JPH03204484A - シート弁式三方弁 - 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、例えば工作機械のワーク固定用の油圧クラン
プにおいて、油圧ンリンダに圧油を供給・排出させるの
に用いる三方弁のうちでも、その弁体としてシート弁式
のものを採用することにより、弁体部分での圧油漏れを
防止する種類のシート弁式三方弁に関する。

（前提となる基本構造） この種のシート弁式三方弁には、基本的な構造が次のよ
うになっているものがある。

例えば、第１図と第４図、又は第６図に示すように、 シート弁式三方弁１の弁箱２内に弁室４を形成し、弁室
４の始端面側に圧力ポートＰと入口側弁座１５を形成す
るとともに、弁室４の終端面側にリターンポートＲと出
口側弁座１６を形成し、圧力ポートＰ及びリターンポー
トＲに重ならない面に作業ポートＡを開口し、 弁室４内にシート弁体１４を挿入し、シート弁体１４の
始端面側に入口側弁面１８を形成するとともに、終端面
側に出口側弁面１９を形成し、弁室４の室内圧で７一ト
弁体１４を終端面側・＼押圧して出口側弁面１９を出口
側弁座１６に閉弁接当させるのに対して、 排圧操作手段３７でシート弁体１４を弁室４の室内圧に
抗して始端面側へ押し付けて、入［コ側弁面１８を入口
側弁座］５に閉弁接当させるように構成したものである
。

この基本構造の三方弁１４は、次のように作動する。

圧力ポートＰから作業ポートＡへの圧油の供給時・又は
作業ポートＡから圧力ポートＰへの圧油の戻し時には、
図示のように、排圧操作手段３７を下側の給圧位置に切
換える。すると、シート弁体１４が弁室４の油圧で入口
側弁座１５から離間すると七もに出口側弁座１６に閉弁
接当し、圧力ポートＰを作業ポートＡにだけ連通させる
。

これに対して、作業ポートＡの圧油をリターンポートＲ
へ排出する場合には、排圧操作手段３７を上側の排圧位
置に切換える。すると、シート弁体１４が出口側弁座１
６から離間するとともに入口側弁座１５に閉弁接当し、
作業ポートＡをリターンポートＲにのみ連通させて圧油
を排出しながらも、圧力ポートＰ内の圧油が弁室４内に
漏れ出ることを防止する。

（従来の技術） 上記の基本構造において、従来では、第６図に示すよう
に、弁室４に単一部品からなるシート弁体１４を挿入し
、この単一弁体形シート弁体１４の出口側弁面１９を閉
弁バネ６０の弾圧力で出口側弁座１６に閉弁接当させる
ように構成したものがある。

（発明が解決しようとする課題） 上記の従来技術では、給圧状態において、弁室１４の室
内圧が、出口側弁面１９の閉弁接当線よりも内側の非受
圧面積の全面に下向きに閉弁作用して、シート弁体１４
を出口側弁座１６へ強力に閉弁接当させる。

このため、次の問題がある。

（ａ）シート弁体１４は、排圧操作時に上記の強力な閉
弁力と閉弁バネ６０の弾圧力との合力に打ち勝つだけの
大きな操作力が必要になる。その結果、排圧操作手段３
７が大形のものにならざるを得ない。

（ｂ）シート弁体１４は、上記の強力な閉弁力で出口側
弁面１９が変形したり摩耗したりするため、寿命が短い
。

本発明は、排圧操作手段を小形化すること、および、シ
ート弁体の寿命を長くすることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成ｒるために、前記の基本構
造において、シート弁式三方弁を次のように構成したこ
とを特徴としている。

