JP2005325881A - スライド弁による流路の切換え方法、および切換え弁 - Google Patents

Abstract

【課題】シール手段の損傷を有効に防ぎつつポート４２０の開口径を拡大することができる技術の提供。
【解決手段】シール手段として、軸線方向に互いに隔てた第１および第２の二つのシールリング２１２１，２１２２を用いる。それらシールリングが、スライド弁体４００のポート４２０の上下いずれをシールするかによって、エア入口１０２側とエア出口１０４側とを連絡／遮断する。そのような切換え作用をするとき、各シールリング２１２１，２１２２は、ポート４２０に対向する非シール位置と、ポート４２０から離れたシール位置との間を移動する。その移動は、ポート４２０の両縁の一方だけを横切る動きであり、両縁を横切ることがない。
【選択図】 図２

Description

この発明は、スライド弁体が相対的に移動することに応じて、ポートを経由する流路を切り換える技術に関し、特に、ポートの開口径を拡大する上で有効な技術に関する。

一般に、スライド弁は、軸線に沿う支持孔をもつ外側部材と、その外側部材の支持孔にはまり合い、外側部材に対して軸線の方向に相対的に移動するスライド弁体とを備え、スライド弁体の相対的な移動に応じて、ポートを経由する流路を切り換える機能をもつ。ポートは、スライド弁体あるいは外側部材のいずれか一方にあり、そのいずれか他方にスライド弁体と外側部材との間をシールするシール手段がある。このシール手段が、軸線の方向に見て、ポートの一方の側をシールするか、他方の側をシールするかによって、流路が変わる。

車両のエアコンプレッサ用エアガバナを示す特許文献１では、相対的に移動するスライド弁体の側にポート、外側部材であるピストンの側にシール手段をそれぞれ配置している。また、スライド弁体がプレート状のスライド式バルブを示す特許文献２では、特許文献１とは逆に、外側部材である本体の側にポート、プレート状のスライド弁体の側にシール手段をそれぞれ配置している。
米国特許第６，０３８，８５６号公報 特開２０００−３３７５３２号公報

これらの特許文献１および２は、スライド弁体／外側部材に対するポート／シール手段の配置が逆になっているが、流路の切換えについては、共通している。すなわち、流路を切り換えるとき、いずれのものでも、シール手段がポートを横切るように移動する。ここで、「横切る」とは、ポートを区画する一方の縁およびポートの径方向反対側の他方の縁の両方を通過するように横切ることを意味する。シール手段がポートを横切ることから、シール手段（ゴム製のシールリング）が摩耗しやすく傷みやすいことは、容易に理解されるであろう。そのため、シール手段の損傷を防止するため、特許文献１では、ポートの開口径をできるだけ小さくし、また、特許文献２では、スライド弁体が移動するとき上下動させる付加機構を設けるようにしている。

さて、特許文献１の技術では、ポート部分の流れ面積が小さいため、ポートを経由したエア量が充分でなく、そのエアによってエア機器を直接作動することは困難である。そこで、エア機器を作動する場合、ポートを通るエアを制御圧とした中継弁を用いざるをえない。一方、特許文献２の技術では、ポートの開口径を大きくすることができるので、エア機器を直接作動することができる。しかし、余分な付加的な機構が必要であるという問題がある。

そこで、この発明は、シール手段の損傷を有効に防ぎつつポートの開口径を拡大することができる技術を提供することを目的とする。
また、この発明は、余分な付加的な機構を用いることなく、ポートの開口径を拡大することができる技術を提供することを他の目的とする。
この発明のその他の目的については、今後の説明から明らかになるであろう。

この発明では、シール手段の構成に工夫をこらすことにより、シール手段がポートを横切ることを避ける。ここで、「横切る」とは、すでに述べたように、ポートを区画する一方の縁およびポートの径方向反対側の他方の縁の両方を通過するように横切るという意味であり、「横切らない」とは、ポートの両縁の一方だけは横切るが、両縁を横切ることがないという意味である。

シール手段として、軸線方向に互いに隔てた第１および第２のシールリングがあり、それら第１および第２の各シールリングが、ポートに対向しシール作用をしない非シール位置と、ポートから軸線方向に離れシール作用をするシール位置との間を移動する。

エアガバナを例にすれば、今までのポートの開口径は、たとえば０．６〜０．７ｍｍであったのに対し、この発明を適用したエアガバナにおけるポート開口径は、たとえば３．５ｍｍとなり、それを経由したエアによってエア機器を直接作動することができる。なお、エアガバナにおけるポートを経由する流路としては、ポートからエア入口に連絡する入口流路、ポートから排気口に連絡する排気流路、およびポートからエア出口に連絡する出口流路がある。切換え弁であるエアガバナは、入口流路と出口流路とが連絡する状態と、出口流路と排気流路とが連絡する状態とを切り換えるように作用する。

