JP2005299873A

JP2005299873A - 流体制御弁

Info

Publication number: JP2005299873A
Application number: JP2004119952A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Imaeda; 博秀今枝
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】加工が容易で低コストのもと安定したシール性を実現できる弁体の固定構造を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の流体制御弁１は、シャフト２２の先端部２２ａが挿入される挿入孔２３ａの内径面に環状の溝２３ｂが形成される弁体２３と、先端部２２ａに環状の溝２２ｂが形成されるシャフト２２と、溝２３ｂと溝２２ｂとの間にて圧縮して装着される環状弾性体２９とを有する。本発明の流体制御弁２は、シャフト５２の先端面５２ａが挿入される挿入孔５３ａと、挿入孔５３ａの入口に形成される環状凸部５３ｂと、挿入孔５３ａと環状凸部５３ｂとを有する弁体５３と、先端面５２ａに軸方向の孔５２ｂが形成されるシャフト５２と、軸方向の孔５２ｂに圧入することにより先端面５２ａの外径を環状凸部５３ｂの内径より大きくさせる鋼球５９とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動機構により駆動するシャフトと、シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフトに弁体を固定させる構造に関するものである。

＜従来技術１＞
２ポート弁についての弁体の固定構造の一例として、特許文献１が存在する。
以下、この特許文献１における２ポート弁１０１について説明する。

２ポート弁１０１の構成について説明する。
図７は、特許文献１の２ポート１０１弁を示す断面図である。左半分が開弁状態、右半分が閉弁状態を示す。２ポート弁１０１の外観は弁ボディ１１１とカバー１１２により構成され、カバー１１２内を摺動するピストン１２１と、ピストン１２１のシャフト１２２に取り付けられた弁体１２３とを備えている。

図８は弁体１２３周辺の断面図、図９は弁体１２３の周辺に配設される各部品の断面図である。図９に示すようにシャフト１２２にはテーパ部１３１が形成され、さらにそこから軸方向に延びる小径部１３２が形成されている。また、小径部１３２の先端部にもテーパ部１３３が設けられ、テーパ部１３３に隣接して止め輪１２６が装着される溝部１３４が設けられている。弁体１２３は、シャフト１２２の小径部１３２が挿入される貫通孔１３６を有し、貫通孔１３６はシャフト１２２の先端側の一部が拡径されて環状の段部１３７が形成されており、貫通孔１３６の他方の端にはシャフト１２２のテーパ部１３１とほぼ一致するテーパをもつように拡径されたテーパ部１３８が形成されている。そして、前記段部１３７には、シャフト１２２の小径部１３２と弁体１２３との間を封止するシール材１２４が装着され、弁体１２３はシャフト１２２の小径部１３２が挿入される貫通孔をもったプレート１２５を介して、溝部１３４に装着された止め輪１２６によりシャフト１２２のテーパ部１３１に押しつけて係止されている。弾性部材からなる環状のシール材１２４は、それを段部１３７に装着したとき、図８に示すように、シャフト１２２の軸方向の大きさが段部１３７の深さよりも大きく、そのため溝部１３４に装着した止め輪１２６によってプレート１２５を装着したとき、弁体１２３がプレート１２５によりシール材１２４を介して弾性的にシャフト１２２のテーパ部１３１に押しつけられる。
特開２００１−１９３８４５号公報（第０００８段落、第００１３段落、第１図〜第３図）

＜従来技術２＞
流体制御弁において弁体をシャフトに固定する構造として、図１０および図１１に示すようなものが存在する。
図１０は流体制御弁の開閉を行う弁機構の拡大図、図１１は弁体２２３の周辺に配設される各部品の断面図である。この弁機構は、シャフト２２２、弁体２２３、弁座２２７、弁孔２２８、平行ピン２２９、Ｏリング２２４から構成される。弁体２２３およびシャフト２２２に平行ピン２２９を貫通させ、かつ平行ピン２２９と弁体２２３の貫通孔のはめあいを「しまりばめ」とすることにより、シャフト２２２に弁体２２３を組み付けるものである。

＜従来技術３＞
弁において弁体をシャフトに固定する構造として、図１２に示すようなものが存在する。
図１２はＪＩＳ規格に記載された弁機構の拡大図である。
この弁機構は、シャフト３２２、弁体３２３、弁座３２７、弁孔３２８、固定部材３２９から構成される。固定部材３２９をシャフト３２２上部より挿入して、弁体３２３にねじ込むことによりシャフト３２２に弁体３２３を組み付けるものである。

