阅读说明：本技术 二通阀 (Two-way valve ) 是由 土居义忠 冲田让 铃木贵光 永田章纪 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：一种对一次侧端口(20)与二次侧端口(22)的连通状态和非连通状态进行切换的二通阀,其中,该二通阀具备：阀体(12、14),该阀体设置有一次侧端口和二次侧端口,并且在内部具有阀座部(26)；隔膜阀(16),该隔膜阀以能够相对于阀座部接触、分离的方式支承在阀体内；以及驱动机构,该驱动机构使隔膜阀位移,隔膜阀具备与阀座部的平坦的落座面(26a)相对的环状突起部(56),并且具备安装在环状突起部的背后的弹性部件(62)。(A two-way valve for switching between a communication state and a non-communication state between a primary port (20) and a secondary port (22), the two-way valve comprising: a valve body (12, 14) provided with a primary port and a secondary port and having a valve seat portion (26) therein; a diaphragm valve (16) supported in the valve body so as to be able to contact and separate from the valve seat portion; and a drive mechanism that displaces the diaphragm valve, wherein the diaphragm valve is provided with an annular protrusion (56) that faces the flat seating surface (26a) of the valve seat portion, and is also provided with an elastic member (62) that is attached to the back of the annular protrusion.)

二通阀

技术领域

本发明涉及通过隔膜阀的位移而切换一次侧端口与二次侧端口的连通状态和非连通状态的二通阀。

背景技术

以往，公知有如下的二通阀：在形成有一次侧端口和二次侧端口的阀体的内部设置有对一次侧端口与二次侧端口的连通路进行开闭的隔膜阀(例如，参照日本专利第3701367号公报)。

在这样的二通阀中，公知有如下的技术：缓和隔膜阀与阀座部接触时的冲击而抑制颗粒的产生(日本特开2015-215028号公报)。关于日本特开2015-215028号公报所公开的技术，将朝向隔膜的阀体面突出的无端状的突起部设置于阀座部，并且在隔膜的阀体面的背面侧设置弹性部件。根据该文献，隔膜与阀座部接触时的冲击被弹性部件吸收，该弹性部件与接触到突起部的隔膜一同变形。

然而，日本特开2015-215028号公报的隔膜的阀体面形成为薄膜状以使变形容易，由于沿着阀座部的突起部的形状而反复变形，因而产生过大的伸长，容易破裂。另外，若阀体面产生包含永久形变的过大的伸长，则阀体面与阀座部的突起部接触的位置偏移，除了容易产生颗粒之外，有可能产生流体漏出(泄漏)而使耐久性降低。

发明内容

本发明是考虑这样的课题而完成的，目的在于，提供一种二通阀，抑制由于隔膜阀与阀座部的接触而导致的颗粒的产生，并且提高隔膜阀的耐久性。

本发明的二通阀对一次侧端口与二次侧端口的连通状态和非连通状态进行切换，其中，该二通阀具备：阀体，该阀体设置有一次侧端口和二次侧端口，并且在该阀体的内部具有阀座部；隔膜阀，该隔膜阀以能够相对于阀座部接触、分离的方式支承在阀体内；以及驱动机构，该驱动机构使隔膜阀位移。而且，隔膜阀具备与阀座部的平坦的落座面相对的环状突起部，并且具备安装在环状突起部的背后的弹性部件。

根据上述二通阀，由于隔膜阀与阀座部的接触而导致的冲击被弹性部件缓和，因此抑制颗粒的产生。并且，由于设置于隔膜阀的环状突起部与阀座部的平坦的落座面接触，因此隔膜阀不会产生局部性的伸长，隔膜阀的耐久性提高。

在本发明的二通阀中，设置于隔膜阀的环状突起部与阀座部接触，由于环状突起部与阀座部的接触而导致的冲击被安装于环状突起部的背后的弹性部件吸收、缓和，因此抑制颗粒的产生。并且，由于设置于隔膜阀的环状突起部与阀座部的平坦的落座面接触，因此不会在隔膜阀产生局部性的伸长，不存在隔膜阀破裂的担心等，隔膜阀的耐久性提高。

