特許 7314461 スプール式切換弁

(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】2023-07-18

(45)【発行日】2023-07-26

(54)【発明の名称】スプール式切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/07 20060101AFI20230719BHJP

【ＦＩ】

F16K11/07 E

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019029785

(22)【出願日】2019-02-21

(65)【公開番号】P2020133798

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-12-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000102511

【氏名又は名称】ＳＭＣ株式会社

(74)【代理人】

【氏名又は名称】林 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100119404

【弁理士】

【氏名又は名称】林 直生樹

(74)【代理人】

【識別番号】100177769

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 徹

(72)【発明者】

【氏名】宮添 真司

(72)【発明者】

【氏名】野口 和宏

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２６７１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０４８９７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２４９１８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １１／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スプール式切換弁であって、
前記切換弁は、圧縮流体を流す少なくとも一対の流路が接続されて軸方向に延びるスプール孔と、該スプール孔に軸方向に移動自在に挿入されたスプールと、該スプールを軸方向に動作させて前記流路間の連通状態を切り換える弁駆動部とを有しており、
前記スプールには、軸周りの外周に環状の摺動部を有する弁部としてのランド部と、該ランド部よりも外径が小さい小径部とが、軸方向に互いに隣接して形成されており、
前記ランド部の摺動部には径方向に開口する環状の凹溝が周設されていて、弾性材から成る環状のパッキンが前記凹溝内に収容されており、
前記スプール孔の内面には、前記ランド部がその摺動部を対峙させて軸方向に摺動自在に嵌合される環状の弁座部と、該弁座部よりも内径が大きい環状の大径部とが、軸方向に互いに隣接して形成されていると共に、前記一対の流路が、軸方向における前記弁座部を挟んだ両側に接続されており、
前記スプールの動作によって、前記一対の流路間の連通状態を、前記ランド部が前記大径部に配されると共に前記小径部が前記弁座部に配されて前記一対の流路同士が連通した状態と、前記ランド部が前記弁座部に配されて前記一対の流路同士の連通が遮断された状態とに切り換えることができるようになっており、
前記環状の凹溝は、溝底面と一対の側壁面とを有していて、該溝底面は、前記一対の流路同士が連通している時に、軸方向において、前記一対の流路のうち圧縮流体がスプール孔に流入する流路側に配される上流側端と、圧縮流体がスプール孔から流出する流路側に配される下流側端とを有し、前記一対の側壁面は、前記溝底面の上流側端及び下流側端から立設されて互いに対向しており、
前記凹溝の溝底面は、該溝底面の軸方向長さの半分かそれよりも大きい軸方向長さで前記上流側端側から下流側端側に向けて連続的に縮径する傾斜面を有し、前記パッキンの内周面の一部が、該傾斜面の前記上流側端側の端部を規定する圧接点において、前記溝底面に対し応力集中を伴って圧接されており、
前記傾斜面が前記軸と成す角度をαとしたとき、溝底面における前記圧接点と前記上流側端との間を結ぶ連結面が前記軸と成す角度θが、０°≦θ≦αの範囲である、
ことを特徴とするもの。

【請求項2】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記凹溝の横断面において、前記溝底面の傾斜面及び連結面がそれぞれ直線状を成している、
ことを特徴とするもの。

【請求項3】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記傾斜面が前記軸と成す角度αが、１０°≦αの範囲である、
ことを特徴とするもの。

【請求項4】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記パッキンの内周面が、その中央よりも前記上流側端寄りの部分において、前記溝底面の圧接点に圧接されている、
ことを特徴とするもの。

【請求項5】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記パッキンは、前記内周面の幅方向両端に連結されて互いに背向する一対の側面を有しており、
前記凹溝内において、前記パッキンの一対の側面のうち前記下流側端側に配された下流側側面が、前記凹溝の一対の側壁面のうち前記溝底面の下流側端から立設された下流側側壁面に対して常時当接している、
ことを特徴とするもの。

【請求項6】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面において、該パッキンの内周面は、前記軸と平行を成す直線状に形成されている、
ことを特徴とするもの。

【請求項7】

請求項６に記載のスプール式切換弁であって、
前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面は、その内周面の中央を通って径方向に延びる中心線に関して左右対称に形成されている、
ことを特徴とするもの。

【請求項8】

請求項７に記載のスプール式切換弁であって、
前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面において、該パッキンの一対の側面はそれぞれ、内周側から外周側にいくにしたがって前記中心線に対して徐々に近接する直線状を成している、
ことを特徴とするもの。

【請求項9】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記凹溝における一対の側壁面は、前記軸に対して直交する方向に延びている、
ことを特徴とするもの。

【請求項10】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記パッキンが前記凹溝に装着された状態において、該パッキンの外径が、前記スプール孔の弁座部の内径と同じかそれよりも大きく形成されている、
ことを特徴とするもの。

【請求項11】

請求項１に記載のスプール式切換弁であって、
前記スプールに接続された前記流路が、給気流路、出力流路及び排気流路で、前記軸方向において、出力流路が給気流路と排気流路の間に接続されており、
これら流路のうち前記一対の流路が、出力流路及び排気流路であり、
前記出力流路が、圧縮流体がスプール孔に流入する上流側の流路で、前記排気流路が、圧縮流体がスプール孔から流出する下流側の流路である、
ことを特徴とするもの。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スプール孔にスプールが摺動自在に収容されたスプール式切換弁に関するものである。

【背景技術】

【0002】

流体圧源に接続するための給気ポートと、該流体圧源からの圧縮流体を各種アクチュエータ等の外部機器に対して出力するための出力ポートと、各種アクチュエータから戻された排気を排出するための排気ポートとを有していて、これらポートが接続されたスプール孔内で、弁体としてのスプールを動作させることにより、これらポート間の連通状態を切り換えるスプール式切換弁は既に広く知られている。

【0003】

このようなスプール式切換弁においては、前記スプールが、弁部としてのランド部とポート間の連通路を形成する環状凹部とを、軸方向に交互に隣接させて配置することにより形成されている。そして、前記スプール孔の内面は、前記スプールの動作により前記ランド部を摺動自在に嵌合させて隣合うポート間の連通を遮断する環状の弁座部（弁座面）と、前記隣合うポート間の連通時に前記ランド部を位置させて前記環状凹部と共に該ポート間の連通路を形成する環状のリセス溝とを、軸方向に交互に隣接させて配置することにより形成されている。

【0004】

ところで、前記ランド部の外周端の摺動部（摺動面）には環状の凹溝が形成されていて、この凹溝には、前記スプール孔の弁座部との間をシールする環状のパッキンが、その内周面を該凹溝の溝底面に当接させて装着されており、それにより、前記ポート間の連通の遮断時に、前記摺動部と弁座部との間を通じて圧縮流体が漏れるのを防止するようになっている。

