JP3739709B2 - 空気式の方向制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の方向制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２１３５７Ａ１号明細書により公知の空気式の方向制御弁は、パイロット制御可能な単安定形の５／２・弁（５ポート２位置弁）として形成されている。該方向制御弁の弁ケーシング内では、一貫したスプール孔が制御スプール若しくは操縦スプールをシールしてかつ滑動可能に受容している。スプール孔内に環状室形（リング室形）の拡張部若しくは拡大部によって５つの室が形成されており、これらのうちの中央に位置する室が入口室として用いられ、該入口室の両方の側にアクチュエータ室が位置している。各アクチュエータ室の、入口室とは逆の側で戻し室が接続するようになっている。これらの室が適切な形式で入口接続部、第１若しくは第２のアクチュエータ接続部、或いは第１若しくは第２の戻し接続部に接続されるようになっており、これらの接続部がすべて弁ケーシングを下側へ導かれている。
【０００３】
弁ケーシングの端面にピストンケーシングが一体的に成形されており、該ピストンケーシングの内室内にスプールのための操作ピストンが配置されている。ピストンケーシングが中間プレートによって閉じられており、該中間プレートにパイロット制御に役立つ３／２・マグネット弁（３ポート２位置マグネット弁）が取り付けられている。
【０００４】
操作ピストンがスプールの外径よりも著しく大きな直径で形成されており、この場合、スプールが操作ピストンと逆の側に若しくは端部に戻しピストンを備えており、戻しピストンのの外径がスプールの外径に相応しており、従って、戻しピストンと操作ピストンとが一緒に差動ピストンを形成しており、該差動ピストンを用いてスプールが変位可能、即ち移動可能である。
【０００５】
前記方向制御弁の操作（作動）のために、マグネット弁のコイルが励磁され、これによってパイロット制御弁が切換えられて、該パイロット制御弁の圧力接続部が制御接続部に接続される。この場合、出口接続部への接続が遮断されて、入口接続部から到来する圧力が制御導管及び開かれたマグネット弁を介して方向制御弁の第１の圧力室内に生じて、そこで操作ピストンに作用する。操作ピストンに生じる力若しくは操作ピストンに作用する圧力は、操作ピストンの圧力負荷される面（受圧面）が戻しピストンに作用する圧力及び戻しピストンに係合するばねの力に比べて大きいことに基づき、スプールを静止位置（出発位置）から作動位置へ移動させる。
【０００６】
前述の公知技術においては欠点として、方向制御弁の切換えのため若しくはスプールの移動のための別個の操作ピストンを備える構造に基づき所要構成スペースが大きくなり、ひいては方向制御弁の外側の寸法が不都合に大きくなる。
【０００７】
【発明の効果】
空気式の方向制御弁の本発明に基づく構成では利点として、方向制御弁が別個の操作ピストンなしに形成されており、これによって方向制御弁の所要構成長さ及び所要構成幅が著しく減少している。
【０００８】
スプールの操作区分の直径の拡大に基づき作動位置へのスプールの移動に際して生ぜしめられる余剰力が、作動位置でのスプールの確実な維持を保証する。
【０００９】
さらに利点として、直径を拡大された操作区分は、スプールの作動位置から静止位置への戻り運動時に、発生する排気圧に基づき力作用を生ぜしめ、該力作用がスプールの戻り運動を助成する。これによって、スプールが不利な運転状態でも完全に静止位置へ確実に戻される。
【００１０】
本発明に基づく空気式の方向制御弁の別の利点が、スプールの運動時に周囲（環境）の空気との空気交換を行う必要のないことにあり、従って、方向制御弁の機能が、例えばダスト粒子若しくはその他の物質で空気を汚染されている環境においても問題なく保証され、汚染された空気は方向制御弁の内部に侵入して方向制御弁の機能を妨げることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく空気式（ニューマチック式）の方向制御弁の実施例を図面に示して、以下に詳細に説明する。
【００１２】
図面に示す空気式の方向制御弁１は、ケーシング３及び該ケーシングの貫通孔２内に滑動可能に配置されたスプール４を備えている。貫通孔（スプール孔）２内に、貫通孔２の全長にわたって分配して、中央に位置する入口接続部１０、該入口接続部の両側に位置するアクチュエータ接続部１１，１２、及び該アクチュエータ接続部の外側に位置する戻し接続部１３，１４が開口している。貫通孔２が軸線方向で圧力室７，８によって規定されており、この場合、スプール４が第１（一方）の端部５で貫通孔２の一方の側に位置する圧力室７を制限し、かつ第２（反対側、即ち他方）の端部６で、貫通孔２の他方の側（反対側）に位置する圧力室８を制限している。
【００１３】
方向制御弁１の切換えのために、圧力室７が制御圧によって負荷され、従ってスプール４の、該圧力室７に向いた作用面９が所定の力によって負荷される。これによって、スプール４が圧力室８に向かって移動させられて、圧力媒体流がケーシング３内で入口接続部１０からアクチュエータ接続部１１，１２へ、若しくはアクチュエータ接続部１１，１２から戻し接続部１３，１４へ導かれる。
