JP6203605B2 - スプールバルブ組立体、油圧機械及び発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、油圧機械に用いられるスプールバルブ組立体に関する。

従来、油圧ポンプや油圧モータ等によって構成される油圧機械において、油圧制御を行うためにスプールバルブが用いられる場合がある。
特許文献１では、ベーンポンプの吐出量を調節するためのコントロールバルブとして、スプールバルブが用いられている。このスプールバルブにおけるスプールの一端側受圧面はバネ付勢されており、その一端側受圧面に作用するバネの付勢力と油圧による力の合計と、スプールの他端側受圧面に作用する油圧による力との大小関係がベーンポンプの回転数に応じて切り替わることで、スプールが軸方向に移動するよう構成されている。

特開２０１０−１６８８９９号公報

上述の特許文献１においては、スプールの一端側のバルブ高圧室は可変ダンパーオリフィスを介してベーンポンプの吐出ポートに接続されており、スプールの他端側のバルブ中圧室はメータリングオリフィスを介してベーンポンプの吐出ポートに接続されている。そのため、スプールの一端側受圧面（高圧室側受圧面）に作用する油圧と他端側受圧面（中圧室側受圧面）に作用する油圧とは、各オリフィスによる圧力損失を利用して互いに異なる油圧に制御されており、スプールを作動させるために比較的複雑な油圧回路を用いている。

本発明の幾つかの実施形態は、スプールの各受圧面に作用する油圧の少なくとも一部を共通化した簡易な構成で切り替え可能なスプールバルブを有するスプールバルブ組立体を提供することを目的としている。

本発明の幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体は、
（１）油圧室と、高圧油ラインと、低圧油ラインと、を備える油圧機械に用いられ、前記油圧室と前記高圧油ラインとが連通する第１状態と、前記油圧室と前記低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えるためのスプールバルブ組立体であって、
第１チャンバーと、
第２チャンバーと、
前記第１チャンバーの油圧を受けるよう形成された第１受圧面と、前記第２チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第１受圧面よりも面積が小さい第２受圧面と、を備える第１スプールと、
を備える第１スプールバルブを有し、
前記第１スプールバルブは、
前記第２チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えることにより、又は、前記第１チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力に維持しながら前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるよう構成される。

上記（１）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに高圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面に高圧油ラインの圧力を作用させた状態で第１受圧面に高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力を作用させた場合、第１圧力を適切に設定すれば第１受圧面が受ける力を第２受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。したがって、第２チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力に維持しながら第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室と高圧油ラインとが連通する第１状態と油圧室と低圧油ラインとが連通する第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。
また、上記（１）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに低圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第１受圧面に低圧油ラインの圧力を作用させた状態で第２受圧面に低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力を作用させた場合、第２圧力を適切に設定すれば第２受圧面が受ける力を第１受圧面が受ける力よりも大きくすることができる。したがって、第１チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力に維持しながら第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えれば、第２受圧面に作用する油圧のうち１つと第１受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１状態と第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える低圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のスプールバルブ組立体において、
（２）前記第１圧力は、前記低圧油ラインの圧力であり、
前記第２圧力は、前記高圧油ラインの圧力である。

上記（２）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１受圧面及び第２受圧面に作用する圧力として、油圧機械が本来的に備える低圧油ラインの圧力及び高圧油ラインの圧力を利用した簡易な構成によって、油圧室と高圧油ラインとが連通する第１状態と、油圧室と低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のスプールバルブ組立体において、
（３）更に、
前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるための、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるための第２スプールバルブと、
前記第２スプールバルブを動作させるためのソレノイドバルブと、
を有する。

上記（３）に記載のスプールバルブ組立体において、第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と第１圧力とで切り替えるための第２スプールバルブを有する場合は、第２スプールバルブを用いずにソレノイドバルブのみによって第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と第１圧力とで切り替える場合と比較して、切り替えに利用可能な油の流量を増加させることができる。
また、上記（３）に記載のスプールバルブ組立体において、第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と第２圧力とで切り替えるための第２スプールバルブを有する場合は、第２スプールバルブを用いずにソレノイドバルブのみによって第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と第２圧力とで切り替える場合と比較して、切り替えに利用可能な油の流量を増加させることができる。

幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のスプールバルブ組立体において、
（４）前記第２スプールバルブは、
第３チャンバーと、
第４チャンバーと、
前記第３チャンバーの油圧を受けるよう形成された第３受圧面と、前記第４チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第３受圧面よりも面積が小さい第４受圧面と、を備える第２スプールと、を有し、
前記第２スプールバルブは、
前記第４チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第３チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記高圧油ラインの圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えることにより、前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるよう、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるよう構成される。

上記（４）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第２スプールの第４受圧面の面積が第３受圧面の面積よりも小さいため、第３受圧面と第４受圧面のそれぞれに高圧油ラインの圧力を作用させた場合、第３受圧面が受ける力は第４受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第４受圧面に高圧油ラインの圧力を作用させた状態で第３受圧面に高圧油ラインの圧力よりも小さい第３圧力を作用させた場合、第３圧力を適切に設定すれば第３受圧面が受ける力を第４受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。したがって、第４チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力に維持しながら第３チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と高圧油ラインの圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えれば、第３受圧面に作用する油圧のうち１つと第４受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１スプールバルブの第１チャンバー又は第２チャンバーの油圧を切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ラインの圧力を第３受圧面及び第４受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１スプールバルブの第１チャンバー又は第２チャンバーの油圧を切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のスプールバルブ組立体において、
（５）第２スプールバルブは、
第３チャンバーと、
第４チャンバーと、
前記第３チャンバーの油圧を受けるよう形成された第３受圧面と、前記第４チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第３受圧面よりも面積が小さい第４受圧面と、を備える第２スプールと、を有し、
前記第２スプールバルブは、
前記第３チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力に維持しながら前記第４チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記低圧油ラインの圧力よりも大きい第４圧力とに切り替えることにより、前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるよう、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるよう構成される。

上記（５）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第２スプールの第４受圧面の面積が第３受圧面の面積よりも小さいため、第３受圧面と第４受圧面のそれぞれに低圧油ラインの圧力を作用させた場合、第３受圧面が受ける力は第４受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第３受圧面に低圧油ラインの圧力を作用させた状態で第４受圧面に低圧油ラインの圧力よりも大きい第４圧力を作用させた場合、第４圧力を適切に設定すれば第４受圧面が受ける力を第３受圧面が受ける力よりも大きくすることができる。したがって、第３チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力に維持しながら第４チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と低圧油ラインの圧力よりも大きい第４圧力とで切り替えれば、第４受圧面に作用する油圧のうち１つと第３受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１スプールバルブの第１チャンバー又は第２チャンバーの油圧を切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える低圧油ラインの圧力を第３受圧面及び第４受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１スプールバルブの第１チャンバー又は第２チャンバーの油圧を切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体において、
（６）前記第１スプールバルブは、
前記第２チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とに切り替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるよう構成される。

