常閉型３ポート弁

本発明は、常閉型3ポート弁に関し、特に、開弁位置にある弁部材の閉弁のための操作力を軽減するバランス機構を備えた常閉型3ポート弁の改良に関するものである。

従来から、上記バランス機構を備えた常閉型3ポート弁として、本発明に係る3ポート弁と同様な基本構成の弁ボディを備え、弁部材を操作するためのロッドを押圧して開弁させたときに出力ポート側に流出した流体の圧力を、弁部材に対して閉弁のための背圧として作用させるようにしたものは、既に知られている。 常閉型3ポート弁において、上記バランス機構を備えない場合には、弁部材をロッドで押圧して開弁させたときに出力ポート側に流出した流体の圧力が、弁部材に対してそれを開弁位置に保持する方向の力として作用し、そのため、開弁用のロッドに対する開弁のための押圧力が消失しても、上記弁部材に対して上記出力ポート側に流出した流体の圧力に対抗して閉弁させる力が作用しなければ閉弁されず、例えば、閉弁力を弁部材用の復帰バネによって付与し、あるいは、強制的に閉弁する機構を備える必要がある。そして、上記閉弁力を復帰バネによって弁部材に作用させたとすると、開弁時に該復帰バネの付勢力及び主流体の圧力に抗して開弁する必要があり、開弁のためにロッドに大きな操作力を加える必要がある。

上記バランス機構は、上記開弁のための操作力を軽減するため、弁部材が弁開位置にあるときに、該弁部材の背後に形成される背圧室に、弁部材に設けた通気孔を通して出力ポート側の主流体の圧力を流入させ、弁部材の表裏面に作用する流体圧をバランスさせておくものであり、開弁に際しては、ロッド内を通して外部に開口する排出流路を閉鎖すると同時に、弁部材により主弁座を開放し、また、出力ポート側の主流体の圧力を上記背圧室に流入させるための弁部材の通気孔を出力ポート側に開放した状態に保持できるようにする必要がある。この3ポート弁の閉弁は、弁部材に作用する小付勢力の復帰バネで行うのが通例であり、上記ロッドによる弁部材の押圧を解除すると同時に、ロッド内を通して外部に開口する排出流路を開放することにより行われる。

そこで、既知の常閉型3ポート弁では、通常、図8に示すような構成の弁部材40が用いられている。この弁部材40は、図1の常閉型3ポート弁とほぼ同様の構成を備えた弁ボディ1に装着して用いられるもので、該弁ボディ1の主弁座2に対向して接離方向に気密に摺動自在に保持される弁部材本体41に、弁ボディ1の主弁座2に接離させる主シート面44と、開弁用のロッド5内の排気流路6の内端が圧接することにより該排気流路6を閉鎖する排気シート面45とを備えているが、この排気シート面45は、本来、主シート面44の周囲の非常に隣接した位置に配置するのが望ましいものであり、しかしながら上記両シート面の間に上記背圧室8に連通する通気孔も開口させる必要があるため、上記主シート面44と排気シート面45とを同一平面上に設けることができず、そのため、弁部材本体41の上部に段差42を設けて、下段に主シート面44を、上段に排気シート面45を設けることにより、上記段差42の部分に通気孔を開口可能とし、上記両シート面部44,45による安定的な流体の通断を行えるように構成している。

しかしながら、かかる構成を採用すると、この弁部材40を製造する場合に、上記主シート面44と排気シート面45とを独立のシート材として成形したうえで個別的に弁部材本体41に安定的に固定するのには困難性があり、そのため、弁部材本体41に対してゴム弾性を有するシート材を単一のゴムライニングとして、上記段差42の上下段に跨る一体のシート部材43を設け、更に、上記段差42の側面部分に通気孔を開口させるため、弁部材本体41の下面から上面に達しない通気孔46及びその上部を側面に開口させる分岐通孔47を穿設する必要が生じ、そのため、該弁部材本体41は成形品によって製造するのに困難性があり、上記シート部材43をライニングするための構造並びに上記通気孔46及び分岐通孔47の形成のため、金属材の切削加工により形成しなければならず、また、その弁部材本体41に個別的にゴムライニングを施す必要があり、結果的に弁部材の製造コストが比較的高価なものになる。

