JP6314903B2 - 流路ユニット及び切換弁 - Google Patents

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Description

本発明は、エアシリンダを備えた空気圧システムに使用される流路ユニット及び切換弁に関する。
空気圧アクチュエータとして各種自動機械に広く用いられているエアシリンダでは、ロッドが固定されたピストンを、圧力室内において圧縮エアの給排により往復動させるようになっている。そして、このようなエアシリンダに対する圧縮エアの給排は、切換弁を通じて行うのが一般的である。
ところで、上記エアシリンダにおいては、ピストンの往復動のうち仕事をさせる作業ストローク時には、ロッドに外部負荷が掛かるため、大きな駆動力が必要とされる。これに対し、初期位置へ向けて戻す復帰ストローク時には、ロッドに上記外部負荷が掛からないため、上記作業ストローク時よりも小さな駆動力で済むことになる。上記駆動力は圧力室内に供給する圧縮エアの圧力の高低に依存する。エア消費量の節減は、戻りストローク時の圧力を低減することで実現できる。
そこで、上記の問題を解決するものとして、下記特許文献１の省エネバルブが提案されている。この省エネバルブは、弁孔、給気ポート、第１出力ポート、第２出力ポート及び排気ポートが形成された主弁本体と、弁孔内に摺動可能に挿通され第１出力ポート及び第２出力ポートをそれぞれ給気ポート又は排気ポートに接続させる一本のスプールと、スプールを第１位置から第２位置へ切り換えるスプール駆動部と、第２出力ポートの圧力を作用させる受圧面を有するとともに弾性的な付勢力が付与された調圧ピストンとを備える。スプールは、第２出力ポートの圧力に応じて給気ポートから第２出力ポートに通じる流路の断面積を変化させるように移動し、第２出力ポートの圧力を給気ポートから供給される圧縮エアの圧力よりも小さい設定圧力にする。
特開２０１３−２４３４５号公報
本発明は上記の従来技術に関連してなされたものであり、エア消費量の節減によるランニングコストやイニシャルコストを抑制することができ、しかも簡易な構成で利便性に優れる流路ユニット及び切換弁を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、第１圧力室への圧縮エアの導入によってピストンの作業ストロークを行い、第２圧力室への前記圧縮エアの導入によって前記ピストンの復帰ストロークを行うエアシリンダを備えた空気圧システムに使用される流路ユニットであって、前記第１圧力室に接続される第１流路と、前記第２圧力室に接続される第２流路とを有する流路ボディと、前記流路ボディ内の前記第２流路上に設けられ、前記第２流路の開通及び遮断を切り替えるように作動する省エネ弁機構と、を備え、前記省エネ弁機構は、前記第１流路の圧力を受けるピストン部と、前記ピストン部と一体的に動く弁部とを含む可動体と、前記第２流路を遮断する方向に前記可動体を弾性的に付勢する弾性部材と、を有し、前記第２流路への前記圧縮エアの供給時において、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも大きいときは前記弾性部材の付勢力に抗して前記第２流路を開通する弁開位置に前記可動体が位置し、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも小さくなると前記弾性部材の付勢力によって前記第２流路を遮断する弁閉位置に前記可動体が移動する、ことを特徴とする。
上記のように構成された流路ユニットによれば、エアシリンダの復帰ストロークにおいてピストンがストロークエンドに到達すると、省エネ弁機構によって第２流路が遮断されるため、エアシリンダの第２圧力室への不要な圧縮エアの導入が遮断され、第２圧力室の昇圧が停止する。従って、復帰ストローク時におけるエア消費量の節減により、ランニングコストを抑制することができる。また、この流路ユニットは、切換弁の下に積層できるため、後からの追加や、また、エアシリンダの作業ストローク側と復帰ストローク側が逆になった場合においても変更が可能であるという意味で簡便である。
上記の流路ユニットにおいて、前記第１流路への前記圧縮エアの供給時に、前記第１流路の圧力が前記ピストン部に作用することにより、前記弾性部材の付勢力に抗して前記弁開位置に前記可動体が移動してもよい。
この構成によれば、可動体を弁開位置に作動させるパイロット圧として圧縮エアの圧力を用いているため、エアシリンダに作業ストロークを行わせるために第１流路へ圧縮エアを供給すると、第２流路が自動的に開通状態となる。従って、エアシリンダからの排気エアが第２流路を流れることが許容され、エアシリンダの作業ストロークを支障なく行うことができる。
上記の流路ユニットにおいて、前記流路ボディは、前記可動体を摺動可能に配置する摺動孔を有し、前記摺動孔は前記ピストン部によって前記第１流路と前記第２流路とに仕切られていてもよい。
この構成により、第１流路の圧力を可動体に作用させる機構を簡易構成で実現できる。
上記の流路ユニットにおいて、前記ピストン部の外周部には、パッキンが装着されるとともに、前記パッキンの両側にウェアリングが装着されていてもよい。
上記の流路ユニットにおいて、前記第１流路及び前記第２流路に前記圧縮エアが供給されていないときに前記第１流路を遮断するセーフティ弁機構をさらに備え、前記セーフティ弁機構は、前記第１流路を遮断する位置と、前記第１流路を開通する位置との間を移動可能な弁体と、前記弁体を前記弁閉位置に向けて弾性的に付勢する付勢部材と、ピストン部を有し、前記流路ボディ内に移動可能に配置され、前記第２流路への前記圧縮エアの供給時に、前記圧縮エアの圧力を受けることにより、前記第１流路を開通する位置に前記弁体を移動させる可動部材と、を備えてもよい。
この構成により、エアシリンダの稼働中に流路ユニットへの供給圧がゼロになった場合に、セーフティ弁機構が作動することで第１流路が遮断される。従って、ピストンロッドを下方に向けてエアシリンダが配置されている構成で第２流路が遮断された後に供給圧がゼロになった場合には、エアが遮断されているため、エアシリンダの落下を防止することができるが、さらにセーフティ弁機構を備えることでワークを上昇させるためにピストンロッドを上方に向けてエアシリンダが配置されている場合において、供給圧がゼロになったときでも、エアシリンダの落下（具体的にはピストン及びピストンロッドの落下）を防止することができる。
