JP2024035352A - 回転式スプールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ開閉を含む流路切替制御及び流路開放時の流量制御をより高速かつ高精度に行うことのできる回転式スプールバルブを提供する。【解決手段】回転式スプールバルブは、円筒状のスリーブ２と、スリーブ２の内部に収納されたスプール３と、スプール３を回転させるサーボモータ５とを備えている。バルブボディ１内には複数の環状チャンバ１Ｐ，１Ｃ１…がスプール３の軸方向に沿って形成されている。スリーブ２には環状チャンバ毎にスリットが形成されている。隣接する二つの第一及び第二環状チャンバ（１Ｐ，１Ｃ１）に渡って上記軸方向に延在する連通溝がスプール３の外周面上に形成されている。外部から第一環状チャンバ１Ｐに流体を受け入れ得る第一ポートＰがバルブボディの内部に形成されている。第一ポートの第一環状チャンバ１Ｐへの接続中心軸線は、第一環状チャンバ１Ｐ内のスリットの開口平面を通過しない。【選択図】図１

Description

本開示は、回転式スプールバルブに関する。

スプールバルブとしては、一般に広く普及している直動式スプールバルブの他に、本出願で開示されるような回転式スプールバルブがある。直動式スプールバルブでは、スプールがその軸方向にストロークしてバルブの開閉やバルブ開放時の流量が制御される。一方、回転式スプールバルブでは、スプールがその軸回りに回転してバルブの開閉やバルブ開放時の流量が制御される。

下記特許文献１は回転式スプールバルブを開示している。回転式スプールバルブは、回転するスプールと、このスプールを回転可能に保持する筒状のスリーブとを備えている。スリーブの外側には、スリーブ及びスプールの軸方向に沿って複数の環状チャンバが形成されている。スプールの外周面（及び内部）には、環状チャンバ同士を連通させる流路となる溝が形成されており、この溝に対応させてスリーブには環状チャンバ毎にスリットが形成されている。スリーブに対するスプールの回転位置を変更して溝とスリットの位置を変更することで、バルブの開閉及びバルブ開放時の流量が調整される。

特許昭６３－４８０６９号公報

回転式スプールバルブにおいては、よりシンプルな機構で、バルブ開閉を含む流路切替制御及び流路開放時の流量制御をより高速かつ高精度に行いたいという要望がある。近年、サーボモータの進歩が進んでおり、スプールの回転駆動源としてサーボモータを用いつつ、高速かつ高精度な回転式スプールバルブを実現しようと開発が行なわれてきた。本開示はサーボモータを用いた回転式スプールバルブに関するものである。

本開示の目的は、バルブ開閉を含む流路切替制御及び流路開放時の流量制御をより高速かつ高精度に行うことのできる回転式スプールバルブを提供することにある。

本開示に係る回転式スプールバルブは、バルブボディと、前記バルブボディ内に固定された円筒状のスリーブと、前記スリーブの内部に回転可能に収納されたスプールと、前記スプールの中心軸回りに当該スプールを回転させるサーボモータと、を備えている。前記バルブボディの内部の前記スリーブの外側に複数の環状チャンバが形成され、複数の前記環状チャンバは、前記中心軸の軸方向に沿って並べられて、それぞれ隔壁で隔てられている。前記スリーブの内部と前記環状チャンバとを連通させるスリットが、複数の前記環状チャンバ毎に前記スリーブに形成されている。複数の環状チャンバのうちの隣接する二つの第一環状チャンバ及び第二環状チャンバに渡って前記軸方向に延在する連通溝が前記スプールの外周面上に形成されている。前記バルブボディの外表面から前記第一環状チャンバに連通して前記バルブボディの外部から流体を受け入れ得る第一ポートが前記バルブボディの内部に形成されると共に、前記バルブボディの外表面から前記第二環状チャンバに連通する第二ポートが前記バルブボディの内部に形成されている。前記第一ポートの前記第一環状チャンバへの接続中心軸線が、当該第一環状チャンバ内の前記スリットの開口平面を通過しない。

ここで、複数の前記環状チャンバのそれぞれにおいて、前記スリットが前記中心軸回りに均等に複数形成されており、前記連通溝が、複数の前記スリットに対応して複数形成されていてもよい。

さらに、複数形成された前記連通溝の底部がすべて連通されており、複数の前記連通溝がスプールを貫通する貫通孔として形成されていてもよい。

また、前記連通溝の前記軸方向の両端が、前記連通溝に落ち込む傾斜面として形成されていてもよい。

ここで、前記第一ポートが外部のポンプから前記流体を導入する導入ポートであり、かつ、前記第一環状チャンバが前記導入ポートに連通する導入環状チャンバであり、前記第二環状チャンバが前記連通溝及び前記スリットによって制御された前記導入環状チャンバからの前記流体を受け入れる制御環状チャンバであり、かつ、前記第二ポートが前記制御環状チャンバから前記流体を液圧アクチュエータに送出可能な制御ポートであり、前記制御ポートの前記制御環状チャンバへの接続中心軸線が前記制御環状チャンバ内の前記スリットの開口平面を通過せず、前記連通溝が前記導入環状チャンバと連通してもよい。

さらに、前記連通溝の前記導入環状チャンバ内の開口側縁部に、前記傾斜面と連続する前記軸方向に平行な一対の開口拡大平面が形成されており、前記連通溝の前記導入環状チャンバと前記制御環状チャンバとの間の前記隔壁との重複範囲内の開口側縁部に、前記開口拡大平面から前記連通溝の前記制御環状チャンバ内の開口側縁部へと開口幅を狭くする一対の傾斜面が形成されていてもよい。

本開示に係る回転式スプールバルブによれば、バルブ開閉を含む流路切替制御及び流路開放時の流量制御をより高速かつ高精度に行うことができる。

実施形態に係る回転式スプールバルブを示す一部断面斜視図である。 （ａ）は上記スプールバルブのバルブボディのセンタブロックを示す一部断面斜視図であり、（ｂ）は上記スプールバルブの斜視図であり、（ｃ）は上記スプールバルブのスプールの斜視図である。 上記スプールバルブの透過底面図である。 全閉状態（回転角０°）のスリーブ及びスプールを示す（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面斜視図、及び、（ｃ）断面斜視図である。 図４における（ａ）Ａ断面図、（ｂ）Ｂ断面図、（ｃ）Ｃ断面図、及び、（ｄ）Ｄ断面図である。 Ｐ－Ｃ１及びＣ２－Ｔポート全開状態（回転角ＣＷ４５°）のスリーブ及びスプールを示す（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面斜視図、及び、（ｃ）断面斜視図である。 図６における（ａ）Ａ断面図、（ｂ）Ｂ断面図、（ｃ）Ｃ断面図、及び、（ｄ）Ｄ断面図である。 Ｐ－Ｃ２及びＣ１－Ｔポート全開状態（回転角ＣＣＷ４５°）のスリーブ及びスプールを示す（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面斜視図、及び、（ｃ）断面斜視図である。 図８における（ａ）Ａ断面図、（ｂ）Ｂ断面図、（ｃ）Ｃ断面図、及び、（ｄ）Ｄ断面図である。 Ｐ－Ｃ２及びＣ１－Ｔポート半開状態（回転角ＣＣＷ２２．５°）のスリーブ及びスプールを示す（ａ）斜視図、（ｂ）一部断面斜視図、及び、（ｃ）断面斜視図である。 図１０における（ａ）Ａ断面図、（ｂ）Ｂ断面図、（ｃ）Ｃ断面図、及び、（ｄ）Ｄ断面図である。

以下、回転式スプールバルブ（以下、単にスプールバルブと呼ぶ）の実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。

本実施形態のスプールバルブは、いわゆる、四ポート・三位置・オールポートクローズ・タイプのバルブである。スプールバルブは、導入ポートＰ、排出ポートＴ、第一制御ポートＣ１、及び、第二制御ポートＣ２の四つのポート（図３参照）を備えている。導入ポートＰは、スプールバルブに流体を導入するポートであり、ポンプ（図示せず）に接続される。なお、本実施形態では、導入ポートＰを通して導入される流体は液体であり、以下、作動液体と呼ぶ。排出ポートＴは、スプールバルブから作動液体を排出するポートであり、タンク（図示せず）に接続される。外部液圧源としてのポンプはタンクから作動液体を吸入して導入ポートＰへと圧送する。

