滑阀式切换阀

文档序号:39175 发布日期:2021-09-24 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 滑阀式切换阀 (Slide valve type switching valve ) 是由 宫添真司 野口和宏 于 2020-02-17 设计创作,主要内容包括:一种滑阀式切换阀,其在凸台部具备安装填料的凹槽,由该凹槽的构造的改进尽可能地抑制压缩流体流入凹槽的槽底面和填料的内周面之间。滑阀式切换阀(1)在滑阀(20)的凸台部(22)具备安装填料(13)的凹槽(50),其中,以槽底面的轴L方向长度的一半或者比其大的轴方向长度由从上游侧端(54)侧朝向下游侧端(55)侧连续性地缩径的倾斜面(52)形成凹槽的槽底面(51),使填料的内周面(14)在规定倾斜面的上游侧端侧的端部(52a)的压接点(S)相对于槽底面与应力集中相伴地压接,在将上述倾斜面与上述轴构成的角度作为α时,使槽底面中的连结上述压接点和上述上游侧端之间的连结面(53)与上述轴构成的角度θ为0°≦θ≦α的范围。(A spool valve type switching valve is provided with a recessed groove for receiving a packing in a boss portion, and the inflow of a compressed fluid between the groove bottom surface of the recessed groove and the inner peripheral surface of the packing is suppressed as much as possible by improving the structure of the recessed groove. A spool valve type switching valve (1) is provided with a recessed groove (50) for attaching a packing (13) in a boss portion (22) of a spool (20), wherein a groove bottom surface (51) of the recessed groove is formed by an inclined surface (52) continuously reducing the diameter from an upstream side end (54) side to a downstream side end (55) side by half or more of the axial length of the groove bottom surface, a pressure contact point (S) of an inner peripheral surface (14) of the packing at an end (52a) on the upstream side end side of a predetermined inclined surface is brought into pressure contact with the groove bottom surface together with stress concentration, and when the angle formed by the inclined surface and the shaft is defined as alpha, the angle theta formed by a connecting surface (53) in the groove bottom surface and the shaft, the connecting point and the upstream side end, is in the range of 0 DEG ≦ theta ≦ α.)

滑阀式切换阀

技术领域

本发明涉及一种将滑阀滑动自由地收容在滑阀孔中的滑阀式切换阀。

背景技术

如下的滑阀式切换阀已经广泛地被众所周知:其具有用于与流体压源连接的供气端口;用于将来自该流体压源的压缩流体相对于各种动作执行器等外部设备输出的输出端口;和用于将从各种动作执行器返回的排气排出的排气端口,在连接这些端口的滑阀孔内,通过使作为阀体的滑阀动作,切换这些端口之间的连通状态。

在这样的滑阀式切换阀中,通过在轴方向交替地邻接地配置形成作为阀部的凸台部和端口之间的连通路的环状凹部形成了上述滑阀。而且,上述滑阀孔的内面,通过在轴方向交替地邻接地配置由上述滑阀的动作使上述凸台部滑动自由地嵌合而将相邻的端口之间的连通遮断的环状的阀座部(阀座面)和在上述相邻的端口之间的连通时放置上述凸台部而与上述环状凹部一起形成该端口之间的连通路的环状的凹槽形成。

但是,在上述凸台部的外周端的滑动部(滑动面)形成了环状的凹槽,在此凹槽中安装了将上述滑阀孔和阀座部之间密封的环状的填料,使该填料的内周面与该凹槽的槽底面抵接,由此,在上述端口之间的连通的遮断时,防止了压缩流体通过上述滑动部和阀座部之间泄漏。

但是,在上述凹槽内,如果压缩流体流入该凹槽的槽底面和填料的内周面之间,则填料的内周面从凹槽的槽底面浮起,该填料变得容易从凹槽脱离,存在产生该填料的相对于阀座部的滑动阻力增大等各种弊端的危险。

因此,例如,如专利文献1所示,为了抑制压缩流体流入凹槽的槽底面和填料的内周面之间,关于填料的相对于上述凹槽的安装构造,主要从上述填料的形态的观点提出了各种方案,但从凹槽的构造看难说一定进行了充分的研究。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平6-147337号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的技术的课题在于,在滑阀的凸台部具备安装了填料的凹槽的滑阀式切换阀中,通过该凹槽的构造的改进尽可能地抑制压缩流体流入凹槽的槽底面和填料的内周面之间。

为了解决上述课题,本发明是一种滑阀式切换阀,其特征在于,上述切换阀具有滑阀孔、滑阀和阀驱动部,该滑阀孔连接使压缩流体流动的至少一对流路,在轴方向延伸;该滑阀在轴方向移动自由地插入该滑阀孔中;该阀驱动部使该滑阀在轴方向动作来切换上述流路之间的连通状态,在上述滑阀上,在轴方向相互邻接地形成了在绕轴的外周具有环状的滑动部的作为阀部的凸台部和外径比该凸台部小的小径部,在上述凸台部的滑动部,环绕设置了在径方向开口的环状的凹槽,由弹性材料构成的环状的填料收容在上述凹槽内,在上述滑阀孔的内面上,在轴方向相互邻接地形成了环状的阀座部和环状的大径部,该环状的阀座部是上述凸台部使其滑动部对置地在轴方向滑动自由地嵌合的阀座部,该环状的大径部的内径比该阀座部大,并且上述一对流路与在轴方向的夹着上述阀座部的两侧连接,由上述滑阀的动作能将上述一对流路之间的连通状态切换成如下的状态:将上述凸台部配置在上述大径部,并且将上述小径部配置在上述阀座部,上述一对流路彼此连通的状态;和将上述凸台部配置在上述阀座部,将上述一对流路彼此的连通遮断的状态,上述环状的凹槽具有槽底面和一对侧壁面,该槽底面具有上游侧端和下游侧端,该上游侧端在上述一对流路彼此连通时,在轴方向配置在上述一对流路之中的压缩流体流入滑阀孔的流路侧,该下游侧端配置在压缩流体从滑阀孔流出的流路侧,上述一对侧壁面从上述槽底面的上游侧端及下游侧端直立设置,相互相向,上述凹槽的槽底面具有倾斜面,该倾斜面的轴方向长度是该槽底面的轴方向长度的一半或者比其大,该倾斜面从上述上游侧端侧朝向下游侧端侧连续性地缩径,上述填料的内周面在规定该倾斜面的上述上游侧端侧的端部的压接点相对于上述槽底面与应力集中相伴地压接,在将上述倾斜面与上述轴构成的角度作为α时,连结槽底面中的上述压接点和上述上游侧端之间的连结面与上述轴构成的角度θ是0°≦θ≦α的范围。

