JP2556653B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スプール弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスプール弁について図５〜図７を
用いて説明する。図５は従来のスプール弁の一例とし
て、主弁部が３方弁に形成されたスプール弁の閉弁時を
示す正面断面図である。図６は、図５のプール弁が出力
Ａポート側に開弁した際の正面断面図である。図７は、
スプールが移動し、主弁部が開弁状態となった際のスプ
ールに作用する流体力を示す図６のＣ部の拡大図であ
る。

【０００３】まず、図５を用いてスプール弁１００の構
造について説明する。１０２は後述するスプールが摺合
された主弁部であり、内部に主供給ポート１０４、出力
Ａポート１０６、出力Ｂポート１０８、および主排出ポ
ート１１０が形成されており、スプールが図５において
右方向へ摺動することで閉弁状態から主供給ポート１０
４と出力Ｂポート１０８が連通する開弁状態へ、またス
プールが左方向へ摺動することで閉弁状態から主供給ポ
ート１０４と出力Ａポート１０６が連通する開弁状態へ
移行することができる。１１２は主弁部１０２の右端部
に設けられた第１の加圧室であり、第１の加圧室１１２
には第１の供給ポート１１４が形成されている。１１６
は主弁部１０２の右端部に設けられた第２の加圧室であ
り、第２の加圧室１１６には第２の供給ポート１１８が
形成されている。前述した各加圧室１１２、１１６内に
は各供給ポート１１４、１１８から作動流体が供給され
る。

【０００４】１２０はスプールであり、スプール１２０
の第１の加圧室１１２内に位置する右端部には第１のス
プリング受け１２２がナット１２４により固定されてい
る。また、スプール１２０の第２の加圧室１１６内に位
置する左端部には第２のスプリング受け１２６がナット
１２４により固定されている。１２８はスプール１２０
に外嵌されて、第１の加圧室１１２および第２の加圧室
１１６内に配されたスリーブである。スプール１２０は
スリーブ１２８内を摺動自在である。１３０は第１のス
プリング受け１２２とスリーブ１２８との間、および第
２のスプリング受け１２６とスリーブ１２８との間にそ
れぞれ弾装されたコイルスプリングである。２つのコイ
ルスプリング（以下単にスプリングとも言う）１３０は
弾性力が略等しく、それぞれ常時各スプリング受け１２
２、１２６と各スリーブ１２８を離反させる方向へ付勢
している。なお、上述したスプール弁１００のスプール
１２０は、第１の加圧室１１２および第２の加圧室１１
６内に共に作動流体が供給されていない状態において、
閉弁状態となる位置（図５に示す位置）にある。また、
主弁部１０２に形成された主排出ポート１１０はタンク
（不図示）に連通している。