第一制御ポートＣ１及び第二制御ポートＣ２は、複動形液圧シリンダ等の液圧アクチュエータに接続されている。第一制御ポートＣ１及び第二制御ポートＣ２は、スプールバルブによって流量制御された作動液体を液圧シリンダに送出したり、液圧シリンダから作動液体を回収したりする。液圧シリンダは、その内部にロッドが接続されたピストンを有しており、ピストンの両側にはそれぞれチャンバが形成される。第一制御ポートＣ１及び第二制御ポートＣ２は、ピストン両側の容積室にそれぞれ接続されている。

液圧シリンダの一方の容積室に第一制御ポートＣ１から作動液体を供給しつつ、他方の容積室から排出される作動液体を第二制御ポートＣ２に回収すると、ロッドは一方向にストロークされる。反対に、他方の容積に第二制御ポートＣ２から作動液体を供給しつつ、一方の容積室から排出される作動液体を第一制御ポートＣ１に回収すると、ロッドは他方向にストロークされる。第一制御ポートＣ１又は第二制御ポートＣ２を通して回収された作動液体は、排出ポートＴを通してタンクへと排出される。

図１に示されるように、スプールバルブは、バルブボディ１と、スリーブ２と、スプール３と、サーボモータ５とを備えている。バルブボディ１は、スリーブ２及びスプール３を収納し、その内部には作動液体の流路が形成される。作動液体の流路については追って詳しく説明する。バルブボディ１は、メインボディ１Ｂ（図２（ａ）も参照）と、一対のエンドプレート１Ｐ１及び１Ｐ２と、キャップ１Ｃとによって構成されている。メインボディ１Ｂはスリーブ２及びスプール３を収納し、その内部には上述したポートと後述する環状チャンバが形成される。一対のエンドプレート１Ｐ１及び１Ｐ２は、メインボディ１Ｂの両端を塞いでいる。キャップ１Ｃは、スリーブ２及びスプール３にアクセスするためのエンドプレート１Ｐ１に形成されたアクセスホールを閉じている。

スリーブ２は、基本的には円筒状の部材であり、バルブボディ１の内部に固定される。上述したバルブボディ１のキャップ１Ｃには、バルブボディ１に対するスリーブ２の取付角度を固定するためのボルト１０が取り付けられる。スリーブ２の取付角度は、ボルト１０によって調節可能である。スリーブ２の先端面には、ボルト１０の先端を受ける穴２３が複数形成されている。スリーブ２の先端は、エンドプレート１Ｐ１により保持されつつ、キャップ１Ｃ及びボルト１０によって固定される。一方、スリーブ２の基端は、エンドプレート１Ｐ２に固定されたマウントブラケット４によって保持される。なお、スリーブ２の基端とマウントブラケット４との間にはスペーサ４０が挟まれており、スリーブ２の軸方向の移動が規制されている。また、スリーブ２の基端には、スプール３を回転可能に保持するベアリング（図示せず）が内蔵されている。

スリーブ２は、図２（ｂ）に示されるように、外方に突出された鍔状の四つの隔壁２２を備えている。隔壁２２は、スリーブ２の中心軸の軸方向に沿って並んで形成されている。なお、スリーブ２の中心軸とスプール３の中心軸とは一致する。以下、この中心軸の軸方向を単に軸方向と呼ぶ。スリーブ２の先端及び基端も隔壁２２と同じ外径を有しており、これらの先端及び基端並びに隔壁２２によって、スリーブ２の外側のバルブボディ１の内部に五つの環状チャンバが形成される。スリーブ２の内径は、ベアリングが内蔵される基端を除いて一定である。先端及び基端並びに隔壁２２を除いたスリーブ２の外径も一定である。

なお、環状チャンバについては追って詳しく説明するが、五つの環状チャンバは、それぞれ、導入環状チャンバ１Ｐ、制御環状チャンバ１Ｃ１及び１Ｃ２、並びに、排出環状チャンバ１Ｔ１及び１Ｔ２である。これらの五つの環状チャンバは、図１及び図２（ａ）に示されるように、隔壁２２によって隔てられて、軸方向に沿って並んで形成されている。また、制御環状チャンバ１Ｃ１及び１Ｃ２については、それぞれ、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２とも呼ぶ。同様に、排出環状チャンバ１Ｔ１及び１Ｔ２については、それぞれ、第一排出環状チャンバ１Ｔ１及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２とも呼ぶ。

スリーブ２の先端及び基端並びに隔壁２２の間には、スリーブ２の内部と環状チャンバとを連通させるスリット２０又は２１がそれぞれ形成されている。各環状チャンバ内において、スリット２０又は２１は、中心軸に対して１８０°の位置に二つ形成されている（図５等参照）。スリット２０とスリット２１とは、その開口側縁部の形状が異なる。スリット２０の一対の開口側縁部は、同一平面上にあり、その開口中心角は９０°程度である。一方、スリット２１の一対の開口側縁部は、当該スリット２１の開口幅がスリーブ２の内部に向けて狭くなるように形成されており、その開口中心角は４５°程度である。

ここで、スリット２０の開口部に関して、その一対の開口側縁部を含む平面を開口平面と規定する。同様に、スリット２１の開口部に関しても、その一対の開口側縁部を含む平面を開口平面と規定する。開口平面は、スリット２０及び２１の内周縁よりも内側の範囲である。なお、スリット２０及びスリット２１は、環状チャンバ毎に二つ形成されるが、中心軸に対して一側に形成される複数のスリット２０及びスリット２１は、それらの周方向の開口中央を一致させて一列に並んでいる。中心軸に対して他側に形成されるスリット２０及びスリット２１も、それらの周方向の開口中央を一致させて一列に並んでいる。

スプール３は、基本的には円柱状の部材であり、スリーブ２の内部に回転可能に収納される。スプール３の先端は、スリーブ２の先端によって保持されており、その回転は作動液体によって潤滑される。一方、スプール３の基端３０の近傍は、スリーブ２の基端に内蔵されたベアリングによって保持されている。また、スプール３の基端３０は、バルブボディ１のエンドプレート１Ｐ２に固定された円筒状のマウントブラケット４の内部に突出されており、カップリング６を介してサーボモータ５の回転軸５０に接続されている。スプール３は、サーボモータ５によってその中心軸回りに回転される。本実施形態では、スプール３の回転制御範囲は９０°である。

図２（ｃ）に示されるように、スプール３の外周面上には、上述した五つの環状チャンバのうちの隣接する二つの環状チャンバに渡って連通溝３１が形成されている。隣接する二つの環状チャンバは四組あり、隣接する二つの環状チャンバ毎に二つずつ合計八つの連通溝３１がスプール３の外周面上に形成されている。隣接する二つの環状チャンバは、一組の連通溝３１並びにスリット２０及び２１によって連通され得る。ただし、隣接する二つの環状チャンバが連通されるには、スプール３が適切な回転位置に設定されることが必要である。言い換えれば、スプール３の回転位置を後述する基準回転位置に設定することで、隣接する二つの環状チャンバを連通させないことも可能である。また、スプール３の回転位置によって、スリット２０及び２１の有効開口面積を調整でき、作動液体の流量を制御することも可能である。

連通溝３１は、隣接する二つの環状チャンバに渡って形成されるので、その軸方向の中央に上述した隔壁２２が位置する。スプール３の外径は、スリット２０に対応する部分、即ち、図２（ｃ）の右方から、第一排出環状チャンバ１Ｔ１、導入環状チャンバ１Ｐ及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２に対応する部分で僅かに小さくされている（図５（ｂ）及び（ｄ）参照）。一方、スリット２１に対応する部分、即ち、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２に対応する部分では、スプール３の外径はスリーブ２の内径に等しくされている（図５（ａ）及び（ｃ）参照）。この小径部と大径部との境界部は、上述した隔壁２２と重複する範囲内に位置する。

各連通溝３１は、その開口縁部に各種の面取り加工が施されている。これらの面取り加工は、作動液体の有効流路断面積をできるだけ大きくして作動液体を円滑に流すために形成されている。有効流路断面積が過度に小さいと流路抵抗、即ち圧力損失が大きくなり、大流量を確保できないし、作動液体の流れによってスプール３に作用する負荷トルクが大きくなり、サーボモータ５によるスプール３の回転位置制御に影響が出てしまう。図２（ｃ）を参照しつつ面取り加工について具体的に説明する。

