JP2021014899A - 四ポート三位置切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】閉止ポートにおける流体の漏出が少ない四ポート三位置切換弁を提供する。【解決手段】Ｐ、Ａ及びＴポートが接続する流路１１に沿って進退する弁棒２と、流路１１におけるＰポートとＡポートとの間に設けた弁座１１１と、弁棒２に固定され弁座１１１に着座する弁体２１と、流路１１におけるＡポートとＴポートとの間に設けた弁座１１２と、弁棒２に固定され弁座１１２に着座する弁体２２と、ＰポートとＢポートが接続する流路１２とを接続する連絡路１６と、Ｔポートと流路１２とを接続する連絡路１７と、流路１２に沿って進退する弁棒３と、流路１２における連絡路１６とＢポートとの間に設けた弁座１２１と、弁棒３に固定され弁座１２１に着座する弁体３１と、流路１２におけるＢポートと連絡路１７との間に設けた弁座１２２と、弁棒３に固定され弁座１２２に着座する弁体３２とを備える切換弁１を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、液圧機械または装置等に用いられる四ポート三位置切換弁に関する。

一般的な四ポート三位置切換弁（例えば、下記特許文献を参照）は、筒状をなし流体が流通する流路内に挿入されたスプールが当該流路に沿って摺動する構造のスプール弁である。スプール弁の流路の周壁には、ポート数と同数の絞り部となる貫通孔が開設される。そして、スプールに形成され周壁に内接するランド（拡径部）によりその絞り部を閉じることで、各ポートを通じた流体の流れを規制する。四ポート三位置切換弁は、Ｐ、Ｔ、Ａ及びＢの四つの接続ポートを有しており、スプールが中央、左及び右の三位置の何れかに移動して、流体の流れの方向を制御する。スプールは、ソレノイドを使用して駆動することが多い。

特開２０１７−０８９７７７号公報

スプール弁における周壁の内周とスプールのランドの外周との間には、若干ながら隙間が介在している。それ故、ランドが絞り部の全体を閉塞していたとしても、閉止しているはずのポートから、または閉止しているポートに向けて流体が漏れ出ることは避けられない。

油圧機械または装置では、作動流体即ち圧力媒体として油または油性液体を用いる。油の分子は比較的大きく、作動流体の漏れ量は僅少で済み、大きな問題は生起しない。

しかしながら、作動流体として水または水性液体を用いる水圧機械または装置ではそうはいかない。水分子は小さいため、その漏れ量は無視できない程度に多くなる。従って、油圧機械用の四ポート三位置切換弁を水圧機械または装置にそのまま流用すると、作動流体の漏れにより水圧機械または装置が適切に作動しなくなるリスクが生じる。その上、水は粘性が低く潤滑性に乏しいことから、スプール弁の周壁の内周とランドの外周との摩擦による損耗も起こしやすい。

本発明は、閉止するべきポートからの、または閉止するべきポートに向けた流体の漏出が少ない四ポート三位置切換弁を提供しようとするものである。

本発明では、第一ポート、第三ポート及び第二ポートが接続する第一流路と、第一流路に沿って伸長し、第一流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第一弁棒と、第一流路における第一ポートと第三ポートとの間の所定箇所に設けられた第一ポート側弁座と、第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第一ポート側弁座から離反して第一ポートと第三ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一ポート側弁座に着座して第一ポートと第三ポートとの連通を遮断する第一ポート側弁体と、第一流路における第三ポートと第二ポートとの間の所定箇所に設けられた第二ポート側弁座と、第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二ポート側弁座から離反して第三ポートと第二ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第二ポート側弁座に着座して第三ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二ポート側弁体と、第四ポートが接続する第二流路と、第一ポートと第二流路とを接続する第一連絡路と、第二ポートと第二流路とを接続する第二連絡路と、第二流路に沿って伸長し、第二流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第二弁棒と、第二流路における第一連絡路と第四ポートとの間の所定箇所に設けられた第一連絡路側弁座と、第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＮ位置をとるときに第一連絡路側弁座から離反して第一ポートと第四ポートとを連通せしめ、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一連絡路側弁座に着座して第一ポートと第四ポートとの連通を遮断する第一連絡路側弁体と、第二流路における第四ポートと第二連絡路との間の所定箇所に設けられた第二連絡路側弁座と、第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二連絡路側弁座から離反して第四ポートと第二ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第二連絡路側弁座に着座して第四ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二連絡路側弁体とを具備する四ポート三位置切換弁を構成した。

本発明に係る四ポート三位置切換弁では、第一弁棒及び第二弁棒がともにＯＦＦ位置をとるとき、第三ポート（例えば、Ａポート）及び第四ポート（例えば、Ｂポート）が第二ポート（例えば、Ｔポート）に連通し、第一ポート（例えば、Ｐポート）がこれらポートから隔絶される。そして、第一弁棒がＯＮ位置をとり、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに、第一ポートが第三ポートに連通し、第四ポートが第二ポートに連通する。また、第一弁棒及び弁体がＯＦＦ位置をとり、第二弁棒及び弁体がＯＮ位置をとるときに、第一ポートが第四ポートに連通し、第三ポートが第二ポートに連通する。

本切換弁は、特に、水（水道水、工業用水、農業用水やその他の清水を含む）、水溶液または水性液体の流通を制御するために好適に用いることができる。

本切換弁をソレノイドにより駆動する場合、使用するソレノイドの数は二個でよい。即ち、第一弁棒をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第一ソレノイドと、第二弁棒をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第二ソレノイドとを具備するものとする。

基本的には第三ポートに流入しようとする流れを阻止するとともに、第四ポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第三ポートに流入した後第三ポート以外の他のポートに向かう流れを許容するパイロットチェック弁が付設されていれば、第三ポートから他のポートへの逆流を適切に抑制しながら、圧力損失の増大を回避することができる。

