JP2017072162A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】公知のスプール弁より板幅を広げることなく、弁孔及びスプールの断面積を拡大することによってスプールの軸部回りの断面積を拡大する。
【解決手段】弁孔８の断面形状が、ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと幅方向を向く短軸Ｙとを有する細長形状をなし、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁８ａ，８ａと、該左右の孔側壁８ａ，８ａの一端同士を結ぶ第１孔端壁８ｂと、前記左右の孔側壁８ａ，８ａの他端同士を結ぶ第２孔端壁８ｃとを有し、スプールのランド部１１の断面形状が、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと幅方向を向く短軸Ｙとを有する細長形状をなし、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁２５ａ，２５ａと、該左右のランド側壁２５ａ，２５ａの一端同士を結ぶ第１ランド端壁２５ｂと、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁２５ｃとを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、弁孔内を摺動するスプールによって複数のポート間の流路を開閉するスプール弁に関するものである。

弁孔内を摺動するスプールによって複数のポート間の流路を開閉するスプール弁は、例えば特許文献１に開示されているように、周知である。
図１０及び図１１に示すように、従来の一般的なスプール弁６０は、複数のポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２を有するハウジング６１の内部に、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２に連通する円形断面の弁孔６２を有し、該弁孔６２内に、スプール６３が軸線Ｌ方向に摺動自在に収容され、前記ハウジング６１の端部には、パイロット弁部６７が設けられ、このパイロット弁部６７に、パイロットピストン６９と、このパイロットピストン６９にパイロット流体を作用させるパイロット弁６８とが設けられて、このパイロット弁６８により前記パイロットピストン６９を介して、前記スプール６３を切り換えるように構成されている。

前記スプール６３は、シール部材６５が外周に取り付けられている円形断面のランド部６４と、隣接するランド部６４同士を繋ぐ円形断面で該ランド部６４より小径の軸部６６とを有するもので、前記弁孔６２内を摺動して、前記ランド部６４が前記弁孔６２の一部に形成された弁座部６２ａに乗り上げたり該弁座部６２ａから離れたりすることにより、隣接する前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２を結ぶ流路を開閉する。

このようなスプール弁において、制御可能な圧力流体の流量を増大させるには、流路の有効断面積を拡大させる必要がある。その方法として、例えば、前記弁孔６２及びスプール６３（ランド部６４）の直径を大きくするとか、前記スプール６３のストロークや前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２の開口幅を大きくするなどの方法がある。

このうち、前者の弁孔６２及びスプール６３の直径を大きくする方法は、簡単にしかも確実に流路の有効断面積を拡大することができるが、それに伴ってハウジング６１の横幅即ち弁幅が大きくなるため、スプール弁の大形化に繋がり、できるだけ小型で大流量のスプール弁を必要とする状況下においては、好ましくない方法である。

一方、前記スプール６３のストロークやポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２の開口幅を大きくする方法は、前記ハウジング６１の横幅を大きくする必要がないので、スプール弁の大形化に繋がりにくいという利点はあるが、前記弁孔６２及びスプール６３の直径は変わらないため、該スプール６３の軸部６６の回りの流路の断面積、即ち、前記弁孔６２の内周と前記軸部６６の外周との間の流路の断面積Ｓ０は拡大されず、このため、この軸部の回りの流路の断面積による制約を大きく受けることが避けられず、流路全体の有効断面積を大幅に拡大させることは困難であった。

実用新案登録第２６０６４８３号公報

本発明の技術的課題は、弁孔及びスプールの断面形状が円形である公知のスプール弁に比べ、弁幅を広げることなく前記弁孔の断面積を拡大することにより、該弁孔と前記スプールの軸部との間の流路の断面積を拡大し、それによって流路全体の有効断面積を効率良く拡大することを可能にした、小型で合理的な設計構造を有するスプール弁を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のスプール弁は、長さ方向、幅方向、及び高さ方向を有するハウジングと、該ハウジングの内部を該ハウジングの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通するように前記ハウジングに形成された入力用、出力用、及び排気用のポートと、前記弁孔内に該弁孔の軸線方向に摺動自在に挿入されたスプールと、を有する主弁部；前記スプールにパイロット流体による一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させるパイロット弁部；を有している。
前記弁孔の、前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁と、該左右の孔側壁の一端同士を結ぶ第１孔端壁と、前記左右の孔側壁の他端同士を結ぶ第２孔端壁とを有し、また、前記スプールは、前記流路を開閉するランド部と、隣接するランド部同士を繋ぐ該ランド部より小径の軸部とを有し、前記ランド部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であると共に、前記弁孔の断面形状と同形且つ同大であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁と、該左右のランド側壁の一端同士を結ぶ第１ランド端壁と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁とを有している。

