JP2018141508A - 高圧水用流路切替え装置及び遠隔操作用水圧駆動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】高圧水が弁ケースの内面と回転弁体との隙間からの漏出を防止できる高圧水用流路切替え装置及び遠隔操作用水圧駆動ロボットを提供する。【解決手段】この流路切替え装置１０は、複数の流路３１，３２，３３，３４を有する弁ケース２０と回転弁体４０とを備え、回転弁体４０は、回転位置により弁ケース２０の流路の内面側開口部３５に選択的に整合する複数の開口４１ａ，４２ａ，４３ａと、これらを連通させる連通路４１，４２，４３とを有し、内面側開口部３５には、バネ５５を介して弁ケース２０の内面２５から突出付勢され、回転弁体４０の開口形成面に押圧される筒状体５０が配置され、弁ケース２０の流路内周と筒状体５０外周との間隙がシールリング５７でシールされている。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧水が流通する複数の流路を、適宜選択して所望の流路に切替えることができる、高圧水用流路切替え装置、及び、これを利用した遠隔操作用水圧駆動ロボットに関する。

従来より、水が流れる複数の流路を、適宜選択して所望の流路に切替え可能とした、切替え装置が知られている。

例えば、下記特許文献１には、鉛直向きの弁軸と、下方側に流入口、左右両側に第１，第２流出口、弁軸が嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、弁軸嵌挿部の下部に連設された弁座を有する、弁本体とを備え、弁軸の、弁座よりも下方の下端部に、厚肉板状をなした弁体が、回動可能に、かつ、弁軸の軸方向に沿って摺動可能に遊嵌されており、弁座の下側に、弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に流入口が設けられ、弁体は、流入口と各流出口とを選択的に開通させる開口状通路を持ち、弁軸を回動させて弁体を回転させることによって、流体が、弁本体の流入口から弁体の開口状通路を介して、弁本体の第１流出口又は第２流出口に流れる流通状態を選択可能とした、流路切替弁が記載されている。

また、流体が弁本体の流入口から、弁体の開口状通路を介して、弁本体の第１流出口又は第２流出口に流れる際には、流体によって弁体が上方に押圧されて、弁体の上面が弁座に押し付けられるようになっている。更に、上記弁本体は、流入口を有する略筒状をなした流入口部材と、その上方開口側に装着される本体外周部材と、該本体外周部材内に嵌着される内嵌部材とからなる。

特開２０１６−４８０９７号公報

上記特許文献１の流路切替弁においては、弁体が弁軸の下端部に遊嵌されているので、水圧により弁体が押されて上昇したときに、弁体が傾いた状態で、その上面が弁座に当接して隙間が生じることがあり、弁座と弁体の上面とのシール性に懸念がある。特に、弁体が高水圧で押された場合に、シール性が低下しやすいものと考えられる。

したがって、本発明の目的は、高圧水が弁ケースの内面と回転弁体との隙間から漏出することを防止することができる、高圧水用流路切替え装置、及び、これを利用した遠隔操作用水圧駆動ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つである高圧水用流路切替え装置は、内外面に貫通する複数の流路が形成された弁ケースと、前記弁ケース内で回転可能に配置された回転弁体とを備え、前記回転弁体は、回転位置によって前記弁ケースの流路の内面側開口に選択的に整合する複数の開口と、該開口のうち選択されたものどうしを内部で連通させる連通路とを有しており、前記弁ケースの流路の内面側開口部には、流路の奥方に配置されたバネを介して前記弁ケースの内面から突出するように付勢され、前記回転弁体の前記開口が設けられた面に押圧される筒状体が配置されており、前記弁ケースの流路の内周と、前記筒状体の外周との間隙が、シールリングでシールされていることを特徴とする。

本発明の高圧水用流路切替え装置においては、回転弁体が所定の回転位置にあるとき、弁ケースに設けられた複数の流路の選択されたものが、回転弁体の選択された開口と整合し、回転弁体の開口どうしを連通させる連通路を介して、弁ケースに設けられた複数の流路が連通する。そして、回転弁体が所定角度回転して、弁ケースに設けられた複数の流路の別の選択されたものが、回転弁体の選択された開口と整合すると、今度は別の流路どうしが回転弁体に設けた連通路を介して連通し、流路を切替えることができる。そして、弁ケースの流路の内面側開口部に配置された筒状体が、バネによって弁ケースの内面から突出して、回転弁体の開口が設けられた面に押圧されているので、回転弁体の開口周縁と筒状体の当接面とがシールされると共に、弁ケースの流路内周と、筒状体の外周との間隙が、シールリングでシールされているので、弁ケースの流路内に流入した高圧水が、弁ケースの内面と回転弁体との隙間から漏出することが防止される。