上記の流路ユニットにおいて、前記流路ボディは、前記セーフティ弁機構の前記ピストン部を収容する第１収容室と、前記第２流路と前記第１収容室とを連通する第１連通路と、前記省エネ弁機構の前記ピストン部を収容する第２収容室と、前記第１流路と前記第２収容室とを連通する第２連通路と、を有していてもよい。
この構成により、第１流路の圧力によって駆動される省エネ弁機構と、第２流路の圧力によって駆動されるセーフティ弁機構とを備えた流路ユニットを、簡易構成で実現できる。
また、本発明は、第１圧力室への圧縮エアの導入によってピストンの作業ストロークを行い、第２圧力室への前記圧縮エアの導入によって前記ピストンの復帰ストロークを行うエアシリンダを備えた空気圧システムに使用される切換弁であって、圧力供給源からの前記圧縮エアが供給される給気ポートと、第１出力ポートと、第２出力ポートと、排気ポートと、軸方向に摺動可能なスプールとを有し、前記スプールの軸方向位置に応じて、前記給気ポートと前記第１出力ポートとを連通させる状態と、前記給気ポートと前記第２出力ポートとを連通させる状態とに作動する主弁ユニットと、前記主弁ユニットに連結された流路ユニットと、を備え、前記第１圧力室に接続される第１流路と、前記第２圧力室に接続される第２流路とを有し、前記第１流路が前記第１出力ポートに連通し、前記第２流路が前記第２出力ポートに連通している、流路ボディと、前記流路ボディ内の前記第２流路上に設けられ、前記第２流路の開通及び遮断を切り換えるように作動する省エネ弁機構と、を備え、前記省エネ弁機構は、前記第１流路の圧力を受けるピストン部と、前記ピストン部と一体的に動く弁部とを含む可動体と、前記第２流路を遮断する方向に前記可動体を弾性的に付勢する弾性部材と、を有し、前記第２流路への前記圧縮エアの供給時において、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも大きいときは前記弾性部材の付勢力に抗して前記第２流路を開通する弁開位置に前記可動体が位置し、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも小さくなると前記弾性部材の付勢力によって前記第２流路を遮断する弁閉位置に前記可動体が移動してもよい。
本発明の流路ユニット及び切換弁によれば、エア消費量の節減によるランニングコストやイニシャルコストを抑制することができ、しかも簡易な構成で利便性に優れる。
本発明の第１実施形態に係る切換弁を備えた空気圧システムの概略構成図（第１の作用説明図）である。 図１に示す空気圧システムの第２の作用説明図である。 図１に示す空気圧システムの第３の作用説明図である。 図１に示す空気圧システムの第４の作用説明図である。 本発明の第２実施形態に係る切換弁を備えた空気圧システムの概略構成図（第１の作用説明図）である。 図５に示す空気圧システムの第２の作用説明図である。 図５に示す空気圧システムの第３の作用説明図である。 図５に示す空気圧システムの第４の作用説明図である。
以下、本発明に係る流路ユニット及び切換弁について好適な第１及び第２実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
［第１実施形態］
図１に示す本発明の第１実施形態に係る切換弁１０Ａは、エアシリンダ１４を備えた空気圧システム１２Ａに使用されるものである。エアシリンダ１４は、ピストン室１６が形成されたシリンダチューブ１８と、シリンダチューブ１８内に往復摺動可能に配置されたピストン２０と、ピストン２０に連結されたピストンロッド２２とを備える。
ピストン室１６は、ピストン２０によって、第１圧力室１６Ａと第２圧力室１６Ｂとに仕切られている。エアシリンダ１４は、第１圧力室１６Ａに圧縮エアが供給されることにより、仕事をさせる作業ストロークを行い、第２圧力室１６Ｂに圧縮エアが供給されることにより、ピストン２０を初期位置へ向けて戻す復帰ストロークを行う。
切換弁１０Ａは、図示しない圧力供給源（エアコンプレッサ等）からの圧縮エアのエアシリンダ１４に対する給排を切り換える主弁ユニット２４と、この主弁ユニット２４に連結された流路ユニット２６とを備える。
主弁ユニット２４は、弁ボディ２８と、弁ボディ２８内に軸方向に往復摺動可能に配置されたスプール３０と、スプール３０と連動し駆動ピストン５１を駆動する電磁弁５２とを有する。弁ボディ２８には、弁孔３４と、給気ポート３６と、第１出力ポート３８と、第２出力ポート４０と、第１排気ポート４２と、第２排気ポート４４とが形成されている。スプール３０は弁孔３４に挿通配置されている。
弁ボディ２８において、弁孔３４は軸方向に貫通形成されており、この弁孔３４内にスプール３０が往復摺動可能に配置されている。本実施形態の場合、弁孔３４は、弁ボディ２８内に固定配置された中空円筒状のガイドスリーブ３９の中空部によって構成されている。
上記のガイドスリーブ３９には、給気ポート３６、第１出力ポート３８、第２出力ポート４０、第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４にそれぞれ対応した側孔５０ａ〜５０ｅが設けられている。給気ポート３６、第１出力ポート３８、第２出力ポート４０、第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４は、側孔５０ａ〜５０ｅを介して弁孔３４と連通している。
なお、別々に設けられる第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４に代えて、共通の１つの排気ポートが弁ボディ２８に設けられてもよい。
給気ポート３６には圧力供給源からの圧縮エアが供給される。第１出力ポート３８は、スプール３０の位置に応じて、スプール３０に設けられた凹状の第１環状流路４６を介して、給気ポート３６と第１排気ポート４２とに選択的に連通可能である。第２出力ポート４０は、スプール３０の位置に応じて、スプール３０に設けられた凹状の第２環状流路４８を介して、給気ポート３６と第２排気ポート４４とに選択的に連通可能である。第１環状流路４６と第２環状流路４８は、スプール３０における軸方向の異なる箇所に設けられている。
