JP2022163935A - ４位置切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素で製造が容易な４位置切換弁を提供する。【解決手段】４位置切換弁１は、複数のポートが連通する弁孔１８を有する弁ボディ１０と、弁孔内を摺動するスプール３０と、スプールを駆動する第１，第２ピストン２１，２２と、スプールを一端側、他端側切換位置の中間の第１、第２中間切換位置に移動させるスプール移動機構部４２を有する。スプール移動機構部は、スプールの一端側切換位置への移動に伴ってスプールを逆方向へ押し戻す弾発力が蓄積され、スプールの他端側切換位置への移動に伴ってスプールを逆方向へ押し戻す弾発力が蓄積される圧縮ばね４９を有し、スプールが一端側切換位置に移動した状態で第２ピストンによる押圧解除時に、圧縮ばねの弾発力でスプールを第１中間切換位置に移動させ、スプールを他端側切換位置に移動させた状態で第１ピストンによる押圧解除時に、圧縮ばねの弾発力でスプールを第２中間切換位置に移動させる。【選択図】 図２

Description

本発明は、パイロット空気圧と復帰ばねとによってスプールを４つの切換位置に切り換える４位置切換弁に関するものである。

この種の４位置切換弁は、例えば特許文献１、特許文献２等に開示されているように従来より公知である。公知の４位置切換弁は、ボディ内に形成された弁孔内に摺動自在に収容された円筒状の外側スプールの両端に夫々ピストンを配設し、外側スプールの内側に形成された内孔に内側スプールを摺動自在に配設し、内側スプールの両端の夫々と対向するピストンとの間に夫々圧縮ばねを配設して構成される。

内側スプールに復帰ばねのばね力を作用させ、一方のピストンに一方のパイロット弁を通じてパイロット空気圧を作用させると、外側スプール及び内側スプールが一方向に移動して一端側切換位置に切り換わり、他方のピストンに他方のパイロット弁を通じてパイロット空気圧を作用させると、外側スプール及び内側スプールが反対方向に移動して他端側切換位置に切り換わる。

一端側切換位置に両スプールが移動した状態でパイロット弁をオフにして両方のピストンをパイロット空気圧の作用から解放すると、スプールが復帰ばねによって第１中間切換位置に切り換わり、他端側切換位置に両スプールが移動した状態でパイロット弁をオフにして両方のピストンをパイロット空気圧の作用から解放すると、スプールが復帰ばねによって第２中間切換位置に切り換わる。

そして、両スプールが一端端側切換位置に切り換わると、切換弁は、複数のポートの一部が相互に連通して残りが遮断された第１の連通状態となり、両スプールが他端側切換位置に切り換わると、切換弁は、複数のポートの連通及び遮断の関係が第１の連通状態と異なる第２の連通状態となる。そして、両スプールが第１中間切換位置に切り換わると、複数のポートの一部が遮断されて残りのポートが大気に連通する第３の連通状態となり、両スプールが第２中間切換位置に切り換わると、切換弁は、複数のポートの遮断及び大気への連通の関係が第３の連通状態と異なる第４の連通状態となる。

特許第４１１７６３６号公報 特許第４２７７２４０号公報

このような、特許文献１及び２に記載の４位置切換弁においては、弁孔内にスプールと復帰ばねとが夫々２個設けられているので、部品点数が増大し、構造上、切換弁が複雑化して製造の困難化を避けることができない。

そこで、本発明の技術的課題は、切換弁の構造を簡素化して製造が容易な４位置切換弁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４位置切換弁は、軸方向の一端側から他端側へと延びる弁孔、及び前記弁孔に連通する複数のポートが形成されたボディと、前記ボディの前記弁孔内に軸方向に摺動自在に収容されたスプールと、前記スプールの軸方向一端に配され、前記スプールを軸方向他端側に押圧して他端側切換位置へと移動させる第１駆動部、及び前記スプールの軸方向他端に配され、前記スプールを軸方向一端側に押圧して一端側切換位置へと移動させる第２駆動部と、前記スプールを前記一端側切換位置と前記他端側切換位置との中間に位置して互いに異なる位置である第１中間切換位置及び第２中間切換位置へと選択的に移動させるスプール移動機構部とを有し、前記第１及び第２駆動部及び前記スプール移動機構部により前記スプールを前記４つの切換位置に移動させることにより、前記複数のポート間の連通状態を切り換える４位置切換弁であって、前記スプール移動機構部は、前記第１駆動部による前記スプールの前記他端側切換位置への移動に伴って、前記スプールを一端側切換位置方向へと押し戻す弾発力が蓄積されると共に、前記第２駆動部による前記スプールの前記一端側切換位置への移動に伴って、前記スプールを他端側切換位置方向へと押し戻す弾発力が蓄積されるばね部材を有しており、それにより、前記スプール移動機構部は、前記スプールを前記一端側切換位置に移動させた状態から、前記第２駆動部による前記スプールの押圧を解除した時に、前記ばね部材の弾発力により前記スプールを軸方向他端側に押圧して前記第１中間切換位置へと移動させ、前記スプールを前記他端側切換位置に移動させた状態から、前記第１駆動部による前記スプールの押圧を解除した時に、前記ばね部材の弾発力により前記スプールを軸方向一方側に押圧して前記第２中間切換位置へと移動させる、ことを特徴とする。

