JPH01105083A - 電動切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動′切換弁に関し、特に、小形化および軽量
化が可能な電動切換弁に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、シリンダ装置などの流体圧作動機器に作用す
る与圧流体の制御を行う弁として、与圧流体の配管が接
続される複数のポートが軸方向に所定の間隔で開設され
た筒状のスリーブめ内部に、軸方向に滑動自在な異径の
スプールを位闇させ、このスプールの軸方向の変位によ
って、複数のポートの選択的な接続などが制−されるよ
うにした、いわゆるスプール弁が知られている。

ところで、このようなスプール弁の駆動手段としては、
ソレノイドと、このソレノイドの内部軸方向に変位自在
に収容され、スプールに係止された可動鉄心および固定
鉄心な訃からなる電磁石構造を用い、ソレノイーに対す
る通電時に鉄心に発生する推力によってスプールの変位
を制御する方式が知′られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、スプール弁は、一般に作動時におけるスプー
ルのストローク、が大きく、一方、ソレノイドによって
駆動される鉄心の推力は原理上ストロークの２乗に反比
例するため、従来のように電磁石を用いてスプーノーを
駆動する場合には、ツレ゛ノイドを構成する導線の巻数
を多くする必要があり、電磁石の寸法が大形化したり、
消費電力が大きくなり、この結果、電磁石が装着される
スプール弁全体の寸法が必要以上に大きくなることは避
けられないという問題がある。

また、電磁石によるスプールの駆動においては、たとえ
ば復帰ばねと鉄心の協働によって、スプールをストロー
クの一端から他端に移動させるなどの単純な動作しか実
現できず、スプールをストロークの任意の位置に停止さ
せるなどの多様な制御の実現が困難であるという問題も
ある。

本発明の目的は、寸法の小形化を実現することが可能な
電動切換弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、多様な制御を容易に実現すること
が可能な電動切換弁を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、出力軸の回動角を制御可能な電動機と、軸方
向の変位によ〜って流体の制御を行う弁体と、電動機の
出力軸と弁体との間に介設され、出力軸の回動変位を直
線変位に直接変換して弁体に伝達する変位変換手段とで
電動切換弁を構成したものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば弁体の軸方向の移動距
離が大きいスプールなどの場合でも、電動機の出力軸に
おけるトルクを必要以上に大きくする必要がなく、電動
機および該電動機が装着さ　′れる電動切換弁の小形化
を実現することができる。

また、電動機の出力軸を任意の回動角で停止させたり微
動させることで、弁体のストロークの任意の位置での停
止や、位置の保持、さらには出力軸の回動角度に比例し
た弁体の変位などを行わせることが可能となり、多様な
制御を容易ｊご実現することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例で轡る電動切換弁の要部を
１つの切換位置において示す断面図であり、第２図は前
記第１図において線ｎ−，ｎで示される部分の断面図、
さらに第３図は本実施例の電動切換弁が他の切換位置に
動作した状態を説明する断面図であり、第４図、は第３
図にふいて線■−■で示される部分°の断面図である。

　　　４本実施例の電動切換弁１（訃本体ブ、ロック２
と、この本体ブロック２に接続される制御ブロック３と
を備えており、本体ブロック２９内部には、軸方向に円
筒状のスリーブ４が挿入されている。

スリー６ブ４が挿入された本体ブロック２には、スリー
ブ４の軸に交差する方向に、複数のポートＩＮ、　　ポ
ート０ＵＴ１．　　ボー）ＯＵＴ２．　　ポートＥＸＨ
１，，ボー）ＥＸＨ２が穿設サレ、各ホードの内端部は
、スリーブ４の壁面を貫通して該スリーブ４の内部に連
通している。

