【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプール形方向制御弁（スプール弁）に用いるスプールに作用する流体力の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁本体摺動穴を軸方向に摺接するスプールにより流路を切換えるスプール弁タイプの方向制御弁の内、４ポート方向制御弁（４ポート切換弁）は、図６に示すように、本体１１に明けられた摺動穴１２に環状の供給ポート１４と、供給ポートを中心に左右対称に設けられた環状の２つの負荷ポート１５，１６と、負荷ポートの両外側に設けられた環状の戻りポート１７，１８とが設けられている。一方、スプール３１はスプリング２４により中立位置に保持され、スプール３１は中立位置において供給ポート１４に開口する環状の中央凹部３３と、中央凹部の両側対称に設けられ負荷ポート１５，１６を供給ポート１４と遮断するようにされた２つのランド部３２ａ，３２ｂとが設けられている。ソレノイド２２によりスプール３１を図で見て右側に移動させ、供給ポート１４を負荷ポート１６と連通させ、同時に他方の負荷ポート１５を隣接する側の戻りポート１７と連通可能にすることにより、流体を供給ポートから負荷ポートに供給し、供給ポートから戻りポートに戻し、流体の切換を行っている。なお、他のスプール形状とすることにより、流路の選択を適宜変更可能である。
【０００３】
かかる方向制御弁においては、供給ポートから負荷ポートへの流体の噴出に伴い、スプールにはスプール操作力に抵抗する流体力が働く。この流体力を低減するため、種々のものがある。図７に示すものはこの基本的なものであり、スプール４１の両端の戻りポート１７，１８側に流体補償用ポケット４２，４３を設けたものである。詳述すると図７のものは、スプール４１が右方向に移動し、流体が供給ポート１４から負荷ポート１６に流れ、負荷４４を介して流体が負荷ポート１５に戻りタンクポート１７に流れる状態を示している。供給ポート１４から負荷ポート１６に流体が流れる際、スプール両壁面には圧力不均衡が発生し、その結果スプール４１を閉じようとする力ＦＢが発生する。負荷ポート１５から戻りポート１７への主な流れとして角度θ１で負荷ポート１５から戻りポート１７に流れ込む流量４５と、角度θ２で傾斜面４２ａに沿って流れる流量４６が考えられる。この流れによって生じるスプール４１の軸方向の力は、スプール進行方向を正とすると、
Ｆｆ１＝−Ｑρ（Ｕ１ｃｏｓθ１−Ｕ２ｃｏｓθ２）
Ｑ：流量、Ｕ１：流量４５の流速、Ｕ２：流量４６の流速、ρ：圧油の密度
で表される。そこで、Ｆｆ１が正の方向、つまりスプール進行方向となるようにθ１＞θ２の関係を傾斜面４２ａの角度で調整している。これにより流体力ＦＢと打ち消し合う構造になっている。更に戻りポート内に旋回流４７発生させることによって更にスプール進行方向の力Ｆｆ２を得ることで流体反力低減している（例えば、特許文献１，２、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、このものでは、戻りポート１７，１８に戻る流量がない時には流体反力低減効果は得られない。またθ１、θ２は、供給ポート１４から負荷ポート１６に流れ込む流量と負荷ポート１５から戻りポート１７に流れ込む流量が同一である時に理想の流体反力低減効果を得るように決定する場合が多い。よってアクチュエータが面積差のあるシリンダ等の場合、供給側より戻り流量が少ないときは効果が少なく、逆に供給側より戻り流量が多いときは効果が効き過ぎとなり、逆向きの力が発生する等の問題がある。そこで、図８に示すようにスプール５１に中央に幅広の中央ランド５３を設け、この中央ランドの両側にそれぞれ負荷ポート１５，１６に連通する凹部を設け、この凹部に図７で示したスプール弁両端のポケット４２，４３と同様な流体補償用ポケット５４，５５を設け、供給ポート１４から一方の負荷ポート１５，１６へ、あるいは他方の負荷ポート１６，１５へ流体を供給する場合にそれぞれ供給ポート１４と負荷ポート１５，１６間で流体補償をするようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このものは、供給ポート１４を幅広の中央ランド５３で閉じるようにしているので、構造が複雑で供給ポートから負荷ポート１５，１６への流路が制限され圧力損失が大きいという問題があった。また、ＩＳＯ４４０１で規定されている油圧用４ポート切換弁の取付面を有するいわゆる標準タイプの切換弁においては寸法制限があるため、ポート間長さに制限があり、必ずしも適切な形状のポケット５４，５５を２箇所に設けることは困難であった。そこで、図９に示すように、図６、７に示したと同様、中央凹部６３と両側に負荷ポートをそれぞれ開閉する２つのランド６２ａ，６２ｂを有するスプール６１の中央凹部に供給ポートより幅の狭い鍔状のランド６４を設けている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２６９０８４号公報
