JP2749274B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスプール弁に係り、詳し
くは空気等の流体の方向制御を行う方向制御電磁弁とし
て使用されるスプール弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にスプール弁は、複数のポートと各
ポート間の弁座を有する弁本体と、この弁本体の内部に
形成されたスプール室に摺動可能に収容されたスプール
とから構成されている。スプールは複数の周溝とこの周
溝にそれぞれ嵌着されたＯリング（パッキン）を有して
いる。そして、スプールは電磁ソレノイド等にてスプー
ル室内で複数の所定位置に切り換え配置される。この結
果、各周溝に嵌着されたＯリングが対応する弁座に当接
あるいは離間することにより、各ポート間の流路が連通
又は遮断される。

【０００３】スプールが、Ｏリングが弁座に当接しない
位置から弁座に当接する直前の位置まで移動すると、流
路断面積が著しく小さくなり、Ｏリングと弁座部分にお
いて上流側から下流側に流れるエアの流速が速くなる。
この時、Ｏリング全体は外周側に引っ張る力を受け、Ｏ
リング全体が拡開するように変形して周溝の外周側に移
動する。その結果、Ｏリングは周溝の底面から浮き上が
り、エアがＯリングと底面の間に回り込むようになる。

【０００４】この状態で、スプールがさらに移動する
と、Ｏリングは周溝の底面から浮き上がった状態で弁座
の側面と周溝の側面との間で挟まれる状態になって、エ
アの流路が無くなる。この時、浮き上がった状態で挟ま
れたＯリングには、両ポート間のエア圧力差が作用し、
Ｏリングはさらに拡開するように変形されてさらには周
溝の外周側に移動する。この状態でスプールがさらに移
動すると、Ｏリングは弁座と周溝の外周端との間に噛み
込まれることになる。この結果、スプールの動作不良が
起きる。又、Ｏリングが損傷し、エアの漏れ不良を起こ
す。

【０００５】このような問題を解決するため、実開平６
−１６７７６号公報に開示されるスプール弁では、図６
に示すように、ポートＰ1 ，Ｐ2 が形成されるスリーブ
３１のポートＰ1 ，Ｐ2 間の弁座３２の側面（即ち、弁
座３２と下流側のポートＰ2との交差部）３３にスリッ
ト３４を設けている。スプール３５が左側（図６におい
て）に移動して、Ｏリング３６が交差部３３と周溝３７
の側面との間で挟まれる状態になると、図６に矢印で示
すようにエアが交差部３３に形成されたスリット３４を
通って上流側のポートＰ1 側から下流側のポートＰ2 側
に流れる。この結果、Ｏリング３６がポートＰ1 ，Ｐ2
間のエア圧力差によりさらに拡開するように変形するこ
とを防ぐことができるようになっている。従って、Ｏリ
ング３６が周溝３７の外周側に過度に移動した状態で弁
座に当接しないため、０リング３６が弁座３２と周溝３
７の外周端との間で挟み込まれないようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のスプ
ール弁は、弁本体に対してスリーブ３１を嵌着させた構
成である。つまり、弁本体において、弁座３２及び交差
部３３を形成することは比較的容易に形成することがで
きる。しかしながら、交差部３３にスリット３４を形成
することは、非常に高度な技術が必要になるとともに精
度を保つために加工に非常に長い時間を要する。そこ
で、加工を容易に行うため、弁本体とは別部材であるス
リーブ３１に対して弁座３２及び交差部３３を形成する
とともに、その交差部３３にスリット３４を形成する。
そして、そのスリーブ３１を弁本体に嵌着させることに
よりスプール弁を形成している。