スリーブ４の内部には、小径のスプール軸５ａと、この
スプール軸５ａに所定の間隔で一体に固　　定され、外
周部がスリーブ４の内周に滑動自在に摺接する大径の複
数の弁部５ｂ、弁部５ｃ、弁部５ｄとからなるスプール
５（弁体）が軸方向に滑動臼、１在に収容されており、
スリーブ４の内部には、スプール５の複数の弁部５ｂ、
５ｃ、、５ｄによって複数の流体室Ａおよ、び流体室Ｂ
が隔成され又いる。　　　　　　　、 スリニブ４の内周面お、よびスプール５の複数の弁部５
ｂ、５ｃ、５ｄの外周面は、それぞれ研磨加工などによ
って鏡面状に仕上げられているとともに、両者の隙間は
数μｍ以下になるように嵌め合わされており、スプール
５の軸方向の変位が滑らかに行２．われるとともに、ス
リーブ４の内周面とスプール５の複数の弁８５　ｂ、５
．ｃ、、５．ｄの外、馬面との間隙における流体の漏洩
が防止されている。

本体ブロック２に挿入−されたスリーブ４の外周部には
、該本体ブロック２およびスリ、−ブ４．の壁面を貫通
して形成された複数のポー）ＩＮ、０ＵＴ１．０ＵＴ２
．ＥＸＨＩ、ＥＸＨ２を挟む位置に複数００リング６が
装着されており、個々のポー　ト　ＩＮ、　　０ＵＴ１
．　０ＵＴ２．　　ＥＸＨｌ、　　ＥＸＨ２を流通する
流体がスリーブ４の外周と本体ブロック２との隙間を通
じて漏洩することが防止されている。

一方、制御ブロック３の内部には、動作空間３ａが形成
されており、本体ブロック２の側から前、　記スプール
軸５ａの一端が突出されている。

さらに、制御ブロック３の内部には、動作空間３ａに突
出される出力軸７ａを、スプール軸５ａの方向に直交さ
せる姿勢で電動機７が組み込まれている。

この電動機７は、たとえばパルスモータなどで構成され
、ケーブル７ｂを介して外部から指令される制御信号に
より、出力軸７ａの回動力向および回動角度などが任意
に制御されるように構成されている。

電動機７の出力軸７ａには、前記動作空間３ａに位置し
、たとえば外形が楕円状を呈するカム８（変位変換手段
）が係止されており、該出力軸７ａの回動力により所望
の方向に所望の角度だけ随時回動されるように構成され
ている。

さらに、動作空間３ａの内部には、外形がコの字型を呈
し、前記スプール軸５ａの一端が係止されたカムフォロ
ワ９（変位変換手段）が設けられ、このカムフォロワ９
の、スプール５の変位方向に対向する複数の当接部９ａ
および当接部９ｂの少なくとも一方がカム８の外周に摺
接することにより、該カム８０回動変位がカムフォロワ
９を介してスプール５の軸方向の直線変位に変換され、
スプール軸５ａを介して該スプール５が軸方向に駆動−
されるものである。

この場合、カム８は第７図に示されるように、回転中心
、すなわち電動機７の出力軸７ａ・の中心を通る直線上
に、最小径ａおよび最大径すをなす形状とされてふり、
この最小径ａおよび最大径すの方向がスプール５の軸方
向と平行になる位置では、カム８の最小径ａおよび最大
′径すの部位がコの字形のカムフォロワ９の当接部９ａ
および９ｂに同時に接するように構成されている。

なお、最小径ａと最大径すとの和Ｔは、カムフォロワ９
の当接部９ａと９ｂとの間隔にほぼ等しくなるように設
“定されている。最小径ａおよび最大径すの方向がスプ
ール５の軸方向と平行にならない任意の位置においても
、カム８の形状はカムフォロワ９の当接部９ａおよび９
ｂｌど同時に接するような形状に構成され、カム８０回
動位置によってスプール５の軸方゛同位置が規制される
。