しかしながら、従来技術１〜３には以下の問題点が存在する。
従来技術１では、弁体１２３はそのテーパ部１３８をシャフト１２２のテーパ部１３１に押し付けられて取り付けられている。すなわち、テーパ部１３８とテーパ部１３１とで嵌め合わされシャフト１２２の径方向の動きに対する自由度を有さないことから、テーパ部１３８とテーパ部１３１の加工精度が得られないときには、弁体１２３と弁座１２７の加工精度によってはシール性が不安定で漏れが生じる可能性がある。また、弁機構を構成する部品として少なくとも、シャフト１２２、弁体１２３、シール材１２４、プレート１２５、止め輪１２６の５点を要する。さらに、止め輪１２６を溝にはめ込むためには専用の工具が必要になり、組み立てに手間がかかる。

従来技術２では、平行ピン２２９と弁体２２３の貫通孔のはめあいを「しまりばめ」とするために、平行ピン２２９の外径および弁体２２３の貫通孔の内径の公差精度を保つ必要があり、また、弁体２２３の２つの貫通孔の位置の公差精度も保つ必要がある。
従って、加工費が高くなる。また、上記公差を保てなければ平行ピン２２９を弁体２２３の貫通孔にはめることが困難になったり、仮に平行ピン２２９を弁体２２３の貫通孔にはめることができたとしても組み立てには手間がかかり、さらに弁体２２３と弁座２２７のシール性が不安定で漏れが生じる可能性がある。

従来技術３では、固定部材３２９を弁体３２３にねじ込むことにより弁体３２３を固定する。そのため、固定部材３２９と弁体３２３にネジ加工が必要になり、コストが高くなる。また、ねじ込むためには一定のはめ合い長さが必要になるため、各部品が大きくなり流体制御弁のコンパクト化が図れない。さらに、固定部材３２９はロッド３２２の上部から挿入する必要があり、組み立てに手間がかかる。

本発明は以上のような課題を解消するためになされたものであり、加工が容易で低コストのもと安定したシール性を実現できる弁体の固定構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明では、駆動機構により駆動するシャフトと、シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフトの先端部が挿入される挿入孔の内径面に環状の弁体溝が形成される弁体と、先端部に環状のシャフト溝が形成されるシャフトと、弁体溝とシャフト溝との間にて圧縮して装着される環状弾性体とを有することを特徴とする。

前記目的を達成するために請求項２に係る発明では、駆動機構により駆動するシャフトと、シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフトの先端面が挿入される挿入孔と、挿入孔の入口に形成される環状凸部と、挿入孔と環状凸部とを有する弁体と、先端面に軸方向の孔が形成されるシャフトと、軸方向の孔に圧入することにより先端面の外径を環状凸部の内径より大きくさせる鋼球とを有することを特徴とする。

本発明の流体制御弁は、駆動機構により駆動するシャフトと、シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフトの先端部が挿入される挿入孔の内径面に環状の弁体溝が形成される弁体と、先端部に環状のシャフト溝が形成されるシャフトと、弁体溝とシャフト溝との間にて圧縮して装着される環状弾性体とを有するので、弁座や弁本体等の加工精度の影響を受けにくく微調整が可能な安定したシール性を実現することができ、各部品の加工が容易で高精度を要求せずコストを低く抑えることができるとともに、部品点数も抑えることができ、コンパクト化が図れ、組み立ても容易となる。

本発明の流体制御弁は、駆動機構により駆動するシャフトと、シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフトの先端面が挿入される挿入孔と、挿入孔の入口に形成される環状凸部と、挿入孔と環状凸部とを有する弁体と、先端面に軸方向の孔が形成されるシャフトと、軸方向の孔に圧入することにより先端面の外径を環状凸部の内径より大きくさせる鋼球とを有するので、弁座や弁本体等の加工精度の影響を受けにくく微調整が可能な安定したシール性を実現することができ、各部品の加工が容易で高精度を要求せずコストを低く抑えることができるとともに、部品点数も抑えることができ、コンパクト化が図れ、組み立ても容易となる。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明の弁体固定構造についての実施例１として、流体制御弁１について説明する。
図１に実施例１の流体制御弁１全体の断面図を、図２に実施例１の流体制御弁１の弁機構部の断面図を、図３に実施例１の流体制御弁１の弁機構部を構成する各部品の断面図を示す。
まず、実施例１の流体制御弁１の構成を説明する。
図１に示す流体制御弁１は駆動機構部と弁機構部から構成される。そして、弁機構部は、図２に示すように駆動機構部により駆動されるシャフト２２と、このシャフト２２の作用により弁の開閉を行う弁体２３、この弁体２３と当接・離間する弁座２７、弁座２７の内径側に形成された弁孔２８などから構成される。
図３に示すようにシャフト２２の先端部２２ａには溝２２ｂが、弁体２３には挿入孔２３ａと溝２３ｂが形成されており、溝２２ｂと溝２３ｂとを互いに組み合わせることにより環状の空間を設け、この空間内に環状弾性体２９が圧縮されながら挿入されている。また、シャフト２２の先端部２２ａはほぼ半球状に形成され、さらにシャフト２２と弁体２３の間には樹脂部材３０が挿入されている。

