(57)【要約】【課題】  小さな加圧力でも弁を確実に閉じることができ、漏洩の少ないバルブ装置を提供すること。【解決手段】  可動軸２１が下方に移動した遮断状態では、環状リブ６ｅが流入路１２を形成する第１の貫通孔１１の開口端に周囲に当接してこれを塞ぐ。可動軸２１の先部と弁体６の挿入部６ａ内の内部底面６ｆとの間に空洞部Ｃしたことから、環状リブ６ｅは十分に弾性変形することが可能となり、第１の貫通孔１１の開口端を確実に閉じることが可能となる。よって、漏洩の少ないバルブ装置とすることが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を形成する貫通孔の開口端に対し進退自在に対向配置された可動軸と、前記可動軸を前記貫通孔の開口端に接近および離間する軸線方向に沿って移動させる駆動機構と、前記可動軸の先端に設けられ、前記貫通孔の開口端に当接したときに弾性変形して前記貫通孔を閉鎖する弁体と、を備えたバルブ装置において、
前記弁体は、前記可動軸の先端を保持する有底の挿入部を有しており、前記挿入部に挿入された前記可動軸の先端と前記挿入部内の底面との間に空洞部が形成されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記挿入部の外部底面には、断面凸状の環状リブが周設されている請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記環状リブの側面が、外部底面側の基端部から先端に向かうほど細くなるテーパ状で形成されている請求項１または２記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記弁体は、軸線方向に延びる軸部と、この軸部と直交する外周方向に広がるフランジ部と、前記フランジ部の外周側に環状に形成された支持部とが一体形成されたものであり、前記挿入部が前記軸部に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記弁体がシリコンゴムで形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を開閉するバルブ装置に係わり、特に小さな加圧力でも確実に弁を遮断できるようにしたバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブ装置では、可動軸を軸線方向に変位させるアクチュエータが設けられ、この可動軸の先端に可撓性に優れたシリコンゴムなどからなる弁体が取り付けられている。
【０００３】
このバルブ装置では、アクチュエータが駆動され、可動軸が軸線方向に沿って変位されると、先端に設けられた弁体が弁座に接触する。このとき、弁体が弁座に設けられた流出路を塞ぐため、流入路と流出路との間を遮断できるようになっている。
【特許文献１】特開２００７−１６９３５号公報（第１１頁、図７−図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたバルブ装置では、可動軸の先端が弁体の中心の中心底部に密着する構成である。
【０００５】
しかし、前記中心底部の板厚寸法は薄いため、弁体が弁座に接触し遮断状態となったときには、弁体自身は変形することができず、あるいは変形できたとしても極わずかであるため、弁体の有する弾性力を有効に利用することができず、結果として漏洩の少ない遮断状態を保つことが困難であった。
【０００６】
また流路内の圧が高い場合において流体の漏洩を防止するには、遮断状態において大きな加圧力で弁座を加圧することが必要である。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のものでは、弁体の中心底部が平坦面で形成されており、中心底部に対して流体からの圧力が同じ方向に作用してしまうために加圧力を高めることが困難であった。しかも、必要以上に大きな加圧力で加圧すると、遮断状態から開放状態に切り換えたときに、弁体側の中心底部が弁座に張り付いてしまって開放状態への切り替えが不十分になるという問題があった。さらには大きな加圧力を発生させるアクチュエータが必要となるため、バルブ装置が大型化しやすいという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、弁体自身の有する弾性を有効利用することよって、小さな加圧力でも高い遮断状態を保つことが可能なバルブ装置を提供することを目的としている。
【０００９】
また本発明は、遮断状態と開放状態との切り替えを確実に行えるようにしたバルブ装置を提供することを目的としている。
