特許 7178775 ３方向切換弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-17

(45)【発行日】2022-11-28

(54)【発明の名称】３方向切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/044 20060101AFI20221118BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20221118BHJP

   F16K 41/10 20060101ALI20221118BHJP

【ＦＩ】

F16K11/044 Z

F16K31/06 305V

F16K41/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017172676

(22)【出願日】2017-09-08

(65)【公開番号】P2019049277

(43)【公開日】2019-03-28

【審査請求日】2020-06-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000204240

【氏名又は名称】株式会社ＴＡＩＹＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上間 丈司

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平１－２９９３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３９８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３０２４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １１／００－１１／２４

Ｆ１６Ｋ ３１／０６－３１／１１

Ｆ１６Ｋ ４１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の弁室と第２の弁室と第３の弁室とを軸線方向に順に有し、前記第１の弁室と前記第２の弁室との間に設けられた第１の弁座部、前記第２の弁室と前記第３の弁室との間に設けられて前記第１の弁座部に前記軸線方向に間隔をおいて対向する第２の弁座部、前記第１の弁室に連通する第１のポート、前記第２の弁室に連通する第２のポート及び前記第３の弁室に連通する第３のポートを具備した弁ハウジングと、
互いの端部の嵌合により軸線方向に順に連結された第１弁ステム部材と第２弁ステム部材とプッシュ部材との連結体により構成されて前記第１の弁室から前記第３の弁室にかけて延在し、その両端に設けられたステム支持部を介して前記弁ハウジングに対して摺動可能に両持ち支持された弁ステムと、
前記第２の弁室内にて前記第２弁ステム部材により支持されることにより、前記第１の弁座部に着座し且つ前記第２の弁座部から離間して前記第１のポートと前記第２のポートとの連通を遮断して前記第２のポートと前記第３のポートとを連通させる第１の位置と、前記第２の弁座部に着座し且つ前記第１の弁座部から離間して前記第２のポートと前記第３のポートとの連通を遮断して前記第１のポートと前記第２のポートとを連通させる第２の位置との間を前記軸線方向に移動可能な弁本体と、
前記弁本体を前記プッシュ部材を介して前記第１の位置に向けて付勢するばねと、
前記弁ハウジングに固定された電磁コイル及び前記弁ハウジングの前記第１の弁室の側の端部に固定された固定鉄心及び前記固定鉄心に対して前記軸線方向に移動可能なプランジャを具備し、前記固定鉄心による磁気的吸引により前記プランジャの前記軸線方向の移動によって前記弁本体を前記ばねのばね力に抗して前記第２の位置に向けて駆動する電磁装置と、
外周縁を前記弁ハウジングに固定され、且つ内周縁を、前記プランジャ側の前記ステム支持部から前記プランジャ側に向けて延出する前記第１弁ステム部材のロッド部に固定され、前記第１の弁室の前記電磁装置の側を気密に封止するダイヤフラムとを有する３方向切換弁。

【請求項2】

前記ダイヤフラムは、前記外周縁を前記弁ハウジングと前記固定鉄心との端面間に挟まれて前記弁ハウジングに固定されている請求項１に記載の３方向切換弁。

【請求項3】

前記プランジャは、前記固定鉄心を隔てた前記第１の弁室とは反対の側に配置されて前記固定鉄心に磁気的に吸引されるプランジャ本体と、前記プランジャ本体から前記弁本体の側に軸線方向に延出して前記固定鉄心を軸線方向に貫通するプランジャロッドとを含み、
前記弁ステムの遊端と前記プランジャロッドの遊端とは正対して径方向に互いに変位可能に当接している請求項１又は２に記載の３方向切換弁。