【0005】

しかしながら、前記凹溝内において、該凹溝の溝底面とパッキンの内周面との間に圧縮流体が流入してしまうと、パッキンの内周面が凹溝の溝底面から浮き上がって該パッキンが凹溝から離脱し易くなったり、弁座部に対する該パッキンの摺動抵抗が増大したりする等の各種弊害が生じる虞があった。
そこで、例えば特許文献１に示すように、凹溝の溝底面とパッキンの内周面との間に圧縮流体が流入するのを抑制するために、前記凹溝に対するパッキンの取付構造に関して、主として前記パッキンの形態の観点から各種提案が為されてきたが、凹溝の構造から必ずしも十分な検討が為されてきたとは言い難い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平６－１４７３３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の技術的課題は、パッキンが装着された凹溝をスプールのランド部に備えたスプール式切換弁において、凹溝の溝底面とパッキンの内周面との間に圧縮流体が流入するのを、該凹溝の構造の改良によって可及的に抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するため、本発明は、スプール式切換弁であって、前記切換弁は、圧縮流体を流す少なくとも一対の流路が接続されて軸方向に延びるスプール孔と、該スプール孔に軸方向に移動自在に挿入されたスプールと、該スプールを軸方向に動作させて前記流路間の連通状態を切り換える弁駆動部とを有しており、前記スプールには、軸周りの外周に環状の摺動部を有する弁部としてのランド部と、該ランド部よりも外径が小さい小径部とが、軸方向に互いに隣接して形成されており、前記ランド部の摺動部には径方向に開口する環状の凹溝が周設されていて、弾性材から成る環状のパッキンが前記凹溝内に収容されており、前記スプール孔の内面には、前記ランド部がその摺動部を対峙させて軸方向に摺動自在に嵌合される環状の弁座部と、該弁座部よりも内径が大きい環状の大径部とが、軸方向に互いに隣接して形成されていると共に、前記一対の流路が、軸方向における前記弁座部を挟んだ両側に接続されており、前記スプールの動作によって、前記一対の流路間の連通状態を、前記ランド部が前記大径部に配されると共に前記小径部が前記弁座部に配されて前記一対の流路同士が連通した状態と、前記ランド部が前記弁座部に配されて前記一対の流路同士の連通が遮断された状態とに切り換えることができるようになっており、前記環状の凹溝は、溝底面と一対の側壁面とを有していて、該溝底面は、前記一対の流路同士が連通している時に、軸方向において、前記一対の流路のうち圧縮流体がスプール孔に流入する流路側に配される上流側端と、圧縮流体がスプール孔から流出する流路側に配される下流側端とを有し、前記一対の側壁面は、前記溝底面の上流側端及び下流側端から立設されて互いに対向しており、前記凹溝の溝底面は、該溝底面の軸方向長さの半分かそれよりも大きい軸方向長さで前記上流側端側から下流側端側に向けて連続的に縮径する傾斜面を有し、前記パッキンの内周面の一部が、該傾斜面の前記上流側端側の端部を規定する圧接点において、前記溝底面に対し応力集中を伴って圧接されており、前記傾斜面が前記軸と成す角度をαとしたとき、溝底面における前記圧接点と前記上流側端との間を結ぶ連結面が前記軸と成す角度θが、０°≦θ≦αの範囲であることを特徴としている。

【0009】

このとき、好ましくは、前記凹溝の横断面において、前記溝底面の傾斜面及び連結面がそれぞれ直線状を成しており、前記傾斜面が前記軸と成す角度αが、１０°≦αの範囲である。また、好ましくは、前記パッキンの内周面が、その中央よりも前記上流側端寄りの部分において、前記溝底面の圧接点に圧接されている。

【0010】

本発明に係る前記スプール式切換弁において、好ましくは、前記パッキンは、前記内周面の幅方向両端に連結されて互いに背向する一対の側面を有しており、前記凹溝内において、前記パッキンの一対の側面のうち前記下流側端側に配された下流側側面が、前記凹溝の一対の側壁面のうち前記溝底面の下流側端から立設された下流側側壁面に対して常時当接している。

【0011】

また、好ましくは、前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面において、該パッキンの内周面は、前記軸と平行を成す直線状に形成されている。このとき、より好ましくは、前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面は、その内周面の中央を通って径方向に延びる中心線に関して左右対称に形成されており、さらに好ましくは、前記凹溝に装着されていない状態のパッキンの横断面において、該パッキンの一対の側面はそれぞれ、内周側から外周側にいくにしたがって前記中心線に対して徐々に近接する直線状を成している。

【0012】

さらに、本発明に係る前記スプール式切換弁において、好ましくは、前記凹溝における一対の側壁面は、前記軸に対して直交する方向に延びている。また、前記パッキンが前記凹溝に装着された状態において、該パッキンの外径が、前記スプール孔の弁座部の内径と同じかそれよりも大きく形成されていてもよく、前記スプールに接続された前記流路が、給気流路、出力流路及び排気流路で、前記軸方向において、出力流路が給気流路と排気流路の間に接続されており、これら流路のうち前記一対の流路が、出力流路及び排気流路であり、前記出力流路が、圧縮流体がスプール孔に流入する上流側の流路で、前記排気流路が、圧縮流体がスプール孔から流出する下流側の流路であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

以上のように、本発明においては、スプールのランド部におけるパッキンが装着された凹溝の溝底面が、該溝底面の軸方向長さの半分かそれよりも大きい軸方向長さに形成されて上流側端側から下流側端側に向けて連続的に縮径する傾斜面を有しており、前記パッキンの内周面が、該傾斜面の前記上流側端側の端部を規定する圧接点において、前記溝底面に対し応力集中を伴って圧接されている。しかも、前記傾斜面が前記軸と成す角度をαとしたとき、溝底面における前記圧接点と前記上流側端との間を結ぶ連結面が前記軸と成す角度θが、０≦θ≦αの範囲となるように形成されている。
したがって、前記凹溝の溝底面とパッキンの内周面との間に圧縮流体が流入するのを可及的に抑制することができ、その結果、そのような圧縮流体の流入による各種弊害のうち、特にパッキンの内周面が凹溝の溝底面から浮き上がって該パッキンが凹溝から離脱してしまうのを防止することができる。また、摺動抵抗の増大等の他の弊害に関しても抑制を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るスプール式切換弁の一実施形態を示す、軸に沿った概略的な断面図であって、スプールが第１切換位置に変位した状態を示している。

【図2】図１のスプール式切換弁において、スプールが第２切換位置に変位した状態を示している。

【図3】図１の状態における弁本体部の要部を示すＭ１部拡大図であって、第１ランド部が、第１出力流路と第１排気流路との間を連通させる開放位置に移動した状態を示している。

【図4】図２の状態における弁本体部の要部を示すＭ２部拡大図であって、第１ランド部が、第１出力流路と第１排気流路との間の連通を遮断する閉鎖位置に移動した状態を示している。

【図5】パッキンの横断面図である。

【図6】図３のＮ部拡大図であって。スプールのランド部の凹溝に対するパッキンの取付構造の一例を示すものである。

【図7】図６に示すパッキンの取付構造の一変形例を示すものである。

【図8】図６に示すパッキンの取付構造を用いた、パッキンの応力分布に関するシミュレーション結果を示しており、（ａ）はランド部が開放位置に在って流体圧が作用していない状態、（ｂ）はランド部が開放位置に在って流体圧が作用している状態、（ｃ）はランド部が閉鎖位置に在って流体圧が作用している場合を示している。

