WO2017061400A1 - スプール弁 - Google Patents

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WO2017061400A1
WO2017061400A1 PCT/JP2016/079383 JP2016079383W WO2017061400A1 WO 2017061400 A1 WO2017061400 A1 WO 2017061400A1 JP 2016079383 W JP2016079383 W JP 2016079383W WO 2017061400 A1 WO2017061400 A1 WO 2017061400A1
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WO
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valve
hole
end wall
spool
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PCT/JP2016/079383
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English (en)
French (fr)
Inventor
宮添真司
野口和宏
Original Assignee
Smc株式会社
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Priority to RU2018116419A priority patent/RU2707687C2/ru
Priority to BR112018006200-6A priority patent/BR112018006200A2/ja
Priority to KR1020187007900A priority patent/KR102601408B1/ko
Priority to CN201680058059.3A priority patent/CN108138973B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a spool valve that opens and closes a flow path between a plurality of ports by a spool sliding in a valve hole.
  • a spool valve that opens and closes a flow path between a plurality of ports by a spool that slides in a valve hole is well known, as disclosed in, for example, Patent Document 1.
  • a conventional general spool valve 60 includes a plurality of ports P, A1, A2, E1, E2 in a housing 61 having the ports P, A1, A2, E1, and the like.
  • E2 has a valve hole 62 having a circular cross section communicating with E2, in which a spool 63 is slidably accommodated in the direction of the axis L, and a pilot valve part 67 is provided at the end of the housing 61.
  • the pilot valve portion 67 is provided with a pilot piston 69 and a pilot valve 68 that causes a pilot fluid to act on the pilot piston 69.
  • the pilot valve 68 causes the spool 63 to pass through the pilot piston 69. It is configured to switch.
  • the spool 63 has a land section 64 having a circular cross section to which a seal member 65 is attached to the outer periphery, and a shaft section 66 having a circular section connecting adjacent land sections 64 and having a smaller diameter than the land section 64.
  • the former method of increasing the diameters of the valve hole 62 and the spool 63 can easily and surely increase the effective cross-sectional area of the flow path, but the lateral width of the housing 61, that is, the valve width is increased accordingly. Therefore, this leads to an increase in the size of the spool valve, which is not preferable in a situation where a spool valve that is as small as possible and requires a large flow rate is required.
  • the method of increasing the stroke of the spool 63 and the opening width of the ports P, A1, A2, E1, and E2 does not require an increase in the lateral width of the housing 61. Therefore, it is difficult to increase the size of the spool valve.
  • the diameters of the valve hole 62 and the spool 63 do not change.
  • the cross-sectional area S0 of the flow path between the outer periphery and the outer periphery is not enlarged, and therefore, it is inevitable that the cross-sectional area of the flow path around the shaft is greatly restricted, and the effective cross-sectional area of the entire flow path is greatly increased. It was difficult to expand.
  • the technical problem of the present invention is to increase the cross-sectional area of the valve hole without increasing the valve width as compared with a known spool valve in which the cross-sectional shape of the valve hole and the spool is circular.
  • a spool valve having a small and rational design structure capable of enlarging the cross-sectional area of the flow path between the shaft portion and the effective cross-sectional area of the entire flow path, thereby efficiently expanding There is.
  • a spool valve of the present invention includes a housing having a length direction, a width direction, and a height direction, a valve hole extending in the length direction of the housing inside the housing, and the valve hole. And an input port, an output port, and an exhaust port formed in the housing so as to communicate with each other, and a spool that is slidably inserted into the valve hole in the axial direction of the valve hole.
  • a pilot valve portion that applies a propulsive force in one direction by a pilot fluid and a return force in the opposite direction to the spool.
  • a cross-sectional shape of the valve hole in a direction perpendicular to the axis is an elongated shape having a major axis facing the height direction of the housing and a minor axis facing the width direction, and linearly extends in the major axis direction.
  • the left and right hole side walls extending and parallel to each other, the first hole end wall connecting one end of the left and right hole side walls, and the second hole end wall connecting the other end of the left and right hole side walls
  • the spool has a land portion that opens and closes the flow path, and a shaft portion having a smaller diameter than the land portion that connects adjacent land portions, and a cross-sectional shape of the land portion in a direction perpendicular to the axis is
  • the housing has an elongated shape having a major axis facing the height direction of the housing and a minor axis facing the width direction, and is the same shape and the same size as the cross-sectional shape of the valve hole, and linearly extends in the major axis direction.
  • the left and right land side walls that extend and are parallel to each other, and one end of the left and right land side walls are the same A first land end wall connecting, and a second land end wall connecting the other ends of the left and right land side walls.
  • the pilot valve section includes a pilot piston that applies a propulsive force to the spool, and an electromagnetic pilot valve that applies a pilot fluid to the pilot piston, in a direction perpendicular to the axis of the pilot piston.
  • the cross-sectional shape is an elongated shape having a major axis that faces the height direction of the housing and a minor axis that faces the width direction, and right and left piston sidewalls that extend linearly in the major axis direction and are parallel to each other. And a first piston end wall that connects one ends of the left and right piston side walls, and a second piston end wall that connects the other ends of the left and right piston side walls.
  • the diameter of the pilot piston in the long axis direction is larger than the diameter in the long axis direction of the land portion of the spool, and the diameter of the pilot piston in the short axis direction is equal to the diameter of the land portion in the short axis direction. It is desirable.
  • the cross-sectional shape of the shaft portion in the direction orthogonal to the axis is circular or an elongated shape having a long axis facing the height direction of the housing and a short axis facing the width direction.
  • the first hole end wall and the second hole end wall of the valve hole, and the first land end wall and the second land end wall of the land portion are semicircular, respectively.
  • the radii of curvature are equal to each other.
  • the first hole end wall and the second hole end wall of the valve hole, and the first land end wall and the second land end wall of the land portion A straight portion perpendicular to the hole side wall of the valve hole and the land side wall of the land portion, and an arcuate corner portion that smoothly connects the straight portion to the end portions of the hole side wall and the land side wall.
  • a manifold valve in which a plurality of spool valves having the same valve width are mounted on one manifold is formed, and at least one of the plurality of spool valves is a spool valve according to the present invention. is there.
  • the sectional shape of the valve hole and the land portion of the spool is a long and narrow shape having a long axis in the height direction of the housing, so that the sectional shape of the valve hole and the spool is a known shape.
  • the cross-sectional area of the valve hole can be increased without increasing the valve width, and the cross-sectional area of the flow path between the valve hole and the shaft portion of the spool can be increased. It is possible to greatly and efficiently expand the effective cross-sectional area of the entire road.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. It is principal part sectional drawing which shows the valve hole of the spool valve of 2nd Embodiment, and the cross-sectional shape of a spool. It is a side view of the manifold valve formed by mounting the spool valve of this invention on a manifold.
  • FIG. 7 is a plan view of FIG. 6.
  • FIG. 7 is a left side view of FIG. 6.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view taken along line IX-IX in FIG. 7. It is a perspective view which decomposes
  • This spool valve 1A is a single pilot type spool valve having one pilot valve 4, and has a main valve portion 2 having a valve structure as a 5-port valve, and one end side in the length direction of the main valve portion 2 And a pilot valve portion 3 provided in the main body.
  • the pressure fluid controlled by the spool valve 1A is compressed air.
  • the housing 7 of the main valve portion 2 has a rectangular block shape having a length direction, a width direction, and a height direction, and has five ports P, A1 for input, output, and exhaust on its lower surface. , A2, E1, and E2 are formed side by side in the length direction of the housing 7.
  • the arrangement of these five ports is such that the first and second output ports A1 and A2 are located on both sides of the central input port P, and on both outer sides of the first and second output ports A1 and A2.
  • the arrangement is such that the first and second exhaust ports E1, E2 are located.
  • the front view shape of the input port P and the output ports A1, A2 is a rectangular shape elongated in the width direction of the housing 7, and the ports P, A1, A2
  • the opening width m in the width direction of the housing 7 is larger than the opening width n in the length direction.
  • the shape of the exhaust ports E1 and E2 when viewed from the front is substantially convex, and one half of the ports E1 and E2 on the output port A1 and A2 side and the other half on the opposite side.
  • the opening width in the width direction of the housing 7 is different from that of the portion, and the opening width m1 on the one half side is larger than the opening width m2 on the other half side.
  • a valve hole 8 communicating with the five ports P, A1, A2, E1, and E2 is formed in the housing 7 so as to penetrate the housing 7 in the length direction.
