(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力の異なる圧力流体を取り入れるための複数の取入口と取り入れられた圧力流体を所望の駆動装置に供給する複数の供給口を備えたバルブ本体と、このバルブ本体に設けられている摺動溝に沿って往復動自在であると共にこの摺動溝において旋回自在に設けられて前記複数の取入口と前記複数の供給口を選択的に連絡可能なスプールと、このスプールを旋回させることなく前記摺動溝に沿って往復動せしめる往復移動機構と、前記スプールを前記摺動溝において往復動させることなく旋回せしめる旋回機構とを備え、前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を取り入れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低圧開口と、を備え、前記高圧開口と低圧開口との切換えを前記スプールの往復動により行うと共に、前記駆動装置に圧力流体を供給する供給口の切換えを前記スプールの旋回により行う構成であることを特徴とする多ポートロータリーバルブ。
【請求項２】
前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を取り入れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低圧開口と、を備えると共に、前記複数の供給口が、圧力流体により作動されるシリンダの上室に圧力流体を供給する下降用ポートと、前記シリンダの下室に圧力流体を供給する上昇用ポートと、を備えてなることを特徴とする請求項１記載の多ポートロータリーバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多ポートロータリーバルブに係り、さらに詳しくは、流体圧回路における流量制御、圧力制御および分岐を行う多ポートロータリーバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧制御系機械および産業技術分野において油圧駆動コントロールは主に電磁式あるいは比例式等の制御弁が多用されている。
【０００３】
例えば、図８を参照するに、油圧シリンダ２０１を作動させるために、高圧用油圧ポンプ２０３および低圧用油圧ポンプ２０５が設けられており、各々途中省略の高圧回路２０７および低圧回路２０９により、高低圧切換えバルブ２１１および上下切換えバルブ２１３を介して油圧シリンダ２０１に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術における制御方式では、油圧シリンダ２０１を駆動させる油圧の高低を切換えるために高低圧切換えバルブ２１１が必要であり、さらに油圧シリンダ２０１の上下を切りかえるための上下切換えバルブ２１３が必要である。このように、一回路につき一個以上の制御弁が必要となり、その回路は複雑になる。このため、特に微妙なコントロールが困難となっているという問題がある。
【０００５】
また、複数のバルブ２１１、２１３を設けるスペースが必要となり、装置のコンパクト化を妨げるという問題がある。
【０００６】
また、バルブ２１１、２１３が増えると油リークが生じ易くなるため、エネルギーの損失を招くという問題がある。
【０００７】
さらに、各バルブ２１１、２１３を作動させるための油圧配管および電気配線が必要となり、装置が複雑化するという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、流体圧回路において圧力流体の供給先を切り換える多数分岐および供給先への油量を制御する流量制御と高低圧等を切り換える圧力制御を同時に制御することのできる多ポートロータリーバルブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１による発明の多ポートロータリーバルブは、圧力の異なる圧力流体を取り入れるための複数の取入口と取り入れられた圧力流体を所望の駆動装置に供給する複数の供給口を備えたバルブ本体と、このバルブ本体に設けられている摺動溝に沿って往復動自在であると共にこの摺動溝において旋回自在に設けられて前記複数の取入口と前記複数の供給口を選択的に連絡可能なスプールと、このスプールを旋回させることなく前記摺動溝に沿って往復動せしめる往復移動機構と、前記スプールを前記摺動溝において往復動させることなく旋回せしめる旋回機構とを備え、前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を取り入れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