【図9】図６に示すパッキンの取付構造を用いた、パッキンの応力分布に関する他のシミュレーション結果を示している。

【図10】図７に示すパッキンの取付構造を用いた、パッキンの応力分布に関するシミュレーション結果を示している。

【図11】図７に示すパッキンの取付構造を用いた、パッキンの応力分布に関する他のシミュレーション結果を示している。

【図12】パッキンの応力分布に関するシミュレーションの参考結果を示している。

【図13】従来のパッキンの取付構造を用いた、パッキンの応力分布に関するシミュレーションの参考結果を示している。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の一実施形態に係るスプール式切換弁１は、軸Ｌ方向に延びるスプール孔７と、該スプール孔７に接続された給気流路８、出力流路９，１０及び排気流路１１，１２と、該スプール孔７内に軸Ｌ方向に摺動自在に挿入された主弁としてのスプール２０と、前記スプール２０を動作させるための弁駆動部５とを有している。そして、該弁駆動部５によってスプール２０をスプール孔７内で変位させることにより、前記出力流路９，１０と、前記給気流路８及び排気流路１１，１２との接続状態を選択的に切り換えることができるようになっている。ここで、前記給気流路８は、図示しない流体圧源（例えばコンプレッサ）からの圧縮空気等の圧縮流体をスプール孔７へと供給するためのものであり、前記出力流路９，１０は、そのスプール孔７に供給された圧縮流体を、該圧縮流体で駆動される流体圧アクチュエータ（例えば空気圧シリンダ）等の各種流体圧機器（図示略）に対して出力するためのものであり、前記排気流路１１，１２は、該流体圧機器からの排気を大気等の外部に対して排出するためのものである。

【0016】

具体的には、図１－図４に示すように、前記スプール式切換弁１は、電磁弁（電磁パイロット式切換弁）であって、前記スプール孔７、給気流路８，出力流路９，１０、排気流路１１、１２、及びスプール２０を備えた弁本体部２と、軸Ｌ方向において該弁本体部２の両側端面に連結された第１アダプタ部３及び第２アダプタ部４と、前記第１アダプタ部３における前記弁本体部２とは反対側の側端面に連結された前記弁駆動部５としての電磁式パイロット弁部とから構成されている。

【0017】

前記弁本体部２は、樹脂や金属によって略直方体に一体成型されたハウジング６を有しており、前記スプール孔７が、該ハウジング６の長手方向に沿ってその両側端面間を貫通している。該ハウジング６の平面（上面）には、前記出力流路９，１０を形成する出力ポートＡ，Ｂが開設されていて、これら出力ポートＡ，Ｂに対して前記流体圧機器への配管を接続することができるようになっている。一方、その平面と背向する底面（下面）には、前記流体圧源からの流路（又は配管）を接続するためのポートであって、前記給気流路８を形成する給気ポートＰと、前記流体圧機器から出力ポートＡ，Ｂを通じて戻された排気を外部に排出する流路（又は配管）を接続するためのポートであって、前記排気流路１１，１２を形成する排気ポートＥＡ，ＥＢとが開設されている。

【0018】

ここで、前記出力ポートＡ，Ｂは、該出力ポートＡ，Ｂよりも流路断面積が小さい出力連通路９ａ，１０ａを通じて前記スプール孔７に接続されており、これら出力ポートＡ，Ｂと出力連通路９ａ，１０ａとによって前記出力流路９，１０が形成されている。また、前記給気ポートＰは、該給気ポートＰよりも流路断面積が小さい給気連通路８ａを通じて前記スプール孔７に接続されており、これら給気ポートＰと給気連通路８ａとによって前記給気流路８が形成されている。さらに、前記排気ポートＥＡ，ＥＢは、該排気ポートＥＡ，ＥＢよりも流路断面積が小さい排気連通路１１ａ，１２ａを通じて前記スプール孔７に連通されており、これら排気ポートＥＡ，ＥＢと排気連通路１１ａ，１２ａとによって前記排気流路１１，１２が形成されている。

【0019】

より具体的に説明すると、前記スプール式切換弁１は、ハウジング６の底面の中央に配された１つの給気ポートＰと、該ハウジング６の底面の長手方向において、前記給気ポートＰの両側に隣接して配された第１排気ポートＥＡ及び第２排気ポートＥＢと、前記ハウジング６の平面に長手方向に沿って並設された第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢとの５つのポートを備えている。そして、前記電磁式パイロット弁部（弁駆動部）５をＯＦＦ又はＯＮすることによって、前記スプール２０を、給気ポートＰが第２出力ポートＢに連通されると同時に第１出力ポートＡが第１排気ポートＥＡに連通される第１切換位置（図１参照）と、給気ポートＰが第１出力ポートＡに連通されると同時に第２出力ポートＢが第２排気ポートＥＢに連通される第２切換位置（図２参照）との２つの切換位置に対して、選択的に移動させることができるようになっている。

【0020】

前記スプール孔７の内面は、軸Ｌ方向において、前記第１アダプタ部３が取り付けられた一方の側端面の開口部から、前記第２アダプタ部４が取り付けられた他方の側端面の開口部まで、第１支持面７ａ、第１流路溝７０、第１弁座面７１、第２流路溝７２、第２弁座面７３、第３流路溝７４、第３弁座面７５、第４流路溝７６、第４弁座面７７、第５流路溝７８、及び第２支持面７ｂを順次設けることによって形成されており、これらは何れも軸Ｌを中心とした環状に形成されている。すなわち、前記スプール孔７の内面には、これら環状の弁座面（弁座部）とリセス溝としての環状の流路溝（大径部）とが軸Ｌに沿って交互に隣接するように形成されている。

【0021】

このとき、前記第１及び第２支持面７ａ，７ｂ並びに第１～第４弁座面７１，７３，７５，７７の内径Ｄ０は互いに等しく形成されていて、前記第１、第３及び第５流路溝７０，７４，７８の溝底面の内径Ｄ１は互いに等しく形成されており、前記第２及び第４流路溝７２，７６の溝底面の内径Ｄ２は互いに等しく形成されている。前記内径Ｄ１は内径Ｄ２よりも若干大きく形成されており、これら溝底面の内径Ｄ１，Ｄ２は、ハウジング６の幅寸法よりも小さい範囲において、前記弁座面等の内径Ｄ０よりも大きく形成されている。また、前記第１流路溝７０における第１弁座面７１と接続する開口縁、第３流路溝７４における第２及び第３弁座面７３，７５と接続する両開口縁、並びに、第５流路溝７８における第４弁座面７７と接続する開口縁には、図３及び図４に示すように、これら流路溝の溝幅を開口側（径方向内方）に向けて拡開させるテーパ部Ｔが形成されている。

【0022】

前記スプール孔７の内面から成る第１支持面７ａ及び第２支持面７ｂによって、前記スプール２０の一端部（第１被押圧部２０ａ）及び他端部（第２被押圧部２０ｂ）が気密かつ摺動自在に支持されている。また、前記第１流路溝７０の溝底面に前記第１排気流路１１の連通路１１ａが接続され、前記第２流路溝７２の溝底面に前記第１出力流路９の連通路９ａが接続され、前記第３流路溝７４の溝底面に前記給気流路８の連通路８ａが接続され、前記第４流路溝７６の溝底面に前記第２出力流路１０の連通路１０ａが接続され、前記第５流路溝７８の溝底面に前記第２排気流路１２の連通路１２ａが接続されている。図中の符号７９は、図示しないパイロット流路を通じてパイロット流体を、前記弁駆動部５を通じて第１アダプタ部３に供給したり、前記第２アダプタ部４に供給したりするためのパイロット流体供給孔であって、前記給気流路８に対して常時連通されている。

