JP2009121627A

JP2009121627A - スプール弁のスプール位置制御装置

Info

Publication number: JP2009121627A
Application number: JP2007297894A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Shimada; 佳幸嶋田; Hironari Kanenawa; 裕也金縄
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】メインスプールの位置誤差を修正する位置フィードバック機構を、メインスプールの軸方向両端部に軸方向移動自在に嵌合されるサブスプールを用いて構成するにあたり、メインスプールおよびサブスプールを中立位置に保持するスプリング数を減少させて、コストダウンを図る。
【解決手段】中立位置保持機構６３を、パイロット室２２に収納される第一スプリング受け部材２５と、サブスプール突出部７ａの基端側に軸方向移動自在に外嵌される第二スプリング受け部材２６と、サブスプール突出部７ａの突出先端部に固定される第三スプリング受け部材２７と、第一スプリング受け部材２５とパイロット室２２の反ボディ側面部２２ａとの間に介装されるメインスプール用スプリング１８と、第二スプリング受け部材２６と第三スプリング受け部材２７との間に介装されるサブスプール用スプリング２０とを用いて構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、パイロット圧によりスプール位置が制御されるスプール弁のスプール位置制御装置の技術分野に属するものである。

一般に、パイロット圧によりスプール位置が制御されるスプール弁において、スプールは、パイロット圧とリターンスプリングの抗力とが釣り合う位置まで移動することになるが、この場合、理論的には、スプールの移動ストロークは、パイロット圧の増減に比例して増減することになる。しかしながら、実際には、スプールに流体の戻し方向抗力が働くため、前記比例関係を維持することは難しい。
そこで、メインスプールに働く戻し方向抗力で生じる位置誤差に応じてその誤差をなくす修正力をスプールに作用させる位置フィードバック機構を設けると共に、該位置フィードバック機構を、メインスプールに軸方向移動自在に嵌合され、メインスプールと同様にパイロット圧を受けて移動するが戻し方向抗力は受けないのでメインスプール位置制御の目標値設定部材として機能するサブスプールを用いて構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３５２３００５号公報

ところで、前記特許文献１において、メインスプールおよびサブスプールは、パイロット圧が作用していない状態ではスプリングの抗力により中立位置に保持されているが、該中立位置保持用のスプリングとして、メインスプールにのみ作用するスプリングと、メインスプールおよびサブスプールに作用するスプリングと、サブスプールにのみ作用するスプリングとの三種類のスプリングが設けられている。つまり、メインスプールとサブスプールとの二つのスプールを中立位置に保持するために三種類のスプリングが必要であって、コスト抑制の妨げになるうえ、構造も複雑になるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ボディ内に軸方向移動自在に嵌合されたメインスプールの中立位置からの移動位置を、メインスプールの軸方向両端側に設けられた各パイロット室に入力されるパイロット圧により制御するスプール位置制御装置において、前記メインスプールの位置誤差を修正するための位置フィードバック機構を、先端側がメインスプール端部から軸方向外方に突出する状態でメインスプールの軸方向両端部に軸方向移動自在に嵌合され、各パイロット室にパイロット圧が入力されていないときはメインスプールに対して所定の相対位置関係となる中立位置に位置し、パイロット圧の入力で中立位置から移動してメインスプール位置制御の目標値設定部材として機能する一対のサブスプールを用いて構成するにあたり、前記メインスプールおよびサブスプールを中立位置に保持する中立位置保持機構を、各パイロット室にメインスプールの軸方向に移動自在に内装される第一スプリング受け部材と、各サブスプールのメインスプール端部からの突出基端側に軸方向移動自在に外嵌されると共に、ボディ、或いはメインスプール端部に当接することで軸方向内方側への移動が規制され、さらに、前記第一スプリング受け部材に係止して該第一スプリング受け部材と一体的に移動する第二スプリング受け部材と、各サブスプールのメインスプール端部からの突出先端部に固定され、前記第一スプリング受け部材に係脱自在に係止することで軸方向外方側への移動が規制される第三スプリング受け部材と、前記各第一スプリング受け部材とパイロット室の反ボディ側面部との間に介装され、第一スプリング受け部材を軸方向内方側に付勢するメインスプール用スプリングと、前記各第二スプリング受け部材と第三スプリング受け部材との間に介装され、第三スプリング受け部材を軸方向外方側に付勢するサブスプール用スプリングとを用いて構成したことを特徴とするスプール弁のスプール位置制御装置である。
請求項２の発明は、第一スプリング受け部材は、外径方向に突出する鍔部が形成された円筒形状をし、その筒内周側に、第二スプリング受け部材、第三スプリング受け部材、およびサブスプール用スプリングが配設される一方、前記鍔部とパイロット室の反ボディ側面部との間にメインスプール用スプリングが介装されることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁のスプール位置制御装置である。