この場合において、好ましくは、前記スプールは、ばね座軸を同軸上に有していて、前記スプール移動機構部は、更に、前記ばね座軸に軸方向に移動自在に設けられた軸方向一端側の第１ばね座及び軸方向他端側の第２ばね座と、を有し、前記第１ばね座と前記第２ばね座との間に前記ばね部材が設けられ、前記ばね座軸は、軸方向の両端に前記第１及び第２ばね座を当接させる一対の当接部を有し、前記第１及び第２ばね座を前記一対の当接部に当接させた状態において、前記ばね部材は縮設されており、前記ボディの前記弁孔には、前記スプール移動機構部を間に配したその軸方向両側に、前記第１及び第２ばね座を当接させる一対のストッパ部が設けられており、前記一対の当接部間の軸方向長さをＸ、前記一対のストッパ部間の軸方向長さをＹ、前記第１及び第２駆動部のそれぞれによる前記スプールのストローク長さをＳ１，Ｓ２としたとき、Ｘ＜Ｙ、Ｙ－Ｘ＜Ｓ１，Ｓ２の関係を有している。

また、好ましくは、前記弁孔には、前記スプール移動機構部を収容して軸方向に延びるばね収容室が設けられ、前記ばね収容室は、軸方向両端部に径方向外側へ延びる一対の端壁を有し、前記一対の端壁の夫々は、前記第１及び第２ばね座が当接する前記ストッパ部を有している、更に、好ましくは、前記ばね収容室の内径は、前記弁孔の内径よりも大きく、前記第１ばね座及び前記第２ばね座の夫々の外径は、前記弁孔の内径よりも大きく、且つ前記ばね収容室の内径よりも小さい。

また、好ましくは、前記一対の当接部は、前記ばね座軸の軸方向の一端から径方向外側へ突出して前記第１ばね座と当接可能な第１段部と、前記ばね座軸の軸方向の他端から径方向外側へ突出して前記第２ばね座と当接可能な第２段部と、を有し、前記スプールは、前記第１ばね座が前記ばね収容室の軸方向一方側の前記端壁及び前記第１段部に当接し、且つ前記第２ばね座が前記第２段部に当接した状態で前記第１中間切換位置に切り換えられ、前記第２ばね座が前記ばね収容室の軸方向他方側の前記端壁及び前記第２段部に当接し、且つ前記第１ばね座が前記第１段部に当接した状態で前記第２中間切換位置に切り換えられる。

また、好ましくは、前記複数のポートは、供給ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、第１排出ポート、第２排出ポートを有し、前記一端側切換位置では、前記供給ポート、前記第１出力ポート、前記第２出力ポート及び前記第１排出ポートが遮断されて相互に連通しない第１非連通状態となり、前記第１中間切換位置では、前記第１出力ポート及び前記第１排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記供給ポート及び前記第２出力ポートが連通した第１連通状態となり、前記第２中間切換位置では、前記供給ポート、前記第１出力ポート、前記第２出力ポート、前記第１排出ポート、前記第２排出ポートが全て遮断されて相互に連通しない第２非連通状態となる、前記他端側切換位置では、前記第２出力ポート、前記第１排出ポート、前記第２排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記供給ポート及び前記第１出力ポートが連通した第２連通状態となる。

また、好ましくは、前記複数のポートは、供給ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、第１排出ポート、第２排出ポートを有し、前記他端側切換位置では、前記供給ポート、前記第２出力ポート、前記第２排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記第１出力ポート及び前記第１排出ポートが連通する第３連通状態となる。

以上のように、本発明によれば、切換弁の構造を簡素化して製造が容易な４位置切換弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係わる４位置切換弁の要部断面図である。 スプールが一端側切換位置に移動した４位置切換弁の部分断面図である。 スプールが第１中間切換位置に移動した４位置切換弁の要部断面図である。 スプールが第２中間切換位置に移動した４位置切換弁の部分断面図である。 スプールが他端側切換位置に移動した４位置切換弁の要部断面図である。 スプールが他端側切換位置に移動した状態における４位置切換弁の変形例に係わる要部断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る４位置切換弁について説明する。本実施形態では、パイロット式の４位置切換弁を例にして説明する。また４位置切換弁に流れる流体は圧縮空気である。

図１－図５は本発明の一実施形態に係る４位置切換弁の具体的な構成を示すものであり、４位置切換弁は５ポート弁としての構成を有している。

４位置切換弁１は、図１及び図２に示すように、軸Ｌ方向に延びる弁ボディ１０を有する。弁ボディ１０は、軸Ｌ方向一端側から軸Ｌ方向他端側へ向かって５つのポートＥＡ、Ａ、Ｐ、Ｂ、ＥＢを有する主ボディ１１と、主ボディ１１の軸Ｌ方向一端に順次連結された第１ピストンカバー１２及びパイロット弁部１３と、主ボディ１１の軸Ｌ方向他端に順次連結されたばねカバー１６及び第２ピストンカバー１７とを有して形成されている。

５つのポートは、軸Ｌ方向中央の供給ポートＰと、供給ポートＰの両側に位置する第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢと、第１出力ポートＡより第１ピストンカバー１２側に位置する第１排出ポートＥＡと、第２出力ポートＢより第２ピストンカバー１７側に位置する第２排出ポートＥＢとである。

