JPH0362921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、方向制御弁のハウジングのスプール
穴内にスプールが漏れなく滑るように案内され、
スプール穴内に少なくとも２つの軸線方向に隣接
する室が形成され、これらの室がその間にうね状
穴部分をもち、この穴部分においてスプールのラ
ンドが両方に室の接続を制御し、この制御のため
ランドが少なくとも１つの微制御凹所とランドの
周囲にあつて圧力平衡面を形成する逃し環状溝と
をよつている、液圧方向制御弁に関する。

〔従来の技術〕

このような方向制御弁はドイツ連邦共和国特許
出願公開第2717384号明細書から公知であり、ス
プール穴内に案内される主制御段のスプールがラ
ンドに微制御凹所および圧力平衡環状溝をもつて
いる。モータ室から流入室または戻り室への接続
を制御するランドには、圧力平衡環に役だつこれ
らの逃し細溝がモータ室の範囲にのみ設けられ、
その両側には微制御に役だつ制御切欠きがランド
に形成されている。この構造のスプールの欠点
は、プランジヤの制御切欠きの範囲に、圧力を平
衡しない比較的大きい面が形成されて、スプール
の片側に圧力を受ける摩擦力を大きくすることで
ある。スプールが微制御に役だつ制御切欠きをも
つていても、方向制御弁は大きい流量にいつそう
適しており、そのスプールは大きい操作力を必要
とする。

さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第
2919109号明細書から公知の液圧方向制御弁では、
相互接触のためにスプールおよびスプール穴の壁
に設けられる面が精密加工されて、スプールおよ
びスプール穴を非常に小さく製造公差で形成す
る。慎重な製造にもかかわらず、スプールの円柱
状周囲部分と穴壁との間に不可避な小さい偏差が
生じて、偏平な圧力ポケツトを形成し、圧力媒体
がこの圧力ポケツトへ入る。このような圧力ポケ
ツトの圧力によりスプールの反対側周範囲が穴壁
へしつかり押付けられ、この結果スプールの移動
に抗する大きい摩擦力が生ずる。それにより場合
によつては操作電磁石あるいは戻しばねの操作力
がもはやスプールの確実な移動にとつて充分でな
くなる。このような摩擦力を減少するために、ス
プール穴の壁に逃し環状溝が設けられている。逃
し環状溝をこのように設けても、スプールが長時
間特定の位置に静止していると、特に大きい操作
力が生ずる。したがつてこのような方向制御弁の
機能の充分な信頼性のためには、操作電磁石およ
びばねを規則正しい操作のため本来必要であるよ
りも強く、したがつて大きく設計せねばならな
い。さらに逃し環状溝をハウジングの内壁に設け
ると、このような溝をスプールの外壁に設けるよ
り費用がかかり、したがつて高価となる。さらに
この方向制御弁は、そのスプールが微制御凹所を
もたず、したがつて小さい圧力媒体量の比例制御
には適していないという欠点をもつている。ハウ
ジングにある逃し環状溝はスプールの液圧心出し
を改善するが、比較的狭い逃し溝の間の壁部分に
たとえ小さくても圧力ポケツトがなお形成され
て、摩擦力を高める。

さらに1960年マグローヒル社発行の専門書ワル
ター・エルントス著「油圧動力とその工業への応
用」第２版266ページの第10.38図から電磁操作さ
れる液圧方向制御弁が公知であり、そのスプール
のランドには逃し環状溝と制御切欠きが設けられ
ている。この方向制御弁は、スプールの初期位置
でスプールにある微制御切欠きを介してモータ室
が同時に流入室および戻り室へ接続されているの
で、負の重なりで動作する。この場合ランドにあ
る逃し環状溝の一部はモータ室の範囲にあるの
で、スプールの初期位置では逃し環状溝は全く作
用することができない。スプール穴の範囲にある
逃し溝の他の部分を微制御切欠きが横断してお
り、したがつて完全に作用することはできない。
方向制御弁は制御切欠きにより小さい流量の制御
には適しているが、制御切欠きおよび逃し環状溝
のこの配置は、逃し環状溝が流量性曲線に有害な
影響を及ぼすという欠点をもつている。すなわち
スプール穴からモータ室へ出る逃し溝は流量特性
曲線に階段状屈曲部を生ずる。したがつてこのよ
うな制御切欠きにおいて連続的に少し湾曲して延
びる流量特性曲線は、モータ室へ出る逃し環状溝
の数に応じて跳躍的な不連続個所をもち、これら
の個所が小さい流量の制御の際不利になる。さら
に２つの逃し環状溝の間のうね状***は、スプー
ル穴へ入り込んだ後圧力ポケツトを形成し、圧力
を受けるとこの圧力ポケツトが片側へ作用する半
径方向力を生じ、したがつて摩擦を大きくする。

