(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポートを有する弁ボディ；該弁ボディの内部に前記ポートと連通するように形成された弁孔；該弁孔内に軸線方向に摺動自在に収容され、該弁孔の一端側に移動した第１切換位置及び他端側に移動した第２切換位置と、これら第１切換位置及び第２切換位置の間の中立切換位置との、３つの切換位置を有するスプール；該スプールの一端と他端とに配設され、パイロット流体圧の作用を受けて該スプールを前記第１切換位置と第２切換位置とに切り換える第１ピストン及び第２ピストン；前記スプールを前記中立切換位置に復帰させる復帰ばね；を有し、
前記複数のポートは、中央の供給ポート、該供給ポートの両側にある第１出力ポート及び第２出力ポート、該第１出力ポート及び第２出力ポートの両外側にある第１排出ポート及び第２排出ポートであり、
前記スプールは、該スプールの両端寄りの位置に配設されて前記弁孔の両端部を常時閉鎖する２つの封止用シール部材と、隣接する前記ポートを結ぶ流路を開閉する複数の開閉用シール部材とを有し、
前記第１ピストンは前記第２ピストンより小径であり、
前記スプールが復帰ばねで前記中立切換位置に復帰したとき、前記供給ポートが第２出力ポートに連通すると共に、前記第１出力ポートが第１排出ポートに連通し、かつ前記第２排出ポートが遮断された第１の連通状態となり、
前記スプールが前記小径の第１ピストンによって前記大径の第２ピストン側に移動した前記第１切換位置に切り換えられたとき、前記供給ポートが第１出力ポートに連通すると共に、第２出力ポートが第２排出ポートに連通し、かつ前記第１排出ポートが遮断された第２の連通状態となり、
前記スプールが前記大径の第２ピストンによって前記小径の第１ピストン側に移動した前記第２切換位置に切り換えられたとき、前記複数のポートが全て遮断されて相互に非連通状態となる、
ことを特徴とするパイロット式３位置切換弁。
【請求項２】
前記スプールは、前記第１ピストン及び第２ピストンの両方にパイロット流体圧が非作用のとき、前記復帰ばねにより前記中立切換位置に復帰し、前記第１ピストンにパイロット流体圧が作用して前記第２ピストンにパイロット流体圧が非作用のとき、該第１ピストンにより前記第１切換位置に切り換えられ、前記第２ピストンにパイロット流体圧が作用したときには、前記第１ピストンにパイロット流体圧が作用しているか否かに拘わらず該第２ピストンによって前記第２切換位置に切り換えられることを特徴とする請求項１に記載のパイロット式３位置切換弁。
【請求項３】
前記複数の開閉用シール部材は、前記第１ピストン側から第２ピストン側に向けて順次配設された第１、第２、第３、第４、第５、第６のシール部材であり、
前記スプールが前記中立切換位置にあるとき、前記第３のシール部材が前記供給ポートと第１出力ポートとの間の流路を閉鎖すると共に、前記第６のシール部材が前記第２出力ポートと第２排出ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記第１の連通状態となり、
前記スプールが前記第１切換位置にあるとき、前記第１のシール部材が前記第１出力ポートと第１排出ポートとの間の流路を閉鎖すると共に、前記第４のシール部材が前記供給ポートと第２出力ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記第２の連通状態となり、
前記スプールが前記第２切換位置にあるとき、前記第２のシール部材が前記第１出力ポートと第１排出ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第３及び第４のシール部材が前記供給ポートと第１出力ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第５のシール部材が前記供給ポートと第２出力ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第６のシール部材が前記第２出力ポートと第２排出ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記非連通状態となる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパイロット式３位置切換弁。
