省エネバルブ
【課題】エア消費量の節減と設備の簡素化・小型化とにより、ランニングコストやイニシャルコストを抑制することが可能な省エネバルブを提供する。
【解決手段】弁孔３に給気ポートＰ、第１出力ポートＡ、第２出力ポートＢ及び排気ポートＲ１，Ｒ２とを連通された主弁本体２と、該弁孔内に摺動自在に挿通されて、第１及び第２出力ポートをそれぞれ給気ポート又は排気ポートに接続させる一本のスプール４と、該スプールを第１位置から第２位置へ切り換えるスプール駆動部２０と、第２出力ポートの圧力を作用させる受圧面Ｓを有すると共に弾性的な付勢力が付与された調圧ピストン３０とを備える。スプールは、第２出力ポートの圧力に応じて給気ポートから第２出力ポートに通じる流路の断面積を変化させるように移動し、第２出力ポートの圧力を給気ポートから供給される圧縮エアの圧力ｐより小さい設定圧力ｐ′にする。
【解決手段】弁孔３に給気ポートＰ、第１出力ポートＡ、第２出力ポートＢ及び排気ポートＲ１，Ｒ２とを連通された主弁本体２と、該弁孔内に摺動自在に挿通されて、第１及び第２出力ポートをそれぞれ給気ポート又は排気ポートに接続させる一本のスプール４と、該スプールを第１位置から第２位置へ切り換えるスプール駆動部２０と、第２出力ポートの圧力を作用させる受圧面Ｓを有すると共に弾性的な付勢力が付与された調圧ピストン３０とを備える。スプールは、第２出力ポートの圧力に応じて給気ポートから第２出力ポートに通じる流路の断面積を変化させるように移動し、第２出力ポートの圧力を給気ポートから供給される圧縮エアの圧力ｐより小さい設定圧力ｐ′にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアの給排を切り換える機能を備えたバルブにおいて、一方の出力ポートに供給される圧縮エアを減圧して出力する減圧機能を有する省エネバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気圧アクチュエータとして各種自動機械に広く用いられているエアシリンダでは、ロッドが固定されたピストンを、圧力室内において圧縮エアの給排により往復動させるようになっている。そして、このようなエアシリンダに対する圧縮エアの給排は、切換弁を通じて行うのが一般的である。
ところで、上記エアシリンダにおいては、ピストンの往復動のうち仕事をさせる作業ストローク時には、ロッドに外部負荷が掛かるため、大きな駆動力が必要とされるが、初期位置へ向けて戻す復帰ストローク時には、ロッドに上記外部負荷が掛からないため、上記作業ストローク時よりも小さな駆動力ですむことになる。そして、上記駆動力は、圧力室内に供給する圧縮エアの圧力の高低に依存する。したがって、エア消費量の節約による省エネやランニングコストの抑制を考慮すると、復帰ストローク時には作業ストローク時よりも、圧力室内に供給する圧縮エアの圧力を低く設定することが望ましい。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するため、特許文献１においては、シリンダチューブの圧力作用室に接続された主流路上に減圧弁６，１２５を設けることが提案されている。しかしながら、上記シリンダチューブの各圧力作用室に対する給排気を切り換えるバルブとは別途に当該減圧弁６，１２５を設ける必要性があるため、設備が複雑化・大型化し、イニシャルコストが嵩むという問題があった。
また、本発明者らも、先に特願２０１０−２７９４３号として、復帰ストローク時には作業ストローク時よりも圧力室内に供給する圧縮エアの圧力を低く設定できるようにしたバルブを、より簡素化・小型化されたものとする技術を提案しているが、更なる構成の簡素化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、エア消費量の節減と設備の簡素化・小型化とにより、ランニングコストやイニシャルコストを抑制することが可能な省エネバルブを提供することにある。
本発明の他の課題は、本発明者らの上記既提案のバルブを一層簡素化・小型化したバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る省エネバルブは、軸方向両端に第１端と第２端とを備え、該軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通させた給気ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、及び排気ポートとを有している主弁本体と；前記弁孔内に摺動自在に挿通され、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートをそれぞれ前記給気ポート又は前記排気ポートに接続させる流路を備えた一本のスプールと；前記主弁本体の前記第１端の側に設けられ、前記スプールを前記第２端方向に押圧して摺動させ、該スプールを前記第１端側の第１位置から前記第２端側の第２位置へと切り換えるスプール駆動部と；前記スプールの第２端側に結合され、前記第２出力ポートの圧力を前記第２端方向に作用させる受圧面を有すると共に、前記第１端方向に弾性部材による弾性的な付勢力を付与している調圧ピストンと；を有し、前記スプールが前記第１位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記排気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記給気ポートに接続され、前記スプールが前記第２位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記給気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記排気ポートに接続され、前記給気ポートから前記第２出力ポートへの圧縮エアの供給により、前記調圧ピストンへの弾性部材による付勢力と前記調圧ピストンの受圧面に作用する第２出力ポートの圧力とがバランスしたときに、前記スプールが、第２出力ポートが前記給気ポートにも前記排気ポートにも接続されない第３位置に移動し、前記受圧面に作用する第２出力ポートの圧力が前記弾性部材の付勢力により付与されている設定圧力よりも小さくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプールを移動させ、上記第２出力ポートの圧力が上記設定圧力よりも大きくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートを前記排気ポートに連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成していることを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成を有する省エネバルブの好ましい実施形態においては、前記調圧ピストンは、前記主弁本体の前記第２端の側に設けられた第２のシリンダボディにおける、前記主弁本体の弁孔と同心のシリンダ孔内に、前記軸方向に摺動するよう挿通される。
また、前記第２出力ポートのエア圧力を前記受圧面へと導く調圧用流路が、前記スプールの外周に形成された前記第２出力ポートに連通する環状流路に開く開口から、前記スプール内部を前記軸方向に延びて、前記シリンダ孔内の前記受圧面により区画されたシリンダ室へ接続されているものとして構成される。
【０００８】
更に、上記省エネバルブの他の好ましい実施形態においては、前記調圧ピストンが、前記第１端方向への弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該弾性部材の圧縮量を調節する調節機構とを有し、該調節機構により前記付勢力を変更可能に構成され、或いは、前記調圧ピストンに弾性的な付勢力を付与する弾性部材を、弾性係数が異なるものと交換可能に構成される。
【０００９】
また、上記省エネバルブにおいては、前記スプール駆動部を、前記主弁本体の前記第１端の側に設けた第１のシリンダボディ内の前記弁孔に連通するシリンダ孔内で、前記軸方向に前記スプールとは別個に摺動自在となっている駆動ピストンと、前記駆動ピストンを駆動するパイロット電磁弁とを有し、前記駆動ピストンをパイロットエアで押圧移動させることにより、前記スプールを前記第２端方向に押圧可能に形成するものとして構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成を備えた本発明に係る省エネバルブによれば、大きな駆動力を要しない復帰ストローク時において、供給される圧縮エアを減圧する機能を主弁と一体化して備える構成とすることにより、エア消費量の節減による省エネルギーと、設備の簡素化・小型化とを同時に実現することが可能となる。その結果、設備のランニングコストやイニシャルコストを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る省エネバルブの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第１位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第２位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第３位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第４位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る省エネバルブの、弾性部材を交換可能とする構成とした実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る省エネバルブの構成を示すもので、該省エネバルブ１の主弁本体２は、概略的には、該主弁本体２を構成する弁ケーシング７の第１端２ａとそれと反対側の第２端２ｂとの間を軸ｌ方向に貫設する１本の弁孔３と、該弁孔３に連通させると共に該弁孔３に平行する一方の面側に開口させ、上記第１端２ａ側から第２端２ｂ側に向かって順次開設された第１排気ポートＲ１、給気ポートＰ、及び第２排気ポートＲ２と、上記弁孔３に連通させ、上記主弁本体２における上記一方の面とは弁孔３を挟んで反対側に位置する他方の面側に開設された第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢとを有している。
