JP6673547B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体圧シリンダ等のアクチュエータに対して供給または排出される圧力流体の流量や圧力等を制御する流体制御弁に関するものである。

流体圧シリンダ等のアクチュエータを駆動する際に、該アクチュエータに対して供給または排出される圧力流体の流量や圧力等を制御する流体制御弁は、例えば特許文献１や特許文献２等に開示されているように、種々の構成を有するものが知られている。

この種の流体制御弁は、通常、流路を絞って圧力流体の流量又は圧力を制限するニードル弁や、流体圧力とばね力との相互作用によって流路を開閉する流量調整弁、あるいは、圧力流体を一方向にのみ流通させるチェック弁などを組み合わせることにより、給気時の流量を制限して排気時の流量は非制限とするメータイン式制御を行うものや、給気時の流量は非制限で排気時の流量を制限するメータアウト式制御を行うもの、あるいは、排気時に急速排気を行って作動遅れを防止するものなど、使用目的に応じて色々な機能を有するように構成されている。

しかし、従来の前記流体制御弁は、バルブハウジングの内部に、前記ニードル弁や流量調整弁あるいはチェック弁などを個々に組み込んでいたため、構造が複雑で大型のものが多く、調整や取り扱いが不便で使い勝手が悪いという問題があり、より小型化された使い勝手の良い流体制御弁の出現が望まれていた。

そこで、本出願人は、特許文献３に開示されているように、ニードル弁の機能と流量制御弁の機能とを一つにまとめてバルブハウジング内に同軸状に組み込むことにより、従前の流体制御弁に比べ、構造が簡単で小型化され且つ使い勝手の良い、合理的設計構造を有する流体制御弁を提案した。
しかし、この流体制御弁を、流体圧アクチュエータに通常よりも高度の応答性を要求される用途で使用する場合には、該流体圧アクチュエータが動作遅れを生じないように、流体制御弁の流体制御能力を更に向上させることが必要である。

特開２０００−３２０５０３号公報 特開２０００−３２２１２８号公報 国際公開第２０１５／０２９８６６号

そこで本発明の目的は、構造が簡単で小型化されているうえに、流体圧回路に接続して使用する際の流体制御能力がより勝れた流体制御弁を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の流体制御弁は、弁ボディに設けられた第１ポート及び第２ポートと、前記第１ポートと第２ポートとを並列に結ぶ第１流路及び第２流路とを有し、前記第１流路には、前記第１ポートに圧力流体が供給されたとき該第１流路を一時的に開放する開閉弁機構が設けられ、前記第２流路には、前記第１流路が一時的に開放して閉じた後に該第２流路を開放する絞り弁機構が設けられ、前記開閉弁機構は、前記第１流路を取り囲む開閉弁座、及び、該開閉弁座に接離して前記第１流路を開閉する開閉弁体からなる開閉弁部と、圧力流体の作用により前記開閉弁体に開弁力を発生させる開弁力発生手段と、開弁した前記開閉弁体を遅延時間経過後に閉弁させる遅延閉弁機構とを有し、前記絞り弁機構は、前記第２流路の一部を形成する絞り孔と、該絞り孔内に嵌合するニードルとからなる絞り弁部と、圧力流体の作用で前記ニードルを進退動させることにより該絞り弁部を開閉制御する開閉制御機構とを有し、前記開閉弁部と絞り弁部とは、前記弁ボディの内部を通る軸線に沿って同軸上に配置され、前記開閉弁部が前記第１流路を一時的に開放したときの開口面積は、前記絞り弁部が前記第２流路を開放したときの開口面積より大きいことを特徴とする。

本発明の具体的な構成態様によれば、前記遅延閉弁機構は、前記開閉弁体に連なる第１ピストンと、該第１ピストンが臨む第１圧力室と、該第１圧力室と前記第１ポートとを結ぶ遅延流路とを有し、該遅延流路には絞り部が形成され、前記遅延流路を通じて前記第１圧力室に導入される圧力流体の作用で前記第１ピストンに発生する閉弁力が、前記開弁力発生手段により前記開閉弁体に発生する開弁力を上回ったとき、前記第１ピストンの変位により前記開閉弁体が前記開閉弁座に押し付けられて前記第１流路を閉鎖するように構成されている。

本発明において、前記開閉制御機構は、前記ニードルに連なる第２ピストンと、該第２ピストンが臨む第２圧力室と、該第２圧力室と前記絞り孔とを結ぶ導通孔と、前記ニードルを前記絞り弁部の開放方向に付勢するニードル開放ばねとを有し、前記絞り孔から導通孔を通じて前記第２圧力室内に導入される圧力流体の作用で前記第２ピストンに発生する閉弁力が前記ニードル開放ばねの付勢力を上回ったとき、前記ニードルが前記絞り弁部を閉鎖し、前記第２ピストンの閉弁力が前記ニードル開放ばねの付勢力を下回ったとき、前記ニードルが前記絞り弁部を開放するように構成されていることが望ましい。

本発明においては、前記弁ボディの内部に、インナーボディが前記軸線に沿って変位自在なるように収容され、該インナーボディに前記開閉弁体と第１ピストンとが形成され、前記弁ボディに前記開閉弁座が形成されており、また、前記インナーボディの内部に、弁ロッドが前記軸線に沿って変位自在なるように収容され、該弁ロッドに前記第２ピストンと前記ニードルとが形成され、前記インナーボディに前記絞り孔が形成され、前記インナーボディと前記弁ロッドとの間に前記ニードル開放ばねが介設されていても良い。