上記（６）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに高圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面に高圧油ラインの圧力を作用させた状態で第１受圧面に高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力を作用させた場合、第１圧力を適切に設定すれば第１受圧面が受ける力を第２受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。
したがって、第２チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力に維持しながら第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室と高圧油ラインとが連通する第１状態と油圧室と低圧油ラインとが連通する第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体において、
（７）前記第１スプールバルブは、前記第１スプールを収容するケーシングを備え、
前記第１スプールは、ランド部及び該ランド部に隣接する溝部を備えるとともに、該第１スプールの軸方向に移動可能に構成され、
前記ケーシングは、前記高圧油ラインと連通するよう構成された高圧連通路と、前記低圧油ラインと連通するよう構成された低圧連通路と、前記油圧室と連通するよう構成された油圧室連通路と、を備え、
前記第１状態は、前記高圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態であり、
前記第２状態は、前記低圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態である。

上記（７）に記載のスプールバルブ組立体によれば、高圧油ラインと油圧室とが連通する第１状態と、低圧油ラインと油圧室とが連通する第２状態とを、ケーシングに設けられた高圧連通路及び低圧連通路を介して容易に切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のスプールバルブ組立体において、
（８）前記第１スプールバルブは、前記ケーシングに収容されるスリーブを備え、
前記第１スプールは、前記スリーブの内周面に対して前記ランド部を摺動するよう構成され、
前記スリーブは、前記高圧油ラインと連通するよう構成された高圧ポートと、前記低圧油ラインと連通するよう構成された低圧ポートと、前記油圧室と連通するよう構成された油圧室ポートと、を備え、
前記第１状態は、前記高圧連通路が前記高圧ポートを介して前記溝部と連通するとともに前記油圧室連通路が前記油圧室ポートを介して前記溝部と連通する状態であり、
前記第２状態は、前記低圧連通路が前記低圧ポートを介して前記溝部と連通するとともに前記油圧室連通路が前記油圧室ポートを介して前記溝部と連通する状態である。

上記（８）に記載のスプールバルブ組立体によれば、高圧ポートと低圧ポートと油圧室ポートとを備えたスリーブの内周面に対して、ランド部及びランド部に隣接する溝部を備えた第１スプールが摺動するよう構成されているので、高圧ポートが溝部を介して油圧室ポートと連通する第１状態と、低圧ポートが溝部を介して油圧室ポートと連通する第２状態とを容易に切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）に記載のスプールバルブ組立体において、
（９）前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記第１スプールの一端側に第１ドレイン室を、他端側に第２ドレイン室を形成し、
前記第１ドレイン室と前記第２ドレイン室とは、前記ケーシングに設けられた第１ドレイン流路及び／又は前記第１スプール内に設けられた第２ドレイン流路を介して連通するよう構成される。

上記（９）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１ドレイン室と第２ドレイン室とがケーシングに設けられたドレイン流路及び／又は第１スプール内に設けられた第２ドレイン流路を介して連通しているので、第１スプールの位置によらず第１ドレイン室の圧力と第２ドレイン室の圧力とが常に等しくなる。したがって、第１ドレイン室と第２ドレイン室との間には圧力差は生じず、当該圧力差によって第１スプールの運動及び位置が影響を受けることはない。よって、第１スプールの動作を、第１チャンバーの油圧及び第２チャンバーの油圧によってより確実に制御することができる。

幾つかの実施形態では、上記（７）〜（９）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体において、
（１０）前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記ケーシングの一端側にエンドウォールを有し、前記第１チャンバー又は前記第２チャンバーは前記エンドウォールに設けられている。

上記（１０）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの軸方向におけるケーシングの一端側に配されたエンドウォールに第１チャンバー又は第２チャンバーを設けたので、第１スプールバルブの油の密封性を高めつつ第１受圧面又は第２受圧面に作用する油圧を制御することができる。

幾つかの実施形態では、上記（９）に記載のスプールバルブ組立体において、
（１１）前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記ケーシングの一端側にエンドウォールを有し、前記第１ドレイン室は前記エンドウォールと前記第１スプールとの間に形成され、
前記エンドウォールには、前記第１ドレイン室と前記第１ドレイン流路とを連通するための切欠きが設けられている。

上記（１１）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの軸方向におけるケーシングの一端側に配されたエンドウォールによって第１スプールバルブの油の密封性を高めつつ、簡易な構成で第１ドレイン室とドレイン流路とを連通することができる。

幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体において、
（１２）更に、前記第１スプールの軸方向における前記第１スプールの変位を検出するセンサを有し、
前記センサは、前記第１チャンバーに設けられている。

上記（１２）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの変位を検出するセンサを、第２受圧面よりも面積が大きな第１受圧面に対応して比較的広い空間を確保しやすい第１チャンバーに設けることで、センサのレイアウトが容易になる。

幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体において、
（１３）更に、前記油圧室の圧力が前記高圧油ラインの圧力以上の設定圧を超えたときに開くよう構成されたリリーフバルブを備える。

油に含まれる粉体等（例えば金属粉）が第１スプールバルブ内で詰まって第１スプールが作動しなくなった場合に、油圧室が高圧油ラインとも低圧油ラインとも連通していないような位置に第１スプールが存在すると、油圧室の圧力が油圧機械の動作に伴って非常に高くなってしまう恐れがある。そこで、上記（１３）に記載のリリーフバルブを設ければ、このように第１スプールが作動しない場合であっても、油圧室の圧力を設定圧以内に維持することができる。

幾つかの実施形態では、
（１４）油圧室と、
高圧油ラインと、
低圧油ラインと、
前記油圧室と前記高圧油ラインとが連通する第１状態と、前記油圧室と前記低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えるためのスプールバルブ組立体と、
を有する油圧機械であって、
前記スプールバルブ組立体が上記（１）〜（１３）のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体である。

上記（１４）に記載の油圧機械によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに高圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面に高圧油ラインの圧力を作用させた状態で第１受圧面に高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力を作用させた場合、第１圧力を適切に設定すれば第１受圧面が受ける力を第２受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。したがって、第２チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力に維持しながら第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室と高圧油ラインとが連通する第１状態と油圧室と低圧油ラインとが連通する第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。
また、上記（１４）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに低圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第１受圧面に低圧油ラインの圧力を作用させた状態で第２受圧面に低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力を作用させた場合、第２圧力を適切に設定すれば第２受圧面が受ける力を第１受圧面が受ける力よりも大きくすることができる。したがって、第１チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力に維持しながら第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えれば、第２受圧面に作用する油圧のうち１つと第１受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１状態と第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える低圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。

幾つかの実施形態では、
（１５）再生可能エネルギーから電力を生成するための発電装置であって、
再生可能エネルギーを利用して回転するように構成された主軸と、
前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
前記油圧機械が上記（１４）に記載の油圧機械である。

