JP2017082916A - 流体制御弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体圧アクチュエータの圧力室に接続することにより、該圧力室からの排気を取り出して再利用するのに適した構造を有する流体制御弁を提供する。【解決手段】第１ポート１１と第２ポート１２との間を連通させる給気流路１４と、第２ポート１２と第３ポート１３との間を連通させる排気流路１５と、給気流路１５に設けられる第１チェック弁２０と、排気流路１５に設けられる第２チェック弁２１と、第２ポート１２から第３ポート１３への連通を開閉する弁体３０と、弁体３０がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔２２とを有し、排気流路１５は、弁孔２２と弁体３０との間に形成された間隙１５ｂによって形成され、弁体３０には、第１ポート１１の流体圧を弁体３０の閉方向に作用させる第１受圧面と、第２ポート１２の流体圧を弁体３０の開方向に作用させる第２受圧面とが形成されている。【選択図】図１
Description
本発明は、流体制御弁、例えば、流体圧源に繋がれた切換弁と第１及び第２圧力室を備えた複動式シリンダとの間に配設するための流体制御弁に関するものである。
ピストンで区画された双方の圧力室に給排気ポートをそれぞれ設け、流体圧源に繋がれた電磁弁を切り換えるなどして、給排気ポートを相互に流体圧源に接続することにより、ピストンを流体圧で往復動させる複動式の流体圧シリンダは、従来から一般的に知られている。
ところで、このような複動式の流体圧シリンダにおいては、通常、ピストンを流体圧で往復動させたとき、排気側の圧力室に充填された圧縮流体は、ピストンの移動に伴う圧力室の縮小に伴って大気に排出されてしまう。
しかしながら、省エネルギーの観点からすれば、そのような流体圧アクチュエータの動作に伴って圧力室から排出される圧縮空気は、できるだけ再利用することが望ましい。
ところで、このような複動式の流体圧シリンダにおいては、通常、ピストンを流体圧で往復動させたとき、排気側の圧力室に充填された圧縮流体は、ピストンの移動に伴う圧力室の縮小に伴って大気に排出されてしまう。
しかしながら、省エネルギーの観点からすれば、そのような流体圧アクチュエータの動作に伴って圧力室から排出される圧縮空気は、できるだけ再利用することが望ましい。
そこで、特許文献１においては、複動式シリンダのロッドを進出させるにあたって、ロッド側圧力室の排気をヘッド側圧力室に還流させて再利用する空気圧シリンダ装置が提案されているが、空圧源に繋ぐ切換弁として、上記シリンダに対して圧縮空気を給排する機能と、排気を還流させる機能とを兼ね備えた４ポート２位置切換弁を用いている。
本発明の課題は、流体圧アクチュエータの圧力室に接続することにより、該圧力室からの排気を取り出して再利用するのに適した構造を有する流体制御弁を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る流体制御弁は、流体圧源に繋がれた切換弁とヘッド側の第１及圧力室及びロッド側の第２圧力室を備えた複動式の流体圧シリンダとの間に配設するためのもので、上記切換弁の切換えによる流体圧シリンダの駆動に伴って、流体圧シリンダの上記第２圧力室から排出される圧縮流体を上記第１圧力室へと還流させるための流体制御弁であって、上記切換弁に接続するための第１ポートと、上記２圧力室に接続するための第２ポートと、上記１圧力室に接続するための第３ポートと、上記第１ポートと第２ポートとの間を連通させる給気流路と、上記第２ポートと第３ポートとの間を連通させる排気流路と、上記給気流路に設けられ、圧縮流体が上記第１ポート側から第２ポート側へと流れるのを許容し、上記第２ポート側から第１ポート側へと流れるのを阻止する第１チェック弁と、上記排気流路に設けられ、圧縮流体が上記第２ポート側から第３ポート側へと流れるのを許容し、上記第３ポート側から第２ポート側へと流れるのを阻止する第２チェック弁と、上記第２ポートから上記第３ポートへの連通を開閉する弁体と、該弁体がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔と、を有しており、上記排気流路は、上記弁孔と上記弁体との間に形成された間隙によって形成され、上記弁体には、上記第１ポートの流体圧を該弁体の閉方向に作用させる第１受圧面と、上記第２ポートの流体圧を該弁体の開方向に作用させる第２受圧面とが形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る流体制御弁は、圧縮流体が通る第１ポート、第２ポート及び第３ポートと、上記第１ポートと第２ポートとの間を連通させる給気流路と、上記第２ポートと第３ポートとの間を連通させる排気流路と、上記給気流路に設けられ、上記圧縮流体が上記第１ポート側から第２ポート側へと流れるのを許容し、上記第２ポート側から第１ポート側へと流れるのを阻止する第１チェック弁と、上記排気流路に設けられ、上記圧縮流体が上記第２ポート側から第３ポート側へと流れるのを許容し、上記第３ポート側から第２ポート側へと流れるのを阻止する第２チェック弁と、上記第２ポートから上記第３ポートへの連通を開閉する弁体と、該弁体を開閉する開閉操作部と、を有し、該開閉操作部が、上記弁体に設けられて上記第１ポートの流体圧を該弁体の閉方向に作用させる第１受圧面と、同じく該弁体に設けられて上記第２ポートの流体圧を該弁体の開方向に作用させる第２受圧面とを有していることを特徴とする。