【特許文献２】
特開平１１−８２７６７号公報
【非特許文献１】
竹中利夫、浦田暎三 共著「油圧制御」、第２版第４刷、丸善株式会社、昭和６１年２月２０日、ｐ．８８−８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鍔状のランド６４により供給ポート１４近傍の流路を絞るので依然として圧力損失が大きいという問題があった。また、鍔状のランド６４の両側に前述のようなポケット６５，６６を設けるためには、軸方向長さを確保しなければならないという問題があった。また構造が複雑であった。
【０００８】
本発明の課題は係る問題点に鑑みて、軸方向の長さ、特にポート間長さを大きくすることなく、汎用に適した、構造が簡単で、圧力損失の少ない、供給ポートと負荷ポート間で流体補償を得られるスプールを有するスプール弁を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本出願人は、特願２００２−１５５６７６号で別途出願した発明をしたが、この発明は供給ポートからいずれの負荷ポートにも油の供給が可能な構造である３位置タイプに適応する発明であった。３位置タイプでは供給ポートから両方の負荷ポートへの流体流れがあるため中央凹部は左右対称形状となっているが、供給ポートから決まった一方の負荷ポートへの供給しかない２位置タイプにおいては前述の発明に基づき左右対称形状より、非対称形状のスプールを用いることにより、更に流体反力低減効果が得られることを知得した。
【００１０】
この知得により、本発明においては、本体に設けられた摺動穴と、該摺動穴を摺動可能にされたスプールと、を備え、前記摺動穴は環状の供給ポートと、該供給ポートを中心に左右対称に設けられた環状の２つの負荷ポートと、該負荷ポートの両外側に設けられた環状の戻りポートと、を有し、前記スプールは、中立位置において前記供給ポートに開口する環状の中央凹部と、該中央凹部の両側対称に設けられ前記負荷ポートと前記供給ポートとを遮断するようにされた２つのランド部と、を備え、前記スプールの変位に伴い供給ポートを決まった一方の負荷ポートのみと連通させ、同時に他方の負荷ポートを隣接する側の前記戻りポートと連通可能にされた方向制御弁において、前記中央凹部中心より前記一方の負荷ポート側は外径が平行とされた平行部を有し、前記他方の負荷ポート側は前記中央凹部中心から前記ランド部端に向かって外径が漸増するようにされた外径漸増部を有する２位置スプール弁を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１１】
即ち、中央凹部の流体流入側に、中央凹部中心からランド部端に向かって外径が漸増するようにしたので、供給ポートより流入した流体はスプールの外径端から中央に向かって、表面に沿って流れ、一方の負荷ポートに流れ、中央凹部に滞留部分がほとんどなくなるので流体力低減効果を生じる。
【００１２】
中央凹部中心からランド部端に向かって外径が漸増する為には、前記外径が直線上に漸増する円錐形状にするのがよい（請求項２）。加工が簡単で精度も高い。また、直線上でなく外径が円弧上に漸増する鼓形状にしてもよい（請求項３）。また、必ずしも連続面でなくてもよく、外径が不連続に漸増する対向する筍形状にしてもよい（請求項４）。
【００１３】
より具体的には、外径の漸増量はスプール中心軸に対する片側角度にして１５°以上３５°以下が好ましく、かつ前記スプールランド部端の中央凹部外径がランドの外径の０．６以上０．８以下とするのがよい（請求項５）。外径の漸増量は２５°が最も好ましく、１５°未満、３５°超では、流体力低減効果が少なくなる。中央凹部のランド部端の外径は０．７以上が好ましく、０．６未満で流速が遅くなり、流体力低減効果が少ないからである。
【００１４】
