JP2017219123A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スプールの重心を変えることなく、大型化を防止して、スプールの周方向の回転を防止するスプール弁を提供する。
【解決手段】バルブハウジング１に形成されたスプール孔２に摺動自在に設けられたスプール３と、前記スプール孔２を覆うキャップ１５と、前記スプール３の少なくとも一端に連結した回転防止部材１４が設けられている。前記キャップ１５の内壁または前記回転防止部材１４の外周のいずれか一方に形成され、スプール３の軸方向に伸びるガイド溝１８と、前記キャップ１５の内壁または前記回転防止部材１４のいずれか他方に設けられ、前記ガイド溝１８に沿って相対移動可能にしたガイド凸部１９とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、スプール孔に摺動自在に設けられたスプールが、作動流体によってスプールの周方向に回転することを防止するスプール弁に関する。

この種のスプール弁として特許文献１に記載された発明が従来から知られている。図４は、この特許文献１に記載されたスプール弁の一部を示したものである。
図４に示すように、バルブハウジング１にスプール孔２を形成するとともに、前記スプール孔２に、図示していないアクチュエータの作動流体を制御するスプール３が摺動自在に組み込まれている。前記スプール３の一方の端部には、スプールエンド４が組み付けられている。

前記スプールエンド４には、スプリングシート５，５を介してスプリング６が設けられている。前記スプリング６は、スプール３の端部とスプールエンド４の端部に設けられたボルト４ａとの間にスプリングシート５を介して設けられている。そして、前記スプリング６は、前記スプリング６の両端をスプール３の端部とボルト４ａとに圧接させ、スプール３を中立位置に保っている。
このようなスプールエンド４が突出して設けられた側のバルブハウジング１の側面には、円板状のスペーサ７を介して、キャップ８が取り付けられている。前記キャップ８によって、前記スプール３に組み付けられた前記スプールエンド４が覆われている。

前記キャップ８の側端には、図示しないパイロット通路と連通するポート９が形成されている。前記ポート９の内径はパイロット室１０の内径よりも小さく形成されている。
そして、図４に示すようにスプール３の少なくとも一方の端部側には、スプール３の軸方向に沿って、１つのガイド溝１１が形成されている。前記ガイド溝１１は、スプール３が左右にフルストロークすることができる必要長さを備えている。

また、前記スペーサ７の内面には、球体の回止部材１２が前記ガイド溝１１に対向して設けられている。前記回止部材１２は、ガイド溝１１にはめられ、スプール３のストロークの動きに伴って、スプール３の軸方向の動きを許容するとともに、前記ガイド溝１１と前記回止部材１２とが接触して、スプール３の周方向の回転を阻止するように作用する。
このように、回止部材１２は、ガイド溝１１と相まってスプール３の周方向の回転が起きないように作用している。

スプール弁の特徴として、作動流体の流量が大きくなればなるほど、スプール３が周方向に回転する現象が生じやすくなる。特に、大型機械のスプール弁で前記現象が起こりやすい。
このようにスプール３が周方向に回転すると、スプール孔２とスプール３との接触部が磨耗して、両者間に隙間が発生する。このように隙間ができると、作動流体の制御が適切にできなくなる。

なお、この従来のスプール弁は、スプール３がフルストロークしたとき、スプールエンド４の側端に設けられたボルト４ａが、キャップ８の内壁８ａと接触せずに止まる構成になっている。
しかし、通常は、スプール３がフルストロークしたときに、スプールエンド４の側端部が、キャップ８の内壁８ａに当接してストロークの動作が止まる構造が多い。このときに、スプールエンド４の側端部とキャップ８の内壁８ａとが当接したまま周方向の回転現象が起こると、キャップ８の内壁８ａが磨耗してしまう。このような磨耗は、前記スプールエンド４が前記キャップ８の部材よりも硬いことが原因になっている。
このようにキャップ８の内壁８ａが磨耗してしまうと、スプール３は正規のストローク位置が保たれなくなる。