主ボディ１１及びばねカバー１６の内部には、５つのポートが連通する断面が円形の弁孔１８が軸Ｌ方向に沿って貫通している。弁孔１８の内部には、スプール３０が弁孔１８の軸Ｌ方向に摺動自在に挿入されている。スプール３０は、その軸Ｌ方向長さが弁孔１８のそれよりも僅かに短く形成されていて、スプール３０の軸Ｌ方向一端及び他端には、ピストン室１２ａ，１７ａ内に摺動自在に収容された第１ピストン２１（第１駆動部）及び第２ピストン２２（第２駆動部）が夫々当接し又は離反するように設けられている。

第１ピストン２１及び第２ピストン２２は、パイロット空気圧の作用を受けてスプール３０を、図２に示す一端側切換位置Ｐ１、図３に示す第１中間切換位置Ｐ２、図４に示す第２中間切換位置Ｐ３、図５に示す他端側切換位置Ｐ４に切り換えるものである。第１ピストン２１及び第２ピストン２２は同一形状を有しており、第１ピストン２１の受圧面２１ａは第１パイロット室１２ｂに面し、第２ピストン２２の受圧面２２ａは第２パイロット室１７ｂに面している。第１パイロット室１２ｂ及び第２パイロット室１７ｂは同一の形状を有している。

本実施形態では、第１ピストン２１及び第２ピストン２２は、円柱状に形成されて弁孔１８側へ突出するピストン本体部２１ｂ、２２ｂと、ピストン本体部２１ｂ、２２ｂの弁孔１８側と反対側に形成されて径方向外側へ突出する環状のフランジ部２１ｃ、２２ｃとを有して形成されている。フランジ部２１ｃ、２２ｃのピストン本体部２１ｂ、２２ｂ側と反対側の端面は、受圧面２１ａ、２２ａを形成している。

パイロット弁部１３には、第１パイロット弁１４及び第２パイロット弁１５が設けられている。本実施形態では、第１パイロット弁１４及び第２パイロット弁１５は、第１ピストンカバー１２よりも軸Ｌ方向一方側に配設されており、軸Ｌ方向に対して直交する上下方向の下側に第１パイロット弁１４が、上側に第２パイロット弁１５が夫々配設されている。

第１パイロット弁１４は、第１パイロット出力通路２４を通じて第１パイロット室１２ｂに接続され、第２パイロット弁１５は、第２パイロット出力通路２５を通じて第２パイロット室１７ｂに接続されており、両パイロット弁１４，１５は、パイロット供給通路２６を通じて供給ポートＰに接続されている。第１及び第２パイロット出力通路２４、２５とパイロット供給通路２６は、弁ボディ１０の内部に形成されている。

更に、第１ピストン２１の背面が面する背後室２７と、第２ピストン２２の背面が面する背後室２８とは、開放路２９（図３参照）を通じて夫々大気に開放されている。

スプール３０は、図２に示すように、軸Ｌ方向において、軸Ｌ方向一端側から軸Ｌ方向他端側へ向かって、弁孔１８の軸Ｌ方向一端側に気密かつ摺動自在に嵌合された第１気密部３１、第１環状凹部３２、第１ランド部３３、第２環状凹部３４、第２ランド部３５、第３環状凹部３６、第３ランド部３７、第４環状凹部３８、第４ランド部３９、第５環状凹部４０、及び、弁孔１８の軸Ｌ方向他端側に気密かつ摺動自在に嵌合された第２気密部４１が順次設けられて形成されており、これらは何れも軸Ｌを中心とした円柱状に形成されている。すなわち、スプール３０には、これら環状凹部と、弁部としてのランド部とが軸Ｌ方向に沿って交互に形成されている。

これら気密部３１、４１及びランド部３３、３５、３７、３９の径方向外側に形成された摺動面には、径方向外側に向かって開口する環状の凹溝４３が開設されており、気密部３１，４１の凹溝４３内には、環状の封止用パッキン４４ａ、４４ｂが夫々収容され、ランド部３３、３５、３７、３９の凹溝４３内には、環状の開閉用パッキン４５ａ－４５ｆが夫々収容されている。本実施形態では、第１ランド部３３及び第２ランド部３５の摺動面の軸Ｌ方向の幅は第３ランド部３７及び第４ランド部３９の摺動面の幅よりも広く、且つ第１ランド部３３の摺動面の幅は第２ランド部３５の摺動面の幅よりも広い。また、第１ランド部３３及び第２ランド部３５の夫々の摺動面には、開閉用パッキン４５ａ、４５ｂ及び開閉用パッキン４５ｃ、４５ｄが２個づつ装着され、第３ランド部３７及び第４ランド部３９の摺動面の夫々には、パッキン４５ｅ及びパッキン４５ｆが１個づつ装着されている。パッキンの詳細については後述する。

スプール３０の軸Ｌ方向他方側には、スプール３０を一端側切換位置Ｐ１と他端側切換位置Ｐ４（図５参照）との中間に位置して互いに異なる位置である第１中間切換位置Ｐ２（図３参照）及び第２中間切換位置Ｐ３（図４参照）へと選択的に移動させるスプール移動機構部４２が設けられている。本実施形態では、第１中間切換位置Ｐ２は、第２中間切換位置Ｐ３よりも軸方向一方側に位置している。スプール移動機構部４２は、スプール３０の軸Ｌ方向他端から延びるばね座軸４６に軸Ｌ方向に移動自在に設けられた第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂと、第１ばね座４８ａと第２ばね座４８ｂとの間に設けられた圧縮ばね４９（ばね部材）と、を有して形成されている。