連通溝３１は隣接する二つの環状チャンバに渡って軸方向に長いが、スプール３の上述した小径部に形成される連通溝３１の一端の開口端縁部には、連通溝３１に落ち込む第一傾斜面３２が形成されている。一方、スプール３の上述した大径部に形成される連通溝３１の他端の開口端縁部には、連通溝３１に落ち込む第二傾斜面３３が形成されている。これらの傾斜面３２及び３３は、環状チャンバから連通溝３１への作動液体の流入、及び、連通溝３１から環状チャンバへの作動液体の流出を促進する。

スプール３の上述した小径部に位置する連通溝３１の開口側縁部には、第一傾斜面３２と連続する一対の開口拡大平面３４が形成されている。一対の開口拡大平面３４は同一平面上にある。開口拡大平面３４は、軸方向に平行な平面であり、環状チャンバから連通溝３１への作動液体の流入、及び、連通溝３１から環状チャンバへの作動液体の流出を促進する。即ち、開口拡大平面３４は、スプール３の小径部側において、連通溝３１の有効開口面積を拡大する。また、連通溝３１の開口側縁部の隔壁２２との重複範囲内には、開口拡大平面３４から大径部側の開口側縁部へと開口幅を狭くする一対の第三傾斜面３５が形成されている。第三傾斜面３５は、連通溝３１内の小径部から大径部に向けた流れを促進する。

連通溝３１、第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５によって形成される構成単位を溝単位と呼ぶこととする。溝単位は、スプール３の小径部と大径部との間に形成されるが、小径部と大径部の配置に応じてその向きが異なる。図２（ｃ）中の溝単位３０Ａは、スプール３の基端３０側に第一傾斜面３２が位置する。一方、溝単位３０Ｂは、スプール３の基端３０側に第二傾斜面３３が位置する。また、溝単位３０Ａも溝単位３０Ｂも、スプール３の中心軸に対して反対側にも形成されている。中心軸に対して互いに反対側に位置する一対の溝単位３０Ａ又は３０Ｂの連通溝３１の底部は互いに連通されている。即ち、この一対の連通溝３１は貫通孔として形成されている。

また、溝単位３０Ａに対して溝単位３０Ｂは、スプール３の中心軸に対して周方向に９０°位置がずらされている。従って、本実施形態のスプール３には、四つの溝単位３０Ａと四つの溝単位３０Ｂが形成されている。

マウントブラケット４は、バルブボディ１にサーボモータ５を固定する部材であり、その筒状部分の両端に外方に拡張するフランジが形成されている。一方のフランジはバルブボディ１のエンドプレート１Ｐ２にボルトによって固定され、他方のフランジはサーボモータ５のケースにボルトによって固定されている。マウントブラケット４の中央の筒状部には、カップリング６等へのアクセスホールが形成されている。また、マウントブラケット４の内部には内方に向けてフランジが形成されており、このフランジで上述したスペーサ４０の軸方向の移動が規制されている。

サーボモータ５は、スプール３をその中心軸回りに回転させる回転駆動源である。サーボモータ５は、ロータリーエンコーダ又はレゾルバなどの回転位置検出器を内蔵している。回転位置検出器の検出結果を用いて、サーボモータ５の回転位置、即ち、スプール３の回転位置がフィードバック制御される。また，複動形液圧シリンダ等の液圧アクチュエータ制御への適用にあたっては，そのストローク等のアクチュエータ動作をセンサ検出して，この検出値に基づいたフィードバック制御が行われる。

次に、複数の環状チャンバについて詳しく説明する。上述したように、バルブボディ１の内部には、軸方向に沿って五つの環状チャンバが形成される。また、スプールバルブは、導入ポートＰ、排出ポートＴ、第一制御ポートＣ１、及び、第二制御ポートＣ２の四つのポートをそのバルブボディ１に備えている（図３及び図２（ａ）参照）。五つの環状チャンバの中央に位置する環状チャンバが導入環状チャンバ１Ｐである。導入環状チャンバ１Ｐには、導入ポートＰを通してスプールバルブの外部から導入した作動液体を流入する。導入ポートＰは、バルブボディ１の外表面から導入環状チャンバ１Ｐに連通している。

導入環状チャンバ１Ｐ内には開口面積の広いスリット２０が形成されている。また、導入環状チャンバ１Ｐ内のスプール３の外径はスリーブ２の内径よりも僅かに小さい。図３に示されるように、導入ポートＰの導入環状チャンバ１Ｐへの接続中心軸線（図中の導入ポートＰの内径を示す円の中心）は、スリーブ２及びスプール３の中心軸とはズレている。なお、各ポートの環状チャンバへの接続中心軸線は、当該ポートの開口の中心を通り、当該ポートの環状チャンバへの接続部の延在方向に平行な線である。

導入環状チャンバ１Ｐの両側には、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２がそれぞれ形成されている。第一制御ポートＣ１は、バルブボディ１の外表面から第一制御環状チャンバ１Ｃ１に連通している。第一制御環状チャンバ１Ｃ１には、導入環状チャンバ１Ｐから溝単位３０Ａ並びにスリット２０及び２１を通して作動液体が流入し得る。導入環状チャンバ１Ｐから流入する作動液体は、溝単位３０Ａ並びにスリット２０及び２１によってその流量が制御されており、第一制御ポートＣ１を通して液圧シリンダに供給される。あるいは、第一制御環状チャンバ１Ｃ１には、第一制御ポートＣ１を通して液圧シリンダから回収した作動液体が流入し得る。液圧シリンダから第一制御環状チャンバ１Ｃ１内に回収された作動液体は、後述する第一排出環状チャンバ１Ｔ１及び排出ポートＴを通してスプールバルブから排出される。

第二制御ポートＣ２は、バルブボディ１の外表面から第二制御環状チャンバ１Ｃ２に連通している。第二制御環状チャンバ１Ｃ２には、導入環状チャンバ１Ｐから溝単位３０Ｂ並びにスリット２０及び２１を通して作動液体が流入し得る。導入環状チャンバ１Ｐから流入する作動液体は、溝単位３０Ｂ並びにスリット２０及び２１によってその流量が制御されており、第二制御ポートＣ２を通して液圧シリンダに供給される。あるいは、第二制御環状チャンバ１Ｃ２には、第二制御ポートＣ２を通して液圧シリンダから回収した作動液体が流入し得る。液圧シリンダから第二制御環状チャンバ１Ｃ２内に回収された作動液体は、後述する第二排出環状チャンバ１Ｔ２及び排出ポートＴを通してスプールバルブから排出される。

第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２内には開口面積の狭いスリット２１が形成されている。また、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスプール３の外径はスリーブ２の内径に等しい。図３に示されるように、第一制御ポートＣ１の第一制御環状チャンバ１Ｃ１への接続中心軸線（図中の第一制御ポートＣ１の内径を示す円の中心）は、スリーブ２及びスプール３の中心軸と交差する。第二制御ポートＣ２の第二制御環状チャンバ１Ｃ２への接続中心軸線（図中の第二制御ポートＣ２の内径を示す円の中心）も、スリーブ２及びスプール３の中心軸と交差する。

第一制御環状チャンバ１Ｃ１の軸方向のさらに外側には第一排出環状チャンバ１Ｔ１が形成され、第二制御環状チャンバ１Ｃ２の軸方向のさらに外側には第二排出環状チャンバ１Ｔ２が形成されている。第一排出環状チャンバ１Ｔ１には、溝単位３０Ｂを介して第一制御環状チャンバ１Ｃ１から送られた、液圧シリンダから回収した作動液体が流入し得る。同様に、第二制御環状チャンバ１Ｃ２には、溝単位３０Ａを介して第二制御環状チャンバ１Ｃ２から送られた、液圧シリンダから回収した作動液体が流入し得る。これらの回収された作動液体は、第一排出環状チャンバ１Ｔ１又は第二排出環状チャンバ１Ｔ２から排出ポートＴを通してタンクへと排出される。

