WO2025004946A1

WO2025004946A1 - ポペット弁

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Publication number: WO2025004946A1
Application number: PCT/JP2024/022322
Authority: WO
Inventors: 玉木博章; 植田亮; 諸冨洋一
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2023-06-26
Filing date: 2024-06-20
Publication date: 2025-01-02
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: EP4733638A1; CN121443872A; TW202513997A; KR20260027140A; JP2025004476A

Abstract

【課題】ポペット弁において、パッキンを弁ロッドに、切換弁の動作時に該パッキンが弁ロッドから脱落することがないよう確実に装着する。【解決手段】弁ロッド１１のパッキン装着部１７に形成されたパッキン装着面２７に、リング状のパッキン２６を、該パッキン２６の一方の側面２６ｄを前記パッキン装着面２７に当接させると共に、該パッキン２６の内周部２６ａを前記パッキン装着面２７の内径端に形成されたパッキン支持溝２９内に嵌合させた状態で、前記パッキン２６の外周部２６ｂを、前記パッキン装着部１７に取り付けらたパッキン押え部材３０と前記パッキン装着面２７との間に抱持させることにより、装着する。

Description

ポペット弁

　本発明は、弁ロッドに取り付けたシール部材（パッキン）を、弁ハウジングに流路の開口を取り囲むように形成された弁シート部に離接させることにより、前記流路を開閉するポペット弁に関するものである。

　この種のポペット弁の例として、特許文献１には、弁ステム（弁ロッド）のシール部材を、ゴムライニングにより形成したもの（図１参照）と、パッキンにより形成したもの（図４参照）とが開示されている。

　このうち、シール部材をゴムライニングにより形成したポペット弁においては、弁ロッドに前記シール部材を形成するためのライニング加工やライニング加工後の仕上げ加工等を施さなければならないため、製造に手間がかかってコストも高いという問題がある。
　これに対し、シール部材をパッキンにより形成したポペット弁の場合には、弁ロッドにライニング加工やライニング加工後の仕上げ加工等を施す必要がないため、製造が容易で安価であるという利点を有する。
　ところが、後者のようにシール部材をパッキンで形成した場合、特許文献１の図４に示すように、弁ロッドにパッキン装着する場合、前記弁ロッドにパッキン装着溝を形成し、このパッキン装着溝に前記リング状のパッキンの内周側だけを嵌め込んで装着しているため、ポペット弁の動作時に前記パッキンが前記パッキン装着溝から脱落するおそれがあった。

　前記パッキンの脱落を確実に防止するには、例えば図１２に示すように、弁ロッド６０にパッキン６１の内周部及び外周部の両方を収容可能なパッキン装着溝６２を形成するのが好ましいが、このようなパッキン装着溝６２を弁ロッド６０に切削加工で形成するのは困難であり、仮にこのようなパッキン装着溝６２を形成することができたとしても、その中にリング状のパッキン６１を装着することも困難である。

特開２００６－４６４１４号公報

　本発明の技術的課題は、パッキンからなるシール部材を有するポペット弁において、前記パッキンを弁ロッドに、ポペット弁の動作時に該パッキンが弁ロッドから脱落することがないよう確実に装着することにある。

　前記課題を解決するため、本発明のポペット弁は、内部に流路を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの内部に変位自在に収容された弁ロッドとを有し、前記弁ロッドに取り付けたリング状のパッキンを、前記弁ハウジングに前記流路の開口部を取り囲むように形成されたリング状の弁シート部に離接させることにより、前記流路を開閉するポペット式切換弁において、前記弁ロッドは、円柱状をしたパッキン装着部を有し、該パッキン装着部の前記弁シート部に向き合う端面に、前記弁ロッドの中心軸を取り囲む環状のパッキン装着面が形成され、前記パッキンは、内周部及び外周部と、前記弁シート部に接離する第１側面及び反対側の第２側面とを有し、前記第２側面を前記パッキン装着面に当接させた状態で、前記内周部を前記パッキン装着面の内径端に形成されたパッキン支持溝内に嵌合させると共に、前記外周部を、前記パッキン装着部に取り付けられたパッキン押え部材と前記パッキン装着面との間に抱持させることにより、前記パッキン装着面に装着されていることを特徴とする。