本発明の技術的課題は、弁部材を簡単に成形及び組立できる成形品で製造可能な部品の結合構造をもつように形成し、それによって、弁部材の製造コストを低減した常閉型3ポート弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、弁ボディ内の供給ポートと出力ポートとの間に設けた主弁座に対し、上記供給ポート側から復帰バネで閉弁方向に付勢された弁部材を備え、該弁部材に対する開弁操作力の付与により主弁座を開放させる開弁用のロッド内に、該弁部材上の排気シート面への当接によって閉じられる排出流路を設け、該弁部材に、それが弁開位置にあるときにその背後に形成される背圧室を出力ポート側の主流体の流路に連通させる通気孔を設けることにより、該弁部材の表裏面に作用する流体圧をバランスさせるようにしたバランス機構を有する常閉型の3ポート弁において、上記弁部材を、上記主弁座に対し接離方向に摺動自在に保持されて内部に上記通気孔を形成する貫通孔を設けた弁部材本体と、ゴム弾性を有する円盤状のシール材により形成され、上記弁部材本体における主弁座対向面に当接されて、上記主弁座に対向する部位に主シート面を形成すると共に、上記開弁用のロッドにおける排出流路の端面に対向する部位に排気シート面を形成し、更に、上記弁部材本体の貫通孔を上記排気シート面と排気シート面との間に開口させる通孔を設けたシート部材と、該シート部材の中央部に気密に嵌入して先端を上記弁部材本体に係止させることによって、該シート部材を弁部材本体に固定する固定部材と、上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠とにより構成し、しかも、上記弁部材を構成する各部品をいずれも成形品により形成したことを特徴とする常閉型3ポート弁が提供される。

本発明に係る常閉型3ポート弁の好ましい実施形態においては、上記シート部材の周辺を上記弁部材本体上に保持させる押さえ枠が、シート部材の周辺に係止して該シート部材を弁部材本体の周辺との間に挟持する係止縁部を備え、弁部材本体の周縁に当接する該押さえ枠の周縁下部を、該弁部材本体に溶着または接着により固定したものとして構成される。 また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記弁部材に対して開弁操作力を付与する上記開弁用のロッドの先端を、上記弁ボディから外部に突出させ、該ロッドの外端を弁操作機構が機械的に当接する当接端として構成することができる。

更に、本発明の好ましい実施形態においては、上記弁部材本体における主弁座対向面に、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔を、該弁部材本体における上記貫通孔に対して連通させる凹溝を形成したものとして構成し、或いは、上記弁部材本体における主弁座対向面において、弁部材におけるシート部材の主シート面と排気シート面との間に対応させて設けた通孔に挿入して、シート部材を位置決めすると共に、該通孔が変形により狭窄化するのを抑止する突子を設けたものとして構成される。

以上に詳述した本発明の常閉型3ポート弁によれば、弁部材を簡単に成形及び組立できる成形品で製造可能な部品の結合構造をもつように形成し、それによって、弁部材の製造コストを低減した常閉型3ポート弁を提供することができる。

本発明に係る常閉型3ポート弁の実施例を示す縦断面図である。

上記常閉型3ポート弁における弁部材の平面図である。

図2に示す弁部材のA−A位置での断面図である。

同弁部材の分解斜視図である。

上記弁部材の変形例を示す平面図である。

図5に示す弁部材のB−B位置での断面図である。

同弁部材における弁部材本体の斜視図である。

本発明の常閉型3ポート弁における弁ボディと同種のものに用いられている公知の弁部材断面図である。

図1は、本発明に係る常閉型3ポート弁の実施の一例を示している。この常閉型3ポート弁は、弁ボディ1内の供給ポートPと出力ポートAとの間の流路に設けた主弁座2に対向させて、上記供給ポートP側から復帰バネ4で閉弁方向に付勢された弁部材3を備えている。また、該弁部材3に対する開弁操作力の付与により主弁座2を開放させる開弁用のロッド5は、その内部に、該弁部材3への当接によって閉じられる排気流路6を設け、その内端を後述する弁部材3上のシート部材32に接離することにより、該排気流路6を開閉可能に形成している。更に、上記弁部材3には、それが弁開位置にあるときにその背後の背圧室8を出力ポートA側の主流体の流路に連通させる通気孔9を設けて、これにより弁部材3の表裏面に作用する流体圧をバランスさせるバランス機構を構成させている。 なお、上記通気孔9は常に背圧室8を出力ポートA側の主流体の流路に連通させているが、図1に示すような閉弁時には出力ポートA側の流路が大気に開放されているので、背圧室8に圧力空気は導入されていない。

