(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮空気のみで電気的回路と同等の方向制御を行うことができ、しかも、周期の長い連続自励発振回路を構成することができる空気圧回路用方向制御弁を提供する。【解決手段】供給ポート４と排出ポート５、６、出力ポート７、８、圧力室１２、１３が形成され、これら各ポート及び圧力室に連通させたスプール収容孔２が形成されたケーシング本体１と、スプール収容孔２に軸方向に往復動自在に装着されるスプール３と、スプール３に装着された環状の弾性弁体９、１０、１１と、前記スプールの両端に各々装着されて圧力室１２、１３を軸方向に往復動して容積を変化させる容積可変体１４、１５と、ケーシング本体１の軸方向外側に設けられたタンク室２０、２１と、容積可変体１４、１５と圧力室が対向する位置に配設された永久磁石２４、２５と磁性体２６、２７からなる磁気吸引部材とを有し、タンク室２０、２１には空気室３０が並列に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ポートを供給ポートに連通する状態と排出ポートに連通する状態とに切り替える制御弁であって、
前記供給ポートと排出ポートとが軸方向にずれて形成され、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に前記出力ポートが形成されるとともに両端側に圧力室が形成され、これら各ポート及び圧力室に連通させたスプール収容孔が形成されたケーシング本体と、
前記ケーシング本体の前記スプール収容孔に軸方向に往復動自在に装着されるスプールと、
前記スプールに装着され、前記供給ポートと前記出力ポートとを連通させる連通状態および連通を遮断する遮断状態とに切り替える環状の弾性弁体と、
前記スプールの両端に各々装着されて前記圧力室を軸方向に往復動して容積を変化させる容積可変体と、
前記ケーシング本体の軸方向外側に設けられ、切替信号口と前記圧力室に連通する連通孔が形成されたタンク室と、
前記容積可変体と前記圧力室が対向する位置に配設された永久磁石と磁性体からなる磁気吸引部材とを有し、
前記タンク室には、このタンク室を大容積にするための空気室を並列に設けたことを特徴とする空気圧回路用方向制御弁。
【請求項２】
前記供給ポートと前記排出ポートとの間に２個の前記出力ポートが形成され、前記供給ポートに空気圧源を接続するとともに、一方の前記出力ポートと他方の前記切替信号口とを連通させ、他方の前記出力ポートと一方の前記切替信号口とを連通させ、前記出力ポートから出力する一部の空気を他の前記タンク室及び空気室に流入させて、相互に前記タンク室内及び空気室内の圧力を前記磁気吸引部材の磁気吸引力よりも大きくさせて前記スプールを往復動させることにより連続発振回路を構成した請求項１に記載の空気圧回路用方向制御弁。
【請求項３】
前記空気室は、両端を蓋によって閉塞した筒体によって形成され、内部には軸方向に移動するピストンが設けられ、前記蓋には切替信号口に連通させた流入口が各々形成され、タンク室とともに空気を流入させて前記ピストンを軸方向に移動させる請求項３に記載の空気圧回路用方向制御弁。
【請求項４】
前記空気室の内部容量を、タンク室よりも大容量に形成した請求項１〜４のいずれかに記載の空気圧回路用方向制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、空気の流れの方向を切替制御して空気圧作動機器に供給するための空気圧を使用して自励発信回路を構成した空気圧回路用方向制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】  空気の流れの方向を切替制御する方向制御弁は、空気を流す状態と流れを遮断する状態に切り替えたり、空気の流れ方向をあるポートから他のポートに切り替えるための弁である。たとえば、空気圧源からの圧縮空気を空気圧作動機器に供給するための空気圧回路には、空気圧源からの圧縮空気を空気圧作動機器に供給する状態と、空気圧作動機器に対する圧縮空気の供給を停止して空気圧作動機器から戻される圧縮空気を排出させる状態とに切り替えるために方向制御弁が使用される。【０００３】  このような方向制御弁は、バルブケーシングに往復動自在に収容されたスプールを軸方向に移動させることにより、空気圧源に接続された給気ポートと出力ポートとの連通状態を切り替え、出力ポートに接続された作動機器を制御している。スプールの駆動方式としては、特開２０１３−２２８０５８号公報（特許文献１）に示されるような電磁石を使用したもの、或いは、特許４３０１９４３号公報（特許文献２）に示されるようなモータを使用したものが知られている。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２８０５８号公報
