JP4342070B2 - 方向制御弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油圧ポンプ等の圧力源から油圧シリンダ等のごときアクチュエータへの作動流体の供給方向を制御自在の方向制御弁に係り、さらに詳細には、切換え動作を行うためのスプールの軽量化を図ることが容易であり、かつスプールの切換え動作を軽快に行うことのできる方向制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、方向制御弁としては、バルブハウジング内にスプールを摺動自在に内装し、上記スプールを中立位置から右又は左方向へ摺動することにより、圧力源に接続したPポートとアクチュエータに接続したAポート又はBポートの一方とを接続し、かつタンクに接続したTポートとAポート又はBポートの他方とを接続する構成であって、例えばPポートとAポート等の接続はスプールの外周面に形成された周溝を介して行われるのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとき構成においては、スプールのランド部分の軸方向の厚さは各ポートの径方向に対応して厚くなり、かつスプールに形成する周溝の深さにも強度上の限界があり、スプールの軽量化を図って軽快に動作する上において問題がある。また、各ポートを接続するためにパイプを使用する場合はともかくも、一般的には、バルブハウジングあるいはマニホールドブロックに流通孔を穿孔加工し、各流通孔を接続する構成であるので、各流通孔の交叉部分(例えば直角に交叉する部分)にはエッジ部が生じ円滑な曲線に加工することができず、当該部分において抵抗損失が生じ発熱源になり易いという問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので請求項1に係る発明は、バルブハウジング内に嵌入固定したスリーブに、圧力源に接続するPポート、アクチュエータへ作動流体を供給する少なくとも2つの供給ポート、上記アクチュエータからの作動流体を排出する少なくとも2つの排出ポート及び作動流体を外部に流出するTポートを設け、前記スリーブ内に回動自在又は摺動自在に嵌入して設けたスプールに、第1中空室及び第2中空室を区画して設け、前記Pポートと前記第1中空室とを常に接続する供給側流入口及び上記第1中空室と前記各供給ポートとの接続状態を切換え自在の供給側流出口を前記スプールに設けると共に、前記第2中空室と前記各排出ポートとの接続状態を切換え自在の排出側流入口及び上記第2中空室と前記Tポートとを常に接続する排出側流出口を前記スプールに設け、かつ前記一方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに一方の排出ポートと排出側流入口とが接続し、他方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに他方の排出ポートと排出側流入口とが接続する構成となし、前記供給側流入口は前記スプールの一端側で対称位置に設けてあり、かつ前記スプールの軸心を前記スリーブの軸心に一致した状態に保持するために、上記スプールの両端側の周囲に対応して前記スリーブの内周面に、当該スプールの軸心方向に圧力を作用するためのチャンバーを設けた構成である。
【0005】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の方向制御弁において、バルブハウジングに形成した複数の流体孔とスリーブに形成した各ポートとを接続するための流体通路をスリーブの外周面に形成した構成である。
【0006】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の方向制御弁において、流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成した構成である。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1を参照するに、本発明の実施の形態に係る方向制御弁1は、筒状のバルブハウジング3を備え、このバルブハウジング3内にはスリーブ5が流体の洩れがないように密に嵌入固定されている。上記バルブハウジング3には複数の流体孔が設けられている。すなわち、上記流体孔として、例えば油圧ポンプ等のごとき圧力源7に接続するPポート9、例えば油圧シリンダのごとき適宜のアクチュエータ11へ作動流体を供給するための2つの供給ポート13A,13B、上記アクチュエータ11からの作動流体を排出する2つの排出ポート15A,15BおよびタンクT等に作動流体を流出するTポート17が設けてある。
【0008】
なお、一方の供給ポート13Aは流路L1を介してアクチュエータとしてのシリンダ1における第1室11Aに接続してあり、他方の供給ポート13Bは流路L2を介して第2室11Bに接続してある。また、一方の排出ポート15Aは流路L3を介して前記第1室11Aに接続してあり、他方の排出ポート15Bは流路L4を介して第2室11Bに接続してある。
