TWI535962B

TWI535962B - valve

Info

Publication number: TWI535962B
Application number: TW102137872A
Authority: TW
Inventors: 深野喜弘; 白神康典
Original assignee: Ｓｍｃ股份有限公司
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2016-06-01
Also published as: JP5565641B2; CN103807464B; JP2014095453A; TW201430257A; CN103807464A; FR2998025A1; US20140131597A1; FR2998025B1; DE102013112354B4; DE102013112354A1; US9062778B2; KR101492515B1; KR20140061253A

Description

閥

本發明係有關於一種含有閥塞的閥，該閥塞在供給壓力流體或電流時位移用於藉由閥塞的打開及關閉操作來切換流體通路的流通狀態。

迄今為止，閥已被用來藉由供給壓力流體至致動器或藉由排出壓縮空氣至大氣來控制壓力流體的流通狀態。

例如，如日本早期公開專利公告第2006-083879號所揭示的閥具備：其中有流體通路供流體流動通過的主體，經配置成在主體內部可位移的閥塞，以及連接至該主體的電磁線圈，該電磁線圈具有在供給電流給它時激勵的線圈。電磁線圈通電會產生磁力，從而藉由可移動鐵心的位移來打開該閥塞。另外，配置隔膜於該電磁線圈與該主體之間。該隔膜的內環側係插進連接至該閥塞之軸桿的環狀溝槽，而該隔膜的外環側夾在該主體與該電磁線圈之間，藉此防止壓力流體在該電磁線圈與有流體流動通過的主體內部之間洩露。

一般而言，用於上述類型之閥的隔膜係由彈性材料形成，例如橡膠或其類似者，它能夠隨著閥塞的位移而撓曲。不過，伴隨其位移的是，由於內周側會整體地與閥塞一起位移而在隔膜的內周側上產生負載，以及通過重覆地產生這種負載，會開始在隔膜的工作部份出現破裂，這導致隔膜的耐久性下降。此外，在閥塞位移時，由於隔膜的位移會同時經歷一定數量的變形，所以閥塞會變得難以高速操作以執行閥塞的打開及關閉操作。另外，相較於閥塞獨立地位移的情形，這需要較大的驅動力，而導致電磁線圈的耗電量增加。

本發明的一般目標是要提供一種閥，它可改善隔膜的耐久性，以及使得閥塞的打開及關閉操作能高速進行，同時降低用來操作該閥的耗電量或工作流體壓力。

本發明的特徵為一種閥，係包含：閥體，其係具有供給壓力流體及排出該壓力流體的端口；閥塞，其係可位移地配置於該閥體內用以切換該等端口的流通狀態；驅動單元，其係連接至該閥體，以及在供給電流或工作流體至該驅動單元時，使該閥塞朝軸向位移；形式為薄片的撓性隔膜，其係配置於該閥塞與該閥體之間；以及保持構件，其係用於保持該隔膜以便能夠相對於該閥塞位移。

根據本發明，在具有藉由電流或供給工作流體來造成閥塞位移之驅動單元的閥中，設有形式為薄片的撓性隔膜，其係配置於該閥塞與該閥體之間，藉此用該保持構件保持該隔膜同時允許該隔膜相對於該閥塞位移。

因此，當該閥塞在驅動單元的驅動作用下打開及關閉時，該隔膜藉由該保持構件的操作能夠相對於該閥塞位移。因此，相較於隔膜對於閥塞是整個固定的情形，可減少因閥塞位移而產生於閥塞鄰域的應力。結果，可減輕施加於隔膜的負載，以及可改善隔膜的耐久性。此外，由於保持構件使得隔膜在閥塞操作時能夠位移而使隔膜的運行阻力(亦即，移動阻力)減少，因此可減少閥塞在與隔膜一起位移時的驅動負載以及可改善耐久性，該閥塞可高速開關，可抑制在驅動單元用電流驅動時的耗電量，或在驅動單元用工作流體驅動時的工作壓力。