【００１０】
さらに本発明は、アクチュエータの小型化に適したバルブ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、流路を形成する貫通孔の開口端に対し進退自在に対向配置された可動軸と、前記可動軸を前記貫通孔の開口端に接近および離間する軸線方向に沿って移動させる駆動機構と、前記可動軸の先端に設けられ、前記貫通孔の開口端に当接したときに弾性変形して前記貫通孔を閉鎖する弁体と、を備えたバルブ装置において、
前記弁体は、前記可動軸の先端を保持する有底の挿入部を有しており、前記挿入部に挿入された前記可動軸の先端と前記挿入部内の底面との間に空洞部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、弁体自身が有する弾性力と、空洞部によって形成される弾性力とを発生させることができる。このため、弁体と貫通孔の開口端との間を確実に閉じることが可能となる。
【００１３】
上記において、前記挿入部の外部底面には、断面凸状の環状リブが周設されているものが好ましい。
【００１４】
さらには、前記環状リブの側面が、外部底面側の基端部から先端に向かうほど細くなるテーパ状で形成されているものが好ましい。
【００１５】
上記手段では、弁体の外部底面に対して垂直方向に沿って作用する流体側の圧力を軽減することができる。このため、従来に比較して小さな加圧力で確実に弁を閉じることが可能となる。
【００１６】
また弁体が貫通孔の周囲に張り付きにくくなるため、遮断状態と開放状態との切り替えを確実且つスムーズに行うことができる。
【００１７】
例えば、前記弁体は、軸線方向に延びる軸部と、この軸部と直交する外周方向に広がるフランジ部と、前記フランジ部の外周側に環状に形成された支持部とが一体形成されたものであり、前記挿入部が前記軸部に形成されているとして構成できる。
また、前記弁体がシリコンゴムで形成されているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のバルブ装置では、小さな加圧力でも確実に弁を閉じることができる。
また遮断状態と開放状態との切り替えを確実且つスムーズに行うことができる。
さらには、バルブ装置全体の大きさを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態を示すバルブ装置の断面図、図２はバルブ装置の弁体を示す斜視断面図、図３および図４はバルブ装置の動作状態を示しており、図３は開放状態を示す拡大断面図、図４は遮断状態を示す拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に示すバルブ装置１は、弁本体２と電磁アクチュエータ（駆動機構）３とを有して構成される。バルブ装置１は、図示上側が電磁アクチュエータ３の配置される駆動側ＤＳとされ、下側に流路を供えた流体側ＦＳとされている。また、弁本体２は、図示左側が流体の供給側ＳＳとされ、右側が流体の吐出側ＥＳとされている。したがって、この実施の形態では、流体が図示左側の供給側ＳＳから右側の吐出側ＥＳに向かって流れる。
【００２１】
図１に示すように、弁本体２は、ボディ４と上蓋５とを有し、これらの間に弁体６が挟持されている。また、電磁アクチュエータ３は、上蓋５の駆動側ＤＳに取り着けられている。
【００２２】
ボディ４は、非磁性体、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂の成型品として形成されている。このボディ４の駆動側ＤＳに位置する上面の中央部には弁室７が一体に凹設されている。そして、この弁室７の図示上方の開口端は、弁体６の下面によって閉塞されている。なお、弁室７の形状としては、平面矩形状、円形状などの各種の形状から選択することができる。
【００２３】
ボディ４の中央部には左右一対のノズル８，９が一体に突設されている。これらの左右一対のノズル８，９は、左方の供給側ＳＳに配置された一方が流体の供給に用いる供給ノズル８Ａであり、右方に示す吐出側ＥＳに配置された他方が流体の吐出に用いる吐出ノズル９Ａである。
【００２４】
一方の供給ノズル８Ａの供給側内孔８ａは、ボディ４の中央部に向かって水平に延出されている。供給側内孔８ａのボディ４の中央側には第１の内端部８ｂが設けられている。この第１の内端部８ｂには、弁室７の底面７ａに向かって垂直に延在する第１の貫通孔１１が形成されている。なお、第１の貫通孔１１は弁室７の底面７ａのほぼ中心部に形成されている。前記供給側内孔８ａと前記第１の貫通孔１１とによって、本実施形態における弁室７に流体を流入させるための流入路１２が形成されている。
