(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に設けたリング溝にゴムリングを備え電磁駆動装置で駆動されるスプール弁体と、該スプール弁体を摺動自在に収納し弁座及び流路を備えた弁本体からなり、前記スプール弁体の前記ゴムリングを弁体移動の前後において弁座における各流路のシール位置に配置すると共に各シール間のスプール最大外径を一致させるように形成して軸線方向の圧力差をなくし、弁本体のスプール弁摺動部にはフッ素樹脂層を形成した双方向電磁弁において、前記ゴムリングの外周先端部を回動可能な断面略円形に形成し、前記先端部外径をリング溝幅に略等しい大きさにし、その内側は前記先端部の外径より幅の小さいリブを備えてなることを特徴とする双方向電磁弁。
【請求項２】
スプール弁と電磁駆動装置のプランジャとを回動自在のピン結合してなる請求項１記載の双方向電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気、ガス、温水等の流路を切り替えるために用いる電磁弁に関し、特に、そのバルブを摺動抵抗を減少させたスプール弁とし、且つ一方向のみならず逆方向の流れに対しても流体圧力の影響を受けることなく、円滑に作動するようにした双方向電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大口径の切り替えバルブは、パイロット作動方式か、ニューマ（空気圧力）方式にすることにより小型化している。これらの流路の各種の切り替えのため、コントローラからの指令により作動する電磁弁を用いて切り替えを行っている。この切り替え用電磁弁として、近年スプール弁を用いて小型化したものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、流体回路においてスプール弁を用いたものにおいては、通常このようなスプール弁が用いられている油圧回路におけるものと異なり、このスプール弁に大量の湯水が流通するので、スプール弁としては大型のものとしなければならない。したがって、スプール弁の周囲に設けるシールリングも大径となり、その摺動に際しては大きな摺動抵抗を生じることとなる。そのため電磁駆動装置を大型にしなければならず、弁全体が大型になるほか、消費電力も大きくなり、またシール部分の耐久性も低い欠点があった。
【０００４】
また、スプール弁の切り替え作動を円滑に行い、また消費電力を少なくするためにスプール弁に働く摺動方向の圧力を均衡させておくことが望ましい。一方、上記のような流体の切り替え回路においては、種々の使用態様から、一方向に対する切り替えの他、逆方向の流れに対しても切り替えを行うようにする使用態様が生じることがあり、従来提案されているこの種のスプール弁においては、一方向の流れに対してはスプール弁に作用する圧力を均衡させることが可能の構造となっていても、逆方向の流れに対しては差圧が発生する構造の弁が多く、また、差圧を発生させないようにすると構造が複雑な弁となるか、あるいは電磁駆動装置又はニューマ方式を大型化せざるを得なかった。
【０００５】
したがって、本発明は、切り替え時の摺動抵抗が少なく、また、双方向の流れに対してもスプール弁に差圧が発生することが無く、小型で安定した作動を行うことができるようにした双方向電磁弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、外周に設けたリング溝にゴムリングを備え電磁駆動装置で駆動されるスプール弁体と、該スプール弁体を摺動自在に収納し弁座及び流路を備えた弁本体からなり、前記スプール弁体の前記ゴムリングを弁体移動の前後において弁座における各流路のシール位置に配置すると共に各シール間のスプール最大外径を一致させるように形成して軸線方向の圧力差をなくし、弁本体のスプール弁摺動部にはフッ素樹脂層を形成した双方向電磁弁において、前記ゴムリングの外周先端部を回動可能な断面略円形に形成し、前記先端部外径をリング溝幅に略等しい大きさにし、その内側は前記先端部の外径より幅の小さいリブを備えてなる双方向電磁弁を構成したものである。
【０００７】