【請求項４】
前記スプールの一部に小径部が形成され、該小径部にリング状をした一対のばね座がスプールの軸線方向に移動自在に嵌合すると共に、該一対のばね座間にコイル状をした前記復帰ばねが介設され、前記弁ボディの内周には、前記小径部を取り囲むように該小径部の軸線方向長さと等しい軸線方向長さを有する嵌合溝が形成され、該嵌合溝内に前記ばね座が嵌合し、スプールが前記中立切換位置にあるとき、一方のばね座が前記小径部及び嵌合溝の一方の端壁に係止し、他方のばね座が前記小径部及び嵌合溝の他方の端壁に係止することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のパイロット式３位置切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット流体圧と復帰ばねとによってスプールを３つの切換位置に切り換えるパイロット式３位置切換弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のパイロット式３位置切換弁は、例えば特許文献１や特許文献２等に開示されているように従来より公知である。公知の３位置切換弁は、弁孔内に摺動自在に収容されたスプールの両端にそれぞれピストンを配設すると共に、該スプールに復帰ばねのばね力を作用させ、一方のピストンに一方のパイロット弁を通じてパイロット流体圧を作用させると、前記スプールが一方向に移動して第１切換位置に切り換わり、他方のピストンに他方のパイロット弁を通じてパイロット流体圧を作用させると、前記スプールが反対方向に移動して第２切換位置に切り換わり、両方のパイロット弁をオフにして両方のピストンをパイロット流体圧の作用から解放すると、前記スプールが復帰ばねによって中立切換位置に切り換わるように構成されている。
【０００３】
そして、前記スプールが前記第１切換位置に切り換わると、該切換弁は、複数のポートの一部が相互に連通して残りが遮断された第１の連通状態となり、前記スプールが前記第２切換位置に切り換わると、該切換弁は、複数のポートの連通及び遮断の関係が前記第１の連通状態と異なる第２の連通状態となり、前記スプールが前記中立切換位置に切り換わると、該切換弁は全てのポートが遮断された非連通状態となる。
これは、いわゆるクローズドセンタ型の３位置切換弁であり、これを記号で表すと図５に示すようになる。この図５に示された３位置切換弁は５ポート式の切換弁である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１９０５８６号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来の３位置切換弁は、スプールを前記第１の連通状態と第２の連通状態とに切り換える場合、２つの電磁操作式のパイロット弁を交互にオン・オフ制御することによって２つのピストンに交互にパイロット流体圧を作用させなければならないため、パイロット弁のための制御プログラムが複雑になり、特に、複数の切換弁を一度に制御するような場合に、切換弁数に比例して制御点数が増大するため、制御プログラムが複雑化する。
また、前記スプールが第１の連通状態にある場合でも第２の連通状態にある場合でも、必ず一方のパイロット弁に通電しておかなければならないため、消費電力も多い。
更に、前記スプールが第１の連通状態又は第２の連通状態にある状態から、非常停止のために該スプールを全てのポートが遮断される中立切換位置に切り換える場合には、該スプールが復帰ばねの付勢力だけで該中立切換位置に移動させられるため、応答速度が問題になる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、スプールを第１の連通状態と第２の連通状態とに切り換える操作を、一方のピストンだけにパイロット流体圧を作用させたり解放したりすることによって行うことができるようにすることにより、パイロット弁の制御プログラムを簡単にすると同時に消費電力も少なくし、また、非常停止操作を他方のピストンにパイロット流体圧を作用させて行うようにすることにより、応答性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明によれば、複数のポートを有する弁ボディ；該弁ボディの内部に前記ポートと連通するように形成された弁孔；該弁孔内に軸線方向に摺動自在に収容され、該弁孔の一端側に移動した第１切換位置及び他端側に移動した第２切換位置と、これら第１切換位置及び第２切換位置の間の中立切換位置との、３つの切換位置を有するスプール；該スプールの一端と他端とに配設され、パイロット流体圧の作用を受けて該スプールを前記第１切換位置と第２切換位置とに切り換える第１ピストン及び第２ピストン；前記スプールを前記中立切換位置に復帰させる復帰ばね；を有するパイロット式３位置切換弁が提供される。