なお、スプール中央凹部に流体力補償部を設けたが、従来と同様、スプールの戻り側に流体補償用ポケットを追加しても、しなくてもよく、適宜選択するのはいうまでもない。スプール戻り側に流体補償用ポケットを用いればより大きな流体力を補償できる。また、スプール戻り側に流体補償用ポケットを用いなければ、戻りポート近傍の軸方向長さは短くなる。また、本発明では、戻り流体が生じない場合でも流体力補償が行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態にかかるスプールの側面図、図２は図１のスプールを用いた電磁式スプール弁の断面図、図３は図２のソレノイドを励磁し、スプールが図で見て右側に作動した状態を示す断面図である。図２において、スプール弁１０は、本体１１に設けられた摺動穴１２にスプール１が摺動可能に配置されている。摺動穴１２には環状の供給ポート１４と、この供給ポートを中心に左右対称に設けられた環状の２つの負荷ポート１５，１６と、この負荷ポートの両外側に環状の戻りポート１７，１８が設けられている。スプール１は、中立位置において供給ポート１４に開口する環状の中央凹部３と、この中央凹部の両側対称に設けられ負荷ポート１５，１６をそれぞれ供給ポート１４と遮断するようにされた２つのランド部２ａ，２ｂが設けられ、ランド部の両端に小径の段付ステム５ａ，５ｂを有している。スプールの段付きステムに当接するようにロッド２１を介して、ソレノイド２２により、押しつけるようにされている。２３はワッシャでありスプリング２４に付勢されスプール１の段付き部６に当接している。ワッシャ２３はさらに本体１１の摺接穴１２の端部１２ａにリング２５を介して当接するようにされ、スプリング２４によりスプール１を中立位置に保持する。中立時は負荷ポート１５，１６はそれぞれランド２ａ，２ｂにより供給ポート１４と遮断されている。
【００１６】
ソレノイド２２を励磁し、ロッド２１によりスプールを変位させる。ソレノイド２２を励磁すると、図３に示すように、スプール１は右側に移動し、ランド２ａの左側の負荷ポート１５と戻りポート１７が連通する。一方、ランド２ｂの左側の供給ポート１４と負荷ポート１６が連通する。このように、スプール１をソレノイド２２により変位させ、供給ポート１４を負荷ポート１６と連通させ、同時に他方の負荷ポートを隣接する側の戻りポート１７と連通可能にされている。ソレノイド２２の励磁を中止すると、スプリング２４のスプリング力によりスプール１は中立位置に戻る。
【００１７】
特に、本発明の実施の形態においては、図１に示すように、スプール１の中央凹部３には軸方向非対称形状であって、中央凹部中心３ｃより一方の負荷ポート１６側は外径が平行とされた平行部３ｂとされ、他方の負荷ポート１５側は中央凹部中心からランド部２ａ端に向かって外径が漸増する傾斜部３ａが設けられている。傾斜部３ａは円錐状にされている。
【００１８】
かかる構成のスプール弁１０において、その作動を説明する。前述したように図３はソレノイド２２を励磁してスプール１が右方向に移動したものである。ソレノイド２２を励磁して供給ポート１４から負荷ポート１６に流体を流し、図示しないシリンダに供給する。シリンダの戻り側より押し出された流体が負荷ポート１５に戻ってきて戻りポート１７に流れる。スプール移動過程において負荷ポート１６とランド２ｂのランド部端２ｄの隙間１９が小さいときに前述した大きな流体力が発生する。ところが、供給ポート１４からの流体はスプール１の傾斜部３ａに沿って流れ隙間１９に流出する。このスプール表面に沿った流れとなることにより、スプール表面の流体流れが殆どない箇所が少なくなる。また、旋回流も発生していると思われる。これによりスプール移動方向と逆向きの力が小さくなり、中央凹部３の両ランド部端２ｃ，２ｄ両壁面の圧力不均衡が低減され、圧力不均衡により生じるスプールを閉じようとする流体力が小さくなると考えられる。
【００１９】
【実施例】
かかる構成の電磁スプール弁について、図１において、傾斜部３ａの外径の漸増量であるスプール中心軸に対する片側角度θを１５°、２５°、３５°とし、また、ランド部端２ｃの中央凹部３の傾斜部の外径φｄをランド径φＤの外径の０．６、０．７，０．８として通過流量に対する切換限界を測定した。なお、バルブサイズは１／８サイズの定格流量４０Ｌｉｔ／ｍｉｎであり、外径はφＤは１３ｍｍ、ランド間の寸法は９．２ｍｍ、ランド幅は９．３ｍｍのスプールを用いた。その結果、これらの範囲では従来のものより１２％〜２０％性能が向上した。特にθが２５°、外径比が０．７の組合せが最も性能が良かった。このように、流体力を低減する力が働くことが実験で確認することができた。