  • the cross-sectional shape of the valve hole 8 in the direction orthogonal to the axis L is a track shape elongated in the height direction of the housing 7, as is apparent from FIG.
  • the valve hole 8 has an elongated shape having a major axis X facing the height direction of the housing 7 and a minor axis Y facing the width direction of the housing 7, and the major axis X direction
  • the left and right hole side walls 8a, 8a that extend linearly parallel to each other, the upper hole end wall 8b that connects the ends of the left and right hole side walls 8a, 8a, and the left and right hole side walls 8a, 8a Are surrounded by a lower second hole end wall 8c connecting the other ends of the two.
  • the first hole end wall 8b and the second hole end wall 8c each have a semicircular shape, and the respective radii of curvature r are equal to each other.
  • the inner diameter of the valve hole 8 is enlarged at a position where the ports P, A1, A2, E1, and E2 communicate with each other, and a seal member 18-21 of the spool 10 described later moves away from the valve hole 8 and flows through the flow path.
  • the seal member 18-21 is configured to be located in an enlarged portion of the valve hole 8, that is, in the enlarged portion 8A.
  • the lengths t of the left and right hole side walls 8a, 8a forming a straight line in the major axis X direction are equal to each other and smaller than the diameter y of the valve hole 8 in the minor axis Y direction.
  • the length t may be the same as or larger than the diameter y in the minor axis Y direction.
  • a spool 10 that opens and closes a flow path connecting adjacent ports is inserted inside the valve hole 8 so as to be slidable in the axis L direction of the valve hole 8.
  • the spool 10 includes a first land portion 11 located in the center of the axis L direction, a second land portion 12 and a third land portion 13 located on both sides of the first land portion 11, It has the 4th land part 14 and the 5th land part 15 which are each located outside the 2nd land part 12 and the 3rd land part 13, and the axis part 16 which connects the above-mentioned adjacent land parts. Yes.
  • the shaft portion 16 has a smaller diameter than the land portion 11-15.
  • the land portion 11-15 and the shaft portion 16 may be formed integrally with each other, or may be formed separately and connected to each other.
  • the first seal member 18 that opens and closes when riding on or away from the valve seat 9 and the flow path connecting the input port P and the second output port A2 are similarly opened and closed.
  • the second seal member 19 is attached, and a flow path connecting the first output port A1 and the first exhaust port E1 is similarly formed in the recessed groove on the outer periphery of the second land portion 12.
  • a third seal member 20 that opens and closes is attached, and a flow path that connects the second output port A2 and the second exhaust port E2 in the recessed groove on the outer periphery of the third land portion 13.
  • a fourth seal member 21 that opens and closes in the same manner is attached.
  • a fifth seal member 22 that always closes the hole end on the first end side of the valve hole 8 is attached in the concave groove on the outer periphery of the fourth land portion 14, and the fifth land portion
  • a sixth seal member 23 that always closes the hole end on the second end side of the valve hole 8 is attached in the outer circumferential groove 15.
  • the first to fourth seal members 18-21 are formed by packing having a cross-sectional shape elongated in the radial direction of the seal members, and the fifth seal member 22 and the sixth seal member 23 are O-rings. Is formed.
  • the cross-sectional shapes of the first to fifth land portions 11-15 in the direction perpendicular to the axis L are the same shape and the same size, and substantially the same shape as the cross-sectional shape of the valve hole 8 And since it is the same magnitude
  • the land portion 11 includes a left and right land side walls 25a and 25a that extend linearly in the major axis X direction and are parallel to each other, and an upper first land that connects one ends of the left and right land side walls 25a and 25a. It has an end wall 25b and a lower second land end wall 25c connecting the other ends of the left and right land side walls 25a, 25a.
  • the first land end wall 25b and the second land end wall 25c are semicircular, and the radii of curvature are equal to each other.
  • the diameter of the land portion 11 in the major axis X direction is equal to the diameter x of the valve hole 8 in the major axis X direction
  • the diameter of the land portion 11 in the minor axis Y direction is the minor axis Y direction of the valve hole 8. Is equal to the diameter y.
  • the lengths of the left and right land side walls 25a, 25a of the land portion 11 are equal to each other and are equal to the length t of the left and right hole side walls 8a, 8a of the valve hole 8.
  • the radii of curvature of the first land end wall 25b and the second land end wall 25c of the land portion 11 are equal to each other, and the curvatures of the first hole end wall 8b and the second hole end wall 8c of the valve hole 8 are the same. Equal to radius r.
  • the diameter x in the major axis X direction and the diameter y in the minor axis Y direction of the land portion 11 are the diameter (seal diameter) at the position of the seal member 18 or 19 in contact with the inner surface of the valve hole 8. That is.
  • the length t in the major axis X direction of the left and right land side walls 25a, 25a is formed to be smaller than the diameter y in the minor axis Y direction.
  • it can be formed to be equal to or larger than the diameter y in the minor axis Y direction.
  • the first land portion 11 of the spool 10 may be divided into a portion where the first seal member 18 is attached and a portion where the second seal member 19 is attached. .
  • the fourth and fifth land portions 14 and 15 always close the hole end of the valve hole 8, and do not open or close the flow path.
  • the fourth and fifth land portions 14 and 15 when it is not necessary to describe the fourth and fifth land portions 14 and 15, only the first to third land portions 11-13 are marked, and the land portions 14, 15 are described. May be omitted.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the axis L of the shaft portion 16 connecting the adjacent land portions 11-13 is circular.
  • the diameter d of the shaft portion 16 may be smaller than the diameter y in the short axis Y direction of the land portion 11-13, but is preferably 2/3 or less of the diameter y, more preferably 1/2. In the illustrated example, it is formed to be about 1/3 of the diameter y.
  • a pilot supply hole 28 communicating with the input port P is formed in the housing 7 in parallel with the valve hole 8, and the first end 28 a of the pilot supply hole 28 is the length of the housing 7.
  • a first end 7 a that is one end in the direction opens, and a second end 28 b of the pilot supply hole 28 opens to a second end 7 b that is the opposite end in the length direction of the housing 7.
  • the first end 7 a of the housing 7 is provided with the pilot valve portion 3 that applies a propulsion force in one direction by pilot air and a return force in the opposite direction to the spool 10, and the second end of the housing 7 is provided.
  • An end block 29 is attached to the end 7b.
  • the end block 29 is formed with a return pressure chamber 30 facing a pressure receiving surface 10 a at one end of the spool 10, and the return pressure chamber 30 and the second end 28 b of the pilot supply hole 28 are connected to each other.
  • a communication hole 31 to be connected is formed, and pilot air is always supplied from the input port P to the return pressure chamber 30 through the communication hole 31 and the pilot supply hole 28.
  • the pilot valve unit 3 includes a piston box 34 connected to the housing 7 and an electromagnetic pilot valve 4 coupled to the piston box 34.
  • a piston chamber 35 that communicates with the end of the valve hole 8 is formed inside the piston box 34, and a pilot piston 36 that applies a propulsive force to the spool 10 is formed inside the piston chamber 35. It is slidably accommodated in the direction of the axis L.
  • a piston shaft 36 a that fits into the valve hole 8 is formed on the surface of the pilot piston 36 that faces the spool 10, and the tip of the piston shaft 36 a is in contact with the end surface of the spool 10. .
  • a piston packing 37 that seals between the outer periphery of the pilot piston 36 and the inner periphery of the piston chamber 35 is attached to the outer periphery of the pilot piston 36, and the pilot piston 36 and the piston packing 37 serve as a pilot piston.
  • a pressure chamber 38 for propulsion is defined on one side of 36.
  • the propulsion pressure chamber 38 communicates with the first end 28a of the pilot supply hole 28 through the manual operation portion 39 and the pilot valve 4 from the pilot supply / discharge hole 38a through the communication hole 32. By operating the operating portion 39 or the pilot valve 4, pilot air is supplied or discharged from the input port P to the propulsion pressure chamber 38.
  • the piston packing 37 is a lip type piston packing having directionality in the seal, and the lip of the piston packing 37 is directed to the pressure chamber 38 side.
  • An open chamber 40 formed between the back surface of the pilot piston 36 and the spool 10 is open to the atmosphere.
  • the piston chamber 35 and the pilot piston 36 have the same cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axis L, and as shown in FIG. 1, they have a track shape elongated in the height direction of the housing 7. . This will be described with respect to the pilot piston 36.
