JPH0341710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動切換弁に関し、特に、小形化およ
び軽量化が可能な電動切換弁に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、シリンダ装置などの流体圧作動機器
に作用する与圧流体の制御を行う弁として、与圧
流体の配管が接続される複数のポートが軸方向に
所定の間隔で開設された筒状のスリーブの内部
に、軸方向に滑動自在な異径のスプールを位置さ
せ、このスプールの軸方向に変位によつて、複数
のポートの選択的な接続などが制御されるように
した、いわゆるスプール弁が知られている。

ところで、このようなスプール弁の駆動手段と
しては、ソレノイドと、このソレノイドの内部軸
方向に変位自在に収容され、スプールに係止され
た可動鉄心および固定鉄心などからなる電磁石構
造を用い、ソレノイドに対する通電時に鉄心に発
生する推力によつてスプールの変位を制御する方
式が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、スプール弁は、一般に作動時におけ
るスプールのストロークが大きく、一方、ソレノ
イドによつて駆動される鉄心の推力は原理上スト
ロークの２乗に反比例するため、従来のように電
磁石を用いてスプールを駆動する場合には、ソレ
ノイドを構成する導線の巻数を多くする必要があ
り、電磁石の寸法が大形化したり、消費電力が大
きくなり、この結果、電磁石が装着されるスプー
ル弁全体の寸法が必要以上に大きくなることは避
けられないという問題がある。

また、電磁石によるスプールの駆動において
は、たとえば復帰ばねと鉄心の協働によつて、ス
プールをストロークの一端から他端に移動させる
などの単純な動作しか実現できず、スプロールを
ストロークの任意の位置に停止させるなどの多様
な制御の実現が困難であるという問題もある。

本発明の目的は、寸法の小形化を実現すること
が可能な電動切換弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、多様な制御を容易に実現
することが可能な電動切換弁を提供することにあ
る。

本発明のさらに他の目的は、部品点数が少なく
構造が簡単で、組立作業が容易な電動切換弁を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電動切換弁は、出力軸の回動角を制御
可能な電動機と、軸方向の変位によつて流体の制
御を行なう弁体と、電動機の出力軸と弁体との間
に介設され、出力軸の回動変位を直線変位に直接
変換して弁体に伝達する変位変換手段とからな
り、変位変換手段は、出力軸に係止され、当該出
力軸を通る直径が一定なカムと、弁体に係止さ
れ、出力軸を含む直径上の２カ所において常時、
カムに摺接して追従することにより直線的に変位
するカムフオロワとを含むものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば弁体の軸方向
の移動距離が大きいスプールなどの場合でも、電
動機の出力軸におけるトルクを必要以上に大きく
する必要がなく、電動機および該電動機が装着さ
れる電動切換弁の小形化を実現することができ
る。

また、電動機の出力軸に固定されて回動するカ
ムと、このカムの回転変位を直線変位に変換して
弁体に伝達するカムフオロワとが、出力軸を含む
直径上の２カ所において常時接する構造であるた
め、電動機の出力軸を任意の回転角で停止させた
り微動させることで、バツクラツシなどを生じる
ことなく、弁体のストロークの任意の位置での停
止や、位置の保持、さらには出力軸の回転角度に
比例した弁体の変位などを行なわせることが可能
となり、多様な制御を容易に実現することができ
る。

また、電動機の出力軸に固定されて回動するカ
ムと、このカムの回転変位を直線変位に変換して
弁体に伝達するカムフオロワとが、出力軸を含む
直径上の２カ所において常時接する構造であるた
め、弁体およびカムフオロワの変位方向に交差す
る方向の剪断力が、カムフオロワや弁体に作用す
ることがない。このため、当該剪断力の発生を回
避するための余分な部材をカムフオロワと弁体と
の間に介設する必要がなく、部品点数の削減によ
つて構造が簡単化されるとともに、組立作業も容
易になる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である電動切換弁
の要部を１つの切換位置において示す断面図であ
り、第２図は前記第１図において線−で示さ
れる部分の断面図、さらに第３図は本実施例の電
動切換弁が他の切換位置に動作した状態を説明す
る断面図であり、第４図は第３図において線−
で示される部分の断面図である。