【0023】

一方、前記スプール２０は、軸Ｌ方向において、前記第１アダプタ部３側の一端から、前記第２アダプタ部４側の他端まで、前記第１支持面７ａに気密かつ摺動自在に嵌合された第１被押圧部２０ａ、第１環状凹部２１、第１ランド部２２、第２環状凹部２３、第２ランド部２４、第３環状凹部２５、第３ランド部２６、第４環状凹部２７、第４ランド部２８、第５環状凹部２９、及び、前記第２支持面７ｂに気密かつ摺動自在に嵌合された第２被押圧部２０ｂが順次設けられることにより形成されており、これらは何れも軸Ｌを中心とした環状に形成されている。すなわち、前記スプール２０には、これら環状凹部（小径部）と、弁部としてのランド部とが軸Ｌに沿って交互に形成されている。

【0024】

このとき、前記各ランド部２２，２４，２６，２８の外形は、径方向Ｙにおいて、隣接する前記環状凹部に連結された両基端から、外周端から成る環状の摺動部（摺動面）に至るまで徐々に軸Ｌ方向の幅が狭くなる略等脚台形状に形成されており、径方向の中心軸に関して軸Ｌ方向に左右対称を成している。そして、図３，４及び図６，７に示すように、これらランド部２２，２４，２６，２８の前記摺動面には、溝底面５１が傾斜面５２によって形成されて径方向Ｙに開口する環状の凹溝５０が開設されており、これらランド部２２，２４，２６，２８の凹溝５０内には、図５に示す環状のパッキン１３がそれぞれ収容されている。ただし、第１及び第２ランド部２２，２４と第３及び第４ランド部２６，２８とでは、そこを通る圧縮流体の流れが逆方向となる（すなわち、左右対称となる）ため、第１及び第２ランド部２２，２４の凹溝５０と第３及び第４ランド部２６，２８の凹溝５０とでは、溝底面５１の傾斜方向も互いに逆向きとなっている。

【0025】

そうすることにより、前記ランド部がスプール孔７の弁座部に摺動自在に嵌合されて（すなわち、弁座面の位置に配されて）、その外周端の摺動部（摺動面）が該弁座面と対峙したときに、該ランド部の摺動部とスプール孔７の弁座面との間に形成された空隙が前記パッキン１３でシールされて、その空隙を通じて圧縮流体が漏出するのを可及的に抑制又は防止することができるようになっている。
すなわち、本実施形態において、該パッキン１３等のシール部材が無装着の状態において、前記第１及び第２被押圧部２０ａ，２０ｂ並びに第１～第４ランド部２２，２４，２６，２８の外径（摺動部の外径）Ｄ３は互いに等しく形成されていて、前記第１～第５環状凹部２１，２３，２５，２７，２９の外径（小径部の外径）Ｄ４は互いに等しく形成されており、前記ランド部の外径Ｄ３は、前記弁座面等の内径Ｄ０よりも若干小さく、かつ前記環状凹部の外径Ｄ４よりも大きく形成されている。

【0026】

前記第１アダプタ部３は、前記スプール孔７よりも大径に形成されて前記弁本体部２側に開口する第１シリンダ孔３０と、該シリンダ孔３０に気密かつ軸Ｌ方向に摺動自在に嵌合された第１ピストン３１とを軸Ｌ上に有している。すなわち、該シリンダ孔３０は、該ピストン３１によって、該ピストン３１よりも弁駆動部５側の第１室３０ａと、弁本体部２側の第２室３０ｂとに気密に区画されている。また、前記第１ピストン３１は、その弁本体部２側に、前記スプール２０と同軸に配された第１押圧部３１ａを一体に有している。該第１押圧部３１ａは、前記スプール孔７の第１支持面７ａよりも小径に形成されていて、前記スプール２０の第１被押圧部２０ａの端面に当接している。そして、前記第１室３０ａは弁駆動部５のパイロット弁に接続されていて、前記第２室３０ｂは大気に常時開放されている。なお、図１中の符号３２は、外部から手動操作により押し込んで、前記第１室３０ａ内に充填された圧縮流体を排気するためのマニュアル操作部である。

【0027】

一方、前記第２アダプタ部４は、前記スプール孔７よりも大径かつ前記第１シリンダ孔３０よりも小径に形成されて前記弁本体部２側に開口する第２シリンダ孔４０と、該シリンダ孔４０に気密かつ軸Ｌ方向に摺動自在に嵌合された第２ピストン４１とを軸Ｌ上に有している。すなわち、該シリンダ孔４０は、該ピストン４１によって、該ピストン４１よりも弁本体部２側の第１室４０ａと、それと反対側の第２室４０ｂとに気密に区画されている。また、前記第１ピストン３１の径が第２ピストン４１の径よりも大きく形成されていて、該第１ピストン３１の第１室３０ａ側における受圧面積が、第２ピストン４１の第２室４０ｂ側における受圧面積よりも大きくなっている。

【0028】

前記第２ピストン４１は、その弁本体部２側に、前記スプール２０と同軸に配された第２押圧部４１ａを一体に有している。該第２押圧部４１ａは、前記スプール孔７の第２支持面７ｂよりも小径に形成されていて、前記スプール２０の第２被押圧部２０ｂの端面に当接している。また、前記第２シリンダ孔４０の第１室４０ａは、前記スプール２０の中心を軸Ｌ方向に貫通する貫通孔２０ｃを通じて、前記第１シリンダ孔３０の第２室３０ｂに連通されており、大気に常時開放されている。一方、前記第２室４０ｂは、前記パイロット流体供給孔７９に常時連通されていて、パイロット流体によって常時加圧されている。そのため、前記スプール２０は、軸Ｌ方向において、前記第２ピストン４１により前記第１アダプタ部３側（すなわち、第１ピストン側）に向けて常時付勢されている。

【0029】

なお、前記スプール孔７の各支持面、各流路溝及び各弁座面、前記スプール２０の各被押圧部、各ランド部及び各環状凹部、並びに、前記各シリンダ孔３０，４０及び各ピストン３１，４１は、軸Ｌと直交する横断面において、円形のみならず、楕円形又はトラック形状を成していても良い。そこで、本願においては、便宜上、このように軸Ｌ周りに環状に周設されたものについて、軸Ｌを直角に横切る弦を一律に「径」といい、軸Ｌから外周までの距離を一律に「半径」ということとする。

【0030】

続いて、図１－図４に基づいて、前記スプール式切換弁１の動作を説明する。まず、図１に示すように、弁駆動部５を構成する電磁式パイロット弁がＯＦＦの状態においては、第１シリンダ孔３０の第１室３０ａが大気に開放されている。そのため、前記第２ピストン４１が、その押圧力により、前記スプール２０と共に第１ピストン３１を該第１室３０ａ側のストローク端へと移動させ、その結果、該スプール２０が前記第１切換位置に切り換えられた状態となる。そのとき、軸Ｌ方向において、前記スプール２０の第１ランド部２２は前記スプール孔７の第１流路溝７０の位置に配され、第２ランド部２４は第２弁座面７３の位置に配され、第３ランド部２６は第３流路溝７４の位置に配され、第４ランド部２８は第４弁座面７７の位置に配されている。

【0031】

すなわち、スプール孔７内において、前記第１出力流路９と給気流路８との連通が、前記第２ランド部２４によって遮断されると共に、前記第２出力流路１０と第２排気流路１２との連通が、前記第４ランド部２８によって遮断されている。そして、このようなスプール孔７とスプール２０との位置関係により、前記第１出力流路９と第１排気流路１１とがスプール孔７を通じて相互に連通されると共に、前記第２出力流路１０と給気流路８とが同じくスプール孔７を通じて相互に連通されている。なお、このとき前記第２排気流路１２は、前記スプール孔７内において閉塞されている。