本発明の高圧水用流路切替え装置においては、前記回転弁体が金属からなり、前記筒状体が樹脂からなることが好ましい。この態様によれば、回転弁体が金属からなり、筒状体が樹脂からなるので、両者の接触面で長時間高水圧がかかっても凝着してしまうことがない。金属からなる回転弁体は摩耗しにくく、樹脂からなる筒状体が摩耗しやすくなるが、筒状体だけを交換するだけですむので、メンテナンス費用が低減できる。

本発明の高圧水用流路切替え装置においては、前記筒状体は、内周に配置された内筒と、その外周に配置された外筒とで構成され、内筒よりも外筒の方が圧縮強度の高い材質の樹脂で構成されていることが好ましい。この態様によれば、筒状体に高圧水が作用したとき、低圧縮強度の樹脂からなる内筒側から、高圧縮強度の樹脂からなる外筒側に微量の水が流れる可能性があるが、その過程で水に含まれる可能性のある微量の異物は、低圧縮強度の樹脂からなる内筒の端面に押し込まれて捕捉されるので、高圧縮強度の樹脂からなる外筒側の当接面には至らず、外筒側の当接面を保護し、シール漏れをより効果的に防止できる。

本発明の高圧水用流路切替え装置においては、前記内筒の開口部側の端面には、内径方向に向けて低くなる凹部が形成されていることが好ましい。この態様によれば、内筒の開口部側の端面には、内径方向に向けて低くなる凹部が形成されているので、回転体に対する筒状体の当接面積が小さくなるため、流路切替えの際の回転摩擦力を低減できる。また、弁ケースの流路の内面側開口が広くなるので、回転弁体の開口と、弁ケースの流路とを連通させやすくすることができる。

本発明の高圧水用流路切替え装置においては、前記回転弁体の回転軸にギヤが装着され、該ギヤに歯合するラックが設けられており、該ラックが水圧によってスライドするピストンに連結されていることが好ましい。この態様によれば、水圧によってピストンをスライドさせることにより、ピストンに連結されたラックがスライドしてギヤを介して回転弁体を回転させることにより、流路を切り換えることができるので、水圧によって流路の切替え操作も行うことが可能となる。

一方、本発明のもう一つである遠隔操作用水圧駆動ロボットは、高水圧供給手段と、作業用ロボットとが、複数のチューブを内蔵した内蔵ホースで接続され、前記作業用ロボットには、高圧水を作動流体とするアクチュエーターが装着されており、前記高水圧供給手段及び前記作業用ロボットの少なくとも一方に、請求項１〜５のいずれかに記載された高圧水用流路切替え装置が装着され、前記高水圧供給手段から供給される高圧水が、前記高圧水用流路切替え装置を介して、前記アクチュエーターに供給されるように構成されていることを特徴とする。

本発明の遠隔操作用水圧駆動ロボットにおいては、作業用ロボットに装着されたアクチュエーターに、高水圧供給手段から供給される高圧水を、高圧水用流路切替え装置を介して作動流体として供給でき、作業用ロボットを遠隔操作することができる。作動流体が万が一漏れても、水であるため、火災等を引き起こす虞れがなく、安全である。

本発明によれば、弁ケースの流路の内面側開口部に配置された筒状体が、バネによって弁ケースの内面から突出して、回転弁体の開口が設けられた面に押圧されているので、回転弁体の開口周縁と筒状体の当接面とがシールされると共に、弁ケースの流路内周と、筒状体の外周との間隙が、シールリングでシールされているので、弁ケースの流路内に流入した高圧水が、弁ケースの内面と回転弁体との隙間から漏出することが防止される。

本発明に係る高圧水用流路切替え装置の一実施形態を示しており、その断面説明図である。 図１の、ＩＩ−ＩＩ矢示線における断面図である。 （Ａ）は、同高圧水用流路切替え装置の要部拡大断面説明図、（Ｂ）は、同高圧水用流路切替え装置を構成する筒状体の斜視図である。 同高圧水用流路切替え装置の切替え動作を示しており、（Ａ）は第１切替え状態の説明図、（Ｂ）は第２切替え状態の説明図、（Ｃ）は第３切替え状態の説明図である。 本発明に係る遠隔操作用水圧駆動ロボットの一実施形態を示しており、その概略構成図である。 同遠隔操作用水圧駆動ロボットに用いられる、ホースの巻取り繰出し装置の斜視図である。 高圧水に異物が混入した場合の、筒状体の当接面の影響確認試験の試験結果を示しており、（Ａ）は第１実施例の試験結果を示す写真、（Ｂ）は第２実施例の試験結果を示す写真である。

