JP2019124252A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】軸線方向の長さを短くすることができるスプール弁を提供する。【解決手段】スプール弁は、スプール孔が形成されているハウジングと、ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、スプールと同軸に配置されたねじ軸と、ねじ軸を回転する電動モータと、ねじ軸に螺合し、ねじ軸が回転することにより軸線方向に移動するナットと、ナットとスプールとを連結する連結部材と、スプールを中立位置に維持するための付勢力をスプールに与えるコイルばねであって、ねじ軸の径方向から見てナットに重なるように配置されるコイルばね、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動アクチュエータによってスプールを移動させるスプール弁に関する。

液圧回路に用いられる制御弁の１つとしてスプール弁が知られており、スプール弁は、スプールの位置に応じて作動油の流れる方向や作動油の流量を制御することができるようになっている。また、スプール弁には、パイロット圧をスプールに与えて位置を変えるパイロット駆動方式のものと、直動電動アクチュエータによってスプールの位置を変えるアクチュエータ駆動方式のものとが知られている。後者のアクチュエータ駆動方式のスプール弁としては、例えば特許文献１の多連方向切換弁が知られている。

特許文献１の多連方向切換弁では、電動モータの出力軸がボールねじ減速機を介してスプールと連結されている。ボールねじ減速機は、電動モータの出力軸に取り付けられたねじ軸と、当該ねじ軸にボールを介して螺合するナットを備えており、ナットに固定された動力伝達部材に回転止めの処置を施すことでナットの回転を防止することにより、ねじ軸の回転運動をナットの直動運動に変換する。ナットは動力伝達部材を介してスプールに連結されており、電動モータの出力軸を回転させることで、スプールがその軸線方向に移動し、スプールの位置が変わるようになっている。また、この多連方向切換弁には、例えば電動モータの電力系統が遮断されたときなどにスプールを中立位置へと戻すための中立復帰機構が備わっている。中立復帰機構は、ボールねじ減速機のナットとスプールの間に配置されたコイルばねを有しており、スプールが中立位置から移動するとコイルばねによってスプールを中立位置に戻すようになっている。

特許第５６６６１７４号明細書

特許文献１の多連方向切換弁では、スプール、コイルバネ、及びボールねじ減速機のナットが、スプールの軸線方向に並んで配置されるため、スプール弁の全長が長くなる。

そこで本発明は、軸線方向の長さを短くすることができるスプール弁を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明に係るスプール弁は、スプール孔が形成されているハウジングと、前記ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、前記スプールと同軸に配置されたねじ軸と、前記ねじ軸を回転する電動モータと、前記ねじ軸に螺合し、前記ねじ軸が回転することにより前記軸線方向に移動するナットと、前記ナットと前記スプールとを連結する連結部材と、前記スプールを中立位置に維持するための付勢力を前記スプールに与えるコイルばねであって、前記ねじ軸の径方向から見て前記ナットに重なるように配置されるコイルばね、を備える。

上記の構成によれば、コイルばねは、ねじ軸の径方向から見てナットに重なるように配置されるため、コイルばねとナットが軸線方向に並ぶ従来のスプール弁に比べて、スプール弁の軸線方向の長さを短くすることができる。

上記のスプール弁は、前記コイルばね及び前記ナットを収容するケーシングを備え、前記連結部材は、前記ケーシングから突出し、前記スプールと接続される突出部を有してもよい。この構成によれば、コイルばね及びナットを収容するケーシングと電動モータとをアセンブリとしてから、連結部材にスプールを取り付けることができる。

上記のスプール弁において、前記ケーシングは、一体化されており、その内方に前記コイルばねを保持するように構成されてもよい。この構成によれば、ケーシングが、一体化されており、コイルばねを保持するように構成されているため、例えばスプールを新たなスプールに交換する際などスプール弁の組み立てが容易になる。

上記のスプール弁において、前記コイルばねは、第１スプリング及び第２スプリングを含み、前記第１スプリングは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向一方側に移動する場合に圧縮し、前記第２スプリングは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向他方側に移動する場合に圧縮してもよい。この構成によれば、スプールが中立位置から移動する場合に、第１スプリング及び第２スプリングのどちらかが圧縮するため、各スプリングの耐久性を向上することができる。

あるいは、上記のスプール弁において、前記コイルばねは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向一方側及び他方側のいずれに移動する場合にも圧縮してもよい。この構成によれば、コイルばねが上述の第１スプリング及び第２スプリングを備える場合よりも、スプール弁の軸線方向の長さを短くすることができる。

本発明によれば、軸線方向の長さを短くすることができるスプール弁を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るスプール弁を示す断面図である。 図１に示すスプール弁の中立復帰機構を拡大した断面図であり、（Ａ）は、スプールが軸線方向一方側に移動したときの状態を示す図であり、（Ｂ）は、スプールが軸線方向他方側に移動したときの状態を示す図である。 変形例に係るスプール弁を示す断面図である。 図３に示すスプール弁の中立復帰機構を拡大した断面図であり、（Ａ）は、スプールが軸線方向一方側に移動したときの状態を示す図であり、（Ｂ）は、スプールが軸線方向他方側に移動したときの状態を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るスプール弁１Ａについて図１及び図２を参照して説明する。

