JP2673925B2 - 電磁弁 - Google Patents

電磁弁

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JP2673925B2
JP2673925B2 JP4358064A JP35806492A JP2673925B2 JP 2673925 B2 JP2673925 B2 JP 2673925B2 JP 4358064 A JP4358064 A JP 4358064A JP 35806492 A JP35806492 A JP 35806492A JP 2673925 B2 JP2673925 B2 JP 2673925B2
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健 中嶋
哲朗 徳田
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エスエムシー株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体圧アクチュエータ
に連結される方向制御弁と減圧弁とを一体化した電磁弁
に関する。
【0002】
【従来の技術】特開平1−309105号公報には、空
気圧用リリーフ付減圧弁と称する弁が掲載されている。
この空気圧用リリーフ付減圧弁は、電磁切換弁を備えた
切換機構によって圧力特性を変えることができ、空気圧
用リリーフ付減圧弁を2個組み合わせて減圧機能と方向
制御機能とを持たせることができる。なお、空気圧用リ
リーフ付減圧弁の減圧弁本体には5種類あるが、何れも
十分な圧力バランスが実現されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、スプール弁
に減圧弁の機能をもたせ、それと電磁切換弁とを組み合
わせて電磁弁となし、減圧機能をもった1個の電磁弁で
流体圧モータ、単動形流体圧シリンダ等の流体圧アクチ
ュエータを操作することができるようになすことを課題
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を達
成するために、電磁切換弁と主弁機構と弁操作機構とを
備えた電磁弁であって、主弁機構のスプールにはPポー
ト、Aポート、Rポートが連通され、弁操作機構の出力
部材が小径部を介してスプールの一端に連結され、出力
部材の一側に調圧スプリング又は圧力設定機構の設定圧
が作用して出力部材が他側の方向に付勢され、出力部材
の他側はピストン室に面しており、スプールの一端側は
スプール室に面するとともにスプールの他端側はフィー
ドバック室に面しており、フィードバック室はフィード
バック通路を介してAポートに連通され、出力部材には
スプールを一方向に移動させる第1位置と、スプールに
反対方向への力を作用させる第2位置とがあり、第1位
置と第2位置との切換は電磁切換弁操作してピストン
室及びスプール室内の圧力を制御することによって行わ
れ、Pポートに流体圧を供給すると、第1位置の場合は
AポートとRポートとが連通されて流体がRポートから
排出され、第2位置の場合は、Aポートの圧力が設定圧
力より低いときはAポートがPポートと連通され、Aポ
ートの圧力が設定圧力より高いときはAポートがRポー
トと連通され、Aポートの圧力が設定圧力に等しいとき
はAポートがPポートとRポートから遮断されて、Aポ
ート側が設定圧力に維持されるように構成したものであ
る。ここに、ピストン室及びスプール室内の圧力を制御
するとは、ピストン室及びスプール室の一方の圧力を制
御し他方は所定圧に維持する場合を含むものと解釈すべ
きである。
【0005】
【作用】Pポートに流体圧を供給すると、電磁切換弁の
操作によって、弁操作機構の出力部材がスプールを一方
向に移動させる第1位置、又はスプールに反対方向への
力を作用させる第2位置とに切換えられる。第1位置の
ときAポートとRポートとが連通されて、Aポート側の
流体がRポートに戻される。第2位置のときAポートが
Pポート又はRポートと連通されて、流体がPポートか
らAポートへ流れ、又はAポートからRポートに逃がさ
れて、Aポート側が設定圧以下に維持される。
