JP3959565B2

JP3959565B2 - 電磁パイロット式３位置切換弁

Info

Publication number: JP3959565B2
Application number: JP36359997A
Authority: JP
Inventors: 本高志秋
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: DE69808032D1; JPH11182728A; EP0926354B1; KR100286705B1; KR19990063093A; TW369100U; DE69808032T2; US5992460A; CN1221084A; EP0926354A2; EP0926354A3; CN1092297C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁操作式のパイロット弁によってスプールを３つの位置に切り換える電磁パイロット式３位置切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３位置切換弁は一般に、スプールを復帰ばねで中立位置に保持するスプリングセンタ形として構成されている。即ち、図４に概略的に示すように、スプール１の両端の駆動室２ａ，２ｂ内にそれぞれ復帰ばね３ａ，３ｂが縮設され、スプール１が非駆動状態にあるときこれらの復帰ばね３ａ，３ｂによって該スプール１が中立位置に保持され、パイロット弁４で２つの駆動室２ａ，２ｂにパイロット流体が交互に給排されると、該スプール１が排気側の駆動室内にある復帰ばねを圧縮しながら図の左右方向に切り換えられようになっている。
【０００３】
このように従来の３位置切換弁は、スプールを両側の復帰ばねで中立位置に保持させる構成であるため、該スプールの切換時には必ず一方の復帰ばねが圧縮されてその力が反力として作用することになる。このため、圧縮された復帰ばねの反力に打ち勝ってスプールを確実に切り換えるには、それだけ高圧のパイロット流体を供給しなければならず、スプールの最小作動圧力が高くなって流体の使用圧力範囲が狭くなるという欠点があった。しかも、復帰ばねの反力はスプールの切換動作に伴う圧縮量の増大と共に増大するため、該スプールの切換動作は不安定になり易い。
【０００４】
付勢力の小さい復帰ばねを使用すればそれだけ低圧のパイロット流体を使用することはできるが、復帰ばねの付勢力が小さいと、スプールが作動流体やパイロット流体による影響を受け易いため、該スプールの中立位置への復帰動作や中立位置の保持状態が不安定になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電磁パイロット式の３位置切換弁において、使用圧力範囲内の圧力流体が供給されている時は、スプールをパイロット流体圧による作用力で中立位置に保持させることにより、該スプールを復帰ばねの反力による影響を受けることなく切り換えることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の３位置切換弁は、スプールが収容された弁孔の両端にそれぞれ、スプールの端面が受圧面として臨むように形成されてパイロット流体の給排によりスプールを駆動するための駆動室と、各駆動室の外側に隔壁を介して形成されて該駆動室より小径で常時パイロット流体が導入されるピストン室とを隣接して設け、該ピストン室内に収容されたピストンと上記スプールとの間に、そのピストン室側の端部に上記隔壁に当接するフランジ部を形成した連係部材を移動自在に、且つ上記隔壁を貫通してピストン室と駆動室とに両端が突出するように介在させると共に、該連係部材とピストンとの間に付勢力の小さい復帰ばねを介在させたものである。この復帰ばねの付勢力は、パイロット流体圧による上記ピストンの駆動力と同等か、又はそれ以下に設定されている。そして、上記連係部材がピストン又は復帰ばねの付勢力に押されてフランジ部が隔壁に当接した位置で、上記スプールが中立位置を保持するように構成されている。
【０００７】
