JP2004162920A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 容量を大きくすべくスプール径を大径にした場合であっても、スプールの軽量化を図ることができ、かつコンパクト化が容易で迅速かつ軽快に作動する制御バルブを提供する。
【解決手段】 バルブ本体５に設けた凹部内に、中空室１５，１７を備えた円筒形状のスプール１３を回転自在に嵌合して設け、前記バルブ本体５に設けた圧力ポート３７，３９と接続自在の流入口２５を前記スプール１３に設けると共に当該スプール１３に設けた流出口２７と接続自在の流出孔４１を前記バルブ本体５に設け、前記スプール１３と前記凹部との間の微小間隙に作動流体を保持するためのチャンバーＣを備え、かつ、前記スプール１３の両端側の複数箇所に前記チャンバーＣを備えている構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば油圧ポンプ等のごとき圧力源から例えば油圧シリンダ等のごときアクチュエータへ供給される作動流体の供給方向を切換え制御自在の制御バルブに係り、さらに詳細には、容量の大きさに比較してスプールの軽量化を図ることが容易であり、かつ全体的構成のコンパクト化が容易な制御バルブに関する。

従来、アクチュエータとしての油圧シリンダ２０１に高圧，低圧の作動流体を切換えて供給する回路構成としては、例えば図１１に示すごとき構成が採用されている。すなわち、タンク２０３内の作動流体をフィルタ２０５を介して高圧用，低圧用ポンプ２０７，２０９によって吸引し、この高圧用，低圧用ポンプ２０７，２０９から吐出される作動流体を、高圧油路２１１及び低圧油路２１３を介して接続した高低圧切換バルブ２１５によって切換え操作し、かつ上記高低圧切換バルブ２１５に接続した方向制御バルブ２１７によって前記油圧シリンダ２０１の第１，第２の油圧室２１９，２２１への作動流体の供給方向を切換え制御する構成である。なお、図中の符号２２３，２２５はそれぞれアキュムレータである。

上述のごとく、作動流体の回路として高圧用回路と低圧用回路とがあり、この高圧用回路と低圧用回路とを切換えて接続するには高低圧切換バルブが必要である。そして、アクチュエータへの作動流体の供給方向を切換え制御するには方向制御バルブが必要である。すなわち複数の制御弁が必要であり、全体的構成が複雑化し、かつコンパクト化が困難であるという問題がある。

また、従来の制御弁は、スプールの外周面に回路としての溝を形成し、上記溝の両側には必ずランド部が存在する構成であるので、容量を大きくすべく作動流体用のポート径やスプール径を大きくすると、スプールが重くかつ大きくなり、スプールの迅速，軽快な切換え動作が困難になると共に容量の割に全体的構成が大型化するという問題がある。

本発明は上述のごとき問題に鑑みてなされたもので、バルブ本体に設けた凹部内に、中空室を備えた円筒形状のスプールを回転自在に嵌合して設け、前記バルブ本体に設けた圧力ポートと接続自在の流入口を前記スプールに設けると共に当該スプールに設けた流出口と接続自在の流出孔を前記バルブ本体に設け、前記スプールと前記凹部との間の微小間隙に作動流体を保持するためのチャンバーを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記制御バルブにおいて、前記スプールの両端側の複数箇所に前記チャンバーを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記制御バルブにおいて、前記バルブ本体に、高圧，低圧を切換えるスプールとアクチュエータに対する作動流体の供給方向を切換えるスプールとを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、流体流路の切換えを行うためのスプールは中空室を備えた円筒形状に形成してあって、上記中空室を切換えるための流路として使用する構成であるから、容量を大きくすべくスプールを大径にした場合であっても前記中空室の内径を大きくすることによってスプールの軽量化を図ることができるものである。

したがって、スプールの動作を制御する制御モータは、スプールの大きさに比して比較的小型で良いものであり、全体的構成のコンパクト化が容易であると共に、スプールを迅速かつ軽快に作動することができ、指令に対して応答性の良い制御バルブを提供できて、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

図１を参照するに、本発明の第１実施の形態に係る制御バルブ１は、適宜形状のケーシング３内にバルブ本体５を一体的に備えた構成である。上記バルブ本体５には、区画された第１，第２の凹部を両端側から同心上に形成したスリーブ７が密に一体的に嵌入固定してある。

前記スリーブ７の第１の凹部内には中空室１１を備えた円筒形状の第１スプール１３が回動自在に嵌合してあり、前記第２の凹部内には、第１中空室１５と第２中空室１７とを軸方向に区画して備えた円筒形状の第２スプール１９が回動自在に嵌合してある。そして、上記第１スプール１３は、前記ケーシング３に装着した例えばスラッピングモータ或はサーボモータ等のごとき適宜の第１制御モータ２１の回転軸２１Ｓと連結してあり、第２スプール１９はケーシング３に装着した同様の第２制御モータ２３の回転軸２３Ｓと連結してある。

