JP2023142732A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スプール弁の制御性を向上させる。【解決手段】スプール弁１００は、スプール孔１１が形成されたハウジング１０と、スプール孔１１に軸方向に摺動自在に収容されるスプール１２と、出力軸２１を回転する電動モータ２０と、出力軸２１の回転を直線運動に変換可能な変換部３０と、変換部３０とスプール１２とを連結する連結部４０と、を備え、連結部４０は、第１球継手４１と第２球継手４５とを有し、第１球継手４１を介してスプール１２に結合され、第２球継手４５を介して変換部３０に結合される。【選択図】図１

Description

本発明は、スプール弁に関するものである。

特許文献１には、電動モータの出力軸がボールねじを介してスプールに連結されたスプール弁が開示されている。

特開２０１１－２５６９９３号公報

特許文献１に記載のスプール弁では、電動モータの出力軸とスプールの中心軸とが同軸線上に位置するようにスプールに対して電動モータが配置されているが、内外径の加工誤差や組立時の軸合わせ不良によって、電動モータの出力軸とスプールの中心軸とにずれが生じるおそれがある。このように軸がずれた状態でスプールが駆動されると、スプールがスプール孔に片当たりすることでスプールの摺動抵抗が大きくなり、結果として、スプール弁の制御性が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、スプール弁の制御性を向上させることを目的とする。

本発明は、スプール弁であって、スプール孔が形成されたハウジングと、スプール孔に軸方向に摺動自在に収容されるスプールと、出力軸を回転する電動モータと、出力軸の回転を直線運動に変換可能な変換部と、変換部とスプールとを連結する連結部と、を備え、連結部は、第１球継手と第２球継手とを有し、第１球継手を介してスプールに結合され、第２球継手を介して変換部に結合されることを特徴とする。

この発明では、電動モータの出力軸の回転を直線運動に変換可能な変換部と、スプールとが、２つの球継手を有する連結部を介して連結される。このため、電動モータの出力軸や変換部がスプールの中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング内に設けられている場合であっても、スプールに対する出力軸や変換部の傾きや偏芯は、連結部によって吸収ないし軽減され、傾きや偏芯がスプールの動きに影響を及ぼすことが抑制される。これにより、スプールはスプール孔に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することとなる。

また、本発明は、連結部が、第１球状部及び第２球状部が設けられた中間部材と、第１球状部を介して中間部材を揺動自在に支持し、第１球状部と共に第１球継手を形成する第１支持部と、第２球状部を介して中間部材を揺動自在に支持し、第２球状部と共に第２球継手を形成する第２支持部と、を有し、第１支持部は、スプールに結合され、第２支持部は、変換部に結合されることを特徴とする。

また、本発明は、連結部が、スプールに結合された第１球状部と、変換部に結合された第２球状部と、第１球状部を摺動可能に支持し第１球状部と共に第１球継手を形成する第１支持部が一端に設けられ、第２球状部を摺動可能に支持し第２球状部と共に第２球継手を形成する第２支持部が他端に設けられた中間部材と、を有することを特徴とする。

これらの発明では、スプールには、第１球継手を構成する部材が結合され、変換部には、第２球継手を構成する部材が結合される。つまり、スプールと変換部とは、少なくとも２つの球継手を介して連結されることになる。このため、電動モータの出力軸や変換部がスプールの中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング内に設けられている場合であっても、スプールに対する出力軸や変換部の傾きや偏芯は、２つの球継手によって吸収ないし軽減され、結果として、傾きや偏芯がスプールの動きに影響を及ぼすことを抑制することができる。

本発明によれば、スプール弁の制御性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るスプール弁の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るスプール弁の変形例の構成を示す概略図である。

以下、図１を参照して、本発明の実施形態に係るスプール弁１００について説明する。

スプール弁１００は、図示しないアクチュエータ等に対する作動油の給排を切り換えることによって、その作動を制御するために用いられるものであり、例えば、油圧ショベルやフォークリフト等の作業機に設けられる油圧アクチュエータの伸縮を制御するために用いられる。