例えば、第１図と第４図に示すように、シート弁体１４
は、入口側弁体部分２３と出口側弁体部分２２とを一定
寸法内でのみ伸縮移動自在に嵌合させて構成し、 入口側弁体部分２３の始端面側に入口側弁面１８を設け
、出１コ側弁体部分２２の終端面側に出口側弁面１９を
設け、 入口側弁体部分２３と出口側弁体部分２２との摺動嵌合
面２４よりも内部に受圧排除室２７を弁室４とは連通し
ない状態に設け、受圧す１除室２７の受圧排除断面積８
１を出口側弁面１９の閉弁接当線よりも内側の非受圧面
の非受圧り面積Ｓ、よりも狭（形成し、 これにより、出口側弁体部分２２が弁室４の室内圧で出
口側弁座１６に向かって押圧される閉弁用受圧面積Ｓ、
を、非受圧断面積Ｓ、から受圧排除断面積Ｓ１を差し引
いた広さに設定し、入口側弁体部分２３を終端側への開
弁移動の途中で停止させる入口側弁体ストッパー３３を
弁室４内に設け、この入口側弁体ストッパー３３を入［
二］側弁体部分２３に終端側から臨ませた。

（作用） 本発明は、第１図と第４図に示すように、次のように作
用する、。

第４図に示すように、両ボートＰ−Ａに油圧力が作用せ
ず、かつ排圧操作手段３７を非操作位置に切換えた状態
では、両弁体部分２３・２２が各弁座１５・１６に閉弁
接当されている。

作業ボートＡへの圧油供給時には、図外の油圧源から圧
力ボートＰへ圧油を供給する。すると、第１図（ａ）の
給圧状態Ｘで示すように、圧力ボートＰの泊１圧力で入
口側弁体部分２３が入口側弁座１５から離間し、圧力ボ
ートＰから作業ボートＡへ圧油か供給されるとともに、
入１」側弁体ストッパー３３が入口側弁体部分２３の所
定量以上の開弁移動を阻止する。

三方弁１が、上記（ａ）図の給圧状態Ｘ・又は・その給
圧状態Ｘの終了に伴って（ｂ）図の圧・力保持状態Ｙに
なると、出口側弁体部分２２が弁室４の内圧力で出口側
弁座１６に閉弁接当される。この場合、入口側弁体部分
２３が入口側弁体ストッパー３３で受は止められて両弁
体部分２２・２３間に接当防止用隙ｖＩＮが形成されて
いる。これにより、出口側弁体部分２２に閉弁力として
作用する弁室４の内圧力は、出口側弁面１９の内側の非
受圧断面積Ｓ、から受圧排除室２７の受圧排除断面積Ｓ
、を差し引いた環状の閉弁用受圧面積Ｓ３に働くだけな
ので、出口側弁体部分２２に作用する閉弁力が小さくて
すむ。このため、出ｌコ側弁面１９は、出口側弁座Ｉ６
への接当力が小さくてすみ、変形や摩耗が防止される。

一方、作業ボートＡ内の圧油をリターンボートＲへ排出
するときには、第１図（ｃ）に示すように、排圧操作手
段３７を排圧位置に切り換える。すると、出口側弁体部
分２２が出口側弁座１６から離間して、作業ボートＡ及
び弁室４内の圧油がリターンボー）Ｒへ排出されるとと
もに、排圧操作手段３７が出口側弁体部分２２を介して
入口側弁体部分２３を入口側弁座１５に閉弁接当させる
。これにより、圧力ポートＰ内の圧油が弁室４内に漏れ
入ることを阻止する。

上記の場合、出口側弁体部分２２の開弁に必要な操作力
は、環状の閉弁用受圧面積Ｓ、に作用する内圧力に対抗
するだけの小さい力ですむ。このため、排圧操作手段３
７は、操作力が軽くてすみ、小形のものに造れる。

（発明の効果） 本発明は、上記のように構成され作用することから次の
効果を奏する。

三方弁の給圧状態又は圧力保持状態において、出口側弁
体部分に閉弁力として作用する弁室の内圧力は、出口側
弁面の内側の非受圧断面積から受圧排除断面積を差し引
いた環状の閉弁用受圧面積に働くため、出口側弁体部分
に作用する閉弁力が小さくてすむ。