【請求項4】

前記ダイヤフラムと前記弁本体とは前記第１の弁室を前記軸線方向に挟んで相対向し、前記ダイヤフラムが前記第１の弁室の圧力を受ける受圧面積と前記第１の位置にある前記弁本体が前記第１の弁室の圧力を受ける受圧面積とが等しい請求項１～３のいずれか１項に記載の３方向切換弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３方向切換弁に関し、更に詳細には、圧力バランス型の３方向切換弁に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁３方向切換弁は、第１のポート、第２のポート及び第３のポートを有し、軸線方向に間隔を対向する二つの弁座部のうちの一方の弁座部に着座して他方の弁座部より離間することにより、第１のポートと第２のポートとの連通を遮断して第２のポートと第３のポートとを連通させる第１の位置と、他方の弁座部に着座して一方の弁座部より離間することにより第２のポートと第３のポートとの連通を遮断して第１のポートと第２のポートとを連通させる第２の位置との間を軸線方向に移動可能な弁体が設けられ、ばねによって弁体が第１の位置に向けて付勢され、電磁装置の磁気的吸引によって弁体がばねのばね力に抗して第２の位置に向けて駆動される（例えば、特許文献１）。

【0003】

圧力バランス型の電磁３方向切換弁としては、弁体の受圧面積と同一の受圧面積を有するピストン部材が設けられ、弁体の受圧面積に作用する流体圧と同一圧力の流体圧がピストン部材に作用するように流体圧通路が形成されたものが知られている（例えば、特許文献２）。圧力バランス型の電磁３方向切換弁では、弁体に作用する流体圧がピストン部材に作用する流体圧によって相殺され、弁体に高い流体圧が作用しても弁体が不必要に移動することがなく、しかも、弁体に作用する流体圧が変化しても弁体を駆動するのに必要な磁気的吸引力が変化することがない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平４－３５７３７７号公報

【文献】特開２０１１－２１４６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧力バランス型の電磁３方向切換弁は、前述の利点を有するが、流体圧相殺用のピストン部材及び流体圧通路が必要であることから、構造が複雑になる。また、ピストン部材の摺動部にはＯリング等のシール部材が必要であり、シール部材のシール圧によって生じる摩擦抵抗は電磁３方向切換弁の応答速度を低下させる原因になる。しかも、パッキンの摩耗は電磁３方向切換弁の耐久性に強く影響する。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、圧力バランス型の３方向切換弁を、構造を複雑にすることなく構成し、応答速度の低下を招くことがなく、耐久性に優れたものにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による３方向切換弁は、第１の弁室（２０）、第２の弁室（２２）及び第３の弁室（２４）の３つの弁室（２０、２２、２４）を軸線方向に順に有する弁ハウジング（１０）と、前記第２の弁室（２２）内に配置されて前記軸線方向に移動可能な弁体（４０）と、少なくとも一部を前記３つの弁室（２０、２２、２４）の外部に設けられた駆動装置（４８、５０）と、前記駆動装置（４８、５０）からの駆動力を前記外部から前記弁体（４０）に伝達するためのロッド部材（４０Ｂ、４２、５８Ｃ）とを有し、前記弁ハウジング（１０）に、前記第１の弁室（２０）と前記第２の弁室（２２）との間に設けられた前記弁体（４０）のための第１の弁座部（２６）と、前記第２の弁室（２２）と前記第３の弁室（２４）との間に設けられた前記弁体（４０）のための第２の弁座部（２８）と、前記第１の弁室（２０）に連通する第１のポート（３０）と、前記第２の弁室（２２）に連通する第２のポート（３２）と、前記第３の弁室（２４）に連通する第３のポート（３４）とが設けられ、前記弁体（４０）は、前記第１の弁座部（２６）に着座し且つ前記第２の弁座部（２８）から離間して前記第１のポート（３０）と前記第２のポート（３２）との連通を遮断して前記第２のポート（３２）と前記第３のポート（３４）とを連通させる第１の位置と、前記第２の弁座部（２８）に着座し且つ前記第１の弁座部（２６）から離間して前記第２のポート（３２）と前記第３のポート（３４）との連通を遮断して前記第１のポート（３０）と前記第２のポート（２２）とを連通させる第２の位置との間を変位可能に前記弁ハウジング（１０）に対して支持され、前記ロッド部材（４０Ｂ、４２、５８Ｃ）が、前記外部から前記第１の弁室（２０）内を前記軸線方向に通過して前記弁体（４０）に係合し、前記第１の弁室（２０）を前記外部に対して封止するために、前記ロッド部材（４０Ｂ、４２、５８Ｃ）の外周と前記弁ハウジング（１０）側との間にダイヤフラム（６０）が設けられ、前記ダイヤフラム（６０）が前記第１の弁室（３０）の圧力を受ける受圧面積と前記第１の位置にある前記弁体（４０）が前記第１の弁室（３０）の圧力を受ける受圧面積とが等しくなるように構成されている。