特開２００３−０９７７３９号公報

前記のようにした従来のスプール弁では、スプールの外周の一箇所だけにガイド溝が形成されているので、スプールを回転させたときの回転中心とスプールの重心とがずれてしまう。そのため、例えばスプールを高速回転させながら研磨するときに、スプールがたわんでしまい、スプールの真円度がでにくくなってしまう。
このように、スプールの真円が保たれないと、スプール孔とスプールとの間で流体の漏れが生じてしまう。
また、スプールの真円度が保たれないと、スティックの原因にもなる。

さらに、スプールに形成されたガイド溝は、スプールのフルストロークに対応する所定の軸方向長さを備えている。そのため、スプールをフルストロークさせたときに、前記ガイド溝がバルブハウジングに形成された油路と干渉する場合があった。このような干渉が起これば、適切な制御ができなくなってしまう。
そして、前記ガイド溝と前記バルブハウジングに形成された油路との干渉を回避しようとすれば、スプールのフルストロークの長さに対応させて、前記バルブハウジングを大きくするか、あるいは、スペーサなどの別部材を設けるしかなった。そのため、スプール弁が大型化してしまう問題があった。

この発明の目的は、スプールの重心を変えることなく、スプール弁の大型化を防止して、作動流体によってスプールが周方向に回転することを防止したスプール弁を提供することである。

この第１の発明は、バルブハウジングに設けられたスプールの少なくとも一端に回転防止部材を連結している。そして、キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか一方には、前記スプールの軸方向に伸びるガイド溝が設けられている。また、前記キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか他方には、前記ガイド溝に沿って相対移動可能にしたガイド凸部とを備えている。

この第１の発明によれば、キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか一方にガイド溝を形成しているので、スプール自体に溝加工をしなくてもスプールの回転を防止でき、スプールの重心がスプールの回転中心からずれてしまうことがない。また、スプールにガイド溝を形成しないので、バルブハウジングに形成された油路と干渉することがなく、バルブハウジングの大型化を防止できる。

第２の発明は、前記回転防止部材が前記スプールの端部に連結され、前記キャップ内であって、前記スプールの前記端部と前記回転防止部材との間には、前記スプールを付勢するスプリングが設けられている。

この第２の発明によれば、前記回転防止部材がスプールエンドの機能を兼ね備えているため、従来のスプールエンドと同様に機能させることができる。つまり、新たな部材を増やすことなく、スプール弁の大型化を防止しながら、回転防止機能を付加することができる。

第３の発明は、前記ガイド溝が、前記スプールの一方の方向にフルストロークするために必要な長さの２倍の長さ以上を備えている。

この第３の発明によれば、前記キャップの内壁または前記回転防止部材の外周に前記ガイド溝が形成されるため、前記ガイド溝がバルブハウジングに形成された油路と干渉することなくフルストロークに必要な長さの溝を形成することができる。

第４の発明は、前記ガイド溝が前記回転防止部材に形成されている。他方で、前記ガイド凸部が前記キャップの内壁に設けられている。そして、前記ガイド凸部はピン部材であるとともに、前記キャップは、前記キャップの内壁に前記ピン部材を挿入するピン穴を形成している。さらに、前記ピン穴に対向する位置に、前記ピン穴を形成するための穴開け具挿入孔が形成される。

この第４の発明によれば、前記キャップのピン穴に対向する位置に、穴開け具挿入孔が形成されているので、前記穴開け具挿入孔から簡単に前記ピン穴を形成することができる。
つまり、既製品のキャップであっても、前記穴開け具挿入孔が形成できれば、前記ガイド溝と対向する前記キャップの内壁に前記ピン穴を形成することができる。

第５の発明は、前記キャップ内をパイロット室とするとともに、前記穴開け具挿入孔が、前記パイロット室にパイロット圧を導くパイロットポートを兼ねている。

この第５の発明によれば、前記穴開け具挿入孔が、パイロットポートを兼ねているので、前記ピン穴を形成したあと、前期穴開け具挿入孔を塞ぐ必要がない。このように、前記穴開け具挿入孔をパイロットポートとしてそのまま利用することができる。

