JP2015137703A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブのポート開口部に面する部分とその背面側とでスプールの表面での圧力差の発生を抑制し、これに起因したスティッキング現象の発生を抑制する。【解決手段】入力ポート１１と出力ポート１２とドレンポート１３とが形成された内部空間を有するスリーブ１と、内部空間に挿入され軸方向に移動する軸状部材であって、各ポート間を連通状態とする連通部と、各ポート間を遮断状態とするランド部とを有するスプール２と、スリーブ１とスプール２との間に介装された筒状部材であって、各ポートと連通部とを連通状態とするカラー開口部３１ａ〜３１ｃ，３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃを有するカラー３とを備え、各ポート１１〜１３は油路が連通するポート開口部１４を有し、カラー開口部は、ポート開口部１４に対して周方向にずれて配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、スリーブの内部空間に挿入されたスプールを軸方向に移動させて、入力ポートと出力ポートとドレンポートとを連通状態や遮断状態とするスプール弁に関するものである。

圧力調整弁や流量調整弁といった油圧制御弁として、スプール弁が適用されたものがある。スプール弁は、入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成されて円柱状の内部空間を有するスリーブと、この内部空間に挿入された軸状部材であって、ランド部及びランド部間の連通部を有するスプールとを備えて構成される。スプールがスリーブの内部空間内を軸方向に移動することによって、連通部が何れかのポート間を連通状態としたり、ランド部が何れかのポート間を遮断状態としたりする。

このようなスプール弁では、油圧の制御性を向上させるために種々の技術が開発されている。例えば特許文献１には、スプールを軸方向に移動させる電磁弁としてのスプール弁であって、入力ポートにノッチを介して作動油が流入するようにスリーブとスプールとの一方に入力ノッチを形成し、ドレンポートからノッチを介して作動油がドレンするようにスリーブとスプールとの一方にドレンノッチを形成し、スムーズな調圧制御を実現させる技術が開示されている。

特許文献１の技術では、更に、入力ノッチ及びドレンノッチの軸方向の長さを規定しており、ドレンノッチを介してドレンポートから流出される作動油の量を減らして入力した作動油を効率よく出力することができるとしている。

特開２００８−３０９２９８号公報

ところで、スプール弁において、スプールの連通部はランド間に形成れた円環状の溝であるのに対して、スリーブのポートの開口部は円柱状の内部空間の周方向の特定箇所にスポット的に設けられている。このため、連通部が何れかのポート間を連通状態としたときには、円環状の連通部において、スリーブのポート開口部に面する部分では、流体の流入時には動圧が作用してその背面側よりも高圧になり、流体の流出時には動圧が作用してその背面側よりも低圧になる。

このように、スリーブのポート開口部に面する部分とその背面側とでスプールの表面での圧力差が生じると、この圧力差によってスプールがスリーブの内部空間を形成する壁面のうちの低圧側に押し付けられ、スプールがスリーブ内を摺動しにくくなるスティッキング現象（ハイドロスティッキング現象、いわゆる固着現象）が発生し、油圧の制御性が低下するという課題があることが判明した。

本発明は、かかる課題を解決するために創案されたもので、スリーブのポート開口部に面する部分とその背面側とでスプールの表面での圧力差の発生を抑制し、かかる圧力差に起因したスティッキング現象の発生を抑制することができるようにした、スプール弁を提供することを目的とする。
また、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のスプール弁は、入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成された内部空間を有するスリーブと、前記内部空間に挿入され軸方向に移動する軸状部材であって、前記各ポート間を連通状態とする連通部と、前記各ポート間を遮断状態とするランド部とを有するスプールと、前記スリーブと前記スプールとの間に介装された筒状部材であって、前記各ポートと前記連通部とを連通状態とするカラー開口部を有するカラーとを備え、前記各ポートは油路が連通するポート開口部を有し、前記カラー開口部は、前記ポート開口部に対して周方向にずれて配置されていることを特徴としている。

（２）前記カラー開口部は、前記カラーの同一軸方向位置に複数設けられ、前記ポート開口部に近接する２つの前記カラー開口部は、前記ポート開口部から周方向に均等の距離に配置されていることが好ましい。

（３）前記同一軸方向位置に設けられた複数の前記カラー開口部は、周方向に互いに等間隔で配置されていることが好ましい。
（４）前記各ポートは環状に形成されていることが好ましい。