低圧開口と、を備え、前記高圧開口と低圧開口との切換えを前記スプールの往復動により行うと共に、前記駆動装置に圧力流体を供給する供給口の切換えを前記スプールの旋回により行う構成であることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、複数の取入口からバルブ本体に取り入れられた圧力流体は、バルブ本体に設けられているスプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構により旋回させることにより流量制御および圧力制御されると共に選択された供給口から所望の駆動装置に供給される。
【００１１】
請求項２による発明の多ポートロータリーバルブは、請求項１記載の多ポートロータリーバルブにおいて、前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を取り入れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低圧開口と、を備えると共に、前記複数の供給口が、圧力流体により作動されるシリンダの上室に圧力流体を供給する下降用ポートと、前記シリンダの下室に圧力流体を供給する上昇用ポートと、を備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、バルブ本体に設けられているスプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構により旋回させることにより、高圧開口から供給される高圧または低圧開口から供給される低圧の圧力流体をバルブ本体に取り入れ、さらに下降用ポートまたは上昇用ポートを選択してシリンダの上室または下室に圧力流体を供給する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１には、この発明に係る多ポートロータリーバルブ１が示されている。この多ポートロータリーバルブ１は、駆動装置の一例としての油圧シリンダ３のピストン５を高圧または低圧で上下動させるためのものであり、中央に図１中左右方向の摺動溝７を有するバルブ本体９、前記摺動溝７において回転および図１中左右方向へ摺動自在のスプール１１が設けられている。
【００１７】
また、前記スプール１１を摺動溝７に沿って図１中左右方向へ移動せしめる往復移動機構の一例としての直動式モータ１３、前記スプール１１を回転せしめる旋回機構の一例としての回転式モータ１５が設けられている。前記直動式モータ１３はバルブ本体９の図１中右端面に取り付けられており、スプール１１の回転を許容して左右に押したり引いたりするため、回転のみ許容する軸受け１７により接続されている。
【００１８】
一方、前記回転式モータ１５は、スプール１１の左右往復動を許容して回転を伝達するため、回転式モータ１５の回転軸１９に取り付けられている回転伝達棒２１を、スプール１１の図１中左端面に突出して設けられている突出部２３の中央に設けられている穴２５に挿入し、回転が拘束された状態で図１中左右方向へ摺動自在に設けられている。このため、回転式モータ１５は、モータ保持用ブロック２７を介してバルブ本体９の図１中左端面に取り付けられている。
【００１９】
バルブ本体９の側面（図１中下側面）には、低圧の圧力流体を供給する低圧ポンプ２９に配管３１により接続される取入口としての低圧ポート穴３３、高圧の圧力流体を供給する高圧ポンプ３５に配管３７により接続される取入口としての高圧ポート穴３９、油圧シリンダ３の上室４１に圧力流体を供給すべく配管４３により接続される供給口としてのＡポート穴４５、油圧シリンダ３の下室４７に圧力流体を供給すべく配管４９により接続される供給口としてのＢポート穴５１、油圧シリンダ３の下室４７から圧力流体を排出すべく配管５３により接続されるＴＢポート穴５５、油圧シリンダ３の上室４１から圧力流体を排出すべく配管５７により接続されるＴＡポート穴５９、油圧シリンダ３から排出された圧力流体をタンク６１に戻すべく配管６３によりタンク６１に接続されているＴポート穴６５が設けられている。
【００２０】
油を溜めているタンク６１には、油圧モータ６７により駆動される高圧の作動油を供給するための高圧ポンプ３５と、低圧の作動油を供給するための低圧ポンプ２９が設けられている。この高圧ポンプ３５は高圧回路により多ポートロータリーバルブ１の高圧ポート穴３９に接続されており、低圧ポンプ２９は低圧回路により多ポートロータリーバルブ１の低圧ポート穴３３に接続されている。
【００２１】
