JP5256545B2

JP5256545B2 - 減圧切換弁

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Publication number: JP5256545B2
Application number: JP2010027943A
Authority: JP
Inventors: 真司宮添; 克之仙波
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Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2013-08-07
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Description

本発明は、減圧機能を有する切換弁に関するものであり、具体的には、切換弁部と、供給された圧縮エアを減圧して出力する減圧弁部とを一体に備えた減圧切換弁に関するものである。

従来より、空気圧アクチュエータとしての例えばエアシリンダは、各種自動機械に広く用いられており、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となる。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ルギー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。

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切換弁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。

特開２００２−１３５０４号公報

そこで本発明の課題は、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減圧切換弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る減圧切換弁は、軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔に連通された給気ポート、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て、軸方向両端に第１端と第２端とそれぞれ備えた主弁本体；上記弁孔内の上記第１端側に、軸方向に摺動自在に挿通されている第１スプール；上記弁孔内における該第１スプールの上記第２端側に、軸方向に摺動自在に挿通されている第２スプール；上記第１スプールを、上記第２端方向に押圧して摺動させ、上記第１端側の第１切換位置から上記第２端側の第２切換位置へと切り換えるスプール駆動部；を含み、上記第１スプール及びスプール駆動部が、該第１スプールが上記第１切換位置に在るときには、上記第１出力ポートを上記排気ポートに接続させると共に、該スプール駆動部の駆動により該第１スプールが上記第２切換位置に在るときには、該第１出力ポートを上記給気ポートに接続させる切換弁部を構成しており、上記第２スプールが、上記第１スプールが第１切換位置に在るときには、上記第２出力ポートを上記給気ポートに接続させ、該給気ポートに供給された圧縮エアを減圧して該第２出力ポートから出力すると共に、上記第１スプールが第２切換位置に在るときには、上記第２出力ポートを上記排気ポートに接続させる減圧弁部を構成し、上記減圧弁部が、上記第２スプールに対し上記第１端方向に弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該第２スプールに対し上記第２出力ポートの圧力を上記付勢力とは逆方向に作用させる受圧面とを含み、該弾性部材による付勢力と該受圧面に作用する圧力とのバランスによって上記第２スプールを軸方向に往復動させ、上記給気ポートから第２出力ポートへと通じる流路の断面積を変化させることにより、該給気ポートに供給された圧縮エアを上記付勢力により規定される所定圧力に減圧して該第２出力ポートから出力するように構成されていることを特徴としている。

具体的には、上記スプール駆動部の駆動に伴い、上記第２スプールが該第１スプールにより押圧され上記第２端方向へ摺動することによって、上記第２出力ポートが上記排気ポートに接続されるように構成されている。

より具体的には、上記減圧弁部が、第２スプールの上記第２端側に結合され、シリンダ孔内を軸方向に往復摺動する調圧ピストンを含んでいて、該調圧ピストンに、上記受圧面が形成されると共に上記弾性部材が連結されている。
そして、上記第２出力ポートのエア圧力を上記受圧面へと導く調圧用流路が、上記第２スプールの外周に形成された環状流路の開口から、上記第２スプール内部を軸方向に延びて、上記受圧面により区画されたシリンダ室へと接続されており、該調圧用流路により該第２出力ポートと該シリンダ室とが互いに常時連通されている。

ここで、上記減圧弁部において、上記弾性部材による付勢力が変更可能に構成されていることが望ましいが、そのとき、上記減圧弁部が、上記弾性部材の圧縮量を調節する調節機構を有していて、該調節機構により上記付勢力を変更することができるように構成されていても良いし、上記減圧弁部が、上記弾性部材を交換可能に構成されていて、該弾性部材を弾性係数の異なるものに交換することにより、上記付勢力を変更することができるように構成されていても良い。なお、上記弾性部材は、コイルスプリングであることが望ましい。

また、上記スプール駆動部が、上記第１スプールの上記第１端側に結合されて軸方向に往復動する駆動ピストンと、該駆動ピストンを駆動させる電磁弁とを含んでいて、該駆動ピストンの駆動により、該第１スプールが上記第２端方向に押圧され摺動するように構成されていても良い。

本発明に係る減圧切換弁によれば、主弁本体に貫設された１本の弁孔に対し、第１スプール及び第２スプールを摺動自在に挿通し、該第１スプールにより構成される切換弁部と該第２スプールにより構成される減圧弁部とを、上記主弁本体に一体に形成させたため、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り、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。