従って、三方弁を排圧操作手段で排圧状態に切り換える
ときに、出口側弁体部分の開弁に必要な操作力は、閉弁
用受圧面積に作用する内圧力に対抗するだけの小さい力
ですむ。このため、排圧操作手段は、操作力が軽（です
み、小形のものに造れる。

また、出口側弁体部分の出口側弁面は、出口側弁座への
接当力が小さ（てすむので、変形や摩耗を防止できる。

その結果、三方弁の寿命か長くなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面で説明する。

（第１実施例） 第１図から第４図は、第１実施例を示している。

第２図に示す油圧クランプ装置の回路図において、マシ
ニングセンタ用のワークパレット９の固定台にワークＷ
か油圧クランプ１０で固定可能とされている。油圧クラ
ンプ１０のクランプ駆動油室１０ａが、三方弁１と両側
逆止弁付きクイックカプラ１１とを順に介して油圧源Ｕ
に接続される。

また、三方弁１の圧力ボートＰには、開閉弁１２とリリ
ーフ弁１３を順に介してオイルタンクＴが接続される。

上記のクランプ装置は次のように作動する。

ワークＷの荒加工時には、図示のように、三方弁１を給
圧状態Ｘに切換えるとともに、開閉弁１２を閉弁状態に
切換え、この状態で、油圧ｔＡＵの圧油を三方弁１を介
して油圧クランプ１０のクランプ駆動油室１０ａへ供給
し、クランプ駆動油室１０ａの内圧を荒加工用クランプ
油圧ｐ＋（第３図参照）にまで高めてワークＷを強力に
押圧固定する。ワークＷをクランプした後は、ワークバ
レット９が、クイックカブラ１１で油圧ｇＵから切り離
された後、マシニングセンタ内に搬入され、まず、ワー
クＷに荒加工が施される。

仕上げ加工時には、開閉弁Ｉ２を開弁状態に切り換えて
、クランプ駆動油室１０ａ内の圧油の一部をリリーフ弁
１３からオイルタンクＴへ排出することにより、クラン
プ駆動油室１０ａの内圧を仕上げ加工用クランプ圧力ｐ
ｔ（第３図参照）に下降させて、ワークＷを歪まないよ
うに軽く押圧固定するのである。

そして、ワークＷの仕上げ加工が終了してクランプ状態
を解除する時には、三方弁１を排圧状態Ｚに切換えて、
クランプ駆動油室１０ａ内の圧油をオイルタンクＴへ排
出するのである。

上記の三方弁１は、第４図の縦断面図で示すようにシー
ト弁式に構成されている。

即ち、弁箱２の下部に弁蓋３が油密状にねし止め固定さ
れ、弁箱２及び弁Ｍ３にわたって、上下方向に延びる弁
室４が形成される。弁室４内にシート弁体１４が上下方
向に開閉作動自在に挿入される。

弁室４の始端面側である上端面側に圧力ボートＰが開口
され、その開口縁に入口側弁座１５が形成される。千カ
ボートＰは前記の油圧ＡＵ（ここでは図示せず）に接続
されている。また、弁室４の終端面側である下端面側に
リターンボートＲか開口され、その開口縁に出口側弁座
１６が形成される。リターンポートＲは前記オイルタン
クＴ（ここでは図示せず）に接続されている。さらに、
これら両ボートＰ−Ｒから外れる位置である弁室４の周
壁に作業ポートＡが開口される。この作業ポーｌ−Ａは
、弁箱２にねじ止め固定した口金６を介して前記の油圧
クランプ１ｏのクランプ駆動油室１０ａに連通される。

口金６内にはフィルタ８が装着されている。

シート弁体１４は、出口側弁体部分２２と入口側弁体部
分２３とを弁室４内に下から順に挿入してなる。入口側
弁体部分２３の上端面に金属製の入口側弁面１８が形成
され、出口側弁体部分２２の下面に合成樹脂製の出口側
弁面１９が形成される。