【0008】

この構成によれば、ダイヤフラム（６０）は、シール部材と圧力バランス部材とを兼ねるから、流体圧相殺用のピストン部材や特別の流体圧通路が不要になり、構造を複雑にすることなく圧力バランス型の電磁３方向切換弁が構成される。また、摺動部のシール部材が不要であることから、シール圧による摩擦抵抗に起因する応答速度の低下が生じることがなく、耐久性も優れたものになる。

【0009】

本発明による３方向切換弁は、好ましくは、前記駆動装置は、前記弁体（４０）を前記第１の位置に向けて付勢するばね（４８）と、前記弁体（４０）を前記ばね（４８）のばね力に抗して前記第２の位置に向けて駆動するアクチュエータ（５０）とを含む。

【0010】

この構成によれば、弁体（４０）の前記第１の位置への駆動は、ばね（４８）によって行われ、前記第１の位置が弁体（４０）のデフォルト位置になり、フェールセーフの設定を行うことができる。

【0011】

本発明による３方向切換弁は、第１の弁室（２０）と第２弁室（２２）と第３弁室（２４）とを軸線方向に順に具備し、更に、前記第１の弁室（２０）と前記第２の弁室（２２）との間に設けられた第１の弁座部（２６）、前記第２の弁室（２２）と前記第３の弁室（２４）との間に設けられて前記第１の弁座部（２６）に前記軸線方向に間隔をおいて対向する第２の弁座部（２８）、前記第１の弁室（２０）に連通する第１のポート（３０）、前記第２の弁室（２２）に連通する第２のポート（３２）及び前記第３の弁室（２４）に連通する第３のポート（３４）を具備した弁ハウジング（１０）と、前記第２の弁室（２２）に配置され、前記第１の弁座部（２６）に着座し且つ前記第２の弁座部（２８）から離間して前記第１のポート（３０）と前記第２のポート（３２）との連通を遮断して前記第２のポート（３２）と前記第３のポート（３４）とを連通させる第１の位置と、前記第２の弁座部（２８）に着座し且つ前記第１の弁座部（２６）から離間して前記第２のポート（３２）と前記第３のポート（３４）との連通を遮断して前記第１のポート（３０）と前記第２のポート（３２）とを連通させる第２の位置との間を前記軸線方向に移動可能な弁体（４０）と、前記弁体（４０）を前記第１の位置に向けて付勢するばね（４８）と、前記弁ハウジング（１０）に固定された電磁コイル（５４）及び前記第１の弁室（２０）の側に固定された固定鉄心（５６）及び前記弁体（４０）と連結されたプランジャ（５８）を具備し、前記固定鉄心（５６）による磁気的吸引により前記プランジャ（５８）の前記軸線方向の移動によって前記弁体（４０）を前記ばね（４８）のばね力に抗して前記第２の位置に向けて駆動する電磁装置（５０）と、外周縁を前記弁ハウジング（１０）に固定され且つ内周縁を前記弁体（４０）に固定され、前記第１の弁室（２０）の前記電磁装置５０）の側を気密に封止するダイヤフラム（６０）とを有し、前記ダイヤフラム（６０）と前記弁体（４０）とは前記第１の弁室（２０）を前記軸線方向に挟んで相対向し、前記ダイヤフラム（６０）が前記第１の弁室（２０）の圧力を受ける受圧面積と前記第１の位置にある前記弁体（４０）が前記第１の弁室（２０）の圧力を受ける受圧面積とが等しくなるように構成されている。

【0012】

この構成によれば、ダイヤフラム（６０）は、シール部材と圧力バランス部材とを兼ねるから、流体圧相殺用のピストン部材や特別の流体圧通路が不要になり、構造を複雑にすることなく圧力バランス型の電磁３方向切換弁が構成される。また、摺動部のシール部材が不要であることから、シール圧による摩擦抵抗に起因する応答速度の低下が生じることがなく、耐久性も優れたものになる。

