JPWO2020049870A1 - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】排出ポートから排出される排出流体の流量を拡大したスプール弁を得る。【解決手段】スプール４が収容された弁孔６の端部に、上部凹溝８及び下部凹溝９を形成することにより拡大孔部６ａを形成し、前記下部凹溝９は排出ポートＥ１，Ｅ２に連通しており、前記スプール４は、出力ポートＰと排出ポートＥ１，Ｅ２とを結ぶ排出流路ＡＥ１，ＡＥ２を開閉する排出ランド４ｃ，４ｄ及び排出パッキン１０ｃ，１０ｄを有し、該スプール４の変位により前記排出ランド４ｃ，４ｄ及び排出パッキン１０ｃ，１０ｄが前記排出流路ＡＥ１，ＡＥ２を開放したとき、該排出ランド４ｃ，４ｄ及び排出パッキン１０ｃ，１０ｄが前記拡大孔部６ａの内部に位置することにより、前記排出流路ＡＥ１，ＡＥ２と排出ポートＥ１，Ｅ２とが前記拡大孔部６ａを通じて相互に連通する。【選択図】図１

Description

本発明は、弁孔内を摺動するスプールによって複数のポート間の流路を開閉するスプール弁に関するものである。

弁孔内を摺動するスプールによって複数のポート間の流路を開閉するスプール弁は、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、周知である。

従来のスプール弁は、通常、図１３に示すような構成を備えている。このスプール弁は５ポート弁であって、複数のポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２を有する弁ボディ１００の内部に、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２に連通する弁孔１０１を有し、該弁孔１０１内に、スプール１０２が軸線Ｌ方向に摺動自在に収容されている。前記弁ボディ１００の一端及び他端には、ピストンホルダー１０３，１０４が取り付けられ、各ピストンホルダー１０３，１０４の内部にそれぞれパイロットピストン１０５，１０６が収容されており、電磁パイロット弁１０７で前記パイロットピストン１０５，１０６に交互にパイロット流体を作用させることにより、該パイロットピストン１０５，１０６を介して前記スプール１０２が駆動される。

前記スプール１０２には、隣り合うポート間の流路を開閉するための複数（４個）の開閉用ランド１０２ａと、前記スプール１０２を安定的に摺動させるための複数のガイド用ランド１０２ｂとが形成され、前記開閉用ランド１０２ａの外周にはスプールパッキン１０８が取り付けられ、前記ガイド用ランド１０２ｂの外周には、ガイドリング１０９とチェックシール１１０とが取り付けられている。スプール１０２の両端に形成された前記ガイド用ランド１０２ｂは、前記弁孔１０１の端部を閉鎖するため閉鎖用ランドを兼ねるものである。

また、前記複数のポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２がそれぞれ弁孔１０１に連通する位置には、該弁孔１０１の直径より大きい直径を有する環状のリセス１１１が形成され、該リセス１１１を介して各ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が前記弁孔１０１に連通している。

一般に、この種のスプール弁においては、例えばエアシリンダ等のアクチュエータを効率良く駆動するために、該スプール弁内を流れる制御流体（エア）の流量を拡大することが強く要求されており、特に、前記アクチュエータからスプール弁を通じて排出されるエアの排出流量を拡大することにより、スムーズな排気を実現して排気圧を抑制し、それによって前記アクチュエータを効率良く制御することが望まれている。

このため、前記従来のスプール弁においては、各ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が弁孔１０１に連通する部分に環状のリセス１１１を形成し、それによってエア流量の増量を図っていたが、該リセス１１１の径（深さ）が弁ボディ１００の横幅等によって制約されることが多いため、該リセスの径を拡大することによってエア流量の増量を図るのには限界があった。
このような問題は、前記５ポート弁以外の４ポート弁や３ポート弁等においても同様である。

特開平８−８６３８０号公報 特開平８−９３９４１号公報

本発明の技術的課題は、排出ポートが弁孔に連通する部分に、従来のような環状のリセスを形成することなく、該排出ポートから排出される流体の排出流量を拡大させることができるようにした、簡単で合理的な設計構造を備えたスプール弁を得ることにある。

前記課題を解決するため、本発明のスプール弁は、高さと幅と長さとを有する弁ボディと、該弁ボディの高さ方向の一端面又は両端面に開口する複数のポートと、前記弁ボディの内部を該弁ボディの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔の内部に該弁孔の軸線方向に変位自在なるように収容されたスプールと、該スプールをパイロットピストンを介して駆動するパイロット弁とを有している。
前記複数のポートは、入力ポート、出力ポート、及び排出ポートであって、各ポートはそれぞれ前記弁孔に連通し、前記排出ポートは、前記出力ポートより弁ボディの端部側に配設されており、前記弁ボディの長さ方向の両端部のうち前記排出ポートが設けられている側の端部においては、前記弁孔の上下相対する位置に、該弁孔の断面積を弁ボディの高さ方向に拡大するための上部凹溝及び下部凹溝が、前記弁ボディの端部から前記排出ポートの位置まで形成されることにより、前記弁孔の端部に拡大孔部が形成され、該拡大孔部は、前記下部凹溝を通じて前記排出ポートに連通しており、前記スプールは、前記入力ポートと出力ポートとを結ぶ出力流路を開閉する出力ランド及び出力パッキンと、前記出力ポートと排出ポートとを結ぶ排出流路を開閉する排出ランド及び排出パッキンとを有し、前記スプールの変位により前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路を開放したとき、該排出ランド及び排出パッキンが前記拡大孔部の内部に位置することにより、前記排出流路と排出ポートとが前記拡大孔部を通じて相互に連通する。

本発明のスプール弁は、前記拡大孔部の内側面に、前記上部凹溝と下部凹溝との間に、前記弁孔の孔面の一部からなる一対の孔面部分が、前記軸線を挟んで相対するように介在し、前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路の開閉のために変位するとき、前記排出パッキンが前記孔面部分に接触してガイドされるように構成されていても良い。
この場合、前記一対の孔面部分は、前記拡大孔部内の、少なくとも前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路の開閉のために変位する範囲に形成されていれば良い。