本実施形態では、ばね座軸４６は、第２気密部４１の軸Ｌ方向他端からスプール３０と同軸上に軸Ｌ方向他方側へ延びており、円柱状に形成されてスプール３０の環状凹部３２，３４，３６，３８と略同一の外径を有している。ばね座軸４６の軸Ｌ方向他端には、軸Ｌ方向他方側へ延びる被押圧部４７が形成されている。被押圧部４７は、スプール３０と同軸上に延びてばね座軸４６よりも大径であり、且つ弁孔１８の内径よりも小径である。ばね座軸４６の軸Ｌ方向他方側の端部には、軸Ｌ方向一方側を向く環状の第２段部４７ａが形成されている。本実施形態では、第２段部４７ａは、被押圧部４７の軸Ｌ方向一方側の端面である。

ばね座軸４６の軸Ｌ方向一方側の端部には軸Ｌ方向他方側を向く環状の第１段部４１ａが形成されている。本実施形態では、第１段部４１ａは、第２気密部４１の軸Ｌ方向他方側の端面である。これら第１段部４１ａと第２段部４７ａとの間にばね座軸４６が形成されている。ばね座軸４６は、ばねカバー１６内に挿入されており、第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂが、ばね座軸４６に軸Ｌ方向に移動自在に嵌合している。第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂは、円盤状に形成されて同一形状を有しており、第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂの夫々の中心には、軸Ｌ方向に貫通する孔部が形成され、この孔部にばね座軸４６が挿通されている。孔部の内径はばね座軸４６の外径よりも僅かに大きい。このため、第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂは、ばね座軸４６に対して軸Ｌ方向に移動可能である。

第１ばね座４８ａの軸方向一方側の端面は第１段部４１ａに当接可能であり、第２ばね座４８ｂの軸方向他方側の端面は第２段部４７ａに当接可能である。これら第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂ間には、コイル状の圧縮ばね４９が介設されている。圧縮ばね４９は、第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂ間において圧縮された状態で挿入されている。圧縮ばね４９は、第１ばね座４８ａを第１段部４１ａに当接して係止し、且つ第２ばね座４８ｂを第２段部４７ａに当接して係止するように、これら第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂを付勢する。

ばねカバー１６内の弁孔１８には、第１ばね座４８ａ、第２ばね座４８ｂ及び圧縮ばね４９を取り囲むようにして軸Ｌ方向に延びるばね収容室５０が形成されている。ばね収容室５０は、断面視において円形状であって弁孔１８の内径よりも大径であり、ばねカバー１６の軸Ｌ方向一端から他端側へ延びる。ばね収容室５０の軸Ｌ方向一方側端には、径方向内側から外側へ向かって延びる環状の端壁５０ａが形成され、また、ばね収容室５０の軸Ｌ方向他方側端には、径方向内側から外側へ向かって延びる環状の端壁５０ｂが形成されている。ばね収容室５０の軸Ｌ方向両側の端壁５０ａ、５０ｂ間の軸方向長さＹ（以下、「一対の端壁間長さＹ」と記す。）は、図３に示すように、ばね座軸４６の軸方向両側の第１段部４１ａ及び第２段部４７ａ間の軸Ｌ方向長さＸ（以下、「一対の段部間長さＸ」と記す。）よりも長い。

ばねカバー１６の軸Ｌ方向他方側には、ばね収容室５０に連通して軸Ｌ方向他方側へ延びる弁孔１８が更に形成されている。すなわち、弁孔１８は、ばねカバー１６の軸Ｌ方向他端まで延びている。弁孔１８の内径は、被押圧部４７及び第２ピストン２２のピストン本体部２２ｂの夫々の外径よりも大きいため、これら被押圧部４７及び第２ピストン２２は、弁孔１８に対して軸Ｌ方向に移動可能である。

ここで、スプール３０が軸Ｌ方向へ移動する距離、即ちスプール３０のストローク長さについて説明する。本実施形態では、スプール３０は、図２に示す一端側切換位置Ｐ１において最も軸方向一方側に移動し、図５に示す他端側切換位置Ｐ４において最も軸方向他方側に移動する。このため、スプール３０は、一端側切換位置Ｐ１と他端側切換位置Ｐ４との間の距離（ストローク長さＳ）を移動する。そして、本実施形態では、スプール３０が軸Ｌ方向一方側から他方側へ移動するストローク長さＳ１と、スプール３０が軸Ｌ方向他方側から一方側へ移動するストローク長さＳ２は同一である。また、このストローク長さＳ１，Ｓ２は、図３及び図５に示すように、一対の端壁間長さＹに対して一対の段部間長さＸを減算した値（Ｙ－Ｘ）よりも大きくなっている。すなわち、Ｙ－Ｘ＜Ｓ１，Ｓ２である。

このため、図５に示す他端側切換位置Ｐ４に移動したスプール３０を軸Ｌ方向一方側へ移動させると、図２に示すように、第１ばね座４８ａが一方の端壁５０ａに当接した状態で、第２ばね座４８ｂを第１ばね座４８ａ側に接近させて、スプール３０を一端側切換位置Ｐ１に移動させることができる。また、図２に示す一端側切換位置Ｐ１に移動したスプール３０を軸Ｌ方向他方側へ移動させると、図５に示すように、第２ばね座４８ｂが他方の端壁５０ｂに当接した状態で、第１ばね座４８ａを第２ばね座４８ｂ側に接近させて、スプール３０を他端側切換位置Ｐ４に移動させることができる。