【００１４】
スプール４は第１の端部５に、該端部を除いた残りのスプール部分に比べて直径の拡大された操作区分１５を有している。従って、第１の圧力室７に向いた作用面９が大きくなっている。操作区分１５はさらに、方向制御弁１のアクチュエータ接続部１１から戻し接続部１３への圧力媒体流の制御のために用いられる。
【００１５】
スプール４の切換えのために作用面９に負荷される制御圧は、戻し装置１６によってスプールに加えられる力に抗して作用する。戻し装置が戻しばね１７を備えており、戻しばねが一方の端部でスプール４の操作区分１５に係合し、換言すれば操作区分１５に支えられ、かつ他方の端部でケーシング３の段部１８に支えられている。即ち、戻しばね１７は、ケーシング３及びスプール４によって画成された環状室１９内に配置されている。
【００１６】
方向制御弁１の無圧の状態では、戻しばね１７がスプール４を所定の出発位置に保持しており、該出発位置（静止位置）ではスプール４の第１の端部５の作用面９が圧力室７のケーシング壁に接触している。方向制御弁１の新たな圧力負荷に際して、スプール４が方向制御弁１の軸線方向に、静止位置（第１の終端位置）から１つの作動位置へ移動させられ、最大で圧力室８の、スプール４の第２の端部６の作用面２０と相対するケーシング壁によって規定された第２の終端位置まで移動させられる。
【００１７】
操作区分１５の領域でスプール４の直径を拡大して構成してあることに対応して、貫通孔２が戻しばね１７及び操作区分１５の領域では、操作区分１５の受容のために、スプール４の残りの領域に比べて拡大された直径で形成されている。
【００１８】
スプール４の操作区分１５の直径を他方の端部６若しくは作用面２０の直径に比べて拡大してあることに基づき、該作業区分の作用面９の圧力負荷に際してスプール４に生じる合成力は、スプール４を静止位置から作動位置へ移動させるように作用して、戻しばね１７の、該移動の方向と逆向きのばね力を上回っている。
【００１９】
さらに、作動位置でのスプール４の維持が、スプール４の操作区分１５の直径を端部６の直径に対して拡大してあり、かつこれによって生じる作用面比及び力比に基づき確実に保証される。
【００２０】
第１の圧力室７と環状室１９との間のシールのために、スプール４若しくは操作区分１５の環状溝２１内にリング状のシール２２を設けてあり、該シールが内側（内周面）でスプール４に接触し、かつ外側（外周面）でケーシング３の内壁２３に密に接触している。
【００２１】
ケーシング３とスプール４との間に、スプール４の環状（リング状）の複数の隆起部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄによって互いに仕切られた室２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを形成してあり、該室がスプール４の軸方向の長さにわたって配置されていて、それぞれスプール４の切換え位置に関連して接続部１０，１１，１２，１３，１４のうちの少なくとも１つの接続部と少なくとも部分的にオーバラップ（合致）するようになっている。これによって、入口接続部１０と該入口接続部に隣接のアクチュエータ接続部１１若しくは１２との接続、或いは、アクチュエータ接続部１１，１２とそれぞれ該アクチュエータ接続部に隣接の戻し接続部１３，１４と接続が、公知の形式で、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４４２１３５７Ａ１号明細書に記載の形式で形成され、若しくは遮断される。
【００２２】
接続部１０，１１，１２，１３，１４がスプール４の位置に関連して室２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを介して互いに接続されていない場合に該接続部間の不都合な圧力媒体交換（圧力媒体漏れ）を避けるために、環状の隆起部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄの領域及び、スプール４の端部６の領域に、付加的なシール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅが設けられている。室２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ及び、ケーシング内壁２３の環状の切欠きによってスプール４とケーシング３との間に形成された別の室２５Ｄは、各シール２６Ａ乃至２６Ｅとケーシング内壁２３との接触に基づき、互いに密閉される。
【００２３】
室２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃはスプールに関連して設けられた室であり、従ってケーシング３に対して移動可能である。
【００２４】
室１９及び室２５Ｄはケーシング３に対して不動であり、かつ接続部１３，１４に対応して配置されている。
【００２５】