【００２０】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。図４に示すものは、図１で述べた円錐状の傾斜部を直線上でなく外径が円弧上に漸増する鼓形状にしたものである。また、図５に示すものは連続面でなく、外径が不連続に漸増する対向する筍形状にしたものである。中央凹部はかかる形状であっても同様な流体力補償ができる。なお、図４、５について、図１と同様な部分について同符号を付し説明を省略する。なお、実施の形態においては、ソレノイド駆動の場合の電磁式スプール弁（電磁弁）について述べたが、油圧力にて駆動する油圧パイロット形方向制御弁、手動にて駆動する手動形方向制御弁にも適用できることはいうまでもない。また、説明においては、中立時に全てのポート間がブロックされているものについて述べたが、スプール形状、切換位置について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々のものに適用できることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、供給ポートと特定の負荷ポートが連通する２位置タイプの方向切換弁では、中央凹部中心で平行部とランド部端に向かって外径を漸増させ、かつ中央凹部を軸方向非対称形状とすることで供給ポートから負荷ポートへの流出で発生する流体力を供給ポートと負荷ポート間で補償するようにしたので、寸法的に余裕ができ、軸方向の長さ、特にポート間長さを大きくすることなく、汎用に適し、圧力損失が小さく、構造が簡単なスプールを有するスプール弁を提供するものとなった。
【００２２】
また、戻り側補償がなくてもよく、廉価で小型の汎用に適したスプール弁となった。また、従来の汎用品に較べ、流体力補償ができるので、定格流量をそのままとし、ソレノイドを小さくできる。逆に、ソレノイドをそのままとし、定格流量を増加することができ、この場合は、客先においても従来より小型の弁を選択することができ、トータルコストの低減及び装置のコンパクト化に貢献できる。また、戻りポートへの戻り流量がなくてもよいので、供給ポートから負荷ポート１方向にしか流体流れがなく、戻りポートへの流体流れがない使用方法でも流体反力低減効果が得られる。流体力低減によりスプールが従来より切換わり易くなるので、ごみに対して強くなり、信頼性も向上する。
【００２３】
また、中央凹部中心からランド部端に向かって外径が漸増する傾斜部の形状は、円錐形状や、円弧上に漸増する鞍状の鼓形状、筍形状等でもよく、単純なスプール形状であり、加工も簡単で、精度も確保し易く、コストも低いものとなった（請求項２〜４）。
【００２４】
外径の漸増量はスプール中心軸に対する片側角度にして１５°以上３５°以下として、流体力補償を確保し、さらに、スプールランド部端の中央凹部の平行部の外径をランドの外径の０．６以上０．８以下としているので圧力損失が小さく、汎用のものと同等とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるスプール弁（スプール形方向制御弁）のスプールの側面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる図１のスプールを用いた電磁式スプール弁の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる図２のソレノイドを励磁し、スプールが図でみて右側に作動した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態にかかるスプールの側面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態にかかるスプールの側面図である。
【図６】従来の流体力補償を有しない、４ポート電磁弁の断面図である。
【図７】従来の戻りポートに流体力補償を有するスプール弁を示す断面説明図である。
【図８】従来の供給ポート及び戻りポートに流体力補償を有するスプール弁を示す断面図である。
【図９】従来の供給ポート及び戻りポートに流体力補償を有する他のスプール弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スプール
２ａ、２ｂ ランド部
３ 中央凹部
３ａ 外径漸増部
３ｂ 平行部
３ｃ 中央凹部中心
１０ 方向制御弁（スプール弁）
１１ 本体
１２ 摺動穴
１４ 供給ポート
１５ 他方の負荷ポート
１６ 一方の負荷ポート
１７、１８ 戻りポート
θ スプール中心軸に対する片側角度
φｄ ランド部端の中央凹部外径
φＤ ランドの外径[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to reducing a fluid force acting on a spool used in a spool type directional control valve (spool valve).