〔発明が解決しようという課題〕

本発明の課題は、微制御凹所により得られる流
量特性を維持しながらスプールの摩擦力をさらに
低減できる方向制御弁を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するために本発明によれば、微
制御凹所がスプールの軸線方向にただ１つの逃し
環状溝と交差し、スプールの軸線方向におけるこ
の逃し環状溝の幅が、その深さの数倍であり、こ
の逃し環状溝の深さが非常に小さく、したがつて
微制御凹所によつて決定される流量特性曲線の経
過がほぼ維持される。

〔発明の効果〕

こうして本発明によれば、軸線方向にできるだ
け幅広くかつ非常に浅いただ１つの逃し環状溝に
より圧力平衡面を形成することによつて、スプー
ルのいつそう良好な心出しが行なわれ、したがつ
て作動中の摩擦力がいつそう小さくなる。ただ１
つの逃し環状溝は、流量特性曲線に１つの不連続
個所（段階状屈曲部）しか生ずることがなく、し
たがつて微制御凹所による小さい流量制御にとつ
てきわめて有利である。しかも逃し環状溝の非常
に小さい深さは、圧力平衡の機能にとつて完全に
充分である一方、流量特性曲線には有害な影響を
及ぼさない。さらに逃し環状溝への圧力平衡用圧
力媒体は、微制御凹所を利用して供給され、この
圧力媒体供給用の特別な貫通孔をスプールに加工
する必要がないので、スプールは簡単にかつ安価
に製造される。

〔実施例〕

本発明の２つの実施例が図面に示されており、
以下これについて説明する。

第１図は方向制御弁１０の一部を示し、この弁
のハウジング１１のスプール穴１２内に漏れなく
滑るように案内されるスプール１３がはまつてい
る。スプール穴１２には高い圧力を受けている第
１の室１４が形成され、それに軸線方向に隣接し
て低い圧力レベルの存在する第２の室１５があ
る。両方の室１４と１５との間においてスプール
穴１２にうね状穴部分１６が形成され、この穴部
分１６内にスプール１３のランド１７が漏れなく
滑るように案内されている。

ランド１７は非常に幅が広く比較的偏平な逃し
環状溝１８をもち、それによりランド１７には、
第１の室１４に近い方の第１の制御カラー１９
と、第２の室１５に隣接する第２の制御カラー２
１が形成されている。制御カラー１９，２１は精
密加工され、したがつて非常に小さい製造公差で
スプール穴１２内に案内されている。微制御凹所
として、ランド１７の直径上に２つの制御切欠き
２２が形成され、これは第２図にも詳細に示され
ている。制御切欠き２２の最大開口断面は第１の
室１４に面し、その尖端は第２の制御カラー２１
に終つているので、この制御切欠き２２は逃し環
状溝１８と完全に交差している。制御切欠き２２
以外の逃し環状溝１８の周面はランド１７におけ
る本来の圧力平衡面２３を形成している。逃し環
状溝１８はできるだけ幅広く構成されているの
で、スプール１２内におけるスプール１３の案内
も、第２の制御カラー２１による室１４と１５と
の間の漏れのない分離に保証される。逃し環状溝
１８の深さは小さく選ばれ、環状溝１８を介する
圧力平衡が行なわれ、他方制御切欠き２２の形状
により規定される流量特性曲線がほとんど影響を
受けないようになつている。スプール１３の外径
が約12mmであると、逃し環状溝１８の深さは約
100分の2.5mmである。したがつて環状溝１８の深
さは第１図では誇張して示されている。

