JPH09269084A - 方向流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スプールに作用する流体力を常に効果的に補償
する。 【解決手段】方向流量制御弁において、供給圧ポートＰ
を開閉するランドの左右に隣接して流体力を相殺する流
体力補償用のバケット４，５を、同じくタンクポートＴ
を開閉するランドに隣接して流体力補償用のバケット
６，７をそれぞれ形成し、いずれの方向の作動油の流れ
に対しても、スプール軸方向に発生する流体力を相殺す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体力補償型の方向
流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向流量制御弁を切換作動したときにス
プールに流体力が作用すると、スプールを変位させるの
に大きな駆動力が必要となったり、スプールの挙動が不
安定となったりする。

【０００３】そこで、従来、例えばドイツ特許第２９２
９３５２号公報にもあるような流体力補償型の方向流量
制御弁が提案されている。

【０００４】これを図１５によって説明すると、バルブ
ボディ３１のバルブ孔３２には、スプール３３が摺動自
由に収装される。スプール３３の周囲に位置して、バル
ブ孔３２には供給圧ポートＰ、作動ポートＡ、Ｂ並びに
一対のタンクポートＴがそれぞれ開口し、図示しないソ
レノイドによりスプール３３が駆動され、各ポートを切
換制御するようになっている。

【０００５】このため、スプール３３の中央にはランド
３５が形成され、その両隣りにはランド３６と３７、さ
らにその外側にランド３８と３９が形成され、図のよう
に、スプール３３が中立位置から左方に変位すると、供
給圧ポートＰからの高圧の作動油がポートＢに流れ、ポ
ートＡからの戻り油が左側のタンクポートＴへと流れ
る。

【０００６】また、スプール３３が反対側に変位したと
きは、供給圧ポートＰが作動ポートＡに連通し、作動ポ
ートＢからの戻り油が右側のタンクポートＴに流れる。

【０００７】そして、このようにスプール３３を切換作
動するときに、各ランドとポートとの間に形成されるオ
リフィスを介して作動油が流れるのであるが、このとき
作動油のもつ運動量変化により、スプール３３の変位方
向に作用する流体力を軽減するために、スプール３３に
は流体力補償用のバケット４０と４１が形成されてい
る。図示するように、例えばバケット４０は作動ポート
ＡからタンクポートＴに流れ出る作動油（Ｑｏｕｔ）の
方向を変化させ、バケット４０を流出入する流体力の一
部がスプール３３の右方向、残りが左方向に作用するよ
うにして、スプール３３に働く正味の流体力を減らすこ
とにより、スプール３３を軸方向に移動させる流体力を
軽減している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、流体力補償
用のバケット４０、４１を設けて、作動ポートＡからタ
ンクポートＴに流れる流体によりスプール３３にかかる
流体力を小さくしても、スプール３３には供給圧ポート
Ｐから作動ポートＢへと流れる流体（Ｑｉｎ）による流
体力も作用する。あらかじめこの分を見越して、バケッ
ト４０、４１の形状設計を行っても、供給圧ポートＰか
ら作動ポートＢへの流量Ｑｉｎと作動ポートＡからタン
クポートＴへの流量Ｑｏｕｔが等しくなかったり、ある
いはこれらの流路圧力損失が相違したりする場合には、
流体力の補償が不足したり、あるいは過補償となったり
することがある。

【０００９】このため、とくに高圧、大流量を制御する
ときなど、大きな流体力が発生し、スプール３３を変位
させるのに大きな駆動力が必要となったり、場合によっ
てはスプール３３が発振するなど挙動が不安定化する問
題もあった。

【００１０】本発明はこのような問題を解決することを
目的とするもので、スプールに作用する流体力を常に効
果的に補償することのできる方向流量制御弁を提供す
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、バルブボ
ディに摺動自由に収装したスプールと、スプールの周囲
のバルブ孔に形成した供給圧ポートＰ、作動ポートＡ、
Ｂ、左右のタンクポートＴと、これら各ポートを選択的
に開閉するようにスプールに形成した複数のランドとを
備え、スプールの変位に伴い供給圧ポートＰを作動ポー
トＡまたはＢのいずれか一方と、同時にいずれか他方の
作動ポートＢまたはＡをタンクポートＴに切換接続する
ようにした方向流量制御弁において、供給圧ポートＰを
開閉するランドの左右に隣接してスプール軸方向の流体
力を相殺する流体力補償用のバケットを、同じくタンク
ポートＴを開閉するランドに隣接して流体力補償用のバ
ケットをそれぞれ形成する。