好適な態様では、ポートの開口径は、第１および第２のシールリング間の軸線方向の距離に比べて小さい。そうすれば、互いに異なる連絡状態を選択的に得ることができる。さらにいえば、たとえば、入口流路、排気流路および出口流路の三者が互いに連絡する事態（そのような事態が生じると、入口圧が排気側に洩れ、所定の出力圧を得ることができない）が発生することを有効に避けることができる。

また、ポート（あるいは各ポート）については、軸線に直交する貫通孔などの孔部分と、その孔部分を取り囲むテーパ部分とを含むようにするのが好ましい。孔部分の外周のテーパ部分は、それがない場合に比べてシールリングをやさしく案内するので、シールリングをより損傷しにくくし、しかもまた、テーパ部分が区画する通路面積、つまり、ポート周辺の流れ面積をより大きくする。さらに、ポートに続く部分の流れ面積を大きくするために、たとえば、第１および第２のシールリングを支持する外側部材の支持孔内周壁部分を、その支持孔の内周壁の他部分よりも盛り上がらせ、支持孔の内径を小さくすると良い。

図１は、この発明による切換え弁であるエアガバナを用いたエア回路の一例である。エアガバナは、エアドライヤ５０のベ−スに内蔵され、エアドライヤ５０のパ−ジ弁（エア機器の一つ）６０の開閉を制御する。エアドライヤ５０の入口５２は、エアコンプレッサ７０に連絡し、そのエアコンプレッサ７０から加圧エアを供給される。エアドライヤ５０の出口５４は、４−サ−キットプロテクションバルブ８０を通して、４つのエアタンク９１，９２，９３，９４に連絡する。４−サ−キットプロテクションバルブ８０が、各エアタンク９１〜９４を含む系を独立化させることはいうまでもない。したがって、それら４つの系の一つにたとえ配管故障などの不具合が生じたとしても、それが他の系に悪影響を及ぼすことがない。このエア回路のエアコンプレッサ７０には、アンロ−ド弁がなく、エアガバナからエアを供給されることもない。このエア回路は、いわゆるデリバリアンロ−ドタイプであり、エアガバナは、パ−ジ弁６０の開閉によって、各エアタンク９１〜９４内のエア圧を規定の大きさに保つ。

図２および図３は、この発明の一実施例であるエアガバナ（切換え弁）の断面図であり、各図が互いに異なる切換え状態を示している。エアガバナ１０は、ブロック形状のハウジング５００と、ハウジング５００の一面に設けたキャップ５１０とを備える。キャップ５１０の取付け部分には、Ｏリング５２０があり、キャップ５１０の内外を気密にシールしている。キャップ５１０の内部は、制御ばね２２０を入れる空間である。

ハウジング５００には、制御ばね２２０と軸線を一にするシリンダ孔５５０のほか、エア入口１０２、エア出口１０４および排気口１０６がある。それらは、シリンダ孔５５０に連絡する。シリンダ孔５５０は、キャップ５１０側の一面に開口し、開口側から孔の奥に向かって、大径孔部分５５５、中径孔部分５５３、小径孔部分５５１と順次続く。これらの大中小径孔部分５５５，５５３，５５１は、同じ軸線をもち、一直線上に延びている。このようなシリンダ孔５５０に対し、エア入口１０２は大径孔部分５５５の中途に、また、エア出口１０４は小径孔部分５５１の底部にそれぞれ位置し、さらに、排気口１０６はエア入口１０２と反対側に位置している。

エア入口１０２の開口が臨む大径孔部分５５５の上方（つまり、キャップ５１０寄りの孔部分）には、外側部材としてのピストン２１０が移動可能にはまり合っている。ピストン２１０は、その外周にＯリング２１２を保持し、Ｏリング２１２のシ−ル機能によって、大径孔部分５５５を上下に区画している。また、大径孔部分５５５の下方側に、補助ピストン３１０がやはり移動可能にはまり合っている。この補助ピストン３１０もまた、その外周にＯリング３１２を保持し、Ｏリング３１２のシ−ル機能によって、大径孔部分５５５の下方領域を上下に区画している。互いに上下に隣り合うピストン２１０および補助ピストン３１０は、Ｏリング２１２，３１２によって、両ピストンの間にエア入口１０２から供給されるエアを受け入れる入口室を区画する。ピストン２１０および補助ピストン３１０は、さらに、中心部を貫通する支持孔２１４，３１４をもつ。それらの支持孔２１４，３１４には、ロッド形状のスライド弁体４００がはまり合っている。