本発明の第１の実施形態に係る減圧切換弁の断面図である。本発明に係る減圧切換弁の動作状態を示す要部断面図である。本発明に係る減圧切換弁の動作状態を示す要部断面図である。本発明に係る減圧切換弁の動作状態を示す要部断面図である。本発明に係る減圧切換弁の動作状態を示す要部断面図である。本発明の第２の実施形態に係る減圧切換弁を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る減圧切換弁を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る減圧切換弁１Ａは、軸ｌ方向に貫設された１本の弁孔２と、該弁孔２に連通する第１給気ポートＰ１、第２給気ポートＰ２、第１出力ポートＡ、第２出力ポートＢ及び排気ポートＲとを備えて成る主弁本体３を有していて、該主弁本体３は、軸ｌ方向両端に第１端３ａ及びそれと逆方向を向く第２端３ｂをそれぞれ有している。上記弁孔２内には、その上記第１端３ａ側に第１スプール４が、軸ｌ方向に摺動自在に挿通されていると共に、該第１スプール４の上記第２端側３ｂ側に同軸に隣接させて第２スプール５が、軸ｌ方向に摺動自在かつ該第１スプール４と接離自在に挿通されている。
そして、上記第１スプール４の摺動位置に応じて、上記第１出力ポートＡが上記第１給気ポートＰ１又は排気ポートＲに対し接続され、また、上記第２スプール５の摺動位置に応じて、上記第２出力ポートＢが上記第２給気ポートＰ２又は排気ポートＲに対し接続されるようになっている。

上記主弁本体３の第１端３ａには、上記第１スプール４を、軸ｌに沿って上記第２端３ｂ方向に押圧することにより、上記第１端３ａ側の第１切換位置（図２〜図４参照）から上記第２端３ｂ側の第２切換位置（図５参照）へと摺動させて切り換えるスプール駆動部６が設けられている。
ここで、上記第１スプール４が、第１切換位置に在るときには、第１出力ポートＡを排気ポートＲに接続させ、上記第２切換位置に在るときには、第１出力ポートＡを第１給気ポートＰ１に接続させるようになっている。このように、上記第１スプール４と上記スプール駆動部６とによって、切換弁部７が構成されている。

その一方で、上記主弁本体３の第２端３ｂ側には、上記第２スプール５に対し、軸ｌに沿って上記第１端３ａ方向に弾性的な付勢力を付与する弾性部材８と、同じく該第２スプール５に対し、上記第２出力ポートＢの圧力を軸ｌに沿って上記付勢力と逆方向に作用させる受圧面Ｓとを含んで成る圧力調節部９が設けられている。
ここで、第１スプール４が上記第１切換位置に在るときには、上記第２出力ポートＢを上記第２給気ポートＰ２に接続させて、上記圧力調節部９における上記弾性部材８の付勢力と上記受圧面Ｓに作用する圧力とのバランスで、第２スプール５を軸ｌ方向に往復摺動させることにより、上記第２給気ポートＰ２から上記第２出力ポートＢへと通じる流路の断面積を変化させるようになっている。そして、その結果、上記第２給気ポートＰ２から供給された圧縮エアの圧力が、上記弾性部材８の付勢力により規定される所定圧力に減圧されて、上記第２出力ポートＢから出力されるようになっている（図２〜図４参照）。その一方で、第１スプール４が上記第２切換位置に在るときには、上記スプール駆動部６の駆動に伴って、第１スプール４により上記第２スプール５が上記第２端３ｂ方向へと押圧されて摺動し、その結果、上記第２出力ポートＢが上記排気ポートＲに接続されるようになっている（図５参照）。このように、上記第２スプール５と上記圧力調節部９とにより減圧弁部１０が構成されている。

具体的に説明すると、本実施形態に係る減圧切換弁１Ａの主弁本体３は、上記弁孔２が貫設された弁ケーシング１１とポート接続ブロック１２とにより構成されており、該弁ケーシング１１が、その軸ｌ方向の両端に上記第１端３ａ及び第２端３ｂを備えている。該弁ケーシング１１における軸ｌに沿った一方の面には、上記第１端３ａ側から第２端３ｂ側へ順次、上記第１給気ポートＰ１、排気ポートＲ及び第２給気ポートＰ２が開設されており、これらポートＰ１，Ｒ，Ｐ２にエア配管を直接接続することができるようになっている。また、該一方の面と逆側の他方の面には、上記第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢが、上記第１端３ａ側から第２端３ｂ側へ順次開設されている。このとき、上記第１出力ポートＡは、上記第１給気ポートＰ１と排気ポートＲとの中間位置に開設され、上記第２出力ポートＢは、上記排気ポートＲと第２給気ポートＰ２との中間位置に開設されている。さらに、上記弁孔２における、上記各ポートＰ１，Ｒ，Ｐ２，Ａ，Ｂを連通させた位置には、内周溝２ａが環状に形成されている。