【0013】

本発明による３方向切換弁は、好ましくは、前記弁体（４０）は、前記第１の弁座部（２６）及び前記第２の弁座部（２８）に選択的に着座する弁本体（４０Ａ）と、前記弁本体（４０Ａ）から前記プランジャの側に軸線方向に延出して前記ダイヤフラム（６０）を接続された弁ステム（４０Ｂ、４２）とを含み、前記プランジャ（５８）は、前記固定鉄心（５６）を隔てた前記第１の弁室（２０）とは反対の側に配置されて前記固定鉄心（５６）に磁気的に吸引されるプランジャ本体（５８Ａ）と、前記プランジャ本体（５８Ａ）から前記弁体（４０）の側に軸線方向に延出して前記固定鉄心（５６）を軸線方向に貫通するプランジャロッド（５８Ｃ）とを含み、前記弁ステム（４０Ｂ、４２）の遊端とプランジャロッド（５８Ｃ）の遊端とは正対して径方向に互いに変位可能に当接している。

【0014】

この構成によれば、プランジャロッド（５８Ｃ）と弁ステム（４０Ｂ、４２）との心ずれが許容され、プランジャロッド（５８Ｃ）と弁ステム（４０Ｂ、４２）との同心性が保たれていなくても、ダイヤフラム（６０）にこじれが生じることがない。

【0015】

本発明による３方向切換弁は、好ましくは、前記弁ハウジング（１０）は前記弁ステム（４０Ｂ、４２）を軸線方向に移動可能に支持するステム支持部（１２Ａ）を含んでいる。

【0016】

この構成によれば、弁体（４０）の軸線方向の移動がステム支持部（１２Ａ）によって案内され、弁体（４０）の軸線方向の移動が傾きを生じることなく確実に行われる。

【発明の効果】

【0017】

本発明による３方向切換弁によれば、流体圧相殺用のピストン部材及び流体圧通路を必要とすることなく、つまり構造を複雑にすることなく圧力バランス型の３方向切換弁が構成され、しかも、摺動部のシール部材が不要であることから、シール圧による摩擦抵抗に起因する応答速度の低下が生じることがなく、耐久性も優れたものになる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明による３方向切換弁の一つの実施形態の第１の状態を示す断面図

【図2】本実施形態による３方向切換弁の第２の状態を示す断面図

【0019】

以下に、本発明による３方向切換弁の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。なお、３方向切換弁の軸線方向は、図１、図２で見て水平な左右の方向である。

【0020】

３方向切換弁は弁ハウジング１０を有する。弁ハウジング１０は、円筒状中空部１４を形成されたハウジング本体１２と、円筒状中空部１４に固定配置されたスリーブ部材１６と、ハウジング本体１２の右端部に固定された端板１８とを含む。

【0021】

ハウジング本体１２は、右端にて円筒状中空部１４に連通し且つスリーブ部材１６と同心で、スリーブ部材１６の内径と同一内径による円筒状の第１の弁室２０を画成している。円筒状中空部１４は、第１の弁室２０との接続端とスリーブ部材１６の左端部との間に、左端にて第１の弁室２０に連通する第２の弁室２２を画成している。スリーブ部材１６は、左端にて第２の弁室２２に連通し且つ右端を端壁１６Ａによって閉じられた円筒状の第３の弁室２４を画成している。このようにして、弁ハウジング１０は第１の弁室２０と第２の弁室２２と第３の弁室２４とを互いに同心に軸線方向に順に有する。

【0022】

ハウジング本体１２は、第１の弁室２０と第２の弁室２２との境界部に位置する段差端部に形成された円環状突条による第１の弁座部２６を有する。スリーブ部材１６は、第２の弁室２２と第３の弁室２４との境界部に位置する右端部に形成された円環状突条による第２の弁座部２８を有する。第１の弁座部２６と第２の弁座部２８とは、互いに同心且つ同一径で、軸線方向に間隔をおいて相対向（正対）している。

【0023】

ハウジング本体１２は、第１の弁室２０に連通する第１のポート（正圧ポート）３０と第２の弁室２２に連通する第２のポート（出力ポート）３２と、スリーブ部材１６に形成された貫通孔１６Ｂを介して第３の弁室２４に連通する第３のポート（排気ポート）３４とを具備している。スリーブ部材１６の外周部には、貫通孔１６Ｂの軸線方向の両側に各々Ｏリング３６が装着されている。Ｏリング３６は、円筒状中空部１４の内周面に圧接し、第３のポート３４の気密性を保持している。

