JP2005514564A

JP2005514564A - スプールバルブ

Info

Publication number: JP2005514564A
Application number: JP2003558351A
Authority: JP
Inventors: エレンス，マーク，ウイリアム; カイパー，ジャン; ウッド，ニール，ウェスリー，デニス; ウィニスキー，スティーブン，マイケル; マーク，ランドール，テオドール
Original assignee: テレフレックスカナダインコーポレーテッド
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: EP1472461B1; US6651574B1; WO2003058073A1; JP4088894B2; DE60308820D1; DE60308820T2; EP1472461A1; ATE341715T1; AU2003201236A1

Abstract

バルブは長軸を有した長形筒穴を備えたハウジング（５８）と、長軸と平行に筒穴内で往復運動するように搭載されたスプール（８０）とを含んでいる。ハウジング（５８）はハウジング通路（６２）を有しており、スプールはスプール通路（８２）を有している。それら通路は筒穴に沿ったスプール（８０）の少なくとも１軸方向位置で整合し、流体をスプール（８０）とハウジング（５８）の間に流させる。スプールまたはハウジングの一方の通路（８２）は軸に平行な第１溝を含んでいるが、第１溝はその一方を完全には周延していない。別のスプールまたはハウジングの通路はその別のものを周延する第２溝を含んでいる。

Description

本発明はスプールバルブに関し、特に船尾駆動用スプールバルブに関する。

従来のスプールバルブは中心を延びる筒穴を有した外側部材（ハウジング）を含んでいる。スプールはその筒穴内で往復運動するように搭載される。筒穴の内部は周延溝を有しており、スプールの外側も周延溝を有している。スプールの溝は筒穴に対するスプールの軸方向位置により筒穴の溝と整合状態あるいは非整合状態となる。

スプールの溝の１つが筒穴の溝の１つと整合状態となれば、外側部材とスプールとの間で比較的に広い流通領域で流体が直ちに提供される。よって、外側部材とスプールとの間での流体の急通流が直ちに発生するであろう。利用形態によってはこの作用は不都合である。例えば、スプールバルブが船内/船外用、船外用または船内用駆動装置の操舵シリンダに使用されるとき、典型的なスプールバルブのこの特徴は問題を提起する。種類によっては船尾駆動装置は横方向に振動し、スプールの溝の１つが外側部材の溝の１つと整合したときに全流体圧を直ちに適用するそのようなスプールの使用によってその振動特性が問題を引き起こす。

特定タイプの操舵シリンダにおいては、シリンダの外側はスプールバルブ用のスプールとして作用する。外側部材は、外側部材とシリンダの外部との間で相対的な軸方向運動を起すようにシリンダの外周に沿って延びる。この場合、バルブスプールのサイズは実質的に固定され、バルブが開くと流れる流体量はバルブスプールのサイズを減少させることでは制御できない。

従って、本発明の１目的は、スプールと外側部材の両方に環状溝を有した従来スプールバルブと比較してバルブを通過する流体流が制限される改良型スプールバルブの提供である。

本発明の別目的は、バルブが全開であるときにバルブを通過して流れる場合と較べてバルブが当初に開くとバルブを通過する当初流体量が減少する改良型スプールバルブの提供である。

本発明の別目的は、アクチュエータハウジングがスプールバルブ用のスプールとして作用し、スプールと外側部材の両方に環状溝を有した従来のスプールバルブと比較してスプールバルブを通過して流れる流体量が制御される改良型のアクチュエータとスプールの組み合わせ構造の提供である。

本発明のさらに別目的は、漏出流通路を提供するために従来型スプールバルブに搭載されるセンタリングスプリング、外部ダンパあるいはチャンファを必要とせず、操舵シリンダとの流体量を制御する従来式スプールバルブを使用した同様な装置と比較して駆動装置による振動が低減されている改良型船舶操舵装置の提供である。