本発明のスプール弁においては、前記上部凹溝及び下部凹溝の溝幅が互いに等しく、且つ、該溝幅は前記弁孔の直径より大きいことが望ましい。

また、本発明のスプール弁においては、前記弁ボディの前記拡大孔部が形成されている側の端部にピストンホルダーが取り付けられ、該ピストンホルダーの内部に前記パイロットピストンが収容され、該パイロットピストンの一部は前記拡大孔部内に進入しており、前記スプールの端部には、前記排出ランドに隣接する位置に、前記拡大孔部の内部に突き出すように連結部が形成され、該連結部を介して前記スプールが前記パイロットピストンに連結されていることが望ましい。
この場合、前記連結部は、軸線に沿って延びる連結軸からなり、前記パイロットピストンには連結孔が形成され、該連結孔内に前記連結軸を嵌合させることにより、前記スプールと前記パイロットピストンとが同心状に連結されていることが好ましい。

また、本発明の一つの具体的な構成態様によれば、前記スプール弁は５ポート弁であって、１つの入力ポートと、２つの出力ポートと、２つの排出ポートとを有し、前記２つの排出ポートは、前記弁ボディの一端側と他端側とにそれぞれ１つずつ形成され、前記拡大孔部及び排出ポートは、前記弁孔の一端側及び他端側にそれぞれ形成され、前記排出ランド、排出パッキン、及びパイロットピストンは、前記スプールの一端側及び他端側にそれぞれ設けられている。
この場合、前記弁ボディの外部形状及び内部形状は、前記入力ポートの中心を通る中心軸に対して軸対称であることが好ましい。

本発明のスプール弁は、弁孔の端部に、該弁孔の断面積を弁ボディの高さ方向に拡大するための上部凹溝及び下部凹溝を形成することにより拡大孔部を形成し、出力ポートからの排出流体をこの拡大孔部を通じて排出ポートから排出するようにしたので、弁ボディの横幅が小さいために排出ポートの位置に深さの大きいリセスを形成することができないような場合であっても、排出流体の流量の拡大を図ることができる。

本発明に係るスプール弁の第１実施形態を示す縦断面図である。 図１のスプール弁の左端部分を拡大して示す部分拡大図である。 図１のスプール弁の右端部分を拡大して示す部分拡大図である。 図１のスプール弁をＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した断面図である。 図１のスプール弁をＶ−Ｖ線に沿って切断した断面図である。 スプールとパイロットピストンとを連結する部分の拡大断面図である。 図１のスプール弁をＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断した断面図である。 図１のスプール弁の下面図である。 本発明に係るスプール弁の第２実施形態を示す断面図である。 図９のスプール弁の弁ボディの内部構造を示す断面図である。 図９のスプール弁をＸＩ−ＸＩ線に沿って切断した断面図である。 図９のスプール弁をＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿って切断した断面図である。 公知のスプール弁の縦断面図である。

図１−図８は本発明に係るスプール弁の第１実施形態を示すものである。このスプール弁１は、同様の構成を備えた他のスプール弁と共に、マニホールド４０上にガスケット４１を介して搭載することにより、マニホールドバルブとして構成されている。

図１に示すように、前記スプール弁１は、５ポート弁であって、流路を開閉するためのスプール４を内蔵した主弁部２と、前記スプール４を駆動する電磁操作式のパイロット弁３とを有している。このスプール弁１で制御する圧力流体は圧縮空気である。

前記主弁部２の弁ボディ５は、四角いブロック形をしていて、高さ（図１の上下方向）と長さ（図１の左右方向）と幅（図１の紙面に垂直な方向）とを有している。該弁ボディ５の高さ方向の下面及び上面には、入力用、出力用、排気用の５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が、該弁ボディ５の長さ方向に並べて形成されている。具体的に説明すると、図８も参照して、前記弁ボディ５の下面には、中央の入力ポートＰと、該入力ポートＰの両側に位置する第１排出ポートＥ１及び第２排出ポートＥ２とが設けられ、前記弁ボディ５の上面には、第１出力ポートＡ１及び第２出力ポートＡ２が設けられている。前記弁ボディ５は、アルミニウム合金によって鋳造されたものである。

前記弁ボディ５の内部には、該弁ボディ５を第１端５ａから反対側の第２端５ｂまで水平に貫通する円形の弁孔６が設けられ、該弁孔６の内部に、前記スプール４が、該弁孔６の軸線Ｌに沿って摺動自在なるように収容されている。前記弁孔６の直径Ｄ（図４参照）は、該弁孔６の全長にわたって一定である。

前記弁孔６と、前記５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２とは、該弁孔６の孔面に開口する５つの連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２，７ｅ１，７ｅ２の一つ一つを通じて相互に連通している。
即ち、前記弁孔６の下半周側においては、該弁孔６の軸線Ｌ方向の中央位置に、前記入力ポートＰに連通する入力連通口７ｐが開口し、該入力連通口７ｐの一側に、前記第１排出ポートＥ１に連通する第１排出連通口７ｅ１が開口し、前記入力連通口７ｐの他側に、前記第２排出ポートＥ２に連通する第２排出連通口７ｅ２が開口している。
また、前記弁孔６の上半周側においては、前記入力連通口７ｐと第１排出連通口７ｅ１との間の位置に、前記第１出力ポートＡ１に連通する第１出力連通口７ａ１が開口し、前記入力連通口７ｐと第２排出連通口７ｅ２との間の位置に、前記第２出力ポートＡ２に連通する第２出力連通口７ａ２が開口している。