ここで、排出ポートＴは、バルブボディ１内にＴ字状に形成されている。排出ポートＴの第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２側の区間は、軸方向に平行に形成されており、図２（ａ）に示されるように第一排出環状チャンバ１Ｔ１及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２内の側壁にはその開口ＴＰがそれぞれ形成される。この軸方向に平行な区間の中央からバルブボディ１の外表面まで、図３に示される排出ポートＴが形成されている。即ち、排出ポートＴは、バルブボディ１の外表面から第一排出環状チャンバ１Ｔ１内の開口ＴＰに連通すると共に、バルブボディ１の外表面から第二排出環状チャンバ１Ｔ２内の開口ＴＰに連通している。

スリーブ２のバルブボディ１への中心軸回りの取付角度によって、バルブボディ１に形成されたポートに対するスリット２０及びスリット２１の位置が決まる。具体的には、スリーブ２の取付角度によって、導入ポートＰに対する導入環状チャンバ１Ｐ内のスリット２０の位置が決まる。同様に、スリーブ２の取付角度によって、第一制御ポートＣ１に対する第一制御環状チャンバ１Ｃ１内のスリット２１の位置が決まり、第二制御ポートＣ２に対する第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の位置も決まる。本実施形態では、図１に示されるように、図１中上側に位置するスリット２０及び２１の開口平面は、真上には向けられておらず、図１中若干手前側に向けられている。また、透過底面図である図３に示されるように、下側に位置するスリット２０及び２１の開口平面も、真下には向けられておらず、図３中若干下方側に向けられている。

導入ポートＰに対する導入環状チャンバ１Ｐ内のスリット２０の位置は、導入ポートＰを通って導入環状チャンバ１Ｐに流入する作動液体の流れがスプール３に負荷トルクを与えないように設定されている。また、第一制御環状チャンバ１Ｃ１からは第一制御ポートＣ１を通して作動液体が液圧ピストンへと送出されるが、液圧ピストンから第一制御ポートＣ１を通して作動液体が第一制御環状チャンバ１Ｃ１内に回収される場合もある。このため、第一制御ポートＣ１に対する第一制御環状チャンバ１Ｃ１内のスリット２１の位置は、第一制御ポートＣ１を通って第一制御環状チャンバ１Ｃ１内に流入する作動液体の流れがスプール３に負荷トルクを与えないように設定されている。同様に、第二制御環状チャンバ１Ｃ２からは第二制御ポートＣ２を通して作動液体が液圧ピストンへと送出されるが、液圧ピストンから第二制御ポートＣ２を通して作動液体が第二制御環状チャンバ１Ｃ２内に回収される場合もある。このため、第二制御ポートＣ２に対する第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の位置は、第二制御ポートＣ２を通って第二制御環状チャンバ１Ｃ２内に流入する作動液体の流れがスプール３に負荷トルクを与えないように設定されている。作動液体がスプール３に与える負荷トルクの影響については追って詳しく説明する。

なお、スプールバルブの内部には液密を確保するためのＯリングなどのシール材が各所に設けられている。例えば、スリーブ２の隔壁２２の外周面上には周溝が形成されており、この周溝にはＯリングが収納される。しかし、図面中においては、シール材の収納溝は描かれているが、シール材自体は示されていない。また、スプールバルブ内のスリット２０及び２１は、上述したように真上又は真下には向けられていないが、図２（ｂ）及び図４～図１１においては、分かりやすいように、スリット２０及び２１は、真上又は真下に向けられて描かれている。

次に、スプール３の回転角度と作動液体の流路との関係について説明する。図４及び図５は、スプールバルブのバルブ全閉状態を示している。このときのスプール３の回転位置を基準回転位置と呼び、このときのスプール３の回転角度を０°とする。上述したように、スプール３の回転制御範囲は９０°であり、スプール３の回転角度は、±４５°で制御される。スプール３側からサーボモータ５の回転軸５０を見て、時計回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）をＣＷとし、反時計回りを（ｃｏｕｎｔｅｒ－ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）をＣＣＷとする。また、図４中のＡ～Ｄ断面が図５に示されている。

図４及び図５に示されるバルブ全閉状態では、図５に示されるように、スリット２０及び２１の開口軸線に対して、連通溝３１の開口軸線はＣＷ４５°又はＣＣＷ４５°傾いている。スリット２０及び２１の開口軸線は、上述した開口平面の中心を通り、当該開口平面に垂直な線である。このとき、Ｂ断面を示す図５（ｂ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは第一制御環状チャンバ１Ｃ１との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と連通している。しかし、Ａ断面を示す図５（ａ）から分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は当該連通溝３１とは連通していない。従って、導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１へと作動液体は流れない。厳密には、ごく僅かな量の作動液体はスリーブ２とスプール３との間の摺動面を介して環状チャンバ内で移動し得るが、スプールバルブの動作としては問題ない。

同様に、Ｄ断面を示す図５（ｄ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは、第二制御環状チャンバ１Ｃ２との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１とも連通している。しかし、Ｃ断面を示す図５（ｃ）から分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２は、当該連通溝３１とは連通していない。従って、導入環状チャンバ１Ｐから第二制御環状チャンバ１Ｃ２へも作動液体は流れない。

また、Ｃ断面を示す図５（ｃ）から分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は第一排出環状チャンバ１Ｔ１との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と連通していない。従って、第一制御環状チャンバ１Ｃ１から第一排出環状チャンバ１Ｔ１へも作動液体は流れない。ただし、Ｄ断面を示す図５（ｄ）から分かるように、第一排出環状チャンバ１Ｔ１は、当該連通溝３１とは連通している。同様に、Ａ断面を示す図５（ａ）から分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２は第二排出環状チャンバ１Ｔ２との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と連通していない。従って、第二制御環状チャンバ１Ｃ２から第二排出環状チャンバ１Ｔ２へも作動液体は流れない。ただし、Ｂ断面を示す図５（ｂ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２は、当該連通溝３１とは連通している。

上述したように、バルブ全閉状態、即ち、スプール３が基準回転位置にある場合、ポンプから導入ポートＰを通して導入環状チャンバ１Ｐへと作動液体が圧送され、作動液体は導入環状チャンバ１Ｐ内の一対の連通溝３１内には導入される。このとき、連通溝３１の開口周縁部には第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４が形成されているため、連通溝３１に作動液体が流入しやすくなっている。また、導入環状チャンバ１Ｐ内のスリット２０も開口幅が広い。従って、圧力損失が低減され、作動液体は円滑に連通溝３１内に導入される。しかし、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１が閉じられているため、作動液体は導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２に流れることはない。

このバルブ全閉状態からスプール３が回転されると、第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１が開かれ、作動液体が導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２に流れる。このとき、連通溝３１内はポンプによる圧力が作用した作動液体で満たされているため、作動液体はすぐに第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２へと流れるので応答性がよい。また、このとき、連通溝３１の開口周縁部には第二傾斜面３３及び第三傾斜面３５が形成されているため、連通溝３１から第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２への有効流路断面積も広げられることになる。従って、連通溝３１を通る作動液体の流れ抵抗、即ち、圧力損失は、流入側及び流出側の双方で低減される。

次に、図６及び図７を参照して、導入環状チャンバ１Ｐ及び第一制御環状チャンバ１Ｃ１間の全開状態について説明する。このとき、第二制御環状チャンバ１Ｃ２及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２間も全開となる。即ち、スプールバルブは、導入ポートＰ及び第一制御ポートＣ１を介して作動液体を液圧シリンダに全開で送出しつつ、第二制御ポートＣ２及び排出ポートＴを介して作動液体を液圧シリンダから全開で回収する。このときのスプール３の回転位置は、ＣＷ４５°である。即ち、スプール３は、上述した基準回転位置から時計回りに４５°回転されている。図６（ｂ）及び図７中にはこのＣＷ４５°が矢印で示されている。

この１Ｐ－１Ｃ１全開状態では、Ｂ断面を示す図７（ｂ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは、第一制御環状チャンバ１Ｃ１との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と連通している。連通溝３１はスリット２０の中央に位置し、スリット２０の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１への流入抵抗は最も小さくなる。連通溝３１の開口軸線は、連通溝３１の開口の中心を通る連通溝３１の深さ方向に平行な線である。一方、Ａ断面を示す図７（ａ）から分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１内でも、当該連通溝３１はスリット２１の中央に位置し、スリット２１の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１からの流出抵抗は最も小さくなる。上述した第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５もこれらの流れ抵抗の低減に寄与している。この結果、図６（ｃ）からよく分かるように、導入環状チャンバ１Ｐ及び第一制御環状チャンバ１Ｃ１間は全開状態となる。