本発明の１特徴によれば、長軸を有した長形筒穴を有したハウジングと、その長軸と平行なスプールに沿ったハウジングの相対移動のために筒穴内に往復運動するように搭載されたスプールとを含んだバルブが提供される。ハウジングはハウジング通路を有し、スプールはスプール通路を有している。それら通路は筒穴に沿ったスプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合し、流体はスプールとハウジングの間を通過できる。スプールまたはハウジングの一方の通路は軸と平行で、スプールまたはハウジングのその一方周囲を不完全状態に延びる第１溝を含んでいる。別なスプールまたはハウジングの通路はその別のスプールまたはハウジング周囲を延びる第２溝を含んでいる。

本発明の別の特徴によれば、アクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造が提供される。アクチュエータはスプールバルブ用のスプールを形成するバルブハウジングを有している。スプールバルブは、アクチュエータハウジングと同軸であり、その周囲で延びるバルブハウジングを有している。バルブハウジングは長軸を有した長形筒穴を有しており、スプールは軸に平行なスプールに沿ってハウジングを相対運動させるように筒穴内で往復運動するように搭載されている。バルブハウジングはハウジング通路を有しており、スプールはスプール通路を有している。それら通路は筒穴に沿ったスプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合し、流体はスプールとバルブハウジングの間で流れることができる。スプールまたはハウジングの一方の通路は軸と平行でスプールまたはバルブハウジングのその一方の周囲を不完全状態に延びる第１溝を含んでいる。別のスプールまたはバルブハウジングの通路はその別のスプールまたはバルブハウジングの周囲を延びる第２溝を含んでいる。

本発明の別な特徴によれば、搭載されたアクチュエータとスプールの組み合わせ構造に連結された舵柄を含んだ船舶用操舵装置が提供される。スプールバルブはアクチュエータハウジングと同心であり、アクチュエータハウジング周囲で延びるバルブハウジングを有している。バルブハウジングは長軸を備えた長形筒穴を有しており、スプールは軸と平行なスプールに沿ったハウジングの相対運動のために筒穴内に往復運動できるように搭載されている。バルブハウジングはハウジング通路を有し、スプールはスプール通路を有している。それら通路は筒穴に沿ったスプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合し、流体はスプールとバルブハウジングの間を通過することができる。スプールまたはバルブハウジングの一方の通路は軸に平行で、スプールまたはバルブハウジングのその一方の周囲を不完全状態で延びる第１溝を含んでいる。別なスプールまたはバルブハウジングの通路はその別のスプールまたはバルブハウジングの周囲を延びる第２溝を含んでいる。

本発明は従来のものと比して大きな利点を提供する。本発明は、従来のスプールバルブが開閉するときの急激な流動あるいは停止が不都合である場合に有効なスプールバルブの使用を可能にする。特に、このバルブは船舶用操舵システムでの使用に有効である。本発明は船舶の舵柄に連結された操舵アクチュエータとスプールバルブの組み合わせを提供する。このような組み合わせは従来のシステムで必要とした従来式環状スプール溝上のセンタリングスプリング、外部ダンパまたはチャンファを必要とせずに駆動振動を効果的に低減させる。

図面に沿って解説する。図１は従来技術の典型的なスプールバルブ２０を示す。このバルブは筒穴２２を備えたハウジング２１を有している。筒穴内に往復運動するように受領された筒状外面２６を備えたスプール２４が提供されている。この場合のハウジングは筒穴の内部周囲で延びる３つの間隔が開けられた通路２８、２９、３０を有している。スプールは２つのそのように間隔が開けられ、スプールの外面３７周囲を延びる通路３４、３６を有している。別例ではハウジングとスプールにはそれぞれ別数の通路を提供することができるが、それぞれに少なくとも１通路は必要である。流体はハウジングの少なくとも１つの通路がスプールの１つの通路と整合するときにハウジングとスプールの間を通過する。例えば、図１において、ハウジングの通路２８はスプールの通路３４と部分的に整合しており、流体をスプールとハウジングとの間で流させる。