【0024】

本実施形態の電磁３方向切換弁は、例えば、間歇空気噴射の切換弁として用いられる。この使用では、第１のポート３０が圧縮空気源に接続される正圧ポートに、第２のポート３２が出力ポートに、第３のポート３４が大気開放ポートになる。

【0025】

第２の弁室２２には弁体４０が配置されている。弁体４０は、第２の弁室２２と同心の円盤形状の弁本体４０Ａ及び弁本体４０Ａの左端面中央から後述するプランジャロッド５８Ｃの側（左側）に軸線方向に延出した弁ステム部４０Ｂと、弁ステム部４０Ｂの遊端（左端）が嵌合した中央嵌合凹部４２Ｂと含む弁ステム部材４２とによってポペット弁をなしている。弁ステム部材４２は、ハウジング本体１２に形成されたステム支持部１２Ａに摺動可能に嵌合する基部４２Ａと、基部４２Ａの左端面中央からプランジャロッド５８Ｃの側（左端）に軸線方向に延出したロッド部４２Ｃとを一体に有し、ハウジング本体１２によって弁本体４０Ａ及び弁ステム部４０Ｂと同心に軸線方向に移動可能に支持されている。なお、ステム支持部１２Ａの両側に延在する第１の弁室２０は、弁ステム部材４２の基部４２Ａに形成された軸線方向の凹部４２Ｅによって互い連通し、同一圧力に保たれる。

【0026】

なお、本明細書では、弁ステム部４０Ｂと弁ステム部材４２とプランジャロッド５８Ｃとを総称してロッド部材と呼び、当該ロッド部材は第１の弁室２０の外部から第１の弁室２０内を軸線方向に通過している。

【0027】

弁本体４０Ａは、左端面にて第１の弁座部２６に正対し、右端面にて第２の弁座部２８に正対し、左側に装着されたＯリング４３によって第１の弁座部２６に当接可能であると共に、右側に装着されたＯリング４４によって第１の弁座部２６とは相反する関係で第２の弁座部２８に当接可能になっている。

【0028】

弁体４０は、図１に示されているように、Ｏリング４３をもって第１の弁座部２６に着座し且つＯリング４４が第２の弁座部２８から離間することにより、第１のポート３０と第２のポート３２との連通を気密に遮断して第２のポート３２と第３のポート３４とを連通させる左側の第１の位置と、図２に示されているように、Ｏリング４４をもって第２の弁座部２８に着座し且つＯリング４３が第１の弁座部２６から離間することにより、第２のポート３２と第３のポート３４との連通を気密に遮断して第１のポート３０と第２のポート３２とを連通させる右側の第２の位置との間を軸線方向に移動可能である。

【0029】

スリーブ部材１６内にはプッシュ部材４６が配置されている。プッシュ部材４６は、スリーブ部材１６に軸線方向に摺動自在に嵌合した基部４６Ａと、基部４６Ａの左端面中央から弁体４０の側（左側）に軸線方向に延出して弁本体４０Ａに形成されている中央嵌合凹部４０Ｃに嵌合するロッド部４６Ｂとを含んでいる。

【0030】

このようにして、弁本体４０Ａ及び弁ステム部４０Ｂは、ステム支持部１２Ａによる弁ステム部材４２の支持と、スリーブ部材１６によるプッシュ部材４６の支持とによって弁ハウジング１０に対して両持ち支持されている。

【0031】

弁体４０の軸線方向の移動はステム支持部１２Ａ及びスリーブ部材１６によって案内されるから、弁ハウジング１０に対する弁本体４０Ａの軸線方向の移動が軸線方向に対して傾斜することなく確実に行われる。これにより、Ｏリング４３による第１の弁座部２６に対する着座及びＯリング４４による第２の弁座部２８に対する着座が、片当たりすることなく、全周をもって気密性高く安定して行われる。弁体４０のステム支持部１２Ａ及びスリーブ部材１６における摺動部には、シール部材を設ける必要がないから、この摺動部において、シール圧による摩擦抵抗が生じることがない。