そして、該３位置切換弁において、前記複数のポートは、中央の供給ポート、該供給ポートの両側にある第１出力ポート及び第２出力ポート、該第１出力ポート及び第２出力ポートの両外側にある第１排出ポート及び第２排出ポートであり、前記スプールは、該スプールの両端寄りの位置に配設されて前記弁孔の両端部を常時閉鎖する２つの封止用シール部材と、隣接する前記ポートを結ぶ流路を開閉する複数の開閉用シール部材とを有し、前記第１ピストンは前記第２ピストンより小径であり、前記スプールが復帰ばねで前記中立切換位置に復帰したとき、前記供給ポートが第２出力ポートに連通すると共に、前記第１出力ポートが第１排出ポートに連通し、かつ前記第２排出ポートが遮断された第１の連通状態となり、前記スプールが前記小径の第１ピストンによって前記大径の第２ピストン側に移動した前記第１切換位置に切り換えられたとき、前記供給ポートが第１出力ポートに連通すると共に、第２出力ポートが第２排出ポートに連通し、かつ前記第１排出ポートが遮断された第２の連通状態となり、前記スプールが前記大径の第２ピストンによって前記小径の第１ピストン側に移動した前記第２切換位置に切り換えられたとき、前記複数のポートが全て遮断されて相互に非連通状態となる。
【０００８】
本発明において、前記スプールは、前記第１ピストン及び第２ピストンの両方にパイロット流体圧が非作用のとき、前記復帰ばねにより前記中立切換位置に復帰し、前記第１ピストンにパイロット流体圧が作用して前記第２ピストンにパイロット流体圧が非作用のとき、該第１ピストンにより前記第１切換位置に切り換えられ、前記第２ピストンにパイロット流体圧が作用したときには、前記第１ピストンにパイロット流体圧が作用しているか否かに拘わらず該第２ピストンによって前記第２切換位置に切り換えられる。
本発明において好ましくは、前記複数の開閉用シール部材が、前記第１ピストン側から第２ピストン側に向けて順次配設された第１、第２、第３、第４、第５、第６のシール部材であり、前記スプールが前記中立切換位置にあるとき、前記第３のシール部材が前記供給ポートと第１出力ポートとの間の流路を閉鎖すると共に、前記第６のシール部材が前記第２出力ポートと第２排出ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記第１の連通状態となり、前記スプールが前記第１切換位置にあるとき、前記第１のシール部材が前記第１出力ポートと第１排出ポートとの間の流路を閉鎖すると共に、前記第４のシール部材が前記供給ポートと第２出力ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記第２の連通状態となり、前記スプールが前記第２切換位置にあるとき、前記第２のシール部材が前記第１出力ポートと第１排出ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第３及び第４のシール部材が前記供給ポートと第１出力ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第５のシール部材が前記供給ポートと第２出力ポートとの間の流路を閉鎖し、前記第６のシール部材が前記第２出力ポートと第２排出ポートとの間の流路を閉鎖することにより、流路は前記非連通状態となるように構成される。
【０００９】