（１）本発明のスプール弁によれば、カラー開口部がポート開口部に対して周方向にずれて配置されているので、ポート開口部から吸引されるオイルや排出されるオイルの圧力が、スプールに直接作用するのをカラーが阻止して、スリーブのポート開口部に面する側とその背面側との圧力差を小さくすることができる。このため、圧力差によるスプールの径方向への押し付け力が減少し、スプールがスリーブ内を摺動しにくくなる現象（ハイドロスティッキング現象）の発生を抑制し、油圧の制御性の低下を防止することができる。

（２）また、カラー開口部が、カラーの同一軸方向位置に複数設けられている場合、ポート開口部に近接する２つのカラー開口部が、ポート開口部から周方向に均等の距離に配置されていると、カラー開口部から出入りするオイルの圧力差も小さくなり、よりハイドロスティッキング現象の発生を抑制することができる。

（３）さらに、同一軸方向位置に設けられた複数のカラー開口部が、周方向に互いに等間隔で配置されていれば、カラー開口部から出入りするオイルのスプール表面での圧力のバランスがよくなり、ハイドロスティッキング現象の発生を抑制することができる。
（４）各ポートが環状に形成されていれば、カラーの周方向位相に左右されずポートとカラー開口部と連通し、設計自由度を高くすることができる。

本発明の一実施形態にかかるスプール弁を示す横断面図であり、図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面に相当する図である。 本発明の一実施形態にかかるスプール弁を一部破断させて示す斜視図であって、（ａ）はスプールの非連通状態を示し、（ｂ）はスプールの入出力連通状態を示し、（ｃ）はスプールのドレン状態を示す。

以下図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
また、本スプール弁は、オイル（作動油）の圧力状態を調整する圧力調整弁（例えば、減圧弁）やオイルの流量状態を調整する流量調整弁といった油圧制御弁として利用される。

〔構成〕
まず、本スプール弁の構成を説明する。
図１，図２に示すように、本スプール弁は、内部空間１０を有するスリーブ１と、この内部空間１０に挿入された軸状部材であるスプール２と、スリーブ１とスプールと２の間に介装された筒状部材であるカラー３とを備えて構成される。なお、本実施形態では、スリーブ１がバルブボディ１Ａと一体に設けられているが、図１，図２に二点鎖線で示すように、スリーブ１は、バルブボディ１Ａと別体のものをバルブボディ１Ａに組み込む構成としてもよい。

スリーブ１の内部空間１０は、筒状部材であるカラー３が内装される円柱状空間と、何れもこの円柱状空間の外周に形成された入力ポート１１と出力ポート１２とドレンポート１３とを有している。本実施形態の場合、入力ポート１１，出力ポート１２及びドレンポート１３は、いずれもカラー３の外周面との間に環状空間を形成するように円環状の溝状に形成され、それぞれ内部空間１０の軸方向に互いに離隔した所定の位置に配置される。

カラー３は、入力ポート１１，出力ポート１２及びドレンポート１３にそれぞれ合わせた軸方向位置、即ち、軸方向一端部、軸方向中間部、及び軸方向他端部に、内外に連通する開口部（カラー開口部）３１，３２，３３が形成されている。本実施形態の場合、カラー開口部３１，３２，３３は、同一軸方向位置にそれぞれ複数（具体的には、３個）設けられている。

なお、図１は、図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面に相当する図であり、出力ポート１２について示すが、入力ポート１１及びドレンポート１３についても同様の構造であるので、入力ポート１１及びドレンポート１３に関する符号も併記している。図１においては、それぞれ複数のカラー開口部３１，３２，３３を区別するために、ａ，ｂ，ｃのサフィックスを付している。なお、複数のカラー開口部３１，３２，３３を区別しない場合には、ａ，ｂ，ｃのサフィックスを省略する。

これらのそれぞれ複数のカラー開口部３１，３２，３３は、等間隔で、つまり、カラー３の軸心における中心角が等しい位置に（本実施形態では中心角がいずれも１２０度の位置に）、配置されている。また、図１（スプール２の軸線と直行する断面図）に示すように、カラー開口部３１，３２，３３は、何れもポート開口部１４に対して周方向にずれて配置されている。特に本実施形態の場合、それぞれ複数のカラー開口部３１，３２，３３のうち、ポート開口部１４に近接している２つのカラー開口部、即ち、カラー開口部３１ａとカラー開口部３１ｂ、カラー開口部３２ａとカラー開口部３２ｂ、カラー開口部３３ａとカラー開口部３３ｂは、ポート開口部１４から周方向に均等の距離に配置されている。