本発明によれば、キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか一方にガイド溝を形成しているので、スプール自体に溝加工をしなくてもスプールの回転を防止でき、スプールの重心がスプールの回転中心からずれてしまうことがない。また、スプールにガイド溝を形成しないので、バルブハウジングに形成された油路と干渉することがなく、バルブハウジングの大型化を防止できる。

この発明のスプール弁の断面図である。 この発明の回転防止部材の一部を拡大した断面図である。 この発明の回転防止部材のエンド部を側面から見た側面図である。 従来のスプールの端部とスプールエンドとを拡大した断面図である。

図１〜図３に、この発明の実施形態のスプール弁を示す。
図１に示すように、スプール弁は、バルブハウジング１にスプール孔２を形成するとともに、前記スプール孔２に、スプール３を摺動自在に組み込んでいる。
なお、前記スプール弁に係る発明は、図１に示す右側のスプール３端に発明の構成が備えられているので、以下図面右側の構成について説明する。

前記スプール３の一方の端部３ａには、回転防止部材１４が組み付けられている。そして、前記スプール３が中立位置にあるときに、前記回転防止部材１４がバルブハウジング１の側面から突出して設けられている。
前記バルブハウジング１の前記回転防止部材１４が突出している側面には、前記バルブハウジング１とは別部材からなるキャップ１５がボルト１６により固定される。そして、前記キャップ１５で前記スプール孔２と前記回転防止部材１４とを覆うようにしている。

図２に示すように、前記回転防止部材１４には、スプール３側とは反対側にエンド部１４ａが設けられ、前記エンド部１４ａが前記キャップ１５の内壁に当接することでスプール３のストロークが規制される。そして、前記エンド部１４ａには、前記スプール３の軸方向に沿った一本のガイド溝１８が形成されている。前記ガイド溝１８の長さは、スプール３を一方の方向にフルストロークさせるために必要な長さの２倍の長さ以上を備えている。
一方、前記キャップ１５の内壁１５ａには、ガイド溝１８に対向する位置であって、前記ガイド溝１８にはまりあうようにピン部材からなるガイド凸部１９が設けられている。

前記ガイド凸部１９は、スプール３が中立位置にあるときに、ガイド溝１８の軸方向長さの中間に位置するように設けられている。そして、前記スプール３の動きにともなって、前記ガイド凸部１９が前記ガイド溝１８を軸方向に相対移動可能にしている。
このように、前記ガイド凸部１９は、前記スプール３のストロークの動きに伴って、前記スプール３の軸方向の動きを許容するとともに、前記ガイド溝１８と前記ガイド凸部１９とが接触して、スプール３の周方向の回転を阻止するように作用する。

前記のようにした回転防止部材１４には、スプリング２３が設けられている。前記スプリング２３は、スプール３の端部３ａと回転防止部材１４のエンド部１４ａとの間にスプリングシート２２を介して設けられる。そして、前記スプリング２３は、両端をスプール３の端部３ａと回転防止部材１４のエンド部１４ａとにそれぞれ圧接させ、スプール３を中立位置で保つように付勢している。

前記キャップ１５の内壁１５ａの下端側には、図示していないパイロット通路と連通するパイロットポートが形成されている。この実施形態では、前記パイロットポートが、後述するガイド凸部１９を取り付けるための穴開け具挿入孔２０としての役割を担っている。そして、前記キャップ１５内には、パイロット室１７が形成され、パイロット圧を導いて図面左方向にスプール３をストロークさせる。
この実施形態では、図２に示すように、前記パイロット室１７に導かれたパイロット圧は、前記回転防止部材１４の軸芯に設けられた連通孔１４ｂを介して、スプリング２３が設けられたスプリング室にもパイロット圧を導いている。

このように、前記回転防止部材１４は、スプールエンドを兼ねており、パイロット圧などを導く構成を加えることができる。
言い換えれば、従来のスプールエンドと同様に機能させながら、回転防止機能を付加することができる。そのため、従来のスプールエンドとほぼ同じ大きさを維持できるので、新たな部材を増やすことなくフルストロークに必要な長さの溝を形成でき、スプール弁の大型化を防止できる。