本発明において、前記パイロット弁部は、前記スプールに推進力を作用させるパイロットピストンと、該パイロットピストンにパイロット流体を作用させる電磁パイロット弁とを有し、前記パイロットピストンの前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状をなしていて、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁と、該左右のピストン側壁の一端同士を結ぶ第１ピストン端壁と、前記左右のピストン側壁の他端同士を結ぶ第２ピストン端壁とを有する。
この場合、前記パイロットピストンの長軸方向の径は、前記スプールのランド部の長軸方向の径より大きく、前記パイロットピストンの短軸方向の径は、前記ランド部の短軸方向の径と等しいことが望ましい。

また、本発明において、前記軸部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、円形か又は前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状である。

本発明の一つの構成態様によれば、前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。
また、本発明の他の構成態様によれば、前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、前記弁孔の孔側壁及び前記ランド部のランド側壁に対して直交する直線部と、該直線部を前記孔側壁及びランド側壁の端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部とからなっている。

本発明によれば、１つのマニホールド上に、同じ弁幅を有する複数のスプール弁を搭載したマニホールドバルブが形成され、前記複数のスプール弁のうちの少なくとも１つは、本発明に係るスプール弁である。

本発明のスプール弁は、弁孔及びスプールのランド部の断面形状を、ハウジングの高さ方向に長軸を有する細長形状にしたことにより、前記弁孔及びスプールの断面形状が円形である公知のスプール弁に比べ、弁幅を広げることなく、前記弁孔の断面積を拡大して該弁孔とスプールの軸部との間の流路の断面積を拡大することができ、それにより、流路全体の有効断面積を大幅に且つ効率的に拡大することが可能である。

第１実施形態のスプール弁を分解して示す斜視図である。 組み立てられた第１実施形態のスプール弁を弁孔の軸線に沿って断面にした縦断面図である。 図２の主弁部の下面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大断面図である。 第２実施形態のスプール弁の弁孔及びスプールの断面形状を示す要部断面図である。 本発明のスプール弁をマニホールド上に搭載することにより形成したマニホールドバルブの側面図である。 図６の平面図である。 図６の左側面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った拡大断面図である。 公知のスプール弁を分解して示す斜視図である。 組み立てられた公知のスプール弁の断面図である。

図１−図４は本発明に係るスプール弁の第１実施形態を示すものである。このスプール弁１Ａは、１つのパイロット弁４を有するシングルパイロット式のスプール弁であって、５ポート弁としての弁構造を有する主弁部２と、該主弁部２の長さ方向の一端側に設けられたパイロット弁部３とを有している。このスプール弁１Ａで制御する圧力流体は、圧縮空気である。

前記主弁部２のハウジング７は、長さ方向、幅方向、高さ方向を有する矩形のブロック形をしていて、その下面に、入力用、出力用、排気用の５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が、該ハウジング７の長さ方向に並べて形成されている。この５つのポートの配置は、中央の入力用ポートＰの両側に第１及び第２の出力用ポートＡ１，Ａ２が位置し、該第１及び第２の出力用ポートＡ１，Ａ２の両外側に第１及び第２の排気用ポートＥ１，Ｅ２が位置するような配置である。

図３に示すように、前記入力用ポートＰ及び出力用ポートＡ１，Ａ２の正面視形状は、前記ハウジング７の幅方向に細長い長方形状をしていて、該ポートＰ，Ａ１，Ａ２の、前記ハウジング７の幅方向の開口幅ｍは、長さ方向の開口幅ｎより大きい。一方、前記排気用のポートＥ１，Ｅ２の正面視形状は、略凸字形をしていて、該ポートＥ１，Ｅ２の、前記出力用ポートＡ１，Ａ２側の一半部と、その反対側の他半部とでは、前記ハウジング７の幅方向の開口幅が異なっており、前記一半部側の開口幅ｍ１が他半部側の開口幅ｍ２より大きい。

