JP2015052343A

JP2015052343A - Spool valve

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Publication number: JP2015052343A
Application number: JP2013185012A
Authority: JP
Inventors: 伸昭大森; Nobuaki Omori; 直幸麻柄; Naoyuki Asagara; 貴保北井; Takayasu Kitai; 大介高木; Daisuke Takagi; 陽祐伊藤; Yosuke Ito; 山口　博司; Hiroshi Yamaguchi; 博司山口; 悠宏岩本; Yuhiro Iwamoto
Original assignee: Caterpillar SARL; Doshisha Co Ltd
Current assignee: Caterpillar SARL; Doshisha Co Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent rotation of a spool without incorporating a dedicated member for prevention of rotation of the spool into a spool valve in which an inflow-side channel is formed as a curved channel.SOLUTION: When an upstream side with respect to a bent location of a curved channel 7 serves as a first channel 7a and a downstream side with respect to the bent location serves as a second channel 7b, an area ratio between the first and second channels 7a and 7b in the case where running torque applied to the spool 4 becomes small is determined by a CFD analysis. The curved channel 7 is formed in such a manner that an area ratio becomes the area ratio between the first and second channels 7a and 7b, which is determined by the CFD analysis.

Description

本発明は、スプールの軸方向の移動により流路を開閉するスプール弁の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a technical field of a spool valve that opens and closes a flow path by movement of a spool in an axial direction.

一般に、スプール弁は、方向制御弁や流量制御弁、圧力制御弁として汎用的に用いられており、例えば油圧ショベル等の建設機械では、油圧アクチュエータへの油給排の方向及び流量を制御するためのコントロールバルブとして広く採用されているが、該スプール弁は、一般的に、ハウジングに形成されるスプール嵌合孔に軸方向移動自在に挿通されるスプールと、スプール嵌合孔の外周部に形成される複数の環状溝と、これら環状溝に流路を介して連通する流入口および流出口とを備え、スプールの軸方向の移動に基づいて流入口、流出口間の連通、遮断を行うように構成されている。
ところで、前記建設機械に採用されるコントロールバルブとしてのスプール弁のなかには、油圧シリンダの一方の油室から排出される高圧油を、油タンクに流すことなくそのまま他方の油室に供給するための再生回路が組込まれたものがある。例えば、油圧ショベルに設けられるブームシリンダ用のコントロールバルブのなかには、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をロッド側油室に流す再生油路が組込まれたものがある（例えば、特許文献１参照。）が、このような再生油路が組込まれたスプール弁は流路が複雑になり、例えば、流入口から環状溝に至る流路を、中途部でＬ字形状に屈曲した曲がり流路に形成する場合がある。このような曲がり流路が設けられているスプール弁においては、屈曲箇所の下流側の流路内で流速が不均一になって旋回流が発生しやすく、そして、該旋回流がスプールのランド部に形成されるノッチ（切欠き）に衝突することで、スプールに該スプールを軸回り方向に回転させる流体力が作用すると考えられる。
しかるに、流体力を受けてスプールが軸回り方向に回転すると、弁の切換性能が不安定になったり、スプールやスプール嵌合孔の摩耗が促進されたり、スプールのランド部からの漏れが多くなったりする惧れがある。
そこで、従来、スプールの回転を防止するための技術として、スプール側に形成した面取り部とハウジング側に設けた回転止め材との係止によりスプールの回転を機械的に防止するようにしたもの（例えば、特許文献２参照。）や、スプールとハウジングとの間に可動ガイド部等からなる回転防止機構を設けたもの（例えば、特許文献３参照。）や、環状溝に流入する流路に流量調整部材を設け、環状溝の周方向の一方向に流れる流量と他方向に流れる流量とが同等になるように調整することでスプールの回転を防止するようにしたもの（例えば、特許文献４参照。）が知られている。 In general, a spool valve is generally used as a direction control valve, a flow rate control valve, or a pressure control valve. For example, in a construction machine such as a hydraulic excavator, the spool valve is used to control the direction and flow rate of oil supply / discharge to a hydraulic actuator. The spool valve is generally formed on the outer periphery of the spool fitting hole and the spool inserted through the spool fitting hole formed in the housing so as to be axially movable. A plurality of annular grooves, and inlets and outlets communicating with the annular grooves via flow paths, and communication between the inlets and outlets is performed based on movement in the axial direction of the spool. It is configured.
By the way, in the spool valve as a control valve employed in the construction machine, the regeneration for supplying the high pressure oil discharged from one oil chamber of the hydraulic cylinder to the other oil chamber as it is without flowing into the oil tank. Some have built-in circuits. For example, some boom cylinder control valves provided in a hydraulic excavator have a built-in regenerative oil passage for flowing oil discharged from the head side oil chamber of the boom cylinder to the rod side oil chamber (for example, Patent Document 1). However, the spool valve in which such a regenerated oil passage is incorporated has a complicated flow path, for example, a curved flow path that is bent in an L-shape in the middle from the flow path from the inlet to the annular groove. May form. In the spool valve provided with such a curved flow path, the flow velocity becomes uneven in the flow path on the downstream side of the bent portion, and the swirling flow is likely to be generated. It is considered that a fluid force that rotates the spool in the direction around the axis acts on the spool by colliding with a notch formed in the shaft.
However, when the spool rotates in the direction around the axis under fluid force, the valve switching performance becomes unstable, wear of the spool and spool fitting hole is promoted, and leakage from the land portion of the spool increases. There is a fear.
Therefore, conventionally, as a technique for preventing the rotation of the spool, the rotation of the spool is mechanically prevented by locking the chamfered portion formed on the spool side and the rotation stopper provided on the housing side ( For example, refer to Patent Document 2), a structure in which a rotation prevention mechanism including a movable guide portion or the like is provided between the spool and the housing (for example, refer to Patent Document 3), or a flow rate in a flow path flowing into the annular groove. An adjustment member is provided, and the rotation of the spool is prevented by adjusting the flow rate flowing in one direction of the circumferential direction of the annular groove to be equal to the flow rate flowing in the other direction (see, for example, Patent Document 4) .)It has been known.