スプール弁１００は、図１に示すように、スプール孔１１が形成されたハウジング１０と、スプール孔１１内を軸方向に摺動自在であってハウジング１０内に形成された図示しない複数のポート同士の連通を許容または遮断するスプール１２と、出力軸２１を回転する電動モータ２０と、出力軸２１の回転をスプール１２の軸方向における直線運動に変換可能な変換部３０と、変換部３０とスプール１２とを連結する連結部４０と、を備えた電動駆動式の方向切換弁である。なお、連結部４０が連結されるスプール１２の端部とは反対側の端部には、スプール１２に付勢力を付与する図示しないスプリングが設けられてもよいが、このスプリングは必須の構成ではない。

スプール弁１００は、例えば、３ポート３位置切換弁であって、アクチュエータ等に対する作動油の給排を遮断しアクチュエータ等の作動を停止させる中立位置と、アクチュエータ等に作動油を供給してアクチュエータ等を一方の方向へ作動させる供給位置と、アクチュエータ等から作動油を排出させてアクチュエータ等を他方の方向へ作動させる排出位置と、を有する。なお、スプール弁１００の形式は、３位置切換弁に限定されず、２位置切換弁や４位置以上にスプール１２の位置を切り換え可能な多位置切換弁であってもよい。また、スプール弁１００のポートの数は特に限定されず、制御対象となるアクチュエータ等の構成に応じて適宜設定される。

スプール１２は、図示しない複数のランド部やランド部の間に形成される環状溝を有する円柱状部材である。スプール１２には、変換部３０及び連結部４０を介して電動モータ２０の駆動力が推力として作用するとともに、上述の図示しないスプリングの付勢力が作用する。このため、スプール１２は、電動モータ２０による推力とスプリングによる付勢力とが釣り合った位置に移動する。なお、スプリングが設けられていない場合、スプール１２は、電動モータ２０の推力のみによって変位する。また、スプール１２には、スプール孔１１内でスプール１２が回転することを規制する図示しない回転規制部が設けられる。

ハウジング１０には、スプール孔１１が長手方向に貫通して形成されるとともに、スプール孔１１に一端が開口する図示しないポートが複数形成されている。これらポートの他端は、ポンプ１で加圧された作動油が流れる供給通路３やタンク２へ戻る作動油が流れる排出通路４、外部に設けられる図示しないアクチュエータ等に給排される作動油が流れる図示しない給排通路にそれぞれ接続されている。

電動モータ２０は、供給される電力に応じて出力軸２１の回転量及び回転方向を制御可能なサーボモータであり、出力軸２１がスプール１２と略同軸線上に位置するようにハウジング１０に取り付けられる。なお、電動モータ２０は、ステッピングモータであってもよい。

変換部３０は、内周にネジ溝が形成されたナット部３１と、ナット部３１のネジ溝内に配置される複数のボール３２と、複数のボール３２を介してナット部３１と係合するネジ溝が外周に形成されたネジ軸部３３と、を有する、いわゆるボールねじである。図１には、変換部３０のナット部３１が、電動モータ２０の出力軸２１の端部に一体的に形成された例が示されている。なお、ナット部３１は、出力軸２１とは別の部材に形成されて出力軸２１に取り付けられるものであってもよい。また、出力軸２１には、ナット部３１に代えて、ネジ軸部３３が形成されていてもよい。

上記構成の変換部３０が電動モータ２０の出力軸２１とスプール１２との間に設けられることで、電動モータ２０が出力軸２１を一方の方向に所定量回転させると、スプール１２は、スプール孔１１内を一方の方向に所定量だけ移動し、電動モータ２０が出力軸２１を他方の方向に所定量回転させると、スプール１２は、スプール孔１１内を他方の方向に所定量だけ移動することになる。

連結部４０は、第１球継手４１及び第２球継手４５の２つの球継手を有しており、第１球継手４１を介してスプール１２に結合され、第２球継手４５を介して変換部３０に結合される。

具体的には、図１に示すように、連結部４０は、一端に第１球状部４２が設けられ他端に第２球状部４６が設けられた中間部材４８と、第１球状部４２を介して中間部材４８を揺動自在に支持し、第１球状部４２と共に第１球継手４１を形成する第１支持部４３と、第２球状部４６を介して中間部材４８を揺動自在に支持し、第２球状部４６と共に第２球継手４５を形成する第２支持部４７と、を有する。

