７４に連通されている。特に、入力ポート７
１に連通した開孔部７３は、ロッド６６と同軸上に位置
するよう弁本体７０の中心に形成されている。そして、
その開孔部７３上部には弁座７５が設けられ、ロッド６
６下端に形成された主弁体７８との間にダイアフラム７
６が嵌着されている。これは、弁本体７０側からロッド
６６の摺動部へエア圧力が加わらないようシールするた
めである。

【０００６】次に、本従来例の高圧エアシリンダバルブ
５１の作用について説明する。高圧エアシリンダバルブ
５１は、初め圧力室５９内に圧縮空気が供給されていな
い場合には、ピストン５５がコイルバネ６１ａ，６１ｂ
によって下方に付勢されている。それに伴って、てこ６
４ａ，６４ｂにピストン５５の力が作用し、押圧板６５
が下方へ付勢され、ロッド６６の先端に設けられた主弁
体７８も下方へ付勢される。そため、主弁体７８によっ
てダイアフラム７６が弁座７５に押しつけられ、入力ポ
ート７１からのエアはダイアフラム７６で遮断されるこ
とによって出力ポート７２へは流れない。

【０００７】一方、高圧エアシリンダバルブ５１を駆動
させるための圧縮空気が供給される。即ち、圧縮空気
が、シリンダ５４上面の給排気ポート５７からシリンダ
５４内へ供給されると、給排気孔６０，６３を通って圧
力室５９に流入する。そのため圧縮空気が流入した圧力
室５９は圧力が高められ、ピストン５５を下方へ付勢す
るコイルバネ６１ａ，６１ｂとのバランスがくずれてピ
ストン５５は上昇する。このとき、ピストン５５の上昇
に伴いてこ６４ａ，６４ｂが回動し、押圧板６５、ロッ
ド６６を介して主弁体７８が上昇する。そのため、本来
凸形をしているダイアフラム７６が形状復帰して弁座７
５と離間するため、入力ポート７１と出力ポート７２と
が連通して高圧エアが流れることとなる。

【０００８】逆に、流体の流路を遮断してエアの流れを
止める場合は、ダイアフラム７６を弁座７５に当接させ
て遮断する。そのためには圧力室５９内から圧縮空気を
排出することによりピストン５５を下降させる。圧縮空
気は、供給された時とは逆に給排気孔６０，６３を通っ
て給排気ポート５７から排出される。圧力室５９内の圧
力低下によりコイルバネ６１ａ，６１ｂの付勢力が優っ
てピストン５５が下降する。そして、てこ６４ａ，６４
ｂによりロッド６６下端の主弁体７８も下降し、ダイア
フラム７６が押さえつけられて流路が遮断される。この
ように、本従来例の高圧エアシリンダバルブ５１では、
弁本体７０を流れる作動流体、即ち開孔部７３，７４間
を流れるエアはダイアフラム７６によってシールされ、
ロッド６６の摺動部側へエア圧力がかかることはなかっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成からなる従来の高圧エアシリンダバルブ５１は、耐
久性に劣るといった次に様な問題点があった。この高圧
エアシリンダバルブ５１は、作動流体が入力ポート７１
から出力ポート７２へ流れる際の弁の密封性を保つた
め、シール部材としてダイアフラム７６を用いた。しか
し、高圧状況下で作動が繰り返される高圧エアシリンダ
バルブ５１では、作動回数約３０万回程度の開閉で、薄
板金属の疲労によってダイアフラム７６に亀裂が起こ
り、そこから漏れが生じるといった問題があった。ま
た、ロッドの摺動部をシールするためにダイアフラムを
使用する他、ベローズを使用することも考えられるが、
これも同じように金属疲労により少ない作動回数で発生
する亀裂によって漏れが生じてしまっていた。このよう
な高圧エアシリンダバルブ５１での耐久性の低さは、コ
スト及び交換に要する手間の面からも不都合である。