【００２５】
他方の吐出ノズル９Ａの吐出側内孔９ａも、ボディ４の中央部に向かって水平に延出されている。吐出側内孔９ａのボディ４の中央部側に位置する第２の内端部９ｂには、弁室７の底面の左端部から下方に向かって垂直に延在する第２の貫通孔１４の下端部が接続されている。そして、吐出側内孔９ａと第２の貫通孔１４とによって、本実施形態における弁室７から流体を流出させるための流出路１５が形成されている。
【００２６】
図２に示すように、本実施の形態に示す弁体６は、独楽形状（円盤の中心に軸を設けた形状）として形成されている。弁体６の中心には軸部６Ａが設けられ、この軸部６Ａの長手方向（軸線方向（Ｚ方向）ともいう）の中間には軸部６Ａから外周方向に向かって広がるフランジ部６Ｂが設けられている、そして、このフランジ部６Ｂの先端には環状（ドーナツ状態）に形成された支持部６Ｃが設けられている。軸部６Ａ、フランジ部６Ｂおよび支持部６Ｃは、シリコンゴムなどの弾性体で一体的に形成されている。なお、弁室７の開口端に弁体６を設ける際、ボディ４と上蓋５と間に支持部６Ｃが強固に挟持される。このため、この弁体６によって流体が弁室７から駆動側ＤＳに流出する漏洩を防止することができる。
【００２７】
前記軸部６Ａには、図示Ｚ１側の上端からＺ２方向の下端に向かって凹設された挿入部６ａが形成されている。挿入部６ａの中間部には、挿入部６ａの直径よりも僅かに大きな直径からなる掛止部６ｂが形成されている。また軸部６Ａの下面側となる挿入部６Ａの底部（外部底面６ｄ）の中心から外周側となる位置には、断面凸状からなる環状リブ６ｅが一体で周設されている。このような形状を有する弁体６は、後述する可動軸２１の変位に対して柔軟な弾性変形が付与される。
【００２８】
環状リブ６ｅの少なくとも外側の側面は、基端側となる外部底面６ｄからＺ２側の先端に向かうほどに細くなる傾斜面（テーパ状）からなるテーパ部６ｅ１で形成されている。そして、環状リブ６ｅの先端部分の直径は、第１の貫通孔１１の直径よりも大きい。このため、環状リブ６ｅの先端が第１の貫通孔１１の開口端に当接したときには、環状リブ６ｅの内側に第１の貫通孔１１の開口端が収まる。すなわち、第１の貫通孔１１の開口端の周囲を環状リブ６ｅで包囲することが可能となっている。
【００２９】
上蓋５は、ボディ４と同様に、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品によって形成されている。上蓋５は円盤状の取付部５Ａと、この取付部５Ａの駆動側ＤＳに位置する上面に対して垂直となる方向に延びる保持本体５Ｂとが一体に形成されている。保持本体５Ｂは長手方向の中央が両端よりも細く絞られた円環状の摺動基準部５ａが設けられている。摺動基準部５ａの内側は、可動軸２１が軸線方向に移動する際の基準となる基準面を形成している。上蓋５は、取付部５Ａの装着穴に挿入された取付ねじによって、ボディ４の上に取り付けられる（図示せず）。
【００３０】
電磁アクチュエータ３は、弁本体２の弁体６の先端に設けられた環状リブ６ｅを、弁室７の底部７ａに形成された第１の貫通孔１１の開口端に対して接離させるものである。すなわち、図３に示す流路の開放状態と、図４に示す流路の遮断状態とを選択的に切り換えるためのものである。
【００３１】
図１に示すように、電磁アクチュエータ３は、磁性体、例えば、磁気吸着性の高い純鉄などの加工品によって形成された可動軸（プランジャ）２１を有している。可動軸２１は円柱状からなる軸本体２１ａを有している。この軸本体２１ａの下端および上端には、軸本体２１ａの外径より細い径寸法で形成された作動部２２および案内軸２３が共に一体に形成されている。なお、作動軸２２および案内軸２３の周囲には、防振ゴムなどの緩衝材により形成された円環状のクッション３８，３９がそれぞれ装着されている。
【００３２】
下端側に設けられた作動部２２の長手方向の中央部には、作動部２２よりも太く、且つ軸本体２１ａよりも細い径寸法からなる掛止部２２ａが形成されている。作動部２２は前記弁体６の挿入部６ａに挿入されるが、このとき挿入部６ａ内に形成された掛止部６ｂと作動部２２に形成された掛止部２２ａとが互いに掛止し合う。これにより、挿入部６ａからの作動部２２の抜け止めが防止される。
【００３３】
また本発明では、前記挿入部６ａの深さ寸法は、前記作動部２２の長さ寸法よりも若干深めに設定されている。このため、作動部２２を前記弁体６の挿入部６ａに挿入した状態では、可動軸２１の先端である作動部２２の先部と挿入部６ａの上側となる内部底面６ｆとの間に所定の隙間余裕δからなる空洞部Ｃが形成されている（図３参照）。
