| 【発明の名称】 |
高速切換弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】酒井 美武
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| 【要約】 |
【課題】一旦フルストロークしたロッドの位置を、ソレノイドに通電しなくても保つことができるようにすること。
【解決手段】高圧ポート２と、低圧ポート３と、両ポートを連通する通路中に形成したアクチュエータポート４と、上記通路内に設けたロッド９と、ロッド９に間隔を隔てて設けた第１および第２ポペット２０、２１と、第１および第２ソレノイド１２、１３と、ロッド９に対して、高圧ポート２側へ向かう力Ｆを作用させる弾性部材２２とからなり、第１または第２ソレノイドに通電することによって、ロッド９が移動し、第１ポペット２０が低圧ポート３を閉鎖するとともに高圧ポート２とアクチュエータポート４とが連通したり、第２ポペット２１が低圧ポート３を閉鎖するとともにアクチュエータポート４と低圧ポート３とが連通したりする構成にし、第１ポペットの受圧面積をＡ、第２ポペットの受圧面積をＢ、高圧ポート２側の圧力をｐとしたときに、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの関係を満足する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高圧側に接続した高圧ポートと、低圧側に接続した低圧ポートと、これら両ポートを連通する通路と、この通路中に形成したアクチュエータポートと、上記通路内に設けたロッドと、このロッドに間隔を隔てて設けた第１ポペットおよび第２ポペットと、上記ロッドの両端に設けた第１ソレノイドおよび第２ソレノイドと、上記ロッドに対して、高圧ポート側へ向かう力Ｆを作用させる弾性部材とからなり、上記第１または第２ソレノイドに通電することによって、上記ロッドが移動し、第１ポペットが低圧ポートを閉鎖するとともに上記高圧ポートと上記アクチュエータポートとが連通したり、第２ポペットが高圧ポートを閉鎖するとともに上記アクチュエータポートと上記低圧ポートとが連通したりする構成にし、第１ポペットの受圧面積Ａを、第２ポペットの受圧面積Ｂより大きくするとともに、上記高圧ポート側の圧力をｐとしたときに、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの関係を満足することを特徴とする高速切換弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ポペットの移動により流路を切り換える高速切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に示す高速切換弁は、本体１の両端に、ポンプポート２とタンクポート３とを形成している。ポンプポート２にはポンプＰに連通するポンプ流路７を接続し、タンクポート３には、タンク流路８を介してタンクＴを接続している。また、上記本体１の中央には、アクチュエータポート４を形成している。このアクチュエータポート４には、流路５を介してシリンダ６のボトム側室６ａを接続している。なお、上記シリンダ６のロッド側室６ｂには、上記ポンプ流路７および流路７ａを介してポンプＰが接続されている。さらに、本体１には、この本体１を貫通し、左右に移動可能なロッド９を設けている。そして、ロッド９の外周には、第１、第２ポペット１０、１１を設けている。これら第１、第２ポペット１０、１１は、同じ形状で、互いに間隔を保って設けられている。また、ロッド９の両端には第１、第２ソレノイド１２、１３を取り付けている。これらのソレノイド１２、１３に通電することにより、上記ロッド９は左右に移動する。
【０００３】そして、ロッド９がフルストロークすると、ロッド９と一体に移動する上記第１、第２ポペット１０、１１が、タンクポート３またはポンプポート２を閉鎖するようにしている。すなわち、上記第１ソレノイド１２に通電すると、上記ロッド９が図中左方向へ移動し、第１ポペット１０がタンクポート３を閉鎖するとともに、ポンプポート２とアクチュエータポート４とが連通する。したがって、ポンプＰからの圧油がシリンダ６のボトム側室６ａへ供給され、シリンダ６が伸長する。このとき、ロッド側室６ｂの圧油は、流路７ａへ排出され、ポンプ流路７に合流して、ポンプポート２へ供給される。
