(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブボディにメインスプールを摺動自由に収装し、このメインスプールの両端に第１と第２の圧力室を設け、これら一対の圧力室の圧力差に応じて往復変位するメインスプールにより、一対のシリンダポートに対して、それぞれポンプポートとタンクポートが選択的に切換接続するように構成する一方、メインスプールには同軸的にパイロットスプールを摺動自由に収装し、このパイロットスプールの両端はバルブボディ内壁のストッパとそれぞれ当接可能にメインスプール両面よりも突出させる一方、パイロットスプールにはその変位に応じて前記第１の圧力室と選択的に連通する第１のポートと、同じく第２の圧力室と選択的に連通する第２のポートとを設け、かつパイロットスプール中立位置において第１のポートが第１の圧力室と遮断されるときに第２のポートも第２の圧力室と遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第１と第２のポートは互いに背反的にいずれかの圧力室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、また第１のポートは第２の圧力室ともに常時連通させると共に、第２のポートはメインスプールの低圧側ポートを介して低圧側と接続し、また前記第１の圧力室は高圧側と接続する一方、前記メインスプールとパイロットスプールの第１の圧力室側の受圧面積を第２の圧力室側の受圧面積よりも小さくしたことを特徴とする自動切換弁装置。
【請求項２】
前記第１の圧力室を可変絞りを介して高圧側と接続する請求項１に記載の自動切換弁装置。
【請求項３】
前記メインスプールとパイロットスプールの第１の圧力室側の受圧面積が第２の圧力室側の受圧面積の１／２に設定してある請求項１または２に記載の自動切換弁装置。
【請求項４】
前記第１の圧力室には、この圧力室の圧力を受けてパイロットスプールを所定量だけ押圧すべく突出するストッパとしての補助ピストンを設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載の自動切換弁装置。
【請求項５】
前記メインスプールが補助ピストン側に最大限に変位したときに、前記シリンダポートはポンプポートとタンクポートのすべてに対して遮断位置にあるようにした請求項１〜４のいずれか一つに記載の自動切換弁装置。
【請求項６】
前記メインスプールを第１の圧力室に向けて付勢するスプリングを設けた請求項１〜５のいずれか一つに記載の自動切換弁装置。
【請求項７】
前記第２の圧力室にはパイロットスプールと当接するストッパが設けられ、このストッパにはパイロットスプールの端面に開口する第１のポートと接続した貫通路と接続可能な通路が形成され、この通路は固定絞りを介して第２の圧力室に連通する請求項１〜６のいずれか一つに記載の自動切換弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダを自動的に繰り返し伸縮動作させる自動切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダなどを一定の周期でもって伸縮動作を継続させるには、例えば図６に示すような切換弁を利用している。
【０００３】
油圧源１からの作動油を給排するための切換弁２が設けられ、この切換弁２によってシリンダ３の油室４Ａと４Ｂに選択的に高圧が供給されると、油圧に応じてピストン５が移動する。切換弁２は例えば図示しない信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室４Ａに高圧を導入し、他方の油室４Ｂをタンク側に解放するという動作を反復、継続する。これによりシリンダ３は一定の周期で伸縮動作を繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような油圧切換弁として、例えば比例電磁弁または電気油圧サーボ弁を用いるにしても、大流量、高圧制御には不向きで、またシステム全体の価格も高価になってしまう。
【０００５】