その一方で、上記ポート接続ブロック１２には、エア配管を接続するための第１ポート接続孔１３及び第２ポート接続孔１４が貫設されている。そして、該ポート接続ブロック１２は、これら第１ポート接続孔１３及び第２ポート接続孔１４をそれぞれ上記第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢに連通させて、弁ケーシング１１における上記他方の面に対しボルト等の固定部材で気密に固定されている。すなわち、出力用のエア配管をそれぞれ、ポート接続ブロック１２の第１及び第２ポート接続孔１３，１４を介して、上記第１及び第２出力ポートＡ，Ｂに接続することができるようになっている。

上記第１スプール４は、上記弁ケーシング１１の弁孔２における、第１端３ａから第１出力ポートＡまでの軸ｌ方向距離よりも長く、且つ、第１端３ａから第２出力ポートＢまでの軸ｌ方向距離よりも短く形成されている。そして、その外周には、第１端３ａ側から順次、第１ランド部４ａ、第２ランド部４ｂ及び第３ランド部４ｃが、環状に形成されると共に、これらランド部４ａ〜４ｃに隣接して３つの環状流路４ｄが形成されている。また、上記第２ランド部４ｂ及び第３ランド部４ｃの外周には弾性体から成る環状のシール部材４ｅが固定されていて、これらランド部４ｂ，４ｃを弁孔２内で気密に摺動させることにより、上記第１出力ポートＡを、上記環状流路４ｄを通じて、上記第１給気ポートＰ１又は排気ポートＲに対し選択的に接続させることができるようになっている。
なお、本実施形態においては、上記弁孔２における上記第１給気ポートＰ１と第１端３ａとの間に常時配された第１ランド部４ａに、シール部材を特に設けていないが、勿論設けることも可能である。

一方、上記第２スプール５は、上記弁ケーシング１１の弁孔２における、第２端３ｂから第２出力ポートＢまでの軸ｌ方向距離よりも長く、且つ、第２端３ｂから第１出力ポートＡまでの軸ｌ方向距離よりも短く形成されている。そして、その外周には、第２端３ｂ側から順次、第１ランド部５ａ、第２ランド部５ｂ及び第３ランド部５ｃが、環状に形成されると共に、これらランド部５ａ〜５ｃに隣接して３つの環状流路５ｄが形成されている。また、上記各ランド部５ａ〜５ｃの外周には弾性体から成る環状のシール部材５ｅが固定されていて、これらランド部５ａ〜５ｃが弁孔２内で気密に摺動するようになっている。その際、上記第２ランド部５ｂ及び第３ランド部５ｃの摺動位置に応じて、上記第２出力ポートＢを、上記環状流路５ｄを通じて上記第２給気ポートＰ２又は排気ポートＲに対し選択的に連通させたり、これら第２給気ポートＰ２及び排気ポートＲから遮断したりすることができるようになっている。
なお、上記第１ランド部５ａは、上記弁孔２における第２給気ポートＰ２と第２端３ｂとの間に常時配されていて、上記各環状流路５ｄと上記圧力調節部９の後述する第２シリンダ孔２２との間の気密性を確保している。

上記スプール駆動部６は、上記弁孔２側に開口する有底の第１シリンダ孔１７を備えた第１シリンダボディ１６と、該第１シリンダ孔１７内に摺動自在に設けられていて、該第１シリンダ孔１７内を弁孔２側の第１シリンダ室１７ａとそれと逆側の第２シリンダ室１７ｂとに気密に区画する駆動ピストン１８と、上記第２シリンダ室１７ｂにパイロットエアを供給して上記駆動ピストン１８を上記弁孔２方向に駆動する電磁弁１９とを有している。ここで、上記駆動ピストン１８の外周には弾性体から成る環状のシール部材１８ａが設けられていて、それにより上記第１シリンダ室１７ａと第２シリンダ室１７ｂとの間の気密性が確保されている。そして、上記第１シリンダ孔１７は、上記弁孔２よりも大きい径を有しており、上記第１シリンダボディ１６が、該第１シリンダ孔１７を上記弁孔２と同軸に配して、上記弁ケーシング１１の第１端３ａの端面に気密に固定されている。