さらに、基本的には第四ポートに流入しようとする流れを阻止するとともに、第四ポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第四ポートに流入した後第四ポート以外の他のポートに向かう流れを許容するパイロットチェック弁が付設されていれば、第一弁棒及び弁体、並びに第二弁棒及び弁体がともにＯＦＦ位置をとるときに全てのポートが遮断される、いわゆるオールポートブロック型の切換弁となる。

第一ポートと第二ポートとを短絡する開閉制御可能なアンロード弁が付設されていれば、液圧機械または装置等の起動時において、アンロード弁を開弁して無負荷運転を実行することが可能となる。

本発明によれば、閉止するべきポートからの、または閉止するべきポートに向けた流体の漏出が少ない四ポート三位置切換弁を実現できる。

本発明の一実施形態における四ポート三位置切換弁の正断面図。 同実施形態の切換弁の側断面図。 同実施形態の切換弁の正断面図。 同実施形態の切換弁の正断面図。 同実施形態の切換弁の等価回路図。 同実施形態の切換弁の等価回路図。 同実施形態の切換弁の等価回路図。 同実施形態の切換弁に付設できるアンロード弁及びリリーフ弁一体型の弁の正断面図。 同実施形態の切換弁にアンロード弁及びリリーフ弁一体型の弁、並びにパイロットチェック弁を付設したユニットの等価回路図。 同実施形態の切換弁の第三ポート及び第四ポートの双方にパイロットチェック弁を付設したユニットの等価回路図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の四ポート三位置切換弁１は、流体、特に水、水溶液または水性液体の流れを制御する方向切換弁１であり、作動流体または圧力媒体として水等を用いる水圧機械または装置等に適用することができる。

図１ないし図４に、本実施形態の四ポート三位置切換弁１の内部構造を示す。本切換弁１の弁箱１０の内部には、縦方向に延伸する第一流路１１と第二流路１２とが並立して存在している。第一流路１１には、第一ポートたるＰポート、第二ポートたるＴポート及び第三ポートたるＡポートの三つのポートが接続する。Ｐ、Ｔ、Ａの各ポートと第一流路１１との間の接続路１３、１４、１５は、弁箱１０の内部で、第一流路１１の延伸方向に対して直交または交差する横方向に沿って延伸し、同方向から第一流路１１に交わるとともに弁箱１０の外側面に開口している。Ｐポートの接続路１３と第一流路１１との交差箇所は、第一流路１１の上端近傍であり、Ａポートの接続路１５と第一流路１１との交差箇所よりも高位置にある。Ｔポートの接続路１４と第一流路１１との交差箇所は、第一流路１１の下端近傍であり、Ａポートの接続路１５と第一流路１１との交差箇所よりも低位置にある。Ａポートの接続路１５と第一流路１１との交差箇所は、第一流路１１の上端と下端の中間にある。

第二流路１２には、第四ポートたるＢポートが接続する。Ｂポートと第二流路１２との間の接続路１８は、弁箱１０の内部で、第二流路１２の延伸方向に対して直交または交差する横方向に沿って延伸し、同方向から第二流路１２に交わるとともに弁箱１０の外側面に開口している。Ｂポートの接続路１８と第二流路１２との交差箇所は、第二流路１２の上端と下端の中間にある。

上記の流路１１、１２、１３、１４、１５、１８に加えて、弁箱１０の内部に、第一流路１１と第二流路１２とを接続する二つの連絡路１６、１７を形成している。そのうち一方の第一ポート側連絡路たるＰ連絡路１６は、第一流路１１及び第二流路１２の延伸方向に対して直交または交差する横方向に沿って延伸し、同方向から第一流路１１に交わり、かつ同方向から第二流路１２に交わる。Ｐ連絡路１６と第一流路１１との交差箇所は、第一流路１１の上端近傍であり、Ａポートの接続路１５と第一流路１１との交差箇所よりも高位置にある。Ｐ連絡路１６と第二流路１２との交差箇所は、第二流路１２の上端近傍であり、Ｂポートの接続路１８と第二流路１２との交差箇所よりも高位置にある。

他方の第二ポート側連絡路たるＴ連絡路１７もまた、第一流路１１及び第二流路１２の延伸方向に対して直交または交差する横方向に沿って延伸し、同方向から第一流路１１に交わり、かつ同方向から第二流路１２に交わる。Ｔ連絡路１７と第一流路１１との交差箇所は、第一流路１１の下端近傍であり、Ａポートの接続路１５と第一流路１１との交差箇所よりも低位置にある。Ｔ連絡路１７と第二流路１２との交差箇所は、第二流路１２の下端近傍であり、Ｂポートの接続路１８と第二流路１２との交差箇所よりも低位置にある。

本切換弁１は、二本の弁棒を内包している。第一弁棒２は、第一流路１１に挿入され、第一流路１１に沿って伸長しており、第一流路１１の延伸方向と平行または略平行な縦方向に進退動作する。第一弁棒２の基端部即ち上端部は、第一ソレノイド２０のプランジャに連結している。第一弁棒２の先端部即ち下端部は、第一流路１１の下端よりも下方に突出している。また、この第一弁棒２の下端部に対向するように弾性付勢部材、具体的には圧縮コイルばね２３を配している。第一弁棒２は、圧縮コイルばね２３により、その下端側から先端側に向かう方向即ち上方に弾性付勢されている。

第一ソレノイド２０に通電すると、第一ソレノイド２０が発生させる電磁力により第一弁棒２が下方に押圧され、圧縮コイルばね２３が発揮する付勢力に抗して第一弁棒２が下方のＯＮ位置に移動する。図３は、第一弁棒２がＯＮ位置にある状態を表している。第一ソレノイド２０への通電を遮断すると、第一ソレノイド２０が発生させていた電磁力が失われ、圧縮コイルばね２３が発揮する付勢力により第一弁棒２が上方のＯＦＦ位置に復帰する。図１、図２及び図４は、第一弁棒２がＯＦＦ位置にある状態を表している。