【００１３】
前記主弁本体２の弁孔３には、前記給気ポートＰを第１出力ポートＡ又は第２出力ポートＢに連通させ、また、それらの出力ポートを第１排気ポートＲ１又は第２排気ポートＲ２に連通させる環状流路５を備えた一本のスプール４が、摺動自在に挿通されている。そして、該スプール４の摺動位置に応じて、第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢの一方が給気ポートＰに接続されると共に、他方が第２排気ポートＲ２又は第１排気ポートＲ１に連通するように切り換えられるものである。
【００１４】
前記主弁本体２の第１端２ａ側にはスプール駆動部２０の第１のシリンダボディ２５が設けられている。該第１のシリンダボディ２５は、前記弁孔３に連通した第１シリンダ孔２４を有し、パイロット電磁弁２２からのパイロットエアにより、前記弁孔３に連通した第１シリンダ孔２４内において摺動自在の駆動ピストン２１を駆動して、例えば、図２に示すような第１位置にある前記スプール４を、主弁本体２の第２端２ｂ方向に押圧し、図３の第２位置に移動させるものである。
スプール４が前記第１位置にあるときには、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１と接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰに接続される。また、スプール４が前記第２位置にあるときには、第１出力ポートＡが給気ポートＰに接続されると共に、第２出力ポートＢが第２排気ポートＲ２に接続される。
【００１５】
一方、スプール４における主弁本体２の第２端２ｂ側には、調圧ピストン３０が結合されている。該調圧ピストン３０は、主弁本体２の第２端２ｂ側に取り付けた第２のシリンダボディ３６に設けた第２シリンダ孔３１内に摺動自在に配設している。該第２シリンダ孔３１は、前記弁孔３の軸ｌ方向に連通するように同軸に設けたものである。そして、前記調圧ピストン３０は、前記主弁本体２の第２端２ｂと対向する受圧面Ｓを有し、該受圧面Ｓには第２出力ポートＢのエアの圧力が作用するように該圧力を導入している。また、前記調圧ピストン３０には、弾性部材３２によって主弁本体２の第１端２ａ方向の付勢力が付与されている。
【００１６】
前記調圧ピストン３０は、受圧面Ｓに作用する圧力と弾性部材３２の付勢力とがバランスするようにスプール４を押圧して移動させるものである。即ち、受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢのエアの圧力が、前記弾性部材３２の付勢力により付与されている設定圧力ｐ′よりも小さくなると、弾性部材３２の付勢力により前記給気ポートＰから前記第２出力ポートＢに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプール４を移動させて、図５の浮動的な第４位置に保持し、また、上記第２出力ポートＢの圧力が上記設定圧力ｐ′よりも大きくなると、前記給気ポートＰから前記第２出力ポートＢに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートＢを前記排気ポートＲ２に連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成している。そして、究極的には、スプール４を図４に示す第３位置、つまり、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１に接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰ及び第２排気ポートＲ２のいずれにも接続されない位置に移動させるようにしている。
【００１７】
次に図１を参照しながら、本発明に係る省エネバルブ１の構成について、上述したところとの重複を避けながらより具体的に説明する。上記省エネバルブ１の主弁本体２は、弁孔３が貫設された弁ケーシング７とポート接続ブロック８とによって構成されている。前記弁ケーシング７の一方の側には、前記第１排気ポートＲ１、給気ポートＰ、第２排気ポートＲ２が設けられ、また、前記弁ケーシング７の他方の側には、第１出力ポートＡと第２出力ポートＢとが設けられているが、第１出力ポートＡの軸ｌ方向の位置は、第１排気ポートＲ１と給気ポートＰとの間にあり、第２出力ポートＢの軸ｌ方向の位置は、給気ポートＰと第２排気ポートＲ２との間にある。そして、前記弁孔３の内周には、第１排気ポートＲ１、第１出力ポートＡ、給気ポートＰ、第２出力ポートＢ及び第２排気ポートＲ２の位置に、環状の内周溝３ａが設けられている。
【００１８】
前記ポート接続ブロック８は、前記弁ケーシング７にボルト等の固定部材で気密に固定され、エア配管を接続するための第１ポート接続孔９及び第２ポート接続孔１０が貫設されて、該第１ポート接続孔９は前記第１出力ポートＡに連通させ、第２ポート接続孔１０は前記第２出力ポートＢに連通させて、出力用のエア配管をそれぞれ前記第１及び第２出力ポートＡ、Ｂに接続できるようにしている。
【００１９】
弁ケーシング７の弁孔３に挿通した前記スプール４には、前記弁孔３の内面のランド部に接して弁孔３内を通して隣り合う各ポート間の流路を遮断し、また弁孔３の両端を封じるための弾性体からなる第１シール部４ａ〜第６シール部４ｆが設けられている。また、スプール４における各シール部の間には、スプール４の径を小さくした環状流路５が形成されている。なお、スプール４の第１端２ａ側にある第１シール部４ａは、第１排気ポートＲ１と前記弁ケーシング７の第１端２ａとの間を常にシールし、また、スプール４の第２端２ｂ側にある第６シール部４ｆは、第２排気ポートＲ２と前記弁ケーシング７の第２端２ｂとの間を常にシールするものである。
【００２０】
スプール４の第２端２ｂ側には、先端部で拡大する断面略Ｔ字状の凸状部４ｈが設けられ、一方、調圧ピストン３０には弁孔３側で開口して奥部で拡大する断面略Ｔ字状の凹状部３０ａが設けられていて、前記スプール４の凸状部４ｈと前記調圧ピストン３０の凹状部３０ａが相互に凹凸係合することにより、スプール４は第２端２ｂ側において調圧ピストン３０と結合している。そのため、調圧ピストン３０とスプール４は、一体となって軸ｌ方向に移動するものである。
【００２１】
主弁本体２の第１端２ａ側に設けられたスプール駆動部２０は、前記弁孔３に対して軸ｌ方向に連通した該弁孔３よりも径の大きい第１シリンダ孔２４を同軸に備えた第１シリンダボディ２５と、該第１シリンダ孔２４内において前記スプール４とは別個に軸ｌ方向に摺動自在となっている駆動ピストン２１と、該駆動ピストン２１の弁孔３とは反対側の面に給気ポートＰから供給される圧縮エアの圧力を作用させて、該駆動ピストン２１を駆動するパイロット電磁弁２２とを有している。前記第１シリンダ孔２４を備えた第１シリンダボディ２５は、前記弁ケーシング７の第１端２ａの端面に気密に固定されている。
【００２２】
前記パイロット電磁弁２２は、その通電により、給気用流路２３を通じて給気ポートＰから供給される圧縮エアを、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂに流入させ、また、通電を解除することにより上記第２シリンダ室２４ｂに流入した圧縮エアを外部に排出するように切り換えられるものである。
一方、前記駆動ピストン２１は、弁孔３側に該弁孔に嵌入してスプール４を押圧する凸状の小径部２１ｂが形成され、弁孔３とは反対側に、前記第１シリンダ孔２４に嵌入する大径部２１ａが形成されている。前記駆動ピストン２１の大径部２１ａには、外周に弾性体から成る環状のシール部材２１ｃが固定され、前記第１シリンダ孔２４は、駆動ピストン２１の大径部２１ａによって弁孔３の側の第１シリンダ室２４ａと、弁孔３とは反対の側の第２シリンダ室２４ｂとに区画されている。
【００２３】
スプール４と第２端２ｂ側において結合している調圧ピストン３０は、第２のシリンダボディ３６に設けられた第２シリンダ孔３１内を軸ｌ方向に摺動自在に嵌挿されている。第２シリンダ孔３１は、前記弁孔３と同軸に配設してその軸ｌ方向に連通して、弁孔３側の大径部３１ｃとその反対側の小径部３１ｄとを有し、小径部３１ｄには呼吸孔３１ｅが設けられている。前記シリンダボディ３６は、前記弁ケーシング７の第２端２ｂの端面に気密に固定されている。