図２は従来技術で知られた特殊タイプのスプールバルブを図示する。この例ではスプールはシリンダ状外面４０とピストン４４を備えた内部シャフト４２を有したシリンダ状流体アクチュエータ３８の形態である。この例のハウジングはアクチュエータ３８によって形成されるスプール周囲を延びるスリーブ４６の形態である。シリンダの外面４０とスリーブ４６の内部の両方に前出例のごとく周延通路が提供されると問題が発生する。スプールの通路の１つが、例えば前出例の通路３４と２８のごときハウジングの通路の１つと整合すると、制御不能な大量の流体が発生する。適用形態によっては大きな障害となる。例えば、そのようなバルブは船内/船外用、船内用または船外用駆動装置のごとき船舶操舵装置に利用される。船内/船外駆動装置と船外駆動装置は駆動振動のために横方向の振動傾向を有する。通路が整合するときの流体の急激な移動は装置を不安定にする傾向がある。このことはスプールがハウジングに対して移動して通路が非整合となって流体が急に停止する場合にも発生する。

図５から図９は本発明の１実施例によるアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造５０を図示する。アクチュエータ５２は本例の場合は油圧（水圧）装置であり、ケーブルチューブマウント５６に連結されたブラケット５４と一体化している。しかし、このことは本発明においては本質ではない。ケーブルチューブ５１は図８の視点で水平移動するようにマウント内に往復運動可能に受領されている。バルブのハウジングは図３、図８、図１３、図１４で詳細に示すようにスリーブ５８の形態である。この実施例ではスリーブは３つの内部周延環状通路６０、６２、６４を有している。本実施例では通路６０、６４は図１４で示すように内部導管６５に連結されている。導管６５は油圧（水圧）用流体タンクに連結された図８、図１３で示す器具６７に連結されている。通路６２は内部通路（図示せず）を介して器具７１に連結されており、器具７１は油圧ポンプあるいは他の加圧流体タンクに連結されている。別実施態様においては異なる数の通路を提供することもできる。但し、スプールとハウジングの両方が少なくとも１つの通路を有していなければならない。本実施例のスプールはケーブルチューブ５１を往復運動式に受領するケーブルチューブマウント６１を有したブラケット５９に連結されている。

前出実施例のごとくにアクチュエータ５２は図１３で示すようにロッド６８に搭載されたピストン６６を有している。ピストンはアクチュエータの筒穴７０内にスライド式に受領される。図８で図示するように、ロッドの外端６９はブラケット１７に連結されている。図１５で示す操舵ケーブル１６０はブラケットに固定式に連結されている。ブラケットは図１５で示す舵柄１５８に回動式に連結されたリンクピン２１を備えた一体型Ｕリンク１９を含んでいる。

スプールバルブ５０はアクチュエータ５２で形成されたスプール上の通路の性格において従来のものとは異なる。アクチュエータは図１０で示すように２本の通路８２と８４を有したシリンダ状外面８０を有している。通路は従来のものとは異なり、外面８０の周囲を完全には延びていない。通路はアクチュエータの外面の長軸９０と平行に延びている。両方の場合、溝で占められた周囲の比較的に小さな部分とは別に、アクチュエータの周囲はシリンダ状表面８０を構成し、バルブの溝間平坦部を提供する。この実施例においては、アクチュエータの筒穴７０は図１３で示す軸９３を有している。この軸は軸９０に対して少々偏心しているが本発明にとって必須なことではない。図６も軸９３に対する外面８０の偏心性を示す。通路８２と８４はどちらの軸に対しても平行に延びる。

図１０はそれぞれの通路が溝８６を含む様子を示す。それぞれの溝は軸９０に対して平行方向で離れた第１端部９１と第２端部９２を有している。各端部９１、９２は本実施例では丸形である。溝はスプールを完全には貫通しておらず、スプールの外面内の浅い凹部として提供されている。このことは図１１と図１２の断面図で示されている。溝は図１２で示すように溝の中央から図１１で示すように溝の端部に向かって浅く加工されている。溝の断面は図１２と図１１との比較で示されるように端部に向かって小さくなっている。