第一流路１１における、Ａポートの接続路１５が接続している箇所の上方の内周縁部には、第一ポート側弁座たるＰ側弁座１１１を設けている。このＰ側弁座１１１は、ＰポートとＡポートとの間に位置する。

並びに、第一弁棒２における、Ｐ側弁座１１１に臨む部位に、第一ポート側弁体たるＰ側弁体２１を設けている。Ｐ側弁体２１は、第一弁棒２に対し固定しており、第一弁棒２の進退動作に従って、図３に示すＯＮ位置と、図１、図２及び図４に示すＯＦＦ位置との間で変位する。つまり、Ｐ側弁体２１は、第一流路１１を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に変位する。換言すれば、Ｐ側弁体２１は、Ｐ側弁座１１１に直角または略直角な方向に作動する。Ｐ側弁体２１は、既知のチェック弁やストップ弁のように、円錐状（図示例では、切頭円錐状）や球状等のポペット弁体である。

Ｐ側弁体２１は、第一弁棒２がＯＦＦ位置にあるときにＰ側弁座１１１に着座、密接（ポペット弁体の外周の当たり面が弁座の内周に密着）して、Ａポートの接続路１５と、第一流路１１におけるＡポートの接続路１５よりも上方の領域との間を隔絶する。ひいては、Ｐポートの接続路１３とＡポートの接続路１５との連通を遮断する。翻って、第一弁棒２がＯＮ位置にあるときには、Ｐ側弁座１１１から離反して、Ａポートの接続路１５と、第一流路１１におけるＡポートの接続路１５よりも上方の領域との間を開通する。ひいては、Ｐポートの接続路１３とＡポートの接続路１５とを連通させる。

第一流路１１における、Ａポートの接続路１５が接続している箇所の下方の内周縁部には、第二ポート側弁座たるＴ側弁座１１２を設けている。このＴ側弁座１１２は、ＡポートとＴポートとの間に位置する。

並びに、第一弁棒２における、Ｔ側弁座１１２に臨む部位に、第二ポート側弁体たるＴ側弁体２２を設けている。Ｔ側弁体２２もまた、第一弁棒２に対し固定しており、第一弁棒２の進退動作に従って、図３に示すＯＮ位置と、図１、図２及び図４に示すＯＦＦ位置との間で変位する。つまり、Ｔ側弁体２２は、第一流路１１を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に変位する。換言すれば、Ｔ側弁体２２は、Ｔ側弁座１１２に直角または略直角な方向に作動する。Ｔ側弁体２２は、円錐状（図示例では、切頭円錐状）や球状等のポペット弁体である。本実施形態では、Ｔ側弁体２２がＰ側弁体２１の直下にあってＰ側弁体２１と一体化しているが、Ｔ側弁体２２がＰ側弁体２１から分離して別体をなしていることを妨げるものではない。

Ｔ側弁体２２は、第一弁棒２がＯＮ位置にあるときにＴ側弁座１１２に着座、密接して、Ａポートの接続路１５と、第一流路１１におけるＡポートの接続路１５よりも下方の領域との間を隔絶する。ひいては、Ａポートの接続路１５とＴポートの接続路１４との連通を遮断する。翻って、第一弁棒２がＯＦＦ位置にあるときには、Ｐ側弁座１１１から離反して、Ａポートの接続路１５と、第一流路１１におけるＡポートの接続路１５より下方の領域との間を開通する。ひいては、Ａポートの接続路１５とＴポートの接続路１４とを連通させる。

Ｐ側弁体２１、Ｔ側弁体２２の各々の形状は、ポペット弁体には限定されない。例えば、第一流路１１の断面積よりも拡張した板状をなし、対応する弁座１１１、１１２に着座する際に、流体の流れ方向と平行または略平行な方向を向いて、第一流路１１を完全に閉塞するような態様のものであっても構わない。何れにせよ、弁体２１、２２を、第一流路１１を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に沿って弁座１１１、１１２に押し付けることにより、水等の流体の漏れを確実に阻止し、またはその漏れ量を僅少に抑えることができる。

第二弁棒３は、第二流路１２に挿入され、第二流路１２に沿って伸長しており、第二流路１２の延伸方向と平行または略平行な縦方向に進退動作する。第二弁棒３の基端部即ち上端部は、第二ソレノイド３０のプランジャに連結している。第二弁棒３の先端部即ち下端部は、第二流路１２の下端よりも下方に突出している。また、この第二弁棒３の下端部に対向するように弾性付勢部材、具体的には圧縮コイルばね３３を配している。第二弁棒３は、圧縮コイルばね３３により、その下端側から先端側に向かう方向即ち上方に弾性付勢されている。

第二ソレノイド３０に通電すると、第二ソレノイド３０が発生させる電磁力により第二弁棒３が下方に押圧され、圧縮コイルばね３３が発揮する付勢力に抗して第二弁棒３が下方のＯＮ位置に移動する。図４は、第二弁棒３がＯＮ位置にある状態を表している。第二ソレノイド３０への通電を遮断すると、第二ソレノイド３０が発生させていた電磁力が失われ、圧縮コイルばね３３が発揮する付勢力により第二弁棒３が上方のＯＦＦ位置に復帰する。図１ないし図３は、第二弁棒３がＯＦＦ位置にある状態を表している。

第二流路１２における、Ｂポートの接続路１８が接続している箇所の上方の内周縁部には、第一連絡路側弁座たるＰ連絡路側弁座１２１を設けている。このＰ連絡路側弁座１２１は、Ｐ連絡路１６とＢポートとの間に位置する。