【００１０】そこで、本発明は、耐久性に優れた高圧エ
アシリンダバルブを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の高圧シリンダバ
ルブは、入力ポートと出力ポートを連通する弁座に対し
て主弁体が配設された弁本体と、弁の開閉を行なうべく
前記弁本体に一体に設けられた駆動手段であるシリンダ
とを有し、そのシリンダから弁本体内に突設されたシリ
ンダロッドに主弁体が係設されたものであって、前記弁
本体と前記シリンダ間であって前記シリンダロッドを摺
動可能に保持する保持部に配設され、弁本体内の作動流
体がシリンダ側へ流出するのをシールするパッキンを有
し、前記パッキンを摺動する前記シリンダロッドの摺動
部が、高精密仕上げ加工されていることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の高圧エアシリンダバルブ
は、前記シリンダロッド摺動部の高精密仕上げが、ロー
ラーバニシング加工によってなされたものであることが
望ましい。また、本発明の高圧エアシリンダバルブは、
前記パッキンに角形Ｏリングを用いたものであることが
望ましい。また、本発明の高圧エアシリンダバルブは、
前記パッキンが、バックアップリングを併用したもので
あることが望ましい。

【００１３】本発明の高圧エアシリンダバルブは、弁本
体内に突設されたシリンダロッドを介して設けられた主
弁体が、シリンダの駆動により弁座に当接及び離間を繰
り返して弁の開閉がなされ、弁本体に形成された入力ポ
ートと出力ポートとの間を作動流体である高圧エアが流
動する。その際、弁本体内を流動する高圧エアは、シリ
ンダロッドを摺動可能に保持する保持部に配設されたパ
ッキンによってシールされ、シリンダ側へエア圧力がか
かることはない。また、シリンダロッドの高精密仕上げ
加工、例えばローラバニシング加工等された摺動部がパ
ッキンを摺動するため、パッキンの高圧エアに対する耐
久性に加え、両者の摺動による摩耗を押えたことによる
耐久性によって高圧エアシリンダバルブ自体の動作可能
回数が格段に増した。

【００１４】また、本発明の高圧エアシリンダバルブ
は、シリンダロッドの摺動部に設けた角形Ｏリングが、
弁本体内を流動する高圧エアの漏れを防止し、優れた耐
久性により動作可能回数が増した。また、本発明の高圧
エアシリンダバルブは、バックアップリングがパッキン
にかかるエアの高い圧力による影響を除去し、更に密封
性及び耐久性を向上させた。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる高圧エアシ
リンダバルブの第１の実施の形態について図面を参照し
て説明する。図１は、本実施の形態の高圧エアシリンダ
バルブを示した断面図である。本実施の形態の高圧エア
シリンダバルブ１も、大きく分けてシリンダ部２及び弁
部３とから構成されている。シリンダ部２は、アダプタ
５に嵌合したのシリンダカバー４内に摺動可能なピスト
ン６が嵌挿され、上室７及び下室８に仕切られている。
そのピストン６の周縁部にＰＳＤパッキン１８が嵌合さ
れている。

【００１６】そして、シリンダカバー４に給排気ポート
９及び排気ポート１０が形成され、その給排気ポート９
が不図示の連通路を介して下室８へ連通され、排気ポー
ト１０が上室７へ連通されている。また、上室７内に
は、ピストン６を下方へ付勢するためのコイルバネ１１
が嵌挿されている。更に、ピストン６の軸芯部には、シ
リンダロッド１２が嵌着されている。シリンダロッド１
２は、それを保持するアダプタ５の軸芯部に形成された
貫通孔を貫くように弁部３側へ突出するように設けられ
ている。

【００１７】一方、弁部３は、入力ポート１３及び出力
ポート１４が形成された弁本体１５が、アダプタ５の下
方に嵌合されている。そして、弁本体１５内には、入力
ポート１３と出力ポート１４とを連通する弁座１６が形
成されている。特に、弁座１６は、シリンダロッド１２
と同軸上に位置するよう弁本体１５の中心に形成されて
いる。そして、シリンダロッド１２の下端には、主弁体
１７がナットによって固定され、通常その主弁体１７が
弁座１６に当接するよう構成されている。ところで、シ
リンダロッド１２を保持するアダプタ５には、本実施形
態の高圧エアシリンダバルブ１の特徴であるシーリング
が嵌装されている。これは、アダプタ５を貫通したシリ
ンダロッド１２の摺動部を介して、作動流体がシリンダ
カバー４へ漏れるのを防止するためである。