上記構成より理解されるように、第１スプール１３及び第２スプール１９はそれぞれ第１，第２の制御モータ２１，２３によってそれぞれ個別に正逆回転されるものであり、上記第１スプール１３には前記中空室１１に連通した流入口２５と流出口２７とが軸方向に離隔して形成してある。そして、前記第２スプール１９には、前記第１中空室１５に連通した流体流入口２９と流体流出口３１とが軸方向に離隔して形成してあると共に、前記第２中空室１７に連通した流体流入口３３と排出口３５とが軸方向に離隔して形成してある。

そして、前記バルブ本体５，スリーブ７には、前記流入口２５に対応して第１，第２の圧力ポート３７，３９が設けてあると共に、前記流出口２７に対応して流出孔４１が設けてある。

前記第１，第２の圧力ポート３７，３９は、例えば吐出圧力の異なる油圧ポンプ等のごとき第１，第２の圧力源Ｐ１，Ｐ２に適宜に接続してあり、第１スプール１３が中立位置にあるときには、上記第１，第２の圧力ポート３７，３９は前記流入口２５と接続することなく遮断された状態にある。そして、第１スプール１３が中立位置から正転又は逆回転されると直ちに前記流入口２５と接続されるように、前記第１，第２の圧力ポート３７，３９は、中立位置に位置する流入口２５に近接して第１スプール１３の回転方向に位相を異にした位置に配置されている。

すなわち、第１スプール１３を、中立位置から正転又は逆回転することにより、前記流入口２５を、第１圧力ポート３７又は第２圧力ポート３９に選択的に接続でき、作動流体の圧力を低圧，高圧に選択することができるものである。

前記流出口２７は第１スプール１３の回転方向（円周方向）に長い長孔に形成してあり、かつ前記流出孔４１は、第１スプール１３が中立位置に位置するときに流出口２７の長手方向の中央部に対応するように配置して設けられており、第１スプール１３が中立位置から正転又は逆回転された場合であっても前記流出口２７と流出孔４１の接続は常に保持されているものである。

前記第２の凹部には、前記第１中空室１５の流体流入口２９に対応して流体流入孔４３が形成してあると共に流体流出口３１に対応して第１，第２の流体供給孔４５，４７が形成してある。さらにスリーブ７には、前記第２中空室１７の流体流入口３３に対応して第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１が形成してあると共に排出口３５に対応してドレンポート５３が形成してある。前記流体流入口２９は第２スプール１９の回転方向（円周方向）に長い長孔に形成してあり、かつ流体流入孔４３は第２スプール１９が中立位置に位置するときに流体流入口２９の長手方向の中央部に対応するように配置して設けられており、第２スプール１９が中心位置から正転又は逆回転された場合であっも上記流体流入口２９と流体流入孔４３は常に接続した状態に保持されるものである。

なお、前記流出孔４１と流体流入孔４３は、スリーブ７の外周面に形成した連通路５５を介して接続してある。

前記第１，第２の流体供給孔４５，４７は第２スプール１９が中立位置にあるときには流体流出口３１と接続することなく遮断された状態にある。そして、第２スプール１９が中立位置から正転又は逆回転されると直ちに流体流出口３１と接続されるように、第１，第２の流体供給孔４５，４７は中立位置に位置する流体流出口３１に近接して第２スプール１９の回転方向に位相を異にした位置に配置して設けられている。

すなわち、第２スプール１９を中立位置から正転又は逆回転することにより、前記流体流出口３１を、第１，第２の流体供給孔４５，４７に選択的に接続することができるものである。

前記第１アクチュエータ接続孔４９はスリーブ９に形成した第１接続路５７を介して第２流体供給孔４７に接続してあり、第２アクチュエータ接続孔５１は第２接続路５９を介して第１流体供給孔４５と接続してある。

そして、前記第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１は、第２スプール１９が中立位置に位置するときには流体流入口３３と接続することなく遮断された状態にあり、第２スプール１９が中立位置から正転又は逆回転されると直ちに流体流入口３３と接続されるように、第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１は中立位置に位置する流体流入口３３に近接して第２スプール１９の回転方向に位相を異にした位置に配置して設けられている。

すなわち、第２スプール１９を中立位置から正転又は逆回転することにより、流体流入口３３を、第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１に選択的に接続することができるものである。なお、第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１又は第１，第２の流体供給孔４５，４７は、例えば油圧シリンダ等のごときアクチュエータ６１の第１室６１Ａ，第２室６１Ｂに適宜に接続してある。