本発明は、油圧的な機構のみによってある周期で切換作動する自動切換弁をを提供し、このような問題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、バルブボディにメインスプールを摺動自由に収装し、このメインスプールの両端に第１と第２の圧力室を設け、これら一対の圧力室の圧力差に応じて往復変位するメインスプールにより、一対のシリンダポートに対して、それぞれポンプポートとタンクポートが選択的に切換接続するように構成する一方、メインスプールには同軸的にパイロットスプールを摺動自由に収装し、このパイロットスプールの両端はバルブボディ内壁のストッパとそれぞれ当接可能にメインスプール両面よりも突出させる一方、パイロットスプールにはその変位に応じて前記第１の圧力室と選択的に連通する第１のポートと、同じく第２の圧力室と選択的に連通する第２のポートとを設け、かつパイロットスプール中立位置において第１のポートが第１の圧力室と遮断されるときに第２のポートも第２の圧力室と遮断され、かつその位置からどちらかにでも変位したときには第１と第２のポートは互いに背反的にいずれかの圧力室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、また第１のポートは第２の圧力室ともに常時連通させると共に、第２のポートはメインスプールの低圧側ポートを介して低圧側と接続し、また前記第１の圧力室は高圧側と接続する一方、前記メインスプールとパイロットスプールの第１の圧力室側の受圧面積を第２の圧力室側の受圧面積よりも小さくする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の圧力室を可変絞りを介して高圧側と接続する。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記メインスプールとパイロットスプールの第１の圧力室側の受圧面積が第２の圧力室側の受圧面積の１／２に設定する。
【０００９】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記第１の圧力室には、この圧力室の圧力を受けてパイロットスプールを所定量だけ押圧すべく突出するストッパとしての補助ピストンを設ける。
【００１０】
第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記メインスプールが補助ピストン側に最大限に変位したときに、前記シリンダポートはポンプポートとタンクポートのすべてに対して遮断位置となるようにする。
【００１１】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記メインスプールを第１の圧力室に向けて付勢するスプリングを設ける。
【００１２】
第７の発明は、第１〜第６の発明において、前記第２の圧力室にはパイロットスプールと当接するストッパが設けられ、このストッパにはパイロットスプールの端面に開口する第１のポートと接続した貫通路と接続可能な通路が形成され、この通路は固定絞りを介して第２の圧力室に連通する。
【００１３】
【発明の作用・効果】
第１の発明において、第１の圧力室に高圧が導かれると、メインスプールとパイロットスプールが共に第２の圧力室に向けて変位し、反対側のシリンダ端壁のストッパにパイロットスプールが当接して停止すると、継続するメインスプールの移動により、パイロットスプールが切換えられ、第２のポートが閉じて第２の圧力室が低圧側から遮断され、かつ第１のポートが開いて第１の圧力室側の高圧が第２の圧力室に導入される。これによりメインスプールとパイロットスプールが一体となって反対側に変位する。そして、パイロットスプールが反対側のシリンダ端壁のストッパに当接して停止すると、継続してのメインスプールの同一方向への移動により、パイロットスプールが切換られ、第１のポートが閉じ、低圧側に連通する第２のポートが開く。これにより再びメインスプールとパイロットスプールとは反対方向に変位し、このような往復運動が継続される。
【００１４】
メインスプールのこのような往復運動により、一対のシリンダポートがポンプポートとタンクポートとに選択的に切換接続し、これにより作動油の給排を制御し、シリンダポートに接続されるシリンダを往復運動させられる。
【００１５】
この往復運動時、メインスプールは必ず左右端まで変位するので、往復周波数が上がってもスプールストロークが小さくなることは無く、このため常に確実に高圧と低圧の切換を行うことができる。
【００１６】
第２の発明では、第１圧力室に導入する制御流量を調整することより、メインスプールの変位速度、換言すると、周波数を変更することができ、必要に応じた周波数で切換作動をさせられる。
【００１７】
第３の発明では、メインスプールとパイロットスプールの第１の圧力室に対して第２の圧力室側の受圧面積を２倍とすることより、第１の圧力室から作動油を第２の圧力室に排出しつつ縮小するときと、第１の圧力室を拡大するときの速度が一致し、往復運動速度を同一にできる。