上記構成を有する本発明の３位置切換弁において、該切換弁に圧力流体が供給されているときは、ピストン室に常時導入されるパイロット流体の作用力によりピストンが連係部材側に押され、付勢力の小さい復帰ばねを圧縮して該連係部材に当接し、該連係部材を介してスプールを両側から押圧するため、該スプールは中立位置に保持される。このとき復帰ばねは完全に圧縮されていて、スプールを中立位置へ保持させる動作には関与しないから、スプールはパイロット流体の作用力のみによって中立位置に保持されることになる。
【０００８】
パイロット弁により一方の駆動室にパイロット流体を供給すると、該駆動室がピストン室より大径で、該駆動室側においてスプールに作用するパイロット流体による作用力が反対側のピストンによる作用力より大きいため、該スプールは、連係部材を介して上記ピストンを後退させながら一方向に移動し、流路を切り換える。このとき、スプールで後退させられる上記ピストンと連係部材とは互いに当接したままで、それらの間に介在する復帰ばねの付勢力がスプールに対して反力として作用することはない。
【０００９】
上記駆動室のパイロット流体を排出すると、後退していた上記ピストンの作用力によってスプールは中立位置に復帰する。
【００１０】
上記切換弁に圧力流体が供給されていないか又は供給されていても使用圧力より低いときは、上記各ピストンが復帰ばねの付勢力により連係部材から離れてピストン室の他端まで後退し、スプールは復帰ばねの付勢力で中立位置に保持される。
【００１１】
本発明の具体的な実施態様においては、上記各ピストン室が、該駆動室の外側にクッション性のある隔壁を介して形成されている。
【００１２】
本発明において好ましくは、上記ピストンの摺動を安定させるためのガイド手段として、該ピストンと連係部材とに相互に嵌合し合うガイド軸とガイド孔とを設けることである。
【００１３】
本発明の切換弁には、その弁ボディにパイロット流体を外部から導入するための外部パイロットポートを設け、パイロット流路切換手段によってこの外部パイロットポート又は供給ポートを、上記駆動室及びピストン室に選択的に接続できるように構成することもできる。
【００１４】
この場合に上記パイロット流路切換手段を、弁ボディ上の取付面に向きを変更可能なるように取り付けられた切換プレートと、上記取付面上に並んで開口する３つの流路と、上記切換プレートに形成されて該切換プレートの向きの変更により中央の１つの流路を両側の２つの流路の一方に接続させる窪みとで構成し、上記３つの流路のうち中央の流路を上記駆動室及びピストン室に通じるパイロット供給流路とし、その両側の流路を、供給ポートに通じる内部パイロット流路と外部パイロットポートに通じる外部パイロット流路とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電磁パイロット式３位置切換弁の一実施例を５ポート弁として示すもので、この切換弁は、圧縮空気等の作動流体を切り換えるための主弁部１と、該主弁部１を操作するためのパイロット弁部２とを含んでいる。
【００１６】
上記主弁部１は、矩形断面を有する弁ボディ４を有している。この弁ボディ４の下面には、作動流体が流れる１つの供給ポートＰと、その両側に開口する２つの出力ポートＡ，Ｂと、さらにその両側に開口する２つの排出ポートＥＡ，ＥＢとが設けられている。また該弁ボディ４の内部には、上記各ポートが連通する弁孔５が形成され、この弁孔５内に、上記各ポート間の流路を切り換えるスプール６が摺動自在に収容されている。
【００１７】
上記弁孔５の軸方向の両端には、弁ボディ４の端部に取り付けられたサブブロック８ａ，８ｂとの間に、スプール６の端面が受圧面として臨むように第１及び第２の駆動室１０ａ，１０ｂが形成されると共に、各サブブロック８ａ，８ｂの内部に、クッション性のある隔壁１１ａ，１１ｂを介して上記各駆動室１０ａ，１０ｂと隣接する第１及び第２のピストン室１２ａ，１２ｂが形成され、これらのピストン室１２ａ，１２ｂ内に、第１及び第２のピストン１３ａ，１３ｂがそれぞれ摺動自在に収容されている。
上記駆動室１０ａ，１０ｂの直径Ｄ₁ はピストン室１２ａ，１２ｂの直径Ｄ₂ より大きく、また、２つの駆動室１０ａ，１０ｂ同士及びピストン室１２ａ，１２ｂ同士は、それぞれ互いに同径である。しかし、駆動室１０ａ，１０ｂ同士及びピストン室１２ａ，１２ｂ同士は必ずしも同径にする必要はない。
【００１８】