以下、図面を参照して、本発明に係る高圧水用流路切替え装置の、一実施形態について説明する。なお、本発明が適用される高圧水としては、好ましくは５ＭＰａ以上、より好ましくは１０ＭＰａ以上の圧力が作用した水であることを意味する。

図１及び図２に示すように、この実施形態における高圧水用流路切替え装置１０（以下、単に「流路切替え装置１０」ともいう）は、内外面に貫通する複数の流路３１，３２，３３，３４が形成された弁ケース２０と、該弁ケース２０内に回転可能に配置された回転弁体４０とを備えている。

この実施形態の弁ケース２０は、第１ケース２１と、該第１ケース２１の一端面側にボルト等を介して固着された第２ケース２２と、該第２ケース２２の一端面側にボルト等を介して固着された第３ケース２３とからなる。ただし、弁ケース２０としては、例えば、２分割されたものであってもよく、特に限定はされない。

前記第１ケース２１の内面側には、円形凹状をなし、前記回転弁体４０の一部が回転可能に収容される、弁体収容部２４が形成されている。この弁体収容部２４の底面が、弁ケース２０の内面２５をなしている。また、第１ケース２１には、その厚さ方向（図１中の上下方向）に貫通する、第１流路３１、第２流路３２、第３流路３３、第４流路３４が、周方向に均等な間隔をあけて形成されている（図１及び図４参照）。なお、各流路３１，３２，３３，３４の開口には、高圧水が流れるチューブＴ１（図５参照）が接続されるようになっている。また、流路は、ケースの水平方向に貫通して形成してもよく、更に、流路の個数も、３個又は５個以上であってもよい。

更に、各流路３１，３２，３３，３４の、弁ケース２０の内面２５側の開口には、各流路よりも大径の円形凹状をなした、内面側開口部３５がそれぞれ設けられている。この内面側開口部３５には、後述する筒状体５０が配置され、また、同内面側開口部３５の奥方の底面３５ａには、後述するバネ５５の一端部が支持される。

一方、前記第２ケース２２には、その中央に、回転弁体４０の回転軸４４（後述）を回転可能に支持する、軸孔２６が形成されている。また、第２ケース２２の、第１ケース２１との対向面（他端面）には、前記軸孔２６に連通する円形凹状をなすと共に、前記回転弁体４０の残部が回転可能に収容される、弁体収容部２７が形成されている。

更に前記第３ケース２３には、第２ケース２２の一端面側に固着されるギヤ配置部２８と、該ギヤ配置部２８に連設されると共に、水平方向に伸びる筒状をなし、内部空間２９ｃを有するシリンダー２９とを有している。前記ギヤ配置部２８の内部には、回転弁体４０の後述するギヤ４５が回転可能に収容される。

また、図２に示すように、シリンダー２９の長手方向両端部には、前記内部空間２９ｃに連通する、ポート孔２９ａ，２９ｂがそれぞれ形成されている。このポート孔２９ａ，２９ｂには、図５に示すようなチューブＴ２又はＴ３がそれぞれ接続されており、切換え弁Ｖを介していずれか一方に高圧水を供給可能となっている。更に、シリンダー２９の内部空間２９ｃには、水圧によってスライドする一対のピストン４６，４７が、スライド可能に配置されている。これらのピストン４６，４７は、片面に回転弁体４０のギヤ４５に歯合する歯を設けたラック４８を介して、互いに連結されている。また、ピストン４６とシリンダー２９の一端部との間、及び、ピストン４７とシリンダー２９の他端部との間には、ピストン付勢バネ４６ａ，４７ａが圧縮状態でそれぞれ介装されており、各ピストン４６，４７がシリンダー中央側に向けて付勢されており、ラック４８がシリンダー２９の長手方向中央に配置されている。

前記回転弁体４０は、厚肉の円盤状をなしており、その一端面の中央部には、回転軸４４が連結されている。また、この回転弁体４０は、回転位置によって弁ケース２０の、複数の流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５に選択的に整合する複数の開口４１ａ，４２ａ，４３ａと、該開口のうち選択されたものどうしを内部で連通させる連通路４１，４２，４３とを有している。

この実施形態では、図４に示すように、回転弁体４０の中心を通り、回転弁体４０の径方向に沿って伸びる、第１連通路４１と、該第１連通路４１の一側部に、第１連通路４１と平行に伸びる第２連通路４２と、前記第１連通路４１の他側部に、第１連通路４１と平行に伸びる第３連通路４３とを有している。また、各連通路４１，４２，４３の長手方向両端から、回転弁体４０の厚さ方向に沿って伸び、同回転弁体４０の他端面４０ａ側において開口した、開口４１ａ，４２ａ，４３ａがそれぞれ設けられている（図１参照）。すなわち、第１連通路４１が、開口４１ａ，４１ａどうしを内部で連通させ、第２連通路４２が、開口４２ａ，４２ａどうしを内部で連通させ、第３連通路４３が、開口４３ａ，４３ａどうしを内部で連通させるようになっている。なお、連通路の形状や個数は、特に限定されないが、開口の向きは揃えることが好ましい。