特開平１０−８９３１７号公報JP-A-10-89317 特開平８−２１９３００号公報JP-A-8-219300 特開２００８−２６６３号公報JP 2008-2663 A 特開２０１０−１７５０８４号公報JP 2010-175084 A

しかしながら、前記従来のものは、何れも、回転止め部材、回転防止機構、流量調整部材のようなスプールの回転を防止するための専用部材をスプール弁に組み込まなければならず、その分スプール弁が大型化するうえ、スプール弁の構造が複雑化してコスト高になるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。 However, in each of the conventional devices, a dedicated member for preventing the rotation of the spool, such as a rotation preventing member, a rotation preventing mechanism, and a flow rate adjusting member, must be incorporated in the spool valve. In addition to the increase in size, there is a problem that the structure of the spool valve is complicated and the cost is increased, and there is a problem to be solved by the invention.

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、ハウジングに形成されるスプール嵌合孔に軸方向移動自在に挿通されるスプールと、前記スプール嵌合孔の外周側にスプール嵌合孔と連通状に形成される複数の環状溝と、これら環状溝に流路を介して連通する流入口および流出口とを備え、スプールの軸方向の移動に基づいて流入口、流出口間の連通、遮断を行うように構成してなるスプール弁において、
前記流入口から環状溝に至る流路を、中途部でＬ字形状に屈曲した曲がり流路に形成するにあたり、該曲がり流路の屈曲箇所よりも上流側を第一流路とし、屈曲箇所よりも下流側を第二流路としたとき、スプールに加わる回転トルクが小さくなるときの第一流路と第二流路との面積比をＣＦＤ解析により求め、該ＣＦＤ解析により求められた第一流路と第二流路との面積比になるように曲がり流路を形成することを特徴とするスプール弁である。
請求項２の発明は、請求項１において、第一流路を断面円形状の流路とし、第二流路を断面四角形状の流路としたとき、スプールに加わる回転トルクが小さくなるときの第一流路と第二流路との面積比は１：０．６４〜１：２．１であることを特徴とするスプール弁である。
請求項３の発明は、請求項２において、第一流路と第二流路との面積比は、好ましくは１：１．２〜１：１．９であることを特徴とするスプール弁である。 The present invention was created in view of the above-described circumstances to solve these problems. The invention of claim 1 is capable of axial movement in a spool fitting hole formed in a housing. A spool to be inserted; a plurality of annular grooves formed in communication with the spool fitting hole on an outer peripheral side of the spool fitting hole; and an inlet and an outlet that communicate with the annular groove through a flow path. A spool valve configured to perform communication between the inflow port and the outflow port based on movement in the axial direction of the spool, and to shut off,
In forming the flow path from the inflow port to the annular groove into a bent flow path bent in an L shape in the middle, the first flow path is located upstream from the bent portion of the bent flow path, and the bent flow passage is more than the bent portion. When the downstream side is the second flow path, the area ratio between the first flow path and the second flow path when the rotational torque applied to the spool is reduced is obtained by CFD analysis, and the first flow path obtained by the CFD analysis is The spool valve is characterized in that a curved flow path is formed so as to have an area ratio to the second flow path.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when the first flow path is a circular cross-section flow path and the second flow path is a quadrangular cross-section flow path, the rotation torque applied to the spool is reduced. The spool valve is characterized in that the area ratio of the one flow path to the second flow path is 1: 0.64 to 1: 2.1.
The invention according to claim 3 is the spool valve according to claim 2, wherein the area ratio of the first flow path to the second flow path is preferably 1: 1.2 to 1: 1.9. .