この場合において、該流体制御弁は、上記弁体がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔を有していて、上記排気流路が、上記弁孔と上記弁体との間に形成された間隙によって形成されているものが好ましい。
この場合において、該流体制御弁は、上記弁体がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔を有していて、上記排気流路が、上記弁孔と上記弁体との間に形成された間隙によって形成されているものが好ましい。
また、この場合において、上記弁体は、断面略円形のロッド状に形成されていて、その軸方向の両端に基端側の第１端と先端側の第２端とをそれぞれ有しており、上記第１端側のシャフト部と、該シャフト部の上記第２端側に連接された弁部とにより形成され、該弁部に上記第２受圧面が形成されていることが好ましい。
このとき、上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続されていることがさらに好ましい。
このとき、上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続されていることがさらに好ましい。
また、上記弁部は、上記シャフト部に連接された大径部と、該大径部の上記第２端側に連接され該大径部よりも最大径が小さい小径部とにより構成されていて、該大径部と小径部との間にシール部材を有し、上記弁孔には、上記第２ポートと排気流路との間に、上記弁部の小径部が挿入される絞り部が形成されていて、該絞り部には、上記シール部材を接離させる弁座が形成されていることが好ましい。
このとき、該流体制御弁は、上記弁部の開放時に上記第２ポートから上記排出流路へと流入する排気の流量を調節するための流量調節部を有しており、該流量調節部が、該弁体のシャフト部の周囲に螺旋状に配された傾斜カム面と、同じく該弁体のシャフト部の周囲に配され、上記弁部が開放されたときに、上記傾斜カム面に当接して上記弁体の第１端方向への移動を阻止するストッパ片とを有し、上記傾斜カム面とストッパ片とは、上記弁体の軸廻りに相対的に回動可能となっており、上記弁部の小径部は、上記第２端に向けて除々に径が小径化する先細り状に形成されていることが好ましい。
そして、上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続され、上記傾斜カム面が、上記ピストンの第１端側において該ピストンに対向させて設けられ、上記弁体が、上記弁孔に対して周方向に回動自在に挿入されていて、上記ストッパ片が、上記シャフト部の外周から上記ピストン圧力室内に突設されていることがさらに好ましい。
このとき、該流体制御弁は、上記弁部の開放時に上記第２ポートから上記排出流路へと流入する排気の流量を調節するための流量調節部を有しており、該流量調節部が、該弁体のシャフト部の周囲に螺旋状に配された傾斜カム面と、同じく該弁体のシャフト部の周囲に配され、上記弁部が開放されたときに、上記傾斜カム面に当接して上記弁体の第１端方向への移動を阻止するストッパ片とを有し、上記傾斜カム面とストッパ片とは、上記弁体の軸廻りに相対的に回動可能となっており、上記弁部の小径部は、上記第２端に向けて除々に径が小径化する先細り状に形成されていることが好ましい。
そして、上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続され、上記傾斜カム面が、上記ピストンの第１端側において該ピストンに対向させて設けられ、上記弁体が、上記弁孔に対して周方向に回動自在に挿入されていて、上記ストッパ片が、上記シャフト部の外周から上記ピストン圧力室内に突設されていることがさらに好ましい。
本発明によれば、第２ポートを流体圧アクチュエータの圧力室に接続することにより、第１ポートから第２ポートを通じて上記圧力室に圧縮流体を供給することができ、また、該圧力室からの排気を、第２ポートを通じて第３ポートから取り出し、再利用に供することができる。例えば、第２ポートを複動式の流体シリンダのロッド側の圧力室に接続し、第３ポートをヘッド側の圧力室に接続することにより、ロッドの進出時に、ロッド側の圧力室からの排気をヘッド側の圧力室に還流させて、圧縮流体の消費を抑制することが可能となる。
