WO2025004948A1 - スプール式切換弁 - Google Patents

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WO2025004948A1
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piston
valve
end surface
switching valve
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村上崇史
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SMC Corp
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    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
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    • F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
    • F16K3/22—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution
    • F16K3/24—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution with cylindrical valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston

Definitions

  • the present invention relates to a spool-type switching valve in which a piston drives a spool valve that is slidably housed in a spool hole.
  • connection portion 112 between the spool valve and the piston is generally constructed as shown in FIG. 12, in which the spool valve 110 and the piston 111 are moved relative to each other in a direction perpendicular to their respective axes, so that the engaging portion 113 and the engaged portion 114 engage with each other.
  • the technical objective of the present invention is to provide a spool-type switching valve in which the spool valve and piston are formed separately and connected to each other, and which is capable of connecting the spool valve and piston more efficiently.
  • the piston has a protrusion protruding from the piston end surface and an insertion recess provided on the piston end surface of the piston into which the protrusion is inserted, the protrusion has an engagement groove provided around the axis, the insertion recess is formed inside an annular wall portion erected from the piston end surface, the wall portion includes a notched groove portion cut along the axial direction and an engagement portion provided in the notched groove portion and engaged with the engagement groove portion, the engagement portion has a leg portion extending along the axial direction and a base end portion connected to the piston end surface, and an engagement claw portion provided at the tip end of the leg portion protruding radially inward around the axis, the engagement claw portion is engaged with the engagement groove portion when the protrusion is inserted into the insertion recess, and the leg portion is elastically deformable radially outward around the axis.
  • the engaging claw preferably has an inclined surface at its radially inner tip that inclines radially outward as it approaches the valve end face of the spool valve.
  • a recess is provided in the piston end face on which the leg is provided, and the base end of the leg is erected from the bottom surface of the recess.
  • a stopper portion against which the tip of the protrusion abuts is provided at the bottom of the insertion recess, and when the tip of the protrusion abuts against the stopper portion, a gap is formed between the valve end surface of the spool valve and the tip of the engagement portion facing it.
  • the protrusion of the spool valve and the stopper of the piston abut by flat end faces that are perpendicular to the axis.
  • the tip of the engagement portion and the top surface of the wall portion that faces the valve end face are located on the same plane that is perpendicular to the axial direction.
  • the wall portion has a plurality of cutout grooves formed at equal angular intervals around the axis.
  • the piston chambers are provided at both axial ends of the spool hole, the pistons are housed in each of the piston chambers, the two spool valves are housed coaxially in the spool hole, the axial length of the spool hole is longer than the sum of the axial lengths of the two spool valves, and the two spool valves housed in the spool hole and the pistons arranged adjacent to each of the spool valves are connected by the connecting parts.
  • the present invention provides a spool-type switching valve in which the spool valve and piston are formed separately and connected to each other, and which is capable of connecting the spool valve and piston more efficiently.
  • FIG. 1 is a perspective view of a spool-type switching valve according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of a spool type switching valve.
  • FIG. 2 is a side view of a spool type switching valve.
  • 4 is a cross-sectional view of the spool-type switching valve taken along the line IV-IV in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a side view of the second piston.
  • FIG. 4 is a rear view of the second piston.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion viewed from the arrow VII in FIG. 4 .
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the coupling diagram in a state where the second piston has moved to a forward position.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the connecting portion taken along line IX-IX of FIG. 8 .
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a state in which a second piston is connected to a second spool valve.
  • FIG. 11 is an enlarged perspective view of a portion viewed from an arrow XI in FIG. 10 .
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a conventional method for connecting a piston to a spool valve.
  • a pilot-type solenoid valve that houses two spool valves in a spool hole is described as an example of a spool-type switching valve.
  • a pair of opposing side surfaces 16a, 16b, 44a, 44b of the main valve body 13 and the pilot body 43 are provided with a switching valve air supply opening 17 through which air is supplied, a switching valve exhaust opening 18 through which air is exhausted, a switching valve pilot supply opening 19 through which pilot air is supplied, and a switching valve pilot exhaust opening 20 through which pilot air is exhausted.
  • the switching valve air intake openings 17, 17 are connected to each other through a switching valve air intake communication passage 21 formed in the main valve body 13.
  • the switching valve exhaust openings 18, 18 are connected to each other through a switching valve exhaust communication passage 22 formed in the main valve body 13.
  • the switching valve pilot supply openings 19, 19 are connected to each other through a switching valve pilot supply passage 23 formed in the main valve body 13.
  • the switching valve pilot exhaust openings 20, 20 are connected to each other through a switching valve pilot exhaust passage 24 formed in the main valve body 13.
  • the main valve section 10 of the spool-type switching valve 1 will be described. As shown in FIG. 4, the main valve section 10 has a piston box 60 attached to the rear end surface of the main valve body 13, and a port block 15 attached to the front end surface of the main valve body 13.
  • a spool hole 25 is formed between both front and rear end faces of the main valve body 13, penetrating along the axis L.
  • the spool hole 25 communicates with an air supply passage 26 located in the center in the direction of the axis L, first and second output passages 27a, 27b located on either side of the air supply passage 26, and first and second exhaust passages 28a, 28b located on either side of the first and second exhaust passages 28a, 28b.
  • the first and second exhaust passages 28a, 28b communicate with each other through the switching valve exhaust communication passage 22.
  • the first spool valve 11a is inserted into the rear side of the spool hole 25 so as to be freely slidable along the axis L
  • the second spool valve 11b is inserted into the front side of the spool hole 25 so as to be freely slidable along the axis L. That is, the first and second spool valves 11a and 11b are housed in the spool hole 25 on the same axis L.
  • the length of the spool hole 25 in the axis L direction is longer than the sum of the axial lengths of the first and second spool valves 11a and 11b.
  • These spool valves 11a and 11b have a first land portion 12a located in the center in the direction of the axis L, a second land portion 12b and a third land portion 12c located on either side of the first land portion 12a, and a shaft portion 12d connecting adjacent land portions.