本発明においては、前記弁ボディが、前記第１ポートと第２ポートとを結ぶ第３流路を更に有し、該第３流路には第１チェック弁が設けられ、該第１チェック弁は、前記第１ポートから第２ポートに向かう圧力流体の順方向流れを阻止し、前記第２ポートから第１ポートに向かう圧力流体の逆方向流れを許容するように構成されていても良い。

本発明の一つの構成態様によれば、前記開弁力発生手段が、前記開閉弁体に形成された開弁用受圧面であり、該開弁用受圧面は、前記第１ポートに供給された圧力流体の作用を受けて前記開弁力を発生させる。

本発明の他の一つの構成態様によれば、前記開弁力発生手段が、前記弁ボディと開閉弁体との間に介設されて該開閉弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねである。

本発明の流体制御弁は、ニードル弁や流量制御弁あるいはチェック弁等の機能を一つの弁ボディの内部に合理的に組み込むことにより、構造の簡略化と小形化とを実現することができ、また、第１ポートに圧力流体が供給された際に流路を一時的に開放する開閉弁機構を設けたことにより、流体制御能力を高めて応答性を向上させることができたものである。

本発明の第１実施形態に係る流体制御弁を、流体圧回路に接続した状態の断面図で、流体圧シリンダが前進端にある場合の図である。 図１の要部拡大図である。 図１の要部拡大図である。 前記流体圧回路において、前記流体圧シリンダが作業行程（後退行程）を開始した直後の前記流体制御弁の動作状態を示す断面図である。 前記流体圧回路において、前記流体圧シリンダが作業行程の中間点を移動しているときの前記流体制御弁の動作状態を示す断面図である。 前記流体圧回路において、前記流体圧シリンダが作業行程端に到達したときの前記流体制御弁の動作状態を示す断面図である。 前記流体制御弁を記号化した場合の回路図である。 前記流体圧シリンダが作業行程を行う場合のロッド側室及びヘッド側室の圧力変化とピストンの動作との関係を概略的に示す線図である。 本発明に係る流体制御弁の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係る流体制御弁の第３実施形態を示す断面図である。

図１−図６は、本発明の第１実施形態に係る流体制御弁１Ａを流体圧回路に接続した状態の断面図であり、図７は、前記流体制御弁１Ａを記号化して示すものである。
前記流体制御弁１Ａは、メータイン制御方式の流体制御弁であって、圧力流体源４から電磁弁３を介して供給される圧力流体を、流量制御して流体圧アクチュエータ２に供給するものである。
図１−７において、前記流体圧アクチュエータ２は流体圧シリンダであり、前記電磁弁３は５ポート弁であり、前記圧力流体は圧縮空気である。また、符号５はスピードコントローラを示し、該スピードコントローラ５は、チェック弁５ａと可変絞り弁５ｂとで構成されている。

前記流体制御弁１Ａは、図１−図３に示すように、軸線Ｌに沿って延びる実質的に円筒状をした弁ボディ１０を有している。該弁ボディ１０は、中空の第１ボディ部分１０ａと、該第１ボディ部分１０ａの下端部に連結された中空の第２ボディ部分１０ｂとを有している。なお、以下の説明において、前記弁ボディ１０の上下端のうち上端側を第１端１１ａ、下端側を第２端１１ｂと呼ぶものとする。

前記第１ボディ部分１０ａの側面には、中空のポート形成部１２が、前記軸線Ｌと直交する方向に突出するように形成され、該ポート形成部１２の先端に第１ポート１３ａが形成され、前記第２ボディ部分１０ｂの下端即ち第２端１１ｂに、第２ポート１３ｂが、前記軸線Ｌ方向に開口するように形成されている。また、前記第２ボディ部分１０ｂの内部の前記軸線Ｌ上の位置には、流路形成用の円筒部材１４が、該第２ボディ部分１０ｂと同軸をなすように配設されている。この円筒部材１４は、前記第２ボディ部分１０ｂの一部をなすものであり、従って、前記弁ボディ１０の一部である。

前記第１ポート１３ａには、簡易接続式の管継手１５が取り付けられている。該管継手１５は、流体圧シリンダ２に接続された配管６の一端をこの管継手１５の内部に差し込むと、複数の係止片１５ａが該配管６の外周に食い込んで係止することにより該配管６を抜け止め状態にし、リリースブッシュ１５ｂを管継手１５の内部に押し込むと、該リリースブッシュ１５ｂの先端が前記係止片１５ａを外側に広げて前記配管６から離間させることにより、該配管６を抜き取ることができるものである。

前記第１ボディ部分１０ａの中空孔１０ｃの内部には、円筒状をしたインナーボディ２０が、断面Ｖ字形をした一方向性の第１シール部材２１を介して、前記第１ボディ部分１０ａと同軸状且つ前記軸線Ｌに沿って摺動自在なるように収容されている。また、該インナーボディ２０の内部には、円柱状をした弁ロッド２２が、断面Ｖ字形をした一方向性の第２シール部材２３を介して、該インナーボディ２０と同軸状且つ前記軸線Ｌに沿って摺動自在なるように収容されている。

また、前記第１ボディ部分１０ａの上端即ち第１端１１ａ側の端部には、前記インナーボディ２０の端部より外側の位置に、端板２４が、該インナーボディ２０の端部を覆うように気密に固定され、前記弁ロッド２２の上端は、シール部材２５を介して前記端板２４を気密に貫通し、該端板２４の外側に突出している。