【0032】

なお、中央嵌合凹部４０Ｃとロッド部４６Ｂとの嵌合と、前述の弁ステム部４０Ｂと中央嵌合凹部４２Ｂとの嵌合は、双方が締まり嵌めあるいは片方のみが径方向に変位可能な遊嵌合のいずれであってもよい。片方が径方向に変位可能な遊嵌合である場合には、スリーブ部材１６とステム支持部１２Ａとの同心精度を緩くすることが可能なる。

【0033】

基部４６Ａとスリーブ部材１６の端壁１６Ａとの間には圧縮コイルばね４８が装着されている。圧縮コイルばね４８は弁体４０を前記第１の位置に向けて付勢している。

【0034】

ハウジング本体１２の左端部、つまり第１の弁室２０の左側の外部には電磁装置５０が取り付けられている。電磁装置５０は、ハウジング本体１２の左端部に固定ピン５１によって固定されたボビン５２及びボビン５２にボビン５２に巻装された電磁コイル５４と、ボビン５２の内筒部に配置されてハウジング本体１２の左端部に固定された固定鉄心５６と、プランジャ５８とを具備している。

【0035】

プランジャ５８は、固定鉄心５６を隔てた第１の弁室２０とは反対の側にボビン５２の内筒部に配置され且つ固定鉄心５６の端面（磁気的吸引面）５６Ａと正対する端面（磁気的被吸引面）５８Ｂを含んで固定鉄心５６に磁気的に吸引されるプランジャ本体５８Ａと、プランジャ本体５８Ａの端面５８Ｂから弁体４０の側（右側）に軸線方向に延出して固定鉄心５６の中心孔５６Ｂを軸線方向に貫通するプランジャロッド５８Ｃとを一体に有する。

【0036】

電磁装置５０は、電磁コイル５４に通電されることにより、電磁コイル５４が励磁し、固定鉄心５６による磁気的吸引によりプランジャ５８を軸線方向に移動させ、弁体４０を圧縮コイルばね４８のばね力に抗して前述の第２の位置に向けて駆動する。この設定により、電磁コイル５４に通電が行われていない状態では、第１の位置が弁体４０のデフォルト位置になり、フェールセーフの設定を行うことができる。

【0037】

プランジャロッド５８Ｃの遊端面（他端面）５８Ｄと弁ステム部材４２のロッド部４２Ｃの遊端面（他端面）４２Ｄとは、ともに軸線方向に直交する方向に延在する平面をもって正対して径方向に互いに変位可能に当接している。

【0038】

このようにして、プランジャロッド５８Ｃと弁ステム部材４２とステム部４０Ｂは、電磁装置５０からの駆動力を第１の弁室２０の外部から弁本体４０Ａに伝達するためのロッド部材をなす。

【0039】

弁ハウジング１０と電磁装置５０との間にはダイヤフラム６０が設けられている。ダイヤフラム６０は、ゴム状弾性体によって構成され、円筒部６０Ａと、円筒部６０Ａの一方の軸端から径方向外方に延出した円環状のフランジ部６０Ｂとを一体に有する。ダイヤフラム６０は、フランジ部６０Ｂの外周縁をハウジング本体１２と固定鉄心５６との端面間に挟まれてこれらに固定され、内周縁を含む円筒部６０Ａが弁ステム部材４２の外周に嵌合して弁ステム部材４２に固定されている。このようにして、ダイヤフラム６０は、弁ステム部材４２のロッド部４２Ｃの外周とハウジング本体１２との間に取り付けられる。

【0040】

上述の取り付けにより、ダイヤフラム６０は、自身の弾性変形によって弁体４０の軸線方向の移動を許容して第１の弁室２０の電磁装置５０の側を気密に封止し、つまり、第１の弁室２０を外部に対して封止すると共に、弁本体４０Ａとは第１の弁室２０を軸線方向に挟んで相対向する端壁をなし、前述の第１の位置にある弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力とは反対の方向に第１の弁室２０の圧力を受ける。なお、第１の位置にある弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力（正圧）は、弁体４０を第１の位置から第２の位置へ動かす方向に弁体４０に作用する。