ここで、環状弾性体２９が圧縮されながら挿入されるシャフト２２の先端部２２ａの溝２２ｂ、および弁体２３の溝２３ｂの寸法設計の一例を説明する。かかる溝寸法は採用する環状弾性体２９の種類によって異なるものであるが、ここでは例えばＯリングの場合について説明する。図４において、環状弾性体２９としてＯリングを使用する場合には、まず、Ａ寸法はＪＩＳ規格を参考に設計する。そして、弁体２３がはめ易くかつ取れにくいようにするには、Ｂ寸法はＡ寸法の３分の２で設計するのが望ましい。また、Ａ寸法を大きくしＣ寸法を小さくすると弁体を固定する力が下がるので、メンテナンス等で弁体の取り外しが必要な場合など、その用途に応じてＣ寸法は、Ａ寸法との関係を考慮して設計する。
なお、図４ではＢ寸法がＣ寸法より大きい場合を示しているが、Ｂ寸法がＣ寸法よりも小さいものとしてもよい。

本発明の弁体固定構造は以上の構成を有するので、駆動機構部によりシャフト２２が駆動され弁体２３が弁座２７と離間するときには、環状弾性体２９を介して一体となっているシャフト２２と弁体２３が一体となって動作する。その一方、弁体２３が弁座２７と当接するときには、シャフト２２の先端部２２ａに形成された球形状に沿って弁体２３は動くことができる。
従って、シャフト２２に対する弁体２３の動きに自由度を持たせつつ、シャフト２２が受けた駆動力が軸方向に確実に弁座２７に伝わるので、弁体２３と弁座２７とが当接する閉弁状態において、弁体２３と弁座２７の加工精度に関わらず確実にシール性を維持することができる。
なお、樹脂部材３０により、シャフト２２に対する弁体２３の動きをより滑らかにしている。
また、シャフト２２、弁体２３、環状弾性体２９のわずか３点で構成され、それらは加工が容易な形状からなっている。

次に、前記構成を有する流体制御弁１の弁体固定構造の組み立て方法を、図３、図４をもとに説明する。
まず、シャフト２２の溝２２ｂに環状弾性体２９を嵌め込む。環状弾性体２９を嵌め込んだシャフト２２の先端部２２ａを弁体２３の挿入孔２３ａへ挿入する。挿入孔２３ａの挿入口には面取りが施されているので、挿入時に環状弾性体２９がかじる心配はない。そして、シャフト２２の先端部２２ａをさらに挿入させて、環状弾性体２９を弁体２３の溝２３ｂにも嵌め込む。
なお、図３では図４に示すようにシャフト２２の先端部２２ａの溝２２ｂの寸法（Ｂ寸法）が弁体２３の溝２３ｂの寸法（Ｃ寸法）より大きい場合を示しているが、Ｂ寸法がＣ寸法よりも小さい場合には、まず、弁体２３の溝２３ｂに環状弾性体２９を嵌め込んでおき、その後、シャフト２２の先端部２２ａを弁体２３の挿入孔２３ａへ挿入する方法をとることになる。
以上のように、流体制御弁１の弁体固定構造は、従来技術３に示したようなねじ込みのための一定のはめ合い長さなどを確保する必要がなく、コンパクト化が図れる。また、工具を使用せずに容易に組み立てることができる。

以上のような構成を有する実施例１により、以下の効果が得られる。
本発明の流体制御弁１は、駆動機構により駆動するシャフト２２と、シャフト２２により弁の開閉を行う弁体２３を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフト２２の先端部２２ａが挿入される挿入孔２３ａの内径面に環状の溝２３ｂが形成される弁体２３と、先端部２２ａに環状の溝２２ｂが形成されるシャフト２２と、溝２３ｂと溝２２ｂとの間にて圧縮して装着される環状弾性体２９とを有するので、（ａ）溝２３ｂと溝２２ｂの内部に環状弾性体２９が充満し弁体２３からシャフト２２が抜けず、（ｂ）弁体２３とシャフト２２間に異物が混入するのを防ぐことができ、（ｃ）環状弾性体２９が有する弾性により弁体２３とシャフト２２間で動きに自由度を持たせて弁座２７や弁本体等の加工精度の影響を受けにくく微調整が可能な安定したシール性を実現することができ、（ｄ）各部品の加工が容易で高精度を要求せずコストを低く抑えることができ、（ｅ）部品点数もシャフト２２、弁体２３、環状弾性体２９の３点に抑えることができ、（ｆ）コンパクト化を図ることができ、（ｇ）工具が不要で組み立ても容易となる。