上記弁部材3は、それを主弁座2に対向させた位置において該主弁座2への接離方向に摺動自在に配設されるが、この弁部材3の保持は、弁ボディ1内に設けた弁孔10の内面に爪部12aを弾性的に係止固定させる保持部材12を嵌着して、この保持部材12内のシリンダ部12bにシール部材13を介して弁部材3を主弁座2への接離方向に摺動自在に嵌挿することによって行い、それにより、上記シリンダ部12b内における弁部材3の背後に前記背圧室8を形成させている。 なお、上記弁部材3は、必ずしも上述した保持部材12によって保持する必要はなく、上記主弁座2の供給ポートP側において、弁ボディ1等に、主弁座2に対して接離方向に摺動自在に配設されたものとすることができる。

また、上記開弁用のロッド5は、上記弁ボディ1に対し弁部材3の軸線方向に摺動自在に保持され、上述したようにその内部に排気流路6を備えていて、弁部材3側の端面5aが排気用弁部を形成し、該弁部材3上のシート部材32に当接することによって排気流路6が閉じられるようにし、他方端は、上記弁ボディ1から外部に突出させて、その外端を弁操作機構の適宜操作子が機械的に当接する当接端5bとし、上記排気流路6の外端は、弁ボディ1から外部に突出した部分において該ロッド5の側面に排気ポートRとして開放させている。なお、上記ロッド5の外端は、適宜弁操作機構を構成するアクチュエータにより動作させることができる。

弁ボディ1に対するこのロッド5の保持は、弁ボディ1内に設けたロッド保持孔14の内面に爪部15aを弾性的に係止固定させるロッド保持部材15を嵌着して、該ロッド保持部材15内の内側筒状部15bに該ロッド5を摺動自在に嵌挿し、そして、出力ポートA側の流路に開口している上記ロッド保持孔14を気密に閉鎖するため、上記ロッド5と弁ボディ1との間をロッド保持部材15に保持させたシール部材16,17によってシールしている。また、ロッド5の外周に形成したバネ受け部5cと弁ボディ1の内面との間に、ロッド用復帰バネ18を縮設している。

次に、図1〜図4を参照し、上記弁部材3の構成について詳細に説明する。 まず、上記弁部材3は、上記主弁座2に対し接離方向に摺動自在に保持されて内部に上記通気孔9を形成させるための貫通孔31aを設けた弁部材本体31と、ゴム弾性を有する円盤状のシール材により形成されて、上記弁部材本体31における主弁座対向面31bに当接保持されるシート部材32と、該シート部材32の中央部に気密に嵌入して先端部を上記弁部材本体31の貫通孔31a内に係止させることにより、該シート部材32を弁部材本体31に固定する固定部材33と、上記シート部材32の周辺を上記弁部材本体31上に保持させる押さえ枠34とにより構成している。

上記弁部材3を構成する部品である上記弁部材本体31、固定部材33及び押さえ枠34は、金属や合成樹脂の成形品により形成したものであり、また、上記シート部材32はゴム弾性を有するシール材を円盤状に成形されたものであって、各部品に対して成形後に加工を行う必要をなくしているため、それらの成形を、個別的に機械加工する場合等に比して安価に行うことができ、また、以下に説明する上記各部品の構成から明らかなようにそれらの各部品の組立も機械的に行うことができるので、この点でも製造コストを低廉にすることができる。

上記弁部材3の構成を更に具体的に説明すると、円盤状をなす上記シート部材32は、上記主弁座2に対向する部位に該主弁座2に接離する主シート面32aを形成すると共に、上記開弁用のロッド5における排出流路6の端面5aに対向する部位に該端面5aが接離する排気シート面32bを形成し、更に、上記弁部材本体31の貫通孔31aを上記主シート面32aと排気シート面32bとの間に開口させる通孔32cを設けたもので、該通孔32cは、同心円状をなす主弁座2とロッド5における排出流路6の端面5aとの間に位置するように、平面視において円弧状に形成している。