【0041】

ダイヤフラム６０は、第１の弁室２０の圧力を受ける受圧面積が、第１の位置にある弁体４０が第１の弁室２０の圧力を受ける受圧面積と等しくなるように寸法設定されている。これは、ダイヤフラム６０が第１の弁室２０に臨む部分の外径を第１の弁座部２６の内径に等しい寸法に設定することを意味する。これにより、第１の位置にある弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力が相殺される。

【0042】

ハウジング本体１２の左端には電磁装置５０を覆蓋するカップ形状のカバー部材６２が取り付けられている。カバー部材６２とボビン５２との間にはハウジング本体１２の上部に形成された空洞による電気室６４と連続する電気室６６が画成されている。電気室６４、６６には双方に連続して左右方向に延在する一つの電気回路基板６８が配置されている。電気回路基板６８は電磁装置５０の通電制御用のものであり、ボビン５２の左端のフランジ５２Ａ上に搭載された左端６８Ａ及びボビン５２の右端のフランジ５２Ｂ上に植設されたピン７０が嵌合する位置決め孔６８Ｂを有し、左端６８Ａ及びピン７０によってボビン５２と略平行に取り付けられている。なお、ピン７０は位置決め孔６８Ｂにおいて接着剤７１によって電気回路基板６８に固定されていてよい。電気回路基板６８の右端近くには、外部接続用の電気コネクタ７２が取り付けられている。

【0043】

つぎに、上述の構成による電磁３方向切換弁の作用を説明する。電磁コイル５４に通電が行われていないときには、固定鉄心５６がプランジャ本体５８Ａを磁気的に吸引することがないので、弁体４０は、図１に示されているように、圧縮コイルばね４８のばね力によって左側の第１の位置に位置する。これにより、第１のポート３０が閉じられて第２のポート３２と第３のポート３４とが連通する切換状態になり、出力ポートをなす第２のポート３２が大気開放になる。

【0044】

電磁コイル５４に通電が行われると、固定鉄心５６が励磁し、端面５６Ａをもってプランジャ本体５８Ａの端面５８Ｂを右方に磁気的に吸引するので、弁体４０は、図２に示されているように、圧縮コイルばね４８のばね力に抗して右側に移動して第２の位置に位置する。これにより、第３のポート３４が閉じられて第１のポート３０と第２のポート３２とが連通する切換状態になり、出力ポートをなす第２のポート３２に圧縮空気が供給される。

【0045】

電磁コイル５４に対する通電が短いサイクルで繰り返されると、第２のポート３２に短いサイクルで、圧縮空気が繰り返し間欠的に供給されることになる。この場合、弁体４０が比較的高速度で軸線方向に往復移動することになるが、ダイヤフラム６０は、この往復移動において弾性変形するだけで、弁ハウジング１０に対して摺動することがないから、シール部材のシール圧による摩擦抵抗がなく、摩擦抵抗によって切換弁の応答性が低下することがない。また、シール部の摩耗に起因して切換弁の耐久性が低下することがない。

【0046】

しかも、ダイヤフラム６０は、第１の弁室２０の圧力を受ける受圧面積が、第１の位置にある弁体４０が第１の弁室２０の圧力を受ける受圧面積に等しいから、第１の位置にある弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力が相殺される圧力バランスが得られ、第１の弁室２０の圧力が高くなっても、第１の位置にある弁体４０が第２の位置の側に不必要に動くことがなく、弁体４０が第１の位置にあることが担保される。

【0047】

また、ダイヤフラム６０によって第１の位置にある弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力を相殺する圧力バランスが取られていることにより、弁体４０に作用する第１の弁室２０の圧力（第１のポート３０に供給される圧縮空気の圧力）が変化しても、弁体４０を駆動するのに必要な磁気的吸引力が変化することがないから、信頼性が高い安定した切換動作が得られ、併せて電磁装置５０を小型化することができる。

