JP2000274554A - 空気切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮空気を動力源として往復動するポンプ等に
使用するパイロット空気式スプール弁が、特に供給圧力
が低圧力時に中立状態になりにくくてポンプの作動不良
が発生しにくく、中立状態になっても容易に再起動可能
な構造のパイロット空気式スプール弁を提供することを
課題としている。 【解決手段】圧縮空気が低圧になってこのような中立状
態で停止した場合でも給気ポートからの圧縮空気の圧力
を上昇させると、仕切部とスプール弁の鍔部の左右隙間
において、どちらか隙間の大きい方へより多くの圧縮空
気が流出させ、さらに、シール部材のいずれも仕切部と
も圧接せずにスプール弁１４の移動に対する抵抗が少な
く容易に移動できる状態にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気を動力源
として往復動するポンプ等に使用するパイロット空気式
スプール弁の構造に関するもので、特にスプール弁が中
立時に再起動しにくい点を改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】塗料等をスプレーガンに供給するポンプ
の方式としてダブルダイアフラム式ポンプ（以下ダイア
フラムポンプと言う）があって、圧縮空気によって作動
するポンプを両側に配置し、交互に圧縮空気を給排気す
ることによって往復作動を繰り返しながら塗料を圧送す
る。このポンプは圧縮空気の切換にパイロット空気を使
用していることが多く、このパイロット空気はダイアフ
ラムと連結された移動軸の移動によって供給が制御さ
れ、それによって切換弁（通常はスプール弁が多く使わ
れている）を動かし圧縮空気の供給を制御している。本
発明はこのダイアフラムポンプのような圧縮空気を動力
源として往復動する装置に使用されるパイロット空気式
スプール弁の改良に関するものである。

【０００３】図２が本発明の空気切換弁を使用している
例であるダイアフラムポンプの構造を示す半断面図であ
って、図４は従来から使用されているダブルパイロット
式５ポートスプール弁（以下切換弁５０と言う）を同様
にダイアフラムポンプに取り付けた場合の作動を示す機
構断面図である。切換弁の圧縮空気の供給口１’より一
方の作動室に圧縮空気を送っている時は、他方の作動室
は切換弁を介して排気通路に連通されている。また、パ
イロット空気通路はそれぞれの作動室と連通するよう構
成されている。図４は作動軸３が左側に移動してＯリン
グ１５’が軸孔２から外れて、この部分から直前まで作
動室７’に送られていた圧縮空気が細径部１１’を通っ
てパイロット空気通路１３’からｆポートを通ってピス
トン室５５に流れ込んで、ピストン５３を押圧してスプ
ール弁５１を左側に移動させた状態を示す。これによっ
て、ポンプ本体１の供給口１’から導入された圧縮空気
は切換弁５０の給気ポートｂより出力ポートｄを通り右
側の作動室７に圧縮空気を送り込み、作動軸３・ダイア
フラム４・４’を右に移動させる。一方、作動室７’の
圧縮空気は出力ポートｃから排気ポートｇへ送られ排気
される。

【０００４】作動軸３・ダイアフラム４・４’の作動に
よって吸込み・吐出を行うポンプ室６・６’には圧送液
容器（図示せず）と吸込口（図示せず）が接続され、ま
た吐出口は圧送ホース（図示せず）を介し、スプレーガ
ン等（図示せず）に接続されるのが一般的であり、ポン
プ作動はポンプ室６・６’側の圧力と、作動室７・７’
側の圧力が同じになった時つり合って停止する。したが
って、スプレーガン等を用いて圧送液を吐出すれば作動
軸３・ダイアフラム４・４’は吐出量に応じて作動し、
吐出を停止すればバランスを保って停止する構造となっ
ている。

【０００５】この種のポンプは一般に低圧力で圧送する
傾向があり、ダイアフラムを駆動する空気圧力も必然的
に低圧となる。特に作動室内の空気圧力が０．１ＭＰａ
のような状態で運転した場合、スプール弁切換用のパイ
ロット空気のスプール弁５１を動かす力が不足して、し
ばしば切換不良を起す。また、一日の作業停止時や作業
開始時には空気源であるコンプレッサからの供給空気が
徐々に低下、または上昇してこの低圧領域を経由するた
め、始動・停止時にはどうしても低圧圧縮空気が送り込
まれてしまい、切換不良を起しやすい状態となる。ま
た、切換弁のパイロット空気圧力が低いと、スプール弁
の作動抵抗や反対側のピストン室の残圧によってスプー
ル弁を動かす力と抵抗力とがつり合ってしまい、スプー
ル弁がいずれの方向にも圧縮空気が流れないところ（中
立位置）で停止してしまう問題点を有していた。