【0006】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例の電磁弁を示
す。主弁本体75の右面に調整部本体2が連設され、調整
部本体2の右面にカバー10が載置され、固定される。主
弁本体75の長手方向の中央部にはスリーブ挿通孔76が貫
通され、スリーブ挿通孔76に右側から順次、連通孔付の
リング78、スリーブ77、セッティングブロック80が配設
され、主弁本体75及びセッティングブロック80の左側に
端部材82が当接され固定される。スリーブ77の外側部分
及びスリーブ挿通孔76の内壁部分に、右側から順に環状
溝87、88、89が形成され、環状溝87、88、89の相互の
間、環状溝87の右側及び環状溝89の左側の位置で、スリ
ーブ77の外周面とスリーブ挿通孔76の内壁との間にOリ
ングが配設される。主弁本体75の側部のブロックにPポ
ート、Aポート及びRポートが開口され、Pポート、A
ポート及びRポートは連通路90、91及び92を介して環状
溝89、88及び87にそれぞれ連通され、環状溝89、88及び
87は通路を介してそれぞれスリーブ77の内孔に連通され
る。そして、環状溝89は一次圧室に相当し、環状溝88は
二次圧室に相当し、環状溝87は排気室に相当する。セッ
ティングブロック80の外側部分及びスリーブ挿通孔76の
内壁部分に環状溝94が形成され、連通路91はフィードバ
ック通路93を介して環状溝94に連通され、環状溝94は孔
81を介してセッティングブロック80の内孔に連通され
る。スリーブ77の内孔にスプール83が摺動自在に挿通さ
れ、スプール83には所定間隔だけ離れた位置に、右側か
ら第1ランド84及び第2ランド85が配設され、第1ラン
ド84の右側に小径部86が形成される。第1ランド84及び
第2ランド85の間隔は、スプール83が右位置にあるとき
環状溝87と環状溝88のみが連通され、スプール83が左位
置にあるとき環状溝89と環状溝88のみが連通され、中央
位置にあるとき環状溝88が環状溝87及び89との連通が遮
断される大きさにされる。
【0007】調整部本体2には、スプリング室29と小径
のシリンダ部とが長手方向に連続して形成され、スプリ
ング室29は調整部本体2の右面に開口される。シリンダ
部にはピストン6(出力部材)が摺動自在に嵌合され、
ピストン6のねじ孔に小径部86の先端部が螺合され、連
結され、ピストン6の受圧直径と第1ランド84・第2ラ
ンド85の直径とは同一である。ピストン6の外周とシリ
ンダ部との間にはOリングが配設され、小径部86の外周
とその挿通孔との間にもOリングが配設される。なお、
小径部86は環状板体に挿通されているが、この環状板体
を調整部本体2と一体にしてもよい。ピストン6の左側
の室をピストン室95と称し、ピストン6の右側の室はス
プリング室29となる。スプリング室29にはスプリング受
け31が挿通され、スプリング受け31とピストン6との間
に調圧スプリング32が介装される。カバー10のねじ孔に
は調整ねじ33が螺合され、調整ねじ33の左端の小径部が
スプリング受け31の孔部に嵌合され、調整ねじ33を回転
することによりスプリング受け31を移動することができ
る。調整部本体2及びカバー10の側面(図1で上側面)
に電磁切換弁3が連結され、電磁切換弁3の側面(図1
で下側面)には、左側からPポート、Aポート、Rポー
トが順次に開口される。電磁切換弁3は、オフ(電気が
遮断状態)のときは弁体が左位置にあってAポートとR
ポートとが連通され、オン(電気が通電状態)のときは
弁体が右位置にあってPポートとAポートとが連通され
る。電磁切換弁3のRポートは排気ポート9を介して大
気に連通され、スプリング室29は通路34を介して大気に
連通される。リング78の段部にクッション79が固定さ
れ、リング78・クッション79と第1ランド84との間の空
間がスプール室96となる。環状溝89(一次圧室)と電磁
切換弁3のPポートとが通路37によって連通され、通路
37とピストン室95とが通路38によって連通され、電磁切
換弁3のAポートとスプール室96とが通路39によって連
通される。なお、第1実施例において、ピストン6に代
えダイヤフラムを用いることができ、ピストン6に代え