また、シリンダ孔５５０の中径孔部分５５３には、Ｏリング５２３があり、小径孔部分５５１と大径孔部分５５５とを互いに分離している。大径孔部分５５５の底部にリングプレート６４０がある。このリングプレート６４０は、Ｏリング５２３の抜けを防止しつつ、スライド弁体４００および補助ピストン３１０のストッパとして機能する。そしてまた、シリンダ孔５５０の小径孔部分５５１に小さなばね１２０があり、スライド弁体４００に対し上方に向かう力を与えている。スライド弁体４００にフランジ部分４０２ｆがあることから、ばね１２０の力をフランジ部分４０２ｆを通して補助ピストン３１０側に加えることができる。このばね１２０のばね力は、制御ばね２２０の１／１０程度である。

スライド弁体４００は、軸線方向に延びる内部通路４１０をもつ。内部通路４１０の一端はスライド弁体４００の端部に開口している。この端部は小径孔部分５５１の側であり、それにより、内部通路４１０は小径孔部分５５１を通してエア出口１０４に連絡する。また、内部通路４１０の反対側の他端はスライド弁体４００の軸線方向途中のポート４２０に連絡している。ポート４２０は、軸線に直交する方向の孔であり、内部通路４１０とスライド弁体４００の外部とを連絡する孔である。ここで、スライド弁体４００の外側のピストン２１０および補助ピストン３１０は、シール手段として、シールリングであるＯリングを備える。この発明では、外側部材であるピストン２１０側のシール手段として、軸線方向に互いに隔てた第１および第２の二つのシールリング２１２１，２１２２を用いる。第１および第２のシールリング２１２１，２１２２が、スライド弁体４００のポート４２０の上下いずれをシールするかによって、エア入口１０２側とエア出口１０４側とを連絡したり遮断したりする。

図４Ａは図２の４Ａ部分の拡大図であり、また、図４Ｂは図３の４Ｂ部分の拡大図である。それらの拡大図が、より明らかに示すように、たとえば周方向に等間隔に４つあるポート４２０は、スライド弁体４００の壁を軸線に直交するように貫通する貫通孔４２０ｃと、その貫通孔４２０ｃを取り囲むテーパ部分４２０ｔとを含む。テーパ部分４２０ｔは、ポート４２０の径方向外側から内側に向かうにつれて下り傾斜になっている。したがって、テーパ部分４２０ｔの径方向の一方の周縁から他方の周縁に至る距離が、ポート４２０の開口径となる。このポートの開口径は、第１および第２のシールリング２１２１，２１２の間の距離よりもわずかに大きくなっている。そのため、両シールリング２１２１，２１２のシール個所がポート４２０の開口径の中に同時に入り込むことはない。また、各シールリング２１２１，２１２２は、装着溝の中に支持されているが、装着溝のある支持孔内周壁部分２１００は、内周壁の他の部分よりもその内径が小さくなっている。つまり、支持孔内周壁のうち装着溝のある部分２１００以外の部分は、装着溝のある部分２１００よりも内径が拡がっている。それによって、ポート４２０周辺の流れ面積が大きくなっている。

さて、図４Ａ（および図２）は、第１のシールリング２１２１がポート４２０に対向した非シール位置にあるに対し、第２のシールリング２１２２はポート４２０から下方に離れたシール位置にある。そのとき、エアガバナ１０は、エア入口１０２側とエア出口１０４側とを遮断し、エア出口１０４と排気口１０６とを連絡している。この状態では、前記したパ−ジ弁６０は閉状態である。エアコンプレッサ７０が圧縮エアを供給すると、そのエア圧がエア入口１０２を通して入口室に入る。そのエア圧により、補助ピストン３１０は、その位置を保持する一方、ピストン２１０は、エア圧に応じて制御ばね２２０を縮めながら軸線方向に動く。その動きにより、ピストン２１０の内周側の各シールリング２１２１，２１２２は、それぞれポート４２０のテーパ部分４２０ｔの径方向の周縁の一つを乗り越える。そして、第１のシールリング２１２１が、スライド弁４００のポート４２０を越えたシール位置に、それに伴って第２のシールリング２１２２が、ポート４２０に対向する非シール位置になると、エア入口１０２とエア出口１０４とが連絡し、エア出口１０４からエア圧がパ−ジ弁６０側に出力される。その後、エアの消費に応じて、エア入口１０２からのエア圧が低下するが、制御ピストン２１０は制御ばね２２０のばね力（戻し力）を受けて、図４Ａに示す元の状態に復帰する。