上記（１５）に記載の発電装置によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに高圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面に高圧油ラインの圧力を作用させた状態で第１受圧面に高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力を作用させた場合、第１圧力を適切に設定すれば第１受圧面が受ける力を第２受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。したがって、第２チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力に維持しながら第１チャンバーの油圧を高圧油ラインの圧力と高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室と高圧油ラインとが連通する第１状態と油圧室と低圧油ラインとが連通する第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。これにより、簡易な構成によって油圧機械及び発電機を駆動することができる。
また、上記（１５）に記載のスプールバルブ組立体によれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに低圧油ラインの圧力を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第１受圧面に低圧油ラインの圧力を作用させた状態で第２受圧面に低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力を作用させた場合、第２圧力を適切に設定すれば第２受圧面が受ける力を第１受圧面が受ける力よりも大きくすることができる。したがって、第１チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力に維持しながら第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力と低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えれば、第２受圧面に作用する油圧のうち１つと第１受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１状態と第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える低圧油ラインの圧力を第１受圧面及び第２受圧面のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。これにより、簡易な構成によって油圧機械及び発電機を駆動することができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、スプールの各受圧面に作用する油圧の少なくとも一部を共通化した簡易な構成で、スプールバルブの切り替えを行うことができる。

幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。 幾つかの実施形態に係る油圧モータの構成を示す概略図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の油圧回路図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 （Ａ）は幾つかの実施形態に係る第１スプールの概略斜視図であり、（Ｂ）は、幾つかの実施形態に係るスリーブの概略斜視図である。 （Ａ）は第１エンドウォールの概略斜視図であり、（Ｂ）は第２エンドウォールの概略斜視図である。 幾つかの実施形態に係る切替バルブの概略断面図である。 幾つかの実施形態に係る切替バルブの概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、本発明の幾つかの実施形態に係る発電装置について、再生可能エネルギーとしての風力エネルギーから電力を生成する風力発電装置を例に挙げて説明する。ただし、発電装置としては、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー発電装置にも適用可能である。

（風力発電装置）
図１は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置の概略図である。図１に示す風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成されるロータ３を備える。

図１に示す風力発電装置のロータ３には、回転シャフト６を介して油圧ポンプ８が連結される。油圧ポンプ８には、高圧油ライン１２及び低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０が接続される。具体的には、油圧ポンプ８の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続される。油圧ポンプ８は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。

油圧モータ１０には発電機１６が連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。

なお、回転シャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。一実施形態では、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。

図１に示す風力発電装置１では、ロータ３の回転エネルギーは、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含む油圧機械としての油圧トランスミッション６４を介して発電機１６に入力され、発電機１６において電力が生成されるようになっている。
風力発電装置１の各機器の動作は、制御部２００によって制御される。

図２は、油圧モータ１０の構成を説明するための概略図である。

油圧モータ１０は、図２に示すように、シリンダ２０及びピストン２２により形成される複数の油圧室２４と、ピストン２２に当接するカム曲面を有するカム２６と、各油圧室２４に対して設けられたスプールバルブ組立体３０と、高圧油ライン１２と、低圧油ライン１４とを有している。

ピストン２２は、ピストン２２の上下動をカム２６の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ２０内を摺動するピストン本体部２２Ａと、該ピストン本体部２２Ａに取り付けられ、カム２６のカム曲面に当接するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。なお図２には、ピストン２２がピストン本体部２２Ａとピストンローラー２２Ｂとからなる例を示した。

カム２６は、発電機１６に接続される油圧モータ１０の回転軸（クランクシャフト）３２の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン２２が上下動を一回行う間に、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２は一回転するようになっている。
他の実施形態では、カム２６は、複数のローブ（凸部）を有する環状のマルチローブドカム（リングカム）であり、この場合には、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２は一回転する間に、ピストン２２は上下動をローブの数だけ行うようになっている。

スプールバルブ組立体３０は、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する第１状態と、油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する第２状態と、を切り替えるよう構成されている。

（スプールバルブ組立体）
次に、図３〜５を用いて、スプールバルブ組立体３０の構成例について説明する。図３は、幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体３０の模式的な油圧回路図である。図４は、図３に示したスプールバルブ組立体３０の具体的構成例を示す概略断面図であり、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する第１状態を示している。図５は、図４に示したスプールバルブ組立体３０における、油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する第２状態を示している。

図３〜５に示すスプールバルブ組立体３０は、第１チャンバー３４と、第２チャンバー３６と、第１スプール３８とを含む第１スプールバルブ４０を有する。第１スプール３８は、第１チャンバー３４の油圧を受けるよう形成された第１受圧面４２と、第２チャンバー３６の油圧を受けるよう形成され第１受圧面４２よりも面積が小さい第２受圧面４４と、を含む。

この第１スプールバルブ４０は、第２チャンバー３６の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第１圧力（好ましくは低圧油ライン１４の圧力）とで切り替えることにより上記第１状態と上記第２状態とを切り替えるよう構成される。

このように第１スプール３８の第２受圧面４４の面積が第１受圧面４２の面積よりも小さいため、第１受圧面４２と第２受圧面４４のそれぞれに高圧油ライン１２の圧力を作用させた場合、第１受圧面４２が受ける力は第２受圧面４４が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面４４に高圧油ライン１２の圧力を作用させた状態で第１受圧面４２に高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第１圧力を作用させた場合、高圧油ライン１２の圧力と上記第１圧力との圧力差が十分に大きければ第１受圧面４２が受ける力を第２受圧面４４が受ける力よりも小さくすることができる。

したがって、第２チャンバー３６の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えれば、第１受圧面４２に作用する油圧のうち１つと第２受圧面４４に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する上記第１状態と油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する上記第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える高圧油ライン１２の圧力を第１受圧面４２及び第２受圧面４４のための共通油圧として利用した簡易な構成によって上記第１状態と上記第２状態とを切り替えることができる。

なお、上述のように第１受圧面４２が受ける力を第２受圧面４４が受ける力より小さくするためには、例えば、第１受圧面４２の面積と上記第１圧力との積が第２受圧面４４の面積と高圧油ライン１２の圧力との積よりも小さくなるように、各受圧面４２、４４の面積及び第１圧力を設定すればよい。
幾つかの実施形態では、油圧に起因する正味の力のみを利用して第１スプールを動かすことができる。他の実施形態では、油圧に起因する正味の力に加えて、バネ等による他の力も利用することができる。この場合、例えば、第１受圧面４２が第１チャンバー３４から受ける圧力に抗する方向に第２受圧面４４を不図示のバネで付勢した上で、第１受圧面４２の面積と上記第１圧力との積が、第２受圧面４４の面積と高圧油ライン１２の圧力との積とこのバネ付勢の力とを合計した力よりも小さくなるように、各受圧面の面積、第１圧力、及びバネ設定圧を決めてもよい。

図４に示す第１スプールバルブ４０は、第１スプール３８を収容するスリーブ５２を備える。ここで、この第１スプール３８及びスリーブ５２の詳細構成について、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて説明する。