由以下結合附圖的描述可更加明白本發明以上及其他目標、特徵及優點，其中係以示意實施例圖示本發明的較佳具體實施例。

10‧‧‧電磁閥

12、14‧‧‧第一及第二端口

16‧‧‧閥體

18‧‧‧間隔物

20‧‧‧殼體

22‧‧‧電磁線圈

24‧‧‧閥機構

26、28‧‧‧第一及第二流通通路

30‧‧‧流通室

32‧‧‧容置室

34‧‧‧第一階部

36‧‧‧第二階部

38‧‧‧第三階部

40‧‧‧線圈

42‧‧‧筒管

44‧‧‧固定鐵心

46‧‧‧活動鐵心

48a、48b‧‧‧凸緣

50‧‧‧突出物

52‧‧‧接合溝槽

54‧‧‧連接構件

56‧‧‧固定器

58‧‧‧閥塞

60、100‧‧‧隔膜

62‧‧‧臂體

64‧‧‧配合孔

66‧‧‧彈簧

68‧‧‧插孔

70‧‧‧閥構件

72‧‧‧主體部份

74‧‧‧軸桿

76‧‧‧錐頭

78‧‧‧環狀溝槽(溝槽)

80‧‧‧第一內壁面

82‧‧‧第二內壁面

84‧‧‧第三內壁面

88‧‧‧內緣部份

90‧‧‧外緣部份

92、102‧‧‧第一突出物

94、104‧‧‧第二突出物

96、106‧‧‧第三突出物

150‧‧‧氣動閥

152‧‧‧活塞

154‧‧‧缸

156‧‧‧缸體

158‧‧‧頭蓋

160‧‧‧供給端口

162‧‧‧缸室

164‧‧‧頭部

166‧‧‧桿部

168‧‧‧活塞墊

170‧‧‧桿墊

A、B‧‧‧箭頭

T1‧‧‧厚度尺寸

T2‧‧‧寬度尺寸

第1圖的整體縱斷面圖根據本發明第一具體實施例圖示作為閥之一個實施例的電磁閥；第2圖為第1圖之電磁閥的分解透視圖；第3圖的放大斷面圖圖示第1圖電磁閥之閥塞的鄰域；第4圖的放大斷面圖圖示第3圖之電磁閥的閥開狀態；第5A圖的放大斷面圖圖示隔膜之內緣部份在第3圖之狀態下的鄰域；第5B圖的放大斷面圖圖示隔膜之內緣部份在第4圖之狀態下的鄰域；第6A圖及第6B圖的放大斷面圖各自圖示應用根據修改實施例之隔膜的電磁閥；以及第7圖的整體縱斷面圖根據本發明第二具體實施例圖示作為閥之一個實施例的氣動閥。

如第1圖及第2圖所示，電磁閥10包含具有供給壓力流體及排出該壓力流體之第一及第二端口12、14的閥體16，包含殼體20及通過間隔物18配置於閥體16之一端上的電磁線圈22，以及用於在電磁線圈22之激勵下交互切換第一及第二端口12、14之流通狀態的閥機構24。

閥體16的斷面實質上形成為開口在一個末端側的U形，以及在閥體16的一個側面上裝設向外部開放的第一及第二端口12、14。第一端口12通過管子或其類似者連接至未圖示之壓力流體供給源，以及供給壓力流體(例如，液體)至第一端口12。該第二端口通過未圖示之管子或其類似者連接至另一裝置。

此外，流通室30及容置室(accommodation chamber)32係實質上形成在閥體16中央。流通室30與第一及第二流通通路26、28相通。容納閥機構24的容置室32與流通室30相通。

此外，第一端口12通過第一流通通路26連接至流通室30的側面，它在與閥體16之軸線垂直地從側面伸出後大約在其中央部份處轉彎90度。另一方面，第二端口14通過第二流通通路28連接至流通室30的底面，其係與閥體16之軸線垂直地從側面伸出。

容置室32包含開口在閥體16之一個末端側上(在箭頭A方向)以及在流通室30側之底部相對於流通室30加大其直徑的第一階部34，相對於第一階部34加大其直徑的第二階部36，以及相對於第二階部36加大其直徑的第三階部38。第一階部34係配置成最靠近流通室30側(在箭頭B方向)，以及第二階部36與第三階部38依序在流通室30後面(在箭頭A方向)。