【００１８】
第４、第５の発明では、制御開始時に補助ピストンによりメインスプールとパイロットスプールとを初期位置まで移動させ、制御停止時には補助ピストンの後退によりメインスプールをオールポートロック位置まで変位させられるなど、制御の自由度がそれだけ高められる。
【００１９】
第６の発明では、制御の停止時に圧力が解放されたときに、メインスプールがスプリングにより、第１の圧力室に向けて移動限まで変位し、確実に初期位置に戻すことができる。
【００２０】
第７の発明では、パイロットスプールがストッパと当接すると、以後は固定絞りを介して圧力が伝達されるので、第２の圧力室との間に差圧を発生させ、パイロットスプールの動きを確実に制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態を示す。
【００２２】
１Ａはポンプ、１Ｂはタンク、２は手動または電磁的に切換作動する切換弁、３はシリンダ、４Ａ、４Ｂは油室、５はピストンであり、シリンダ３の油室４Ａ、４Ｂに高圧と低圧とを所定の周期で選択的に切換供給してシリンダ３を反復的に伸縮動作させる自動切換弁１０が設けられる。
【００２３】
自動切換弁１０はバルブボディ１１の摺動孔１２にメインスプール１３が摺動自由に収装され、そのメインスプール１３の内部にはさらにパイロットスプール１４が同軸的に摺動自由に挿入される。
【００２４】
バルブボディ１１の図中右端部には補助シリンダ１５が形成され、この補助シリンダ１５には補助ピストン１６が配置され、補助ピストン１６に一体に設けたロッド１７が、前記パイロットスプール１４の右端に当接している。
【００２５】
メインスプール１３の右側に位置して摺動孔１２の端部には第１の圧力室１８が、また同じく左側には第２の圧力室１９が形成され、左側の圧力室１９に介装したスプリング２０によりメインスプール１３が右方に向けて付勢される。
【００２６】
バルブボディ１１には中央にポンプポートＰ１が、その両側には一対のシリンダポートＣ１とＣ２が設けられ、さらにその両外側に位置して一対のタンクポートＴ１、Ｔ２が設けられる。
【００２７】
ポンプポートＰ１は後述するように切換弁２を介してポンプ１Ａに接続され、タンクポートＴ１、Ｔ２はタンク１Ｂに接続される。またシリンダポートＣ１とＣ２は前記シリンダ３の油室４Ａと４Ｂに接続される。
【００２８】
そして、これらシリンダポートＣ１とＣ２に、ポンプポートＰ１とタンクポートＴ１、Ｔ２とを選択的に切換接続するために、メインスプール１３の外周には環状の供給ポートＡと、その両側に負荷ポートＢ１と負荷ポートＢ２とが形成される。また負荷ポートＢ１の側方には左側の圧力室１９と連通する戻りポートＲが設けられる。
【００２９】
前記バルブボディ１１の右側のタンクポートＴ２のさらに外側には制御圧力が導入される制御ポートＰ２が設けられ、この制御ポートＰ２の流量を調整するために可変絞り２２が設けられ、可変絞り２２を通過した高圧は右側の圧力室１８に導入される。
【００３０】
前記補助ピストン１６にはロッド１７を軸方向に貫通する貫通路２３が設けられ、圧力室１８の制御圧をピストン１６の右側のシリンダ室１５Ａに導く。なお、ピストン１６の左側のシリンダ室１５Ｂはバルブボディ１１に設けた通路２４を介してタンクポートＴ２と連通する。
【００３１】
メインスプール１３に同軸的に挿入したパイロットスプール１４は、その両端に位置して膨径部２５と２６が形成され、これによりそれ以上のパイロットスプール１４の変位を阻止する。
【００３２】
そしてパイロットスプール１４の右端付近の外周には、圧力室１８と選択的に連通する環状のポート２７が、また左端付近には圧力室１９と選択的に連通する環状のポート２８が同じく形成される。これらポート２７と２８はパイロットスプール１４がメインスプール１３に対して中立位置にあるときは共に閉じるが、その位置から僅かでも右方に変位すると、環状ポート２７が圧力室１８と連通し、逆に左方に変位すると環状ポート２８が圧力室１９と連通するようになっている。ポート２７にはパイロットスプール１４を軸方向に貫通する貫通路３０が接続し、この貫通路３０を介して左方の圧力室１９と常時連通する。
【００３３】
圧力室１９にはパイロットスプール１４が変位したときにその左端面と密着するストッパ３３が設けられ、このストッパ３３には貫通路３０の延長上に開口する通路３４が設けられ、この通路３４は途中に介装した固定絞り３５を経由して圧力室１９に連通する。
【００３４】