前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２，７ｅ１，７ｅ２は、全てが非円形をしている。このうち、入力連通口７ｐ、第１出力連通口７ａ１、及び第２出力連通口７ａ２は、図４及び図７から明らかなように、前記弁孔６の円周の一部分に形成されており、該連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２が前記弁孔６の円周方向に開口する範囲は、該弁孔６の全円周の１／２以下である。換言すれば、前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２の前記軸線Ｌと直交する方向の口径Ｘは、前記弁孔６の直径Ｄ以下である。また、前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２の前記軸線Ｌに沿う方向の口径Ｙは、前記弁孔６の直径Ｄの１／２以上であるが、該弁孔６の直径Ｄ以下であることが望ましい。

一方、前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２は、次のように形成されている。即ち、図２、図３及び図５から明らかなように、前記弁ボディ５の前記第１端５ａ側及び第２端５ｂ側においては、前記弁孔６の孔径を弁ボディ５の上下方向に拡大するための一対の凹溝８，９、即ち上部凹溝８及び下部凹溝９が、該弁孔６の上下相対する位置に、前記弁ボディ５の端部から前記第１排出ポートＥ１及び第２排出ポートＥ２が形成されている位置に至るまで、前記弁孔６に沿ってそれぞれ形成されており、前記弁孔６の前記下部凹溝９が形成されている部分に、前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２がそれぞれ開設されている。つまり、前記弁孔６の両端部に、該弁孔６と前記上部凹溝８及び下部凹溝９とからなる拡大孔部６ａがそれぞれ形成されていて、該拡大孔部６ａが、前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２を通じて前記第１排出ポートＥ１及び第２排出ポートＥ２にそれぞれ連通している。

より詳しく説明すると、前記弁ボディ５の第１端５ａ側において、前記上部凹溝８及び下部凹溝９は、前記第１出力ポートＡ１と第１排出ポートＥ１とを結ぶ第１排出流路ＡＥ１に隣接する位置まで延在し、前記下部凹溝９の内端部に、平面視形状が四角形である前記第１排出連通口７ｅ１が、四角形の一辺を前記第１排出流路ＡＥ１に隣接させるようにして形成されている。
同様に、前記弁ボディ５の第２端５ｂ側において、前記上部凹溝８及び下部凹溝９は、前記第２出力ポートＡ２と第２排出ポートＥ２とを結ぶ第２排出流路ＡＥ２に隣接する位置まで延在し、前記下部凹溝９の内端部に、平面視形状が四角形である前記第２排出連通口７ｅ２が、四角形の一辺を前記第２排出流路ＡＥ２に隣接させるようにして形成されている。

前記上部凹溝８は、図５に弁ボディ５の第１端５ａ側について示すように、互いに平行する左右の側壁８ａ，８ｂと、前記弁孔６と同心の円弧状をした溝底壁８ｃとを有しており、該上部凹溝８の溝幅Ｗ１は、前記弁孔６の直径Ｄ（図４参照）より僅かに小さく、また、該上部凹溝８を前記弁孔６に連通させる開口部８ｄの開口幅は、前記上部凹溝８の溝幅Ｗ１に等しい。この場合、前記開口部８ｄの開口幅Ｗ１は、流路断面積をできるだけ大きくするため、前記弁孔６の直径Ｄの１／２より大きいことが望ましく、より望ましくは直径Ｄの８割以上であることであり、図示した例では、直径Ｄの約９割程に形成されている。

一方、前記下部凹溝９は、互いに平行する左右の側壁９ａ，９ｂと、平面状をした溝底壁９ｃとを有している。
前記左右の側壁９ａ，９ｂのうち一方の側壁９ａは、前記上部凹溝８の一方の側壁８ａと同一面上にあるが、他方の側壁９ｂは、前記上部凹溝８の他方の側壁８ｂより弁ボディ５の側面５ｃに近い位置にある。従って、該下部凹溝９の溝幅Ｗ２は、前記上部凹溝８の溝幅Ｗ１より広い。しかし、前記下部凹溝９を前記弁孔６に連通させる開口部９ｄの開口幅は、前記上部凹溝８の開口部８ｄの開口幅Ｗ１と等しい。

この結果、前記上部凹溝８の開口部８ｄと下部凹溝９の開口部９ｄとの間に、前記弁孔６の孔面の一部からなる一対の孔面部分６ｂ，６ｂが、軸線Ｌを挟んで互いに相対するように介在しており、図１及び図２に示すように排出ランド４ｃ，４ｄ及び排出パッキン１０ｃ，１０ｄが前記排出流路ＡＥ１，ＡＥ２を開閉するとき、前記排出パッキン１０ｃ，１０ｄが、前記孔面部分６ｂ，６ｂに接触してガイドされる。

また、前記下部凹溝９の溝底壁９ｃは、前記弁ボディ５の端部から前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２の端部に達するまで前記軸線Ｌと平行に延びたあと、前記軸線Ｌに近づく方向に傾斜し、そのあと、前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２の中央付近で再び前記軸線Ｌと平行するように向きを変え、そのまま前記第１排出流路ＡＥ１及び第２排出流路ＡＥ２まで達している。従って、前記下部凹溝９は、前記第１排出連通口７ｅ１及び第２排出連通口７ｅ２の位置で、前記軸線Ｌと平行（水平）をなす開口部分ｍと、前記弁孔６の端部側に向けて次第に前記軸線Ｌから遠ざかる方向に傾斜する開口部分ｎとを有することになる。
図１において、前記弁ボディ５の外部形状及び内部形状は、前記入力ポートＰの中心を通って前記軸線Ｌと直交する中心軸に対して軸対称をなしている。