  • the shaft portion 12d has a smaller diameter than these land portions 12a-12c.
  • a first seal member 29a is attached to the outer periphery of the first land portion 12a
  • a second seal member 29b is attached to the outer periphery of the second land portion 12b
  • a third seal member 29c is attached to the outer periphery of the third land portion 12c.
  • the third seal member 29c is a lip-type seal member that opens toward the first land portion 12a.
  • the first seal member 29a opens and closes the first exhaust passage 28a connecting the first output port 14a and the switching valve exhaust opening 18 (see FIG. 3).
  • the second seal member 29b opens and closes the air supply passage 26 connecting the first output port 14a and the switching valve air supply opening 17 (see FIG. 3).
  • the third seal member 29c allows air to flow from the first piston chamber 61 side to the first exhaust passage 28a side, while preventing air from flowing out from the first exhaust passage 28a side to the first piston chamber 61 side.
  • the first seal member 29a opens and closes the second exhaust passage 28b connecting the second output port 14b and the switching valve exhaust opening 18 (see FIG. 3).
  • the second seal member 29b opens and closes the air supply passage 26 connecting the second output port 14b and the switching valve air supply opening 17 (see FIG. 3).
  • the third seal member 29c allows air to flow from the second piston chamber 32 side to the second exhaust passage 28b side, while preventing air from flowing out from the second exhaust passage 28b side to the second piston chamber 32 side.
  • the first spool valve 11a and the first piston 62 which are adjacent in the axial direction L, are connected by a first connecting portion 70a.
  • the second spool valve 11b and the second piston 33 are connected by a second connecting portion 70b. Note that since the first and second connecting portions 70a and 70b are configured in the same way, only the second connecting portion 70b will be described, and a description of the first connecting portion 70a will be omitted.
  • the second connecting portion 70b connects between the valve end surface 34 formed at the end of the second spool valve 11b facing the second piston chamber 32 in the axial direction L, and the opposing piston end surface 33a of the second piston 33.
  • the second connecting portion 70b has a protrusion 72 protruding from the valve end surface 34 of the second spool valve 11b, and an insertion recess 77 provided on the piston end surface 33a of the second piston 33 into which the protrusion 72 is inserted.
  • the valve end surface 34 is formed in an annular shape extending in a direction perpendicular to the axis L (hereinafter referred to as the radial direction).
  • a cylindrical protrusion 72 protrudes from this valve end surface 34.
  • the protrusion 72 extends coaxially with the axis L, and an engagement groove 73 is provided around the axis L on the rear side of the protrusion 72.
  • the protrusion 72 has an outer shape formed in a polygonal shape around the axis L. In this embodiment, the protrusion 72 has an outer shape formed in an octagonal shape.
  • the protrusion 72 has a smaller diameter than the outer diameter of the third land portion 12c of the second spool valve 11b.
  • the tip of the protrusion 72 (the front end in the direction of the axis L) is provided with a flat end surface 74 extending in the radial direction. This flat end surface 74 abuts against the flat end surface 35a of the stopper portion 35 of the second piston 33, which will be described later.
  • the second piston 33 is formed in a cylindrical shape.
  • the second piston 33 has a front surface 33b on which pilot air acts, and a piston end surface 33a which is a back surface facing away from the front surface 33b.
  • the front surface 33b and the piston end surface 33a extend in the radial direction.
  • an annular wall portion 36 is erected on the piston end surface 33a.
  • An insertion recess 77 is formed on the inside of this wall portion 36.
  • the inner surface of the insertion recess 77 is formed in a polygonal shape around the axis L when viewed in the direction of the axis L.
  • the wall portion 36 is formed in a cylindrical shape, and the insertion recess 77 is formed in an octagonal shape similar to the outer shape of the protruding portion 72 of the second spool valve 11b. Therefore, by inserting the protruding portion 72 into the insertion recess 77, the second spool valve 11b and the second piston 33 can be integrally connected around the axis L.
  • the wall portion 36 includes a notched groove portion 37 cut along the axis L direction, and an engagement portion 38 provided in the notched groove portion 37 and engaged with the engagement groove portion 73.
  • the engagement portion 38 has a leg portion 39 extending along the axis L direction and having a base end portion connected to the piston end surface 33a, and an engagement claw portion 47 protruding radially inwardly from the tip of the leg portion 39 centered on the axis L.
  • the notched groove portions 37 are provided in the wall portion 36 at positions facing each other with the axis L at the center. That is, the notched groove portions 37 are formed in the wall portion 36 at equal angular intervals (approximately 180 degrees) around the axis L.
  • the tip portion of the notched groove portion 37 opens at the tip of the wall portion 36, and the base end portion of the notched groove portion 37 communicates with a recess 33c provided in the piston end surface 33a.
  • the recess 33c extends radially outward from the base end of the cutout groove 37 and opens onto the outer circumferential surface of the second piston 33.
  • the legs 39 are arranged at positions with a gap from each of a pair of inner surfaces of the wall portion that separates the cutout groove portion 37.
  • the legs 39 stand upright from the bottom surface of the recess 33c and extend along the axis L direction within the cutout groove portion 37.
  • the legs 39 are formed in a rectangular parallelepiped shape, and a hole 39a that penetrates radially is provided in the middle of the legs 39.
  • the legs 39 are elastically deformable in the radial direction.
  • the engagement claw portion 47 protrudes into and engages with the engagement groove portion 73 when the protrusion 72 is inserted into the insertion recess 77.
  • the engagement claw portion 47 also has an inclined surface 47a at its radially inner tip that inclines radially outward as it approaches the valve end face 34 of the second spool valve 11b. Therefore, when the tip of the protrusion 72 is pressed against the inclined surface 47a when the protrusion 72 is inserted into the insertion recess 77, the engagement claw portion 47 is easily opened radially outward as the leg portion 39 elastically deforms, thereby enabling the protrusion 72 to be smoothly inserted into the insertion recess 77.