なお、上記回転弁体４０は、例えば、ステンレス等のＦｅ系合金や、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｉＣｒ又は、それらの合金の金属から形成されている。

また、図１に示すように、前記回転軸４４は、その他端側が前記第３ケース２３の一端面開口から挿出されて、該挿出部にハンドル４４ａが連結されている。このハンドル４４ａを介して回転軸４４を回転させることで、回転軸４４に連結された回転弁体４０を所定方向に回転させることができるようになっている。なお、このハンドル４４ａは、設けなくてもよい。

更に、回転軸４４の軸方向途中には、円盤状をなすと共に、その外周面が前記ラック４８の歯に歯合する、円盤状をなしたギヤ４５が設けられている。

そして、回転弁体４０の各流路３１，３２，３３，３４は、ギヤ４５とラック４８とにより回転弁体４０が回転することで、次のようにして切替わるようになっている。

シリンダー２９内に高圧水が流れていない状態では、図２に示すように、ラック４８がシリンダー２９の長手方向中央に配置され、回転弁体４０が回転されておらず、図４（Ａ）に示すように、第１流路３１及び第３流路３３が、回転弁体４０の開口４１ａ，４１ａと整合し、第１連通路４１を介して、第１流路３１及び第３流路３３が連通するようになっている。

この状態では、高圧水は、第１流路３１又は第３流路３３の一方、後述する筒状体５０の内部（筒状体５０の貫通孔５１を意味する。以下同様）、第１連通路４１、筒状体５０の内部、第１流路３１又は第３流路３３の他方の、順に流通する。

そして、シリンダー２９のポート孔２９ａに高圧水が供給されると、ピストン４６が押圧されて、ラック４８が、ピストン４７側のピストン付勢バネ４７ａの付勢力に抗して、図２の矢印Ｆ１に示すように、シリンダー２９の他端部側にスライドする。その結果、ラック４８及びギヤ４５を介して、回転弁体４０が、図２の矢印Ｆ２に示す方向に回転して、図４（Ｂ）に示すように、第４流路３４及び第３流路３３が、回転弁体４０の開口４２ａ，４２ａと整合し、第２連通路４２を介して、第４流路３４及び第３流路３３が連通すると共に、第１流路３１及び第２流路３２が、回転弁体４０の開口４３ａ，４３ａと整合し、第３連通路４３を介して、第１流路３１及び第２流路３２が連通することになり、弁ケース２０の流路を切替え可能となっている。

この状態では、高圧水は、第４流路３４又は第３流路３３の一方、筒状体５０の内部、第２連通路４２、筒状体５０の内部、第４流路３４又は第３流路３３の他方の、順に流通すると共に、第１流路３１又は第２流路３２の一方、筒状体５０の内部、第３連通路４３、筒状体５０の内部、第１流路３１又は第２流路３２の他方の、順に流通する。なお、ポート孔２９ａへの高圧水の供給が中止されると、ラック４８がピストン付勢バネ４７ａによって押されて、シリンダー２９の中央位置に戻るようになっている。

一方、シリンダー２９のポート孔２９ｂに高圧水が供給されると、ピストン４７が押圧されて、ラック４８が、ピストン４６側のピストン付勢バネ４６ａの付勢力に抗して、図２の矢印Ｆ３に示すように、シリンダー２９の一端部側にスライドする。その結果、ラック４８及びギヤ４５を介して、回転弁体４０が、図２の矢印Ｆ４に示す方向に回転して、図４（Ｃ）示すように、第１流路３１及び第４流路３４が、回転弁体４０の開口４２ａ，４２ａと整合し、第２連通路４２を介して、第１流路３１及び第４流路３４が連通すると共に、第２流路３２及び第３流路３３が、回転弁体４０の開口４３ａ，４３ａと整合し、第３連通路４３を介して、第２流路３２及び第３流路３３が連通することになり、弁ケース２０の流路を切替え可能となっている。

この状態では、高圧水は、第１流路３１又は第４流路３４の一方、筒状体５０の内部、第２連通路４２、筒状体５０の内部、第１流路３１又は第４流路３４の他方の、順に流通すると共に、第２流路３２又は第３流路３３の一方、筒状体５０の内部、第３連通路４３、筒状体５０の内部、第２流路３２又は第３流路３３の他方の、順に流通する。なお、ポート孔２９ｂへの高圧水の供給が中止されると、ラック４８がピストン付勢バネ４６ａによって押されて、シリンダー２９の中央位置に戻るようになっている。