本発明の弁体固定構造についての実施例２として、流体制御弁２について説明する。
図５に実施例２の流体制御弁２の弁機構部の断面図を、図６に実施例２の流体制御弁２の弁機構部を構成する各部品の断面図を示す。
まず、実施例２の流体制御弁２の構成を説明する。
流体制御弁２は、図１に示す実施例１の流体制御弁１と同様に駆動機構部と弁機構部から構成される。そして、弁機構部は、図５に示すように駆動機構部（不図示）により駆動されるシャフト５２と、このシャフト５２の作用により弁の開閉を行う弁体５３、この弁体５３と当接・離間する弁座５７、弁座５７の内径側に形成された弁孔５８などから構成される。
図６に示すようにシャフト５２の先端面５２ａには孔５２ｂが、弁体５３には挿入孔５３ａと環状凸部５３ｂが形成されており、図５に示すように孔５２ｂに剛球５９を圧入した状態でシャフト５２の先端面５２ａは弁体５３の挿入孔５３ａに挿入されている。

次に、前記構成を有する流体制御弁２の弁体固定構造の組み立て方法を説明する。
まず、弁体５３の挿入孔５３ａに剛球５９を入れる。剛球５９を孔５２ｂに圧入しながらシャフト５２の先端面５２ａを弁体の挿入孔５３ａに挿入する。

以上のような構成を有する実施例２により、以下の効果が得られる。
駆動機構により駆動するシャフト５２と、シャフト５２により弁の開閉を行う弁体５３を有する弁機構とからなる流体制御弁において、シャフト５２の先端面５２ａが挿入される挿入孔５３ａと、挿入孔５３ａの入口に形成される環状凸部５３ｂと、挿入孔５３ａと環状凸部５３ｂとを有する弁体５３と、先端面５２ａに軸方向の孔５２ｂが形成されるシャフト５２と、軸方向の孔５２ｂに圧入することにより先端面５２ａの外径を環状凸部５３ｂの内径より大きくさせる鋼球５９とを有するので、（ａ）シャフト５２が弁体５３から抜けず、（ｂ）弁体５３の挿入孔５３ａの内径と剛球５９を圧入後のシャフト５２の外径にクリアランスを確保することにより弁体５３とシャフト５２間で動きに自由度を持たせて弁座５７や弁本体等の加工精度の影響を受けにくく微調整が可能な安定したシール性を実現することができ、（ｃ）剛球５９の面と弁体５３とを当接させることによりシャフト５２の動きに球体を平面上で回転させるような自由度を持たせて弁座５７や弁本体等の加工精度の影響を受けにくく微調整が可能な安定したシール性を実現することができ、（ｄ）各部品の加工が容易で高精度を要求せずコストを低く抑えることができ、（ｅ）部品点数もシャフト５２、弁体５３、鋼球５９の３点に抑えることができ、（ｆ）コンパクト化を図ることができ、（ｇ）工具が不要で組み立ても容易となる。

なお、本発明の流体制御弁は、前記実施例に限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で例えば油圧制御弁や空気圧制御弁の弁体、空気圧シリンダのロッド先端部などにも対応可能である。

本発明の一例である流体制御弁全体の断面図である。本発明の実施例１の弁機構部を拡大した断面図である。本発明の実施例１の弁機構部における各構成部品の断面図である。環状弾性体を取り付ける溝周辺の寸法について示した図である。本発明の実施例２の弁機構部を拡大した断面図である。本発明の実施例２の弁機構部における各構成部品の断面図である。従来技術１の２ポート弁全体の断面図である。従来技術１の２ポート弁の弁機構部を拡大した断面図である。従来技術１の２ポート弁の弁機構部における各構成部品の断面図である。従来技術２の流体制御弁の弁機構部を拡大した断面図である。従来技術２の流体制御弁の弁機構部における各構成部品の断面図である。従来技術３の流体制御弁の弁機構部を拡大した断面図である。

符号の説明

１流体制御弁
２２シャフト
２３弁体
２７弁座
２９環状弾性体
５２シャフト
５３弁体
５７弁座
５９剛球

Claims

駆動機構により駆動するシャフトと、前記シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、
前記シャフトの先端部が挿入される挿入孔の内径面に環状の弁体溝が形成される前記弁体と、
前記先端部に環状のシャフト溝が形成される前記シャフトと、
前記弁体溝と前記シャフト溝との間にて圧縮して装着される環状弾性体とを有することを特徴とする流体制御弁。
駆動機構により駆動するシャフトと、前記シャフトにより弁の開閉を行う弁体を有する弁機構とからなる流体制御弁において、
前記シャフトの先端面が挿入される挿入孔と、
前記挿入孔の入口に形成される環状凸部と、
前記挿入孔と前記環状凸部とを有する前記弁体と、
前記先端面に軸方向の孔が形成される前記シャフトと、
前記軸方向の孔に圧入することにより前記先端面の外径を前記環状凸部の内径より大きくさせる鋼球とを有することを特徴とする流体制御弁。