JP2024003867A - 複数ポート切替装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を少なくして、装置の小型化や低コスト化を可能とした複数ポート切替装置を提供する。
【解決手段】複数の流路１１～１８と、複数の流路１１～１８の開閉を行う複数の流路開閉部材２１～２４と、複数の流路開閉部材２１～２４を連動させる連動機構３０とを備えた複数ポート切替装置１００であって、複数の流路開閉部材２１～２４は、複数の流路１１～１８に対して進退しながら開閉を行う部材であり、連動機構３０は、裏面が複数の流路開閉部材２１～２４の頭部に当接するように配置され、裏面の周方向に沿って複数の流路開閉部材２１～２４の頭部の収容量を変化させる凹部が形成された部材であり、連動機構３０が回転しながら複数の流路開閉部材２１～２４を進退させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数ポート切替装置に関するものである。

従来、流体駆動機械の分野では油圧機器が大勢を占めているが、近年、耐食性材料の発展に伴い、環境や人にやさしい水圧駆動技術が見直されつつある。水圧駆動機器の歴史は古いが、産業装置やロボットアーム等に使用される流体駆動アクチュエータを動かすための中高圧の水を精度良く制御する技術は現在も少なく、それらの制御を実現するための機器として、流量調整可能な水用４ポート方向切換え弁の開発が望まれる。

油圧の分野では、一般的な４ポート方向切換えサーボ弁や比例弁は油の流量と方向を制御することが可能であるが、同様の機能を持った水用の機器は、非常に少ない。これは、水は油に比べて、低粘度で、非圧縮性が高いため、油圧機器と同じ寸法では、内部漏れが多く、機能させることが困難であることが理由として挙げられる。

例えば、油圧で一般的に用いられるものと同様の構造として、スプール式やスライド式があるが、水圧駆動機器に適用しようとすると、コスト高、構造が複雑、高精度な製作が必要、制御が困難、内部漏れが発生するといった課題がある。

これに対して、特許文献１には、複数のニードル弁を複数のカムで開閉することにより、簡単な構造で容易に制御できるようにした、複数ポート切替及び流量調整装置に関する発明が記載されている。

特開２０１９－２１１０４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された複数ポート切替及び流量調整装置は、複数のニードル弁を複数のカムで開閉するものであり、ニードル弁とカムを一対一で対応させる必要があるため部品点数が多くなり、装置の大型化や高コスト化といった問題が生じる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、部品点数を少なくして、装置の小型化や低コスト化を可能とした複数ポート切替装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の複数ポート切替装置は、複数の流路と、該複数の流路の開閉を行う複数の流路開閉部材と、該複数の流路開閉部材を連動させる連動機構とを備えた複数ポート切替装置であって、前記複数の流路開閉部材は、前記複数の流路に対して進退しながら開閉を行う部材であり、前記連動機構は、裏面が前記複数の流路開閉部材の頭部に当接するように配置され、裏面の周方向に沿って前記複数の流路開閉部材の頭部の収容量を変化させる凹部が形成された部材であり、前記連動機構が回転しながら前記複数の流路開閉部材を進退させることを特徴とする。

また、本発明の複数ポート切替装置は、前記複数の流路開閉部材はニードル弁であり、前記連動機構の裏面の凹部がなだらかに形成されており、前記連動機構が回転しながら前記複数の流路開閉部材を徐々に開閉して前記複数の流路の流量を調整することを特徴とする。

また、本発明の複数ポート切替装置は、前記複数の流路に流れる作動流体が水であることを特徴とする。

本発明の複数ポート切替装置は、複数の流路と、複数の流路の開閉を行う複数の流路開閉部材と、複数の流路開閉部材を連動させる連動機構とを備えた複数ポート切替装置である。そして、複数の流路開閉部材は、複数の流路に対して進退しながら開閉を行う部材であり、前記連動機構は、裏面が前記複数の流路開閉部材の頭部に当接するように配置され、裏面の周方向に沿って前記複数の流路開閉部材の頭部の収容量を変化させる凹部が形成された部材であり、連動機構が回転しながら複数の流路開閉部材を進退させるようになっている。従って、複数の流路開閉部材に対して連動機構を一対一で対応させる必要がないため、部品点数を少なくして装置の小型化や低コスト化を図ることができる。

また、本発明の複数ポート切替装置は、複数の流路開閉部材がニードル弁であり、連動機構の裏面の凹部がなだらかに形成されている。従って、連動機構が回転しながら複数の流路開閉部材を徐々に開閉することでき、複数の流路の流量を調整することができる。