また、回転弁体４０を回転させる手段として、この実施形態においては、いわゆるラックピニオン構造を採用したが、水圧によって回転弁体を回転可能であれば、特に限定はされない。

上記の、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５には、該内面側開口部３５の開口端に対して微少距離だけ昇降可能とされた、筒状体５０がそれぞれ配置されている。各筒状体５０は、その中央に高圧水が流通する貫通孔５１を有していると共に、樹脂から形成されている。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、この実施形態の筒状体５０は、内周に配置された内筒５２と、その外周に配置された外筒５３とで構成されている。

この実施形態の場合、内筒５２及び外筒５３は同一内径とされ、かつ、内筒５２の方が、外筒５３よりも軸方向長さが短く形成されており、外筒５３の一方の端面５３ａ側の内周に、内筒５２が嵌合されて一体化されているが、二色成形により外筒５３と内筒５２が一体形成されてもよい。

また、内筒５２の一方（開口部側）の端面５２ａは、外筒５３の端面５３ａよりも、やや高く突出するようになっており（図３（Ｂ）参照）、この内筒５２の端面５２ａには、内径に向けて低くなる凹部５２ｂが設けられている。この実施形態における凹部５２ｂは、内筒５２の端面５２ａ側の内周において、内径に向けて次第に低くなるテーパ面状をなしている。ただし、凹部としては、例えば、段状をなしていてもよく、凹状をなしていればよい。

また、外筒５３の他端側の外周には、環状の凹溝状をなしたリング配置溝５３ｂが形成されており、該リング配置溝５３ｂに、円環状をなしたシールリング５７が配置されるようになっている。

また、この筒状体５０においては、内筒５２よりも外筒５３の方が、圧縮強度の高い材質の樹脂で構成されている。内筒５２の材質としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）や、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂を用いることができる。一方、外筒５３の材質としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂を用いることができる。

そして、上記構成からなる筒状体５０は、弁ケース２０に設けた、各流路３１，３２，３３，３４の奥方に配置されたバネ５５を介して、弁ケース２０の内面２５から突出するように付勢されて、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａが設けられた面（他端面４０ａ）に押圧されるように構成されている。

すなわち、各流路３１，３２，３３，３４の、内面側開口部３５の奥方の底面３５ａに、バネ５５の一端が支持され、該バネ５５の他端に、筒状体５０の他端面側が支持されており、更に、第１ケース２１の弁体収容部２４、及び、第２ケース２２の弁体収容部２７に、回転弁体４０が収容されることで、筒状体５０を介してバネ５５が圧縮状態に保持される。その結果、バネ５５の付勢力によって、筒状体５０の一端面（外筒５３の端面５３ａ及び内筒５２の端面５２ａを意味する）が、第１ケース２１の内面２５から突出するように付勢されて、回転弁体４０の他端面４０ａに押圧されるようになっている。

そして、外筒５３のリング配置溝５３ｂに配置されたシールリング５７の外周が、各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５の内周に当接することで、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４の内周と、筒状体５０の外周との間隙Ｃ１（図１及び図３（Ａ）参照）が、シールリング５７でシールされるようになっている。

また、各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５に高圧水が流入すると、バネ５５の付勢力に加えて、高圧水によっても筒状体５０が押圧されるので、その一端面が回転弁体４０の各開口４１ａ，４２ａ，４３ａの周縁に当接するようになっている。

なお、シールリング５７は、その外周が流路内周に当接しているので、筒状体５０の微少な昇降動作に伴って、流路内周（ここでは内面側開口部３５の内周）に摺接して移動するが、該シールリング５７は、リング配置溝５３ｂに配置されているので、筒状体５０の外周からのシールリング５７の脱落が防止されるようになっている。

上記構造をなした流路切替え装置１０は、遠隔操作用水圧駆動ロボットに利用することができる。以下、本発明に係る、遠隔操作用水圧駆動ロボットの、一実施形態について説明する。

図５には、この実施形態における遠隔操作用水圧駆動ロボット（以下、単に「水圧駆動ロボット６０」ともいう）の概略構成図が記載されている。同図５に示すように、この水圧駆動ロボット６０は、複数の高水圧ポンプＰ１，Ｐ２（本発明の「高水圧供給手段」をなす）と、作業用ロボット６１とが、複数のチューブＴ１，Ｔ２，Ｔ３を内蔵したホースＨによって互いに接続されている。また、作業用ロボット６１には、高圧水を作動流体とするアクチュエーター６５が装着されており、この作業用ロボット６１に、上記構造をなした流路切替え装置１０が複数装着されている。そして、高水圧ポンプＰ１から供給される高圧水が、複数の流路切替え装置１０を介して、アクチュエーター６５に供給されるように構成されている。