此时,优选为,在上述凹槽的横截面中,上述槽底面的倾斜面及连结面分别构成了直线状,上述倾斜面与上述轴构成的角度α是10°≦α的范围。另外,优选为,上述填料的内周面在与其中央相比靠上述上游侧端的部分中与上述槽底面的压接点压接。

在本发明的上述滑阀式切换阀中,优选为,上述填料具有一对侧面,该一对侧面与上述内周面的宽度方向两端连结,相互背向,在上述凹槽内,上述填料的一对侧面之中的配置在上述下游侧端侧的下游侧侧面相对于上述凹槽的一对侧壁面之中的从上述槽底面的下游侧端直立设置的下游侧侧壁面总是抵接。

另外,优选为,在没有安装在上述凹槽中的状态的填料的横截面中,该填料的内周面形成为与上述轴构成平行的直线状。此时,更优选为,没有安装在上述凹槽中的状态的填料的横截面,形成为关于通过其内周面的中央而在径方向延伸的中心线左右对称,进而优选为,在没有安装在上述凹槽中的状态的填料的横截面中,该填料的一对侧面分别构成了随着从内周侧向外周侧去而相对于上述中心线渐渐地接近的直线状。

进而,在本发明的上述滑阀式切换阀中,优选为,上述凹槽中的一对侧壁面在相对于上述轴正交的方向延伸。另外,在将上述填料安装在上述凹槽中的状态下,该填料的外径形成为与上述滑阀孔的阀座部的内径相同或者比其大,与上述滑阀连接的上述流路是供气流路、输出流路及排气流路,在上述轴方向,输出流路连接在供气流路和排气流路之间,这些流路之中的上述一对流路是输出流路及排气流路,上述输出流路是压缩流体向滑阀孔流入的上游侧的流路,上述排气流路是压缩流体从滑阀孔流出的下游侧的流路。

发明的效果

如以上的那样,在本发明中,在滑阀的凸台部中的安装了填料的凹槽的槽底面具有倾斜面,该倾斜面形成为该槽底面的轴方向长度的一半或者比其大的轴方向长度,从上游侧端侧朝向下游侧端侧连续性地缩径,上述填料的内周面在规定该倾斜面的上述上游侧端侧的端部的压接点相对于上述槽底面与应力集中相伴地压接。而且,在将上述倾斜面与上述轴构成的角度作为α时,在槽底面中的连结上述压接点和上述上游侧端之间的连结面与上述轴构成的角度θ以成为0≦θ≦α的范围的方式形成。

因此,尽可能地抑制压缩流体流入上述凹槽的槽底面和填料的内周面之间,其结果,能防止由这样的压缩流体的流入产生的各种弊端之中的特别是填料的内周面从凹槽的槽底面浮起而导致该填料从凹槽脱离。另外,也能期待对滑动阻力的增大等其它的弊端进行抑制。

附图说明

图1是表示本发明的滑阀式切换阀的一实施方式的沿轴的概要的剖视图,表示滑阀向第一切换位置进行了位移的状态。

图2表示在图1的滑阀式切换阀中滑阀向第二切换位置进行了位移的状态。

图3是表示在图1的状态下的阀主体部的要部的M1部扩大图,表示第一凸台部向使第一输出流路和第一排气流路之间连通的开放位置进行了移动的状态。

图4是表示在图2的状态下的阀主体部的要部的M2部扩大图,表示第一凸台部向使第一输出流路和第一排气流路之间的连通遮断的封闭位置进行了移动的状态。

图5是填料的横剖视图。

图6是图3的N部扩大图,是表示填料的相对于滑阀的凸台部的凹槽的安装构造的一例的图。

图7是表示图6所示的填料的安装构造的一变形例的图。

图8表示使用了图6所示的填料的安装构造的关于填料的应力分布的仿真结果,(a)表示凸台部处于处于开放位置,流体压没有作用的状态,(b)表示凸台部处于开放位置,流体压作用的状态,(c)表示凸台部处于封闭位置,流体压作用的情况。

图9表示使用了图6所示的填料的安装构造的关于填料的应力分布的其它的仿真结果。

图10表示使用了图7所示的填料的安装构造的关于填料的应力分布的仿真结果。

图11表示使用了图7所示的填料的安装构造的关于填料的应力分布的其它的仿真结果。

图12表示关于填料的应力分布的仿真的参考结果。

图13表示使用了以往的填料的安装构造的关于填料的应力分布的仿真的参考结果。

具体实施方式

本发明的一实施方式的滑阀式切换阀1,具有在轴L方向延伸的滑阀孔7;与该滑阀孔7连接的供气流路8/输出流路及9、10及排气流路11、12;在轴L方向滑动自由地插入该滑阀孔7内的作为主阀的滑阀20;和用于使上述滑阀20动作的阀驱动部5。而且,通过由该阀驱动部5使滑阀20在滑阀孔7内位移,能选择性地切换上述输出流路9、10和上述供气流路8及排气流路11、12的连接状态。在这里,上述供气流路8是用于将来自未图示的流体压源(例如压缩机)的压缩空气等压缩流体向滑阀孔7供给的结构,上述输出流路9、10是用于将供给到该滑阀孔7的压缩流体相对于由该压缩流体驱动的流体压动作执行器(例如空气压缸)等各种流体压设备(省略图示)输出的结构,上述排气流路11、12是用于将来自该流体压设备的排气相对于大气等外部排出的结构。