また、パイロットスプール１４を収装するメインスプール１３の軸孔３７は段付孔に形成され、左方の圧力室１９に連通する部分の径が大きくなっていて、これに合わせてパイロットスプール１４の左端部の外径が大きくなり、これにより左端の断面積Ａ３が右端の断面積Ａ４よりも大きく設定される。ここでは、たとえば断面積Ａ３がＡ４の２倍となるように設定されている。
【００３５】
同じように、メインスプール１３とその摺動孔１２も段付状に形成され、メインスプール１３の左端の断面積Ａ１が、右端の断面積Ａ２よりも大きく設定してある。ここでは断面積Ａ１がＡ２の２倍を超える大きさに設定しているが、２倍を超える範囲は必要に応じて適宜設定される。
【００３６】
以上のように構成され、次に作用について図１並びに図２〜図５を参照しながら説明する。
【００３７】
今、図１の状態、つまり切換弁２がドレーン側に保持されていると、すべてのポートが低圧側にドレーンされているため、メインスプール１３は図のように、スプリングの作用力で図中右端まで移動している。
【００３８】
なお、この位置ではシリンダポートＣ１とＣ２は、ポンプポートＰ１と、タンクポートＴ１、Ｔ２のいずれにも連通しない遮断位置に保持され、いわゆるオールポートブロックの位置となり、シリンダ３のピストン５の動きを拘束することができる。
【００３９】
この状態から切換弁２が切換わると、ポンプポートＰ１と制御ポートＰ２に高圧が導かれ、タンクポートＴ１、Ｔ２がタンク側に接続される。制御ポートＰ２に作用する制御圧により、圧力室１８の圧力が上昇し、これが補助ピストン１６の右側のシリンダ室１５Ａに作用し、これにより補助ピストン１６に左方へ押し力が働き、また、同時にメインスプール１３とパイロットスプール１４もこの圧力により左方に向けて押される。反対側の圧力室１９はタンク側に接続しているので、これら左方への押圧力がスプリング２０の反発力に打ち勝ってメインスプール１３とパイロットスプール１４が一体に左方へと移動を開始する。
【００４０】
図２にもあるように、補助ピストン１６のストロークは一定で、これは直ぐに停止し、以後は圧力室１８に作用する圧力により、メインスプール１３とパイロットスプール１４が一体にさらに変位するのであり、ここまでが作動開始時の初期動作となる。なお、作動開始後は、補助ピストン１６はこの位置にずっと停止しているので、後述するように、以後の動作は補助ピストン１６をストッパとして、反復されることになる（図５参照）。
【００４１】
このメインスプール１３の変位によりポンプポートＰ１が負荷ポートＢ２を介してシリンダポートＣ２と連通し、他方シリンダポートＣ１が負荷ポートＢ１を介してタンクポートＴ１と連通するため、シリンダ３の油室４Ｂが高圧となり、油室４Ａが低圧となり、ピストン５は図中左方に、つまりシリンダ縮側に作動する。
【００４２】
この状態はメインスプール１４の変位の中間点まで継続し、この点を過ぎてメインスプール１３が圧力室１９に向けてさらに変位すると、図３のように、それまで連通していたシリンダポートＣ２と負荷ポートＢ２とが互いに遮断され、シリンダポートＣ２は右側のタンクポートＴ２と連通するようになり、同じくシリンダポートＣ１は、負荷ポートＢ１との連通が遮断されて供給ポートＡと連通する。このため、シリンダポートＣ１が高圧、シリンダポートＣ２が低圧となり、シリンダ３のピストン５は前記とは逆方向に、つまり伸側に作動する。
【００４３】
やがてパイロットスプール１４の左端がストッパ３３に嵌合、当接して停止すると、以後はメインスプール１３のみがそのまま左方へと押されていく。これによりパイロットスプール１４の環状ポート２８が閉じていき、左方の圧力室１９から作動油の逃げ量が減少し、メインスプール１３が減速し、圧力室１９の圧力が圧力室１８の圧力の半分になったときにパイロットスプール１４の左右端に作用する力が等しくなる（図３参照）。
【００４４】
このとき固定絞り３５を介しているため圧力室１９’の圧力は圧力室１９の圧力よりも低いため、メインスプール１３はさらに左方へと押される。このため圧力室１９の圧力が圧力室１８の半分以上になると、パイロットスプール１４の受圧面積は圧力室１９側の方が２倍になっているため、パイロットスプール１４がメインスプール１３と密着するまで瞬時に右方に向けて押され、環状ポート２７を大きく開く。これにより圧力室１８の高圧が貫通路３０を介して反対側の圧力室１９に導入され、このとき戻りポートＲも閉じているため、圧力室１９の圧力は圧力室１８と同一圧力まで高められる（図４参照）。
【００４５】
圧力室１９が他方の圧力室１８と同一圧となっても、メインスプール１３の受圧面積は圧力室１９側の方が２倍を超えて大きいため、これによりメインスプール１３も右方に向けて変位する。