【０００５】次に、動作について図５〜図７と共に説明
する。まず、第１の加圧室１１２および第２の加圧室１
１６内に共に作動流体が供給されていない閉弁状態（図
５の状態）から、第２の加圧室１１６にのみ第２の供給
ポート１１８から所定の流体圧の作動流体を供給する。
これにより、スプール１２０左端面、ナット１２４左端
面、および第２のスプリング受け１２６の左端面が作動
流体から圧力を受けるため、スプール１２０が右方向へ
移動し、流体圧と各スプリング１３０の弾性力とが釣り
合った位置（図６に示すように主供給ポート１０４が出
力Ｂポート１０８と連通する位置）で停止する。スプー
ル１２０は図５に示す位置から左右方向に移動すると、
スプリング１３０から移動距離に比例した弾性力を受け
るため、作動流体の流体圧を変化させることにより、ス
プール１２０の移動距離を任意に決定することができ
る。また、スプール１２０を左方向に移動させるために
は、反対に第１の加圧室１１２にのみ第１の供給ポート
１１４から所定の流体圧の作動流体を供給する。これに
より、スプール１２０右端面、ナット１２４右端面、お
よび第１のスプリング受け１２６の右端面が作動流体か
ら圧力を受けるため、スプール１２０が左方向へ移動
し、流体圧と各スプリング１３０の弾性力とが釣り合っ
た位置まで移動して停止する。これにより、主供給ポー
ト１０４は出力Ａポート１０６と連通する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のスプール弁には次の様な課題が有る。スプール１
２０が移動し、主弁部１０２が開弁状態（例えば図６に
示すように主供給ポート１０４と出力Ｂポート１０８が
連通した状態）となった際には、主弁部１０２内を流れ
る流体により、図７に示すようにスプール１２０の流体
が通過する部位に流体力Ｆ１、Ｆ２が作用する。この流
体力は、流体の流れる角度、および流速により増減し、
図７の場合には流体は例えば矢印Ｄ方向に流れ、主供給
ポート１０４の開口部面積が出力Ｂポート１０８の開口
部面積より狭いためＦ１＞Ｆ２となり、スプール１２０
には左方向への力が作用する（主供給ポート１０４と出
力Ａポート１０６が連通した状態の場合には、逆にスプ
ール１２０には右方向への力が作用する）。このよう
に、スプール１２０の停止位置は、流体の流れる方向、
角度、および流速により影響を受けて左右方向にずれ、
作動流体の流体圧による正確なスプール１２０の位置決
めが行えず、主弁部の流路の切換が確実に行えないとい
う課題がある。従って、本発明は上記課題を解決すべく
なされ、その目的とするところは、主弁部に流れる流体
の流体力から影響を受けることなく、スプールの正確な
位置決めが可能なスプール弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、スプールが摺合
された主弁部と、該主弁部の少なくとも一方の端部に設
けられ、作動流体の供給ポートと連通する加圧室と、該
加圧室側の前記スプールの端部に形成され、先端外周面
に肉薄部が設けられた筒状部と、前記筒状部に摺合され
ると共に、該筒状部から突出して前記加圧室内に位置す
る端部にはスプリング受けが取り付けられたピストン
と、前記筒状部と該筒状部から突出するピストンに跨が
って、筒状部とピストンに外嵌されたスリーブと、前記
スプリング受けと前記スリーブとの間に弾装され、該ス
プリング受けを前記加圧室の係止壁部に当接させるスプ
リングと、前記肉薄部の内周面と外周面とを連通する連
通孔と、前記ピストンに形成され、一方の開口部は前記
加圧室または前記供給ポートに開口すると共に、他方の
開口部は前記ピストンの外周面の第１の位置に開口し、
前記ピストンが前記筒状部内方に移動した際には、加圧
室または供給ポートと前記連通孔とを連通する第１の流
路と、前記ピストンに形成され、一端はピストンの外周
面であって前記第１の位置から前記主弁部方向へ前記連
通孔の開口幅だけ離間した第２の位置に設けられ、他端
は前記スプール内に形成された排出ポートと連通し、ピ
ストンが筒状部外方へ移動した際には、連通孔と排出ポ
ートとを連通する第２の流路とを具備することを特徴と
する。

【０００８】

【作用】スプールの端部に形成された筒状部の肉薄部に
設けられた連通孔が、ピストンに形成された第１の流路
と第２の流路のピストンの外周面に開口する各開口部間
の位置から、スプールと共に第１の流路の開口部方向へ
移動した際には、第１の流路と連通孔が連通するため、
作動流体がスリーブ内面と肉薄部の外周面との間に流入
して筒状部の先端に流体圧が作用し、スプールには前記
移動方向と反対方向へスプールを移動させる力が作用す
る。また、連通孔がスプールと共に第２の流路の開口部
方向へ移動した際には、第２の流路と連通孔が連通する
ため、スリーブ内面と肉薄部の外周面との間の作動流体
が第２の流路を介して排出ポートへ排出されて、筒状部
の先端に作用する流体圧が下がり、スプールは第２の流
路の開口部方向と反対方向へ移動する。これらを繰り返
すことで連通孔が第１の流路と第２の流路のピストンの
外周面に開口する各開口部間の位置となるようにスプー
ルが移動する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るスプール
弁の一実施例である、主弁部が３方弁に形成されたスプ
ール弁の構成を示す正面断面図であり、主弁部が閉弁し
た際の図である。図２は、図１のスプール弁が出力Ａポ
ート側に開弁した際の正面断面図である。図３は、スプ
ールの動作を示す説明図であり、ピストンが筒状部内方
に移動した際の図である。図４は、スプールの動作を示
す説明図であり、ピストンが筒状部外方に移動した際の
図である。