前記スプール１１の内部は、基本的に中空になっており、肉厚部分６９には所定位置に種々の形状をした切欠きが設けられている。スプール１１の図１中右側端部付近に設けられている右中空部分７５の肉厚部分６９には互いに対向する上下一対の矩形状の供給穴７３（図１中では下側の穴のみが示されている）が設けられバルブ内の圧力バランスにより往復動及び旋回自在をスムーズにする役割を果たす。
【００２２】
また、図２〜図４を併せて参照するに、前記右中空部分７５の肉厚部分６９には、一対の細長い切欠き７７Ｕ、７７Ｌが設けられている（図２参照）。さらに、前記左中空部分７９の図１の肉厚部分６９には、右側に一対の細長い切欠き８１Ｕ、８１Ｌが設けられ（図３参照）、この切欠き８１Ｕ、８１Ｌの左側における肉厚部分６９には、幅の広い切欠き８３が設けられている（図４参照）。なお、前記切欠き７７Ｕ、７７Ｌ、８１Ｕ、８１Ｌ、８３の長さは、スプール１１が直動式モータ１３により左右に移動しても後述する穴が外れないような長さとなっている。また、スプール１１の左側端部には、多数の溝８５が設けられており、また、低圧ボード穴３３又は高圧ポート穴３９等からバイパスポート１２３により圧力を溝８５に供給され摺動溝７とスプール１１に油膜を形成し摺動溝７とスプール１１の固着を防ぐ。
【００２３】
再び図１に戻って、バルブ本体９の内部には種々の通路が設けられている。スプール１１が直動式モータ１３により右側位置へ移動された場合に前記下側の供給穴７３の位置に対応する前記摺動溝７の下側内面には低圧開口８７が設けられており、この低圧開口８７と前記低圧ポート穴３３とを結ぶ通路８９が設けられている。スプール１１の供給穴７３が所定角度回転した場合でも低圧開口８７よりずれない大きさに設けられている。
【００２４】
また、スプール１１が直動式モータ１３により左側位置へ移動された場合（図１に示されている状態）に前記下側の供給穴７３の位置に対応する前記摺動溝７の下側内面には高圧開口９１が設けられており、この高圧開口９１と前記高圧ポート穴３９とを結ぶ通路９３が設けられている。前記高圧開口９１は、前述の低圧開口８７と同様、スプール１１の供給穴７３はスプール１１が所定角度回転した場合でも前記高圧開口９１よりはずれない大きさに設けられている。
【００２５】
スプール１１が右側位置へ移動した場合、低圧力は低圧ポンプ２９、配管３１、低圧ポート穴３３、低圧開口８７、供給穴７３と流れスプール１１内の右中空部分７５に油が流れる。スプール１１が左側位置へ移動した場合、高圧力は高圧ポンプ３５、配管３７、高圧ポート穴３９、通路９３、高圧開口９１、供給穴７３と流れスプール１１内の右中空部分７５にやはり油が流れる。
【００２６】
バブル本体９には図２に示されているように、Ａポート出口９７および１０３、Ｂポート出口１０１および１０５が対向して設けられている。Ａポート出口９７および１０３はバブル本体９内部にて１つとなり、配管１０７を介してＡポート穴４５とつながっている。Ｂポート出口１０１および１０５も同様にバブル本体９内部で１つとなり、配管１０９を介してＢポート穴５１とつながっている。より多くの流量を確保したければ、図１に示されているように、通路１０３のとなりにＡポート出口１０３′を設けることにより、Ａの面積を２倍にすることができる。上記Ａポート出口１０３のみでなく、Ａポート入口９７、Ｂポート入口１０１、Ｂポート出口１０５も同様である。
【００２７】
図３を併せて参照するに、前記Ａポート出口１０３の左側には通路１１１によりＴＢポート穴５５と連絡される１対のＴＢ開口１１３が設けられており、前記Ｂポート出口１０５の左側には通路１１５によりＴＡポート穴５９と連絡される一対のＴＡ開口１１７が設けられている。ＴＡポート穴５９、ＴＢポート穴５５も、前記Ａポート穴４５、Ｂポート穴５１と同様に、より多くの流量を確保したければ、図１に示すように、ＴＡ開口１１７およびＴＢ開口１１３のとなりにポートを設けることにより面積を２倍にすることができる。
【００２８】
図４を併せて参照するに、前記摺動溝７の図１中左側端部付近における上下面にはＴポート出口１１９が設けられている。このＴポート出口１１９は、スプール１１が所定角度回転した場合にもスプール１１の切欠き８３から外れることがないような大きさで設けられている。このＴポート出口１１９と前記Ｔポート穴６５を連絡する通路１２１が設けられている。なお、高圧または低圧にかかわらずスプール１１の移動を円滑にするために、低圧ポート穴３３又は高圧ポート穴３９等よりバイパスポート１２３が設けられ、溝８５へ圧力流体を供給している。
【００２９】
次に、前述の多ポートロータリーバルブ１の動作を説明する。
【００３０】