　本発明において、前記パッキン押え部材は、前記パッキン装着部に取り付けるための本体部と、該本体部の筒状をした先端部から内向きに屈曲する環状の係止部とを有し、前記先端部は前記パッキンの外周部を覆い、前記係止部は、前記パッキンの前記第１側面に前記外周部寄りの位置で当接し、それにより、前記先端部及び係止部と前記パッキン装着面との間に前記パッキンの外周部が抱持されていることが好ましい。
　この場合、前記パッキン押え部材の前記係止部には、複数の切欠が放射方向に形成されていてもよい。

　また、本発明において、前記パッキン支持溝は、前記弁ロッドに形成された環状の溝形成部と前記パッキン装着面との間に形成され、前記溝形成部の外径は前記パッキン装着部の外径より小さく、前記溝形成部の外周端は、前記パッキン押え部材の前記係止部の内周端と対向し、前記溝形成部の外周端と前記係止部の内周端との間に、前記パッキンが前記弁シート部に接離する際に該弁シート部が介在する環状の空間部が形成されていることが好ましい。

　本発明において、前記パッキン装着部の外周に前記パッキン押え部材の本体部を取り付けるための凹段部が形成され、該凹段部の段差を前記本体部の厚みと等しくすることにより、前記パッキン装着部の外周面と前記パッキン押え部材の本体部の外周面とを同一円柱面上に位置させることができる。

　本発明によれば、パッキンの内周部をパッキン支持溝内に嵌合させると共に、該パッキンの外周部をパッキン押え部材とパッキン装着面との間に抱持させた状態で弁ロッドの前記パッキン装着面に装着したので、該パッキンを、切換弁の動作時に脱落することがないよう前記弁ロッドに強固にかつ確実に装着することができる。

本発明に係るポペット弁の一実施形態を示す斜視図である。図１のポペット弁の弁部のみを断面にした要部断面図である。図２の要部拡大図である。図３の要部拡大図である。弁ロッドの斜視図である。図５の分解図である。パッキンの平面図である。図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。パッキン押さえ部材の平面図である。図９のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。図３とは異なる動作状態を示す弁部の断面図である。ポペット弁の好ましい装着例を示す要部断面図である。

　図１及び図２には、本発明に係るポペット弁１の一例として電磁操作式の３ポート弁が示されている。このポペット弁１は、弁部２と、該弁部２の上端部に連結ブロック３を介して連結された電磁操作部４とを有している。

　前記弁部２は、四角いブロック形をした弁ハウジング５を有し、該弁ハウジング５の一方の側面（前面）に第１ポート６及び第３ポート８が開設されると共に、該弁ハウジング５の他方の側面（背面）に第２ポート７が開設されている。本実施形態において、前記第１ポート６は、エア等の圧力流体源に接続されることにより入力ポートとして機能し、前記第２ポート７は、エアシリンダ等の流体圧機器に接続されることにより出力ポートとして機能し、前記第３ポート８は、外部に開放されることにより排気ポートとして機能することができる。

　前記弁ハウジング５には、図３からも明らかなように、その内部を前記電磁操作部４側の第１端（上端）５ａから反対側の第２端（下端）５ｂ近くまで延びる弁孔１０が形成され、該弁孔１０に、前記第１ポート６、第２ポート７及び第３ポート８が、連通口６ａ，７ａ，８ａを通じて、前記中心軸Ｌ方向の互いに異なる位置で連通し、該弁孔１０の内部に、弁ロッド１１が、該弁孔１０の中心軸Ｌ方向に変位自在なるように挿入されている。

　前記弁孔１０の上端側の一部、すなわち前記第１ポート６に連通する部分は、前記弁ハウジング５の内部にＯリング１３を介して気密に取り付けられた金属製又は合成樹脂製のスリーブ１２の内部に形成され、該スリーブ１２に、前記連通口６ａに通じる環状流路１４が、該スリーブ１２を取り巻くように形成されると共に、該環状流路１４と前記弁孔１０とを結ぶ複数の接続孔１４ａが放射方向に形成されている。