並びに、第二弁棒３における、Ｐ連絡路側弁座１２１に臨む部位に、第一連絡路側弁体たるＰ連絡路側弁体３１を設けている。Ｐ連絡路側弁体３１は、第二弁棒３に対し固定しており、第二弁棒３の進退動作に従って、図４に示すＯＮ位置と、図１ないし図３に示すＯＦＦ位置との間で変位する。つまり、Ｐ連絡路側弁体３１は、第二流路１２を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に変位する。換言すれば、Ｐ連絡路側弁体３１は、Ｐ連絡路側弁座１２１に直角または略直角な方向に作動する。Ｐ連絡路側弁体３１は、既知のチェック弁やストップ弁のように、円錐状（図示例では、切頭円錐状）や球状等のポペット弁体である。

Ｐ連絡路側弁体３１は、第二弁棒３がＯＦＦ位置にあるときにＰ連絡路側弁座１２１に着座、密接して、Ｂポートの接続路１８と、第二流路１２におけるＢポートの接続路１８よりも上方の領域との間を隔絶する。ひいては、Ｐ連絡路１６及びＰポートの接続路１３とＢポートの接続路１８との連通を遮断する。翻って、第二弁棒３がＯＮ位置にあるときには、Ｐ連絡路側弁座１２１から離反して、Ｂポートの接続路１８と、第二流路１２におけるＢポートの接続路１８よりも上方の領域との間を開通する。ひいては、Ｐ連絡路１６及びＰポートの接続路１３と、Ｂポートの接続路１８とを連通させる。

第二流路１２における、Ｂポートの接続路１８が接続している箇所の下方の内周縁部には、第二連絡路側弁座たるＴ連絡路側弁座１２２を設けている。このＴ連絡路側弁座１２２は、ＢポートとＴ連絡路１７との間に位置する。

並びに、第二弁棒３における、Ｔ連絡路側弁座１２２に臨む部位に、第二連絡路側弁体たるＴ連絡路側弁体３２を設けている。Ｔ連絡路側弁体３２もまた、第二弁棒３に対し固定しており、第二弁棒３の進退動作に従って、図４に示すＯＮ位置と、図１ないし図３に示すＯＦＦ位置との間で変位する。つまり、Ｔ連絡路側弁体３２は、第二流路１２を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に変位する。換言すれば、Ｔ連絡路側弁体３２は、Ｔ連絡路側弁座１２２に直角または略直角な方向に作動する。Ｔ連絡路側弁体３２は、円錐状（図示例では、切頭円錐状）や球状等のポペット弁体である。本実施形態では、Ｔ連絡路側弁体３２がＰ連絡路側弁体３１の直下にあってＰ連絡路側弁体３１と一体化しているが、Ｔ連絡路側弁体３２がＰ連絡路側弁体３１から分離して別体をなしていることを妨げるものではない。

Ｔ連絡路側弁体３２は、第二弁棒３がＯＮ位置にあるときにＴ連絡路側弁座１２２に着座、密接して、Ｂポートの接続路１８と、第二流路１２におけるＢポートの接続路１８よりも下方の領域との間を隔絶する。ひいては、Ｂポートの接続路１８とＴ連絡路１７及びＴポートの接続路１４との連通を遮断する。翻って、第二弁棒３がＯＦＦ位置にあるときには、Ｐ連絡路側弁座１２１から離反して、Ｂポートの接続路１８と、第二流路１２におけるＢポートの接続路１８より下方の領域との間を開通する。ひいては、Ｂポートの接続路１８と、Ｔ連絡路１７及びＴポートの接続路１４とを連通させる。

Ｐ連絡路側弁体３１、Ｔ連絡路側弁体３２の各々の形状は、ポペット弁体には限定されない。例えば、第二流路１２の断面積よりも拡張した板状をなし、対応する弁座１２１、１２２に着座する際に、流体の流れ方向と平行または略平行な方向を向いて、第二流路１２を完全に閉塞するような態様のものであっても構わない。何れにせよ、弁体３１、３２を、第二流路１２を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に沿って弁座１２１、１２２に押し付けることにより、水等の流体の漏れを確実に阻止し、またはその漏れ量を僅少に抑えることができる。

本実施形態の四ポート三位置切換弁１は、図５ないし図７の各回路図に示す三つの位置を選択的にとり得る。なお、図５ないし図７中、流体が流通する経路を太線で描画し、流体が流通しない経路を細線で描画している。図１に示しているように、第一ソレノイド２０、第二ソレノイド３０ともに通電しないと、第一弁棒２、Ｐ側弁体２１及びＴ側弁体２２がＯＦＦ位置をとり、並びに第二弁棒３、Ｐ連絡路側弁体３１及びＴ連絡路側弁体３２がＯＦＦ位置をとる。結果、Ａポート及びＢポートが、Ｔポートに連通する。Ｐポートは、これら各ポートには連通せず、これら各ポートから隔絶される。この状態が、図５に示す中央位置である。

図３に示しているように、第一ソレノイド２０に通電する一方、第二ソレノイド３０に通電しないと、第一弁棒２、Ｐ側弁体２１及びＴ側弁体２２がＯＮ位置をとり、第二弁棒３、Ｐ連絡路側弁体３１及びＴ連絡路側弁体３２がＯＦＦ位置をとる。結果、ＰポートがＡポートに連通し、ＢポートがＴポートに連通する。ＰポートとＴポートとは互いに連通せず、ＰポートとＢポートとは互いに連通しない。また、ＡポートとＴポートとは互いに連通せず、ＡポートとＢポートとは互いに連通しない。この状態が、図６に示す左位置である。