主弁ユニット２４は、スプール３０の軸方向位置に応じて、給気ポート３６と第１出力ポート３８とを連通させるとともに第２出力ポート４０と第２排気ポート４４とを連通させる第１の切換状態（図２）と、給気ポート３６と第２出力ポート４０とを連通させるとともに第１出力ポート３８と第１排気ポート４２とを連通させる第２の切換状態（図１）とに作動する。第１の切換状態では、給気ポート３６と第２出力ポート４０とは連通しない。第２の切換状態では、給気ポート３６と第１出力ポート３８とは連通しない。なお、以下では、第１の切換状態におけるスプール３０の軸方向位置を「第１位置」と称し、第２の切換状態におけるスプール３０の軸方向位置を「第２位置」と称する場合がある。
図示例では、給気ポート３６、第１出力ポート３８、第２出力ポート４０、第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４は、弁ボディ２８において同じ側に設けられている。なお、変形例においては、給気ポート３６、第１出力ポート３８、第２出力ポート４０、第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４は、弁ボディ２８における一側と他側に分散して設けられてもよい。例えば、第１出力ポート３８及び第２出力ポート４０は弁ボディ２８における一側に設けられ、給気ポート３６、第１排気ポート４２及び第２排気ポート４４は弁ボディ２８における他側に設けられてもよい。
スプール３０の軸方向に摺動自在に配置された駆動ピストン５１は、弁ボディ２８内に配置された筒状部材４１内に摺動自在に配置されており、その外周部にはパッキン５１ａが装着されている。電磁弁５２は、駆動ピストン５１のスプール３０とは反対側の面に給気ポート３６から供給される圧縮エアの圧力（供給圧Ｐ）を作用させて、駆動ピストン５１を駆動するように構成されている。電磁弁５２内の流路は、弁ボディ２８に形成された連通路５３を介して、給気ポート３６と連通している。電磁弁５２は、通電によりオンになると圧縮エアを圧力作用室２３に流入させ、通電解除によりオフになると圧力作用室２３内のエアを外部に排出するように切り換えられるものである。
また、弁ボディ２８内には、給気ポート３６の圧力（供給圧Ｐ）に基づきＢ方向の力をスプール３０に作用させるリターンピストン５５が配置されている。リターンピストン５５は、弁ボディ２８に形成された摺動孔７１内にスプール３０の軸方向に摺動可能に配置されている。リターンピストン５５の外周部には、パッキン５５ａが装着されている。摺動孔７１がリターンピストン５５によって塞がれることで摺動孔７１内に圧力作用室７３が形成されている。
弁ボディ２８には、給気ポート３６と圧力作用室７３とを連通する連通路５９が形成されている。給気ポート３６の圧力は、連通路５９を介して、リターンピストン５５の受圧面に作用する。従って、リターンピストン５５は、給気ポート３６の圧力に基づいてスプール３０をＢ方向に付勢する。上記駆動ピストン５１の受圧面積は、リターンピストン５５の受圧面積よりも大きい。
流路ユニット２６は、第１出力ポート３８に連通した第１流路６１と第２出力ポート４０に連通した第２流路６２とが形成された流路ボディ６０と、流路ボディ６０内の第２流路６２上に設けられた省エネ弁機構６６とを有する。
流路ボディ６０は、複数のボディ要素を組み合わせてなる。本実施形態の場合、流路ボディ６０は、主流路部材６０ａと、この主流路部材６０ａの両側に配置されたエンドプレート６０ｂ、６０ｃとを有する。
流路ボディ６０にはさらに、主弁ユニット２４の給気ポート３６に連通し圧力供給源からの圧縮エアを導入する導入路６８と、第１排気ポート４２に連通し第１圧力室１６Ａからの排気エアを流す第１排気路７０と、第２圧力室１６Ｂからの排気エアを流す第２排気路７２とが形成されている。
第１流路６１は、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａに流体接続される流路であって、主弁ユニット２４が上記第１の切換状態（図２）に作動しているときに、圧力供給源からの圧縮エアを主弁ユニット２４の第１出力ポート３８を介して導入し、この圧縮エアをエアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへと供給する。また、第１流路６１は、主弁ユニット２４が上記第２の切換状態（図１）に作動しているときに、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａからの排気エアを導入し、この排気エアを主弁ユニット２４の第１出力ポート３８へと導く。
第２流路６２は、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに流体接続される流路であって、主弁ユニット２４が上記第１の切換状態に作動しているときに、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂからの排気エアを導入し、この排気エアを主弁ユニット２４の第２出力ポート４０へと導く。また、第２流路６２は、主弁ユニット２４が上記第２の切換状態に作動しているときに、圧力供給源からの圧縮エアを主弁ユニット２４の第２出力ポート４０を介して導入し、この圧縮エアをエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへと供給する。
省エネ弁機構６６は、ピストン部７６及び弁部７８を有する可動体７４と、第２流路６２を遮断する方向に可動体７４を弾性的に付勢する弾性部材８０（図示例ではコイルバネ）とを備える。可動体７４は流路ボディ６０に形成された摺動孔８２に往復摺動可能に配置されており、可動体７４のピストン部７６の外周部にはリング状のパッキン８４が装着されている。