【００２４】
一方、前記調圧ピストン３０は、第２シリンダ孔３１の大径部３１ｃの径よりは小さいが小径部３１ｄの径よりは大きい環状凸部３０ｂを有し、該環状凸部３０ｂの弁孔３側にリップ状のシール部材３０ｃを配設して、該シール部材３０ｃにより第２シリンダ孔３１内を第１シリンダ室３１ａと第２シリンダ室３１ｂとに区画し、該シール部材３０ｃによって第１シリンダ室３１ａの受圧面Ｓが形成されている。該第１シリンダ室３１ａは、弁孔３内を貫通する調圧用流路６を通して、前記第２出力ポートＢに連通させている。該調圧用流路６は、前記スプール４の第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間に形成された環状流路５に開口し、該スプール４内を軸ｌに沿って第２端２ｂ方向に延び、該スプール４の凸状部４ｈ内及び調圧ピストン３０内を順次通って、該調圧ピストン３０の第１シリンダ室３１ａを画する外周面に開口するものである。
【００２５】
前記第２シリンダ孔３１の第２シリンダ室３１ｂには、前記調圧ピストン３０の弁孔３とは反対側の面に当接するように弾性部材（コイルばね）３２が縮設され、該弾性部材３２によって、該調圧ピストン３０には第１端２ａ方向の付勢力が付与される。従って、前記調圧ピストン３０は、前記受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢのエアの圧力と、前記弾性部材３２の付勢力とのバランスが取れる位置に移動することになる。この場合、弾性部材３２の付勢力は、前記受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢの圧力とバランスさせるものであるから、第２出力ポートＢに出力させる圧力についての設定圧ｐ′と言えるものである。
【００２６】
上記設定圧ｐ′を調整するため、前記弾性部材３２の調圧ピストン３０と反対側の端部はバネ受け部材３３によって保持させ、該バネ受け部材３３の外面側には、第２シリンダボディ３６に螺挿した調圧ネジ３４を当接させている。従って、前記調圧ネジ３４を前進又は後退させることにより、弾性部材３２の圧縮量を調節して、前記調圧ピストン３０に付与される弾性部材３２の付勢力、つまり、前記設定圧ｐ′を調節することができる。
【００２７】
次に図２〜図５を参照して、上記構成を有する省エネバルブ１の動作について具体的に説明する。なお、図２〜図５に示される例では、省エネバルブ１がエアシリンダ４０に取り付けられ、エアシリンダ４０のヘッド側圧力室４１に第１出力ポートＡが接続され、ロッド側圧力室４２に第２出力ポートＢが接続されたものとして示している。
【００２８】
まず、図２は、給気ポートＰにエア供給源から圧縮エアが供給されず、パイロット電磁弁２２がオフになっている初期状態を示している。この場合、給気ポートＰに圧縮エアの供給がないため、調圧ピストン３０の受圧面Ｓに圧力が作用せず、該調圧ピストン３０は弾性部材３２の付勢力により第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａを縮小する方向に押圧されて、それに伴って、スプール４は該調圧ピストン３０により主弁本体２の第１端２ａ側に押圧され、第１シリンダ孔２４内の駆動ピストン２１は該第１シリンダ孔２４の弁孔３とは反対側の端面に当接している。
【００２９】
そのため、第１出力ポートＡは、前記スプール４の第２シール部４ｂが弁孔３のランドから外れた位置にあり、第２シール部４ｂと第３シール部４ｃとの間の環状流路５を通して、第１排気ポートＲ１に連通し、該第１出力ポートＡは、前記スプール４の第３シール部４ｃにより給気ポートＰとは遮断されている。一方、第２出力ポートＢは、前記スプール４の第４シール部４ｄが弁孔３のランドから外れた位置にあり、第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間の環状流路５を通して給気ポートＰに接続され、また、第２排気ポートＲ２との間はスプール４の第５シール部４ｅによって遮断されているが、給気ポートＰに圧縮エアの供給がないため、第２出力ポートＢは圧縮エアが供給されていない状態にある。
なお、この初期状態において、上記エアシリンダ４０のピストン４３は、図２に実線で示しているようにヘッド側端部の初期位置に位置するとは限らず、鎖線で示すように、ロッド側に位置して該ピストン４３のロッド４４が突出状態になっていることもある。
【００３０】
次に、エア供給源からの圧力ｐの圧縮エアを給気ポートＰに供給し始めると、図５に示すように、第１出力ポートＡは第１排気ポートＲ１に連通したままであるが、給気ポートＰからの圧縮エアが第２出力ポートＢに流入して、第２出力ポートＢのエアの圧力が上昇し、そのため、スプール４内の調圧用流路６を通して第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａにエアが流入して、その圧力が調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するようになる。そこで、調圧ピストン３０が、受圧面Ｓに作用するエアの圧力に基づく力と、弾性部材３２の付勢力とがバランスするまで、主弁本体２の第２端２ｂから脱出する方向に移動し、そのときの調圧ピストン３０の位置により前記スプール４の位置が設定される。
なお、上記弾性部材３２には、調圧ネジ３４により第２出力ポートＢの設定圧力ｐ′とバランスさせる付勢力が付与されている。
【００３１】
スプール４が図５に示す位置にある状態では、給気ポートＰから第２出力ポートＢ側に流れる流路の断面が大きくて第２出力ポートＢ側のエアの圧力が上記設定圧力ｐ′よりも高くなれば、そのエアの圧力がスプール４内の調圧用流路６を通して第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａに流入し、調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するため、該受圧面Ｓに作用する圧力で弾性部材３２が圧縮され、その結果、調圧ピストン３０と共にスプール４が主弁本体２の第２端２ｂ方向に移動し、逆に、第２出力ポートＢのエアの圧力が例えばエアの漏洩等によって低下すれば、上記調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するエア圧力に基づく力が弾性部材３２の付勢力よりも低下するので、該弾性部材３２の付勢力でスプール４が主弁本体２の弁孔３を第１端２ａ方向に押し戻される。
【００３２】
即ち、図５に示すスプール４の第４位置は、第２出力ポートＢの圧力により浮動的なものであって、スプール４の移動により給気ポートＰから第２出力ポートＢ側に流れる流路の断面積が変動してもスプール位置が該断面積を変動させる範囲で移動し、しかしながら結果的には、第２出力ポートＢのエアの圧力が弾性部材３２に設定された設定圧力ｐ′に接近する方向にスプール４が駆動され、究極的には、スプール４を図４に示す第３位置、つまり、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１に接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰ及び第２排気ポートＲ２のいずれにも接続されない位置に移動させることになる。
【００３３】
上記スプール４の第４位置（図５）では、上述したように、上記第２出力ポートＢのエアの圧力が弾性部材３２に設定された設定圧力ｐ′付近に保持され、究極的には、スプール４が図４に示す第３位置に移動することになるが、上記第４位置にあっても機能的には第３位置にある場合と同等である。
そして、上記エアシリンダ４０のピストン４３が、図２に実線で示すようにロッド側に位置していたときには、そのままの位置に保持されるが、同図に鎖線で示すようにロッド側に位置していたときには、上記第２出力ポートＢへのエアの導入によりヘッド側端部の初期位置に移動する。
【００３４】
上記スプール４が第３位置にあるときには、第２出力ポートＢは、該スプール４の第４シール部４ｄと第５シール部４ｅのシールによって、給気ポートＰと第２排気ポートＲ２から遮断され、その結果、該第２出力ポートＢに接続しているエアシリンダ４０のロッド側圧力室４２の圧力は所定圧力ｐ′で一定になる。一方、第１出力ポートＡは第１排気ポートＲ１に接続されており、該第１出力ポートＡに接続しているヘッド側圧力室４１は引き続き大気に連通した状態となっている。
【００３５】
前述したように、上記エアシリンダ４０においては、ピストンを初期位置へ向けて戻す復帰ストローク時には、通常、ロッドに外部負荷が掛からないため、ロッドに外部負荷が掛かる作業ストローク時よりも小さな駆動力で済むことになるが、上記駆動力は、弾性部材３２に設定される設定圧力ｐ′により適宜低下させることができるので、復帰ストローク時におけるエア消費量の節約により省エネやランニングコストの抑制を図ることができる。
【００３６】