請求項１の発明とすることにより、メインスプールおよびサブスプールを中立位置に保持するためのスプリングとして、メインスプール用スプリングとサブスプール用スプリングとの二種類のスプリングだけしか必要とせず、もって、スプリングの数を可及的に少なくできることになって、部品点数の削減に貢献でき、コストダウンを図れると共に、スプール位置制御に必要なバネ定数やプリセット荷重の設定も簡単になるという利点がある。
請求項２の発明とすることにより、中立位置保持機構をパイロット室に組込むにあたり、サブスプールに予め第二スプリング部材、第三スプリング受け部材およびサブスプール用スプリングを組付け、該組付けたものを第一スプリング受けの筒内周側に組込めば良いことになって、組込みを簡単に行うことができ、生産性に優れる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１はスプール弁であって、該スプール弁１は、ボディ２内に軸方向移動自在に嵌合されたメインスプール３が、パイロット圧により位置制御されるパイロット作動式のものであるが、該スプール弁１の左右両側には、メインスプール３の位置誤差を修正するための一対の位置フィードバック機構４、５が設けられている。該位置フィードバック機構４、５は、メインスプール３に働く流体力などの戻り方向抗力で生じる位置誤差に応じて、該誤差をなくす修正力をメインスプール３に作用させるものであって、メインスプール３に形成される後述の位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃや、メインスプール位置制御の目標値設定部材として機能する後述のサブスプール６、７等を用いて構成される。尚、本実施の形態では、メインスプール３の軸方向を左右方向として説明するが、方向を限定するものでないことは勿論である。

前記メインスプール３は、軸方向中央部に、流体の流れの方向および流量を制御する流体制御部３Ａが形成され、該流体制御部３Ａの軸方向両側に、左右の位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃが形成されている。該位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃは、流体制御部３Ａから連続する基端側部分が流体制御部３Ａと同径の大径部３０１、３０２となり、先端側部分が流体制御部３Ａよりも小径の小径部３０３、３０４となる二段形状をしていると共に、上記大径部３０１、３０２と小径部３０３、３０４との間には、後述する修正圧受圧部８、９が形成されている。

さらに、前記メインスプール３に形成される位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃの軸芯部には、軸方向を向く軸芯孔部１０、１１が穿設されている。そして、該軸芯孔部１０、１１には、左右のサブスプール６、７がそれぞれ軸方向移動自在に嵌合されているが、該サブスプール６、７の先端側は、メインスプール３の左右外端部よりも左右外方に突出しており、該突出部分を、以下、サブスプール突出部６ａ、７ａと称する。

一方、ボディ２は、前記メインスプール３の流体制御部３Ａおよび位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃの大径部３０１、３０２が軸方向移動自在に嵌合される筒孔部１２を有したメインボディ２Ａと、該メインボディ２Ａの左右両側に組み付けられ、位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃの小径部３０３、３０４が軸方向移動自在に嵌合される筒孔部１３、１４を有した左右のサブボディ２Ｂ、２Ｃとを用いて形成されており、さらに、該ボディ２の左右両側には、左右のカバー１５、１６が組み付けられている。

前記左右のカバー１５、１６には左右のパイロットポート２３、２４がそれぞれ形成されており、而して、左右のカバー１５、１６内は、パイロット圧が入力される左右のパイロット室２１、２２になっていると共に、該左右のパイロット室２１、２２には、後述する左右のメインスプール用スプリング１７、１８および左右のサブスプール用スプリング１９、２０がそれぞれ収納されている。

前記メインスプール用スプリング１７、１８、サブスプール用スプリング１９、２０は、それぞれメインスプール３、サブスプール６、７を中立位置に保持するためのスプリングであって、何れも圧縮スプリングを用いて形成されている。前記中立位置は、両パイロット室２１、２２にパイロット圧が入力されていないときのメインスプール３、サブスプール６、７の位置であるが、該中立位置のとき、メインスプール３の左右端面は、左右のサブボディ２Ｂ、２Ｃの左右外方側端面と面一状になるように設計されている。
尚、本実施の形態では、上述したように、メインスプール３が中立位置のとき、該メインスプール３の左右端面と左右のサブボディ２Ｂ、２Ｃの左右外方側端面とが面一状になるように設計されているが、これは、後述する第二スプリング受け部材２６の本実施の形態の形状に対応させた設計であって、第二スプリング受け部材２６の形状によっては、面一状でなくても良い。

次いで、前記左右のパイロット室２１、２２に設けられるメインスプール３、サブスプール６、７の中立位置保持機構６２、６３について説明するが、この場合、左右対称ではあるが同一構造であるため、右側のパイロット室２２に設けられる中立位置保持機構６３を例にとって、図２に基づいて説明する。