  • the tip of the engagement portion 38 and the top surface 36a facing the valve end surface 34 of the wall portion 36 are located on the same plane perpendicular to the axis L. That is, the claw end surface 47b facing the valve end surface 34 of the engagement claw portion 47 and the top surface 36a of the wall portion 36 are located on the same plane perpendicular to the axis L.
  • the tip of the engagement portion 38 may protrude toward the valve end surface 34 beyond the top surface 36a of the wall portion 36.
  • the contact between the protrusion 72 of the second spool valve 11b and the piston end face 33a (stopper portion 35) of the second piston 33 is by the contact between the flat end faces 74, 35a perpendicular to the axis L, as shown in Figures 6 and 9.
  • a stopper portion 35 against which the tip of the protrusion 72 contacts is provided at the bottom of the insertion recess 77, and this stopper portion 35 is a flat end face 35a extending radially perpendicular to the axis L.
  • the flat end surface 35a is formed on the same plane as the piston end surface 33a, and is formed in an elliptical shape when viewed in the direction of the axis L.
  • the elliptical flat end surface 35a is formed symmetrically with respect to the central axis L1 that passes through the center of the bottom of the insertion recess 77 and connects the pair of legs 39.
  • the shape of the flat end surface 35a is not limited to an elliptical shape, and may be a circle, a rectangle, etc.
  • a groove 35b is provided in the flat end surface 35a.
  • the tip of the protruding portion 72 of the second spool valve 11b is provided with a flat end surface 74 that is perpendicular to the axis L.
  • this flat end surface 74 is also formed in an elliptical shape similar to the flat end surface 35a. Furthermore, when the protruding portion 72 is inserted into the insertion recess 77, the flat end surface 74 can abut against the flat end surface 35a in a tight contact state.
  • FIG. 7 and 8 show a state in which the second piston 33 moves to the rear end position (retracted position) and the front end position (advanced position) of the second piston chamber 32, and the tip of the protrusion 72 abuts against the stopper portion 35.
  • the second connecting portion 70b forms a gap 48 between the valve end surface 34 of the second spool valve 11b and the tip of the engaging portion 38 facing it.
  • this gap 48 is formed between the valve end surface 34 of the second spool valve 11b and the claw portion end surface 47b of the engaging claw portion 47 facing it. Therefore, there is no risk of the valve end surface 34 of the second spool valve 11b abutting against the engaging claw portion 47, and damage to the engaging portion 38 can be prevented in advance.
  • the pilot valve section 40 is provided with first and second pilot solenoid valves 41a and 41b that drive the first and second spool valves 11a and 11b.
  • Each of the first and second pilot solenoid valves 41a and 41b has a first and second pilot inlet flow passage 79a and 79b, a first and second pilot output flow passage 80a and 80b, and a first and second pilot exhaust flow passage 81a and 81b.
  • the first and second pilot solenoid valves 41a and 41b are configured to selectively connect the first and second pilot output flow passages 80a and 80b to the first and second pilot inlet flow passages 79a and 79b or the first and second pilot exhaust flow passages 81a and 81b by energizing and de-energizing the solenoids 41a1 and 41b1.
  • the first and second pilot inlet passages 79a, 79b communicate with the switching valve pilot supply passage 23 through a pilot input passage 109 formed across the pilot body 43 and the main valve body 13.
  • the first pilot output passage 80a also communicates with the first piston chamber 61 through a first pilot supply communication passage 104a formed across the pilot body 43 and the piston box 60.
  • the second pilot output passage 80b also communicates with the second piston chamber 32 through a second pilot supply communication passage 104b formed across the pilot body 43, the piston box 60, and the main valve body 13.
  • the first and second pilot exhaust passages 81a, 81b also communicate with a pilot exhaust passage 105 formed across the pilot body 43 and the piston box 60.
  • the pilot exhaust passage 105 also communicates with the switching valve pilot exhaust passage 24 on its upstream side.
  • the pilot exhaust passage 105 extends across the pilot body 43 and the piston box 60, and also extends to the first exhaust passage 28a through the gap formed between the third seal member 29c and the spool hole 25.
  • the third seal member 29c is a lip-type seal member that opens toward the second land portion 12b side, and allows air to flow from the first piston 62 side to the first exhaust passage 28a side, while preventing air from flowing from the first exhaust passage 28a side to the first piston 62 side.
  • Each of the first and second pilot solenoid valves 41a, 41b has a pilot valve body 82 on the front side.
  • the pilot valve body 82 has inlet valve bodies 45a, 45b and exhaust valve bodies 46a, 46b arranged in the front-rear direction and interlocking with each other.
  • the inlet valve body 45a or the inlet valve body 45b is opened to individually connect the first pilot inlet flow path 79a and the first pilot output flow path 80a, or the second pilot inlet flow path 79b and the second pilot output flow path 80b.
  • the connecting operation for connecting the second spool valve 11b and the second piston 33 will be described.
  • the second piston 33 is placed on the tip side of the protruding portion 72 of the second spool valve 11b with the insertion recess 77 of the second piston 33 facing the second spool valve 11b.
  • at least one of the second spool valve 11b and the second piston 33 is moved in a direction approaching each other to insert the protruding portion 72 into the insertion recess 77.
  • the engaging claw portion 47 of the second piston 33 and the engaging groove portion 73 of the second spool valve 11b are engaged with each other, and the second spool valve 11b and the second piston 33 are connected.
  • the second spool valve 11b and the second piston 33 can be coupled to each other by linearly moving them closer to each other. This simplifies the coupling process, and the second spool valve 11b and the second piston 33 can be coupled efficiently.