本実施例の電動切換弁１は、本体ブロツク２
と、この本体ブロツク２に接続される制御ブロツ
ク３とを備えており、本体ブロツク２の内部に
は、軸方向に円筒状のスリーブ４が挿入されてい
る。

スリーブ４が挿入された本体ブロツク２には、
スリーブ４の軸に交差する方向に、複数のポート
IN、ポートOUT１、ポートOUT２、ポート
EXH１、ポートEXH２が穿設され、各ポートの
内端部は、スリーブ４の壁面を貫通して該スリー
ブ４の内部に連通している。

スリーブ４の内部には、小径のスプール軸５ａ
と、このスプール軸５ａに所定の間隔で一体に固
定され、外周部がスリーブ４の内周に滑動自在に
摺接する大径の複数の弁部５ｂ、弁部５ｃ、弁部
５ｄとからなるスプール５（弁体）が軸方向に滑
動自在に収容されており、スリーブ４の内部に
は、スプール５の複数の弁部５ｂ，５ｃ，５ｄに
よつて複数の流体室Ａおよび流体室Ｂ隔成されて
いる。

スリーブ４の内周面およびスプール５の複数の
弁部５ｂ，５ｃ，５ｄの外周面は、それぞれ研磨
加工などによつて鏡面状に仕上げられているとと
もに、両者の〓間は数μｍ以下になるように嵌め
合わされており、スプール５の軸方向の変位が滑
らかに行われるとともに、スリーブ４の内周面と
スプール５の複数の弁部５ｂ，５ｃ，５ｄの外周
面との間〓における流体の漏洩が防止されてい
る。

本体ブロツク２に挿入されたスリーブ４の外周
部には、該本体ブロツク２およびスリーブ４の壁
面を貫通して形成された複数のポートIN，OUT
１，OUT２，EXH１，EXH２を挟む位置に複
数のＯリング６が装着されており、個々のポート
IN，OUT１，OUT２，EXH１，EXH２を流通
する流体がスリーブ４の外周と本体ブロツク２と
の〓間を通じて漏洩することが防止されている。

一方、制御ブロツク３の内部には、動作空間３
ａが形成されており、本体ブロツク２の側から前
記スプール軸５ａの一端が突出されている。

さらに、制御ブロツク３の内部には、動作空間
３ａに突出される出力軸７ａを、スプール軸５ａ
の方向に直交させる姿勢で電動機７が組み込まれ
ている。

この電動機７は、たとえばパルスモータなどで
構成され、ケーブル７ｂを介して外部から指令さ
れる制御信号により、出力軸７ａの回転方向およ
び回動角度などが任意に制御されるように構成さ
れている。

電動機７の出力軸７ａには、前記動作空間３ａ
に位置し、たとえば外形が楕円状を呈するカム８
（変位変換手段）が係止されており、該出力軸７
ａの回動力により所望の方向に所望の角度だけ随
時回動されるように構成されている。

さらに、動作空間３ａの内部には、外形がコの
字型を呈し、前記スプール軸５ａの一端が係止さ
れたカムフオロワ９（変位変換手段）が設けら
れ、このカムフオロワ９の、スプール５の変位方
向に対向する複数の当接部９ａおよび当接部９ｂ
の少なくとも一方がカム８の外周に摺接すること
により、該カム８の回動変位がカムフオロワ９を
介してスプール５の軸方向の直線変位に変換さ
れ、スプール軸５ａを介して該スプール５が軸方
向に駆動されるものである。