上記各ピストン１３ａ，１３ｂとスプール６との間には、該ピストン１３ａ，１３ｂと協同してスプール６を中立位置に保持する円柱状の連係部材１４ａ，１４ｂが、隔壁１１ａ，１１ｂを貫通して移動自在なるように配設されている。この連係部材１４ａ，１４ｂは、ピストン室１２ａ，１２ｂ内に突出する側の端部にフランジ部１５が形成されていて、このフランジ部１５が隔壁１１ａ，１１ｂに当接する位置までピストン１３ａ，１３ｂに押されてスプール６側へ移動できるようになっており、この位置で駆動室１０ａ，１０ｂ内に突出する先端がスプール６に当接して、該スプール６を中立位置に保持するものである。
【００１９】
上記ピストン１３ａ，１３ｂと連係部材１４ａ，１４ｂとの間には、付勢力の小さい復帰ばね１８が縮設されている。この復帰ばね１８の付勢力は、パイロット流体圧が使用圧力範囲内にある場合にこのパイロット流体圧により生ずるピストン１３ａ，１３ｂの作用力と同等か又はそれ以下に設定されている。従って、ピストン１３ａ，１３ｂにパイロット流体圧が作用しているときは、図１に示すように、上記復帰ばね１８は完全に圧縮されてピストン１３ａ，１３ｂが連係部材１４ａ，１４ｂに当接し、該連係部材１４ａ，１４ｂを隔壁１１ａ，１１ｂに押し付けた状態にある。
【００２０】
一方、切換弁の不使用時等において上記ピストン１３ａ，１３ｂにパイロット流体が作用していないか、又は作用していてもその圧力が使用圧力以下であるときは、図３に示すように、上記復帰ばね１８の付勢力により該ピストン１３ａ，１３ｂが連係部材１４ａ，１４ｂから離れてピストン室１２ａ，１２ｂ内を反対端まで後退し、該復帰ばね１８の付勢力によりスプール６が中立位置に保持される。
【００２１】
上記各ピストン１３ａ，１３ｂと連係部材１４ａ，１４ｂには、該ピストン１３ａ，１３ｂの移動を安定させるため、図３から分かるように、該ピストン１３ａ，１３ｂに形成されたガイド軸２０と、連係部材１４ａ，１４ｂに形成されて上記ガイド軸２０が摺動自在に嵌合するガイド孔２１とからなるガイド手段が構成されている。
【００２２】
上記２つの駆動室１０ａ，１０ｂには、パイロット弁部２に設けられた２つの電磁パイロット弁２３ａ，２３ｂによって個別にパイロット流体が給排されるようになっており、一方、２つのピストン室１２ａ，１２ｂには、それぞれパイロット流体が常時導入されるようになっている。これらに関する具体的な構成は次の通りである。
【００２３】
即ち、上記弁ボディ４には、パイロット流路切換手段２５で供給ポートＰと外部パイロットポートＸとに選択的に接続可能なパイロット供給流路２６が形成されて０て、このパイロット供給流路２６に第１ピストン室１２ａが、サブブロック８ａに設けられた通孔２７と、パイロットブロック９に設けられた通孔２８、サブブロック８ａに設けられた手動操作機構２９ａ及び通孔３０を通じて常時連通すると共に、第２ピストン室１２ｂが、サブブロック８ｂに設けられた通孔３２と、該サブブロック８ｂとエンドカバー３３との間の流路３４と、サブブロック８ｂに設けられた通孔３５とを通じて常時連通している。
【００２４】
一方、２つの駆動室１０ａ，１０ｂのうち第１駆動室１０ａは、サブブロック８ａに形成された通孔３７により上記手動操作機構２９ａ及びパイロット弁２３ａを介して上記パイロット供給流路２６に連通し、第２駆動室１０ｂは、弁ボディ４に形成された図示しない通孔により、上記手動操作機構２９ａに並設されている別の手動操作機構２９ｂと、上記パイロット弁２３ａに並設されている別のパイロット弁２３ｂとを介して上記パイロット供給流路２６に連通している。そして、各駆動室１０ａ，１０ｂと対応するパイロット弁２３ａ，２３ｂをオン・オフ操作するか又は手動操作機構２９ａ，２９ｂを押圧操作することにより、これらの駆動室１０ａ，１０ｂにパイロット流体が供給又は排出されるようになっている。
【００２５】
上記２つのパイロット弁２３ａ，２３ｂと各駆動室１０ａ，１０ｂとの間には増幅弁２４ａ，２４ｂを介在させて、小容量のパイロット弁で大流量のパイロット流体を駆動室に供給できるようにするのが望ましいが、これらのパイロット弁と増幅弁の構成については本発明の要旨と直接関係がないため、その詳細な説明は省略する。
また、上記手動操作機構２９ａ，２９ｂは、それらを手動操作することによってパイロット供給流路２６と各駆動室１０ａ，１０ｂとを、各パイロット弁２３ａ，２３ｂを経由することなく直接連通させるものであるが、このような手動操作機構２９ａ，２９ｂは既に公知であると共に、その構成自体は本発明の要旨とは直接関係がないため、それについての説明も省略する。