図１０で示されているように、それぞれの通路８２、８４も本実施例ではアクチュエータを含んだスプールを貫通する開口部９６を含んでいる。開口部は溝８６とアクチュエータを軸方向で延びる筒穴９７と連通し、開口部９９を介してシリンダ状筒穴７０と連通する。本実施例の場合、溝８６は底面９３に沿って、端部９１に向かって傾斜する底面９５よりも端部９２に向かってさらに急傾斜している。しかし、他の実施態様では溝の形状は別のものであっても構わない。他の実施形態では表面９３と９５の傾斜は同じである。別実施態様では軸９０に対して軸方向に延びる通路８２と８４はこのハウジング内に収容され、スプールは通路６０、６２、６４のごとき従来の周延通路を有することも可能である。船舶の船尾駆動装置で使用するように設計された本実施例の場合、通路６０と６４は流体の返流用タンクに連結され、通路６２は前述のようにアクチュエータに加圧流体を供給する油圧ポンプに連結されている。通路８４は通路８２とは異なり、開口部９８、筒穴１０１及び開口部１０３を介してアクチュエータの反対側端部に連結されており、スプールバルブは船舶が操舵されている方向に応じてアクチュエータの適当な端部に加圧流体を送るのに使用される。別実施形態では開口部９６と９８及び筒穴９７と１０１は溝並びに別な加圧流体通路と連通する他の開口部と置換できる。

スプール５０は作用において従来のスプールバルブと類似している。スプールの通路８２と８４がハウジングの通路６０、６２、６４と整合状態となると、流体はハウジングとスプールとの間を通過できる。しかし、通路の規制されたサイズと軸方向の形状によって、従来のスプールバルブより流体の制御が厳密に行える。例えば、スプールの通路またはポート８２がハウジングの通路またはポート６０に接近すると、最初の現象は溝８６の端部９１が通路９０上に当接し、スプールとハウジングの間で比較的に規制された流体のみを通過させる。これは端部９１に隣接した溝の浅い形態によるものである。この流量は溝８６と筒穴９６が通路６０とさらに完全連通するように移動すると増加する。同様に、反対方向に通路８２が通路６０から離れるとき、流量は徐々に減少する。

図１５は脚部１５４とプロペラ１５６を含んだ船内/船外駆動装置１５２を備えた船舶１５０を示す。この船内/船外駆動装置はアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造５０に連結された舵柄１５８を前述のように有している。ケーブル１６０はアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造を船の操舵装置と連結される。これはアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造の典型的な設置法であるが、船外駆動装置や船内駆動装置を有した船舶等にも適用できる。あるいは、操舵装置に流体ポンプを含ませ、ケーブルを流体パイプと置換させることもできる。本実施例においては、船舶の船尾に隣接するケーブル１６０の端部はケーブル管５１に連結されており、操舵装置が１方向にあるいは他方向に操舵されたときにケーブル管、ブラケット１７及びロッド６８を図８の右または左に移動させる。例えば、操舵装置が１方向に操舵されると、ロッド６８は図８と図１３の右方向に移動する。このことでブラケット１７は右に移動するが、そのための充分なエネルギーを有さない。しかし、ケーブルの外側ケーシングがマウント６１に連結されているため、ハウジング５８は表面８０に対して反対方向（左）に移動する。ハウジングは移動してホイールが回転する間は左側ポジションに留まる。これでハウジングの通路６２をスプール上の通路８２と直列とし、加圧流体は開口部９６、筒穴９７及び通路９９を通過してシリンダの左に流れる。これでピストン６６を右側に移動させ、図１５で示すブラケット１７、ピン２１及び舵柄１５８を図８の右方向に移動させる。ホイールの移動が停止すると、摩擦の影響でハウジング５８は表面８０に対して右方向に移動し、図１３の位置に戻る。図４の位置と等しいこの位置でハウジング５８の通路６２を通過して入る全加圧流体は通路８２と８４及び通路６０と６４を直接的に通過してタンクに戻る。従って操舵の影響は及ばない。