具体地说,如图1~图4所示,上述滑阀式切换阀1是电磁阀(电磁先导阀式切换阀),由具备上述滑阀孔7、供气流路8、输出流路9、10、排气流路11、12及滑阀20的阀主体部2;在轴L方向与该阀主体部2的两侧端面连结的第一适配器部3及第二适配器部4;和上述第一适配器部3中的与上述阀主体部2相反侧的侧端面连结的作为上述阀驱动部5的电磁式先导阀部构成。

上述阀主体部2具有由树脂、金属呈大致长方体地一体成型的外壳6,上述滑阀孔7沿该外壳6的长度方向贯通其两侧端面之间。在该外壳6的平面(上面)上,开设了形成上述输出流路9、10的输出端口A、B,能相对于这些输出端口A、B连接向上述流体压设备的配管。另一方面,在与该平面背向的底面(下面)上,开设了用于连接来自上述流体压源的流路(或者配管)的形成上述供气流路8的供气端口P;和用于连接将从上述流体压设备通过输出端口A、B返回的排气向外部排出的流路(或者配管)的形成上述排气流路11、12的排气端口EA、EB。

在这里,上述输出端口A、B通过流路断面积比该输出端口A、B小的输出连通路9a、10a与上述滑阀孔7连接,由这些输出端口A、B和输出连通路9a、10a形成了上述输出流路9、10。另外,上述供气端口P通过流路断面积比该供气端口P小的供气连通路8a与上述滑阀孔7连接,由这些供气端口P和供气连通路8a形成了上述供气流路8。进而,上述排气端口EA、EB通过流路断面积比该排气端口EA、EB小的排气连通路11a、12a与上述滑阀孔7连通,由这些排气端口EA、EB和排气连通路11a、12a形成了上述排气流路11、12。

如果更具体地说明,则上述滑阀式切换阀1具备配置在外壳6的底面的中央的1个供气端口P;在该外壳6的底面的长度方向邻接地配置在上述供气端口P的两侧的第一排气端口EA及第二排气端口EB;和沿长度方向并列设置在上述外壳6的平面上的第一输出端口A及第二输出端口B的5个端口。而且,通过使上述电磁式先导阀部(阀驱动部)5断开或者接通,能使上述滑阀20相对于在将供气端口P与第二输出端口B连通的同时将第一输出端口A与第一排气端口EA连通的第一切换位置(参照图1)和在将供气端口P与第一输出端口A连通的同时将第二输出端口B与第二排气端口EB连通的第二切换位置(参照图2)的2个切换位置选择性地移动。

上述滑阀孔7的内面通过在轴L方向从安装了上述第一适配器部3的一方的侧端面的开口部到安装了上述第二适配器部4的另一方的侧端面的开口部依次设置第一支承面7a、第一流路槽70、第一阀座面71、第二流路槽72、第二阀座面73、第三流路槽74、第三阀座面75、第四流路槽76、第四阀座面77、第五流路槽78及第二支承面7b形成,它们均以轴L为中心形成为环状。即,在上述滑阀孔7的内面上,以沿轴L交替地邻接的方式形成了这些环状的阀座面(阀座部)和作为凹槽的环状的流路槽(大径部)。

此时,上述第一及第二支承面7a、7b以及第一~第四阀座面71、73、75、77的内径D0相互相等地形成,上述第一、第三及第五流路槽70、74、78的槽底面的内径D1相互相等地形成,上述第二及第四流路槽72、76的槽底面的内径D2相互相等地形成。上述内径D1形成得比内径D2大一些,这些槽底面的内径D1、D2在比外壳6的宽度尺寸小的范围内形成得比上述阀座面等内径D0大。另外,在上述第一流路槽70中的与第一阀座面71连接的开口边缘、第三流路槽74中的与第二及第三阀座面73、75连接的两开口边缘以及第五流路槽78中的与第四阀座面77连接的开口边缘,如图3及图4所示,形成了使这些流路槽的槽宽朝向开口侧(径方向内方)扩开的锥部T。

由上述滑阀孔7的内面构成的第一支承面7a及第二支承面7b气密且滑动自由地支承上述滑阀20的一端部(第一被推压部20a)及另一端部(第二被推压部20b)。另外,在上述第一流路槽70的槽底面上连接了上述第一排气流路11的连通路11a,在上述第二流路槽72的槽底面上连接了上述第一输出流路9的连通路9a,在上述第三流路槽74的槽底面上连接了上述供气流路8的连通路8a,在上述第四流路槽76的槽底面上连接了上述第二输出流路10的连通路10a,在上述第五流路槽78的槽底面上连接了上述第二排气流路12的连通路12a。图中的符号79是用于通过未图示的先导阀流路将先导阀流体通过上述阀驱动部5向第一适配器部3供给或者向上述第二适配器部4供给的先导阀流体供给孔,相对于上述供气流路8总是连通。

另一方面,上述滑阀20通过在轴L方向从上述第一适配器部3侧的一端到上述第二适配器部4侧的另一端依次设置气密且滑动自由地与上述第一支承面7a嵌合的第一被推压部20a、第一环状凹部21、第一凸台部22、第二环状凹部23、第二凸台部24、第三环状凹部25、第三凸台部26、第四环状凹部27、第四凸台部28、第五环状凹部29及气密且滑动自由地与上述第二支承面7b嵌合的第二被推压部20b形成,它们均以轴L为中心形成为环状。即,在上述滑阀20上沿轴L交替地形成了这些环状凹部(小径部)和作为阀部的凸台部。