前記排出口３５は第２スプール１９の回転方向に長い長孔に形成してあり、かつドレンポート５３は、第２スプール１９が中立位置に位置するとき排出口３５の長手方向の中央部に対応するように配置して設けられており、第２スプール１９が中立位置から正転又は逆回転された場合であっても、ドレンポート５３と排出口３５は常に接続した状態に保持されるものである。なお、ドレンポート５３はタンクＴに適宜に接続されている。

以上のごとき構成において、第１制御モータ２１によって第１スプール１３を正転又は逆回転して第１圧力ポート３７又は第２圧力ポート３９と流入口２５とを選択的に接続すると、第１圧力源Ｐ１又は第２圧力源Ｐ２の作動流体が第１スプール１３の中空室１１内に流入し、流出口２７，流出孔４１から連通路５５を経て流体流入孔４３に至り、第２スプール１９の流体流入口２９から第１中空室１５内に流入する。

この状態において、第２制御モータ２３によって第２スプール１９を回転し、第１中空室１５の流体流出口３１と第１流体供給孔４５とを接続すると、同時に第２中空室１７の流体流入口３３と第１アクチュエータ接続孔４９とが接続することになる。

したがって、第１中空室１５内の作動流体は、流体流出口３１，第１流体供給孔４５（又は第２接続路５９から第２アクチュエータ接続孔５１）を経てアクチュエータ６１の第１室６１Ａへ供給される。そして、上記アクチュエータ６１の第２室６１Ｂ内の作動流体は第２流体供給孔４７，第１アクチュエータ接続孔４９，流体流入口３３を経て第２中空室１７内に流入し、かつ排出口３５，ドレンポート５３を経てタンクＴへ排出されることになる。

次に、第２制御モータ２３により第２スプール１９を前述とは逆方向に回転して第１中空室１５の流体流出口３１を第２流体供給孔４７に接続すると、第２中空室１７の流体流入口３３が第２アクチュエータ接続孔５１に接続されて、前記アクチュエータ６１の第２室６１Ｂへ作動流体が供給され、第１室６１Ａから作動流体が排出されることになる。

既に理解されるように、第１スプール１３を正転又は逆回転することにより、第１スプール１３の中空室１１を第１，第２の圧力源Ｐ１，Ｐ２に選択的に接続することができるものである。したがって、第１，第２の圧力源Ｐ１，Ｐ２の吐出圧力が異なる場合、作動流体の低圧，高圧を容易に選択することができるものである。

また、第２制御モータ２３によって第２スプール１９を正転又は逆回転することにより、アクチュエータ６１に対する作動流体の供給方向を容易に切換えることができるものである。そして、上記第２制御モータ２３によって第２スプール１９を正転又は逆回転するとき、第２スプール１９の回転位置を制御することにより、流体流出口３１と第１，第２の流体供給孔４５，４７及び流体流入口３３と第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１との重合関係すなわち開口度（絞り具合）を調整することができ、前記アクチュエータ６１に対する作動流体の供給量を調節できることになり、流量制御を行うことができるものである。すなわち方向制御弁と流量制御弁とを兼ねた構成である。

既に理解されるように、第１実施の形態においては、第１，第２スプール１３，１９は共に内部に形成した中空室を作動流体の流路切換え用の流路として利用する構成であり、上記中空室を形成することによって第１，第２スプール１３，１９を円筒形状に形成することができるものである。

したがって、例えば容量を大きくすべく全体的構成を大きくした場合であっても第１，第２スプール１３，１９の肉厚を必要厚さに保持すれば良いものであって、第１，第２スプール１３，１９の軽量化を図ることができるものである。よって、第１，第２スプール１３，１９の切換え作動を迅速かつ軽快に行うことができ、第１，第２制御モータ２１，２３が大型化することを抑制できて、容量の大きさに比較して全体的構成のコンパクト化を図ることができるものである。

図５は第２実施の形態を示すものである。この第２の実施の形態においては、第１接続路５７及び第２接続路５９を省略して、第１，第２の流体供給孔４５，４７及び第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１を共にアクチュエータ６１に、接続路Ｌ１，Ｌ２を介して接続した構成であって、その他の構成は第１の実施の形態とほとんど同一であって同一の作用，効果を奏するものであるから、同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

図６は第３の実施の形態を示すものである。この第３の実施の形態においては、第１，第２の制御モータ２１，２３をそれぞれリニアモータ等のごときリニアアクチュエータとなし、かつ第１，第２のスプール１３，１９を軸方向に摺動自在に設けた構成である。すなわち第１，第２のスプール１３，１９を軸方向に摺動することによって、前述した第１実施の形態と同一の作用，効果を奏し得る構成としたものである。