前記弁ボディ１０の内部には、前記第１ポート１３ａと第２ポート１３ｂとを結ぶ流体流路２６が形成されている。該流体流路２６は、前記第１ポート１３ａに連なる第１合流孔２６ａと、前記第２ポート１３ｂに連なる第２合流孔２６ｂとの間で、互いに並列をなす第１流路２７と第２流路２８と第３流路２９とに分岐している。

前記第１流路２７は、前記第１合流孔２６ａから、前記第１ボディ部分１０ａの内周面と前記インナーボディ２０の外周面との間に形成された第１環状流路孔３１、前記円筒部材１４の上端部の開閉孔３２、及び該開閉孔３２に通じる中央孔３３を経て、前記第２合流孔２６ｂに連通する流路である。該第１流路２７は、前記流体圧シリンダ２に圧力流体を供給する初期段階に、前記流体流路２６を一時的に全開又は全開に近い状態に開放するための流路であり、このため該第１流路２７には、開閉弁機構３４が設けられると共に、開放した前記第１流路２７を遅延時間経過後に閉鎖するための遅延閉弁機構３５が設けられている。

また、前記第２流路２８は、前記第１環状流路孔３１から、前記インナーボディ２０に放射状に形成された複数の分岐孔３８、該インナーボディ２０の内部のロッド挿通孔３９、該ロッド挿通孔３９に通じる絞り孔４０、及び前記円筒部材１４の内部の中央孔３３を経て、前記第２合流孔２６ｂに連通する流路である。該第２流路２８は、前記流体圧シリンダ２に圧力流体を制限的に供給することによってメータイン制御を行うための流路であり、このため該第２流路２８には、絞り弁機構４１が設けられている。

更に、前記第３流路２９は、前記第１環状流路孔３１から、前記第２ボディ部分１０ｂの内周面と前記円筒部材１４の外周面との間に形成された第２環状流路孔４３を経て、前記第２合流孔２６ｂに通じる流路である。該第３流路２９は、前記流体圧シリンダ２に圧力流体を供給する際には閉鎖し、前記流体圧シリンダ２から圧力流体が排出される際には、該圧力流体を自由流れの状態で排出するための流路であり、このため該第３流路２９には、第１チェック弁４４が設けられている。

前記第１チェック弁４４は、断面Ｙ字形をした一方向性のシール部材により形成されていて、リップ４４ａを第１ポート１３ａ側に向けることにより、該第１ポート１３ａから第２ポート１３ｂに向かう圧力流体の順方向流れを阻止し、前記第２ポート１３ｂから第１ポート１３ａに向かう圧力流体の逆方向流れを許容する。

前記第１流路２７に設けられた前記開閉弁機構３４は、前記開閉孔３２を取り囲む環状の開閉弁座４６ａ、及び、該開閉弁座４６ａに接離することによって前記開閉孔３２即ち第１流路２７を開閉する開閉弁体４６ｂからなる開閉弁部４６と、前記開閉弁体４６ｂに開弁力を発生させる開弁力発生手段４７とを有している。
前記開閉弁座４６ａは、前記円筒部材１４に形成され、前記開閉弁体４６ｂは、前記インナーボディ２０の下端部に形成されている。

前記開閉弁体４６ｂには、前記開閉弁座４６ａに接離する開閉弁シール４６ｃが取り付けられている。該開閉弁シール４６ｃが前記開閉弁座４６ａに当接した時のシール径は、前記第１シール部材２１が前記第１ボディ部分１０ａの内周面に当接している部分のシール径より小さくされている。このようなシール径の関係により、前記開閉弁体４６ｂには、前記開閉弁シール４６ｃと前記第１シール部材２１との間に位置する部分の外周面に、前記シール径の径差に基づく開弁用受圧面４９が形成され、該開弁用受圧面４９に前記第１ポート１３ａからの圧力流体が作用した時、前記開閉弁体４６ｂに上向き（開弁方向）の推力即ち開弁力が発生し、この開弁力により、該開閉弁体４６ｂの前記開閉弁シール４６ｃが前記開閉弁座４６ａから離間して、前記第１流路２７を開放するように構成されている。従って、本実施形態においては、前記開弁用受圧面４９が実質的に前記開弁力発生手段４７である。

なお、前記開閉弁座４６ａに実際に接離するのは開閉弁体４６ｂの前記開閉弁シール４６ｃであるが、該開閉弁シール４６ｃは前記開閉弁体４６ｂの一部であるため、以下の説明においては、前記開閉弁体４６ｂが前記開閉弁座４６ａに接離するというように説明する場合もある。

前記遅延閉弁機構３５は、前記インナーボディ２０の上端部に形成された第１ピストン５２と、該第１ピストン５２と前記弁ボディ１０の上端の前記端板２４との間に区画された第１圧力室５３と、該第１圧力室５３を前記第１ポート１３ａに接続する遅延流路５４とを有している。

前記第１ピストン５２は、中空をなす前記インナーボディ２０の上端部に、該上端部を閉塞する閉塞板５５を気密に固定することにより形成され、該第１ピストン５２の外周と前記弁ボディ１０の内周との間に、前記第１圧力室５３の下端側の室端を画定するピストンシール部材５６が配設されている。
前記第１ピストン５２は、前記第１圧力室５３に面する閉弁用受圧面５２ａを有し、該閉弁用受圧面５２ａに前記第１圧力室５３内の圧力流体が作用することによって下向き（閉弁方向）の作用力を発生する。前記閉弁用受圧面５２ａの受圧面積は、前記開弁用受圧面４９の受圧面積より大きい。