本発明は、上記のように構成したので、スプール弁体は電磁駆動装置により駆動されて流路の切り替え作動あるいは開閉作動を行い、その際、スプール弁の外周のリング溝に設けたゴムリングは弁本体のスプール弁摺動部に設けたフッ素樹脂層、好適にはＰＴＦＥ樹脂層と摺接するので摩擦抵抗は極めて少なく、耐久性に優れ、低電力で安定した摺動を行う。また、流路の切り替え作動あるいは開閉作動時における前後の状態において、弁体にはその軸線方向において均衡した圧力が作用し、電磁駆動装置は低電力でスプール弁を駆動することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１及び図２は、本発明を１個の共通ポートと２個の切り替え流路を備えた３ポート形の双方向電磁弁の実施例を示し、弁本体１には共通ポートとしての第１ポート２とその反対側に図中上下に配置され択一的に切り替えられる第２ポート３と第３ポート４を備えている。その中心部には円柱状のフッ素樹脂、好適にはＰＴＦＥ樹脂製の弁座筒５が内装され、第１ポート２に対向する位置の上側にリング状の第１弁座６と下側にリング状の第２弁座７を備え、第２ポート３に対向する位置の上側にリング状の第３弁座８を備え下側には前記第１弁座６が位置し、第３ポート４に対向する位置の下側にリング状の第４弁座１０を備え上側には前記第２弁座７が位置している。
【０００９】
前記円柱状の弁座筒５内には中央部がくびれ、最大外径が弁座等の内周より幾分小さい径とされた円筒状のスプール弁体１１が配置され、このスプール弁体１１の上端部には弁本体に固定された電磁駆動装置としての電磁ソレノイド１２内のプランジャ１３の下端と、ピン１４により回動自在に連結している。電磁ソレノイドに通電されていない状態を示す図１から明らかなように、スプール弁体１１の外周には、弁座筒５における第３弁座８に対向する位置に第１リング溝１５を、第１弁座６に対向する位置に第２リング溝１６を、第２弁座７に対向する位置に第３リング溝１７を、第４弁座１０に対向する位置に第４リング溝１８を形成しており、各リング溝中には第１乃至第４ゴムリング２０，２１，２２，２３を順に内装している。スプール弁体の上下に加わる圧力が同一になるように、これらのゴムリングの外径と各弁座の内径はそれぞれ同一に設定されている。
【００１０】
各ゴムリングは同一形状に形成され、図３に示すように、第１リング溝１５に収納される公知の第１ゴムリング２０を用いる。即ち、リング溝１５から突出するシール部を形成する先端部分は断面略円形をなし、その内側には先端部分の外径よりも巾の小さなリブ２４を備えている。それによりゴムリングにおいて最も径の大きな部分は先端部分となり、その外径はリング溝の溝巾と略等しく設定される。その結果、スプールの移動時にゴムリングの先端が弁座筒に摺接しながら摺動するとき、ゴムリングの先端は一部回動する事ができ、よりなめらかな摺動を行うことができる。
【００１１】
スプール弁体１１におけるリング溝は上記の位置に配置され、また、上記のようなゴムリングが収納されているので、図１に示す状態においては、第１ポート２から圧力流体が流入するときには、開放されている第２弁座７から第３ポート４に流体が流通し、第１弁座６は閉鎖しているので、第２ポート３に流体は流れることがない。また、第２ポート３に流体圧力が作用しているときにでも、第２ポート３の上下を第１ゴムリング２０と第２ゴムリング２１によってシールされているので、流体漏れを生じることがない。
【００１２】
スプール弁体１１の第１リング溝１５と第２リング溝１６間には、スプール弁体１１の中央に設けた第１くびれ部２５と同一の径を有する第２くびれ部２６を形成しており、また、第３リング溝１７と第４リング溝１８間には、同様に第１くびれ部２５と同一の径を有する第３くびれ部２７を備えている。例えば上記流体の流れ状態において、第１ポート２から５ｋｇｆ／ｃｍ2 の流体が流入し、第２ポートには１ｋｇｆ／ｃｍ2 の流体圧力が存在するときには、第１ゴムリング２０が位置する部分においては、スプール弁体の図中上昇方向に１ｋｇｆ／ｃｍ2 が作用し、第２ゴムリング２１が位置する部分においては、その上部において下降方向に１ｋｇｆ／ｃｍ2 が作用すると共に、下部において上昇方向に５ｋｇｆ／ｃｍ2 が作用し、第３ゴムリング２２が存在する部分は被シール部となっているので圧力は作用せず、第４ゴムリング２３が存在する部分においては下降方向に５ｋｇｆ／ｃｍ2 が作用する結果、上記各圧力は（１＋４＋０−５）ｋｇｆ／ｃｍ2 ＝０ｋｇｆ／ｃｍ2 となって各圧力が互いに打ち消し合って均衡し、スプール弁本体の軸線方向には流体の圧力はかからない。
【００１３】
その結果、この状態から流路を切り替えるために電磁ソレノイドに通電してプランジャをスプリング３０に抗して上昇させるとき、プランジャ１３にスプリング３０の力以外に何ら作用していないので、わずかな電力でプランジャ１３を移動させることができる。更に、このプランジャ１３の移動時に生じるスプール弁体１１のゴムリング２０，２１，２２，２３と弁座筒５内面との摺動摩擦は、弁座筒内面には低摩擦の性質を有するＰＴＦＥの層が存在するので、極めてわずかであり、更に、ゴムリングの先端形状及びその内側の小径リブの作用によりゴムリング先端のめくれが発生することが無く、安定して摺動するので、ゴムリングのめくれによる摺動抵抗の発生も防止され、電磁ソレノイドは極めてわずかの電力によりスプール弁を作動することができる。