次に、エアシリンダ４０のロッド４４を前進させて該ロッド４４に仕事をさせる作業ストロークに切り換えるために、パイロット電磁弁２２をオンにすると、パイロット給気用流路２３を通じてパイロット電磁弁２２に供給されていた圧縮エアが、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂに導入される。そのため、図３に示されるように、駆動ピストン２１はスプール４を押圧する方向に駆動され、該スプール４を主弁本体２の第２端２ｂ方向に押圧して、図３に示す位置まで摺動させる。この場合に、第２シリンダ室２４ｂに導入されて前記駆動ピストン２１を押圧する圧縮エアの駆動力は、弾性部材３２による第１端２ａ方向への付勢力よりも十分に大きいものであり、そのため、駆動ピストン２１の大径部２１ａが主弁本体２の第１端２ａ側の端面に当接するまで駆動される。そして、前記スプール４の位置は、図３に示される第２位置になる。
【００３７】
前記スプール４が第２位置に移動すると、第１出力ポートＡは、前記スプール４の第３シール部４ｃがランドから外れるので、第２シール部４ｂと第３シール部４ｃとの間の環状流路５を通じて、給気ポートＰに連通すると共に、第２シール部４ｂによるシールで第１排気ポートＲ１との間が遮断される。一方、第２出力ポートＢは、第５シール部４ｅがランドから外れて第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間の環状流路５を通じて第２排気ポートＲ２に接続されると共に、第４シール部４ｄにより給気ポートＰとの間が遮断される。
【００３８】
そのため、エア供給源から供給される圧力ｐの圧縮エアが、給気ポートＰから第１出力ポートＡを通してエアシリンダ４０のヘッド側圧力室４１に供給されると共に、ロッド側圧力室４２の圧縮エアが前記第２排気ポートＲ２を通じて大気に放出される。その結果、エアシリンダ４０のピストン４４がロッド側圧力室４２方向に駆動されると同時に、ロッド４４が必要な仕事をしながら作業ストロークする。
この作業ストローク時には、ロッド４４に外部負荷が作用するが、ヘッド側圧力室４１に対し十分に高い圧力ｐの圧縮エアを供給することになるので、ピストン４３に該外部負荷に応じた十分な駆動力を付与することが可能となると同時に、作業ストロークの応答性を確保することができる。
【００３９】
作業ストロークにおいて仕事をさせながらロッド４４を前進させた後は、ロッド４４を後退させて初期位置に戻す復帰ストロークに移ることになるが、この際には、まずパイロット電磁弁２２をオフにして、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂを大気に連通させる。そうすると、前記調圧ピストン３０に付与される弾性部材３２の付勢力により、前記スプール４及び前記駆動ピストン２１は第１端２ａ方向に押圧されて摺動し、前記スプール４の位置は図２に示される第１位置となる。従って、エアシリンダ４０のロッド側圧力室４２は、給気ポートＰから第２出力ポートＢを介して設定圧力ｐ′の圧縮エアが供給され、ヘッド側圧力室４１は第１出力ポートＡ及び第１排気ポートＲ１を介して大気に連通される。そのため、ピストン４３は、破線で示される状態から実線で示される状態へと後退する。
【００４０】
その後、第２出力ポートＢへ圧縮エアが供給されるのに伴い、第２出力ポートＢの圧力が上昇し、調圧用流路６を介して前記調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するエアの圧力が上昇すると、受圧面Ｓに作用する圧力と弾性部材３２の付勢力とがバランスする該調圧ピストン３０の位置が、前述したように図５に示す第４位置に移動し、最終的には図４の第３位置に至ることになる。
【００４１】
このように、上記省エネバルブ１では、第２出力ポートＢのエアの圧力を前記調圧ピストン３０に作用させて、該第２出力ポートＢのエアの圧力に応じて前記スプール４の位置を移動させようにしているので、復帰ストローク時にロッド側圧力室４２に供給される圧力を減圧してエア消費量の節減を図ることができる。また、この減圧機能を主弁と一体として備える構成とすることにより、省エネルギーと設備の簡素化・小型化とを同時に実現することができ、その結果、設備のランニングコストやイニシャルコストを抑制することができる。
【００４２】
図６には、本発明に係る省エネバルブ１の他の実施例を示している。この実施例では、調圧ピストン３０に第１端２ａ方向の付勢力を付与する弾性部材３２を、弾性係数の異なる他の弾性部材３２と交換交換できる構成としている。即ち、第２シリンダボディ３６の端部に、キャップ状の蓋部材３７を螺挿により着脱可能に取り付けるようしている。前記弾性部材３２を弾性係数の異なる弾性部材３２に交換する際には、該蓋部材３７を第２シリンダボディ３６から取り外し、適切な設定圧力ｐ′を得るための弾性係数のものと交換すればよい。図６に示される省エネバルブ１のその他の構成は、図１に示される省エネバルブ１の構成と実質的に変わるところがないので、同一または対応部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲において、様々な設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 省エネバルブ
２ 主弁本体
２ａ 第１端
２ｂ 第２端
３ 弁孔
４ スプール
６ 調圧用流路
２０ スプール駆動部
２１ 駆動ピストン
２２ パイロット電磁弁
２４ 第１シリンダ孔
３０ 調圧ピストン
３１ 第２シリンダ孔
３２ 弾性部材
ｌ 軸
Ａ 第１出力ポート
Ｂ 第２出力ポート
Ｐ 給気ポート
Ｒ１ 第１排気ポート
Ｒ２ 第２排気ポート
Ｓ 受圧面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアの給排を切り換える機能を備えたバルブにおいて、一方の出力ポートに供給される圧縮エアを減圧して出力する減圧機能を有する省エネバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気圧アクチュエータとして各種自動機械に広く用いられているエアシリンダでは、ロッドが固定されたピストンを、圧力室内において圧縮エアの給排により往復動させるようになっている。そして、このようなエアシリンダに対する圧縮エアの給排は、切換弁を通じて行うのが一般的である。
ところで、上記エアシリンダにおいては、ピストンの往復動のうち仕事をさせる作業ストローク時には、ロッドに外部負荷が掛かるため、大きな駆動力が必要とされるが、初期位置へ向けて戻す復帰ストローク時には、ロッドに上記外部負荷が掛からないため、上記作業ストローク時よりも小さな駆動力ですむことになる。そして、上記駆動力は、圧力室内に供給する圧縮エアの圧力の高低に依存する。したがって、エア消費量の節約による省エネやランニングコストの抑制を考慮すると、復帰ストローク時には作業ストローク時よりも、圧力室内に供給する圧縮エアの圧力を低く設定することが望ましい。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するため、特許文献１においては、シリンダチューブの圧力作用室に接続された主流路上に減圧弁６，１２５を設けることが提案されている。しかしながら、上記シリンダチューブの各圧力作用室に対する給排気を切り換えるバルブとは別途に当該減圧弁６，１２５を設ける必要性があるため、設備が複雑化・大型化し、イニシャルコストが嵩むという問題があった。
また、本発明者らも、先に特願２０１０−２７９４３号として、復帰ストローク時には作業ストローク時よりも圧力室内に供給する圧縮エアの圧力を低く設定できるようにしたバルブを、より簡素化・小型化されたものとする技術を提案しているが、更なる構成の簡素化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、エア消費量の節減と設備の簡素化・小型化とにより、ランニングコストやイニシャルコストを抑制することが可能な省エネバルブを提供することにある。
本発明の他の課題は、本発明者らの上記既提案のバルブを一層簡素化・小型化したバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る省エネバルブは、軸方向両端に第１端と第２端とを備え、該軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通させた給気ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、及び排気ポートとを有している主弁本体と；前記弁孔内に摺動自在に挿通され、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートをそれぞれ前記給気ポート又は前記排気ポートに接続させる流路を備えた一本のスプールと；前記主弁本体の前記第１端の側に設けられ、前記スプールを前記第２端方向に押圧して摺動させ、該スプールを前記第１端側の第１位置から前記第２端側の第２位置へと切り換えるスプール駆動部と；前記スプールの第２端側に結合され、前記第２出力ポートの圧力を前記第２端方向に作用させる受圧面を有すると共に、前記第１端方向に弾性部材による弾性的な付勢力を付与している調圧ピストンと；を有し、前記スプールが前記第１位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記排気