前記スプール４は、図１から明らかなように、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２の隣り合うもの同士を結ぶ流路を開閉するための複数のランド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、各ランド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの外周にそれぞれ取り付けられたパッキン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとを有している。具体的に説明すると、前記スプール４は、前記入力ポートＰ（入力連通口７ｐ）と第１出力ポートＡ１（第１出力連通口７ａ１）とを結ぶ第１出力流路ＰＡ１を開閉する第１出力ランド４ａ及び第１出力パッキン１０ａと、前記入力ポートＰ（入力連通口７ｐ）と第２出力ポートＡ２（第２出力連通口７ａ２）とを結ぶ第２出力流路ＰＡ２を開閉する第２出力ランド４ｂ及び第２出力パッキン１０ｂと、前記第１出力ポートＡ１（第１出力連通口７ａ１）と第１排出ポートＥ１（第１排出連通口７ｅ１）とを結ぶ前記第１排出流路ＡＥ１を開閉する第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃと、前記第２出力ポートＡ２（第２出力連通口７ａ２）と第２排出ポートＥ２（第２排出連通口７ｅ２）とを結ぶ前記第２排出流路ＡＥ２を開閉する第２排出ランド４ｄ及び第２排出パッキン１０ｄとを有している。

前記スプール４の軸線Ｌ方向の一端には、第１パイロットピストン１１を連結するための第１連結部４ｅが形成されている。この第１連結部４ｅは、円柱状をした連結軸からなるもので、該第１連結部４ｅが、前記第１排出ランド４ｃに隣接する位置に、該スプール４と同心をなすように延出している。
また、前記スプール４の軸線Ｌ方向の他端には、第２パイロットピストン１２を連結するための第２連結部４ｆが形成されている。この第２連結部４ｆは、円柱状をした連結軸からなるもので、該第２連結部４ｆが、前記第２排出ランド４ｄに隣接する位置に、該スプール４と同心をなすように延出している。
前記連結部４ｅ，４ｆの直径は、隣り合うランド間に介在する軸部４ｇの直径と同径である。また、前記連結部４ｅ，４ｆを含む前記スプール４の長さは、前記弁孔６の長さより短く、且つ、該スプール４がどのような切換位置にあっても該スプール４の一端及び他端が前記弁孔６の外部に突出しないような長さである。

このように、前記スプール４には、流路を開閉するためのランド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとパッキン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとが形成されているだけで、図１３に示す公知のスプール弁のスプールの両端に形成されているような、該スプールの切換動作をガイドするためのガイド用ランドは形成されていない。このため、公知のスプール弁に比べ、前記スプール４及び弁孔６の軸線Ｌ方向の長さは短く、前記ガイド用ランドに取り付けるガイドリングやチェックシール等の部品も不要である。

前記弁ボディ５の第１端５ａには、略矩形のブロックからなるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）製の第１ピストンホルダー１３が取り付けられ、該第１ピストンホルダー１３の内部の第１ピストン室１４内に、前記第１パイロットピストン１１が、軸線Ｌ方向に摺動自在なるように収容されている。
また、前記弁ボディ５の第２端５ｂには、略矩形のブロックからなるＰＢＴ製の第２ピストンホルダー１５が取り付けられ、該第２ピストンホルダー１５の内部の第２ピストン室１６内に、前記第１パイロットピストン１１より小径の前記第２パイロットピストン１２が、軸線Ｌ方向に摺動自在なるように収容されている。

図２及び図３に詳細に示すように、前記弁ボディ５と前記第１ピストンホルダー１３及び第２ピストンホルダー１５とを、前記弁孔６と第１ピストン室１４及び第２ピストン室１６とが同心をなすように位置決めした状態で連結するため、前記弁ボディ５の第１端５ａ及び第２端５ｂには、前記弁孔６より大径の第１嵌合孔１７ａ及び第２嵌合孔１７ｂが、前記弁孔６と同心状に形成されている。

これに対し、前記第１ピストンホルダー１３及び第２ピストンホルダー１５には、前記第１ピストン室１４及び第２ピストン室１６を取り囲む環状の第１嵌合部１８ａ及び第２嵌合部１８ｂが、前記第１嵌合孔１７ａ及び第２嵌合孔１７ｂと同心状に形成されている。そして、前記嵌合部１８ａ，１８ｂを前記嵌合孔１７ａ，１７ｂ内に嵌合した状態で、前記第１ピストンホルダー１３及び第２ピストンホルダー１５が、不図示の連結螺子で前記弁ボディ５にそれぞれ連結されている。

前記第１嵌合孔１７ａの直径と第２嵌合孔１７ｂの直径とは互いに等しく、また、前記第１嵌合部１８ａの外径と第２嵌合部１８ｂの外径も互いに等しい。

前記第１パイロットピストン１１は、前記第１ピストン室１４内にシール部材２０を介して嵌合するピストン本体１１ａと、該ピストン本体１１ａの端面から突出して前記拡大孔部６ａの内部に進入する連結筒部１１ｂとを有し、該連結筒部１１ｂの内部に矩形の連結孔１１ｃが、前記スプール４と同心状に形成されている。そして、該連結孔１１ｃの内部に前記スプール４の一端の第１連結部４ｅを嵌合させることにより、該第１パイロットピストン１１が、前記スプール４の一端に、互いに同心をなすように連結されている。前記連結孔１１ｃを矩形にした理由は、該連結孔１１ｃ内に前記連結部４ｅを嵌合させる際に、空気を逃がし易くすることによって嵌合を容易にするためである。

前記第１ピストン室１４の内部には、前記ピストン本体１１ａの背面側に第１パイロット室１４ａが形成されると共に、前記ピストン本体１１ａの前面側に第１開放室１４ｂが形成されている。前記第１パイロット室１４ａは、パイロット通孔２２、手動操作部２３及びパイロット弁３、不図示のパイロット通孔、弁ボディ５のパイロット流体導入口２４（図１参照）を通じて、前記入力ポートＰに連通している。一方、前記第１開放室１４ｂは、前記弁孔６の前記拡大孔部６ａに連通することにより、前記第１排出連通口７ｅ１を通じて、前記第１排出ポートＥ１に常時連通している。