より具体的に説明すると、この実施形態における作業用ロボット６１には、４個の流路切替え装置１０が装着されている。各流路切替え装置１０の所定の流路に、高水圧ポンプＰ１に連結されたチューブＴ１が接続されている。また、各流路切替え装置１０のシリンダー２９のポート孔２９ａ，２９ｂには、高水圧ポンプＰ２に連結されたチューブＴ２，Ｔ３が接続されており、切替え弁Ｖを介して、いずれか一方のポート孔２９ａ，２９ｂに、高圧水を供給可能となっている。更に、各流路切替え装置１０の所定の流路には、アクチュエーター６５に連結されたチューブＴ４が接続されている。また、高水圧ポンプＰ１，Ｐ２は、チューブＴ５を介して水槽Ａに接続されており、更に、チューブＴ２及びチューブＴ３の途中には、切替え弁Ｖが配置されている。

また、アクチュエーター６５としては、高圧水で動作可能であれば特に限定されないが、例えば、図１において想像線で示すように、高圧水が流通するシリンダー６５ａと、該シリンダー６５ａ内に配置され、水圧で往復スライドするピストン６５ｂと、該ピストン６５ｂに固定された動作ロッド６５ｃとからなり、シリンダー６５ａにチューブＴ４，Ｔ４が接続された構造を採用することができる。

そして、高水圧ポンプＰ２から供給された高圧水が、各流路切替え装置１０のシリンダー２９のポート孔２９ａ又はポート孔２９ｂに流入することで、ラック４８やギヤ４５を介して回転弁体４０が回転して、弁ケース２０の流路を切替え可能となっている。なお、流路切替えに用いた水は、チューブＴ６を介して水槽Ａに返送され、再利用される。また、高水圧ポンプＰ１から供給された高圧水が、流路切替え装置１０の所定の流路を通り、複数のチューブＴ４を介して、アクチュエーター６５のシリンダー６５ａ内に出入りすることで、ピストン６５ｂが所定方向にスライドして、動作ロッド６５ｃが往復動作して、作業用ロボット６１が所定動作を行うようになっている。

また、上記の水圧駆動ロボット６０に用いられる複数のチューブのうち、チューブＴ１，Ｔ２，Ｔ３が、ホースＨに内蔵された状態で利用されるようになっているが、このホースＨは、例えば、図６に示すような、巻取り繰出し装置７０に回転支持されたリール７１に巻取られるようになっている。この巻取り繰出り装置７０のリール７１の前方には、リール７１の回転に同期して、リール７１の軸方向に往復移動するトラバーサー７２が配置されており、リール７１に対してホースＨを整列状態で巻取り可能となっている。

なお、上記実施形態の水圧駆動ロボット６０においては、作業用ロボット６１に、流路切替え装置１０が装着されているが、高水圧供給手段側に、流路切替え装置を装着させる構造としてもよい。

次に、上記構造からなる流路切替え装置１０及び水圧駆動ロボット６０の、作用効果について説明する。

すなわち、回転弁体４０が回転していない状態では、第１連通路４１を介して、第１流路３１及び第３流路３３が連通し（図４（Ａ）参照）、回転弁体４０が矢印Ｆ２方向に回転すると、第２連通路４２を介して、第４流路３４及び第３流路３３が連通すると共に、第３連通路４３を介して、第１流路３１及び第２流路３２が連通し（図４（Ｂ）参照）、回転弁体４０が矢印Ｆ４方向に回転すると、第２連通路４２を介して、第１流路３１及び第４流路３４が連通すると共に、第３連通路４３を介して、第２流路３２及び第３流路３３が連通する（図４（Ｃ）参照）。このようにして、弁ケース２０の流路を適宜切替えることができる。

上記のように、この実施形態においては、水圧によってピストン４６，４７をスライドさせることにより、ラック４８がスライドして、ギヤ４５を介して回転弁体４０を回転させて、複数の流路３１，３２，３３，３４を適宜切替えることができるので、水圧によって流路の切替え操作も行うことが可能となる。

そして、この流路切替え装置１０においては、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５にそれぞれ配置された筒状体５０が、バネ５５を介して、弁ケース２０の内面２５から突出するように付勢され、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａが設けられた他端面４０ａに押圧されるように構成されているので、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａの周縁と、筒状体５０の一端面とがシールされると共に、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５の内周と、筒状体５０の外周との間隙Ｃ１が、シールリング５７でシールされているので、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４内に流入した高圧水が、弁ケース２０の内面２５と、回転弁体４０の他端面４０ａとの隙間Ｃ２（図１及び図３（Ａ）参照）から漏出することを防止することができる。