【０００７】従って、このスプール弁においては、スリ
ーブ３１という別部品が発生し部品管理項目が増えると
ともに、組立工数が多くなるという問題がある。又、Ｏ
リング３６が押圧される交差部３３にスリット３４が形
成されているため、スプール３５の繰り返し動作により
Ｏリング３６がスリット３４部分に繰り返し押圧され
る。この結果、Ｏリング３６がスリット３４の角部に繰
り返し押圧されてＯリング３６が損傷し易くなる。Ｏリ
ング３６が損傷すると、Ｏリング３６にて隔絶されるポ
ートＰ１，Ｐ２の間の気密性が損なわれる。そこで、損
傷を軽減させるために、形成したスリット３４の角部を
Ｒ状加工することが考えられるが、加工工数が増加する
という問題がある。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は部品点数、組立工数及び
加工工数を多くすることなく、スプールに嵌着されるパ
ッキンの拡開による動作不良及び流体の漏れを防ぐこと
ができるスプール弁を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、複数のポート及びこれら
のポート間の弁座を有する弁本体と、複数の周溝及びこ
れらの周溝に嵌着されたパッキンを有し前記弁本体内を
摺動するスプールとを備え、前記パッキンの前記弁座へ
の接離により各ポート間の流路を通断するスプール弁に
おいて、前記スプールの周溝と弁座との間に形成される
流路の下流側となる周溝の側面に周溝の底面と外周端と
を連通する溝を設けた。

【００１０】又、請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の発明において、溝をスプールの軸線に対して周溝
にほぼ等間隔で複数個形成した。又、請求項３に記載の
発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
溝をスプールの軸線に対して径方向に延びるように形成
した。

【００１１】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、弁座
と周溝の間で形成される流路の下流側にあるスプールの
周溝が上流側の弁座側に移動すると、この流路を下流側
に流れる流体の作用によりパッキンが周溝の外周側に拡
開するように変形して周溝の底面から離れる。そして、
この状態でパッキンの外周部が弁座の側面に当接する
と、流路を下流側に流れる流体はパッキンと周溝の溝と
で形成される流路を通って下流側に流れる。この結果、
流路の上流側と下流側の圧力差によりパッキンに作用す
る力が過大になることがないため、パッキンが周溝の外
周側に過度に押し出されることがない。従って、スプー
ルの上流側への移動により、周溝の外周側に拡開するよ
うに変形したパッキンが周溝の内部に押し戻されて収容
される。

【００１２】又、請求項２に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明の作用に加えて、各溝からほぼ均等に
流体が下流側に流出するため、上流側と下流側の圧力差
に基づく力が均等に作用する。この結果、パッキンの特
定部分が周溝の外周側に過度に押し出されることがな
い。

【００１３】又、請求項３に記載の発明によれば、請求
項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、溝から
下流側に流出する流体の抵抗が最小になるため、パッキ
ンに作用する力が小さくなる。この結果、パッキンに作
用する力が最小になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を２位置５ポートタイプの電磁
操作スプール弁に具体化した一実施例を図１〜図５に従
って説明する。尚、本実施例では、電磁操作スプール弁
のスプールに特徴があるので、その構造のみを詳述す
る。

【００１５】図２に示すように、本実施例の電磁操作ス
プール弁１は、電磁ソレノイド部２、手動弁部３及びス
プール弁部４とから構成されている。電磁ソレノイド部
２は、電磁コイル５、プランジャ６等から構成されてい
る。又、手動弁部３には手動軸７が備えられている。そ
して、電磁ソレノイド部２には外部からパイロットエア
が供給される。すると、電磁ソレノイド部２からスプー
ル弁部４に連通する一対の流路８Ａ，８Ｂの一方の流路
８Ａからスプール弁部４にパイロットエアが供給され
る。電磁ソレノイド部２に外部から駆動信号が入力され
ると電磁コイル５が励磁されてプランジャ６が一方の位
置から他方の位置に切り換え配置される。この結果、電
磁ソレノイド部２からは、他方の流路８Ｂからスプール
弁部４にパイロットエアが供給されるようになってい
る。又、手動弁部３の手動軸７を操作している間は、２
つの流路８Ａ，８Ｂが連通される。