パッキン８４の外周面は、摺動孔８２を形成する内周面に全周に亘って密着しており、これにより気密シールが形成されている。摺動孔８２はピストン部７６によって第１流路６１と第２流路６２とに気密に仕切られている。ピストン部７６は、第１流路６１の圧力を受ける受圧面８６を有する。また、ピストン部７６の外周部において、パッキン８４の両側（受圧面８６側及びロッド部８８側）には、例えば硬質樹脂で構成されたウェアリング８５が装着されている。
ピストン部７６の受圧面８６とは反対側からはピストン部７６よりも細いロッド部８８が延出している。ロッド部８８は、細径部８８ａと太径部８８ｂとを有する。摺動孔８２においてピストン部７６よりも弁部７８側には、内周部及び外周部にシール部材（Ｏリング）が装着されたリング状の仕切部材７９が配置されている。この仕切部材７９の外周側のシール部材は摺動孔８２の内周面に密着し、仕切部材７９の内周側のシール部材はロッド部８８の太径部８８ｂに密着している。これにより、第２流路６２の圧力がピストン部７６に作用しないようになっている。ロッド部８８の延出端には弁部７８が連結固定されている。
弁部７８は、例えばゴム材やエラストマー材等の弾性体からなる環状のパッキン９０と、このパッキン９０を保持するパッキンホルダ９２とを有する。流路ボディ６０内には、パッキン９０に対向するシート部材９６が配置されている。パッキン９０がシート部材９６に着座した状態では、第２流路６２は遮断されている。パッキン９０がシート部材９６から離間した状態では、第２流路６２は開通している。
本実施形態において、弾性部材８０は、弁部７８を基準として可動体７４の反対側に配置されており、弁部７８を可動体７４側に向けて弾性的に付勢している。第１流路６１が大気圧のときは、弁部７８は弾性部材８０の付勢力によってシート部材９６に押し付けられる。第１流路６１の圧力が受圧面８６に作用することに基づく可動体７４のＡ方向の移動力が、弾性部材８０の付勢力（弾発力）よりも大きくなると、可動体７４は、弾性部材８０の付勢力に抗してＡ方向に移動させられる。これにより、弁部７８（パッキン９０）がシート部材９６から離間し、第２流路６２が開通する。第１流路６１の圧力が受圧面８６に作用することに基づく可動体７４のＡ方向の移動力が、弾性部材８０の付勢力（弾発力）よりも小さくなると、可動体７４は、弾性部材８０の付勢力によってＢ方向に移動させられる。これにより、弁部７８（パッキン９０）がシート部材９６に着座し、第２流路６２が再び遮断される。
次に、上記のように構成される流路ユニット２６を備えた切換弁１０Ａの作用及び効果について説明する。
図１において、圧力供給源からの圧縮エアが給気ポート３６に供給されているが電磁弁５２はオフの状態であり、主弁ユニット２４のスプール３０は第２位置に位置し、可動体７４は弾性部材８０の付勢力の作用下に弁閉位置に位置している。また、エアシリンダ１４のピストン２０は初期位置（戻り側のストロークエンド）に位置しており、第２圧力室１６Ｂにはわずかな空気圧が残った状態で保持されている。
図１の状態から、電磁弁５２がオンになると、給気ポート３６に供給される圧縮エアの圧力（供給圧Ｐ）が駆動ピストン５１の受圧面に作用し、スプール３０は駆動ピストン５１によってＡ方向に押される。これにより、図２のように、スプール３０は、給気ポート３６と第１出力ポート３８とを連通させ且つ第２出力ポート４０と第２排気ポート４４とを連通させる位置に移動させられる。
なお、この場合、連通路５９を介してリターンピストン５５にも供給圧Ｐが作用するが、駆動ピストン５１の受圧面積はリターンピストン５５の受圧面積よりも大きいため、駆動ピストン５１がスプール３０をＡ方向に押す力は、リターンピストン５５がスプール３０をＢ方向に押す力よりも大きい。従って、駆動ピストン５１は、リターンピストン５５のＢ方向の押圧力に抗して、上記のようにスプール３０をＡ方向に移動させることができる。
このようなスプール３０の移動に伴って、給気ポート３６に供給された圧縮エアは、第１出力ポート３８及び流路ボディ６０の第１流路６１を介してエアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへと導入される。またこのとき、第１流路６１に流入した圧縮エアの圧力（供給圧Ｐ）が可動体７４のピストン部７６の受圧面８６に作用することで、可動体７４が弾性部材８０の付勢力に抗して弁開位置に向かって移動し、これにより第２流路６２が開通する。
従って、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへの圧縮エアの導入に伴ってエアシリンダ１４はピストンロッド２２を進出させる作業ストロークを行う。この際、主弁ユニット２４では第２出力ポート４０と第２排気ポート４４とが連通し、流路ユニット２６では第２流路６２が開通しているため、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに溜まっていたエアは、第２流路６２を介して第２出力ポート４０へと流入し、さらに第２排気ポート４４及び第２排気路７２を介して外気へと排気される。従って、電磁弁５２がオン状態を維持することで、図３のように、エアシリンダ１４のピストン２０は作業側のストロークエンドまで移動して停止する。
次に、給気ポート３６への圧縮エアの供給が維持されつつ電磁弁５２がオフになると、図４のように、スプール３０が第２位置に移動することに伴って給気ポート３６と第２出力ポート４０とが連通するとともに、第１出力ポート３８と第１排気ポート４２とが連通する。このとき、第１流路６１の圧力によって可動体７４に作用するＡ方向の力は、弾性部材８０の付勢力よりも依然として大きい。このため、可動体７４は弾性部材８０の付勢力に抗して弁開位置に位置し、これにより第２流路６２の開通が維持される。
従って、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの圧縮エアの導入に伴ってエアシリンダ１４はピストンロッド２２を後退させる復帰ストロークを行う。この際、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａに溜まっていたエアは、第１流路６１を介して第１出力ポート３８へと流入し、さらに第１排気ポート４２及び第１排気路７０を介して外気へと排気される。