以下、本発明に係る流体制御弁の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の流体制御弁は、流体圧アクチュエータの圧力室に接続することにより、該圧力室からの排気を取り出して再利用するのに用いられるものである。そこで、ここでは、本発明の一実施形態に係る流体制御弁１０を、図５に示すように、ピストン１ｃとロッド１ｄを有する複動式の流体圧シリンダ１に接続し、ピストン１ｃの進出時に、この流体圧シリンダ１のロッド側の第２圧力室１ｂから排出される排気を、ヘッド側の第１圧力室１ａに還流させて再利用する場合を例に挙げて説明することとする。
図１〜図５に示すように、この流体制御弁１０は、切換弁３に接続するための第１ポート１１と、第２圧力室１ｂに接続するための第２ポート１２と、第１圧力室１ａに接続するための第３ポート１３と、第１ポート１１と第２ポート１２との間を連通させる給気流路１４と、第２ポート１２と第３ポート１３との間を連通させる排気流路１５とを有している。
これらの第１〜第３ポート１１〜１３、給気流路１４、及び排気流路１５は、バルブハウジング５０内に形成されている。このバルブハウジング５０は、軸Ｌ（図１、図３における上下方向に延びる軸であり、上側を第１端側、下側を第２端側とする）を有する筒状の幹部５１ａと、この幹部５１ａの側壁から延びている筒状の第１及び第２枝部５１ｂ、５１ｃとからなる主ブロック５１を有している。また、バルブハウジング５０は、第１枝部５１ｂに対して気密に外嵌し上記第１ポート１１を有する第１ポートブロック５２と、幹部５１ａの第２端側に対して気密に外嵌し上記第２ポート１２を有する第２ポートブロック５３とを有している。また、上記第３ポート１３は、上記第２枝部５１ｃに設けられている。さらに、幹部５１ａの第１端側には、エンドキャップ５４が軸Ｌを中心として回転可能に設けられている。
上記給気流路１４は、第１ポートブロック５２内を貫通する第１給気流路１４ａと、第１枝部５１ｂを貫通する第２給気流路１４ｂと、幹部５１ａの第２端側に形成される第３給気流路１４ｃとから形成されている。また、第３給気流路１４ｃには、流体圧源２から供給される圧縮流体について、第１ポート１１側から第２ポート１２側へと流れるのを許容し、第２ポート１２側から第１ポート１１側へと流れるのを阻止する第１チェック弁２０が設けられている。
一方で、上記排気流路１５は、第２枝部５１ｃ内を貫通する第１排気流路１５ａと、後述するロッド挿通孔２２の第２端側に形成される第２排気流路１５ｂとから形成されている。また、第２排気流路１５ｂには、第２ポート１２側から第３ポート１３側へと流れるのを許容し、第３ポート１３側から第２ポート１２側へと流れるのを阻止する第２チェック弁２１が設けられている。
上記幹部５１ａの内部には、この幹部５１ａの内周壁５１ｄによって区画され、この幹部５１ａを長手方向（軸線Ｌ方向）に貫通する弁孔としてのロッド挿通孔２２と、このロッド挿通孔２２内を軸線Ｌ方向に摺動自在な弁体３０が設けられている。この弁体３０は、上記第２ポート１２から排気流路１５ｂへの連通、すなわち、第２ポート１２から第３ポート１３への連通を開閉するためのものであり、上記ロッド挿通孔２２内を軸線Ｌ廻りに回動自在な断面略円形のロッド状に形成されている。また、この弁体３０は、その軸線Ｌ方向の第１端側すなわち基端側に設けられたシャフト部３２と、第２端側すなわち先端側に設けられた弁部３１とから構成されている。そして、シャフト部３２には、上記第１ポート１１の流体圧を弁体３０の閉方向（第２端方向）に作用させる第１受圧面が形成され、弁部３１には、上記第２ポート１２の流体圧を弁体３０の開方向（第１端方向）に作用させる第２受圧面が形成されている。このとき、弁体３０の開閉時にかかわらず、常時、上記第１受圧面の軸線Ｌ方向の受圧面積は、上記第２受圧面における軸線Ｌ方向の受圧面積よりも大きく形成されている。
上記ロッド挿通孔２２は、第１端側に設けられ上記シャフト部３２を挿通するシャフト挿入部２２ａと、第２端側に設けられ上記弁部３１を挿通する弁挿入部２２ｂとから構成されており、これらシャフト挿入部２２ａと弁挿入部２２ｂとは、両者間を仕切る区画壁２３に設けられたシール部材６０によって気密に仕切られている。そして、この弁挿入部２２ｂは、その孔径が上記弁部３１の最大径（後述する大径部３３の径）よりも大きくなるように形成されていて、この弁挿入部２２ｂの内周壁５１ｄと弁部３１の外周面（すなわち、大径部３３の外周面）との間に形成された間隙により、上記第２排気流路１５ｂが構成されている。
上記幹部５１ａの第２端側の外周面には溝５７が設けられており、この溝５７に上記第１チェック弁２０が取り付けられている。また、上記ロッド挿通孔２２の弁挿入部２２ｂにおける、上記第２チェック弁２１よりも第２端側（すなわち、第２ポート１２側）の位置には、内周壁５１ｄから内向き（径方向）に環状の突部４８が突設されている。そして、この突部４８の第１端側を向く面によって上記弁部３１が接離する弁座４４が形成されており、さらに、この突部４８の内周により、後述する弁部３１の小径部３４を挿通することが可能な絞り部４６が形成されている。