【００１４】
電磁ソレノイド１２に通電してプランジャ１３を上昇させると、ピンを介してスプール弁体１１も上昇し、図２の左半分に図示された位置から右半分に図示された位置に移動する。このとき、スプール弁体１１はプランジャ１３とピン１４により回動自在に連結しているので、プランジャ１３の軸線とスプール弁体１１の軸線が一直線上にない場合等においても引っかかりを生じることなく確実にスプール弁体１１を移動させることができる。上記スプール弁体１１の移動により、第１弁座６に位置していた第２ゴムリング２１は上昇して第１弁座６部分を開放し、第２弁座７に位置していた第３ゴムリング２２も上昇して第２弁座７部分を閉鎖する。その結果、第１ポート２からの流体は第２ポート３から排出され、第３ポートは閉鎖されるように流路が切り替えられる。
【００１５】
上記実施例において、共通ポートである第１ポートがこの弁体の排出ポートであり、第２ポート及び第３ポートが各々異なった流体経路に接続されている場合おいても、シール作用、あるいは圧力均衡作用は同様に作用する。
【００１６】
本発明を２方弁に用いた実施例を図４に沿って説明する。この２方弁３２は、弁本体３３に第１ポート３４と第２ポート３５を備え、その中心部にはＰＴＦＥ樹脂からなる弁座筒３６を備え、内部に電磁ソレノイド３７で駆動されるプランジャ３８の端部にピン３９で連結されたスプール弁体４０が摺動自在に設けられている。弁座筒３６には第１ポート３４に対向して上側に第１弁座４１を、下側に第２弁座４２を備え、第２ポート３５に対向して上側は第３弁座４３となっており、下側は第１弁座４１を備えている。スプール弁体４０には図４に示す状態において第１弁座４１に対向する位置に第１リング溝４４を、第２弁座４２に対向する位置に第２リング溝４５を、第３弁座４３に対向する位置に第３リング溝４６を設け、第１リング溝４４には第１ゴムリング４７を、第２リング溝４５内には第２ゴムリング４８を、第３リング溝４６内には第３ゴムリング４９を各々配置している。各ゴムリングは前記実施例と同様に、図３に示す形状をなしている。また、スプール弁体４０の外周には、第１リング溝４４と第２リング溝４５間には、流体の通路である第１くびれ部５０を備え、第１リング溝４４と第３リング溝４６間には、スプール弁体の摺動を小さくするために第２くびれ部５１を形成している。
【００１７】
上記２方弁においても、図４に示す状態は第２弁座４２に第２ゴムリング４８が当接しているので閉鎖されており、弁の閉鎖位置となっている。この状態から電磁ソレノイド３７に通電すると、プランジャ３８がスプリング５２に抗して上昇し、第２弁座４２から第２ゴムリング４８が上昇して開放し、弁は開放位置となる。上記作動時の弁の摺動摩擦の減少作用、プランジャとスプールのピン連結による円滑な作動ゴムリングによるシールとかくシール部分間に設けられたくびれ部の作用による圧力の均衡作用等は、全て上記実施例と同様である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、スプール弁体が流路の切り替え作動あるいは開閉作動を行う際、スプール弁の外周のリング溝に設けたゴムリングは弁本体のスプール弁摺動部に設けたフッ素樹脂層と摺接するので摩擦抵抗は極めて少なく低電力で安定した摺動を行う。また、流路の切り替え作動あるいは開閉作動時における前後の状態において、弁体にはその軸線方向において均衡した圧力が作用し、電磁駆動装置は低電力でスプール弁を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の断面図である。
【図２】図１に示す弁の作動を示す断面図であり、右半分と左半分とではスプールの位置が異なる状態を示している。
【図３】同実施例に用いるゴムシール部分の断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１  弁本体
２  第１ポート
３  第２ポート
４  第３ポート
５  弁座筒
６  第１弁座
７  第２弁座
８  第３弁座
１０  第４弁座
１１  スプール弁体
１２  電磁ソレノイド
１３  プランジャ
１４  ピン
１５  第１リング溝
１６  第２リング溝
１７  第３リング溝
１８  第４リング溝
２０  第１ゴムリング
２１  第２ゴムリング
２２  第３ゴムリング
２３  第４ゴムリング
２４  リブ
２５  第１くびれ部
２６  第２くびれ部
２７  第３くびれ部
３０  スプリング
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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