これら両弁体部分２２・２３同士が一定寸法内でのみ伸
縮移動自在に嵌合される。即ち、入口側弁体部分２３の
下端面に同人形成した摺動嵌合面２４に、出口側弁体部
分２２のピストン２５がＯリング２６を介して上下方向
へ進退可能で油密状に挿入される。これにより、両弁体
部分２２・２３の開に受圧作動室２７が弁室４とは連通
しない状態に形成される。

第１図の作動説明図で示すように、上記の受圧排除室２
７は、その横断面積である受圧排除断面積Ｓ１を、出口
側弁面１９の閉弁接当線よりも内側の非受圧面の横断面
積である非受圧断面積Ｓ。

よりも狭く形成しである。これにより、出口側弁体部分
２２が弁室４の室内圧で出口側弁座１６に向かって押庄
される閉弁用受圧面積８３が、非受圧断面積Ｓ、がら受
圧排除断面積Ｓ１を差し引いた環状の狭い面積に設定さ
れる。

また、＠記第４図に示すように、受圧排除室２７は、出
口側弁体部分２２内の連連孔２８を介してリターンボー
トＲへ連通される。両弁体部分２２・２３間に装着した
閉弁ばね３０−＜：’、出口側弁体部分２２が出口側弁
室１６　Ｌ　ｌ′ｔ′ｊ弁接当されるとともに、入［１
側弁体部分２３が入１−」側弁座１５に閉弁接当さ才り
る１、これら両弁鉢部う〕２２・２３の閉弁状態ては、
両弁体部分２２・２．１間に開弁用隙間りと短絡阻止用
伝動部３２とが上下方向に介在される。この短絡阻止用
伝動部３２は、出口側弁体部分２２のピストン２５の上
端部と入口側弁体部分２３の土壁とで構成されている。

さらに、入口側弁体部分２３を下側への開弁移動の途中
で停止させる入口側弁体ストッパー３３が弁室４の下壁
に設けられる。この入口側弁体ストッパー３３は、入口
側弁体部分２３の下端の被ストッパ一部３４に、開弁リ
フトＭを空けて下側から臨ませられる。この開弁リフト
Ｍは、前記の開弁用隙間りよりも小さい寸法に設定され
る。

また、弁室４の下側部外に排圧操作手段３７が設けられ
る。この排圧操作手段３７は、空圧形単動ばね？ｊｉ帰
式に構成されている。即ち、弁箱２の下部に固定した空
圧シリンダ３８内にピストン３９か上下気密摺動自在に
挿入される。ピストン３９の下側に空圧駆動室４０か形
成されるとともに、上側に復帰ばね４１が装着される。

上記ピストン３９の上面から突設したピストンロッド４
２の上部に、出口側弁体部分２２用の開弁具４３が設け
られ、この開弁具４３がリターンボ・−）Ｒ側から出口
側弁体部分２２に対向される。

上記のシート弁式三方弁１は、次のように作動する。

第４図に示すように、両ポートＰ−Ａに油圧力が作用せ
ず、かつ排圧操作手段３７の空圧駆動室４０から圧縮空
気が排出された無負荷状態では、両弁体部分２２・２３
がリターン弁体用閉弁ばね３０の弾圧力で閉弁されてい
る。

油圧クランプ１０をクランプ駆動するときには、図外の
油圧源Ｕ（第２図参照）から圧力ボートＰへ圧油を供給
する。すると、圧力ボートＰの油圧力で、入口側弁体部
分２３が閉弁ばね３０に抗して開弁する。

これにより、第１図（ａ）に示すように、圧カポ−１−
Ｐから作業ポートＡへ圧油が供給され、油圧クランプ１
０をクランプ駆動していく。この給圧状態Ｘでは、出口
側弁体部分２２が、開弁ばね３０の弾圧力と弁室４の内
圧力との合力で出口側弁１！　１６に開弁接当させられ
る。上記の弁室４の内圧力は、非受圧断面積Ｓ、から受
圧排除断面積Ｓ１を差し引いた環状面積である閉弁用受
圧面積Ｓ。