前記第１ピストン５２のピストンシール部材５６と前記第１シール部材２１との間に形成された開放室５７は、開放孔５７ａによって大気に開放されていても良く、あるいは、該開放室５７に通じる他の通孔を通じて大気に開放されていても良い。

前記遅延流路５４は、前記第１ポート１３ａに通じる第１遅延流路孔５４ａと、前記第１圧力室５３に通じる第２遅延流路孔５４ｂと、該第１遅延流路孔５４ａと第２遅延流路孔５４ｂとの間に形成された中継孔５４ｃとを有している。

前記中継孔５４ｃは、前記第１遅延流路孔５４ａの孔端５４ｄに同軸状に連なる細長い孔で、該中継孔５４ｃの内部には、中空円筒状をした弁体受け６２が収容され、該弁体受け６２に形成された開放孔６３を通じて前記中継孔５４ｃが、大気に開放されている。

前記第１遅延流路孔５４ａの孔端５４ｄと前記弁体受け６２との間には、球状のチェック弁体６１が、前記孔端５４ｄに当接して該孔端５４ｄを塞ぐ閉弁位置（図１、図３参照）と、前記孔端５４ｄから離間して該孔端５４ｄを開放する開弁位置（図４参照）との間で変位自在なるように配設され、該チェック弁体６１と前記弁体受け６２との間には圧縮ばね６４が介設され、該圧縮ばね６４で前記チェック弁体６１が、前記第１遅延流路孔５４ａの孔端５４ｄに当接する方向に向けて常時付勢されている。

また、前記第２遅延流路孔５４ｂが前記中継孔５４ｃに連通している位置は、該中継孔５４ｃの側面の、前記弁体受け６２が嵌合している部分であり、該弁体受け６２の外周面と前記中継孔５４ｃの内周面との間に、環状の隙間からなる絞り部５９が形成されている。

従って、前記チェック弁体６１が前記閉弁位置にあるとき、前記第１遅延流路孔５４ａが閉鎖されると共に、前記第２遅延流路孔５４ｂが、前記絞り部５９、中継孔５４ｃ、及び弁体受け６２の開放孔６３を通じて大気に連通し、前記チェック弁体６１が前記開弁位置にあるとき、前記開放孔６３が閉鎖されて、前記第１遅延流路孔５４ａと第２遅延流路孔５４ｂとが、前記中継孔５４ｃ及び絞り部５９を通じて連通する。

前記遅延閉弁機構３５は次のように動作する。前記第１ポート１３ａからの圧力流体によって前記開閉弁体４６ｂが前記第１流路２７を開放（図４参照）したあと、該第１ポート１３ａからの圧力流体は、前記第１遅延流路孔５４ａを通って前記チェック弁体６１を押し開き、絞り部５９で流量制限された状態で前記第１圧力室５３内に徐々に流入し、それに伴って該第１圧力室５３内の流体圧力は徐々に上昇する。そして、この流体圧力の作用により前記第１ピストン５２に発生する閉弁方向の作用力（閉弁力）が、前記開弁用受圧面４９により発生する前記開閉弁体４６ｂの開弁力より大きくなったとき、前記インナーボディ２０は図において下降し、前記開閉弁体４６ｂが前記開閉弁座４６ａに当接して前記第１流路２７は閉鎖される（図５参照）。この結果、前記開閉弁体４６ｂは、前記流体圧シリンダ２に圧力流体を供給する初期段階だけに、前記第１流路２７を一時的に開放することになる。

また、前記第１ポート１３ａが大気に開放されて圧力流体が排出されると、該第１ポート１３ａ及び前記第１遅延流路孔５４ａの流体圧力が低下するため、前記チェック弁体６１は圧縮ばね６４で押されて閉弁位置に変位し、前記第２遅延流路孔５４ｂがチェック弁室６０及び開放孔６３を通じて大気に連通するため、前記第１圧力室５３内の圧力流体は該開放孔６３を通じて大気に排出される。

前記第２流路２８に形成された前記絞り弁機構４１は、前記インナーボディ２０に形成された前記絞り孔４０と、該絞り孔４０内に嵌合して該絞り孔４０を制限的に開口させるニードル６８とからなる絞り弁部６７を有している。前記ニードル６８は、前記弁ロッド２２の先端部に形成されている。
前記絞り孔４０の端部には絞り弁座６９が形成され、前記ニードル６８の外周には、前記絞り弁座６９に接離して前記第２流路２８を開閉する絞り弁シール７０が取り付けられている。

前記インナーボディ２０及び弁ロッド２２には、前記ニードル６８を開閉制御する開閉制御機構７２と、前記ニードル６８の開度を調節する開度調節機構７３とが設けられている。