【００１６】スプール弁部４は、弁本体９、スプール１
０及びピストン１１から構成されている。弁本体９の内
部にはスプール室１２が形成され、このスプール室１２
の上側（図２において）には出力ポートＡ，Ｂが、同じ
く下側には入力ポートＰ及び排出ポートＲ１，Ｒ２がそ
れぞれ形成されている。又、同じく、スプール室１２の
両側にはそれぞれピストン室１３が形成されている。さ
らに、スプール室１２の内部には、排出ポートＲ１と出
力ポートＡの間、出力ポートＡと入力ポートＰの間、入
力ポートＰと出力ポートＢの間、出力ポートＢと排出ポ
ートＲ２の間にそれぞれ弁座１４が形成されている。
又、排出ポートＲ１と右側（図２において）ピストン室
１３の間、及び、排出ポートＲ２と左側ピストン室１３
の間にもそれぞれ弁座１５が形成されている。尚、各ピ
ストン室１３にはそれぞれ電磁ソレノイド部２に連通す
る一対の流路８Ａ，８Ｂの何れか一方が連通されてい
る。

【００１７】図３に示すように、スプール１０は、全体
がほぼ棒状に形成され、その両端にはそれぞれピストン
１１が連結されている（図３ではピストン１１を取り外
した状態を示す。）。スプール１０の両端には、それぞ
れ周溝１６が形成されている。又、スプール１０におい
て、両周溝１６の間には４個の周溝１７が形成されてい
る。各周溝１７は円筒状の底面１７ａと、底面１７ａの
両辺に交わる中空円板状の側面１７ｂとから構成されて
いる。又、図４に示すように、周溝１７の両側面１７ｂ
には、径方向に延びる溝１８が等しい角度間隔で４箇所
に形成されている。各溝１８の延びる方向に垂直な断面
はほぼ半円状に形成されている。尚、本実施例では、各
溝１８は、スプール１０の軸線に対して同じ角度位置に
形成されている。各周溝１６，１７には、それぞれパッ
キンとしてのＯリング１９が嵌着されている（図３では
省略）。

【００１８】スプール１０の周溝１６のＯリング１９は
弁座１５に常時当接されている。又、同じく周溝１７の
Ｏリング１９は弁座１４に当接する位置と、弁座１４か
ら入力ポートＰ又は排出ポートＲ１，Ｒ２側に移動した
位置に切り換え配置される。

【００１９】次に、以上のように構成された電磁操作ス
プール弁の作用について説明する。電磁ソレノイド部２
にパイロットエアが供給され、流路８Ａを介してピスト
ン室１３にエアが供給されると、ピストン１１によりス
プール１０が右側から左側に切り換え配置される。この
結果、排出ポートＲ２側の弁座１４に対向しない位置に
あった周溝１７は弁座１４に対向する位置に移動する。
この状態では、出力ポートＢと排出ポートＲ２の間に流
路が形成される。この流路では、出力ポートＢ側が上流
側になり、排出ポートＲ２側が下流側になる。

【００２０】図１に示すように、周溝１７のＯリング１
９が弁座１４の傾斜した側面２０に当接する少し前の位
置まで移動すると出力ポートＢと排出ポートＲ２間の流
路が絞られるため、Ｏリング１９の外周部を流れるエア
の流速が速くなる。この結果、Ｏリング１９全体に外周
側に引っ張られる力が作用するため、Ｏリング１９は全
体が拡開するように変形して周溝１７の外周側に移動す
る。従って、Ｏリング１９は周溝１７の底面１７ａから
浮き上がり、Ｏリング１９と底面１７ａとの間にエアが
回り込む。