図５は、スライド弁体４００に力を与えるばね１２０の配置の別の例を示している。Ｏリング５２３の抜けを防止するリングプレート６４０に代えて、内周側にばね受け段部をもつ筒状の部材６４０’を用いることにより、小径孔部分５５１のばね１２０をその筒状の部材６４０’の内周に配置するようにしている。

この発明の一実施例のエアガバナを用いたエア回路の一例を示す配管図である。 切換え弁であるエアガバナのある状態を示す断面図である。 切換え弁であるエアガバナの別の状態を示す断面図である。 図２の４Ａ部分の拡大図である。 図３の４Ｂ部分の拡大図である。 ばねの配置の別の例を示す図である。

符号の説明

１０ エアガバナ（切換え弁）
１０２ エア入口
１０４ エア出口
１０６ 排気口
２１０ ピストン（外側部材）
２１４ 支持孔
２１２１ 第１のシールリング
２１２２ 第２のシールリング
４００ スライド弁体
４１０ 内部通路
４２０ ポート
４２０ｃ 貫通孔
４２０ｔ テーパ部分
５００ ハウジング
５５０ シリンダ孔

Claims (8)

1. 軸線に沿う支持孔をもつ外側部材と、その外側部材の支持孔にはまり合い、前記外側部材に対して前記軸線の方向に相対的に移動するスライド弁体と、そのスライド弁体あるいはスライド弁体の外側の前記外側部材のいずれか一方に位置するポート、および前記スライド弁体あるいは前記外側部材のいずれか他方に位置するシール手段とを備え、前記シール手段が、前記軸線の方向に見て、前記ポートの一方の側をシールするか、前記ポートの他方の側をシールするかに応じて、前記ポートを経由する流路を切り換える方法において、前記シール手段として、前記軸線の方向に互いに隔てた第１および第２のシールリングを用い、それら第１および第２の各シールリングを、前記ポートに対向しシール作用をしない非シール位置と、前記ポートから軸線の方向に離れシール作用をするシール位置との間を移動させることによって、各シールリングが前記ポートを横切らないようにしたことを特徴とする、スライド弁による流路の切換え方法。
2. 前記ポートを経由する流路は、前記ポートからエア入口に連絡する入口流路、前記ポートから排気口に連絡する排気流路、および前記ポートからエア出口に連絡する出口流路を含み、前記入口流路と前記出口流路とが連絡する状態と、前記出口流路と前記排気流路とが連絡する状態とを切り換える、請求項１の切換え方法。
3. 軸線に沿う支持孔をもつ外側部材と、その外側部材の支持孔にはまり合い、前記外側部材に対して前記軸線の方向に相対的に移動するスライド弁体であって、前記軸線に沿う内部通路およびその内部通路とスライド弁体の外周側とを連絡するポートを含むスライド弁体と、そのスライド弁体に対向する前記支持孔の内周壁側に位置するシール手段とを備え、前記シール手段が、前記軸線の方向に見て、前記ポートの一方の側をシールするか、前記ポートの他方の側をシールするかに応じて、前記ポートを経由する流路を切り換える切換え弁において、前記シール手段は、前記軸線の方向に互いに隔てた第１および第２のシールリングであり、それら第１および第２の各シールリングが、前記ポートに対向しシール作用をしない非シール位置と、前記ポートから軸線の方向に離れシール作用をするシール位置との間を移動し、それによって、各シールリングが前記ポートを横切らないようにしたことを特徴とする、切換え弁。
4. 前記ポートを経由する流路は、前記ポートからエア入口に連絡する入口流路、前記ポートから排気口に連絡する排気流路、および前記ポートからエア出口に連絡する出口流路を含み、前記入口流路と前記出口流路とが連絡する状態と、前記出口流路と前記排気流路とが連絡する状態とを切り換える、請求項３の切換え弁。
5. 前記ポートの開口径は、前記第１および第２のシールリング間の軸線方向の距離に比べて小さい、請求項３の切換え弁。
6. 前記ポートは、前記軸線に直交する貫通孔と、その貫通孔を取り囲むテーパ部分とを含む、請求項５の切換え弁。
7. 前記第１および第２のシールリングを支持する前記外側部材の支持孔内周壁部分は、その支持孔の内周壁の他部分よりも盛り上がり、支持孔の内径が小さい、請求項３〜６のいずれか一つの切換え弁。
8. 前記切換え弁はエアガバナであり、前記ポートの開口径は、それを経由して前記入口流路から前記出口流路に対して充分なエアを供給することができる大きさであり、その充分なエアによって、中継弁を用いることなく、エア機器を直接作動することができる、請求項４の切換え弁。

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