２５はパイロット室２２に左右方向移動自在に内装される第一スプリング受け部材であって、該第一スプリング受け部材２５は、左右両端側が開口し、且つ、左端部に外径方向に突出する鍔部２５ａが形成された円筒形状をおり、その筒内部には、前記サブスプール突出部７ａ（メインスプール３の右端よりも右方に突出するサブスプール７の部分）が挿通されている。そして、該第一スプリング受け部材２５の鍔部２５ａとパイロット室２２の右側面部（反ボディ側面部）２２ａとの間にはメインスプール用スプリング１８が介装されており、該メインスプール用スプリング１８のバネ力によって、第一スプリング受け部材２５は左方向に付勢されるようになっている。一方、鍔部２５ａの左端面はサブボディ２Ｃの右端面に対向しており、該サブボディ２Ｃの右端面に鍔部２５ａが当接することでこれ以上の第一スプリング受け部材２５の左方向の移動が規制されている。さらに、第一スプリング受け部材２５の筒内周面部には、後述する第二スプリング受け部材２６の鍔部２６ａの右端面が係止する基端側係止部２５ｂと、第三スプリング受け部材２７の右端面が係脱自在に係止する先端側係止部２５ｃとが形成されている。尚、第一スプリング受け部材２５は、前述したように左右両端側が開口していると共に、筒内外を貫通する連通孔２５ｄが形成されていて、第一スプリング受け部材２５の筒内部とパイロット室２２とは連通状態になっている。

一方、第二スプリング受け部材２６は、前記第一スプリング受け部材２５の内周側に位置する状態で、サブスプール突出部７ａの突出基端側に軸方向移動自在に外嵌されていると共に、該第二スプリング受け部材２６の左端部には、外径方向に突出する鍔部２６ａが形成されている。該鍔部２６ａの左端面は、メインスプール３の右端面およびサブボディ２Ｃの右端面に対向しており、これにより第二スプリング受け部材２６は、メインスプール３が中立位置よりも右方向に位置している場合は、該メインスプール３の右端面に鍔部２６ａの左端面が当接し、また、メインスプール３が中立位置よりも左方向に位置している場合は、鍔部２６ａの左端面がサブボディ２Ｃの右端面に当接することで、これ以上の第二スプリング受け部材２６の左方向の移動が規制されるようになっている。一方、鍔部２６ａの右端面は、前記第一スプリング受け部材２５の基端側係止部２５ｂに対向しているが、前述したように、第一スプリング受け部材２５はメインスプール用スプリング１８のバネ力によって左方向に付勢されているため、第一スプリング受け部材２５の基端側係止部２５ｂは常に第二スプリング受け部材２６の鍔部２６ａの右端面に係止しており、これによって第一スプリング受け部材２５と第二スプリング受け部材２６とは一体的に左右移動するようになっている。

また、第三スプリング受け部材２７は、前記第一スプリング受け部材２５の内周側に位置する状態で、サブスプール突出部７ａの突出先端部にボルト２８を介して一体的に固定されている。また、該第三スプリング受け部材２７の右端面は、前記第一スプリング受け部材２５の先端側係止部２５ｃに対向しており、而して、第三スプリング受け部材２７は、サブスプール７と一体的に左右移動すると共に、該第三スプリング受け部材２７の右方向の移動は、右端面が第一スプリング受け部材２５の先端側係止部２５ｃに係止することで規制されるようになっている。さらに、前記第二スプリング受け部材２６の鍔部２６ａと第三スプリング受け部材２７との間にはサブスプール用スプリング２０が介装されており、該サブスプール用スプリング２０のバネ力によって、第二スプリング受け部材２６は左方向（鍔部２６ａの左端面がメインスプール３の右端面に当接する方向）に付勢される一方、第三スプリング受け部材２７は右方向（右端面が第一スプリング受け部材２５の先端側係止部２５ｃに係止する方向）に付勢されている。
ここで、前記メインスプール用スプリング１８のプリセット荷重（初期抗力）は、サブスプール用スプリング２０よりも大きく設定されていて、サブスプール用スプリング２０のバネ力によってメインスプール用スプリング１８が圧縮されることがないように、つまり、サブスプール用スプリング２０のバネ力で右方向に付勢される第三スプリング受け部材２７によって第一スプリング受け部材２５が右方向に移動することがないように設定されている。