第１支持部４３は、筒状の開口端部を有し、内部に第１球状部４２が挿入された状態で開口端部を第１球状部４２の表面に沿って径方向外側から絞り加工（カシメ加工）することにより、図１に示されるように、第１球状部４２を摺動及び回転自在に保持可能な状態となる。このように第１球状部４２と共に第１球継手４１を形成する第１支持部４３は、スプール１２の端部に結合される。具体的には、嵌合やネジ結合、溶接接合、カシメ結合の他、径方向に貫通して設けられる連結ピンによる結合といった公知の結合方法によって結合される。なお、第１支持部４３は、スプール１２と一体的に形成されていてもよい。

第２支持部４７は、第１支持部４３と同様に、筒状の開口端部を有し、内部に第２球状部４６が挿入された状態で開口端部を第２球状部４６の表面に沿って径方向外側から絞り加工（カシメ加工）することにより、図１に示されるように、第２球状部４６を摺動及び回転自在に保持可能な状態となる。このように第２球状部４６と共に第２球継手４５を形成する第２支持部４７は、変換部３０のネジ軸部３３に結合される。なお、ネジ軸部３３が出力軸２１に設けられている場合、第２支持部４７は、ナット部３１に結合される。具体的には、嵌合やネジ結合、溶接接合、カシメ結合の他、径方向に貫通して設けられる連結ピンによる結合といった公知の結合方法によって結合される。また、第２支持部４７は、変換部３０を構成する部材であるナット部３１やネジ軸部３３と一体的に形成されていてもよい。

連結部４０によって変換部３０とスプール１２とが連結されることで、出力軸２１の回転、すなわち、ナット部３１の回転に応じてネジ軸部３３がスプール孔１１の軸方向に沿って変位すると、この動きが連結部４０を介してスプール１２へと伝達される。これによりスプール１２は、ネジ軸部３３の変位方向と同じ方向へとスプール孔１１の軸方向に沿って変位する。

ここで、連結部４０には、球継手４１，４５が設けられていることから、例えば、スプール１２の中心軸に対して電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０のネジ軸部３３が傾いている場合、この傾きは球継手４１，４５によって吸収される。このため、スプール１２にはネジ軸部３３のスプール孔１１の軸方向における変位のみが伝達され、スプール１２はスプール孔１１に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することになる。

また、連結部４０には、２つの球継手４１，４５が設けられていることから、例えば、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０のネジ軸部３３がスプール１２の中心軸と平行ではあるものの芯がずれている場合、すなわち、偏芯している場合、この偏芯は２つの球継手４１，４５によって吸収される。具体的には、偏芯量に応じて中間部材４８が傾くことにより、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０のネジ軸部３３とスプール１２の中心軸との間に生じる偏芯は、２つの球継手４１，４５を有する連結部４０によって吸収される。

このため、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０のネジ軸部３３がスプール１２の中心軸に対して偏芯している場合であっても、スプール１２にはネジ軸部３３のスプール孔１１の軸方向における変位のみが伝達され、スプール１２はスプール孔１１に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することになる。

このように、変換部３０とスプール１２とを上記構成の連結部４０によって連結することによって、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０がスプール１２の中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング１０内に設けられている場合であっても、変換部３０で変換されたスプール孔１１の軸方向における変位のみをスプール１２へと伝達することができる。

したがって、例えば、電動モータ２０の出力軸２１の中心位置とスプール１２の中心位置とを合わせる作業を特に行うことなく、電動モータ２０をハウジング１０に取り付けたとしても、スプール１２に対する出力軸２１の傾きや偏芯は、連結部４０によって吸収ないし軽減される。このため、スプール１２はスプール孔１１に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することとなり、結果として、スプール弁１００の制御性を向上させることが可能になるとともに、スプール弁１００の組立を簡素化することが可能となる。

また、連結部４０は、スプール１２に隣接して配置されることから、スプール１２とスプール孔１１との間の隙間からの漏れ油によって、連結部４０、特に２つの球継手４１，４５の潤滑性を向上させることができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

スプール弁１００では、電動モータ２０の出力軸２１の回転を直線運動に変換可能な変換部３０と、スプール１２とが、２つの球継手４１，４５を有する連結部４０を介して連結される。このため、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０がスプール１２の中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング１０内に設けられている場合であっても、スプール１２に対する出力軸２１や変換部３０の傾きや偏芯は、連結部４０によって吸収ないし軽減され、傾きや偏芯がスプール１２の動きに影響を及ぼすことが抑制される。