そして、エアシリンダ１４のピストン２０が戻り側のストロークエンドに到達することに伴って、第１流路６１の圧力によって可動体７４に作用する力が弾性部材の付勢力よりも小さくなると、図１のように、可動体７４は弾性部材８０の付勢力の作用下に弁閉位置へと移動させられる。これにより第２流路６２は遮断される。このように第２流路６２が遮断されることで、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの圧縮エアの供給が遮断される。従って、エアシリンダ１４のピストン２０が戻り側のストロークエンドに到達した以降は、不要な圧縮エアがエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに供給されないため、エア消費量を節減できる。
また、図１の状態では第２流路６２が遮断されているため、ピストンロッド２２を下に向けてエアシリンダ１４が配置されている構成の場合に、供給圧Ｐが停止した場合でも、エアシリンダ１４（具体的にはピストン２０及びピストンロッド２２）の意図しない落下を防止することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る切換弁１０Ａによれば、エアシリンダ１４に復帰ストロークを行わせるためにエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに供給圧Ｐを印加する際において、ピストン２０が戻り側のストロークエンド（復帰位置／初期位置）に到達するまでは、第１流路６１の圧力が省エネ弁機構６６のピストン部７６に作用するため、第２流路６２は開通している。これにより、第２流路６２を介したエアシリンダ１４への供給圧Ｐの印加によってエアシリンダ１４の復帰ストロークを支障なく行うことができる。
そして、ピストン２０が戻り側のストロークエンドに到達することに伴って、第１流路６１の圧力によってピストン部７６の受圧面８６に作用する力が弾性部材８０の付勢力よりも小さくなると、弾性部材８０の付勢力によって可動体７４は弁閉位置へと移動し、第２流路６２が遮断される。この結果、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの不要な圧縮エアの導入が遮断され、第２圧力室１６Ｂ内の昇圧が停止する。従って、復帰ストローク時におけるエア消費量の節減により、ランニングコストを抑制することができる。
また、上述のようにエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの不要な圧縮エアの導入が遮断されるため、第２圧力室１６Ｂ内が必要以上に加圧されることがない。従って、次サイクルの作業ストロークにおいて、第２圧力室１６Ｂの圧力による移動抵抗が減少し、これにより作業ストロークの速度が高まることが期待できる。
本発明の流路ユニット２６は、主弁ユニット２４のような通常の電磁弁ユニット（流路切換弁）と組合わせて使用することができ、構成が簡便である。また、流路ユニット２６が主弁ユニット２４に対して着脱可能である場合、必要に応じて装着することで使用上の自由度が増す。例えば、エアシリンダ１４に電磁弁ユニットを接続した後に省エネの課題が生じた場合に、その対策として流路ユニット２６を取り付けることで問題を解決することができる。
本実施形態の場合、可動体７４を弁開位置に作動させるパイロット圧として圧縮エアの圧力を用いているため、エアシリンダ１４に作業ストロークを行わせるために第１流路６１へ圧縮エアを供給すると、第２流路６２が自動的に開通状態となる。従って、エアシリンダ１４からの排気エアが第２流路６２を流れることが許容され、エアシリンダ１４の作業ストロークを支障なく行うことができる。
さらに、本実施形態の場合、流路ボディ６０は、可動体７４を摺動可能に配置する摺動孔８２を有し、摺動孔８２はピストン部７６によって第１流路６１と第２流路６２とに仕切られている。この構成により、第１流路６１の圧力によって可動体７４に動作させる機構を簡易構成で実現できる。
なお、本実施形態では流路ユニット２６は、主弁ユニット２４に連結された構成として説明したが、変形例においては、主弁ユニット２４と流路ユニット２６とが分離不可能に一体化した構成であってもよい。
［第２実施形態］
図５に示す第２実施形態に係る切換弁１０Ｂは、エアシリンダ１４を備えた空気圧システム１２Ｂに使用されるものである。本実施形態において、エアシリンダ１４は、ピストンロッド２２を上方に向けて配置されており、作業ストローク時にはピストン２０及びピストンロッド２２が上昇し、復帰ストローク時にはピストン２０及びピストンロッド２２が下降する。
切換弁１０Ｂは、圧力供給源（エアコンプレッサ等）からの圧縮エアのエアシリンダ１４に対する給排を切り換える主弁ユニット２４と、この主弁ユニット２４に連結された流路ユニット１００とを備える。
流路ユニット１００は、第１出力ポート３８に連通した第１流路１０１と第２出力ポート４０に連通した第２流路１０２とが形成された流路ボディ１０４と、流路ボディ１０４内の第１流路１０１上に設けられたセーフティ弁機構１０６と、流路ボディ１０４内の第２流路１０２上に設けられた省エネ弁機構６６とを備える。
流路ボディ１０４は、複数のボディ要素（第１〜第５部材１０４ａ〜１０４ｅ）を組み合わせてなるブロック状の部材である。流路ボディ１０４にはさらに、主弁ユニット２４の給気ポート３６に連通し圧力供給源からの圧縮エアを導入する導入路１０８とが形成されている。
第１流路１０１は、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａに流体接続される流路であって、主弁ユニット２４が上記第１の切換状態（図６）に作動しているときに、圧力供給源からの圧縮エアを主弁ユニット２４の第１出力ポート３８を介して導入し、この圧縮エアをエアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへと供給する。また、第１流路１０１は、主弁ユニット２４が上記第２の切換状態（図５及び図８）に作動しているときに、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａからの排気エアを導入し、この排気エアを主弁ユニット２４の第１出力ポート３８へと導く。