そして、左右のメインスプール用スプリング１７、１８のバネ力は、第一スプリング受け部材２５、２５および第二スプリング受け部材２６、２６を介してメインスプール３に作用する。つまり、左右両方のパイロット室２１、２２にパイロット圧が入力されていない状態ではメインスプール３は中立位置に位置しているが、この状態では、メインスプール用スプリング１７、１８のバネ力によって、第一スプリング受け部材２５、２５および第二スプリング受け部材２６、２６は、鍔部２５ａ、２５ａ、２６ａ、２６ａがサブボディ２Ｂ、２Ｃに当接する初期位置に保持されている。

この状態から、左側パイロット室２１にパイロット圧が入力されると、該パイロット圧がメインスプール３の左端面に作用してメインスプール３は右方向に移動するが、該メインスプール３の右端面が右側パイロット室２２の第二スプリング受け部材２６の鍔部２６ａを押圧することで該第二スプリング受け部材２６が右方向に移動し、さらに該第二スプリング受け部材２６に係止している第一スプリング受け部材２５も一体的に右方向に移動する。該第一スプリング受け部材２５の右方向の移動は、右側メインスプール用スプリング１８のバネ力に抗して行なわれ、而して、メインスプール３の右方向への移動は、右側メインスプール用スプリング１８のバネ力に抗して行なわれることになる。このとき、第一スプリング受け部材２５の右方向への移動に伴って第三スプリング受け部材２７も右方向に移動し、これにより右側サブスプール７も、メインスプール３との相対位置関係を保持したままの状態で右方向に移動する。同様に、右側パイロット室２２へのパイロット圧の入力に伴うメインスプール３の左方向の移動は、左側メインスプール用スプリング１７のバネ力に抗して行なわれると共に、このとき左側サブスプール６は、メインスプール３との相対位置関係を保持したままの状態で左方向に移動する。即ち、メインスプール３は、パイロット圧が入力されていない状態では、左右のメインスプール用スプリング１７、１８のバネ力によって中立位置に保持されると共に、パイロット圧が入力されることにより上記左右のメインスプール用スプリング１７、８のバネ力に抗して左右移動するようになっている。

一方、左右のサブスプール用スプリング１９、２０のバネ力は、第二スプリング受け部材２６、２６および第三スプリング受け部材２７、２７を介して、それぞれ左右のサブスプール６、７に作用する。つまり、左右両方のパイロット室２１、２２にパイロット圧が入力されていない状態では、前述したように、第一スプリング受け部材２５、２５および第二スプリング受け部材２６、２６は、メインスプール用スプリング１７、１８のバネ力によって、鍔部２５ａ、２５ａ、２６ａ、２６ａがサブボディ２Ｂ、２Ｃに当接する初期位置に保持されていると共に、第三スプリング受け部材２７、２７は、サブスプール用スプリング１９、２０のバネ力によって、第一スプリング受け部材２５、２５の先端側係止部２５ｃ、２５ｃに係止する初期位置に保持されている。そして、該第三スプリング受け部材２７、２７が初期位置に保持されることで、該第三スプリング受け部材２７、２７に一体的に固定されるサブスプール６、７は、中立位置のメインスプール３に対して予め設定される所定の相対位置関係である中立位置に保持されるようになっている。

この状態から、右側パイロット室２２にパイロット圧が入力されると、該パイロット圧が右側サブスプール７の右端面に作用して右側サブスプール７は左方向に移動するが、このとき、第二スプリング受け部材２６は、鍔部２６ａがサブボディ２Ｃに当接していて左方向の移動が規制される一方、第三スプリング受け部材２７は、右側サブスプリング用スプリング２０のバネ力に抗して右側サブスプール７と一体的に左方向に移動し、而して、右側サブスプール７の左方向の移動は、右側サブスプリング用スプリング２０のバネ力に抗して行なわれることになる。同様に、左側パイロット室２１へのパイロット圧の入力に伴う左側サブスプール６の右方向の移動は、左側サブスプリング用スプリング１９のバネ力に抗して行なわれる。即ち、左右のサブスプール６、７は、パイロット圧が入力されていない状態では、それぞれ左右のサブスプール用スプリング１９、２０のバネ力によって中立位置に保持されると共に、パイロット圧が入力されることにより上記左右のサブスプール用スプリング１９、２０のバネ力に抗して右方向或いは左方向に移動するようになっている。