Landscapes

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Abstract

【課題】スプール式切換弁においてスプール弁及びピストンを効率的に結合可能なものを提供する。 【解決手段】スプール式切換弁は、軸線Ｌ方向に延びるスプール孔２５の両端部に第１及び第２ピストン室３２を有し、スプール孔に第１及び第２スプール弁１１ｂを収容し、これらピストン室に第１及び第２ピストン３３を収容する。これらスプール弁の端部に形成された弁端面３４とこれに対向するピストンのピストン端面３３ａとの間に第1及び第２連結部７０ｂを設ける。これら連結部は、弁端面に突設された突出部７２と、ピストン端面に立設された壁部３６の内側に挿入凹部７７を有する。突出部に係合溝部７３を設ける。壁部は、軸線方向に切り欠かれた切り欠き溝部とこの内側に配された脚部と脚部の先端部に設けられた係合爪部４７とを有する。突出部が挿入凹部に挿入された状態で、係合爪部と係合溝部とが係合してスプール弁とピストンとが結合される。

Description

スプール式切換弁
　本発明は、スプール孔に摺動自在に収容されたスプール弁をピストンで駆動するスプール式切換弁に関するものである。
　スプール孔に摺動自在に収容されたスプール弁をピストンで駆動するスプール式切換弁において、スプール弁とピストンとを別体に形成し、それらを連結部で相互に結合したものは、例えば特許文献１に記載されているように既に公知である。そして、上記連結部は、スプール弁に設けられた係合部と、ピストンに設けられた被係合部とを相互に係合させることにより構成されている。
　ところで、このような従来のスプール式切換弁において、上記スプール弁とピストンとの連結部１１２として、図１２に示すように、スプール弁１１０とピストン１１１とをそれぞれの軸と直交する方向に相対移動させて、係合部１１３と被係合部１１４とを互に係合させる構造が一般的に採用されていた。
　しかしながら、このような従来の連結部の構造では、スプール弁１１０とピストン１１１とを結合するにあたり、上述のように、スプール弁１１０とピストン１１１とをそれぞれの軸と直交する方向に相対移動させる必要があるため、結合工程が煩雑になりがちで、必ずしも効率的なものではなかった。
特開２０１３－２４３４５号公報
　そこで、本発明の技術的課題は、スプール弁とピストンとを別体に形成して互いに結合して成るスプール式切換弁において、これらスプール弁とピストンとをより効率的に結合することが可能なものを提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明に係るスプール式切換弁は、軸方向に延びるスプール孔、及び前記スプール孔の軸方向の端部にピストン室を有するボディと、前記スプール孔に摺動自在に収容されたスプール弁と、前記ピストン室に摺動自在に収容されたピストン、とを備え、前記ボディには給気用、排気用、出力用のポートが設けられ、前記ピストン室に対するパイロットエアの給排によって前記ピストンと共に前記スプール弁を駆動させることにより、前記ポート間の連通状態を選択的に切り換え可能に構成されたスプール式切換弁であって、前記スプール弁における前記軸方向の前記ピストン室側の端部に形成された弁端面と、これに対向する前記ピストンのピストン端面との間に、これらを連結する連結部が設けられ、前記連結部は、前記スプール弁の前記弁端面に突設された突出部と、前記ピストンの前記ピストン端面に設けられて前記突出部が挿入された挿入凹部と、を有し、前記突出部には、その前記軸周りに係合溝部が設けられ、前記挿入凹部は、前記ピストン端面から立設された環状の壁部の内側に形成されており、前記壁部は、前記軸方向に沿って切り欠かれた切り欠き溝部と、前記切り欠き溝部に設けられて前記係合溝部に係合された係合部と、を含んでおり、前記係合部は、前記軸方向に沿って延びて基端部が前記ピストン端面に結合された脚部と、前記脚部の先端部に前記軸を中心として径方向内側へ突設された係合爪部と、を有し、前記係合爪部は、前記突出部が前記挿入凹部に挿入された状態で前記係合溝部と係合されており、前記脚部は、前記軸を中心として径方向外側に弾性変形可能である、ことを特徴とする。
　この場合において、好ましくは、前記係合爪部は、その径方向内側の先端部に、前記スプール弁の前記弁端面側に向かうに従って径方向外側に傾く傾斜面を有している。また、好ましくは、前記脚部が設けられた前記ピストン端面には、凹部が設けられており、前記脚部の基端部は、前記凹部の底面から立設されている。
　また、好ましくは、前記挿入凹部の底部には、前記突出部の先端部が当接するストッパ部が設けられ、前記突出部の先端部が前記ストッパ部に当接した状態において、前記スプール弁の前記弁端面と、これに対向する前記係合部の先端との間に隙間が形成される。
　また、好ましくは、前記スプール弁の前記突出部と前記ピストンの前記ストッパ部の当接は、前記軸と直交する平端面同士の当接によるものである。また、好ましくは、前記係合部の先端と、前記壁部の前記弁端面と対向する頂面とは、前記軸方向と直交する同一平面上に位置している。
　また、好ましくは、前記壁部において、前記切り欠き溝部は、前記軸周りに等角度間隔に複数形成されている。
　また、好ましくは、前記スプール孔の軸方向の両端部には、前記ピストン室が設けられ、これら前記ピストン室のそれぞれに前記ピストンが収容され、前記スプール孔には、２つの前記スプール弁が同軸上に収容されており、前記スプール孔の軸方向長さは、２つの前記スプール弁の軸方向長さの合計よりも長く、前記スプール孔に収容された２つの前記スプール弁と、これら前記スプール弁のそれぞれに隣接配置された前記ピストンは、前記連結部によって連結されている。