【００２１】スプール１０がさらに左側に移動して、Ｏ
リング１９の外周部が弁座１４の側面２０に当接する
と、図１に矢印で示すように、出力ポートＢ側のエアは
Ｏリング１９と周溝１７の側面１７ｂの４個の溝１８と
で形成される流路のみを通って排出ポートＲ２側に流れ
るようになる。この結果、エアが流れる流路が溝１８の
流路断面積以下にならないため、拡開するように変形し
て周溝の外周側にはみ出したＯリング１９に両ポート
Ｂ，Ｒ２側のエア圧力差に基づく過大な力が作用するこ
とはない。従って、過大なエア圧力差によりＯリング１
９が周溝１７の外側に押し出されることはない。

【００２２】そして、この状態でスプール１０がさらに
左側に移動すると、Ｏリング１９を周溝１７の外周側に
押し出す方向に作用する力が過大でないため、周溝１７
から押し出された状態のＯリング１９が弁座１４の側面
２０に沿って周溝１７側に押し戻される。この結果、図
５に示すように、Ｏリング１９は弁座１４と周溝１７の
外周端との間に噛み込まれることなく、周溝１７の底面
１７ａに当接するとともに弁座１４に正常に当接するた
め、スプール１０の動作不良が起きることなくスムーズ
なスプール動作を行うことができる。又、Ｏリング１９
が噛み込まれることがないので、Ｏリング１９の損傷が
なくなるため、耐久性（即ち、気密性）が向上する。
尚、他の周溝１７のＯリング１９がスプール１０の動作
により弁座１４に当接する場合も同じであるため、その
説明を省略する。

【００２３】以上詳述したように、本実施例の電磁操作
スプール弁１によれば、Ｏリング１９が弁座１４の側面
２０に当接した状態で、スプール１０の周溝１７の側面
１７ｂに形成した溝１８を介して流路の下流側にエアを
流出させるようにした。この結果、Ｏリング１９がエア
圧力差により過度に拡開するのを防止することができる
ため、Ｏリング１９の弁座１４と周溝１７の外周端との
間への噛み込みを防止することができる。

【００２４】又、溝１８はスプール１０の周溝１７の側
面１７ｂに形成するようにしたので、溝１８の加工形成
を容易に行うことができる。従って、弁本体をスリーブ
とハウジングとで構成し、スリーブを溝１８を形成する
側のポートで分割したスリーブとし、溝１８の加工形成
後にハウジングに嵌入組立するといった構成にする必要
がない。この結果、部品点数・加工工数・組立工数を最
小限にすることができる。さらに、従来のように、弁本
体の弁座１４の側面２０にスリットを設けないため、Ｏ
リング１９の気密に関与する面がスリットに繰り返し押
圧されることにより損傷することはない。

【００２５】又、本実施例によれば、周溝１７の側面１
７ａに等間隔で４個の溝１８を設けたので、Ｏリング１
９が弁座１４の側面２０に当接した状態で流路の上流側
と下流側の圧力差によりＯリング１９に作用する力が、
Ｏリング１９全体にほぼ均等に作用する。従って、Ｏリ
ング１９の特定部分が周溝の外周側に過度に押し出され
ることはないため、Ｏリング１９全体の拡開を均等に防
止することができる。

【００２６】さらに、本実施例によれば、溝１８を周溝
１７の側面１７ｂにスプール１０の軸線の径方向に形成
したので、溝１８の長さが最短になる。この結果、流路
の上流側と下流側とのエア圧力差により溝１８を流れる
エアに対する抵抗が小さくなるため、Ｏリング１９に作
用する力を最も小さくすることができる。従って、エア
圧力差によりＯリング１９に作用する力を効果的に削減
し、０リング１９の拡開を抑制することができる。

【００２７】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のように構成することもできる。 （１） 上記実施例の電磁操作スプール弁１は、２位置
５ポートタイプであるため、Ｏリング１９の一方の側の
みから弁座１４に当接する。従って、周溝１７の両側面
１７ｂに溝１８を形成する必要はなく、弁座１４に最初
に当接する側の反対側の側面１７ｂにのみ溝１８を設け
た構成であってもよい。尚、３位置以上のタイプのスプ
ール弁では、弁座に対して周溝１７がその両側から当接
するため、周溝１７の両側面１７ｂにそれぞれ溝１８を
設けるようにする。