ダイヤフラムを用いたものも第1実施例に含まれる。
【0008】本発明の第1実施例の電磁弁の作用につい
て説明する。エアは、電磁切換弁3の位置に関係なく、
常にPポート、連通路90、環状溝89(一次圧室)、通路
37、38を通ってピストン室95に流入する。電磁切換弁3
がオフのとき、電磁切換弁3の弁体が左位置にあって電
磁切換弁3のAポートとRポートとが連通されるので、
スプール室96は通路39、電磁切換弁3のAポート・Rポ
ート等を通って大気に連通する。ピストン室95内のエア
がピストン6に右向きの力を作用させ、この右向きの力
が調圧スプリング32の当初の弾発力に打ち勝ち、ピスト
ン6が図1で右方向に移動する。ピストン6・スプール
83の移動により、スプール83が右位置に移動して、環状
溝88と87とが連通され、環状溝89が閉鎖される。従っ
て、一次圧室(環状溝89)と二次圧室(環状溝88)との
連通は遮断され、Aポートは連通路91、環状溝88、スプ
ールのパッセージ、環状溝87、連通路92を介してRポー
トに連通され、Aポート側(出口側)のエアは大気に排
出される。つまり、電磁切換弁3がオフのとき、一次圧
室(環状溝89)と二次圧室(環状溝88)との連通は遮断
され、閉鎖される。次に電磁切換弁3がオンとなると、
電磁切換弁3の弁体が右位置に切り換えられ、電磁切換
弁3のPポートとAポートとが連通され、エアが一次圧
室(環状溝89)から通路37、電磁切換弁3のPポート・
Aポート、通路39を通ってスプール室96にも流入する。
こうしてピストン室95及びスプール室96にエアが供給さ
れ、ピストン6と第1ランド84の受圧面積は同一で作用
する力の方向は反対であるので、ピストン6と第1ラン
ド84に作用するエアの力は相殺される。ピストン6・ス
プール83は、調圧スプリング32の左向きの弾発力を受け
て左方に移動し、第1ランド84及び第2ランド85が環状
溝87と一次圧室(環状溝89)との連通を遮断し、次い
で、環状溝87が第1ランド84によって閉鎖され、二次圧
室(環状溝88)と一次圧室(環状溝89)とがスプール83
のパッセージを介して連通される。エアは、一次圧室
(環状溝89)からスプール83のパッセージ、二次圧室
(環状溝88)、連通路91、Aポートを通って目的箇所へ
送られる。そして、Aポート側(出口側)の圧力が設定
圧に達すると、その圧力が連通路91、フィードバック通
路93、環状溝94、孔81を介してフィードバック室19に伝
わり、第2ランド85の左面に作用する右向きの力が調圧
スプリング32の左向きの弾発力に打ち勝つ。ピストン6
・スプール83が右方へ移動し、第2ランド85が一次圧室
(環状溝89)を閉鎖すると同時に、第1ランド84が排気
室(環状溝87)を閉鎖し、二次圧室(環状溝88)は密閉
される。従って、一次圧室(環状溝89)と二次圧室(環
状溝88)、および二次圧室(環状溝88)と排気室(環状
溝87)との連通が遮断され、二次圧の上昇は停止する。
一方、二次圧のオーバシュート分があった場合には、ピ
ストン6・スプール83が更に右方へ移動し、環状溝89は
閉鎖されたまま環状溝88と87が連通し、エアはリリーフ
され所定の圧力に設定される。次にAポート側の圧力が
設定圧より低下すると、ピストン6・スプール83が再び
左方へ移動し、一次圧室(環状溝89)と二次圧室(環状
溝88)とが連通されて、PポートからAポート側にエア
が流れる。調整ねじ33を回転させて調圧スプリング32の
設定を変え、設定圧を変更すると、新しい設定圧を基準
にして前記と同様に作用する。つまり、電磁切換弁3が
オンのとき、一次圧室と二次圧室とが連通され、開放さ
れるが、減圧弁の機能により設定圧に達すると閉鎖され
る。このように電磁切換弁3がオンのときには、本発明
の電磁弁が減圧弁の機能をも奏するので、本発明の電磁
弁を減圧機能付電磁弁と称することができる。本発明の
電磁弁1個で通常の電磁弁と減圧弁の機能を有するの
で、コストの低下と取付工数の減少を実現することがで
きる。
【0009】本発明の第1実施例の変形例について説明
する。第1実施例の変形例の構成は、第1実施例の構成
における通路37、通路38及び通路39について変更をした
ものである。即ち、第1実施例の変形例においては、通