建設機械等を含む産業機械は、アクチュエータに作動油を供給すべく油圧供給装置を備えている。アクチュエータは、供給される流量に応じた速度で駆動するようになっており、油圧供給装置は、アクチュエータに供給される作動油の流量を制御すべく、図１に示すようなスプール弁１Ａを有している。スプール弁１Ａは、直動電動式のスプール弁であり、ハウジング１１と、スプール１２と、直動変換ユニット１３と、電動モータ１４とを備えている。スプール１２は、大略円柱状に形成されており、その軸線方向に延在している。

以下では、説明の便宜上、スプール１２から電動モータ１４に向かう方向であるスプール１２の軸線方向一方（即ち、図１の右方）を「右方」と称し、電動モータ１４からスプール１２に向かう方向であるスプール１２の左方（即ち、図１の左方）を「左方」と称する。また、単に「軸線方向」という場合、スプール１２の軸線方向（即ち、図１の左右方向）を表すものとする。また、後述する変形例に係るスプール弁１Ｂの説明においても、同様とする。

ハウジング１１は、例えばバルブブロックであり、スプール孔１１ａと複数の油通路（本実施形態では、３つの油通路）１１ｂ〜１１ｄとが形成されている。スプール孔１１ａは、ハウジングを貫通するように所定方向に延在しており、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄは、異なる位置にてスプール孔１１ａに夫々接続されている。また、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄは、図示しない油圧ポンプやアクチュエータ等に繋がっており、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄに作動油が流れるようになっている。このように構成されているハウジング１１のスプール孔１１ａには、スプール１２が挿通されている。

スプール１２は、スプール本体部１２ａと、当該スプール本体部１２ａの一端部から突き出た平板部１２ｂとを有している。スプール本体部１２ａは、大略円柱状に形成されており、その軸線方向に延在する。スプール本体部１２ａの外径は、スプール孔１１ａの孔径と略一致している。また、スプール本体部１２ａの外周面には、複数の周溝（本実施形態では、２つの周溝１２ｃ，１２ｄ）が形成されている。各周溝１２ｃ，１２ｄは、スプール本体部１２ａの外周面において周方向全周にわたって延びている。また、各周溝１２ｃ，１２ｄは、スプール１２がスプール孔１１ａに挿通されている状態で、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄに応じて配置されている。

例えば、図１のようにスプール１２が中立位置にある場合において、２つの周溝１２ｃ，１２ｄは、軸線方向に互いに離間した位置に形成された第１及び第３油通路１１ｂ，１１ｄに夫々接続されている。他方、スプール１２が右方に移動すると左方側に位置する第１周溝１２ｃが第１油通路１１ｂと第２油通路１１ｃとを接続し、スプール１２が左方に移動すると右方側に位置する第２周溝１２ｄが第３油通路１１ｄと第２油通路１１ｃとを接続するようになっている。

このようにスプール１２は、位置を変えることによって３つの油通路１１ｂ〜１１ｄの接続状態を切換え、また接続される油通路１１ｂ〜１１ｄの間の開度を調整することができる。即ち、スプール１２は、その位置に応じた流量及び方向に作動油の流すことができるようになっている。

平板部１２ｂは、大略平板状に形成されており、スプール本体部１２ａの右端部から右方に向かって突き出ている。平板部１２ｂは、後述する連結部材４０と接続可能に形成されている。具体的には、平板部１２ｂの中央付近には、嵌合孔１２ｅが形成されている。嵌合孔１２ｅは、平板部１２ｂをその厚み方向（図１の紙面における上下方向）に貫通しており、嵌合孔１２ｅに大略球状のボール４４が嵌まり込んでいる。スプール１２は、当該ボール４４を介して連結部材４０に接続される。平板部１２ｂにおける連結部材４０との接続について、詳細は後述する。

ハウジング１１及びスプール１２の右方側に、直動変換ユニット１３が配置され、更に直動変換ユニット１３の右方側に電動モータ１４が配置されている。直動変換ユニット１３は、ケーシング２０と、直動変換機構３０と、連結部材４０と、中立復帰機構５０とを有する。

ケーシング２０は、大略円筒状になっており、その右方側端部と左方側端部に、夫々開口部を有している。ケーシング２０は、スプール１２の軸線方向に垂直な断面で当該軸線方向に分割してなる第１ケーシング片２１と第２ケーシング片２２を含む。

第１ケーシング片２１と第２ケーシング片２２は、スプール１２に近い側からこの順に、スプール１２の軸線方向に並んで互いに連結されている。第１ケーシング片２１は、大略円筒状であり、スプール１２に近い側から順に、スプール孔１１ａと同程度の径の内周面２０ａと、当該内周面２０ａより径が大きい内周面２０ｂとを有する（「内周面」及び後述の「段部」については、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）も参照。）。また、第２ケーシング片２２は、大略円筒状であり、スプール１２に近い側から順に、第１ケーシング片２１の内周面２０ｂに比べて径が大きい内周面２０ｃと、第１ケーシング片２１の内周面２０ｂと同じ径の内周面２０ｄと、スプール孔１１ａより径が小さい内周面２０ｅとを有する。また、第１ケーシング片２１における内周面２０ａと内周面２０ｂの間には、段部２０ｆが形成されている。また、第２ケーシング片２２における内周面２０ｃと内周面２０ｄの間には、段部２０ｇが形成されており、内周面２０ｄと内周面２０ｅの間には、段部２０ｈが形成されている。

