(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、流体圧シリンダを駆動する流体圧回路において、作動流体の流れを適切に制御するためにパイロットチェック弁を設けることは公知である(例えば、下記特許文献1を参照)。例えば、流体圧シリンダが昇降用のシリンダとして用いられる流体圧回路では、シリンダのヘッド側圧力室とロッド側圧力室とが切換弁を介して圧力供給源に接続され、ロッド側圧力室と切換弁との間の流路にパイロットチェック弁が配置される。
【0003】
パイロットチェック弁は、バネによって弁座側に弾性的に付勢されたポペット弁体と、ポペット弁体に対向して軸方向に摺動可能に配置され、パイロット圧印加時にポペット弁体を押圧するパイロットピストンとを備える。パイロットチェック弁には、シリンダのヘッド側圧力室への供給圧の印加に伴って、パイロット圧が印加されるようになっている。
【0004】
このように構成される流体圧回路において、圧力供給源から切換弁を介してパイロットチェック弁へと作動流体を供給すると、作動流体に基づく圧力作用下にポペット弁体がバネの弾発力に抗して弁座から離間し、これにより作動流体はシリンダのロッド側圧力室へと流入し、シリンダのピストンを押し上げる。そして、ピストンが上昇端に到達すると、ポペット弁体の前後の圧力差がなくなるため、ポペット弁体はバネの弾発力の作用下に弁座に着座する。これにより、圧力供給源からの供給圧を停止しても、ポペット弁体は閉じたままであるため、シリンダの落下を防止することができる。
【0005】
一方、圧力供給源から切換弁を介してシリンダのヘッド側圧力室へと作動流体を供給すると、パイロット圧によって進出動作するパイロットピストンがポペット弁体を押すことにより、ポペット弁体が弁座から離間する。これにより、シリンダのロッド側圧力室の流体は、パイロットチェック弁を介して切換弁から排出され、これに伴ってシリンダが下降動作する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、従来のパイロットチェック弁が適用された流体圧回路において、シリンダの落下を防止するためには、弁が閉じた状態になってから供給圧を解除する必要がある。しかしながら、従来のパイロットチェック弁では、弁が閉じたことを検出する機能が設けられていなかった。また、ポペット弁体とパイロットピストンとは分離した構成であり、パイロットピストンの位置とポペット弁体の状態とが常に対応するとは限らないため、仮にパイロットピストンの位置を検出しても、ポペット弁体が着座しているか否かを検出することにはならない。このため、従来のパイロットチェック弁では、弁閉状態であるか否かを適切に検出することができなかった。
【0008】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、弁閉状態であるか否かを適切に検出することができるパイロットチェック弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するため、本発明は、
シリンダを有する流体圧回路に適用されるパイロットチェック弁であって、第1ポート及び第2ポートを有する流路ボディと、少なくとも一部が前記流路ボディ内に摺動可能に配置され、パイロット圧の作用下に軸方向に動作する可動体と、前記可動体に取り付けられ、前記可動体と一体的に弁閉位置と弁開位置との間を変位可能であり、径方向に弾性変形可能な傾斜したリップ部を有し、前記リップ部において前記流路ボディの内周面に摺接可能なパッキンと、前記パッキンを前記弁閉位置に位置させる位置に前記可動体が位置する
ときに、前記シリンダへの供給圧を解除する条件として用いるための信号を出力する検出器と、を備え、前記パッキンは、前記弁閉位置において、前記第1ポート側から前記第2ポート側への作動流体の流れを許容するとともに、前記第2ポート側から前記第1ポート側への前記作動流体の流れを阻止し、前記弁開位置において、前記第1ポートと前記第2ポートとを連通させる、ことを特徴とする。
【0010】
上記のように構成されたパイロットチェック弁によれば、可動体とパッキンとは一体的に軸方向に変位するため、可動体の位置を検出することで、弁閉状態かどうか(パッキンが弁閉位置に位置しているかどうか)を適切に検出することができる。また、パッキンは、弁閉位置にあるとき、第1ポート側から第2ポート側への作動流体の流れを許容する一方、第2ポート側から第1ポート側への作動流体の流れを阻止するので、パイロット圧が解除されている状態でも、チェック弁機能を有効に発揮することができる。