スー乃−ブ４の制御ブ占ツク３と反対側に開口する端部
は本体ブロック２に係止された蓋体１０によって閉止さ
れ、また、制御ブロック は、動作空間３ａを閉止する蓋体１２が装着されている
□。必要に応じて、この蓋体゛１゛０とスリーブ４の内
部に設けられたスプール５との間にはばね１１ａを介設
することも可能であり、この場合”には、スプール５を
制御ブロック３の側１．：′常時付勢することにより、
カムフォロワ９０当接部９ｂが常時カム８の外周に接す
るように構成することができる。

制御ブロック３の端面には、動作空間３ａを閉止する蓋
体１２が装着されている。

この蓋体１２と電動機７との間には、スペーサ１３が介
設されており、端部から挿入されて組み込まれた電動機
７が安定に固定されている。

また、蓋体１２には、ゴムなどからなるプツシ５１２ａ
が設けられており、電動機７に接続され、−電力や制御
信号などを伝達するケーブル７ｂが該ブツシュ１２ａに
挿通されて外部に引き出され、図示しない制御装置など
に接続されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

本実施例においては、電動切換弁１による制御の一例と
して、シリンダ装置１４の動作を制御する場合について
説明する。

すなわち、本体ブロック２に介設されたポートＩＮは、
図示しない流体圧源に接続され、複数のポー）ＯＵＴｌ
ｌ、、及びＯＵ　Ｔ　２　ハ、配管１４ａおよび１４ｂ
を介してシリンダ装置１４の内部にピストン１’　４　
ｃによって隔成された流体室１４ｄ。

１４ｅに連通されている。

また、シリンダ装置１４のピストン１４ｃには一端がシ
リンダ装置１４の外部に突出させたピストンロッド１４
ｆが接続されている。

まず、ケーブル７ｂを介して外部から指令される制御信
号により電動機７の出力軸７ａを、第１図および第２図
に示されるように、カム８の最小径ａの部分が本体ブロ
ック２の側に位置されるまで回動させると、該カム８に
追随して変位するカムフォロワ９とともにスプール５は
制御ブロック３の側に最も接近する位置まで移動し、弁
部５ｂと５０との間に形成された流体室Ａを介してポー
）ＯＵＴ２とＥＸＨ２が連通状態となり、同時に弁部５
Ｃと５ｄとの間の流体室Ｂを介してポートＩＮとポート
○ＵＴ１とが連通状態となる。

そして、図示しない流体圧源からポー）ＩＮに作用され
る流体圧は、スプール５の弁部５Ｃと５ｄの間の流体室
Ｂ、ボー）ＯＵＴｌ、配管１４ａを介してシリンダ装置
１４の流体室１４ｄに作用し、ピストン１４Ｃにはピス
トンロッド１４ｆを内部に引き込む方向に推力が発生す
るとともに、ピストン１４ｃの移動に伴って排除される
流体室１４ｅの内部の流体は、配管１４ｂ、ポート○Ｕ
Ｔ２３．スプール５の弁部５ｂと５０の間の流体室Ａ、
ボー）ＥＸＨ２を通じて外部に速やかに排出され、ピス
トン１４ｃは上側のストロ、−り端まで駆動される。

次に、電動機７の出力軸７ａを半回転分だけ揺動ないし
回動させ、カム８の最大径すの側を本体ブロック２の側
に位置させると、スプール５は、該カム８に追随して軸
方向に変位するカムフォロワ９の付勢力によ゛す、制御
ブロック３から遠ざかる方向に移動され、第３図および
第４図に示される状態となり、ポートＩＮは流体室Ａを
介してポー）ＯＵＴ２．に連通され、ポー）ＯＵＴＩは
流体室Ｂを介してＥＸＨ１に連通される。

そして、シリンダ装置１４の流体室１４ｅには、配管１
４ｂ、ポート０ＵＴ２．流体室Ａ、ポートＩＮを介して
図示しない流体圧源から与圧された流体が流入され、ピ
ストン１ｊＣには、ピストンロッド、１．４４を外部に
突出させる方向に推力が発生するとともに、流体室１４
ｄは、配管１４ａ。