請求項１の発明とすることにより、ＣＦＤ解析に基づいて曲がり流路を形成することで、スプール回転防止用の専用部材をスプール弁に組込んだりすることなくスプールの回転防止を図れることになって、スプール弁の小型化、構造の簡略化、コスト低減に寄与できる。
請求項２の発明とすることにより、曲がり流路の第一流路が断面円形状で第二流路が断面四角形状の場合に、スプールの回転を防止することができる。
請求項３の発明とすることにより、曲がり流路の第一流路が断面円形状で第二流路が断面四角形状の場合に、スプールの回転をより確実に防止することができる。 By forming the bent flow path based on the CFD analysis, the rotation of the spool can be prevented without incorporating a dedicated member for preventing the rotation of the spool into the spool valve. Thus, the spool valve can be miniaturized, the structure can be simplified, and the cost can be reduced.
According to the invention of claim 2, when the first flow path of the curved flow path is circular in cross section and the second flow path is rectangular in cross section, rotation of the spool can be prevented.
According to the invention of claim 3, when the first flow path of the curved flow path is circular in cross section and the second flow path is rectangular in cross section, the rotation of the spool can be prevented more reliably.

（Ａ）、（Ｂ）は第一解析モデルの閉位置、開位置のスプール弁を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the spool valve of the closed position of a 1st analysis model, and an open position. （Ａ）はハウジングの断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＶ−Ｖ断面図、（Ｅ）は（Ｂ）のＺ−Ｚ断面図である。(A) is a sectional view of the housing, (B) is an XX sectional view of (A), (C) is a YY sectional view of (A), (D) is a VV sectional view of (B). (E) is a ZZ sectional view of (B). （Ａ）は第一解析モデルのスプールを示す図、（Ｂ）は第二解析モデルのスプールを示す図である。(A) is a figure which shows the spool of a 1st analysis model, (B) is a figure which shows the spool of a 2nd analysis model. ＣＦＤ解析により求めた曲がり流路の第一流路と第二流路の面積比と、スプールに加わるトルクとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the area ratio of the 1st flow path of a curved flow path calculated | required by CFD analysis, and a 2nd flow path, and the torque added to a spool.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。１は、ＣＦＤ（数値流体力学）解析の第一解析モデルとして用いたスプール弁であって、該スプール弁１は、ハウジング２と、該ハウジング２に形成されるスプール嵌合孔３に軸方向移動自在に挿通されるスプール４とから構成されている。前記ハウジング２の外周部には、流体の流入口５および流出口６が形成されていると共に、スプール嵌合孔３の外周側には、前記流入口５に流入側流路７を介して連通する流入側環状溝８と、流出口６に流出側流路９を介して連通する流出側環状溝１０とが、スプール嵌合孔３に連通し、且つ、スプール嵌合孔３の軸方向に離間する状態で形成されている。一方、前記スプール４の軸方向両側部には、スプール嵌合孔３に摺接する第一、第二ランド部４ａ、４ｂが形成されていると共に、第二ランド部４ｂの軸方向一半側には、周回り方向に複数（本実施の形態では４個）のノッチ（切欠き）４ｃが形成されている。尚、ノッチ４ｃが形成されていない第二ランド部４ｂの軸方向他半側を、以降、ノッチ非形成部４ｄと称する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Reference numeral 1 denotes a spool valve used as a first analysis model for CFD (computational fluid dynamics) analysis. The spool valve 1 moves in the axial direction into a housing 2 and a spool fitting hole 3 formed in the housing 2. The spool 4 is freely inserted. A fluid inflow port 5 and an outflow port 6 are formed in the outer peripheral portion of the housing 2, and the outer peripheral side of the spool fitting hole 3 communicates with the inflow port 5 via an inflow side flow path 7. The inflow side annular groove 8 and the outflow side annular groove 10 communicating with the outflow port 6 via the outflow side flow path 9 communicate with the spool fitting hole 3 and in the axial direction of the spool fitting hole 3. It is formed in a state of being separated. On the other hand, first and second land portions 4a and 4b slidably in contact with the spool fitting hole 3 are formed on both side portions of the spool 4 in the axial direction. A plurality (four in the present embodiment) of notches (notches) 4c are formed in the circumferential direction. The other half side in the axial direction of the second land portion 4b where the notch 4c is not formed is hereinafter referred to as a notch non-formed portion 4d.