前記ハウジング７の内部には、前記５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２に連通する弁孔８が、該ハウジング７を長さ方向に貫通するように形成されている。該弁孔８の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、図４から明らかなように、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしている。即ち、前記弁孔８は、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有するような細長形状をなしていて、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁８ａ，８ａと、該左右の孔側壁８ａ，８ａの一端同士を結ぶ上方の第１孔端壁８ｂと、前記左右の孔側壁８ａ，８ａの他端同士を結ぶ下方の第２孔端壁８ｃとによって囲まれている。前記第１孔端壁８ｂと第２孔端壁８ｃとは、それぞれ半円状をなし、各々の曲率半径ｒは互いに等しい。

前記弁孔８の内径は、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が連通する位置で拡大されていて、後述するスプール１０のシール部材１８−２１が前記弁孔８から離れて流路を開放したとき、該シール部材１８−２１が、前記弁孔８の拡大された部分即ち拡大部８Ａ内に位置するように構成されている。

図示した例において、直線をなす前記左右の孔側壁８ａ，８ａの、前記長軸Ｘ方向の長さｔは、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の短軸Ｙ方向の径ｙより小さい。しかし、前記長さｔは、前記短軸Ｙ方向の径ｙと同じか、あるいはそれより大きく形成することもできる。

前記弁孔８の内部には、隣接する前記ポート同士を結ぶ流路を開閉するスプール１０が、該弁孔８の軸線Ｌ方向に摺動自在に挿入されている。該スプール１０は、前記軸線Ｌ方向の中央に位置する第１のランド部１１と、該第１のランド部１１の両側に位置する第２のランド部１２及び第３のランド部１３と、該第２のランド部１２及び第３のランド部１３のそれぞれ外側に位置する第４のランド部１４及び第５のランド部１５と、隣接する前記ランド部同士を繋ぐ軸部１６とを有している。該軸部１６は前記ランド部１１−１５より小径である。また、前記ランド部１１−１５と軸部１６とは、相互に一体に形成されていても、あるいは別体に形成されて相互に連結されていても良い。

前記第１のランド部１１の外周の凹溝内には、前記入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とを結ぶ流路を、前記弁孔８の一部に形成された弁座部９に乗り上げたり該弁座部９から離れたりすることによって開閉する第１のシール部材１８と、前記入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とを結ぶ流路を同様にして開閉する第２のシール部材１９とが取り付けられ、前記第２のランド部１２の外周の凹溝内には、前記第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とを結ぶ流路を同様にして開閉する第３のシール部材２０が取り付けられ、前記第３のランド部１３の外周の凹溝内には、前記第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とを結ぶ流路を同様にして開閉する第４のシール部材２１が取り付けられている。また、前記第４のランド部１４の外周の凹溝内には、前記弁孔８の第１端側の孔端を常時閉鎖する第５のシール部材２２が取り付けられ、前記第５のランド部１５の外周の凹溝内には、前記弁孔８の第２端側の孔端を常時閉鎖する第６のシール部材２３が取り付けられている。

前記第１−第４のシール部材１８−２１は、該シール部材の半径方向に細長い断面形状を有するパッキンにより形成され、前記第５のシール部材２２及び第６のシール部材２３は、Ｏリングで形成されている。

前記第１−第５のランド部１１−１５の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、互いに同一形状且つ同一大きさであると共に、前記弁孔８の断面形状とも実質的に同一形状且つ同一大きさであるので、その具体的形状を、図４に示す第１のランド部１１について代表的に説明する。
即ち、前記ランド部１１の断面形状は、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしていて、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有している。そして、該ランド部１１は、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁２５ａ，２５ａと、該左右のランド側壁２５ａ，２５ａの一端同士を結ぶ上方の第１ランド端壁２５ｂと、前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの他端同士を結ぶ下方の第２ランド端壁２５ｃとを有している。前記第１ランド端壁２５ｂと第２ランド端壁２５ｃとは、それぞれ半円状をしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。

前記ランド部１１の長軸Ｘ方向の径は、前記弁孔８の長軸Ｘ方向の径ｘに等しく、前記ランド部１１の短軸Ｙ方向の径は、前記弁孔８の短軸Ｙ方向の径ｙに等しい。また、前記ランド部１１の前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの長さは、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の前記左右の孔側壁８ａ，８ａの長さｔに等しい。更に、前記ランド部１１の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃの曲率半径は、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃの曲率半径ｒに等しい。