前記開閉制御機構７２は、前記弁ロッド２２に形成された第２ピストン７５を有している。該第２ピストン７５は、前記インナーボディ２０の中空孔２０ａ内に、シール部材７６を介して軸線Ｌ方向に摺動自在に収容され、該第２ピストン７５の受圧面７５ａと前記閉塞板５５との間に第２圧力室７７が区画されると共に、該第２ピストン７５の背面と、前記インナーボディ２０に取り付けられたばね収容筒７８との間にニードル開放ばね７９が介設され、該ニードル開放ばね７９は、前記第２ピストン７５を、前記ニードル６８の絞り弁シール７０が前記絞り弁座６９から離れる方向（開弁方向）に向けて常時付勢している。また、前記弁ロッド２２の内部には、前記第２ポート１３ｂの流体圧力を前記第２圧力室７７に導入するための導通孔８０が形成され、該導通孔８０の一端８０ａは前記弁ロッド２２の先端に開口し、他端は連通孔８０ｂを通じて前記第２圧力室７７に連通している。

そして、前記第１ポート１３ａからの圧力流体が前記絞り弁部６７を通じて前記第２ポート１３ｂに制限的に供給されることにより、該第２ポート１３ｂ側の流体圧力が上昇すると、該第２ポート１３ｂ側の流体圧力が前記導通孔８０を通じて前記第２圧力室７７に導入され、この流体圧力の作用で第２ピストン７５に発生する閉弁方向の作用力が、前記ニードル開放ばね７９による開弁方向のばね力より大きくなったとき、前記ニードル６８の絞り弁シール７０が前記絞り弁座６９に当接して前記絞り弁部６７が閉鎖される（図６参照）ようになっている。

また、前記開度調節機構７３は、前記弁ロッド２２を回転させるためのハンドル８４と、前記弁ロッド２２の回転に伴って該弁ロッド２２を軸線Ｌ方向に変位させるカム機構８５とを有している。

前記ハンドル８４は、円筒形をしたキャップ状の部材で、前記弁ボディ１０の第１端１１ａに、該弁ボディ１０の上端部と前記端板２４と前記弁ロッド２２とを覆った状態で軸線Ｌを中心に回転操作自在なるように取り付けられ、該ハンドル８４の内部に形成された係止孔８４ａ内に、前記弁ロッド２２の上端部が嵌合している。前記係止孔８４ａは、その孔壁の一部に平坦部を有する非円形の孔であり、前記弁ロッド２２の上端部も、その外周の一部平坦部を有しており、これら平坦部同士が相互に当接して係止し合うことにより、前記ハンドル８４と弁ロッド２２とが、軸線Ｌ方向には相対的に移動自在であるが、回転方向には相互に固定された状態に連結されている。
しかし、前記係止孔８４ａと弁ロッド２２とに、前記平坦部を設ける代わりに、キーとキー溝とを設けても良い。

前記カム機構８５は、前記インナーボディ２０の内部に固定された筒状のカム部材８７と、該カム部材８７の下面に前記弁ロッド２２を取り囲むように形成された螺旋状のカム面８８と、前記弁ロッド２２の側面に形成された当接子８９とを有し、該当接子８９の上端が前記カム面８８の一部に当接することにより、前記絞り弁部６７における流量制限時の開度（初期開度）が設定される。前記当接子８９を前記カム面８８に当接させる力は、前記ニードル開放ばね７９のばね力である。

前記カム面８８は、前記弁ロッド２２の回りを一周しない長さを有する面で、時計回りでその高さが次第に低くなる方向、即ち前記絞り孔４０に近づく方向に傾斜している。従って、前記ハンドル８４で弁ロッド２２を時計回り又は反時計回りに回転操作すると、前記当接子８９が前記カム面８８に沿って変位することにより前記弁ロッド２２が軸線Ｌ方向に進退動するため、前記絞り孔４０に対する前記ニードル６８の挿入度が変化し、前記絞り弁部６７の初期開度が調整される。

前記ハンドル８４は、任意の回転位置に係止させることが可能であり、該ハンドル８４の回転角度に応じて、前記絞り弁部６７の初期開度を、前記最小開度と最大開度との間で任意に設定することができる。

また、前記第１流路２７の開閉弁部４６において、前記開閉弁体４６ｂが前記開閉弁座４６ａを一時的に開放したときの開口面積は、前記第２流路２８の絞り弁部６７において、前記ニードル６８が前記絞り孔４０を制限的に開放しているときの開口面積（初期開度）より大きい。
図中の符号９０は、前記弁ロッド２２と閉塞板５５との間をシールするシール部材である。

次に、前記構成を有する流体制御弁１Ａを使用して流体圧シリンダ２を速度制御する場合の、該流体制御弁１Ａ及び流体圧シリンダ２の動作の一例について、図１−６及び図８を参照しながら説明する。
なお、本実施形態においては、流体圧シリンダ２の作業ピストン７及びピストンロッド８（以下、単に「作業ピストン７」という。）が前進端の位置から後退する行程が、作業行程、後退端の位置から前進する行程が、復帰行程である。
しかし、前記作業ピストン７の前進行程を作業行程とし、後退行程を復帰行程としても良いことは勿論である。

図１−図３は、電磁弁３が非通電のため第１位置３ａに切り換わり、流体圧シリンダ２が前進端の位置を占めている場合である。このとき、前記流体圧シリンダ２のヘッド側室２ａには、スピードコントローラ５を通じて圧力流体が供給され、ロッド側室２ｂは、前記流体制御弁１Ａを介して大気に開放されている。また、前記流体制御弁１Ａはノーマル位置にあり、該流体制御弁１Ａの第１流路２７においては、開閉弁体４６ｂの開閉弁シール４６ｃが開閉弁座４６ａに当接することにより該第１流路２７は閉鎖され、第２流路２８においては、弁ロッド２２がニードル開放ばね７９で開弁方向に付勢されることにより、絞り弁部６７のニードル６８が、前記絞り孔４０を制限的に開放する初期位置を占めている。