また、上記駆動ピストン１８は、その上記第１シリンダ室１７ａ側の軸ｌ上に、上記弁孔２側に開口して奥部で拡大する断面略Ｔ字状の第１係合凹部１８ｂを有し、その一方で、上記第１スプール４は、上記第１端３ａ側に配された端面の軸ｌ上に、先端部で拡大する断面略Ｔ字状に形成された第１係合凸部４ｆを有しており、これら第１係合凹部１８ｂと第１係合凸部４ｆとが相互に凹凸係合されている。すなわち、上記駆動ピストン１８と第１スプール４とは、軸ｌ方向に互いに結合されていて、該軸ｌ方向に一体となって往復動するようになっている。

上記圧力調節部９は、上記弁孔２側に開口する有底の第２シリンダ孔２２を備えた第２シリンダボディ２１と、該第２シリンダ孔２２内に摺動自在に設けられていて、該第２シリンダ孔２２内を弁孔２側の第１シリンダ室２２ａとそれと逆側の第２シリンダ室２２ｂとに気密に区画する調圧ピストン２３とを有している。そして、上記第２シリンダボディ２１が、第２シリンダ孔２２を上記弁孔２と同軸に配して、上記弁ケーシング１１の第２端３ｂの端面に気密に固定されている。

ここで、上記第２シリンダ孔２２は、軸ｌ方向に互いに隣接して形成された弁孔２側の大径部２２ｃと奥側の小径部２２ｄとにより構成されている。該大径部２２ｃは上記弁孔２よりも大きな径を有していて、該大径部２２ｃには上記調圧ピストン２３が配されており、上記小径部２２ｄには呼吸孔２２ｅが設けられている。
また、上記第２出力ポートＢと上記第１シリンダ室２２ａとの間は、該第２出力ポートＢのエア圧力を上記受圧面へと導く調圧用流路２４により互いに常時連通されている。そして、上記調圧ピストン２３の上記第１シリンダ室２２ａ側には上記受圧面Ｓが形成されていて、該調圧ピストン２３の上記第２シリンダ室２２ｂ側には、上記弾性部材８が、縮設状態で該調圧ピストン２３と同軸に配置されている。

さらに、該調圧ピストン２３は、上記第１シリンダ室２２ａ側の軸ｌ上に、上記弁孔２側に開口して奥部で拡大する断面略Ｔ字状の第２係合凹部２３ａを有し、その一方で、上記第２スプール５は、上記第２端３ｂ側に配された端面の軸ｌ上に、先端部で拡大する断面略Ｔ字状に形成された第２係合凸部５ｆを有しており、これら第２係合凹部２３ａと第２係合凸部５ｆとが相互に凹凸係合されている。すなわち、上記調圧ピストン２３と第２スプール５とは、軸ｌ方向に互いに結合されていて、該軸ｌ方向に一体となって往復動するようになっている。

より具体的に説明すると、上記調圧ピストン２３の外周には、外径が上記大径部２２ｃよりも僅かに小径且つ上記弁孔２及び小径部２２ｄよりも大径に形成された環状凸部２３ｂが一体に形成されていると共に、上記第１シリンダ室２２ａ側に開いたリップ状のシール部材２３ｃが、その背面を該環状凸部２３ｂにおける上記第１シリンダ室２２ａ側の端面に当接させて嵌合されている。すなわち、上記シール部材２３ｃにより、第１シリンダ室２２ａと第２シリンダ室２２ｂとの間の気密性が確保されていると共に、環状の受圧面Ｓが形成されている。
また、該調圧用流路２４は、上記第２スプール５における第２ランド部５ｂと第３ランド部５ｃとの間に形成された環状流路５ｄに開口して、該第２スプール５内部を軸ｌに沿って上記第２端３ｂ方向に延び、上記第２係合凸部５ｆ及び第２係合凹部２３ａによる凹凸係合部、上記調圧ピストン２３内部を順次通って、該調圧ピストン２３における上記第１シリンダ室２２ａを画する外周面に開口している。

さらに、上記弾性部材８は調圧スプリング（コイルスプリング）であって、上記調圧ピストン２３における上記第２シリンダ室２２ｂを区画する端面と、同じく第２シリンダ室２２ｂを画する上記第２シリンダ孔２２の底面との間に縮設されている。ここで、該弾性部材８の付勢力（弾性的な反発力）を規定する該弾性部材８の弾性係数及び圧縮量は、上記第２出力ポートＢのエア圧力が上記第２給気ポートＰ２に供給されるエア圧力よりも低い所定圧力に調圧された際に、上記第２スプール５の第２ランド部５ｂと第３ランド部５ｃが第２出力ポートＢを第２給気ポートＰ２及び排気ポートＲから遮断する位置に配されるように（図４参照）、設定される。