次に、メインスプール３の流体制御部３Ａの作動について、前記図１に基づいて説明すると、流体制御部３Ａが嵌合されるメインボディ２Ａには、供給ポート３０と、左右一対の出力ポート３１、３２と、左右一対のタンクポート３３、３４とが形成されていると共に、筒孔部１２の内周面部には、上記各ポート３０〜３４に連通する環状溝３０ａ〜３４ａが形成されている。一方、流体制御部３Ａの外周面部には、メインスプール３の左右移動に伴って前記メインボディ２Ａ側の環状溝３０ａ〜３４ａ同士を連通させるための第一〜第三環状溝３５〜３７が形成されている。そして、メインスプール３が左方向に移動した場合には、供給ポート３０に連通する環状溝３０ａと左側出力ポート３１に連通する環状溝３１ａとが第一環状溝３５を介して連通する一方、右側出力ポート３２に連通する環状溝３２ａと右側タンクポート３４に連通する環状溝３４ａとが第二環状溝３６を介して連通し、これにより、流体が供給ポート３０から左側出力ポート３１に向かって流れると共に、右側出力ポート３２から右側タンクポート３４に向かって流れる。また、メインスプール３が右方向に移動した場合には、供給ポート３０に連通する環状溝３０ａと右側出力ポート３２に連通する環状溝３２ａとが第一環状溝３５を介して連通する一方、左側出力ポート３１に連通する環状溝３１ａと左側タンクポート３３に連通する環状溝３３ａとが第三環状溝３７を介して連通し、これにより、流体が供給ポート３０から右側出力ポート３２に向かって流れると共に、左側出力ポート３１から左側タンクポート３３に向かって流れるように構成されている。

一方、メインスプール３の左右の位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃは、前述したように、それぞれ左右のサブスプール６、７と共に左右の位置フィードバック機構４、５を構成するものであって、各位置フィードバック制御部３Ｂ、３Ｃの大径部３０１、３０２と小径部３０３、３０４との間には、環状の修正圧受圧部８、９が形成されている。そして、該修正圧受圧部８、９の有する受圧面積と、修正圧受圧部８、９に作用する修正圧との積が、メインスプール３に修正力として働く。

前記メインスプール３の修正圧受圧部８、９に作用する修正圧は、各サブスプール６、７によって制御される。この場合、サブスプール６、７は、ボディ２に形成される修正圧供給ポート３８、３９と修正圧受圧部８、９との間に形成される供給側開口制御部４０、４１の開度を制御すると共に、ボディ２に形成されるドレンポート４２、４３と修正圧受圧部８、９との間に形成されるドレン側開口制御部４４、４５の開度を制御する。ここで、前記修正圧供給ポート３８、３９は、一定の修正元圧を供給する供給源（図示せず）に接続され、また、ドレンポート４２、４３は油タンク（図示せず）に接続されるが、これら修正圧供給ポート３８、３９およびドレンポート４２、４３は、メインボディ２Ａの外周側からサブボディ２Ｂ、２Ｃの筒孔部１３、１４にまで至るように形成されている。

次に、前記修正圧供給ポート３８、３９から供給側開口制御部４０、４１を経て修正圧受圧部８、９に至る経路、および該修正圧受圧部８、９からドレン側開口制御部４４、４５を経てドレンポート４２、４３に至る経路を説明するが、この場合、左右対称ではあるが同一の構造であるため、右側の修正圧受圧部９を例にとって、前記図２に基づいて説明する。

前記修正圧供給ポート３９は、サブボディ２Ｃの筒孔部１４の内周面部に形成された第四環状溝４６、メインスプール小径部３０４（メインスプール３の位置フィードバック制御部３Ｃの小径部３０４）の外周面部に形成された第五環状溝４７、メインスプール小径部３０４に形成された径方向を向く第一通路４８、位置フィードバック制御部３Ｂの軸芯孔部１１の内周面部に形成された第六環状溝４９を経て、サブスプール７の外周面部に形成された第七環状溝５０に連通される。

一方、修正圧受圧部９は、メインスプール小径部３０４に形成された径方向を向く第二通路５１を経て、位置フィードバック制御部３Ｂの軸芯孔部１１の内周面部に形成された第八環状溝５２に連通される。そして、該修正圧受圧部９に連通する第八環状溝５２と、前記修正圧供給ポート３９に連通する第七環状溝５０との間に、メインスプール３とサブスプール７との相対位置に応じて開度が調整される供給側開口制御部４１が形成されている。而して、修正圧供給ポート３９から入力された修正元圧は、メインスプール３とサブスプール７との相対位置に応じて開度が調整される供給側開口制御部４１を介して、修正圧受圧部９に導入されるようになっている。