図６（Ａ）は第１スプール３８の概略斜視図であり、図６（Ｂ）は、スリーブ５２の概略斜視図である。

図６（Ａ）に示すように、第１スプール３８は、環状溝部５４と、第１ランド部５６と、第２ランド部５８と、第１ピストン部６０と、第２ピストン部６２とを有し、一体的に構成されている。環状溝部５４は、第１スプール３８の軸方向Ｌ（以下、単に軸方向と記載する場合は第１スプール３８の軸方向Ｌ、すなわちスリーブ５２の軸方向Ｌを表す）において第１スプール３８の中央部に設けられ、第１、第２ランド部５６，５８は、環状溝部５４を挟むように環状溝部５４に隣接して設けられている。第１スプール３８は、スリーブ５２の内周面６５（図６（Ｂ）参照）に対して各ランド部５６，５８が軸方向に摺動するよう構成されている。
なお、前述の第１受圧面４２は第１ピストン部６０の端面であり、第２受圧面４４は第２ピストン部６２の端面である。第１スプール３８の第１、第２ピストン部６０，６２は略円柱形であり、第２受圧面４４の面積を第１受圧面４２の面積よりも小さくするために、第２ピストン部６２の外径が第１ピストン部６０の外径よりも小さくなるよう第１スプール３８が構成されている。

図６（Ｂ）に示すように、スリーブ５２は、油圧室２４（図４参照）と連通する複数の油圧室ポート６６と、高圧油ライン１２（図４参照）と連通する複数の高圧ポート６８と、低圧油ライン１４（図５参照）と連通する複数の低圧ポート７０とを有する。複数の油圧室ポート６６は、軸方向における同一位置において周方向Ｃ（以下、単に周方向と記載する場合はスリーブの周方向Ｃ、すなわち第１スプール３８の周方向Ｃを表す）に等間隔に形成される。また、複数の高圧ポート６８は、軸方向における同一位置において周方向に等間隔に形成される。同様に、複数の低圧ポート７０は、軸方向における同一位置において周方向に等間隔に形成される。複数の高圧ポート６８の周方向位置は複数の低圧ポート７０の周方向位置とは同位置であり、複数の油圧室ポート６６の周方向位置は、複数の高圧ポート６８の周方向位置及び複数の低圧ポート７０の周方向位置に対してずれている。

図４に示したスプールバルブ組立体３０の状態は、高圧ポート６８が環状溝部５４を介して油圧室ポート６６と連通することで高圧油ライン１２と油圧室２４とが連通した第１状態である。これに対し、図５に示すスプールバルブ組立体３０の状態は、低圧ポート７０が環状溝部５４を介して油圧室ポート６６と連通することで低圧油ライン１４と油圧室２４とが連通した第２状態である。

幾つかの実施形態では、第１スプールバルブ４０は、図４に示すようにスリーブ５２を収容するケーシング７２を含む。
図４に示すケーシング７２は、高圧ポート６８と高圧油ライン１２とを連通するよう構成された高圧連通路７４と、低圧ポート７０と低圧油ライン１４とを連通するよう構成された低圧連通路７６と、油圧室ポート６６と油圧室２４とを連通するよう構成された油圧室連通路７８と、を含む。
したがって、図４に示した上述の第１状態は、高圧油ライン１２と油圧室２４との間に、高圧連通路７４、高圧ポート６８、環状溝部５４、油圧室ポート６６、及び油圧室連通路７８によって流路が形成されることで実現される。また、図５に示した上述の第２状態は、低圧油ライン１４と油圧室２４との間に、低圧連通路７６、低圧ポート７０、環状溝部５４、油圧室ポート６６、及び油圧室連通路７８によって流路が形成されることで実現される。

図４に示す第１スプールバルブ４０は、軸方向における第１スプール３８の一端側に第１ドレイン室８０を、他端側に第２ドレイン室８２を有し、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通している。

このように、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とがケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通しているので、第１スプール３８の位置によらず第１ドレイン室８０の圧力と第２ドレイン室８２の圧力とが常に等しくなる。したがって、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２との間には圧力差は生じず、当該圧力差によって第１スプール３８の運動及び位置が影響を受けることはない。よって、第１スプール３８の動作を、第１チャンバー３４の油圧及び第２チャンバー３６の油圧によってより確実に制御することができる。

なお、図４に示す高圧連通路７４が第１ドレイン流路８４を避けるようにスリーブ５２の径方向に対して傾斜した斜め孔部８６を有しているのは、高圧連通路７４とドレイン流路８４との干渉を防止しながら、コンパクトな第１スプールバルブ４０を実現すべく高圧油ライン１２に対して高圧ポート６８を軸方向中央に寄せるためである。
一方、低圧連通路７６は、低圧油ライン１４の圧力がドレイン流路８４と同一圧力である場合には低圧油ライン１４とドレイン流路８４とが連通しても構わないため、スリーブ５２の径方向に延びるシンプルな縦孔部８８を有している。そして、コンパクトな第１スプールバルブ４０を実現すべく低圧ポート７０を低圧油ライン１４に対して軸方向中央に寄せるため、低圧連通路７６のスリーブ側開口部９０（環状流路）の軸方向長さが高圧連通路７４のスリーブ側開口部９１（環状流路）の軸方向長さより長くなるように、低圧連通路７６が形成されている。

図４に示す第１スプールバルブ４０は、スリーブ５２の一端側に設けられた第１エンドウォール９２と、スリーブの他端側に設けられた第２エンドウォール９４とを有する。図７（Ａ）は第１エンドウォール９２の概略斜視図であり、図７（Ｂ）は第２エンドウォール９４の概略斜視図である。

図４及び図７（Ａ）に示す第１エンドウォール９２は、第１エンドウォール流路９６を内部に備える。第１エンドウォール流路９６は、切替バルブ４６の切り替えに伴って高圧油ライン１２又は低圧油ライン１４に選択的に連通する。第１エンドウォール流路９６は、軸方向に沿って設けられた第１チャンバー３４を有しており、第１スプール３８に含まれる第１ピストン部６０が第１チャンバー３４の内周面に対して摺動するよう構成されている。第１エンドウォール９２には、複数の切欠き１００が周方向に等間隔に形成されている。

図４及び図７（Ｂ）に示す第２エンドウォール９４は、高圧油ライン１２と常に連通するよう構成された第２エンドウォール流路１０４を内部に備える。第２エンドウォール流路１０４は、軸方向に沿って設けられた第２チャンバー３６を有し、第１スプール３８に含まれる第２ピストン部６２が第２チャンバー３６の内周面に対して摺動するよう構成されている。第２エンドウォール９４には、複数の切欠き１０８が周方向に等間隔に形成されている。

図４に示す第１ドレイン室８０は第１エンドウォール９２と第１スプール３８との間に形成され、第２ドレイン室８２は第２エンドウォール９４と第１スプール３８との間に形成される。上記第１状態において第１ドレイン室８０は第１エンドウォール９２とスリーブ５２と第１スプール３８とに囲まれて形成され、第２ドレイン室８２は上記第２状態において第２エンドウォール９４とスリーブ５２と第１スプール３８とに囲まれて形成される。図４に示す第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、第１エンドウォール９２の切欠き１００と、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４と、第２エンドウォール９４の切欠き１０８とを介して連通している。また、この第１ドレイン流路８４は、低圧油ライン１４と連通している。このように、軸方向におけるスリーブ５２の一端側に配された第１エンドウォール９２によって第１スプールバルブ４０の油の密封性を高めつつ、切欠き１００を設けたことによって簡易な構成で第１ドレイン室８０と第１ドレイン流路８４とを連通することができる。また、軸方向におけるスリーブ５２の他端側に配された第２エンドウォール９４によって第１スプールバルブ４０の油の密封性を高めつつ、切欠き１０８を設けたことによって簡易な構成で第２ドレイン室８２と第１ドレイン流路８４とを連通することができる。