続いて、図２〜図５に基づいて、上記減圧切換弁１Ａの動作を具体的に説明する。なお、ここでは、上記第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢを、エアシリンダ２５のヘッド側圧力室２６及びロッド側圧力室２７に対してそれぞれ接続すると共に、上記第１給気ポートＰ１及び上記第２給気ポートＰ２を共通のエア供給源３０に接続した場合を例示して説明することとする。
まず、電磁弁１９がオフで第１及び第２給気ポートＰ１，Ｐ２に圧縮エアを供給していない初期状態では、図２に示すように、調圧ピストン２３の受圧面Ｓに圧縮エアの圧力が作用していないため、縮設された弾性部材８の付勢力により第２スプール５が弁孔２内で上記主弁本体３の第１端３ａ方向に押圧されると同時に、第１スプール４が該第２スプール５により第１端３ａ方向に押圧されて上記第１切換位置に配されている。

このとき、上記第１出力ポートＡと第１給気ポートＰ１との間は、第１スプール４の第２ランド部４ｂによりシールされて遮断されており、該第１出力ポートＡと大気に開放された排気ポートＲとの間は、該第１スプール４の第３ランド部４ｃによるシールが解除され、該第３ランド部４ｃに隣接する環状流路４ｄを通じて接続されている。
その一方で、上記第２出力ポートＢと上記排気ポートＲとの間は、第２スプール５の第３ランド部５ｃによりシールされて遮断されており、該第２出力ポートＢと第２給気ポートＰ２との間は、該第２スプール５の第２ランド部５ｂによるシールが解除され、該第２ランド部５ｂに隣接する環状流路５ｄを通じて接続されている。
また、図２中において実線で示すように、初期状態においては、上記エアシリンダ２５のピストン２８はヘッド側端部に位置していて、該ピストン２８に固定されたロッド２９は初期位置に後退しているものとする。

そこで、上記エア供給源３０から圧力ｐの圧縮エアを供給すると、破線矢印で示すように圧縮エアが第２給気ポートＰ２から環状流路５ｄを通じて第２出力ポートＢに供給されて、該第２出力ポートＢの圧力が上昇し始め、同時に、上記調圧用流路２４を通じて上記第２シリンダ孔２２の第１シリンダ室２２ａ内の圧力も上昇し始める。
すると、該圧力が調圧ピストン２３の受圧面Ｓに作用するため、図３に示すように、弾性部材８の付勢力に抗して該調圧ピストン２３が第２シリンダ孔２２の第２シリンダ室２２ｂ方向へ押し戻され、その結果、上記第２スプール５が上記第１切換位置にある第１スプール４から離間して上記第２端３ｂ方向に摺動すると共に、該第２スプール５の第２ランド部５ｂにより、上記第２給気ポートＰ２から第２出力ポートＢへと通じる流路断面積が絞られる。その後、上記第２出力ポートＢの圧力変化に応じて、該第２スプール５が軸ｌ方向に往復動し上記流路断面積を変化させながら、上記第２出力ポートＢを通じてエアシリンダ２５のロッド側圧力室２７へ圧縮エアを供給する。

そして、上記第２出力ポートＢの圧力（すなわち、上記エアシリンダ２５のロッド側圧力室２７の圧力）が、上記供給圧力ｐよりも低くて上記弾性部材８の付勢力により規定される所定圧力ｐ’に達すると、図４に示すように、上記第２スプール５の第２ランド部５ｂ及び第３ランド部５ｃにより、上記第２出力ポートＢと第２給気ポートＰ２及び排気ポートＲとの間が遮断される。

次に、エアシリンダ２５のロッド２９を前進させて該ロッド２９に仕事をさせる作業ストロークに切り換えるにあたっては、電磁弁１９をオンにして第１シリンダ孔１７の第２シリンダ室１７ｂにパイロットエアを供給する。すると、図５に示すように、駆動ピストン１８が第１シリンダ室１７ａ方向に駆動されて第１スプール４が第２端３ｂ方向の第２切換位置に摺動すると同時に、第２スプール５も該第１スプール４に押圧されて第２端３ｂ方向に摺動する。ただし、上記パイロットエアによる駆動ピストン１８の駆動力は上記弾性部材８の付勢力よりも十分に大きいものとする。