一方で、上記弁部３１は、上記シャフト部３２に連接された円柱状の大径部３３と、大径部３３の第２端側に連接されこの大径部３３よりも最大径の小さい小径部３４とにより構成されている。この大径部３３の外周面には溝５８が設けられており、この溝５８に上述した第２チェック弁２１が取り付けられている。また、小径部３４は、第２端に向けて除々に径が小径化する先細り状に形成されており、その先端に弁体３０の軸線Ｌ方向を法線方向とする先端面３６ａが形成されている。また、大径部３３と小径部３４との境界である連接部には、段部を成す溝３６ｂが形成されて、この溝３６ｂにシール部材３５が取り付けられている。
このシール部材３５は、弁体３０を第２端側に移動させた状態で弁座４４に当接され、弁体３０を第１端側に移動させた状態で弁座４４から離れるように、弁部３１に配されている。このため、シール部材３５と弁座４４とが当接した状態と離間した状態、すなわち、弁部３１の閉塞状態と開放状態とでは、弁部３１の開放状態の方が、弁部３１の上記第２受圧面において流体圧が第１端方向に作用する面積（受圧面積）が大きくなる。その結果、弁体３０に作用する第１端方向の付勢力が大きくなり、弁部３１が開いてからの応答性が向上する。
一方、シャフト部３２は、上記大径部３３の第１端側に連接され、この大径部３３よりも大径に形成された胴体部３８と、胴体部３８の第１端側に連接され、幹部５１ａの第１端側の開口から突出した軸部３９とから構成されている。この胴体部３８には、外周にシール部材６２を有するピストン３７が設けられていて、このピストン３７により、上述したロッド挿入孔２２のシャフト挿入部２２ａが、第１端側の第１区画室７０ａと第２端側の第２区画室７０ｂとに区画されている。なお、本実施形態においては、上記ピストン３７のシール部材６２は、第２区画室７０ｂ側から第１区画室７０ａ側への流体の流れは許容するが、第１区画室７０ａ側から第２区画室７０ｂ側への流体の流れは阻止するチェック弁によって構成されている。このように、上記第１区画室７０ａは、上記ピストン３７を第２端方向へ駆動するためのピストン圧力室を形成しており、その一方で、上記第２区画室７０ｂは大気に開放されている。
上記軸部３９は上記エンドキャップ５４の取付孔５９に嵌合されていて、エンドキャップ５４は軸部３９に対して軸線Ｌ廻りに固定的に設けられている。すなわち、エンドキャップ５４を軸線Ｌ廻りに回転させると軸部３９も同時に回転するようになっている。
上記シャフト挿入部２２ａにおける上記ピストン３７よりも第１端側の位置には、環状のステータ４１（螺旋状に傾斜するカム面４１ａを有するカムリング）が嵌合により固定されており、上記弁体３０のシャフト部３２が、このステータ４１に対して、軸線Ｌ方向に摺動自在かつ軸線Ｌ廻りに回動自在に内挿されている。このステータ４１の第２端側の面には、図４に示すように、上記ピストン３７に対向し、上記軸線Ｌを中心として螺旋状に配された傾斜カム面４１ａが、シャフト部３２の周囲に設けられている。一方で、上記シャフト部３２における胴体部３８の外周壁からは、このピストン３７の第１端側の面３７ａからステータ４１側に延びるストッパ片４３が突設されている。
上記シャフト挿入部２２ａにおける上記ピストン３７よりも第１端側の位置には、環状のステータ４１（螺旋状に傾斜するカム面４１ａを有するカムリング）が嵌合により固定されており、上記弁体３０のシャフト部３２が、このステータ４１に対して、軸線Ｌ方向に摺動自在かつ軸線Ｌ廻りに回動自在に内挿されている。このステータ４１の第２端側の面には、図４に示すように、上記ピストン３７に対向し、上記軸線Ｌを中心として螺旋状に配された傾斜カム面４１ａが、シャフト部３２の周囲に設けられている。一方で、上記シャフト部３２における胴体部３８の外周壁からは、このピストン３７の第１端側の面３７ａからステータ４１側に延びるストッパ片４３が突設されている。
そして、上記エンドキャップ５４を回動させると、ステータ４１が幹部５１ａに固定されている状態で、胴体部３８がエンドキャップ５４と共に回動する。そのため、胴体部３８に突設されているストッパ片４３はステータ４１に対して軸線Ｌ回りに回動する。このとき、ステータ４１の傾斜カム面４１ａは螺旋状に配されて傾斜面を形成しているため、エンドキャップ５４の回動位置を調節することで、傾斜カム面４１ａに対するストッパ片４３の当接位置、すなわち、上記ピストン３７の第１端方向へのストローク量を調節することができる。その結果、弁体３０が第１端側の開放位置に移動した時における上記絞り部４６の絞り量、すなわち、第２ポート１２から絞り部４６を通って排気流路１５に流れる流体の流量を調節することができる。このように、上記傾斜カム面４１ａとストッパ片４３は、本発明における流量調節部４７を構成している。
なお、上記シャフト挿入部２２ａには、ステータ４１の第１端側に隣接して環状のキャップ部材４２が気密に嵌合されており、上記弁体３０のシャフト部３２が、このキャップ部材４２に対して、気密で軸線Ｌ方向に摺動自在かつ軸線Ｌ廻りに回動自在に内挿されている。
なお、上記シャフト挿入部２２ａには、ステータ４１の第１端側に隣接して環状のキャップ部材４２が気密に嵌合されており、上記弁体３０のシャフト部３２が、このキャップ部材４２に対して、気密で軸線Ｌ方向に摺動自在かつ軸線Ｌ廻りに回動自在に内挿されている。