根据参照附图而说明的以下的实施方式的说明，可以容易地了解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的二通阀处于闭阀状态时的纵剖视图。

图2是图1的C部放大图。

图3是图1的二通阀处于开阀状态时的纵剖视图。

图4是从斜下方观察图1的二通阀所使用的隔膜阀时的立体图。

图5是从斜上方观察图1的二通阀所使用的隔膜阀时的立体图。

图6是本发明的第二实施方式的二通阀处于开阀状态时的纵剖视图。

图7是图6的二通阀处于闭阀状态时的纵剖视图。

图8是示出在图6的二通阀中关于活塞下降时的阻尼部件的载荷与位移的特性的图。

具体实施方式

关于本发明的二通阀，列举多个优选的实施方式，一边参照附图一边详细地说明。以下，在说上下方向时，是指图1的箭头AB方向。即，在说“上”时，是指箭头A方向，在说“下”时，是指箭头B方向。

(第一实施方式)

一边参照图1～图5一边对本发明的第一实施方式的二通阀10进行说明。二通阀10包含形成有一次侧端口20和二次侧端口22的阀体主体12、与阀体主体12的上部连结的阀盖14、隔膜阀16以及活塞18。阀体主体12和阀盖14构成阀体。

阀体主体12由铝合金等金属材料或者氟树脂(PFA)等树脂材料形成。供压力流体流入的一次侧端口20与供压力流体流出的二次侧端口22以在同轴上相对的方式设置在阀体主体12。在一次侧端口20附设有配管连接用的一次侧接头20a，一次侧端口20经由配管而与未图示的第一压力流体供给源连接。在二次侧端口22附设有配管连接用的二次侧接头22a，二次侧端口22经由配管而与未图示的流体压力设备连接。此外，参照符号24所示的部件是指用于安装阀体的基座部件。

在阀体主体12的一次侧端口20与二次侧端口22的中间部位设置有具备阀座部26的内壁构造28。阀座部26的上表面为供隔膜阀16落座的环状的平坦的落座面26a，面向在阀体主体12形成的上方开口部30。优选落座面26a是表面粗糙度为规定以下的平滑面。从一次侧端口20到阀座部26的一次侧流路32包含内壁构造28的内侧的空间，从阀座部26到二次侧端口22的二次侧流路34包含内壁构造28的外侧的空间。一次侧流路32与二次侧流路34在隔膜阀16从落座面26a分离时相互连通，在隔膜阀16落座于落座面26a时相互切断。

阀盖14构成为基于外侧筒部36和内侧筒部38的二重的筒状。内侧筒部38被设置为经由从外侧筒部36的靠下方的部位沿水平方向延伸的连接部40而从该连接部40向上方延伸。在内侧筒部38的上端部经由环状的槽部而安装有圆筒状的阻尼部件42，阻尼部件42的一部分从内侧筒部38的上端面向上方突出。阻尼部件42具有规定的弹性，由例如合成橡胶形成。在外侧筒部36的上端部设置有上侧环状突出部36a，在外侧筒部36的下端部设置有下侧环状突出部36b。

第一端口44和第二端口46在上下方向上隔开距离地设置在阀盖14的侧面。第一端口44向大气开放，与此相对第二端口46经由配管而与未图示的第二压力流体供给源连接。第二端口46位于第一端口44的下方，与形成在外侧筒部36与内侧筒部38之间的空间连通。在阀盖14的侧面、而且在与连接部40大致相同的高度位置设置有第三端口48，第三端口48向大气开放。

隔膜阀16由主体部50、外周部52以及薄膜状的隔膜部54构成，主体部50能够与阀座部26的落座面26a接触、分离，外周部52支承于阀体，隔膜部54将主体部50和外周部52连接起来。该主体部50、外周部52和隔膜部54一体地形成，例如由包含聚四氟乙烯(PTFE)等合成树脂、或者天然橡胶或合成橡胶的弹性体形成。隔膜阀16与包含阀座部26的阀体主体12相比硬度较低。