なお、前記ランド部１１の長軸Ｘ方向の径ｘ及び短軸Ｙ方向の径ｙとは、前記弁孔８の内面に接触しているシール部材１８又は１９の位置での径（シール径）のことである。
また、図示した例で、前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの前記長軸Ｘ方向の長さｔは、前記短軸Ｙ方向の径ｙより小さく形成されているが、該長さｔは、前記弁孔８と同様に、前記短軸Ｙ方向の径ｙと同じか又はそれより大きく形成することもできる。
前記スプール１０の前記第１のランド部１１は、前記第１のシール部材１８が取り付けられている部分と、前記第２のシール部材１９が取り付けられている部分とに、分割されていても良い。

なお、前記複数のランド部１１−１５のうち、第４及び第５のランド部１４，１５は、前記弁孔８の孔端を常時閉鎖するもので、流路を開閉するものではないため、以下の説明において、該第４及び第５のランド部１４，１５について説明する必要がない場合には、前記第１−第３のランド部１１−１３についてだけ標記し、該ランド部１４，１５の標記は省略することもある。

一方、隣接する前記ランド部１１−１３同士を繋ぐ前記軸部１６の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、円形をなしている。この軸部１６の直径ｄは、前記ランド部１１−１３の短軸Ｙ方向の径ｙより小さければ良いが、該径ｙの２／３以下であることが望ましく、より望ましくは１／２とすることであり、図示した例では、該径ｙの約１／３ほどに形成されている。

前記ハウジング７の内部には、前記入力用ポートＰに連通するパイロット供給孔２８が、前記弁孔８と平行に形成され、該パイロット供給孔２８の第１端２８ａは、前記ハウジング７の長さ方向の一端である第１端７ａに開口し、該パイロット供給孔２８の第２端２８ｂは、前記ハウジング７の長さ方向の反対端である第２端７ｂに開口している。

前記ハウジング７の前記第１端７ａには、前記スプール１０にパイロットエアによる一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させる前記パイロット弁部３が設けられ、該ハウジング７の前記第２端７ｂには、エンドブロック２９が取り付けられている。

前記エンドブロック２９には、前記スプール１０の一端の受圧面１０ａが臨む復帰用の圧力室３０が形成されると共に、該復帰用の圧力室３０と前記パイロット供給孔２８の第２端２８ｂとを結ぶ連通孔３１が形成されていて、該連通孔３１と前記パイロット供給孔２８とを通じて前記復帰用の圧力室３０に、前記入力用ポートＰからパイロットエアが常時供給されるようになっている。前記圧力室３０内には、復帰用のスプリングを配設することにより、該スプリングでパイロットエアによる復帰力を補助させることもできる。

一方、前記パイロット弁部３は、前記ハウジング７に接続されたピストン箱３４と、該ピストン箱３４に連結された電磁式の前記パイロット弁４とを有している。

前記ピストン箱３４の内部には、前記弁孔８の端部に通じるピストン室３５が形成されていて、該ピストン室３５の内部には、前記スプール１０に推進力を作用させるパイロットピストン３６が、軸線Ｌ方向に摺動自在に収容されている。該パイロットピストン３６の、前記スプール１０に向き合う側の面には、前記弁孔８内に嵌合するピストン軸３６ａが形成され、該ピストン軸３６ａの先端が前記スプール１０の端面に当接している。

前記パイロットピストン３６の外周には、該パイロットピストン３６の外周と前記ピストン室３５の内周との間をシールするピストンパッキン３７が取り付けられ、これらパイロットピストン３６とピストンパッキン３７とによって、該パイロットピストン３６の一側に推進用の圧力室３８が区画されている。この推進用の圧力室３８は、パイロット給排孔３８ａから、手動操作部３９と前記パイロット弁４とを介して、連通孔３２により前記パイロット供給孔２８の第１端２８ａに連通し、前記手動操作部３９又はパイロット弁４を操作することにより、該推進用の圧力室３８に、前記入力用ポートＰからパイロットエアが供給されたり排出されたりするようになっている。

前記ピストンパッキン３７は、シールに方向性を有するリップタイプのピストンパッキンであり、該ピストンパッキン３７のリップは、前記圧力室３８側に向けられている。
また、前記パイロットピストン３６の背面と前記スプール１０との間に形成された開放室４０は、大気に開放されている。