【特許文献２】特許４３０１９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上述した方向制御弁は、空気圧源に接続して給気ポートと出力ポートとの連通状態を切り替えることにより作動機器を制御しているが、場合によっては、空気の他に可燃性ガスの流れを制御が必要になる。この場合、特許文献１或いは特許文献２に示すように、スプールを駆動するために、電気的な電磁石或いはモータを使用すると、これらの機器から火花が生ずることがある。この火花が可燃性ガスに引火した場合には爆発する危険性がある重大な問題がある。また、電磁石或いはモータを制御するための制御装置が必要であり、配線等を含めてシステムが複雑になり、しかもコストが高額になる問題があった。しかしながら、電磁石或いはモータからなる電機機器を使用せず、圧縮空気のみで電気的回路と同様のタイマー回路や自励発振回路等を構成することは、従来から実現できなかった。【０００６】  そこで、本発明の課題は、圧縮空気のみで電気的回路と同等の方向制御を行うことができ、しかも、周期の長い連続自励発振回路を構成することができる空気圧回路用方向制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、本発明による空気圧回路用方向制御弁は、出力ポートを供給ポートに連通する状態と排出ポートに連通する状態とに切り替える制御弁であって、前記供給ポートと排出ポートとが軸方向にずれて形成され、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に前記出力ポートが形成されるとともに両端側に圧力室が形成され、これら各ポート及び圧力室に連通させたスプール収容孔が形成されたケーシング本体と、前記ケーシング本体の前記スプール収容孔に軸方向に往復動自在に装着されるスプールと、前記スプールに装着され、前記供給ポートと前記出力ポートとを連通させる連通状態および連通を遮断する遮断状態とに切り替える環状の弾性弁体と、前記スプールの両端に各々装着されて前記圧力室を軸方向に往復動して容積を変化させる容積可変体と、前記ケーシング本体の軸方向外側に設けられ、切替信号口と前記圧力室に連通する連通孔が形成されたタンク室と、前記容積可変体と前記圧力室が対向する位置に配設された永久磁石と磁性体からなる磁気吸引部材とを有し、前記タンク室には、このタンク室を大容積にするための空気室を並列に設けたことを要旨としている。【０００８】  さらに、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に２個の前記出力ポートが形成され、前記供給ポートに空気圧源を接続するとともに、一方の前記出力ポートと他方の前記切替信号口とを連通させ、他方の前記出力ポートと一方の前記切替信号口とを連通させ、前記出力ポートから出力する一部の空気を他の前記タンク室及び空気室に流入させて、相互に前記タンク室内及び空気室内の圧力を前記磁気吸引部材の磁気吸引力よりも大きくさせて前記スプールを往復動させることにより連続発振回路を構成するようにしている。【０００９】  さらにまた、前記空気室は、両端を蓋によって閉塞した筒体によって形成され、内部には軸方向に移動するピストンが設けられ、前記蓋には切替信号口に連通させた流入口が各々形成され、タンク室とともに空気を流入させて前記ピストンを軸方向に移動させるようにしている。【００１０】  また、前記空気室の内部容量を、タンク室よりも大容量に形成している。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の空気圧回路用方向制御弁によれば、圧力室に連通する連通孔が形成されたタンク室と、容積可変体と圧力室が対向する位置に配設された永久磁石と磁性体からからなる磁気吸引部材とを設けたことにより、圧力室に供給する圧縮空気を制限した場合でも、タンク室内の空気圧が磁気吸引部材の吸引力に達したとき、容積可変体とともにスプールを軸方向に移動させるので、スプールを短時間に移動させることができる。この短時間の移動により、出力ポートの出力の切り替え時間が短縮されるので、出力ポート及び排出ポートが全開状態になって、全てのポートから圧縮空気が排出されて空気圧が低下するために生ずる回路の停止等の制御回路の不安定要素を未然に解消することができる。また、タンク室と永久磁石と磁性体からからなる磁気吸引部材とを設けるだけの簡易な構成のため、安価にできる。さらに、空気圧によって安定的な制御が可能になるので、電磁石によりスプールを直接駆動するような電気的な制御を不要にすることが可能となり、電気制御によって発生する放電や火花による火災が解消され、しかも、電気制御回路や電磁駆動装置が不要になるので、制御系統を一元化することができ、トータルコストを大幅に低減することが可能となる。特に、空気圧回路用方向制御弁によって、連続自励発振回路を構成した場合に、タンク室と並列に空気室を設けることにより、タンク室が実質的に大容積になることから、タンク室と空気室に流入する圧縮空気が徐々に充満して所定の圧力に達するまでの時間を長くなるので、発振の周期を大幅に延長することができる。