【0009】
前記スリーブ5の外周面には、前記Pポート9、供給ポート13A,13B、排出ポート15A,15BおよびTポート17に対応して断面形状が半円形で一定深さの周溝19,21,23,25,27及び29が流体通路として形成してあり、各周溝の外側には流体孔としての前記各ポート9,13A,13B,15A,15B及び17から離れるに従って次第に深さが浅くなる外周溝19A(図2参照),21A,23A,25A,27A,29Aが形成してある。
【0010】
したがって、周溝と外周溝とを含む各流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積が大きく形成してある。
【0011】
前記周溝19は、スリーブ5に放射方向(径方向)に直交して設けた複数のPポート31(図2参照)を介して内部空間32に連通してあり、この内部空間にはチャンバーとして一定幅の内周溝33(図1参照)が形成してある。
【0012】
前記周溝21,23は、スリーブ5の軸心を中心として対称位置に設けた供給ポート35A,35Bを介して前記内部空間32に連通してある。なお、上記供給ポート35Aと供給ポート35Bは適宜に位相を異にした位置に位置をずらして配置されている。
【0013】
前記周溝25,27は、スリーブ5の軸心を中心として対称位置に設けた排出ポート37A,37Bを介して前記内部空間32に連通してある。上記排出ポート37Aは前記供給ポート35Aと同一位相の位置に配置してあり、排出ポート37Bは供給ポート35Bと同一位相の位置に配置してある。
【0014】
前記周溝29はスリーブ5の軸心を中心として対称位置に設けた複数のTポート39を介して前記内部空間32に連通してある。
【0015】
前記スリーブ5の内部空間32内にはスプール41が回動自在に嵌入してある。このスプール41には第1中空室43と第2中空室45とが軸方向に区画して形成してあり、各中空室43,45の端部はそえぞれ栓部材47,49によって密封してある。
【0016】
上記スプール41の第1中空室43は、スプール41に形成した供給側流入口51を介して前記Pポート31と接続してある。上記供給側流入口51はスプール41の直径方向に貫通して形成してあり、この供給側流入口51に対応してスプール41の外周面には外周溝41Gが形成してある。したがって、スプール41の第1中空室43とPポート31はスプール41の回動に拘わりなく常に連通した状態にあるものである。
【0017】
また、上記スプール41には第1中空室43と前記各供給ポート35A,35Bとの接続状態を切換え自在の供給側流出口53が十字方向に形成してある。すなわち、図1に示すように、スプール41が中立位置にあるときには各供給ポート35A,35Bと供給側流出口53との連通は遮断した状態にあり、スプール41を、図1に示す矢印方向A方向(正方向)に回動すると、前記供給ポート35Aと供給側流出口53とが連通し、矢印B方向(逆方向)に回動すると、前記供給ポート35Bと供給側流出口53とが連通するように構成してある。
【0018】
さらに、スプール41には、前記第2中空室45と前記各排出ポート37A,37Bとの接続状態を切換え自在の排出側流入口55が十字方向に形成してある。すなわち、スプール41が中立位置にあるときには各排出ポート37A,37Bと排出側流入口55との連通は遮断した状態にあり、スプール41を矢印A方向(正方向)に回動すると、排出ポート37Bと排出側流入口55とが接続し、矢印B方向(逆方向)に回動すると、排出ポート37Aと排出側流入口55とが接続するように構成してある。
【0019】
また、さらにスプール41には、スプール41の回動に拘わりなく前記第2中空室45と前記Tポート39とを常に連通した状態に保持する排出側流出口57が形成してある。したがって、第2中空室45は常にタンクTに接続した状態すなわち外部に開放した状態にある。
【0020】
既に理解されるように、圧力源7からの作動流体はスリーブ5の内部空間32の一端側に形成したチャンバー(内周溝)33を経てスプール41の供給側流入口51から第1中空室43内に流入するが、作動流体の一部は、スリーブ5の内部空間32との内周面とスプール41の外周面との間の微小間隙に侵入し、潤滑機能を奏すると共に、チャンバー33内の流体圧がスプール41の軸心方向に作用し、スプール41の軸芯をスリーブ5の内部空間32の軸心に一致した状態に保持するようにセンタリング機能を有するものである。なお、上記チャンバー33の構成としては、連続した溝でもよく、また周方向に複数に等分割した溝でも良いものである。
【0021】
前記内部空間32の他端側には前記チャンバー33と同様のチャンバー59が形成してあり、このチャンバー59はバイパス路61を介して前記チャンバー33に接続してある。したがって、上記チャンバー59にはバイパス路61を介して作動流体の一部が導入されており、このチャンバー59内の作動流体の圧力によりスプール41とスリーブ5との間の潤滑が行われると共に前述同様にセンタリング機能を奏するものである。