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記給気ポートに接続され、前記スプールが前記第２位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記給気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記排気ポートに接続され、前記給気ポートから前記第２出力ポートへの圧縮エアの供給により、前記調圧ピストンへの弾性部材による付勢力と前記調圧ピストンの受圧面に作用する第２出力ポートの圧力とがバランスしたときに、前記スプールが、第２出力ポートが前記給気ポートにも前記排気ポートにも接続されない第３位置に移動し、前記受圧面に作用する第２出力ポートの圧力が前記弾性部材の付勢力により付与されている設定圧力よりも小さくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプールを移動させ、上記第２出力ポートの圧力が上記設定圧力よりも大きくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートを前記排気ポートに連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成していることを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成を有する省エネバルブの好ましい実施形態においては、前記調圧ピストンは、前記主弁本体の前記第２端の側に設けられた第２のシリンダボディにおける、前記主弁本体の弁孔と同心のシリンダ孔内に、前記軸方向に摺動するよう挿通される。
また、前記第２出力ポートのエア圧力を前記受圧面へと導く調圧用流路が、前記スプールの外周に形成された前記第２出力ポートに連通する環状流路に開く開口から、前記スプール内部を前記軸方向に延びて、前記シリンダ孔内の前記受圧面により区画されたシリンダ室へ接続されているものとして構成される。
【０００８】
更に、上記省エネバルブの他の好ましい実施形態においては、前記調圧ピストンが、前記第１端方向への弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該弾性部材の圧縮量を調節する調節機構とを有し、該調節機構により前記付勢力を変更可能に構成され、或いは、前記調圧ピストンに弾性的な付勢力を付与する弾性部材を、弾性係数が異なるものと交換可能に構成される。
【０００９】
また、上記省エネバルブにおいては、前記スプール駆動部を、前記主弁本体の前記第１端の側に設けた第１のシリンダボディ内の前記弁孔に連通するシリンダ孔内で、前記軸方向に前記スプールとは別個に摺動自在となっている駆動ピストンと、前記駆動ピストンを駆動するパイロット電磁弁とを有し、前記駆動ピストンをパイロットエアで押圧移動させることにより、前記スプールを前記第２端方向に押圧可能に形成するものとして構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成を備えた本発明に係る省エネバルブによれば、大きな駆動力を要しない復帰ストローク時において、供給される圧縮エアを減圧する機能を主弁と一体化して備える構成とすることにより、エア消費量の節減による省エネルギーと、設備の簡素化・小型化とを同時に実現することが可能となる。その結果、設備のランニングコストやイニシャルコストを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る省エネバルブの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第１位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第２位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第３位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る省エネバルブにおいて、スプールが第４位置にあるときの状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る省エネバルブの、弾性部材を交換可能とする構成とした実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る省エネバルブの構成を示すもので、該省エネバルブ１の主弁本体２は、概略的には、該主弁本体２を構成する弁ケーシング７の第１端２ａとそれと反対側の第２端２ｂとの間を軸ｌ方向に貫設する１本の弁孔３と、該弁孔３に連通させると共に該弁孔３に平行する一方の面側に開口させ、上記第１端２ａ側から第２端２ｂ側に向かって順次開設された第１排気ポートＲ１、給気ポートＰ、及び第２排気ポートＲ２と、上記弁孔３に連通させ、上記主弁本体２における上記一方の面とは弁孔３を挟んで反対側に位置する他方の面側に開設された第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢとを有している。
【００１３】
前記主弁本体２の弁孔３には、前記給気ポートＰを第１出力ポートＡ又は第２出力ポートＢに連通させ、また、それらの出力ポートを第１排気ポートＲ１又は第２排気ポートＲ２に連通させる環状流路５を備えた一本のスプール４が、摺動自在に挿通されている。そして、該スプール４の摺動位置に応じて、第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢの一方が給気ポートＰに接続されると共に、他方が第２排気ポートＲ２又は第１排気ポートＲ１に連通するように切り換えられるものである。
【００１４】
前記主弁本体２の第１端２ａ側にはスプール駆動部２０の第１のシリンダボディ２５が設けられている。該第１のシリンダボディ２５は、前記弁孔３に連通した第１シリンダ孔２４を有し、パイロット電磁弁２２からのパイロットエアにより、前記弁孔３に連通した第１シリンダ孔２４内において摺動自在の駆動ピストン２１を駆動して、例えば、図２に示すような第１位置にある前記スプール４を、主弁本体２の第２端２ｂ方向に押圧し、図３の第２位置に移動させるものである。
スプール４が前記第１位置にあるときには、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１と接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰに接続される。また、スプール４が前記第２位置にあるときには、第１出力ポートＡが給気ポートＰに接続されると共に、第２出力ポートＢが第２排気ポートＲ２に接続される。
【００１５】
一方、スプール４における主弁本体２の第２端２ｂ側には、調圧ピストン３０が結合されている。該調圧ピストン３０は、主弁本体２の第２端２ｂ側に取り付けた第２のシリンダボディ３６に設けた第２シリンダ孔３１内に摺動自在に配設している。該第２シリンダ孔３１は、前記弁孔３の軸ｌ方向に連通するように同軸に設けたものである。そして、前記調圧ピストン３０は、前記主弁本体２の第２端２ｂと対向する受圧面Ｓを有し、該受圧面Ｓには第２出力ポートＢのエアの圧力が作用するように該圧力を導入している。また、前記調圧ピストン３０には、弾性部材３２によって主弁本体２の第１端２ａ方向の付勢力が付与されている。
【００１６】
前記調圧ピストン３０は、受圧面Ｓに作用する圧力と弾性部材３２の付勢力とがバランスするようにスプール４を押圧して移動させるものである。即ち、受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢのエアの圧力が、前記弾性部材３２の付勢力により付与されている設定圧力ｐ′よりも小さくなると、弾性部材３２の付勢力により前記給気ポートＰから前記第２出力ポートＢに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプール４を移動させて、図５の浮動的な第４位置に保持し、また、上記第２出力ポートＢの圧力が上記設定圧力ｐ′よりも大きくなると、前記給気ポートＰから前記第２出力ポートＢに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートＢを前記排気ポートＲ２に連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成している。そして、究極的には、スプール４を図４に示す第３位置、つまり、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１に接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰ及び第２排気ポートＲ２のいずれにも接続されない位置に移動させるようにしている。
【００１７】