また、前記第１パイロットピストン１１の背面中央には、ガイド孔２７が形成され、このガイド孔２７の内部に、前記第１ピストンホルダー１３に形成されたガイド軸２８が嵌合し、このガイド軸２８により、前記第１パイロットピストン１１がガイドされる。

前記パイロット流体導入口２４は、前記弁孔６の孔面の、前記入力連通口７ｐと対向する位置に形成され、弁孔６を介して前記入力ポートＰに常時連通している。

一方、前記第２パイロットピストン１２は、前記第２ピストン室１６内にシール部材２５を介して嵌合するピストン本体１２ａと、該ピストン本体１２ａの端面から突出して前記拡大孔部６ａの内部に進入する連結筒部１２ｂとを有し、該連結筒部１２ｂの内部に矩形の連結孔１２ｃが、前記スプール４と同心状に形成されている。そして、該連結孔１２ｃの内部に前記スプール４の他端の第２連結部４ｆを嵌合させることにより、該第２パイロットピストン１２が、前記スプール４の他端に、互いに同心をなすように連結されている。

前記第２ピストン室１６の内部には、前記ピストン本体１２ａの背面側に第２パイロット室１６ａが形成されると共に、前記ピストン本体１２ａの前面側に第２開放室１６ｂが形成されている。そして、前記第２パイロット室１６ａは、パイロット供給孔２６から、不図示のパイロット通孔を介して前記パイロット流体導入口２４に連通することにより、前記入力ポートＰからのパイロット流体が常時流入するようになっている。一方、前記第２開放室１６ｂは、前記弁孔６の拡大孔部６ａから、前記第２排出連通口７ｅ２を通じて、前記第２排出ポートＥ２に常時連通している。

また、前記第２パイロットピストン１２の背面中央には、ガイド孔２９が形成され、このガイド孔２９の内部に、前記第２ピストンホルダー１５に形成されたガイド軸３０が嵌合し、このガイド軸３０により、前記第２パイロットピストン１２がガイドされる。

前記パイロット弁３は３ポート弁であり、該パイロット弁３に通電すると、前記第１パイロット室１４ａに、前記入力ポートＰからのパイロット流体が供給され、該パイロット弁３を非通電にすると、前記第１パイロット室１４ａからパイロット流体が排出される。

前記手動操作部２３は、停電時やメンテナンス時等に、前記パイロット弁３に通電したときと同じ動作状態を手動操作で実現させるものであって、操作軸２３ａを押し下げることにより、パイロット流体が前記第１パイロット室１４ａに供給されるように構成されている。しかし、該手動操作部２３の構成及び作用は周知であるので、ここでの詳細な説明は省略することとする。

また、前記スプール弁１をマニホールド４０に搭載するため、前記弁ボディ５の第１端５ａ及び第２端５ｂには、図２、図７に示すように、固定螺子３２を挿入するための第１螺子挿入孔３１ａ及び第２螺子挿入孔３１ｂが、前記弁孔６を挟んで互いに反対側の位置に、該弁ボディ５を高さ方向に貫通するように一つずつ形成されている。
前記螺子挿入孔３１ａ，３１ｂが形成されている位置は、前記弁孔６の端部の前記拡大孔部６ａが形成されている位置であり、このような位置に前記螺子挿入孔３１ａ，３１ｂが、前記弁孔６と交叉するように形成されている。

より具体的に説明すると、前記第１螺子挿入孔３１ａは、前記第１排出パッキン１０ｃが前記第１出力連通口７ａ１と第１排出連通口７ｅ１とを結ぶ第１排出流路ＡＥ１を遮断する位置よりも弁孔６の外側寄りの位置に、該第１螺子挿入孔３１ａの一部と前記弁孔６の一部とが交わるように形成されている。
また、前記第２螺子挿入孔３１ｂは、前記第２排出パッキン１０ｄが前記第２出力連通口７ａ２と第２排出連通口７ｅ２とを結ぶ第２排出流路ＡＥ２を遮断する位置よりも弁孔６の外側寄りの位置に、該第２螺子挿入孔３１ｂの一部と前記弁孔６の一部とが交わるように形成されている。

前記螺子挿入孔３１ａ，３１ｂをこのような位置に設けた結果、前記弁孔６の直径を、前記螺子挿通孔３１ａ，３１ｂと交叉する位置まで拡大することが可能となり、その分、前記流路ＰＡ１，ＰＡ２，ＡＥ１，ＡＥ２を流れる制御流体の流量を拡大することが可能である。

また、前記弁ボディ５の幅方向の一方及び他方の側面には、前記螺子挿通孔３１ａ，３１ｂが形成されている位置に、該螺子挿通孔３１ａ，３１ｂに沿って上下方向に延びる突条３３が形成されると共に、該突条３３に対応する位置に、上下方向に延びる凹溝３４が形成されている。
前記突条３３及び凹溝３４は、複数のスプール弁１をマニホールド４０に並べて搭載した際に、隣接するスプール弁１，１の突条３３と凹溝３４とを嵌合させることにより、前記複数のスプール弁１，１を近接させて配置することができるようにするためのものである。

前記マニホールド４０は、図１に示すように、該マニホールド４０の内部を貫通する供給孔４２と、該供給孔４２の一側及び他側で前記マニホールド４０の内部を貫通する第１排出孔４３及び第２排出孔４４とを有している。前記供給孔４２は、該マニホールド４０に搭載された各スプール弁１の入力ポートＰに分岐孔４２ａを通じて連通し、前記第１排出孔４３は、前記スプール弁１の第１排出ポートＥ１に分岐孔４３ａを通じて連通し、前記第２排出孔４４は、前記スプール弁１の第２排出ポートＥ２に分岐孔４４ａを通じて連通している。

前記構成を有するスプール弁１の動作を説明する。図１は、前記パイロット弁３がオフのときの切換状態を示している。図７の下半部も同様の切換状態を示している。この切換状態では、前記パイロット弁３によって前記第１パイロット室１４ａのパイロット流体は排出され、前記第２パイロット室１６ａ内にパイロット流体が常に供給されているため、前記スプール４は、前記第２パイロットピストン１２に押されて第１切換位置にある。