このとき、上記第１出力ポートＡと第１給気ポートＰ１との間は、上記第１スプール４の第２ランド部４ｂによるシールが解除され、該第２ランド部４ｂに隣接する環状流路４ｄを通じて接続されており、該第１出力ポートＡと排気ポートＲとの間は、第１スプール４の第３ランド部４ｃによりシールされて遮断されている。
その一方で、上記第２出力ポートＢと上記排気ポートＲとの間は、上記第２スプールの第３ランド部５ｃによるシールが解除され、該第３ランド部５ｃに隣接する環状流路５ｄを通じて接続されており、該第２出力ポートＢと第２給気ポートＰ２との間は、第２スプール５の第３ランド部５ｃによりシールされて遮断されている。

そうすると、エア供給源３０から圧力ｐの圧縮エアが、上記第１給気ポートＰ１を通じてエアシリンダ２５のヘッド側圧力室２６に対し迅速に供給されると共に、ロッド側圧力室２７の圧縮エアが上記排気ポートＲを通じて大気に放出される。その結果、エアシリンダ２５のピストン２８がロッド側圧力室２７方向へ駆動されると同時に、ロッド２９が仕事をしながら前進する。
なお、作業ストローク時には、ロッド２９に外部負荷が作用するが、ヘッド側圧力室２６に対し十分に高い圧力ｐの圧縮エアを迅速に供給することができるため、ピストン２８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も確保することができる。

続いて、作業ストローク後に、ロッド２９を初期位置へ向けて後退させる復帰ストロークに切り換えるにあたっては、電磁弁１９をオフにして第１シリンダ孔１７の第２シリンダ室１７ｂを大気に開放する。
その結果、再び図２に示すように、縮設された弾性部材８の付勢力により、第２スプール５が上記主弁本体３の第１端３ａ方向に押圧されて摺動すると同時に、第１スプール４が該第２スプール５により第１端３ａ方向に押圧されて上記第１切換位置に切り換えられる。このとき、図２中の破線で示すように、エアシリンダ２５のロッド側圧力室２７に対するエア供給源３０からの圧縮エアの供給が開始されると共に、ヘッド側圧力室２６が大気に開放されるため、図２中の破線で示すように、ピストン２８のロッド側圧力室２７方向への駆動が開始されると同時に、ロッド２９の初期位置へ向けての後退が開始される。ここで、図５の状態から図２の状態に切り換わる際に、ヘッド側圧力室２６からの排気の一部が、一瞬、第２出力ポートＢを通じて上記ロッド側圧力室２７へ導かれるように構成しておくと、その排気圧の作用により復帰ストロークの応答性を改善することができる。

そうすると、第２出力ポートＢのエア圧力（すなわち、ロッド側圧力室２７のエア圧力）が調圧用流路２４を通じて、圧力調節部９における第２シリンダ孔２２の第１シリンダ室２２ａに供給され、調圧ピストン２３の受圧面Ｓに作用する。そのため、再び図３に示すように、上記第２スプール５の第２ランド部５ｂにより、上記第２給気ポートＰ２から第２出力ポートＢへと通じる流路断面積が絞られる。このとき、上記調圧用流路２４の例えば環状流路５ｄへの開口部分に絞り部を設けておくと、第２出力ポートＢのエア圧力を上記受圧面Ｓに作用させるタイミングを遅延させることができ、その結果、この上記第２給気ポートＰ２から第２出力ポートＢへと通じる流路断面積が絞られるタイミング（すなわち、第２スプール５の位置が図２の状態から図３の状態に至るタイミング）を遅延させることができるため、復帰ストロークの応答性を改善することができる。
そして、上記ピストン２８の駆動に伴う上記第２出力ポートＢの圧力変化に応じて、該第２スプール５が軸ｌ方向に往復動し上記流路断面積を変化させながら、圧縮エアを上記第２出力ポートＢに徐々に供給する。

さらに、再び図４に示すように、上記ピストン２８がヘッド側端部に到達すると共に上記ロッド２９が初期位置に後退して、ロッド側圧力室２７の圧力（すなわち、第２出力ポートＢの圧力）が、エア供給源３０から第２給気ポートＰ２に供給される圧縮エアの圧力ｐよりも低い所定圧力ｐ’に達すると、上記第２スプール５によって第２出力ポートＢが第２給気ポートＰ２及び排気ポートＲから遮断される。
すなわち、上記スプール駆動部６及び第１スプール４が、供給圧力ｐを直接的に第１出力ポートＡから出力する切換弁として機能し、その一方で、上記圧力調節部９及び第２スプール５が、供給圧力ｐを減圧して第２出力ポートＢから出力する減圧弁として機能している。