次に図１を参照しながら、本発明に係る省エネバルブ１の構成について、上述したところとの重複を避けながらより具体的に説明する。上記省エネバルブ１の主弁本体２は、弁孔３が貫設された弁ケーシング７とポート接続ブロック８とによって構成されている。前記弁ケーシング７の一方の側には、前記第１排気ポートＲ１、給気ポートＰ、第２排気ポートＲ２が設けられ、また、前記弁ケーシング７の他方の側には、第１出力ポートＡと第２出力ポートＢとが設けられているが、第１出力ポートＡの軸ｌ方向の位置は、第１排気ポートＲ１と給気ポートＰとの間にあり、第２出力ポートＢの軸ｌ方向の位置は、給気ポートＰと第２排気ポートＲ２との間にある。そして、前記弁孔３の内周には、第１排気ポートＲ１、第１出力ポートＡ、給気ポートＰ、第２出力ポートＢ及び第２排気ポートＲ２の位置に、環状の内周溝３ａが設けられている。
【００１８】
前記ポート接続ブロック８は、前記弁ケーシング７にボルト等の固定部材で気密に固定され、エア配管を接続するための第１ポート接続孔９及び第２ポート接続孔１０が貫設されて、該第１ポート接続孔９は前記第１出力ポートＡに連通させ、第２ポート接続孔１０は前記第２出力ポートＢに連通させて、出力用のエア配管をそれぞれ前記第１及び第２出力ポートＡ、Ｂに接続できるようにしている。
【００１９】
弁ケーシング７の弁孔３に挿通した前記スプール４には、前記弁孔３の内面のランド部に接して弁孔３内を通して隣り合う各ポート間の流路を遮断し、また弁孔３の両端を封じるための弾性体からなる第１シール部４ａ〜第６シール部４ｆが設けられている。また、スプール４における各シール部の間には、スプール４の径を小さくした環状流路５が形成されている。なお、スプール４の第１端２ａ側にある第１シール部４ａは、第１排気ポートＲ１と前記弁ケーシング７の第１端２ａとの間を常にシールし、また、スプール４の第２端２ｂ側にある第６シール部４ｆは、第２排気ポートＲ２と前記弁ケーシング７の第２端２ｂとの間を常にシールするものである。
【００２０】
スプール４の第２端２ｂ側には、先端部で拡大する断面略Ｔ字状の凸状部４ｈが設けられ、一方、調圧ピストン３０には弁孔３側で開口して奥部で拡大する断面略Ｔ字状の凹状部３０ａが設けられていて、前記スプール４の凸状部４ｈと前記調圧ピストン３０の凹状部３０ａが相互に凹凸係合することにより、スプール４は第２端２ｂ側において調圧ピストン３０と結合している。そのため、調圧ピストン３０とスプール４は、一体となって軸ｌ方向に移動するものである。
【００２１】
主弁本体２の第１端２ａ側に設けられたスプール駆動部２０は、前記弁孔３に対して軸ｌ方向に連通した該弁孔３よりも径の大きい第１シリンダ孔２４を同軸に備えた第１シリンダボディ２５と、該第１シリンダ孔２４内において前記スプール４とは別個に軸ｌ方向に摺動自在となっている駆動ピストン２１と、該駆動ピストン２１の弁孔３とは反対側の面に給気ポートＰから供給される圧縮エアの圧力を作用させて、該駆動ピストン２１を駆動するパイロット電磁弁２２とを有している。前記第１シリンダ孔２４を備えた第１シリンダボディ２５は、前記弁ケーシング７の第１端２ａの端面に気密に固定されている。
【００２２】
前記パイロット電磁弁２２は、その通電により、給気用流路２３を通じて給気ポートＰから供給される圧縮エアを、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂに流入させ、また、通電を解除することにより上記第２シリンダ室２４ｂに流入した圧縮エアを外部に排出するように切り換えられるものである。
一方、前記駆動ピストン２１は、弁孔３側に該弁孔に嵌入してスプール４を押圧する凸状の小径部２１ｂが形成され、弁孔３とは反対側に、前記第１シリンダ孔２４に嵌入する大径部２１ａが形成されている。前記駆動ピストン２１の大径部２１ａには、外周に弾性体から成る環状のシール部材２１ｃが固定され、前記第１シリンダ孔２４は、駆動ピストン２１の大径部２１ａによって弁孔３の側の第１シリンダ室２４ａと、弁孔３とは反対の側の第２シリンダ室２４ｂとに区画されている。
【００２３】
スプール４と第２端２ｂ側において結合している調圧ピストン３０は、第２のシリンダボディ３６に設けられた第２シリンダ孔３１内を軸ｌ方向に摺動自在に嵌挿されている。第２シリンダ孔３１は、前記弁孔３と同軸に配設してその軸ｌ方向に連通して、弁孔３側の大径部３１ｃとその反対側の小径部３１ｄとを有し、小径部３１ｄには呼吸孔３１ｅが設けられている。前記シリンダボディ３６は、前記弁ケーシング７の第２端２ｂの端面に気密に固定されている。
【００２４】
一方、前記調圧ピストン３０は、第２シリンダ孔３１の大径部３１ｃの径よりは小さいが小径部３１ｄの径よりは大きい環状凸部３０ｂを有し、該環状凸部３０ｂの弁孔３側にリップ状のシール部材３０ｃを配設して、該シール部材３０ｃにより第２シリンダ孔３１内を第１シリンダ室３１ａと第２シリンダ室３１ｂとに区画し、該シール部材３０ｃによって第１シリンダ室３１ａの受圧面Ｓが形成されている。該第１シリンダ室３１ａは、弁孔３内を貫通する調圧用流路６を通して、前記第２出力ポートＢに連通させている。該調圧用流路６は、前記スプール４の第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間に形成された環状流路５に開口し、該スプール４内を軸ｌに沿って第２端２ｂ方向に延び、該スプール４の凸状部４ｈ内及び調圧ピストン３０内を順次通って、該調圧ピストン３０の第１シリンダ室３１ａを画する外周面に開口するものである。
【００２５】
前記第２シリンダ孔３１の第２シリンダ室３１ｂには、前記調圧ピストン３０の弁孔３とは反対側の面に当接するように弾性部材（コイルばね）３２が縮設され、該弾性部材３２によって、該調圧ピストン３０には第１端２ａ方向の付勢力が付与される。従って、前記調圧ピストン３０は、前記受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢのエアの圧力と、前記弾性部材３２の付勢力とのバランスが取れる位置に移動することになる。この場合、弾性部材３２の付勢力は、前記受圧面Ｓに作用する第２出力ポートＢの圧力とバランスさせるものであるから、第２出力ポートＢに出力させる圧力についての設定圧ｐ′と言えるものである。
【００２６】
上記設定圧ｐ′を調整するため、前記弾性部材３２の調圧ピストン３０と反対側の端部はバネ受け部材３３によって保持させ、該バネ受け部材３３の外面側には、第２シリンダボディ３６に螺挿した調圧ネジ３４を当接させている。従って、前記調圧ネジ３４を前進又は後退させることにより、弾性部材３２の圧縮量を調節して、前記調圧ピストン３０に付与される弾性部材３２の付勢力、つまり、前記設定圧ｐ′を調節することができる。
【００２７】
次に図２〜図５を参照して、上記構成を有する省エネバルブ１の動作について具体的に説明する。なお、図２〜図５に示される例では、省エネバルブ１がエアシリンダ４０に取り付けられ、エアシリンダ４０のヘッド側圧力室４１に第１出力ポートＡが接続され、ロッド側圧力室４２に第２出力ポートＢが接続されたものとして示している。
【００２８】
まず、図２は、給気ポートＰにエア供給源から圧縮エアが供給されず、パイロット電磁弁２２がオフになっている初期状態を示している。この場合、給気ポートＰに圧縮エアの供給がないため、調圧ピストン３０の受圧面Ｓに圧力が作用せず、該調圧ピストン３０は弾性部材３２の付勢力により第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａを縮小する方向に押圧されて、それに伴って、スプール４は該調圧ピストン３０により主弁本体２の第１端２ａ側に押圧され、第１シリンダ孔２４内の駆動ピストン２１は該第１シリンダ孔２４の弁孔３とは反対側の端面に当接している。
【００２９】
そのため、第１出力ポートＡは、前記スプール４の第２シール部４ｂが弁孔３のランドから外れた位置にあり、第２シール部４ｂと第３シール部４ｃとの間の環状流路５を通して、第１排気ポートＲ１に連通し、該第１出力ポートＡは、前記スプール４の第３シール部４ｃにより給気ポートＰとは遮断されている。一方、第２出力ポートＢは、前記スプール４の第４シール部４ｄが弁孔３のランドから外れた位置にあり、第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間の環状流路５を通して給気ポートＰに接続され、また、第２排気ポートＲ２との間はスプール４の第５シール部４ｅによって遮断されているが、給気ポートＰに圧縮エアの供給がないため、第２出力ポートＢは圧縮エアが供給されていない状態にある。
なお、この初期状態において、上記エアシリンダ４０のピストン４３は、図２に実線で示しているようにヘッド側端部の初期位置に位置するとは限らず、鎖線で示すように、ロッド側に位置して該ピストン４３のロッド４４が突出状態になっていることもある。
【００３０】
次に、エア供給源からの圧力ｐの圧縮エアを給気ポートＰに供給し始めると、図５に示すように、第１出力ポートＡは第１排気ポートＲ１に連通したままであるが、給気ポートＰからの圧縮エアが第２出力ポートＢに流入して、第２出力ポートＢのエアの圧力が上昇し、そのため、スプール４内の調圧用流路６を通して第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａにエアが流入して、その圧力が調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するようになる。そこで、調圧ピストン３０が、受圧面Ｓに作用するエアの圧力に基づく力と、弾性部材３２の付勢力とがバランスするまで、主弁本体２の第２端２ｂから脱出する方向に移動し、そのときの調圧ピストン３０の位置により前記スプール４の位置が設定される。