このとき、前記第１出力ランド４ａ及び第１出力パッキン１０ａは、入力ポートＰと第１出力ポートＡ１とを結ぶ第１出力流路ＰＡ１内に嵌合することによって該第１出力流路ＰＡ１を閉鎖し、前記第２出力ランド４ｂ及び第２出力パッキン１０ｂは、入力ポートＰと第２出力ポートＡ２とを結ぶ第２出力流路ＰＡ２から抜け出して前記入力ポートＰを跨ぐ位置を占めることによって前記第２出力流路ＰＡ２を開放し、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃは、第１出力ポートＡ１と第１排出ポートＥ１とを結ぶ第１排出流路ＡＥ１から抜け出して前記第１排出連通口７ｅ１を跨ぐ位置を占めることによって前記第１排出流路ＡＥ１を開放し、前記第２排出ランド４ｄ及び第２排出パッキン１０ｄは、第２出力ポートＡ２と第２排出ポートＥ２とを結ぶ第２排出流路ＡＥ２内に嵌合することによって該第２排出流路ＡＥ２を閉鎖している。

この状態から、前記パイロット弁３がオンになると、該パイロット弁３によって前記第１パイロット室１４ａにパイロット流体が供給され、このパイロット流体が、前記第１パイロットピストン１１を図１及び図７の右方に向けて押圧するため、該第１パイロットピストン１１は、前記第２パイロットピストン１２との受圧面積差に基づく作用力によって前進し、前記スプール４を図７の上半部に示す第２切換位置まで変位させる。

これにより、前記第１出力ランド４ａ及び第１出力パッキン１０ａは、前記入力ポートＰを跨ぐ位置に変位することによって前記第１出力流路ＰＡ１を開放し、前記第２出力ランド４ｂ及び第２出力パッキン１０ｂは、前記第２出力流路ＰＡ２内に嵌合することによって該第２出力流路ＰＡ２を閉鎖し、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃは、前記第１排出流路ＡＥ１内に嵌合することによって該第１排出流路ＡＥ１を閉鎖し、前記第２排出ランド４ｄ及び第２排出パッキン１０ｄは、前記第２排出連通口７ｅ２を跨ぐ位置に変位することによって前記第２排出流路ＡＥ２を開放する。

ここで、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃが前記第１排出流路ＡＥ１を開放したとき、前記第１出力ポートＡ１から第１排出ポートＥ１に向かう排出流体は、図２に矢印ａで示すように、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃの内側から前記第１排出連通口７ｅ１を通って排出ポートＥ１に向かうほか、同図に矢印ｂで示すように、前記上部凹溝８を通じて、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃの上半部を迂回して前記拡大孔部６ａ内に流入し、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃの外側（背面側）から、前記下部凹溝９及び第１排出連通口７ｅ１を通って排出ポートＥ１に向かう。このとき、前記排出流体の流量が、図９に示す公知のスプール弁のように排出ポートの位置に環状のリセスを形成した場合よりも増量されるように、前記上部凹溝８及び下部凹溝９の断面積、即ち、該上部凹溝８及び下部凹溝９の深さや溝幅等は、流量の増量に必要な大きさに形成されている。このため、排出流量の合計は、図９に示す公知のスプール弁のように排出ポートの位置に環状のリセスを形成した場合に比べて多くなる。このことは、前記第２排出ランド４ｄ及び第２排出パッキン１０ｄが前記第２排出流路ＡＥ２を開放したときも同様である。

また、前記弁孔６の前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２，７ｅ１，７ｅ２が開口する部分には、公知のスプール弁に形成されているような環状のリセスが形成されていないため、前記弁孔６の孔面は、前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２，７ｅ１，７ｅ２の位置でも途切れることなく、該弁孔６の全長にわたって軸線Ｌ方向に連続している。このため、前記パッキン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、どのような切換位置にあっても、少なくとも一部が前記弁孔６の孔面に接触した状態にあり、該孔面にガイドされた状態で切換動作が行われるため、環状のリセスを有する公知のスプール弁で生じるようなパッキンの噛み込みや脱落等が生じない。
更に、前記弁ボディ５を鋳造した後に、前記連通口７ｐ，７ａ１，７ａ２，７ｅ１，７ｅ２の位置に環状のリセスを形成する加工を行う必要がないため、前記弁ボディ５の製造が容易である。

また、前記スプール４には、図９に示す公知のスプール弁のスプールに形成されているような、該スプールの摺動を案内するガイド用ランドは形成されていないが、該スプール４の両端に前記パイロットピストン１１，１２が同心状に連結されていて、該パイロットピストン１１，１２によって支持されるため、該スプール４の切り換え動作は円滑に行われ、該スプール４の傾き等による誤動作は生じない。

なお、前記圧力流体が出力ポートＡ１，Ａ２から排出ポートＥ１，Ｅ２を通じて排出されるとき、該圧力流体の一部は、前記螺子挿入孔３１ａ，３１ｂと固定螺子３２との間の隙間を通じて外部に漏出することもあるが、その漏出を完全に止める場合は、前記隙間にシールを施せば良い。
また、前記スプール弁１を、マニホールド４０に搭載しない場合には、前記螺子挿入孔３１ａ，３１ｂをプラグ等で塞げば良い。

図９−図１２には本発明に係るスプール弁の第２実施形態が示されている。この第２実施形態のスプール弁１Ａは、弁孔６の両端の拡大孔部６ａの構造と、入力ポートＰ及び出力ポートＡ１，Ａ２が弁孔６に連通する位置にリセス６ｃが形成されている構造とが、前記第１実施形態のスプール弁１と相違している。