【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
ランドの外周に作動油の流れを案内する軸方向に延びる
スリットを形成する。

【００１３】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記スプールを一方向に付勢するスプリングと、
スプリングによりスプールが限度まで移動したときに作
動ポートＡ、Ｂを共に閉塞するように設けたランドとを
備える。

【００１４】

【作用】第１の発明において、作動油が供給圧ポートＰ
から一方の作動ポートＡまたはＢに流入するときに発生
するスプール軸方向への流体力は、供給圧ポートＰを開
閉するランドに隣接して設けた流体力補償用バケットの
働きにより補償され、このとき他方の作動油ポートＢま
たはＡからタンクポートＴに流出する作動油の流体力
は、タンクポートＴを開閉するランドに隣接して設けた
流体力補償用バケットにより補償される。これらの結
果、いずれの方向に流れる作動油によっても、スプール
は過度な流体力を受けることはなく、スプールを変位さ
せるのに必要な駆動力を小さくでき、またスプールの挙
動を安定させることができる。

【００１５】第２の発明では、スリットを経由して作動
油が流れ、小流量時でも流れの制御がしやすく、スプー
ルの作動特性も安定化する。

【００１６】第３の発明では、スプールの駆動するため
のソレノイドなどの推力が停止すると、スプールはスプ
リングの付勢力で一方向に移動し、このとき作動ポート
Ａ、Ｂは供給圧ポートＰ、タンクポートＴのいずれとも
遮断される。したがって、作動ポートＡ、Ｂに対しての
作動油の給排が完全に停止し、故障時などのフェールセ
ーフの機能が発揮される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。図１〜図４にも示すように、バルブボディ１のバル
ブ孔２にはスプール３が摺動自由に収装される。スプー
ル３の周囲に位置して、バルブ孔２には環状の供給圧ポ
ートＰ、作動ポートＡ、Ｂ並びに一対のタンクポートＴ
がそれぞれ開口し、図示しないソレノイドによりスプー
ル３が左右に変位することにより、各ポートが切換制御
される。

【００１８】このため、スプール３の中央にはランド１
１が形成され、その両隣りにはランド１２と１３、さら
にその外側にランド１４と１５、さらにまたその外側に
はランド１６と１７がそれぞれ形成される。

【００１９】いま、図２のように、スプール３が中立位
置から図中右方に移動すると、供給圧ポートＰからの高
圧の作動油がポートＡに流れ、ポートＢからの戻り油が
右側のタンクポートＴへと流れる。また、スプール３が
反対側に変位したときは、供給圧ポートＰが作動ポート
Ｂに連通し、作動ポートＡからの戻り油が左側のタンク
ポートＴに流れる。

【００２０】そして、このようにスプール３を切換作動
するときに、各ランドとポートとの間に形成されるオリ
フィスを介して作動油が流れるのであるが、このとき作
動油のもつ運動量変化により、スプール３の軸方向に作
用する流体力を軽減するために、スプール３にはランド
１１の左右に位置して流体力補償用のバケット４と５、
さらにそランド１４と１５の外側にバケット６と７が形
成されている。

【００２１】これら各バケット４〜７は作動油の流れの
方向を変化させ、これにより流体力がスプール３の一方
向だけでなく、反対方向にも働くようにし、つまりスプ
ール３に働く各部の流体力を相殺するようになってい
る。

【００２２】以上のように構成され、次に作用について
説明すると、いま、図１のようにスプール３が中立位置
にあるときは、作動ポートＡ、Ｂのいずれにも作動油が
流れない、オールポートブロックの状態になる（ただ
し、このゼロラップタイプに本発明が限定されるわけで
はない）。

【００２３】この状態から図２で示すように、スプール
３が右方向に変位すると、供給圧ポートＰは作動ポート
Ａと連通し、作動ポートＢは右側のタンクポートＴと連
通する。このため、作動油が供給圧ポートＰから作動ポ
ートＡに流入すると共に、作動ポートＢからの戻り油が
タンクポートＴへと流出する。

【００２４】このとき、供給圧ポートＰから作動ポート
Ａへと流れる作動油は、図３にもあるとおり、ランド１
１の左側のバケット４を通過するが、この際に流れの方
向が反転し、スプール３を右方向に駆動しようとする流
体力と、反対の左方向に駆動しようとする流体力とが発
生し、これらが互いに相殺される。

【００２５】一方、作動ポートＢからタンクポートＴへ
流れる作動油は、ランド１５の右側のバケット７の働き
で同じように作動油の流れの向きが反転し、スプール３
を軸方向に駆動しようとする流体力が互いに相殺され
る。