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 6, a four-port directional control valve (four-port directional control valve) of a spool valve type directional control valve that switches a flow path by a spool that slides in a valve body sliding hole in the axial direction is connected to the main body 11 as shown in FIG. An annular supply port 14 in the drilled slide hole 12, two annular load ports 15, 16 provided symmetrically about the supply port, and annular return ports provided on both outer sides of the load port. 17 and 18 are provided. On the other hand, the spool 31 is held at a neutral position by a spring 24. The spool 31 has an annular central recess 33 opened to the supply port 14 in the neutral position, and the load ports 15 and 16 are provided symmetrically on both sides of the central recess. And two land portions 32a and 32b are provided so as to block the connection. By moving the spool 31 to the right as viewed in the figure by the solenoid 22, the supply port 14 is communicated with the load port 16 and at the same time the other load port 15 is able to communicate with the return port 17 on the adjacent side, so that the fluid is Fluid is switched from the supply port to the load port and from the supply port to the return port. The selection of the flow path can be appropriately changed by adopting another spool shape.
[0003]
In such a directional control valve, fluid force resisting the spool operation force acts on the spool as the fluid is ejected from the supply port to the load port. There are various ways to reduce this fluid force. FIG. 7 shows this basic structure, in which fluid compensation pockets 42 and 43 are provided on the return ports 17 and 18 at both ends of the spool 41. 7 shows a state in which the spool 41 moves to the right, fluid flows from the supply port 14 to the load port 16, and the fluid returns to the load port 15 via the load 44 and flows to the tank port 17. ing. When the fluid flows from the supply port 14 to the load port 16, a pressure imbalance occurs on both wall surfaces of the spool, and as a result, a force FB for closing the spool 41 is generated. As a main flow from the load port 15 to the return port 17, a flow rate 45 flowing from the load port 15 to the return port 17 at an angle θ1 and a flow rate 46 flowing along the inclined surface 42a at an angle θ2 are considered. The axial force of the spool 41 generated by this flow is, assuming that the spool traveling direction is positive,
Ff1 = −Qρ (U1cosθ1-U2cosθ2)
Q: flow rate, U1: flow rate of flow rate 45, U2: flow rate of flow rate 46, ρ: density of pressure oil. Therefore, the relationship of θ1> θ2 is adjusted by the angle of the inclined surface 42a so that Ff1 becomes the positive direction, that is, the spool traveling direction. This has a structure that cancels out the fluid force FB. Further, by generating a swirling flow 47 in the return port, a force Ff2 in the spool advancing direction is further obtained to reduce the fluid reaction force (for example, see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
[0004]
However, in this case, when there is no flow returning to the return ports 17 and 18, the effect of reducing the fluid reaction force cannot be obtained. Θ1 and θ2 are often determined so as to obtain an ideal fluid reaction force reduction effect when the flow rate flowing from the supply port 14 to the load port 16 and the flow rate flowing from the load port 15 to the return port 17 are the same. Therefore, when the actuator is a cylinder or the like having a different area, the effect is small when the return flow rate is smaller than the supply side, and conversely, when the return flow rate is larger than the supply side, the effect is too effective, and a reverse force is generated. There is a problem. Therefore, as shown in FIG. 8, a wide central land 53 is provided in the center of the spool 51, and concave portions communicating with the load ports 15 and 16 are provided on both sides of the central land, and the spool valve shown in FIG. Fluid compensation pockets 54 and 55 similar to the pockets 42 and 43 at both ends are provided, and when the fluid is supplied from the supply port 14 to one of the load ports 15 and 16 or to the other load port 16 and 15, the supply port is provided. A fluid compensator between the load port 14 and the load ports 15 and 16 is disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0005]
However, in this case, since the supply port 14 is closed by the wide central land 53, there is a problem that the structure is complicated, the flow path from the supply port to the load ports 15, 16 is restricted, and the pressure loss is large. Was. Further, since there is a dimensional restriction in a so-called standard type switching valve having a mounting surface for a hydraulic four-port switching valve defined by ISO 4401, the length between the ports is limited, and the pocket 54, which has an appropriate shape, is not necessarily required. It was difficult to provide 55 at two places. Therefore, as shown in FIG. 9, similarly to FIGS. 6 and 7, the central recess 63 and the central recess of the spool 61 having two lands 62a and 62b for opening and closing the load ports on both sides are narrower than the supply port. A flange-shaped land 64 is provided (for example, see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-269084 [Patent Document 2]