一方、Ｄ断面を示す図７（ｄ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４を介して第二制御環状チャンバ１Ｃ２との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と僅かに連通はしている。しかし、Ｃ断面を示す図７（ｃ）から分かるように、当該連通溝３１は第二制御環状チャンバ１Ｃ２とは連通していない。従って、導入環状チャンバ１Ｐから第二制御環状チャンバ１Ｃ２へは作動液体は流れない。

また、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は、Ｃ断面を示す図７（ｃ）から分かるように、第一排出環状チャンバ１Ｔ１との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１とは連通されていない。従って、第一制御環状チャンバ１Ｃ１から第一排出環状チャンバ１Ｔ１へも作動液体は流れない。ただし、Ｄ断面を示す図７（ｄ）から分かるように、第一排出環状チャンバ１Ｔ１は、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４によって当該連通溝３１とは僅かに連通はしている。

一方、Ａ断面を示す図７（ａ）から分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２は、第二排出環状チャンバ１Ｔ２との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と連通している。連通溝３１はスリット２１の中央に位置し、スリット２１の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１への流入抵抗は最も小さくなる。また、Ｂ断面を示す図７（ｂ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２内でも、当該連通溝３１はスリット２０の中央に位置し、スリット２０の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１からの流出抵抗は最も小さくなる。上述した第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５がこれらの流れ抵抗の低減に寄与している。この結果、図６（ｃ）からよく分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２間は全開状態となる。

次に、図８及び図９を参照して、導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２間の全開状態について説明する。このとき、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第一排出環状チャンバ１Ｔ１間も全開となる。即ち、スプールバルブは、導入ポートＰ及び第二制御ポートＣ２を介して作動液体を液圧シリンダに全開で送出しつつ、第一制御ポートＣ１及び排出ポートＴを介して作動液体を液圧シリンダから全開で回収する。このときのスプール３の回転位置は、ＣＣＷ４５°である。即ち、スプール３は、上述した基準回転位置から反時計回りに４５°回転されている。図８（ｂ）及び図９中にはこのＣＣＷ４５°が矢印で示されている。

この１Ｐ－１Ｃ２全開状態では、Ｄ断面を示す図９（ｄ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは第二制御環状チャンバ１Ｃ２との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と連通している。連通溝３１はスリット２０の中央に位置し、スリット２０の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１への流入抵抗は最も小さくなる。一方、Ｃ断面を示す図９（ｃ）から分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２でも、当該連通溝３１はスリット２１の中央に位置し、スリット２１の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１からの流出抵抗は最も小さくなる。上述した第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５もこれらの流れ抵抗の低減に寄与している。この結果、図８（ｃ）からよく分かるように、導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２間は全開状態となる。

一方、Ｂ断面を示す図９（ｂ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４を介して第一制御環状チャンバ１Ｃ１との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と僅かに連通はしている。しかし、Ａ断面を示す図９（ａ）から分かるように、当該連通溝３１は第一制御環状チャンバ１Ｃ１とは連通していない。従って、導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１へは作動液体は流れない。

また、第二制御環状チャンバ１Ｃ２は、Ａ断面を示す図９（ａ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１とは連通されていない。従って、第二制御環状チャンバ１Ｃ２から第二排出環状チャンバ１Ｔ２へも作動液体は流れない。ただし、Ｂ断面を示す図９（ｂ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２は、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４によって当該連通溝３１とは僅かに連通はしている。

一方、Ｃ断面を示す図９（ｃ）から分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は、第一排出環状チャンバ１Ｔ１との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と連通している。連通溝３１はスリット２１の中央に位置し、スリット２１の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１への流入抵抗は最も小さくなる。また、Ｄ断面を示す図９（ｄ）から分かるように、第一排出環状チャンバ１Ｔ１内でも、当該連通溝３１はスリット２０の中央に位置し、スリット２０の開口軸線と連通溝３１の開口軸線とは一致しており、作動液体の連通溝３１からの流出抵抗は最も小さくなる。上述した第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５もこれらの流れ抵抗の低減に寄与している。この結果、図８（ｃ）からよく分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第一排出環状チャンバ１Ｔ１間は全開状態となる。

以上、全閉又は全開状態を説明したが、スプールバルブは、全閉状態と全開状態との間で、作動液体の流量を制御した中間状態を実現できる。中間状態においても、第一傾斜面３２、第二傾斜面３３、開口拡大平面３４及び第三傾斜面３５によって有効流路断面積が十分に確保されるので、スプール３の制御回転位置に対して流量をリニアに制御することができる。言い換えれば、スプール３の回転位置に対して作動液体の流量をほぼ正比例で制御できる。また、有効流路断面積が十分に確保されているため、全開状態では作動液体の流量の絶対値も大きくすることができる。

次に、図１０及び図１１を参照して、導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２間の半開状態について説明する。この半開状態は、直前に説明した図８及び図９に示される１Ｐ－１Ｃ２全開状態に対する１Ｐ－１Ｃ２半開状態である。このとき、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第一排出環状チャンバ１Ｔ１間も半開となる。即ち、スプールバルブは、導入ポートＰ及び第二制御ポートＣ２を介して作動液体を液圧シリンダに全開時のほぼ５０％の流量で送出しつつ、第一制御ポートＣ１及び排出ポートＴを介して作動液体を液圧シリンダから回収する。このときのスプール３の回転位置は、ＣＣＷ２２．５°である。即ち、スプール３は、上述した基準回転位置から反時計回りに２２．５°回転されている。図１０（ｂ）及び図１１中にはこのＣＣＷ２２．５°が矢印で示されている。

この１Ｐ－１Ｃ２半開状態では、Ｄ断面を示す図１１（ｄ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは第二制御環状チャンバ１Ｃ２との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と連通している。スリット２０の開口幅が広く、かつ、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４が形成されているため、作動液体の連通溝３１への流入抵抗は十分に低減されている。一方、Ｃ断面を示す図１１（ｃ）から分かるように、第二制御環状チャンバ１Ｃ２内では、当該連通溝３１とスリット２１との間の開口面積が全開時の５０％となる。即ち、第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の有効開口面積によって作動液体の流量が制御される。この有効開口面積５０％のスリット２１を介して、作動液体が導入環状チャンバ１Ｐから第二制御環状チャンバ１Ｃ２へと流れる。このとき、第二傾斜面３３及び第三傾斜面３５が形成されているので、連通溝３１から第二制御環状チャンバ１Ｃ２内への作動液体の流出抵抗が低減される。この結果、導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２間は半開状態となる。

一方、Ｂ断面を示す図１１（ｂ）から分かるように、導入環状チャンバ１Ｐは、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４を介して第一制御環状チャンバ１Ｃ１との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１と連通はしている。しかし、Ａ断面を示す図１１（ａ）から分かるように、当該連通溝３１は、第一制御環状チャンバ１Ｃ１とは連通していない。従って、導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１へは作動液体は流れない。

また、第二制御環状チャンバ１Ｃ２は、Ａ断面を示す図１１（ａ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２との間にある溝単位３０Ａの連通溝３１とは連通されていない。従って、第二制御環状チャンバ１Ｃ２から第二排出環状チャンバ１Ｔ２へも作動液体は流れない。ただし、Ｂ断面を示す図１１（ｂ）から分かるように、第二排出環状チャンバ１Ｔ２は、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４によって当該連通溝３１とは連通はしている。

一方、Ｃ断面を示す図１１（ｃ）から分かるように、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は、第一排出環状チャンバ１Ｔ１との間にある溝単位３０Ｂの連通溝３１と連通している。第一制御環状チャンバ１Ｃ１内では、当該連通溝３１とスリット２１との間の開口面積が全開時の５０％となる。即ち、第一制御環状チャンバ１Ｃ１内のスリット２１の有効開口面積によって作動液体の流量が制御される。この有効開口面積５０％のスリット２１を介して、作動液体が第一制御環状チャンバ１Ｃ１から第一排出環状チャンバ１Ｔ１へと流れる。このとき、第二傾斜面３３及び第三傾斜面３５が形成されているので、連通溝３１から第一排出環状チャンバ１Ｔ１内への作動液体の流出抵抗が低減される。