このように構成された４位置切換弁１のスプール３０は、図２に示すように、第２ピストン２２にパイロット空気圧が作用して、第１ばね座４８ａがばね収容室５０の一方の端壁５０ａに当接し、且つ第２ばね座４８ｂが圧縮ばね４９の付勢に抗して軸Ｌ方向一方側へ移動した状態で、一端側切換位置Ｐ１に切り換えられる。また、スプール３０は、図３に示すように、第１ばね座４８ａがばね収容室５０の一方の端壁５０ａ及び第１段部４１ａに当接し、且つ圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によって第２ばね座４８ｂ及びスプール３０が軸Ｌ方向他方側へ移動して第２ばね座４８ｂが第２段部４７ａに当接した状態で、第１中間切換位置Ｐ２に切り換えられる。

さらに、スプール３０は、図４に示すように、第２ばね座４８ｂがばね収容室５０の他方の端壁５０ｂに当接し、且つ圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によって第１ばね座４８ａ及びスプール３０が軸Ｌ方向一方側へ移動して第１ばね座４８ａが第１段部４１ａに当接するとともに第２段部４７ａに第２ばね座４８ｂが当接した状態で、第２中間切換位置Ｐ３に切り換えられる。また、スプール３０は、図５に示すように、第１ピストン２１にパイロット空気圧が作用して、第２ばね座４８ｂがばね収容室５０の他方の端壁５０ｂに当接し、且つ第１ばね座４８ａが圧縮ばね４９の付勢に抗して軸Ｌ方向他方側へ移動した状態で、他端側切換位置Ｐ４に切り換えられる。

このように、本実施形態のスプール３０は、図３及び図４に示すように、第１ピストン２１及び第２ピストン２２の何れにもパイロット空気圧が非作用のときに、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によって第２ばね座４８ｂ及びスプール３０が軸Ｌ方向他方側に移動されることで切り換えられる第１中間切換位置Ｐ２と、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によって第１ばね座４８ａ及びスプール３０が軸Ｌ方向一方側に移動されることで切り換えられて第１中間切換位置Ｐ２よりも軸方向他方側に位置する第２中間切換位置Ｐ３の２つの中間切換位置に移動可能である。

次に、本実施形態に係わる４位置切換弁１の４つの切換位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４について具体的に説明する。図１及び図２に示すように、第２パイロット弁１５がオンになって第２パイロット室１７ｂにパイロット空気圧が供給されると、パイロット空気圧により第２ピストン２２が軸Ｌ方向一方側へ押圧されて、第２ピストン２２を介してスプール３０が軸Ｌ方向一方側へ移動する。スプール３０の軸Ｌ方向一方側への移動に伴って、第２段部４７ａに当接する第２ばね座４８ｂ及び圧縮ばね４９を介して、第１ばね座４８ａが軸Ｌ方向一方側へ移動して第１ばね座４８ａがばね収容室５０の一方の端壁５０ａに当接し、且つ第２ばね座４８ｂが圧縮ばね４９の付勢に抗して第１ばね座４８ａ側へ接近移動する。従って、スプール３０は軸Ｌ方向一端側の一端側切換位置Ｐ１に切り換わる。なお、スプール３０が一端側切換位置Ｐ１に切り換わった状態で、スプール３０の第２気密部４１は第１ばね座４８ａに対して隙間５３を有して軸Ｌ方向一方側に移動する。

また、スプール３０が一端側切換位置Ｐ１に切り換わった状態において、第２パイロット弁１５がオフになると、図３に示すように、第２パイロット室１７ｂに供給されたパイロット空気圧が無くなり、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）により第２ばね座４８ｂが軸Ｌ方向他方側へ押圧されて、第２段部４７ａに当接している第２ばね座４８ｂによって被押圧部４７を介してスプール３０が軸Ｌ方向他方側へ移動する。そして、スプール３０の移動距離が図２に示す隙間５３の軸Ｌ方向の幅と同じ大きさになると、第１段部４１ａが第１ばね座４８ａに当接して、スプール３０の軸Ｌ方向他方側への移動が停止し、スプール３０が第１中間切換位置Ｐ２に切り換わる。

スプール３０が第１中間切換位置Ｐ２に切り換えられた状態では、第２ばね座４８ｂとばね収容室５０の他の端壁５０ｂとの間には第１空間５１が形成される。

また、図１及び図５に示すように、第１パイロット弁１４がオンになって第１パイロット室１２ｂにパイロット空気圧が供給されると、パイロット空気圧により第１ピストン２１が軸Ｌ方向他方側へ押圧されて、第１ピストン２１を介してスプール３０が軸Ｌ方向他方側へ移動する。スプール３０の軸Ｌ方向他方側への移動に伴って、第１段部４１ａに当接する第１ばね座４８ａ及び第２ばね座４８ｂが軸Ｌ方向他方側へ移動して、第２ばね座４８ｂがばね収容室５０の他方の端壁５０ｂに当接し、且つ第１ばね座４８ａが圧縮ばね４９の付勢に抗して第２ばね座４８ｂ側へ接近移動する。従って、スプール３０は他端側切換位置Ｐ４に切り換わる。なお、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換わった状態で、スプール３０の被押圧部４７は第２ばね座４８ｂに対して隙間５４を有して軸Ｌ方向他方側に移動する。