【００３４】
図１に示すように、軸本体２１ａの作動部２２の近傍と、軸方向のほぼ中央部分には、ほぼ円環状の摺動部２５，２５が形成されている。これらの摺動部２５，２５の外径は、作動部２２の外径と同等もしくは若干大きく形成されている。摺動部２５，２５の直径は、前記保持本体５Ｂの摺動基準部５ａの直径と同じか、または僅かに細く形成されている。軸本体２１ａは、前記摺動部２５，２５が摺動基準部５ａの内接しており、この摺動基準部５ａにガイドされて軸線方向に移動する。
【００３５】
また図１に示すように、上端側に設けられた案内軸２３は、保持本体５Ｂの上端に固定されたケース蓋３１の中心の形成されたガイド穴３１ａに挿通されている。このガイド穴３１ａは可動軸２１が前記摺動基準部５ａの内側を基準として軸線方向（Ｚ方向）に沿って移動する際の直線性を補助する機能を有している。
【００３６】
前記可動軸２１の外側、より具体的には保持本体５Ｂの外側の位置には、磁性体によって形成されたヨーク３２が設けられる。このヨーク３２は、磁気回路を構成する為に配置されたものである。コイル３３は、保持本体５Ｂの摺動基準部５ａの外側とヨーク３２との間に設けられる。
【００３７】
保持本体５Ｂの上下の位置には、大径筒状部５Ｃ、５Ｄが一体に形成されている。この大径筒状部５Ｃ，５Ｄには、リング状の永久磁石４１，４２が設けられている。永久磁石４１，４２の両面には、磁性材料で形成されたヨーク４３、４４がそれぞれ固定されている。これらのヨーク４３，４４は、磁性体、例えば、磁束を通過させやすい純鉄などの加工品によって、全体としてほぼ環状に形成されている。
【００３８】
上下の永久磁石４１，４２は軸方向に互いに逆向きに着磁されており、その磁極は可動軸２１の移動方向であるＺ方向に沿って並設されている。例えば、上側の永久磁石４１は上端部側がＳ極に、下端部側がＮ極に着磁されているときには、下側の永久磁石４２は上端部側がＮ極に着磁され、下端部側がＳ極に着磁される。そして、可動軸２１は、このような環状の永久磁石４１，４２およびこれらの両端面に固定された環状のヨーク４３、４４の中心部をＺ方向に貫くように配設されている。この状態では、軸本体２１ａの上部側の外面と永久磁石４１の内面とが対向し、軸本体２１ａの下部側の外面と永久磁石４２の内面とが対向する。
【００３９】
したがって、永久磁石４１，４２の磁力によって、可動軸２１をそのいずれかの移動方向に吸引、すなわち、可動軸２１は、図１の下方に示す突出する方向（Ｚ１方向）または図１の上方である引き込む方向（Ｚ２方向）に磁気吸着されて保持される。
【００４０】
なお、上部側に位置する永久磁石４１の上面に固定されたヨーク４３の上端面は、保持本体５Ｂの上部に設けられたケース蓋３１の下端面に当接している。下部側に位置する永久磁石４２に上面に固定されたヨーク４４の下端面は、環状に形成された磁石固定部材３９の上面に当接している。そして、磁石固定部材３９の下面は弁体６の外周側に設けられた支持部６Ｃの内面と接する位置において、フランジ部６Ｂの上面に当接している。
【００４１】
図３に示すように、流路が開放状態にあり、可動軸２１が上方（Ｚ１方向）に移動すると、可動軸２１の上端側に設けられたクッション３８がケース蓋３１の下面に当接し、可動軸２１の上方への移動位置を規制する。同時に、磁石固定部材３９はフランジ部６Ｂの外周側の上面を押え付け、クッション３８と同様に可動軸２１の上方への移動位置を規制する。このとき、クッション３８は、可動軸２１の上端面が、ケース蓋３１に接触したときの衝撃を吸収する。
【００４２】
本実施形態のバルブ装置１では、コイル３３に供給する電流の方向を切り換えることで、可動軸２１の上端部の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に 切り換えることができ、同時に可動軸２１の下端部の極性を上端部の極性の切り換えと同期させてＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に切り換えることができるようになっている。つまり、電磁アクチュエータ３は電磁石として作用し、供給する電流の方向に応じて可動軸２１を、その軸方向に沿って下方への突出する方向（Ｚ２方向）および上方への引き込む方向（Ｚ１方向）の両方向に往復移動させることができる。そして、移動後の位置では、電流を遮断しても永久磁石４１，４２の磁気吸引力によって、可動部２１をその位置に保持することが可能となる。
【００４３】
次に、上記構成からなるバルブ装置の電磁弁としての動作について説明する。