  • the pilot piston 36 has an elongated cross-sectional shape having a long axis X facing the height direction of the housing 7 and a short axis Y facing the width direction of the housing 7.
  • first piston end wall 41b and the second piston end wall 41c have a semicircular shape, and their radii of curvature are equal to each other.
  • the diameter yp in the minor axis Y direction of the pilot piston 36 is equal to the diameter y in the minor axis Y direction of the land portion 11-15 of the spool 10, and the diameter xp in the major axis X direction of the pilot piston 36 is
  • the land portion 11-15 is larger than the diameter x in the major axis X direction.
  • the cross-sectional area of the pilot piston 36 is larger than the cross-sectional area of the land portion 11-15 of the spool 10, so that the pressure receiving area of the pressure receiving surface 36b of the pilot piston 36 is equal to that of the land portion 15 of the spool 10. This is larger than the pressure receiving area of the pressure receiving surface 10a at the end face.
  • the major axis X direction diameter xp and the minor axis Y direction diameter yp of the pilot piston 36 are the diameters (seal diameters) of the piston packing 37 in contact with the inner surface of the piston chamber 35. That is, the diameter in the major axis X direction and the minor axis Y direction of the piston chamber 35 are equal.
  • the piston shaft 36a has an elongated cross-sectional shape in the height direction of the housing 7.
  • the shape and size thereof are arbitrary, and the piston shaft 36a can freely enter and exit the valve hole 8. Any shape and size may be used.
  • the pilot valve 4 is a three-port solenoid valve, and when the pilot valve 4 is energized, the pilot supply / exhaust hole is connected from the input port P to the propulsion pressure chamber 38 via the pilot valve 4. When pilot air is supplied through 38 a and the pilot valve 4 is deenergized, the pilot air is discharged from the propulsion pressure chamber 38 through the pilot valve 4 to the atmosphere.
  • the manual operation unit 39 realizes the same operation state as when the pilot valve 4 is energized by manual operation of the operation element 39a at the time of a power failure or maintenance, but its configuration and operation are well known. Therefore, explanation here is omitted.
  • FIG. 2 shows a switching state when the pilot valve 4 is off.
  • pilot air in the propulsion pressure chamber 38 is discharged by the pilot valve 4 and pilot air is supplied into the return pressure chamber 30, so that the spool 10, the pilot piston 36, Is moved to the return position by the pilot air acting on the pressure receiving surface 10 a of the spool 10. Therefore, the first seal member 18 of the first land portion 11 closes the flow path connecting the input port P and the first output port A1, and the third land portion 13 4 sealing member 21 closes the flow path connecting the second output port A2 and the second exhaust port E2, and the input port P and the second output port A2 communicate with each other.
  • the first output port A1 communicates with the first exhaust port E1.
  • pilot air is supplied to the propulsion pressure chamber 38 by the pilot valve 4, and this pilot air acts on the pressure receiving surface 36b of the pilot piston 36 to
  • the pilot piston 36 moves forward by an acting force based on the area difference between the pressure receiving surface 36b and the pressure receiving surface 10a of the spool 10, and advances the spool 10 forward. Displace to position.
  • the second seal member 19 of the first land portion 11 closes the flow path connecting the input port P and the second output port A2, and the second land portion 12
  • Three sealing members 20 close the flow path connecting the first output port A1 and the first exhaust port E1, and the input port P and the first output port A1 communicate with each other;
  • the second output port A2 communicates with the second exhaust port E2.
  • the cross-sectional shape of each of the land portions 11-15 of the valve hole 8 and the spool 10 is elongated, so that the valve hole 62 and the spool 63 as shown in FIGS.
  • the cross-sectional area of the valve hole 8 can be increased without increasing the lateral width of the spool valve, that is, the valve width.
  • the cross-sectional area (the cross-sectional area of the flow path around the shaft portion) S formed between the circumference and the outer periphery of the shaft portion 16 of the spool 10 is enlarged, and the effective cross-sectional area of the entire flow path is greatly increased. Moreover, it will be expanded efficiently.
  • the sectional area S of the flow path around the shaft portion 16 of the spool 10 is ( ⁇ ⁇ (y 2 ⁇ d 2 ) / 4). + (T ⁇ y), which is larger than the cross-sectional area S0 of the known spool valve 60 by t ⁇ y.
  • the cross-sectional shape of the shaft portion 16 may be an elongated shape similar to that of the land portion 11 as shown by a chain line in FIG. 4.
  • the left and right sides forming the straight line of the shaft portion 16 may be used.
  • the length of the shaft side wall 16a in the major axis X direction is t
  • the diameter of the shaft portion 16 in the minor axis Y direction is d
  • the curvature radii of the first shaft end wall 16b and the second shaft end wall 16c are d / 2.
  • the cross-sectional area S of the flow path around the shaft portion of the spool 10 is ( ⁇ ⁇ (y 2 ⁇ d 2 ) / 4) + (t ⁇ (y ⁇ d)), and the known spool valve 60 is cut off. It is larger than the area S0 by t ⁇ (y ⁇ d).
  • the cross-sectional shapes of the valve hole 8 and the land portion 11-15 are elliptical, the elliptical valve hole and land portion are not only difficult to process because accuracy is difficult to obtain.
  • the diameter of the elliptical valve hole in the X-axis direction is: Since the diameter of the valve hole 8 of the present invention is larger than the diameter x in the X-axis direction, the efficiency is lower than that of the present invention.
  • the pilot piston 36 in the pilot valve portion 3 has a cross-sectional shape similar to that of the land portion 11-15 of the spool 10, and the diameter xp in the major axis X direction is the spool
  • the diameter yp in the short axis Y direction of the pilot piston 36 is the same as the diameter y in the short axis Y direction of the land portion 11-15. Therefore, the lateral width of the piston box 34, that is, the lateral width of the spool valve 1A is not enlarged.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the spool valve 1B of the second embodiment.
  • the spool valve 1B of the second embodiment is different from the spool valve 1A of the first embodiment in that the valve hole
  • the first hole end wall 8b and the second hole end wall 8c, and the first land end wall 25b and the second land end wall 25c of each land portion 11-15 of the spool 10 are not semicircular. It is. That is, the first hole end wall 8b and the second hole end wall 8c of the valve hole 8 include a straight part 8d orthogonal to the hole side wall 8a, and both ends of the straight part 8d at the ends of the left and right hole side walls 8a.
  • the first hole end wall 8b and the second hole end wall 8c of the valve hole 8 are formed as in the spool valve 1A of the first embodiment.
  • the first land end wall 25b and the second land end wall 25c of the land portion 11-15 have a diameter x in the major axis X direction and a diameter in the minor axis Y direction, as compared to those formed in a semicircular shape.
  • y is equal to each other, the sectional area of the valve hole 8 can be further increased.
  • the pilot piston (not shown) also has a vertically long shape similar to the valve hole 8 and the land portion 11-15, and the diameter in the major axis direction is the valve Although the diameter 8 in the major axis X direction of the hole 8 and the land portion 11-15 is larger, the diameter in the minor axis direction is the same as the diameter y in the minor axis Y direction of the valve hole 8 and the land portion 11-15.
  • the configurations of the spool valve 1B of the second embodiment other than those described above are substantially the same as the spool valve 1A of the first embodiment.
  • FIG. 6 to 9 show manifold valves formed by mounting a plurality (three in the figure) of spool valves V1, V2 and V3 on a single manifold 50.
  • the manifold 50 supplies a common air supply hole 51 for supplying compressed air to the plurality of spool valves V1, V2, V3 and compressed air discharged from the plurality of spool valves V1, V2, V3.
  • a pair of output through holes 53A, 53B having a common exhaust through hole 52 for discharging to the outside and communicating with the two output ports of the spool valves V1, V2, V3 are connected to the spool valves V1, V2. , V3 as many as the number of sets.
  • the air supply hole 51 and the exhaust hole 52 are formed so as to extend in the length direction of the manifold 50, and the output holes 53 ⁇ / b> A and 53 ⁇ / b> B are the spool valves V ⁇ b> 1 on the side surface of the manifold 50. , V2 and V3.
  • the first spool valve V1 located on the rightmost side of the three spool valves V1, V2, V3 is the known spool having a circular cross-sectional shape of the valve hole and the spool.
  • the remaining second and third spool valves V2 and V3 are the spool valves according to the present invention in which the cross-sectional shapes of the valve hole 8 and the spool 10 are elongated.