上記第１区画室７０ａと第２給気流路１４ｂとの間には、第１ポート１１からの圧縮流体を供給するパイロット流路７１が接続されている。そのため、第１ポート１１に供給される圧縮流体は、給気流路１４を通じて第２ポート１２に流通する際に、その一部がパイロット流路７１を通じて第１区画室７０ａに供給される。そして、第１区画室７０ａに供給された圧縮流体の流体圧が、上記ピストン３７の第１端側に位置する上記第１受圧面に作用することで、ピストン３７が第２端方向、すなわち、弁体３０を閉じる方向に移動する。
一方で、上記第２区画室７０ｂには、このピストン３７に対して第１端方向（すなわち、弁体３０の開方向）の付勢力を付与する圧縮ばね２５が設けられている。この圧縮ばね２５は、シャフト挿入部２２ａと弁挿入部２２ｂとの連接部分（すなわち、上記区画壁２３）に取り付けられているばね受け部２４と、ピストン３７の第２端側の面３７ｂとの間に縮設されている。
このように、上記シャフト部３２の第１受圧面、上記弁部３１の第２受圧面及びこの圧縮ばね２５は、本発明における開閉操作部を構成している。
ここで、上記圧縮ばね２５の弾性係数は、適用する圧縮流体の圧力や、接続する流体圧アクチュエータの必要な特性等に基づいて適宜決定されるべきものである。ただし、上記弁部３１が着座して閉じた状態において、圧縮ばね２５と第２受圧面に作用する流体圧とによる第１端方向への付勢力の和が、第１受圧面に作用する流体圧による第２端方向への付勢力よりも小さくなるように設定されている。
なお、この圧縮ばね２５は必ずしも設ける必要性はなく、それを省略して、上記第２受圧面に作用する第２ポート１２の流体圧のみにより、上記弁体３０を開方向に動作させることも可能である。
このように、上記シャフト部３２の第１受圧面、上記弁部３１の第２受圧面及びこの圧縮ばね２５は、本発明における開閉操作部を構成している。
ここで、上記圧縮ばね２５の弾性係数は、適用する圧縮流体の圧力や、接続する流体圧アクチュエータの必要な特性等に基づいて適宜決定されるべきものである。ただし、上記弁部３１が着座して閉じた状態において、圧縮ばね２５と第２受圧面に作用する流体圧とによる第１端方向への付勢力の和が、第１受圧面に作用する流体圧による第２端方向への付勢力よりも小さくなるように設定されている。
なお、この圧縮ばね２５は必ずしも設ける必要性はなく、それを省略して、上記第２受圧面に作用する第２ポート１２の流体圧のみにより、上記弁体３０を開方向に動作させることも可能である。
次に、図５のように、上記流体制御弁１０を、ピストン１ｃとロッド１ｄを有する複動式の流体圧シリンダ１に接続することにより、ピストン１ｃの進出時に、この流体圧シリンダ１のロッド側の第２圧力室１ｂから排出される排気を、ヘッド側の第１圧力室１ａに還流させる場合における、上記複流体制御弁１０の具体的な動作について説明する。
ここでは、上記流体制御弁１０は、流体圧源２に繋がれた切換弁３とヘッド側の第１圧力室１ａ及びロッド側の第２圧力室１ｂを有する流体圧シリンダ１との間に接続されている。そして、この切換弁３と流体圧シリンダ１との間には、切換弁３と流体制御弁１０の第１ポート１１とを接続する第１流路４ａと、第２圧力室１ｂと流体制御弁１０の第２ポート１２とを接続する第２流路４ｂと、第１圧力室１ａと切換弁３とを接続する第３流路４ｃと、この第３流路４ｃと流体制御弁１０の第３ポートとを接続する第４流路４ｄとが設けられている。また、第３流路４ｃと第４流路４ｄとの接続部と第１圧力室１ａとの間の第３流路４ｃには、第１圧力室１ａから排出される圧縮流体の流量を調節するためのメータアウト制御式の絞り弁５が設けられている。
ここでは、上記流体制御弁１０は、流体圧源２に繋がれた切換弁３とヘッド側の第１圧力室１ａ及びロッド側の第２圧力室１ｂを有する流体圧シリンダ１との間に接続されている。そして、この切換弁３と流体圧シリンダ１との間には、切換弁３と流体制御弁１０の第１ポート１１とを接続する第１流路４ａと、第２圧力室１ｂと流体制御弁１０の第２ポート１２とを接続する第２流路４ｂと、第１圧力室１ａと切換弁３とを接続する第３流路４ｃと、この第３流路４ｃと流体制御弁１０の第３ポートとを接続する第４流路４ｄとが設けられている。また、第３流路４ｃと第４流路４ｄとの接続部と第１圧力室１ａとの間の第３流路４ｃには、第１圧力室１ａから排出される圧縮流体の流量を調節するためのメータアウト制御式の絞り弁５が設けられている。
上記切換弁３は、第２圧力室１ｂに流体圧源２からの圧縮流体を供給する第１位置、又は第１圧力室１ａに流体圧源２からの圧縮流体を供給する第２位置に選択的に切り換えることができる。
そこで、まず、切換弁３を上記第１位置に切り換えた場合、すなわち、流体圧シリンダ１のロッド１ｄを後退させる場合について説明する。
そこで、まず、切換弁３を上記第１位置に切り換えた場合、すなわち、流体圧シリンダ１のロッド１ｄを後退させる場合について説明する。