第２流路１０２は、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに流体接続される流路であって、主弁ユニット２４が上記第１の切換状態に作動しているときに、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに溜まっていたエアを導入し、このエアを主弁ユニット２４の第２出力ポート４０へと導く。また、第２流路１０２は、主弁ユニット２４が上記第２の切換状態（図８）に作動しているときに、圧力供給源からの圧縮エアを主弁ユニット２４の第２出力ポート４０を介して導入し、この圧縮エアをエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへと供給する。
セーフティ弁機構１０６は、第１流路１０１及び第２流路１０２に圧力供給源からの圧縮エアが供給されていないときに第１流路１０１を遮断するように構成されている。具体的には、セーフティ弁機構１０６は、弁体１１４と、付勢部材１１６（図例例ではコイルバネ）と、可動部材１１８とを有する。
弁体１１４は、第１流路１０１を遮断する位置（図７）と第１流路１０１を開通する位置（図５、図６、図８）との間を移動可能に配置されている。弁体１１４は、可動部材１１８の軸方向（移動可能方向）に沿って移動可能である。本実施形態では、弁体１１４は、円盤状のパッキン１２０と、このパッキン１２０を保持するパッキンホルダ１２２とを有する。なお、パッキン１２０はリング状に形成されていてもよい。
流路ボディ１０４内には、パッキン１２０に対向するシート面が形成された筒状部材１２３が配置されている。筒状部材１２３には周方向に間隔をおいて複数の側孔１２５が形成されている。パッキン１２０が筒状部材１２３のシート面に着座した状態では、第１流路１０１は遮断されている。パッキン１２０が筒状部材１２３のシート面から離間した状態では、第１流路１０１は開通している。
付勢部材１１６は、弁体１１４を弁閉位置に向けて弾性的に付勢する。本実施形態において、付勢部材１１６は、弁体１１４を基準として可動部材１１８の反対側に配置されており、弁体１１４を可動部材１１８側に向けて弾性的に付勢している。
可動部材１１８は、ピストン部１２６を有し、流路ボディ１０４内に移動可能に配置されている。可動部材１１８は、第２流路１０２への圧縮エアの供給時に、圧縮エアの圧力を受けることにより、第１流路１０１を開通する位置に弁体１１４を移動させる。
可動部材１１８はその軸方向に沿って移動可能である。ピストン部１２６は受圧面１２７を有し、流路ボディ１０４内に形成された第１収容室１２８内に摺動可能に収容されている。第１収容室１２８は、流路ボディ１０４に形成された第１連通路１３０を介して第２流路１０２と連通している。
ピストン部１２６の外周部にはリング状の第１パッキン１３２が装着されている。第１パッキン１３２の外周面は第１収容室１２８の内周面に全周に亘って密着しており、これにより気密シールが形成されている。ピストン部１２６の受圧面１２７とは反対側からは、弁体１１４側に向かってロッド部１３３が延出している。ロッド部１３３はピストン部１２６よりも細く、その延出端（ピストン部１２６とは反対側の端部）にて弁体１１４を押圧可能である。ロッド部１３３の外周部にはリング状の第２パッキン１３５が装着されている。第２パッキン１３５の外周面は筒状部材１２３の内周面に全周に亘って密着しており、これにより気密シールが形成されている。
付勢部材１１６の付勢力（弾発力）は、第１出力ポート３８から第１流路１０１に圧縮エアが導入される際の圧縮エアの圧力（供給圧Ｐ）によって弁体１１４が弁開位置に向けて押される力よりも小さい。また、付勢部材１１６の付勢力は、第２出力ポート４０から第２流路１０２に圧縮エアが導入される際の圧縮エアの圧力によって可動部材１１８が弁体１１４を弁開位置へと押す力よりも小さい。従って、第１流路１０１に圧縮エアが導入されていないとき、及び第１収容室１２８に圧縮エアが導入されていないときは、弁体１１４は、付勢部材１１６の付勢力によって筒状部材１２３に押し付けられ、これにより第１流路１０１は遮断される。
本実施形態における省エネ弁機構６６は、図１に示した省エネ弁機構６６と同様に、ピストン部７６及び弁部７８を有する可動体７４と、第２流路１０２を遮断する方向に可動体７４を弾性的に付勢する弾性部材８０（図示例ではコイルバネ）とを備える。ピストン部７６は、流路ボディ１０４に形成された第２収容室１３４内に摺動可能に収容されている。第２流路１０２と第２収容室１３４とは、ピストン部７６によって気密に仕切られている。第２収容室１３４は、流路ボディ１０４に形成された第２連通路１３６を介して第１流路１０１と連通している。
流路ボディ１０４内には筒状部材１４０が配置されており、筒状部材１４０には周方向に間隔をおいて複数の側孔１４２が形成されている。ロッド部８８の外周部にはリング状のパッキン１４４が装着されている。パッキン１４４の外周面は筒状部材１４０の内周面に全周に亘って密着しており、これにより気密シールが形成されている。第１流路１０１の圧力によってピストン部７６に作用する力が弾性部材８０の付勢力よりも小さいときは、可動体７４は、弾性部材８０の付勢力によって弁部７８（パッキン９０）の部分が筒状部材１４０に押し付けられ、これにより第２流路１０２は遮断される。
次に、上記のように構成される流路ユニット１００を備えた切換弁１０Ｂの作用及び効果について説明する。
図５において、圧力供給源からの圧縮エアが給気ポート３６に供給されているが電磁弁５２はオフの状態であり、主弁ユニット２４のスプール３０は第２位置に位置し、セーフティ弁機構１０６のピストン部１２６が供給圧Ｐを受けているため弁体１１４は弁開位置に位置し、省エネ弁機構６６の可動体７４は弾性部材８０の付勢力の作用下に弁閉位置に位置している。また、エアシリンダ１４のピストン２０は初期位置（戻り側のストロークエンド）に位置しており、第２圧力室１６Ｂにはわずかな空気圧が残った状態で保持されている。