なお、図１に示すように、一方のスプール３端の反対側は、他方のスプール３端にスプリング２３を備えたスプールエンド２４が取り付けられ、バルブハウジング１から前記スプールエンド２４を突出させている。そして、キャップ２５で前記スプールエンド２４を覆うとともに、バルブハウジング１のスプールエンド２４が突出した側面に前記キャップ２５を固定している。前記キャップ２５内にはパイロット室２６が形成され、図示していないパイロット通路からのパイロット圧を導いて、スプール３を図面右方向にストロークさせている。

次に、実施形態の主な組み立て方について説明する。
前記キャップ１５に設けたガイド凸部１９は、前記穴開け具挿入孔２０の孔を利用して前記キャップ１５の内壁１５ａに取り付けられる。前記穴開け具挿入孔２０は、前記ガイド凸部１９と対向する位置に形成される。そして、前記キャップ１５の内壁１５ａを貫通させた前記穴開け具挿入孔２０の開口から図示していないドリルを挿入し、前記キャップ１５の内壁１５ａにガイド凸部１９となるピン部材を圧入するピン穴２１が形成される。前記ピン穴２１に前記ピン部材が圧入されてガイド凸部１９が前記キャップ１５の内壁１５ａに設けられる。

なお、この実施形態では、前記穴開け具挿入孔２０は、パイロットポートを兼ねて前記ガイド凸部１９と対向した位置に設けられているが、パイロット圧を導くパイロットポートがキャップ１５の側面端等に設けられても良いことは当然である。
このような場合には、前記ピン穴２１を形成する箇所に対向する位置で作業用の穴開け具挿入孔２０を形成させ、前記穴開け具挿入孔２０からキャップ１５の内壁１５ａにピン穴２１を設ければよい。そして、前記ピン穴２１にガイド凸部１９を圧入したあと、プラグ等により前記穴開け具挿入孔２０が塞がれる。

このように、前記キャップ１５の前記ピン穴２１に対向する位置で、穴開け具挿入孔２０が形成されているので、前記穴開け具挿入孔２０から簡単に前記ピン穴２１を形成することができる。
つまり、既製品のキャップであっても、前記穴開け具挿入孔２０が形成できれば、前記ガイド溝１８と対向する前記キャップ１５の内壁１５ａに前記ピン穴２１を形成することができる。

また、この実施形態では、前記穴開け具挿入孔２０が、パイロットポートを兼ねているので、前記ピン穴２１を形成したあと、あらためて前記穴開け具挿入孔２０を塞ぐ必要がない。このように、前記穴開け具挿入孔２０をパイロットポートとして、そのまま利用することができる。

次に、あらかじめエンド部１４ａに形成した前記ガイド溝１８に前記ガイド凸部１９をはめあわせるようにして、前記回転防止部材１４にキャップ１５を覆わせる。
スプール３は、もともと周方向に回転できるように設けられているので、前記ガイド溝１８に前記ガイド凸部１９をはめあわせた状態のままで前記キャップ１５と前記回転防止部材１４とを回転させる。そして、前記キャップ１５と前記回転防止部材１４とは、前記バルブハウジング１のボルト１６の固定位置まで回転させ、前記キャップ１５が前記バルブハウジング１に固定される。

なお、この実施形態では、ガイド溝１８の形状は、図３に示したように断面凹形状になっているが、断面半円形状、あるいはガイド凸部１９の突出部の形状に合わせた形状にしてもかまわない。前記ガイド凸部１９が、前記ガイド溝１８にはめられ、スプール３のストロークの動きにともなって、スプール３の軸方向の動きを許容するとともに、スプール３の周方向の回転を阻止できれば、前記ガイド溝１８はどのような形状であってもよい。
また、ガイド凸部１９はピン部材を用いたが、あらかじめキャップ１５に突起を設けて前記ガイド凸部１９としてもかまわない。