【００１８】具体的には、アダプタ５とシリンダロッド
１２との間にドライベアリング１９が設けられ、その下
方の弁本体１５側にＯリング２０及びパッキン２１が上
下に嵌装されている。特に、パッキン２１が、上記従来
例で弁本体内の流体がシリンダ側へ漏れるのを防止する
ために用いたダイアフラム７６に代わる特徴的な構成で
ある。このパッキン２１には、高圧に耐え得るようゴム
硬度に高い線接触形のパッキンが使用され、その一例を
図２に示した。図２は、パッキン２１の拡大断面図を示
したが、これは高い密封性及び優れた摩耗特性を両立さ
せた角形Ｏリングである。そして、このパッキン２１
は、角形Ｏリングに加え耐圧用にバックアップリング２
２が併用されている。そのため、２１ＭＰａ（２１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² ）までの圧力流体に使用可能である。

【００１９】このように本実施の形態では、高圧対応の
油圧用のパッキンを用いることに特徴があるが、密封性
及び耐久性を図るために当該パッキンの摩耗を考慮する
必要があった。一般に、パッキン２１の摩耗には、パッ
キン材質、相手面仕上げ、表面処理、潤滑条件、軸受方
式、偏心、偏荷重、そして作動油の汚染等の種々の条件
が重なり合って発生することが考えられる。ところが、
本実施の形態の高圧エアシリンダバルブ１では作動流体
にエアを使用するため、油を使用した場合には使用期間
中摺動面に潤滑油が有効に作用しているのに対し、本実
施の形態のものでは、初めに塗った潤滑油が時間の経過
により蒸発もしくは流れてしまう。従って、シリンダロ
ッド１２とパッキン２１との間の抵抗が大きくなってパ
ッキン２１が削られるようになるため、特に削れを考慮
する必要があった。

【００２０】実際にパッキンが削られる面では、相手面
仕上げが良ければパッキンの耐久性も良くなる（その他
の条件も合ったものにする。例えば、保持性の高いグリ
スの選択）。そこで、従来、摺動面を有するロッド摺動
部の仕上げにクロームメッキ後にバフ仕上げが行なわれ
ていたが、本実施の形態では、シリンダロッド１２の摺
動部にローラバニシング加工によって高精密仕上げを行
なった。

【００２１】ローラバニシング加工では、シリンダロッ
ド１２の摺動部の表面の小さい凸部がつぶされ凹部へ埋
められ、表面が平滑になると同時に硬度が上昇し、圧縮
力を残留させ疲れ強さと耐摩耗性を向上させることとな
る。また、境界潤滑において数分子厚さの潤滑膜ができ
るため、シリンダロッド１２とパッキン２１との直接接
触を防いで摩擦と摩耗が小さくなる。そのため、例え
ば、従来仕上げ面の最大高さ（Ｒｍａｘ）が１．６ｓ程
度であったのに対し、本実施の形態のものでは０．８ｓ
と約２倍以上で仕上げられた。そこで、ローラバニシン
グ加工したロッドのサンプルを３つとって面粗さ測定を
したところ次の表１に示すように、表面仕上げの良いも
のとなった。

【００２２】

【表１】

【００２３】このような構成からなる本実施の形態の高
圧エアシリンダバルブ１は次のように作用する。高圧エ
アシリンダバルブ１は、初め下室８内に圧縮空気が供給
されていない場合には、ピストン６がコイルバネ１１に
よって下方に付勢されている。そため、シリンダロッド
１２を介して主弁体１７が弁座１６に押しつけられ、入
力ポート１３からの作動流体である高圧エアは出力ポー
ト１４へは流れない。