路38及び通路39が除去され、環状溝89(一次圧室)と電
磁切換弁3のPポートとが通路37によって連通され、電
磁切換弁3のAポートとピストン室95とが通路Y(図示
せず)によって連通され、スプール室96が通路(図示
せず)を介して電磁切換弁3のRポート又は大気に連通
され、その余の構成は第1実施例と同一である。
【0010】本発明の第1実施例の変形例の電磁弁の作
用について説明する。エアは、Pポート、連通路90、一
次圧室(環状溝89)、通路37を通って電磁切換弁3のP
ポートに達する。電磁切換弁3がオフのとき、電磁切換
弁3のAポートとRポートとが連通され、ピストン室95
は通路Y、電磁切換弁3のAポート・Rポートを介して
大気に連通される。ピストン室95及びスプール室96が共
に大気に連通され大気圧となるので、ピストン6・スプ
ール83には調圧スプリング32の弾発力のみが作用する。
この状態は第1実施例の電磁切換弁3がオンのときと同
じであり、第1実施例の電磁切換弁3がオンのときと同
様に作動して、エアは、一次圧室(環状溝89)からスプ
ール83のパッセージを通って二次圧室(環状溝88)、連
通路91、Aポートを通って目的箇所へ送られる。そし
て、Aポート側(出口側)の圧力が設定圧に達すると、
その圧力が連通路91、フィードバック通路93、環状溝9
4、孔81を介してフィードバック室19に伝わり、第1ラ
ンド85の左面に作用する右向きの力が調圧スプリング32
の左向きの弾発力に打ち勝つ。ピストン6・スプール83
が右方へ移動し、第2ランド85が一次圧室(環状溝89)
を閉鎖し、一次圧室(環状溝89)と二次圧室(環状溝8
8)との連通が遮断され、二次圧の上昇は停止する。一
方、二次圧のオーバシュート分があった場合には、ピス
トン6・スプール83が更に右方へ移動し、環状溝89は閉
鎖されたまま環状溝88と87が連通し、エアはリリーフさ
れ所定の圧力に設定される。つまり第1実施例の変形例
では、電磁切換弁3がオフのとき、一次圧室と二次圧室
とが連通され、開放されるが、減圧弁の機能により設定
圧に達すると閉鎖される。電磁切換弁3がオンになる
と、電磁切換弁3弁体が切り換えられて、電磁切換弁3
弁体のPポートとAポートとが連通されるので、エアが
一次圧室(環状溝89)から通路37、電磁切換弁3弁体の
Pポート・Aポート、通路Yを通ってピストン室95に流
入する。この状態は第1実施例の電磁切換弁3がオフの
ときと同じであり、第1実施例の電磁切換弁3がオフの
ときと同様に作動して、ピストン室95内のエアがピスト
ン6に右向きの力を作用させ、この右向きの力が調圧ス
プリング32の当初の弾発力に打ち勝ち、ピストン6が右
方へ移動する。ピストン6、スプール83の右方への移動
により、第2ランド85が一次圧室(環状溝89)を閉鎖
し、二次圧室(環状溝88)と環状溝87との間が連通され
る。従って、一次圧室(環状溝89)と二次圧室(環状溝
88)との連通は遮断され、Aポートは連通路91、二次圧
室(環状溝88)、スプール83のパッセージ、環状溝87、
連通路92を介してRポートに連通され、Aポート側(出
口側)のエアは大気に排出される。つまり第1実施例の
変形例では、電磁切換弁3がオンのとき、一次圧室と二
次圧室との連通は遮断され、閉鎖される。
【0011】図2は、本発明の第2実施例の圧力設定機
構を示す。弁本体101 の左端面にスプリング室本体102
が連結され、スプリング室本体102 内にはカップ状の押
圧部材111 が重合わされ、押圧部材111 内にスプリング
室103 が形成される。弁本体101 の軸方向の中心に多段
付の孔が形成され、図2で右端部が一次圧室104 とな
り、左端部がスプリング室103 に面する位置に開口され
ている。一次圧室104 の段部から順次に弁座部材106 、
環状で通路付のスペーサ107 、環状の押圧体108、押さ
えリング109 、ダイヤフラム110 が挿入され、これらは
スプリング室本体102 内の押圧部材111 によって押圧さ
れ、固定されている。弁座部材106 の中央には連通路11
2 が形成され、連通路112 の外壁で一次圧室104 側の部
分に弁座113 が形成されている。一次圧室104 内に、逃