この状態から、図４に示すように、前記電磁弁３が通電により第２位置３ｂに切り換わり、前記流体制御弁１Ａの第１ポート１３ａに圧力流体が供給されると共に、流体圧シリンダ２のヘッド側室２ａがスピードコントローラ５を通じて大気に開放されると、前記第１ポート１３ａの圧力流体は、前記開閉弁体４６ｂの開弁用受圧面４９に作用して開弁方向の推力即ち開弁力を発生させるため、該開弁力によって前記インナーボディ２０が弁ロッド２２と一体のまま上方に向けて変位し、前記開閉弁体４６ｂが開閉弁座４６ａから離れて第１流路２７が開放する。このため、前記圧力流体は、前記第１流路２７を通ってほぼ自由流れの状態で第２ポート１３ｂへと流通し、前記流体圧シリンダ２のロッド側室２ｂに供給される。

その結果、該ロッド側室２ｂの圧力は、図８に示すように、時刻ｔ０から急速に上昇を始め、それによって前記作業ピストン７は、前記ロッド側室２ｂの圧力が設定圧力Ｐｏに近づいた時刻ｔ２から高速で後退を開始する。この作業ピストン７の初期動作は、圧力流体を最初から流量制限した状態で供給する場合の該作業ピストン７の初期動作に比べて非常に速く、従って応答性に勝れる。

一方、前記ロッド側室２ｂの圧力流体は、第２ポート１３ｂから中央孔３３、導通孔８０を通じて第２圧力室７７に流入するため、該第２圧力室７７内の流体圧力は上昇し、この流体圧力が時刻ｔ１で制御時圧力Ｐａより高くなった時、第２ピストン７５に作用する閉弁方向の作用力が前記ニードル開放ばね７９による開弁方向の作用力を上回ることにより、前記弁ロッド２２がニードル開放ばね７９のばね力に抗して押し下げられ、前記ニードル６８は絞り孔４０を一旦閉鎖する。

また、前記第１ポート１３ａからの圧力流体は、前記遅延閉弁機構３５における遅延流路５４を通じ、絞り部５９により流量制限された状態で前記第１圧力室５３内に徐々に供給されるため、該第１圧力室５３内の流体圧力も徐々に上昇する。そして、この流体圧力の作用によって前記第１ピストン５２に発生する下向きの閉弁力が、前記開閉弁体４６ｂに作用する上向きの開弁力より大きくなったとき、図５に示すように、前記インナーボディ２０は図において下降し、前記開閉弁体４６ｂが前記開閉弁座４６ａに当接して前記第１流路２７は閉鎖される。

図８において、前記第１流路２７が時刻ｔ３で閉鎖されると、前記ピストン７は、前記ロッド側室２ｂに封じ込められた高圧の流体圧力（圧縮空気）の膨張力によって前進を続け、それに伴い、該ロッド側室２ｂの流体圧力は急速且つ曲線的に低下を始め、それと同時に、前記作業ピストン７の速度も減速される。そして、前記ロッド側室２ｂの流体圧力が時刻ｔ４で制御時圧力Ｐａより低下すると、前記第２圧力室７７内の流体圧力も低下するため、ニードル開放ばね７９のばね力で前記弁ロッド２２が押し上げられることにより前記ニードル６８が絞り孔４０を開放し、前記第１ポート１３ａからの圧力流体は、前記第２流路２８のみを通じて流量制限された状態で前記第２ポート１３ｂへと流通し、前記流体圧シリンダ２のロッド側室２ｂに徐々に供給されるようになる。このため、前記作業ピストン７は、ゆっくりしたほぼ一定の速度で後退端に向けて移動し、時刻ｔ５で後退端に到達して作業工程が完了する。それから少し遅れて、前記ロッド側室２ｂの流体圧力は前記制御時圧力Ｐａになり、前記ヘッド側室２ａの流体圧力はゼロになる。

かくして、前記作業ピストン７の作業工程が完了し、前記ロッド側室２ｂの圧力が制御時圧力Ｐａになると、前記第２ポート１３ｂ及び前記第２圧力室７７内の流体圧力が上昇するため、図６に示すように、前記弁ロッド２２及びニードル６８が下降して絞り弁シール７０が絞り弁座６９に当接し、前記第２流路２８は閉鎖される。

次に、図６の状態から、前記電磁弁３が再び前記第１位置３ａに切り換えられると、図１も参照して、前記流体圧シリンダ２のロッド側室２ｂが流体制御弁１Ａを介して大気に開放されると共に、ヘッド側室２ａにスピードコントローラ５を通じて圧力流体が供給される。このとき、前記ロッド側室２ｂ内の圧力流体は、前記流体制御弁１Ａの第２ポート１３ｂから第３流路２９内に流入して第１チェック弁４４を押し開き、自由流れの状態で該第３流路２９から前記第１ポート１３ａに流通し、該第１ポート１３ａから前記電磁弁３を経て大気に排出される。それに伴い、前記流体圧シリンダ２の作業ピストン７は、前記スピードコントローラ５を介して供給される圧力流体の流量に応じた速度で前進行程を行い、前進端まで移動する。