【００１０】まず、スプール弁１０の構成について説明
する。なお、従来例と同じ構成については同じ符号を付
し、説明は省略する。１２は、スプール１４の各加圧室
１１２、１１６側の両端部に形成された筒状部であり、
その先端外周面には肉薄部１６が設けられている。１８
は第１のピストンであり、スプール１４の右端の筒状部
１２に摺合されると共に、筒状部１２から突出して第１
の加圧室１１２内に位置する端部（図１中の右端部）に
は第１のスプリング受け１２２が取り付けられている。
２２は第２のピストンであり、スプール１４の左端の筒
状部１２に摺合されると共に、筒状部１２から突出して
第２の加圧室１１６内に位置する端部（図１中の左端
部）には第２のスプリング受け１２６が取り付けられて
いる。第１のピストン１８と第２のピストン２２は略同
一の形状を有する。２６はスリーブであり、スプール１
４の右端の筒状部１２と当該筒状部１２から突出する第
１のピストン１８、スプール１４の左端の筒状部１２と
当該筒状部１２から突出する第２のピストン２２のそれ
ぞれに跨がって、各筒状部１２と各ピストン１８、２２
に外嵌されている。スリーブ２６の内面と各ピストン１
８、２２の外周面は水密性を保って摺動可能に接してい
る。これによりスリーブ２６の内面と筒状部１２の肉薄
部１６の外周面との間には、流室２８が形成される。各
スプリング受け１２２、１２６と各スリーブ２６との間
に弾装されたスプリング１３０は、スプリング受け１２
２、１２６を各加圧室１１２、１１６の係止壁部３０、
３２に当接させている。なお、本実施例において係止壁
部３０、３２は、各加圧室１１２、１１６の各供給ポー
ト１１４、１１８側の内壁であるが、これに代えて各加
圧室１１２、１１６の内周面の一部に、各スプリング受
け１２２、１２６と当接する小径部や凸部を設けても良
い等、各スプリング受け１２２、１２６の各加圧室内１
１２、１１６内での主弁部１０２と離反する方向への移
動を規制するものであればどのような形状のものであっ
ても良い。また、各スプリング受け１２２、１２６が係
止壁部３０、３２と当接した状態で、各供給ポート１１
４、１１８と各加圧室１１２、１１６とが連通するよう
に、各スプリング受け１２２、１２６には透孔が設けら
れている。なお、透孔に代えて各スプリング受け１２
２、１２６や係止壁部３０、３２の一部に切欠部を設け
るようにしても良い。３４は各筒状部１２の肉薄部１６
に穿設された連通孔であり、肉薄部１６の内周面と外周
面とを連通する。

【００１１】３６は第１の流路であり、両ピストン１
８、２２内に形成され、一方の開口部は各加圧室１１
２、１１６または各供給ポート１１４、１１８に開口す
ると共に、他方の開口部はピストン１８、２２の外周面
の第１の位置Ｅに開口し、ピストン１８、２２が筒状部
１２内方に移動した際には、加圧室１１２、１１６また
は供給ポート１１４、１１８と連通孔３４とを連通す
る。３８は第２の流路であり、両ピストン１８、２２に
形成され、一端はピストン１８、２２の外周面であって
第１の位置Ｅから主弁部１０２方向へ連通孔３４の開口
幅だけ離間した第２の位置Ｆに設けられ、他端は排出ポ
ート４０と連通し、ピストン１８、２２が筒状部１２外
方へ移動した際には、連通孔３４と排出ポート４０とを
連通する。また、第２の流路３８の中途部分には、スプ
ール１４のハンチングを防止するための絞り部が設けら
れている。なお、本実施例では、第２の流路３８は、各
ピストン１８、２２内に形成されているが、ピストン１
８、２２の外周面に溝状に形成しても良い。本実施例で
は排出ポート４０はスプール１４内部に形成されてい
る。また、４２は筒状部１２に穿設された排出孔であ
り、スリーブ２６がスプール１４に押されて主弁部１０
２から離反する方向へ移動した際に、加圧室１１２、１
１６と排出ポート４０とを連通するためのものである。
また、各スプリング１３０は、予めその付勢力が等しく
なるように設定されており、第１の供給ポート１１４お
よび第２の供給ポート１１８のいずれにも作動流体が供
給されていない状態においては、スプール１４が図１に
示す位置、つまり主供給ポート１０４からの流体は出力
Ａポート１０６と出力Ｂポート１０８のいずれにも出力
されない位置となるものとする。