【００１２】  一方の出力ポートと他方の切替信号口とを連通させるとともに、他方の出力ポートと一方の切替信号口とを連通させ、相互に前記タンク室内の圧力を磁気吸引部材の磁気吸引力よりも大きくさせてスプールを往復動させることにより連続発振回路を構成することができる。このとき、磁気吸引部材の磁気吸引力がタンク室の空気圧力よりも大きくなったときにスプールを急峻に移動させるので、安定したスプールの往復動ができる連続発振回路を構成することが可能となる。【００１３】  また、空気室の内部にピストンが設けられ、左右両側の流入口から空気を流入させてピストンを軸方向に移動させるように構成しているので、１個の空気室でもピストンの左右の移動により両方向の圧縮空気を充満させることができるので、空気室をコンパクトに構成することが可能となる。【００１４】  さらに、空気室の内部容量を、タンク室よりも大容量に形成することにより、タンク室の容量を実質的２倍以上に増加させることができるので、連続発振回路における周期を大幅に長くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による空気圧回路用方向制御弁の実施例を示す断面図である。
【図２】図１からの動作切り替え状態を示す説明図である。
【図３】タンク室内の圧力変化を示すグラフである。
【図４】本発明による空気圧回路用方向制御弁の他の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  空気圧回路用方向制御弁は、出力ポートを供給ポートに連通する状態と排出ポートに連通する状態とに切り替える制御弁であって、前記供給ポートと排出ポートとが軸方向にずれて形成され、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に前記出力ポートが形成されるとともに両端側に圧力室が形成され、これら各ポート及び圧力室に連通させたスプール収容孔が形成されたケーシング本体と、前記ケーシング本体の前記スプール収容孔に軸方向に往復動自在に装着されるスプールと、前記スプールに装着され、前記供給ポートと前記出力ポートとを連通させる連通状態および連通を遮断する遮断状態とに切り替える環状の弾性弁体と、前記スプールの両端に各々装着されて前記圧力室を軸方向に往復動して容積を変化させる容積可変体と、前記ケーシング本体の軸方向外側に設けられ、切替信号口と前記圧力室に連通する連通孔が形成されたタンク室と、前記容積可変体と前記圧力室が対向する位置に配設された永久磁石と磁性体からなる磁気吸引部材とを有し、前記タンク室には、このタンク室を大容積にするための空気室が並列に設けられている。【００１７】  以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説明する。図１は、本発明による空気圧回路用方向制御弁を示している。図１に示す方向制御弁ＣＶにおいて、略直方体形状に形成されたケーシング本体１は、例えばアルミニウム等の金属材によって形成され、長手方向に円筒状のスプール収容孔２が形成され、内部にスプール３が軸方向に往復動自在に装着されている。ケーシング本体１には、供給ポート４、２つの排出ポート５、６、出力ポート７、８が形成されていて、それぞれのポート４〜８は、ケーシング本体１内のスプール収容孔２から外部に連通するように開口している。【００１８】  一方、スプール３は略円柱状に形成され、中央部には、ゴム製のＯリングからなる３個の環状の弾性弁体９、１０、１１が相互に軸方向にずれて装着されている。これら３個の弾性弁体９、１０、１１は、供給ポート４と２つの排出ポート５、６と同じ間隔に装着されている。これらの弾性弁体９、１０、１１は、スプール収容孔２の内周面に接触してポートの連通を遮断するスプール弁構造となっている。【００１９】  ケーシング本体１の両側には、圧力室１２、１３が形成され、この圧力室１２、１３にはスプール３の端部に配設された容積可変体としてのピストン１４、１５が各々組み込まれている。さらに、圧力室１２、１３の外側には、各々タンク室２０、２１が設けられていて、これらタンク室２０、２１の端部には、切換信号となる圧縮空気を供給するための切替信号口２２、２３が形成されている。また、タンク室２０、２１と圧力室１２、１３との間の隔壁には、連通孔２０ａ、２１ａが形成されていて、空気が連通するようになっている。【００２０】  また、タンク室２０、２１と圧力室１２、１３との間の隔壁には、永久磁石２４、２５が各々固着され、ピストン１４、１５には、永久磁石２４、２５と対向する位置に磁性体２６、２７が固着されている。これら永久磁石２４、２５と磁性体２６、２７からなる磁気吸引部材は、所定の磁気的吸引力を有し、この磁気的吸引力は、切替信号口２２、２３から圧力室１２、��３に供給される圧縮空気により、ピストン１４、１５の磁性体２６、２７が離間する所定の圧力に設定される。