JP2000002349A - 多ポ―トロ―タリ―バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体圧回路において圧力流体の供給先を切り
換える多数分岐および供給先への油量を制御する流量制
御と高低圧等を切り換える圧力制御を同時に制御するこ
とのできる多ポートロータリーバルブを提供する。 【解決手段】 複数の取入口３３、３９からバルブ本体
９に取り入れられた圧力流体は、バルブ本体９に設けら
れているスプール１１を往復移動機構１３により往復動
させ、旋回機構１５により旋回させることにより選択さ
れた供給口４５、５１から所望の駆動装置３に供給され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多ポートロータ
リーバルブに係り、さらに詳しくは、流体圧回路におけ
る流量制御、圧力制御および分岐を行う多ポートロータ
リーバルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧制御系機械および産業技術分
野において油圧駆動コントロールは主に電磁式あるいは
比例式等の制御弁が多用されている。

【０００３】例えば、図８を参照するに、油圧シリンダ
２０１を作動させるために、高圧用油圧ポンプ２０３お
よび低圧用油圧ポンプ２０５が設けられており、各々途
中省略の高圧回路２０７および低圧回路２０９により、
高低圧切換えバルブ２１１および上下切換えバルブ２１
３を介して油圧シリンダ２０１に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
における制御方式では、油圧シリンダ２０１を駆動させ
る油圧の高低を切換えるために高低圧切換えバルブ２１
１が必要であり、さらに油圧シリンダ２０１の上下を切
りかえるための上下切換えバルブ２１３が必要である。
このように、一回路につき一個以上の制御弁が必要とな
り、その回路は複雑になる。このため、特に微妙なコン
トロールが困難となっているという問題がある。

【０００５】また、複数のバルブ２１１、２１３を設け
るスペースが必要となり、装置のコンパクト化を妨げる
という問題がある。

【０００６】また、バルブ２１１、２１３が増えると油
リークが生じ易くなるため、エネルギーの損失を招くと
いう問題がある。

【０００７】さらに、各バルブ２１１、２１３を作動さ
せるための油圧配管および電気配線が必要となり、装置
が複雑化するという問題がある。

【０００８】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、流体圧回路において
圧力流体の供給先を切り換える多数分岐および供給先へ
の油量を制御する流量制御と高低圧等を切り換える圧力
制御を同時に制御することのできる多ポートロータリー
バルブを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１による発明の多ポートロータリーバルブ
は、圧力の異なる圧力流体を取り入れるための複数の取
入口と取り入れられた圧力流体を所望の駆動装置に供給
する複数の供給口を備えたバルブ本体と、このバルブ本
体に設けられている摺動溝に沿って往復動自在であると
共にこの摺動溝において旋回自在に設けられて前記複数
の取入口と前記複数の供給口を選択的に連絡可能なスプ
ールと、このスプールを旋回させることなく前記摺動溝
に沿って往復動せしめる往復移動機構と、前記スプール
を前記摺動溝において往復動させることなく旋回せしめ
る旋回機構と、を備えてなることを特徴とするものであ
る。

【００１０】従って、複数の取入口からバルブ本体に取
り入れられた圧力流体は、バルブ本体に設けられている
スプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構に
より旋回させることにより流量制御および圧力制御され
ると共に選択された供給口から所望の駆動装置に供給さ
れる。

【００１１】請求項２による発明の多ポートロータリー
バルブは、請求項１記載の多ポートロータリーバルブに
おいて、前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を取り入
れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低圧開口
と、を備えると共に、前記複数の供給口が、圧力流体に
より作動されるシリンダの上室に圧力流体を供給する下
降用ポートと、前記シリンダの下室に圧力流体を供給す
る上昇用ポートと、を備えてなることを特徴とするもの
である。

【００１２】従って、バルブ本体に設けられているスプ
ールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構により
旋回させることにより、高圧開口から供給される高圧ま
たは低圧開口から供給される低圧の圧力流体をバルブ本
体に取り入れ、さらに下降用ポートまたは上昇用ポート
を選択してシリンダの上室または下室に圧力流体を供給
する。