JP-A-11-82767 [Non-Patent Document 1]
Toshio Takenaka and Eizo Urata, "Hydraulic Control," Second Edition, Fourth Edition, Maruzen Co., Ltd., February 20, 1986, p. 88-89
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the flow path near the supply port 14 is restricted by the flange-shaped land 64, there is a problem that the pressure loss is still large. Further, in order to provide the above-described pockets 65 and 66 on both sides of the flange-shaped land 64, there is a problem that the axial length must be secured. Also, the structure was complicated.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems, the present invention does not increase the length in the axial direction, in particular, the length between ports, and is suitable for general use, has a simple structure, has low pressure loss, and has a small pressure loss between a supply port and a load port. To provide a spool valve having a spool with which fluid compensation can be obtained.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present applicant has made an invention separately filed in Japanese Patent Application No. 2002-155676. However, the present invention has a three-position structure in which oil can be supplied from a supply port to any load port. The invention was adapted to the type. In the three-position type, the central recess has a symmetrical shape because there is a fluid flow from the supply port to both load ports. However, in the two-position type in which there is only one fixed load port from the supply port, the above-mentioned is applied. It has been found that the use of a spool having an asymmetric shape rather than a symmetrical shape can further reduce the fluid reaction force.
[0010]
According to this knowledge, the present invention includes a sliding hole provided in the main body and a spool slidable in the sliding hole, wherein the sliding hole has an annular supply port, An annular return port provided on both outer sides of the load port and two annular load ports provided symmetrically about the port, wherein the spool is open to the supply port in a neutral position. An annular central concave portion, and two land portions provided symmetrically on both sides of the central concave portion so as to shut off the load port and the supply port, and the supply port is determined according to the displacement of the spool. In a directional control valve which is made to communicate with only one load port and at the same time, the other load port can communicate with the return port on the adjacent side, the outer diameter of the one load port side is parallel to the center of the central concave portion. A two-position spool valve having a parallel portion, and the other load port side having a gradually increasing outer diameter portion whose outer diameter gradually increases from the center of the central recess toward the end of the land portion. Solved the above-mentioned problem.
[0011]
That is, on the fluid inflow side of the central recess, the outer diameter is gradually increased from the center of the central recess toward the end of the land, so that the fluid flowing from the supply port flows from the outer diameter end of the spool toward the center toward the surface. Flow along one of the load ports, and there is almost no stagnant portion in the central recess, so that a fluid force reducing effect is produced.
[0012]
In order for the outer diameter to gradually increase from the center of the central recess toward the end of the land, it is preferable that the outer diameter be formed in a conical shape that gradually increases linearly. Processing is easy and accuracy is high. Further, the shape may be a drum shape in which the outer diameter gradually increases not on a straight line but on an arc (claim 3). Moreover, the outer surface does not necessarily have to be a continuous surface, and may have an opposing bamboo shoot shape whose outer diameter gradually increases discontinuously (claim 4).
[0013]
More specifically, the gradually increasing amount of the outer diameter is preferably 15 ° or more and 35 ° or less as one side angle with respect to the spool center axis, and the outer diameter of the center recess at the end of the spool land portion is 0.6 or more of the outer diameter of the land. It is better to be 0.8 or less (claim 5). The outer diameter gradually increases most preferably at 25 °, and when it is less than 15 ° or more than 35 °, the effect of reducing the fluid force is reduced. This is because the outer diameter of the land portion end of the central concave portion is preferably 0.7 or more, and if it is less than 0.6, the flow velocity becomes slow and the effect of reducing the fluid force is small.