　以上のように、本発明によれば、スプール弁とピストンとを別体に形成して互いに結合して成るスプール式切換弁において、これらスプール弁とピストンとをより効率的に結合することが可能なものを提供することができる。
本発明の一実施形態に係わるスプール式切換弁の斜視図である。 スプール式切換弁の平面図である。 スプール式切換弁の側面図である。 図２のIV－IV矢視に相当するスプール式切換弁の断面図である。 第２ピストンの側面図である。 第２ピストンの背面図である。 図４のVII矢視部分の拡大断面図である。 第２ピストンが前進位置に移動した状態の連結図の拡大断面図である。 図８のIX－IX矢視に相当する連結部の断面図である。 第２スプール弁に第２ピストンを連結する際の説明図である。 図１０のXI矢視部分の拡大斜視図である。 従来におけるスプール弁にピストンを連結する際の説明図である。
　以下に、本発明に係るスプール式切換弁について説明する。なお、本実施形態では、スプール式切換弁の一例として、スプール孔内に２つのスプール弁を収容したパイロット式電磁弁について説明する。
　スプール式切換弁１は、図１－図４に示すように、第１及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂを組み込んだ主弁部１０と、第１及び第２パイロット電磁弁４１ａ、４１ｂを有したパイロット弁部４０とを備える。主弁部１０は、そのボディである主弁ボディ１３を有し、この主弁ボディ１３は、幅方向と直交する前後方向に延びる直方体状に形成されている。主弁ボディ１３の前端部には、第１及び第２出力ポート１４ａ、１４ｂを備えたポートブロック１５が取り付けられている。パイロット弁部４０は、そのボディであるパイロットボディ４３を有しており、パイロットボディ４３は主弁ボディ１３の後端部に連結されている。
　主弁ボディ１３及びパイロットボディ４３のそれぞれの背向する一対の側面１６ａ、１６ｂ、４４ａ、４４ｂには、エアが供給される切換弁給気用開口１７と、エアが排気される切換弁排気用開口１８と、パイロットエアが供給される切換弁パイロット供給用開口１９と、パイロットエアが排気される切換弁パイロット排気用開口２０と、が開設されている。
　本実施形態では、切換弁給気用開口１７及び切換弁排気用開口１８は、側面１６ａ、１６ｂの前側下部のそれぞれに開口している。また、前後方向において、側面１６ａ、１６ｂのそれぞれに開設された切換弁パイロット供給用開口１９は、切換弁排気用開口１８よりも水平後方側に配置されている。また、切換弁パイロット排気用開口２０は、切換弁パイロット供給用開口１９に対して上方に且つ後方側に配置されている。
　そして、切換弁給気用開口１７、１７同士は、主弁ボディ１３内に形成された切換弁給気連通流路２１を通じて連通している。切換弁排気用開口１８、１８同士は、主弁ボディ１３内に形成された切換弁排気連通流路２２を通じて連通している。さらに、切換弁パイロット供給用開口１９、１９同士は、主弁ボディ１３内に形成された切換弁パイロット供給流路２３を通じて連通している。切換弁パイロット排気用開口２０、２０同士は、主弁ボディ１３内に形成された切換弁パイロット排気流路２４を通じて連通している。
　次に、スプール式切換弁１の主弁部１０について説明する。主弁部１０は、図４に示すように、主弁ボディ１３の後端面にピストン箱６０が取り付けられ、主弁ボディ１３の前端面にポートブロック１５が取り付けられている。
　主弁ボディ１３の前後方向の両端面間には、軸線Ｌに沿って貫通するスプール孔２５が形成されている。スプール孔２５は、軸線Ｌ方向中央に位置する給気流路２６と、その両側に位置する第１及び第２出力流路２７ａ、２７ｂと、それらの両側に位置する第１及び第２排気流路２８ａ、２８ｂに連通している。第１及び第２排気流路２８ａ、２８ｂは、切換弁排気連通流路２２を通じて連通している。
　スプール孔２５の後側には、第１スプール弁１１ａが軸線Ｌ方向に沿って摺動自在に挿入されており、スプール孔２５の前側には、第２スプール弁１１ｂが軸線Ｌ方向に沿って摺動自在に挿入されている。即ち、スプール孔２５には、第１及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂが同軸線Ｌ上に収容されている。そして、スプール孔２５の軸線Ｌ方向長さは、第１及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂのそれぞれの軸方向長さの合計よりも長い。
　これらスプール弁１１ａ、１１ｂは、軸線Ｌ方向の中央に位置する第１ランド部１２ａと、第１ランド部１２ａの両側に位置する第２ランド部１２ｂ及び第３ランド部１２ｃと、隣接するランド部同士を繋ぐ軸部１２ｄと、を有する。軸部１２ｄはこれらランド部１２ａ－１２ｃより小径である。
　これらスプール弁１１ａ、１１ｂにおいて、第１ランド部１２ａの外周には、第１シール部材２９ａが装着されており、第２ランド部１２ｂの外周には第２シール部材２９ｂ装着されている。また、第３ランド部１２ｃの外周には、第３シール部材２９ｃが装着されている。本実施形態では、第３シール部材２９ｃは、第１ランド部１２ａ側に向かって開口したリップ型のシール部材である。
　第１スプール弁１１ａにおいて、第１シール部材２９ａによって第１出力ポート１４ａと切換弁排気用開口１８（図３参照）とを結ぶ第１排気流路２８ａを開閉する。また、第１スプール弁１１ａにおいて、第２シール部材２９ｂによって第１出力ポート１４ａと切換弁給気用開口１７（図３参照）とを結ぶ給気流路２６を開閉する。第１スプール弁１１ａにおいて、第３シール部材２９ｃは、第１ピストン室６１側から第１排気流路２８ａ側へのエアの流通を許容する一方、第１排気流路２８ａ側から第１ピストン室６１側へのエアの流出を阻止する。