スプール４の位置に応じて、静止位置で接続部１３が室１９及び室２５Ａを介して接続部１１に接続されかつ、接続部１０が室２５Ｂ及び室２５Ｃを介して接続部１２に接続される。スプール４の作動位置で、接続部１１が室２５Ａ及び室２５Ｂを介して接続部１０に接続されかつ、接続部１２が室２５Ｃ及び室２５Ｄを介して接続部１４に接続される。
【００２６】
図面に示す位置は、静止位置から作動位置へ、若しくは逆に作動位置から静止位置へスプール４を停止することなく移動させる途中で通過される中間位置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく空気式の方向制御弁の実施例の縦断面図。
【符号の説明】
１ 方向制御弁、 ２ 貫通孔、 ３ ケーシング、 ４ スプール、 ５，６ 端部、 ７，８ 圧力室、 ９ 作用面、 １０ 入口接続部、 １１，１２ アクチュエータ接続部、 １３，１４ 戻し接続部、 １５ 操作区分、 １６ 戻し装置、 １７ 戻しばね、 １８ 段部、 １９ 環状室、 ２０ 作用面、 ２１ 環状溝、 ２２ シール、 ２３ ケーシング内壁、 ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ 隆起部、 ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ 室、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ シール

Claims (6)

1. 空気式の方向制御弁（１）であって、ケーシング（３）の貫通孔（２）内に滑動可能に配置されたスプール（４）を備えており、スプールがスプール自体の軸線方向の位置に関連してケーシング（３）内で圧力媒体流を入口接続部（１０）からアクチュエータ接続部（１１，１２）へ、若しくはアクチュエータ接続部（１１，１２）から戻し接続部（１３，１４）へ制御するようになっており、スプールの端部（５，６）がケーシング（３）と一緒に圧力室（７，８）を画成しており、スプールの、圧力室（７，８）に向いた少なくとも１つの作用面（９，２０）が、方向制御弁（１）の切換えのために、スプール（４）に作用する戻し装置（１６）の力に抗して制御圧によって負荷可能であり、スプール（４）が一方の端部（５）に直径の拡大された操作区分（１５）を有しており、該操作区分の作用面（９）に、方向制御弁（１）の切換のための制御圧が作用するようになっており、前記操作区分（１５）は方向制御弁（１）の接続部のうちの１つの接続部（１３）への圧力媒体流の制御のためにも用いられるようになっている形式のものにおいて、戻し装置（１６）は戻しばね（１７）を備えており、該戻しばね（１７）はケーシング（３）及びスプール（４）によって画成された環状室（１９）内に配置されていて、該戻しばねの一方の端部はスプール（４）の操作区分（１５）の領域でスプール（４）に係合しており、かつ他方の端部はケーシング（３）に支えられており、前記環状室（１９）は前記接続部（１３）に対応して配置されており、これによって該接続部（１３）はスプール（４）の作動位置で前記環状室（１９）を介して遮断されるようになっていることを特徴とする空気式の方向制御弁。
2. 貫通孔（２）が戻しばね（１７）及び操作区分（１５）の領域で直径を拡大して形成されている請求項１記載の方向制御弁。
3. 操作区分（１５）の領域でスプール（４）とケーシング（３）との間にシール（２２）が設けられている請求項１又は２記載の方向制御弁。
4. シール（２２）がスプール（４）の環状溝（２１）内に配置されている請求項３記載の方向制御弁。
5. ケーシング（３）とスプール（４）との間に、スプール（４）の環状の隆起部（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）によって互いに仕切られた複数の室（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ）を形成してあり、該室が、スプール（４）の切換え位置に関連してそれぞれ接続部（１０，１１，１２，１３，１４）の少なくとも１つの接続部と少なくとも部分的にオーバラップするようにスプール（４）の軸線方向に延びている請求項１から４までのいずれか１項記載の方向制御弁。
6. 室（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ）が、スプール（４）の環状の隆起部（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の領域でスプールとケーシング内壁（２３）との間に配置された別のシール（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）によって互いに密閉されており、隣接する２つの室（１９、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）間の圧力媒体交換が防止されている請求項５記載の方向制御弁。

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