前記作業ピストン７が前進端まで移動して前記第２ポート１３ｂの流体圧力が低下すると、前記第２圧力室７７内の流体圧力も低下するため、前記弁ロッド２２が前記ニードル開放ばね７９に押されて上昇し、前記ニードル６８の絞り弁シール７０が絞り弁座６９から離れることにより前記第２流路２８が開放される。また、前記遅延流路５４においては、前記チェック弁体６１が、圧縮ばね６４に押されて前記閉弁位置に変位し、前記第１圧力室５３内の圧力流体が、開放孔６３を通じて大気に排出される。この一連の動作によって前記流体制御弁１Ａは、図１のノーマル位置に復帰する。

なお、前記流体圧シリンダ２の前進行程の開始時に、該流体圧シリンダ２のロッド側室２ｂの圧力流体が流体制御弁１Ａを通じて排出され始めるとき、前記遅延流路５４の絞り部５９の断面積によっては、前記第１圧力室５３内の圧力流体が急速に排出されることにより、前記開閉弁体４６ｂが、前記第２ポート１３ｂに流入した圧力流体（排出流体）によって押し上げられ、開閉弁座４６ａから離間して第１流路２７が開放されることも考えられる。

開弁した前記開閉弁体４６ｂは、そのあとも自力では閉弁しないので、このような事態を避けるために、前記閉塞板５５と端板２４との間に、前記インナーボディ２０を閉弁方向に付勢する閉弁ばねを介設し、前記開閉弁体４６ｂがノーマル時に必ず閉弁位置を占めるように構成することも可能である。この場合、前記閉弁ばねのばね力は、前記開閉弁体４６ｂの開弁力に対して逆向きに作用するため、該閉弁ばねを設けない場合に比べ、作業工程スタート時の応答性は若干低下するが、前記第２流路２８のみを通じて圧力流体を最初から流量制限した状態で流体圧シリンダ２に供給する場合に比べ、応答性は良い。

しかし、前記閉弁ばねを設けない場合でも、ノーマル時に前記開閉弁体４６ｂが開弁したままであったとしても、次回の作業行程のスタート時に、前記開閉弁体４６ｂが第１流路２７を開放した状態からスタートすることになるため、該開閉弁体４６ｂを開放させる過程が不要になり、却って応答が速くなる。

図９は本発明に係る流体制御弁の第２実施形態を示すもので、この第２実施形態の流体制御弁１Ｂは、遅延流路５４の第１遅延流路孔５４ａと第２遅延流路孔５４ｂとが、絞り部５９を介して常時連通している点で、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａと相違している。即ち、前記第１遅延流路孔５４ａと第２遅延流路孔５４ｂとの間に介在する中継孔５４ｃの内部に、柱状の閉塞部材９１を取り付け、該閉塞部材９１の外周面と前記中継孔５４ｃの内周面との間に前記絞り部５９を形成したものである。

従って、この第２実施形態の流体制御弁１Ｂにおいて、第１ポート１３ａに供給された圧力流体は、前記第１遅延流路孔５４ａ、絞り部５９、及び第２遅延流路孔５４ｂを通じて第１圧力室５３に流入し、該第１圧力室５３から排出される圧力流体は、前記第２遅延流路孔５４ｂ、絞り部５９、及び第１遅延流路孔５４ａを通じて前記第１ポート１３ａから排出される。

なお、前記絞り部５９は、開口面積を調整可能な可変絞りとすることもできる。この点は、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａの絞り部５９の場合も同様である。

前記流体制御弁１Ｂの前記以外の構成及び作用は、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａと実質的に同じであるから、両者の主要な同一構成部分に第１実施形態の流体制御弁１Ａと同一の符号を付し、具体的な構成及び作用の説明は省略する。

図１０は本発明に係る流体制御弁の第３実施形態を示すもので、この第３実施形態の流体制御弁１Ｃが前記第１実施形態の流体制御弁１Ａと相違する点は、該第１実施形態の流体制御弁１Ａが有する第３流路２９と、該第３流路２９中の第１チェック弁４４とを備えていない点、及び、開閉弁体４６ｂと弁ボディ１０との間に開弁ばね９２を介設し、該開弁ばね９２で前記開閉弁体４６ｂを開閉弁座４６ａから離間する方向（開弁方向）に付勢することにより、ノーマル時に前記開閉弁体４６ｂが開弁位置を占めて第１流路２７を開放するように構成されている点である。従って、この第３実施形態においては、前記開弁力発生手段４７が前記開弁ばね９２である。

この流体制御弁１Ａにおいて、第１ポート１３ａに圧力流体が供給されると、該圧力流体は、前記開閉弁体４６ｂを開弁させる過程を経ることなく、初めから開放している前記第１流路２７を通じて第２ポート１３ｂへと流通する。このため、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａよりもさらに応答性が勝れる。
また、流体圧シリンダから排出される圧力流体は、第２ポート１３ｂから、開放した前記第１流路２７を通じて、自由流れの状態で第１ポート１３ａへと流通する。
しかし、該流体制御弁１Ｃは、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａが有する第３流路２９と第１チェック弁４４とを備えていても構わない。この場合、流体圧シリンダから排出される圧力流体は、前記第２ポート１３ｂから、開放した前記第１流路２７と、前記第３流路の第１チェック弁４４との両方を通じて、前記第１ポート１３ａへと流通することになる。

前記流体制御弁１Ｃの前記以外の構成及び作用は、前記第１実施形態の流体制御弁１Ａと実質的に同じであるから、両者の主要な同一構成部分に第１実施形態の流体制御弁１Ａと同一の符号を付し、具体的な構成及び作用の説明は省略する。