　第２スプール弁１１ｂにおいて、第１シール部材２９ａによって第２出力ポート１４ｂと切換弁排気用開口１８（図３参照）とを結ぶ第２排気流路２８ｂを開閉する。また、第２スプール弁１１ｂにおいて、第２シール部材２９ｂによって第２出力ポート１４ｂと切換弁給気用開口１７（図３参照）とを結ぶ給気流路２６を開閉する。第２スプール弁１１ｂにおいて、第３シール部材２９ｃは、第２ピストン室３２側から第２排気流路２８ｂ側へのエアの流通を許容する一方、第２排気流路２８ｂ側から第２ピストン室３２側へのエアの流出を阻止する。
　ピストン箱６０には、前方に向かって開口した第１ピストン室６１が形成されている。この第１ピストン室６１内には、第１スプール弁１１ａよりも大径の第１ピストン６２が軸線Ｌ方向に摺動可能に挿入されている。また、ポートブロック１５には、後方に向かって開口した第２ピストン室３２が形成されている。この第２ピストン室３２内には、第２スプール弁１１ｂよりも大径の第２ピストン３３が軸線Ｌ方向に摺動可能に挿入されている。
　ところで、軸線Ｌ方向に隣接する第１スプール弁１１ａと第１ピストン６２は、第１連結部７０ａによって連結されている。また、第２スプール弁１１ｂと第２ピストン３３は、第２連結部７０ｂによって連結されている。なお、第１及び第２連結部７０ａ、７０ｂは同様に構成されているので、第２連結部７０ｂについて説明し、第１連結部７０ａの説明は省略する。
　第２連結部７０ｂは、図５－図１１に示すように、第２スプール弁１１ｂにおける軸線Ｌ方向の第２ピストン室３２側の端部に形成された弁端面３４と、これに対向する第２ピストン３３のピストン端面３３ａとの間を連結する。第２連結部７０ｂは、第２スプール弁１１ｂの弁端面３４に突設された突出部７２と、第２ピストン３３のピストン端面３３ａに設けられて突出部７２が挿入された挿入凹部７７と、を有している。
　本実施形態では、弁端面３４は、軸線Ｌ方向と直交する方向（以下、径方向と記す。）に延びた円環状に形成されている。この弁端面３４から円柱状の突出部７２が突設されている。突出部７２は軸線Ｌと同軸上に延びており、突出部７２の後側には、軸線Ｌ周りに係合溝部７３が設けられている。また、突出部７２は、その外形が軸線Ｌ周りに多角形状に形成されている。本実施形態では、突出部７２の外形は八角形状に形成されている。また、突出部７２は、第２スプール弁１１ｂの第３ランド部１２ｃの外径よりも小径である。
　突出部７２の先端部（軸線Ｌ方向の前側端部）には、径方向に延びる平端面７４が設けられている。この平端面７４は、後述する第２ピストン３３のストッパ部３５の平端面３５ａに当接する。
　さて、第２ピストン３３は円柱状に形成されている。そして、第２ピストン３３は、パイロットエアが作用する正面３３ｂと、正面３３ｂに背向する背面となるピストン端面３３ａとを有している。これら正面３３ｂ及びピストン端面３３ａは、径方向に延びている。ピストン端面３３ａには、図５－図１１に示すように、環状の壁部３６が立設されている。この壁部３６の内側に挿入凹部７７が形成されている。
　挿入凹部７７の内面は、軸線Ｌ方向視において軸線Ｌ周りに多角形状に形成されている。本実施形態では、壁部３６は円筒状に形成されており、挿入凹部７７は、第２スプール弁１１ｂの突出部７２の外形と相似する八角形状に形成されている。このため、突出部７２を挿入凹部７７に挿入させることにより、第２スプール弁１１ｂと第２ピストン３３とを軸線Ｌ周りに一体的に連結させることができる。
　壁部３６は、軸線Ｌ方向に沿って切り欠かれた切り欠き溝部３７と、切り欠き溝部３７に設けられて係合溝部７３に係合された係合部３８と、を含んでいる。係合部３８は、軸線Ｌ方向に沿って延びて基端部がピストン端面３３ａに結合された脚部３９と、脚部３９の先端部に軸線Ｌを中心とした径方向内側へ突設された係合爪部４７と、を有している。本実施形態では、壁部３６において、切り欠き溝部３７は、軸線Ｌを中央にして対向する位置のそれぞれに設けられている。すなわち、切り欠き溝部３７は、壁部３６において、軸線Ｌ周りに等角度間隔（約１８０度）に形成されている。切り欠き溝部３７の先端部は壁部３６の先端において開口し、切り欠き溝部３７の基端部はピストン端面３３ａに設けられた凹部３３ｃに連通している。凹部３３ｃは、切り欠き溝部３７の基端部から径方向外側へ向かって延びて第２ピストン３３の外周面に開口している。
　脚部３９は、切り欠き溝部３７を仕切る壁部の一対の内面のそれぞれから隙間を有した位置に配されている。脚部３９は、凹部３３ｃの底面から立設されて切り欠き溝部３７内を軸線Ｌ方向に沿って延びている。本実施形態では、脚部３９は、直方体状に形成されており、脚部３９の中間部には径方向に貫通する孔部３９ａが設けられている。そして、脚部３９は径方向に弾性変形可能である。
　係合爪部４７は、突出部７２が挿入凹部７７に挿入された状態で、係合溝部７３内に突出して係合されている。また、係合爪部４７は、その径方向内側の先端部に第２スプール弁１１ｂの弁端面３４側に向かうに従って径方向外側に傾く傾斜面４７ａを有している。そのため、突出部７２を挿入凹部７７に挿入する際に、この傾斜面４７ａに突出部７２の先端が押し当てられると、脚部３９の弾性変形に伴って係合爪部４７が径方向外側へと容易に開かれ、それにより、突出部７２の挿入凹部７７に対する円滑な挿入が可能となる。
　また、係合部３８の先端と、壁部３６の弁端面３４と対向する頂面３６ａとは、軸線Ｌ方向と直交する同一平面上に位置している。すなわち、係合爪部４７における弁端面３４と対向する爪部端面４７ｂと壁部３６の頂面３６ａとが、軸線Ｌ方向と直交する同一平面上に位置している。なお、係合部３８の先端は、壁部３６の頂面３６ａよりも弁端面３４側に突出していてもよい。
　さて、第２スプール弁１１ｂの突出部７２と第２ピストン３３のピストン端面３３ａ（ストッパ部３５）との当接は、図６及び図９に示すように、軸線Ｌと直交する平端面７４、３５ａ同士の当接によるものである。具体的には、挿入凹部７７の底部には、突出部７２の先端部が当接するストッパ部３５が設けられており、このストッパ部３５は、軸線Ｌと直交する径方向に延びる平端面３５ａである。