第１図による方向制御弁１０の作用を以下に説
明するが、その際第３図も参照する。第３図の特
性曲線はスプール１３の行程Ｓに関して流量Ｑを
示している。スプール１３の図示した切期位置
で、第２の制御カラー２１は室１４と１５との接
続を阻止している。第１の室１４にある高い圧力
は、制御切欠き２２を介して逃し環状溝１８にも
生じ、ランド１７を心出しする。したがつて制御
カラー１９と２１との間の範囲には、ランド１７
を穴部分１６へ半径方向片側に押付けて摩擦力を
増大するような圧力平衡面はもはや存在しない。
ランド１７が右方へ動かされると、制御切欠き２
２が第１の室１４から第２の室１５への接続を行
なう。制御切欠き２２の形状のため、第３図に示
すように連続的に湾曲する特性曲線２４が得られ
る。この場合第２の制御カラー２１と逃し環状溝
１８との間の縁が第２の室１５へ入ると、特性曲
線２４の点２５に小さい屈曲部が生ずるが、特性
曲線２４の経過はほとんど不変に維持される。こ
れはなかんずく100分の数mmの深さしかない逃し
環状溝１８によつて行なわれ、この環状溝１８は
有効流通断面にわずかな影響しか及ぼさない。ス
プール１３の行程が増大しても、スプール穴１２
内におけるランド１７の心出しは充分に維持され
る。

第１図ないし第３図による本発明の構造に比較
して、第４図は対比可能な公知の方向制御弁の特
性曲線２６を示している。この特性曲線２６にお
いて個所２７，２８および２９に段階状跳躍が明
らかに認められる。これらの跳躍は、複数個存在
する公知の通常の逃し環状溝の１つがスプール穴
から室へ出るたびに生ずる。個所２７ないし２９
におけるこのような不連続特性は、第１図に示す
ようにただ１つの逃し環状溝１８を設けかつ形成
することによつて回避される。したがつてスプー
ル穴１２内に小さい公差で案内されるスプール１
３では、仕上げにおいて回避できない小さい偏差
によつて圧力ポケツトが形成されて、スプールを
半径方向にスプール穴へ押付け、それにより摩擦
力を高める危険が少なくなる。したがつてスプー
ル１３は特に容易にその位置から動くことがで
き、わずかな操作力しか必要としない。操作電磁
石および戻しばねは、したがつて機能の不変な信
頼性において小さく設計することができる。スプ
ール１３がその不動作位置に留まつていても、改
良された液圧心出しによつて、摩擦力を小さいま
まにすることができる。微制御凹所２２の形状に
より生ずる特性曲線２４の経過が維持され、個所
２５にあるただ１つの小さい不連続性はほとんど
障害とならないので、方向制御弁１０は小さい流
量の制御に有利に適している。

第５図は比例動作する４ポート方向制御弁とし
て構成された第２の方向制御弁３０を示してい
る。そのハウジング３１は通常のように流入室３
２と２つのモータ室３３，３４と互いに接続され
る戻り室３５，３６とをもち、これらの室をスプ
ール穴３７が貫通している。スプール穴３７内に
漏れなく滑るように案内されるスプール３８は、
これらの室３２ないし３６の接続を制御するため
４つのランド３９，４１，４２，４３をもち、各
ランド３９ないし４３には直径上に微制御凹所と
して役だつ２つの制御切欠き４４が形成されてい
る。第１図による方向制御弁１０におけるよう
に、制御切欠き４４は、できるだけ幅広くかつ非
常に偏平に形成された対応する逃し環状溝４５と
それぞれ交差している。各ランド３９ないし４３
において逃し環状溝４５は第１の制御カラー４６
を第２の制御カラー４７から分離している。第２
の制御カラー４７にはそれぞれ逃し細溝４８を介
して第３の制御カラー４９が続いている。この逃
し細溝４８の深さは逃し環状溝４５の深さにより
著しく大きく、特に10倍以上である。各ランド３
９ないし４３にある逃し細溝４８および第３の制
御カラー４９は、スプール３８の初期位置では、
それぞれ室３２ないし３６の間に形成されるうね
状穴部分５１の外にある。スプール３８は図示し
てないが戻しばねによりその初期位置に保持さ
れ、電磁石により押し棒５２を介して両側へ移動
可能である。