間隔物18裝在閥體16之一端上以便覆蓋其開口，以及電磁線圈(驅動單元)22通過間隔物18連接至該一端。電磁線圈22包含：有底圓筒狀殼體20；有捲繞於其上之線圈40及配置於殼體20內部的筒管(bobbin)42；固定至殼體20之一端的固定鐵心44；以及配置於筒管42內側上以及在一方向(在箭頭B方向)被壓迫而與固定鐵心44分離的活動鐵心46。

筒管42包含設於筒管42之一末端部及另一末端部上的一對凸緣48a、48b。凸緣48a、48b在徑向向外方向加大其直徑。線圈40捲繞及保持在凸緣48a、48b之間的筒管42上。

固定鐵心44例如由金屬材料形成為實質的柱形。固定鐵心44插進筒管42的內部，以及具有形成於其一端上的突出物50，其接合於殼體20而固定。

活動鐵心46例如由磁性材料形成為實質的柱形以及配置成與固定鐵心44同軸。在與固定鐵心44側(在箭頭B方向)相反的一端上，形成一對接合溝槽52於活動鐵心46的外周面上。接合溝槽52經形成在與活動鐵心46之軸向垂直的方向穿入而有相同的斷面形狀。此外，接合溝槽52形成在活動鐵心46之中軸線的對稱位置處。

閥機構24包含：連接至活動鐵心46之一端的連接構件54；配置於閥體16之容置室32中的固定器(holder)56；保持在連接構件54之一端上的閥塞58；以及配置於固定器56和閥塞 58之間的隔膜60。連接構件54包含一對臂體62。臂體62相互分離以及形成於連接構件54的一端上。藉由臂體62與活動鐵心46之接合溝槽52的接合，活動鐵心46與連接構件54同軸地連接在一起。此外，在連接構件54的另一端上形成裝入閥塞58之軸桿74的配合孔(fitting hole)64於中心。

此外，彈簧66插在連接構件54和間隔物18之間。用彈簧66的彈力，使連接構件54與閥構件70被壓向閥體16側(在箭頭B方向)。

固定器56配置成與連接構件54的外側有覆蓋關係，以及抵頂在其一端上的間隔物18。此外，連接構件54可位移地容納於固定器56的內部。連接構件54的另一末端部與閥體16的第二、第三階部36、38接合，在另一末端部的中央形成插進閥塞58的插孔68。

如第1圖至第4圖所示，閥塞58包含：形成於閥塞58之一端上的圓柱形閥構件70；對於閥構件70直徑縮小的主體部份72；以及形成於閥塞58之另一端上以及在主體部份72上連接的軸桿74。閥塞58的閥構件70容納於閥體16的流通室30中，以及在閥構件70內部安裝用作閥座件(seat member)的錐頭(poppet)76。錐頭76係由彈性材料構成，例如橡膠或其類似者，以及配置成與閥構件70的端面實質共面或有點突出。

主體部份72插進固定器56的插孔68，以及在主體部份72和閥構件70之間形成在徑向向內方向凹入的環狀溝槽(溝槽)78。

如第5A圖及第5B圖所示，環狀溝槽78的斷面形成為矩形，以及由與閥塞58之軸線實質平行的第一內壁面80，以及各自從第一內壁面80之末端在徑向向外方向伸出的第二內壁面82和第三內壁面84構成環狀溝槽78。此外，第二內壁面82形成於主體部份72側上(在箭頭A方向)，第三內壁面84形成於閥構件70側上(在箭頭B方向)，以及第二內壁面82與第三內壁面84各自垂直於第一內壁面80。

如第1圖至第4圖所示，軸桿74鄰近主體部份72的部份在徑向向內方向直徑縮小，使得在插進連接構件54的配合孔64時，軸桿74與配合孔64配合連接。結果，活動鐵心46與閥塞58通過連接構件54連接成一體。此外，彈簧66的相反兩端分別與軸桿74中從配合孔64突出的部份以及與間隔物18的突出部份接合。