このとき、Ｄ断面を示す図１１（ｄ）から分かるように、第一排出環状チャンバ１Ｔ１内では、スリット２０の開口幅が広く、かつ、第一傾斜面３２及び開口拡大平面３４が形成されているため、作動液体の連通溝３１からの流出抵抗は十分に低減されている。この結果、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第一排出環状チャンバ１Ｔ１間は半開状態となる。

上述した導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２間の半開状態以外の中間状態に関しては、図面も示さず、具体的な説明も省略するが、上記の説明からスプールバルブの動作は明らかである。中間状態では、第一制御環状チャンバ１Ｃ１内又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の有効開口面積によって作動液体の流量が制御される。

なお、本実施形態では、導入環状チャンバ１Ｐ内ではスプール３の外径が僅かに小さくされている。このため、作動液体は連通溝３１内により流入しやすくなっている。また、スプール３の外径は、第一排出環状チャンバ１Ｔ１及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２内でもスプール３の外径が僅かに小さくされている。これらの小径部を介して、潤滑液としても機能する作動液体がスプール３の大径部におけるスリーブ２とスプール３との間の摺動面に供給される。このため、小径部の形成による摺動面積減及び大径部への潤滑液供給によって、サーボモータ５によるスプールの回転抵抗が低減され、スプール３の回転位置制御の精度が向上され、回転速度も向上する。なお、これらの小径部は、第一制御環状チャンバ１Ｃ１から第一排出環状チャンバ１Ｔ１への作動液体の排出、及び、第二制御環状チャンバ１Ｃ２から第二排出環状チャンバ１Ｔ２への作動液体の排出も促進する。

バルブボディ１内の作動液体の流れがスプール３に与える影響について説明する。ポートから環状チャンバ内に流入する作動液体の流れが、スリット２０又は２１を通ってスプール３の連通溝３１にぶつかると、スプール３をその中心軸周りに回転させようとする負荷トルクが作用する。この負荷トルクは、大きすぎると、サーボモータ５でスプール３を回転させる際に負荷となる。具体的には、サーボモータ５によるスプールの回転の抵抗となる正の負荷トルクを発生させたり、スプール３を過回転させる負の負荷トルクを発生させたりする。従って、サーボモータ５によるスプール３の回転位置制御を悪化させるため、このような負荷トルクは抑止したい。言い換えれば、いくら高精度かつ高速なサーボモータ５を用いても、このような負荷トルクを抑止しなければ、高精度かつ高速に流路切替制御及び流量制御は実現できない。

ポートから環状チャンバ内に流入する作動液体の流れに関して説明する。ポンプ駆動時には、導入ポートＰを通して導入環状チャンバ１Ｐ内へはポンプから圧送された作動液体が流入する。１Ｐ－１Ｃ２開状態では、第一制御ポートＣ１を通して第一制御環状チャンバ１Ｃ１内へと液圧シリンダから回収された作動液体が流入する。一方、１Ｐ－１Ｃ１開状態では、第二制御ポートＣ２を通して第二制御環状チャンバ１Ｃ２内へと液圧シリンダから回収された作動液体が流入する。

本実施形態では、バルブボディ１内に作動液体を受け入れ得るこれらのポートが、当該ポートに対応する環状チャンバ内のスリット２０又は２１に対して、上述した負荷トルクを発生させないように配置されている。逆に言えば、バルブボディ１内に作動液体を流入させ得るこれらのポートに対して、当該ポートに対応する環状チャンバ内のスリット２０又は２１が、上述した負荷トルクを発生させないように配置されている。具体的には、ポートの環状チャンバへの接続中心軸線が、当該環状チャンバ内のスリット２０又は２１の開口平面を通過しないように、当該導入ポートに対してスリット２０又は２１が配置されている。

透過底面図である図３に示されるように、導入ポートＰの導入環状チャンバ１Ｐへの接続中心軸線（図中の導入ポートＰの内径を示す円の中心）は、導入環状チャンバ１Ｐ内のスリット２０の開口平面を通過しない。本実施形態では、図１及び図２（ａ）に示されるように、導入ポートＰは、導入環状チャンバ１Ｐを外方に拡張するように配置されており、導入ポートＰの接続中心軸線はスリーブ２自体を通過することもない。なお、ここに言う接続中心軸線の開口平面の「通過」とは、スリーブ２に向けた作動液体の流れ方向を考慮するものであるので、スリーブ２の外部から内部への通過である。本実施形態では、導入環状チャンバ１Ｐ内には二つのスリット２０が形成されるが、接続中心軸線が導入ポートＰの開口に近い方のスリット２０を通過しなければよい。導入ポートＰの開口から遠い方のスリット２０には、導入ポートＰから流入する作動液体の流れが直接流入することはなく負荷トルクを発生させることはない、あるいは、発生させてもスプール３の回転制御には影響を与えないからである。以下、接続中心軸線の「通過」に関しては以下の説明においても同様である。

また、図３に示されるように、第一制御ポートＣ１の第一制御環状チャンバ１Ｃ１への接続中心軸線（図中の第一制御ポートＣ１の内径を示す円の中心）も、第一制御環状チャンバ１Ｃ１内のスリット２１の開口平面を通過しない。第一制御ポートＣ１の接続中心軸線はスリーブ２のスリット２１以外の部分を通過する。ここでも、接続中心軸線が第一制御ポートＣ１の開口に近い方のスリット２０を通過しなければよい。同様に、第二制御ポートＣ２の第二制御環状チャンバ１Ｃ２への接続中心軸線（図中の第二制御ポートＣ２の内径を示す円の中心）も、第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の開口平面を通過しない。第二制御ポートＣ２の接続中心軸線はスリーブ２のスリット２１以外の部分を通過する。ここでも、接続中心軸線が第二制御ポートＣ２の開口に近い方のスリット２０を通過しなければよい。

ポートの接続中心軸線が開口平面を通過しないので、当該ポートを通って環状チャンバ内に流入した作動液体がスリット２０又は２１を通ってスプール３にぶつかって、スプール３に負荷トルクを発生させることを抑止できる。このため、サーボモータ５によるスプール３の回転制御を高精度に行うことができる。また、この負荷トルクの抑制は、スプールバルブで大流量を制御する上でも重要である。大きな流量を扱うときであっても負荷トルクが抑制されているため、高精度に流量を制御できる。

本実施形態の回転式スプールバルブは、五つの環状チャンバを有し、かつ、四つのポートを有しているが、回転式スプールバルブが異なる形態を有する場合も考えられ得る。しかし、作動液体の流れを考慮すれば、導入環状チャンバに隣接して少なくとも一つの制御環状チャンバが設けられる。これは、ポンプからの作動液体が導入される導入環状チャンバから、隣接する制御環状チャンバへと作動液体を流す必要があるからである。同様に、作動液体の流れを考慮すれば、排出環状チャンバは制御環状チャンバに隣接して設けられる。これは、液圧シリンダ等の液圧アクチュエータから制御環状チャンバに回収された作動液体を、隣接する排出環状チャンバを介してタンクへと排出する必要があるからである。従って、複数の環状チャンバにおける任意の隣接する環状チャンバの少なくとも一方には、当該環状チャンバに連通するポートを介してバルブボディの外部から内部へと作動液体が流入する。従って、上述した接続中心軸線と開口平面との関係は、隣接する二つの第一及び第二環状チャンバに関して次の（１）～（４）で規定することができる。

（１）複数の環状チャンバのうちの隣接する二つの第一環状チャンバ及び第二環状チャンバに渡って軸方向に延在する連通溝３１がスプール３の外周面上に形成されている。（２）バルブボディ１の外表面から第一環状チャンバに連通してバルブボディの外部から流体を受け入れ得る第一ポートがバルブボディ１の内部に形成されている。（３）バルブボディ１の外表面から第二環状チャンバに連通する第二ポートがバルブボディ１の内部に形成されている。（４）第一ポートの第一環状チャンバへの接続中心軸線が、第一環状チャンバ内のスリット２０又は２１の開口平面を通過しない。