　前記弁ロッド１１は、ステンレスや鉄等の金属からなるもので、図３－図６から分かるように、前記弁孔１０の上端部を封止する一端（上端）の第１ランド１５と、前記弁孔１０の下端部を封止する他端（下端）の第２ランド１６と、前記弁孔１０の中心軸Ｌ方向の中央部に形成された弁室１８内に位置する中央のパッキン装着部１７とを有し、前記第１ランド１５及び第２ランド１６に、それぞれシール用のＯリング１９が取り付けられている。

　前記弁室１８には、前記第１ポート６及び第３ポート８が、前記弁孔１０の一部からなる流路２１，２２及びそれらの開口部２１ａ，２２ａを通じて、中心軸Ｌ方向の上下相対する位置で連通すると共に、前記第２ポート７が、前記連通口７ａにより、上下の前記開口部２１ａ，２２ａの中間位置で連通している。

　また、前記弁ハウジング５には、前記開口部２１ａ，２２ａが前記弁室１８に連通する部分に、リング状をした第１弁シート部２４及び第２弁シート部２５が、前記開口部２１ａ，２２ａを取り囲むように形成されている。このうち、前記第１弁シート部２４は、前記スリーブ１２に、前記第１ポート６に通じる流路２１の開口部２１ａを取り囲むように形成され、前記第２弁シート部２５は、前記弁ハウジング５の一部に、前記第３ポート８に通じる流路２２の開口部２２ａを取り囲むように形成されている。この場合、前記スリーブ１２は、前記弁ハウジング５に取り付けられているため、該弁ハウジング５の一部であると考えることができ、従って、前記前記スリーブ１２に形成された前記第１弁シート部２４は、前記弁ハウジング５の一部に形成されていると考えることができる。

　前記弁ロッド１１の前記パッキン装着部１７は、円柱状をなし、該パッキン装着部１７における前記中心軸Ｌ方向一端（上端）側の前記第１弁シート部２４に対向する端面、及び、中心軸Ｌ方向他端（下端）側の前記第２弁シート部２５に対向する端面に、シール部材を形成するリング状のパッキン２６を取り付けるための平らなパッキン装着面２７がそれぞれ形成され、各パッキン装着面２７，２７に、前記パッキン２６が、該パッキン２６の内周部２６ａを、前記パッキン装着面２７の内径端に形成されたパッキン支持溝２９内に嵌合させると共に、該パッキン２６の外周部２６ｂを、前記パッキン装着部１７の外周に取り付けられたパッキン押え部材３０に抱持させることにより、それぞれ取り付けられている。前記パッキン装着部１７の円柱形状は、図３及び図４に示すように、全体が一定直径をなす円柱形状であっても、中央部がやや膨らんだビア樽状の円柱形状であっても良い。

　前記パッキン２６は、合成ゴム等の弾性素材によりリング状に形成されたもので、図７及び図８に示すように、前記内周部２６ａ及び外周部２６ｂと、前記弁シート部２４，２５に接離する平らな第１側面２６ｃと、前記パッキン装着面２７に密接する平らな第２側面２６ｄとを有するものである。

　また、前記パッキン押え部材３０は、前記弁ロッド１１とは別体のもので、例えばステンレス板をプレス加工することにより形成され、図４、図９及び図１０から明らかなように、前記パッキン装着部１７に取り付けるための筒状をした本体部３１と、該本体部３１の先端から内向きに屈曲するリング状の係止部３２とを有し、前記本体部３１は、基端部３１ａと、前記係止部３２に連なる先端部３１ｂとを有し、前記基端部３１ａは、前記パッキン装着部１７の外周に嵌合して固定され、前記先端部３１ｂは、前記パッキン２６の外周部２６ｂを覆い、前記係止部３２は、前記パッキン２６の第１側面２６ｃに前記外周部２６ｂ寄りの位置で当接しており、これにより、前記パッキン２６の外周部２６ｂが、前記パッキン押え部材３０の先端部３１ｂ及び係止部３２と、前記パッキン装着面２７との間に抱持されている。