この場合、カム８は第７図に示されるように、
回転中心、すなわち電動機７の出力軸７ａの中心
を通る直線上に、最小径ａおよび最大径ｂをなす
非真円形状とされており、この最小径ａおよび最
大径ｂの方向がスプール５の軸方向と平行になる
位置では、カム８の最小径ａおよび最大径ｂの部
位がコの字形のカムフオロワ９の当接部９ａおよ
び９ｂに同時に接するように構成されている。す
なわち、カム８の最小径ａと最大径ｂとの和Ｔ
は、カムフオロワ９の当接部９ａと９ｂとの間隔
にほぼ等しくなるように設定されている。最小径
ａおよび最大径ｂの方向がスプール５の軸方向と
平行にならない任意の位置においても、カム８の
形状はカムフオロワ９の当該部９ａおよび９ｂに
同時に接するように、出力軸７ａの中心を通る径
寸法はほぼ一定でＴとなる形状に構成され、カム
８の回動位置によつてスプール５の軸方向位置が
規制される。また、カム８に対するカムフオロワ
９のスプール５の軸方向以外の方向における変位
は自由になつている。

さらに、カム８が上述のような輪郭寸法を有す
る非真円形状であるため、たとえば、真円の偏心
カムなどに比較して、カム８とカムフオロワ９と
の当接位置の、当該カムフオロワ９の軸心からの
ずれは最小となる。

スリーブ４の制御ブロツク３と反対側に開口す
る端部は本体ブロツク２に係止された蓋体１０に
よつて閉止され、また、制御ブロツク３の端面に
は、動作空間３ａを閉止する蓋体１２が装着され
ている。必要に応じて、この蓋体１０とスリーブ
４の内部に設けられたスプール５との間にばね１
１ａを介設することも可能であり、この場合に
は、スプール５を制御ブロツク３の側に常時付勢
することにより、カムフオロワ９の当接部９ｂが
常時カム８の外周に接するように構成することが
できる。

制御ブロツク３の端面には、端面には、動作空
間３ａを閉止する蓋体１２が装着されている。

この蓋体１２と電動機７との間には、スペーサ
１３が介設されており、端部から挿入されて組み
込まれた電動機７が安定に固定されている。

また、蓋体１２には、ゴムなどからなるブツシ
ユ１２ａが設けられており、電動機７に接続さ
れ、電力や制御信号などを伝達するケーブル７ｂ
が該ブツシユ１２ａに挿通されて外部に引き出さ
れ、図示しない制御装置などに接続されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

本実施例においては、電動切換弁１による制御
の一例として、シリンダ装置１４の動作を制御す
る場合について説明する。

すなわち、本体ブロツク２に介設されたポート
INは、図示しない流体圧源に接続され、複数の
ポートOUT１およびOUT２は、配管１４ａおよ
び１４ｂを介してシリンダ装置１４の内部にピス
トン１４ｃによつて隔成された流体室１４ｄ、１
４ｅに連通されている。

また、シリンダ装置１４のピストン１４ｃには
一端がシリンダ装置１４の外部に突出されたピス
トンロツド１４ｆが接続されている。

まず、ケーブル７ｂを介して外部から指令され
る制御信号により電動機７の出力軸７ａを、第１
図および第２図に示されるように、カム８の最小
径ａの部分が本体ブロツク２の側に位置されるま
で回動させると、該カム８に追随して変位するカ
ムフオロワ９とともにスプール５は制御ブロツク
３の側に最も接近する位置まで移動し、弁部５ｂ
と５ｃとの間に形成された流体室Ａを介してポー
トOUT２とEXH２が連通状態となり、同時に弁
部５ｃと５ｄとの間の流体室Ｂを介してポート
INとポートOUT１とが連通状態となる。

そして、図示しない流体圧源からポートINに
作用される流体圧は、スプール５の弁部５ｃと５
ｄの間の流体室Ｂ、ポートOUT１、配管１４ａ
を介してシリンダ装置１４の流体室１４ｄに作用
し、ピストン１４ｃにはピストンロツド１４ｆを
内部に引き込む方向に推力が発生するとともに、
ピストン１４ｃの移動に伴つて排除される流体室
１４ｅの内部の流体は、配管１４ｂ、ポート
OUT２、スプール５の弁部５ｂと５ｃの間の流
体室Ａ、ポートEXH２を通じて外部に速やかに
排出され、ピストン１４ｃは上側のストローク端
まで駆動される。