【０００６】図２・図４にて具体的に説明すると、ポン
プ本体１の両側に構成するポンプ５’・５は左右の作動
室７’・７に交互に圧縮空気を送り込むことによって、
左右のポンプ室６’・６に吸込みと吐出を交互に行わ
せ、ダイアフラムポンプ全体として常に吐出を行わせる
ようにしたものである。切換弁５０の作用を詳述すれ
ば、パイロット空気通路１３からａポートにパイロット
空気が供給されると、ピストン室５５’にてピストン５
２が押圧されスプール弁５１が右側に移動して流路を切
換えし、給気ポートｂと出力ポートｃ、出力ポートｄと
排気ポートｅが通じ、パイロット空気を排気してもスプ
ール弁５１はそのままの位置を保持する。また、パイロ
ット空気通路１３’からｆポートにパイロット空気が供
給されると、ピストン室５５にてピストン５３が押圧さ
れ、スプール弁５１が左側に移動し流路を切換え、図４
のように給気ポートｂと出力ポートｄ、出力ポートｃと
排気ポートｇが通じる状態となる。

【０００７】ところが、供給される圧縮空気の圧力が低
圧になると、パイロット空気がスプール弁５１を押し切
って完全に切換させることができずに中立位置に停止し
てしまう状態がしばしば発生する。この中立位置の状態
では、給気ポートｂがスプール弁５１によって塞がれて
しまい、給気ポートｂから出力ポートｃあるいは出力ポ
ートｄへのどちらへも圧縮空気の供給が停止してしまう
ため、結果としてスプール弁５１が中立位置から移動で
きずにポンプの切換作動不良となってしまう。具体的に
は、従来の切換弁５０では給気ポートｂと出力ポートｃ
・ｄを区切る仕切部通路の内周部にはシール部材５４・
５４’が嵌装されていて、このシール部材５４・５４’
の両方にスプール弁５１が圧接するような中立位置では
圧縮空気が全く流れることができない状態となり、また
シール部材５４・５４’にスプール弁５１が接触するよ
うな中立位置付近でも圧縮空気が微少しか流れることが
できない状態となってしまいスプール弁５１が中立位置
を解除できずにポンプの切換作動不良となってしまう。
さらに、ピストン５２・５３にはシール部材５２’・５
３’が嵌装されているため、ピストン５１は常に移動に
対する抵抗を受けていて、移動しにくい状態となってい
る。

【０００８】この対策として、本出願人はこの問題点を
解決するために、圧縮空気の供給流路に減圧弁と抜気孔
付三方弁を設置して、ポンプ側には低空気圧力が流れな
い方法を実公平５−１９５９１にて開示している。しか
し、この方法の場合には、一日の作業停止時や作業開始
時には必ず抜気孔付三方弁を開閉する必要があって、作
業者にとっては煩わしい作業であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】圧縮空気を動力源とし
て往復動するポンプ等に使用するパイロット空気式スプ
ール弁が、特に供給圧力が低圧力時に中立状態になりに
くくてポンプの作動不良が発生しにくく、中立状態にな
っても容易に再起動可能な構造のパイロット空気式スプ
ール弁を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、弁本体
（１２ａ）の軸線方向に設けられたスプール穴（１４
ａ）に移動可能に配設されたスプール弁（１４）が、前
記弁本体（１２ａ）に設けられた給気ポート（Ｃ）、出
力ポート（Ｂ）・（Ｄ）、パイロットポート（Ａ）・
（Ｅ）および排気ポート（１７）・（１７’）を開閉し
て流路を切り換えるようにして、前記のパイロットポー
ト（Ａ）・（Ｅ）の一方側へパイロット空気を供給して
前記スプール弁（１４）が切り換わると、該パイロット
空気を供給した一方側の前記パイロットポートと一方側
の前記出力ポートを一方側の前記排気ポートに接続する
とともに、前記給気ポート（Ｃ）と他方側の前記出力ポ
ートとを接続し、さらに他方側の前記パイロットポート
と他方側の前記出力ポートと他方側の前記排気ポートと
の接続を切断するように構成した。第２の発明では、前
記パイロットポートと前記排気ポートとの断続手段を前
記パイロットポートに連通したシリンダ穴に前記スプー
ル弁の両端に同軸状に形成したピストンが挿脱する手段
とした。第３の発明では、前記弁本体（１２ａ）の前記
給気ポート（Ｃ）と前記出力ポート（Ｂ）との間に前記
スプール弁（１４）に環装された中央側のシール部材
（１８’）が圧接する仕切部（２５）と、前記給気ポー
ト（Ｃ）と前記出力ポート（Ｄ）との間に前記スプール
弁（１４）に環装された中央側のシール部材（１８）が
圧接する仕切部（２６）を設け、さらに前記弁本体（１
２ａ）の前記排気ポート（１７’）と前記出力ポート
（Ｂ）との間に前記スプール弁（１４）に環装された外
側のシール部材（１９’）が圧接する仕切部（２４）
と、前記排気ポート（１７）と前記出力ポート（Ｄ）と
の間に前記スプール弁（１４）に環装された外側のシー
ル部材（１９）が圧接する仕切部（２７）を設けて、前
記の中央側のシール部材（１８’）・（１８）が前記の
仕切部（２５）・（２６）に同時に当接しないように、
前記の中央側のシール部材（１８’）と（１８）の間隔
よりも前記の仕切部（２５）と（２６）の間隔を小さく
構成し、かつ前記の外側のシール部材（１９’）・（１
９）が前記の仕切部（２４）・（２７）に同時に当接し
ないように、前記の外側のシール部材（１９’）と（１
９）の間隔よりも前記の仕切部（２４）と（２７）の間
隔を大きく構成した。第４の発明では、前記スプール弁
（１４）に環装された前記のシール部材（１８）・（１
９）を挟んで形成する一方側の鍔部（２０）・（２０
ａ）・（２０ｂ）のいずれかの外径または全ての外径と
前記スプール弁（１４）に環装された前記のシール部材
（１８’）・（１９’）を挟んで形成された他方側の鍔
部（２０’）・（２０’ａ）・（２０’ｂ）の外径とに
差を設けた。