このとき、各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口部３５に高圧水が流入すると、バネ５５の付勢力に加えて、高圧水によっても筒状体５０が押圧されて、その一端面が回転弁体４０の各開口４１ａ，４２ａ，４３ａの周縁に強い押圧力で当接するので、筒状体５０の一端面と、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａとのシール性を高めることができ、弁ケース２０の内面２５と、回転弁体４０の他端面４０ａとの隙間Ｃ２からの、漏出をより確実に防止することができる。特に、高圧水の圧力が高いほど、筒状体５０が強く押圧されるので、筒状体５０の一端面と、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａとのシール性を向上させることができる。

また、この実施形態においては、回転弁体４０が金属からなり、筒状体５０が樹脂からなるので、両者の接触面において、長時間高水圧が作用しても、回転弁体４０と筒状体５０とが凝着してしまうことを防止することができる。更に、金属からなる回転弁体４０は摩耗しにくく、樹脂からなる筒状体５０が摩耗しやすくなるが、筒状体５０だけを交換するだけですむので、メンテナンス費用を低減することができる。

更に、この実施形態においては、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、筒状体５０は、内周に配置された内筒５２と、その外周に配置された外筒５３とで構成され、内筒５２よりも外筒５３の方が圧縮強度の高い材質の樹脂で構成されている。そして、高圧水が筒状体５０に作用したときに、低圧縮強度の樹脂からなる内筒５２側から、高圧縮強度の樹脂からなる外筒５３側に微量の水が流れる可能性があるが、その過程で水に含まれる可能性のある微量の異物は、低圧縮強度の樹脂からなる内筒５２の端面５２ａに押し込まれて捕捉されるので、高圧縮強度の樹脂からなる外筒５３側の当接面（端面５３ａ）には至らず、外筒５３側の当接面を保護することができ、筒状体５０の一端面と、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａとのシール性を高めて、シール漏れをより効果的に防止することができる。

また、この実施形態においては、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、内筒５２の端面５２ａには、内径に向けて低くなる凹部５２ｂが設けられているので、回転弁体４０に対する筒状体５０の当接面積を小さくすることができ、流路切替え時に、回転弁体４０を回転させるときの、回転摩擦力を低減できる。更に、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４の内面側開口が広くなるので、回転弁体４０の開口４１ａ，４２ａ，４３ａと、弁ケース２０の各流路３１，３２，３３，３４とを連通させやすくすることができる。

一方、本発明の水圧駆動ロボット６０においては、図５に示すように、複数の高水圧ポンプＰ１，Ｐ２と、作業用ロボット６１とが、複数のチューブＴ１，Ｔ２，Ｔ３を内蔵したホースＨにより互いに接続され、作業用ロボット６１に高圧水を作動流体とするアクチュエーター６５が装着され、該作業用ロボット６１に複数の流路切替え装置１０が装着されて、更に、高水圧ポンプＰ１から供給される高圧水が、複数の流路切替え装置１０を介して、アクチュエーター６５に供給されるように構成されている。

そのため、作業用ロボット６１に装着されたアクチュエーター６５に、高水圧供給手段（高水圧ポンプＰ１）から供給される高圧水を、流路切替え装置１０を介して作動流体として供給でき、作業用ロボット６１を遠隔操作することができる。また、作動流体が万が一漏れても、水であるため、火災等を引き起こす虞れがなく、安全である。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、各種の変形実施形態が可能であり、そのような実施形態も本発明の範囲に含まれる。

高圧水に異物が混入した場合における、筒状体の、回転弁体に対する当接面への影響を確認した。

＜実施例１＞
図３と同様の形状をなした、実施例１の筒状体を作製した。内筒は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）で形成し、外筒は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で形成した。また、筒状体の孔径（貫通孔の内径）は、５ｍｍである。

＜実施例２＞
内筒を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成した以外は、実施例１と同様の条件で、実施例２を作製した。

＜試験条件＞
アルミナ質研削材（宇治電化学工業株式会社製、トサエメリーエキストラ ＡＥ Ｆ６０ ♯８０）を、Ｔｙｌｅｒメッシュ♯１５０の篩で篩分けし、篩下２ｇを採取した。また、ポリ容器に、水道水２０ｌと、前記アルミナ質研削材の篩下２ｇとを入れて攪拌して、アルミナ質研削材と水との懸濁液を製造した。この懸濁液を攪拌しながら、高水圧ポンプで、実施例１の筒状体、又は、実施例２の筒状体を組み込んだ、流路切替え装置に供給した。なお、流路切替え装置の出口には、絞り弁を配置して、高水圧ポンプの吐出圧を１８ＭＰａ、送水量を１０ｌ／ｍｉｎとなるように制御している。また、流路切替え装置において、回転弁体を回転させて、流路の切替えを、１分間あたり６０回の頻度で行いつつ、高圧水の供給を１時間継続して行った。その後、流路切替え装置から筒状体を取り出して、回転弁体に対する当接面の状態を確認した。その結果を、図７に示す。図７（Ａ）が実施例１の写真、図７（Ｂ）が実施例２の写真である。