図４に示しているように、第一ソレノイド２０に通電せずに、第二ソレノイド３０に通電すると、第一弁棒２、Ｐ側弁体２１及びＴ側弁体２２がＯＦＦ位置をとり、第二弁棒３、Ｐ連絡路側弁体３１及びＴ連絡路側弁体３２がＯＮ位置をとる。結果、ＰポートがＢポートに連通し、ＡポートがＴポートに連通する。ＰポートとＡポートとは互いに連通せず、ＰポートとＴポートとは互いに連通しない。また、ＡポートとＢポートとは互いに連通せず、ＴポートとＢポートとは互いに連通しない。この状態が、図７に示す右位置である。

本切換弁１をソレノイドにより駆動する場合、使用するソレノイド２０、３０の数は二個でよく、三個以上のソレノイドは必要でない。

本切換弁１を含む液圧機械または装置等が、作動流体として水等を用いるものである場合、その起動時にはある程度の期間無負荷運転を実行することが望ましい。何故ならば、水は油のような粘性及び潤滑性を有しておらず、機械または装置等を停止している状況から即座に負荷運転を開始すると、摩擦によりポンプが焼き付く等の故障が生じるおそれがあるからである。無負荷運転を実行するためには、ポンプに接続し当該ポンプが圧送する流体を受け入れるＰポートと、タンクに接続し当該タンクに帰還する流体が流れるＴポートとを短絡した状態で、ポンプを稼働させる。

図８に、本実施形態の四ポート三位置切換弁１に付設することのできる、水、水溶液または水性液体用のアンロード弁４の内部構造を示す。このものは、アンロード弁４１とリリーフ弁４２とを一体化した弁４であり、ちょうどアンロード弁４１とリリーフ弁４２とを並列接続したような構造をなしている。アンロード弁４１及びリリーフ弁４２が一体化して一個のバルブ４となっているため、二個のバルブよりも外形が小さくなり、マニホルドの大きさを半分程度まで縮小することができる。

ノーマルオープン型のアンロード弁４１は、そのソレノイド４０への通電を遮断することにより開弁してＰポートとＴポートとを短絡するバイパスを開通し、ソレノイド４０に通電することにより閉弁して当該バイパスを遮断する。ノーマルクローズ型のアンロード弁４１は、そのソレノイド４０に通電することにより開弁してＰポートとＴポートとを短絡するバイパスを開通し、ソレノイド４０への通電を遮断することにより閉弁して当該バイパスを遮断する。

リリーフ弁４２は、Ｐポート側の流体の圧力が所定の設定圧を超えたときに開弁してＰポートとＴポートとを短絡するバイパスを開通し、Ｐポート側の流体の圧力が所定の設定圧以下であるときに閉弁して当該バイパスを遮断する。

図９に、本実施形態の四ポート三位置切換弁１に上記の一体型弁４を付設したユニットの回路図を示している。液圧回路または装置等の無負荷運転時には、アンロード弁４１を開弁する。さすれば、ポンプから吐出された流体が、四ポート三位置切換弁１、さらには液圧シリンダ７その他のアクチュエータ等に供給されることなく、Ｐポートからバイパスを通じてＴポート及びタンクへと直に還流するようにする。

そして、負荷運転時には、四ポート三位置切換弁１を左位置に切り換え、かつアンロード弁４１を閉弁し、ポンプから吐出された流体が、四ポート三位置切換弁１のＰポートからＡポートへ、ひいては液圧シリンダ７等に供給されるようにする。このとき、切換弁１のＢポートに流入した流体は、Ｔポートを通じてタンクに流下することは言うまでもない。

なお、アンロード弁４１は、手動ではなく、コンピュータやシーケンサ、プログラマブルコントローラやタイマその他の制御装置または制御回路により、電気的制御または自動制御することが好ましい。アンロード弁４１を自動制御することで、作業者がアンロード弁４１を開け忘れたり閉め忘れたりするヒューマンエラーのリスクを回避することができる。

図９に、本実施形態の四ポート三位置切換弁１を含むユニットの一使用例の回路図を示している。この使用例では、本切換弁１のＡポート側にパイロットチェック弁５を付設している。パイロットチェック弁５は、本切換弁１のＡポートから液圧シリンダ７その他のアクチュエータ等に向けて流体が流通することを許容する一方で、当該液圧シリンダ７等から流体が本切換弁１のＡポートに流入し他のポートに向けて流通しようとすることを抑止する。

四ポート三位置切換弁１が左位置をとるとき、ＰポートとＡポートとが連通し、ポンプから吐出された流体がＰポート及びＡポートを経由して液圧シリンダ７等に供給される。同時に、ＢポートとＴポートとが連通して、Ｂポート及びＴポートを経由して余剰の流体がタンクへと流下する。

しかして、切換弁１を右位置に切り換えると、ＰポートとＢポートとが連通し、ポンプから吐出された流体の圧力がＢポートに供給され、さらにこのＢポートからパイロット圧がチェック弁５に供給される。Ｂポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けることで、パイロットチェック弁５が開弁し、ＡポートとＴポートとが連通して、液圧シリンダ７等に供給されていた流体がＡポート及びＴポートを経由してタンクへと流下する。

本実施形態の四ポート三位置切換弁１の特長として、作動流体が水等であるとしてもその漏れ量が僅少となり、流体機械または装置等を確実に作動させることができ、当該切換弁１における圧力損失も低くなる点が挙げられる。

既に述べた通り、本実施形態の四ポート三位置切換弁１は、中央位置をとるときにＡポート及びＢポートがＴポートに連通し、Ｐポートがこれらポートから隔絶される状態となる。これに対し、中央位置において全ポートが他のポートから隔絶されるオールポートブロック型の四ポート三位置切換弁１を構成するためには、図１０に示すように、切換弁１のＡポート側及びＢポート側の双方にパイロットチェック弁５、６を付設すればよい。