【００１１】

【発明の実施形態】図２は本発明に係わる空気切換弁１
２をポンプ本体１に取り付けた図で、図１は空気切換弁
１２とダイアフラムポンプ５Ａの断面図である。ダイア
フラムポンプ５Ａの作動および圧縮空気の流れと切換え
作動は従来例で示したダイアフラムポンプと同じであ
る。弁本体１２ａには吸気ポートＣ、出力ポートＢ・
Ｄ、パイロットポートＡ・Ｅ、排気ポート１７・１７’
が設けられている。吸気ポートＣには圧縮空気の給気口
１’から圧縮空気が供給され、出力ポートＢ・Ｄは圧縮
空気の出力口であって、出力ポートＢはポンプ本体１の
作動孔１０’に接続し、出力ポートＤはポンプ本体１の
作動孔１０に接続している。パイロットポートＡ・Ｅは
パイロット空気口であって、パイロットポートＡはパイ
ロット空気通路１３’に接続し、パイロットポートＥは
パイロット空気通路１３と接続している。

【００１２】弁本体１２ａの内部にはスプール弁１４が
軸線方向に移動可能なようにスプール穴１４ａが形成さ
れ、さらにスプール弁１４の両端にはピストン１４ｂ・
１４’ｂが同軸状に形成され、このピストン１４ｂ・１
４’ｂが挿脱されるピストン穴２２・２２’が形成され
ている。ピストン穴２２・２２’には各々パイロット空
気が流入するパイロットポートＥ・Ａが連通し、連通部
にピストン室２１・２１’を形成している。そして、弁
本体１２ａに形成された吸気ポートＣ、出力ポートＢ・
Ｄ、パイロットポートＡ・Ｅ、排気ポート１７・１７’
は各々スプール穴１４ａに連通しているとともに、各ポ
ート間には仕切部２４・２５・２６・２７が形成されて
いて、スプール弁１４に環装されているシール部材１８
・１８’・１９・１９’がスプール弁１４の移動ととも
にこの仕切部２４・２５・２６・２７に圧接して、圧縮
空気の流路を切り換えるように構成している。

【００１３】図１（ｂ）はスプール弁１４が右方向に切
り換わる前の空気切換弁１２の状態を示し、図１（ａ）
は作動軸３が左側移動端まで移動して左側Ｏリング１
５’が軸孔２から外れた瞬間の圧縮空気の流れと、スプ
ール弁１４が右方向に切り換わった後の空気切換弁１２
の状態をダイアフラムポンプ５Ａとともに示していてい
る。詳細を説明すると、左側のＯリング１５’が軸孔２
から外れた部分から左側の作動室７’の圧縮空気が細径
部１１’・パイロット空気通路１３’に流れ、そしてパ
イロットポートＡ・ピストン室２１’に流れ込む。この
結果、スプール弁１４は右側に押圧され、図１（ｂ）の
状態からスプール弁１４が一気に右側に移動して流路を
切換えて図１（ａ）の状態になる。