また、図１及び図５に示すように、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に移動した状態において、第１パイロット弁１４がオフになると、図４に示すように、第１パイロット室１２ｂに供給されたパイロット空気圧が無くなり、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）により第１ばね座４８ａが軸Ｌ方向一方側へ押圧されて、第１段部４１ａに当接する第１ばね座４８ａの軸Ｌ方向一方側への移動に伴って、スプール３０が軸Ｌ方向一方側へ移動する。このとき、スプール３０の移動距離が図５に示す隙間５４の軸Ｌ方向の幅と同じ大きさになると、第２ばね座４８ｂが第２段部４７ａに当接して、スプール３０の軸Ｌ方向一方側への移動が停止し、スプール３０が第２中間切換位置Ｐ３に切り換わる。

スプール３０が第２中間切換位置Ｐ３に切り換えられた状態で、第１ばね座４８ａとばね収容室５０の一方の端壁５０ａとの間には第２空間５２が形成される。第２空間５２の軸Ｌ方向の幅は、前述した第１空間５１（図３参照）のそれと同一である。

そして、図２に示すように、スプール３０が一端側切換位置Ｐ１に切り換えられると、４位置切換弁１は、供給ポートＰ、第１出力ポートＡ、第２出力ポートＢ及び第１排出ポートＥＡが遮断されて相互に連通しない第１非連通状態となる。また、スプール３０が第１中間切換位置Ｐ２に切り換えられると、図３に示すように、４位置切換弁１は、第１出力ポートＡ及び第１排出ポートＥＡが遮断されて相互に連通せず、供給ポートＰ及び第２出力ポートＢが連通した第１連通状態となる。

また、スプール３０が第２中間切換位置Ｐ３に切り換えられると、図４に示すように、４位置切換弁１は、供給ポートＰ、第１出力ポートＡ、第２出力ポートＢ、第１排出ポートＥＡ、第２排出ポートＥＢが全て遮断されて相互に連通しない第２非連通状態となる。さらに、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換えられると、図５に示すように、４位置切換弁１は、第２出力ポートＢ、第１排出ポートＥＡ、第２排出ポートＥＢが遮断されて相互に連通せず、Ｐ供給ポート及び第１出力ポートＡが連通した第２連通状態となる。

このような隣接するポート間を流れる圧縮空気の流路を開閉するための手段として、スプール３０には、図２に示すように、隣接するポートを結ぶ流路を開閉する第１－第６の６つの開閉用パッキン４５ａ－４５ｆと、弁孔１８の両端を常時封止する２つの封止用パッキン４４ａ，４４ｂとが設けられている。開閉用パッキン４５ａ－４５ｆはランド部３３，３５，３７，３９に設けられ、封止用パッキン４４ａ，４４ｂは第１気密部３１及び第２気密部４１に設けられている。

６つの開閉用パッキン（以下、単に「パッキン」という）４５ａ－４５ｆのうち、第１ピストン２１側から数えて第６番目のパッキン４５ｆは、スプール３０が第１中間切換位置Ｐ２（図３参照）に切り換えられるとき、隣接するポートＰ、Ｂ間の流路を開閉する。また、第１ピストン２１側から数えて第３番目のパッキン４５ｃは、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４（図５参照）に切り換えられるとき、隣接するポートＡ、Ｐ間の流路を開閉する。

また、第１ピストン２１側から数えて２、４、６番目のパッキン４５ｂ、４５ｄ、４５ｆは、スプール３０が一端側切換位置Ｐ１に切り換えられたとき、隣接するポートＥＡ、Ａ、Ｐ、Ｂ間の流路を遮断する。また、第１ピストン２１側から数えて１、３、５番目のパッキン４５ａ、４５ｃ、４５ｅは、図４に示すように、スプール３０が第２中間切換位置Ｐ３に切り換えられたとき、隣接するポートＥＡ、Ａ、Ｐ、Ｂ間の流路を全て遮断する。

一方、２つの封止用パッキン４４ａ，４４ｂは、スプール３０がどの切換位置にあっても弁孔１８の両端を常時封止している。

このような構成を有する４位置切換弁１は、１個のスプール３０を摺動自在に収容する弁孔１８にばね収容室５０が形成され、このばね収容室５０の軸Ｌ方向長さＹをスプール３０のばね座軸４６の軸Ｌ方向長さＸよりも長くし、且つスプール３０に延設けされたばね座軸４６にスプール移動機構部４２を設けることで、スプール３０を一端側切換位置Ｐ１及び他端側切換位置Ｐ４の他に、２つの切換位置（第１中間切換位置Ｐ２及び第２中間切換位置Ｐ３）に移動させることができる。よって、弁孔内にスプールと復帰ばねとが夫々２個設けられた従来の４位置切換弁と比較して、構造が簡素化されて製造が容易な４位置切換弁１を提供することができる。

また、図２及び図３に示すように、スプール３０が一端側切換位置Ｐ１に切り換えられた状態で、第２パイロット弁１５（図１参照）への電力供給が遮断されるような緊急事態が発生した場合、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によってスプール３０を供給ポートＰと第２出力ポートＢとが連通する第１中間切換位置Ｐ２に切り換えることができる。したがって、例えば、第２出力ポートＢにエジェクタ等の真空発生装置が繋がっている場合、緊急時に真空発生装置を作動状態に維持することができるので、真空発生装置によって真空にされる機器の真空状態を保持することができる。