【００２６】
上記パイロット流路切換手段は、切換弁を内部パイロット式と外部パイロット式とに変更するためのもので、弁ボディ４に形成された取付面４ａに向きを変更可能なるように取り付けられた切換プレート４０を含んでいる。この切換プレート４０の内面には、流路を構成する窪み４１が一側に偏寄した状態に形成されており、これに対して上記取付面４ａには、その中央に上記パイロット供給流路２６が開口すると共に、該パイロット供給流路２６の両側に、供給ポートＰに通じる内部パイロット流路４２と、外部パイロットポートＸに通じる外部パイロット流路４３とが開口している。
【００２７】
そして、上記切換プレート４０を図１に示す向きに取り付けた場合には、窪み４１によりパイロット供給流路２６が内部パイロット流路４２に連通するため、切換弁は内部パイロット式となって、供給ポートＰから作動流体の一部がパイロット流体として分流される。また、上記切換プレート４０の向きを左右反転させた場合には、窪み４１によりパイロット供給流路２６が外部パイロット流路４３に連通するため、該切換弁は外部パイロット式となり、外部パイロットポートＸから作動流体とは別の専用のパイロット流体が供給される。
【００２８】
上記構成を有する３位置切換弁において、該切換弁に作動流体が供給されていないか又は供給されていてもその圧力が使用圧力以下と低いときは、図３に示すように、各ピストン１３ａ，１３ｂが復帰ばね１８の付勢力により連係部材１４ａ，１４ｂから離れてピストン室１２ａ，１２ｂの他端まで後退し、スプール６は復帰ばね１８の付勢力で中立位置に保持されている。
【００２９】
上記切換弁に使用圧力範囲内の圧力を有する作動流体が供給されると、２つのピストン室１２ａ，１２ｂにパイロット流体が常時導入されるため、図１に示すように、このパイロット流体によりピストン１３ａ，１３ｂが連係部材１４ａ，１４ｂ側に押し動かされ、付勢力の小さい復帰ばね１８を圧縮して該連係部材１４ａ，１４ｂをフランジ部１５が隔壁１１ａ，１１ｂに当接する位置まで移動させ、これらの連係部材１４ａ，１４ｂを介してスプール６を中立位置に保持させる。このとき、上記復帰ばね１８は完全に圧縮されているため、その付勢力がスプール６の中立位置への保持に関与することはない。従って、復帰ばね１８を有していながらパイロット流体の圧力のみによってスプール６を中立位置に保持させることができる。
【００３０】
パイロット弁２３ａがオンすることにより第１駆動室１０ａにパイロット流体が供給されると、該第１駆動室１０ａがピストン室より大径であるため、該第１駆動室１０ａにおいてスプール６に作用するパイロット流体による作用力は、該スプール６の反対側に作用する第２ピストン１３ｂの作用力より大きくなる。このため該スプール６は、図２に示すように、連係部材１４ｂを介して上記第２ピストン１３ｂを後退させながら右動し、第２ピストン室１２ｂ側の隔壁１１ｂに当接する第１位置に切り換わる。このとき、上記第２ピストン１３ｂと連係部材１４ｂとは互いに当接したままであるため、それらの間に介在する復帰ばね１８の付勢力が反力として作用することがない。また、第１ピストン１３ａは、隔壁１１ａに係止した連係部材１４ａに当接して該連係部材１４ａと共にその位置に停止している。
【００３１】
上記パイロット弁２３ａをオフにして第１駆動室１０ａのパイロット流体を排出すると、上記スプール６は、第２ピストン１３ｂにより連係部材１４ｂを介して左方に駆動され、中立位置に復帰する。
【００３２】
他方のパイロット弁２３ｂを操作して第２駆動室１０ｂにパイロット流体を供給及び排出すると、上記スプール６は、中立位置と、第１ピストン室１２ａ側の隔壁１１ｂに当接する第２切換位置との間で切り換わる。
【００３３】
【発明の効果】
上記構成を有する本発明の３位置切換弁は、それに使用圧力範囲内の圧力流体が供給されているときはスプールがパイロット流体の作用力によって中立位置に保持されるようにしたので、該スプールを復帰ばねの反力による影響を受けることなく、流体圧の作用力のみによって切り換えることができ、これにより、該スプールの切換動作を安定させることができるだけでなく、最小作動圧力を低くすることが可能となって流体の使用圧力範囲を拡大することができる。しかも、パイロット流体による大きな作用力によってスプールを中立位置へ確実且つ安定的に保持させることもできる。