図５の状態から、電磁弁５２がオンになると、図６のように、スプール３０が第１位置に移動することに伴って給気ポート３６と第１出力ポート３８とが連通するとともに、第１流路１０１に導入された圧縮空気の圧力（供給圧Ｐ）によって、付勢部材１１６の付勢力に抗して弁体１１４の弁開状態が維持される。このため、圧縮エアが第１出力ポート３８及び第１流路１０１を介してエアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへと導入される。またこのとき、圧縮エアが第２連通路１３６を介して第２収容室１３４に導入されることで、供給圧Ｐが可動体７４のピストン部７６の受圧面８６に作用する。これにより可動体７４が弾性部材８０の付勢力に抗して弁開位置に向かって移動し、第２流路１０２が開通する。
従って、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａへの圧縮エアの導入に伴ってエアシリンダ１４はピストンロッド２２を進出（上昇）させる作業ストロークを行う。この際、主弁ユニット２４では第２出力ポート４０と第２排気ポート４４とが連通し、流路ユニット１００では第２流路１０２が開通しているため、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに溜まっていたエアは、第２流路１０２を介して第２出力ポート４０へと流入し、さらに第２排気ポート４４を介して外気へと排気される。従って、電磁弁５２がオン状態を維持することで、図７のように、エアシリンダ１４のピストン２０は作業側のストロークエンドまで移動して停止する。
ここで、何らかの原因により圧力供給源から切換弁１０Ｂへの供給圧Ｐがゼロになった場合、供給圧Ｐがセーフティ弁機構１０６の弁体１１４に作用しなくなることに伴って、付勢部材１１６の付勢力によって弁体１１４が弁閉位置へと移動させられ、第１流路１０１が遮断される。従って、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａからのエアの排出が阻止され、ピストン２０及びピストンロッド２２の意図しない落下が防止される。
作業ストロークの完了後、給気ポート３６への圧縮エアの供給が維持されつつ電磁弁５２がオフになると、図８のように、スプール３０が第２位置に移動することに伴って給気ポート３６と第２出力ポート４０とが連通するとともに、第１出力ポート３８と第１排気ポート４２とが連通する。このとき、供給圧Ｐが第１連通路１３０を介してセーフティ弁機構１０６のピストン部１２６の受圧面１２７に作用することで、可動部材１１８が付勢部材１１６の付勢力に抗して弁体１１４を弁開位置に押し、これにより第１流路１０１が開通する。一方、スプール３０が上記のように移動した後においても、可動体７４の受圧面に作用する力は、弾性部材８０の付勢力よりも依然として大きい。このため、可動体７４は弾性部材８０の付勢力に抗して弁開位置に位置し、これにより第２流路１０２の開通が維持される。
従って、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの圧縮エアの導入に伴ってエアシリンダ１４はピストンロッド２２を後退させる復帰ストロークを行う。この際、エアシリンダ１４の第１圧力室１６Ａに溜まっていたエアは、第１流路１０１を介して第１出力ポート３８へと流入し、さらに第１排気ポート４２を介して外気へと排気される。
そして、エアシリンダ１４のピストン２０が戻り側のストロークエンドに到達することに伴って、可動体７４の受圧面に作用する力が弾性部材８０の付勢力よりも小さくなると、図５のように、可動体７４は弾性部材８０の付勢力の作用下に弁閉位置へと移動させられる。これにより第２流路１０２は遮断される。このように第２流路１０２が遮断されることに伴って、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの圧縮エアの供給が遮断される。従って、エアシリンダ１４のピストン２０が戻り側のストロークエンドに到達した以降は、不要な圧縮エアがエアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂに供給されないため、エア消費量を節減できる。
以上説明したように、本実施形態に係る切換弁１０Ｂによっても、エアシリンダ１４の復帰ストロークにおいてピストン２０がストロークエンドに到達すると、省エネ弁機構６６によって第２流路１０２が遮断されるため、エアシリンダ１４の第２圧力室１６Ｂへの不要な圧縮エアの導入が遮断され、第２圧力室１６Ｂ内の昇圧が停止する。従って、復帰ストローク時におけるエア消費量の節減により、ランニングコストを抑制することができる。
上述した第１実施形態（図１〜図４）では、省エネ弁機構６６が、導入路６８の供給ポートから印加された圧縮エアが主弁ユニット２４に導入される前に流路内の流量を縮小させるものとなっている。これに対し、第２実施形態では導入路１０８から外れた位置に省エネ弁機構６６が配置されており、導入路１０８の供給ポートから印加された圧縮エアが主弁ユニット２４に導入される前に流路内の流量を縮小させるものが無い。
本実施形態では、エアシリンダ１４の稼働中に流路ユニット１００への供給圧Ｐがゼロになった場合に、セーフティ弁機構１０６が作動することで第１流路１０１が遮断される。従って、ピストンロッド２２を上方に向けてエアシリンダ１４が配置されている構成において、供給圧Ｐがゼロになった場合でも、エアシリンダ１４（具体的にはピストン２０及びピストンロッド２２）の意図しない落下を防止することができる。
さらに、本実施形態では、流路ボディ１０４は、セーフティ弁機構１０６のピストン部１２６を収容する第１収容室１２８と、第２流路１０２と第１収容室１２８とを連通する第１連通路１３０と、省エネ弁機構６６のピストン部７６を収容する第２収容室１３４と、第１流路１０１と第２収容室１３４とを連通する第２連通路１３６とを有する。この構成により、第１流路１０１の圧力によって駆動される省エネ弁機構６６と、第２流路１０２の圧力によって駆動されるセーフティ弁機構１０６とを備えた流路ユニット１００を、簡易構成で実現できる。
なお、本実施形態では流路ユニットは、主弁ユニットに連結された構成として説明したが、変形例においては、主弁ユニットに流路ユニットが内蔵された構成であってもよい。