このように、上記減圧切換弁１Ａにおいては、例えばアクチュエータにおける大きな負荷が掛からない復帰ストローク時に、減圧弁部１０によりエア消費量の節減を図ることができるばかりでなく、該減圧弁部１０と切換弁部７とが主弁本体３に対し一体に設けられているため、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可能となる。

次に、図６に基づき、本発明に係る減圧切換弁の第２の実施形態について説明する。なお、重複記載を避けるため、ここでは、主として上記第１の実施形態とは異なる構成部分について説明することとし、その他の共通する構成部分については図中に同じ符号を付して説明を省略する。
本第２の実施形態に係る減圧切換弁１Ｂと上記第１の実施形態に係る減圧切換弁１Ａとの主たる相違は、上記減圧弁部１０において、上記弾性部材８による付勢力を調節可能に構成することにより、上記減圧弁部１０による減圧量を変更可能とした点にある。

具体的には、該減圧弁部１０の圧力調節部９は、上記弾性部材８の圧縮量を調節するための調節機構３１を有している。該調節機構３１は、第２シリンダボディ２１における第２シリンダ孔２２の底壁に、軸ｌ方向に外部へと貫設されていて、内周に雌ネジが形成されたネジ孔３２と、外周に雄ネジが形成されていて、該ネジ孔３２に対し外部から第２シリンダ孔２２内部へと螺合された調節ネジ３３と、上記第２シリンダ孔２２の小径部２２ｄにおいて、軸ｌ方向に摺動自在に設けられ、上記弾性部材８の一端を受けると共に、上記調節ネジ３３の先端部に当接させて設けられたバネ受け部材３４とにより構成されている。また、上記第２出力ポートＢからは、圧力測定用流路３５が分岐されていて、上記第２シリンダボディ２１に取り付けられた圧力ゲージ３６に接続されている。

そして、上記調節ネジ３３を、外部からの回転操作により第２シリンダ孔２２内部において前進又は後退させて、上記調圧ピストン２３と上記バネ受け部材３４との間に縮設された弾性部材８の圧縮量を調節することにより、上記減圧弁部１０による減圧量が調節可能となっている。
すなわち、上記調節ネジ３３を前進させて、弾性部材８の圧縮量を増やすと、該弾性部材８により第２スプール５に加えられる付勢力がより大きくなるため、減圧弁部１０による減圧量をより小さくすることができる。逆に、該調節ネジ３３を後退させると、減圧弁部１０による減圧量をより大きくすることができる。
その際、上記圧力ゲージ３６で第２出力ポートＢの圧力を確認しながら上記弾性部材８の圧縮量を調節することができるため、第２出力ポートＢの圧力を所望の所定圧力ｐ’に容易に設定することができる。

次に、図７に基づき、本発明に係る減圧切換弁の第３の実施形態について説明する。なお、重複記載を避けるため、ここでは、主として上記第１の実施形態とは異なる構成部分について説明することとし、その他の共通する構成部分については図中に同じ符号を付して説明を省略する。
本第３の実施形態に係る減圧切換弁１Ｃと上記第１の実施形態に係る減圧切換弁１Ａとの主たる相違は、上記減圧弁部１０において、上記弾性部材８を交換可能に構成することにより、上記減圧弁部１０による減圧量を変更可能とした点にある。

この減圧弁部１０の圧力調節部９においては、第２シリンダボディ２１における第２シリンダ孔２２の底壁が着脱自在な蓋部材３７により形成されている。
具体的には、第２シリンダボディ２１における第２シリンダ孔２２の底部開口３８の外周面には雄ネジが形成され、その一方で、断面略Ｕ字状に形成された蓋部材３７の内周面には雌ネジが形成されていて、該蓋部材３７が螺合により第２シリンダボディ２１に着脱自在に取り付けられている。そして、上記調圧ピストン２３と上記蓋部材３７との間に上記弾性部材８が縮設されている。

そのため、該蓋部材３７を第２シリンダボディ２１から取り外し、上記底部開口３８を通じて、弾性部材８を弾性係数の異なる他の弾性部材に交換することにより、上記減圧弁部１０による減圧量が変更可能となっている。
すなわち、弾性係数のより大きい弾性部材８に交換すると、該弾性部材８により第２スプール５に加えられる付勢力がより大きくなるため、減圧弁部１０による減圧量をより小さくすることができる。逆に、弾性係数のより小さい弾性部材８に交換すると、減圧弁部１０による減圧量をより大きくすることができる。そして、その結果、第２出力ポートＢの圧力を所望の所定圧力ｐ’に容易に設定することができる。