【００２６】このようにして、供給圧ポートＰから作動
ポートＡに流れる作動油と、作動ポートＢからタンクポ
ートＴに流れる作動油との両方について、スプール３を
軸方向に駆動しようとする流体力を別々に補償している
ので、両方の流れの流量が相違しても、あるいは圧力損
失が相違しても、スプール３を一方向に駆動しようとす
る流体力の影響がほとんど消失する。このことは、スプ
ール３が図２とは逆方向に変位したときも同じであり、
バケット５とバケット６によりそれぞれ流体力が補償さ
れる。

【００２７】このため、スプール３を変位させるのに必
要なソレノイド駆動力が軽減し、またスプール３の挙動
が安定する。

【００２８】次に他の実施形態について説明する。

【００２９】図５の実施形態は、ランド１１の左右に位
置する２つのランド１２と１３の外径を他のランド外径
よりも小さく設定したものである。

【００３０】ランド１２と１３は作動ポートＡまたはＢ
からタンクポートＴへ作動油が流れときに、タンクポー
トＴの上流側に位置するが、このランド１２と１３の外
径を小さくすることにより、作動油の流れが円滑にな
り、圧力損失をそれだけ小さくすることができる。

【００３１】図６の実施形態は、図５の実施形態に比較
して、ランド１２と１４、並びにランド１３と１５との
間にある溝部を除去し、ランド１２、１３と同一径に設
定してある。このようにするとスプール３の加工がそれ
だけ容易となる。

【００３２】図７の実施形態は、バルブボディ１の内部
にバルブ孔２をもつスリーブ２ａを配置したものであ
り、スリーブ２ａを円筒形に形成することにより、半径
方向の力のバランスと、応用性、加工性が向上する。

【００３３】図８の実施形態は、供給圧ポートＰを開閉
するスプール３の中央のランド１１の幅を、供給圧ポー
トＰの幅よりも広く設定し、ランド１１の外周の両側に
多数のスリット２１を形成したものである。このように
すると、スプール３が変位して供給圧ポートＰから作動
油が流入するときに、各スリット２１を経由して作動油
が流れ、小流量時でも流れの制御がしやすく、スプール
３の作動が安定する。

【００３４】図９の実施形態は、図８の実施形態に比較
して、ランド１２と１４、並びにランド１３と１５とを
一体化すると共に、この部位に前記と同じようなスリッ
ト２２を形成した点で相違する。

【００３５】この場合にも、作動ポートＡまたはＢから
タンクポートＴへと流出する作動油流量が少ない場合で
も流量制御がしやすく、上記と同様の効果を奏する。

【００３６】次に図１０〜図１２の各実施形態は、それ
ぞれ図１の実施形態に対して、バケットの形状を変更さ
せたものである。

【００３７】つまり、図１０の実施形態では、バケット
４〜７の底部の円弧に代えて直線的なテーパ２３をそれ
ぞれ設けたものであり、形状の簡略化が図れる。

【００３８】図１１の実施形態では、バケット４〜７の
底部に一方向にのみ傾斜する傾斜円弧２４を形成し、ま
た底部の平坦部を除去してある。

【００３９】さらに図１２の実施形態では、ランド１５
とタンクポートＴとの接合端面について、スプール３の
軸線に対して直角ではなく、所定の角度だけ傾斜した傾
斜端面２５ａ、２５ｂを形成している。なお、反対側の
ランド１４とタンクポートＴについても同様である。

【００４０】このように、バケット形状を左右対称では
ない形状にしても、軸方向の流体力を相殺することがで
きることに変わりはない。

【００４１】次に、図１３の実施形態は、基本的には図
１の実施形態に示すスプール３と同一のスプール３の構
成であるが、スプール３の左端部には、スプール３の右
端部に配置される図示しないソレノイドに対抗するよう
にスプリング２６が介装される。スプリング２６の右端
のバネ受２６ａとバルブボディ１の端壁１ａとの間に
は、スプール３が中立位置にあるときに、所定の間隔Ｓ
０が保たれ、かつこのときランド１２と供給圧ポートＰ
との間隙Ｓ１と、ランド１３とタンクポートＴとの間隙
Ｓ２とは、それぞれＳ０よりも小さくなるように設定さ
れている。

【００４２】このように構成したので、スプール３をス
プリング２６に抗して変位させるソレノイドに故障が生
じ、推力が消失した場合など、スプール３はスプリング
２６により、バネ受２６ａと端壁１ａとが密着するま
で、右方向にいっぱいに押される。ところが、この状態
ではランド１２の一部で供給圧ポートＰと作動ポートＡ
が塞がれ、同じくランド１３により作動ポートＢと右側
のタンクポートＴが塞がれ、かつランド１４により左側
のタンクポートＴと作動ポートＡが塞がれ、このため、
作動ポートＡ、Ｂが共に供給圧ポートＰとタンクポート
Ｔに対して遮断される。