此时,上述各凸台部22、24、26、28的外形,在径方向Y从与邻接的上述环状凹部连结的两基端到由外周端构成的环状的滑动部(滑动面)形成为轴L方向的宽度渐渐地变窄的大致等边梯形形状,并关于径方向的中心轴在轴L方向构成了左右对称。而且,如图3、4及图6、7所示,在这些凸台部22、24、26、28的上述滑动面上开设了环状的凹槽50,该环状的凹槽50由倾斜面52形成了槽底面51,在径方向Y开口,在这些凸台部22、24、26、28的凹槽50内分别收容了图5所示的环状的填料13。但是,在第一及第二凸台部22、24和第三及第四凸台部26、28,因为通过那里的压缩流体的流动成为反方向(即,成为左右对称),所以在第一及第二凸台部22、24的凹槽50和第三及第四凸台部26、28的凹槽50中,槽底面51的倾斜方向也相互成为反方向。

通过这样做,在将上述凸台部滑动自由地与滑阀孔7的阀座部嵌合(即,配置在阀座面的位置)而其外周端的滑动部(滑动面)与该阀座面对置时,能由上述填料13密封形成在该凸台部的滑动部和滑阀孔7的阀座面之间的空隙,尽可能地抑制或者防止压缩流体通过该空隙漏出。

即,在本实施方式中,在没有安装该填料13等密封部材的状态下,上述第一及第二被推压部20a、20b以及第一~第四凸台部22、24、26、28的外径(滑动部的外径)D3相互相等地形成,上述第一~第五环状凹部21、23、25、27、29的外径(小径部的外径)D4相互相等地形成,上述凸台部的外径D3形成得比上述阀座面等内径D0小一些,且形成得比上述环状凹部的外径D4大。

上述第一适配器部3在轴L上具有第一缸孔30和第一活塞31,第一缸孔30与上述滑阀孔7相比形成为大径,在上述阀主体部2侧开口,第一活塞31气密且在轴L方向滑动自由地与该缸孔30嵌合。即,该缸孔30由该活塞31气密地划分为与该活塞31相比为阀驱动部5侧的第一室30a和阀主体部2侧的第二室30b。另外,上述第一活塞31在该阀主体部2侧一体地具有与上述滑阀20同轴地配置的第一推压部31a。该第一推压部31a与上述滑阀孔7的第一支承面7a相比形成为小径,与上述滑阀20的第一被推压部20a的端面抵接。而且,上述第一室30a与阀驱动部5的先导阀连接,上述第二室30b总是向大气开放。此外,图1中的符号32是用于从外部由手动操作推入而将充填到上述第一室30a内的压缩流体排出的手动操作部。

另一方面,上述第二适配器部4在轴L上具有第二缸孔40和第二活塞41,第二缸孔40与上述滑阀孔7相比形成为大径且与上述第一缸孔30相比形成为小径,在上述阀主体部2侧开口;第二活塞41气密且在轴L方向滑动自由地与该缸孔40嵌合。即,该缸孔40由该活塞41气密地划分为与该活塞41相比为阀主体部2侧的第一室40a和与其相反侧的第二室40b。另外,上述第一活塞31的径形成得比第二活塞41的径大,该第一活塞31的在第一室30a侧的受压面积比第二活塞41的在第二室40b侧的受压面积大。

上述第二活塞41在该阀主体部2侧一体地具有与上述滑阀20同轴地配置的第二推压部41a。该第二推压部41a与上述滑阀孔7的第二支承面7b相比形成为小径,与上述滑阀20的第二被推压部20b的端面抵接。另外,上述第二缸孔40的第一室40a通过在轴L方向贯通上述滑阀20的中心的贯通孔20c与上述第一缸孔30的第二室30b连通,总是向大气开放。另一方面,上述第二室40b总是与上述先导流体供给孔79连通,总是由先导阀流体加压。因此,上述滑阀20在轴L方向总是由上述第二活塞41朝向上述第一适配器3部侧(即,第一活塞侧)加载。

此外,上述滑阀孔7的各支承面、各流路槽及各阀座面、上述滑阀20的各被推压部、各凸台部及各环状凹部以及上述各缸孔30、40及各活塞31、41,在与轴L正交的横截面中不仅是圆形,也可以构成椭圆形或者环形形状。因此,在本申请中,为了方便,对于这样绕轴L呈环状地环绕设置的结构,将呈直角地横穿轴L的弦一律称为“径”,将从轴L到外周的距离一律称为“半径”。

接着,基于图1~图4,说明上述滑阀式切换阀1的动作。首先,如图1所示,在构成阀驱动部5的电磁式先导阀断开的状态下,第一缸孔30的第一室30a向大气开放。因此,上述第二活塞41由其推压力使第一活塞31与上述滑阀20一起向该第一室30a侧的行程端移动,其结果,成为将该滑阀20切换到上述第一切换位置的状态。此时,在轴L方向,上述滑阀20的第一凸台部22配置在上述滑阀孔7的第一流路槽70的位置,第二凸台部24配置在第二阀座面73的位置,第三凸台部26配置在第三流路槽74的位置,第四凸台部28配置在第四阀座面77的位置。

即,在滑阀孔7内,上述第一输出流路9和供气流路8的连通由上述第二凸台部24遮断,并且上述第二输出流路10和第二排气流路12的连通由上述第四凸台部28遮断。而且,由这样的滑阀孔7和滑阀20的位置关系,上述第一输出流路9和第一排气流路11通过滑阀孔7相互连通,并且上述第二输出流路10和供气流路8同样地通过滑阀孔7相互连通。此外,此时上述第二排气流路12在上述滑阀孔7内闭塞。