【0022】
なお、スプール41とスリーブ5の内部空間32の内周面との微小間隙に侵入した作動流体は、両側に形成したドレン路63を経てタンクTに回収されるものである。
【0023】
前記スリーブ5の一端面には蓋部材65が取付けてあり、他端部にはブラケット67が取付けてあって、スプール41の軸方向への摺動が規制されている。そして、上記ブラケット67には、例えばステッピングモータ、サーボモータ等のごとき適宜の制御モータ69が取付けてあり、この制御モータ69の回転軸71は連結装置73を介して前記スプール41と一体的に連結してある。したがって、上記制御モータ69を制御回転することにより前記スプール41を制御回転することができるものである。
【0024】
上記構成において、制御モータ69を制御回転してスプール41を、図1の矢印A方向に回転すると、前述したように、スプール41における第1中空室43は、供給側排出口53を介して排出ポート35Aと接続され、第2中空室45は排出側流入口55を介して排出ポート37Bと接続される。
【0025】
したがって、圧力源7からの作動流体は、Pポート9、周溝19、Pポート31、供給側流入口51を経てスプール41の第1中空室43内に流入し、かつ供給側排出口53、供給ポート35A、流路L1を経てシリンダ11の第1室11Aに流入する。そして、上記シリンダ11の第2室11B内の作動流体は、流路L4、排出ポート15B、周溝27、排出ポート37B及び排出側流入口55を経てスプール41の第2中空室45に流入し、そして排出側流出口57、Tポート39、周溝29及びTポート17を経てタンクTへ排出される。
【0026】
よって、シリンダ11のピストンPは、図1において下方向へ移動されることになる。この際、制御モータ69を制御してスプール41の回転速度を制御することにより、前記供給ポート35Aと供給側排出ポート53との重合度、すなわち供給ポート35Aの開口度を制御でき、前記シリンダ11の第1室11Aへ流入する作動流体の流量を制御でき、前記ピストンPの作動速度を制御することができるものである。
【0027】
前述とは逆に、制御モータ69によってスプール41を矢印B方向に回転すると、前述したように、供給側排出口53と供給ポート35Bとが接続すると共に排出側流入口55と排出ポート37Aとが接続するので、前記シリンダ11の第2室11Bへ作動流体が流入し、第1室11Aから作動流体を排出することができ、ピストンPを上昇せしめることができるものである。この際もピストンPの作動速度を制御することができるものである。
【0028】
既に理解されるように、方向制御弁1は、作動流体の流路の切換えを行えることは勿論のこと、スプール41の回転を制御することにより流量制御をも行えるものであり、方向制御弁と流量制御弁との両機能を有するものである。
【0029】
前述のごとく、スプール41を回転して第1中空室43と供給ポート35A又は35Bと接続するとき、供給ポート35A及び35Bは、それぞれスリーブ5の内部空間32の軸芯を中心とした対称位置に形成してあり、かつ供給側排出口53も対称位置に形成してあるので、例えば供給ポート35Aと供給側排出口53とを接続するとき、両側の供給側排出口53の開口度は等しいものである。
【0030】
そして、前記スリーブ5の内周面とスプール41の外周面との間の微小間隙に侵入した作動流体の1部は、スプール41の軸芯及び前記供給側排出口53の軸芯と直交する直線が上記微小間隙と交差する付近において流速零となり、スプール41を軸心方向(径方向の内側方向)へ押圧する作用を生じ、当該部分においてもセンタリング機能を奏し得るものである。
【0031】
また、前述したように、前記チャンバー59の部分においてもセンタリング機能を奏するので、スプール41の軸芯はスリーブ5の軸芯に対して傾斜することなく一致するように保持されるものであり、スプール41の姿勢を精度良く保持でき、かつ円滑に回動することができるものである。なお、スプール41は、第1,第2の中空室43,45の径を可級的に大きくすることができ、薄肉化を図って軽量化を図ることが可能であって、スプール41の切換え動作を応答性良くより迅速に行うことができるようになるものである。
【0032】
ところで、前記構成の方向制御弁1は、バルブハウジング3とスリーブ5とスプール41とをそれぞれ別個に機械加工した後に組付けることによって製作されるものである。ここで、各ポートと接続した流体通路はスリーブ5の外周面に形成してあるので、上記各ポートと上記流体通路との接続部にエッジを生じないように円滑な曲面に加工することができ、流体通路を流動する作動流体の抵抗損失を少なくすることができるものである。
【0033】