[0014]
Although the fluid force compensating portion is provided in the center recess of the spool, a fluid compensating pocket may or may not be added on the return side of the spool, as in the conventional case. If a fluid compensation pocket is used on the return side of the spool, a larger fluid force can be compensated. Also, if no fluid compensation pocket is used on the spool return side, the axial length near the return port will be short. Further, in the present invention, fluid force compensation can be performed even when no return fluid is generated.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a side view of a spool according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an electromagnetic spool valve using the spool of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram in which the solenoid of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where the right side is operated. In FIG. 2, a spool valve 10 has a spool 1 slidably disposed in a slide hole 12 provided in a main body 11. The sliding hole 12 has an annular supply port 14, two annular load ports 15, 16 provided symmetrically about the supply port, and annular return ports 17, 18 on both outer sides of the load port. Is provided. The spool 1 has an annular central concave portion 3 opening to the supply port 14 at the neutral position, and two land portions provided symmetrically on both sides of the central concave portion so as to block the load ports 15 and 16 from the supply port 14, respectively. 2a and 2b are provided, and small-diameter stepped stems 5a and 5b are provided at both ends of the land portion. The solenoid 22 presses the rod 21 through the rod 21 so as to contact the stepped stem of the spool. A washer 23 is urged by a spring 24 and abuts the stepped portion 6 of the spool 1. The washer 23 further comes into contact with the end 12a of the sliding contact hole 12 of the main body 11 via a ring 25, and holds the spool 1 at a neutral position by a spring 24. When neutral, the load ports 15 and 16 are disconnected from the supply port 14 by the lands 2a and 2b, respectively.
[0016]
The solenoid 22 is excited, and the spool is displaced by the rod 21. When the solenoid 22 is excited, the spool 1 moves to the right as shown in FIG. 3, and the load port 15 on the left side of the land 2a and the return port 17 communicate. On the other hand, the supply port 14 and the load port 16 on the left side of the land 2b communicate with each other. In this way, the spool 1 is displaced by the solenoid 22, the supply port 14 communicates with the load port 16, and at the same time, the other load port communicates with the return port 17 on the adjacent side. When the excitation of the solenoid 22 is stopped, the spool 1 returns to the neutral position by the spring force of the spring 24.
[0017]
In particular, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the central concave portion 3 of the spool 1 has an axially asymmetric shape, and the outer diameter is parallel to one load port 16 side from the central concave center 3c. The other load port 15 side is provided with an inclined portion 3a whose outer diameter gradually increases from the center of the central recess toward the end of the land portion 2a. The inclined portion 3a has a conical shape.
[0018]
The operation of the spool valve 10 having such a configuration will be described. As described above, FIG. 3 shows a state in which the solenoid 22 is excited to move the spool 1 to the right. When the solenoid 22 is excited, the fluid flows from the supply port 14 to the load port 16 and is supplied to a cylinder (not shown). The fluid pushed out from the return side of the cylinder returns to the load port 15 and flows to the return port 17. When the gap 19 between the load port 16 and the land end 2d of the land 2b is small in the spool moving process, the above-mentioned large fluid force is generated. However, the fluid from the supply port 14 flows along the inclined portion 3 a of the spool 1 and flows out to the gap 19. The flow along the spool surface reduces the number of locations on the spool surface where there is almost no fluid flow. In addition, it is considered that swirling flow is also occurring. As a result, the force in the direction opposite to the direction of movement of the spool is reduced, the pressure imbalance between the two end walls 2c, 2d of the central recess 3 is reduced, and the fluid force for closing the spool caused by the pressure imbalance is reduced. It is considered to be.