【0032】

一方、図２に示すように、弁駆動部５を構成する電磁式パイロット弁がＯＮの状態においては、第１シリンダ孔３０の第１室３０ａに対し該弁駆動部５を通じてパイロット流体が供給される。そのため、前記第１ピストン３１が、その押圧力により、スプール２０と共に第２ピストン４１を、該第２ピストン４１の押圧力に抗して第２シリンダ孔４０の第２室４０ｂ側のストローク端へと移動させ、その結果、該スプール２０が前記第２切換位置に切り換えられた状態となる。そのとき、軸Ｌ方向において、前記スプール２０の第１ランド部２２は前記スプール孔７の第１弁座面７１の位置に配され、第２ランド部２４は第３流路溝７４の位置に配され、第３ランド部２６は第３弁座面７５の位置に配され、第４ランド部２８は第５流路溝７８の位置に配されている。

【0033】

すなわち、スプール孔７内において、前記第１出力流路９と第１排気流路１１との連通が、前記第１ランド部２２によって遮断されると共に、前記第２出力流路１０と給気流路８との連通が、前記第３ランド部２６によって遮断されている。そして、このようなスプール孔７とスプール２０との位置関係により、前記第１出力流路９と給気流路８とがスプール孔７を通じて相互に連通されると共に、前記第２出力流路１０と第２排気流路１２とが同じくスプール孔７を通じて相互に連通されている。なお、このとき前記第１排気流路１１は、前記スプール孔７内において閉塞されている。

【0034】

次に、図３－図１３を用いて、前記スプール式切換弁１における環状の凹溝５０に対するパッキン１３の取付構造及びその作用効果について具体的に説明する。なお、本実施形態においては、前記弁本体部２の構造は軸Ｌ方向の中央に関して実質的に左右対称に形成されていて、前記各流路（ポート）間における圧縮流体の流れも実質的に左右対称となっている。そこで、重複記載を避けるため、ここでは、主に、前記スプール２０の変位に伴う第１出力流路９から第１排気流路１１への圧縮流体の流れや、給気流路８から第１出力流路９への圧縮流体の流れに関連して、前記凹溝５０に対するパッキン１３の取付構造及びその作用効果について説明することとする。

【0035】

図５に示すように、本実施形態において、前記環状のパッキン１３は、軸Ｌ周りの内周面１４と、該内周面の軸Ｌ方向（幅方向）両端に一端が連結されて、軸Ｌと直交する径方向Ｙに延びる一対の側面１５ａ，１５ｂと、これら一対の側面１５ａ，１５ｂの他端同士を互いに連結する外周面（シール面）１６とを有している。そして、前記ランド部の凹溝５０に装着されていない状態の該パッキン１３は、その横断面において、前記内周面１４の中央を通って径方向Ｙに延びる中心軸に関して左右対称で、且つ、内周側から外周側に向けて軸Ｌ方向の幅が徐々に小さくなる先細り形状（楔形状）に形成されている。

【0036】

具体的に説明すると、前記内周面１４は、軸Ｌ周りに径Ｄ５の環状に形成されていると共に、該軸Ｌに沿って平坦（すなわち、横断面において直線状）に延びており、前記一対の側面１５ａ，１５ｂは、内径側から外径側にいくにしたがって前記中心軸に近接する方向に傾く平坦な（すなわち、横断面において直線状の）傾斜面に形成されて、互いに背向しており、前記外周面から成るシール面１６は、径方向Ｙに対して凸の湾曲面、好ましくは円弧面に形成されている。また、横断面において、パッキン１３の最大幅Ｗｐは、その高さＨｐよりも小さく形成されている。なお、前記パッキン１３の材料としては、シール機能を発揮するゴム弾性材であれば特に限定されるものではないが、例えばニトリルゴムやフッ素ゴム等を用いることができる。

【0037】

以下、このようなパッキン１３を、第１ランド部２２に形成した従来の凹溝５０Ａに装着した例と、該ランド部２２に形成した本実施形態に係る凹溝５０に装着した例とに基づいて、本実施形態に係るスプール式切換弁１におけるパッキン１３の取付構造についてより具体的に説明する。

【0038】

上述したように、スプール孔７の内面における、この第１ランド部２２が接離する第１弁座面７１を挟んだ軸Ｌ方向の両側部分（第１流路溝７０及び第２流路溝７２）には、前記第１排気流路１１及び第１出力流路９が接続されている。そして、スプール２０が前記第１切換位置に在る状態においては、図３に示すように、前記ランド部２２は前記排気流路１１と出力流路９とを連通させる「開放位置（軸Ｌ方向における流路溝７０の範囲）」に在り、スプール２０が前記第２切換位置に在る状態においては、図４に示すように、前記ランド部２２は前記排気流路１１と出力流路９との連通を遮断する「閉鎖位置（軸Ｌ方向における弁座面７１の範囲）」に在る。すなわち、この第１ランド部２２に関して、スプール孔７に圧縮流体を流入させる前記出力流路９は、軸Ｌ方向において圧縮流体の流れの「上流側」に接続された流路となっており、スプール孔７から圧縮流体を排出させる前記排気流路１１は、軸Ｌ方向において圧縮流体の流れの「下流側」に接続された流路となっている。

【0039】

図１３は、前記第１ランド部２２に形成された従来の一般的な凹溝５０Ａに対して前記パッキン１３を装着した状態を示しており、この従来の凹溝５０Ａは、軸Ｌ周りに環状に形成されて該軸Ｌに沿って平坦（すなわち、横断面において直線状）に延びる溝底面５１Ａと、該溝底面５１Ａの軸Ｌ方向の両端５４，５５から径方向Ｙに立設されて互いに対向する一対の側壁面５６，５７とによって形成されている。そして、前記ランド部２２の外周面から成る摺動部（摺動面）２２ａと、互いに平行な平面に形成された一対の側壁面５６，５７とは、互いに直角に交わっていて、それにより、該ランド部２２の外周面に前記凹溝５０Ａの開口が形成されている。すなわち、前記凹溝５０Ａは、横断面において、前記溝底面５１Ａの中央を通って径方向Ｙに延びる中心軸に関して左右対称で、軸Ｌ方向の溝幅がＷｇの矩形状に形成されている。

【0040】

ここで、図１３において、軸Ｌ方向の圧縮流体の流れを見たとき、軸Ｌ方向右側が、圧縮流体がスプール孔７に流入する流路（第１出力流路９）が配された上流側となり、軸Ｌ方向左側が、該圧縮流体がスプール孔７から排出される流路（第１排気流路１１）が配された下流側となっている。したがって、第１ランド部２２の凹溝５０Ａにおいては、前記溝底面５１Ａの軸Ｌ方向両端のうち、図中右側の端が上流側端５４となり、図中左側の端が下流側端５５となっている。そして、一対の側壁面５６，５７のうち、図中右側に配された側壁面が上流側側壁面５６となり、図中左側に配された側壁面が下流側側壁面５７となっている。前記パッキン１３においては、前記一対の側面１５ａ，１５ｂのうち、図中右側に配された側面が上流側側面１５ａとなり、図中左側に配された側面が下流側側面１５ｂとなっている。