また、スプール２は、スリーブ１の内部空間１０内のカラー３の内部に挿入された軸状部材であって、軸方向に移動する。このスプール２には、カラー３の筒状内周面に摺接するように拡径したランド部２１，２２と、カラー３の筒状内周面との間に空間を形成するように、拡径した対応するポート間を連通状態とする連通部２３とが設けられる。なお、スプール２の軸方向移動は、電磁石を用いて行なうもの（この場合、電磁弁）や、スプール２端部にパイロットポート等を設け油圧（パイロット圧）を導入して行うものなど、種々の方式を適用できる。

〔作用、効果〕
本実施形態にかかるスプール弁は、上述のように構成されているので、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すように作動する。
例えば、スプール２が図２（ａ）に示す位置にあって、ランド部２１が軸方向一端部のカラー開口部３１を塞ぎ、ランド部２２が軸方向他端部のカラー開口部３３を塞ぐと、連通部２３は、軸方向中間部のカラー開口部３２を介して出力ポート１２と連通するが、入力ポート１１にもドレンポート１３にも連通しない状態となる。これにより、出力ポート１２は閉塞状態になる。

また、スプール２が、図２（ａ）に示す状態から図中左方に移動して図２（ｂ）に示す位置にくると、ランド部２２は軸方向他端部のカラー開口部３３を閉塞するが、ランド部２１は軸方向一端部のカラー開口部３１から外れて、連通部２３がこのカラー開口部３１と連通する。これにより、連通部２３は、カラー開口部３２を介して出力ポート１２と連通するとともに、カラー開口部３１を介して入力ポート１１と連通して、ドレンポート１３には連通しない状態となる。この結果、入力ポート１１と出力ポート１２とが連通し、入力ポート１１から出力ポート１２へオイルが流通し、出力ポート１２の先に供給される。

また、スプール２が、図２（ａ）に示す状態から図中右方に移動して図２（ｃ）に示す位置にくると、ランド部２１は軸方向一端部のカラー開口部３１を閉塞するが、ランド部２２は軸方向他端部のカラー開口部３３から外れて、連通部２３がこのカラー開口部３３と連通する。これにより、連通部２３は、カラー開口部３２を介して出力ポート１２と連通するとともに、カラー開口部３３を介してドレンポート１３と連通して、入力ポート１１には連通しない状態となる。これの結果、出力ポート１２とドレンポート１３とが連通し、出力ポート１２からドレンポート１３へオイルが流通しドレンされる。

図２（ｂ）に示すように、入力ポート１１から出力ポート１２へのオイルが流入する状態では、出力ポート１２の部分の横断面［図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面］である図１に矢印で示すように、オイルが流通する。つまり、入力ポート１１からカラー開口部３１を通じて連通部２３に進入したオイルは、図１に矢印ｆ１で示すように、連通部２３からカラー開口部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを通じて出力ポート１２に流れ込み、図１に矢印ｆ２で示すように、出力ポート１２内をポート開口部１４へ向けて流通し、矢印ｆ３で示すように、ポート開口部１４から図示しない油路に送出される。

このとき、ポート開口部１４側の部分Ｐ１では、オイルの流出に伴う動圧によって圧力が低下するため、その背面側の部分Ｐ２よりも低圧になり、この圧力差によってスリーブ１の内部空間１０内のものを低圧側（Ｐ１側）の壁面に押し付ける力が作用する。この力が、スプール２に直接作用すると、スプール２がスリーブ１内を摺動しにくくなるスティッキング現象（ハイドロスティッキング現象、いわゆる固着現象）が発生する。

また、入力ポート１１においては、ポート開口部１４側の部分Ｐ１では、オイルの流入に伴う動圧によって圧力が上昇するため、その背面側の部分Ｐ２よりも高圧になり、この圧力差によってスリーブ１の内部空間１０内のものを低圧側（Ｐ２側）の壁面に押し付ける力が作用する。この力が、スプール２に直接作用すると、同様に、スティッキング現象が発生する。

こうした現象は、図２（ｃ）に示すように、出力ポート１２からドレンポート１３へのオイルの流出時にも生じ、出力ポート１２では、ポート開口部１４側の部分Ｐ１で、オイルの流入に伴う動圧によって圧力が上昇して背面側との圧力差が発生し、ドレンポート１３では、ポート開口部１４側の部分Ｐ１で、オイルの流出に伴う動圧によって圧力が低下して背面側との圧力差が発生する。この力が、スプール２に直接作用すると、同様に、スティッキング現象が発生する。