以上、本発明に係る減圧切換弁の各種実施形態について詳細に説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明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ことは言うまでもない。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ減圧切換弁
２弁孔
２ａ内周溝
３主弁本体
３ａ第１端
３ｂ第２端
４第１スプール
５第２スプール
６スプール駆動部
７切換弁部
８弾性部材（調圧スプリング）
９圧力調節部
１０減圧弁部
１８駆動ピストン
１９電磁弁
２３調圧ピストン
２４調圧用流路
ｌ軸
Ａ第１出力ポート
Ｂ第２出力ポート
Ｐ１第１給気ポート
Ｐ２第２給気ポート
Ｒ排気ポート
Ｓ受圧面

Claims

軸方向に貫設された１本の弁孔と、該弁孔に連通された給気ポート、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て、軸方向両端に第１端と第２端とそれぞれ備えた主弁本体；
上記弁孔内の上記第１端側に、軸方向に摺動自在に挿通されている第１スプール；
上記弁孔内における該第１スプールの上記第２端側に、軸方向に摺動自在に挿通されている第２スプール；
上記第１スプールを、上記第２端方向に押圧して摺動させ、上記第１端側の第１切換位置から上記第２端側の第２切換位置へと切り換えるスプール駆動部；
を含み、
上記第１スプール及びスプール駆動部が、該第１スプールが上記第１切換位置に在るときには、上記第１出力ポートを上記排気ポートに接続させると共に、該スプール駆動部の駆動により該第１スプールが上記第２切換位置に在るときには、該第１出力ポートを上記給気ポートに接続させる切換弁部を構成しており、
上記第２スプールが、上記第１スプールが第１切換位置に在るときには、上記第２出力ポートを上記給気ポートに接続させ、該給気ポートに供給された圧縮エアを減圧して該第２出力ポートから出力すると共に、上記第１スプールが第２切換位置に在るときには、上記第２出力ポートを上記排気ポートに接続させる減圧弁部を構成し、
上記減圧弁部が、上記第２スプールに対し上記第１端方向に弾性的な付勢力を付与する弾性部材と、該第２スプールに対し上記第２出力ポートの圧力を上記付勢力とは逆方向に作用させる受圧面とを含み、
該弾性部材による付勢力と該受圧面に作用する圧力とのバランスによって上記第２スプールを軸方向に往復動させ、上記給気ポートから第２出力ポートへと通じる流路の断面積を変化させることにより、該給気ポートに供給された圧縮エアを上記付勢力により規定される所定圧力に減圧して該第２出力ポートから出力するように構成されている、
ことを特徴とする減圧切換弁。
上記スプール駆動部の駆動に伴い、上記第２スプールが該第１スプールにより押圧され上記第２端方向へ摺動することによって、上記第２出力ポートが上記排気ポートに接続されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の減圧切換弁。
上記減圧弁部が、第２スプールの上記第２端側に結合され、シリンダ孔内を軸方向に往復摺動する調圧ピストンを含んでいて、該調圧ピストンに、上記受圧面が形成されると共に上記弾性部材が連結されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の減圧切換弁。
上記第２出力ポートのエア圧力を上記受圧面へと導く調圧用流路が、上記第２スプールの外周に形成された環状流路の開口から、上記第２スプール内部を軸方向に延びて、上記受圧面により区画されたシリンダ室へと接続されており、該調圧用流路により該第２出力ポートと該シリンダ室とが互いに常時連通されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の減圧切換弁。
上記減圧弁部において、上記弾性部材による付勢力が変更可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の減圧切換弁。
上記減圧弁部が、上記弾性部材の圧縮量を調節する調節機構を有していて、該調節機構により上記付勢力を変更することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の減圧切換弁。
上記減圧弁部が、上記弾性部材を交換可能に構成されていて、該弾性部材を弾性係数の異なるものに交換することにより、上記付勢力を変更することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の減圧切換弁。
上記弾性部材が、コイルスプリングである、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の減圧切換弁。
上記スプール駆動部が、上記第１スプールの上記第１端側に結合されて軸方向に往復動する駆動ピストンと、該駆動ピストンを駆動させる電磁弁とを含んでいて、該駆動ピストンの駆動により、該第１スプールが上記第２端方向に押圧され摺動するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の減圧切換弁。