【０００４】反対に、第２ソレノイド１３に通電すると、ロッド９が右方向へ移動し、第２ポペット１１がポンプポート２を閉鎖する。そこで、ポンプＰからの圧油は、シリンダ６のロッド側室６ｂへ供給される。このとき、アクチュエータポート４とタンクポート３とが連通しているので、ボトム側室６ａの圧油は、本体１からタンクポート３を介して、タンクＴへ排出される。したがって、シリンダ６は収縮する。
【０００５】上記のように、第１ソレノイド１２または第２ソレノイド１３に通電することによって、ロッド９を移動させ、流路を切り換える。そして、この切換弁に接続したシリンダ６を収縮動作させることができる。このような切換弁では、タンクポート３を閉鎖する第１ポペット１０と、ポンプポート２を閉鎖する第２ポペット１１を、別々に設けている。このように、２個のポペットを間隔を保って設けたのは、高速切り換えを可能にするためである。すなわち、ポペットを２個設けた方が、１個のポペットで、両側のポート２、３を閉鎖するようにした場合と比べて、ポペットが移動する距離を短くすることができる。ポペットの移動距離、つまり、ロッド９のストロークが短くなれば、それだけ高速で切り換えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、第２ソレノイド１３に通電し、ロッド９が、ポンプポート２側へフルストロークすると、第２ポペット１１がポンプポート２を閉鎖して、シリンダ６が収縮動作をする。この状態では、第２ポペット１１には、ポンプポート２側の圧力ｐによって、左方向への力が作用している（図２参照）。このような左方向の力が第２ポペット１１に作用しても、第２ソレノイド１３によって、ロッド９がその位置に拘束されているため、ポンプポート２は閉鎖されている。
【０００７】しかし、この状態で第２ソレノイド１３への通電を切ると、ロッド９をその位置に拘束する力はなくなる。したがって、第２ポペット１１は、圧力ｐによって図中左方向へ移動する。このように第２ポペット１１が移動すると、ポンプポート２と本体１内が連通する。ポンプポート２と本体１とが連通すると、本体１内の圧力が上がり、ボトム側室６ａからの圧油の排出がスムーズにできなくなる。また、ポンプ流路７からの圧油は、本体１へ供給されるため、シリンダ６のロッド側室６ｂへは供給されなくなる。そこで、シリンダ６が収縮動作中であれば、動作が遅れたり、中断したりすることもある。
【０００８】また、上記切換弁に対し、シリンダ６を図２とは反対に接続して用いることもある。その場合にも、上記と同様の不都合が発生する。例えば、上記アクチュエータポート４に接続した流路５をシリンダ６のロッド側室６ｂに接続し、流路７ａをボトム側室６ａに接続すれば、上記切換弁の切り換え位置とシリンダ６の収縮動作との関係も、図２の場合とは反対になる。この場合には、第２ポペット１１がポンプポート２を閉鎖すると、圧油は、流路７ａを介してボトム側室６ａに供給される。また、ロッド側室６ｂの圧油が流路５、アクチュエータポート４、本体１を介して、タンクポート３へ排出される。すなわち、ロッド９が右方向へフルストロークして第２ポペット１１がポンプポート２を閉鎖すると、上記シリンダ６は伸長する。このような伸長動作の際にも、第２ソレノイド１３の通電を切ると、第２ポペット１１が圧力ｐによって左方向へ移動してしまう。第２ポペット１１が移動すると、ポンプポート２と本体１とが連通する。そして、ボトム側室６ａの圧力が下がり、シリンダ６の伸長動作が不安定になったり、時には収縮してしまったりする。
【０００９】そこで、上記従来例の切換弁では、第２ポペット１１がポンプポート２を閉鎖した状態、すなわち、ロッドのフルストローク位置を保つ必要がある間は、第２ソレノイド１３に通電し続けなければならなかった。したがって、ポンプポート２を閉鎖している時間が長ければ長いほど、第２ソレノイド１３への通電時間が長くなり、電力消費量が多くなるという問題があった。また、ロッドがフルストロークした状態でも、停電や電源回路の故障などによって、第２ソレノイド１３の保持力が無くなってしまった場合には、ロッドのフルストローク位置を保つことができなかった。