(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング部材と、
ハウジング部材内部に設けられたハウジング部材内を軸方向に移動可能な弁軸部材と、
軸方向移動可能に弁軸部材に外嵌された浮動リング状部材と、
ハウジング部材内にあって、隔壁によって仕切られる主弁室及び副弁室と、
主弁室内にあって弁軸部材によって仕切られる両端部の第１室、第３室及び中間部の第２室と、
第２室のハウジング部材壁面に形成された圧力流体供給口と、
第１室のハウジング部材壁面に形成された第１流通口と、
第３室のハウジング部材壁面に形成された第２流通口と、
副弁室のハウジング部材壁面に形成された排出口と、
弁軸部材に形成された主弁室と副弁室とを連通する通路を備え、
弁軸部材及び浮動リング部材の軸方向の動きによって、第１または第２流通口の一方を圧力流体供給口に、他方を排出口に連通する位置に切替えることを特徴とする２位置４ポート方向切換弁。
【請求項２】
ハウジング部材と、
ハウジング部材内部に設けられたハウジング部材内を軸方向に移動可能な弁軸部材と、
軸方向移動可能に弁軸部材に外嵌された浮動リング状部材と、
ハウジング部材内にあって、隔壁によって仕切られる弁室と、
弁室にあって弁軸部材によって仕切られる両端部の第１室、第３室及び中間部の第２室と、
第２室のハウジング部材壁面に形成された圧力流体供給口と、
第１室のハウジング部材壁面に形成された第１流通口と、
第３室のハウジング部材壁面に形成された第２流通口と、
弁軸部材に形成された弁室とハウジングの外部を連通する排出口としての機能を有する通路を備え、
弁軸部材及び浮動リング部材の軸方向の動きによって、第１または第２流通口の一方を圧力流体供給口に、他方を排出口に連通する位置に切替えることを特徴とする２位置４ポート方向切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油や空気等の流体圧回路に使用される切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油や空気等の流体回路の回路構成を切り換える制御に切換弁が用いられる。
切換弁は、複数の流体管路・通路（以下流体通路という）が接続される弁ハウジングと該弁ハウジング中に軸線方向に移動可能に嵌装された弁軸部材とで構成され、この弁軸部材の外周形状と弁ハウジングの内周形状との関係によって、弁軸部材の弁ハウジングに対する軸線方向位置を変化させることで、弁ハウジングに導入されている複数の流体流路相互の導通関係が変化する仕組みになっており、この弁軸部材を操作手段（例えば電磁弁のソレノイド、人力操作弁のレバーやボタン、機械操作弁のカムやリンク機構を用いて弁ハウジングに対する軸線方向位置を変化させることで、目的とする回路構成の切換制御を実現している。
【０００３】
ところで、この弁軸部材の軸線方向位置により回路構成を切り換える切換弁の基本構造原理として、「ポペット弁型」と、「スプール弁型」とが知られている。
図６は、スプール弁型の２位置４ポート切換弁の構造を示す。
スプール弁１００は４個のポート１３１，１３２，１３３，１３４を有する弁ハウジング１１０と、弁ハウジング１１０内の流体通路１２０内を摺動するスプール１５０を備える。スプール１５０は、２個のランド部１５１，１５２と、ランド部１５１，１５２の両側に配設される環状溝部１５３，１５４，１５５を有する。図４の状態にあっては、ポート１３１とポート１３４が連通され、ポート１３２とポート１３３が連通されている。
スプール１５０を図において矢印Ｒ方向に移動させると、ランド１５１が流体通路１２０の内周部１２２を閉じる。この作用によって、ポート１３１とポート１３３が連通され、ポート１３２とポート１３４が連通される。
【０００４】
図７は、ポペット型の２位置３ポート切換弁の構造を示す。