例如，隔膜60由彈性材料(例如，橡膠或其類似者)形成為圓盤狀。隔膜60在中央形成插進閥塞58的孔，以及構成該孔的內緣部份88插進環狀溝槽78。此外，隔膜60有撓性而且經形成為有實質不變的厚度。另一方面，藉由裝在閥體16的第一階部34上，隔膜60的外緣部份90會夾在閥體16和固定器56之間。結果，隔膜60阻斷流通室30與容置室32之間的流通。

如第5A圖及第5B圖所示，在內緣部份88上形成對於第一內壁面80徑向向內突出的第一突出物92，以及從內緣部份88之一端面及另一端面與第一內壁面80垂直地突出的第二、第三突出物94、96。第一至第三突出物92、94、96經形成大致有斷面為實質拱形的相同形狀，以及對於該第一內壁面、該一端面及該另一端面突出預定的高度。

此外，第一至第三突出物92、94、96的頂點能夠抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80、第二內壁面82及第三內壁面84。此外，由於它們的形狀各自形成為環狀，所以第一至第三突出物92、94、96環狀地抵頂環狀溝槽78。

如第5A圖所示，由第二突出物94頂點至第三突出物96頂點的厚度尺寸T1實質等於或小於第二內壁面82與第三內壁面84在環狀溝槽78中的寬度尺寸(T1≦T2)。更特別的是，隔膜60的內緣部份88經安裝成內緣部份88能夠在環狀溝槽78內沿著隔膜60的厚度方向(方向A或B)移動預定距離，第一突出物92永遠抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80，以及第二突出物94或是第三突出物96會抵頂環狀溝槽78的第二內壁面82或第三內壁面84，其中第一突出物92用作支點或支撐點。結果，可維持流通室30與容置室32之間的氣密狀態(參考第5A圖及第5B圖)。

換言之，環狀溝槽78用作保持隔膜60之內緣部份88的保持機構，以便能夠沿著閥塞58的位移方向(箭頭A及B方向)移動預定距離。

電磁閥10(其係本發明第一具體實施例之閥的實施例)基本上是用上述方式構成。接下來，將描述電磁閥10的操作及有利效果。第1圖圖示OFF狀態，這是不施加電流至線圈40以及用彈簧66之彈力使活動鐵心46向閥體16側(在箭頭B方向)位移的未激勵狀態，錐頭76封閉第一流通通路26的開口，以及阻斷第一端口12與第二端口14之間的流通。

就此情形而言，如第5A圖所示，在隔膜60的內緣部份88處，第一突出物92抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80，以及第二突出物94抵頂環狀溝槽78的第二內壁面82，藉此用第一、第二突出物92、94的兩點維持流通室30與容置室32之間的氣密狀態。

在處於此一OFF狀態時，線圈40的激勵係藉由激活未圖示的電源以及線圈40的通電，在線圈40的激勵作用下，活動鐵心46被吸向固定鐵心44側(在箭頭A方向)，伴隨連接構件54與閥塞58沿著離開閥體16的方向(箭頭A方向)一體地位移。結果，閥塞58的錐頭76與第一流通通路26的開口分離，以及藉由建立第一流通通路26與流通室30之間的流通，造成自第一端口12供給之壓力流體流到第二端口14的ON狀態。

此時，隨著閥塞58的位移，隔膜60經歷以外緣部份90為中心的撓曲，因為隔膜60的內緣部份88向電磁線圈22側(在箭頭A方向)位移。此外，藉由內緣部份88在環狀溝槽78內部的運動，造成第二突出物94與第二內壁面82分離(參考第5B圖)以及第三突出物96抵頂第三內壁面84的狀態。此外，第一突出物92保持抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80。

結果，在處於閥塞58與第一流通通路26之開口分離的ON狀態時，由於第一、第三突出物92、96抵頂環狀溝槽78，因此可防止供給至流通室30的壓力流體漏出到容置室32側(在箭頭B方向)。更特別的是，在隔膜60的內緣部份88處，用第一、第三突出物92、96的兩點維持流通室30與容置室32之間的氣密狀態。