前記ピストン室３５と前記パイロットピストン３６との、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、互いに同一で、図１から分かるように、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしている。これを前記パイロットピストン３６について説明すると、該パイロットピストン３６は、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有するような細長の断面形状を有していて、前記長軸Ｘ方向に直線をなし且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁４１ａ，４１ａと、該左右のピストン側壁４１ａ，４１ａの一端同士を結ぶ上方の第１ピストン端壁４１ｂと、前記左右のピストン側壁４１ａ，４１ａの他端同士を結ぶ下方の第２ピストン端壁４１ｃとを有している。前記第１ピストン端壁４１ｂと第２ピストン端壁４１ｃとは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。

また、前記パイロットピストン３６の短軸Ｙ方向の径ｙｐは、前記スプール１０のランド部１１−１５の短軸Ｙ方向の径ｙと等しく、前記パイロットピストン３６の長軸Ｘ方向の径ｘｐは、前記ランド部１１−１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きい。従って、該パイロットピストン３６の断面積は、前記スプール１０のランド部１１−１５の断面積より大きく、このため、前記パイロットピストン３６の受圧面３６ｂの受圧面積は、前記スプール１０のランド部１５の端面の受圧面１０ａの受圧面積より大きいことになる。
なお、前記パイロットピストン３６の前記長軸Ｘ方向の径ｘｐ及び短軸Ｙ方向の径ｙｐとは、前記ピストン室３５の内面に接触しているピストンパッキン３７の位置での径（シール径）のことであって、前記ピストン室３５の長軸Ｘ方向の径及び短軸Ｙ方向の径と等しい。

前記ピストン軸３６ａも、前記パイロットピストン３６と同様に、前記ハウジング７の高さ方向に細長い断面形状をなしているが、その形状及び大きさは任意で、前記弁孔８内に自由に出入りできるような形状及び大きさであれば良い。

前記パイロット弁４は、３ポート式の電磁弁であり、該パイロット弁４に通電すると、該パイロット弁４を介して前記推進用の圧力室３８に、前記入力用ポートＰから前記パイロット給排孔３８ａを通じてパイロットエアが供給され、前記パイロット弁４を非通電にすると、該パイロット弁４を介して前記推進用の圧力室３８から、パイロットエアが大気に排出されるように構成されている。

前記手動操作部３９は、停電時やメンテナンス時等に、前記パイロット弁４に通電したときと同じ動作状態を操作子３９ａの手動操作で実現させるものであるが、その構成及び作用は周知であるので、ここでの説明は省略することとする。

前記構成を有するスプール弁１Ａにおいて、図２は前記パイロット弁４がオフのときの切換状態である。このとき、前記パイロット弁４によって前記推進用の圧力室３８内のパイロットエアが排出され、前記復帰用の圧力室３０内にはパイロットエアが供給されているため、前記スプール１０とパイロットピストン３６とは、前記スプール１０の受圧面１０ａに作用するパイロットエアによって復帰位置に移動している。このため、前記第１のランド部１１の第１のシール部材１８が、入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とを結ぶ流路を閉鎖すると共に、前記第３のランド部１３の第４のシール部材２１が、第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とを結ぶ流路を閉鎖し、前記入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とが連通すると共に、第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とが連通している。

この状態から、前記パイロット弁４がオンになると、該パイロット弁４によって前記推進用の圧力室３８にパイロットエアが供給され、このパイロットエアが、前記パイロットピストン３６の受圧面３６ｂに作用して該パイロットピストン３６を図の右方に向けて押圧するため、該パイロットピストン３６は、前記受圧面３６ｂと前記スプール１０の受圧面１０ａとの面積差に基づく作用力によって前進し、前記スプール１０を前進位置まで変位させる。このため、前記第１のランド部１１の第２のシール部材１９が、入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とを結ぶ流路を閉鎖すると共に、前記第２のランド部１２の第３のシール部材２０が、第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とを結ぶ流路を閉鎖し、前記入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とが連通すると共に、第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とが連通する。

前記構成を有するスプール弁１Ａは、前記弁孔８及びスプール１０の各ランド部１１−１５の断面形状を細長形状にしたことにより、図１０及び図１１に示すような、弁孔６２及びスプール６３の断面形状が円形である公知のスプール弁６０に比べ、スプール弁の横幅即ち弁幅を広げることなく、前記弁孔８の断面積を拡大することができ、それにより、該弁孔８の内周と前記スプール１０の軸部１６の外周との間に形成される流路の断面積（軸部回りの流路の断面積）Ｓが拡大されて、流路全体の有効断面積が大幅にしかも効率的に拡大されることになる。