ケーシング２０は、これら第１ケーシング片２１の右方側の開口端部と第２ケーシング片２２の左方側の開口端部を互いに突き合わせて、例えば機械的締結、溶接、接着等により接合することによって一体化されている。即ち、直動変換ユニット１３は、ケーシング２０がその内方に直動変換機構３０及び中立復帰機構５０が夫々有する構成要素が保持されるように一体化されることで、１つのユニットとして構成されている。なお、第１ケーシング片２１と第２ケーシング片２２とが接合されることで、ケーシング２０における第１ケーシング片２１の内周面２０ｂと第２ケーシング片２２の内周面２０ｃの間には、段部２０ｉが形成されている。

ケーシング２０は、その内周面２０ａ〜２０ｅの中心軸とハウジング１１のスプール孔１１ａの中心軸が合うように、その左方側の端面をハウジング１１の右方側の端面に当接させ、その状態でハウジング１１に締結されている。ケーシング２０の右方側端面に、電動モータ１４が取付けられている。

電動モータ１４は、いわゆるサーボモータであり、ステータ部１４ａと、ロータ部（出力軸を含む）１４ｂとを有している。ステータ部１４ａは、図示しない制御装置が接続されており、その制御装置から印加される電圧に応じてロータ部１４ｂが回転するようになっている。また、ロータ部１４ｂは、スプール１２と同軸に配置されており、ステータ部１４ａからケーシング２０内に向かってケーシング２０の右方側端部開口部を挿通するように、軸線方向に突出している。ロータ部１４ｂの先端（即ち、図１のロータ部１４ｂの左端）に、直動変換機構３０が設けられている。

直動変換機構３０は、電動モータ１４のロータ部１４ｂの回転運動を直線運動に変換する機構である。本実施形態において、直動変換機構３０は、ボールねじ機構であり、ねじ軸３１とナット３２とを有している。ねじ軸３１は、軸線方向に延在する棒状の部材であり、その外周面に雄ねじが形成されている。ねじ軸３１は、スプール１２と同軸に配置される。また、ねじ軸３１は、ロータ部１４ｂに取り付けられており、ロータ部１４ｂと一体的に軸線周りに回転する。ねじ軸３１には、図略の多数のボールを介してナット３２が螺合している。ナット３２は、連結部材４０に固定されている。この連結部材４０は、後述するように連結部材４０の案内溝４６にケーシング２０の突起部２３が嵌り込むことで、ケーシング２０に対してスプール１２の軸線周りに回転するのが防止される。即ち、連結部材４０に固定されたナット３２も、ケーシング２０に対してスプール１２の軸線周りに回転するのが防止される。このため、ねじ軸３１を回転させると、ナット３２は、ねじ軸３１の軸線周りに回転せずに、ねじ軸３１に沿って左右に移動する。

連結部材４０は、ナット３２とスプール１２とを連結する部材である。連結部材４０は、大略有底筒状に形成されており、その軸線方向に延在する。連結部材４０の外径は、ケーシング２０の内周面２０ａ及びスプール孔１１ａの径と略一致している。連結部材４０は、その右方側部分を構成する筒状部４１と、その左方側部分を構成する柱状部４２とを有する。筒状部４１は、その右方側に開口し、当該筒状部４１の左側は、柱状部４２により閉塞される。筒状部４１は、その中心軸がスプール１２の軸線に一致するように配置されている。筒状部４１の開口部に、右方側からねじ軸３１が挿通されており、筒状部４１の内周面４１ａに、当該ねじ軸３１に螺合するナット３２が嵌合されて接着されている。このように構成される連結部材４０は、ナット３２と共に左右に移動できるようになっている。筒状部４１を左端側から閉塞する面（即ち、柱状部４２の右方側端面）４２ａとねじ軸３１の左端部とは、ねじ軸３１に対してナット３２が右方側に移動したときに互いに接触しないように、所定の間隔をあけて配置されている。

また、連結部材４０は、少なくともスプール１２が中立位置にある場合においてケーシング２０から左方側に突出している突出部４３を有する。本実施形態では、突出部４３は、連結部材における柱状部４２の一部であるが、柱状部４２全体と筒状部の一部を含んでもよい。突出部４３は、ハウジング１１のスプール孔１１ａに挿通される。また、突出部４３は、スプール１２と接続可能に形成されている。本実施形態では、連結部材４０の突出部４３とスプール１２の平板部１２ｂとが、ナット３２に対するスプール１２の芯ずれを許容すべく、ナット３２に対してスプール１２が軸線方向に直交する全方向に傾倒かつスライドできるように接続されている。更に詳細に説明すると、連結部材４０の突出部４３は、平板部１２ｂの嵌合孔１２ｅに嵌まり込んだボール４４を介して平板部１２ｂに接続されている。即ち、連結部材４０の突出部４３、スプール１２の平板部１２ｂ及びボール４４は、ボールジョイントを構成している。

連結部材４０の突出部４３の先端には、大略平板状である平板部１２ｂが挿入される挿入溝４５が形成されている。挿入溝４５は、右方側に延在し且つ軸線方向に直交する直交方向（図１の紙面に直交する方向）に貫通するように形成されている。即ち、突出部４３は、直交方向に垂直な断面で切断すると大略Ｕ字状に形成されている。

挿入溝４５は、嵌合孔１２ｅに対応する箇所をボール４４の形状に合わせて挿入溝４５の幅方向外側に湾曲させて形成されており、その部分にボール４４を嵌められるようになっている。即ち、挿入溝４５には、嵌合孔１２ｅにボール４４を嵌め込んだ状態で平板部１２ｂを挿入することができ、ボール４４によって連結部材４０の突出部４３とスプール１２の平板部１２ｂとが係止されている。これにより、ナット３２とスプール１２とが連結部材４０によって連結され、ナット３２が軸線方向に移動する際にナット３２に連動させてスプール１２を左右に移動させることができる。このように、直動変換ユニット１３及び電動モータ１４は、当該電動モータ１４に電力が供給されることによってスプール１２を軸線方向に往復運動させる直動式の電動アクチュエータを構成する。