そして、前記スプール弁１は、スプール４が図１（Ａ）に示す閉位置に位置している状態では、第二ランド部４ｂのノッチ非形成部４ｄによって流入側環状溝８と流出側環状溝１０とが遮断された状態になっており、これにより、流入口５から流出口６への流体の流れは遮断されている。一方、スプール４が図１（Ｂ）に示す開位置に位置している状態では、流入側環状溝８と流出側環状溝１０とは、スプール嵌合孔３および第二ランド部４ｂのノッチ４ｃを介して連通しており、これにより、流入口５から流出口６へ流体が流れるように構成されている。 In the state where the spool 4 is located at the closed position shown in FIG. 1A, the spool valve 1 has the inflow-side annular groove 8 and the outflow-side annular groove by the notch-unformed portion 4d of the second land portion 4b. Thus, the flow of fluid from the inlet 5 to the outlet 6 is blocked. On the other hand, in the state in which the spool 4 is located at the open position shown in FIG. 1B, the inflow side annular groove 8 and the outflow side annular groove 10 are connected to the spool fitting hole 3 and the notch 4c of the second land portion 4b. Thus, the fluid flows from the inflow port 5 to the outflow port 6.

ここで、前記流入側油路７は、中途部でＬ字状に屈曲した曲がり流路に形成されている（以下、流入側流路７を曲がり流路７とも称する）。そして、該曲がり流路７の屈曲箇所よりも上流側を第一流路７ａとし、屈曲箇所よりも下流側を第二流路７ｂとしたとき、第一流路７ａは断面円形状に、第二流路７ｂは四隅部にＲがついた断面四角形状に形成されている。 Here, the inflow side oil passage 7 is formed as a curved flow path bent in an L shape in the middle (hereinafter, the inflow side flow path 7 is also referred to as a curved flow path 7). When the first flow path 7a is the upstream side of the bent portion of the bent flow path 7 and the second flow path 7b is the downstream side of the bent position, the first flow path 7a has a circular cross section, The path 7b is formed in a quadrangular section with Rs at the four corners.

前記第一解析モデルのスプール弁１は、油圧ショベルの現行機種に用いられているブームシリンダ用のコントロールバルブのうち、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をロッド側油室に流す再生油路が形成されると共に、スプールの回転が認められたコントロールバルブについて、曲がり流路が形成されている部分を抽出して簡略化したものである。 The spool valve 1 of the first analysis model is a reclaimed oil that flows the oil discharged from the head side oil chamber of the boom cylinder to the rod side oil chamber among the boom cylinder control valves used in the current models of hydraulic excavators. For the control valve in which the path is formed and the rotation of the spool is recognized, the portion where the curved flow path is formed is extracted and simplified.

一方、１１はＣＦＤ解析の第二解析モデルとして用いたスプール弁（図示せず）を構成するスプールであって、該第二解析モデルのスプール１１は、前述した第一解析モデルのスプール４と同様に軸方向両側部に第一、第二ランド部１１ａ、１１ｂが形成されているが、これらランド部１１ａ、１１ｂにノッチは形成されていない（以下、第一解析モデルのスプール４と区別するために、第一解析モデルのスプール４を単にスプール４と称し、第二解析モデルのスプール１１をノッチ無スプール１１と称する）。尚、第二解析モデルのスプール弁のハウジング、および該ハウジングに形成されるスプール嵌合孔、流入口、流出口、流入側流路（曲がり流路）、流入側環状溝、流出側流路、流出側環状溝は、図示しないが、第一解析モデルのものと同構造であるため説明は省略する。 On the other hand, 11 is a spool constituting a spool valve (not shown) used as a second analysis model of CFD analysis. The spool 11 of the second analysis model is the same as the spool 4 of the first analysis model described above. The first and second land portions 11a and 11b are formed on both sides in the axial direction, but the notches are not formed in these land portions 11a and 11b (hereinafter, to distinguish from the spool 4 of the first analysis model). In addition, the spool 4 of the first analysis model is simply referred to as the spool 4, and the spool 11 of the second analysis model is referred to as the notchless spool 11). In addition, the housing of the spool valve of the second analysis model, the spool fitting hole formed in the housing, the inlet, the outlet, the inflow channel (bent channel), the inflow annular groove, the outflow channel, Although the outflow side annular groove has the same structure as that of the first analysis model, the description thereof is omitted although not shown.