  • the second spool valve V2 located in the center of FIG. 9 is the spool valve 1A of the first embodiment, and FIG. 4, the length t of the left and right land side walls 25d, 25d of the land portion 11-15 of the spool 10 is formed to be smaller than the diameter y of the land portion 11-13 in the minor axis Y direction,
  • the third spool valve V3 located at the left end in FIG. 9 the length t of the left and right land side walls 25d, 25d is formed larger than the diameter y in the minor axis Y direction.
  • the height of the housings 7, 61 in the three spool valves V1, V2, V3 are compared, the height of the housing 7 of the first spool valve V1 is the lowest, and the housing of the third spool valve V3 The height of the housing 7 of the second spool valve V2 is intermediate between them.
  • the height of the whole spool valve including the pilot valve portions 3 and 67 is equal to each other.
  • the valve widths W of the three spool valves V1, V2, V3 are equal to each other.
  • the spool valves V2 and V3 according to the present invention have a sectional shape of the valve hole 8 and the spool 10 as compared with the known spool valve V1 (60) in which the sectional shape of the valve hole 62 and the spool 63 is circular.
  • the known spool valve 60 is mounted on the conventional manifold 50 on which the known spool valve 60 can be mounted. Can be installed together. It is possible to mount only the spool valves V2 and V3 of the present invention on the manifold 50.
  • the spool valves 1A and 1B of the above embodiments are single pilot type spool valves having one pilot valve 4, but the spool valves 1A and 1B of the present invention are double pilot type spool valves having two pilot valves 4.
  • a spool valve may be used.
  • This double pilot type spool valve is the same as the spool valve 1A of the first embodiment shown in FIG. 2 except that the pilot valve portion 3 includes a second pilot valve different from the pilot valve 4 and the manual operation portion 39, and A second manual operation portion is provided, and the return port is connected to the output port of the second pilot valve through a pilot passage extending through the second manual operation portion and inside the housing 7 and the end block 29. It can be obtained by communicating with the chamber 30.
  • the two pilot valves are alternately turned on and off to alternately supply and discharge pilot air to and from the propulsion pressure chamber 38 and the return pressure chamber 30, thereby moving the spool 10 to the propulsion position and the return position.
  • switch to The newly provided second pilot valve and second manual operation section may be provided on the end block 29 side instead of being provided in the pilot valve section 3.
  • a return pilot piston is provided in the end block 29, and the spool 10 is returned by the return pilot piston. You can also.
  • the shape of the return pilot piston is formed in an elongated shape similar to that of the propulsion pilot piston 36. Even if the pressure receiving area is the same as the pressure receiving area of the pilot piston 36, It does not matter if it is smaller.
  • a return pilot piston may be provided in the end block 29, and the spool 10 may be returned by the return pilot piston.
  • the return pilot piston is formed in an elongated shape similar to the propulsion pilot piston 36, but its size, that is, the pressure receiving area, is smaller than the pressure receiving area of the propulsion pilot piston 36,
  • the spool 10 is formed to have substantially the same size as the pressure receiving area of the pressure receiving surface 10a.
  • an elastic seal member 18-23 made of rubber, synthetic resin or the like is attached to the outer periphery of the land portion 11-15 of the spool 10, but such a seal is attached to the outer periphery of the land portion.
  • the present invention can also be applied to a metal seal type spool valve to which no member is attached.
  • Each of the illustrated embodiments is a 5-port spool valve, but the present invention can also be applied to spool ports having other numbers of ports such as a 3-port type or a 4-port type.
  • Pilot valve part 4 Pilot valve 7 Housing 8 Valve hole 8a Hole side wall 8b First hole end wall 8c Second hole end wall 8d Linear part 8e Corner part 10 Spool 11, 12, 13, 14, 15 Land part 25a Land side wall 25b First land end wall 25c Second land end wall 25d Linear part 25e Corner part 36 Pilot piston 41a Piston side wall 41b First piston end wall 41c Second piston end wall P, A1, A2, E1, E2 Port L Axis X Long axis Y Short axis x, xp Long axis diameter y, yp Short axis diameter d Shaft diameter t Length W Valve width

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Abstract