　このようにして、前記パッキン２６を、その内周部２６ａをパッキン支持溝２９内に嵌合させると共に、外周部２６ｂを前記パッキン押え部材３０に抱持させた状態で前記パッキン装着面２７，２７に装着することにより、該パッキン２６を、切換弁の動作時に前記パッキン装着面２７，２７から脱落することがないように前記弁ロッド１１に強固にかつ確実に装着することができる。

　前記パッキン２６の外周には、エア抜きのための凹溝２８を形成することができ、この凹溝２８により、前記パッキン２６の外周部２６ｂを前記パッキン押え部材３０と前記パッキン装着面２７，２７との間に抱持させた際に、その抱持部分、すなわち、前記パッキン押え部材３０の先端部３１ｂ及び係止部３２と、前記パッキン２６の外周部２６ｂと、前記パッキン装着面２７との間に、エアが封じ込められるのを防止することができる。

　また、前記パッキン押え部材３０の前記係止部３２には、図９及び図１０に示すように、該係止部３２の半径方向に窪む複数の切欠３３を放射方向に形成することができ、この切欠３３により、前記パッキン２６が前記弁シート部２４，２５から離間した際の流路面積を拡大してエアの流量を増大させることができる。
　なお、図９に示すように、前記切欠３３の深さは、前記係止部３２の内径端３２ａから外径端３２ｂまで達しない深さｄであるが、図９に１つの切欠３３ａについて示すように、その深さを、係止部３２の内径端３２ａから外径端３２ｂまで達する深さＤに形成することもできる。

　また、図４に示すように、前記パッキン装着部１７の外周には、前記パッキン押え部材３０における本体部３１の基端部３１ａが嵌合する部分に凹段部３５を形成し、この凹段部３５の段差を前記本体部３１の厚みと等しくすることにより、前記パッキン装着部１７の外周面と前記パッキン押え部材３０の本体部３１の外周面とを同一円柱面上に位置させて両外周面間に段差が形成されないようにしており、これにより、ポペット弁１の動作時にエアが前記パッキン装着部１７の外周に沿って流れる際に、段差による乱流が発生しないようにしている。

　前記パッキン押え部材３０の前記パッキン装着部１７に対する固定は、これらパッキン押え部材３０及びパッキン装着部１７の素材等に応じて、スポット溶接やカシメ、接着、螺子止め等の方法で行うことができる。また、前記パッキン押え部材３０の前記本体部３１の基端部３１ａは、必ずしも筒状である必要はなく、前記パッキン装着部１７に固定可能な任意の形状とすることができる。

　さらに、前記パッキン支持溝２９は、前記パッキン装着部１７に形成された環状の溝形成部３６と前記パッキン装着面２７との間に形成されている。前記溝形成部３６の外径は前記パッキン装着部１７の外径より小さく、該溝形成部３６の外周端は、前記パッキン押え部材３０における前記係止部３２の内周端と対向し、これら溝形成部３６の外周端と前記係止部３２の内周端との間に、前記パッキン２６が前記弁シート部２４，２５に接離する際に該弁シート部２４，２５が介在するリング状の空間部３７が形成されている。

　前記弁孔１０の下端部には、該下端部を閉鎖する孔端壁３８と前記弁ロッド１１の下端面との間に、ロッド復帰ばね３９が介設され、該ロッド復帰ばね３９により前記弁ロッド１１が、常時上方に向けて付勢されている。
　前記弁ロッド１１には、該弁ロッド１１の内部を中心軸Ｌ方向に貫通する中心孔４０が形成されると共に、該中心孔４０と前記第３ポート８に通じる前記流路２２とを結ぶ連通孔４１が形成されている。