先ず、前記スプール弁１Ａの拡大孔部６ａについて説明する。なお、以下の説明では、弁ボディ６の第１端５ａ側の拡大孔部６ａについて説明しているが、該弁ボディ６の第２端５ｂ側の拡大孔部６ａの構造も同じである。このため、該第２端５ｂ側の拡大孔部６ａについては、以下の説明中の第１端５ａ、第１排出ポートＥ１、第１排出連通口７ｅ１、第１排出流路ＡＥ１、第１排出ランド４ｃ、及び第１排出パッキン１０ｃを、それぞれ第２端５ｂ、第２排出ポートＥ２、第２排出連通口７ｅ２、第２排出流路ＡＥ２、第２排出ランド４ｄ、及び第２排出パッキン１０ｄと読み替えれば良い。

前記拡大孔部６ａにおいて、上部凹溝８は、弁孔６の直径Ｄより僅かに溝幅Ｗ１が大きい横長部８ｅと、該横長部８ｅの一部から上向きに立ち上がった縦長部８ｆとを有する略凸字形の断面形状を有しており、また、下部凹溝９は、左右の側壁９ａ，９ｂと、全体に平坦な溝底壁９ｃとを有し、一方の側壁９ｂに、該下部凹溝９内に張り出す突壁部９ｅが軸線Ｌ方向に延在するように形成されている。前記上部凹溝８の溝幅（最大溝幅）Ｗ１と下部凹溝９の溝幅（最大溝幅）Ｗ２とは互いに等しく、該下部凹溝９の孔面部分６ｂからの深さＨ２は前記上部凹溝８の孔面部分６ｂからの深さＨ１より深い。また、前記下部凹溝９の溝底壁９ｃは、第１排出流路ＡＥ１の位置を通り越して第１排出ポートＥ１全体と完全に交叉する位置まで延在し、前記溝底壁９ｃの内端部に前記第１排出ポートＥ１が第１排出連通口７ｅ１を通じて連通している。

また、前記拡大孔部６ａには、前記弁孔６の孔面の一部からなる一対の前記孔面部分６ｂ，６ｂが、前記第１排出流路ＡＥ１に連なる位置から該拡大孔部６ａの中間位置に至るまで軸線Ｌ方向に延在しており、該中間位置から前記弁ボディ５の第１端５ａに至るまでの範囲に、前記孔面部分６ｂ，６ｂは形成されていない。この孔面部分６ｂ，６ｂが形成されていない範囲では、前記上部凹溝８と下部凹溝９とが一つに連なっており、その中に弁孔６が完全に吸収されている。従って、この範囲においては、前記弁孔６と上部凹溝８と下部凹溝９との境界は存在していない。
前記拡大孔部６ａ内に前記孔面部分６ｂ，６ｂが形成されている範囲は、前記第１排出ランド４ｃ及び第１排出パッキン１０ｃが前記第１排出流路ＡＥ１の開閉のために変位する範囲であり、この範囲において前記第１排出パッキン１０ｃが、前記孔面部分６ｂ，６ｂによってガイドされる。

次に、前記リセス６ｃについて説明する。即ち、前記入力ポートＰが弁孔６に連通する位置と、出力ポートＡ１，Ａ２が弁孔６に連通する位置とに、該弁孔６の孔径を拡大するための環状のリセス６ｃがそれぞれ形成され、該リセス６ｃに前記入力ポートＰ及び出力ポートＡ１，Ａ２が、入力連通口７ｐ及び出力連通口７ａ１，７ａ２を介してそれぞれ連通している。前記排出ポートＥ１，Ｅ２が弁孔６に連通する位置にリセスは形成されていない。

前記リセス６ｃの形成により、前記入力ポートＰと出力ポートＡ１，Ａ２とを結ぶ出力流路ＰＡ１，ＰＡ２の流路断面積、及び、前記出力ポートＡ１，Ａ２と排出ポートＥ１，Ｅ２とを結ぶ排出流路ＡＥ１，ＡＥ２の流路断面積がそれぞれ拡大されるため、スプール弁１Ａにより制御される圧力流体の流量が全体として一層増量されることになる。

また、前記スプール弁１Ｂは、同じ構成を有する他のスプール弁と連接するように構成されている点でも、第１実施形態のスプール弁と相違している。即ち、前記弁ボディ５には、前記入力ポートＰと排出ポートＥ１，Ｅ２との間の部分に、該弁ボディ５を幅方向に貫通する連接孔５０が合計２つ形成され、幅方向に当接した複数のスプール弁１Ａを、前記連接孔５０に挿通した螺子棒及びナット(不図示)によって固定することにより、弁アセンブリを形成することができるように構成されている。従って、前記弁ボディ５に、第１実施形態のスプール弁１の弁ボディ５に形成されている螺子挿入孔３１ａ，３１ｂは形成されていない。

更に、前記スプール弁１Ｂは、スプール４の端部の円柱状の連結部４ｅ，４ｆを嵌合するためパイロットピストン１１，１２に形成された連結孔１１ｃ，１２ｃが円形である点においても、第１実施形態のスプール弁１と相違している。図中の符号５１は、前記連結孔１１ｃ，１２ｃ内に連結部４ｅ，４ｆを挿入する際に該連結孔１１ｃ，１２ｃ内のエアを逃がすためのエア逃がし孔である。
また、前記スプール弁１Ｂの第１パイロットピストン１１及び第１ピストンホルダー１３に、第１実施形態のスプール弁１の第１パイロットピストン１１及び第１ピストンホルダー１３に形成されているガイド孔２７及びガイド軸２８は形成されていない。

前記第２実施形態のスプール弁１Ａの前述した構成以外の構成は、前記第１実施形態のスプール弁１の構成と実質的に同じである。このため、両者の主要な同一構成部分に第１実施形態のスプール弁１と同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