がし孔114 付で略カップ状のポペット弁115 が摺動自在
に配設され、ポペット弁115 はスプリング116 によって
弁座113 に押圧されている。ポペット弁115 の内側は通
路117 を介してRポートに連通され、一次圧室104 は通
路118 を介してPポートに連通される。ダイヤフラム11
0 はシェル120 及びシェル121 によって挟持され、弁本
体101 側のシェル120にはプッシュロッド122 が突設さ
れ、プッシュロッド122 の先端の小径部は弁座部材106
の連通路112 に及ぶ。シェル120 及びプッシュロッド12
2 の周りの空間が二次圧室105 となり、二次圧室105 は
スペーサ107 内の通路及び弁本体101 内の通路119 を介
してAポートに連通される。スプリング室103 内にはス
プリング受け123 が配設され、スプリング受け123 とシ
ェル121 との間に調圧スプリング124 が介装され、スプ
リング受け123 は調整ねじ125 によって移動される。
【0012】圧力設定機構のRポートは大気に連通さ
れ、Pポートは圧力源に連通され、Aポートは第1実施
例及びその変形例のスプリング室29に連通され、スプリ
ング室29は通路34等を閉じて密閉される。Pポートにエ
アが供給されないとき、プッシュロッド122 は調圧スプ
リング124 によって押圧され、プッシュロッド122 の先
端がポペット弁115 に当接してポペット弁115 の逃がし
孔114 を閉鎖し、一次圧室104 と二次圧室105 とが連通
される。調整ねじ125 の回転により調圧スプリング124
がダイヤフラム110 に作用する力を変え、Aポート側の
設定圧力が調整される。Pポートにエアを供給し、エア
は通路118 、一次圧室104 、連通路112 、二次圧室105
、通路119 を通ってAポートに流れる。Aポート側の
圧力が設定圧力に達すると、ダイヤフラム110 に作用す
る力が調圧スプリング124 の力に打ち勝ち、プッシュロ
ッド122 がスプリング室103 の方向に移動し、ポペット
弁115が弁座113 に当接し、ポペット弁115 が閉じる。
従って、一次圧室104 と二次圧室105 との連通が遮断さ
れ、二次圧の上昇は停止する。一方、二次圧のオーバシ
ュート分があった場合には、ダイヤフラム110 ・プッシ
ュロッド122 が更に図2で左方へ移動し、プッシュロッ
ド122 がポペット弁115 から離れてエアをリリーフし、
所定の圧力に設定する。Aポート側の圧力が所定圧以下
に下降すると、調圧スプリング124 の力によってポペッ
ト弁115 が開き、エアが一次圧室104 から二次圧室105
へと流れる。こうして、減圧弁の機能を有する圧力設定
機構が構成される。
【0013】本発明の第2実施例は図2に示す圧力設定
機構を第1実施例及びその変形例に適用したものであ
る。第2実施例の構成は、圧力設定機構のAポートが第
1実施例及びその変形例のスプリング室29に連通され、
スプリング室29内の調圧スプリング32、スプリング受け
31、調整ねじ33が除去され、スプリング室29は通路34等
を閉じて密閉され、圧力設定機構によって設定された圧
力が導入され、その余の構成は第1実施例及びその変形
例と同じである。第2実施例では、調圧スプリング32に
代わって設定圧力が第1ピストン6又は第1ダイヤフラ
ムに働き、第1実施例及びその変形例と同様に作用す
る。しかも、図2に示す圧力設定機構は調圧スプリング
32よりも相当に小型であるので、調整部本体2を小型化
でき、第2実施例の電磁弁の小型化が実現される。
【0014】第2実施例の変形例として、第1ピストン
6の右側に第1ピストン室95を配設し、通路38を連通さ
せ、スプリング室29を第1ピストン6の左側に配設し、
そして第2実施例のRポートを第2実施例の変形例のP
ポートとなして通路37を連通させ、第2実施例のPポー
トを第2実施例の変形例のRポートとなす。そして、ス
プール室96をフィードバック室となして通路93を連通さ
せ、フィードバック室19をスプール室となして通路39を
連通させることができる。こうした構成の第2実施例の
変形例においては、ピストン及びスプール83の移動方向
は第2実施例とは反対の方向であるが、第2実施例と同