なお、ここで、隣接する二つの環状チャンバを第一環状チャンバ及び第二環状チャンバと呼んでいる。この「第一」及び「第二」の振り分けは、「第一」環状チャンバが流体を受け入れ得るという条件の元で任意に行える。隣接する二つの環状チャンバのうちの一方の流体を受け入れ得る環状チャンバが「第一」環状チャンバであり、他方が「第二」環状チャンバである。「第二」環状チャンバは、流体を受け入れ得る環状チャンバであってもよいし、流体を受け入れることのない環状チャンバであってもよい。例えば、導入環状チャンバ１Ｐ及び第一制御環状チャンバ１Ｃ１は互いに隣接しており、どちらも流体、即ち本実施形態における作動液体を受け入れ得る。従って、導入環状チャンバ１Ｐを第一環状チャンバとみなせば、第一制御環状チャンバ１Ｃ１が第二環状チャンバである。反対に、第一制御環状チャンバ１Ｃ１を第一環状チャンバとみなせば、導入環状チャンバ１Ｐが第二環状チャンバである。導入環状チャンバ１Ｐ及び第二制御環状チャンバ１Ｃ２についても同様である。

別の例として、第一制御環状チャンバ１Ｃ１及び第一排出環状チャンバ１Ｔ１は互いに隣接しているが、第一制御環状チャンバ１Ｃ１のみが作動液体を受け入れ得る。従って、第一制御環状チャンバ１Ｃ１は第一環状チャンバになり得るが、第一排出環状チャンバ１Ｔ１は第一環状チャンバにはなり得ない。第二制御環状チャンバ１Ｃ２及び第二排出環状チャンバ１Ｔ２についても同様である。

なお、本実施形態では、バルブボディ１から作動液体を排出する排出ポートＴについても、その接続中心軸線と開口平面とが上述した関係を満足している。具体的には、排出ポートＴの第一排出環状チャンバ１Ｔ１への接続中心軸線（図２中の開口ＴＰ参照）も、第一排出環状チャンバ１Ｔ１内のスリット２０の開口平面を通過しない。同様に、排出ポートＴの第二排出環状チャンバ１Ｔ２への接続中心軸線も、第二排出環状チャンバ１Ｔ２内のスリット２０の開口平面を通過しない。

以下、本開示に係る回転式スプールバルブの利点について説明する。本開示に係る回転式スプールバルブは、バルブボディ１と、バルブボディ１内に固定された円筒状のスリーブ２と、スリーブ２の内部に回転可能に収納されたスプール３と、サーボモータ５と、を備えている。サーボモータ５は、スプール３をその中心軸回りに回転させる。バルブボディ１の内部のスリーブ２の外側に複数の環状チャンバ（１Ｐ，１Ｃ１，１Ｃ２，１Ｔ１，１Ｔ２）が形成されている。複数の前記環状チャンバは、上記中心軸の軸方向に沿って並べられて、それぞれ隔壁２２で隔てられている。スリーブ２の内部と環状チャンバとを連通させるスリット２０又は２１が、複数の環状チャンバ毎にスリーブ２に形成されている。複数の環状チャンバのうちの隣接する二つの第一環状チャンバ（例えば、導入環状チャンバ１Ｐ）及び第二環状チャンバ（例えば、第一制御環状チャンバ１Ｃ１）に渡って上記軸方向に延在する連通溝３１がスプール３の外周面上に形成されている。バルブボディ１の外表面から第一環状チャンバ（１Ｐ）に連通してバルブボディ１の外部から流体を受け入れ得る第一ポート（Ｐ）がバルブボディ１の内部に形成されている。バルブボディ１の外表面から第二環状チャンバ（１Ｃ１）に連通する第二ポート（Ｃ１）がバルブボディ１の内部に形成されている。第一ポート（Ｐ）の第一環状チャンバ（１Ｐ）への接続中心軸線は、第一環状チャンバ（１Ｐ）内のスリット（２０）の開口平面を通過しない。

スプール３は、サーボモータ５によってその回転位置が制御される。近年のサーボモータ５は、その回転軸５０の回転位置を高精度に制御することができる。従って、回転軸５０に接続されたスプール３の回転位置を高精度に制御でき、連通溝３１とスリット２１との間での流量制御を高精度に行うことができる。また、スプール３の回転位置を高精度に制御できるので、複数の環状チャンバを介したスプールバルブの流路切替制御も高精度に行うことができる。なお、流路切替制御には、流路を形成させないバルブ閉止も含む。また、近年のサーボモータ５はその動作も高速であり、上述した制御を高速に行うことができる。

ここで、上述したように、バルブボディ１内の流体によってスプール３に負荷トルクが生じるようであると、流量精度の制御が低下すると共に、スプール３の回転制御に時間がかかって制御速度も低下してしまう。そこで、本開示の回転式スプールバルブでは、負荷トルクを防止するために、第一ポート（Ｐ）の第一環状チャンバ（１Ｐ）への接続中心軸線が、第一環状チャンバ（１Ｐ）内のスリット（２０）の開口平面を通過しないようにスリット（２０）が形成されている。言い換えれば、第一ポート（Ｐ）から第一環状チャンバ（１Ｐ）に流れ込む流体は、スリット（２０）を通ってスプール３の連通溝３１などに直接ぶつかることがないので、スプール３に負荷トルクを発生させることがない。このため、流量制御及び流路切替制御を高精度かつ高速に行うことができる。また、流体の流量が大きくなっても負荷トルクは防止されるので、大流量を扱うことができる。大流量時でも負荷トルクの影響を受ないことはサーボモータ５の制御上非常に有利であり、小流量から大流量までスプール３の回転位置にほぼ比例するリニアな理想的な流量特性を実現できる。

ここで、複数の環状チャンバのそれぞれにおいて、スリット２０又は２１が上記中心軸回りに均等に複数形成されている。そして連通溝３１も、必然的に、複数のスリット２０又は２１に対応して複数形成されている。例えば、上記実施形態では、スリット２０又は２１が上記中心軸回りに均等に二つ、即ち、上記中心軸に対して１８０°の位置に形成されている。このようにすることで、流体のやり取りが行われる隣接する二つの第一環状チャンバ及び第二環状チャンバ間の有効流路断面積が増えて圧力損失が低減される。この結果、より大流量に対応できる。

また、スリット２０又は２１及び連通溝３１が均等に配置されるため、スプール３が環状チャンバ内の流体の流れから受ける圧力などの影響が周方向に均一化されるので、スプール３の制御を高精度に維持することができる。この周方向に均一化を考慮すれば、スリット２０又は２１は上記中心軸回りに均等に複数形成される方が好ましい。しかし、スリット２０又は２１及び連通溝３１の数が周方向に増えるとスリーブ２及びスプール３の強度が低下する。このため、本実施形態では、強度低下を回避するために各環状チャンバ内には二つのスリット２０又は２１が形成された。ただし、強度的に問題なく、かつ、連通溝３１の形成スペース上の問題がなければ、周方向に三つ以上のスリット２０又は２１及び連通溝３１が形成されてもよい。

これらの周方向に均等に形成された連通溝３１の底部がすべて連通されていることが好ましい。即ち、これらの複数の連通溝３１がスプール３を貫通する貫通孔として形成されていることが好ましい。このようにすることで、単一の連通溝３１内だけで流体が流れるのではなく、一つの溝単位３０Ａ又は３０Ｂにおいて複数の連通溝３１を介する流体の流れを生じさせることができる。これは、連通溝３１内の有効流路断面積の増加にも寄与するため、高精度の流量制御を担保することになる。また、有効流路断面積増加は流路抵抗低減ももたらすので、高速な流路切替制御にも寄与する。ただし、連通溝３１を貫通孔とすると連通溝３１内の内壁面積が増えるので、作用する流体圧力が増える。この流体圧力に対するスプール３の強度及び剛性が確保できるのであれば、連通溝３１を貫通孔とすることが好ましい。なお、連通溝３１を貫通孔とせずに各連通溝３１に底部を設ければ、スプール３の強度並びに軸方向剛性及びねじり剛性を向上させることができる。