図４に示す第１スプールバルブ４０は、軸方向における第１スプール３８の変位を検出するためのセンサ１１０を有する。センサ１１０は第１チャンバー３４に設けられている。このように、第１スプール３８の変位を検出するセンサ１１０を、第２受圧面４４よりも面積が大きな第１受圧面４２に対応して比較的広い空間を確保しやすい第１チャンバー３４に設けることで、センサ１１０のレイアウトが容易になる。

なお、センサ１１０としては例えば渦電流式の変位センサを用いることができる。この場合、センサ１１０はコイルセンサであり、センサ１１０には数ＭＨｚ程度の高周波信号が不図示の発振回路から供給される。センサ１１０に高周波信号が供給されている間に図４に示すターゲット金属としての銅製チューブ１１２とセンサ１１０との距離が変化すると、その距離の変化に応じて銅製チューブ１１２の表面の渦電流が変化するため、この渦電流の変化に起因するセンサ１１０のインピーダンス変化から第１スプール３８の変位を検出することができる。

図４に示すスプールバルブ組立体３０は、リリーフバルブ１１４を備える。リリーフバルブ１１４は、スプリング１１６及びスプリング１１６によって付勢されるポペットバルブ１１８を備え、油圧室２４の圧力が高圧油ライン１２の圧力以上の設定圧を超えたときにポペットバルブ１１８が開いて油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通するよう構成される。油に含まれる粉体等（例えば金属粉）が第１スプールバルブ４０内で詰まって第１スプール３８が作動しなくなった場合に、油圧室２４が高圧油ライン１２とも低圧油ライン１４とも連通していないような位置に第１スプール３８が存在すると、油圧室２４の圧力がピストン２２の上昇に伴って非常に高くなってしまう恐れがある。そこで、リリーフバルブ１１４を設ければ、このように第１スプール３８が作動しない場合であっても、油圧室２４の圧力を設定圧以内に維持することができる。
なお、図４に示すケーシング７２は環状流路８９を有している。環状流路８９は、第１スプール３８の軸方向における油圧室ポート６６と同位置（油圧室連通路７８と同位置）において、スリーブ５２の周り（環状溝部５４の周り）に形成されている。また、環状流路８９は、第１スプール３８の位置によらず環状溝部５４と常に連通するような位置に設けられている。これにより、環状溝部５４及び環状流路８９を介したリリーフバルブ１１４と油圧室２４との良好な連通状態を実現することができる。

なお、ラジアルピストン式の油圧モータ１０の軸方向に沿って複数の油圧室２４を並べる場合、複数のスプールバルブ組立体３０も油圧モータ１０の軸方向に沿って並ぶことになる。この場合、油圧モータ１０の軸方向に隣接する複数のスプールバルブ組立体３０間の干渉を防止する観点から、リリーフバルブ１１４及び切替バルブ４６は、図４に示すように第１スプールバルブ４０に対して油圧モータ１０のラジアル方向外側に設けることが望ましい。

図４に示すケーシング７２は、高圧油ライン１２から切替バルブ４６の高圧ポート１２０に高圧油を供給するために第２エンドウォール流路１０４と高圧ポート１２０との間に形成された高圧供給路１２２と、切替バルブ４６の出力ポート１２４から第１チャンバー３４に高圧油又は第１圧力の油（低圧油）を選択的に供給するために切替バルブ４６の出力ポート１２４と第１エンドウォール流路９６との間に形成された選択的供給路１２６と、低圧油ライン１４から切替バルブ４６の低圧ポート１２８に低圧油を供給するために低圧連通路７６と低圧ポート１２８との間に形成された低圧供給路１３０と、切替バルブ４６のドレインポート１３２からドレインタンク１３３（図３参照）に高圧油を排出するためのタンク連通路１３４とを有する。

次に、切替バルブ４６について図８を用いて説明する。図８は、幾つかの実施形態に係る切替バルブ４６の概略断面図である。

切替バルブ４６は、第１チャンバー３４（図４参照）の油圧を高圧油ライン１２の圧力と上記第１圧力とで切り替えるための第２スプールバルブ４８と、第２スプールバルブ４８を動作させるためのソレノイドバルブ５０とを含む。

これにより、第２スプールバルブ４８を用いずにソレノイドバルブ５０のみによって第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と上記第１圧力とで切り替える場合と比較して、切り替えに利用可能な油の流量を増加させることができる。
なお、図１に示す風力発電装置１においては、同期発電機１６の高速回転に合わせてスプールバルブ組立体３０の上記第１状態と上記第２状態を高速で切り替える必要がある。この場合において、第２スプールバルブ４８及びソレノイドバルブ５０を用いて切り替えに利用可能な油の流量を増加させることで、上記第１状態と上記第２状態の高速切り替えを実現することができる。

第２スプールバルブ４８は、第３チャンバー１４０と、第４チャンバー１４２と、第２スプール１４４とを含み、第２スプール１４４は、第３チャンバー１４０の油圧を受けるよう形成された第３受圧面１４６と、第４チャンバー１４２の油圧を受けるよう形成され第３受圧面１４６よりも面積が小さい第４受圧面１４８と、を含む。第２スプールバルブ４８は、第４チャンバー１４２の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第３チャンバー１４０の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えることにより、第１チャンバー３４（図４参照）の油圧を高圧油ライン１２の圧力と上記第１圧力とで切り替えるよう構成される。

このように、第２スプール１４４の第４受圧面１４８の面積が第３受圧面１４６の面積よりも小さいため、第３受圧面１４６と第４受圧面１４８のそれぞれに高圧油ライン１２の圧力を作用させた場合、第３受圧面１４６が受ける力は第４受圧面１４８が受ける力よりも大きくなる。一方、第４受圧面１４８に高圧油ライン１２の圧力を作用させた状態で第３受圧面１４６に高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第３圧力を作用させた場合、第３圧力を適切に設定すれば第３受圧面１４６が受ける力を第４受圧面１４８が受ける力よりも小さくすることができる。

したがって、第４チャンバー１４２の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第３チャンバー１４０の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えれば、第３受圧面１４６に作用する油圧のうち１つと第４受圧面１４８に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を切り替えることができる。また、油圧機械としての油圧トランスミッション６４が本来的に備える高圧油ライン１２の圧力を第３受圧面１４６及び第４受圧面１４８のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を切り替えることができる。