本実施形態では、上述のように連結部材４０の突出部４３とスプール１２の平板部１２ｂとがボール４４を介して互いに接続するため、スプール１２の軸線がロータ部１４ｂの軸線に対して傾倒するような芯ずれが生じている場合、傾倒の状態に合わせて何れの方向にも連結部材４０の突出部４３に対してスプール１２の平板部１２ｂを傾倒させることができる。これにより、ロータ部１４ｂの軸線に対するスプール１２の軸線の傾倒を許容することができる。

また、ケーシング２０の内周面２０ａには、周方向における所定箇所で径方向内方に向かって突き出た突起部２３が設けられている。また、連結部材４０の外周面には、当該突起部２３に径方向に対向する位置から軸線方向に延びる案内溝４６が形成されている。突起部２３は、案内溝４６に嵌り込んでおり、連結部材４０が軸線方向に移動する際に案内溝４６に軸線方向に沿って案内される。また、突起部２３が案内溝４６に嵌まり込むことにより、連結部材４０がケーシング２０に対してスプール１２の軸線周りに回転するのが防止される。

中立復帰機構５０は、スプール１２を中立位置に維持するための付勢力をスプール１２に与えて、例えば電動モータ１４の電力系統が遮断されたときなどにスプール１２を中立位置へと戻す機構である。中立復帰機構５０は、コイルばね５１と、第１ばね受け部材５２と、第２ばね受け部材５３と、第１押圧部５４と、第２押圧部５５と、第１規制部５６と、第２規制部５７とを有している。第１ばね受け部材５２と、第２ばね受け部材５３と、コイルばね５１とは、連結部材４０に外装されている。

図２（Ａ）は、スプール１２が右方側に移動したときの中立復帰機構５０の状態を示す拡大断面図であり、図２（Ｂ）は、スプール１２が左方側に移動したときの中立復帰機構５０の状態を示す拡大断面図であり図である。以下では、中立復帰機構５０について、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を適宜参照しながら説明する。

コイルばね５１は、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように、連結部材４０（より詳しくは、筒状部４１）の周りに配置される。そして、第１ばね受け部材５２及び第２ばね受け部材５３が、当該コイルばね５１を軸線方向に挟み込むように配置される。即ち、本実施形態では、連結部材４０の筒状部４１よりも径方向内方側に直動変換機構３０が配置され、連結部材４０の筒状部４１よりも径方向外方側に中立復帰機構５０が配置される。コイルばね５１は、いわゆる圧縮コイルばねであり、圧縮された状態で２つのばね受け部材５２，５３の間に介在されている。

第１ばね受け部材５２は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、連結部材４０が軸線方向に挿通される挿通孔５２ａを有する筒状部５２ｂと、当該筒状部５２ｂの左方側に形成されたフランジ部５２ｃを有する。筒状部５２ｂは、コイルばね５１の径方向内方にあり、フランジ部５２ｃは、コイルばね５１の左側端部を受ける。挿通孔５２ａに連結部材４０が挿通されることで、第１ばね受け部材５２は、連結部材４０に対して軸線方向に移動（摺動）自在となっている。

第１ばね受け部材５２は、図１に示すように、スプール１２が中立位置にあるとき、ケーシング２０内の段部２０ｉに当接する位置である第１位置Ｐ１にある。第１ばね受け部材５２より左方側には、第１押圧部５４が設けられている。第１ばね受け部材５２は、左方側から第１押圧部５４に押圧されることにより、第１位置Ｐ１より右方側に移動する（図２（Ａ）参照）。

本実施形態では、第１押圧部５４は、連結部材４０の外周面から径方向外方に張り出すように設けられている。第１押圧部５４は、連結部材４０に対して固定された別体であり、連結部材４０と一体的に軸線方向に移動する。第１押圧部５４は、スプール１２が中立位置にあるとき、第１位置Ｐ１にある第１ばね受け部材５２に対してコイルばね５１とは反対側から当接する位置にある。そして、第１押圧部５４は、スプール１２が中立位置から右方側に移動するとき、スプール１２とともに右方側に移動し、第１ばね受け部材５２を押圧する（図２（Ａ）参照）。

第２ばね受け部材５３は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、連結部材４０が軸線方向に挿通される挿通孔５３ａを有する筒状部５３ｂと、当該筒状部５３ｂの右方側に形成されたフランジ部５３ｃを有する。筒状部５３ｂは、コイルばね５１の径方向内方にあり、フランジ部５３ｃは、コイルばね５１の右側端部を受ける。挿通孔５３ａに連結部材４０が挿通されることで、第２ばね受け部材５３は、連結部材４０に対して軸線方向に移動（摺動）自在となっている。

第２ばね受け部材５３は、図１に示すように、スプール１２が中立位置にあるとき、ケーシング２０内の段部２０ｇに当接する位置である第２位置Ｐ２にある。第２ばね受け部材５３より右方側には、第２押圧部５５が設けられている。第２ばね受け部材５３は、右方側から第２押圧部５５に押圧されることにより、第２位置Ｐ２より左方側に移動する（図２（Ｂ）参照）。