[0019]
【Example】
In the electromagnetic spool valve having such a configuration, in FIG. 1, the one-sided angle θ with respect to the spool center axis, which is the amount of gradually increasing the outer diameter of the inclined portion 3 a, is set to 15 °, 25 °, 35 °. The switching limit with respect to the passing flow rate was measured by setting the outer diameter φd of the inclined portion of No. 3 to 0.6, 0.7, 0.8 of the outer diameter of the land diameter φD. The spool used was a 1/8 size rated flow rate of 40 Lit / min, an outer diameter φD of 13 mm, a dimension between lands of 9.2 mm, and a land width of 9.3 mm. As a result, in these ranges, the performance was improved by 12% to 20% over the conventional one. In particular, the combination with θ of 25 ° and the outer diameter ratio of 0.7 had the best performance. As described above, it was confirmed by experiments that the force for reducing the fluid force works.
[0020]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In FIG. 4, the conical inclined portion described in FIG. 1 has a drum shape whose outer diameter gradually increases not on a straight line but on an arc. Further, the one shown in FIG. 5 is not a continuous surface, but has an opposing bamboo shoot shape whose outer diameter gradually increases discontinuously. Even when the central recess has such a shape, the same fluid force compensation can be performed. 4 and 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the embodiment, the solenoid type spool valve (solenoid valve) in the case of the solenoid drive has been described. However, a hydraulic pilot type directional control valve driven by hydraulic pressure and a manual type directional control valve driven manually are used. Needless to say, this can also be applied. Further, in the description, the case where all the ports are blocked at the time of neutrality has been described, but it goes without saying that the spool shape and the switching position can be applied to various types without departing from the spirit of the present invention. .
[0021]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in the two-position type directional control valve in which the supply port and the specific load port communicate with each other, the outer diameter is gradually increased toward the parallel portion and the land end at the center of the central concave portion, and By making the central recess asymmetrical in the axial direction, the fluid force generated by the outflow from the supply port to the load port is compensated between the supply port and the load port. Thus, the present invention provides a spool valve having a spool which is suitable for general use, has a small pressure loss, and has a simple structure without increasing the length between ports.
[0022]
Also, there is no need for return-side compensation, and the spool valve is inexpensive, small and suitable for general use. Also, since the fluid force can be compensated as compared with the conventional general-purpose product, the rated flow rate can be kept as it is, and the solenoid can be made smaller. Conversely, the rated flow rate can be increased while keeping the solenoid intact. In this case, the customer can select a smaller valve than before, which contributes to a reduction in total cost and a reduction in the size of the device. In addition, since there is no need for a return flow to the return port, a fluid reaction force reduction effect can be obtained even in a usage method in which fluid flows only from the supply port to the load port 1 and there is no fluid flow to the return port. The spool is more easily switched by the reduction of the fluid force than before, so that the spool is more resistant to dust and the reliability is improved.
[0023]
The shape of the inclined portion whose outer diameter gradually increases from the center of the central recess toward the end of the land may be a conical shape, a saddle-shaped drum shape gradually increasing on an arc, a bamboo shoot shape, or the like, and is a simple spool shape. The processing is simple, the accuracy is easy to secure, and the cost is low (claims 2 to 4).
[0024]
The amount of increase in the outer diameter should be 15 ° or more and 35 ° or less on one side with respect to the spool center axis to ensure fluid force compensation.Furthermore, the outer diameter of the parallel portion of the central concave portion at the end of the spool land should be the outer diameter of the land. Since it was 0.6 or more and 0.8 or less, the pressure loss was small, and it was possible to make it equivalent to a general-purpose one.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a spool of a spool valve (spool type directional control valve) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an electromagnetic spool valve using the spool of FIG. 1 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the solenoid of FIG. 2 according to the embodiment of the present invention is excited and the spool is actuated to the right as viewed in the drawing.
FIG. 4 is a side view of a spool according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view of a spool according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional four-port solenoid valve without fluid force compensation.
FIG. 7 is an explanatory sectional view showing a conventional spool valve having fluid force compensation in a return port.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional spool valve having fluid force compensation at a supply port and a return port.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another conventional spool valve having fluid force compensation at a supply port and a return port.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spool 2a, 2b Land part 3 Central recess 3a External diameter gradually increasing part 3b Parallel part 3c Central recess center 10 Direction control valve (spool valve)
11 Main body 12 Sliding hole 14 Supply port 15 The other load port 16 One load port 17, 18 Return port θ One side angle φd with respect to spool center axis φd Center concave outer diameter φD at the end of land Land outer diameter of land