ポペット弁２００は、３つのポート２１１，２１２，２１３を有するハウジング２１０と、ハウジング内の流体通路２２０内を摺動するスプール２５０を備える。スプール２５０はランド部２５１を有し、ランド部２５１は、ハウジング２１０の流体通路２２０を区画する壁面２２１，２２２に選択的に当接してシールを行なう。
【０００５】
図７の状態にあっては、ポート２１１とポート２１３が連通する。図６において、スプール２５０を矢印Ｌ方向に移動すると、ランド２５１は壁面２２１をシールし、ポート２１２とポート２１３が連通される。
このポペット弁は、流体回路間の遮断メカニズムが弁軸部材の操作手段による部材間の軸線方向の当接に加え、場合によっては、流体の圧力を部材間の当接に与からせて当接力を強めるセルフシーリング効果によって、ほぼ完全な遮断状態を構成できる利点がある。
この種のポペット弁は、例えば特開昭６０−１９６４７１号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の「スプール弁型」の切換弁においては、そのポート数には制限なく、多岐の流体流路相互の導通関係を実現することが可能であり、例えば図５に示すように油圧回路においても、代表的なスプール弁型切換弁である図６に例示する２位置４ポート切換弁を１個用いることにより簡単に油圧回路の流路制御を行い得る。
しかし、スプール弁型では、各流体回路相互を区画しているのは各環状溝間に存在する弁ハウジング内周面と弁軸部材の外周面とにおけるランド部の嵌合域であり、このランド部の径寸法は、弁ハウジングに対する弁軸部材の軸線方向滑動を可能とするために、最小限の隙間が必要である。
【０００７】
このため、各流体流路相互の導通関係を完全な遮断状態とすることは不可能で、特に隣合う流体流路間の圧力差が大きい場合には、この両者を区画しているランド部の嵌合域の隙間を通って高圧側から低圧側へと流体が洩れてしまう不都合がある。
そこで、各流体流路相互の洩れ流通を嫌うシステムでは、このスプール弁型は採用できず、ポペット弁型とする必要がある。即ち、代表的なポペット弁型切換弁である図７に例示する２位置３ポート切換弁を用いると、各流体流路相互の導通関係の遮断状態は、弁軸部材と弁ハウジングとの軸線方向の（流体流路の開口面における）当接関係によって行われるので、完全な遮断状態が実現される。
【０００８】
しかし、この弁部材間の軸線方向当接により遮断状態を構成する原理上、両弁部材において軸線方向の２箇所以上の当接部を同時に完全に当接させる構造は、弁部材の工作上困難であり、若しそれを実現させるにしても、生産性も悪く、生産コストも高くなるので、１つの弁軸部材の移動で切換可能な流体流路のポートの数は、図７に示すようにポート数は３ポートが限度となる。もし、両弁部材の複数箇所の当接部を同時に完全に当接させなければ、スプール弁型に対する優位性はない。
【０００９】
ところが、３ポートであると、例えば図５に示すように油圧回路においても、図７に例示する２位置３ポート切換弁を２個用いる必要が生じ、油圧回路自体も複雑となり、スプール弁型の場合に比し生産コスト及び保守点検の手数の増大につながる。
この発明は、切換弁における上記のようなスプール弁型及びポペット弁型の欠点を一挙に解消した切換弁を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の要点は、浮動リング部材が軸線方向に移動可能に外周面に嵌装された弁軸部材を弁ハウジング内に軸線方向に移動可能に浮動リング部材共々嵌装した点にある。
即ち、この発明の切換弁は、基本的な手段として、ハウジング部材と、ハウジング部材内部に設けられたハウジング部材内を軸方向に移動可能な弁軸部材と、軸方向移動可能に弁軸部材に外嵌された浮動リング状部材と、ハウジング部材内にあって、隔壁によって仕切られる主弁室及び副弁室と、主弁室内にあって弁軸部材によって仕切られる両端部の第１室、第３室及び中間部の第２室と、第２室のハウジング部材壁面に形成された圧力流体供給口と、第１室のハウジング部材壁面に形成された第１流通口と、第３室のハウジング部材壁面に形成された第２流通口と、副弁室のハウジング部材壁面に形成された排出口と、弁軸部材に形成された主弁室と副弁室とを連通する通路を備える。