ポート０ＵＴ１．流体室Ｂ、ボー）ＥＸＨＩを介して外
部に開放され、ピストン１４ｃの移動に伴って排除され
る該流体室１４ｄ、の内部の流体は速やかに外部に排出
される。

このように、本実施例においては、電動機７の出力軸７
ａの回動変位を、カム８およびカムフォロワ９を介して
直線的な変位に変換し、カムフォロワ９に係止されたス
プール５が軸方向に駆動されるように構成されているた
め、スプール５のストロークが大きい場合でも、たとえ
ば、スプール５の駆動に電磁石を用いる場合のように、
駆動に要する推力が必要以上に大きくならず、スプール
５を駆動する電動機７０寸法を小形化することができる
。

これにより、電動切換弁１の全体の寸法を小形化するこ
とができる。

また、第２図、第４図および第７図に示されるように、
スプール５の行程端および工程途中において、カム８の
最小径ａおよび最大径すの外周部またはカム輪部形状の
外周部の２点が、コの字形のカムフォロワ９の当接部９
ａおよび９ｂに同時に接する状態にあるので、行程端お
よび工程途中におけるスプール５の位置保持動作が確実
に行われるとともに、スプール５の往復動作を高速に行
わせる場合でも、該スプール５などの慣性によって第１
図および第３図に示される行程端における停止位置が５
不安定になったり振動を発生するなどの不具合が確実に
防止される。

さらに、上述の動作の説明では、出力軸７ａを半回転分
だけ回動ないし揺動動作について説明したが、出力軸７
ａの回動角度や方向などを適宜調整することで、第１図
および第３図に示され、るスプール５の行程端の途中の
任意の位置での停止動作や、微動動作などを、電磁石な
どによる制御に比較して、極めて容易に行うことができ
る。

このため、たとえば、スプール５を行程の中間の位置で
停止させ、複数の弁部５ｂ、５ｃ、５ｄによって複数の
ポート０ＵＴ２．ポートＩＮ、ボー）ＯＵＴＩを同時に
閉塞し、シリンダ装置１４における流体室１４ｄおよび
１４ｅに対する流体の給排を同時に阻止して、ピストン
１４Ｃを任意の位置で固定する制御や、スプール５を工
程の途中で停止させて、複数の弁１１Ｓ５ｂ、５ｃ、５
ｄによってポート０ＵＴ２．ポートＩＮ、ポート０ＵＴ
１の開度を加減し、シリンダ装置１４の流体室１４ｄお
よび１４ｅに給排される流体の流量を調節することによ
るピストン１４Ｃの移動速度の制御など、多様な制御を
容易に実現することができる。

なお、本発明は、前記実施例になんら限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
ることは言うまでもない。

たとえば、電動機の出力軸の回動変位を弁体の直線変位
に変換する変位変換手段としては、カムおよびカムフォ
ロワの組み合わせに限らず、クランク機構などであって
もよい。

また、前記実施例では、本体ブロック２と制御ブロック
３の動作空間３ａとは連通しているが、構造的にスプー
ル軸５ａにシール構造を設けて、第５図、第６図に示さ
れるように、本体ブロック２と制御ブロック３とをスプ
ール軸５ａの貫通部以外を閉止することによって制御ブ
ロック３の動作空間３ａへの排気の流入を防止する構造
も容易に実現できる。さらに、場合によっては、ばねｌ
ｌｂを介設することも可能である。

〔発明の効果〕

（１）、出力軸の回動角を制御可能な電動機と、軸方向
の変位によって流体の制御を行う弁体と、前記電動機の
前記出力軸と前記弁体との間に介設され、前記出力軸の
回動変位を直線変位に変換して前記弁体に伝達する変位
変換手段とを備えた構造であるため、たとえば弁体の軸
、方向の移動距離が大きいスプールなどの場合でも、電
動機の出力軸におけるトルーりを必要以上に大きくする
必要がなく、電動機および該電動機が装着される電動切
換弁の小形化を実現することができる。