この発明の目的は、一旦フルストロークしたロッドの位置を、ソレノイドに通電しなくても保つことができるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、高圧側に接続した高圧ポートと、低圧側に接続した低圧ポートと、これら両ポートを連通する通路と、この通路中に形成したアクチュエータポートと、上記通路内に設けたロッドと、このロッドに間隔を隔てて設けた第１ポペットおよび第２ポペットと、上記ロッドの両端に設けた第１ソレノイドおよび第２ソレノイドと、上記ロッドに対して、高圧ポート側へ向かう力Ｆを作用させる弾性部材とからなり、上記第１または第２ソレノイドに通電することによって、上記ロッドが移動し、第１ポペットが低圧ポートを閉鎖するとともに上記高圧ポートと上記アクチュエータポートとが連通したり、第２ポペットが高圧ポートを閉鎖するとともに上記アクチュエータポートと上記低圧ポートとが連通したりする構成にし、第１ポペットの受圧面積Ａを、第２ポペットの受圧面積Ｂより大きくするとともに、上記高圧ポート側の圧力をｐとしたときに、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの関係を満足する点に特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に示すこの発明の実施例の高速切換弁は、ロッド９に受圧面積の異なる２個のポペット２０、２１を設けている。第１ポペット２０は、ロッド９が左方向へフルストロークしたときにこの発明の低圧ポートであるタンクポート３を閉鎖するポペットで、その受圧面積はＡである。一方、第２ポペット２１は、ロッド９が右方向にフルストロークした図１に示す状態で、この発明の高圧ポートであるポンプポート２を閉鎖するポペットで、その受圧面積はＢである。この受圧面積Ｂは、上記受圧面積Ａより小さい。
【００１２】また、ロッド９の第１ソレノイド１２側の端部と固定部２３との間には、スプリング２２を設けている。このスプリング２２は、縮状態でセットされていて、、ロッド９に対して、ポンプポート２側、すなわち右方向へ付勢する力Ｆを発揮するものである。つまり、このスプリング２２がこの発明の弾性部材である。その他の構成は、上記従来例と同様である。そして、従来例と同様に、アクチュエータポート４とポンプポート２との間に、シリンダ６を接続している。ただし、上記第１、第２ポペット２０、２１の受圧面積Ａ、Ｂと弾性力Ｆとは、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの関係にある。なお、ｐは、ポンプポート２の圧力で、この圧力ｐはポンプ流路７中に設けた図示しないアキュームレータにより一定に保たれている。
【００１３】この実施例の高速切換弁の作用を説明する。第２ソレノイド１３を励磁すると、ロッド９が右に移動する。そして、ロッド９が右方向にフルストロークすると、図示のように第２ポペット２１がポンプポート２を閉鎖する。ポンプポート２が閉鎖されるので、ロッド側室６ｂに圧油が供給されるとともに、アクチュエータポート４とタンクポート３が連通しているので、シリンダ６は、収縮状態になる。上記のように、第２ポペット２１がポンプポート２をふさいだ状態で、この第２ポペット２１には、ポンプポート２側から圧力ｐによる左方向へ向かう押圧力が作用する。この押圧力の大きさは、圧力ｐ×受圧面積Ｂである。
【００１４】また、上記第２ポペット２１には、上記左方向の押圧力に対し、スプリング２２の弾性力Ｆが右方向に作用している。これらの力関係は、Ｆ＞ｐ×Ｂである。つまり、第２ポペット２１に対して作用する力のうち、右方向へ作用する力Ｆの方が、左方向に作用する力ｐ×Ｂより大きい。したがって、第２ソレノイド１３への通電を切っても、上記力関係により、第２ポペット２１は、右方向へ押される。第２ポペット２１は、ポンプポート２のシート部２ａへ押し付けられ、流体圧力によって移動することはない。つまり、第２ソレノイド１３の通電を切っても、ポンプポート２の遮断状態を維持することができる。したがって、ポンプポート２を閉鎖してしまえば、シリンダ６が収縮動作中に、第２ソレノイド１３の通電を切っても、収縮動作が中断することはなく、最縮状態になった後は、その状態を維持することができる。
【００１５】一方、第１ソレノイド１２に通電すると、ロッド９は左方向へ移動し、第２ポペット２１の移動により、ポンプポート２が開くとともに、第１ポペット２０がタンクポート３を閉鎖する。そこで、ポンプポート２とアクチュエータポート４が連通し、ボトム側室６ａに圧油が供給され、シリンダ６が伸長する。上記のように、第１ポペット２０がタンクポート３をふさいだ状態では、本体１の中はポンプポート２側の圧力ｐまで上がり、この圧力により、第１ポペット２０には圧力ｐ×受圧面積Ａの左方向の押圧力が作用する。また、この第１ポペット２０には、スプリング２２によって、上記押圧力とは反対方向の力Ｆも作用している。そして、これらの力関係は、ｐ×Ａ＞Ｆである。つまり、上記第１ポペット２０に作用する力のうち、左方向の力ｐ×Ａの方が、右方向に作用する力Ｆよりも大きい。したがって、第１ソレノイド１２の通電を切っても、第１ポペット２０がシート部３ａに押し付けられて、タンクポート３を閉鎖した状態を維持することができる。