また、図４及び図５に示すように、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換えられた状態で、第１パイロット弁１４（図１参照）への電力供給が遮断されるような緊急事態が発生した場合、圧縮ばね４９の復帰力（弾発力）によってスプール３０を全てのポートが遮断される第２中間切換位置Ｐ３に切り換えることができる。したがって、例えば、第２出力ポートＢにエジェクタ等の真空発生装置が繋がっている場合、緊急時には真空発生装置が非作動状態になるので、真空装置によって真空にされる機器の真空破壊を停止することができる。

なお、前述した実施形態の４位置切換弁１では、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換わると、第２出力ポートＢ、第１排出ポートＥＡ、第２排出ポートＥＢが遮断されて相互に連通せず、供給ポートＰ及び第１出力ポートＡが連通した第２連通状態となる場合を記載したが、これに限るものではない。スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換わると、図６に示すように、供給ポートＰ、第２出力ポートＢ、第２排出ポートＥＢが遮断されて相互に連通せず、第１出力ポートＡ及び第１排出ポートＥＡが連通する第３連通状態となる４位置切換弁１’でもよい。なお、図６に示す４位置切換弁１’については、前述した４位置切換弁１と相違する部分について説明し、同一態様部分については同一符号を付してその説明を省略する。

この場合には、４位置切換弁１’は、第１ランド部３３の軸Ｌ方向の幅が第２ランド部３５のそれよりも短くなるように構成する。このように構成した場合、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換わると、第１ピストン２１側から数えて第１番目のパッキン４５ａが隣接するポートＥＡ、Ａ間の流路を開閉し、また第１ピストン２１側から数えて第３番目のパッキン４５ｃが供給ポートＰ、第１出力ポートＡを遮断して相互に連通しないようにする。

したがって、例えば、第１出力ポートＡに真空にされる機器が繋がっている場合、スプール３０が他端側切換位置Ｐ４に切り換わると、大気圧がポートＥＡから第１出力ポートＡを通じて機器に流入して機器の真空状態を破壊することができる。

なお、図示した４位置切換弁１，１’は５ポート弁として構成されているが、本発明は４ポート弁からなる４位置切換弁にも適用することができる。また、前述した実施形態の４位置切換弁１では、スプール３０を移動させる駆動部として、第１ピストン２１及び第２ピストン２２を示したが、これらに限るものではない。スプール３０の駆動部は、これら第１、第２ピストン２１，２２を省略して、パイロット空気圧が流入する第１，第２パイロット室１２ｂ、１７ｂとしてもよい。この場合には、パイロット空気圧が第１，第２パイロット室１２ｂ、１７ｂを介してスプール３０の軸Ｌ方向端部に直接に作用して、スプール３０を軸Ｌ方向に移動させることができる。

１、１’ ４位置切換弁
１０ 弁ボディ（ボディ）
１１ 主ボディ
１２ 第１ピストンカバー
１２ａ、１７ａ ピストン室
１２ｂ 第１パイロット室
１３ パイロット弁部
１４ 第１パイロット弁
１５ 第２パイロット弁
１６ ばねカバー
１７ 第２ピストンカバー
１７ｂ 第２パイロット室
１８ 弁孔
２１ 第１ピストン（第１駆動部）
２１ａ、２２ａ 受圧面
２１ｂ、２２ｂ ピストン本体部
２１ｃ、２２ｃ フランジ部
２２ 第２ピストン（第２駆動部）
２４ 第１パイロット出力通路
２５ 第２パイロット出力通路
２６ パイロット供給通路
２７，２８ 背後室
２９ 開放路
３０ スプール
３１ 第１気密部
３２ 第１環状凹部
３３ 第１ランド部
３４ 第２環状凹部
３５ 第２ランド部
３６ 第３環状凹部
３７ 第３ランド部
３８ 第４環状凹部
３９ 第４ランド部
４０ 第５環状凹部
４１ 第２気密部
４１ａ 第１段部（当接部）
４２ スプール移動機構部
４３ 凹溝
４４ａ、４４ｂ 封止用パッキン
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ 開閉用パッキン
４６ ばね座軸
４７ 被押圧部
４７ａ 第２段部（当接部）
４８ａ 第１ばね座
４８ｂ 第２ばね座
４９ 圧縮ばね（ばね部材）
５０ ばね収容室
５０ａ 一方の端壁（ストッパ部）
５０ｂ 他方の端壁（ストッパ部）
５１ 第１空間部
５２ 第２空間部
５３，５４ 隙間
Ａ 第１出力ポート（ポート）
Ｂ 第２出力ポート（ポート）
ＥＡ 第１排出ポート（ポート）
ＥＢ 第２排出ポート（ポート）
Ｌ 軸
Ｐ 供給ポート（ポート）
Ｐ１ 一端側切換位置
Ｐ２ 第１中間切換位置
Ｐ３ 第２中間切換位置
Ｐ４ 他端側切換位置

Claims (7)