另一方面,如图2所示,在构成阀驱动部5的电磁式先导阀接通的状态下,通过该阀驱动部5相对于第一缸孔30的第一室30a供给先导阀流体。因此,上述第一活塞31由其推压力使第二活塞41与滑阀20一起抵抗该第二活塞41的推压力向第二缸孔40的第二室40b侧的行程端移动,其结果,成为将该滑阀20切换到上述第二切换位置的状态。此时,在轴L方向,上述滑阀20的第一凸台部22配置在上述滑阀孔7的第一阀座面71的位置,第二凸台部24配置在第三流路槽74的位置,第三凸台部26配置在第三阀座面75的位置,第四凸台部28配置在第五流路槽78的位置。

即,在滑阀孔7内,上述第一输出流路9和第一排气流路11的连通由上述第一凸台部22遮断,并且上述第二输出流路10和供气流路8的连通由上述第三凸台部26遮断。而且,由这样的滑阀孔7和滑阀20的位置关系,上述第一输出流路9和供气流路8通过滑阀孔7相互地连通,并且上述第二输出流路10和第二排气流路12同样通过滑阀孔7相互地连通。此外,此时上述第一排气流路11在上述在滑阀孔7内闭塞。

接着,使用图3~图13,对填料13的相对于上述滑阀式切换阀1中的环状的凹槽50的安装构造及其作用效果具体地进行说明。此外,在本实施方式中,上述阀主体部2的构造关于轴L方向的中央实质上形成为左右对称,在上述各流路(端口)之间的压缩流体的流动也实质上成为左右对称。因此,为了避免重复记载,在这里,关于与上述滑阀20的位移相伴的压缩流体的从第一输出流路9向第一排气流路11的流动、压缩流体的从供气流路8向第一输出流路9的流动,主要对填料13的相对于上述凹槽50的安装构造及其作用效果进行说明。

如图5所示,在本实施方式中,上述环状的填料13具有绕轴L的内周面14;将一端与该内周面的轴L方向(宽度方向)两端连结,在与轴L正交的径方向Y延伸的一对侧面15a、15b;和将这一对侧面15a、15b的另一端彼此相互连结的外周面(密封面)16。而且,没有安装在上述凸台部的凹槽50中的状态的该填料13,在其横截面中,关于通过上述内周面14的中央在径方向Y延伸的中心轴形成为左右对称且轴L方向的宽度从内周侧朝向外周侧渐渐地变小的尖细形状(楔形状)。

如果具体地进行说明,则上述内周面14绕轴L形成为径D5的环状,并且该沿轴L平坦(即,在横截面中呈直线状)地延伸,上述一对侧面15a、15b形成为随着从内径侧向外径侧去而向与上述中心轴接近的方向倾斜的平坦的(即,在横截面中呈直线状的)倾斜面,相互背向,由上述外周面构成的密封面16形成为相对于径方向Y凸的湾曲面,优选为形成为圆弧面。另外,在横截面中,填料13的最大宽度Wp形成得比其高度Hp小。此外,作为上述填料13的材料,只要是发挥密封功能的橡胶弹性材料就不特别地限定,例如能使用丁腈橡胶、氟橡胶等。

以下,基于将这样的填料13安装在形成在第一凸台部22的以往的凹槽50A中的例和安装在形成在该凸台部22的本实施方式的凹槽50中的例,对本实施方式的滑阀式切换阀1中的填料13的安装构造更具体地进行说明。

如上述的那样,在滑阀孔7的内面中的夹着此第一凸台部22进行接触分离的第一阀座面71的轴L方向的两侧部分(第一流路槽70及第二流路槽72)上,连接了上述第一排气流路11及第一输出流路9。而且,在滑阀20位于上述第一切换位置的状态下,如图3所示,上述凸台部22位于使上述排气流路11和输出流路9连通的“开放位置(在轴L方向的流路槽70的范围)”,在滑阀20位于上述第二切换位置的状态下,如图4所示,上述凸台部22位于将上述排气流路11和输出流路9的连通遮断的“封闭位置(在轴L方向的阀座面71的范围)”。即,关于此第一凸台部22,使压缩流体流入滑阀孔7的上述输出流路9成为在轴L方向与压缩流体的流动的“上游侧”连接的流路,使压缩流体从滑阀孔7排出的上述排气流路11成为在轴L方向与压缩流体的流动的“下游侧”连接的流路。

图13表示将上述填料13相对于形成在上述第一凸台部22的以往的一般的凹槽50A安装的状态,此以往的凹槽50A由绕轴L形成为环状而沿该轴L平坦(即,在横截面中呈直线状)地延伸的槽底面51A和从该槽底面51A的轴L方向的两端54、55在径方向Y直立设置而相互相向的一对侧壁面56、57形成。而且,由上述凸台部22的外周面构成的滑动部(滑动面)22a和形成为相互平行的平面的一对侧壁面56、57相互相交成直角,由此,在该凸台部22的外周面上形成了上述凹槽50A的开口。即,上述凹槽50A,在横截面中,关于通过上述槽底面51A的中央在径方向Y延伸的中心轴形成为左右对称且轴L方向的槽宽为Wg的矩形状。

在这里,在图13中,在看轴L方向的压缩流体的流动时,轴L方向右侧成为配置了压缩流体向滑阀孔7流入的流路(第一输出流路9)的上游侧,轴L方向左侧成为配置了该压缩流体从滑阀孔7排出的流路(第一排气流路11)的下游侧。因此,在第一凸台部22的凹槽50A中,上述槽底面51A的轴L方向两端之中的图中右侧的端成为上游侧端54,图中左侧的端成为下游侧端55。而且,一对侧壁面56、57之中的配置在图中右侧的侧壁面成为上游侧侧壁面56,配置在图中左侧的侧壁面成为下游侧侧壁面57。在上述填料13中,上述一对侧面15a、15b之中的配置在图中右侧的侧面成为上游侧侧面15a,配置在图中左侧的侧面成为下游侧侧面15b。