このように、前記流体制御弁は、ニードル弁や流量制御弁あるいはチェック弁等の機能を一つの弁ボディの内部に合理的に組み込むことにより、構造の簡略化と小形化とを実現することができ、また、第１ポートに圧力流体が供給された際に流路を一時的に開放する開閉弁機構を設けたことにより、流体制御能力を高めて応答性を向上させることができるものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 流体制御弁
１０ 弁ボディ
１３ａ 第１ポート
１３ｂ 第２ポート
２０ インナーボディ
２２ 弁ロッド
２７ 第１流路
２８ 第２流路
２９ 第３流路
３４ 開閉弁機構
３５ 遅延閉弁機構
４０ 絞り孔
４１ 絞り弁機構
４４ 第１チェック弁
４６ 開閉弁部
４６ａ 開閉弁座
４６ｂ 開閉弁体
４９ 受圧面
５２ 第１ピストン
５３ 第１圧力室
５４ 遅延流路
５９ 絞り部
６７ 絞り弁部
６８ ニードル
７５ 第２ピストン
７７ 第２圧力室
７９ ニードル開放ばね
８０ 導通孔
９２ 開弁ばね
Ｌ 軸線Ｌ

Claims (7)

1. 弁ボディに設けられた第１ポート及び第２ポートと、前記第１ポートと第２ポートとを並列に結ぶ第１流路及び第２流路とを有し、
   前記第１流路には、前記第１ポートに圧力流体が供給されたとき該第１流路を一時的に開放する開閉弁機構が設けられ、
   前記第２流路には、前記第１流路が一時的に開放して閉じた後に該第２流路を開放する絞り弁機構が設けられ、
   前記開閉弁機構は、前記第１流路を取り囲む開閉弁座、及び、該開閉弁座に接離して前記第１流路を開閉する開閉弁体からなる開閉弁部と、圧力流体の作用により前記開閉弁体に開弁力を発生させる開弁力発生手段と、開弁した前記開閉弁体を遅延時間経過後に閉弁させる遅延閉弁機構とを有し、
   前記絞り弁機構は、前記第２流路の一部を形成する絞り孔と、該絞り孔内に嵌合するニードルとからなる絞り弁部と、圧力流体の作用で前記ニードルを進退動させることにより該絞り弁部を開閉制御する開閉制御機構とを有し、
   前記開閉弁部と絞り弁部とは、前記弁ボディの内部を通る軸線に沿って同軸上に配置され、
   前記開閉弁部が前記第１流路を一時的に開放したときの開口面積は、前記絞り弁部が前記第２流路を開放したときの開口面積より大きい、
   ことを特徴とする流体制御弁。
2. 前記遅延閉弁機構は、前記開閉弁体に連なる第１ピストンと、該第１ピストンが臨む第１圧力室と、該第１圧力室と前記第１ポートとを結ぶ遅延流路とを有し、該遅延流路には絞り部が形成され、前記遅延流路を通じて前記第１圧力室に導入される圧力流体の作用で前記第１ピストンに発生する閉弁力が、前記開弁力発生手段により前記開閉弁体に発生する開弁力を上回ったとき、前記第１ピストンの変位により前記開閉弁体が前記開閉弁座に押し付けられて前記第１流路を閉鎖するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記開閉制御機構は、前記ニードルに連なる第２ピストンと、該第２ピストンが臨む第２圧力室と、該第２圧力室と前記絞り孔とを結ぶ導通孔と、前記ニードルを前記絞り弁部の開放方向に付勢するニードル開放ばねとを有し、前記絞り孔から導通孔を通じて前記第２圧力室内に導入される圧力流体の作用で前記第２ピストンに発生する閉弁力が前記ニードル開放ばねの付勢力を上回ったとき、前記ニードルが前記絞り弁部を閉鎖し、前記第２ピストンの閉弁力が前記ニードル開放ばねの付勢力を下回ったとき、前記ニードルが前記絞り弁部を開放するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体制御弁。
4. 前記弁ボディの内部に、インナーボディが前記軸線に沿って変位自在なるように収容され、該インナーボディに前記開閉弁体と第１ピストンとが形成され、前記弁ボディに前記開閉弁座が形成されており、
   前記インナーボディの内部に、弁ロッドが前記軸線に沿って変位自在なるように収容され、該弁ロッドに前記第２ピストンと前記ニードルとが形成され、前記インナーボディに前記絞り孔が形成され、前記インナーボディと前記弁ロッドとの間に前記ニードル開放ばねが介設されている、
   ことを特徴とする請求項２に従属する請求項３に記載の流体制御弁。
5. 前記弁ボディが、前記第１ポートと第２ポートとを結ぶ第３流路を更に有し、該第３流路には第１チェック弁が設けられ、該第１チェック弁は、前記第１ポートから第２ポートに向かう圧力流体の順方向流れを阻止し、前記第２ポートから第１ポートに向かう圧力流体の逆方向流れを許容するように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の流体制御弁。
6. 前記開弁力発生手段は、前記開閉弁体に形成された開弁用受圧面であり、該開弁用受圧面は、前記第１ポートに供給された圧力流体の作用を受けて前記開弁力を発生させることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の流体制御弁。
7. 前記開弁力発生手段は、前記弁ボディと開閉弁体との間に介設されて該開閉弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねであることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の流体制御弁。

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