また、本発明においては、前記スプールの一部に小径部が形成され、該小径部にリング状をした一対のばね座がスプールの軸線方向に移動自在に嵌合すると共に、該一対のばね座間にコイル状をした前記復帰ばねが介設され、前記弁ボディの内周には、前記小径部を取り囲むように該小径部の軸線方向長さと等しい軸線方向長さを有する嵌合溝が形成され、該嵌合溝内に前記ばね座が嵌合し、スプールが前記中立切換位置にあるとき、一方のばね座が前記小径部及び嵌合溝の一方の端壁に係止し、他方のばね座が前記小径部及び嵌合溝の他方の端壁に係止するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スプールを第１の連通状態と第２の連通状態とに切り換える操作を、一方のピストンだけにパイロット流体圧を作用させたり解放したりすることによって行うことができるため、パイロット弁の制御プログラムを簡単にすることができ、消費電力も少なくすることができる。また、非常停止操作を、大径の第２ピストンにパイロット流体圧を作用させてスプールを切り換えることで行うようにしているため、復帰ばねのばね力でスプールを切り換える場合に比べて応答性に勝れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るパイロット式３位置切換弁の一実施形態を示す断面図で、スプールが中立切換位置にある状態を示す図である。
【図２】図１のパイロット式３位置切換弁において、スプールが第１切換位置にある状態を示す断面図である。
【図３】図１のパイロット式３位置切換弁において、スプールが第２切換位置にある状態を示す断面図である。
【図４】図１のパイロット式３位置切換弁を記号で表した説明図である。
【図５】従来のパイロット式３位置切換弁を記号で表した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１−図３は本発明に係るパイロット式３位置切換弁の具体的な構成を示し、図４は該３位置切換弁を記号により示すもので、この３位置切換弁は、５ポート弁としての構成を有するものである。
【００１３】
図１−図３において、該３位置切換弁の弁ボディ１０は、複数のポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢを有する主ボディ１１と、該主ボディ１１の一端に連結された第１ピストンカバー１２と、該主ボディ１１の他端に順次連結されたばねカバー１３及び第２ピストンカバー１４とで形成されている。
前記複数のポートは、中央の供給ポートＰ、該供給ポートＰの両側に位置する第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢ、前記第１出力ポートＡより第１ピストンカバー１２側に位置する第１排出ポートＥＡ、及び前記第２出力ポートＢより第２ピストンカバー１４側に位置する第２排出ポートＥＢである。
【００１４】
前記主ボディ１１及びばねカバー１３の内部には、前記ポートが連通する円形の弁孔１５が該主ボディ１１及びばねカバー１３を一続きに貫通するように形成され、該弁孔１５の内部に、中心に貫通孔１６ａを有するスプール１６が、該弁孔１５の軸線Ｌ方向に摺動自在に挿入されている。該スプール１６の一端と他端は、前記第１ピストンカバー１２及び第２ピストンカバー１４の内部のピストン室１２ａ，１４ａまで延在し、該ピストン室１２ａ，１４ａ内に摺動自在に収容された第１ピストン１７及び第２ピストン１８にそれぞれ当接するかあるいは連結されている。
【００１５】
前記第１ピストン１７及び第２ピストン１８は、パイロット流体圧の作用を受けて前記スプール１６を図２の第１切換位置と図３の第２切換位置とに切り換えるもので、第１ピストン１７は第２ピストン１８より小径であり、小径の第１ピストン１７の受圧面は小径の第１パイロット室２１に面し、大径の第２ピストン１８の受圧面は大径の第２パイロット室２２に面している。
【００１６】
前記第１パイロット室２１は、第１パイロット出力通路２３を通じて３ポート電磁弁からなる第１パイロット弁１９のパイロット出力ポートＰＡに接続され、前記第２パイロット室２２は、第２パイロット出力通路２４を通じて３ポート電磁弁からなる第２パイロット弁２０のパイロット出力ポートＰＡに接続され、両パイロット弁１９，２０のパイロット供給ポートＰＰは、パイロット供給通路２５を通じて前記供給ポートＰに接続されている。また、前記両パイロット弁１９，２０のパイロット排出ポートＰＥは、大気に開放されている。
【００１７】
前記第１パイロット弁１９及び第２パイロット弁２０は、前記第１ピストンカバー１２及び第２ピストンカバー１４の端面に取り付けられ、前記第１パイロット出力通路２３及び第２パイロット出力通路２４とパイロット供給通路２５とは、前記弁ボディ１０の内部に形成されている。