　本実施形態では、この平端面３５ａは、ピストン端面３３ａと同一平面上に形成されていると共に、軸線Ｌ方向視において楕円状に形成されている。この楕円状の平端面３５ａは、挿入凹部７７の底部の中心を通って一対の脚部３９同士を繋ぐ中心軸線Ｌ１に対して対称に形成されている。なお、平端面３５ａの形状は、楕円状に限定されるものではなく、円形、矩形等でもよい。また、平端面３５ａには溝３５ｂが設けられている。
　一方、第２スプール弁１１ｂの突出部７２の先端部には、軸線Ｌと直交する平端面７４が設けられている。本実施形態では、この平端面７４も平端面３５ａと相似した楕円形状に形成されている。また、平端面７４は、突出部７２が挿入凹部７７に挿入される際に、平端面３５ａに密着した状態で当接可能である。
　さて、図７及び図８は、第２ピストン３３が第２ピストン室３２の後端側位置（後退位置）及び前端側位置（前進位置）に移動すると共に、突出部７２の先端部がストッパ部３５に当接した状態を示している。このような状態において、第２連結部７０ｂは、第２スプール弁１１ｂの弁端面３４と、これに対向する係合部３８の先端との間に隙間４８を形成する。本実施形態では、この隙間４８は、第２スプール弁１１ｂの弁端面３４と、これに対向する係合爪部４７の爪部端面４７ｂとの間に形成される。このため、第２スプール弁１１ｂの弁端面３４が係合爪部４７に当接する虞がなくなり、係合部３８の損傷を未然に防止することができる。
　次に、パイロット弁部４０について説明する。パイロット弁部４０には、図４に示すように、第1及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂを駆動する第１及び第２パイロット電磁弁４１ａ、４１ｂが設けられている。これら第１及び第２パイロット電磁弁４１ａ、４１ｂのそれぞれは、第１及び第２パイロット入口流路７９ａ、７９ｂと、第１及び第２パイロット出力流路８０ａ、８０ｂと、第１及び第２パイロット排気流路８１ａ、８１ｂと、を備える。第１及び第２パイロット電磁弁４１ａ、４１ｂは、ソレノイド４１ａ１、４１ｂ１の励磁及び非励磁によって、第１及び第２パイロット出力流路８０ａ、８０ｂを、第１及び第２パイロット入口流路７９ａ、７９ｂ、又は第１及び第２パイロット排気流路８１ａ、８１ｂに選択的に連通させるように構成されている。
　第１及び第２パイロット入口流路７９ａ、７９ｂは、パイロットボディ４３と主弁ボディ１３とに跨がって形成されたパイロット入力流路１０９を通じて、切換弁パイロット供給流路２３に連通する。また、第１パイロット出力流路８０ａは、パイロットボディ４３とピストン箱６０とに跨がって形成された第１パイロット供給連通流路１０４ａを通じて、第１ピストン室６１に連通する。また、第２パイロット出力流路８０ｂは、パイロットボディ４３とピストン箱６０と主弁ボディ１３に跨がって形成された第２パイロット供給連通流路１０４ｂを通じて第２ピストン室３２に連通する。さらに、第１及び第２パイロット排気流路８１ａ、８１ｂは、パイロットボディ４３とピストン箱６０に跨がって形成されたパイロット排出流路１０５に連通する。また、パイロット排出流路１０５は、その上流側において切換弁パイロット排気流路２４に連通する。
　パイロット排出流路１０５は、パイロットボディ４３とピストン箱６０とに跨がって延びると共に、さらに，第３シール部材２９ｃとスプール孔２５との間に形成される隙間を通じて第１排気流路２８ａに延びる。そして、第３シール部材２９ｃは、第２ランド部１２ｂ側に向かって開口したリップ型のシール部材であり、第１ピストン６２側から第１排気流路２８ａ側へのエアの流れを許容する一方、第１排気流路２８ａ側から第１ピストン６２側へのエアの流れを阻止する。
　第１及び第２パイロット電磁弁４１ａ、４１ｂのそれぞれは、前側にパイロット弁本体８２を備える。パイロット弁本体８２は、前後方向に配置されて互いに連動する入口弁体４５ａ、４５ｂと、排気弁体４６ａ、４６ｂと、を備える。ソレノイド４１ａ１又はソレノイド４１ｂ１が励磁されると、入口弁体４５ａ又は入口弁体４５ｂが開放されて、第１パイロット入口流路７９ａと第１パイロット出力流路８０ａ、又は第２パイロット入口流路７９ｂと第２パイロット出力流路８０ｂを個別的に連通する。また、ソレノイド４１ａ１又はソレノイド４１ｂ１が励磁されると、排気弁体４６ａ又は排気弁体４６ｂが閉鎖されて、第１パイロット出力流路８０ａ又は第２パイロット出力流路８０ｂからパイロット排出流路１０５に至る流路が遮断される。その結果、第１ピストン室６１又は第２ピストン室３２にパイロットエアが供給される。
　また、ソレノイド４１ａ１又はソレノイド４１ｂ１の励磁が解除されると、入口弁体４５ａ、４５ｂが閉鎖されると共に、排気弁体４６ａ、４６ｂが開放される。そして、第１パイロット出力流路８０ａ又は第２パイロット出力流路８０ｂから第１パイロット排気流路８１ａ又は第２パイロット排気流路８１ｂに至る流路が開放されて、第１ピストン室６１又は第２ピストン室３２に供給されたエアが個別的に排出される。その結果、切換弁給気連通流路２１から給気流路２６を経てスプール孔２５に流入しているエアによる作用力が第１及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂの復帰力となり、それら第１及び第２スプール弁１１ａ、１１ｂが復帰動作する。
　次に、第２スプール弁１１ｂと第２ピストン３３とを結合させる際の結合作業について説明する。図１０に示すように、第２スプール弁１１ｂの突出部７２の先端側に、第２ピストン３３の挿入凹部７７が第２スプール弁１１ｂ側へ向いた姿勢で第２ピストン３３を配置する。そして、第２スプール弁１１ｂ及び第２ピストン３３の少なくともいずれかを、互いに接近する方向に移動させて突出部７２を挿入凹部７７内に挿入させる。その結果、第２ピストン３３の係合爪部４７と第２スプール弁１１ｂの係合溝部７３とが互いに係合されて、第２スプール弁１１ｂと第２ピストン３３とが結合される。