【0048】

つまり、圧力バランスが取られていない場合には、第１の弁室２０の圧力が高いほど圧縮コイルばね４８のばね力を大きくする必要が生じ、ばね力の増大に応じて電磁装置５０の磁気的吸引力を大きくする必要があるが、ダイヤフラム６０によって圧力バランスが取られていると、第１の弁室２０の圧力に応じて圧縮コイルばね４８のばね力を設定する必要がなくなり、これに応じて電磁装置５０の磁気的吸引力を大きくする必要がなくなる。これにより、第１の弁室２０の圧力が高くても電磁装置５０を大型化する必要がない。

【0049】

このように、ダイヤフラム６０は、シール部材と圧力バランス部材とを兼ねるから、流体圧相殺用のピストン部材や特別の流体圧通路が不要になり、電磁３方向切換弁の構造を複雑なものにすることがなく、電磁３方向切換弁の簡素化、小型化に寄与する。

【0050】

また、プランジャロッド５８Ｃの遊端面５８Ｄとロッド部４２Ｃの遊端面４２Ｄとが、ともに軸線方向に直交する方向に延在する平面をもって正対してこれらの径方向に互いに変位可能に当接しているから、プランジャロッド５８Ｃと弁ステム部材４２との心ずれが許容される。

【0051】

これにより、ハウジング本体１２に対する電磁装置５０の径方向の取付精度が低くてもよくなる。また、プランジャロッド５８Ｃと弁ステム部材４２との同心性が保たれていなくても、ダイヤフラム６０にこじれ（曲げ変形）が生じることがない。これにより、ダイヤフラム６０に定常的に曲げ応力が作用することがなく、ダイヤフラム６０の安定した動作と耐久性とが担保される。

【0052】

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0053】

例えば、上述の本実施形態では、弁本体４０Ａと弁ステム部４０Ｂとは一体品で、これらに対して弁ステム部材４２は別体品であるが、弁本体４０Ａと弁ステム部４０Ｂと弁ステム部材４２とを一体品とすることもでき、本明細書では弁ステム部４０Ｂと弁ステム部材４２との全体を弁ステムと呼ぶ。ダイヤフラム６０は、弁ステム部材４２に代えてプランジャロッド５８Ｃに固定されていてもよい。ダイヤフラム６０は、薄肉の弾性変形可能な金属製であっても、ベローズ構造のものであってもよい。

【0054】

弁体４０に設けられるシール部材は、Ｏリング４３、４４に限られることはなく、弁体４０に直接加硫接着されたゴム部材等のシール部材であってもよい。

【0055】

弁体４０を第２の位置に向けて駆動する駆動装置は、電磁装置に限られることはなく、流体圧式のアクチュエータであってもよい。また、圧縮コイルばね４８に代えて電磁装置や流体圧式アクチュエータが用いられてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０ 弁ハウジング
１２ ハウジング本体
１２Ａ ステム支持部
１４ 円筒状中空部
１６ スリーブ部材
１６Ａ 端壁
１６Ｂ 貫通孔
１８ 端板
２０ 第１の弁室
２２ 第２の弁室
２４ 第３の弁室
２６ 第１の弁座部
２８ 第２の弁座部
３０ 第１のポート
３２ 第２のポート
３４ 第３のポート
３６ Ｏリング
４０ 弁体
４０Ａ 弁本体
４０Ｂ 弁ステム部
４０Ｃ 中央嵌合凹部
４２ 弁ステム部材
４２Ａ 基部
４２Ｂ 中央嵌合凹部
４２Ｃ ロッド部
４２Ｄ 遊端面
４２Ｅ 凹部
４３ Ｏリング
４４ Ｏリング
４６ プッシュ部材
４６Ａ 基部
４６Ｂ ロッド部
４８ 圧縮コイルばね
５０ 電磁装置
５１ 固定ピン
５２ ボビン
５２Ａ フランジ
５２Ｂ フランジ
５４ 電磁コイル
５６ 固定鉄心
５６Ａ 端面
５６Ｂ 中心孔
５８ プランジャ
５８Ａ プランジャ本体
５８Ｂ 端面
５８Ｃ プランジャロッド
５８Ｄ 遊端面
６０ ダイヤフラム
６０Ａ 円筒部
６０Ｂ フランジ部
６２ カバー部材
６４ 電気室
６６ 電気室
６８ 電気回路基板
６８Ａ 左端
６８Ｂ 位置決め孔
７０ ピン
７２ 電気コネクタ

【図1】

【図2】