次に、電動機７の出力軸７ａを半回転分だけ揺
動ないし回動させ、カム８の最大径ｂの側を本体
ブロツク２の側に位置させると、スプール５は、
該カム８に追随して軸方向に変位するカムフオロ
ワ９の付勢力により、制御ブロツク３から遠ざか
る方向に移動され、第３図および第４図に示され
る状態となり、ポートINは流体室Ａを介してポ
ートOUT２に連通され、ポートOUT１は流体室
Ｂを介してEXH１に連通される。

そして、シリンダ装置１４の流体室１４ｅに
は、配管１４ｂ、ポートOUT２、流体室Ａ、ポ
ートINを介して図示しない流体圧源から与圧さ
れた流体が流入され、ピストン１４ｃには、ピス
トンロツド１４ｆを外部に突出させる方向に推力
が発生するとともに、流体室１４ｄは、配管１４
ａ、ポートOUT１、流体室Ｂ、ポートEXH１を
介して外部に開放され、ピストン１４ｃの移動に
伴つて排除される該流体室１４ｄの内部の流体は
速やかに外部に排出される。

このように、本実施例においては、電動機７の
出力軸７ａの回転変位を、カム８およびカムフオ
ロワ９を介して直線的な変位に変換し、カムフオ
ロワ９に係止されたスプール５が軸方向に駆動さ
れるように構成されているため、スプール５のス
トロークが大きい場合でも、たとえば、スプール
５の駆動に電磁石を用いる場合のように、駆動に
要する推力が必要以上に大きくならず、スプール
５を駆動する電動機７の寸法を小形化することが
できる。

これにより、電動切換弁１の全体の寸法を小形
化することができる。

また、第２図、第４図および第７図に示される
ように、スプール５の行程端および工程途中にお
いて、カム８の最小径ａおよび最大径ｂの外周部
またはカム輪部形状の外周部の２点が、コの字形
のカムフオロワ９の当接部９ａおよび９ｂに同時
に接する状態にあるので、行程端および工程途中
におけるスプール５の位置保持動作が確実に行わ
れるとともに、スプール５の往復動作を高速に行
わせる場合でも、該スプール５などの慣性によつ
て第１図および第３図に示される行程端における
停止位置が不安になつたり振動を発生するなどの
不具合が確実に、防止される。

さらに、上述の動作の説明では、出力軸７ａを
半回転だけ回転ないし揺動作について説明した
が、出力軸７ａの回転角度や方向などに適宜調整
することで、第１図および第３図に示されるスプ
ール５の行程端の途中の圧意の位置までの停止動
作や、微動動作などを、電磁石などによる制御に
比較して、極めて容易に行なうことができる。

このため、たとえば、スプール５を行程の中間
の位置で停止させ、複数の弁部５ｂ，５ｃ，５ｄ
によつて複数のポートOUT２、ポートIN、ポー
トOUT１を同時に閉塞し、シリンダ装置１４に
おける流体室１４ｄおよび１４ｅに対する流体の
給排を同時に阻止して、ピストン１４ｃを任意の
位置で固定する制御や、スプール５を工程の途中
で停止させて、複数の弁部５ｂ，５ｃ，５ｄによ
つてポートOUT２、ポートIN、ポートOUT１
の開度を加減し、シリンダ装置１４の流体室１４
ｄおよび１４ｅに給排される流体の流量を調節す
ることによるピストン１４ｃの移動速度の制御な
ど、多様な制御を容易に実現することができる。

なお、本発明は、前記実施例になんら限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることは言うまでもない。

また、前記実施例では、本体ブロツク２と制御
ブロツク３の動作空間３ａとは連通しているが、
構造的にスプール軸５ａにシール構造を設けて、
第５図、第６図に示されるように、本体ブロツク
２と制御ブロツク３とをスプール軸５ａの貫通部
以外を閉止することによつて制御ブロツク３の動
作空間３ａへの排気の流入を防止する構造も容易
に実現できる。さらに、場合によつては、ばね１
１ｂを介設することも可能である。