【００１３】請求項３による発明の多ポートロータリー
バルブは、請求項１または２記載の多ポートロータリー
バルブにおいて、前記高圧開口と前記低圧開口の切換え
を前記スプールの往復動により行うと共に、前記下降用
ポートと前記上昇用ポートの切換えを前記スプールの旋
回により行うこと、を特徴とするものである。

【００１４】従って、バルブ本体に設けられているスプ
ールを往復移動機構で往復動させることにより複数の取
入口から高圧開口または低圧開口を選択し、旋回機構で
スプールを旋回させることにより複数の供給口から下降
用ポートまたは上昇用ポートを選択してシリンダの上室
または下室に圧力流体を供給する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００１６】図１には、この発明に係る多ポートロータ
リーバルブ１が示されている。この多ポートロータリー
バルブ１は、駆動装置の一例としての油圧シリンダ３の
ピストン５を高圧または低圧で上下動させるためのもの
であり、中央に図１中左右方向の摺動溝７を有するバル
ブ本体９、前記摺動溝７において回転および図１中左右
方向へ摺動自在のスプール１１が設けられている。

【００１７】また、前記スプール１１を摺動溝７に沿っ
て図１中左右方向へ移動せしめる往復移動機構の一例と
しての直動式モータ１３、前記スプール１１を回転せし
める旋回機構の一例としての回転式モータ１５が設けら
れている。前記直動式モータ１３はバルブ本体９の図１
中右端面に取り付けられており、スプール１１の回転を
許容して左右に押したり引いたりするため、回転のみ許
容する軸受け１７により接続されている。

【００１８】一方、前記回転式モータ１５は、スプール
１１の左右往復動を許容して回転を伝達するため、回転
式モータ１５の回転軸１９に取り付けられている回転伝
達棒２１を、スプール１１の図１中左端面に突出して設
けられている突出部２３の中央に設けられている穴２５
に挿入し、回転が拘束された状態で図１中左右方向へ摺
動自在に設けられている。このため、回転式モータ１５
は、モータ保持用ブロック２７を介してバルブ本体９の
図１中左端面に取り付けられている。

【００１９】バルブ本体９の側面（図１中下側面）に
は、低圧の圧力流体を供給する低圧ポンプ２９に配管３
１により接続される取入口としての低圧ポート穴３３、
高圧の圧力流体を供給する高圧ポンプ３５に配管３７に
より接続される取入口としての高圧ポート穴３９、油圧
シリンダ３の上室４１に圧力流体を供給すべく配管４３
により接続される供給口としてのＡポート穴４５、油圧
シリンダ３の下室４７に圧力流体を供給すべく配管４９
により接続される供給口としてのＢポート穴５１、油圧
シリンダ３の下室４７から圧力流体を排出すべく配管５
３により接続されるＴＢポート穴５５、油圧シリンダ３
の上室４１から圧力流体を排出すべく配管５７により接
続されるＴＡポート穴５９、油圧シリンダ３から排出さ
れた圧力流体をタンク６１に戻すべく配管６３によりタ
ンク６１に接続されているＴポート穴６５が設けられて
いる。

【００２０】油を溜めているタンク６１には、油圧モー
タ６７により駆動される高圧の作動油を供給するための
高圧ポンプ３５と、低圧の作動油を供給するための低圧
ポンプ２９が設けられている。この高圧ポンプ３５は高
圧回路により多ポートロータリーバルブ１の高圧ポート
穴３９に接続されており、低圧ポンプ２９は低圧回路に
より多ポートロータリーバルブ１の低圧ポート穴３３に
接続されている。

【００２１】前記スプール１１の内部は、基本的に中空
になっており、肉厚部分６９には所定位置に種々の形状
をした切欠きが設けられている。スプール１１の図１中
右側端部付近に設けられている右中空部分７５の肉厚部
分６９には互いに対向する上下一対の矩形状の供給穴７
３（図１中では下側の穴のみが示されている）が設けら
れバルブ内の圧力バランスにより往復動及び旋回自在を
スムーズにする役割を果たす。