また、本開示の回転式スプールバルブにおいては、連通溝３１の上記軸方向の両端に、連通溝３１に落ち込む第一傾斜面３２及び第二傾斜面３３がそれぞれ形成されている。これらの傾斜面３２及び３３により、連通溝３１へ流れ込む流体の有効流路断面積を大きくでき、流路抵抗を低減できる。あるいは、連通溝３１から流れ出す流体の有効流路断面積を大きくでき、流路抵抗を低減できる。この結果、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御を担保することができる。

ここでさらに、本開示の回転式スプールバルブでは、外部のポンプから流体を導入する導入ポートＰを第一ポートとみなすことができ、かつ、導入ポートＰに連通された導入環状チャンバ１Ｐを第一環状チャンバであるとみなすことができる。これに伴い、連通溝３１及びスリット２１により制御された流体を導入環状チャンバ１Ｐから受け入れる第一制御環状チャンバ１Ｃ１を第二環状チャンバであるとみなすことができる。また、第一制御環状チャンバ１Ｃ１から流体を液圧アクチュエータに送出可能な第一制御ポートＣ１を第二ポートとみなすことができる。あるいは、第二制御環状チャンバ１Ｃ２及び第二制御ポートＣ２をそれぞれ第二環状チャンバ及び第二ポートであるとみなすことも可能である。

これらの場合、導入ポートＰには、ポンプにより昇圧された高圧の流体が導入されることになるので、導入ポートＰに連通する導入環状チャンバ１Ｐ内は特に上述した負荷トルクを生じさせやすい環境にある。しかし、上述したように負荷トルクは有効に防止されるので、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御を担保することができる。特に、連通溝３１は、スプール３がその制御範囲内のどの回転位置にあっても、導入環状チャンバ１Ｐと連通されている。即ち、導入環状チャンバ１Ｐ内に延在している連通溝３１の内部には、たとえバルブ全閉時であっても高圧の流体が充填される。このため、連通溝３１がスリット２１の開口平面と重複すれば流体はすぐに隣接する第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２に流入するので応答性が向上する。この点からも、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御が担保される。

さらにここで、第二ポートが第一制御ポートＣ１である場合は、第一制御ポートＣ１の第一制御環状チャンバ１Ｃ１への接続中心軸線が、当該第一制御環状チャンバ１Ｃ１内のスリット２１の開口平面を通過しない。あるいは、第二ポートが第二制御ポートＣ２である場合は、第二制御ポートＣ２の第二制御環状チャンバ１Ｃ２への接続中心軸線が、当該第二制御環状チャンバ１Ｃ２内のスリット２１の開口平面を通過しない。上述したように、第一環状チャンバとしての導入環状チャンバ１Ｐに隣接する第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２内からは、液圧アクチュエータに流体が送出される。その一方で第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２内には、液圧アクチュエータから回収した流体が流入する。即ち、この回収の際には、第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２内も上述した負荷トルクを生じさせやすい環境にある。しかし、上述したように負荷トルクは有効に防止されるので、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御を担保することができる。

さらに、第一環状チャンバが導入環状チャンバ１Ｐである場合に、連通溝３１の導入環状チャンバ１Ｐ内の開口側縁部に、第一傾斜面３２と連通する上記軸方向に平行な一対の開口拡大平面３４が形成されていることが好ましい。ここで、一対の開口拡大平面３４同士は同一平面上にある。開口拡大平面３４によって、第一環状チャンバである導入環状チャンバ１Ｐから連通溝３１内への流体の流れ抵抗、即ち、圧力損失が低減される。この結果、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御がより確実に担保される。加えて、連通溝３１の隔壁２２との重複範囲内の開口側縁部には、第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２に向けて開口幅を狭くする一対の第三傾斜面３５が形成される。隔壁２２との重複範囲内では連通溝３１が隔壁２２により塞がれており、当該重複範囲内の有効流路断面積は連通溝３１の深さのみに依存する。ここで、一対の第三傾斜面３５を形成することで、連通溝３１における導入環状チャンバ１Ｐから第一制御環状チャンバ１Ｃ１又は第二制御環状チャンバ１Ｃ２への流体の流れ抵抗が低減され、この流体の流れが促進される。この流れ促進によっても、上述した高精度かつ高速な流量制御及び流路切替制御が担保される。

１ バルブボディ
１Ｐ 導入環状チャンバ（第一又は第二環状チャンバになり得る）
１Ｃ１ 第一制御環状チャンバ（第一又は第二環状チャンバになり得る）
１Ｃ２ 第二制御環状チャンバ（第一又は第二環状チャンバになり得る）
１Ｔ１ 第一排出環状チャンバ（第二環状チャンバになり得る）
１Ｔ２ 第二排出環状チャンバ（第二環状チャンバになり得る）
２ スリーブ
３ スプール
５ サーボモータ
２０，２１ スリット
２２ 隔壁
３１ 連通溝
３２ 第一傾斜面
３３ 第二傾斜面
３４ 開口拡大平面
３５ 第三傾斜面
Ｐ 導入ポート（第一又は第二ポートになり得る）
Ｃ１ 第一制御ポート（第一又は第二ポートになり得る）
Ｃ２ 第二制御ポート（第一又は第二ポートになり得る）
Ｔ 排出ポート（第二ポートになり得る）

Claims (6)

1. 回転式スプールバルブであって、
   バルブボディと、
   前記バルブボディ内に固定された円筒状のスリーブと、
   前記スリーブの内部に回転可能に収納されたスプールと、
   前記スプールの中心軸回りに当該スプールを回転させるサーボモータと、を備えており、
   前記バルブボディの内部の前記スリーブの外側に複数の環状チャンバが形成され、複数の前記環状チャンバは、前記中心軸の軸方向に沿って並べられて、それぞれ隔壁で隔てられており、
   前記スリーブの内部と前記環状チャンバとを連通させるスリットが、複数の前記環状チャンバ毎に前記スリーブに形成されており、
   複数の環状チャンバのうちの隣接する二つの第一環状チャンバ及び第二環状チャンバに渡って前記軸方向に延在する連通溝が前記スプールの外周面上に形成されており、
   前記バルブボディの外表面から前記第一環状チャンバに連通して前記バルブボディの外部から流体を受け入れ得る第一ポートが前記バルブボディの内部に形成されると共に、前記バルブボディの外表面から前記第二環状チャンバに連通する第二ポートが前記バルブボディの内部に形成されており、
   前記第一ポートの前記第一環状チャンバへの接続中心軸線が、当該第一環状チャンバ内の前記スリットの開口平面を通過しない、回転式スプールバルブ。
2. 複数の前記環状チャンバのそれぞれにおいて、前記スリットが前記中心軸回りに均等に複数形成されており、
   前記連通溝が、複数の前記スリットに対応して複数形成されている、請求項１に記載の回転式スプールバルブ。
3. 複数形成された前記連通溝の底部がすべて連通されており、複数の前記連通溝がスプールを貫通する貫通孔として形成されている、請求項２に記載の回転式スプールバルブ。
4. 前記連通溝の前記軸方向の両端が、前記連通溝に落ち込む傾斜面として形成されている、請求項２又は３に記載の回転式スプールバルブ。
5. 前記第一ポートが外部のポンプから前記流体を導入する導入ポートであり、かつ、前記第一環状チャンバが前記導入ポートに連通する導入環状チャンバであり、
   前記第二環状チャンバが前記連通溝及び前記スリットによって制御された前記導入環状チャンバからの前記流体を受け入れる制御環状チャンバであり、かつ、前記第二ポートが前記制御環状チャンバから前記流体を液圧アクチュエータに送出可能な制御ポートであり、
   前記制御ポートの前記制御環状チャンバへの接続中心軸線が、前記制御環状チャンバ内の前記スリットの開口平面を通過せず、
   前記連通溝が、前記導入環状チャンバと連通する、請求項４に記載の回転式スプールバルブ。
6. 前記連通溝の前記導入環状チャンバ内の開口側縁部に、前記傾斜面と連続する前記軸方向に平行な一対の開口拡大平面が形成されており、
   前記連通溝の前記導入環状チャンバと前記制御環状チャンバとの間の前記隔壁との重複範囲内の開口側縁部に、前記開口拡大平面から前記連通溝の前記制御環状チャンバ内の開口側縁部へと開口幅を狭くする一対の傾斜面が形成されている、請求項５に記載の回転式スプールバルブ。

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