また、本発明の複数ポート切替装置は、複数の流路に流れる作動流体を水とした場合に特に適したものである。

このように、本発明によれば、部品点数を少なくして、装置の小型化や低コスト化を可能とした複数ポート切替装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複数ポート切替装置を示す斜視図である。 複数ポート切替装置を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。 連動機構を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）ａ－ａ断面図、（Ｄ）ｂ－ｂ断面図である。 複数ポート切替装置の切替状態を示す模式図である。 複数ポート切替装置の切替状態を示す模式図である。 複数ポート切替装置の切替状態を示す模式図である。 水圧駆動復動シリンダに接続した複数ポート切替装置を示す構成図である。

次に、図１乃至図７を参照して、本発明の実施形態に係る複数ポート切替装置について説明する。図１は、本実施形態に係る複数ポート切替装置１００を示す斜視図である。

複数ポート切替装置１００は、４つのポートＡ、Ｂ、Ｐ、Ｔの間に配置された複数の流路１１～１８の開閉を行うことにより、各ポート間の作動流体の流れを制御するものである。複数の流路１１～１８に流れる作動流体は水であるが、その他の液体であってもよい。ただし、複数ポート切替装置１００は、作動流体を水とした場合に特に適したものである。

複数の流路１１～１８は、例えばアルミブロック製の筐体４０の内部にトンネル状に形成されている。Ａポートに接続された流路１７は、途中で２つの流路１１，１２に分岐している。Ｂポートに接続された流路１８は、途中で２つの流路１３，１４に分岐している。Ｐポートに接続された流路１５は、途中で２つの流路に分岐しており、一方が流路開閉部材２１を介して流路１１に接続され、他方が流路開閉部材２３を介して流路１３に接続されている。Ｔポートに接続された流路１６は、途中で２つの流路に分岐しており、一方が流路開閉部材２２を介して流路１２に接続され、他方が流路開閉部材２４を介して流路１４に接続されている。

４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４は、複数の流路１１～１８の開閉を行うものであり、平面視で正方形の頂点となる位置に配置されている。また、流路開閉部材２１，２２，２３，２４はニードル弁であり、対応する流路の接続部分に対して進退しながら開閉を行うようになっている。なお、図１では、すべての流路開閉部材２１，２２，２３，２４が流路を閉じた状態を示している。

流路開閉部材２１は、流路１１と流路１５との接続部分を開閉することにより、ＡポートとＰポートとの間（以下「Ａ－Ｐ間」）の作動流体の流れを制御する。流路開閉部材２２は、流路１２と流路１６との接続部分を開閉することにより、ＡポートとＴポートとの間（以下「Ａ－Ｔ間」）の作動流体の流れを制御する。流路開閉部材２３は、流路１３と流路１５との接続部分を開閉することにより、ＢポートとＰポートとの間（以下「Ｂ－Ｐ間」）の作動流体の流れを制御する。流路開閉部材２４は、流路１４と流路１６との接続部分を開閉することにより、ＢポートとＴポートとの間（以下「Ｂ－Ｔ間」）の作動流体の流れを制御する。なお、本実施形態では、ＡポートとＢポートとの間及びＰポートとＴポートとの間では、作業流体が流れないように制御される。

流路開閉部材２１，２２，２３，２４の上方には、連動機構３０が配置されている。連動機構３０は、回転軸３１を中心に回転しながら４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４を進退させて連動させるものである。連動機構３０の裏面３２には、４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４の頭部が当接している。

図２は、複数ポート切替装置１００を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。図２（Ｂ）に示すように、連動機構３０の裏面３２には、流路開閉部材２１，２４の頭部２１ａ，２４ｂが当接している。また、流路開閉部材２１，２４は、バネ２１ｃ，２４ｃによって上方に付勢されている。従って、流路開閉部材２１，２４は、連動機構３０の裏面３２からの押圧力により、バネ２１ｃ，２４ｃの付勢力に逆らいながら下方に移動して、流路１１と流路１５との接続部分、流路１４と流路１６との接続部分を閉じるようになっている。流路開閉部材２２，２３についても同様である。

図３は、連動機構３０を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）ａ－ａ断面図、（Ｄ）ｂ－ｂ断面図である。連動機構３０は円盤状部材からなるカムであり、円形の裏面３２の周方向に沿って溝状の凹部３３が形成されている。凹部３３は、複数の流路開閉部材２１，２２，２３，２４の頭部に当接するように配置され、相対的に幅広で深く形成された幅広深部３３ａと、相対的に幅狭で浅く形成された幅狭浅部３３ｂとから構成されている。幅広深部３３ａは、凹部３３の２箇所の対向する位置に形成されている。凹部３３のどこに当接するかによって、複数の流路開閉部材２１，２２，２３，２４の頭部の収容量が変化するので、連動機構３０を回転させることによって、複数の流路開閉部材２１，２２，２３，２４を進退させることができる。