用前述方式，根據第一具體實施例，在電磁線圈22的激勵作用下，閥塞58會朝軸向位移，以及在能夠切換壓力流體之流通狀態的電磁閥10中，隔膜60係配置於閥塞58和閥體16之間，以及隔膜60的內緣部份88插進閥塞58的環狀溝槽78。藉由提供內緣部份88以便能夠相對於閥塞58朝軸向(箭頭A及B方向)輕微地移動，以及藉由內緣部份88在環狀溝槽78內於閥塞58開關時的移動，相較於內緣部份88對於閥塞58是整個固定的情形，可減少由閥塞58之位移在內緣部份88鄰域所產生的應力。結果，可減輕施加於隔膜60的負載，以及可改善隔膜60的耐久性。

此外，由於隔膜60的內緣部份88在閥塞58開關時相對於閥塞58可輕微地移動，因此可減少隔膜60在閥塞58操作時的運行阻力。結果，由於隔膜60跟隨閥塞58的運動同時在閥塞58操作時經歷平滑的位移，可減少施加至閥塞58的驅動負載，以及可抑制電磁線圈22的耗電量。換言之，相較於習知電磁閥，可用較低的耗電量來驅動閥塞58。

此外，設於隔膜60之內緣部份88上的第一至第三突出物92、94、96係與環狀溝槽78的第一內壁面80、第二內壁面82及第三內壁面84有秩序地環狀接觸。因此，第一至第三突出物92、94、96能可靠地抵頂第一內壁面80、第二內壁面82及第三內壁面84以維持密封性，可抑制當內緣部份88在環狀溝槽78之內部位移時的滑動阻力，以及可促進平滑的軸向位移。此外，由於第一突出物92永遠與第一內壁面80接觸，而第二、第三突出物94、96中之一者在閥塞58開關時選擇性地抵頂環狀溝槽78，故藉由第一至第三突出物92、94、96中隨時有兩點抵頂，能可靠地實現密封。

此外，已描述根據前述具體實施例之電磁閥10(如第1圖所示)被組構成閥體16配置於右邊以及電磁線圈22水平地配置於左邊的情形。不過，本發明不受限於此結構。例如，可使用閥體16配置成下半部以及電磁線圈22在垂直方向延伸地配置於閥體16上半部的電磁閥10。

此外，設於隔膜60之內緣部份88上之第一至第三突出物92、94、96的形狀不受限於上述斷面為拱形的情形。例如，如同圖示於第6A圖及第6B圖的隔膜100，可形成斷面為三角形的內緣部份88，以及第一至第三突出物102、104、106可各自形成於內緣部份88的頂點上。此外，直線各自連接於第一突出物102與第二突出物104之間，以及於第一突出物102與第三突出物106之間。此外，用與上述本發明具體實施例之電磁閥10之隔膜60有關的相同方式設定由第二突出物104至第三突出物106的厚度尺寸與第二內壁面82、第三內壁面84在環狀溝槽78中的寬度尺寸之間的關係。

另外，伴隨閥塞58的打開及關閉，隔膜100的內緣部份88在環狀溝槽78的內部中移動，使得當該閥打開時，造成第二突出物104與環狀溝槽78之第二內壁面82分離的狀態，第三突出物106抵頂環狀溝槽78的第三內壁面84，以及第一突出物102抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80(參考第6B圖)。結果，用第一、第三突出物102、106維持閥體16之流通室30與容置室32之間的氣密狀態。

另一方面，當該閥在閥塞58抵頂流通室30之側面下關閉時，造成第三突出物106與環狀溝槽78之第三內壁面84 分離的狀態，第二突出物104抵頂第二內壁面82，以及第一突出物102抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80(參考第6A圖)。結果，用第一及第二突出物102、104維持閥體16之流通室30與容置室32之間的氣密狀態。

接下來，作為根據第二具體實施例之閥之實施例的氣動閥150圖示於第7圖。與第一具體實施例之電磁閥10相同的構成元件用相同的元件符號表示以及省略該等特徵的詳細描述。

根據第二具體實施例的氣動閥150與根據第一具體實施例的電磁閥10不同在於，提供具有在供給先導空氣(pilot air)(工作流體)下可位移之活塞152的缸154作為驅動單元，而不是電磁線圈22。