【００２８】（２） 溝１８は周溝１７の底面１７ａと
側面１７ｂの外周端を連通するものであればよく、必ず
しも径方向に直線状に延びるように形成したものに限ら
ない。例えば、底面１７ａ側から二次曲線的な形状で外
周端に連続するように形成された溝１８等の溝１８とし
てもよい。

【００２９】（３） 溝１８の伸び方向に垂直な断面の
形状は、半円状に限らず、例えば長方形状、Ｕ字状等の
形状としてもよい。又、途中で断面形状が変化する溝で
あってもよい。

【００３０】（４） スプール弁部４の弁本体９は一体
的に形成されたものに限らず、ポートＡ，Ｂ，Ｐ，Ｒ
１，Ｒ２が形成されたスリーブをハウジング内部に組み
付けることにより弁本体を構成するタイプのスプール弁
に実施してもよい。

【００３１】この場合、スリーブは一体的に形成された
ものであってもよく、又、複数に分割して形成され、ハ
ウジング内部で一体化するスリーブであってもよい。 （５） 電磁ソレノイド部２にてパイロットエアを切り
換えてスプール１０を切り換え配置するものに実施した
が、これに限らず、例えば、スプール１０を手動で切り
換えるタイプ、スプール１０をパイロットエアによらず
直接電磁ソレノイドで切り換えるタイプ等のスプール弁
に実施してもよい。

【００３２】（６） ２位置５ポートタイプのスプール
弁に限らず、２位置以外の切り換え位置数のスプール弁
や、５ポート以外のポート数のスプール弁に実施しても
よい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、部品点数、組立工数及び加工工数を多く
することなく、スプールに嵌着されるパッキンの拡開に
よる動作不良及び流体の漏れを防ぐことができる。

【００３４】又、請求項２に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明の効果に加えて、パッキンの全体の拡
開を均等に防止することができる。又、請求項３に記載
の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え
て、流路の圧力差によりパッキンに作用する力を効果的
に削減し、パッキンの拡開を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｏリングが弁座の側面に当接した状態を示す
概略模式断面図。

【図２】 電磁操作スプール弁を示す概略断面図。

【図３】 スプールを示す正面図。

【図４】 図３のＡ−Ａ線断面図。

【図５】 Ｏリングが弁座に当接した状態を示す概略模
式断面図。

【図６】 従来例のＯリングが弁座に当接した状態を示
す概略模式断面図。

【図７】 スリーブの断面図。

【符号の説明】

９…弁本体、１０…スプール、１４…弁座、１７…周
溝、１７ａ…底面、１７ｂ…側面、１８…溝、１９…パ
ッキンとしてのＯリング、Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｒ１，Ｒ２…ポ
ート。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のポート（Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｒ１，Ｒ
   ２）及びこれらのポート（Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｒ１，Ｒ２）間
   の弁座（１４）を有する弁本体（９）と、複数の周溝
   （１７）及びこれらの周溝（１７）に嵌着されたパッキ
   ン（１９）を有し前記弁本体（９）内を摺動するスプー
   ル（１０）とを備え、前記パッキン（１９）の前記弁座
   （１４）への接離により各ポート（Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｒ１，
   Ｒ２）間の流路を通断するスプール弁において、 前記スプール（１０）の周溝（１７）と弁座（１４）と
   の間に形成される流路の下流側となる周溝（１７）の側
   面（１７ｂ）に周溝（１７）の底面（１７ａ）と外周端
   とを連通する溝（１８）を設けたスプール弁。
2. 【請求項２】 溝（１８）はスプール（１０）の軸線に
   対して周溝（１７）にほぼ等間隔で複数個形成されてい
   る請求項１に記載のスプール弁。
3. 【請求項３】 溝（１８）はスプール（１０）の軸線に
   対して径方向に延びるように形成されるものである請求
   項１又は請求項２に記載のスプール弁。