【００１４】図１（ａ）の状態では、給気ポートＣに供
給された圧縮空気は出力ポートＤから右側の作動室７に
流れ込み、作動室７’の圧縮空気は出力ポートＢから連
絡路２３’を通って排気ポート１７’に流れて排気され
るので作動軸３が右側に移動する。そしてパイロット空
気通路１３’からＡポートに流れ込んで、スプール弁１
４を右側に押圧した圧縮空気はピストン室２１’・連絡
通路２３’を通って排気ポート１７’から排気される。
以上の動作からわかるように、図４で示す従来の切換弁
５０ではスプール弁５１を切り換えるためのパイロット
空気がパイロット空気通路１３・１３’とピストン室５
５・５５’に残圧として残るのを防止するために、オリ
フィス穴（図示せず）で逃がしている。本発明の空気切
換弁１２ではパイロット空気が排気ポート１７・１７’
から排気され、パイロット空気通路１３・１３’とピス
トン室２１・２１’には残らない。

【００１５】図３（ａ）は空気切換弁１２のスプール弁
１４が中立状態を示す図である。通常はスプール弁１４
の切換の各段階でスプール弁１４に環装されているシー
ル部材１８・１８’・１９・１９’がスプール弁１４の
移動とともにこの仕切部２４・２５・２６・２７に圧接
して、圧縮空気の流路を切り換えている。しかし中立状
態の場合、シール部材１８・１８’が仕切部２５・２６
に圧接していないので、給気ポートＣから出力ポートＢ
あるいは出力ポートＤへの通路はシールされない、また
シール部材１９・１９’も同様に仕切部２４・２７に圧
接していないので、排気ポート１７・１７’への通路を
シールしていない。このため、給気ポートＣからの圧縮
空気が出力ポートＢ・Ｄあるいは連絡通路２３・２３’
へ流れることが可能となっている。

【００１６】そして、圧縮空気が低圧になってこのよう
な中立状態で停止した場合でも給気ポートＣから供給す
る圧縮空気の圧力を上昇させると、右側の仕切部２６と
右側の鍔部２０との隙間と、左側の仕切部２５と左側の
鍔部２０’との隙間の左右隙間差、および右側の仕切部
２７と右側の鍔部２０ｂとの隙間と、左側の仕切部２４
と左側の鍔部２０’ｂとの隙間の左右隙間差との関係
で、左右の連絡通路２３・２３’へ流れる圧縮空気量に
差が生じる結果、連絡通路２３部分と連絡通路２３’部
分とに圧力差が生じる。そして、この状態ではシール部
材１８・１８’・１９・１９’のいずれも仕切部とも圧
接していないためスプール弁１４の移動に対する抵抗が
少なく、スプール弁１４の左右の微少な圧力差でも容易
に移動できる状態になっている。この結果、連絡通路２
３部分と連絡通路２３’部分との内圧差によってスプー
ル弁１４が切り換わって、ダイアフラムポンプ５Ａの作
動を開始することが可能となる。

【００１７】図３（ｂ）では、スプール弁２８の右側の
鍔部２８ａ・２８ｂ・２８ｃの外径を左側の鍔部２８’
ａ・２８’ｂ・２８’ｃの外径よりも故意に小さくして
差を設けた例である。この場合には、右側の鍔部２８ａ
・２８ｂ・２８ｃへより多くの圧縮空気が流れ、連絡通
路２３部分の内圧が連絡通路２３’部分の内圧よりも高
くなるため、スプール弁２８は左方向に切り換わること
になる。さらに、この空気切換弁１２においてはピスト
ン１４ｂ・１４’ｂとピストン穴２２・２２’にシール
部材を使用していないため、中立状態が発生した時にピ
ストン室２１または２１’に残圧があっても排気ポート
から漏れて残圧を皆無にすることが可能で、残圧によっ
てスプール弁１４が切り換わりにくいことがない。

【００１８】

【発明の効果】空気切換弁のスプール弁が中立状態に成
りにくく、また空気切換弁のスプール弁が供給圧力の低
下等の原因で中立状態となっても、圧縮空気の圧力を上
昇させることによって容易に空気切換弁の再起動が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気切換弁をダイアフラムポンプに取
り付けた形態例の断面図で、（ｂ）はスプール弁が切り
換わる前の図で、（ａ）スプール弁が切り換わった後の
状態図。