第２実施形態において、第１実施形態と共通する各構成部分については、第１実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
１０Ａ、１０Ｂ…切換弁 １２Ａ、１２Ｂ…空気圧システム
１４…エアシリンダ ２４…主弁ユニット
２６、１００…流路ユニット １０４…流路ボディ
６１、１０１…第１流路 ６２、１０２…第２流路
６６…省エネ弁機構 ７４…可動体
８０…弾性部材 １０６…セーフティ弁機構
１１４…弁体 １１６…付勢部材
１１８…可動部材 １２８…第１収容室
１３０…第１連通路 １３４…第２収容室
１３６…第２連通路

Claims (7)

  1. 第１圧力室への圧縮エアの導入によってピストンの作業ストロークを行い、第２圧力室への前記圧縮エアの導入によって前記ピストンの復帰ストロークを行うエアシリンダを備えた空気圧システムに使用される流路ユニットであって、
    前記第１圧力室に接続される第１流路と、前記第２圧力室に接続される第２流路とを有する流路ボディと、
    前記流路ボディ内の前記第２流路上に設けられ、前記第２流路の開通及び遮断を切り替えるように作動する省エネ弁機構と、を備え、
    前記省エネ弁機構は、
    前記第１流路の圧力を受けるピストン部と、前記ピストン部と一体的に動く弁部とを含む可動体と、
    前記第２流路を遮断する方向に前記可動体を弾性的に付勢する弾性部材と、を有し、
    前記第２流路への前記圧縮エアの供給時において、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも大きいときは前記弾性部材の付勢力に抗して前記第２流路を開通する弁開位置に前記可動体が位置し、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも小さくなると前記弾性部材の付勢力によって前記第２流路を遮断する弁閉位置に前記可動体が移動する、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  2. 請求項１記載の流路ユニットにおいて、
    前記第１流路への前記圧縮エアの供給時に、前記圧縮エアの圧力が前記ピストン部に作用することにより、前記弾性部材の付勢力に抗して前記弁開位置に前記可動体が移動する、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  3. 請求項１又は２記載の流路ユニットにおいて、
    前記流路ボディは、前記可動体を摺動可能に配置する摺動孔を有し、
    前記摺動孔は前記ピストン部によって前記第１流路と前記第２流路とに仕切られている、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  4. 請求項３記載の流路ユニットにおいて、
    前記ピストン部の外周部には、パッキンが装着されるとともに、前記パッキンの両側にウェアリングが装着されている、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  5. 請求項１又は２記載の流路ユニットにおいて、
    前記第１流路及び前記第２流路に前記圧縮エアが供給されていないときに前記第１流路を遮断するセーフティ弁機構をさらに備え、
    前記セーフティ弁機構は、
    前記第１流路を遮断する位置と、前記第１流路を開通する位置との間を移動可能な弁体と、
    前記弁体を前記弁閉位置に向けて弾性的に付勢する付勢部材と、
    ピストン部を有し、前記流路ボディ内に移動可能に配置され、前記第２流路への前記圧縮エアの供給時に、前記圧縮エアの圧力を受けることにより、前記第１流路を開通する位置に前記弁体を移動させる可動部材と、を備える、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  6. 請求項５記載の流路ユニットにおいて、
    前記流路ボディは、前記セーフティ弁機構の前記ピストン部を収容する第１収容室と、前記第２流路と前記第１収容室とを連通する第１連通路と、前記省エネ弁機構の前記ピストン部を収容する第２収容室と、前記第１流路と前記第２収容室とを連通する第２連通路と、を有する、
    ことを特徴とする流路ユニット。
  7. 第１圧力室への圧縮エアの導入によってピストンの作業ストロークを行い、第２圧力室への前記圧縮エアの導入によって前記ピストンの復帰ストロークを行うエアシリンダを備えた空気圧システムに使用される切換弁であって、
    圧力供給源からの前記圧縮エアが供給される給気ポートと、第１出力ポートと、第２出力ポートと、排気ポートと、軸方向に摺動可能なスプールとを有し、前記スプールの軸方向位置に応じて、前記給気ポートと前記第１出力ポートとを連通させる状態と、前記給気ポートと前記第２出力ポートとを連通させる状態とに作動する主弁ユニットと、
    前記主弁ユニットに連結された流路ユニットと、を備え、
    前記第１圧力室に接続される第１流路と、前記第２圧力室に接続される第２流路とを有し、前記第１流路が前記第１出力ポートに連通し、前記第２流路が前記第２出力ポートに連通している、流路ボディと、
    前記流路ボディ内の前記第２流路上に設けられ、前記第２流路の開通及び遮断を切り替えるように作動する省エネ弁機構と、を備え、
    前記省エネ弁機構は、
    前記第１流路の圧力を受けるピストン部と、前記ピストン部と一体的に動く弁部とを含む可動体と、
    前記第２流路を遮断する方向に前記可動体を弾性的に付勢する弾性部材と、を有し、
    前記第２流路への前記圧縮エアの供給時において、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも大きいときは前記弾性部材の付勢力に抗して前記第２流路を開通する弁開位置に前記可動体が位置し、前記第１流路の圧力に基づく前記ピストン部に作用する力が前記弾性部材の付勢力よりも小さくなると前記弾性部材の付勢力によって前記第２流路を遮断する弁閉位置に前記可動体が移動する、
    ことを特徴とする切換弁。
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