流体圧源２から供給される圧縮流体は、第１流路４ａを通じて上述した流体制御弁１０の第１ポート１１に供給される。第１ポート１１に供給された圧縮流体は、上記第１給気流路１４ａ、第２給気流路１４ｂを順次流れ、その一部が上述したパイロット流路７１に供給されると共に、その残りが上記第３給気流路１４ｃに供給される。第３給気流路１４ｃに供給された圧縮流体は、上記第１チェック弁２０を通過し第２ポート１２から出力されて流体圧シリンダ１の第２圧力室１ｂに供給される。その一方で、流体圧シリンダ１の第１圧力室１ｂの圧縮空気は、絞り弁５及び切換弁３を通じて大気に放出される。
そして、パイロット流路７１に流入した圧縮流体は、上述したピストン圧力室としての第１区画室７０ａに供給される。このとき、第１区画室７０ａに供給されている圧縮流体の圧力と第２ポート１２から出力されている圧縮流体の流体圧は実質的に同じである。しかしながら、受圧面積の差により、シャフト部３２の第１受圧面に作用する流体圧による第２端方向（弁体３０の閉方向）への付勢力よりも、弁部３１の第２受圧面に作用する流体圧による第１端方向（弁体３０の開方向）への付勢力の方が小さくなっている。しかも、これら流体圧による付勢力の差が、上記弁部３１が着座して閉じた状態おける、上記圧縮ばね２５による第１端方向への付勢力よりも常に大きくなるように設定されている。そのため、図３に示すように、弁体３０は弁座４４に着座した状態で、上記第２ポート１２と排気流路１５との間の連通、すなわち、第２ポート１２から第３ポート１３への連通は閉じられている。
次に、図５に示すように切換弁３を上記第２位置に切り換えた場合、すなわち、流体圧シリンダ１のロッド１ｄを進出させる場合について説明する。
この場合には、第１流路４ａは切換弁３を通じて大気に開放されるため、上記流体制御弁１０における、第１ポート１１から第１チェック弁２０までの給気流路１４、パイロット流路７１及び第１区画室７０ａも同様にして大気に開放される。それに対して、第１チェック弁２０から流体圧シリンダ１の第２圧力室１ｂまでの圧縮流体は、上記第１チェック弁２０により第１ポート１１側へ流れるのを阻止され、その流体圧が上記弁部３１の第２受圧面に作用し弁体３０を開方向に付勢する。また同時に、上記圧縮ばね２５により弁体３０は開方向に付勢されている。そのため、図１に示すように、弁体３０は弁座４４から離間して、上記第２ポート１２と排気流路１５との間の連通、すなわち、第２ポート１２から第３ポート１３への連通が開かれる。
この場合には、第１流路４ａは切換弁３を通じて大気に開放されるため、上記流体制御弁１０における、第１ポート１１から第１チェック弁２０までの給気流路１４、パイロット流路７１及び第１区画室７０ａも同様にして大気に開放される。それに対して、第１チェック弁２０から流体圧シリンダ１の第２圧力室１ｂまでの圧縮流体は、上記第１チェック弁２０により第１ポート１１側へ流れるのを阻止され、その流体圧が上記弁部３１の第２受圧面に作用し弁体３０を開方向に付勢する。また同時に、上記圧縮ばね２５により弁体３０は開方向に付勢されている。そのため、図１に示すように、弁体３０は弁座４４から離間して、上記第２ポート１２と排気流路１５との間の連通、すなわち、第２ポート１２から第３ポート１３への連通が開かれる。
一方で、第１圧力室１ａは流体圧源２に連通されるため、ヘッド側の第１圧力室１ａに圧縮流体が供給される。そうすると、図６に示すように、ヘッド側の第１圧力室１ａ内の圧力は所定値まで急激に上昇し、流体圧シリンダ１のピストン１ｃはロッド側（図５における右側）に移動を開始する。
そして、このピストン１ｃのロッド側への移動に伴って、第２圧力室１ｂの体積が減少し、第２圧力室１ｂ内の圧力が若干上昇するが、第１圧力室１ａ側におけるピストン１ｃの受圧面積が、第２圧力室１ｂ側におけるピストン１ｃの受圧面積よりも、ロッド１ｄの横断面の面積分大きいため、ピストン１ｃはロッド側へ移動し続ける。この間、第２圧力室１ｂから排出された圧縮流体は、上記排気流路１５から第３ポート１３を通じて第４流路４ｄに流入するが、上述のように、第２圧力室１ｂ内から排出される圧縮流体の圧力は、第１圧力室１ａ内の圧力よりも若干高いため、第４流路４ｄ内の圧縮流体が第３流路４ｃを通じて第１圧力室１ａに還流される。なお、上記ロッド１ｄの進出速度を調整する場合には、上記エンドキャップ５４を回して上記絞り部４６の絞り量、すなわち、絞り部４６を通って流れる第２圧力室１ｂからの排気の流量を調節すれば良い。
そして、このピストン１ｃのロッド側への移動に伴って、第２圧力室１ｂの体積が減少し、第２圧力室１ｂ内の圧力が若干上昇するが、第１圧力室１ａ側におけるピストン１ｃの受圧面積が、第２圧力室１ｂ側におけるピストン１ｃの受圧面積よりも、ロッド１ｄの横断面の面積分大きいため、ピストン１ｃはロッド側へ移動し続ける。この間、第２圧力室１ｂから排出された圧縮流体は、上記排気流路１５から第３ポート１３を通じて第４流路４ｄに流入するが、上述のように、第２圧力室１ｂ内から排出される圧縮流体の圧力は、第１圧力室１ａ内の圧力よりも若干高いため、第４流路４ｄ内の圧縮流体が第３流路４ｃを通じて第１圧力室１ａに還流される。なお、上記ロッド１ｄの進出速度を調整する場合には、上記エンドキャップ５４を回して上記絞り部４６の絞り量、すなわち、絞り部４６を通って流れる第２圧力室１ｂからの排気の流量を調節すれば良い。