【００４６】
このメインスプール１３の変位により、その中間点を過ぎると、それまでポンプポートＰ１と接続していたシリンダポートＣ１は、タンクポートＴ１と連通するようになり、同時に反対側のシリンダポートＣ２は、タンクポートＴ２と連通していたものが、ポンプポートＰ１との連通に切換られる。
【００４７】
したがって中間点を過ぎた時点より、シリンダ３の油室４Ａと４Ｂの圧力関係が逆転し、それまで伸側に作動していたものが、再び縮側の作動に切換わる。
【００４８】
そのままメインスプール１４が右方へと変位し、パイロットスプール１４の右端が補助ピストン１６のロッド１７の端面に当接すると、パイロットスプール１４はその位置で停止するが、メインスプール１４はさらに環状ポート１７が閉じるまで変位を続ける。
【００４９】
そして図５のようにパイロットスプール１４が中立位置になり、圧力室１９の圧力が圧力室１８の半分以下になるとパイロットスプール１４の左右端に作用する圧力は等しくなる。このときメインスプール１３の断面積Ａ１はＡ２の２倍を超える大きさのため、メインスプール１３が同一方向に僅かに変位すると、反対側の環状ポート２８が開いて戻りポートＲを介して圧力室１９の圧力が圧力室１８の圧力の半分以下に下がる。
【００５０】
このため瞬時にパイロットスプール１４がこんどは反対側にメインスプール１３と当接するまで移動し、環状ポート２８を大きく開き、圧力室１９はタンクポートＴ１に連通し、低圧となる。よってメインスプール１３も一体的に左方へと変位を始め、図２の状態に戻る。
【００５１】
これにより、上記と同じように、今度はメインスプール１３の変位の中間点でシリンダポートＣ２が高圧から低圧に切換わり、逆にシリンダポートＣ１が低圧から高圧に切換わるのであり、シリンダ３は縮側から伸側作動に切換わる。
【００５２】
このようにして、制御ポートＰ２に供給される流量に応じて、自動切換弁１０のメインスプール１３は往復運動を繰り返し、ポンプポートＰ１に対してシリンダポートＣ１とＣ２を交互に連通し、これによりシリンダ３をメインスプール１３の１往復につき１回の割合で伸縮動作させる。
【００５３】
可変絞り２２により制御流量を変化させると、これに応じてメインスプール１３の周波数特性が変化し、流量が増加するほど早い往復運動が行われる。
【００５４】
この場合、往復運動時、メインスプール１３は必ず左右端まで変位するので、往復周波数が上がってもスプールストロークが小さくなることは無く、このため常に確実に高圧と低圧の切換を行うことができる。
【００５５】
また、メインスプール１３とパイロットスプール１４の断面積について、それぞれ（Ａ１＋Ａ３）：（Ａ２＋Ａ４） ≒ ２：１に設定すると、圧力室１８の受圧断面が圧力室１９の受圧断面のほぼ半分となり、圧力室１９が拡大するときは圧力室１８側から作動油が流入するので、スプールが圧力室１８側に戻るときには、その容積の縮小分が圧力室１９の拡大分と一致するため、圧力室１８に流入する流量が一定ならば、圧力室１８が拡大するときと縮小するときの速度がほぼ一致する。このため、自動切換弁１０による圧力切換のタイミングをほぼ一定させることができる。
【００５６】
なお、作動停止状態にあっては、シリンダポートＣ１、Ｃ２について、いずれのポートとも遮断された状態、つまりオールポートブロック状態に保持することができ、このためシリンダ３の作動をその位置に停止させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図３】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図４】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図５】同じく作動状態を説明する断面図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１Ａ  ポンプ
２  切換弁
３  シリンダ
４Ａ  油室
４Ｂ  油室
１０  自動切換弁
１１  バルブボディ
１３  メインスプール
１４  パイロットスプール
１６  補助ピストン
１８  圧力室
１９  圧力室
２０  スプリング
２２  可変絞り
２７  環状ポート（第１ポート）
２８  環状ポート（第２ポート）
３３  ストッパ
３５  固定絞り
【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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