【0041】

また、前記凹溝５０Ａの溝底面５１Ａの直径Ｄｇは、該凹溝５０Ａに装着されていない状態における前記パッキン１３のオリジナルの内径（内周面１４の直径）Ｄ５よりも大きく形成されている。すなわち、パッキン１３の内周面１４の周方向長さが、前記溝底面５１Ａの周方向長さよりも短く形成されている。そのため、パッキン１３が凹溝５０Ａに装着された状態においては、ゴム弾性材から成る該パッキン１３が周方向に伸長されて、その内周面１４が前記溝底面５１Ａに弾性的に圧接されている。そして、このように前記パッキン１３が凹溝５０Ａに装着された状態では、該パッキン１３の外径Ｄｐが、前記ランド部２２の摺動面２２ａの外径Ｄ３よりも大きく、前記弁座面７１の内径Ｄ０と同じかそれよりも大きくなっている。したがって、該パッキン１３のシール面１６は、前記ランド部２２の摺動面２２ａから径方向Ｙに突出していると共に、該ランド部２２が前記閉鎖位置に在るときに、前記スプール孔７の弁座面７１に対して摺動自在に当接されている。さらに、該凹溝５０Ａの幅Ｗｇはパッキンのオリジナルの幅Ｗｐ（図５参照）よりも大きくなっている。

【0042】

図１３（ａ）－（ｃ）において、パッキン１３の横断面内に示された曲線は、パッキン１３の内部応力（内部圧縮応力）の状態を示す等応力線であり、ドットを付した領域（以下、「ドット領域」という。）は、各図で内部応力が最も小さい領域（引張り応力を含む）を示していて、このドット領域の応力範囲は各図間で共通している。また、ドットを付していない領域（以下、「非ドット領域」という。）において、隣接する等応力線間の応力幅は等しくなっている。したがって、隣接する等応力線の距離間隔が狭くなる程、内部応力の増加率がより大きくなっている。そして、前記ドット領域を起点として、互いに隣接する等応力線で囲まれた非ドット領域を多く横切れば横切るほど、内部応力がより大きくなる。

【0043】

この図１３のうち、（ａ）は、前記ランド部２２が前記開放位置に在って、且つ、パッキン１３に対して圧縮流体の流体圧が作用していない状態（すなわち、圧縮流体がランド部２２周りを流れていない状態）における、パッキン１３の装着状態及びその内部応力の分布のシミュレーション結果を示している。内周面１４が幅方向全体に亘ってほぼ均一に溝底面５１Ａに圧接されており、内周面１４部分に生じている内部応力、すなわち溝底面５１Ａから内周面１４に作用している面圧が、幅方向全体に亘ってほぼ均一に分散されて小さくなっている。

【0044】

また、（ｂ）は、同じくランド部２２が前記開放位置に在って、且つ、ランド部２２の上流側（第１出力流路９側）から下流側（第１排気流路１１側）へ圧力Ｐｓ（＝０．７ＭＰａ）の圧縮流体が流れ、パッキン１３に対してその流体圧が作用している状態のシミュレーション結果を示している。前記（ａ）において、内周面１４に作用している面圧が、幅方向全体に亘ってほぼ均一に分散されて小さくなっているため、前記圧縮流体により該パッキン１３に作用する径方向Ｙ内向きの力と、凹溝５０Ａ内において内周面１４と溝底面５１Ａとの間に流入した圧縮流体の流体圧によりパッキン１３に作用する径方向Ｙ外向きの力との差（径方向内向きの力＜径方向外向きの力）によって、該内周面１４全体が溝底面５１Ａから浮き上がっている。その結果、パッキン１３の外周部の前記摺動面２２ａからの突出量が（ａ）の状態と比べて大きくなっている。そうすると、例えば、スプール２０の変位に伴って該ランド部２２が前記開放位置から閉鎖位置へと変位する過程で、前記パッキン１３の外周部が前記弁座面７１に乗り上げるときなどに、パッキン１３が凹溝５０Ａから抜脱してしまう虞がある。

【0045】

そして、（ｃ）は、前記ランド部２２が前記閉鎖位置に在ってパッキン１３のシール面が弁座面７１に当接され（すなわち、圧縮流体がランド部２２周りを流れておらず）、且つ、パッキン１３に対して上流側から圧縮流体の流体圧Ｐｓが作用している状態のシミュレーション結果を示している。ここでは、内周面１４における前記溝底面５１Ａの上流側端５４側（すなわち、圧縮流体の上流側）に位置する端部において、溝底面５１Ａとの間に圧縮流体が流入して浮き上りが発生している。そして、このような浮き上がりが発生すると、パッキン１３のシール面１６と弁座面７１との間で作用する面圧が大きくなってパッキン１３の摺動抵抗の増大を招く虞があり、その結果、パッキンの寿命の低下等の弊害が懸念される。

【0046】

なお、前記第２ランド部２４に関しては、スプール孔７に圧縮流体を流入させる前記給気流路８が、軸Ｌ方向において圧縮流体の流れの「上流側」に接続された流路となっており、スプール孔７から圧縮流体を流出させる前記第１出力流路９が、軸Ｌ方向において圧縮流体の流れの「下流側」に接続された流路となっている。すなわち、第１ランド部２２と第２ランド部２４とに関しては、軸Ｌ方向における上流側と下流側の位置関係、すなわち軸Ｌ方向における圧縮流体の流れ方向が同じ（図中、右側から左側）となっている。よって、第２ランド部２４に装着されたパッキン１３についても、図１３（ａ）－（ｃ）に示す第１ランド部２２のパッキン１３と実質的に同様の結果が得られることとなり、したがって、上述した第１ランド部２２のパッキン１３と実質的に同様の弊害が生じる虞がある。

【0047】

ただし、第１ランド部２２のパッキン１３は圧縮流体の下流側から上流側（図１３中、左方向から右方向）に移動しながら第１弁座面７１に乗り上げるため、パッキン１３に作用する流体圧Ｐｓの方向と、乗り上げ時にパッキン１３に作用する衝突力の方向とが一致している。それに対して、第２ランド部２４のパッキン１３は圧縮流体の上流側から下流側（図１３中、右方向から左方向）に移動しながら第２弁座面７３に乗り上げることとなるため、パッキン１３に作用する流体圧Ｐｓの方向と、乗り上げ時にパッキン１３に作用する衝突力の方向とが逆の関係になっている。したがって、第２ランド部２４よりも第１ランド部２２のパッキン１３の方がより抜脱し易くなっている。

【0048】

そこで、本実施形態においては、図６及び図７に示すように、各ランド部におけるパッキン１３用の凹溝５０の溝底面５１に傾斜面５２を形成して、凹溝５０の溝底面５１とパッキン１３の内周面１４との間で作用する面圧を特定の部位に集中させることにより（すなわち、パッキン１３の内周面１４の特定の部位を溝底面５１の特定の部位に対して、面圧の極大値を伴って集中的に圧接させることにより）、該内周面１４と溝底面５１との間に圧縮流体が流入するのを防いでいる。このとき、後に詳述するように、該内周面１４の前記特定の部位には、溝底面５１への圧接に伴う集中応力（応力集中）が生じている。

【0049】

前記凹溝５０は、軸Ｌ周りに環状に形成された溝底面５１と、該溝底面５１の軸Ｌ方向の両端５４，５５から径方向Ｙに立設されて互いに対向する一対の側壁面５６，５７とによって形成されている。そして、前記ランド部２２の外周面から成る摺動部（摺動面）２２ａと、互いに平行な平面に形成された一対の側壁面５６，５７とは、互いに直角に交わっていて、それにより、該ランド部２２の外周面に前記凹溝５０の開口が形成されている。また、前記パッキン１３の図５に示すオリジナルの最大幅Ｗｐは、この凹溝５０の軸Ｌ方向の溝幅Ｗｇよりも小さく、且つ、該溝幅Ｗｇの半分よりも大きく形成されている。