じ作用を奏する。
【0015】
【発明の効果】本発明においては、Pポートに流体圧を
供給すると、電磁切換弁の操作によって、弁操作機構の
出力部材がスプールを一方向に移動させる第1位置、又
はスプールに反対方向への力を作用させる第2位置とに
切換えられる。第1位置のときAポートとRポートとが
連通されて、Aポート側の流体がRポートに逃がされ
る。第2位置のときAポートの圧力が設定圧力より低い
ときはAポートがPポートと連通されてPポート側の流
体がAポートに流入し、Aポートの圧力が設定圧力より
高いときはAポートがRポートと連通されてAポート側
の流体がRポートに逃がされ、Aポートの圧力が設定圧
力に等しいときはAポートがPポートとRポートから遮
断されて、Aポート側が設定圧力に維持される。従っ
て、本発明の減圧機能をもった1個の電磁弁で流体圧モ
ータ、単動形流体圧シリンダ等の流体圧アクチュエータ
を操作することができる。また、本発明の電磁弁は、
操作機構の出力部材が小径部を介してスプールの一端に
連結され、出力部材の一側に調圧スプリング又は圧力設
定機構の設定圧が作用して出力部材が他側の方向に付勢
され、出力部材の他側はピストン室に面しており、スプ
ールの一端側はスプール室に面するとともにスプールの
他端側はフィードバック室に面しており、フィードバッ
ク室はフィードバック通路を介してAポートに連通され
ており、従来の電磁弁に減圧弁を組み合わせたものより
も少ない部品で構成され、従来の電磁弁に減圧弁を組み
合わせたものと同じ作用をさせることができ、小型化と
コスト低減を実現させることができる。従来、減圧弁と
電磁切換弁とを直列に接続し、エア源からのエアを所定
圧力に減圧してアクチュエータに供給することが行われ
ていた。この場合、減圧弁の流路断面積をS1 、電磁切
換弁の流路断面積をS2 、「減圧弁+電磁切換弁」の有
効流路断面積をSとすると、 1/S2 =1/S1 2 +1/S2 2 の関係があり、S1 =S2 =1とすると、S≒0.71と小
さくなってしまう。これに対して、本発明の電磁弁で
は、単一の主弁本体のみによって流体の流れを変え、切
換又は減圧設定できるので、減圧弁と電磁切換弁とを直
列に接続した従来のものと等価な電磁弁を小形にするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の断面図である。
【図2】本発明の第2実施例に使用される圧力設定機構
の断面図である。
【符号の説明】
3 電磁切換弁 6 ピストン(出力部材) 83 スプール

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁切換弁と主弁機構と弁操作機構とを
    備え、主弁機構のスプールにはPポート、Aポート、R
    ポートが連通され、弁操作機構の出力部材が小径部を介
    してスプールの一端に連結され、出力部材の一側に調圧
    スプリング又は圧力設定機構の設定圧が作用して出力部
    材が他側の方向に付勢され、出力部材の他側はピストン
    室に面しており、スプールの一端側はスプール室に面す
    るとともにスプールの他端側はフィードバック室に面し
    ており、フィードバック室はフィードバック通路を介し
    てAポートに連通され、出力部材にはスプールを一方向
    に移動させる第1位置と、スプールに反対方向への力を
    作用させる第2位置とがあり、第1位置と第2位置との
    切換は電磁切換弁操作してピストン室及びスプール室
    内の圧力を制御することによって行われ、Pポートに流
    体圧を供給すると、第1位置の場合はAポートとRポー
    トとが連通されて流体がRポートから排出され、第2位
    置の場合は、Aポートの圧力が設定圧力より低いときは
    AポートがPポートと連通され、Aポートの圧力が設定
    圧力より高いときはAポートがRポートと連通され、A
    ポートの圧力が設定圧力に等しいときはAポートがPポ
    ートとRポートから遮断されて、Aポート側が設定圧力
    に維持される電磁弁。
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