また、上記切換弁に圧力流体が供給されていないか又は供給されていてもその圧力が使用圧力以下と低いときは、復帰ばねの力でスプールを中立位置に保持させることができるため、圧力の有無や高低等に拘らずスプールを確実に中立位置に保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３位置切換弁の一実施例を示す要部断面図である。
【図２】図１の３位置切換弁の異なる動作位置を示す断面図である。
【図３】図１の３位置切換弁の更に異なる動作位置を示す断面図である。
【図４】従来の３位置切換弁を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
Ｐ供給ポートＡ，Ｂ出力ポート
ＥＡ，ＥＢ排出ポート４弁ボディ
４ａ取付面５弁孔
６スプール１０ａ，１０ｂ駆動室
１１ａ，１１ｂ隔壁１２ａ，１２ｂピストン室
１３ａ，１３ｂピストン１４ａ，１４ｂ連係部材
１５フランジ部１８復帰ばね
２０ガイド軸２１ガイド孔
２３ａ，２３ｂパイロット弁２５パイロット流路切換手段
２６パイロット供給流路４１窪み
４２内部パイロット流路４３外部パイロット流路

Claims

作動流体が流れる複数のポート；
上記各ポートが連通する弁孔；
上記弁孔内に摺動自在に収容された流路切換用のスプール；
上記弁孔の両端にスプールの端面が受圧面として臨むように形成されて、該スプールを駆動するためのパイロット流体が給排される２つの駆動室；
上記各駆動室の外側に隔壁を介して形成されてパイロット流体供給用の流路に常時接続された、上記駆動室より小径の２つのピストン室；
上記各ピストン室内に摺動自在に収容されてパイロット流体によりスプール側に向けて付勢される２つのピストン；
上記各ピストンとスプールとの間に移動自在に且つ上記隔壁を貫通してピストン室と駆動室とに両端が突出するように介設され、そのピストン室側の端部に上記隔壁に当接するフランジ部を形成した連係部材；
上記ピストンと連係部材との間に介装された、付勢力が上記ピストンの作用力と同等かそれ以下である復帰ばね；
上記２つの駆動室にそれぞれパイロット流体を給排するための２つの電磁パイロット弁；
を有し、
上記連係部材がピストン又は復帰ばねの付勢力に押されてフランジ部が隔壁に当接した位置で、上記スプールが中立位置を保持するように構成されている、
ことを特徴とする電磁パイロット式３位置切換弁。
請求項１に記載の３位置切換弁において、上記２つの駆動室及び２つのピストン室がそれぞれ互いに同径であることを特徴とするもの。
請求項１又は２に記載の３位置切換弁において、該切換弁が、１つの供給ポートと２つの出力ポート及び２つの排出ポートを有する５ポート弁であることを特徴とするもの。
請求項１乃至３の何れかに記載の３位置切換弁において、上記各ピストン室が、駆動室の外側にクッション性のある隔壁を介して形成されていることを特徴とするもの。
請求項４に記載の３位置切換弁において、上記ピストンと連係部材とに、該ピストンの摺動を安定させるためのガイド手段として、摺動自在に嵌合し合うガイド軸とガイド孔とが設けられていることを特徴とするもの。
請求項１ないし５の何れかに記載の３位置切換弁において、該切換弁の弁ボディが、専用のパイロット流体を外部から導入するための外部パイロットポートを有すると共に、上記各駆動室及びピストン室をこの外部パイロットポート又は供給ポートに選択的に接続可能なパイロット流路切換手段を有することを特徴とするもの。
請求項６に記載の３位置切換弁において、上記パイロット流路切換手段が、弁ボディ上の取付面に向きを変更可能なるように取り付けられた切換プレートと、上記取付面上に並んで開口する３つの流路と、上記切換プレートに形成されて該切換プレートの向きの変更により中央の１つの流路を両側の２つの流路の一方に選択的に接続可能な窪みとを含み、上記中央の流路が、上記駆動室及びピストン室に通じるパイロット供給流路であり、その両側の流路が、供給ポートに通じる内部パイロット流路と外部パイロットポートに通じる外部パイロット流路とであることを特徴とするもの。