なお、凹部３３は必ずしも全体を溝状に形成する必要はないが、全体を溝状に形成することによって、連動機構３０が回転する際に流路開閉部材の頭部を溝内にガイドすることができる。また、凹部３３（特に、幅広深部３３ａ）は、傾斜がなだらかな曲線を描くように形成することが好ましい。

連動機構３０が回転すると、流路開閉部材２１，２２，２３，２４のうち、頭部が幅広深部３３ａ，３３ａ以外の位置に当接しているものは、図２（Ｂ）に示すように、連動機構３０の裏面３２からの押圧力により下方に移動して接続部分を閉じる。これに対して、頭部が幅広深部３３ａ，３３ａの位置に当接しているものは、連動機構３０の裏面３２からの押圧力が弱くなるため、バネの付勢力により上方に移動して接続部分を開く。なお、本実施形態では、幅広深部３３ａ，３３ａを対向する位置に形成しているため、４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４のうち対向する位置に配置されたもの（流路開閉部材２１と２４、流路開閉部材２２と２３）がそれぞれ同じように移動する。

図４乃至図６は、複数ポート切替装置１００の切替状態を示す模式図である。なお図４乃至図６は、説明のために流路、流路開閉部材、連動機構をすべて平面上に並べて表示したものであり、☆印を付した左右の流路は接続されている。

図４は、流路開閉部材２１及び流路開閉部材２４の頭部が、連動機構３０の裏面３２の幅広深部３３ａ，３３ａ以外の位置（幅狭浅部３３ｂ）に当接し、流路開閉部材２２及び流路開閉部材２３の頭部が、連動機構３０の裏面３２の幅広深部３３ａ，３３ａの位置に当接した状態を示している。このとき、流路開閉部材２１が下方に移動して流路１１と流路１５との接続部分を閉じ、流路開閉部材２４が下方に移動して流路１４と流路１６との接続部分を閉じ、流路開閉部材２２が上方に移動して流路１２と流路１６との接続部分を開き、流路開閉部材２３が上方に移動して流路１３と流路１５との接続部分を開いている。その結果、作動流体は、Ａ－Ｔ間及びＢ－Ｐ間に流れ、Ａ－Ｐ間及びＢ－Ｔ間には流れないようになっている。

図５は、４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４の頭部すべてが、連動機構３０の裏面３２の幅広深部３３ａ，３３ａ以外の位置（幅狭浅部３３ｂ）に当接した状態を示している。このとき、流路開閉部材２１が下方に移動して流路１１と流路１５との接続部分を閉じ、流路開閉部材２４が下方に移動して流路１４と流路１６との接続部分を閉じ、流路開閉部材２２が下方に移動して流路１２と流路１６との接続部分を閉じ、流路開閉部材２３が下方に移動して流路１３と流路１５との接続部分を閉じている。その結果、作動流体は、Ａ－Ｔ間、Ｂ－Ｐ間、Ａ－Ｐ間、Ｂ－Ｔ間のすべてで流れないようになっている。

図６は、流路開閉部材２１及び流路開閉部材２４の頭部が、連動機構３０の裏面３２の幅広深部３３ａ，３３ａの位置に当接し、流路開閉部材２２及び流路開閉部材２３の頭部が、連動機構３０の裏面３２の幅広深部３３ａ，３３ａ以外の位置（幅狭浅部３３ｂ）に当接した状態を示している。このとき、流路開閉部材２１が上方に移動して流路１１と流路１５との接続部分を開き、流路開閉部材２４が上方に移動して流路１４と流路１６との接続部分を開き、流路開閉部材２２が下方に移動して流路１２と流路１６との接続部分を閉じ、流路開閉部材２３が下方に移動して流路１３と流路１５との接続部分を閉じている。その結果、作動流体は、Ａ－Ｔ間及びＢ－Ｐ間には流れず、Ａ－Ｐ間及びＢ－Ｔ間に流れるようになっている。

このように、複数ポート切替装置１００は、連動機構３０が回転しながら４つの流路開閉部材２１，２２，２３，２４を選択的に進退させることにより、複数ポートの切替を行うようになっている。

なお、流路開閉部材がニードル弁であり、連動機構３０の裏面３２の凹部３３（特に、幅広深部３３ａ）がなだらかに形成されていることから、連動機構３０が回転しながら４つの流路開閉部材を徐々に開閉することにより、複数の流路の流量を調整することができる。

図７は、水圧駆動復動シリンダ１に接続した複数ポート切替装置１００を示す構成図である。水圧駆動複動シリンダ１（液圧駆動装置）には、複数ポート切替装置１００が接続されている。水圧駆動複動シリンダ１は、円筒形状のチューブ１ａ及びチューブ１ａ内を軸方向に摺動するピストン１ｂから構成されており、第１シリンダ室１ｃに複数ポート切替装置１００のＡポートが接続され、第２シリンダ室１ｄに複数ポート切替装置１００のＢポートが接続されている。