【0011】
上記のパイロットチェック弁において、前記パッキンの前記リップ部は、前記弁開位置から前記弁閉位置へ向かって移動する際、前記弁閉位置と前記弁開位置との間に位置するシール開始位置で前記流路ボディの前記内周面との接触を開始することが好ましい。この場合、前記検出器は、前記パッキンが前記弁開位置から前記弁閉位置へ向かって移動する際、前記パッキンが前記シール開始位置を越えてから信号を出力することが好ましい。
【0012】
この構成により、パッキンのリップ部は、弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、軸方向の所定範囲にわたって流路ボディの内周面に摺接する。このように、リップ部と内周面との接触によるシール機構は、軸方向のオーバーラップ領域を有しており、このオーバーラップ領域によって検出器の検出誤差やヒステリシスの影響を排除できるので、完全に弁が閉じていない状態で検出器が信号を出力することを防止することができる。すなわち、検出器が信号を出力したときには、必ず弁が完全に閉じている状態にあるため、位置検出機能の信頼性を高めることができる。
【0013】
上記のパイロットチェック弁において、前記流路ボディの前記内周面は、前記パッキンが前記弁閉位置に位置するときに前記リップ部に押圧接触するシール領域と、前記パッキンが前記弁開位置に位置するときに前記リップ部から離間する非シール領域とを有し、前記非シール領域は、前記シール領域よりも内径が大きいことが好ましい。
【0014】
この構成により、流路ボディ内でのパッキンの軸方向位置によって、第1ポートと第2ポートとの連通状態と非連通状態を簡便且つ確実に切り換えることができる。
【0015】
上記のパイロットチェック弁において、前記パッキンを囲み、前記リップ部の径方向外方への所定以上の変形を防止するパッキン支持部材を備えることが好ましい。
【0016】
この構成により、リップ部の過剰変形を防止し、パッキンの耐久性を向上させることができる。
【0017】
上記のパイロットチェック弁において、前記パッキン支持部材には、前記第1ポート側から前記リップ部への前記作動流体の流れを許容する通路が設けられることが好ましい。
【0018】
この構成により、パッキンのチェック弁機能を阻害することなくリップ部を保護する機能を好適に発揮することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明のパイロットチェック弁によれば、弁閉状態であるか否かを適切に検出することができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係るパイロットチェック弁について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【0022】
図1は、本発明の一実施形態に係るパイロットチェック弁10の弁閉状態の断面図であり、
図3は、このパイロットチェック弁10の弁開状態の断面図である。このパイロットチェック弁10は、第1ポート12及び第2ポート14を有する流路ボディ16と、流路ボディ16内に軸方向(矢印X方向)に摺動可能に配置された作動ロッド18と、作動ロッド18に取り付けられたパッキン20と、作動ロッド18に取り付けられたパッキン支持部材22と、流路ボディ16に連結されたパイロット機構部24と、パイロット機構部24に設けられた検出器25とを備える。
【0023】
流路ボディ16は、作動流体(例えば、空気)の流路を形成する部材である。本実施形態において流路ボディ16は、第1ポート12を有する中空状の第1ボディ26と、第2ポート14を有する中空状の第2ボディ28とを備える。第1ボディ26は、第1ポート12とは反対側に、第2ボディ28が挿入される挿入部30を有し、挿入部30において第2ボディ28を囲む。挿入部30と第2ボディ28との間には、第1ポート12と連通する環状空間32が形成される。
【0024】