Ｂポート側のパイロットチェック弁６は、本切換弁１のＢポートから液圧シリンダ７その他のアクチュエータ等に向けて流体が流通することを許容する一方で、当該液圧シリンダ７等から流体が本切換弁１のＢポートに流入し他のポートに向けて流通しようとすることを抑止する。

四ポート三位置切換弁１が中央位置をとるときには、両パイロットチェック弁５、６の存在により、ＡポートからＴポートに向かう流れ、及びＢポートからＴポートに向かう流れが遮断される。つまり、全てのポートが遮断される。

四ポート三位置切換弁１が左位置をとるとき、ポンプから吐出された流体がＰポート及びＡポートを経由して液圧シリンダ７等に供給される。さらに、Ａポートからパイロット圧がＢポート側のチェック弁６に供給される。Ａポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けることで、同チェック弁６が開弁し、ＢポートとＴポートとが連通して、Ｂポート及びＴポートを経由して余剰の流体がタンクへと流下する。

しかして、切換弁１を右位置に切り換えると、ＰポートとＢポートとが連通し、ポンプから吐出された流体の圧力がＢポートに供給され、さらにこのＢポートからパイロット圧がＡポート側のチェック弁５に供給される。Ａポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けることで、同チェック弁５が開弁し、ＡポートとＴポートとが連通して、液圧シリンダ７等に供給されていた流体がＡポート及びＴポートを経由してタンクへと流下する。

本実施形態では、第一ポートＰ、第三ポートＡ及び第二ポートＴが接続する第一流路１１と、第一流路１１に沿って伸長し、第一流路１１に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第一弁棒２と、第一流路１１における第一ポートＰと第三ポートＡとの間の所定箇所に設けられた第一ポート側弁座１１１と、第一弁棒２に固定されて第一弁棒２とともに進退動作し、第一弁棒２がＯＮ位置をとるときに第一ポート側弁座１１１から離反して第一ポートＰと第三ポートＡとを連通せしめ、第一弁棒２がＯＦＦ位置をとるときに第一ポート側弁座１１１に着座して第一ポートＰと第三ポートＡとの連通を遮断する第一ポート側弁体２１と、第一流路１１における第三ポートＡと第二ポートＴとの間の所定箇所に設けられた第二ポート側弁座１１２と、第一弁棒２に固定されて第一弁棒２とともに進退動作し、第一弁棒２がＯＦＦ位置をとるときに第二ポート側弁座１１２から離反して第三ポートＡと第二ポートＴとを連通せしめ、第一弁棒２がＯＮ位置をとるときに第二ポート側弁座１１２に着座して第三ポートＡと第二ポートＴとの連通を遮断する第二ポート側弁体２２と、第四ポートＢが接続する第二流路１２と、第一ポートＰと第二流路１２とを接続する第一連絡路１６と、第二ポートＴと第二流路１２とを接続する第二連絡路１７と、第二流路１２に沿って伸長し、第二流路１２に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第二弁棒３と、第二流路１２における第一連絡路１６と第四ポートＢとの間の所定箇所に設けられた第一連絡路側弁座１２１と、第二弁棒３に固定されて第二弁棒３とともに進退動作し、第二弁棒３がＯＮ位置をとるときに第一連絡路側弁座１２１から離反して第一ポートＰと第四ポートＢとを連通せしめ、第二弁棒３がＯＦＦ位置をとるときに第一連絡路側弁座１２１に着座して第一ポートＰと第四ポートＢとの連通を遮断する第一連絡路側弁体３１と、第二流路１２における第四ポートＢと第二連絡路１７との間の所定箇所に設けられた第二連絡路側弁座１２２と、第二弁棒３に固定されて第二弁棒３とともに進退動作し、第二弁棒３がＯＦＦ位置をとるときに第二連絡路側弁座１２２から離反して第四ポートＢと第二ポートＴとを連通せしめ、第一弁棒２がＯＮ位置をとるときに第二連絡路側弁座１２２に着座して第四ポートＢと第二ポートＴとの連通を遮断する第二連絡路側弁体３２とを具備する四ポート三位置切換弁１を構成した。

本実施形態のメタルシート型切換弁１によれば、閉止するべきポートからの、または閉止するべきポートに向けた流体の漏出が極めて少ない四ポート三位置切換弁を実現できる。本切換弁１は、特に、水、水溶液または水性液体の流通を制御するために好適に用いることができる。

本切換弁１は、第一弁棒２をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第一ソレノイド２０と、第二弁棒３をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第二ソレノイド３０との二個のソレノイドにより作動させることが可能であり、三個以上のソレノイドが必要でない。

図９に示すように、基本的には第三ポートＡに流入しようとする流れを阻止するとともに、第四ポートＢから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第三ポートＡに流入した後他のポートＰ、Ｔ、Ｂに向かう流れを許容するパイロットチェック弁５を付設した液圧回路により、液圧シリンダ７やその他のアクチュエータ等を駆動制御するようにすれば、圧力損失を低減できる。

図１０に示すように、基本的には第四ポートＢに流入しようとする流れを阻止するとともに、第三ポートＡから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第四ポートＢに流入した後他のポートＰ、Ｔ、Ａに向かう流れを許容するパイロットチェック弁６をさらに付設すれば、オールポートブロック型の四ポート三位置切換弁を具現できる。

図９及び図１０に示しているように、第一ポートＰと第二ポートＴとを短絡する開閉制御可能なアンロード弁４１を付設すれば、当該アンロード弁４１を開弁した状態で液圧機械または装置等の無負荷運転を実行することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、ソレノイド２０、３０が、プランジャ及びこれに連結している弁棒２、３を押すものであった。だが、プランジャ及びこれに連結している弁棒２、３を引く、吸引する態様のソレノイド２０、３０を採用することも、当然に可能である。この場合には、弁棒２、３を弾性付勢する付勢部材である圧縮コイルばね２３、３３を、弁棒２、３の先端側（即ち、ソレノイド２０、３０の反対側）ではなく弁棒２、３の基端側（即ち、ソレノイドと同じ側）に配設することになる。