そして、前記第一、第二解析モデルの開位置のスプール弁について、熱流体解析ソフトであるＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋（ＣＤ−Ａｄａｐｃｏ社製）を用いてＣＦＤ解析を行なった。該ＣＦＤ解析における離散化手法には有限体積法を採用し、乱流モデルとしてκ−ε乱流モデルを用いた。また、流入口５、流出口６の境界条件はそれぞれ入口流量、出口圧力とし、入口流量は１００Ｌ／ｍｉｎ、出口圧力は０Ｐａとして解析を行なった。使用メッシュはポリヘドラルメッシュとし、メッシュ数は約４００，０００とした。作動流体には４０ｗｔ．％のグリセリン水溶液を用いたが、該グリセリン水溶液の２０℃での物性値は、密度ρが１０９９．３０ｋｇ／ｍ^３、粘度μが３．７２×１０^−３Ｐａ・ｓ、動粘度νが３．３８×１０^−６ｍ^２／ｓである。また、スプールに加わるトルクの計測は、スプール表面に作用する剪断応力およびノッチ側面に作用する垂直応力の和により算出した。 The spool valve at the open position of the first and second analysis models was subjected to CFD analysis using STAR-CCM + (manufactured by CD-Adapco) which is thermal fluid analysis software. A finite volume method was adopted as a discretization method in the CFD analysis, and a κ-ε turbulence model was used as a turbulence model. The boundary conditions of the inlet 5 and the outlet 6 were the inlet flow rate and outlet pressure, the inlet flow rate was 100 L / min, and the outlet pressure was 0 Pa. The mesh used was a polyhedral mesh, and the number of meshes was about 400,000. 40 wt. % Glycerol aqueous solution was used, but the physical properties of the glycerol aqueous solution at 20 ° C. were as follows: density ρ was 1099.30 kg / m ³ , viscosity μ was 3.72 × 10 ⁻³ Pa · s, kinematic viscosity ν was 3 .38 × 10 ⁻⁶ m ² / s. The torque applied to the spool was calculated by the sum of the shear stress acting on the spool surface and the vertical stress acting on the side surface of the notch.

まず、スプールの回転原因を把握するため、第一解析モデルのスプール弁１をＣＦＤ解析して、曲がり流路７の断面の速度ベクトル分布を求めたところ、曲がり流路７の屈曲箇所よりも下流側の第二流路７ｂにおいて、屈曲内側となる部分（図２（Ｂ）における第二流路７ｂの上側部分）の速度が屈曲外側となる部分（図２（Ｂ）における第二流路７ｂの下側部分）に比べて大幅に遅くなり、これにより速度の不均一が生じて旋回流が発生していることが判明した。また、第一、第二解析モデルのスプール弁をＣＦＤ解析して、スプール４、ノッチ無スプール１１にかかるトルクを計測したところ、ノッチ無スプール１１にかかるトルクは、ノッチ４ｃが形成されているスプール４にかかるトルクに対して約９７．６％減少しており、これにより、ノッチの有無はスプールにかかるトルクに大きく影響することが判明した。そして、これらの結果より、スプールの回転は、曲がり流路７から環状溝に流入する流体の速度の不均一により発生した旋回流がノッチに衝突することにより生じるものと考察される。 First, in order to understand the cause of the rotation of the spool, the CFD analysis of the spool valve 1 of the first analysis model was performed, and the velocity vector distribution of the cross section of the bent flow path 7 was obtained. In the second flow path 7b on the side, the speed of the portion on the bent side (the upper portion of the second flow path 7b in FIG. 2B) is the speed on the bent side (the second flow path 7b in FIG. 2B). It was found that the speed was significantly slower than that of the lower part), causing non-uniform speed, and swirling flow. Further, when the torque applied to the spool 4 and the notchless spool 11 is measured by CFD analysis of the spool valves of the first and second analysis models, the torque applied to the notched spool 11 is the spool in which the notch 4c is formed. It was found that the torque applied to No. 4 was reduced by about 97.6%, so that the presence or absence of a notch greatly affected the torque applied to the spool. From these results, it is considered that the rotation of the spool is caused by the swirling flow generated by the nonuniformity of the velocity of the fluid flowing into the annular groove from the curved flow path 7 colliding with the notch.