以上説明したように、本実施形態の流量制御弁１０は、第２ポート１２を流体圧アクチュエータである流体圧シリンダ１の第２圧力室１ｂに接続することにより、第１ポート１１から第２ポート１２を通じて第２圧力室１ｂに圧縮流体を供給することができ、また、この第２圧力室１ｂからの排気を、第２ポート１２を通じて第３ポート１３から取り出すことができる。そのため、この排気を効率良く再利用に供することができる。特に、上述のような複動式の流体圧シリンダ１においては、第２ポート１２を第２圧力室１ｂに接続し、第３ポート１３を第１圧力室１ａに接続することにより、ロッド１ｄの進出時に第２圧力室１ｂからの排気を第１圧力室１ａに還流させて、圧縮流体の消費を抑制することが可能となる。
また、流体圧シリンダ１を駆動する圧縮空気を利用して弁体３０を開閉するように構成したため、製造コストやランニングコストを抑制することが可能である。
また、流体圧シリンダ１を駆動する圧縮空気を利用して弁体３０を開閉するように構成したため、製造コストやランニングコストを抑制することが可能である。
そして、本実施形態の流量制御弁１０によれば、ロッド状の弁部３１に大径部３３と小径部３４を設け、それらの境界に弁座４４に接離させるシール部材３５を配したため、シール部材３５と弁座４４とが当接した状態と離間した状態、すなわち、弁部３１の閉塞状態と開放状態とでは、後者の方が、弁部３１の上記第２受圧面において流体圧が第１端方向に作用する面積（受圧面積）が大きくなる。その結果、弁体３０に作用する第１端方向の付勢力が大きくなり、弁部３１が開いてからの応答性が向上する。
さらに、本実施形態の流量制御弁１０においては、上記弁部３１をニードル弁とし、螺旋状に配された上記ステータ４１の傾斜カム面４１ａと、それに当接するストッパ片４３とを軸線Ｌ廻りに相対的に回動可能としたため、弁体３０を回動させて傾斜カム面４１ａとストッパ片４３との当接位置を調節することにより、上記弁体３０を開いたときの絞り部４６における排気の流量を容易に制御することができる。
さらに、本実施形態の流量制御弁１０においては、上記弁部３１をニードル弁とし、螺旋状に配された上記ステータ４１の傾斜カム面４１ａと、それに当接するストッパ片４３とを軸線Ｌ廻りに相対的に回動可能としたため、弁体３０を回動させて傾斜カム面４１ａとストッパ片４３との当接位置を調節することにより、上記弁体３０を開いたときの絞り部４６における排気の流量を容易に制御することができる。
以上、本発明に係る流量制御弁１０の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な設計変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、弁部３１をニードル弁としたが、必ずしもそれに限られるものではなく、ポペット弁など他の形態の弁であっても良い。
また、本実施形態では、傾斜カム面４１ａをロッド挿通孔２２に対して固定し、それに当接させるストッパ片４３を弁体３０に固定しているが、逆に、傾斜カム面４１ａを弁体３０に対して固定し、ストッパ片４３をロッド挿通孔に固定しても良い。
また、本実施形態では、傾斜カム面４１ａをロッド挿通孔２２に対して固定し、それに当接させるストッパ片４３を弁体３０に固定しているが、逆に、傾斜カム面４１ａを弁体３０に対して固定し、ストッパ片４３をロッド挿通孔に固定しても良い。
１ 流体圧シリンダ
１ａ 第１圧力室
１ｂ 第２圧力室
２ 流体圧源
３ 切換弁
１０ 流体制御弁
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
１４ 給気流路
１５ 排気流路
１５ｂ 第２排気流路（間隙）
２０ 第１チェック弁
２１ 第２チェック弁
２２ ロッド挿通孔（弁孔）
３０ 弁体
３１ 弁部
３２ シャフト部
３３ 大径部
３４ 小径部
３５ シール部材
３７ ピストン
４１ ステータ
４１ａ 傾斜カム面
４３ ストッパ片
４４ 弁座
４６ 絞り部
４７ 流量調節部
７０ａ 第１区画室（ピストン圧力室）
７１ パイロット流路
１ａ 第１圧力室
１ｂ 第２圧力室
２ 流体圧源
３ 切換弁
１０ 流体制御弁
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
１４ 給気流路
１５ 排気流路
１５ｂ 第２排気流路（間隙）
２０ 第１チェック弁
２１ 第２チェック弁
２２ ロッド挿通孔（弁孔）
３０ 弁体
３１ 弁部
３２ シャフト部
３３ 大径部
３４ 小径部
３５ シール部材
３７ ピストン
４１ ステータ
４１ａ 傾斜カム面
４３ ストッパ片
４４ 弁座
４６ 絞り部
４７ 流量調節部
７０ａ 第１区画室（ピストン圧力室）
７１ パイロット流路
Claims (8)