また、複数ポート切替装置１００のＰポート及びＴポートには、水供給源（液体供給源）２が接続されている。水の流れは、水供給源２からＰポート、Ｔポートから水供給源２となっている。符号３はポンプ、符号４はリリーフ弁である。

図４に示すように、作動流体がＡ－Ｔ間及びＢ－Ｐ間に流れ、Ａ－Ｐ間及びＢ－Ｔ間には流れない状態であれば、第１シリンダ室１ｃの水が水供給源２に流れ、水供給源２の水が第２シリンダ室１ｄに流れる。従って、ピストン１ｂは左側に移動する。

図６に示すように、作動流体がＡ－Ｔ間及びＢ－Ｐ間には流れず、Ａ－Ｐ間及びＢ－Ｔ間に流れる状態であれば、水供給源２の水が第１シリンダ室１ｃに流れ、第２シリンダ室１ｄの水が水供給源２に流れる。従って、ピストン１ｂは右側に移動する。

本実施形態に係る複数ポート切替装置１００は、複数の流路１１～１８と、複数の流路１１～１８の開閉を行う複数の流路開閉部材２１～２４と、複数の流路開閉部材２１～２４を連動させる連動機構３０とを備えたものである。そして、複数の流路開閉部材２１～２４は、複数の流路１１～１８に対して進退しながら開閉を行う部材であり、連動機構３０は、裏面３２が複数の流路開閉部材２１～２４の頭部に当接するように配置され、裏面３２の周方向に沿って複数の流路開閉部材２１，２２，２３，２４の頭部の収容量を変化させる凹部３３が形成された部材であり、連動機構３０が回転しながら複数の流路開閉部材２１～２４を進退させるようになっている。従って、複数の流路開閉部材２１～２４に対して連動機構３０を一対一で対応させる必要がないため、部品点数を少なくして装置の小型化や低コスト化を図ることができる。

また、複数ポート切替装置１００は、複数の流路開閉部材２１～２４がニードル弁であり、連動機構３０の裏面３２の凹部３３，３３がなだらかに形成されている。従って、連動機構３０が回転しながら複数の流路開閉部材２１～２４を徐々に開閉することでき、複数の流路１１～１８の流量を調整することができる。

また、複数ポート切替装置１００は、複数の流路１１～１８に流れる作動流体を水とした場合に特に適したものである。

このように、本実施形態に係る複数ポート切替装置１００は、部品点数を少なくして、装置の小型化や低コスト化を可能としたものである。

以上、本発明の実施形態に係る複数ポート切替装置について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。

例えば、流路開閉部材は、複数の流路に対して進退しながら開閉を行うものであれば、ニードル弁に限定されない。また、ポートの数、流路の数や接続構造、流路開閉部材の数や位置、連動機構の凹部の数や位置も限定されない。また、凹部３３は、全体を周方向に沿った溝状に形成せずに、幅広深部３３ａに相当する位置にだけ凹部を形成するようにしてもよい。

１ 水圧駆動復動シリンダ
２ 水供給源（液体供給源）
３ ポンプ
４ リリーフ弁
１１ 流路
１２ 流路
１３ 流路
１４ 流路
１５ 流路
１６ 流路
１７ 流路
１８ 流路
２１ 流路開閉部材
２２ 流路開閉部材
２３ 流路開閉部材
２４ 流路開閉部材
３０ 連動機構
３１ 回転軸
３２ 裏面
３３ 凹部
４０ 筐体
１００ 複数ポート切替装置

Claims (3)

1. 複数の流路と、該複数の流路の開閉を行う複数の流路開閉部材と、該複数の流路開閉部材を連動させる連動機構とを備えた複数ポート切替装置であって、
   前記複数の流路開閉部材は、前記複数の流路に対して進退しながら開閉を行う部材であり、
   前記連動機構は、裏面が前記複数の流路開閉部材の頭部に当接するように配置され、裏面の周方向に沿って前記複数の流路開閉部材の頭部の収容量を変化させる凹部が形成された部材であり、
   前記連動機構が回転しながら前記複数の流路開閉部材を進退させることを特徴とする複数ポート切替装置。
2. 前記複数の流路開閉部材はニードル弁であり、前記連動機構の裏面の凹部がなだらかに形成されており、
   前記連動機構が回転しながら前記複数の流路開閉部材を徐々に開閉して前記複数の流路の流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の複数ポート切替装置。
3. 前記複数の流路に流れる作動流体が水であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複数ポート切替装置。

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