即ち、前記公知のスプール弁６０において、弁孔６２の直径をｙ（＝２ｒ）、スプール６３の軸部６６の直径をｄとすると、前記軸部６６の回りの流路の断面積Ｓ０は、π×（ｙ^２−ｄ^２）／４で表される。

これに対し、図１−図４に示す本発明のスプール弁１Ａにおいて、前記スプール１０の軸部１６の回りの流路の断面積Ｓは、（π×（ｙ^２−ｄ^２）／４）＋（ｔ×ｙ）となり、ｔ×ｙの分だけ前記公知のスプール弁６０の断面積Ｓ０より大きくなる。

本発明において、前記軸部１６の断面形状は、図４に鎖線で示すように、前記ランド部１１と同様の細長形状であっても良く、この場合、該軸部１６の直線をなす左右の軸側壁１６ａの長軸Ｘ方向の長さはｔ、該軸部１６の短軸Ｙ方向の径はｄ、第１軸端壁１６ｂ及び第２軸端壁１６ｃの曲率半径はｄ／２であるから、前記スプール１０の軸部回りの流路の断面積Ｓは、（π×（ｙ^２−ｄ^２）／４）＋（ｔ×（ｙ−ｄ））となり、公知のスプール弁６０の断面積Ｓ０よりｔ×（ｙ−ｄ）分だけ大きい。

なお、前記弁孔８及びランド部１１−１５の断面形状を楕円形にすることも考えられるが、楕円形の弁孔及びランド部は、精度を出しにくいため加工が難しいだけでなく、例えば、本発明の弁孔８と同じ断面積を有する楕円形の弁孔を形成する場合、両者の短軸Ｙ方向の径ｙを同径にすると、楕円形の弁孔のＸ軸方向の径は、本発明の弁孔８のＸ軸方向の径ｘより大きくなるため、本発明に比べて効率が悪い。

また、本発明において、前記パイロット弁部３におけるパイロットピストン３６の断面形状は、前記スプール１０のランド部１１−１５と同様の細長形状をしていて、その長軸Ｘ方向の径ｘｐは前記スプール１０のランド部１１−１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きいが、該パイロットピストン３６の短軸Ｙ方向の径ｙｐは前記ランド部１１−１５の短軸Ｙ方向の径ｙと同じであるため、前記ピストン箱３４の横幅即ちスプール弁１Ａの横幅は、拡大されない。

図５は、第２実施形態のスプール弁１Ｂの要部を断面にして示すもので、この第２実施形態のスプール弁１Ｂが前記第１実施形態のスプール弁１Ａと相違する点は、弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、スプール１０の各ランド部１１−１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとが、半円状ではないという点である。
即ち、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃは、孔側壁８ａに対して直交する直線部８ｄと、該直線部８ｄの両端を前記左右の孔側壁８ａの端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部８ｅとを有し、前記ランド部１１−１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃは、ランド側壁２５ａに対して直交する直線部２５ｄと、該直線部２５ｄの両端を前記左右のランド側壁２５ａの端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部２５ｅとを有している。

この第２実施形態のスプール弁１Ｂのように、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、前記ランド部１１−１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとに、前記直線部８ｄ，２５ｄを形成することにより、前記第１実施形態のスプール弁１Ａのように、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、ランド部１１−１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとを、それぞれ半円状に形成したものに比べ、両者の長軸Ｘ方向の径ｘ及び短軸Ｙ方向の径ｙを互いに等しくした場合に、前記弁孔８の断面積を一層大きくすることができる。

なお、前記第２実施形態のスプール弁１Ｂでは、不図示のパイロットピストンも、前記弁孔８及びランド部１１−１５と類似する縦長形状を有していて、その長軸方向の径は前記弁孔８及びランド部１１−１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きいが、短軸方向の径は前記弁孔８及びランド部１１−１５の短軸Ｙ方向の径ｙと同径に形成される。
この第２実施形態のスプール弁１Ｂの前述した構成以外の構成は、前記第１実施形態のスプール弁１Ａと実質的に同じである。