以上の実施例は本発明の説明のみを目的とし、本発明の限定は意図されていない。

図１は従来技術による典型的なスプールバルブ用のスプールとバルブのポートを示す概略図である。図２は従来技術による流体アクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造断面図である。図３は本発明の１実施例によるスプールバルブとアクチュエータの組み合わせ構造のためのハウジングあるいはスリーブの一部切り欠き斜視図である。図４はそのポートの概略図である。図５は図３と図４の実施例によるスプールバルブとアクチュエータの組み合わせ構造の同寸法図である。図６はその端面図である。図７は図６の反対側端面図である。図８はその側面図である。図９は図６の９-９線に沿った一部断面図である。図１０はアクチュエータシリンダとそのスプールの組み合わせ構造の一部断面側面図である。図１１は図１０の１１-１１線に沿った部分断面図である。図１２は図１０の１２-１２線に沿った部分断面図である。図１３はアクチュエータとスプールバルブの長軸方向断面図である。図１４はハウジングの部分断面図である。図１５はアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造が設置された船舶の平面略図である。

Claims

長軸を有した長形筒穴を備えたハウジングと、該長軸と平行方向での該ハウジングの相対移動を促すため該筒穴内に往復運動式に搭載されたスプールとを含んだバルブであって、該ハウジングはハウジング通路を有し、該スプールはスプール通路を有しており、それら通路は前記筒穴に沿った該スプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合状態となって流体を該スプールと該ハウジングとの間で通過させ、該スプールまたは該ハウジングの一方の通路は、前記長軸と平行に延びているが該スプールまたは該ハウジングの前記一方の周囲を完全には周延していない第１溝を含んでおり、別の該スプールまたは該ハウジングの通路は、該別のスプールまたはハウジングを周延する第２溝を含んでいることを特徴とするバルブ。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方の周囲方向よりも長軸と平行方向のほうが長いことを特徴とする請求項１記載のバルブ。
第２溝は環状であることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
第１バルブは長軸と平行方向で離れている第１端部と第２端部とを有しており、溝は該両端部に向かって減少する断面積を有していることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
スプールまたはハウジングの一方の通路は該一方を貫通して延び、第１溝と連通する開口部を含んでいることを特徴とする請求項４記載のバルブ。
第１溝は第２端部よりも第１端部に向かってさらに急傾斜する底部を有していることを特徴とする請求項５記載のバルブ。
ハウジングまたはスプールの一方は第１溝と略同一であり、該第１溝とは離れて提供されている第３溝を有していることを特徴とする請求項６記載のバルブ。
別のハウジングまたはスプールは第２溝と略同一であり、該第２溝並びに互いから離れて提供されている第４溝と第５溝とを有していることを特徴とする請求項７記載のバルブ。
第１溝及び第３溝はスプール内に提供され、第２溝、第４溝及び第５溝はハウジング内に提供されていることを特徴とする請求項８記載のバルブ。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方に提供された浅い凹状部であることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
アクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造であって、該アクチュエータは該スプールバルブ用のスプールを形成する外側部分を備えたアクチュエータハウジングを有しており、該スプールバルブは該アクチュエータハウジングとは同心であり、その周囲で延びるバルブハウジングを有しており、該バルブハウジングは長軸を備えた長形筒穴を有しており、該スプールは該長軸と平行方向での該ハウジングの相対移動を促すため該筒穴内に往復運動式に搭載されており、該バルブハウジングはハウジング通路を有し、該スプールはスプール通路を有しており、それら通路は前記筒穴に沿った該スプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合状態となって流体を該スプールと該ハウジングとの間で通過させ、該スプールまたは該ハウジングの一方の通路は、前記長軸と平行に延びているが該スプールまたは該ハウジングの前記一方の周囲を完全には周延していない第１溝を含んでおり、別の該スプールまたは該ハウジングの通路は、該別のスプールまたはハウジングを周延する第２溝を含んでいることを特徴とする組み合わせ構造。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方の周囲方向よりも長軸と平行方向のほうが長いことを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ構造。