【００２２】また、図２〜図４を併せて参照するに、前
記右中空部分７５の肉厚部分６９には、一対の細長い切
欠き７７Ｕ、７７Ｌが設けられている（図２参照）。さ
らに、前記左中空部分７９の図１の肉厚部分６９には、
右側に一対の細長い切欠き８１Ｕ、８１Ｌが設けられ
（図３参照）、この切欠き８１Ｕ、８１Ｌの左側におけ
る肉厚部分６９には、幅の広い切欠き８３が設けられて
いる（図４参照）。なお、前記切欠き７７Ｕ、７７Ｌ、
８１Ｕ、８１Ｌ、８３の長さは、スプール１１が直動式
モータ１３により左右に移動しても後述する穴が外れな
いような長さとなっている。また、スプール１１の左側
端部には、多数の溝８５が設けられており、また、低圧
ボード穴３３又は高圧ポート穴３９等からバイパスポー
ト１２３により圧力を溝８５に供給され摺動溝７とスプ
ール１１に油膜を形成し摺動溝７とスプール１１の固着
を防ぐ。

【００２３】再び図１に戻って、バルブ本体９の内部に
は種々の通路が設けられている。スプール１１が直動式
モータ１３により右側位置へ移動された場合に前記下側
の供給穴７３の位置に対応する前記摺動溝７の下側内面
には低圧開口８７が設けられており、この低圧開口８７
と前記低圧ポート穴３３とを結ぶ通路８９が設けられて
いる。スプール１１の供給穴７３が所定角度回転した場
合でも低圧開口８７よりずれない大きさに設けられてい
る。

【００２４】また、スプール１１が直動式モータ１３に
より左側位置へ移動された場合（図１に示されている状
態）に前記下側の供給穴７３の位置に対応する前記摺動
溝７の下側内面には高圧開口９１が設けられており、こ
の高圧開口９１と前記高圧ポート穴３９とを結ぶ通路９
３が設けられている。前記高圧開口９１は、前述の低圧
開口８７と同様、スプール１１の供給穴７３はスプール
１１が所定角度回転した場合でも前記高圧開口９１より
はずれない大きさに設けられている。

【００２５】スプール１１が右側位置へ移動した場合、
低圧力は低圧ポンプ２９、配管３１、低圧ポート穴３
３、低圧開口８７、供給穴７３と流れスプール１１内の
右中空部分７５に油が流れる。スプール１１が左側位置
へ移動した場合、高圧力は高圧ポンプ３５、配管３７、
高圧ポート穴３９、通路９３、高圧開口９１、供給穴７
３と流れスプール１１内の右中空部分７５にやはり油が
流れる。

【００２６】バブル本体９には図２に示されているよう
に、Ａポート出口９７および１０３、Ｂポート出口１０
１および１０５が対向して設けられている。Ａポート出
口９７および１０３はバブル本体９内部にて１つとな
り、配管１０７を介してＡポート穴４５とつながってい
る。Ｂポート出口１０１および１０５も同様にバブル本
体９内部で１つとなり、配管１０９を介してＢポート穴
５１とつながっている。より多くの流量を確保したけれ
ば、図１に示されているように、通路１０３のとなりに
Ａポート出口１０３′を設けることにより、Ａの面積を
２倍にすることができる。上記Ａポート出口１０３のみ
でなく、Ａポート入口９７、Ｂポート入口１０１、Ｂポ
ート出口１０５も同様である。

【００２７】図３を併せて参照するに、前記Ａポート出
口１０３の左側には通路１１１によりＴＢポート穴５５
と連絡される１対のＴＢ開口１１３が設けられており、
前記Ｂポート出口１０５の左側には通路１１５によりＴ
Ａポート穴５９と連絡される一対のＴＡ開口１１７が設
けられている。ＴＡポート穴５９、ＴＢポート穴５５
も、前記Ａポート穴４５、Ｂポート穴５１と同様に、よ
り多くの流量を確保したければ、図１に示すように、Ｔ
Ａ開口１１７およびＴＢ開口１１３のとなりにポートを
設けることにより面積を２倍にすることができる。