1. 軸方向の一端側から他端側へと延びる弁孔、及び前記弁孔に連通する複数のポートが形成されたボディと、前記ボディの前記弁孔内に軸方向に摺動自在に収容されたスプールと、前記スプールの軸方向一端に配され、前記スプールを軸方向他端側に押圧して他端側切換位置へと移動させる第１駆動部、及び前記スプールの軸方向他端に配され、前記スプールを軸方向一端側に押圧して一端側切換位置へと移動させる第２駆動部と、前記スプールを前記一端側切換位置と前記他端側切換位置との中間に位置して互いに異なる位置である第１中間切換位置及び第２中間切換位置へと選択的に移動させるスプール移動機構部とを有し、前記第１及び第２駆動部及び前記スプール移動機構部により前記スプールを前記４つの切換位置に移動させることにより、前記複数のポート間の連通状態を切り換える４位置切換弁であって、
   前記スプール移動機構部は、前記第１駆動部による前記スプールの前記他端側切換位置への移動に伴って、前記スプールを一端側切換位置方向へと押し戻す弾発力が蓄積されると共に、前記第２駆動部による前記スプールの前記一端側切換位置への移動に伴って、前記スプールを他端側切換位置方向へと押し戻す弾発力が蓄積されるばね部材を有しており、
   それにより、前記スプール移動機構部は、
   前記スプールを前記一端側切換位置に移動させた状態から、前記第２駆動部による前記スプールの押圧を解除した時に、前記ばね部材の弾発力により前記スプールを軸方向他端側に押圧して前記第１中間切換位置へと移動させ、
   前記スプールを前記他端側切換位置に移動させた状態から、前記第１駆動部による前記スプールの押圧を解除した時に、前記ばね部材の弾発力により前記スプールを軸方向一方側に押圧して前記第２中間切換位置へと移動させる、
   ことを特徴とする４位置切換弁。
2. 前記スプールは、ばね座軸を同軸上に有していて、
   前記スプール移動機構部は、更に、前記ばね座軸に軸方向に移動自在に設けられた軸方向一端側の第１ばね座及び軸方向他端側の第２ばね座と、を有し、
   前記第１ばね座と前記第２ばね座との間に前記ばね部材が設けられ、
   前記ばね座軸は、軸方向の両端に前記第１及び第２ばね座を当接させる一対の当接部を有し、前記第１及び第２ばね座を前記一対の当接部に当接させた状態において、前記ばね部材は縮設されており、
   前記ボディの前記弁孔には、前記スプール移動機構部を間に配したその軸方向両側に、前記第１及び第２ばね座を当接させる一対のストッパ部が設けられており、
   前記一対の当接部間の軸方向長さをＸ、前記一対のストッパ部間の軸方向長さをＹ、前記第１及び第２駆動部のそれぞれによる前記スプールのストローク長さをＳ１，Ｓ２としたとき、Ｘ＜Ｙ、Ｙ－Ｘ＜Ｓ１，Ｓ２の関係を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の４位置切換弁。
3. 前記弁孔には、前記スプール移動機構部を収容して軸方向に延びるばね収容室が設けられ、
   前記ばね収容室は、軸方向両端部に径方向外側へ延びる一対の端壁を有し、
   前記一対の端壁の夫々は、前記第１及び第２ばね座が当接する前記ストッパ部を有している、
   ことを特徴とする請求項２に記載の４位置切換弁。
4. 前記ばね収容室の内径は、前記弁孔の内径よりも大きく、
   前記第１ばね座及び前記第２ばね座の夫々の外径は、前記弁孔の内径よりも大きく、且つ前記ばね収容室の内径よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の４位置切換弁。
5. 前記一対の当接部は、前記ばね座軸の軸方向の一端から径方向外側へ突出して前記第１ばね座と当接可能な第１段部と、前記ばね座軸の軸方向の他端から径方向外側へ突出して前記第２ばね座と当接可能な第２段部と、を有し、
   前記スプールは、
   前記第１ばね座が前記ばね収容室の軸方向一方側の前記端壁及び前記第１段部に当接し、且つ前記第２ばね座が前記第２段部に当接した状態で前記第１中間切換位置に切り換えられ、
   前記第２ばね座が前記ばね収容室の軸方向他方側の前記端壁及び前記第２段部に当接し、且つ前記第１ばね座が前記第１段部に当接した状態で前記第２中間切換位置に切り換えられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の４位置切換弁。
6. 前記複数のポートは、供給ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、第１排出ポート、第２排出ポートを有し、
   前記一端側切換位置では、前記供給ポート、前記第１出力ポート、前記第２出力ポート及び前記第１排出ポートが遮断されて相互に連通しない第１非連通状態となり、
   前記第１中間切換位置では、前記第１出力ポート及び前記第１排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記供給ポート及び前記第２出力ポートが連通した第１連通状態となり、
   前記第２中間切換位置では、前記供給ポート、前記第１出力ポート、前記第２出力ポート、前記第１排出ポート、前記第２排出ポートが全て遮断されて相互に連通しない第２非連通状態となる、
   前記他端側切換位置では、前記第２出力ポート、前記第１排出ポート、前記第２排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記供給ポート及び前記第１出力ポートが連通した第２連通状態となる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の４位置切換弁。
7. 前記複数のポートは、供給ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、第１排出ポート、第２排出ポートを有し、
   前記他端側切換位置では、前記供給ポート、前記第２出力ポート、前記第２排出ポートが遮断されて相互に連通せず、前記第１出力ポート及び前記第１排出ポートが連通する第３連通状態となる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の４位置切換弁。
   
   

Images