しかし、本スプール弁では、スプール２はスリーブ１の内部空間１０内に直接内装されているのでなく、カラー３を介して内装されており、各ポート開口部１４とカラー開口部３１，３２，３３とがそれぞれ周方向にずれているので、ポート開口部１４から吸引されるオイルの圧力が、スプール２に直接作用するのをカラー３が阻止して、スプール２の表面の圧力差を小さくする。この結果、ハイドロスティッキング現象の発生が抑えられ、スプール２の軸方向移動が円滑に行われ、油圧の制御性の低下を防止することができる。

また、カラー３の同一軸方向位置に設けられた複数のカラー開口部３１ａ〜３１ｃ，３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃのうち、ポート開口部１４に近接する２つのカラー開口部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂが、ポート開口部１４から周方向に均等の距離に配置されているので、カラー開口部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂから出入りするオイルの圧力差も小さくなり、よりハイドロスティッキング現象の発生を抑制することができる。

さらに、カラー３の同一軸方向位置に設けられた複数のカラー開口部３１ａ〜３１ｃ，３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃが、周方向に互いに等間隔で配置されているので、カラー開口部３１ａ〜３１ｃ，３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃから出入りするオイルのスプール２表面での圧力のバランスがよくなり、ハイドロスティッキング現象の発生をより抑制することができる。

また、入力ポート１１，出力ポート１２，ドレンポート１３の各ポートが環状に形成されているので、カラー３の周方向位相に左右されずポート１１，１２，１３とカラー開口部３１，３２，３３と連通させることができ、設計自由度を高くすることができる。

〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、上記の実施形態を適宜変形したり、一部を採用したりして実施することができる。
例えば、上記の実施形態に示すスリーブ１やスプール２の形状は極めて模式化したものであり、実際の適用にあたっては適宜の形状を設定しうる。また、入力ポート１１，出力ポート１２，ドレンポート１３の各位置や形状も適宜設定変更しうる。

また、上記実施形態の場合、カラー開口部３１，３２，３３は、同一軸方向位置にそれぞれ複数（具体的には、３個）設けられているが、各カラー開口部３１，３２，３３の数はこれに限らず、単数であっても良いが、複数であることが好ましい。
また、カラー開口部は、ポート開口部に対して周方向にずれて配置されていることが重要であり、ポート開口部に近接する２つのカラー開口部が、ポート開口部から周方向に均等の距離に配置されていることや、複数のカラー開口部は、周方向に互いに等間隔で配置されていることは必須ではない。

また、上記の実施形態では、入力ポート，出力ポート，ドレンポートは、いずれも円環状の溝状に形成されているが、少なくとも各カラー開口部とポート開口部とを連通しうるものであればよく、例えば円環状の溝状に形成されてもよい。

オイル（作動油）の圧力状態を調整する圧力調整弁（例えば、減圧弁）やオイルの流量状態を調整する流量調整弁といった油圧制御弁に広く適用することができる。

１ スリーブ
１Ａ バルブボディ
２ スプール
３ カラー
１０ 内部空間
１１ 入力ポート
１２ 出力ポート
１３ ドレンポート
１４ ポート開口部
２１，２２ ランド部
２３ 連通部
３１，３２，３３ カラー開口部

Claims (4)

1. 入力ポートと出力ポートとドレンポートとが形成された内部空間を有するスリーブと、
   前記内部空間に挿入され軸方向に移動する軸状部材であって、前記各ポート間を連通状態とする連通部と、前記各ポート間を遮断状態とするランド部とを有するスプールと、
   前記スリーブと前記スプールとの間に介装された筒状部材であって、前記各ポートと前記連通部とを連通状態とするカラー開口部を有するカラーとを備え、
   前記各ポートは油路が連通するポート開口部を有し、
   前記カラー開口部は、前記ポート開口部に対して周方向にずれて配置されている
   ことを特徴とするスプール弁。
2. 前記カラー開口部は、前記カラーの同一軸方向位置に複数設けられ、前記ポート開口部に近接する２つの前記カラー開口部は、前記ポート開口部から周方向に均等の距離に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記同一軸方向位置に設けられた複数の前記カラー開口部は、周方向に互いに等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスプール弁。
4. 前記各ポートは環状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスプール弁。

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