〔発明の効果〕

(1) 出力軸の回動角を制御可能な電動機と、軸方
向の変位によつて流体の制御を行う弁体と、前
記電動機の前記出力軸と前記弁体との間に介設
され、前記出力軸の回動変位を直線変位に直接
変換して前記弁体に伝達する変位変換手段とか
らなり、前記変位変換手段は、前記出力軸に係
止され、当該出力軸を通る直径が一定なカム
と、前記弁体に係止され、前記出力軸を含む直
径上の２カ所において常時、前記カムに摺接し
て追従することにより直線的に変位するカムフ
オロワとを含む構造であるため、たとえば弁体
の軸方向の移動距離が大きいスプールなどの場
合でも、電動機の出力軸におけるトルクを必要
以上に大きくする必要がなく、電動機および該
電動機が装着される電動切換弁の小形化を実現
することができる。

また、電動機の出力軸に固定されて回動する
カムと、このカムの回動変位を直線変位に変換
して弁体に伝達するカムフオロワとが、出力軸
を含む直径上の２カ所において常時接する構造
であるため、電動機の出力軸を任意の回動角で
停止させたり微動させることで、弁体のストロ
ークの任意の位置での停止や、位置の保持、さ
らには出力軸の回動角度に比例した弁体の変位
などを行わせることが可能であり、多様な制御
を容易に実現することができる。

さらに、電動機の出力軸に固定されて回動す
るカムと、このカムの回動変位を直線変位に変
換して弁体に伝達するカムフオロワとが、出力
軸を含む直径上の２カ所において常時接する構
造であるため、弁体およびカムフオロワの変位
方向に交差する方向の剪断力が、カムフオロワ
や弁体に作用することがない。このため、当該
剪断力の発生を回避するための余分な部材をカ
ムフオロワと弁体との間に介設する必要がな
く、部品点数の削減によつて構造が簡単化され
るとともに、組立作業も容易となる。

(2) 前記(1)の結果、電動切換弁の設置に要するス
ペースが低減され、電動切換弁が組み込まれる
流体圧システム全体の小形化が可能となる。

(3) 前記(1)の結果、電動切換弁の性能が向上し、
市場性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電動切換弁の
要部を１つの切換位置において示す断面図、第２
図は前記第１図において線−で示される部分
の断面図、第３図は本実施例の電動切換弁の動作
を他の切換位置において示す断面図、第４図は第
３図において線−で示される部分の断面図、
第５図は制御ブロツクの動作空間への排気の流入
を防ぐ実施例の断面図、第６図は線−で示さ
れる部分の断面図、第７図は本実施例におけるカ
ムの輪部形状を示す説明図である。 １……電動切換弁、２……本体ブロツク、３…
…制御ブロツク、３ａ……動作空間、４……スリ
ーブ，５……スプール（弁体），５ａ……スプー
ル軸，５ｂ，５ｃ，５ｄ……弁部、６……Ｏリン
グ、７……電動機、７ａ……出力軸、７ｂ……ケ
ーブル、８……カム（変位変換手段）、９……カ
ムフオロワ（変位変換手段）、９ａ，９ｂ……当
接部、１０……蓋体、１１ａ，１１ｂ……ばね、
１２……蓋体、１２ａ……ブツシユ、１３……ス
ペーサ、１４……シリンダ装置、１４ａ，１４ｂ
……配管、１４ｃ……ピストン、１４ｄ，１４ｅ
……流体室、１４ｆ……ピストンロツド、１５…
…Ｏリング、IN……ポート、OUT１，OUT２
……ポート、EXH１，EXH２……ポート、Ａ，
Ｂ……流体室、ａ……カムの最小径、ｂ……カム
の最大径、Ｔ……最小径と最大径の和。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出力軸の回動角を制御可能な電動機と、軸方
   向の変位によつて流体の制御を行う弁体と、前記
   電動機の前記出力軸と前記弁体との間に介設さ
   れ、前記出力軸の回動変位を直線変位に直接変換
   して前記弁体に伝達する変位変換手段とからな
   り、前記変位変換手段は、前記出力軸に係止さ
   れ、当該出力軸を通る直径が一定なカムと、前記
   弁体に係止され、前記出力軸を含む直径上の２カ
   所において常時、前記カムに摺接して追従するこ
   とにより直線的に変位するカムフオロワとを含む
   ことを特徴とする電動切換弁。