【００２８】図４を併せて参照するに、前記摺動溝７の
図１中左側端部付近における上下面にはＴポート出口１
１９が設けられている。このＴポート出口１１９は、ス
プール１１が所定角度回転した場合にもスプール１１の
切欠き８３から外れることがないような大きさで設けら
れている。このＴポート出口１１９と前記Ｔポート穴６
５を連絡する通路１２１が設けられている。なお、高圧
または低圧にかかわらずスプール１１の移動を円滑にす
るために、低圧ポート穴３３又は高圧ポート穴３９等よ
りバイパスポート１２３が設けられ、溝８５へ圧力流体
を供給している。

【００２９】次に、前述の多ポートロータリーバルブ１
の動作を説明する。

【００３０】まず、高圧でピストン５を上昇させる場合
について説明する。直動式モータ１３によりスプール１
１を左側へ移動させて高圧供給に設定する（図１に示さ
れている状態）と共に、回転式モータ１５によりスプー
ル１１を反時計方向へ回転させる。この状態では、高圧
開口９１の真上にスプール１１の供給穴７３が位置する
と共に、低圧開口８７はスプール１１の外周面により閉
じられる。

【００３１】このため、高圧ポンプ３５から配管３７、
高圧ポート穴３９および通路９３を経て供給された高圧
の圧力流体は高圧開口９１から供給穴７３を介してスプ
ール１１の右中空部分７５に入り、切欠き７７Ｌおよび
７７ＵよりＢポート出口１０５および１０１より通路１
０９、Ｂポート穴５１、配管４９を介して油圧シリンダ
３の下室４７に供給され、ピストン５を上昇せしめる。

【００３２】このとき、スプール１１の右中空部分７５
においては、切欠き７７Ｌ，７７ＵがＢポート出口１０
１、１０５の上にあるため、Ａポート出口９７，１０３
はスプール１１の外周面により閉じられている。また、
スプール１１の左中空部分７９においては、切欠き８１
Ｌ，８１ＵがＴＡポート１１７の上にある。従って、ピ
ストン５の上昇により油圧シリンダ３の上室４１に充填
されている圧力流体は、配管５７、ＴＡポート穴５９、
通路１１５、ＴＡ開口１１７、切欠き８１Ｌ、８１Ｕを
介してスプール１１の左中空部分７９に排出され、さら
に切欠き８３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポ
ート穴６５、配管６３を介してタンク６１に排出され
る。

【００３３】高圧でピストン５を下降させる場合には、
回転式モータ１５によりスプール１１を時計方向へ回転
させる。この状態でも、高圧開口９１の真上にスプール
１１の供給穴７３が位置すると共に、低圧開口８７はス
プール１１の外周面により閉じられているため、高圧の
圧力流体がスプール１１の右中空部分７５に供給される
のは前述のピストン５を上昇させる場合とまったく同様
である。右中空部分７５に供給された圧力流体は、切欠
き７７Ｌ，７７Ｕを通ってＡポート出口１０３，９７か
ら出て、通路１０７、Ａポート穴４５、配管４３を介し
て油圧シリンダ３の上室４１に供給されてピストン５を
下降させる。

【００３４】このとき、スプール１１の右中空部分７５
においては、Ｂポート出口１０１，１０５はスプール１
１の外周面により閉じられているので、ピストン５の下
降により油圧シリンダ３の下室４７に充填されている圧
力流体は、配管５３、ＴＢポート穴５５、通路１１１、
ＴＢ開口１１３、切欠き８１Ｌ，８１Ｕを介してスプー
ル１１の左中空部分７９に排出され、さらに切欠き８
３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポート穴６
５、配管６３を介してタンク６１に排出される。