而して、旋回流の発生を抑制する、或いはノッチが形成されていないスプールを採用することで、スプールにかかるトルクを減少させることができることになるが、例えば油圧ショベルのブームシリンダ用コントロールバルブとして用いられるスプール弁は、通過流量が少量の場合でも精度の高い流量制御が要求されるため、ノッチが形成されていないスプールを採用することは現実的ではなく、このため、スプール４にノッチ４ｃが形成されている第一解析モデルのスプール弁１を用いて、旋回流の発生抑制について検討した。 Thus, it is possible to reduce the torque applied to the spool by suppressing the generation of the swirling flow or adopting the spool in which the notch is not formed. For example, as a control valve for a boom cylinder of a hydraulic excavator Since the spool valve to be used requires high-precision flow rate control even when the passing flow rate is small, it is not practical to employ a spool that is not formed with a notch. Using the formed spool valve 1 of the first analysis model, the suppression of the generation of swirling flow was studied.

前記旋回流の発生抑制を検討するにあたり、流入口５から流入側環状溝８に至る曲がり流路７の第一流路７ａ（屈曲箇所よりも上流側）と第二流路７ｂ（屈曲箇所よりも下流側）との面積比が旋回流の発生に及ぼす影響を考え、曲がり流路７の第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を変化させたときにスプール４に加わるトルクの変化をＣＦＤ解析により求めた。 In considering the suppression of the generation of the swirling flow, the first flow path 7a (upstream side of the bent portion) and the second flow path 7b (more than the bent portion) of the bent flow path 7 from the inlet 5 to the inflow side annular groove 8 are studied. The change in torque applied to the spool 4 when the area ratio between the first flow path 7a and the second flow path 7b of the curved flow path 7 is changed in consideration of the influence of the area ratio with the downstream side) on the generation of the swirling flow. Was determined by CFD analysis.

ここで、第一解析モデルのスプール弁１において、第一流路７ａの直径Ｒと第二流路７ｂの幅Ｗ（第一流路７ａの流れ方向と直交する辺の長さ）は同寸法（Ｒ＝Ｗ）に設定されており、また、曲がり流路７の第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比は１：２．８に設定されている。これらは、前述した油圧ショベルの現行機種に用いられているブーム用コントロールバルブを基にして設定されている。そして、第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を変化させてＣＦＤ解析するにあたり、前記第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比１：２．８を初期条件にすると共に、第一流路７ａの直径Ｒおよび第二流路７ｂの幅Ｗ（第一流路７ａの流れ方向と直交する辺の長さ）は変化させず、第二流路７ｂの高さＨ（第一流路の流れ方向と平行な辺の長さ）を変化させることで、第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を変化させた。 Here, in the spool valve 1 of the first analysis model, the diameter R of the first flow path 7a and the width W of the second flow path 7b (the length of the side perpendicular to the flow direction of the first flow path 7a) are the same dimension (R = W), and the area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b of the curved flow path 7 is set to 1: 2.8. These are set based on the boom control valve used in the current model of the hydraulic excavator described above. When the CFD analysis is performed by changing the area ratio between the first flow path 7a and the second flow path 7b, the area ratio 1: 2.8 between the first flow path 7a and the second flow path 7b is set as an initial condition. At the same time, the diameter R of the first flow path 7a and the width W of the second flow path 7b (the length of the side perpendicular to the flow direction of the first flow path 7a) are not changed, and the height H of the second flow path 7b (first By changing the length of the side parallel to the flow direction of one flow path, the area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b was changed.