【0050】

ここで、図６－図１２においても、図１３の場合と同様に、軸Ｌ方向の圧縮流体の流れを見たとき、軸Ｌ方向右側が、圧縮流体がスプール孔７に流入する流路（第１出力流路９）が配された上流側となり、軸Ｌ方向左側が、該圧縮流体がスプール孔７から排出される流路（第１排気流路１１）が配された下流側となっている。したがって、第１ランド部２２の凹溝５０においては、前記溝底面５１の軸Ｌ方向両端のうち、図中右側の端が上流側端５４となり、図中左側の端が下流側端５５となっている。そして、一対の側壁面５６，５７のうち、図中右側に配された側壁面が上流側側壁面５６となり、図中左側に配された側壁面が下流側側壁面５７となっている。前記パッキン１３についても、前記一対の側面１５ａ，１５ｂのうち、図中右側に配された側面が上流側側面１５ａとなり、図中左側に配された側面が下流側側面１５ｂとなっている。

【0051】

図６及び図７に示すように、前記凹溝５０の溝底面５１に含まれる前記傾斜面５２は、該溝底面５１の軸Ｌ方向の長さ（すなわち、凹溝５０の溝幅）Ｗｇの半分かそれよりも大きい軸Ｌ方向の長さＷ１に形成されており、前記上流側端５４側から下流側端５５側に向けて連続的（本実施形態では、横断面において直線状）に縮径している。
また、この傾斜面５２は、前記上流側端５４側の第１端部５２ａと前記下流側端５５の第２端部５２ｂとを有しており、軸に対して鋭角αの角度を成している。そして、該第１端部５２ａは、前記パッキン１３の内周面１４の特定の部位が面圧の極大値を伴って（すなわち、集中応力（応力集中）を伴って）前記溝底面５１に対して圧接された圧接点Ｓによって規定されており、該第２端部５２ｂは、溝底面５１の下流側端５５によって規定されている。

【0052】

すなわち、圧接点Ｓ（傾斜面５２の第１端部５２ａ）における溝底面５１の直径Ｄｓは、図５に示すパッキン１３の内周面１４のオリジナルの直径Ｄ５よりも大きく形成されている。そのため、パッキン１３が凹溝５０に装着された状態においては、ゴム弾性材から成る該パッキン１３が周方向に伸長されて、その内周面１４における中央よりも上流側側面１５ａ寄りの部位が、前記溝底面５１の前記圧接点Ｓに弾性的且つ集中的に圧接されている。

【0053】

前記溝底面５１は、前記圧接点Ｓと上流側端５４との間を結ぶ連結面５３をさらに有している。この連結面５３は、横断面において、軸Ｌに対して鋭角θの角度を成した直線状に形成されていて、軸Ｌ方向の長さがＷ２に形成されており、前記凹溝５０の溝幅Ｗｇが、傾斜面５２の軸方向長さＷ１と連結面５３の軸方向長さＷ２との和と等しくなっている。図６においては、軸Ｌに対する連結面５３の角度θが、傾斜面５２と同じαとなっており、溝底面５１が、上流側端５４から下流側端５５に至るまで一定の角度で傾斜している。また、図７においては、当該角度θが０°となっている。ただし、連結面５３の角度θは、これら２種類の角度に限定されるものではなく、０°≦θ≦αの範囲であればよい。そして、このようにして内周面１４が溝底面５１に圧接されたパッキン１３は、その前記下流側側面１５ｂを前記凹溝５０の下流側側壁面５７に対して常時当接させた状態で、該凹溝５０に装着されている。

【0054】

さらに、上述した図１３の場合と同様に、該パッキン１３の外径Ｄｐが、前記ランド部２２の摺動面２２ａの外径Ｄ３よりも大きく、前記弁座面７１の内径Ｄ０と同じかそれよりも大きくなっている。したがって、該パッキン１３のシール面１６は、前記ランド部２２の摺動面２２ａから径方向Ｙに突出していると共に、該ランド部２２が前記閉鎖位置に在るときに、前記スプール孔７の弁座面７１に対して摺動自在に当接される。

【0055】

図８－図１１は、本実施形態において、ランド部２２の凹溝５０に装着されたパッキン１３の内部応力（内部圧縮応力）の分布のシミュレーション結果を示す等応力線図であり、図１３に関して上述したように、「ドット領域」は、各図で内部応力が最も小さい領域（引張り応力を含む）を示していて、このドット領域の応力範囲は、図１３を含む各応力線図間で共通している。また、非ドット領域に関しても、隣接する等応力線間の応力幅は、互いに等しくなっていると共に、図１３を含む各応力線図間で共通している。

【0056】

この図８－１１において、（ａ）は、前記ランド部２２が前記開放位置に在って、且つ、パッキン１３に対して圧縮流体の流体圧が作用していない状態（すなわち、圧縮流体がランド部２２周りを流れていない状態）を示している。（ｂ）は、該ランド部２２が前記開放位置に在って、且つ、ランド部２２の上流側（第１出力流路９側）から下流側（第１排気流路１１側）へ圧力Ｐｓ（＝０．７ＭＰａ）の圧縮流体が流れ、パッキン１３に対してその流体圧が作用している状態のシミュレーション結果を示している。（ｃ）は、該ランド部２２が前記閉鎖位置に在ってパッキン１３のシール面が弁座面７１に当接され（すなわち、圧縮流体がランド部２２周りを流れておらず）、且つ、パッキン１３に対して上流側から圧縮流体の流体圧Ｐｓが作用している状態を示している。

【0057】

まず、図８は、溝底面５１の傾斜面５２の傾斜角度α、及び連結面５３の傾斜角度θが共に１０°である実施形態を示している。パッキン１３に流体圧が作用していない（ａ）によると、溝底面５１の圧接点Ｓにおいてパッキン１３の内周部位に集中応力が生じており、面圧の極大値を伴って内周面１４が当該圧接点Ｓに圧接されていることがわかる。そして、パッキン１３に流体圧が作用している（ｂ）及び（ｃ）の何れにおいても、内周面１４と溝底面５１との圧接状態は維持されていて、溝底面５１からの内周面１４の浮き上がりも生じていない。むしろ、（ｂ）では（ａ）と比較してより大きな最大面圧が作用している。すなわち、（ａ）の圧接点Ｓで生じている極大値を伴った集中的な面圧によって、パッキン１３の内周面１４と溝底面５１との間への圧縮流体の流入が阻止されているといえる。

【0058】

次に、図９は、溝底面５１の傾斜面５２の傾斜角度α、及び連結面５３の傾斜角度θが共に２０°である実施形態を示している。パッキン１３に流体圧が作用していない（ａ）によると、溝底面５１の圧接点Ｓにおいてパッキン１３の内周部位に、図８の場合よりも大きい集中応力が生じており、より大きい面圧の極大値を伴って内周面１４が当該圧接点Ｓに圧接されていることがわかる。そして、図８と同様に、パッキン１３に流体圧が作用している（ｂ）及び（ｃ）の何れにおいても、内周面１４と溝底面５１との圧接状態は維持されていて、溝底面５１からの内周面１４の浮き上がりも生じていない。また、ここでも（ｂ）では（ａ）と比較してより大きな最大面圧が作用している。すなわち、（ａ）の圧接点Ｓで生じている極大値を伴った集中的でより大きな面圧によって、パッキン１３の内周面１４と溝底面５１との間への圧縮流体の流入がより強く阻止されているといえる。また、パッキン１３の弁座面７１との間で作用している面圧も、図１２（ｃ）と比較して軽減されている。