【００３５】一方、低圧でピストン５を上昇または下降
させる場合には、直動式モータ１３によりスプール１１
を摺動溝７に沿って図１中右方向へ移動させる。この状
態では、低圧開口８７の真上にスプール１１の下供給穴
７３が位置すると共に、高圧開口９１はスプール１１の
外周面により閉じられる。このため、低圧ポンプ２９か
ら配管３１、低圧ポート穴３３および通路８９を経て供
給された低圧の圧力流体は低圧開口８７から下供給穴７
３を介してスプール１１の右中空部分７５に供給され
る。その後の圧力流体の動きは、前述した高圧の場合と
まったく同様である。

【００３６】以上の結果から、従来必要であった多数個
の制御用バルブを一個の多ポートロータリーバルブ１に
より置き換えることができる。これにより、装置の省ス
ペース化およびコンパクト化が可能になると共に、油圧
用の配管および電気配線が少なくなるため、装置を簡潔
化することができる。また、バルブの数を減少させるこ
とにより油リークを減少させることができ、省エネ化を
図ることができる。

【００３７】なお、この発明は前述の実施の形態に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。すなわち、さらに分岐
数が必要であればバルブ本体９およびスプール１１の長
手方向にポート穴を増加させることにより分岐数を増加
させることができる。例えば、図５に示されているよう
にＣポート、Ｄポート、ＥポートおよびＦポートを直列
に追加することにより、分岐数を増加させることができ
る。また、追加ポート穴を並列に追加すれば流量を増加
させることができる。あるいは、例えば、図６に示され
ているように、Ｔ１ポート、Ｔ２ポート、Ｔ３ポート穴
よびＴ４ポートを追加することも可能である。

【００３８】また、図１に示されているように、前述の
実施の形態においては、バルブ本体９に設けられている
開口や出入り口を丸穴とし、スプール１１に設けられて
いる切欠きを矩形状の切欠きとしたが、丸穴や切欠きの
形状の組み合わせは適宜変更できるものである。バブル
本体９に設けられている開口が出入口の位置をずらすこ
とにより、油の流れはじめ、および戻りのタイミングを
調整することができる。

【００３９】回転式モータ１５を用いてスプール１１の
回転角度を制御することにより、バルブ本体９に設けら
れたポート穴例えば３９とスプール１１に加工された穴
例えば７３とが作り出す圧油通過開口部の面積を調整で
きる。圧油の通過流量は前述の開口部断面積に比例する
ため、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されているよう
に、断面積の変化は通過流量の変化となる。すなわちス
プール１１の回転角度の制御は圧油の通過流量の制御と
なる（流量制御機能）。バルブ本体９を通過した圧油が
経路４９を経由して油圧シリンダ３の下室４７に流入す
ると、ピストン５は上昇するが、この時の上昇速度は流
入した圧油の流量に比例する。以上から、スプール１１
の回転角度を制御することによりピストン５の移動速度
を制御できる。なお、ピストン５の下降動作においても
同様であり、また高圧時／低圧時においても同様であ
る。

【００４０】また、前述の実施の形態においては、スプ
ール１１の往復動により高圧・低圧の切換えを行うと共
に、スプール１１の旋回により油圧シリンダ３の上下を
切りかえるようにしたが、逆に、スプール１１の旋回に
より高圧・低圧を切換え、スプール１１の往復動により
油圧シリンダ３の上下を切りかえるようにしてもよい。

【００４１】また、圧力流体として油を使用した場合に
ついて説明したが、エアーを用いることもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よる多ポートロータリーバルブでは、この一個の多ポー
トロータリーバルブによりバルブ本体に設けられている
スプールを往復移動機構により往復動させ、旋回機構に
より旋回させることにより、複数の取入口からバルブ本
体に取り入れられた圧力流体を選択された供給口から所
望の駆動装置に供給することができる。これにより、装
置の省スペース化およびコンパクト化が可能になると共
に、油圧用の配管および電気配線が少なくなるため、装
置を簡潔化することができる。また、従来複合型バブル
で必要とされたパイロット用油量が不必要なため、ポン
プモータは例えば１０〜２０％レス小さくできる。その
結果、省エネルギーに対応し、またオイル劣化防止にも
役立つ。また、バルブの数を減少させることにより油リ
ークを減少させることができ、省エネ化を図ることがで
きる。バブルの簡素化により耐コンタミ性向上、メイン
テナンス性向上を図ることができる。