【００１２】次に、動作について図１〜図４を用いて説
明する。まず、第２の供給ポート１１８から第２の加圧
室１１６内に作動流体を供給し、スプール１４を図１〜
図４において右方向に移動させ、主供給ポート１０４と
出力Ｂポート１０８を連通させる場合について説明す
る。第２の加圧室１１６内に作動流体が供給されると、
ナット１２４、ピストン２２、および第２のスプリング
受け１２６の左端面に流体圧が作用し、第２のピストン
２２が筒状部１２の内方へ、スプリング１３０の付勢力
に抗して移動する。これにより第１の位置Ｅに開口する
第１の流路３６が流室２８と連通し（図３参照）、第１
の流路３６を介して流室２８内に作動流体が供給され、
流室２８内部の流体圧が高まることで、筒状部１２は流
室２８内の作動流体から右方向の力を受け、スプール１
４は各スプリング１３０の付勢力に抗して右方向に移動
する。

【００１３】スプール１４が右方向に行き過ぎた場合
（図４の位置になった場合）には、流室２８に作動流体
を供給していた第１の流路３６の開口部は、筒状部１２
により閉塞されると共に、第２の流路３８が連通孔３４
を介して流室２８と連通する。これにより流室２８は連
通孔３４と第２の流路３８を介して排出ポート４０と連
通し、作動流体が排出ポート４０に排出されるため、流
室２８の圧力が減少してスプール１４はスプリング１３
０の付勢力により左方向に移動する。なお、本実施例で
は、排出ポート４０に排出された作動流体は、スプール
１４の他方に形成された筒状部１２の排出孔４２、スプ
ール１４により押されて右方向に移動したスリーブ２６
と主弁部１０２との間の隙間（不図示）、第１の加圧室
１１２を通って第１の供給ポート１１４から排出され
る。

【００１４】上記動作を繰り返すことにより、スプール
１４は、筒状部１２に設けられた連通孔３４が第１の位
置Ｅと第２の位置Ｆとの間、つまり連通孔３４が第１の
流路３６と第２の流路３８のいずれとも連通しない位置
で停止する。第２のピストン２２は第２の供給ポート１
１８からの作動流体の流体圧とスプリング１３０の付勢
力とが平衡した位置で位置決めされ、またスプール１４
は上述したように連通孔３４が第２のピストン２２の第
１の位置Ｅと第２の位置Ｆとの間で停止するため、スプ
ール１４の移動距離は第２の供給ポート１１８からの作
動流体の流体圧の増減により可変できる。また、一旦ス
プール１４が位置決めされた後に、主弁部１０２を流れ
る流体の流速や流れる方向の変化等により、スプール１
４が流体力を受けて移動した場合であっても、上述した
ように第１の流路３６、流室２８、連通孔３４、および
第２の流路３８の働きによりスプール１４は再度元の位
置に復帰できる。

【００１５】また、第１の供給ポート１１４から第１の
加圧室１１２内に作動流体を供給し、スプール１４を図
１〜図４において左方向に移動させ、主供給ポート１０
４と出力Ａポート１０６を連通させる場合についても、
上述した主供給ポート１０４と出力Ａポート１０６を連
通させる場合と同様である。また、本実施例では、主弁
部の両端部に加圧部を設けた３方弁について説明した
が、一端部のみに加圧部を設け、他端部にはスプールを
常時一端部方向へ付勢するスプリングを設けることで２
方弁として構成することもできる。また、作動流体の排
出は、主弁部１０２により切り換えられる流体のタンク
に戻すようにしても良い。