如图2和图4所示，在隔膜阀16的主体部50的下表面设置有与阀座部26的平坦的落座面26a相对且向下方突出的截面为半圆状或圆弧状的环状突起部56。如图2和图5所示，在设置有该环状突起部56的部位的背面侧设置有在主体部50的上表面开口的环状凹部58。因此，整体上为厚壁状的主体部50在环状突起部56的附近由于环状凹部58的存在而呈薄壁状，环状突起部56的附近容易变形。具备外螺纹部的连结轴部60以向上方延伸的方式连接设置在主体部50的上表面中央。

在主体部50的环状凹部58安装有具有规定的弹性的圆筒状的弹性部件62。弹性部件62例如由NBR、聚氨酯橡胶等合成橡胶或者天然橡胶等形成，弹性部件62通过安装在主体部50的上表面侧的圆板状的保持件64而保持在环状凹部58内。因此，弹性部件62对环状突起部56及其附近的主体部50的薄壁状的部位的背面侧弹性地进行支承。

弹性部件62被设定为在安装于环状凹部58之前的自然状态下其上下方向(轴向)的长度与环状凹部58的深度大致相同。另外，圆筒状的弹性部件62的外周面和内周面形成为向随着朝向上方而相互接近的方向倾斜的锥面。因此，在环状凹部58的外周侧壁面与弹性部件62的外周面之间、以及在环状凹部58的内周侧壁面与弹性部件62的内周面之间分别存在越朝向上方则越大的间隙。因此，弹性部件62在沿轴向被压缩时，能够在环状凹部58内容易地弹性变形。并且，弹性部件62能够通过其下方侧(底面侧)的较大的面积对环状突起部56及其附近的主体部50的薄壁状的部位的背面侧进行支承。

阀盖14通过下侧环状突出部36b与阀体主体12的上方开口部30嵌合而安装于阀体主体12。此时，隔膜阀16的外周部52被夹持在阀盖14的下侧环状突出部36b的下端面与阀体主体12之间。隔膜阀16的隔膜部54追随于在阀体内位移的主体部50而屈曲。

活塞18具有与阀盖14的外侧筒部36嵌合的大径部66、与阀盖14的内侧筒部38嵌合的中径部68以及与隔膜阀16连结的小径部70。与阀盖14的外侧筒部36的内周面滑动接触的第一密封部件67经由凹槽而安装于活塞18的大径部66的外周侧。与阀盖14的内侧筒部38的内周面滑动接触的第二密封部件69经由凹槽而安装于活塞18的中径部68的外周侧。

在活塞18的小径部70设置有向下方开口、并且具有内螺纹部的螺纹孔70a。隔膜阀16通过主体部50的连结轴部60被***/螺合于活塞18的小径部70的螺纹孔70a而与活塞18连结。此时，在被隔膜阀16的连结轴部60插通的保持件64被夹持在活塞18的小径部70的下端面与隔膜阀16的主体部50之间。

在活塞18的小径部70的外周安装有截面为L字状的保持部件82，以夹在该保持部件82的下表面与隔膜部54的上表面之间的方式保持弹性支承体84。弹性支承体84例如通过NBR、聚氨酯橡胶等合成橡胶或者天然橡胶等而形成为厚壁的环状，能够与活塞18和隔膜阀16一体地位移。

在开阀时，弹性支承体84具有外周面比内周面向轴向下方偏移的自然状态的形状(无负荷时的形状)，在其上表面的靠内周的部位与保持部件82抵接，并且其下表面整体与隔膜部54面接触(参照图3)。另外，在从开阀向闭阀转移时，弹性支承体84外周侧被隔膜部54向上方挤压而变形，在闭阀时，弹性支承体84在其上表面整体与保持部件82抵接，并且其下表面整体与隔膜部54面接触(参照图1)。因此，弹性支承体84具有限制隔膜部54由于二次侧流路34内的流体的压力而向上方弯曲的作用。

通过在罩体72的下表面突出地设置的筒状突出部72a嵌入阀盖14的上侧环状突出部36a，从而罩体72安装于阀盖14的上端部。在筒状突出部72a的下端设置有沿径向延伸的多个狭缝72b。