【００１８】
更に、前記第１ピストン１７の背面が面する背後室２６と、第２ピストン１８の背面が面する背後室２７とは、前記スプール１６の内部の貫通孔１６ａ、及び該スプール１６の端面とピストン背面との間に形成されている隙間や溝等を通じて相互に連通されると同時に、開放路２８を通じてそれぞれ大気に開放されている。
【００１９】
そして、図２に示すように、前記第１パイロット弁１９がオンになって第１パイロット室２１に供給ポートＰからパイロット流体が供給されると共に、第２パイロット弁２０がオフになって第２パイロット室２２が大気に開放されると、前記第１ピストン１７がパイロット流体圧により第２ピストン１８側に向けて押圧されるため、前記スプール１６は、弁孔１５内を第２ピストン１８側に移動して前記第１切換位置に切り換わる。
【００２０】
また、図３に示すように、前記第２パイロット弁２０がオンになって第２パイロット室２２に供給ポートＰからパイロット流体が供給されると共に、第１パイロット弁１９がオフになって第１パイロット室２１が大気に開放されると、前記第２ピストン１８がパイロット流体圧により第１ピストン１７側に向けて押圧されるため、前記スプール１６は、弁孔１５内を第１ピストン１７側に移動して前記第２切換位置に切り換わる。しかし、前記第２ピストン１８の受圧面積は第１ピストン１７の受圧面積より大きいため、前記第１パイロット弁１９がオンのままで前記第１ピストン１７にパイロット流体圧が作用している状態であっても、両ピストン１７，１８に作用する流体圧作用力の差により、スプール１６は前記第２切換位置に切り換わることになる。
【００２１】
前記スプール１６の一部には、前記ばねカバー１３を貫通する部分に小径部３１が形成され、該小径部３１に、リング状をした一対のばね座３２ａ，３２ｂが、該スプール１６の軸線Ｌ方向に移動自在に嵌合し、該一対のばね座３２ａ，３２ｂ間に、コイル状をした復帰ばね３３が圧縮された状態に介設されている。
【００２２】
一方、前記ばねカバー１３の内周には、前記小径部３１を取り囲むように、該小径部３１の軸線方向長さと等しい軸線方向長さ（溝幅）を有する嵌合溝３４が形成され、該嵌合溝３４内に前記ばね座３２ａ，３２ｂの外周の一部が嵌合し、スプール１６が図１の中立切換位置にあるとき、一方の第１のばね座３２ａが前記小径部３１及び嵌合溝３４の一方の端壁３１ａ，３４ａに係止し、他方の第２のばね座３２ｂが前記小径部３１及び嵌合溝３４の他方の端壁３１ｂ，３４ｂに係止するようになっている。換言すれば、前記第１ピストン１７及び第２ピストン１８の何れにもパイロット流体圧が作用していないとき、前記２つのばね座３２ａ，３２ｂが復帰ばね３３の付勢力に押されて前記小径部３１及び嵌合溝３４の一方の端壁３１ａ，３４ａと他方の端壁３１ｂ，３４ｂとに係止することにより、スプール１６が図１の中立切換位置に切り換わるようになっている。
【００２３】
そして、図１に示すように、前記スプール１６が復帰ばね３３で前記中立切換位置に切り換えられたとき、３位置切換弁は、供給ポートＰと第２出力ポートＢとが連通すると共に、第１出力ポートＡと第１排出ポートＥＡとが連通し、かつ第２排出ポートＥＢが遮断された第１の連通状態となる。
また、図２に示すように、前記スプール１６が第１ピストン１７で前記第１切換位置に切り換えられたとき、３位置切換弁は、供給ポートＰと第１出力ポートＡとが連通すると共に、第２出力ポートＢと第２排出ポートＥＢとが連通し、かつ第１排出ポートＥＡが遮断された第２の連通状態となる。
更に、図３に示すように、前記スプール１６が第２ピストン１８で前記第２切換位置に切り換えられたとき、３位置切換弁は、隣接するポートを結ぶ流路が全て遮断されて各ポートが相互に非連通状態となる。
【００２４】
このため、前記スプール１６には、図３から分かるように、隣接するポートを結ぶ流路を開閉する第１−第６の６つの開閉用シール部材３５ａ−３５ｆと、弁孔１５の両端を常時封止する２つの封止用シール部材３６ａ，３６ｂとが設けられている。