第2ボディ28は、パイロット機構部24と結合する結合部34と、結合部34からパイロット機構部24とは反対方向に突出した中空円筒状のスリーブ部36とを有する。結合部34は、例えば、横断面が六角形状のナットの形態とすることができる。スリーブ部36は、上述した第1ボディ26の挿入部30に挿入される部分である。
【0025】
スリーブ部36の外周部には、軸方向に間隔を置いて環状のシール部材38、40(例えば、Oリング)が配置される。一方のシール部材38は、スリーブ部36と挿入部30との間に配置される。挿入部30とスリーブ部36との間には中空円筒状のスペーサ部材42が配置され、他方のシール部材40は、スリーブ部36とスペーサ部材42との間に配置される。また、スペーサ部材42と挿入部30との間には、さらに別のシール部材44が配置される。
【0026】
スリーブ部36において、シール部材38とシール部材40との間には、1以上(図示例では2つ)の側孔46が設けられる。第1ボディ26の中空部と第2ボディ28の中空部とは、側孔46を介して連通する。また、スリーブ部36において、側孔46よりも第2ポート14側、すなわち側孔46と第2ポート14との間の内周面には、拡径部48が設けられる。拡径部48は、スリーブ部36における側孔46と拡径部48との間の部分(以下、「縮径部50」という)の内径よりも大きい。縮径部50は軸方向に沿って内径が一定である。
【0027】
作動ロッド18は、第2ボディ28のスリーブ部36内で軸方向(X方向)に摺動可能に配置される。具体的には、作動ロッド18の軸方向の中間部には、径方向外方に突出した環状突出部52が設けられ、当該環状突出部52に設けられたシール装着溝54にシール部材56が装着される。当該シール部材56により、第2ボディ28内からパイロット機構部24側への流体の漏出が防止される。
【0028】
作動ロッド18の先端側(パイロット機構部24とは反対側;X1方向側)の端部には、パッキン20と、パッキン支持部材22とが取り付けられる。具体的には、作動ロッド18の先端部にブッシュ58が固定(図示例では、螺合)されることにより、パッキン20とパッキン支持部材22とが作動ロッド18の先端部に固定されている。従って、作動ロッド18が軸方向に移動する際、パッキン20及びパッキン支持部材22も作動ロッド18と一体的に軸方向に移動する。
【0029】
パッキン20は、ゴム等(例えば、ブチルゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等)の弾性体からなり、全体として中空円筒状であり、具体的には、軸方向に平行な筒状基部60と、この筒状基部60の外周部から傾斜して突出し且つ径方向に弾性変形可能な環状のリップ部62とを有する。
【0030】
パッキン20は、
図1に示す弁閉位置において、第1ポート12側から第2ポート14側への作動流体の流れを許容する一方、第2ポート14側から第1ポート12側への作動流体の流れを阻止する。また、パッキン20は、
図3に示す弁開位置において、第1ポート12と第2ポート14とを連通させる。
【0031】
リップ部62は、作動ロッド18の先端方向(X1方向)に向かって傾斜している。リップ部62は、筒状基部60の外周部において周方向に一周延在する。リップ部62の先端部内面は筒状基部60の外周面に対向して離間している。リップ部62と筒状基部60との間には、X2方向側に凹む環状溝63が形成される。自然状態のリップ部62の外径は、スリーブ部36の縮径部50の内径よりも大きく、且つ拡径部48の内径よりも小さい。
【0032】
図1に示すように、パッキン20は縮径部50内に位置しているとき、リップ部62は径方向内方に若干だけ弾性圧縮変形した状態(自然状態よりも若干縮径した状態)でスリーブ部36の内周面に全周にわたって接触する。このように、縮径部50は、パッキン20が弁閉位置に位置するときにリップ部62に押圧接触するシール領域を形成する。
【0033】
一方、
図3に示すように、パッキン20が拡径部48内に位置しているとき、リップ部62はスリーブ部36の内周面から離間するため、パッキン20によるシール機能は営まれない。このように、拡径部48は、パッキン20が弁開位置に位置するときにリップ部62から離間する非シール領域を形成する。
【0034】
パッキン支持部材22は、パッキン20を囲み、リップ部62の径方向外方への所定以上の変形を防止する部材である。パッキン支持部材22は、パッキン20よりも高い剛性をもつように、例えば、硬質樹脂、金属等により構成される。パッキン支持部材22の外径は、スリーブ部36の内周面の内径(具体的には、縮径部50の内径)と略同じか、僅かに小さい。