方向制御弁３０の作用は次のとおりである。方
向制御弁３０は通常のように比例動作する４ポー
ト方向制御弁として使用することができ、スプー
ル３８のランドにある制御切欠き４４の構成およ
び配置によつて、スプール３８の摩擦力を著しく
減少し、微制御凹所４４の形状のため流量特性を
維持することができる。したがつて機能の充分な
信頼性のために、戻しばねおよび操作電磁石を比
較的小さく設計することができる。なぜならばス
プール３８を移動させるのに必要な操作力は、極
端な場合にも小さくできるからである。

本発明の思想を逸脱することなく、図示した実
施例を変更することはもちろん可能である。例え
ば図示した三角形制御切欠きの代りに、異なる形
状の制御切欠き例えばＵ字状あるいは台形の微制
御凹所も使用することができる。逃し環状溝の深
さも、方向制御弁の大きさ、圧力媒体の粘度およ
び生ずる圧力のような種々の要因に関係して変え
ることができる。例えばスプール３８の直径が50
mmの方向制御弁において、特性曲線２４の個所２
５により少し大きい傾斜をがまんすれば、逃し環
状溝４５の深さを10分の１mmに大きくすることが
できる。しかし全体としてこの深さはスプールの
外径の0.2ないし0.5％の値以下に留まり、したが
つてこれまでの普通の逃し細溝の深さによりほぼ
10乗小さくなつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の方向制御弁の一部
の縦断面図、第２図は第１図の−線によるス
プールの横断面図、第３図は第１図による方向制
御弁の流量特性曲線図、第４図は公知の方向制御
弁における流量特性曲線図、第５図は第２の方向
制御弁の縦断面図である。 １０，３０……方向制御弁、１１，３１……ハ
ウジング、１２，３７……スプール穴、１３，３
８……スプール、１４，１５，３２〜３６……
室、１６，５１……穴部分、１７，３９，４１，
４２，４３……ランド、１８，４５……逃し環状
溝、２２，４４……微制御凹所（制御切欠き）、
２３……圧力平衡面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 方向制御弁のハウジングのスプール穴内にス
   プールが漏れなく滑るように案内され、スプール
   穴内に少なくとも２つの軸線方向に隣接する室が
   形成され、これらの室がその間にうね状穴部分を
   もち、この穴部分においてスプールのランドが両
   方の室の接続を制御し、この制御のためランドが
   少なくとも１つの微制御凹所とランドの周囲にあ
   つて圧力平衡面を形成する逃し環状溝とをもつて
   いるものにおいて、微制御凹所２２，４４がスプ
   ール１３，３８の軸線方向にただ１つの逃し環状
   溝１８，４５と交差し、スプール１３の軸線方向
   におけるこの逃し環状溝１８，４５の幅が、その
   深さの数倍であり、この逃し環状溝１８の深さが
   非常に小さく、したがつて微制御凹所２２によつ
   て決定される流量特性曲線２４の経過がほぼ維持
   されることを特徴とする、液圧方向制御弁。 ２ 微制御凹所が制御切欠き２２，４４として構
   成されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の方向制御弁。 ３ スプール１３，３８の軸線方向における微制
   御凹所２２，４４の長さがランド１７，３９の半
   分に等しいかこれより大きいことを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方向
   制御弁。 ４ 個々のランド１７，１９が少なくとも１つの
   逃し環状溝１８，４５により制御カラー１９，２
   １，４６，４７に分割され、逃し環状溝１８，４
   ５の幅が、スプール１３，３８の初期位置におい
   て穴部分１６，５１へ接触するランド１７，３９
   の制御カラー１９，２１，４６，４７の幅に等し
   いかこれより大きいことを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の方向制御弁。 ５ 微制御凹所２２，４４がランド１７，３９の
   端面から見て順次第１の制御カラー１９，４６お
   よび逃し環状溝１８，４５と交差し、その最小流
   通断面が第２の制御カラー２１，４７で終つてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記
   載の方向制御弁。 ６ 逃し環状溝１８，４５の深さがスプール直径
   の約0.2ないし0.5％より小さく、100分の数mmで
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の方向制御弁。 ７ スプール１３，３８の初期位置で制御カラー
   １９，２１，４６，４７のみが穴部分１６，５１
   内に案内され、微制御凹所２２，４４が制御カラ
   ーと完全にまたは一部交差していることを特徴と
   する、特許請求の範囲第４項に記載の方向制御
   弁。