第２溝は環状であることを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ構造。
第１バルブは長軸と平行方向で離れている第１端部と第２端部とを有しており、溝は両端部に向かって減少する断面積を有していることを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ構造。
スプールまたはハウジングの一方の通路は該一方を貫通して延び、第１溝と連通する開口部を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の組み合わせ構造。
第１溝は第２端部よりも第１端部に向かってさらに急傾斜する底部を有していることを特徴とする請求項１５記載の組み合わせ構造。
ハウジングまたはスプールの一方は第１溝と略同一であり、該第１溝とは離れて提供されている第３溝を有していることを特徴とする請求項１６記載の組み合わせ構造。
別のハウジングまたはスプールは第２溝と略同一であり、該第２溝並びに互いから離れて提供されている第４溝と第５溝とを有していることを特徴とする請求項１７記載の組み合わせ構造。
第１溝及び第３溝はスプール内に提供され、第２溝、第４溝及び第５溝はハウジング内に提供されていることを特徴とする請求項１８記載の組み合わせ構造。
アクチュエータは流体アクチュエータであり、アクチュエータハウジングは内部筒穴を有しており、該アクチュエータは該筒穴内に往復運動式に受領されたピストンを含んでいることを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ構造。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方に提供された浅い凹状部であることを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ構造。
船舶用操舵装置であって、搭載されたアクチュエータとスプールバルブの組み合わせ構造に連結された舵柄を含んでおり、該アクチュエータは該スプールバルブ用のスプールを形成する外側部分を備えたアクチュエータハウジングを有しており、該スプールバルブは該アクチュエータハウジングとは同心であり、その周囲で延びるバルブハウジングを有しており、該バルブハウジングは長軸を備えた長形筒穴を有しており、該スプールは該長軸と平行方向での該ハウジングの相対移動を促すため該筒穴内に往復運動式に搭載されており、該バルブハウジングはハウジング通路を有し、該スプールはスプール通路を有しており、それら通路は前記筒穴に沿った該スプールの少なくとも１つの軸方向位置で整合状態となって流体を該スプールと該ハウジングとの間で通過させ、該スプールまたは該ハウジングの一方の通路は、前記長軸と平行に延びているが該スプールまたは該ハウジングの前記一方の周囲を完全には周延していない第１溝を含んでおり、別の該スプールまたは該ハウジングの通路は、該別のスプールまたはハウジングを周延する第２溝を含んでいることを特徴とする操舵装置。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方の周囲方向よりも長軸と平行方向のほうが長いことを特徴とする請求項２２記載の操舵装置。
第２溝は環状であることを特徴とする請求項２２記載の操舵装置。
第１バルブは長軸と平行方向で離れている第１端部と第２端部とを有しており、溝は両端部に向かって減少する断面積を有していることを特徴とする請求項２２記載の操舵装置。
スプールまたはハウジングの一方の通路は該一方を貫通して延び、第１溝と連通する開口部を含んでいることを特徴とする請求項２５記載の操舵装置。
第１溝は第２端部よりも第１端部に向かってさらに急傾斜する底部を有していることを特徴とする請求項２６記載の操舵装置。
ハウジングまたはスプールの一方は第１溝と略同一であり、該第１溝とは離れて提供されている第３溝を有していることを特徴とする請求項２７記載の操舵装置。
別のハウジングまたはスプールは第２溝と略同一であり、該第２溝並びに互いから離れて提供されている第４溝と第５溝とを有していることを特徴とする請求項２８記載の操舵装置。
第１溝及び第３溝はスプール内に提供され、第２溝、第４溝及び第５溝はハウジング内に提供されていることを特徴とする請求項２９記載の操舵装置。
アクチュエータは流体アクチュエータであり、アクチュエータハウジングは内部筒穴を有しており、該アクチュエータは該筒穴内に往復運動式に受領されたピストンを含んでいることを特徴とする請求項３０記載の操舵装置。
第１溝はスプールまたはハウジングの一方に提供された浅い凹状部であることを特徴とする請求項２２記載の操舵装置。