【００１６】以上のように、この発明の高速切換弁は、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの条件を満たすことによって、ロッド９が左右どちらの方向にフルストロークした場合でも、一旦、一方のポート２、３を閉鎖してしまえば、第１、第２ソレノイド１２、１３の通電を切っても、その状態を維持することができる。したがって、第１、第２ソレノイド１２、１３への通電時間を短くして、電力を節約することができる。また、停電などによって、電源が切れるようなことがあっても、フルストロークしたロッド９の位置を保つことができる。そのため、アクチュエータポート４に接続したシリンダなどのアクチュエータの動作が急な停電などによって不安定になることもない。
【００１７】なお、上記スプリング２２による弾性力Ｆは、スプリング２２の収縮状態によって変化する値なので、実際には定数ではない。つまり、上記弾性力Ｆにはロッド９が右にフルストロークした状態での最小値から左にフルストロークした状態での最大弾性力までを含んでいる。このように、巾を持った弾性力Ｆに対して、上記条件ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂを満たすように、第１、第２ポペット２０、２１の受圧面積Ａ、Ｂを設定している。また、この実施例では、スプリング２２をロッド９の第１ポペット側の端部と固定部２３との間に圧縮して設け、スプリング２２が伸長する方向の弾性力を利用しているが、スプリングは、第２ポペット側に設けたり、収縮力を利用したりすることもできる。要するに、ロッド９を高圧側に付勢する弾性力を発揮できれば、どのような弾性部材をどのように取り付けてもかまわない。
【００１８】なお、上記実施例の切換弁は、第１ポペット２０の受圧面積Ａを第２ポペット２１の受圧面積Ｂより大きくすることによって、ｐ×Ａ＞Ｆ＞ｐ×Ｂの条件を満たしている。もしも、従来例のように、第１、第２ポペットの受圧面積が等しければ、上記条件を満たすことはできない。例えば、Ｆ＞ｐ×Ａ＝ｐ×Ｂの場合、ロッド９が右方向へフルストロークして、第２ポペット２１がポンプポート２を閉鎖した状態では、右方向の力Ｆの方が、左方向の力ｐ×Ｂより大きいので、上記実施例と同様に、第２ソレノイド１３の通電を切っても、第２ポペット２１の位置を保持することができる。しかし、ロッド９が左にフルストロークして第１ポペット２０がタンクポート３を閉鎖している状態では、右方向の力Ｆの方が、左方向の力ｐ×Ａより大きいため、第１ソレノイド１２の通電を切ると、第１ポペット２０が右方向へ移動してしまう。つまり、タンクポート３を閉じた状態を維持することができない。
【００１９】
【発明の効果】この発明によれば、ロッドが左右どちらかの方向にフルストロークして、タンクポート、あるいはポンプポートを閉鎖したら、ロッドを移動させたソレノイドの通電を切っても、その状態を維持することができる。したがって、従来のようにロッドのフルストローク位置を保つために、ソレノイドへ通電し続けなければならないようなことがない。そこで、全体として、ソレノイドへの通電時間を短くでき、電力を節約することができる。また、停電などによって、不用意に電源が切れるようなことがあっても、フルストロークしたロッドの位置を保つことができる。そのため、アクチュエータポートに接続したシリンダなどの動作が不安定になることもない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００９２９
【氏名又は名称】カヤバ工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１０月１３日（１９９８．１０．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６１６３
【弁理士】
【氏名又は名称】嶋 宣之
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２０９１０（Ｐ２０００−１２０９１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３０６３２８ |
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