另外,上述凹槽50A的槽底面51A的直径Dg形成得比在没有安装在该凹槽50A中的状态下的上述填料13的原来的内径(内周面14的直径)D5大。即,填料13的内周面14的周方向长度形成得比上述槽底面51A的周方向长度短。因此,在将填料13安装在凹槽50A中的状态下,由橡胶弹性材料构成的该填料13在周方向伸长,其内周面14呈弹性地压接在上述槽底面51A上。而且,在这样将上述填料13安装在凹槽50A中的状态下,该填料13的外径Dp比上述凸台部22的滑动面22a的外径D3大,与上述阀座面71的内径D0相同或者比其大。因此,该填料13的密封面16从上述凸台部22的滑动面22a在径方向Y突出,并且在该凸台部22位于上述封闭位置时,相对于上述滑阀孔7的阀座面71滑动自由地抵接。进而,该凹槽50A的宽度Wg变得比填料的原来的宽度Wp(参照图5)大。

在图13(a)~(c)中,在填料13的横截面内所示的曲线是表示填料13的内部应力(内部压缩应力)的状态的等应力线,附加了点的区域(以下称为“点区域”)在各图中表示内部应力最小的区域(包括拉伸应力在内),此点区域的应力范围在各图之间是共通的。另外,在没有附加点区域(以下称为“非点区域”)中,邻接的等应力线之间的应力宽度相等。因此,邻接的等应力线的距离间隔越窄,内部应力的增加率越大。而且,以上述点区域为起点,横穿由相互邻接的等应力线围着的非点区域越多,内部应力越大。

此图13之中的(a)表示在上述凸台部22处于上述开放位置且压缩流体的流体压没有相对于填料13作用的状态(即,压缩流体没有绕凸台部22流动的状态)下的填料13的安装状态及其内部应力的分布的仿真结果。内周面14遍及宽度方向全体地大致均匀地压接于槽底面51A,在内周面14部分中产生的内部应力,即从槽底面51A向内周面14作用的面压遍及宽度方向全体地大致均匀地分散而变小。

另外,(b)同样地表示凸台部22处于上述开放位置且压力Ps(=0.7MPa)的压缩流体从凸台部22的上游侧(第一输出流路9侧)向下游侧(第一排气流路11侧)流动,其流体压相对于填料13作用的状态的仿真结果。在上述(a)中,因为作用于内周面14的面压遍及宽度方向全体地大致均匀地分散而变小,所以该内周面14全体在由上述压缩流体作用于该填料13的朝向径方向Y内的力和由在凹槽50A内流入内周面14和槽底面51A之间的压缩流体的流体压作用于填料13的朝向径方向Y外的力的差(朝向径方向内的力<朝向径方向外的力)的作用下从槽底面51A浮起。其结果,填料13的外周部的从上述滑动面22a的突出量与(a)的状态相比变大。于是,例如,与滑阀20的位移相伴,在该凸台部22从上述开放位置向封闭位置位移的过程中,在上述填料13的外周部坐在上述阀座面71上时等,存在填料13从凹槽50A拔脱的危险。

而且,(c)表示上述凸台部22处于上述封闭位置而填料13的密封面与阀座面71抵接(即,压缩流体没有绕凸台部22流动)且压缩流体的流体压Ps从上游侧相对于填料13作用的状态的仿真结果。在这里,在内周面14中的上述槽底面51A的位于上游侧端54侧(即,压缩流体的上游侧)的端部,在与槽底面51A之间,压缩流体流入而产生浮起。而且,如果产生这样的浮起,则存在着在填料13的密封面16和阀座面71之间作用的面压变大而导致填料13的滑动阻力的增大的危险,其结果,担心填料的寿命的低下等弊端。

此外,关于上述第二凸台部24,使压缩流体向滑阀孔7流入的上述供气流路8成为在轴L方向与压缩流体的流动的“上游侧”连接的流路,使压缩流体从滑阀孔7流出的上述第一输出流路9成为在轴L方向与压缩流体的流动的“下游侧”连接的流路。即,关于第一凸台部22和第二凸台部24,在轴L方向的上游侧和下游侧的位置关系,即在轴L方向的压缩流体的流动方向相同(图中,从右侧向左侧)。因此,关于安装在第二凸台部24的填料13,也可得到与图13(a)~(c)所示的第一凸台部22的填料13实质上同样的结果,因此,存在产生与上述第一凸台部22的填料13实质上同样的弊端的危险。

但是,因为第一凸台部22的填料13一边从压缩流体的下游侧向上游侧(在图13中,从左方向向右方向)移动,一边坐在第一阀座面71上,所以作用于填料13的流体压Ps的方向和在坐上时作用于填料13的碰撞力的方向一致。与此相对,因为第二凸台部24的填料13一边从压缩流体的上游侧向下游侧(在图13中,从右方向向左方向)移动,一边坐在第二阀座面73上,所以作用于填料13的流体压Ps的方向和在坐上时作用于填料13的碰撞力的方向成为相反的关系。因此,与第二凸台部24相比,第一凸台部22的填料13变得更容易拔脱。

因此,在本实施方式中,如图6及图7所示,通过在各凸台部中的填料13用的凹槽50的槽底面51上形成倾斜面52,使在凹槽50的槽底面51和填料13的内周面14之间作用的面压向特定的部位集中(即,通过使填料13的内周面14的特定的部位相对于槽底面51的特定的部位与面压的极大值相伴地集中地压接),防止了压缩流体流入该内周面14和槽底面51之间。此时,如后面详细叙述的那样,在该内周面14的上述特定的部位产生了与向槽底面51的压接相伴的集中应力(应力集中)。

上述凹槽50由绕轴L形成为环状的槽底面51和从该槽底面51的轴L方向的两端54、55在径方向Y直立设置而相互相向的一对侧壁面56、57形成。而且,由上述凸台部22的外周面构成的滑动部(滑动面)22a和形成为相互平行的平面的一对侧壁面56、57相互相交成直角,由此,在该凸台部22的外周面上形成了上述凹槽50的开口。另外,上述填料13的图5所示的原来的最大宽度Wp比凹槽50的轴L方向的槽宽Wg小,且形成得比该槽宽Wg的一半大。