　前記弁孔１０の上端部においては、前記スリーブ１２の内部に、変位部材４２が中心軸Ｌ方向に変位自在なるように収容され、該変位部材４２の下面が前記弁ロッド１１の上端面に当接している。
　前記変位部材４２は、短円柱状をしていて、該変位部材４２を前記中心軸Ｌ方向に貫通する中心孔４３と、該中心孔４３と直交する方向に延びる複数の係合孔４４とを有し、前記中心孔４３の内部に、伝達軸４５の下端部が前記中心軸Ｌ方向に変位可能なるように挿入されるとともに、該伝達軸４５に取り付けられた係合ピン４６が前記係合孔４４内に挿入されている。
　前記伝達軸４５の上端には、ばね座を兼ねる頭部４５ａが形成され、該頭部４５ａの下面と前記変位部材４２の上面との間に、コイル状の鉄心復帰ばね４７が介設されている。

　電磁操作部４は、操作部ハウジング５０を有し、該操作部ハウジング５０の下面から突出する連結軸５１の外周に雄螺子が切られた下端部を、前記連結ブロック３の雌螺子が内周に切られた連結孔５２内にねじ込むことにより、前記弁部２の上端部に前記連結ブロック３を介して連結されている。

　前記操作部ハウジング５０の内部には、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する不図示のソレノイド機構が内蔵されている。このソレノイド機構は、通電により磁場を発生させる電磁コイル及び固定鉄心と、磁場の発生により前記固定鉄心に吸着されて下向きに変位する可動鉄心と、該可動鉄心と共に変位するプッシュロッド５３とを有し、該プッシュロッド５３は、前記連結軸５１の内部を前記中心軸Ｌに沿って延びるロッド収容孔５４内に変位自在なるように収容され、該プッシュロッド５３の下端部は、前記ロッド収容孔５４の下端部の大径部５４ａ内に位置し、該大径部５４ａ内に嵌合する前記伝達軸４５の上端の頭部４５ａに当接している。

　前記操作部ハウジング５０には、電気接続部５５が設けられ、該電気接続部５５にコネクタ５６によりリード線５７が接続され、該リード線５７を通じて前記電磁コイルに電力が供給されるようになっている。
　なお、前記ソレノイド機構については、公知のものをそのまま本発明に応用することができるため、その詳細な図示及び説明は省略されている。

　前記構成を有するポペット弁１において、図２、図３及び図４は、前記電磁操作部４がオフ（非通電）の場合を示しており、このとき、前記ソレノイド機構における可動鉄心は固定鉄心に吸着されないため、前記プッシュロッド５３は、前記可動鉄心によって押し下げられることなく、前記鉄心復帰ばね４７の付勢力により前記伝達軸４５を介して押し上げられ、該伝達軸４５と共に図の上昇位置を占め、また、前記伝達軸４５の上昇によって前記係合ピン４６が変位部材４２の係合孔４４の上端壁に係合することにより、該変位部材４２も前記伝達軸４５と一体になって上昇位置を占める。このため、前記弁ロッド１１は、ロッド復帰ばね３９に押し上げられて図示の第１位置を占め、前記パッキン装着部１７における上方のパッキン２６が前記第１弁シート部２４に当接して前記流路２１の開口部２１ａを閉鎖すると共に、下方のパッキン２６が第２弁シート部２５から離隔して前記流路２２の開口部２２ａを開放する。その結果、前記第１ポート６と第２ポート７とを結ぶ流路が遮断され、前記第２ポート７と第３ポート８とを結ぶ流路が連通する。

　この状態から、前記電磁操作部４がオン（通電状態）になると、前記ソレノイド機構における可動鉄心が固定鉄心に吸着されて下降し、該可動鉄心によって前記プッシュロッド５３が押し下げられるため、図１１に示すように、前記プッシュロッド５３に押されて前記伝達軸４５が下降し、前記鉄心復帰ばね４７が圧縮されてその付勢力により前記変位部材４２が押し下げられ、該変位部材４２に押されて前記弁ロッド１１が下降し、図示の第２位置に変位する。このため、前記パッキン装着部１７における上方のパッキン２６が前記第１弁シート部２４から離隔して前記流路２１の開口部２１ａを開放すると共に、前記下方のパッキン２６が前記第２弁シート部２５に当接して前記流路２２の開口部２２ａを閉鎖する。その結果、前記第１ポート６と第２ポート７とを結ぶ流路が連通し、前記第２ポート７と第３ポート８とを結ぶ流路が遮断される。