【００４３】また、パイロット用油圧モータが不必要な
為、従来パイロット動作圧力によって制限を受けていた
バルブ最低動作油圧以下すなわち低圧力での動作が可能
になる。

【００４４】請求項２の発明による多ポートロータリー
バルブでは、バルブ本体に設けられているスプールを往
復移動機構により往復動させ、旋回機構により旋回させ
ることにより、高圧開口から供給される高圧または低圧
開口から供給される低圧の圧力流体をバルブ本体に取り
入れ、さらに下降用ポートまたは上昇用ポートを選択し
てシリンダの上室または下室に圧力流体を供給するの
で、一個の多ポートロータリーバルブにより圧力制御お
よび分岐の選択を行うことができる。

【００４５】請求項３の発明による多ポートロータリー
バルブでは、バルブ本体に設けられているスプールを往
復移動機構で往復動させることにより複数の取入口から
高圧開口または低圧開口を選択し、旋回機構で旋回させ
ることにより複数の供給口から下降用ポートまたは上昇
用ポートを選択してシリンダの上室または下室に圧力流
体を供給するので、一個の多ポートロータリーバルブに
より高圧・低圧の切換えおよびシリンダの上昇・下降の
選択を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る多ポートロータリーバルブを示
す断面図である。

【図２】図１中II−II位置における断面図である。

【図３】図１中III−III位置における断面図である。

【図４】図１中IV−IV位置における断面図である。

【図５】別の実施の形態を示す概略図である。

【図６】さらに別の実施の形態を示す概略図である。

【図７】スプール回転時のポート穴と供給穴との関係を
示した説明図である。

【図８】従来における油圧回路を示す回路図である。

【符号の説明】 １ 多ポートロータリーバルブ ３ シリンダ（駆動装置） ７ 摺動溝 ９ バルブ本体 １１ スプール １３ 直動式モータ（往復移動機構） １５ 回転式モータ（旋回機構） ３３ 低圧ポート穴（取入口） ３９ 高圧ポート穴（取入口） ４１ 上室 ４５ Aポート穴（下降用ポート、供給口） ４７ 下室 ５１ Ｂポート穴（上昇用ポート、供給口）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力の異なる圧力流体を取り入れるため
   の複数の取入口と取り入れられた圧力流体を所望の駆動
   装置に供給する複数の供給口を備えたバルブ本体と、こ
   のバルブ本体に設けられている摺動溝に沿って往復動自
   在であると共にこの摺動溝において旋回自在に設けられ
   て前記複数の取入口と前記複数の供給口を選択的に連絡
   可能なスプールと、このスプールを旋回させることなく
   前記摺動溝に沿って往復動せしめる往復移動機構と、前
   記スプールを前記摺動溝において往復動させることなく
   旋回せしめる旋回機構と、を備えてなることを特徴とす
   る多ポートロータリーバルブ。
2. 【請求項２】 前記複数の取入口が、高圧の圧力流体を
   取り入れる高圧開口と、低圧の圧力流体を取り入れる低
   圧開口と、を備えると共に、前記複数の供給口が、圧力
   流体により作動されるシリンダの上室に圧力流体を供給
   する下降用ポートと、前記シリンダの下室に圧力流体を
   供給する上昇用ポートと、を備えてなることを特徴とす
   る請求項１記載の多ポートロータリーバルブ。
3. 【請求項３】 前記高圧開口と前記低圧開口の切換えを
   前記スプールの往復動により行うと共に、前記下降用ポ
   ートと前記上昇用ポートの切換えを前記スプールの旋回
   により行うこと、を特徴とする請求項１または２記載の
   多ポートロータリーバルブ。