【0059】

そして、図１０は、溝底面５１の傾斜面５２の傾斜角度αが２０°で、連結面５３の傾斜角度θが０°である場合であって、傾斜面５２の軸方向長さＷ１が凹溝５０溝幅Ｗｇの３／４である実施形態を示している。パッキン１３に流体圧が作用していない（ａ）によると、溝底面５１の屈折点に位置する圧接点Ｓにおいて、パッキン１３の内周部位に、図８の場合よりも大きい集中応力が生じており、より大きい面圧の極大値を伴って内周面１４が当該圧接点Ｓに圧接されていることがわかる。そして、パッキン１３に流体圧が作用している（ｂ）及び（ｃ）の何れにおいても、内周面１４と溝底面５１との圧接状態は維持されていて、溝底面５１からの内周面１４の浮き上がりも生じていない。また、ここでも（ｂ）では（ａ）と比較してより大きな最大面圧が作用している。すなわち、図９の場合と同様に、（ａ）の圧接点Ｓで生じている極大値を伴った集中的でより大きな面圧によって、パッキン１３の内周面１４と溝底面５１との間への圧縮流体の流入がより強く阻止されているといえる。また、図９（ｃ）と同様に、パッキン１３と弁座面７１との間で作用している面圧も、図１２（ｃ）と比較して軽減されている。

【0060】

続いて、図１１は、溝底面５１の傾斜面５２の傾斜角度αが２０°で、連結面５３の傾斜角度θが０°である場合であって、傾斜面５２の軸方向長さＷ１が凹溝５０溝幅Ｗｇの１／２である実施形態を示している。パッキン１３に流体圧が作用していない（ａ）によると、溝底面５１の屈折点に位置する圧接点Ｓにおいて、パッキン１３の内周部位に、図８の場合よりも大きい集中応力が生じており、より大きい面圧の極大値を伴って内周面１４が当該圧接点Ｓに圧接されていることがわかる。そして、パッキン１３に流体圧が作用している（ｂ）及び（ｃ）の何れにおいても、内周面１４と溝底面５１との圧接状態は維持されていて、溝底面５１からの内周面１４の浮き上がりも生じていない。また、ここでも（ｂ）では（ａ）と比較してより大きな最大面圧が作用している。すなわち、図９や図１０の場合と同様に、（ａ）の圧接点Ｓで生じている極大値を伴った集中的でより大きな面圧によって、パッキン１３の内周面１４と溝底面５１との間への圧縮流体の流入がより強く阻止されているといえる。

【0061】

図１２は、凹溝５０Ｂにおいて、溝底面５１Ｂの傾斜面５２ａの傾斜角度αを２０°、連結面５３ａの傾斜角度θを０°とし、傾斜面５２ａの軸方向長さＷ１を凹溝５０Ｂの溝幅Ｗｇの１／４とした場合の参考例を示している。この場合、図１３の従来例と同様に、パッキン１３に流体圧が作用していない（ａ）によると、パッキン１３の内周面１４部分に生じている内部応力、すなわち溝底面５１Ｂから内周面１４に作用している面圧が、幅方向全体に亘ってほぼ均一に分散されて小さくなっている。そのため、パッキン１３に圧縮流体の流体圧を作用させた（ｂ）において、内周面１４と溝底面５１Ｂとの間に圧縮流体が流入して、溝底面５１Ｂからの内周面１４の浮き上がりが生じている。したがって、図１３の従来例と同様に、ランド部２２が前記開放位置から閉鎖位置へと変位する過程などで、パッキン１３が凹溝５０Ｂから抜脱してしまう虞がある。

【0062】

以上のシミュレーション結果からすると、傾斜面５２の傾斜角度αは１０°かそれよりも大きいことが好ましく、２０°かそれよりも大きいとより好ましいといえる。また、該傾斜面５２の軸Ｌ方向の長さＷ１は、溝幅Ｗｇの１／２かそれよりも大きいことが好ましく、溝幅Ｗｇの３／４かそれよりも大きいとより好ましいといえる。

【0063】

以上、本発明に係るスプール式切換弁の一実施形態について説明してきたが、本発明は前記の各実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能であることは言うまでもない。
本実施形態では、第１～第４ランド部２２，２４，２６，２８における全ての凹溝５０の溝底面５１に傾斜面５２を設けたが、パッキン１３の抜脱が発生し易い第１及び第４ランド部２２，２８の溝底面５１のみに傾斜面５２を設けても良い。
また、傾斜面５２の第２端部５２ｂは、必ずしも溝底面５１の下流側端５５によって規定されていなくてもよい。
さらに、凹溝５０に装着した状態のパッキン１３の外径Ｄｐは、弁座面の径よりも僅かに小さく形成されていて、流体圧による変形によって、そのシール面１６が該弁座面に当接するようなっていてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１ スプール式切換弁（電磁弁）
２ 弁本体部
３ 第１アダプタ部
４ 第２アダプタ部
５ 弁駆動部（電磁式パイロット弁部）
６ ハウジング
７ スプール孔
８ 給気流路
９ 第１出力流路
１０ 第２出力流路
１１ 第１排気流路
１２ 第２排気流路
１３ パッキン
１４ パッキンの内周面
１５ａ 上流側側面
１５ｂ 下流側側面
１６ シール面
２０ スプール
２１ 第１環状凹部（小径部）
２２ 第１ランド部
２３ 第２環状凹部（小径部）
２４ 第２ランド部
２５ 第３環状凹部（小径部）
２６ 第３ランド部
２７ 第４環状凹部（小径部）
２８ 第４ランド部
２９ 第５環状凹部（小径部）
３０ 第１シリンダ孔
３１ 第１ピストン
４０ 第２シリンダ孔
４１ 第２ピストン
５０ パッキン装着用の凹溝
５１ 溝底面
５２ 傾斜面
α 傾斜面の角度
５３ 連結面
θ 連結面の角度
５４ 上流側端
５５ 下流側端
５６ 上流側側壁面
５７ 下流側側壁面
７０ 第１流路溝（大径部）
７１ 第１弁座面（弁座部）
７２ 第２流路溝（大径部）
７３ 第２弁座面（弁座部）
７４ 第３流路溝（大径部）
７５ 第３弁座面（弁座部）
７６ 第４流路溝（大径部）
７７ 第４弁座面（弁座部）
７８ 第５流路溝（大径部）
Ａ 第１出力ポート
Ｂ 第２出力ポート
Ｐ 給気ポート
ＥＡ 第１排気ポート
ＥＢ 第２排気ポート
Ｄ０ 弁座面及び支持面の内径
Ｄ１，Ｄ２ 流路溝（大径部）の内径
Ｄ３ ランド部の外径
Ｄ４ 環状凹部（小径部）の外径
Ｄ５ パッキンのオリジナルの内径
Ｄｐ 凹溝に装着したパッキンの外径
Ｄｓ 圧接点Ｓにおける溝底径
Ｓ 圧接点
Ｗｐ パッキンの横断面における幅
Ｗｇ 凹溝の横断面における幅
Ｗ１ 溝底面における傾斜面の軸方向長さ
Ｗ２ 溝底面における連結面の軸方向長さ
Ｌ 軸
Ｙ 径方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】