前記６つの開閉用シール部材（以下、単に「シール部材」という）３５ａ−３５ｆのうち、第１ピストン１７側から数えて第１番目と第３番目と第４番目と第６番目のシール部材３５ａ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｆは、スプール１６が前記中立切換位置と前記第１切換位置とに交互に切り換えられるとき、隣接するポート間の流路を開閉し、第１ピストン１７側から数えて２番目−６番目のシール部材３５ｂ−３５ｆは、スプール１６が前記第２切換位置に切り換えられたとき、隣接するポート間の流路を全て遮断する。
【００２５】
一方、前記２つの封止用シール部材３６ａ，３６ｂは、スプール１６がどの切換位置にあっても弁孔１５の両端を常時封止している。
【００２６】
前記構成を有する３位置切換弁は、第２パイロット弁２０をオフにして大径の第２ピストン１８にパイロット流体圧を作用させない状態のまま、第１パイロット弁１９だけを交互にオン・オフさせて小径の第１ピストン１７にパイロット流体圧を作用させたり解放したりすることにより、各ポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢ間の流路を切り換えることができる。
【００２７】
即ち、前記第２パイロット弁２０がオフの状態にあって、前記第１パイロット弁１９もオフのとき、図１に示すように、前記スプール１６は復帰ばね３３の付勢力により復帰して中立切換位置を占め、各ポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢは第１の連通状態となる。この状態から前記第１パイロット弁１９に通電すると、図２に示すように、第１ピストン１７にパイロット流体圧が作用するためスプール１６は第１切換位置に切り換わり、各ポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢは第２の連通状態となる。そして、前記第１パイロット弁１９への通電を解除すると、スプール１６は復帰ばね３３の付勢力で図１の中立切換位置に復帰し、各ポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢは第１の連通状態となる。
【００２８】
一方、作業の途中で流体圧機器を非常停止させる場合には、前記第２パイロット弁２０に通電して第２ピストン１８にパイロット流体圧を供給する。すると、スプール１６が該第２ピストン１８によって図３の第２切換位置に切り換わり、前記各ポートＰ、Ａ、Ｂ、ＥＡ、ＥＢは非連通状態となる。この非常停止操作は、前記第２ピストン１８の受圧面積が第１ピストン１７の受圧面積より大きいため、第１パイロット弁１９がオフの状態でスプール１６が図１の中立切換位置にある場合はもちろんのこと、前記第１パイロット弁１９がオンの状態でスプール１６が図２の第１切換位置を占めている状態からでも、行うことができる。
【００２９】
このように前記３位置切換弁は、スプール１６を第１の連通状態と第２の連通状態とに切り換える操作を、小径の第１ピストン１７だけにパイロット流体圧を作用させたり解放したりすることによって行うことができるため、パイロット弁１９，２０の制御プログラムを簡単にすることができるだけでなく、消費電力も少なくすることができる。また、非常停止操作を、大径の第２ピストン１８にパイロット流体圧を作用させてスプール１６を切り換えることにより行うようにしているため、復帰ばね３３のばね力でスプール１６を切り換える場合に比べ、応答性に勝れる。
【００３０】
なお、図示した３位置切換弁は５ポート弁として構成されているが、本発明は３ポート弁や４ポート弁からなる３位置切換弁にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０      弁ボディ
１５      弁孔
１６      スプール
１７      第１ピストン
１８      第２ピストン
３１      小径部
３１ａ，３１ｂ      端壁
３２ａ，３２ｂ      ばね座
３３      復帰ばね
３４      嵌合溝
３４ａ，３４ｂ      端壁
Ｐ      供給ポート
Ａ，Ｂ      出力ポート
ＥＡ，ＥＢ      排出ポート
Ｌ      軸線
【図１】
0005505843.tif 000002
【図２】
0005505843.tif 000003
【図３】
0005505843.tif 000004
【図４】
0005505843.tif 000005
【図５】
0005505843.tif 000006