＜試験結果＞
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、内筒の当接面には、アルミナ質研削材の圧着が認められるものの、外筒の当接面には、アルミナ質研削材の圧着が認められなかった。また、金属製の回転弁体の、筒状体が当接する面（開口を設けた側の面）には、傷などは認められなかった。このことから、内筒よりも外筒の方が圧縮強度の高い材質の樹脂で構成されている場合には、内筒側の端面に異物を捕捉でき、外筒側の当接面を保護して、シール漏れをより効果的に防止できることを確認できた。

１０ 高圧水用流路切替え装置（流路切替え装置）
２０ 弁ケース
２１ 第１ケース
２２ 第２ケース
２３ 第３ケース
２４，２７ 弁体収容部
２５ 内面
２６ 軸孔
２８ ギヤ配置部
２９ シリンダー
２９ａ，２９ｂ ポート孔
２９ｃ 内部空間
３１ 第１流路
３２ 第２流路
３３ 第３流路
３４ 第４流路
３５ 内面側開口部
３５ａ 底面
４０ 回転弁体
４０ａ 他端面
４１ 第１連通路
４２ 第２連通路
４３ 第３連通路
４１ａ，４２ａ，４３ａ 開口
４４ 回転軸
４４ａ ハンドル
４５ ギヤ
４６，４７ ピストン
４６ａ，４７ａ ピストン付勢バネ
４８ ラック
５０ 筒状体
５１ 貫通孔
５２ 内筒
５２ａ 端面（開口部側の端面）
５２ｂ 凹部
５３ 外筒
５３ａ 端面
５３ｂ リング配置溝
５５ バネ
５７ シールリング
６０ 水圧駆動ロボット
６１ 作業用ロボット
６５ アクチュエーター
６５ａ シリンダー
６５ｂ ピストン
６５ｃ 動作ロッド
７０ 巻取り繰出し装置
７１ リール
７２ トラバーサー
Ａ 水槽
Ｃ１ 間隙
Ｃ２ 隙間
Ｈ ホース
Ｐ１，Ｐ２ 高水圧ポンプ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ チューブ
Ｖ 切替え弁

Claims (6)

1. 内外面に貫通する複数の流路が形成された弁ケースと、前記弁ケース内で回転可能に配置された回転弁体とを備え、
   前記回転弁体は、回転位置によって前記弁ケースの流路の内面側開口に選択的に整合する複数の開口と、該開口のうち選択されたものどうしを内部で連通させる連通路とを有しており、
   前記弁ケースの流路の内面側開口部には、流路の奥方に配置されたバネを介して前記弁ケースの内面から突出するように付勢され、前記回転弁体の前記開口が設けられた面に押圧される筒状体が配置されており、
   前記弁ケースの流路の内周と、前記筒状体の外周との間隙が、シールリングでシールされていることを特徴とする高圧水用流路切替え装置。
2. 前記回転弁体が金属からなり、前記筒状体が樹脂からなる請求項１記載の高圧水用流路切替え装置。
3. 前記筒状体は、内周に配置された内筒と、その外周に配置された外筒とで構成され、内筒よりも外筒の方が圧縮強度の高い材質の樹脂で構成されている請求項２記載の高圧水用流路切替え装置。
4. 前記内筒の開口部側の端面には、内径方向に向けて低くなる凹部が形成されている請求項３記載の高圧水用流路切替え装置。
5. 前記回転弁体の回転軸にギヤが装着され、該ギヤに歯合するラックが設けられており、該ラックが水圧によってスライドするピストンに連結されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧水用流路切替え装置。
6. 高水圧供給手段と、作業用ロボットとが、複数のチューブを内蔵したホースで接続され、前記作業用ロボットには、高圧水を作動流体とするアクチュエーターが装着されており、前記高水圧供給手段及び前記作業用ロボットのいずれか一方に、請求項１〜５のいずれかに記載された高圧水用流路切替え装置が装着され、前記高水圧供給手段から供給される高圧水が、前記高圧水用流路切替え装置を介して、前記アクチュエーターに供給されるように構成されていることを特徴とする遠隔操作用水圧駆動ロボット。