阀盖14的内部空间被具备第一密封部件67的活塞18的大径部66划分成上部侧气缸室74和下部侧气缸室76。上部侧气缸室74经由第一端口44而向大气开放。下部侧气缸室76包含形成在阀盖14的外侧筒部36与内侧筒部38之间的空间，经由第二端口46而与未图示的第二压力流体供给源连接。通过对未图示的切换阀进行操作，能够从第二压力流体供给源向下部侧气缸室76供给压力流体，另外，能够将供给到下部侧气缸室76的压力流体排出。

通过阀盖14、隔膜阀16和活塞18而在隔膜部54的上方划分出隔膜室78。隔膜室78经由在阀盖14的连接部40形成的连通孔40a和第三端口48而向大气开放。另外，通过隔膜阀16的外周部52被夹持在阀盖14的下侧环状突出部36b与阀体主体12之间，从而隔膜室78被从一次侧流路32和二次侧流路34密封。下部侧气缸室76通过具备第二密封部件69的活塞18的中径部68而从隔膜室78被气密地保持。上述的保持部件82和弹性支承体84配设在隔膜室78内。

在上部侧气缸室74内，外径不同的二个螺旋弹簧80a、80b呈同心状配设。螺旋弹簧80a、80b安装在罩体72的下表面与活塞18的上表面之间，向下方对活塞18施力。此外，螺旋弹簧80a、80b被设置在活塞18的大径部66的上表面的环状凸部66a在径向上定位。

在不对下部侧气缸室76供给压力流体时，与活塞18一体地连结的隔膜阀16的主体部50通过螺旋弹簧80a、80b的弹力而在其环状突起部56处与阀座部26的落座面26a抵接。即，隔膜阀16作为常闭阀发挥功能。

活塞18能够在大径部66的上表面与罩体72的筒状突出部72a抵接的上止点和大径部66的下表面与阻尼部件42抵接而使阻尼部件42压缩规定的量的下止点之间位移。此外，与隔膜阀16连结的活塞18和用于使活塞18向上方或者下方位移的结构相当于使隔膜阀16位移的驱动机构。

本实施方式的二通阀10基本上像以上那样构成，以下，一边参照图1和图3一边对其作用进行说明。

使一次侧端口20与第一压力流体供给源连接，并且使二次侧端口22与流体压力设备连接，使第二端口46经由未图示的切换阀而与第二压力流体供给源连接。第一端口44和第三端口48始终为大气开放状态。

在初始位置，如图1所示，通过螺旋弹簧80a、80b的弹力将活塞18向下方按压，隔膜阀16的环状突起部56落座于阀座部26的落座面26a，一次侧端口20与二次侧端口22处于非连通状态。

当从该初始状态起对未图示的切换阀进行操作，来自第二压力流体供给源的压力流体通过第二端口46而向下部侧气缸室76供给时，活塞18由于供给到下部侧气缸室76的流体的压力而被向上方按压。由于该按压力超过螺旋弹簧80a、80b的弹力，因此活塞18向上方位移。而且，与活塞18一体地连结的隔膜阀16的主体部50从阀座部26分离，一次侧端口20与二次侧端口22连通。如图3所示，活塞18上升直到大径部66与罩体72的筒状突出部72a抵接，成为隔膜阀16的主体部50与阀座部26最分离的开阀状态。

这样，在一次侧端口20与二次侧端口22连通的状态下，从第一压力流体供给源朝向一次侧端口20供给压力流体。供给到一次侧端口20的压力流体通过一次侧流路32而到达阀座部26，在通过了在阀座部26的落座面26a与隔膜阀16的主体部50之间形成的间隙之后，通过二次侧流路34和二次侧端口22而朝向流体压力设备供给。