本実施形態では、連結部材４０（より詳しくは筒状部４１）の開口端部が、連結部材４０の外周面から径方向外方に張り出すようにフランジ状に形成されており、当該フランジ部分が第２押圧部５５を構成する。即ち、第２押圧部５５は、連結部材４０の一部である。第２押圧部５５は、スプール１２が中立位置にあるとき、第２位置Ｐ２にある第２ばね受け部材５３に対してコイルばね５１とは反対側から当接する位置にある。そして、第２押圧部５５は、スプール１２が中立位置から左方側に移動するとき、スプール１２とともに左方側に移動し、第２ばね受け部材５３を押圧する（図２（Ｂ）参照）。

また、第１ばね受け部材５２は、第１位置Ｐ１より左方側への移動を第１規制部５６により規制される（図１及び図２（Ｂ）参照）。また、第２ばね受け部材５３は、第２位置Ｐ２より右方側への移動を第２規制部５７により規制される（図１及び図２（Ａ）参照）。本実施形態では、第１ばね受け部材５２（より詳しくは、フランジ部５２ｃ）及び第２ばね受け部材５３（より詳しくは、フランジ部５３ｃ）の双方の径方向外側端縁が、径方向における内周面２０ｃと当該内周面２０ｃより径が小さい内周面２０ｂ，２０ｄの間に位置する。このため、第１ばね受け部材５２及び第２ばね受け部材５３は、いずれも軸線方向における内周面２０ｃが延在する範囲でのみ移動可能となっている。

即ち、内周面２０ｂと内周面２０ｃの間の段部２０ｉが、第１ばね受け部材５２の第１位置Ｐ１より左方側への移動を規制する第１規制部５６として機能し、内周面２０ｃと内周面２０ｄの間の段部２０ｇが、第２ばね受け部材５３の第２位置Ｐ２より右方側への移動を規制する第２規制部５７として機能する。言い換えれば、第１ばね受け部材５２が第１位置Ｐ１にあるとき、当該第１ばね受け部材５２は第１規制部５６に当接して支持されており、第２ばね受け部材５３が第２位置Ｐ２にあるとき、当該第２ばね受け部材５３は第２規制部５７に当接して支持されている。

このように構成される中立復帰機構５０では、電動モータ１４を駆動させることによりスプール１２を中立位置から右方に移動させると、図２（Ａ）に示すように、第１ばね受け部材５２は、スプール１２と共に移動する第１押圧部５４に押圧されて、第１位置Ｐ１より右方に移動する。他方、第２ばね受け部材５３は、第２規制部５７である段部２０ｇにより右方側への移動が規制され、第２位置Ｐ２に維持される。これにより、２つのばね受け部材５２，５３の間が狭まってコイルばね５１が圧縮され、コイルばね５１は、第１ばね受け部材５２及び連結部材４０を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、コイルばね５１は、電動モータ１４を駆動させることによる押付力に抗する左方への付勢力をスプール１２に与える。

また、電動モータ１４を駆動させることによりスプール１２を中立位置から左方に移動させると、図２（Ｂ）に示すように、第２ばね受け部材５３は、スプール１２と共に移動する第２押圧部５５に押圧されて、第２位置Ｐ２より左方に移動する。他方、第１ばね受け部材５２は、第１規制部５６である段部２０ｉにより左方側への移動が規制され、第１位置Ｐ１に維持される。これにより、２つのばね受け部材５２，５３の間が狭まってコイルばね５１が圧縮され、コイルばね５１は、第２ばね受け部材５２及び連結部材４０を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、コイルばね５１は、電動モータ１４を駆動させることによる押付力に抗する右方への付勢力をスプール１２に与える。

また、スプール１２が中立位置に位置する際には、第１ばね受け部材５２が第１規制部５６である段部２０ｉに支持され、また第２ばね受け部材５３が第２規制部５７である段部２０ｇに支持されている。それ故、コイルばね５１の付勢力がスプール１２に作用しない。従って、電動モータ１４からスプール１２に与える押圧力をゼロにすることで、スプール１２を中立位置に戻すことができる。

また、本実施形態の中立復帰機構５０は、スプール１２のストローク範囲を制限する構成を有している。本実施形態では、第２押圧部５５の径方向外側端縁が、径方向における内周面２０ｄと当該内周面２０ｄより径が小さい内周面２０ｅの間に位置する。このため、スプール１２が中立位置から右方側に所定距離移動すると、それと共に右方側に移動する第２押圧部５５は、内周面２０ｄと内周面２０ｅの間の段部２０ｈに当接して、右方への移動が規制される（図２（Ａ）参照）。また、第１押圧部５４の径方向外側端縁が、径方向における内周面２０ｂと当該内周面２０ｂより径が小さい内周面２０ａの間に位置する。このため、スプール１２が中立位置から左方側に所定距離移動すると、それと共に左方側に移動する第１押圧部５４は、内周面２０ａと内周面２０ｂの間の段部２０ｆに当接して、左方への移動が規制される（図２（Ｂ）参照）。こうして、スプール１２は、左右に所定距離以上移動しないよう制限される。

以上説明したように、本実施形態に係るスプール弁１Ａは、中立復帰機構５０のコイルばね５１が、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように配置されるため、コイルばね５１とナット３２が軸線方向に並ぶ従来のスプール弁に比べて、スプール弁１Ａの軸線方向の長さを短くすることができる。