磁気的吸引力は、永久磁石２４、２５の材質、体積、及び、磁性体２６、２７の透磁率、或いは、永久磁石と磁性体とのよって形成される磁気回路によって適宜に設定される。そして、供給ポート４には、空気圧源１７から配管を介して圧縮空気が供給される。【００２１】  また、タンク室２０、２１には、このタンク室２０、２１を大容積にするための空気室３０が並列に設けられている。この空気室３０は、円筒状の筒体によって形成され、両端が各々蓋３１、３２によって閉塞されている。さらに、内部には軸方向に移動するピストン３３が設けられている。この空気室３０の内部容量は、タンク室２０、２１よりも大容量に形成されている。因みに、タンク室２０、２１の内部容量が２ｃｃとした場合には、空気室３０の内部容量を１０ｃｃ〜２０ｃｃに設定している。この空気室３０の内部容量は、後述する連続発振回路における周期によって適宜に設定され、タンク室２０、２１の内部容量に対して、１〜５０倍程度に設定することが可能である。しかし、空気室３０の内部容量を大きくした場合には、体格が大きくなることを考慮する必要がある。【００２２】  さらに、空気室３０の両側の蓋３１、３２には、切替信号口２２、２３に連通させた流入口３４、３５が各々形成されていて、この流入口３４、３５からタンク室２０、２１とともに空気を流入させるようにしている。そして、一方の流入口３４から空気を流入することにより、ピストン３３を軸方向に移動させ、他方の流入口３５から空気を流入することによりピストン３３が逆方向に移動し、空気室３０の内部がピストン３３によって仕切られていることにより、左右の容量が変化するようになっている。【００２３】  次に、上述した空気圧回路用方向制御弁の動作例として、連続発振回路について説明する。この回路においては、出力ポート７、８に空気圧作動機器を接続する一方、出力ポート７と切替信号口２３とをスピードコントローラ２８を介して接続するとともに、出力ポート８と切替信号口２２とをスピードコントローラ２９を介して接続し、出力ポート７、８から各々出力される圧縮空気を互いに他方の切替信号口２２、２３、及び、空気室３０の流入口３４、３５にクロスさせて供給するように構成している。【００２４】  まず、初期の状態として、図１に示すように、スプール３は図示左方に位置し、ピストン１４に固着されている磁性体２６が、圧力室１２の隔壁に固着された永久磁石２４に吸引されることにより接合している。この状態では、供給ポート４には、空気圧源１７から配管を介して圧縮空気が供給され、図示のように、圧縮空気は供給ポート４からスプール収容孔２を経由して出力ポート８に出力され、スピードコントローラ２９に供給される。なお、スピードコントローラ２８、２９は、タンク室２０、２１及び空気室３０への空気の供給量を制御する機能を有している。【００２５】  図１に示す状態においては、空気室３０のピストン３３が図示左方の蓋３１の内面に当接している。この状態から、供給量が制御された圧縮空気をスピードコントローラ２９からタンク室２０及び空気室３０に���給する。圧縮空気は徐々にタンク室２０及び空気室３０に時間をかけて充填させることにより、空気室３０のピストン３３を押圧して、矢示の右方に移動させ、やがて、点線で示すように、図示左方の蓋３２の内面に当接する。このとき、タンク室２０と空気室３０の圧力は等しくなっている。【００２６】  その後もスピードコントローラ２９から圧縮空気を供給タンク室２０及び空気室３０に供給すると、タンク室２０と空気室３０の空気圧が、永久磁石２４と磁性体２６との磁気的吸引力を超えることにより離間し、高圧となった圧縮空気がスプール３を一気に高速で図示右方に移動させる。これにより、反対側の永久磁石２５と磁性体２７が吸着する。図３に示すように、タンク室２０及び空気室３０に圧縮空気が供給され、永久磁石２５と磁性体２７との磁気的吸引力を超えるタンク室２０内の圧力に達するまでの時間Ｔ１は、タンク室２０の容量に空気室３０の容量が加えられることから、従来のタンク室２０のみの場合の時間Ｔ２に比較して延長される。【００２７】  スプール３が、図２に示すように図示右方に位置すると、供給ポート４から供給された空気圧源１７が、矢示のようにスプール収容孔２を経由して出力ポート７に切り替えられて出力され、スピードコントローラ２８を介して切替信号口２３に供給されるとともに空気室３０の流入口３５に供給される。これにより、空気室３０の図示右方の蓋３２の内面に当接していたピストン３３は、タンク室２０及び空気室３０に時間をかけて徐々に充填される圧縮空気により、空気室３０のピストン３３を押圧して、矢示の左方に移動させ、やがて、点線で示すように、図示左方の蓋３１の内面に当接する。その後もスピードコントローラ２８から圧縮空気を供給タンク室２０及び空気室３０に供給すると、タンク室２０と空気室３０の空気圧が、永久磁石２５と磁性体２７との磁気的吸引力を超えることにより離間し、この結果、高圧となった圧縮空気がスプール３を一気に高速で図示左方に移動して図１に示す状態に復帰する。