在这里,在图6~图12中也与图13的情况同样,在看轴L方向的压缩流体的流动时,轴L方向右侧成为配置压缩流体向滑阀孔7流入的流路(第一输出流路9)的上游侧,轴L方向左侧成为配置将该压缩流体从滑阀孔7排出的流路(第一排气流路11)的下游侧。因此,在第一凸台部22的凹槽50中,上述槽底面51的轴L方向两端之中的图中右侧的端成为上游侧端54,图中左侧的端成为下游侧端55。而且,一对侧壁面56、57之中的配置在图中右侧的侧壁面成为上游侧侧壁面56,配置在图中左侧的侧壁面成为下游侧侧壁面57。至于上述填料13也是上述一对侧面15a、15b之中的配置在图中右侧的侧面成为上游侧侧面15a,配置在图中左侧的侧面成为下游侧侧面15b。

如图6及图7所示,包含在上述凹槽50的槽底面51中的上述倾斜面52形成为该槽底面51的轴L方向的长度(即,凹槽50的槽宽)Wg的一半或者比其大的轴L方向的长度W1,并从上述上游侧端54侧朝向下游侧端55侧连续性地(在本实施方式中,在横截面中呈直线状)缩径。

另外,此倾斜面52具有上述上游侧端54侧的第一端部52a和上述下游侧端55的第二端部52b,相对于轴构成了锐角α的角度。而且,该第一端部52a由将上述填料13的内周面14的特定的部位与面压的极大值相伴地(即,与集中应力(应力集中)相伴地)相对于上述槽底面51压接的压接点S规定,该第二端部52b由槽底面51的下游侧端55规定。

即,在压接点S(倾斜面52的第一端部52a)的槽底面51的直径Ds形成得比图5所示的填料13的内周面14的原来的直径D5大。因此,在将填料13安装在凹槽50中的状态下,由橡胶弹性材料构成的该填料13在周方向伸长,与在其内周面14的中央相比靠上游侧侧面15a的部位呈弹性且集中地压接于上述槽底面51的上述压接点S。

上述槽底面51还具有连结上述压接点S和上游侧端54之间的连结面53。此连结面53,在横截面中,形成为相对于轴L构成了锐角θ的角度的直线状,轴L方向的长度形成为W2,上述凹槽50的槽宽Wg与倾斜面52的轴方向长度W1和连结面53的轴方向长度W2的和相等。在图6中,连结面53的相对于轴L的角度θ与倾斜面52相同,成为α,槽底面51从上游侧端54到下游侧端55以一定的角度倾斜。另外,在图7中,该角度θ成为0°。但是,连结面53的角度θ,不限定于这2种角度,只要是在0°≦θ≦α的范围内即可。而且,这样将内周面14压接于槽底面51的填料13,在使其上述下游侧侧面15b相对于上述凹槽50的下游侧侧壁面57总是抵接的状态下安装在该凹槽50中。

进而,与上述的图13的情况同样,该填料13的外径Dp比上述凸台部22的滑动面22a的外径D3大,与上述阀座面71的内径D0相同或者比其大。因此,该填料13的密封面16从上述凸台部22的滑动面22a在径方向Y突出,并且在该凸台部22位于上述封闭位置时,相对于上述滑阀孔7的阀座面71滑动自由地抵接。

图8~图11是表示在本实施方式中安装在凸台部22的凹槽50中的填料13的内部应力(内部压缩应力)的分布的仿真结果的等应力线图,关于图13,如上述的那样,“点区域”在各图中表示内部应力最小的区域(包括拉伸应力在内),此点区域的应力范围在包括图13在内的各应力线图之间是共通的。另外,关于非点区域,邻接的等应力线之间的应力宽度也相互相等,并且在包括图13在内的各应力线图之间是共通的。

在此图8~11中,(a)表示上述凸台部22处于上述开放位置且压缩流体的流体压没有相对于填料13作用的状态(即,压缩流体没有绕凸台部22流动的状态)。(b)表示该凸台部22处于上述开放位置且压力Ps(=0.7MPa)的压缩流体从凸台部22的上游侧(第一输出流路9侧)向下游侧(第一排气流路11侧)流动,其流体压相对于填料13作用的状态的仿真结果。(c)表示该凸台部22处于上述封闭位置,填料13的密封面与阀座面71抵接(即,压缩流体没有绕凸台部22流动),且压缩流体的流体压Ps从上游侧相对于填料13作用的状态。

首先,图8表示槽底面51的倾斜面52的倾斜角度α及连结面53的倾斜角度θ都是10°的实施方式。根据流体压没有作用于填料13的(a)可知,在槽底面51的压接点S,在填料13的内周部位产生了集中应力,与面压的极大值相伴,内周面14压接于该压接点S。而且,在流体压作用于填料13的(b)及(c)的任何一个中,内周面14和槽底面51的压接状态都被维持,没有产生内周面14的从槽底面51的浮起。反而是,在(b)中,与(a)比较,更大的最大面压在作用。即,可以说,由在(a)的压接点S产生的与极大值相伴的集中的面压阻止了压缩流体的向填料13的内周面14和槽底面51之间的流入。

接着,图9表示槽底面51的倾斜面52的倾斜角度α及连结面53的倾斜角度θ都是20°的实施方式。根据流体压没有作用于填料13的(a)可知,在槽底面51的压接点S,在填料13的内周部位,与图8的情况相比产生大的集中应力,与更大的面压的极大值相伴,内周面14压接于该压接点S。而且,与图8同样,在流体压作用于填料13的(b)及(c)的任何一个中,内周面14和槽底面51的压接状态都被维持,也没有产生内周面14的从槽底面51的浮起。另外,在这里,在(b)中,与(a)比较,也是更大的最大面压在作用。即,可以说,由(a)的在压接点S产生的与极大值相伴的集中的更大的面压更强地阻止了压缩流体的向填料13的内周面14和槽底面51之间的流入。另外,在填料13的阀座面71之间作用的面压与图12(c)比较也减轻了。