なお、図８における第３受圧面１４６は、第２スプール１４４の軸方向における第２スプール１４４の端面のうち第３チャンバー１４０に面する全ての面のことを指している。また、図８における第４受圧面１４８は、第２スプール１４４の軸方向における第２スプール１４４の端面のうち第４チャンバー１４２に面する全ての面のことを指している。

また、上述のように第３受圧面１４６が受ける力を第４受圧面１４８が受ける力より小さくするためには、例えば、第３受圧面１４６の面積と上記第３圧力との積が第４受圧面１４８の面積と高圧油ライン１２の圧力との積よりも小さくなるように各受圧面１４６，１４８の面積及び第３圧力を設定すればよい。
幾つかの実施形態では、油圧に起因する正味の力のみを利用して第２スプール１４４を動かすことができる。他の実施形態では、油圧に起因する正味の力に加えて、バネ等による他の力も利用することができる。この場合、例えば、第３受圧面１４６が受ける力に抗する方向に第４受圧面１４８を不図示のバネで付勢した上で、第３受圧面１４６の面積と上記第３圧力との積が、第４受圧面１４８の面積と高圧油ライン１２の圧力との積とこのバネ付勢の力とを合計した力よりも小さくなるように、各受圧面１４６，１４８の面積、第３圧力、及びバネ付勢の力を設定してもよい。

図８に示す第２スプールバルブ４８の高圧ポート１２０と第４チャンバー１４２とは、第２スプール１４４に設けられた内部流路１５０を介して連通しており、第４チャンバー１４２の圧力は、常に高圧油ライン１２の圧力に維持されている。また、高圧ポート１２０と第３チャンバー１４０とは、内部流路１５０を介して連通しており、内部流路１５０には、高圧ポート１２０と第３チャンバー１４０の間の位置に絞り部１５２が設けられている。第３チャンバー１４０とドレインポート１３２とは、ソレノイドバルブ５０が開いたときにライン１５３、１５５を介して連通状態となり、ソレノイドバルブ５０が閉じた時に非連通状態となる。

図８に示すソレノイドバルブ５０はスプリング１５４とポペットバルブ１５６とソレノイドコイル１５８とを含む。ソレノイドバルブ５０は、ノーマルクローズ式である。ソレノイドコイル１５８が励磁されることでアーマチュア１６１が吸引されて、スプリング１５４の付勢力に抗してポペットバルブ１５６が開くよう構成されている。なお、ソレノイドバルブ５０はノーマルオープン式のものを用いてもよい。

図８に示す切替バルブ４６の状態は、ソレノイドバルブ５０が閉じた状態であり、第３チャンバー１４０の圧力と第４チャンバー１４２の圧力はともに高圧油ライン１２の圧力と一致している状態である。この状態は、第２スプールバルブ４８の低圧ポート１２８と出力ポート１２４とが第２スプール１４４の環状溝部１６０を介して連通した状態、すなわち第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（図４参照）が低圧油ライン１４と連通した状態である。この状態においては、第１チャンバー３４の圧力は低圧油ライン１４の圧力に一致する。

この状態からソレノイドバルブ５０が開くと、ドレインポート１３２と第３チャンバー１４０とが連通して、第３チャンバー１４０からドレインポート１３２に高圧油が排出される。この際、内部流路１５０における絞り部１５２の両側に圧力差が発生し、第３チャンバー１４０の圧力が高圧油ライン１２の圧力から第３圧力（この場合、ドレインタンク１３３（図３参照）の圧力）まで下がる。第３チャンバー１４０の圧力低下に伴って、第２スプール１４４の位置は図８に示す位置から軸方向に移動して図９に示す位置となる。図９に示す切替バルブ４６の状態は、高圧ポート１２０と出力ポート１２４とが第２スプール１４４の環状溝部１６０を介して連通した状態、すなわち第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（図４参照）が高圧油ライン１２と連通した状態である。この状態においては、第１チャンバー３４の圧力は高圧油ライン１２の圧力に一致する。なお、図８に示す切替バルブには、ソレノイドバルブを閉じる際に背圧が立たないように、ドレインタンク１３３（図３参照）と連通する連通路１５９が設けられている。

なお、主に図４を用いて例示したスプールバルブ組立体３０は、第２チャンバー３６の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えることにより、第１状態と第２状態とを切り替えるよう構成される。
これに対し、スプールバルブ組立体３０の流路構成を変更して、第１チャンバー３４の油圧を低圧油ライン１４の圧力に維持しながら第２チャンバー３６の油圧を低圧油ライン１４の圧力と低圧油ライン１４の圧力よりも大きい第２圧力（好ましくは高圧ラインの圧力）とで切り替えることにより、第１状態と第２状態とを切り替えるようスプールバルブ組立体３０を構成してもよい。

これにより、第２受圧面４４に作用する油圧のうち１つと第１受圧面４２に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１状態と第２状態とを切り替えることができる。また、油圧機械としての油圧トランスミッション６４が本来的に備える低圧油ライン１４の圧力を第１受圧面４２及び第２受圧面４４のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１状態と第２状態とを切り替えることができる。

ただし、スプールバルブ組立体３０がリリーフバルブ１１４を有する場合には、油圧回路の構成を簡易化する観点では、第１チャンバー３４の油圧を低圧油ライン１４の圧力に維持しながら第２チャンバー３６の油圧を低圧油ライン１４の圧力と高圧油ライン１２の圧力とで切り替える構成よりも、第２チャンバー３６の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と低圧油ライン１４の圧力とで切り替える構成の方が望ましい。
なぜなら、リリーフバルブ１１４は、その機能上油圧室２４と高圧油ライン１２とを連通可能な位置に設けるために、第１スプール３８の軸方向において第１スプールバルブ４０の中心位置よりも高圧油ライン１２側に配置するからである。リリーフバルブ１１４をこのように配置する場合、切替バルブ４６は、第１スプール３８の軸方向において第１スプールバルブ４０の中心位置よりも低圧油ライン１４側に配置することになる。従って、切替バルブ４６の出力ポート１２４も該低圧油ライン１４側に位置するので、出力ポート１２４と連通するチャンバーは、第２チャンバー３６（高圧油ライン１２側のチャンバー）よりも第１チャンバー３４（低圧油ライン１４側のチャンバー）の方が望ましい。出力ポート１２４と第１チャンバー３４（低圧油ライン１４側のチャンバー）を連通させる場合、低圧油ライン１４の圧力を第１チャンバー３４と第２チャンバー３６の共通圧力に設定するよりも、高圧油ライン１２の圧力を第１チャンバー３４と第２チャンバー３６の共通圧力に設定する方が、必要な油圧回路が短くて済むので構成を簡易化することができる。

また、主に図８を用いて例示した切替バルブ４６は、第４チャンバー１４２の油圧を高圧油ライン１２の圧力に維持しながら第３チャンバー１４０の油圧を高圧油ライン１２の圧力と高圧油ライン１２の圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えることにより、第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と第１圧力とで切り替えるよう構成される。