【００２４】一方、高圧エアシリンダバルブ１を駆動さ
せるための圧縮空気が供給されると、圧縮空気が給排気
ポート９から供給され、不図示の給排気孔を通って下室
８に流入する。そのため圧縮空気が流入した下室８は圧
力が高められ、ピストン６を下方へ付勢するコイルバネ
１１とのバランスがくずれてピストン６は上昇する。従
って、シリンダロッド１２の上昇に伴って主弁体１７も
上昇し、弁座１６と離間するため入力ポート１３と出力
ポート１４とが連通して作動流体が流れることとなる。

【００２５】逆に、流体の流路を遮断して作動流体の流
れを止める場合は、下室８内から圧縮空気を排出するこ
とによりピストン６を下降させる。圧縮空気は供給した
時とは逆に不図示の給排気孔を通って給排気ポート９か
ら排出される。すると、下室８内の圧力低下によりコイ
ルバネ１１の付勢力が優ってピストン６が下降する。そ
して、シリンダロッド１２下端の主弁体１７も下降し、
弁座１６に押しつけられ流路が遮断されることとなる。

【００２６】このような構成からなる本実施の形態の高
圧エアシリンダバルブでは、従来流体の漏れ防止に使用
していたダイアフラムを省いてパッキン２１を用いたた
め、耐久性が格段に向上した。具体的には、ダイアフラ
ムを使用したものでは３０万回程度の弁の開閉によっ
て、ダイアフラムに破損が生じていたが、パッキン２１
では１００万回程度まで使用することが可能となった。
即ち、従来のものと比べて３倍にも耐久性が向上した。
特に、シリンダロッド１２のパッキン２１との摺動部表
面をローラバニシング加工によって高精密仕上げしたた
め、摩耗を著しく低減させることができ、シールの耐久
性が格段に向上した。また、パッキン２１にバックアッ
プリング２２を併用したことにより、高圧を受けながら
摺動する際の摺動抵抗を低減させ、耐久性を向上させる
ことができた。

【００２７】また、パッキン２１に角形Ｏリングを用い
たため、耐久性の向上に加え高い密封性を維持すること
ができた。具体的には、図３にＯリング及びＮＭＹパッ
キンとの比較で示したように、使用回数の増加にかかわ
らず漏れ量の増加は極めて微量である。更に、バックア
ップリング２２を用いたことにより、角形Ｏリングがエ
アの圧力を受けて変形する等の影響を防止することによ
って、より密封性及び耐久性が向上した。

【００２８】次に、本発明にかかる高圧エアシリンダバ
ルブの第２の実施の形態に次いて説明する。図４は、高
圧エアシリンダバルブの断面を示した図である。本実施
の形態の高圧エアシリンダバルブ３１もシリンダ部３２
と弁部３３とから構成されている。シリンダ部３２は、
軸芯を貫くようにピストンロッド３６が係設されたピス
トン３５が、シリンダ３４内に摺動可能に嵌挿されてい
る。ピストンロッド３６は、シリンダ３４上面の給排気
ポート３７を構成するよう形成された案内孔３４ａ内に
摺動可能に嵌挿されている。また、ピストンロッド３６
の軸芯部に給排気孔３６ａが形成され、ピストン３５で
仕切られた下室３８と給排気ポート３７とが連通されて
いる。一方、シリンダ３４の上室３９には小径の排気孔
３４ｂが形成され、ピストン３５の上面にコイルバネ４
０ａ，４０ｂが配設されている

【００２９】次に、弁部３３は、シリンダ３４にホルダ
４２を介して弁本体４３と一体に形成され、ホルダ４２
と弁本体４３とは容易に取り外しができるよう、ロック
ナット４７で固定されている。その弁本体４３には、入
力ポート４４、出力ポート４５、及びそれらを連通する
弁座４６が形成されている。一方、ピストンロッド３６
下端にはホルダ４２に保持されたステム４１が同軸上に
螺着され、更にステム４１の下端には弁座４６に当接す
る弁体４８が固着されている。このステム４１もローラ
バニシング加工によって高精密仕上げが施されている。
また、本実施の形態にも図２に示したパッキン２１と同
型のパッキン４９が、ホルダ４２とステム４１との間を
シールすべく下方からボトムアダプタ５０によって支持
され、ステム４１のローラバニシング加工された摺動部
に設けられている。