【課題】公知のスプール弁より板幅を広げることなく、弁孔及びスプールの断面積を拡大することによってスプールの軸部回りの断面積を拡大する。【解決手段】弁孔（８）の断面形状が、ハウジング（７）の高さ方向を向く長軸Ｘと幅方向を向く短軸Ｙとを有する細長形状をなし、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁（８ａ，８ａ）と、該左右の孔側壁（８ａ，８ａ）の一端同士を結ぶ第１孔端壁（８ｂ）と、前記左右の孔側壁（８ａ，８ａ）の他端同士を結ぶ第２孔端壁（８ｃ）とを有し、スプール（１０）のランド部（１１－１３）の断面形状が、前記ハウジング（７）の高さ方向を向く長軸Ｘと幅方向を向く短軸Ｙとを有する細長形状をなし、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁（２５ａ，２５ａ）と、該左右のランド側壁（２５ａ，２５ａ）の一端同士を結ぶ第１ランド端壁（２５ｂ）と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁（２５ｃ）とを有する。

Description

スプール弁
　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に開示されているように、周知である。
　図１０及び図１１に示すように、従来の一般的なスプール弁６０は、複数のポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２を有するハウジング６１の内部に、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２に連通する円形断面の弁孔６２を有し、該弁孔６２内に、スプール６３が軸線Ｌ方向に摺動自在に収容され、前記ハウジング６１の端部には、パイロット弁部６７が設けられ、このパイロット弁部６７に、パイロットピストン６９と、このパイロットピストン６９にパイロット流体を作用させるパイロット弁６８とが設けられて、このパイロット弁６８により前記パイロットピストン６９を介して、前記スプール６３を切り換えるように構成されている。
　前記スプール６３は、シール部材６５が外周に取り付けられている円形断面のランド部６４と、隣接するランド部６４同士を繋ぐ円形断面で該ランド部６４より小径の軸部６６とを有するもので、前記弁孔６２内を摺動して、前記ランド部６４が前記弁孔６２の一部に形成された弁座部６２ａに乗り上げたり該弁座部６２ａから離れたりすることにより、隣接する前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２を結ぶ流路を開閉する。
　このようなスプール弁において、制御可能な圧力流体の流量を増大させるには、流路の有効断面積を拡大させる必要がある。その方法として、例えば、前記弁孔６２及びスプール６３（ランド部６４）の直径を大きくするとか、前記スプール６３のストロークや前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２の開口幅を大きくするなどの方法がある。
　このうち、前者の弁孔６２及びスプール６３の直径を大きくする方法は、簡単にしかも確実に流路の有効断面積を拡大することができるが、それに伴ってハウジング６１の横幅即ち弁幅が大きくなるため、スプール弁の大形化に繋がり、できるだけ小型で大流量のスプール弁を必要とする状況下においては、好ましくない方法である。
　一方、前記スプール６３のストロークやポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２の開口幅を大きくする方法は、前記ハウジング６１の横幅を大きくする必要がないので、スプール弁の大形化に繋がりにくいという利点はあるが、前記弁孔６２及びスプール６３の直径は変わらないため、該スプール６３の軸部６６の回りの流路の断面積、即ち、前記弁孔６２の内周と前記軸部６６の外周との間の流路の断面積Ｓ０は拡大されず、このため、この軸部の回りの流路の断面積による制約を大きく受けることが避けられず、流路全体の有効断面積を大幅に拡大させることは困難であった。
実用新案登録第２６０６４８３号公報
　本発明の技術的課題は、弁孔及びスプールの断面形状が円形である公知のスプール弁に比べ、弁幅を広げることなく前記弁孔の断面積を拡大することにより、該弁孔と前記スプールの軸部との間の流路の断面積を拡大し、それによって流路全体の有効断面積を効率良く拡大することを可能にした、小型で合理的な設計構造を有するスプール弁を提供することにある。
　前記課題を解決するため、本発明のスプール弁は、長さ方向、幅方向、及び高さ方向を有するハウジングと、該ハウジングの内部を該ハウジングの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通するように前記ハウジングに形成された入力用、出力用、及び排気用のポートと、前記弁孔内に該弁孔の軸線方向に摺動自在に挿入されたスプールと、を有する主弁部；前記スプールにパイロット流体による一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させるパイロット弁部；を有している。
　前記弁孔の、前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁と、該左右の孔側壁の一端同士を結ぶ第１孔端壁と、前記左右の孔側壁の他端同士を結ぶ第２孔端壁とを有し、また、前記スプールは、前記流路を開閉するランド部と、隣接するランド部同士を繋ぐ該ランド部より小径の軸部とを有し、前記ランド部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であると共に、前記弁孔の断面形状と同形且つ同大であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁と、該左右のランド側壁の一端同士を結ぶ第１ランド端壁と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁とを有している。
　本発明において、前記パイロット弁部は、前記スプールに推進力を作用させるパイロットピストンと、該パイロットピストンにパイロット流体を作用させる電磁パイロット弁とを有し、前記パイロットピストンの前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状をなしていて、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁と、該左右のピストン側壁の一端同士を結ぶ第１ピストン端壁と、前記左右のピストン側壁の他端同士を結ぶ第２ピストン端壁とを有する。
　この場合、前記パイロットピストンの長軸方向の径は、前記スプールのランド部の長軸方向の径より大きく、前記パイロットピストンの短軸方向の径は、前記ランド部の短軸方向の径と等しいことが望ましい。
　また、本発明において、前記軸部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、円形か又は前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状である。
　本発明の一つの構成態様によれば、前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。
　また、本発明の他の構成態様によれば、前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、前記弁孔の孔側壁及び前記ランド部のランド側壁に対して直交する直線部と、該直線部を前記孔側壁及びランド側壁の端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部とからなっている。
　本発明によれば、１つのマニホールド上に、同じ弁幅を有する複数のスプール弁を搭載したマニホールドバルブが形成され、前記複数のスプール弁のうちの少なくとも１つは、本発明に係るスプール弁である。
　本発明のスプール弁は、弁孔及びスプールのランド部の断面形状を、ハウジングの高さ方向に長軸を有する細長形状にしたことにより、前記弁孔及びスプールの断面形状が円形である公知のスプール弁に比べ、弁幅を広げることなく、前記弁孔の断面積を拡大して該弁孔とスプールの軸部との間の流路の断面積を拡大することができ、それにより、流路全体の有効断面積を大幅に且つ効率的に拡大することが可能である。
第１実施形態のスプール弁を分解して示す斜視図である。 組み立てられた第１実施形態のスプール弁を弁孔の軸線に沿って断面にした縦断面図である。 図２の主弁部の下面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った拡大断面図である。 第２実施形態のスプール弁の弁孔及びスプールの断面形状を示す要部断面図である。 本発明のスプール弁をマニホールド上に搭載することにより形成したマニホールドバルブの側面図である。 図６の平面図である。 図６の左側面図である。 図７のＩＸ－ＩＸ線に沿った拡大断面図である。 公知のスプール弁を分解して示す斜視図である。 組み立てられた公知のスプール弁の断面図である。
　図１－図４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１Ａは、１つのパイロット弁４を有するシングルパイロット式のスプール弁であって、５ポート弁としての弁構造を有する主弁部２と、該主弁部２の長さ方向の一端側に設けられたパイロット弁部３とを有している。このスプール弁１Ａで制御する圧力流体は、圧縮空気である。
　前記主弁部２のハウジング７は、長さ方向、幅方向、高さ方向を有する矩形のブロック形をしていて、その下面に、入力用、出力用、排気用の５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が、該ハウジング７の長さ方向に並べて形成されている。この５つのポートの配置は、中央の入力用ポートＰの両側に第１及び第２の出力用ポートＡ１，Ａ２が位置し、該第１及び第２の出力用ポートＡ１，Ａ２の両外側に第１及び第２の排気用ポートＥ１，Ｅ２が位置するような配置である。
　図３に示すように、前記入力用ポートＰ及び出力用ポートＡ１，Ａ２の正面視形状は、前記ハウジング７の幅方向に細長い長方形状をしていて、該ポートＰ，Ａ１，Ａ２の、前記ハウジング７の幅方向の開口幅ｍは、長さ方向の開口幅ｎより大きい。一方、前記排気用のポートＥ１，Ｅ２の正面視形状は、略凸字形をしていて、該ポートＥ１，Ｅ２の、前記出力用ポートＡ１，Ａ２側の一半部と、その反対側の他半部とでは、前記ハウジング７の幅方向の開口幅が異なっており、前記一半部側の開口幅ｍ１が他半部側の開口幅ｍ２より大きい。
　前記ハウジング７の内部には、前記５つのポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２に連通する弁孔８が、該ハウジング７を長さ方向に貫通するように形成されている。該弁孔８の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、図４から明らかなように、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしている。即ち、前記弁孔８は、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有するような細長形状をなしていて、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁８ａ，８ａと、該左右の孔側壁８ａ，８ａの一端同士を結ぶ上方の第１孔端壁８ｂと、前記左右の孔側壁８ａ，８ａの他端同士を結ぶ下方の第２孔端壁８ｃとによって囲まれている。前記第１孔端壁８ｂと第２孔端壁８ｃとは、それぞれ半円状をなし、各々の曲率半径ｒは互いに等しい。