　このように、第２スプール弁１１ｂと第２ピストン３３とを互いに接近するように直線移動させることで、これら第２スプール弁１１ｂ及び第２ピストン３３を互いに結合させることができる。このため、結合工程が簡素となり、第２スプール弁１１ｂ及び第２ピストン３３を効率的に結合させることができる。
　　１　スプール式切換弁
　１１ａ　第１スプール弁（スプール弁）
　１１ｂ　第２スプール弁（スプール弁）
　１３　主弁ボディ（ボディ）
　１４ａ　第１出力ポート（出力ポート）
　１４ｂ　第２出力ポート（出力ポート）
　１５　ポートブロック（ボディ）
　１７　切換弁給気用開口（給気用のポート）
　１８　切換弁排気用開口（排気用のポート）
　２５　スプール孔
　３２　第２ピストン室（ピストン室）
　３３　第２ピストン（ピストン）
　３３ａ　ピストン端面
　３３ｃ　凹部
　３４　弁端面
　３５　ストッパ部
　３５ａ、７４　平端面
　３６　壁部
　３６ａ　頂面
　３７　切り欠き溝部
　３８　係合部
　３９　脚部
　４７　係合爪部
　４７ａ　傾斜面
　４８　隙間
　６０　ピストン箱（ボディ）
　６１　第１ピストン室（ピストン室）
　６２　第１ピストン（ピストン）
　７０ａ　第１連結部（連結部）
　７０ｂ　第２連結部（連結部）
　７２　突出部
　７３　係合溝部
　７７　挿入凹部
　　Ｌ　軸線（軸）

Claims (8)

  1. 　軸方向に延びるスプール孔、及び前記スプール孔の軸方向の端部にピストン室を有するボディと、前記スプール孔に摺動自在に収容されたスプール弁と、前記ピストン室に摺動自在に収容されたピストン、とを備え、前記ボディには給気用、排気用、出力用のポートが設けられ、前記ピストン室に対するパイロットエアの給排によって前記ピストンと共に前記スプール弁を駆動させることにより、前記ポート間の連通状態を選択的に切り換え可能に構成されたスプール式切換弁であって、
    　前記スプール弁における前記軸方向の前記ピストン室側の端部に形成された弁端面と、これに対向する前記ピストンのピストン端面との間に、これらを連結する連結部が設けられ、
    　前記連結部は、前記スプール弁の前記弁端面に突設された突出部と、前記ピストンの前記ピストン端面に設けられて前記突出部が挿入された挿入凹部と、を有し、
    　前記突出部には、その前記軸周りに係合溝部が設けられ、
    　前記挿入凹部は、前記ピストン端面から立設された環状の壁部の内側に形成されており、
    　前記壁部は、前記軸方向に沿って切り欠かれた切り欠き溝部と、前記切り欠き溝部に設けられて前記係合溝部に係合された係合部と、を含んでおり、
    　前記係合部は、前記軸方向に沿って延びて基端部が前記ピストン端面に結合された脚部と、前記脚部の先端部に前記軸を中心として径方向内側へ突設された係合爪部と、を有し、
    　前記係合爪部は、前記突出部が前記挿入凹部に挿入された状態で前記係合溝部と係合されており、
    　前記脚部は、前記軸を中心として径方向外側に弾性変形可能である、
    　ことを特徴とするスプール式切換弁。
  2. 　前記係合爪部は、その径方向内側の先端部に、前記スプール弁の前記弁端面側に向かうに従って径方向外側に傾く傾斜面を有している、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスプール式切換弁。
  3. 　前記脚部が設けられた前記ピストン端面には、凹部が設けられており、
    　前記脚部の基端部は、前記凹部の底面から立設されている、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスプール式切換弁。
  4. 　前記挿入凹部の底部には、前記突出部の先端部が当接するストッパ部が設けられ、
    　前記突出部の先端部が前記ストッパ部に当接した状態において、前記スプール弁の前記弁端面と、これに対向する前記係合部の先端との間に隙間が形成される、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスプール式切換弁。
  5. 　前記スプール弁の前記突出部と前記ピストンの前記ストッパ部の当接は、前記軸と直交する平端面同士の当接によるものである、
    　ことを特徴とする請求項４に記載のスプール式切換弁。
  6. 　前記係合部の先端と、前記壁部の前記弁端面と対向する頂面とは、前記軸方向と直交する同一平面上に位置している、
    　ことを特徴とする請求項４に記載のスプール式切換弁。
  7. 　前記壁部において、前記切り欠き溝部は、前記軸周りに等角度間隔に複数形成されている、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のスプール式切換弁。
  8. 　前記スプール孔の軸方向の両端部には、前記ピストン室が設けられ、
    　これら前記ピストン室のそれぞれに前記ピストンが収容され、
    　前記スプール孔には、２つの前記スプール弁が同軸上に収容されており、
    　前記スプール孔の軸方向長さは、２つの前記スプール弁の軸方向長さの合計よりも長く、
    　前記スプール孔に収容された２つの前記スプール弁と、これら前記スプール弁のそれぞれに隣接配置された前記ピストンは、前記連結部によって連結されている、
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスプール式切換弁。
     
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