如第7圖所示，構成氣動閥150的缸154包含：連接至閥體16之一端的缸體156；配置成可沿著缸體156之內部位移的活塞152；以及封閉及密封缸體156末端的頭蓋158。

此外，供給來自未圖示之壓力流體供給源的先導空氣至開口在缸體156側面上的供給端口160，以及供給先導空氣至形成於缸體156內部的缸室162。活塞152被先導空氣向頭蓋158側壓迫及移動，亦即，沿著離開閥體16的方向(在箭頭A方向)。缸室162被頭蓋158封閉及密封。

活塞152設有配置於缸室162內部的頭部164，以及向閥體16側(在箭頭B方向)突出而且連接至頭部164中央的桿部166。連接構件54連接至形成於桿部166之端部上的一對接合溝槽52，藉此閥塞58與活塞152一體地連接在一起。

此外，在活塞152上安裝通過頭部164之外周面之環狀溝槽的活塞墊(piston packing)168，安裝通過桿部166之外周面之環狀溝槽的桿墊(rod packing)170，以及藉由各自在缸室162的內壁面上的滑動接觸來防止供給至缸室162的先導空氣漏出至外部。

接下來，簡述氣動閥150的操作及有利效果。如第7圖所示，描述作為初始狀態的OFF狀態，其中用彈簧66之彈力使閥塞58與活塞152向閥體16側(在箭頭B方向)位移，錐頭76封閉第一流通通路26的開口，以及阻斷第一端口12與第二端口14之間的流通。

在處於此一OFF狀態時，由未圖示之壓力流體供給源供給先導空氣至供給端口160，以及活塞152的頭部164被導入缸室162的先導空氣向頭蓋158側(在箭頭A方向)壓迫及位移，伴隨的是，連接構件54及閥塞58與活塞152一體地位移。結果，閥塞58的錐頭76與第一流通通路26的開口分離，以及藉由建立第一流通通路26與流通室30之間的流通，造成自第一端口12供給之壓力流體流到第二端口14的ON狀態。

此時，伴隨閥塞58的位移，隔膜60經歷以外緣部份90為中心的撓曲，因為隔膜60的內緣部份88向缸154側(在箭頭A方向)位移。此外，藉由內緣部份88在環狀溝槽78內部的運動，造成第二突出物94與第二內壁面82分離以及第三突出物96抵頂第三內壁面84的狀態。此外，第一突出物92保持抵頂環狀溝槽78的第一內壁面80。結果，在處於閥塞58與第一流通通路26之開口分離的ON狀態時，由於第一、第三突出物92、96抵頂環狀溝槽78，防止供給至流通室30的壓力流體漏出到容置室側(在箭頭B方向)。

用前述方式，根據第二具體實施例，在先導空氣供給至缸154下，閥塞58會朝軸向位移，以及在能夠切換壓力流體之流通狀態的氣動閥150中，隔膜60配置於閥塞58和閥體16之間，以及隔膜60的內緣部份88插進閥塞58的環狀溝槽78。藉由提供內緣部份88以便能夠相對於閥塞58朝軸向(箭頭A及B方向)輕微地移動，以及藉由內緣部份88在環狀溝槽78內於閥塞58開關時的移動，相較於內緣部份88對於閥塞58是整個固定的情形，可減少由閥塞58之位移在內緣部份88鄰域所產生的應力。結果，可減輕施加於隔膜60的負載，以及可改善隔膜60的耐久性。

此外，由於隔膜60的內緣部份88在閥塞58開關時相對於閥塞58可輕微地移動，所以在閥塞58操作期間，可減少隔膜60的運行阻力(亦即，移動阻力)。結果，由於隔膜60跟隨閥塞58的運動同時在閥塞58操作時經歷平滑的位移，可減少施加至閥塞58的驅動負載，以及可抑制供給至缸154之先導空氣的工作壓力。換言之。相較於習知氣動閥，可用較低的工作壓力來驅動閥塞58。

本發明之閥不受限於上述具體實施例。該等具體實施例仍可做出各種改變及修改而不脫離陳述於隨附申請專利範圍的本發明範疇。