なお、上記弾性部材３２には、調圧ネジ３４により第２出力ポートＢの設定圧力ｐ′とバランスさせる付勢力が付与されている。
【００３１】
スプール４が図５に示す位置にある状態では、給気ポートＰから第２出力ポートＢ側に流れる流路の断面が大きくて第２出力ポートＢ側のエアの圧力が上記設定圧力ｐ′よりも高くなれば、そのエアの圧力がスプール４内の調圧用流路６を通して第２シリンダ孔３１の第１シリンダ室３１ａに流入し、調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するため、該受圧面Ｓに作用する圧力で弾性部材３２が圧縮され、その結果、調圧ピストン３０と共にスプール４が主弁本体２の第２端２ｂ方向に移動し、逆に、第２出力ポートＢのエアの圧力が例えばエアの漏洩等によって低下すれば、上記調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するエア圧力に基づく力が弾性部材３２の付勢力よりも低下するので、該弾性部材３２の付勢力でスプール４が主弁本体２の弁孔３を第１端２ａ方向に押し戻される。
【００３２】
即ち、図５に示すスプール４の第４位置は、第２出力ポートＢの圧力により浮動的なものであって、スプール４の移動により給気ポートＰから第２出力ポートＢ側に流れる流路の断面積が変動してもスプール位置が該断面積を変動させる範囲で移動し、しかしながら結果的には、第２出力ポートＢのエアの圧力が弾性部材３２に設定された設定圧力ｐ′に接近する方向にスプール４が駆動され、究極的には、スプール４を図４に示す第３位置、つまり、第１出力ポートＡが第１排気ポートＲ１に接続されると共に、第２出力ポートＢが給気ポートＰ及び第２排気ポートＲ２のいずれにも接続されない位置に移動させることになる。
【００３３】
上記スプール４の第４位置（図５）では、上述したように、上記第２出力ポートＢのエアの圧力が弾性部材３２に設定された設定圧力ｐ′付近に保持され、究極的には、スプール４が図４に示す第３位置に移動することになるが、上記第４位置にあっても機能的には第３位置にある場合と同等である。
そして、上記エアシリンダ４０のピストン４３が、図２に実線で示すようにロッド側に位置していたときには、そのままの位置に保持されるが、同図に鎖線で示すようにロッド側に位置していたときには、上記第２出力ポートＢへのエアの導入によりヘッド側端部の初期位置に移動する。
【００３４】
上記スプール４が第３位置にあるときには、第２出力ポートＢは、該スプール４の第４シール部４ｄと第５シール部４ｅのシールによって、給気ポートＰと第２排気ポートＲ２から遮断され、その結果、該第２出力ポートＢに接続しているエアシリンダ４０のロッド側圧力室４２の圧力は所定圧力ｐ′で一定になる。一方、第１出力ポートＡは第１排気ポートＲ１に接続されており、該第１出力ポートＡに接続しているヘッド側圧力室４１は引き続き大気に連通した状態となっている。
【００３５】
前述したように、上記エアシリンダ４０においては、ピストンを初期位置へ向けて戻す復帰ストローク時には、通常、ロッドに外部負荷が掛からないため、ロッドに外部負荷が掛かる作業ストローク時よりも小さな駆動力で済むことになるが、上記駆動力は、弾性部材３２に設定される設定圧力ｐ′により適宜低下させることができるので、復帰ストローク時におけるエア消費量の節約により省エネやランニングコストの抑制を図ることができる。
【００３６】
次に、エアシリンダ４０のロッド４４を前進させて該ロッド４４に仕事をさせる作業ストロークに切り換えるために、パイロット電磁弁２２をオンにすると、パイロット給気用流路２３を通じてパイロット電磁弁２２に供給されていた圧縮エアが、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂに導入される。そのため、図３に示されるように、駆動ピストン２１はスプール４を押圧する方向に駆動され、該スプール４を主弁本体２の第２端２ｂ方向に押圧して、図３に示す位置まで摺動させる。この場合に、第２シリンダ室２４ｂに導入されて前記駆動ピストン２１を押圧する圧縮エアの駆動力は、弾性部材３２による第１端２ａ方向への付勢力よりも十分に大きいものであり、そのため、駆動ピストン２１の大径部２１ａが主弁本体２の第１端２ａ側の端面に当接するまで駆動される。そして、前記スプール４の位置は、図３に示される第２位置になる。
【００３７】
前記スプール４が第２位置に移動すると、第１出力ポートＡは、前記スプール４の第３シール部４ｃがランドから外れるので、第２シール部４ｂと第３シール部４ｃとの間の環状流路５を通じて、給気ポートＰに連通すると共に、第２シール部４ｂによるシールで第１排気ポートＲ１との間が遮断される。一方、第２出力ポートＢは、第５シール部４ｅがランドから外れて第４シール部４ｄと第５シール部４ｅとの間の環状流路５を通じて第２排気ポートＲ２に接続されると共に、第４シール部４ｄにより給気ポートＰとの間が遮断される。
【００３８】
そのため、エア供給源から供給される圧力ｐの圧縮エアが、給気ポートＰから第１出力ポートＡを通してエアシリンダ４０のヘッド側圧力室４１に供給されると共に、ロッド側圧力室４２の圧縮エアが前記第２排気ポートＲ２を通じて大気に放出される。その結果、エアシリンダ４０のピストン４４がロッド側圧力室４２方向に駆動されると同時に、ロッド４４が必要な仕事をしながら作業ストロークする。
この作業ストローク時には、ロッド４４に外部負荷が作用するが、ヘッド側圧力室４１に対し十分に高い圧力ｐの圧縮エアを供給することになるので、ピストン４３に該外部負荷に応じた十分な駆動力を付与することが可能となると同時に、作業ストロークの応答性を確保することができる。
【００３９】
作業ストロークにおいて仕事をさせながらロッド４４を前進させた後は、ロッド４４を後退させて初期位置に戻す復帰ストロークに移ることになるが、この際には、まずパイロット電磁弁２２をオフにして、第１シリンダ孔２４の第２シリンダ室２４ｂを大気に連通させる。そうすると、前記調圧ピストン３０に付与される弾性部材３２の付勢力により、前記スプール４及び前記駆動ピストン２１は第１端２ａ方向に押圧されて摺動し、前記スプール４の位置は図２に示される第１位置となる。従って、エアシリンダ４０のロッド側圧力室４２は、給気ポートＰから第２出力ポートＢを介して設定圧力ｐ′の圧縮エアが供給され、ヘッド側圧力室４１は第１出力ポートＡ及び第１排気ポートＲ１を介して大気に連通される。そのため、ピストン４３は、破線で示される状態から実線で示される状態へと後退する。
【００４０】
その後、第２出力ポートＢへ圧縮エアが供給されるのに伴い、第２出力ポートＢの圧力が上昇し、調圧用流路６を介して前記調圧ピストン３０の受圧面Ｓに作用するエアの圧力が上昇すると、受圧面Ｓに作用する圧力と弾性部材３２の付勢力とがバランスする該調圧ピストン３０の位置が、前述したように図５に示す第４位置に移動し、最終的には図４の第３位置に至ることになる。
【００４１】
このように、上記省エネバルブ１では、第２出力ポートＢのエアの圧力を前記調圧ピストン３０に作用させて、該第２出力ポートＢのエアの圧力に応じて前記スプール４の位置を移動させようにしているので、復帰ストローク時にロッド側圧力室４２に供給される圧力を減圧してエア消費量の節減を図ることができる。また、この減圧機能を主弁と一体として備える構成とすることにより、省エネルギーと設備の簡素化・小型化とを同時に実現することができ、その結果、設備のランニングコストやイニシャルコストを抑制することができる。
【００４２】
図６には、本発明に係る省エネバルブ１の他の実施例を示している。この実施例では、調圧ピストン３０に第１端２ａ方向の付勢力を付与する弾性部材３２を、弾性係数の異なる他の弾性部材３２と交換交換できる構成としている。即ち、第２シリンダボディ３６の端部に、キャップ状の蓋部材３７を螺挿により着脱可能に取り付けるようしている。前記弾性部材３２を弾性係数の異なる弾性部材３２に交換する際には、該蓋部材３７を第２シリンダボディ３６から取り外し、適切な設定圧力ｐ′を得るための弾性係数のものと交換すればよい。図６に示される省エネバルブ１のその他の構成は、図１に示される省エネバルブ１の構成と実質的に変わるところがないので、同一または対応部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲において、様々な設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 省エネバルブ
２ 主弁本体
２ａ 第１端
２ｂ 第２端
３ 弁孔
４ スプール
６ 調圧用流路
２０ スプール駆動部
２１ 駆動ピストン
２２ パイロット電磁弁
２４ 第１シリンダ孔
３０ 調圧ピストン
３１ 第２シリンダ孔
３２ 弾性部材
ｌ 軸
Ａ 第１出力ポート
Ｂ 第２出力ポート
Ｐ 給気ポート
Ｒ１ 第１排気ポート
Ｒ２ 第２排気ポート
Ｓ 受圧面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向両端に第１端と第２端とを備え、該軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通させた給気ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、及び排気ポートとを有している主弁本体と；