また、本実施形態では、スプール１２と接続される連結部材４０の突出部４３がケーシング２０から突出しているため、コイルばね５１及びナット３２を収容するケーシング２０と電動モータ１４とをアセンブリとしてから、連結部材４０にスプール１２を取り付けることができる。

また、本実施形態では、ケーシング２０は、一体化されており、その内方にコイルばね５１を保持するように構成されているため、例えばスプール１２を新たなスプールに交換する際などのスプール弁１Ａの組み立てが容易になる。

［変形例］
上記実施形態では、コイルばね５１が１つのスプリングにより構成される例を示したが、本発明のスプール弁が備えるコイルばねは、複数のスプリングを含む構成であってもよい。以下では、コイルばねが複数のスプリングを含む例として、上記実施形態の変形例に係るスプール弁１Ｂについて、図３及び図４を参照して説明する。なお、変形例に係るスプール弁１Ｂの構成は、第１実施形態のスプール弁１Ａの構成に類似しているため、以下の説明では、第１実施形態のスプール弁１Ａと異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すスプール弁１Ｂは、第１実施形態のスプール弁１Ａが備えた直動変換ユニット１３及び電動モータ１４を備える代わりに、電動モータ１４を含むモータユニット１５を備える。即ち、第１実施形態の直動変換ユニット１３が電動モータ１４を含まないユニットであったのに対し、モータユニット１５は、電動モータ１４を含むユニットとして構成されている。

モータユニット１５は、電動モータ１４と、ケーシング６０と、直動変換機構３０と、連結部材４０と、中立復帰機構７０とを有する。

ケーシング６０は、大略円筒状になっており、その右方側端部と左方側端部に、夫々開口部を有している。ケーシング６０は、スプール１２の軸線方向に垂直な断面で当該軸線方向に分割してなる第１ケーシング片６１と、第２ケーシング片６２と、第３ケーシング片６３とを含む。第１ケーシング片６１と、第２ケーシング片６２と、第３ケーシング片６３は、スプール１２に近い側からこの順に、スプール１２の軸線方向に並んで連結されている。第１ケーシング片６１は、大略円筒状であり、スプール孔１１ａと同じ径の内周面６０ａが形成されている。第２ケーシング片６２は、大略円筒状であり、第１ケーシング片６１の内周面６０ａより径が大きい内周面６０ｂが形成されている。この内周面６０ｂの軸線方向における中央付近に、当該内周面６０ｂから全周にわたり径方向内方に張り出した張出部６０ｃが形成されている。第３ケーシング片６３は、電動モータ１４のステータ部１４ａを覆うケーシング片であり、少なくとも左方側に端面６０ｄを有する。端面６０ｄには、ロータ部１４ｂを挿通する開口部が形成されている。

第１ケーシング片６１と第２ケーシング片６２とは、第１ケーシング片６１の右方側の開口端部と第２ケーシング片６２の左方側の開口端部とを互いに突き合わせて、機械的締結、溶接、接着等により接合することにより、一体化される。また、第２ケーシング片６２と第３ケーシング片６３とは、第２ケーシング片６２の右方側の開口端部と第３ケーシング片６３の端面６０ｄとを互いに突き合わせて、機械的締結、溶接、接着等により接合することにより、一体化される。こうして、ケーシング６０は、第１ケーシング片６１と、第２ケーシング片６２と、第３ケーシング片６３の隣り合うケーシング片同士が接合されることにより、一体化されている。即ち、モータユニット１５は、ケーシング６０がその内方に直動変換機構３０及び中立復帰機構７０が夫々有する構成要素が保持されるように一体化されることで、１つのユニットとして構成されている。なお、第１ケーシング片６１と第２ケーシング片６２とが接合されることで、ケーシング６０における内周面６０ａと内周面６０ｂの間には、段部６０ｅが形成されている。

中立復帰機構７０は、スプール１２に付勢力を与えるコイルばねが第１スプリング７１及び第２スプリング７２を含む構成となっている。第１スプリング７１及び第２スプリング７２は、スプール１２の軸線方向に並んで配置された、同じ線径及び巻き数のスプリングであり、いずれも圧縮コイルばねである。第１スプリング７１及び第２スプリング７２の径は、内周面６０ａの径より大きく、内周面６０ｂの径より小さい。第１スプリング７１は、ケーシング６０の張出部６０ｃより左方側に配置され、第２スプリング７２は、ケーシング６０の張出部６０ｃより右方側に配置される。

また、中立復帰機構７０は、更に、第１ばね受け部材７３と、第２ばね受け部材７４と、押圧部７５と、規制部７６とを有している。第１スプリング７１と、第２スプリング７２と、第１ばね受け部材７３と、第２ばね受け部材７４とは、連結部材４０に外装されている。

図４（Ａ）は、スプール１２が右方側に移動したときの中立復帰機構７０の状態を示す拡大断面図であり、図４（Ｂ）は、スプール１２が左方側に移動したときの中立復帰機構７０の状態を示す拡大断面図であり図である。以下では、中立復帰機構７０について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を適宜参照しながら説明する。

第１スプリング７１及び第２スプリング７２は、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように、連結部材４０（より詳しくは、筒状部４１）の周りに配置される。即ち、本実施形態でも、第１実施形態と同様、連結部材４０の筒状部４１よりも径方向内方側に直動変換機構３０が配置され、連結部材４０の筒状部４１よりも径方向外方側に中立復帰機構７０が配置される。