この発明の実施形態によれば、スプール３の軸方向にある回転防止部材１４の外周にガイド溝１８を形成しているので、スプール３自体に溝加工しなくてもスプール３の周方向の回転を防止することができる。
このようにスプール３の外周に直接ガイド溝１８を加工する必要がないので、スプール３の重心がスプール３の回転中心からずれてしまうことがない。
そのため、スプール３を高速回転させながら外周を研磨するときに、スプール３がたわんでしまうことがなく、スプール３の真円度が保たれる。したがって、スプール孔２とスプール３との間で流体が漏れたり、スプール３がスティックしたりしない。

また、前記回転防止部材１４の外周にガイド溝１８を形成しているので、スプール３が大きくストロークしたとしてもバルブハウジング１に形成された油路と干渉しあうことがない。このように、前記ガイド溝１８がバルブハウジング１に形成された油路と干渉することがないため、フルストロークに必要な長さの溝を形成することができる。
さらに、前記バルブハウジング１に形成された油路とガイド溝１８とが離れた位置に設けられており互いに干渉することがないため、バルブハウジング１を大きくする必要がない。したがって、スプール弁の大型化を防止できる。

なお、本願の実施形態では、ガイド溝１８を回転防止部材１４に形成し、ガイド凸部１９をキャップ１５の内壁１５ａに形成しているが、キャップ１５の内壁１５ａにガイド溝を形成し、回転防止部材１４の外周にガイド凸部を設けてもよい。

このように、キャップ１５の内壁１５ａにガイド溝を形成する場合には、キャップ１５製造の際にあらかじめガイド溝を設けるとともに、前記ガイド溝の対向面であって前記回転防止部材１４の外周に穴をあけ、その穴にピン部材を圧入させてガイド凸部を形成する。
この構成では、キャップ１５の内壁１５ａにピン穴２１を形成し、ピン部材を圧入させる必要がないため、キャップ１５に穴開け具挿入孔２０を形成するなどの作業工程を少なくできる。また、回転防止部材１４の外周を加工すればよいので、前記回転防止部材１４をキャップ１５から取り出せば、ガイド凸部の穴開け作業などが簡単にできる。

また、この発明のスプール３の前記回転防止部材１４は、一方のスプール３端に設けているが、スプール３の両端側に設けてもよいことは当然である。

作動流量が大きい大型機械のスプール弁に有用である。

１…バルブハウジング 、 ２…スプール孔 、 ３…スプール 、 ３ａ…端部 、 ２２…スプリングシート、 ２３…スプリング 、 １５…キャップ 、 １８…ガイド溝 、 １４…回転防止部材 、 １９…ガイド凸部（ピン部材） 、 ２０…穴開け具挿入孔（パイロットポート） 、２１…ピン穴

Claims (5)

1. バルブハウジングと、
   前記バルブハウジングに形成されたスプール孔に摺動自在に設けられたスプールと、
   前記スプール孔を覆うキャップと、
   前記スプールの少なくとも一端に連結した回転防止部材と、
   前記キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか一方に形成され、スプールの軸方向に伸びるガイド溝と、前記キャップの内壁または前記回転防止部材の外周のいずれか他方に設けられ、前記ガイド溝に沿って相対移動可能にしたガイド凸部とを備えるスプール弁。
2. 前記回転防止部材は前記スプールの端部に連結され、前記キャップ内であって、前記スプールの前記端部と前記回転防止部材との間には、前記スプールを付勢するスプリングが設けられた請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記ガイド溝は、前記スプールが一方の方向にフルストロークするために必要な長さの２倍の長さ以上を備えている請求項１または請求項２に記載のスプール弁。
4. 前記ガイド溝が前記回転防止部材に形成されるとともに、前記ガイド凸部が前記キャップの内壁に設けられ、
   前記ガイド凸部はピン部材であり、
   前記キャップは、前記キャップの内壁に前記ピン部材を挿入するピン穴と、前記ピン穴に対向する位置に、前記ピン穴を形成するための穴開け具挿入孔が形成されたに請求項１〜請求項３のいずれか１に記載のスプール弁。
5. 前記キャップ内をパイロット室とするとともに、前記穴開け具挿入孔が、前記パイロット室にパイロット圧を導くパイロットポートである請求項４に記載のスプール弁。

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