また、ドレンポート４３は、サブボディ２Ｃの筒孔部１４の内周面部に形成された第九環状溝５３、メインスプール小径部３０４の外周面部に形成された第十環状溝５４、メインスプール小径部３０４に形成された径方向を向く第三通路５５、位置フィードバック制御部３Ｂの軸芯孔部１１の内周面部に形成された第十一環状溝５６、サブスプール７の外周面部に形成された第十二環状溝５７、サブスプール７に形成された径方向を向く第四通路５８、サブスプール７の左半部の軸芯部に形成された軸方向を向く軸芯孔部５９、サブスプール７に形成された径方向を向く第五通路６０を介して、サブスプール７の外周面部に形成された第十三環状溝６１に連通される。該ドレンポート４３に連通する第十三環状溝６１は、前記修正圧供給ポート３９に連通する第七環状溝５０に対して左側に位置していると共に、該ドレンポート４３に連通する第十三環状溝６１と、前記修正圧受圧部９に連通する第八環状溝５２との間に、メインスプール３とサブスプール７との相対位置に応じて開度が調整されるドレン側開口制御部４５が形成されている。而して、修正圧受圧部９の圧力は、メインスプール３とサブスプール７との相対位置に応じて開度が調整されるドレン側開口制御部４５を介して、ドレンポート４３に逃がされるようになっていると共に、ドレン側開口制御部４５は、前述した供給側開口制御部４１に対して左側に位置するように設計されている。

そして、左右のパイロット室２１、２２にパイロット圧が入力されていない状態、つまり、メインスプール３およびサブスプール６、７が中立位置に位置している状態では、前述した供給側開口制御部４０、４１が閉じ、且つ、ドレン側開口制御部４４、４５が開くように設定されている（前記図１、２に示す状態）。これにより、メインスプール３およびサブスプール７が中立位置のとき、修正圧受圧部８、９はドレン圧になっている。

次いで、左右のパイロット室２１、２２にパイロット圧が入力された場合について説明するが、この場合、右側パイロット室２２にパイロット圧が入力された場合を例にとって説明する。

まず、右側パイロット室２２にパイロット圧が入力されると、メインスプール３およびサブスプール７は左方向に移動するが、このとき、サブスプール７がメインスプール３に対して相対的に左方向に移動して、供給側開口制御部４１が徐々に開口し、且つ、ドレン側開口制御部４５が徐々に閉じるように、サブスプール用スプリング２０のバネ定数やプリセット荷重を設定する。この場合の供給側開口制御部４１およびドレン側開口制御部４５の各開口面積（開度）Ａ４１、Ａ４５は、パイロット室２２に入力されるパイロット圧Ｐ２２に対し、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示される特性となるように予め設定される。

修正圧供給ポート３９に供給される一定の修正元圧をＰ３９とし、修正圧受圧部９に作用する修正圧をＰ９とし、ドレンポート４３のドレン圧を略「０」とし、供給側開口制御部４１の開口面積をＡ４１とし、ドレン側開口制御部４５の開口面積をＡ４５とし、供給側開口制御部４１を流れる流量をＱ４１とし、ドレン側開口制御部４５を流れる流量をＱ４５とした場合、次の式（１）、（２）が成り立つ。
Ｑ４１＝Ｋ・Ａ４１・（Ｐ３９−Ｐ９）^１／２・・・（１）
Ｑ４５＝Ｋ・Ａ４５・（Ｐ９）^１／２・・・（２）
但し、Ｋは定数である。

そして、供給側開口制御部４１とドレン側開口制御部４５とは流体の流れからみて直列的に位置し、且つ、供給側開口制御部４１およびドレン側開口制御部４５を流れる流量は等しい（Ｑ４１＝Ｑ４５）から、前記式（１）、（２）より次の式（３）が導かれる。
Ｐ９＝（Ａ４１）^２・Ｐ３９／｛（Ａ４１）^２＋（Ａ４５）^２｝
・・・（３）

ここで、修正元圧Ｐ３９は一定の値（定数）であるから、修正圧受圧部９に作用する修正圧Ｐ９は、次の式（４）に示すように、供給側開口制御部４１、ドレン側開口制御部４５の開口面積Ａ４１、Ａ４５を変数とする関数になる。
Ｐ９＝ｆ（Ａ４１、Ａ４５）・・・（４）

そして、左側メインスプール用スプリング１７のバネ定数をＫ１７、プリセット荷重（初期抗力）をＦ１７とし、さらに、メインスプール小径部３０４の受圧面積をＡ３０４とし、修正圧受圧部９の受圧面積をＡ９とし（修正力＝Ａ９・Ｐ９）、メインスプール３の移動ストロークをＸ３とし、また、この移動ストロークＸ３に応じてメインスプール３に働く流体力などの戻し方向抗力をＦ（Ｘ３）とした場合、右側パイロット室２２にパイロット圧Ｐ２２が入力されたとき、次の式（５）によりメインスプール３が図３（Ｃ）に示された直線状に変位するように、各パラメータを設定する。
Ａ３０４・Ｐ２２＋Ａ９・Ｐ９＝Ｆ１７＋Ｋ１７・Ｘ３＋Ｆ（Ｘ３）
・・・（５）

即ち、上記式（５）と前記式（４）とにより、次の式（６）が導かれる。
Ｘ３＝α・Ｐ２２＋β・ｆ（Ａ４１、Ａ４５）−γ・Ｆ（Ｘ３）−δ ・・・（６）
但し、α、β、γ、δは定数である。