接下来，对切换阀进行操作，当第二端口46向大气开放时，供给/积蓄在下部侧气缸室76的压力流体向外部排出。因此，关于施加给活塞18的力，螺旋弹簧80a、80b的弹力为支配性的，活塞18向下方位移。与活塞18连结的隔膜阀16的主体部50也向下方位移，主体部50的环状突起部56与阀座部26的平坦的落座面26a抵接。由此，与初始状态同样成为闭阀状态，一次侧端口20与二次侧端口22的连通被切断(参照图1)。此时，截面为半圆状或者圆弧状的环状突起部56的顶端与落座面26a线状地接触，因此环状突起部56以尽可能高的面压与落座面26a接触，发挥较高的密封性。

在主体部50的环状突起部56与阀座部26的落座面26a抵接时，环状突起部56被从落座面26a向上方挤压，环状突起部56附近的主体部50的薄壁状的部位以向上方挠曲的方式变形。而且，在环状突起部56及其附近的主体部50的薄壁状的部位的背面侧配设的弹性部件62被向上方挤压而在与保持件64之间在轴向上被压缩，发生弹性变形。

在该情况下，在环状凹部58的壁面与弹性部件62的锥面之间设置有间隙，因此弹性部件62容易变形。主体部50的环状突起部56在与阀座部26的落座面26a抵接时受到的负荷(冲击)以从弹性部件62的较宽的底面侧向弹性部件62整体分散的方式被传递，被有效地吸收。并且，不会针对主体部50的薄壁状的部位作用局部较大的应力。

这样，主体部50在与阀座部26抵接时产生的冲击被吸收、缓和，因此抑制伴随着主体部50与阀座部26的接触而硬度比阀座部26低的主体部50被切削而导致的颗粒的产生。因此，抑制在从一次侧流路32朝向二次侧流路34流动的压力流体中混入颗粒。另外，在主体部50没有产生局部性的应力集中，因此主体部50不会受到损伤。此外，使阀座部26的落座面26a为规定的平滑面也有助于颗粒抑制。

然而，在与主体部50的环状突起部56与阀座部26的落座面26a抵接相比稍早的时机，活塞18的大径部66与安装于阀盖14的内侧筒部38的上端部的阻尼部件42抵接。阻尼部件42通过其弹性作用而使活塞18的速度减速，并且限制活塞18向下方的位移。与活塞18一体地连结的隔膜阀16的主体部50的速度也减速，主体部50的环状突起部56以该减速后的速度与阀座部26的落座面26a抵接，因此进一步抑制颗粒的产生。

(第二实施方式)

接下来，一边参照图6～图8一边对本发明的第二实施方式的二通阀90进行说明。第二实施方式的阻尼部件及其周边的构造与第一实施方式不同。此外，在第二实施方式的二通阀90中，对与上述的二通阀10相同或者同等的构成要素标注相同的参照符号，并省略详细的说明。

第二实施方式的阻尼部件92作为碟形弹簧而构成。在阀盖14的内侧筒部38的上端面形成有环状突出部93，并且在环状突出部93的内侧形成有第一锥面94。第一锥面94是随着朝向内侧而向下方倾斜的锥面。阻尼部件92配设在环状突出部93的内侧，阻尼部件92的外周缘部卡合在环状突出部93与第一锥面94之间的台阶部。

阻尼部件92通过固定在环状突出部93的上端侧的板状的环板95而防止脱落。在环板95的内周侧的下表面形成有第二锥面96。第二锥面96是随着朝向内侧而向上方倾斜的面，其倾斜角与第一锥面94的倾斜角大致相等。阻尼部件92能够在其上表面沿着第二锥面96而接触的“ハ字”形状的无负荷状态(参照图6)与其下表面沿着第一锥面94而接触的“倒ハ字”形状的无负荷状态(参照图7)之间变形。

在活塞18的中径部68的外周面沿圆周方向等间隔地设置有多个突部97。例如，多个突部97每隔90度而合计设置四个。多个突部97能够从上方与阻尼部件92的内周缘部抵接，而使阻尼部件92从“ハ字”形状反转成“倒ハ字”形状，另外，能够从下方与阻尼部件92的内周缘部抵接，而使阻尼部件92从“倒ハ字”形状反转成“ハ字”形状。