これに対し、切替バルブ４６の流路構成を変更して、第３チャンバー１４０の油圧を低圧油ライン１４の圧力に維持しながら第４チャンバー１４２の油圧を低圧油ライン１４の圧力と低圧油ライン１４の圧力よりも大きい第４圧力とに切り替えることにより、第１チャンバー３４の油圧を高圧油ライン１２の圧力と第１圧力とで切り替えるよう、又は、第２チャンバー３６の油圧を低圧油ライン１４の圧力と第２圧力とで切り替えるよう構成してもよい。

これにより、第４受圧面１４８に作用する油圧のうち１つと第３受圧面１４６に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４又は第２チャンバー３６の油圧を切り替えることができる。また、油圧機械が本来的に備える低圧油ライン１４の圧力を第３受圧面１４６及び第４受圧面１４８のための共通油圧として利用した簡易な構成によって第１スプールバルブ４０の第１チャンバー３４又は第２チャンバー３６の油圧を切り替えることができる。したがって、簡易な構成で上記第１状態と上記第２状態とを切り替えることができる。

なお、主に図４を用いて説明した第１スプールバルブ４０の第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通するよう構成している。これに対し、他の実施形態では、図１０に示すように、第１スプール３８内に設けられた第２ドレイン流路８５を介して連通するよう構成してもよい。これにより、第１スプール３８の移動時に第１ドレイン室８０及び第２ドレイン室８２の油から受ける抵抗を低減することができる。また、第１スプール３８の重量を低減できるため、第１スプールバルブ４０の応答性を向上することができる（すなわち、スプールバルブ組立体３０の応答性を向上することができる）。第２ドレイン流路８５は、図１０に示すように複数設けてもよい。また、第１ドレイン流路８４を設けずに、第２ドレイン流路のみを介して第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とを連通させてもよい。

なお、主に図４を用いて説明した第１スプールバルブ４０において第１スプール３８とケーシング７２の間にスリーブ５２を設けたメリットとしては、主に以下の２点を挙げることができる。１点目は、第１スプール３８の摺動に起因する摩耗の影響がケーシング７２に及ばない（第１スプール３８、スリーブ５２、第１及び第２エンドウォール９２，９４にのみ及ぶ）ため、摩耗に起因して第１スプール３８等を交換する際に、ケーシング７２を交換する必要がない点である。２点目は、第１スプールバルブの摺接部を構成するスリーブ５２をケーシング７２とは別体として設け、スリーブ５２の材料選択や表面硬化処理等によってスリーブ５２に高い硬度又は良好な耐腐食性を持たせれば、コストを低減できる点である。

ただし、他の実施形態では、図１１に示すように、第１スプールバルブ４０は、図４におけるスリーブ５２を用いない構成を採用することも可能である。この場合、第１スプール３８の第１ランド部５６と第２ランド部５８とは、ケーシング７２の内周面に対して直接摺動するよう構成される。

図１１に示す第１スプールバルブ４０においても、高圧連通路７４が環状溝部５４を介して油圧室連通路７８と連通することで、高圧油ライン１２と油圧室２４とが連通する第１状態（図１１に示す状態）となり、低圧連通路７６が環状溝部５４を介して油圧室連通路７８と連通することで、低圧油ライン１４と油圧室２４とが連通する第２状態（図１２に示す状態）となる。この場合の第１状態と第２状態の切替方法は、主に図４を用いて説明した方法（第１チャンバー３４と第２チャンバー３６の圧力を利用して第１スプール３８を第１スプール３８の軸方向に移動させる切替方法）と同様である。

なお、図１１に示すケーシング７２は環状流路８９を有している。環状流路８９は、第１スプール３８の軸方向における油圧室連通路７８と同位置において、環状溝部５４の周りに形成されている。また、環状流路８９は、第１スプール３８の位置によらず環状溝部５４と常に連通するような位置に設けられている。これにより、環状溝部５４及び環状流路８９を介したリリーフバルブ１１４と油圧室２４との良好な連通状態を実現することができる。

また、図１１に示す第１スプールバルブ４０では、図４に示したスリーブ５２を第１スプール３８とケーシング７２との間に介さない。このように、圧力損失の要因となりがちな各ポート６６，６８，７０を有するスリーブ５２を省略することで、スプールバルブ組立体３０の動力損失を低減できる。また、高圧油ライン１２と油圧室２４との間を通過する流量と、低圧油ライン１４と油圧室２４との間を通過する流量とを容易に確保することができる。

また、図４に示す第１スプールバルブ４０では、スリーブ５２、ケーシング７２、第１エンドウォール９２および第２エンドウォール９４の間には、圧力が異なる流路間の連通を遮るために不図示のシール部材（Ｏリング等）が設けられるが、図１１に示すスプールバルブ４０では、スリーブ５２に対応するシール部材が不要である。したがって、図１１に示すスプールバルブ４０は、図４に示す構成と比較して、部品点数を低減することができ、これによるコスト低減及び組立性向上が期待できる。

１ 風力発電装置
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
６ 回転シャフト
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ
１２ 高圧油ライン
１４ 低圧油ライン
１６ 発電機
１８ ナセル
１９ タワー
２０ シリンダ
２２ ピストン
２２Ａ ピストン本体部
２２Ｂ ピストンローラ
２４ 油圧室
２６ カム
３０ スプールバルブ組立体
３２ 回転軸
３４ 第１チャンバー
３６ 第２チャンバー
３８ 第１スプール
４０ 第１スプールバルブ
４２ 第１受圧面
４４ 第２受圧面
４６ 切替バルブ
４８ 第２スプールバルブ
５０ ソレノイドバルブ
５２ スリーブ
５４ 環状溝部
５６ 第１ランド部
５８ 第２ランド部
６０ 第１ピストン部
６２ 第２ピストン部
６４ 油圧トランスミッション
６５ スリーブの内周面
６６ 油圧室ポート
６８ 高圧ポート
７０ 低圧ポート
７２ ケーシング
７４ 高圧連通路
７６ 低圧連通路
７８ 油圧室連通路
８０ 第１ドレイン室
８２ 第２ドレイン室
８４ 第１ドレイン流路
８５ 第２ドレイン流路
８６ 斜め孔部
８８ 縦孔部
９０ スリーブ側開口部
９１ スリーブ側開口部
９２ 第１エンドウォール
９４ 第２エンドウォール
９６ 第１エンドウォール流路
１００ 切欠き
１０４ 第２エンドウォール流路
１０８ 切欠き
１１０ センサ
１１２ 銅製チューブ
１１４ リリーフバルブ
１１６ スプリング
１１８ ポペットバルブ
１２０ 高圧ポート
１２２ 高圧供給路
１２４ 出力ポート
１２６ 選択的供給路
１２８ 低圧ポート
１３０ 低圧供給路
１３２ ドレインポート
１３３ ドレインタンク
１３４ タンク連通路
１４０ 第３チャンバー
１４２ 第４チャンバー
１４４ 第２スプール
１４６ 第３受圧面
１４８ 第４受圧面
１５０ 内部流路
１５２ 絞り部
１５４ スプリング
１５６ ポペットバルブ
１５８ ソレノイドコイル
１５９ （ドレインタンクと連通する）連通路
１６０ 環状溝部
２００ 制御部