而且,图10表示在槽底面51的倾斜面52的倾斜角度α为20°、连结面53的倾斜角度θ为0°的情况下,倾斜面52的轴方向长度W1为凹槽50的槽宽Wg的3/4的实施方式。根据流体压没有作用于填料13的(a)可知,在槽底面51的位于折射点的压接点S,在填料13的内周部位,与图8的情况相比产生大的集中应力,与更大的面压的极大值相伴,内周面14压接于该压接点S。而且,在流体压作用于填料13的(b)及(c)的任何一个中,内周面14和槽底面51的压接状态都被维持,也没有产生内周面14的从槽底面51的浮起。另外,在这里,在(b)中,与(a)比较,更大的最大面压在作用。即,与图9的情况同样,可以说,由(a)的在压接点S产生的与极大值相伴的集中的更大的面压更强地阻止了压缩流体的向填料13的内周面14和槽底面51之间的流入。另外,与图9(c)同样,在填料13和阀座面71之间作用的面压与图12(c)比较也减轻了。

接着,图11表示在槽底面51的倾斜面52的倾斜角度α为20°、连结面53的倾斜角度θ为0°的情况下,倾斜面52的轴方向长度W1为凹槽50的槽宽Wg的1/2的实施方式。根据流体压没有作用于填料13(a)可知,在槽底面51的位于折射点的压接点S,在填料13的内周部位与图8的情况相比产生大的集中应力,与更大的面压的极大值相伴,内周面14压接于该压接点S。而且,在流体压作用于填料13的(b)及(c)的任何一个中,内周面14和槽底面51的压接状态都被维持,也没有产生内周面14的从槽底面51的浮起。另外,在这里,在(b)中,与(a)比较,也是更大的最大面压在作用。即,与图9、图10的情况同样,可以说,由(a)的在压接点S产生的与极大值相伴的集中的更大的面压更强地阻止了压缩流体的向填料13的内周面14和槽底面51之间的流入。

图12表示在凹槽50B中将槽底面51B的倾斜面52a的倾斜角度α做成了20°、将连结面53a的倾斜角度θ做成了0°、将倾斜面52a的轴方向长度W1做成了凹槽50B的槽宽Wg的1/4的情况的参考例。在此情况下,与图13的以往例同样,根据流体压没有作用于填料13的(a),在填料13的内周面14部分中产生的内部应力,即从槽底面51B作用于内周面14的面压遍及宽度方向全体地大致均匀地分散而变小。因此,在使压缩流体的流体压作用于填料13的(b)中,压缩流体流入内周面14和槽底面51B之间,产生了内周面14的从槽底面51B的浮起。因此,与图13的以往例同样,在凸台部22从上述开放位置向封闭位置位移的过程等中,存在填料13从凹槽50B拔脱的危险。

从以上的仿真结果看,可以说,倾斜面52的倾斜角度α优选为10°或者比其大,更优选为20°或者比其大。另外,该倾斜面52的轴L方向的长度W1优选为槽宽Wg的1/2或者比其大,更优选为槽宽Wg的3/4或者比其大。

以上,对本发明的滑阀式切换阀的一实施方式进行了说明,但本发明不限定于上述的各实施方式,当然可以在不脱离权利要求书的宗旨的范围内进行各种各样的设计变更。

在本实施方式中,在第一~第四凸台部22、24、26、28中的全部的凹槽50的槽底面51上设置了倾斜面52,但也可以仅在容易产生填料13的拔脱的第一及第四凸台部22、28的槽底面51上设置倾斜面52。

另外,倾斜面52的第二端部52b也可以不必由槽底面51的下游侧端55规定。

进而,安装在凹槽50中的状态的填料13的外径Dp也可以形成得比阀座面的径稍微小,其密封面16由通过流体压产生的变形与该阀座面抵接。

符号的说明

1:滑阀式切换阀(电磁阀)

2:阀主体部

3:第一适配器部

4:第二适配器部

5:阀驱动部(电磁式先导阀部)

6:外壳

7:滑阀孔

8:供气流路

9:第一输出流路

10:第二输出流路

11:第一排气流路

12:第二排气流路

13:填料

14:填料的内周面

15a上游侧侧面

15b下游侧侧面

16:密封面

20:滑阀

21:第一环状凹部(小径部)

22:第一凸台部

23:第二环状凹部(小径部)

24:第二凸台部

25:第三环状凹部(小径部)

26:第三凸台部

27:第四环状凹部(小径部)

28:第四凸台部

29:第五环状凹部(小径部)

30:第一缸孔

31:第一活塞

40:第二缸孔

41:第二活塞

50:填料安装用的凹槽

51:槽底面

52:倾斜面

α:倾斜面的角度

53:连结面

θ:连结面的角度

54:上游侧端

55:下游侧端

56:上游侧侧壁面

57:下游侧侧壁面

70:第一流路槽(大径部)

71:第一阀座面(阀座部)

72:第二流路槽(大径部)

73:第二阀座面(阀座部)

74:第三流路槽(大径部)

75:第三阀座面(阀座部)

76:第四流路槽(大径部)

77:第四阀座面(阀座部)

78:第五流路槽(大径部)

A:第一输出端口

B:第二输出端口

P:供气端口

EA:第一排气端口

EB:第二排气端口

D0:阀座面及支承面的内径

D1、D2流路槽(大径部)的内径

D3:凸台部的外径

D4:环状凹部(小径部)的外径

D5:填料的原来的内径

Dp:凹槽に安装在した填料的外径

Ds:压接点S中的槽底径

S:压接点

Wp:填料的横截面中的宽度

Wg:凹槽的横截面中的宽度

W1:槽底面中的倾斜面的轴方向长度

W2:槽底面中的连结面的轴方向长度

L:轴

Y:径方向。

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