なお、本例においては、ポートと流体通路とが接続する場合について例示したが、例えば複雑な流体通路を形成すべく、スリーブ5の周方向の流体通路と軸心に平行又は交差する方向の流体通路をスリーブ5の外周面に形成することにより、方向性の異なる流体通路が交差する部分をも円滑な曲面に加工することができ、抵抗損失を少なくすることができるものである。
【0034】
さらに、スリーブ5の外周面に形成した流体通路は、バルブハウジング3に形成した流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成したことにより、上記流体孔からスリーブ5に形成した各ポートに至る間の流路の抵抗を小さくして抵抗損失を抑制することができるものである。
【0035】
図4は、第2の実施の形態を示すもので、この例においては、制御モータ69Aとしてリニアモータを採用し、かつスプール41を軸方向に摺動自在に設けた構成である。上述のように、スプール41を軸方向に摺動自在の構成としたことにより、スリーブ5に設けたPポート31、供給ポート35A,35B、排出ポート37A,37B及びTポート39とスプール41に設けた供給側流入口51、供給側排出口53、排出側流入口55、排出側流出口57との関係は、スプール41の摺動方向の位置関係に変化するだけであり、またアクチュエータ11との接続関係が多少変化するのみであるから、スプール41が回転する場合の前記構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして、詳細な説明は省略する。
【0036】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、スプールの軽量化を図ることが容易であると共に、スリーブ内において当該スリーブの軸芯とスプールの軸芯とを一致した状態に保持することが容易であって、スプールの切換え動作を軽快迅速に行うことができ、制御モータによってスプールを動作するときの応答性の向上を図ることができるものである。
【0037】
また、制御弁内に形成される流体通路の抵抗を抑制して抵抗損失を小さくでき、制御弁自体の発熱を抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る方向制御弁の断面説明図である。
【図2】図1におけるII−II線に沿った断面説明図である。
【図3】スプールに設けた供給側排出口とスリーブに設けた供給ポートとの関係を示す断面説明図である。
【図4】スプールを摺動自在に設けた場合の方向制御弁の断面説明図である。
【符号の説明】
1 方向制御弁
3 バルブハウジング
5 スリーブ
7 圧力源
9 Pポート
11 アクチュエータ
13A,13B 供給ポート
15A,15B 排出ポート
17 Tポート
31 Pポート
32 内部空間
35A,35B 供給ポート
37A,37B 排出ポート
39 Tポート
41 スプール
43 第1中空室
45 第2中空室
51 供給側流入口
53 供給側排出口
55 排出側流入口
57 排出側流出口
59 チャンバー
61 バイパス路
69 制御モータ
Claims (3)
- バルブハウジング内に嵌入固定したスリーブに、圧力源に接続するPポート、アクチュエータへ作動流体を供給する少なくとも2つの供給ポート、上記アクチュエータからの作動流体を排出する少なくとも2つの排出ポート及び作動流体を外部に流出するTポートを設け、前記スリーブ内に回動自在又は摺動自在に嵌入して設けたスプールに、第1中空室及び第2中空室を区画して設け、前記Pポートと前記第1中空室とを常に接続する供給側流入口及び上記第1中空室と前記各供給ポートとの接続状態を切換え自在の供給側流出口を前記スプールに設けると共に、前記第2中空室と前記各排出ポートとの接続状態を切換え自在の排出側流入口及び上記第2中空室と前記Tポートとを常に接続する排出側流出口を前記スプールに設け、かつ前記一方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに一方の排出ポートと排出側流入口とが接続し、他方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに他方の排出ポートと排出側流入口とが接続する構成となし、前記供給側流入口は前記スプールの一端側で対称位置に設けてあり、かつ前記スプールの軸心を前記スリーブの軸心に一致した状態に保持するために、上記スプールの両端側の周囲に対応して前記スリーブの内周面に、当該スプールの軸心方向に圧力を作用するためのチャンバーを設けたことを特徴とする方向制御弁。
- 請求項1に記載の方向制御弁において、バルブハウジングに形成した複数の流体孔とスリーブに形成した各ポートとを接続するための流体通路をスリーブの外周面に形成したことを特徴とする方向制御弁。
- 請求項2に記載の方向制御弁において、流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成したことを特徴とする方向制御弁。
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