前記第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を変化させてＣＦＤ解析することにより得られた、スプール４に加わるトルクの変化を図４に示す。該図４において、第二流路７ｂの高さＨは、前記初期条件（第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比１：２．８）のときの高さＨを１．０（Ｈ＝１．０）として、Ｈ＝０．９（面積比１：２．５）、Ｈ＝０．７５（面積比１：２．１）、Ｈ＝０．６（面積比１：１．７）、Ｈ＝０．５（面積比１：１．４）、Ｈ＝０．４（面積比１：１．１）、Ｈ＝０．２５（面積比１：０．６４）と変化させ、また、トルクは、初期条件のときのトルクＴを１．０（Ｈ＝１．０）として、各値を無次元化した。 FIG. 4 shows a change in torque applied to the spool 4 obtained by performing CFD analysis by changing the area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b. In FIG. 4, the height H of the second flow path 7b is 1.0 when the initial condition (area ratio 1: 2.8 of the first flow path 7a and the second flow path 7b) is 1.0. (H = 1.0), H = 0.9 (area ratio 1: 2.5), H = 0.75 (area ratio 1: 2.1), H = 0.6 (area ratio 1: 1) .7), H = 0.5 (area ratio 1: 1.4), H = 0.4 (area ratio 1: 1.1), and H = 0.25 (area ratio 1: 0.64) The torque was made dimensionless with the torque T at the initial condition being 1.0 (H = 1.0).

前記図４に示すＣＦＤ解析の結果から、曲がり流路７の第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を１：０．６４〜１：２．１にした場合には、初期条件である面積比１：２．８と比してスプール４に加わるトルクが１０％以下となり、さらに、第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を１：１．２〜１：１．９にした場合には、スプール４に加わるトルクが５％以下となることが判明した。而して、曲がり流路７の第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比を１：０．６４〜１：２．１、好ましくは１：１．２〜１：１．９にすることによりスプール４に加わるトルクを小さくすることができ、これによりスプール４の軸回り方向の回転を防止できることが判明した。 From the result of the CFD analysis shown in FIG. 4, when the area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b of the curved flow path 7 is set to 1: 0.64 to 1: 2.1, the initial condition The torque applied to the spool 4 is 10% or less compared to the area ratio 1: 2.8, and the area ratio between the first flow path 7a and the second flow path 7b is 1: 1.2 to 1: 1. .9, the torque applied to the spool 4 was found to be 5% or less. Thus, the area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b of the curved flow path 7 is 1: 0.64 to 1: 2.1, preferably 1: 1.2 to 1: 1.9. Thus, it has been found that the torque applied to the spool 4 can be reduced, thereby preventing the spool 4 from rotating around the axis.

叙述の如く構成された本形態において、スプール弁１は、ハウジング２に形成されるスプール嵌合孔３に軸方向移動自在に挿通されるスプール４と、スプール嵌合孔３の外周側にスプール嵌合孔３と連通状に形成される流入側、流出側環状溝８、１０と、これら流入側、流出側環状溝８、１０に流入側、流出側流路７、９を介して連通する流入口５および流出口６とを備え、スプール４の軸方向の移動に基づいて流入口５、流出口６間の連通、遮断を行うように構成されているが、このものにおいて、前記流入口５から流入側環状溝８に至る流入側流路７を、中途部でＬ字形状に屈曲した曲がり流路７に形成するにあたり、該曲がり流路７の屈曲箇所よりも上流側を第一流路７ａとし、屈曲箇所よりも下流側を第二流路７ｂとしたとき、スプール４に加わる回転トルクが小さくなるときの第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比をＣＦＤ解析により求め、該ＣＦＤ解析により求められた第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比になるように曲がり流路７を形成することにより、スプール４に加わるトルクを小さくすることができ、これによりスプール４の軸回り方向の回転を防止できることになる。 In the embodiment configured as described above, the spool valve 1 includes a spool 4 inserted through a spool fitting hole 3 formed in the housing 2 so as to be axially movable, and a spool fitting on the outer peripheral side of the spool fitting hole 3. The inflow and outflow side annular grooves 8 and 10 formed in communication with the joint hole 3 and the flow in communication with the inflow and outflow side annular grooves 8 and 10 through the inflow and outflow side channels 7 and 9. An inlet 5 and an outlet 6 are provided, and the inlet 5 and the outlet 6 are connected and disconnected based on the axial movement of the spool 4. In this case, the inlet 5 In forming the inflow side flow path 7 from the inflow side annular groove 8 to the bent flow path 7 bent in an L shape in the middle, the first flow path 7a is located upstream from the bent portion of the bent flow path 7. When the second flow path 7b is located downstream of the bent portion, the sp The area ratio between the first flow path 7a and the second flow path 7b when the rotational torque applied to the cylinder 4 is reduced is obtained by CFD analysis, and the first flow path 7a and the second flow path 7b obtained by the CFD analysis are calculated. By forming the curved flow path 7 so as to have an area ratio, it is possible to reduce the torque applied to the spool 4, thereby preventing the spool 4 from rotating around the axis.