【0035】
図4に示すように、パッキン支持部材22は、孔部64が形成された基部66と、基部66の外周部から基部66の厚さ方向(
図1等でX1方向)に突出した複数の支持片68とを有する。複数の支持片68は、周方向に間隔を置いて配置されており、隣接する支持片68の間に、軸方向の通路70が形成される。各支持片68の突出端側(先端側)の内面には、突出端側に向かって拡径するテーパ部72が形成される。
【0036】
図1等に示すように、パッキン20は、パッキン支持部材22の複数の支持片68の内側に配置されるとともに、ブッシュ58のフランジ58aと、作動ロッド18に設けられた係止用凸部84との間に保持される。パッキン支持部材22の複数の支持片68は、リップ部62の先端部よりも作動ロッド18の基端部側(X2方向側)に位置するとともに、リップ部62を外側から支持する。また、パッキン支持部材22は、パッキン20と係止用凸部84との間に保持されるとともに、ブッシュ58の端面と係止用凸部84との間に保持される。
【0037】
パイロット機構部24は、摺動孔74が形成されたシリンダボディ76と、摺動孔74内で軸方向に摺動可能であり外周部にピストン用パッキン77が装着されたピストン78と、ピストン78が連結された駆動ロッド80と、位置検出用のマグネット82とを有する。この駆動ロッド80の流路ボディ16側の端部に作動ロッド18が例えば螺合により連結される。ピストン78、マグネット82、駆動ロッド80及び作動ロッド18は、一体的に軸方向に変位可能である。駆動ロッド80と作動ロッド18とにより可動体85が構成される。
【0038】
摺動孔74内は、ピストン78によって、ピストン78側の第1圧力室92aと駆動ロッド80側の第2圧力室92bとに仕切られている。シリンダボディ76には、第1圧力室92aと連通するパイロットポート86と、第2圧力室92bと大気側とを連通する大気ポート88とが設けられる。大気ポート88には、例えば、通気性を有するフィルタ90が配置されるとよい。
【0039】
マグネット82は、駆動ロッド80及びピストン78が軸方向に変位する際、これらと一体的に軸方向に変位する。具体的には、駆動ロッド80には、ピストン78に隣接する位置にマグネットホルダ95が固定されており、このマグネットホルダ95とピストン78との間にマグネット82が保持される。なお、マグネット82はピストン78に装着されてもよい。
【0040】
ピストン78は、シリンダボディ76内に配置された弾性付勢手段としてのスプリング94により、流路ボディ16とは反対側に付勢される。図示例では、スプリング94の一端(X1側の端部)は、シリンダボディ76の流路ボディ16側の端部に結合されたロッド側カバー96に当接し、スプリング94の他端(X2側の端部)は、マグネットホルダ95に設けられた外方凸部97に当接する。
【0041】
上記のように構成されたパイロット機構部24において、パイロットポート86を介して第1圧力室92aにパイロット圧が印加されると、ピストン78は、当該パイロット圧の作用下にスプリング94の弾発力に抗してX1方向へと移動させられ、
図3に示す位置で停止する。その際、第2圧力室92b内の流体は、大気ポート88を介して大気側へと排出される。一方、パイロット圧が解除されると、ピストン78は、スプリング94の弾発力の作用下にX2方向へと移動させられ、
図1に示す位置に復帰する。
【0042】
検出器25は、パッキン20を弁閉位置に位置させる位置に可動体85が位置しているか否かを検出するものであり、例えば、シリンダボディ76の側部に設けられた取付溝100に取り付けられる。本実施形態において、検出器25は、パッキン20が
図1に示す弁閉位置(全閉位置)に到達することに伴ってマグネット82が所定位置に到達したときに、マグネット82の磁場を検知して信号を出力する。すなわち、検出器25は、パイロットチェック弁10が弁閉状態のときにオンとなり、弁閉状態以外のときにオフとなるスイッチとして構成されている。
【0043】
パッキン20のリップ部62は、弁開位置(
図3)から弁閉位置(
図1)へ向かって移動する際、
図2に示すように、弁閉位置と弁開位置との間の位置で流路ボディ16の内周面との接触(シール)を開始する。以下、