【００２８】  このように復帰した状態では、前述したように、スプール３は図示左方に位置し、ピストン１４に固着されている磁性体２６が、圧力室１２の隔壁に固着された永久磁石２４に吸引されることにより接合している。その後、再び圧縮空気が供給ポート４からスプール収容孔２を経由して出力ポート８に出力されてスピードコントローラ２９に供給され、タンク室２０及び空気室３０に供給することにより、圧縮空気は徐々にタンク室２０及び空気室３０に時間をかけて充填され、内部の空気圧が永久磁石２４と磁性体２６との磁気的吸引力を超えることにより、スプール３が図２に示すように図示右方に一気に移動する。そして、空気圧源１７の圧縮空気がスプール収容孔２を経由して再び出力ポート７に出力されことによりスプール３を移動させ、出力ポートからの出力を切り替える動作を順次繰り返すことにより、連続発振回路として動作させる。【００２９】  上述したように、空気室３０の内部にはピストン３３が設けられ、左右両側の流入口３４、３５から圧縮空気を流入させてピストン３３を軸方向に移動させるので、１個の空気３０室でもピストン３３の左右の移動により両方向の圧縮空気を充満��せることができることから、空気室３０をコンパクトに構成することができる。【００３０】  このような連続発振回路として動作させる場合にも、タンク室２０、２１の空気圧が永久磁石２４、２５と磁性体２６、２７との磁気的吸引力を超えたときに、スプール３を急峻に移動させるので、全てのポートから圧縮空気が排出されることによる空気圧の低下がほぼ防止されるので、スプール３を安定して往復動させることが可能となり、好適な連続発振回路を構成することができる。【００３１】  図４は、本発明による空気圧回路用方向制御弁の他の実施例を示している。前述した実施例と相違する点は、スプール３の端部に配設されたピストン１４、１５を容積可変体としてのダイヤフラム４０、４１に変更したことである。ダイヤフラム４０、４１は、基本的には周知の構成であり、その詳細な説明は省略する。このダイヤフラム４０、４１の中央には、永久磁石２４、２５と対向する位置に磁性体４２、４３が固着されている。これら永久磁石２４、２５と磁性体４２、４３からなる磁気吸引部材については、前述した実施例と同様に圧力室１２、１３に供給される圧縮空気により、磁性体４２、４３と永久磁石２４、２５とが離間する所定の圧力に設定されている。【００３２】  一方、ダイヤフラム４０、４１の外周は、ケーシング本体１の両側に形成された圧力室１２、１３の内部に固着され、これによって圧力室１２、１３の内部が各々ダイヤフラム４０、４１によって隔離され、タンク室２０に圧縮空気が供給することにより、ダイヤフラム４０、４１によって隔離された圧力室１２、１３の左右の容積が変化するようにしている。【００３３】  このように構成された本発明の他の実施例において、切替信号口２２に印加すると、タンク室２０に圧縮空気が供給され、隔壁の永久磁石２４とダイヤフラム４０の磁性体４２との磁気的吸引力よりも大きい所定の空気圧に達すると、タンク室２０の圧縮空気が連通孔２０ａから圧力室１２に流入して一気にダイヤフラム４０を押圧し、これによりスプール３を移動させる動作は前述した実施例と同様である。【００３４】  前述した実施例において、容積可変体としてピストン１４、１５を採用した場合、ケーシング本体１の両側に形成された圧力室１２、１３の内壁にピストン１４、１５の外周が常時に摺動し、しかも、高速で摺動するため、摩耗が生じて劣化する恐れがある。図４に示した他の実施例においては、ダイヤフラム４０、４１を採用しているので、摺動による摩耗がないことから、格段に長寿命化を達成することが可能となる。【００３５】  以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。例えば、磁気吸引部材は、永久磁石と磁性体との組合せ以外に、永久磁石どうしの組合せであっても良い。また、上記実施例は、いわゆる５ポートの方向制御弁を例示したが、２ポート、３ポート等の方向制御弁であっても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  本発明は、方向制御弁に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】１    ケーシング本体
２    スプール収容孔
３    スプール
４    供給ポート
５、６  排出ポート
７、８  出力ポート
１２、１３  圧力室
１４、１５  ピストン
２０、２１  タンク室
２２、２３  切替信号口
２４、２５  永久磁石
２６、２７  磁性体
３０  空気室
３３  ピストン
４０、４１  ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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