第１ばね受け部材７３及び第２ばね受け部材７４は、夫々大略円板状に形成されており、その軸線方向に連結部材４０を挿通すべく挿通孔７３ａ，７４ａが形成されている。第１ばね受け部材７３及び第２ばね受け部材７４は、夫々挿通孔７３ａ，７４ａに連結部材４０が挿通されることで、連結部材４０に対して軸線方向に移動（摺動）自在となっている。第１スプリング７１は、圧縮された状態で第１ばね受け部材７３と第１ケーシング片６１の段部６０ｅの間に介在されている。また、第２スプリング７２は、圧縮された状態で第２ばね受け部材７４と第３ケーシング片６３の端面６０ｄの間に介在されている。図３に示すように、スプール１２が中立位置にあるとき、第１ばね受け部材７３は、ケーシング６０内の第１位置Ｐ１にあり、第２ばね受け部材７４は、ケーシング６０内の第２位置Ｐ２にある。

押圧部７５は、連結部材４０におけるばね受け部材７３，７４が摺動する面から径方向外方に張り出すように設けられている。押圧部７５は、連結部材４０の一部であり、連結部材４０と一体的に軸線方向に移動する。また、規制部７６は、上述した張出部６０ｃであり、第１ばね受け部材７３の右方側への移動を規制するとともに、第２ばね受け部材７４の左方側への移動を規制する。

押圧部７５と規制部７６とは、軸線方向の厚みが同じであり、スプール１２が中立位置にある場合に径方向に互いに対向している。また、押圧部７５の径方向外側端縁と規制部７６の径方向内側端縁は、いずれも径方向における内周面６０ｂと当該内周面６０ｂより径が小さい内周面６０ａの間に位置する。スプール１２が中立位置にある場合に、第１位置にある第１ばね受け部材７３は、右方側で押圧部７５と規制部７６に当接して支持されており、第２位置にある第２ばね受け部材７４は、左方側で押圧部７５と規制部７６に当接して支持されている。

このように構成される中立復帰機構７０では、電動モータ１４を駆動させることによりスプール１２を中立位置から右方に移動させると、図４（Ａ）に示すように、第１ばね受け部材７３が第１位置Ｐ１に維持されるのに対して、第２ばね受け部材７４は、スプール１２と共に移動する押圧部７５に押圧されて、第２位置Ｐ２より右方に移動する。これにより、第２ばね受け部材７４と第３ケーシング片６３の端面６０ｄの間が狭まって第２スプリング７２が圧縮され、第２スプリング７２は、第２ばね受け部材７４及び連結部材４０を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、第２スプリング７２は、電動モータ１４を駆動させることによる押付力に抗する左方への付勢力をスプール１２に与える。

また、電動モータ１４を駆動させることによりスプール１２を中立位置から左方に移動させると、図４（Ｂ）に示すように、第２ばね受け部材７４が第２位置Ｐ２に維持されるのに対して、第１ばね受け部材７３は、スプール１２と共に移動する押圧部７５に押圧されて、第１位置Ｐ１より左方に移動する。これにより、第１ばね受け部材７３と第１ケーシング片６１の段部６０ｅの間が狭まって第１スプリング７１が圧縮され、第１スプリング７１は、第１ばね受け部材７３及び連結部材４０を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、第１スプリング７１は、電動モータ１４を駆動させることによる押付力に抗する右方への付勢力をスプール１２に与える。

本変形例では、スプール１２が中立位置から移動する場合に、第１スプリング７１及び第２スプリング７２のいずれか一方が圧縮するため、各スプリングの耐久性を向上することができる。

また、本変形例に係るスプール弁１Ｂでも、中立復帰機構７０のコイルばね５１が、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように配置されるため、コイルばね５１とナット３２が軸線方向に並ぶ従来のスプール弁に比べて、スプール１２の軸線方向の長さを短くすることができる。但し、上記の第１実施形態のスプール弁１Ａは、２つのスプリングを軸線方向に並べて配置する必要がないため、本変形例よりも軸線方向の長さを短くすることができる。なお、本変形例では、第１スプリング７１及び第２スプリング７２の双方が、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように配置されているが、本発明は、これに限定されない。即ち、第１スプリング７１及び第２スプリング７２のうちの少なくとも一方が、ねじ軸３１の径方向から見てナット３２に重なるように配置されていればよい。

［その他の形態について］
本発明は上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態及び変形例では、連結部材４０がケーシング２０，６０から突出する突出部４３を有しており、当該突出部４３がハウジング１１のスプール孔１１ａに挿通されていたが、連結部材４０は、ケーシング２０，６０から突出するものでなくてもよい。例えば、スプール１２がハウジング１１から突出する突出部を有していてもよく、当該突出部がケーシング２０，６０内に入り込んでもよい。但し、上記実施形態及び変形例のように連結部材４０が突出部４３を有する場合、コイルばね５１及びナットを収容するケーシングと電動モータとをアセンブリとしてから、連結部材４０にスプール１２を取り付けることができるため、スプール１２単品を交換する際など特に有用である。

また、上記実施形態では、スプール１２のストローク範囲を制限するために、スプール１２が中立位置から右方側に所定距離移動すると、第２押圧部５５が段部２０ｈに当接し、スプール１２が中立位置から左方側に所定距離移動すると、第１押圧部５４が段部２０ｆに当接したが、スプール１２のストローク範囲を制限する構成は、これに限定されない。