【図２】本発明の空気切換弁をダイアフラムポンプに取
り付けた形態例の半断面図。

【図３】本発明の空気切換弁をダイアフラムポンプに取
り付けた形態例の断面図で、（ａ）はスプール弁が中立
状態の図で、（ｂ）はスプール弁の鍔部外径に差を付け
た場合における中立状態の図。

【図４】従来の切換弁をダイアフラムポンプに取り付け
た形態例の断面図。

【符号の説明】

Ａ・Ｅ パイロットポート Ｂ・Ｄ 出力ポート Ｃ 給気ポート １２ａ 弁本体 １４ スプール弁 １４ａ スプール穴 １４ｂ・１４’ｂ ピストン １７・１７’ 排気ポート １８・１８’・１９・１９’ シール部材 ２０・２０ａ・２０ｂ・２０’・２０’ａ・２０’ｂ
鍔部 ２２・２２’ シリンダ穴 ２４・２５・２６・２７ 仕切部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁本体（１２ａ）の軸線方向に設けられた
   スプール穴（１４ａ）に移動可能に配設されたスプール
   弁（１４）が、前記弁本体（１２ａ）に設けられた給気
   ポート（Ｃ）、出力ポート（Ｂ）・（Ｄ）、パイロット
   ポート（Ａ）・（Ｅ）および排気ポート（１７）・（１
   ７’）を開閉して流路を切り換えるようにして、前記の
   パイロットポート（Ａ）・（Ｅ）の一方側へパイロット
   空気を供給して前記スプール弁（１４）が切り換わる
   と、該パイロット空気を供給した一方側の前記パイロッ
   トポートと一方側の前記出力ポートを一方側の前記排気
   ポートに接続するとともに、前記給気ポート（Ｃ）と他
   方側の前記出力ポートとを接続し、さらに他方側の前記
   パイロットポートと他方側の前記出力ポートと他方側の
   前記排気ポートとの接続を切断するように構成したこと
   を特徴とした空気切換弁。
2. 【請求項２】前記パイロットポートと前記排気ポートと
   の断続手段を前記パイロットポートに連通したシリンダ
   穴に前記スプール弁の両端に同軸状に形成したピストン
   が挿脱する手段としたことを特徴とした請求項１の空気
   切換弁。
3. 【請求項３】前記弁本体（１２ａ）の前記給気ポート
   （Ｃ）と前記出力ポート（Ｂ）との間に前記スプール弁
   （１４）に環装された中央側のシール部材（１８’）が
   圧接する仕切部（２５）と、前記給気ポート（Ｃ）と前
   記出力ポート（Ｄ）との間に前記スプール弁（１４）に
   環装された中央側のシール部材（１８）が圧接する仕切
   部（２６）を設け、さらに前記弁本体（１２ａ）の前記
   排気ポート（１７’）と前記出力ポート（Ｂ）との間に
   前記スプール弁（１４）に環装された外側のシール部材
   （１９’）が圧接する仕切部（２４）と、前記排気ポー
   ト（１７）と前記出力ポート（Ｄ）との間に前記スプー
   ル弁（１４）に環装された外側のシール部材（１９）が
   圧接する仕切部（２７）を設けて、前記の中央側のシー
   ル部材（１８’）・（１８）が前記の仕切部（２５）・
   （２６）に同時に当接しないように、前記の中央側のシ
   ール部材（１８’）と（１８）の間隔よりも前記の仕切
   部（２５）と（２６）の間隔を小さく構成し、かつ前記
   の外側のシール部材（１９’）・（１９）が前記の仕切
   部（２４）・（２７）に同時に当接しないように、前記
   の外側のシール部材（１９’）と（１９）の間隔よりも
   前記の仕切部（２４）と（２７）の間隔を大きく構成し
   たことを特徴とした請求項１・請求項２の空気切換弁。
4. 【請求項４】前記スプール弁（１４）に環装された前記
   のシール部材（１８）・（１９）を挟んで形成する一方
   側の鍔部（２０）・（２０ａ）・（２０ｂ）のいずれか
   の外径または全ての外径と前記スプール弁（１４）に環
   装された前記のシール部材（１８’）・（１９’）を挟
   んで形成された他方側の鍔部（２０’）・（２０’ａ）
   ・（２０’ｂ）の外径とに差を設けたことを特徴とした
   請求項３の空気切換弁。