上記式（６）において、ｆ（Ａ４１、Ａ４５）を戻し方向抗力Ｆ（Ｘ３）に対する修正項として機能させ、供給側開口制御部４１、ドレン側開口制御部４５の開口面積Ａ４１、Ａ４５を、前述したように例えば図３（Ｘ）、（Ｙ）に示すように制御することで、戻し方向抗力Ｆ（Ｘ３）に対抗する修正圧Ｐ９を発生させると、パイロット圧Ｐ２２に対し、メインスプール３のストロークＸ３は前記図３（Ｃ）に示されるように直線的に比例する動きが得られる。

つまり、右側パイロット室２２にパイロット圧Ｐ２２が入力され、メインスプール３が左方向に移動すると、該メインスプール３の流体制御部３Ａの作動により、前述したように、流体が供給ポート３０から左側出力ポート３１に向かって流れると共に、右側出力ポート３２から右側タンクポート３４に向かって流れるが、このときメインスプール３は、戻し方向（右方向）の流体力や摺動抵抗力が働くことで、パイロット圧に比例する直線的な位置制御が妨げられそうになる。この場合に、前記流体制御部３Ａを流れる主流から派生する流体力などの影響を受けないサブスプール７がメインスプール３に対して相対的に左方向にオーバーストロークし、そのオーバーストロークに応じて、修正圧受圧部９に修正圧を供給する供給側開口制御部４１の開度（開口面積Ａ４１）が大きくなると共に、逆に、ドレン側開口制御部４５の開度（開口面積Ａ４５）が小さくなる。

これにより、式（３）における修正圧受圧部９の修正圧Ｐ９が上昇して、メインスプール３を左方向へ押す修正力が強くなり、結果的にメインスプール３に働く流体力などの戻し方向抗力Ｆ（Ｘ３）を打ち消すだけの修正力が修正圧受圧部９に発生することになる。

そして、その修正力により戻し方向抗力Ｆ（Ｘ３）を打ち消し、メインスプール３がサブスプール７に対して予め設定された相対位置（パイロット圧Ｐ２２と比例するストローク位置）になると、供給側開口制御部４１およびドレン側開口制御部４５も予め設定される開度となるため、図３（Ｃ）に示される直線性が保たれる状態でバランスが保たれる。この様にして、右側のフィードバック機構５が機能し、同様にして、左側のフィードバック機構４も機能する。

叙述の如く構成された本形態において、メインスプール３は、左右のパイロット室２１、２２に入力されたパイロット圧によって、中立位置からの移動位置が制御されることになるが、この場合に、メインスプール３に働く流体力などの戻し方向抗力の影響でメインスプール３に位置誤差が生じた場合には、位置制御の目標値設定部材として機能するサブスプール６、７を備えた位置フィードバック機構４、５によって、位置誤差に応じた修正力がメインスプール３に付与されることになり、而して、メインスプール３の位置精度を向上させることができるものであるが、このものにおいて、前記メインスプール３およびサブスプール６、７を中立位置に保持する保持機構６２、６３は、左右のパイロット室２１、２２にメインスプール３の軸方向に移動自在に内装される第一スプリング受け部材２５、２５と、左右のサブスプール６、７のメインスプール３端部からの突出基端側に軸方向移動自在に外嵌されると共に、ボディ２、或いは中立位置よりも軸方向外方に位置するメインスプール３端部に当接することで軸方向内方側への移動が規制され、さらに第一スプリング受け部材２５、２５の基端側係止部２５ｂに係止することで該第一スプリング受け部材２５、２５と一体的に移動する第二スプリング受け部材２６、２６と、左右のサブスプール６、７のメインスプール３端部からの突出先端部に固定され、第一スプリング受け部材２５、２５に係脱自在に係止することで軸方向外方側への移動が規制される第三スプリング受け部材２７、２７と、第一スプリング受け部材２５、２５と左右のパイロット室２１、２２の反ボディ側面部２１ａ、２２ａとの間に介装され、第一スプリング受け部材２５、２５を軸方向内方側に付勢する左右のメインスプール用スプリング１７、１８と、第二スプリング受け部材２６、２６と第三スプリング受け部材２７、２７との間に介装され、第三スプリング受け部材２７、２７を軸方向外方側に付勢する左右のサブスプール用スプリング１９、２０とを用いて構成されることになる。そして、メインスプール３は、左右のパイロット室２１、２２にパイロット圧が入力されていない状態では、左右のメインスプール用スプリング１７、１８のバネ力によって中立位置に保持されると共に、パイロット圧が入力されることで左右のメインスプール用スプリング１７、１８のバネ力に抗して左方向或いは右方向に移動し、また、左右のサブスプール６、７は、パイロット圧が入力されていない状態では、それぞれ左右のサブスプール用スプリング１９、２０のバネ力によって中立位置に保持されると共に、パイロット圧が入力されることで左右のサブスプール用スプリング１９、２０のバネ力に抗して右方向或いは左方向に移動することになる。