例えば、筒状部５２ｂ及び筒状部５３ｂの一方又は双方の軸線方向の長さを長くしてもよい。これにより、第１ばね受け部材５２又は第２ばね受け部材５３が移動する際に、筒状部５２ｂと筒状部５３ｂの間の隙間がなくなる（筒状部５２ｂと筒状部５３ｂとが互いに接触する）ことで、第１ばね受け部材５２及び第２ばね受け部材５３の移動量を制限することができる。このように、第１ばね受け部材５２及び第２ばね受け部材５３の移動量が制限されることで、結果的にスプール１２のストローク範囲を制限することができる。

あるいは、例えば、筒状部５２ｂと筒状部５３ｂの間に、連結部材４０に外装された筒状体を設けてもよい。この筒状体の軸線方向の長さを適切な長さに調整することで、この筒状体は、第１ばね受け部材５２又は第２ばね受け部材５３が移動する際に、筒状部５２ｂと筒状部５３ｂに軸線方向に挟み込まれる。これにより、第１ばね受け部材５２及び第２ばね受け部材５３の移動量を制限して、スプール１２のストローク範囲を制限することができる。

なお、連結部材４０に外装された筒状体を設けてスプール１２のストローク範囲を制限する上述の構成は、他の部材の寸法等を変更せずに、筒状体の軸線方向の長さを変更するだけで、異なるストローク領域を有したスプール弁に適用可能となるため、特に有用である。

また、上記実施形態では、連結部材４０とスプール１２とは、ボール４４を介して接続されていたが、連結部材４０とスプール１２の接続形態はこれに限定されない。例えば、連結部材４０とスプール１２の接続形態としてユニバーサルジョイントを採用してもよい。また、例えば、連結部材４０の一端部に軸線方向に延びるねじ部を形成し、当該ねじ部を、スプール１２の一端部に形成したねじ穴に挿入することによって、連結部材４０とスプール１２とを接続してもよい。

また、上記実施形態では、スプール本体部１２ａと当該スプール本体部１２ａの一端部から突き出た平板部１２ｂとが一体的に形成されているが、別体で形成されてもよい。また、連結部材４０は、ナット３２が嵌合される筒状部４１と、スプール１２と接続可能に形成された突出部４３とが一体的に形成されているが、連結部材４０は、複数の部材が結合されることにより構成されたものであってもよい。例えば筒状部４１と突出部４３とは別体に形成されていてもよい。また、第１押圧部５４は、連結部材４０と別体で形成されているが、連結部材４０と一体的に形成されてもよい。また、第２押圧部５５及び押圧部７５は、連結部材４０と一体的に形成されているが、別体で形成されてもよい。第１規制部５６、第２規制部５７、及び規制部７６は、ケーシング２０と一体的に形成されているが、別体で形成されてもよい。

また、上記の説明では、１つのスプリングにより構成されるコイルばね５１を備えるスプール弁１Ａが、電動モータ１４を含まない直動変換ユニット１３を備え、コイルばねとして第１スプリング７１及び第２スプリング７２を備えるスプール弁１Ｂが、電動モータ１４を含むモータユニット１５を備えていたが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、中立復帰機構のコイルばねとして１つのスプリングを備えるスプール弁が、モータユニットを備えるように構成されてもよいし、中立復帰機構のコイルばねとして複数のスプリングを備えるスプール弁が直動変換ユニットを備えるように構成されてもよい。

更に、第１実施形態及び変形例のスプール弁１Ａ，１Ｂでは、直動変換機構３０がロータ部１４ｂに直接連結されているが、変速機構等を介してロータ部１４ｂと直動変換機構３０とが接続されていてもよい。この場合、電動モータ１４は、直動変換機構３０と同軸上に配置されず、電動モータ１４を直動変換機構３０と並行して配置することも可能である。更に、直動変換機構３０は、ボールねじ機構でなくてもよく、例えば直動変換機構３０は、すべりねじ機構及び台形ねじ機構等であってもよい。

１Ａ，１Ｂ ：スプール弁
１１ ：ハウジング
１２ ：スプール
１４ ：電動モータ
２０，６０ ：ケーシング
３１ ：ねじ軸
３２ ：ナット
４０ ：連結部材
５１ ：コイルばね
７１ ：第１スプリング
７２ ：第２スプリング

Claims (5)

1. スプール孔が形成されているハウジングと、
   前記ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、
   前記スプールと同軸に配置されたねじ軸と、
   前記ねじ軸を回転する電動モータと、
   前記ねじ軸に螺合し、前記ねじ軸が回転することにより前記軸線方向に移動するナットと、
   前記ナットと前記スプールとを連結する連結部材と、
   前記スプールを中立位置に維持するための付勢力を前記スプールに与えるコイルばねであって、前記ねじ軸の径方向から見て前記ナットに重なるように配置されるコイルばね、を備える、スプール弁。
2. 前記コイルばね及び前記ナットを収容するケーシングを備え、
   前記連結部材は、前記ケーシングから突出し、前記スプールと接続される突出部を有する、請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記ケーシングは、一体化されており、その内方に前記コイルばねを保持するように構成される、請求項２に記載のスプール弁。
4. 前記コイルばねは、第１スプリング及び第２スプリングを含み、
   前記第１スプリングは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向一方側に移動する場合に圧縮し、前記第２スプリングは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向他方側に移動する場合に圧縮する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプール弁。
5. 前記コイルばねは、前記スプールが前記中立位置から前記軸線方向一方側及び他方側のいずれに移動する場合にも圧縮する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプール弁。

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