在图8中示出关于活塞18下降时的阻尼部件92的载荷和位移的特性。纵轴表示阻尼部件92要将活塞18向上方推回的力的大小，横轴表示以活塞18的上止点为基准的活塞18向下方的位移量。

如图6所示，在隔膜阀16的主体部50从阀座部26最分离的开阀状态下，阻尼部件92的上表面沿着环板95的第二锥面96而接触，并且，活塞18的突部97位于阻尼部件92的内周缘部的正上侧。当从该状态起，下部侧气缸室76的压力流体向外部排出时，活塞18受到螺旋弹簧80a、80b的弹力而向下方位移。

在该情况下，活塞18的突部97将阻尼部件92的内周缘部向下方下推，因此活塞18从阻尼部件92受到向上方推回的方向的反作用力。如图8所示，该反作用力在活塞18的位移量为δ时、即在主体部50的环状突起部56正好到达阀座部26的落座面26a时(正好抵接时)为极大值。这样，在活塞18的位移量达到δ为止的期间，活塞18和隔膜阀16的主体部50被充分地减速，环状突起部56以该减速后的速度与落座面26a抵接。由此，颗粒抑制效果进一步提高。

而且，当活塞18的位移量超过δ时，阻尼部件92从“ハ字”形状反转成“倒ハ字”形状，阻尼部件92推回活塞18的力一下子消失。因此，螺旋弹簧80a、80b的弹力保持原样地作为环状突起部56对落座面26a的按压力而发挥作用。因此，即使没有将螺旋弹簧80a、80b的弹簧力设定得那么大，也能够确保较高的密封性。

最终，活塞18的突部97一边使呈“倒ハ字”形状的阻尼部件92以从内侧扩张的方式发生变形，一边越过阻尼部件92的内周缘部，在突部97位于该内周缘部的下侧的情况下活塞18到达下止点(参照图7)。

然后，当压力流体向下部侧气缸室76供给而活塞18向上方位移时，活塞18的突部97将阻尼部件92的内周缘部向上方上推，使阻尼部件92从“倒ハ字”形状反转成“ハ字”形状。活塞18的突部97一边使呈“ハ字”形状的阻尼部件92以从内侧扩张的方式发生变形，一边越过阻尼部件92的内周缘部，在突部97位于该内周缘部的上侧的情况下活塞18到达上止点(参照图6)。

此外，活塞18的突部97相对于“ハ字”形状的阻尼部件92的内周缘部，能够从下侧向上侧越过，但无法从上侧向下侧越过。同样，活塞18的突部97相对于“倒ハ字”形状的阻尼部件92的内周缘部，能够从上侧向下侧越过，但无法从下侧向上侧越过。

在上述的实施方式中，构成为以螺旋弹簧80a、80b的弹力将隔膜阀16关闭，但也可以取代设置螺旋弹簧80a、80b等弹簧部件，而向上部侧气缸室74供给压力流体从而将隔膜阀16关闭。在该情况下，设置于罩体72的筒状突出部72a的狭缝72b实现确保该压力流体的通路的作用。另外，也可以成为如下的常开阀：将弹簧部件配设于下部侧气缸室76并且控制上部侧气缸室74的压力而对隔膜阀16进行开闭。此外，作为使隔膜阀位移的驱动机构，也可以使用螺线管机构等电单元。

另外，在上述的实施方式中，在隔膜阀16的主体部50设置有一个环状突起部56，但也可以呈同心状地设置二个以上的环状突起部。在该情况下，即使在一个环状突起部产生了流体的泄漏，其他的环状突起部也能够进行辅助。

另外，在上述的实施方式中，使隔膜阀16的硬度比包含阀座部26的阀体主体12的硬度低，但也可以是，例如隔膜阀16和阀座部26都由硬度比较高的氟树脂(PFA)形成，使两者为相同的硬度。

另外，作为阻尼部件，在第一实施方式中，例如使用由合成橡胶形成的圆筒状的阻尼部件，而在第二实施方式中使用碟形弹簧，但阻尼部件的形状(弹簧的种类)和材质不限于此。

本发明的二通阀并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以采用各种方式。