に作用して、出口側弁体部分２２に下向きの閉弁力を加
えるのである。

また、入口側弁体部分２３は、いったん開弁じた後では
、弁室４の内圧で上記の受圧排除断面積Ｓ、に相当する
下向きの受圧力が加わるため、開弁状態に保たれる。こ
のため、油圧源Ｕの油圧ポンプの吐出量の脈動等により
、圧力ボートＰから弁室４内に流入してきた圧油の流量
が変動しても、前記第６図の従来例とは異なり、入口側
弁体部分２３はチャタリングを起こさない。その結果、
騒音の発生が防止されるとともに、入口側弁体部分２３
の入口側弁面１８の損傷が防止される。しかも、給圧時
に入口側弁体部分２３が全開状態に保持されるので、圧
油の流動抵抗が少なくてすみ、油圧クランプ１０のクラ
ンプ作動速度が速い。

上記の給圧状態Ｘで油圧クランプ１０のクランプ駆動が
終了して、三η弁１が（１））図の圧力保持状聾Ｙに保
持された状態では、両弁体部分２２・２３の間に接当防
止用隙間Ｎが形成されるため、出口側弁体部分２２には
環状の閉弁用受圧面積Ｓ、に作用する小さい閉弁力しか
加わらない。これにより、出口側弁体部分２２の合成樹
脂製の出口側弁面１９が傷むことが防止される。

一方、油圧クランプ１０のクランプ状態を解除するとき
には、排圧操作手段３７の空圧駆動室４０に圧縮空気を
供給して、ピストン３９を復帰ばね４１の弾圧力に抗し
て上向きに駆動する。すると、（Ｃ）図に示すように、
開弁具４３で入口側弁体部分２２か押し開かれて、作業
ポートＡ及び弁室４内の圧油がリターンボートＲへ排出
されるとともに、開弁具４３が出口側弁体部分２２と短
絡阻止用伝動部３２を順に介して入口側弁体部分２３を
入口側弁座１５に閉弁接当させる。これにより、圧力ボ
ートＰ内の圧油が弁室４内に漏れ入ることが阻止される
。

上記の場合、出口側弁体部分２２の開弁に必要な操作力
は、環状の閉弁用受圧面積Ｓ３に作用する内圧力に対抗
するだけの小さい力ですむ。このため、排圧操作手段３
７は、操作力が軽くてすみ、空圧シリンダ３８の直径が
小さい小形のものに造れる。しかも、排圧操作手段３７
の排圧操作時には、開弁具４３によって、出口側弁体部
分２２の大面積の弁面１９が出口側弁座１６から即座に
離間するため、大きな通路断面積を確保でき、流動抵抗
が小さくてすむ。その結果、弁室４内の圧油がリターン
ボートＲへ大流量で流出することが許容され、油圧クラ
ンプ１０の復帰速度が速い。

なお、油圧クランプ１０がアンクランプ状態に復帰した
後に、排圧操作手段３７の空圧駆動室４０から圧縮空気
を排出させると、ピストン３９及びピストンロッド４２
を介して開弁具４３が下側に後退し、（ａ）図の給圧状
態Ｘに切換えられる。