Claims (14)

1. 油圧室と、高圧油ラインと、低圧油ラインと、を備える油圧機械に用いられ、前記油圧室と前記高圧油ラインとが連通する第１状態と、前記油圧室と前記低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えるためのスプールバルブ組立体であって、
   第１チャンバーと、
   第２チャンバーと、
   前記第１チャンバーの油圧を受けるよう形成された第１受圧面と、前記第２チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第１受圧面よりも面積が小さい第２受圧面と、を備える第１スプールと、
   を備える第１スプールバルブを有し、
   前記第１スプールバルブは、
   前記第２チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えることにより、又は、前記第１チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力に維持しながら前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるよう構成され、
   前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるための、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるための第２スプールバルブと、
   前記第２スプールバルブを動作させるためのソレノイドバルブと、をさらに備える
   スプールバルブ組立体。
2. 前記第１圧力は、前記低圧油ラインの圧力であり、
   前記第２圧力は、前記高圧油ラインの圧力である請求項１に記載のスプールバルブ組立体。
3. 前記第２スプールバルブは、
   第３チャンバーと、
   第４チャンバーと、
   前記第３チャンバーの油圧を受けるよう形成された第３受圧面と、前記第４チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第３受圧面よりも面積が小さい第４受圧面と、を備える第２スプールと、を有し、
   前記第２スプールバルブは、
   前記第４チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第３チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記高圧油ラインの圧力よりも小さい第３圧力とで切り替えることにより、前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるよう、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるよう構成された請求項１又は２に記載のスプールバルブ組立体。
4. 第２スプールバルブは、
   第３チャンバーと、
   第４チャンバーと、
   前記第３チャンバーの油圧を受けるよう形成された第３受圧面と、前記第４チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第３受圧面よりも面積が小さい第４受圧面と、を備える第２スプールと、を有し、
   前記第２スプールバルブは、
   前記第３チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力に維持しながら前記第４チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記低圧油ラインの圧力よりも大きい第４圧力とに切り替えることにより、前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とで切り替えるよう、又は、前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記第２圧力とで切り替えるよう構成された請求項１又は２に記載のスプールバルブ組立体。
5. 前記第１スプールバルブは、
   前記第２チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記第１圧力とに切り替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるよう構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体。
6. 前記第１スプールバルブは、前記第１スプールを収容するケーシングを備え、
   前記第１スプールは、ランド部及び該ランド部に隣接する溝部を備えるとともに、該第１スプールの軸方向に移動可能に構成され、
   前記ケーシングは、前記高圧油ラインと連通するよう構成された高圧連通路と、前記低圧油ラインと連通するよう構成された低圧連通路と、前記油圧室と連通するよう構成された油圧室連通路と、を備え、
   前記第１状態は、前記高圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態であり、
   前記第２状態は、前記低圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態である請求項１〜５のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体。
7. 前記第１スプールバルブは、前記ケーシングに収容されるスリーブを備え、
   前記第１スプールは、前記スリーブの内周面に対して前記ランド部を摺動するよう構成され、
   前記スリーブは、前記高圧油ラインと連通するよう構成された高圧ポートと、前記低圧油ラインと連通するよう構成された低圧ポートと、前記油圧室と連通するよう構成された油圧室ポートと、を備え、
   前記第１状態は、前記高圧連通路が前記高圧ポートを介して前記溝部と連通するとともに前記油圧室連通路が前記油圧室ポートを介して前記溝部と連通する状態であり、
   前記第２状態は、前記低圧連通路が前記低圧ポートを介して前記溝部と連通するとともに前記油圧室連通路が前記油圧室ポートを介して前記溝部と連通する状態である請求項６に記載のスプールバルブ組立体。
8. 油圧室と、高圧油ラインと、低圧油ラインと、を備える油圧機械に用いられ、前記油圧室と前記高圧油ラインとが連通する第１状態と、前記油圧室と前記低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えるためのスプールバルブ組立体であって、
   第１チャンバーと、
   第２チャンバーと、
   前記第１チャンバーの油圧を受けるよう形成された第１受圧面と、前記第２チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第１受圧面よりも面積が小さい第２受圧面と、を備える第１スプールと、
   を備える第１スプールバルブを有し、
   前記第１スプールバルブは、
   前記第２チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記高圧油ラインの圧力と前記高圧油ラインの圧力よりも小さい第１圧力とで切り替えることにより、又は、前記第１チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力に維持しながら前記第２チャンバーの油圧を前記低圧油ラインの圧力と前記低圧油ラインの圧力よりも大きい第２圧力とで切り替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるよう構成され、
   前記第１スプールバルブは、前記第１スプールを収容するケーシングを備え、
   前記第１スプールは、ランド部及び該ランド部に隣接する溝部を備えるとともに、該第１スプールの軸方向に移動可能に構成され、
   前記ケーシングは、前記高圧油ラインと連通するよう構成された高圧連通路と、前記低圧油ラインと連通するよう構成された低圧連通路と、前記油圧室と連通するよう構成された油圧室連通路と、を備え、
   前記第１状態は、前記高圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態であり、
   前記第２状態は、前記低圧連通路が前記溝部を介して前記油圧室連通路と連通する状態であり、
   前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記第１スプールの一端側に第１ドレイン室を、他端側に第２ドレイン室を形成し、
   前記第１ドレイン室と前記第２ドレイン室とは、前記ケーシングに設けられた第１ドレイン流路及び／又は第１スプール内に設けられた第２ドレイン流路を介して連通するよう構成されたスプールバルブ組立体。
9. 前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記ケーシングの一端側にエンドウォールを有し、前記第１チャンバー又は前記第２チャンバーは前記エンドウォールに設けられている請求項６〜８のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体。
10. 前記第１スプールバルブは、前記第１スプールの軸方向における前記ケーシングの一端側にエンドウォールを有し、前記第１ドレイン室は前記エンドウォールと前記第１スプールとの間に形成され、
    前記エンドウォールには、前記第１ドレイン室と前記第１ドレイン流路とを連通するための切欠きが設けられている請求項８に記載のスプールバルブ組立体。
11. 更に、前記第１スプールの軸方向における前記第１スプールの変位を検出するセンサを有し、
    前記センサは、前記第１チャンバーに設けられている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体。
12. 更に、前記油圧室の圧力が前記高圧油ラインの圧力以上の設定圧を超えたときに開くよう構成されたリリーフバルブを備える請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体。
13. 油圧室と、
    高圧油ラインと、
    低圧油ラインと、
    前記油圧室と前記高圧油ラインとが連通する第１状態と、前記油圧室と前記低圧油ラインとが連通する第２状態と、を切り替えるためのスプールバルブ組立体と、
    を有する油圧機械であって、
    前記スプールバルブ組立体が請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスプールバルブ組立体である油圧機械。
14. 再生可能エネルギーから電力を生成するための発電装置であって、
    再生可能エネルギーを利用して回転するように構成された主軸と、
    前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
    前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
    前記油圧機械が請求項１３に記載の油圧機械である発電装置。

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