弁棒２、３は、ソレノイド以外のアクチュエータにより駆動することも可能である。弁棒２、３を手動で進退動作させる態様をとることも排除されない。

上記実施形態では、第一ポートをＰポート、第二ポートをＴポート、第三ポートをＡポート、第四ポートをＢポートとしていたが、各ポートの対応関係はこれに限定されない。例えば、第三ポートをＢポートとし、第四ポートをＡポートとすることも可能である。この場合、第一弁棒２をＯＦＦ位置に、第二弁棒３をＯＮ位置にそれぞれ操作することで、ＰポートとＡポートとが連通し、ＢポートとＴポートとが連通する左位置の状態をとり得る。また、第一弁棒２をＯＮ位置に、第二弁棒３をＯＦＦ位置にそれぞれ操作することで、ＰポートとＢポートとが連通し、ＡポートとＴポートとが連通する右位置の状態をとり得る。

本発明に係る四ポート三位置切換弁１、アンロード弁４１及びリリーフ弁４２、並びにパイロットチェック弁５、６を、作動流体または圧力媒体が油または油性液体である油圧機械に適用してもよいことは当然である。

その他、各部の具体的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…四ポート三方向切換弁
１１…第一流路
１１１…第一ポート側弁座（Ｐ側弁座）
１１２…第二ポート側弁座（Ｔ側弁座）
１２…第二流路
１２１…第一連絡路側弁座（Ｐ連絡路側弁座）
１２２…第二連絡路側弁座（Ｔ連絡路側弁座）
２…第一弁棒
２０…第一ソレノイド
２１…第一ポート側弁体（Ｐ側弁体）
２２…第二ポート側弁体（Ｔ側弁体）
３…第二弁棒
３０…第二ソレノイド
３１…第一連絡路側弁体（Ｐ連絡路側弁体）
３２…第二連絡路側弁体（Ｔ連絡路側弁体）
４１…アンロード弁
５…パイロットチェック弁
６…パイロットチェック弁

本発明では、第一ポート、第三ポート及び第二ポートが接続する第一流路と、第一流路に沿って伸長し、第一流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第一弁棒と、第一流路における第一ポートと第三ポートとの間の所定箇所に設けられた第一ポート側弁座と、第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第一ポート側弁座から離反して第一ポートと第三ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一ポート側弁座に着座して第一ポートと第三ポートとの連通を遮断する第一ポート側弁体と、第一流路における第三ポートと第二ポートとの間の所定箇所に設けられた第二ポート側弁座と、第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二ポート側弁座から離反して第三ポートと第二ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第二ポート側弁座に着座して第三ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二ポート側弁体と、第四ポートが接続する第二流路と、第一ポートと第二流路とを接続する第一連絡路と、第二ポートと第二流路とを接続する第二連絡路と、第二流路に沿って伸長し、第二流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第二弁棒と、第二流路における第一連絡路と第四ポートとの間の所定箇所に設けられた第一連絡路側弁座と、第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＮ位置をとるときに第一連絡路側弁座から離反して第一ポートと第四ポートとを連通せしめ、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一連絡路側弁座に着座して第一ポートと第四ポートとの連通を遮断する第一連絡路側弁体と、第二流路における第四ポートと第二連絡路との間の所定箇所に設けられた第二連絡路側弁座と、第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二連絡路側弁座から離反して第四ポートと第二ポートとを連通せしめ、第二弁棒がＯＮ位置をとるときに第二連絡路側弁座に着座して第四ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二連絡路側弁体とを具備する四ポート三位置切換弁を構成した。第一ポート側弁体、第二ポート側弁体、第一連絡路側弁体及び第二連絡路側弁体は何れも、ポペット弁体とすることが好ましい。また、弁箱の内部に互いに平行に延伸する第一流路及び第二流路が存在し、第一弁棒が第一流路に、第二弁棒が第二流路にそれぞれ挿入され、第一ポート、第二ポート及び第三ポートと第一流路との間の各接続路がそれぞれ、弁箱の内部で第一流路の延伸方向に対して直交または交差する方向に沿って延伸し、同方向から第一流路に交わるとともに弁箱の外側面に開口し、第四ポートと第二流路との間の接続路が、弁箱の内部で第二流路の延伸方向に対して直交または交差する方向に沿って延伸し、同方向から第二流路に交わるとともに弁箱の外側面に開口し、第一連絡路及び第二連絡路がそれぞれ、弁箱の内部で第一流路及び第二流路の延伸方向に対して直交または交差する方向に沿って延伸し、同方向から第一流路に交わり、かつ同方向から第二流路に交わる構造を採用することができる。

Ｐ側弁体２１、Ｔ側弁体２２の各々の形状は、ポペット弁体には限定されない。例えば、第一流路１１の断面積よりも拡張した板状をなし、対応する弁座１１１、１１２に着座する際に、流体の流れ方向と平行または略平行な方向を向いて、第一流路１１を完全に閉塞するような態様のものであっても構わない。何れにせよ、弁体２１、２２を、第一流路１１を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に沿って弁座１１１、１１２に押し付ける。

Ｐ連絡路側弁体３１、Ｔ連絡路側弁体３２の各々の形状は、ポペット弁体には限定されない。例えば、第二流路１２の断面積よりも拡張した板状をなし、対応する弁座１２１、１２２に着座する際に、流体の流れ方向と平行または略平行な方向を向いて、第二流路１２を完全に閉塞するような態様のものであっても構わない。何れにせよ、弁体３１、３２を、第二流路１２を流通する流体の流れ方向と平行または略平行な方向に沿って弁座１２１、１２２に押し付ける。