まず、高圧でピストン５を上昇させる場合について説明する。直動式モータ１３によりスプール１１を左側へ移動させて高圧供給に設定する（図１に示されている状態）と共に、回転式モータ１５によりスプール１１を反時計方向へ回転させる。この状態では、高圧開口９１の真上にスプール１１の供給穴７３が位置すると共に、低圧開口８７はスプール１１の外周面により閉じられる。
【００３１】
このため、高圧ポンプ３５から配管３７、高圧ポート穴３９および通路９３を経て供給された高圧の圧力流体は高圧開口９１から供給穴７３を介してスプール１１の右中空部分７５に入り、切欠き７７Ｌおよび７７ＵよりＢポート出口１０５および１０１より通路１０９、Ｂポート穴５１、配管４９を介して油圧シリンダ３の下室４７に供給され、ピストン５を上昇せしめる。
【００３２】
このとき、スプール１１の右中空部分７５においては、切欠き７７Ｌ，７７ＵがＢポート出口１０１、１０５の上にあるため、Ａポート出口９７，１０３はスプール１１の外周面により閉じられている。また、スプール１１の左中空部分７９においては、切欠き８１Ｌ，８１ＵがＴＡポート１１７の上にある。従って、ピストン５の上昇により油圧シリンダ３の上室４１に充填されている圧力流体は、配管５７、ＴＡポート穴５９、通路１１５、ＴＡ開口１１７、切欠き８１Ｌ、８１Ｕを介してスプール１１の左中空部分７９に排出され、さらに切欠き８３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポート穴６５、配管６３を介してタンク６１に排出される。
【００３３】
高圧でピストン５を下降させる場合には、回転式モータ１５によりスプール１１を時計方向へ回転させる。この状態でも、高圧開口９１の真上にスプール１１の供給穴７３が位置すると共に、低圧開口８７はスプール１１の外周面により閉じられているため、高圧の圧力流体がスプール１１の右中空部分７５に供給されるのは前述のピストン５を上昇させる場合とまったく同様である。右中空部分７５に供給された圧力流体は、切欠き７７Ｌ，７７Ｕを通ってＡポート出口１０３，９７から出て、通路１０７、Ａポート穴４５、配管４３を介して油圧シリンダ３の上室４１に供給されてピストン５を下降させる。
【００３４】
このとき、スプール１１の右中空部分７５においては、Ｂポート出口１０１，１０５はスプール１１の外周面により閉じられているので、ピストン５の下降により油圧シリンダ３の下室４７に充填されている圧力流体は、配管５３、ＴＢポート穴５５、通路１１１、ＴＢ開口１１３、切欠き８１Ｌ，８１Ｕを介してスプール１１の左中空部分７９に排出され、さらに切欠き８３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポート穴６５、配管６３を介してタンク６１に排出される。
【００３５】
一方、低圧でピストン５を上昇または下降させる場合には、直動式モータ１３によりスプール１１を摺動溝７に沿って図１中右方向へ移動させる。この状態では、低圧開口８７の真上にスプール１１の下供給穴７３が位置すると共に、高圧開口９１はスプール１１の外周面により閉じられる。このため、低圧ポンプ２９から配管３１、低圧ポート穴３３および通路８９を経て供給された低圧の圧力流体は低圧開口８７から下供給穴７３を介してスプール１１の右中空部分７５に供給される。その後の圧力流体の動きは、前述した高圧の場合とまったく同様である。
【００３６】
以上の結果から、従来必要であった多数個の制御用バルブを一個の多ポートロータリーバルブ１により置き換えることができる。これにより、装置の省スペース化およびコンパクト化が可能になると共に、油圧用の配管および電気配線が少なくなるため、装置を簡潔化することができる。また、バルブの数を減少させることにより油リークを減少させることができ、省エネ化を図ることができる。
【００３７】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、さらに分岐数が必要であればバルブ本体９およびスプール１１の長手方向にポート穴を増加させることにより分岐数を増加させることができる。例えば、図５に示されているようにＣポート、Ｄポート、ＥポートおよびＦポートを直列に追加することにより、分岐数を増加させることができる。また、追加ポート穴を並列に追加すれば流量を増加させることができる。あるいは、例えば、図６に示されているように、Ｔ１ポート、Ｔ２ポート、Ｔ３ポート穴よびＴ４ポートを追加することも可能である。
【００３８】
また、図１に示されているように、前述の実施の形態においては、バルブ本体９に設けられている開口や出入り口を丸穴とし、スプール１１に設けられている切欠きを矩形状の切欠きとしたが、丸穴や切欠きの形状の組み合わせは適宜変更できるものである。バブル本体９に設けられている開口が出入口の位置をずらすことにより、油の流れはじめ、および戻りのタイミングを調整することができる。