図６−図９には、１つの単体型のマニホールド５０上に複数個（図では３個）のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を搭載して形成したマニホールドバルブが示されている。
このマニホールドバルブにおいて、前記マニホールド５０は、複数のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に圧縮空気を供給する共通の給気通孔５１と、複数のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３から排出される圧縮空気を外部に排出する共通の排気通孔５２とを有すると共に、各スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の２つの出力ポートに連通する２つ１組の出力通孔５３Ａ，５３Ｂを、前記スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の数と同じ組数だけ有している。
前記給気通孔５１と排気通孔５２とは、前記マニホールド５０の長さ方向に延在するように形成され、前記出力通孔５３Ａ，５３Ｂは、前記マニホールド５０の側面の、各スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に対応する位置に形成されている。

図９から明らかなように、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最も右側に位置する第１のスプール弁Ｖ１は、弁孔及びスプールの断面形状が円形をなす前記公知のスプール弁６０であり、残りの第２及び第３のスプール弁Ｖ２，Ｖ３は、弁孔８及びスプール１０の断面形状が細長形状をなす本発明に係るスプール弁である。

本発明に係る前記第２及び第３の２つのスプール弁Ｖ２，Ｖ３のうち、図９の中央に位置する第２のスプール弁Ｖ２は、前記第１実施形態のスプール弁１Ａであって、図４から明らかなように、スプール１０のランド部１１−１５の左右のランド側壁２５ｄ，２５ｄの長さｔが、該ランド部１１−１３の短軸Ｙ方向の径ｙより小さく形成されており、これに対し、図９の左端に位置する第３のスプール弁Ｖ３は、前記左右のランド側壁２５ｄ，２５ｄの長さｔが、短軸Ｙ方向の径ｙより大きく形成されている。

従って、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３におけるハウジング７，６１の高さを比較すると、第１のスプール弁Ｖ１のハウジング７の高さが最も低く、前記第３のスプール弁Ｖ３のハウジング７の高さが最も高く、前記第２のスプール弁Ｖ２のハウジング７の高さはそれらの中間である。しかし、パイロット弁部３，６７を含めたスプール弁全体の高さは、互いに等しい。また、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の弁幅Ｗは、互いに等しい。

このように、本発明に係るスプール弁Ｖ２，Ｖ３は、弁孔６２及びスプール６３の断面形状が円形をなす前記公知のスプール弁Ｖ１（６０）に比べ、前記弁孔８及びスプール１０の断面形状を拡大しているにも拘わらず、前記公知のスプール弁６０と同じ弁幅を保つことができるため、該公知のスプール弁６０を搭載可能な従来のマニホールド５０上に、該公知のスプール弁６０と混在させて搭載することが可能である。
なお、前記マニホールド５０上には、本発明のスプール弁Ｖ２，Ｖ３だけを搭載することも可能である。

前記各実施形態のスプール弁１Ａ，１Ｂは、１つのパイロット弁４を有するシングルパイロット式のスプール弁であるが、本発明のスプール弁１Ａ，１Ｂは、２つのパイロット弁４を有するダブルパイロット式のスプール弁であっても良い。このダブルパイロット式のスプール弁は、図２に示す前記第１実施形態のスプール弁１Ａにおいて、前記パイロット弁部３に、前記パイロット弁４及び手動操作部３９とは別の第２のパイロット弁及び第２の手動操作部を設け、この第２のパイロット弁の出力口を、前記第２の手動操作部を経て、前記ハウジング７及びエンドブロック２９の内部を延びるパイロット通路を通じて、前記復帰用の圧力室３０に連通させることにより、得ることができる。そして、２つの前記パイロット弁を交互にオン・オフさせて推進用の圧力室３８と復帰用の圧力室３０とにパイロットエアを交互に給排することにより、前記スプール１０を推進位置と復帰位置とに切り換えるものである。
新たに設ける前記第２のパイロット弁及び第２の手動操作部は、前記パイロット弁部３に設ける代わりに、前記エンドブロック２９側に設けても良い。

また、前述したように図２のスプール弁１Ａをダブルパイロット式にした場合、エンドブロック２９に復帰用のパイロットピストンを設け、この復帰用のパイロットピストンで前記スプール１０を復帰させるように構成することもできる。この場合、前記復帰用のパイロットピストンの形状は前記推進用のパイロットピストン３６と同様の細長形状に形成されるが、その受圧面積は、該パイロットピストン３６の受圧面積と同じであっても、それより小さくても構わない。