なお、前記実施形態のスプール弁１，１Ａにおいては、前記弁ボディ５の上面に２つの出力ポートＡ１，Ａ２が設けられ、前記弁ボディ５の下面に入力ポートＰと排出ポートＥ１，Ｅ２とが設けられているが、本発明においては、前記弁ボディ５の下面に全てのポートＰ，Ｅ１，Ｅ２，Ａ１，Ａ２が設けられていても良い。

また、前記実施形態のスプール弁１，１Ａは、１つのパイロット弁３を有するシングルパイロット式のスプール弁であるが、本発明のスプール弁は、２つのパイロット弁３を有するダブルパイロット式のスプール弁であっても良い。このダブルパイロット式のスプール弁は、例えば、図１において、弁ボディ５の第２端５ｂに、前記第２ピストンホルダー１５及び第２パイロットピストン１２に代えて、弁ボディ５の第１端５ａに取り付けられている第１ピストンホルダー１３、第１パイロットピストン１１、及びパイロット弁３と同様のものを取り付けることにより、得ることができる。

また、前記実施形態のスプール弁１，１Ａは５ポート弁であるが、本発明は、３ポート弁あるいは４ポート弁にも適用することができる。

１，１Ａ スプール弁
３ パイロット弁
４ スプール
４ａ 第１出力ランド
４ｂ 第２出力ランド
４ｃ 第１排出ランド
４ｄ 第２排出ランド
４ｅ 第１連結部
４ｆ 第２連結部
５ 弁ボディ
６ 弁孔
６ａ 拡大孔部
６ｂ 孔面部分
８ 上部凹溝
９ 下部凹溝
１０ａ 第１出力パッキン
１０ｂ 第２出力パッキン
１０ｃ 第１排出パッキン
１０ｄ 第２排出パッキン
１１ 第１パイロットピストン
１１ｃ 連結孔
１２ 第２パイロットピストン
１２ｃ 連結孔
１３ 第１ピストンホルダー
１５ 第２ピストンホルダー
Ｐ 入力ポート
Ａ１ 第１出力ポート
Ａ２ 第２出力ポート
Ｅ１ 第１排出ポート
Ｅ２ 第２排出ポート
ＰＡ１ 第１出力流路
ＰＡ２ 第２出力流路
ＡＥ１ 第１排出流路
ＡＥ２ 第２排出流路
Ｌ 軸線
Ｄ 弁孔の直径
Ｗ１ 上部凹溝の溝幅
Ｗ２ 下部凹溝の溝幅

Claims (8)

1. 高さと幅と長さとを有する弁ボディと、該弁ボディの高さ方向の一端面又は両端面に開口する複数のポートと、前記弁ボディの内部を該弁ボディの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔の内部に該弁孔の軸線方向に変位自在なるように収容されたスプールと、該スプールをパイロットピストンを介して駆動するパイロット弁とを有し、
   前記複数のポートは、入力ポート、出力ポート、及び排出ポートであって、各ポートはそれぞれ前記弁孔に連通し、前記排出ポートは、前記出力ポートより弁ボディの端部側に配設されており、
   前記弁ボディの長さ方向の両端部のうち前記排出ポートが設けられている側の端部においては、前記弁孔の上下相対する位置に、該弁孔の断面積を弁ボディの高さ方向に拡大するための上部凹溝及び下部凹溝が、前記弁ボディの端部から前記排出ポートの位置まで形成されることにより、前記弁孔の端部に拡大孔部が形成され、該拡大孔部は、前記下部凹溝を通じて前記排出ポートに連通しており、
   前記スプールは、前記入力ポートと出力ポートとを結ぶ出力流路を開閉する出力ランド及び出力パッキンと、前記出力ポートと排出ポートとを結ぶ排出流路を開閉する排出ランド及び排出パッキンとを有し、
   前記スプールの変位により前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路を開放したとき、該排出ランド及び排出パッキンが前記拡大孔部の内部に位置することにより、前記排出流路と排出ポートとが前記拡大孔部を通じて相互に連通する、
   ことを特徴とするスプール弁。
2. 前記拡大孔部の内側面には、前記上部凹溝と下部凹溝との間に、前記弁孔の孔面の一部からなる一対の孔面部分が、前記軸線を挟んで相対するように介在しており、前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路の開閉のために変位するとき、前記排出パッキンが前記孔面部分に接触してガイドされることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記一対の孔面部分は、前記拡大孔部内の、少なくとも前記排出ランド及び排出パッキンが前記排出流路の開閉のために変位する範囲に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスプール弁。
4. 前記上部凹溝及び下部凹溝の溝幅は互いに等しく、且つ、該溝幅は前記弁孔の直径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
5. 前記弁ボディの前記拡大孔部が形成されている側の端部にピストンホルダーが取り付けられ、該ピストンホルダーの内部に前記パイロットピストンが収容され、該パイロットピストンの一部は前記拡大孔部内に進入しており、
   前記スプールの端部には、前記排出ランドに隣接する位置に、前記拡大孔部の内部に突き出すように連結部が形成され、該連結部を介して前記スプールが前記パイロットピストンに連結されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
6. 前記連結部は、軸線に沿って延びる連結軸からなり、前記パイロットピストンには連結孔が形成され、該連結孔内に前記連結軸を嵌合させることにより、前記スプールと前記パイロットピストンとが同心状に連結されていることを特徴とする請求項５に記載のスプール弁。
7. 前記スプール弁は５ポート弁であって、１つの入力ポートと、２つの出力ポートと、２つの排出ポートとを有し、前記２つの排出ポートは、前記弁ボディの一端側と他端側とにそれぞれ１つずつ形成され、前記拡大孔部及び排出ポートは、前記弁孔の一端側及び他端側にそれぞれ形成され、前記排出ランド、排出パッキン、及びパイロットピストンは、前記スプールの一端側及び他端側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
8. 前記弁ボディの外部形状及び内部形状は、前記入力ポートの中心を通る中心軸に対して軸対称であることを特徴とする請求項７に記載のスプール弁。

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