そして、弁軸部材及び浮動リング部材の軸方向の動きによって、第１または第２流通口の一方を圧力流体供給口に、他方を排出口に連通する位置に切替えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態における切換弁を図面に従って説明する。
以下の説明による上下左右方向は、各図における方向である。
なお、この発明の実施の形態における切換弁は、ポペット弁型の２位置４ポート切換弁であり、制御される作動流体は、気体又は流体であり、以下の説明においては油として説明する。そして、該切換弁は例えば図５に示す流体圧回路に用いられるものである。
図５に示す油圧回路においては、ポペット弁型の２位置４ポート切換弁Ｖが、アクチュエータである複動シリンダＡと作動供給源であるポンプＰ・油タンクＴとに管路Ｌ１〜Ｌ４で接続されている。
【００１２】
図１及び図２に示されている実施の第１形態の２位置４ポート切換弁は、弁ハウジング１と弁ハウジング１に左右滑動自在に嵌装された弁体２と弁体２の外周面に左右滑動自在に嵌装された浮動リング部材３とから構成されている。
弁ハウジング１は、周壁部４と両端の端壁部５，５とで囲われた中空孔が形成され、弁室は、中間壁部６で遮断された主弁室と副弁室８とに分割され、主弁室は、端壁部５側の第１室９、中間壁部６側の第３室１０及び中間の第２室１１から形成されている。
【００１３】
周壁部４には、外部から第１室に連通する第１流通口１２、同じく第３室１０に連通する第２流通口１３及び第２室１１に連通する圧力流体供給口１４が夫々貫通しており、更に周壁部４には、外部から副弁室８に連通する排出口１５が貫通している。
【００１４】
圧力流体供給口１４には、例えば図５に示す油圧回路の作動油供給源であるポンプＰからの管路Ｌ１が接続され、排出口１５には同じく油タンクＴへの管路Ｌ２が接続されている。
又、第１流通口１２には、例えば図５に示す油圧回路のアクチュエータである複動シリンダＡの一方のポートａからの管路Ｌ３が接続され、第２流通口１３には同じく他方のポートｂからの管路Ｌ４が接続されている。
【００１５】
弁軸部材２は、第１弁棒部１６、第１鍔部１７、円柱状の中間部１８、第２鍔部１９及び第２弁棒部２０から構成され、第１室９及び第３室１０より小径の第１鍔部１７及び第２鍔部１９は、主弁室内にあって、第１弁棒部１６は、弁ハウジング１の端壁部５を滑動自在且つ油密状態で貫通して外部に突出し、第２弁棒部２０は、弁ハウジング１の中間壁部６及び端壁部５を滑動自在且つ油密状態で貫通して外部に突出している。
第１弁棒部１６には、操作手段、例えば電磁弁のソレノイド（図５参照）、人力操作弁のレバー、機械操作のカム、リンク機構等が結合されている。
【００１６】
弁軸部材２の中間部１８の両端側には、第１環状溝２１及び第２環状溝２２が形成され、弁軸部材２の中心軸線には、第２弁棒部２０端側から第１環状溝２１位置まで達する中心孔２３が形成され、中心孔２３の第２弁棒部２０側の開口端は閉塞されている。そして、中心孔２３と第１環状溝２１及び第２環状溝２２とを夫々連通する第１連通孔２４及び第２連通孔２５が形成されていると共に、中心孔２３と副弁室８とを常に連通する第３連通孔２６が形成されている。
【００１７】
弁軸部材２の中間部１８の外周面には、中間部１８より短い浮動リング部材３が滑動自在に嵌合しており、浮動リング部材３の長さは、中間部１８の両端位置に位置しているとき、第１環状溝２１又は第２環状溝２２を蔽わないような長さである。
浮動リング部材３は、第１室及び第３室１０より適宜量大径であると共に、第２室１１より適宜の間隙２７だけ小径である。
従って、浮動リング部材３の両端面と第２室１１の両端面とは適宜の当接面を形成して互に当接し得るようになっている。
【００１８】