- 流体圧源に繋がれた切換弁とヘッド側の第１及圧力室及びロッド側の第２圧力室を備えた複動式の流体圧シリンダとの間に配設するためのもので、上記切換弁の切換えによる流体圧シリンダの駆動に伴って、流体圧シリンダの上記第２圧力室から排出される圧縮流体を上記第１圧力室へと還流させるための流体制御弁であって、
上記切換弁に接続するための第１ポートと、
上記２圧力室に接続するための第２ポートと、
上記１圧力室に接続するための第３ポートと、
上記第１ポートと第２ポートとの間を連通させる給気流路と、
上記第２ポートと第３ポートとの間を連通させる排気流路と、
上記給気流路に設けられ、圧縮流体が上記第１ポート側から第２ポート側へと流れるのを許容し、上記第２ポート側から第１ポート側へと流れるのを阻止する第１チェック弁と、
上記排気流路に設けられ、圧縮流体が上記第２ポート側から第３ポート側へと流れるのを許容し、上記第３ポート側から第２ポート側へと流れるのを阻止する第２チェック弁と、
上記第２ポートから上記第３ポートへの連通を開閉する弁体と、
該弁体がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔と、
を有しており、
上記排気流路は、上記弁孔と上記弁体との間に形成された間隙によって形成され、
上記弁体には、上記第１ポートの流体圧を該弁体の閉方向に作用させる第１受圧面と、上記第２ポートの流体圧を該弁体の開方向に作用させる第２受圧面とが形成されている、
ことを特徴とするもの。 - 流体制御弁であって、
圧縮流体が通る第１ポート、第２ポート及び第３ポートと、
上記第１ポートと第２ポートとの間を連通させる給気流路と、
上記第２ポートと第３ポートとの間を連通させる排気流路と、
上記給気流路に設けられ、上記圧縮流体が上記第１ポート側から第２ポート側へと流れるのを許容し、上記第２ポート側から第１ポート側へと流れるのを阻止する第１チェック弁と、
上記排気流路に設けられ、上記圧縮流体が上記第２ポート側から第３ポート側へと流れるのを許容し、上記第３ポート側から第２ポート側へと流れるのを阻止する第２チェック弁と、
上記第２ポートから上記第３ポートへの連通を開閉する弁体と、
該弁体を開閉する開閉操作部と、
を有し、
該開閉操作部が、上記弁体に設けられて上記第１ポートの流体圧を該弁体の閉方向に作用させる第１受圧面と、同じく該弁体に設けられて上記第２ポートの流体圧を該弁体の開方向に作用させる第２受圧面とを有している、
ことを特徴とするもの。 - 請求項２に記載の流体制御弁であって、
該流体制御弁は、上記弁体がその軸方向に摺動自在に挿入された弁孔を有していて、上記排気流路が、上記弁孔と上記弁体との間に形成された間隙によって形成されている、
ことを特徴とするもの。 - 請求項１又は３に記載の流体制御弁であって、
上記弁体は、断面略円形のロッド状に形成されていて、その軸方向の両端に基端側の第１端と先端側の第２端とをそれぞれ有しており、上記第１端側のシャフト部と、該シャフト部の上記第２端側に連接された弁部とにより形成され、該弁部に上記第２受圧面が形成されている、
ことを特徴とするもの。 - 請求項４に記載の流体制御弁であって、
上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続されている、
ことを特徴とするもの。 - 請求項４に記載の流体制御弁であって、
上記弁部は、上記シャフト部に連接された大径部と、該大径部の上記第２端側に連接され該大径部よりも最大径が小さい小径部とにより構成されていて、該大径部と小径部との間にシール部材を有し、
上記弁孔には、上記第２ポートと排気流路との間に、上記弁部の小径部が挿入される絞り部が形成されていて、
該絞り部には、上記シール部材を接離させる弁座が形成されている、
ことを特徴とするもの。 - 請求項６に記載の流体制御弁であって、
該流体制御弁は、上記弁部の開放時に上記第２ポートから上記排出流路へと流入する排気の流量を調節するための流量調節部を有しており、
該流量調節部が、該弁体のシャフト部の周囲に螺旋状に配された傾斜カム面と、同じく該弁体のシャフト部の周囲に配され、上記弁部が開放されたときに、上記傾斜カム面に当接して上記弁体の第１端方向への移動を阻止するストッパ片とを有し、
上記傾斜カム面とストッパ片とは、上記弁体の軸廻りに相対的に回動可能となっており、
上記弁部の小径部は、上記第２端に向けて除々に径が小径化する先細り状に形成されている、
ことを特徴とするもの。 - 請求項７に記載の流体制御弁であって、
上記弁体のシャフト部がピストンを有していて、その上記第１端側に位置する上記第１受圧面によって区画されたピストン圧力室に、上記第１ポートからの圧縮流体を供給するパイロット流路が接続され、
上記傾斜カム面が、上記ピストンの第１端側において該ピストンに対向させて設けられ、
上記弁体が、上記弁孔に対して周方向に回動自在に挿入されていて、上記ストッパ片が、上記シャフト部の外周から上記ピストン圧力室内に突設されている、
ことを特徴とするもの。
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