図2に示すパッキン20の位置を「シール開始位置」という。この構成では、リップ部62は、弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、軸方向の所定範囲(シール開始位置から弁閉位置までの範囲)にわたって流路ボディ16の内周面に摺接する。このように、リップ部62と内周面との接触によるシール機構は、軸方向のオーバーラップ領域を有する。
【0044】
パッキン20が弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、検出器25は、パッキン20がシール開始位置を越えてから、マグネット82の磁場を検出して、信号を出力する。すなわち、パッキン20が弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、パッキン20がシール開始位置に到達しただけでは検出器25はマグネット82の磁場を検出せず、信号を出力しない。従って、このパイロットチェック弁10では、検出器25が信号を出力しているときは、弁が完全に閉じた状態になっている(パッキン20が弁閉位置にある)という構造が構築されている。
【0045】
上記のように構成されるパイロットチェック弁10は、例えば、
図5に示すような流体圧回路102に適用すると、シリンダ104の落下を防止することができる。
【0046】
この流体圧回路102は、重量物Wを昇降させるシリンダ104と、シリンダ104のヘッド室105とロッド室106にそれぞれ接続された第1及び第2給排流路108、110と、第1給排流路108上に設けられた第1スピードコントローラ112と、第2給排流路110上に設けられた第2スピードコントローラ114と、第1給排流路108上に設けられたパイロットチェック弁10とを備える。
【0047】
流体圧回路102は、さらに、第1及び第2給排流路108、110に接続された電磁切換弁116と、電磁切換弁116に接続された圧力供給源118と、第2給排流路110から分岐してパイロットチェック弁10のパイロットポート86に接続されたパイロット流路120とを備える。この場合、パイロットチェック弁10の第1ポート12は電磁切換弁116側に接続され、第2ポート14はシリンダ104のロッド室106側に接続される。
【0048】
このように構成される流体圧回路102において、
図5に示すように第1給排流路108と圧力供給源118とを連通するように電磁切換弁116を作動させると、圧力供給源118からの作動流体はパイロットチェック弁10の第1ポート12を介して流路ボディ16内に流入する。この場合、パイロットチェック弁10にはパイロット圧が印加されていないため、
図1のように、スプリング94の弾発力の作用下に、パッキン20は弁閉位置に位置している。
【0049】
一方、作動流体は、第2ボディ28のスリーブ部36に設けられた側孔46を介して第2ボディ28内へと流入するとともに、パッキン20を径方向内方に撓ませて、パッキン20を通過する。すなわち、作動流体の作用下にリップ部62を径方向内方に押圧することにより、リップ部62がスリーブ部36の内周面(縮径部50)から離間して隙間が形成され、当該隙間を介して作動流体が第2ポート14側へと流れる。この場合、パッキン支持部材22の外周部には、軸方向の通路70(
図4参照)が形成されているため、第1ポート12側から第2ポート14側への作動流体の流れが阻害されることがない。
【0050】
そして、
図5において、第2ポート14から出た作動流体は、シリンダ104のロッド室106へと流入し、シリンダ104のヘッド室105の流体は第2給排流路110及び電磁切換弁116を介して大気側へと排出され、これに伴ってシリンダ104は上昇動作する。シリンダ104が上昇端に到達すると、パッキン20の前後差圧(第1ポート12側と第2ポート14側との差圧)がなくなるため、リップ部62はスリーブ部36の内周面に再び接触し密着する。この状態では、弁閉位置に位置するパッキン20により、第2ポート14側から第1ポート12側への作動流体の流れが阻止されるため、シリンダ104の位置は保持される。従って、シリンダ104の落下を防止することができる。
【0051】