前記弁孔内に摺動自在に挿通され、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートをそれぞれ前記給気ポート又は前記排気ポートに接続させる流路を備えた一本のスプールと；
前記主弁本体の前記第１端の側に設けられ、前記スプールを前記第２端方向に押圧して摺動させ、該スプールを前記第１端側の第１位置から前記第２端側の第２位置へと切り換えるスプール駆動部と；
前記スプールの第２端側に結合され、前記第２出力ポートの圧力を前記第２端方向に作用させる受圧面を有すると共に、前記第１端方向に弾性部材による弾性的な付勢力を付与している調圧ピストンと；
を有し、
前記スプールが前記第１位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記排気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記給気ポートに接続され、
前記スプールが前記第２位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記給気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記排気ポートに接続され、
前記給気ポートから前記第２出力ポートへの圧縮エアの供給により、前記調圧ピストンへの弾性部材による付勢力と前記調圧ピストンの受圧面に作用する第２出力ポートの圧力とがバランスしたときに、前記スプールが、第２出力ポートが前記給気ポートにも前記排気ポートにも接続されない第３位置に移動し、
前記受圧面に作用する第２出力ポートの圧力が前記弾性部材の付勢力により付与されている設定圧力よりも小さくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプールを移動させ、上記第２出力ポートの圧力が上記設定圧力よりも大きくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートを前記排気ポートに連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成している、
ことを特徴とする省エネバルブ。
【請求項２】
前記調圧ピストンは、前記主弁本体の前記第２端の側に設けられた第２のシリンダボディにおける、前記主弁本体の弁孔と同心のシリンダ孔内に、前記軸方向に摺動するよう挿通されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の省エネバルブ。
【請求項３】
前記第２出力ポートのエア圧力を前記受圧面へと導く調圧用流路が、前記スプールの外周に形成された前記第２出力ポートに連通する環状流路に開く開口から、前記スプール内部を前記軸方向に延びて、前記シリンダ孔内の前記受圧面により区画されたシリンダ室へと接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の省エネバルブ。
【請求項４】
前記調圧ピストンが、前記第１端方向への弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該弾性部材の圧縮量を調節する調節機構とを有し、該調節機構により前記付勢力を変更可能に構成している、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の省エネバルブ。
【請求項５】
前記調圧ピストンに弾性的な付勢力を付与する弾性部材を、弾性係数が異なるものと交換可能に構成している、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の省エネバルブ。
【請求項６】
前記スプール駆動部が、前記主弁本体の前記第１端の側に設けた第１のシリンダボディ内の前記弁孔に連通するシリンダ孔内で、前記軸方向に前記スプールとは別個に摺動自在となっている駆動ピストンと、前記駆動ピストンを駆動するパイロット電磁弁とを有し、前記駆動ピストンをパイロットエアで押圧移動させることにより、前記スプールを前記第２端方向に押圧可能に形成している、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の省エネバルブ。
【請求項１】
軸方向両端に第１端と第２端とを備え、該軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔にそれぞれ連通させた給気ポート、第１出力ポート、第２出力ポート、及び排気ポートとを有している主弁本体と；
前記弁孔内に摺動自在に挿通され、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートをそれぞれ前記給気ポート又は前記排気ポートに接続させる流路を備えた一本のスプールと；
前記主弁本体の前記第１端の側に設けられ、前記スプールを前記第２端方向に押圧して摺動させ、該スプールを前記第１端側の第１位置から前記第２端側の第２位置へと切り換えるスプール駆動部と；
前記スプールの第２端側に結合され、前記第２出力ポートの圧力を前記第２端方向に作用させる受圧面を有すると共に、前記第１端方向に弾性部材による弾性的な付勢力を付与している調圧ピストンと；
を有し、
前記スプールが前記第１位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記排気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記給気ポートに接続され、
前記スプールが前記第２位置にあるとき、前記第１出力ポートが前記給気ポートに接続されると共に、前記第２出力ポートが前記排気ポートに接続され、
前記給気ポートから前記第２出力ポートへの圧縮エアの供給により、前記調圧ピストンへの弾性部材による付勢力と前記調圧ピストンの受圧面に作用する第２出力ポートの圧力とがバランスしたときに、前記スプールが、第２出力ポートが前記給気ポートにも前記排気ポートにも接続されない第３位置に移動し、
前記受圧面に作用する第２出力ポートの圧力が前記弾性部材の付勢力により付与されている設定圧力よりも小さくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路の断面積を大きくする方向に前記スプールを移動させ、上記第２出力ポートの圧力が上記設定圧力よりも大きくなると、前記給気ポートから前記第２出力ポートに通じる流路を閉じると共に、前記第２出力ポートを前記排気ポートに連通させる流路を開く方向に、前記スプールを移動させるように構成している、
ことを特徴とする省エネバルブ。
【請求項２】
前記調圧ピストンは、前記主弁本体の前記第２端の側に設けられた第２のシリンダボディにおける、前記主弁本体の弁孔と同心のシリンダ孔内に、前記軸方向に摺動するよう挿通されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の省エネバルブ。
【請求項３】
前記第２出力ポートのエア圧力を前記受圧面へと導く調圧用流路が、前記スプールの外周に形成された前記第２出力ポートに連通する環状流路に開く開口から、前記スプール内部を前記軸方向に延びて、前記シリンダ孔内の前記受圧面により区画されたシリンダ室へと接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の省エネバルブ。
【請求項４】
前記調圧ピストンが、前記第１端方向への弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該弾性部材の圧縮量を調節する調節機構とを有し、該調節機構により前記付勢力を変更可能に構成している、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の省エネバルブ。
【請求項５】
前記調圧ピストンに弾性的な付勢力を付与する弾性部材を、弾性係数が異なるものと交換可能に構成している、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の省エネバルブ。
【請求項６】
前記スプール駆動部が、前記主弁本体の前記第１端の側に設けた第１のシリンダボディ内の前記弁孔に連通するシリンダ孔内で、前記軸方向に前記スプールとは別個に摺動自在となっている駆動ピストンと、前記駆動ピストンを駆動するパイロット電磁弁とを有し、前記駆動ピストンをパイロットエアで押圧移動させることにより、前記スプールを前記第２端方向に押圧可能に形成している、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の省エネバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２４３４５（Ｐ２０１３−２４３４５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０７８０（Ｐ２０１１−１６０７８０）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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