上記の実施の第１形態の２位置４ポート切換弁の作用について述べると、弁軸部材２は、第１弁棒部１６が操作手段、例えば電磁弁のソレノイド（図５参照）により図１に示す位置と図２に示す位置との２位置に切換移動する。
弁軸部材２が図１に示す位置に左行すると、浮動リング部材３は、第２鍔部１９に押圧されて左行し、浮動リング部材３の左端面の外周域は第２室１１の左端面の内周域に密接され、同じく右端面の内周域は第２鍔部１９の左側面の外周域に密接されると共に、浮動リング部材３の右端面の外周域は第２室１１の右端面の内周域から離れ、第１鍔部１７は浮動リング部材３から離れる。
【００１９】
その結果、第１室は浮動リング部材３により第２室１１と遮断されると共に第１環状溝２１に連通する。又、第２室１１は浮動リング部材３及び第２鍔部１９により第２環状溝２２と遮断される。
即ち、上記の弁体の位置状態（図１参照）では、圧力流体供給１４が、間隙２７、第２室１１及び第３室１０を介して第２流通口１３に連通接続されると共に、第１流通口１２は、第１室、第１環状溝２１、第１連通孔２４、中心孔２３、第３連通孔２６及び副弁室８を介して排出口１５に連通接続される。
【００２０】
かくして、油圧回路の作動油供給源（例えば図５のポンプＰ）から管路Ｌ１を介して供給される作動油は、圧力流体供給１４から流入し、第２流通口１３から流出して管路Ｌ４を介して油圧回路におけるアクチュエータである例えば複動シリンダＡのポートｂに供給され、複動シリンダＡのポートａから流出される作動油は、管路Ｌ３を介して第１流通口１２から流入し、排出口１５から管路Ｌ２を介して油タンクＴへ排出される。それにより複動シリンダＡの一方の作動が行われる。
【００２１】
上記の圧力流体供給１４から流入した作動油は、第３室１０に流入し、複動シリンダＡに向い、第１流通口１２から流入した作動油は、第１室に流入し、油タンクＴへ向うので、第３室１０は高圧側となり、第１室は低圧側となり、その差圧が第２鍔部１９及び浮動リング部材３に作動し、浮動リング部材３を第２室１１の左端面に押圧する押圧力として働くとともに、第２鍔部１９を浮動リング部材３の右端面に押圧する押圧力として働く。
【００２２】
従って、浮動リング部材３を第２室１１の左端面に押圧する押圧力及び第２の鍔部１９を浮動リング部材の右端面に押圧する押圧力は、操作手段による弁軸部材２、即ち第２鍔部１９による押圧力に、前記の差圧による押圧力が加わり、浮動リング部材３の左端面の外周域と第２室１１の左端面の内周域との密接及び浮動リング部材３の右端面の内周域と第２鍔部１９の左側面の外周域との密接は、一層強固なものとなる。
【００２３】
弁軸部材２が図１に示す位置から図２に示す位置に右行すると、弁軸部材２は、静止状態の浮動リング部材３に対し右方に滑動しながら、やがて第１鍔部１７が浮動リング部材３に接触して浮動リング部材３を右方に押圧する。すると、浮動リング部材３の左端面の外周域は第２室１１の左端面の内周域から離れ、右端面の外周域は第２室１１の右端面の内周域に密接すると共に、第１鍔部１７の右側面の外周域は浮動リング部材３の左端面の内周域に密接し、第２鍔部１９は、浮動リング部材３から離れる。
【００２４】
その結果、第１室９は第２室１１に連通すると共に第１鍔部１７及び浮動リング部材３により第１環状溝２１と遮断される。又、第３室１０は浮動リング部材３により第２室１１と遮断されると共に第２環状溝２２に連通する。
即ち、上記の弁体の位置状態では、圧力流体供給１４が、間隙２７、第２室１１及び第１室を介して第１流通口１２に連通接続されると共に、第２流通口１３は、第３室１０、第２環状溝２２、第２連通孔２５、中心孔２３、第３連通孔２６及び副弁室８を介して排出口１５に連通接続される。
【００２５】
かくして、油圧回路の作動油供給源（例えば図５のポンプＰ）から管路Ｌ１を介して供給される作動油は、圧力流体供給１４から流入し、第１流通口１２から流出して管路Ｌ３を介して油圧回路における複動シリンダＡのポートａに供給され、複動シリンダＡのポートｂから流出される作動油は、管路Ｌ４を介して第２流通口１３から流入し、排出口１５から管路Ｌ２を介して油タンクＴへ排出される。それにより複動シリンダＡの他方の作動が行われる