　前記弁孔８の内径は、前記ポートＰ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２が連通する位置で拡大されていて、後述するスプール１０のシール部材１８－２１が前記弁孔８から離れて流路を開放したとき、該シール部材１８－２１が、前記弁孔８の拡大された部分即ち拡大部８Ａ内に位置するように構成されている。
　図示した例において、直線をなす前記左右の孔側壁８ａ，８ａの、前記長軸Ｘ方向の長さｔは、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の短軸Ｙ方向の径ｙより小さい。しかし、前記長さｔは、前記短軸Ｙ方向の径ｙと同じか、あるいはそれより大きく形成することもできる。
　前記弁孔８の内部には、隣接する前記ポート同士を結ぶ流路を開閉するスプール１０が、該弁孔８の軸線Ｌ方向に摺動自在に挿入されている。該スプール１０は、前記軸線Ｌ方向の中央に位置する第１のランド部１１と、該第１のランド部１１の両側に位置する第２のランド部１２及び第３のランド部１３と、該第２のランド部１２及び第３のランド部１３のそれぞれ外側に位置する第４のランド部１４及び第５のランド部１５と、隣接する前記ランド部同士を繋ぐ軸部１６とを有している。該軸部１６は前記ランド部１１－１５より小径である。また、前記ランド部１１－１５と軸部１６とは、相互に一体に形成されていても、あるいは別体に形成されて相互に連結されていても良い。
　前記第１のランド部１１の外周の凹溝内には、前記入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とを結ぶ流路を、前記弁孔８の一部に形成された弁座部９に乗り上げたり該弁座部９から離れたりすることによって開閉する第１のシール部材１８と、前記入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とを結ぶ流路を同様にして開閉する第２のシール部材１９とが取り付けられ、前記第２のランド部１２の外周の凹溝内には、前記第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とを結ぶ流路を同様にして開閉する第３のシール部材２０が取り付けられ、前記第３のランド部１３の外周の凹溝内には、前記第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とを結ぶ流路を同様にして開閉する第４のシール部材２１が取り付けられている。また、前記第４のランド部１４の外周の凹溝内には、前記弁孔８の第１端側の孔端を常時閉鎖する第５のシール部材２２が取り付けられ、前記第５のランド部１５の外周の凹溝内には、前記弁孔８の第２端側の孔端を常時閉鎖する第６のシール部材２３が取り付けられている。
　前記第１－第４のシール部材１８－２１は、該シール部材の半径方向に細長い断面形状を有するパッキンにより形成され、前記第５のシール部材２２及び第６のシール部材２３は、Ｏリングで形成されている。
　前記第１－第５のランド部１１－１５の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、互いに同一形状且つ同一大きさであると共に、前記弁孔８の断面形状とも実質的に同一形状且つ同一大きさであるので、その具体的形状を、図４に示す第１のランド部１１について代表的に説明する。
　即ち、前記ランド部１１の断面形状は、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしていて、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有している。そして、該ランド部１１は、前記長軸Ｘ方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁２５ａ，２５ａと、該左右のランド側壁２５ａ，２５ａの一端同士を結ぶ上方の第１ランド端壁２５ｂと、前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの他端同士を結ぶ下方の第２ランド端壁２５ｃとを有している。前記第１ランド端壁２５ｂと第２ランド端壁２５ｃとは、それぞれ半円状をしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。
　前記ランド部１１の長軸Ｘ方向の径は、前記弁孔８の長軸Ｘ方向の径ｘに等しく、前記ランド部１１の短軸Ｙ方向の径は、前記弁孔８の短軸Ｙ方向の径ｙに等しい。また、前記ランド部１１の前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの長さは、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の前記左右の孔側壁８ａ，８ａの長さｔに等しい。更に、前記ランド部１１の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃの曲率半径は、互いに等しく、且つ、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃの曲率半径ｒに等しい。
　なお、前記ランド部１１の長軸Ｘ方向の径ｘ及び短軸Ｙ方向の径ｙとは、前記弁孔８の内面に接触しているシール部材１８又は１９の位置での径（シール径）のことである。
　また、図示した例で、前記左右のランド側壁２５ａ，２５ａの前記長軸Ｘ方向の長さｔは、前記短軸Ｙ方向の径ｙより小さく形成されているが、該長さｔは、前記弁孔８と同様に、前記短軸Ｙ方向の径ｙと同じか又はそれより大きく形成することもできる。
　前記スプール１０の前記第１のランド部１１は、前記第１のシール部材１８が取り付けられている部分と、前記第２のシール部材１９が取り付けられている部分とに、分割されていても良い。
　なお、前記複数のランド部１１－１５のうち、第４及び第５のランド部１４，１５は、前記弁孔８の孔端を常時閉鎖するもので、流路を開閉するものではないため、以下の説明において、該第４及び第５のランド部１４，１５について説明する必要がない場合には、前記第１－第３のランド部１１－１３についてだけ標記し、該ランド部１４，１５の標記は省略することもある。
　一方、隣接する前記ランド部１１－１３同士を繋ぐ前記軸部１６の、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、円形をなしている。この軸部１６の直径ｄは、前記ランド部１１－１３の短軸Ｙ方向の径ｙより小さければ良いが、該径ｙの２／３以下であることが望ましく、より望ましくは１／２とすることであり、図示した例では、該径ｙの約１／３ほどに形成されている。
　前記ハウジング７の内部には、前記入力用ポートＰに連通するパイロット供給孔２８が、前記弁孔８と平行に形成され、該パイロット供給孔２８の第１端２８ａは、前記ハウジング７の長さ方向の一端である第１端７ａに開口し、該パイロット供給孔２８の第２端２８ｂは、前記ハウジング７の長さ方向の反対端である第２端７ｂに開口している。
　前記ハウジング７の前記第１端７ａには、前記スプール１０にパイロットエアによる一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させる前記パイロット弁部３が設けられ、該ハウジング７の前記第２端７ｂには、エンドブロック２９が取り付けられている。
　前記エンドブロック２９には、前記スプール１０の一端の受圧面１０ａが臨む復帰用の圧力室３０が形成されると共に、該復帰用の圧力室３０と前記パイロット供給孔２８の第２端２８ｂとを結ぶ連通孔３１が形成されていて、該連通孔３１と前記パイロット供給孔２８とを通じて前記復帰用の圧力室３０に、前記入力用ポートＰからパイロットエアが常時供給されるようになっている。前記圧力室３０内には、復帰用のスプリングを配設することにより、該スプリングでパイロットエアによる復帰力を補助させることもできる。
　一方、前記パイロット弁部３は、前記ハウジング７に接続されたピストン箱３４と、該ピストン箱３４に連結された電磁式の前記パイロット弁４とを有している。
　前記ピストン箱３４の内部には、前記弁孔８の端部に通じるピストン室３５が形成されていて、該ピストン室３５の内部には、前記スプール１０に推進力を作用させるパイロットピストン３６が、軸線Ｌ方向に摺動自在に収容されている。該パイロットピストン３６の、前記スプール１０に向き合う側の面には、前記弁孔８内に嵌合するピストン軸３６ａが形成され、該ピストン軸３６ａの先端が前記スプール１０の端面に当接している。
　前記パイロットピストン３６の外周には、該パイロットピストン３６の外周と前記ピストン室３５の内周との間をシールするピストンパッキン３７が取り付けられ、これらパイロットピストン３６とピストンパッキン３７とによって、該パイロットピストン３６の一側に推進用の圧力室３８が区画されている。この推進用の圧力室３８は、パイロット給排孔３８ａから、手動操作部３９と前記パイロット弁４とを介して、連通孔３２により前記パイロット供給孔２８の第１端２８ａに連通し、前記手動操作部３９又はパイロット弁４を操作することにより、該推進用の圧力室３８に、前記入力用ポートＰからパイロットエアが供給されたり排出されたりするようになっている。
　前記ピストンパッキン３７は、シールに方向性を有するリップタイプのピストンパッキンであり、該ピストンパッキン３７のリップは、前記圧力室３８側に向けられている。
　また、前記パイロットピストン３６の背面と前記スプール１０との間に形成された開放室４０は、大気に開放されている。
　前記ピストン室３５と前記パイロットピストン３６との、前記軸線Ｌと直交する方向の断面形状は、互いに同一で、図１から分かるように、前記ハウジング７の高さ方向に細長いトラック形をしている。これを前記パイロットピストン３６について説明すると、該パイロットピストン３６は、前記ハウジング７の高さ方向を向く長軸Ｘと、該ハウジング７の幅方向を向く短軸Ｙとを有するような細長の断面形状を有していて、前記長軸Ｘ方向に直線をなし且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁４１ａ，４１ａと、該左右のピストン側壁４１ａ，４１ａの一端同士を結ぶ上方の第１ピストン端壁４１ｂと、前記左右のピストン側壁４１ａ，４１ａの他端同士を結ぶ下方の第２ピストン端壁４１ｃとを有している。前記第１ピストン端壁４１ｂと第２ピストン端壁４１ｃとは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しい。
　また、前記パイロットピストン３６の短軸Ｙ方向の径ｙｐは、前記スプール１０のランド部１１－１５の短軸Ｙ方向の径ｙと等しく、前記パイロットピストン３６の長軸Ｘ方向の径ｘｐは、前記ランド部１１－１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きい。従って、該パイロットピストン３６の断面積は、前記スプール１０のランド部１１－１５の断面積より大きく、このため、前記パイロットピストン３６の受圧面３６ｂの受圧面積は、前記スプール１０のランド部１５の端面の受圧面１０ａの受圧面積より大きいことになる。