而して、ＣＥＤ解析に基づいて、スプール４に加わる回転トルクが小さくなるときの第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比になるように曲がり流路７を形成することで、スプール４の軸回り方向の回転を防止できることになり、この結果、スプール回転防止用の専用部材をスプール弁１のスプール４やハウジング２、流入側流路７等に組込んだりすることなく、ＣＦＤ解析によりスプール４の回転防止を図れることになって、スプール弁の小型化、構造の簡略化、コスト低減に寄与できる。 Thus, based on the CED analysis, the curved flow path 7 is formed so as to have an area ratio of the first flow path 7a and the second flow path 7b when the rotational torque applied to the spool 4 becomes small. 4 can be prevented from rotating in the direction around the axis. As a result, a dedicated member for preventing the rotation of the spool is not incorporated into the spool 4 of the spool valve 1, the housing 2, the inflow side flow path 7 or the like, and the CFD analysis is performed. As a result, the rotation of the spool 4 can be prevented, and the spool valve can be miniaturized, the structure can be simplified, and the cost can be reduced.

さらにこのものにおいて、曲がり流路７の第一流路７ａを断面円形状の流路とし、第二流路７ｂを断面四角形状の流路としたとき、ＣＤＦ解析により求められたスプール４に加わる回転トルクが小さくなるときの第一流路７ａと第二流路７ｂとの面積比は１：０．６４〜１：２．１、好ましくは１：１．２〜１：１．９であり、該面積比となるように曲がり流路７を形成することによって、スプール４の回転防止を図ることができる。
尚、前述したように、ノッチが形成されていないスプールを用いたスプール弁は、ノッチが形成されたスプールを用いたスプール弁に比してスプールに加わるトルクは大幅に小さいが、ノッチが形成されていないスプールを用いたスプール弁にも本発明を実施できることは勿論である。 Further, in this case, when the first flow path 7a of the curved flow path 7 is a flow path having a circular cross section and the second flow path 7b is a flow path having a square cross section, the rotation applied to the spool 4 obtained by CDF analysis. The area ratio between the first flow path 7a and the second flow path 7b when the torque is reduced is 1: 0.64 to 1: 2.1, preferably 1: 1.2 to 1: 1.9. By forming the curved flow path 7 so as to have an area ratio, rotation of the spool 4 can be prevented.
As described above, a spool valve using a spool not having a notch has a much smaller torque applied to the spool than a spool valve using a spool having a notch, but the notch is formed. Of course, the present invention can be applied to a spool valve using a non-spooling spool.

本発明は、スプールの軸方向の移動により流路を開閉するスプール弁において、スプールの回転防止を図る場合に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a spool valve that opens and closes a flow path by moving the spool in the axial direction when preventing rotation of the spool.

１スプール弁
２ハウジング
３スプール嵌合孔
４スプール
５流入口
６流出口
７曲がり流路（流入側流路）
７ａ第一流路
７ｂ第二流路
８流入側環状溝
９流出側流路
１０流出側環状溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spool valve 2 Housing 3 Spool fitting hole 4 Spool 5 Inlet 6 Outlet 7 Curved flow path (inflow side flow path)
7a 1st flow path 7b 2nd flow path 8 Inflow side annular groove 9 Outflow side flow path 10 Outflow side annular groove

Claims

A spool that is axially movable through a spool fitting hole formed in the housing, a plurality of annular grooves formed in communication with the spool fitting hole on the outer peripheral side of the spool fitting hole, and these annular grooves In a spool valve comprising an inlet and an outlet that communicate with each other via a flow path, and configured to perform communication between the inlet and outlet based on movement in the axial direction of the spool, and shut off,
In forming the flow path from the inflow port to the annular groove into a bent flow path bent in an L shape in the middle, the first flow path is located upstream from the bent portion of the bent flow path, and the bent flow passage is more than the bent portion. When the downstream side is the second flow path, the area ratio between the first flow path and the second flow path when the rotational torque applied to the spool is reduced is obtained by CFD analysis, and the first flow path obtained by the CFD analysis is A spool valve characterized by forming a curved flow path so as to have an area ratio to the second flow path.

The first flow path and the second flow path when the rotational torque applied to the spool is small when the first flow path is a flow path having a circular cross section and the second flow path is a flow path having a square cross section. The spool valve is characterized in that the area ratio is 1: 0.64 to 1: 2.1.

3. The spool valve according to claim 2, wherein the area ratio between the first flow path and the second flow path is preferably 1: 1.2 to 1: 1.9.