本実施形態では、第一ポートＰ、第三ポートＡ及び第二ポートＴが接続する第一流路１１と、第一流路１１に沿って伸長し、第一流路１１に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第一弁棒２と、第一流路１１における第一ポートＰと第三ポートＡとの間の所定箇所に設けられた第一ポート側弁座１１１と、第一弁棒２に固定されて第一弁棒２とともに進退動作し、第一弁棒２がＯＮ位置をとるときに第一ポート側弁座１１１から離反して第一ポートＰと第三ポートＡとを連通せしめ、第一弁棒２がＯＦＦ位置をとるときに第一ポート側弁座１１１に着座して第一ポートＰと第三ポートＡとの連通を遮断する第一ポート側弁体２１と、第一流路１１における第三ポートＡと第二ポートＴとの間の所定箇所に設けられた第二ポート側弁座１１２と、第一弁棒２に固定されて第一弁棒２とともに進退動作し、第一弁棒２がＯＦＦ位置をとるときに第二ポート側弁座１１２から離反して第三ポートＡと第二ポートＴとを連通せしめ、第一弁棒２がＯＮ位置をとるときに第二ポート側弁座１１２に着座して第三ポートＡと第二ポートＴとの連通を遮断する第二ポート側弁体２２と、第四ポートＢが接続する第二流路１２と、第一ポートＰと第二流路１２とを接続する第一連絡路１６と、第二ポートＴと第二流路１２とを接続する第二連絡路１７と、第二流路１２に沿って伸長し、第二流路１２に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第二弁棒３と、第二流路１２における第一連絡路１６と第四ポートＢとの間の所定箇所に設けられた第一連絡路側弁座１２１と、第二弁棒３に固定されて第二弁棒３とともに進退動作し、第二弁棒３がＯＮ位置をとるときに第一連絡路側弁座１２１から離反して第一ポートＰと第四ポートＢとを連通せしめ、第二弁棒３がＯＦＦ位置をとるときに第一連絡路側弁座１２１に着座して第一ポートＰと第四ポートＢとの連通を遮断する第一連絡路側弁体３１と、第二流路１２における第四ポートＢと第二連絡路１７との間の所定箇所に設けられた第二連絡路側弁座１２２と、第二弁棒３に固定されて第二弁棒３とともに進退動作し、第二弁棒３がＯＦＦ位置をとるときに第二連絡路側弁座１２２から離反して第四ポートＢと第二ポートＴとを連通せしめ、第二弁棒３がＯＮ位置をとるときに第二連絡路側弁座１２２に着座して第四ポートＢと第二ポートＴとの連通を遮断する第二連絡路側弁体３２とを具備する四ポート三位置切換弁１を構成した。

Claims (6)

1. 第一ポート、第三ポート及び第二ポートが接続する第一流路と、
   第一流路に沿って伸長し、第一流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第一弁棒と、
   第一流路における第一ポートと第三ポートとの間の所定箇所に設けられた第一ポート側弁座と、
   第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第一ポート側弁座から離反して第一ポートと第三ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一ポート側弁座に着座して第一ポートと第三ポートとの連通を遮断する第一ポート側弁体と、
   第一流路における第三ポートと第二ポートとの間の所定箇所に設けられた第二ポート側弁座と、
   第一弁棒に固定されて第一弁棒とともに進退動作し、第一弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二ポート側弁座から離反して第三ポートと第二ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第二ポート側弁座に着座して第三ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二ポート側弁体と、
   第四ポートが接続する第二流路と、
   第一ポートと第二流路とを接続する第一連絡路と、
   第二ポートと第二流路とを接続する第二連絡路と、
   第二流路に沿って伸長し、第二流路に沿ってＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作する第二弁棒と、
   第二流路における第一連絡路と第四ポートとの間の所定箇所に設けられた第一連絡路側弁座と、
   第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＮ位置をとるときに第一連絡路側弁座から離反して第一ポートと第四ポートとを連通せしめ、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第一連絡路側弁座に着座して第一ポートと第四ポートとの連通を遮断する第一連絡路側弁体と、
   第二流路における第四ポートと第二連絡路との間の所定箇所に設けられた第二連絡路側弁座と、
   第二弁棒に固定されて第二弁棒とともに進退動作し、第二弁棒がＯＦＦ位置をとるときに第二連絡路側弁座から離反して第四ポートと第二ポートとを連通せしめ、第一弁棒がＯＮ位置をとるときに第二連絡路側弁座に着座して第四ポートと第二ポートとの連通を遮断する第二連絡路側弁体と
   を具備する四ポート三位置切換弁。
2. 水、水溶液または水性液体の流通を制御するためのものである請求項１の四ポート三位置切換弁。
3. 第一弁棒をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第一ソレノイドと、
   第二弁棒をＯＮ位置とＯＦＦ位置との間で進退動作させる第二ソレノイドと
   を具備する請求項１または２記載の四ポート三位置切換弁。
4. 基本的には第三ポートに流入しようとする流れを阻止するとともに、第四ポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第三ポートに流入した後第三ポート以外の他のポートに向かう流れを許容するパイロットチェック弁が付設された請求項１、２または３記載の四ポート三位置切換弁。
5. 基本的には第四ポートに流入しようとする流れを阻止するとともに、第三ポートから所定の設定圧以上のパイロット圧の入力を受けたときには開弁して第四ポートから第四ポート以外の他のポートに向かう流れを許容するパイロットチェック弁が付設された請求項４記載の四ポート三位置切換弁。
6. 第一ポートと第二ポートとを短絡する開閉制御可能なアンロード弁が付設された請求項１、２、３、４または５記載の四ポート三位置切換弁。

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