これにより、スプール１２はスプール孔１１に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することとなり、結果として、スプール弁１００の制御性を向上させることができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、第１球状部４２と第２球状部４６とは棒状部材を介して結合され一体化されている。これに代えて、第１球状部４２と第２球状部４６とは、例えば、棒状部材の中間部において分離及び連結可能な構成となっていてもよい。これにより、スプール１２側に第１球継手４１を予め設け、変換部３０側に第２球継手４５を予め設けておき、スプール弁１００を組み立てる際に、第１球継手４１と第２球継手４５とを連結させることが可能となる。

また、上記実施形態では、連結部４０を構成する第１支持部４３がスプール１２に結合され、第２支持部４７が変換部３０に結合されている。これに代えて、図２に示される変形例のように、連結部１４０を構成する第１球状部１４２がスプール１２に結合され、第２球状部１４６が変換部３０に結合されていてもよい。

図２に示される変形例の連結部１４０は、上記実施形態に係るスプール弁１００の連結部４０と同様に、第１球継手１４１及び第２球継手１４５の２つの球継手を有しており、第１球継手１４１を介してスプール１２に結合され、第２球継手１４５を介して変換部３０に結合される。

具体的には、図２に示すように、連結部１４０は、第１球状部１４２と、第２球状部１４６と、一端に第１球状部１４２を摺動可能に支持する第１支持部１４３が設けられ他端に第２球状部１４６を摺動可能に支持する第２支持部１４７が設けられた中間部材１４８と、を有しており、第１球状部１４２と第１支持部１４３とにより第１球継手１４１が形成され、第２球状部１４６と第２支持部１４７とにより第２球継手１４５が形成される。

第１支持部１４３は、筒状の開口端部を有し、内部に第１球状部１４２が挿入された状態で開口端部を第１球状部１４２の表面に沿って径方向外側から絞り加工（カシメ加工）することにより、図２に示されるように、第１球状部１４２を摺動及び回転自在に保持可能な状態となる。このように第１支持部１４３により保持された第１球状部１４２は、スプール１２の端部に結合される。なお、第１球状部１４２は、スプール１２と一体的に形成されていてもよい。

第２支持部１４７は、第１支持部１４３と同様に、筒状の開口端部を有し、内部に第２球状部１４６が挿入された状態で開口端部を第２球状部１４６の表面に沿って径方向外側から絞り加工（カシメ加工）することにより、図２に示されるように、第２球状部１４６を摺動及び回転自在に保持可能な状態となる。このように第２支持部１４７により保持された第２球状部１４６は、変換部３０のネジ軸部３３に結合される。なお、ネジ軸部３３が出力軸２１に設けられている場合、第２球状部１４６は、ナット部３１に結合される。また、第２球状部１４６は、変換部３０を構成する部材であるナット部３１やネジ軸部３３と一体的に形成されていてもよい。

このように図２に示される変形例の連結部１４０も、上記実施形態に係るスプール弁１００の連結部４０と同様に、２つの球継手１４１，１４５を有している。このため、上記実施形態に係るスプール弁１００と同様の効果を奏する。

なお、図２に示される変形例では、第１支持部１４３と第２支持部１４７とは結合され一体化されている。これに代えて、第１支持部１４３と第２支持部１４７とは、例えば、中間部において分離及び連結可能な構成となっていてもよい。

また、上記実施形態では、スプール１２及び変換部３０に対して支持部４３，４７がそれぞれ結合され、図２に示される変形例では、スプール１２及び変換部３０に対して球状部１４２，１４６がそれぞれ結合されている。スプール１２及び変換部３０に結合される連結部４０，１４０を構成する部材は、同じ部材である必要はなく、例えば、上記実施形態において、スプール１２には第１支持部４３が結合される一方で、変換部３０には第２球状部４６が結合されていてもよく、また、図２に示される変形例において、スプール１２には第１球状部１４２が結合される一方で、変換部３０には第２支持部１４７が結合されていてもよい。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

スプール弁１００は、スプール孔１１が形成されたハウジング１０と、スプール孔１１に軸方向に摺動自在に収容されるスプール１２と、出力軸２１を回転する電動モータ２０と、出力軸２１の回転を直線運動に変換可能な変換部３０と、変換部３０とスプール１２とを連結する連結部４０，１４０と、を備え、連結部４０，１４０は、第１球継手４１，１４１と第２球継手４５，１４５とを有し、第１球継手４１，１４１を介してスプール１２に結合され、第２球継手４５，１４５を介して変換部３０に結合される。