すなわち、第１実施の形態においては第１，第２のスプール１３，１９の作動方向が回動方向の構成であるのに対して、この第３実施の形態においては第１，第２のスプール１３，１９の作動方向が軸方向の構成であるから、その作動方向が相違するのみである。したがって、第１，第２のスプール１３，１９の作動方向の相違により、第１スプール１３に設けた流入口２５に対して第１，第２の圧力ポート３７，３９の配置関係が作動方向すなわち軸方向の配置関係になり、かつ流出口２７を軸方向に長く形成してある。

また、第２スプール１９においても第１スプール１３同様に軸方向に摺動するものであるから、流体流入口２９，排出口３５を軸方向に長くし、かつ第１，第２の流体供給孔４５，４７は流体流出口３１の軸方向の両側に配置してあり、第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１は流体流入口３３の軸方向の両側に配置してある。

したがって、第３実施の形態においては、第１スプール１３を軸方向に摺動することにより流入口２５を第１，第２の圧力ポート３７，３９と選択的に接続でき、第２スプール１９を軸方向に摺動することによりアクチュエータ６１へ供給する作動流体の供給方向を切換え制御できるものであって、前述した第１の実施の形態と同一の作用，効果を奏するものである。

なお、この第３の実施の形態においても、第１，第２の接続路５７，５９を省略して、第１，第２のアクチュエータ接続孔４９，５１を、第２の実施の形態と同様にアクチュエータ６１に接続しても良いものである。

既に理解されるように、第１，第２のスプール１３，１９を共に回動自在又は摺動自在に設ける構成ができるものであるから、図７，図８に示すように、第１，第２のスプール１３，１９の適宜一方を回動自在に設け、他方を摺動自在に設けることができるものである。なお、図７，図８において、前述した実施の形態の構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

ところで、前述の各実施の形態においては、例えば高圧，低圧を切換えるために第１，第２のスプール１３，１９を備えた構成である。しかし、高圧，低圧の切換えの必要がない場合には、第１スプール１３を省略した構成とすることができる。

すなわち、第２スプール１９が回転する形式の場合には図９に示すように、また第２スプール１９が軸方向に摺動する形式の場合には図１０に示すように、第１スプール１３側の構成を省略して、流体流入孔４３を圧力源Ｐと接続した構成とすれば良いものである。なお、その他の構成は前述した第２スプール１９を含む方向制御弁の構成と同一構成であり、同様の作用，効果を奏し得るものであるから、同一機能を奏する構成部分には同一符号を付して重複した説明は省略する。

前記構成において、スプールの動作をより円滑迅速にし、かつ凹部の軸心とスプールの軸心とが一致した状態に保持する構成として、図１に想像線で示すように、スプールと凹部との間の微小間隙に作動流体を保持するために複数のチャンバーＣを形成して流体軸受的な構成となし、かつ各チャンバーＣを連結路Ｌで圧力源と接続した構成としてある。

本発明の第１実施の形態に係る制御バルブの構成を示す断面説明図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面説明図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面説明図である。 図１におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 本発明の第４の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 本発明の第５の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 本発明の第６の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 本発明の第７の実施の形態に係る制御バルブの断面説明図である。 従来構成の油圧回路の説明図である。

符号の説明

１ 制御バルブ
５ バルブ本体
１１ 中空室 １３ 第１スプール
１５ 第１中空室
１７ 第２中空室
１９ 第２スプール
２１ 第１制御モータ
２３ 第２制御モータ
２５ 流入口
２７ 流出口
２９，３３ 流体流入口
３１ 流体流出口
３５ 排出口
３７ 第１圧力ポート
３９ 第２圧力ポート
４１ 流出孔
４３ 流体流入孔
４５ 第１流体供給孔
４７ 第２流体供給孔
４９ 第１アクチュエータ接続孔
５１ 第２アクチュエータ接続孔
５３ ドレンポート
６１ アクチュエータ

Claims (3)

1. バルブ本体に設けた凹部内に、中空室を備えた円筒形状のスプールを回転自在に嵌合して設け、前記バルブ本体に設けた圧力ポートと接続自在の流入口を前記スプールに設けると共に当該スプールに設けた流出口と接続自在の流出孔を前記バルブ本体に設け、前記スプールと前記凹部との間の微小間隙に作動流体を保持するためのチャンバーを備えていることを特徴とする制御バルブ。
2. 請求項１に記載の制御バルブにおいて、前記スプールの両端側の複数箇所に前記チャンバーを備えていることを特徴とする制御バルブ。
3. 請求項１又は２に記載の制御バルブにおいて、前記バルブ本体に、高圧，低圧を切換えるスプールとアクチュエータに対する作動流体の供給方向を切換えるスプールとを備えていることを特徴とする制御バルブ。

Images