上記シート部材32は、上記弁部材本体31における主弁座対向面31bに当接、固定するものであるが、該弁部材本体31の主弁座対向面31bには、シート部材32の上記主シート面32aと排気シート面32bとの間に対応させて設けた通孔32cに挿入してシート部材32を位置決めすると共に、該通孔32cが変形により狭窄化するのを抑止するための突子31cを設けている。上記突子31cは、シート部材32の通孔32cと同様な平面視円弧状であるが、その両外面側の形状を通孔32cの内面外周側に接する円弧面31dとなすことにより、シート部材32の安定的な位置決めを行い、また、該突子31cの内側面側に通孔32cの内壁面との間に間隙が生じるように凸部31eを形成して、該通孔32cの狭窄化を抑止するような形態が望ましい。 更に、上記弁部材本体31における主弁座対向面31bには、上記通孔32cを貫通孔31aに連通させるための凹溝31fを形成している。

上記シート部材32は、上記弁部材本体31における主弁座対向面31bに上述したようにして当接させたうえで、その中央部に設けたところの弁部材本体31側が小径になっている円錐孔32dに、略同形の頭部を有する固定部材33を気密に嵌入して、その先端側鉤部33aを弁部材本体31の貫通孔31a内の段部に圧入係止させることによって、該シート部材32の中央部を弁部材本体31に固定している。 また、上記シート部材32の周辺を上記弁部材本体31上に保持させる押さえ枠34には、シート部材32の周辺に係止して該シート部材32を弁部材本体31の周辺との間に挟持する係止縁部34aを備え、弁部材本体31の周縁に当接する該押さえ枠34の周縁下部34bを、該弁部材本体31の周縁に溶着または接着により固定している。

一方、図5〜図7は、弁部材3の他の構成例を示すもので、上記図1〜図4の弁部材に比して、弁部材本体31における主弁座対向面31bに突設する突子31cを省略し、シート部材32の主シート面32aと排気シート面32bとの間に対応させて設けた通孔32cを、該弁部材本体31における上記貫通孔31aに対して連通させる凹溝31fを、該弁部材本体31に形成したものである。 この場合、弁部材本体31に対するシート部材32の固定部材33及び押さえ枠34による固定をより確実に行えばよい。 なお、この構成例におけるその他の構成及び作用は、図1〜図4を参照して説明した弁部材の場合と変わるところがないので、ここでは主要部に同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

上記構成を有する常閉型3ポート弁においては、開弁のためにロッド5の先端が押圧されると、該ロッド5の排気流路6の端面5aが弁部材3の排気シート面32bに圧接されて、ロッド内の排出流路6を閉鎖すると共に、該ロッド5により弁部材用復帰バネ4の付勢力に抗して弁部材3が押圧されて、弁座が開かれる。その結果、供給ポートPから出力ポートAに圧力空気が流れ、また、この弁開時に、弁部材3の背後に形成される背圧室8に、弁部材3に設けた通気孔9を通して出力ポートA側の流体圧が導入され、弁部材3の表裏面に作用する流体圧がバランスする。上記ロッド5の内端面5aが弁部材3の排気用シート部に圧接している限り、ロッド5内を通して外部に開口する排出流路6は閉鎖している。

ロッド5に対する開弁のための押圧力が消失したときには、ロッド用復帰バネ18の付勢力でロッド5は復帰し、上述のように弁部材3の表裏面に作用する流体圧がバランスしているので、弁部材用復帰バネ4による小さい付勢力で弁部材3を復帰させることが可能になり、弁部材用復帰バネ4の付勢力を小さいものにしても、弁部材3の主シート面32aを主弁座2に当接させてそれを閉鎖することができる。ロッド5を押圧して弁開するときの押圧力は、ロッド用復帰バネ18及び弁部材用復帰バネ4の付勢力に対抗するものであればよい。

ロッド5に対する開弁のための押圧力が消失すると、ロッド5はロッド用復帰バネ18の付勢力によりもとの閉弁位置に復帰するので、ロッド5の端面5aが弁部材3の排気シート面32bから離れ、ロッド5内の排出流路6を通して出力ポートA側の圧力空気がロッド5の先端から排出される。それと同時に、弁部材3の背後に形成されている背圧室8内に流入していた流体圧も、弁部材3の通気孔9からロッド5内の排出流路6を経て外部に排出され、背圧室8内は大気圧になる。

1 弁ボディ 2 主弁座 3 弁部材 4 復帰バネ 5 ロッド 6 排気流路 8 背圧室 9 通気孔 31 弁部材本体 31a 貫通孔 31b 主弁座対向面 32 シート部材 32a 主シート面 32b 排気シート面 32c 通孔 33 固定部材 34 押さえ枠 P 供給ポート A 出力ポート R 排気ポート