【００３９】
回転式モータ１５を用いてスプール１１の回転角度を制御することにより、バルブ本体９に設けられたポート穴例えば３９とスプール１１に加工された穴例えば７３とが作り出す圧油通過開口部の面積を調整できる。圧油の通過流量は前述の開口部断面積に比例するため、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されているように、断面積の変化は通過流量の変化となる。すなわちスプール１１の回転角度の制御は圧油の通過流量の制御となる（流量制御機能）。バルブ本体９を通過した圧油が経路４９を経由して油圧シリンダ３の下室４７に流入すると、ピストン５は上昇するが、この時の上昇速度は流入した圧油の流量に比例する。以上から、スプール１１の回転角度を制御することによりピストン５の移動速度を制御できる。なお、ピストン５の下降動作においても同様であり、また高圧時／低圧時においても同様である。
【００４０】
また、前述の実施の形態においては、スプール１１の往復動により高圧・低圧の切換えを行うと共に、スプール１１の旋回により油圧シリンダ３の上下を切りかえるようにしたが、逆に、スプール１１の旋回により高圧・低圧を切換え、スプール１１の往復動により油圧シリンダ３の上下を切りかえるようにしてもよい。
【００４１】
また、圧力流体として油を使用した場合について説明したが、エアーを用いることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による多ポートロータリーバルブでは、この一個の多ポートロータリーバルブによりバルブ本体に設けられているスプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構により旋回させることにより、複数の取入口からバルブ本体に取り入れられた圧力流体を選択された供給口から所望の駆動装置に供給することができる。これにより、装置の省スペース化およびコンパクト化が可能になると共に、油圧用の配管および電気配線が少なくなるため、装置を簡潔化することができる。また、従来複合型バブルで必要とされたパイロット用油量が不必要なため、ポンプモータは例えば１０〜２０％レス小さくできる。その結果、省エネルギーに対応し、またオイル劣化防止にも役立つ。また、バルブの数を減少させることにより油リークを減少させることができ、省エネ化を図ることができる。バブルの簡素化により耐コンタミ性向上、メインテナンス性向上を図ることができる。
【００４３】
また、パイロット用油圧モータが不必要な為、従来パイロット動作圧力によって制限を受けていたバルブ最低動作油圧以下すなわち低圧力での動作が可能になる。
【００４４】
請求項２の発明による多ポートロータリーバルブでは、バルブ本体に設けられているスプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構により旋回させることにより、高圧開口から供給される高圧または低圧開口から供給される低圧の圧力流体をバルブ本体に取り入れ、さらに下降用ポートまたは上昇用ポートを選択してシリンダの上室または下室に圧力流体を供給するので、一個の多ポートロータリーバルブにより圧力制御および分岐の選択を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る多ポートロータリーバルブを示す断面図である。
【図２】図１中II−II位置における断面図である。
【図３】図１中III−III位置における断面図である。
【図４】図１中IV−IV位置における断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す概略図である。
【図６】さらに別の実施の形態を示す概略図である。
【図７】スプール回転時のポート穴と供給穴との関係を示した説明図である。
【図８】従来における油圧回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１  多ポートロータリーバルブ
３  シリンダ（駆動装置）
７  摺動溝
９  バルブ本体
１１  スプール
１３  直動式モータ（往復移動機構）
１５  回転式モータ（旋回機構）
３３  低圧ポート穴（取入口）
３９  高圧ポート穴（取入口）
４１  上室
４５  Aポート穴（下降用ポート、供給口）
４７  下室
５１  Ｂポート穴（上昇用ポート、供給口）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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