　なお、前記パイロットピストン３６の前記長軸Ｘ方向の径ｘｐ及び短軸Ｙ方向の径ｙｐとは、前記ピストン室３５の内面に接触しているピストンパッキン３７の位置での径（シール径）のことであって、前記ピストン室３５の長軸Ｘ方向の径及び短軸Ｙ方向の径と等しい。
　前記ピストン軸３６ａも、前記パイロットピストン３６と同様に、前記ハウジング７の高さ方向に細長い断面形状をなしているが、その形状及び大きさは任意で、前記弁孔８内に自由に出入りできるような形状及び大きさであれば良い。
　前記パイロット弁４は、３ポート式の電磁弁であり、該パイロット弁４に通電すると、該パイロット弁４を介して前記推進用の圧力室３８に、前記入力用ポートＰから前記パイロット給排孔３８ａを通じてパイロットエアが供給され、前記パイロット弁４を非通電にすると、該パイロット弁４を介して前記推進用の圧力室３８から、パイロットエアが大気に排出されるように構成されている。
　前記手動操作部３９は、停電時やメンテナンス時等に、前記パイロット弁４に通電したときと同じ動作状態を操作子３９ａの手動操作で実現させるものであるが、その構成及び作用は周知であるので、ここでの説明は省略することとする。
　前記構成を有するスプール弁１Ａにおいて、図２は前記パイロット弁４がオフのときの切換状態である。このとき、前記パイロット弁４によって前記推進用の圧力室３８内のパイロットエアが排出され、前記復帰用の圧力室３０内にはパイロットエアが供給されているため、前記スプール１０とパイロットピストン３６とは、前記スプール１０の受圧面１０ａに作用するパイロットエアによって復帰位置に移動している。このため、前記第１のランド部１１の第１のシール部材１８が、入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とを結ぶ流路を閉鎖すると共に、前記第３のランド部１３の第４のシール部材２１が、第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とを結ぶ流路を閉鎖し、前記入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とが連通すると共に、第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とが連通している。
　この状態から、前記パイロット弁４がオンになると、該パイロット弁４によって前記推進用の圧力室３８にパイロットエアが供給され、このパイロットエアが、前記パイロットピストン３６の受圧面３６ｂに作用して該パイロットピストン３６を図の右方に向けて押圧するため、該パイロットピストン３６は、前記受圧面３６ｂと前記スプール１０の受圧面１０ａとの面積差に基づく作用力によって前進し、前記スプール１０を前進位置まで変位させる。このため、前記第１のランド部１１の第２のシール部材１９が、入力用ポートＰと第２の出力用ポートＡ２とを結ぶ流路を閉鎖すると共に、前記第２のランド部１２の第３のシール部材２０が、第１の出力用ポートＡ１と第１の排気用ポートＥ１とを結ぶ流路を閉鎖し、前記入力用ポートＰと第１の出力用ポートＡ１とが連通すると共に、第２の出力用ポートＡ２と第２の排気用ポートＥ２とが連通する。
　前記構成を有するスプール弁１Ａは、前記弁孔８及びスプール１０の各ランド部１１－１５の断面形状を細長形状にしたことにより、図１０及び図１１に示すような、弁孔６２及びスプール６３の断面形状が円形である公知のスプール弁６０に比べ、スプール弁の横幅即ち弁幅を広げることなく、前記弁孔８の断面積を拡大することができ、それにより、該弁孔８の内周と前記スプール１０の軸部１６の外周との間に形成される流路の断面積（軸部回りの流路の断面積）Ｓが拡大されて、流路全体の有効断面積が大幅にしかも効率的に拡大されることになる。
　即ち、前記公知のスプール弁６０において、弁孔６２の直径をｙ（＝２ｒ）、スプール６３の軸部６６の直径をｄとすると、前記軸部６６の回りの流路の断面積Ｓ０は、π×（ｙ２－ｄ２）／４で表される。
　これに対し、図１－図４に示す本発明のスプール弁１Ａにおいて、前記スプール１０の軸部１６の回りの流路の断面積Ｓは、（π×（ｙ２－ｄ２）／４）＋（ｔ×ｙ）となり、ｔ×ｙの分だけ前記公知のスプール弁６０の断面積Ｓ０より大きくなる。
　本発明において、前記軸部１６の断面形状は、図４に鎖線で示すように、前記ランド部１１と同様の細長形状であっても良く、この場合、該軸部１６の直線をなす左右の軸側壁１６ａの長軸Ｘ方向の長さはｔ、該軸部１６の短軸Ｙ方向の径はｄ、第１軸端壁１６ｂ及び第２軸端壁１６ｃの曲率半径はｄ／２であるから、前記スプール１０の軸部回りの流路の断面積Ｓは、（π×（ｙ２－ｄ２）／４）＋（ｔ×（ｙ－ｄ））となり、公知のスプール弁６０の断面積Ｓ０よりｔ×（ｙ－ｄ）分だけ大きい。
　なお、前記弁孔８及びランド部１１－１５の断面形状を楕円形にすることも考えられるが、楕円形の弁孔及びランド部は、精度を出しにくいため加工が難しいだけでなく、例えば、本発明の弁孔８と同じ断面積を有する楕円形の弁孔を形成する場合、両者の短軸Ｙ方向の径ｙを同径にすると、楕円形の弁孔のＸ軸方向の径は、本発明の弁孔８のＸ軸方向の径ｘより大きくなるため、本発明に比べて効率が悪い。
　また、本発明において、前記パイロット弁部３におけるパイロットピストン３６の断面形状は、前記スプール１０のランド部１１－１５と同様の細長形状をしていて、その長軸Ｘ方向の径ｘｐは前記スプール１０のランド部１１－１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きいが、該パイロットピストン３６の短軸Ｙ方向の径ｙｐは前記ランド部１１－１５の短軸Ｙ方向の径ｙと同じであるため、前記ピストン箱３４の横幅即ちスプール弁１Ａの横幅は、拡大されない。
　図５は、第２実施形態のスプール弁１Ｂの要部を断面にして示すもので、この第２実施形態のスプール弁１Ｂが前記第１実施形態のスプール弁１Ａと相違する点は、弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、スプール１０の各ランド部１１－１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとが、半円状ではないという点である。
　即ち、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃは、孔側壁８ａに対して直交する直線部８ｄと、該直線部８ｄの両端を前記左右の孔側壁８ａの端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部８ｅとを有し、前記ランド部１１－１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃは、ランド側壁２５ａに対して直交する直線部２５ｄと、該直線部２５ｄの両端を前記左右のランド側壁２５ａの端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部２５ｅとを有している。
　この第２実施形態のスプール弁１Ｂのように、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、前記ランド部１１－１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとに、前記直線部８ｄ，２５ｄを形成することにより、前記第１実施形態のスプール弁１Ａのように、前記弁孔８の第１孔端壁８ｂ及び第２孔端壁８ｃと、ランド部１１－１５の第１ランド端壁２５ｂ及び第２ランド端壁２５ｃとを、それぞれ半円状に形成したものに比べ、両者の長軸Ｘ方向の径ｘ及び短軸Ｙ方向の径ｙを互いに等しくした場合に、前記弁孔８の断面積を一層大きくすることができる。
　なお、前記第２実施形態のスプール弁１Ｂでは、不図示のパイロットピストンも、前記弁孔８及びランド部１１－１５と類似する縦長形状を有していて、その長軸方向の径は前記弁孔８及びランド部１１－１５の長軸Ｘ方向の径ｘより大きいが、短軸方向の径は前記弁孔８及びランド部１１－１５の短軸Ｙ方向の径ｙと同径に形成される。
　この第２実施形態のスプール弁１Ｂ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１Ａと実質的に同じである。
　図６－図９には、１つの単体型のマニホールド５０上に複数個（図では３個）のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を搭載して形成したマニホールドバルブが示されている。
　このマニホールドバルブにおいて、前記マニホールド５０は、複数のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に圧縮空気を供給する共通の給気通孔５１と、複数のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３から排出される圧縮空気を外部に排出する共通の排気通孔５２とを有すると共に、各スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の２つの出力ポートに連通する２つ１組の出力通孔５３Ａ，５３Ｂを、前記スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の数と同じ組数だけ有している。
　前記給気通孔５１と排気通孔５２とは、前記マニホールド５０の長さ方向に延在するように形成され、前記出力通孔５３Ａ，５３Ｂは、前記マニホールド５０の側面の、各スプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に対応する位置に形成されている。
　図９から明らかなように、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最も右側に位置する第１のスプール弁Ｖ１は、弁孔及びスプールの断面形状が円形をなす前記公知のスプール弁６０であり、残りの第２及び第３のスプール弁Ｖ２，Ｖ３は、弁孔８及びスプール１０の断面形状が細長形状をなす本発明に係るスプール弁である。
　本発明に係る前記第２及び第３の２つのスプール弁Ｖ２，Ｖ３のうち、図９の中央に位置する第２のスプール弁Ｖ２は、前記第１実施形態のスプール弁１Ａであって、図４から明らかなように、スプール１０のランド部１１－１５の左右のランド側壁２５ｄ，２５ｄの長さｔが、該ランド部１１－１３の短軸Ｙ方向の径ｙより小さく形成されており、これに対し、図９の左端に位置する第３のスプール弁Ｖ３は、前記左右のランド側壁２５ｄ，２５ｄの長さｔが、短軸Ｙ方向の径ｙより大きく形成されている。
　従って、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３におけるハウジング７，６１の高さを比較すると、第１のスプール弁Ｖ１のハウジング７の高さが最も低く、前記第３のスプール弁Ｖ３のハウジング７の高さが最も高く、前記第２のスプール弁Ｖ２のハウジング７の高さはそれらの中間である。しかし、パイロット弁部３，６７を含めたスプール弁全体の高さは、互いに等しい。また、前記３個のスプール弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の弁幅Ｗは、互いに等しい。