【００４３】したがって、このような故障時にあって
も、作動ポートＡ、Ｂが確実に遮断状態に維持され、フ
ェールセーフの機能が発揮され、作動ポートＡ、Ｂに対
する作動油の流出入を防ぎ、アクチュエータ等をその位
置で確実に停止させられる。

【００４４】図１４の実施形態は、図１３に対して、ラ
ンド１１の左側のバケット４の形状を変更し、単なる矩
形断面をもつ環状溝４ａにした点で相違する。

【００４５】この場合、間隙Ｓ１を大きく取れないこと
から、環状溝４ａの溝幅が小さく、したがってバケット
を形成しなくても、作用効果上の相違は少ないので、形
状が簡略化される分だけ、加工性が良好となる。

【００４６】

【発明の効果】第１の発明によれば、作動油が供給圧ポ
ートＰから一方の作動ポートＡまたはＢに流入するとき
に発生するスプール軸方向への流体力は、供給圧ポート
Ｐを開閉するランドに隣接して設けた流体力補償用バケ
ットの働きにより補償され、このとき他方の作動油ポー
トＢまたはＡからタンクポートＴに流出する作動油の流
体力は、タンクポートＴを開閉するランドに隣接して設
けた流体力補償用バケットにより補償され、いずれの方
向に流れる作動油によっても、スプールは過度な流体力
を受けることはなく、このため、スプールを変位させる
のに必要な駆動力を小さく、またスプールの挙動を安定
させることができる。

【００４７】第２の発明によれば、スリットを経由して
作動油が流れ、小流量時であっても流れの制御がしやす
く、スプールの作動特性も安定化する。

【００４８】第３の発明によれば、スプールの駆動する
ためのソレノイドなどの推力が停止すると、スプールは
スプリングの付勢力で一方向に移動し、このとき作動ポ
ートＡ、Ｂは供給圧ポートＰ、タンクポートＴのいずれ
とも遮断し、したがって、作動ポートＡ、Ｂに対しての
作動油の給排が完全に停止し、故障時などのフェールセ
ーフの機能が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。

【図２】同じくその作動状態を示す断面図である。

【図３】同じくその一部を示す断面図である。

【図４】同じくその一部を示す断面図である。

【図５】第２の実施形態を示す断面図である。

【図６】第３の実施形態を示す断面図である。

【図７】第４の実施形態を示す断面図である。

【図８】第５の実施形態を示す断面図である。

【図９】第６の実施形態を示す断面図である。

【図１０】第７の実施形態の一部を示す断面図である。

【図１１】第８の実施形態の一部を示す断面図である。

【図１２】第９の実施形態の一部を示す断面図である。

【図１３】第１０の実施形態を示す断面図である。

【図１４】第１１の実施形態を示す断面図である。

【図１５】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ バルブボディ ２ バルブ孔 ３ スプール ４，５，６，７ 流体力補償用バケット １１，１２，１３，１４，１５，１６，１７ ランド ２１，２２ スリット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブボディに摺動自由に収装したスプー
   ルと、スプールの周囲のバルブ孔に形成した供給圧ポー
   トＰ、作動ポートＡ、Ｂ、左右のタンクポートＴと、こ
   れら各ポートを選択的に開閉するようにスプールに形成
   した複数のランドとを備え、スプールの変位に伴い供給
   圧ポートＰを作動ポートＡまたはＢのいずれか一方と、
   同時にいずれか他方の作動ポートＢまたはＡをタンクポ
   ートＴに切換接続するようにした方向流量制御弁におい
   て、供給圧ポートＰを開閉するランドの左右に隣接して
   スプール軸方向の流体力を相殺する流体力補償用のバケ
   ットを、同じくタンクポートＴを開閉するランドに隣接
   して流体力補償用のバケットをそれぞれ形成したことを
   特徴とする方向流量制御弁。
2. 【請求項２】前記ランドの外周に作動油の流れを案内す
   る軸方向に延びるスリットを形成した請求項１に記載の
   方向流量制御弁。
3. 【請求項３】前記スプールを一方向に付勢するスプリン
   グと、スプリングによりスプールが限度まで移動したと
   きに作動ポートＡ、Ｂを共に閉塞するように設けたラン
   ドとを備える請求項１または２に記載の方向流量制御
   弁。