【００２６】
前記の弁軸部材２の左行の場合とは同じ理由で、高圧側となった第１室と低圧側となった第３室１０との差圧により、浮動リング部材３の右端面の外周域と第２室１１の右端面の内周域との密接及び第１鍔部１７の右側面の外周域と浮動リング部材３の左端面の内周域との密接は強固なものとなる。
【００２７】
図３は本発明の他の実施例を示す。
切換弁１ａはハウジング４ａを有する。このハウジング４ａは弁軸部材２ａの先端が端壁部５ａから突出することなく、副弁室８に突出する先端を有するこの切換弁１ａは、作動流体が液体であって、排出口１５がほぼ大気圧の場合に適用できる。
【００２８】
図４は本発明の他の他の実施例を示す。
切換弁１ｂはハウジング４ｂを有する。このハウジング４ｂは副弁室を備えず、弁軸部材２ｂの先端は隔壁６ａから突出する。この切換弁にあっては、弁軸部材２ｂの中心孔２３が排出口となる。この切換弁は作動流体が空気の場合に適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明の切換弁は、浮動リング部材が軸線方向に移動可能に外周面に嵌装された弁体を弁ハウジング内に軸線方向に移動可能に浮動リング部材共々嵌装することにより、ポペット弁型特有の利点が具備され、弁内の流体流路切換における流路遮断が軸線方向当接面で行なわれるため完全に行われ、流路間の漏洩がなく流路切換が完全に行われる。
【００３０】
それと共に、多数箇所の同時当接のための工作精度上の困難もなく、スプール弁型特有の利点である多ポートの切換えが可能である。
即ち、この発明によれば、ポペット弁型とスプール弁型との利点のみを具備し、両者の欠点を排除した切換弁を得ることができる。
【００３１】
特に請求項２に記載の２位置４ポート切換弁にあっては、流入孔から流入し、流出孔から排出されることにより弁ハウジングの中空部内において、浮動リング部材で仕切られる第１中空部の一方は高圧側となり、他方の中空域は低圧側となり、その差圧が浮動リング部材及び弁体の当接部に作用し、浮動リング部材を固定当接部に押圧する押圧力として働く。
従って、浮動リング部材を押圧する押圧力は、操作手段による押圧力に、前記の差圧による押圧力が加わり、浮動リング部材と各当接部との密接は、一層強固なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態における２位置４ポート切換弁の断面図。
【図２】本発明の実施の第１形態における２位置４ポート切換弁の断面図。
【図３】本発明の実施の第２形態における２位置４ポート切換弁の断面図。
【図４】本発明の実施の第３形態における２位置４ポート切換弁の断面図。
【図５】本発明の実施の形態における２位置４ポート切換弁を適用した油圧回路図。
【図６】従来の技術における２位置４ポート切換弁（スプール弁型）の断面図。
【図７】従来の技術における２位置３ポート切換弁（ポペット弁型）の断面図。
【符号の説明】
１  弁ハウジング
２  弁体
３  浮動リング部材
４  周壁部
５  端壁部
６  中間壁部
８  副弁室
９  第１室
１０  第３室
１１  第２室
１２  第１流通口
１３  第２流通口
１４  圧力流体供給口
１５  排出口
１６  第１弁棒部
１７  第１鍔部
１８  中間部
１９  第２鍔部
２０  第２弁棒部
２１  第１環状溝
２２  第２環状溝
２３  中心孔
２４  第１連通孔
２５  第２連通孔
２６  第３連通孔
Ｐ  ポンプ
Ｔ  油タンク
Ａ  複動シリンダ（アクチュエータ）
ａ，ｂ  ポート
Ｌ１〜Ｌ４  管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003763184.tif 000005
【図５】
0003763184.tif 000006
【図６】
0003763184.tif 000007
【図７】
0003763184.tif 000008