電磁アクチュエータ３のコイル３３に対し、一方向の電流を与えると、可動軸２１が上方（Ｚ１方向）に移動させられ、流路は図３に示すような開放状態に設定させられる。この開放状態では、弁体６の先端である環状リブ６ｅが、弁室７の底面から上方に離れ、第１の貫通孔１１の開口端が開放される。このため、流体は供給側ＳＳから一方の供給ノズル８Ａの供給側内孔８ａおよび第１の貫通孔１１を介して弁室７に供給される。続いて、流体は、弁室７から第２の貫通孔１４および他方の吐出ノズル９Ａの吐出側内孔９ａを介して吐出側ＥＳに吐出される。
【００４４】
次に、電磁アクチュエータ３のコイル３３に与える電流の向きを切り換えると、図４に示すように可動軸２１が下方（Ｚ２方向）に移動させられ、流路は遮断状態に切り換えられる。この遮断状態では、弁体６の先端である環状リブ６ｅが、弁室７の底面に設けられた第１の貫通孔１１の周囲に当接し、第１の貫通孔１１の開口端を閉鎖する。
【００４５】
このとき、前記可動軸２１の下方向の端部と弁体６の内部底面６ｆとの間には空洞部Ｃが介在するため、可動軸２１からの加圧力は空洞部Ｃを介して弁体６の先端の環状リブ６ｅに伝達される。このとき、空洞部Ｃはエアクッション的な役割を果たす。このため、環状リブ６ｅは弁体６自身が有する弾性力に前記空洞部Ｃによる弾性力が加わった状態で第１の貫通孔１１の開口端の周囲を弾性的に加圧する。これにより、弁体６の環状リブ６ｅは十分に弾性変形することが可能となり、第１の貫通孔１１の開口端を確実に閉じることが可能となる。よって、漏洩の少ない遮断状態を保つことが可能となる。
【００４６】
また環状リブ６ｅは、外部底面６ｄよりも下方（Ｚ２方向）に突出しており、環状リブ６ｅが第１の貫通孔１１の開口端の周囲に当接すると、外部底面６ｄと弁室７の底面との間に僅かな隙間が形成される。このため、流体の圧力が作用する方向は、外部底面６ｄに対して上向き垂直な方向（Ｚ１方向）だけではなく、周方向に広がる水平方向、すなわち環状リブ６ｅの内側の面にも作用させることができる。その結果、弁体６の外部底面６ｄに作用する流体の圧力を外周方向に分散させることができ、前記上向き垂直な方向の圧力を低減することができる。このため、従来よりも小さな加圧力でも、環状リブ６ｅを第１の貫通孔１１の開口端の周囲に密着させて、前記第１の貫通孔１１を塞ぐことができ、漏洩の少ない遮断状態を保つことが可能となる。しかも、従来に比較して加圧力を小さくすることができるため、環状リブ６ｅが第１の貫通孔１１の周囲に張り付き難くすることができる。このため、遮断状態と開放状態との切り替えを確実に行うことが可能となる。
【００４７】
このように、本願発明のバルブ装置１では大きな加圧力がなくとも弁を確実に閉じることができる。このため、電磁アクチュエータとしても小型のものを採用することができ、結果として小型化のバルブ装置とすることができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では、空洞部Ｃおよび環状リブ６ｅが設けられ、さらに環状リブ６ｅの両側面をテーパ状とした構成のすべてを備える場合について説明したが本願発明はこれに限られるものではない。すなわち、多少効果は低減するものの、空洞部Ｃと環状リブ６ｅはいずれか一方のみを有する構成でもよい。また環状リブ６ｅを有する場合には、側面のテーパ部６ｅ１はテーパ状で形成されているものに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態を示すバルブ装置の断面図、
【図２】バルブ装置の弁体を示す斜視断面図、
【図３】バルブ装置の動作状態として開放状態を示す拡大断面図、
【図４】バルブ装置の動作状態として遮断状態を示す拡大断面図、
【符号の説明】
【００５０】
１  バルブ装置
２  弁本体
３  電磁アクチュエータ（駆動機構）
４  ボディ
５  上蓋
５ａ  摺動基準部
６  弁体
６Ａ  軸部
６Ｂ  フランジ部
６Ｃ  支持部
６ａ  挿入部
６ｄ  外部底面
６ｅ  環状リブ
６ｅ１  テーパ部（環状リブの外側の側面）
７  弁室
８，９  ノズル
８ａ  供給側内孔
８Ａ  供給ノズル
９Ａ  吐出ノズル
９ａ  吐出側内孔
１１  第１の貫通孔
１４  第２の貫通孔
２１  可動軸
２１ａ  軸本体
２２  作動部
２３  案内軸
３３  コイル
４１，４２  永久磁石
４３，４４ヨーク
Ｃ  空洞部
ＤＳ  駆動側
ＦＳ  流体側
ＳＳ  供給側
ＥＳ  吐出側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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