なお、排圧操作手段３７は、空圧操作式のものに代えて
、手動操作式に構成することも可能である。

（第２実施例） 第５図は、第２実施例を示している。

閉弁ばね４６は、出口側弁体部分４７のピストン４８の
外周側で、出口側弁体部分４７と入口側弁体部分４９と
の間に装着される。

また、入口側弁体部分４９の入口側弁面４９ａは、入口
側弁体部分４９の上部に嵌め込んだ金属製球体５０の外
周面で構成しである。

さらに、入口側弁体部分４９の開弁移動を開弁リフトＭ
に制限する入口側弁体ストッパー５１は、弁室４の周壁
から突設されている。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は、本発明の実施例を示している。 第１図から第４図は、第１実施例を示し、第１図は、シ
ート弁式三方弁の作動説明図であって、 （ａ）図は、給圧状態を示す図、 （ｂ）図は、圧力保持状態を示す図、 （Ｃ）図は、排圧状管を示す図で、 第２図は、シート弁式三方弁を備えた油圧クランプ装置
の回路図、 第３図は、その油圧クランプ装置のクランプ圧力の時間
変化を示す図、 第４図は、シート弁式三方弁の縦断面図である。 第５図は、第２実施例を示し、第４図に相当する部分図
である。 第６図は、従来例を示し、第４図に相当する図である。 １・・・シート弁式三方弁、２・・弁箱、４・・・弁室
、１４・・・シート弁体、１５・・・入口側弁座、１６
・・出口側弁座、１８・・・入口側弁体、１９・・・出
口側弁体、２２・・出口側弁体部分、２３・・・入口側
弁体部分、２４・・摺動嵌合面、２７・・・受圧排除室
、３３・・・入口側弁体ストッパー、３７・・排圧操作
手段、Ａ・・作業ポート、Ｐ・圧力ボート、Ｒ・リター
ンボート、Ｓｌ・受圧排除断面積、Ｓ、・・・非受圧断
面積、Ｓ３・・・閉弁用受圧面積。 Ｘ　′　ン′ 第４図 １ 第１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シート弁式三方弁（１）の弁箱（２）内に弁室（４
   ）を形成し、弁室（４）の始端面側に圧力ポート（Ｐ）
   と入口側弁座（１５）を形成するとともに、弁室（４）
   の終端面側にリターンポート（Ｒ）と出口側弁座（１６
   ）を形成し、圧力ポート（Ｐ）及びリターンポート（Ｒ
   ）に重ならない面に作業ポート（Ａ）を開口し、 弁室（４）内にシート弁体（１４）を挿入し、シート弁
   体（１４）の始端面側に入口側弁面（１８）を形成する
   とともに、終端面側に出口側弁面（１９）を形成し、 弁室（４）の室内圧でシート弁体（１４）を終端面側へ
   押圧して出口側弁面（１９）を出口側弁座（１６）に閉
   弁接当させるのに対して、排圧操作手段（３７）でシー
   ト弁体（１４）を弁室（４）の室内圧に抗して始端面側
   へ押し付けて、入口側弁面（１８）を入口側弁座（１５
   ）に閉弁接当させるように構成した、 シート弁式三方弁において、 シート弁体（１４）は、入口側弁体部分（２３）と出口
   側弁体部分（２２）とを一定寸法内でのみ伸縮移動自在
   に嵌合させて構成し、 入口側弁体部分（２３）の始端面側に入口側弁面（１８
   ）を設け、出口側弁体部分（２２）の終端面側に出口側
   弁面（１９）を設け、 入口側弁体部分（２３）と出口側弁体部分（２２）との
   摺動嵌合面（２４）よりも内部に受圧排除室（２７）を
   弁室（４）とは連通しない状態に設け、受圧排除室（２
   ７）の受圧排除断面積（Ｓ＿１）を出口側弁面（１９）
   の閉弁接当線よりも内側の非受圧面の非受圧断面積（Ｓ
   ＿２）よりも狭く形成し、 これにより、出口側弁体部分（２２）が弁室（４）の室
   内圧で出口側弁座（１６）に向かって押圧される閉弁用
   受圧面積（Ｓ＿３）を、非受圧断面積（Ｓ＿２）から受
   圧排除断面積（Ｓ＿１）を差し引いた広さに設定し、 入口側弁体部分（２３）を終端側への開弁移動の途中で
   停止させる入口側弁体ストッパー（３３）を弁室（４）
   内に設け、この入口側弁体ストッパー（３３）を入口側
   弁体部分（２３）に終端側から臨ませた、 ことを特徴とするシート弁式三方弁。 ２、入口側弁体部分（２３）の入口側弁面（１８）を金
   属で構成するのに対して、出口側弁体部分（２２）の出
   口側弁面（１９）を合成樹脂等の弾性部材で構成した、 請求項１に記載のシート弁式三方弁。