また、電動機の出力軸を任意の回動角で停止させたり微
動させることで、弁体のストロークの任意の位置での停
止や、位置の保持、さらには出力軸の回動角度に比例し
た弁体の変位などを行わせることが可能であり、多様な
制御を容易に実現することができる。

（２）、前記（１）の結果、電動切換弁の設置に要する
スペースが低減され、電動切換弁が組み込まれる流体圧
システム全体の小形化が可能となる。

（３）、前記（１）の結果、電□動切換弁の、性能が向
上され、市場性が向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電動切換弁の要部を１
つの切換位置・において示す断面図、第２図は前記第１
図に右いて線■−■で示される部分の断面図、第３図は
本実施例の電動切換弁の動作を他の切換位置において示
す断面図、第４図は第３図において線ＩＶ−ＩＶで示さ
れる部分の断面図、第５図は制御ブロックの動作空間へ
の排気の流入を防ぐ実施例の断面図、第６図は線Ｖｌ−
Ｖｌで示される部分の断面図、第１図は本実施例におけ
るカムの輪郭形状を示す説、明図である。 １・・・・・・・・・電動切換弁、 ２・・・・・・・・・本体ブロック、 ３・・・・・・・・・制御ブロック、 ３ａ・・・・・・・・動作空間、 ４・・・・・・・・・スリーブ、 ５・・・・・・・・・スプール（弁体）、５ａ＠・Φ・
・・・・スプール軸、 ５ｂ、５’ｃ、５ｄ・・弁部、 ６・・・・、・・・・・、０リング、 ７・・・・・・・・・電動機、 ７ａ・・・・・・・・出力軸、 ７ｂ・　・　・　・　・　・　・　ンケーテル、８・・
・・・・・・・カム（変位変換手段）、９・・・・・・
・・・カムフォロワ（変位変換手段）、 ９ａ、９ｂ・・・・・当接部、 １０・・・・・・・・・蓋体、 １１ａ、１ｌｂ−−−−ばね、 １２・・・・・・・・・□蓋体、 １２ａ・・・・・・・・プツシ；、 １３・・・・・・・・・スペーサ、 １４・・・・・・・・−シリンダ装置、１４ａ、１４ｂ
−−−−配管、 １４Ｃ・・−・−・・・ピストン、 １’４ｄ、１４ｅ−−−−流体室、 １４ｆ・・−・・慶・−ピストンロッド、１５・・・・
・・・・・Ｏリング、 ＩＮ・　・　・　・　・　・　・　・　・ポート、０Ｕ
Ｔｌ、０ＵＴ２　・　・ポート、 ＥＸｆ（１，ＥＸＨ２・　・ポート、 Ａ、Ｂ・・・・・・・・流体室、 ａ・・・・・・・・・・カムの最小径、ｂ・・・・・・
・・・・カムの最大径、Ｔ・・・・・・・・・・最小径
と最大径の和。 特許出願人　　株式会社　小金井製作所代理人　弁理士
　　筒　井　大　相 同　　弁理士　　松　倉　秀　実 同　　弁理士　　中　野　敏　夫 第３図 第４図 第５図 ０１１ａ４

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、出力軸の回動角を制御可能な電動機と、軸方向
   の変位によって流体の制御を行う弁体と、前記電動機の
   前記出力軸と前記弁体との間に介設され、前記出力軸の
   回動変位を直線変位に直接変換して前記弁体に伝達する
   変位変換手段とからなることを特徴とする電動切換弁。
2. （２）、前記変位変換手段が、前記出力軸に係止された
   カムと、前記弁体に係止され、前記カムに摺接して追従
   することにより直線的に変位するカムフォロワとからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動切
   換弁。
3. （３）、前記電動機が、所定の角度だけ段階的に回動さ
   せることが可能なパルスモータであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電動切換弁。
4. （４）、前記弁体がスプールからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電動切換弁。