一方、第2給排流路110と圧力供給源118とを連通するように電磁切換弁116を作動させると、圧力供給源118からの作動流体は、第2給排流路110を介してシリンダ104のヘッド室105に供給されるとともに、パイロット流路120を介して、パイロットチェック弁10の第1圧力室92aに導入される。これにより、ピストン78がパイロット圧に基づく作用力を受けて、ピストン78に連結された駆動ロッド80と、この駆動ロッド80に連結された作動ロッド18を軸方向(X1方向)に移動させる。
【0052】
この作動ロッド18の移動に伴って、
図3に示すようにパッキン20は弁開位置に移動させられ、第1ポート12と第2ポート14とが連通するに至る。従って、第2ポート14から第1ポート12への流れが許容された状態となるため、シリンダ104のロッド室106の流体が第1給排流路108及び電磁切換弁116を介して大気側に排出され、これに伴ってシリンダ104は下降動作する。この場合、第2ポート14側から第1ポート12側へ流れる流体の動圧がパッキン20のリップ部62に作用するが、リップ部62はパッキン支持部材22の支持片68によって外側から支持されているため、リップ部62に過剰変形(反り返り)が生じることが防止される。
【0053】
以上説明したように、本実施形態に係るパイロットチェック弁10によれば、弁閉状態となっているかどうか(パッキン20が弁閉位置に位置しているかどうか)を検出器25が信号を出力しているか否かにより検出することができる。すなわち、弁閉状態になっているときは、検出器25がマグネット82の磁場に反応してオンとなり信号を出力する。従って、流体圧回路102では、シリンダ104が上昇端に到達した後、検出器25から信号が出力されている状態で、第1ポート12への供給圧を解除することにより、シリンダ104の落下を防止することができる。
【0054】
また、パッキン20は、弁閉位置にあるとき、第1ポート12側から第2ポート14側への作動流体の流れを許容する一方、第2ポート14側から第1ポート12側への作動流体の流れを阻止するので、パイロットチェック弁10に対してパイロット圧が印加されていない状態でも、チェック弁機能を有効に発揮することができる。
【0055】
本実施形態の場合、パッキン20のリップ部62は、パッキン20が弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、弁閉位置と弁開位置との間の位置(シール開始位置)で流路ボディ16の内周面との接触を開始する。この構成により、パッキン20のリップ部62は、弁開位置から弁閉位置へ向かって移動する際、軸方向の所定範囲にわたって流路ボディ16の内周面に摺接する。
【0056】
このように、リップ部62と内周面との接触によるシール機構は、軸方向のオーバーラップ領域を有しており、このオーバーラップ領域によって検出器25の検出誤差やヒステリシスの影響を排除できるので、完全に弁が閉じていない状態で検出器25が信号を出力することを防止することができる。すなわち、検出器25が信号を出力しているときは、必ず弁が完全に閉じている状態であることが保障されるため、位置検出機能の信頼性を高めることができる。
【0057】
また、本実施形態に係るパイロットチェック弁10の場合、パッキン20を囲み、リップ部62の径方向外方への所定以上の変形を防止するパッキン支持部材22を備えるので、第2ポート14側から第1ポート12側へ流体が流れる際のリップ部62の過剰変形を防止し、パッキン20の耐久性を向上させることができる。
【0058】
しかも、パッキン支持部材22には、第1ポート12側からリップ部62への作動流体の流れを許容する通路70が設けられるので、パッキン20のチェック弁機能を阻害することなくリップ部62を保護する機能を好適に発揮することができる。
【0059】
なお、本発明の適用範囲は、
図5に示したような流体圧回路102に限られない。例えば、シリンダのヘッド室側とロッド室側とに個別にパイロットチェック弁10が接続され、非常停止時には2つのパイロットチェック弁10のチェック弁機能によりシリンダの位置を固定保持する(すなわちシリンダの動作を拘束する)ように構成された流体圧回路に適用されてもよい。
【0060】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記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、種々の改変が可能なことは言うまでもない。