この結果、メインスプール３およびサブスプール６、７を中立位置に保持するためのスプリングとして、メインスプール用スプリング１７、１８とサブスプール用スプリング１９、２０との二種類のスプリングだけしか必要とせず、もって、スプリングの数を可及的に少なくできることになって、部品点数の削減に貢献できると共に、スプール位置制御に必要なバネ定数やプリセット荷重の設定も簡単になるという利点がある。

さらにこのものにおいて、第一スプリング受け部材２５、２５は、外径方向に突出する鍔部２５ａ、２５ａが形成された円筒形状をし、その筒内周側に、第二スプリング受け部材２６、２６、第三スプリング受け部材２７、２７、およびサブスプール用スプリング１９、２０が配設される一方、鍔部２５ａ、２５ａとパイロット室２１、２２の反ボディ側面部２１ａ、２２ａとの間に、メインスプール用スプリング１７、１８が介装されることになる。よって、中立位置保持機構６２、６３をパイロット室２１、２２に組込むにあたり、サブスプール６、７に予め第二スプリング部材２６、２６、第三スプリング受け部材２７、２７およびサブスプール用スプリング１９、２０を組付け、該組付けたものを第一スプリング受け２５、２５の筒内周側に組込めば良いことになって、組込みを簡単に行うことができ、生産性に優れる。

スプール弁の断面図である。位置フィードバック機構および中立位置保持機構を示す断面図である。（Ａ）はパイロット圧と供給側開口制御部の開口面積との関係を示す特性図、（Ｂ）はパイロット圧とドレン側開口制御部の開口面積との関係を示す特性図、（Ｃ）はパイロット圧とメインスプールの移動ストロークとの関係を示す特性図である。

符号の説明

２ボディ
３メインスプール
４、５位置フィードバック機構
６、７サブスプール
１７、１８メインスプール用スプリング
１９、２０サブスプール用スプリング
２１、２２パイロット室
２５第一スプリング受け部材
２５ａ鍔部
２５ｂ基端側係止部
２５ｃ先端側係止部
２６第二スプリング受け部材
２７第三スプリング受け部材
６２、６３中立位置保持機構

Claims

ボディ内に軸方向移動自在に嵌合されたメインスプールの中立位置からの移動位置を、メインスプールの軸方向両端側に設けられた各パイロット室に入力されるパイロット圧により制御するスプール位置制御装置において、
前記メインスプールの位置誤差を修正するための位置フィードバック機構を、
先端側がメインスプール端部から軸方向外方に突出する状態でメインスプールの軸方向両端部に軸方向移動自在に嵌合され、各パイロット室にパイロット圧が入力されていないときはメインスプールに対して所定の相対位置関係となる中立位置に位置し、パイロット圧の入力で中立位置から移動してメインスプール位置制御の目標値設定部材として機能する一対のサブスプールを用いて構成するにあたり、
前記メインスプールおよびサブスプールを中立位置に保持する中立位置保持機構を、
各パイロット室にメインスプールの軸方向に移動自在に内装される第一スプリング受け部材と、
各サブスプールのメインスプール端部からの突出基端側に軸方向移動自在に外嵌されると共に、ボディ、或いはメインスプール端部に当接することで軸方向内方側への移動が規制され、さらに、前記第一スプリング受け部材に係止して該第一スプリング受け部材と一体的に移動する第二スプリング受け部材と、
各サブスプールのメインスプール端部からの突出先端部に固定され、前記第一スプリング受け部材に係脱自在に係止することで軸方向外方側への移動が規制される第三スプリング受け部材と、
前記各第一スプリング受け部材とパイロット室の反ボディ側面部との間に介装され、第一スプリング受け部材を軸方向内方側に付勢するメインスプール用スプリングと、
前記各第二スプリング受け部材と第三スプリング受け部材との間に介装され、第三スプリング受け部材を軸方向外方側に付勢するサブスプール用スプリングとを用いて構成したことを特徴とするスプール弁のスプール位置制御装置。
第一スプリング受け部材は、外径方向に突出する鍔部が形成された円筒形状をし、その筒内周側に、第二スプリング受け部材、第三スプリング受け部材、およびサブスプール用スプリングが配設される一方、前記鍔部とパイロット室の反ボディ側面部との間にメインスプール用スプリングが介装されることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁のスプール位置制御装置。