なお、前記第１実施形態のスプール弁１Ａにおいても、前記エンドブロック２９に復帰用のパイロットピストンを設け、この復帰用のパイロットピストンによって前記スプール１０を復帰させるように構成することもできる。この場合、該復帰用のパイロットピストンは、前記推進用のパイロットピストン３６と同様の細長形状に形成されるが、その大きさ即ち受圧面積は、該推進用のパイロットピストン３６の受圧面積より小さく、前記スプール１０の受圧面１０ａの受圧面積と実質的に同じ大きさに形成される。

前記実施形態のスプール弁は、スプール１０のランド部１１−１５の外周にゴムや合成樹脂等からなる弾性体のシール部材１８−２３が取り付けられているが、ランド部の外周にこのようなシール部材が取り付けられていないメタルシールタイプのスプール弁にも本発明は適用することができる。
また、図示した各実施形態は５ポート式のスプール弁であるが、本発明は、３ポート式あるいは４ポート式など、その他のポート数のスプール弁にも適用することができる。

１Ａ，１Ｂ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ スプール弁
２ 主弁部
３ パイロット弁部
４ パイロット弁
７ ハウジング
８ 弁孔
８ａ 孔側壁
８ｂ 第１孔端壁
８ｃ 第２孔端壁
８ｄ 直線部
８ｅ コーナー部
１０ スプール
１１，１２，１３，１４，１５ ランド部
２５ａ ランド側壁
２５ｂ 第１ランド端壁
２５ｃ 第２ランド端壁
２５ｄ 直線部
２５ｅ コーナー部
３６ パイロットピストン
４１ａ ピストン側壁
４１ｂ 第１ピストン端壁
４１ｃ 第２ピストン端壁
Ｐ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２ ポート
Ｌ 軸線
Ｘ 長軸
Ｙ 短軸
ｘ，ｘｐ 長軸方向の径
ｙ，ｙｐ 短軸方向の径
ｄ 軸部の径
ｔ 長さ
Ｗ 弁幅

Claims (7)

1. 長さ方向、幅方向、及び高さ方向を有するハウジングと、該ハウジングの内部を該ハウジングの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通するように前記ハウジングに形成された入力用、出力用、及び排気用のポートと、前記弁孔内に該弁孔の軸線方向に摺動自在に挿入されたスプールと、を有する主弁部；前記スプールにパイロット流体による一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させるパイロット弁部；を有し、
   前記弁孔の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁と、該左右の孔側壁の一端同士を結ぶ第１孔端壁と、前記左右の孔側壁の他端同士を結ぶ第２孔端壁とを有し、
   前記スプールは、前記流路を開閉するランド部と、隣接するランド部同士を繋ぐ該ランド部より小径の軸部とを有し、前記ランド部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であると共に、前記弁孔の断面形状と同形且つ同大であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁と、該左右のランド側壁の一端同士を結ぶ第１ランド端壁と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁とを有する、
   ことを特徴とするスプール弁。
2. 前記パイロット弁部は、前記スプールに推進力を作用させるパイロットピストンと、該パイロットピストンにパイロット流体を作用させる電磁パイロット弁とを有し、
   前記パイロットピストンの前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状をなしていて、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁と、該左右のピストン側壁の一端同士を結ぶ第１ピストン端壁と、前記左右のピストン側壁の他端同士を結ぶ第２ピストン端壁とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記パイロットピストンの長軸方向の径は、前記スプールのランド部の長軸方向の径より大きく、前記パイロットピストンの短軸方向の径は、前記ランド部の短軸方向の径と等しいことを特徴とする請求項２に記載のスプール弁。
4. 前記軸部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、円形か又は前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のスプール弁。
5. 前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しいことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のスプール弁。
6. 前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、前記弁孔の孔側壁及び前記ランド部のランド側壁に対して直交する直線部と、該直線部を前記孔側壁及びランド側壁の端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部とからなることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のスプール弁。
7. １つのマニホールド上に、同じ弁幅を有する複数のスプール弁を搭載したマニホールドバルブであって、前記複数のスプール弁のうちの少なくとも１つが、請求項１から６の何れかに記載されたスプール弁であることを特徴とするマニホールドバルブ。

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