　前記実施形態においては、ポペット弁１として電磁操作式の３ポート弁が示されているが、本発明に係るポペット弁１は、電磁操作式以外の操作方式、例えば、機械操作式や人力操作式、あるいはパイロット操作式の弁であっても良く、あるいは、３ポート弁以外の弁、例えば２ポート弁であっても構わない。

　　１　　　ポペット弁
　　５　　　弁ハウジング
　１１　　　弁ロッド
　１７　　　パッキン装着部
　２１，２２　　　流路
　２１ａ，２２ａ　　　開口部
　２４，２５　　　弁シート部
　２６　　　パッキン
　２６ａ　　　内周部
　２６ｂ　　　外周部
　２６ｃ　　　第１側面
　２６ｄ　　　第２側面
　２７　　　パッキン装着面
　２９　　　パッキン支持溝
　３０　　　パッキン押え部材
　３１　　　本体部
　３１ａ　　　基端部
　３１ｂ　　　先端部
　３２　　　係止部
　３３　　　切欠
　３５　　　凹段部
　３６　　　溝形成部
　３７　　　空間部

Claims

　内部に流路を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの内部に変位自在に収容された弁ロッドとを有し、前記弁ロッドに取り付けたリング状のパッキンを、前記弁ハウジングに前記流路の開口部を取り囲むように形成されたリング状の弁シート部に離接させることにより、前記流路を開閉するポペット弁において、
　前記弁ロッドは、円柱状をしたパッキン装着部を有し、該パッキン装着部の前記弁シート部に向き合う端面に、前記弁ロッドの中心軸を取り囲む環状のパッキン装着面が形成され、
　前記パッキンは、内周部及び外周部と、前記弁シート部に接離する第１側面及び反対側の第２側面とを有し、前記第２側面を前記パッキン装着面に当接させた状態で、前記内周部を前記パッキン装着面の内径端に形成されたパッキン支持溝内に嵌合させると共に、前記外周部を、前記パッキン装着部に取り付けられたパッキン押え部材と前記パッキン装着面との間に抱持させることにより、前記パッキン装着面に装着されている、
　ことを特徴とするポペット弁。
　前記パッキン押え部材は、前記パッキン装着部に取り付けるための本体部と、該本体部の筒状をした先端部から内向きに屈曲する環状の係止部とを有し、前記先端部は前記パッキンの外周部を覆い、前記係止部は、前記パッキンの前記第１側面に前記外周部寄りの位置で当接し、それにより、前記先端部及び係止部と前記パッキン装着面との間に前記パッキンの外周部が抱持されていることを特徴とする請求項１に記載のポペット弁。
　前記パッキン押え部材の前記係止部には、複数の切欠が放射方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のポペット弁。
　前記パッキン支持溝は、前記弁ロッドに形成された環状の溝形成部と前記パッキン装着面との間に形成され、前記溝形成部の外径は前記パッキン装着部の外径より小さく、前記溝形成部の外周端は、前記パッキン押え部材の前記係止部の内周端と対向し、前記溝形成部の外周端と前記係止部の内周端との間に、前記パッキンが前記弁シート部に接離する際に該弁シート部が介在する環状の空間部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のポペット弁。
　前記パッキン装着部の外周に前記パッキン押え部材の本体部を取り付けるための凹段部が形成され、該凹段部の段差を前記本体部の厚みと等しくすることにより、前記パッキン装着部の外周面と前記パッキン押え部材の本体部の外周面とを同一円柱面上に位置させたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のポペット弁。
　前記パッキン装着部の外周に前記パッキン押え部材の本体部を取り付けるための凹段部が形成され、該凹段部の段差を前記本体部の厚みと等しくすることにより、前記パッキン装着部の外周面と前記パッキン押え部材の本体部の外周面とを同一円柱面上に位置させたことを特徴とする請求項４に記載のポペット弁。