この構成では、電動モータ２０の出力軸２１の回転を直線運動に変換可能な変換部３０と、スプール１２とが、２つの球継手４１，４５，１４１，１４５を有する連結部４０，１４０を介して連結される。このため、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０がスプール１２の中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング１０内に設けられている場合であっても、スプール１２に対する出力軸２１や変換部３０の傾きや偏芯は、連結部４０，１４０によって吸収ないし軽減され、傾きや偏芯がスプール１２の動きに影響を及ぼすことが抑制される。これにより、スプール１２はスプール孔１１に片当たりすることが抑制され、円滑に摺動することとなり、結果として、スプール弁１００の制御性を向上させることができる。

また、連結部４０は、第１球状部４２及び第２球状部４６が設けられた中間部材４８と、第１球状部４２を介して中間部材４８を揺動自在に支持し、第１球状部４２と共に第１球継手４１を形成する第１支持部４３と、第２球状部４６を介して中間部材４８を揺動自在に支持し、第２球状部４６と共に第２球継手４５を形成する第２支持部４７と、を有し、第１支持部４３は、スプール１２に結合され、第２支持部４７は、変換部３０に結合される。

また、連結部１４０は、スプール１２に結合された第１球状部１４２と、変換部３０に結合された第２球状部１４６と、第１球状部１４２を摺動可能に支持し第１球状部１４２と共に第１球継手１４１を形成する第１支持部１４３が一端に設けられ、第２球状部１４６を摺動可能に支持し第２球状部１４６と共に第２球継手１４５を形成する第２支持部１４７が他端に設けられた中間部材１４８と、を有する。

これらの構成では、スプール１２には、第１球継手４１，１４１を構成する部材が結合され、変換部３０には、第２球継手４５，１４５を構成する部材が結合される。つまり、スプール１２と変換部３０とは、少なくとも２つの球継手４１，４５，１４１，１４５を介して連結されることになる。このため、電動モータ２０の出力軸２１や変換部３０がスプール１２の中心軸に対して多少傾いた状態や多少偏芯した状態でハウジング１０内に設けられている場合であっても、スプール１２に対する出力軸２１や変換部３０の傾きや偏芯は、２つの球継手４１，４５，１４１，１４５によって吸収ないし軽減され、結果として、傾きや偏芯がスプール１２の動きに影響を及ぼすことを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態における弁体はスプールであるが、弁体としてはスプール弁に限定されず、支持孔内を軸方向に摺動自在な弁体であればどのような形状の弁体であってもよい。

１００・・・スプール弁、１０・・・ハウジング、１１・・・スプール孔、１２・・・スプール、２０・・・電動モータ、２１・・・出力軸、３０・・・変換部、４０，１４０・・・連結部、４１，１４１・・・第１球継手、４２，１４２・・・第１球状部、４３，１４３・・・第１支持部、４５，１４５・・・第２球継手、４６，１４６・・・第２球状部、４７，１４７・・・第２支持部、４８，１４８・・・中間部材

Claims (3)

1. スプール孔が形成されたハウジングと、
   前記スプール孔に軸方向に摺動自在に収容されるスプールと、
   出力軸を回転する電動モータと、
   前記出力軸の回転を直線運動に変換可能な変換部と、
   前記変換部と前記スプールとを連結する連結部と、を備え、
   前記連結部は、第１球継手と第２球継手とを有し、前記第１球継手を介して前記スプールに結合され、前記第２球継手を介して前記変換部に結合されることを特徴とするスプール弁。
2. 前記連結部は、
   第１球状部及び第２球状部が設けられた中間部材と、
   前記第１球状部を介して前記中間部材を揺動自在に支持し、前記第１球状部と共に前記第１球継手を形成する第１支持部と、
   前記第２球状部を介して前記中間部材を揺動自在に支持し、前記第２球状部と共に前記第２球継手を形成する第２支持部と、を有し、
   前記第１支持部は、前記スプールに結合され、
   前記第２支持部は、前記変換部に結合されることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記連結部は、
   前記スプールに結合された第１球状部と、
   前記変換部に結合された第２球状部と、
   前記第１球状部を摺動可能に支持し前記第１球状部と共に前記第１球継手を形成する第１支持部が一端に設けられ、前記第２球状部を摺動可能に支持し前記第２球状部と共に前記第２球継手を形成する第２支持部が他端に設けられた中間部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。

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