　このように、本発明に係るスプール弁Ｖ２，Ｖ３は、弁孔６２及びスプール６３の断面形状が円形をなす前記公知のスプール弁Ｖ１（６０）に比べ、前記弁孔８及びスプール１０の断面形状を拡大しているにも拘わらず、前記公知のスプール弁６０と同じ弁幅を保つことができるため、該公知のスプール弁６０を搭載可能な従来のマニホールド５０上に、該公知のスプール弁６０と混在させて搭載することが可能である。
　なお、前記マニホールド５０上には、本発明のスプール弁Ｖ２，Ｖ３だけを搭載することも可能である。
　前記各実施形態のスプール弁１Ａ，１Ｂは、１つのパイロット弁４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１Ａ，１Ｂは、２つのパイロット弁４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、図２に示す前記第１実施形態のスプール弁１Ａにおいて、前記パイロット弁部３に、前記パイロット弁４及び手動操作部３９とは別の第２のパイロット弁及び第２の手動操作部を設け、この第２のパイロット弁の出力口を、前記第２の手動操作部を経て、前記ハウジング７及びエンドブロック２９の内部を延びるパイロット通路を通じて、前記復帰用の圧力室３０に連通させることにより、得ることができる。そして、２つの前記パイロット弁を交互にオン・オフさせて推進用の圧力室３８と復帰用の圧力室３０とにパイロットエアを交互に給排することにより、前記スプール１０を推進位置と復帰位置とに切り換えるものである。
　新たに設ける前記第２のパイロット弁及び第２の手動操作部は、前記パイロット弁部３に設ける代わりに、前記エンドブロック２９側に設けても良い。
　また、前述したように図２のスプール弁１Ａをダブルパイロット式にした場合、エンドブロック２９に復帰用のパイロットピストンを設け、この復帰用のパイロットピストンで前記スプール１０を復帰させるように構成することもできる。この場合、前記復帰用のパイロットピストンの形状は前記推進用のパイロットピストン３６と同様の細長形状に形成されるが、その受圧面積は、該パイロットピストン３６の受圧面積と同じであっても、それより小さくても構わない。
　なお、前記第１実施形態のスプール弁１Ａにおいても、前記エンドブロック２９に復帰用のパイロットピストンを設け、この復帰用のパイロットピストンによって前記スプール１０を復帰させるように構成することもできる。この場合、該復帰用のパイロットピストンは、前記推進用のパイロットピストン３６と同様の細長形状に形成されるが、その大きさ即ち受圧面積は、該推進用のパイロットピストン３６の受圧面積より小さく、前記スプール１０の受圧面１０ａの受圧面積と実質的に同じ大きさに形成される。
　前記実施形態のスプール弁は、スプール１０のランド部１１－１５の外周にゴムや合成樹脂等からなる弾性体のシール部材１８－２３が取り付けられているが、ランド部の外周にこのようなシール部材が取り付けられていないメタルシールタイプのスプール弁にも本発明は適用することができる。
　また、図示した各実施形態は５ポート式のスプール弁であるが、本発明は、３ポート式あるいは４ポート式など、その他のポート数のスプール弁にも適用することができる。
　　１Ａ，１Ｂ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３　　　スプール弁
　　２　　　主弁部
　　３　　　パイロット弁部
　　４　　　パイロット弁
　　７　　　ハウジング
　　８　　　弁孔
　　８ａ　　　孔側壁
　　８ｂ　　　第１孔端壁
　　８ｃ　　　第２孔端壁
　　８ｄ　　　直線部
　　８ｅ　　　コーナー部
　１０　　　スプール
　１１，１２，１３，１４，１５　　　ランド部
　２５ａ　　　ランド側壁
　２５ｂ　　　第１ランド端壁
　２５ｃ　　　第２ランド端壁
　２５ｄ　　　直線部
　２５ｅ　　　コーナー部
　３６　　　パイロットピストン
　４１ａ　　　ピストン側壁
　４１ｂ　　　第１ピストン端壁
　４１ｃ　　　第２ピストン端壁
　　Ｐ，Ａ１，Ａ２，Ｅ１，Ｅ２　　　ポート
　　Ｌ　　　軸線
　　Ｘ　　　長軸
　　Ｙ　　　短軸
　　ｘ，ｘｐ　　　長軸方向の径
　　ｙ，ｙｐ　　　短軸方向の径
　　ｄ　　　軸部の径
　　ｔ　　　長さ
　　Ｗ　　　弁幅

Claims (12)

  1. 　長さ方向、幅方向、及び高さ方向を有するハウジングと、該ハウジングの内部を該ハウジングの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通するように前記ハウジングに形成された入力用、出力用、及び排気用のポートと、前記弁孔内に該弁孔の軸線方向に摺動自在に挿入されたスプールと、を有する主弁部；前記スプールにパイロット流体による一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させるパイロット弁部；を有し、
    　前記弁孔の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁と、該左右の孔側壁の一端同士を結ぶ第１孔端壁と、前記左右の孔側壁の他端同士を結ぶ第２孔端壁とを有し、
    　前記スプールは、前記流路を開閉するランド部と、隣接するランド部同士を繋ぐ該ランド部より小径の軸部とを有し、前記ランド部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であると共に、前記弁孔の断面形状と同形且つ同大であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁と、該左右のランド側壁の一端同士を結ぶ第１ランド端壁と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁とを有する、
    　ことを特徴とするスプール弁。
  2. 　前記パイロット弁部は、前記スプールに推進力を作用させるパイロットピストンと、該パイロットピストンにパイロット流体を作用させる電磁パイロット弁とを有し、
    　前記パイロットピストンの前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状をなしていて、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁と、該左右のピストン側壁の一端同士を結ぶ第１ピストン端壁と、前記左右のピストン側壁の他端同士を結ぶ第２ピストン端壁とを有する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
  3. 　前記パイロットピストンの長軸方向の径は、前記スプールのランド部の長軸方向の径より大きく、前記パイロットピストンの短軸方向の径は、前記ランド部の短軸方向の径と等しいことを特徴とする請求項２に記載のスプール弁。
  4. 　前記軸部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、円形か又は前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
  5. 　前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
  6. 　前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、前記弁孔の孔側壁及び前記ランド部のランド側壁に対して直交する直線部と、該直線部を前記孔側壁及びランド側壁の端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部とからなることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
  7. 　１つのマニホールド上に、同じ弁幅を有する複数のスプール弁を搭載したマニホールドバルブであって、前記複数のスプール弁のうちの少なくとも１つのスプール弁が、
    　長さ方向、幅方向、及び高さ方向を有するハウジングと、該ハウジングの内部を該ハウジングの長さ方向に延びる弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通するように前記ハウジングに形成された入力用、出力用、及び排気用のポートと、前記弁孔内に該弁孔の軸線方向に摺動自在に挿入されたスプールと、を有する主弁部；前記スプールにパイロット流体による一方向の推進力と反対方向の復帰力とを作用させるパイロット弁部；を有し、
    　前記弁孔の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右の孔側壁と、該左右の孔側壁の一端同士を結ぶ第１孔端壁と、前記左右の孔側壁の他端同士を結ぶ第２孔端壁とを有し、
    　前記スプールは、前記流路を開閉するランド部と、隣接するランド部同士を繋ぐ該ランド部より小径の軸部とを有し、前記ランド部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であると共に、前記弁孔の断面形状と同形且つ同大であって、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のランド側壁と、該左右のランド側壁の一端同士を結ぶ第１ランド端壁と、前記左右のランド側壁の他端同士を結ぶ第２ランド端壁とを有する、
    　ことを特徴とするマニホールドバルブ。
  8. 　前記パイロット弁部は、前記スプールに推進力を作用させるパイロットピストンと、該パイロットピストンにパイロット流体を作用させる電磁パイロット弁とを有し、
    　前記パイロットピストンの前記軸線と直交する方向の断面形状は、前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状をなしていて、前記長軸方向に直線的に延び且つ互いに平行をなす左右のピストン側壁と、該左右のピストン側壁の一端同士を結ぶ第１ピストン端壁と、前記左右のピストン側壁の他端同士を結ぶ第２ピストン端壁とを有する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載のマニホールドバルブ。
  9. 　前記パイロットピストンの長軸方向の径は、前記スプールのランド部の長軸方向の径より大きく、前記パイロットピストンの短軸方向の径は、前記ランド部の短軸方向の径と等しいことを特徴とする請求項８に記載のマニホールドバルブ。
  10. 　前記軸部の前記軸線と直交する方向の断面形状は、円形か又は前記ハウジングの高さ方向を向く長軸と幅方向を向く短軸とを有する細長形状であることを特徴とする請求項７に記載のマニホールドバルブ。
  11. 　前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、それぞれ半円状をなしていて、各々の曲率半径は互いに等しいことを特徴とする請求項７に記載のマニホールドバルブ。
  12. 　前記弁孔の第１孔端壁と第２孔端壁、及び、前記ランド部の第１ランド端壁と第２ランド端壁とは、前記弁孔の孔側壁及び前記ランド部のランド側壁に対して直交する直線部と、該直線部を前記孔側壁及びランド側壁の端部に滑らかに接続する円弧状のコーナー部とからなることを特徴とする請求項７に記載のマニホールドバルブ。
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