【００３０】このような構成の高圧エアシリンダバルブ
３１は、上記第１実施の形態のものと同様に作用する。
即ち、シリンダ３４への圧力エアの給排気によってピス
トン３５を駆動させると、連動するピストンロッド３６
及びステム４１によって弁体４８が弁座４６に対して当
接及び離間されて弁の開閉が行なわれる。

【００３１】ところで、本実施の形態の高圧エアシリン
ダバルブ３１では、上記第１実施の形態のものと同様な
効果を奏するとともに、更にパッキン４９をボトムアダ
プタ５０で支持して配設するようにしたため、パッキン
４９の取り換えが容易に行えるようになった。また、下
端に弁体４８を保持したステム４１をピストンロッド３
６に螺着するよう構成したため、ローラバニシング加工
を施す必要のあるステム４１の取り替えも容易に行なう
こうとができるようになった。従って、劣化の影響を受
け易い部品の交換に際しての作業性が向上するととも
に、当該部品のみの交換によってコストの低下を図るこ
とができた。

【００３２】なお、本発明の高圧エアシリンダバルブ
は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例え
ば、上記実施の形態では、シリンダロッド１２の摺動部
の高精密仕上げ加工にローラバニシング加工を行なった
が、さらに別の加工法であってもよい。また、例えば、
シリンダロッド１２の摺動部の密封性を高めるパッキン
に角形Ｏリングを使用したが、ＭＹパッキンなど高圧エ
アのシールが可能なものであればよい。また、例えば、
上室に設けたコイルバネを下室に配設することによっ
て、ノーマルクローズ型をノーマルオープン型としても
よい。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、弁本体とリンダ間であってシ
リンダロッドを摺動可能に保持する保持部に配設され、
弁本体内の作動流体がシリンダ側へ流出するのを防止す
るパッキンを有し、そのパッキンを摺動するシリンダロ
ッドの摺動部を高精密仕上げ加工、例えばローラーバニ
シング加工等を施したので、耐久性に優れた高圧エアシ
リンダバルブを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高圧エアシリンダバルブの第１
の実施の形態を示した断面図である。

【図２】実施の形態の高圧エアシリンダバルブに使用さ
れるパッキンを示した拡大断面図である。

【図３】パッキンの性能試験の結果をグラフに示した図
である。

【図４】本発明にかかる高圧エアシリンダバルブの第２
の実施の形態を示した断面図である。

【図５】従来の高圧エアシリンダバルブを示した断面図
である。

【符号の説明】

１ 高圧エアシリンダバルブ ４ シリンダカバー ５ アダプタ ６ ピストン １１ コイルバネ １２ ロッド １５ 弁本体 １６ 弁座 １７ 主弁体 ２１ パッキン ２２ バックアップリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポートと出力ポートを連通する弁座
   に対して主弁体が配設された弁本体と、弁の開閉を行な
   うべく前記弁本体に一体に設けられた駆動手段であるシ
   リンダとを有し、そのシリンダから弁本体内に突設され
   たシリンダロッドに主弁体が係設された高圧シリンダバ
   ルブにおいて、 前記弁本体と前記シリンダ間であって前記シリンダロッ
   ドを摺動可能に保持する保持部に配設され、弁本体内の
   作動流体がシリンダ側へ流出するのをシールするパッキ
   ンを有し、 前記パッキンを摺動する前記シリンダロッドの摺動部
   が、高精密仕上げ加工されていることを特徴とする高圧
   エアシリンダバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高圧エアシリンダバル
   ブにおいて、 前記シリンダロッド摺動部の高精密仕上げが、ローラー
   バニシング加工によってなされたものであることを特徴
   とする高圧エアシリンダバルブ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の高圧エア
   シリンダバルブにおいて、 前記パッキンに角形Ｏリングを用いたことを特徴とする
   高圧エアシリンダバルブ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の高圧エアシリンダバルブにおいて、 前記パッキンが、バックアップリングを併用したもので
   あることを特徴とする高圧エアシリンダバルブ。