【００１６】以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明は上述する実施例に限定されるも
のではなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変
を施し得るのはもちろんである。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係るスプール弁を用いると、ス
プールが主弁部に流れる流体から流体力を受け、筒状部
に設けられた連通孔がピストンに形成された第１の流路
と第２の流路のピストンの外周面に開口する各開口部間
の位置からスプールと共に、ピストンの第１の位置に開
口する第１の流路の開口部方向へ移動した際には、第１
の流路と連通孔が連通するため、作動流体がスリーブ内
面と肉薄部の外周面との間に流入して筒状部の先端に流
体圧が作用し、スプールには移動方向と反対方向へスプ
ールを移動させる力が作用する。また、連通孔がスプー
ルと共にピストンの第２の位置に開口する第２の流路の
開口部方向へ移動した際には、第２の流路と連通孔が連
通するため、スリーブ内面と肉薄部の外周面との間の作
動流体が第２の流路を介して排出ポートへ排出されて、
筒状部の先端に作用する流体圧が下がり、スプールは第
２の流路の開口部方向と反対方向へ移動する。これらを
繰り返すことで連通孔がピストンの第１の位置と第２の
位置との間となるようにスプールが自動的に再度戻るた
め、主弁部に流れる流体の流体力から影響を受けること
なく、スプールの正確な位置決めが可能となるという著
効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスプール弁の一実施例である、主
弁部が３方弁に形成されたスプール弁の構成を示す正面
断面図であり、主弁部が閉弁した際の図である。

【図２】図１のプール弁が出力Ａポート側に開弁した際
の正面断面図である。

【図３】スプールの動作を示す説明図であり、ピストン
が筒状部内方に移動した際の図である。

【図４】スプールの動作を示す説明図であり、ピストン
が筒状部外方に移動した際の図である。

【図５】従来のスプール弁の一例として、主弁部が３方
弁に形成されたスプール弁の閉弁時を示す正面断面図で
ある。

【図６】図５のプール弁が出力Ａポート側に開弁した際
の正面断面図である。

【図７】スプールが移動し、主弁部が開弁状態となった
際のスプールに作用する流体力を示す図６のＣ部の拡大
図である。

【符号の説明】

１４ スプール １２ 筒状部 １６ 肉薄部 １８ 第１のピストン ２ ２ 第２のピストン ２ ６ スリーブ ３０、３２ 係止壁部 ３４ 連通孔 ３６ 第１の流路 ３８ 第２の流路 ４０ 排出ポート １０２ 主弁部 １１２ 第１の加圧室 １１４ 第１の供給ポート １１６ 第２の加圧室 １１８ 第２の供給ポート １２２ 第１のスプリング受け １２６ 第２のスプリング受け １３０ スプリング

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプールが摺合された主弁部と、 該主弁部の少なくとも一方の端部に設けられ、作動流体
   の供給ポートと連通する加圧室と、 該加圧室側の前記スプールの端部に形成され、先端外周
   面に肉薄部が設けられた筒状部と、前記筒状部に摺合されると共に、該筒状部から突出して
   前記加圧室内に位置する端部にはスプリング受けが取り
   付けられたピストンと、 前記筒状部と該筒状部から突出するピストンに跨がっ
   て、筒状部とピストンに外嵌されたスリーブと、 前記スプリング受けと前記スリーブとの間に弾装され、
   該スプリング受けを前記加圧室の係止壁部に当接させる
   スプリングと、前記肉薄部の内周面と外周面とを連通する連通孔と、 前記ピストンに形成され、一方の開口部は前記加圧室ま
   たは前記供給ポートに開口すると共に、他方の開口部は
   前記ピストンの外周面の第１の位置に開口し、前記ピス
   トンが前記筒状部内方に移動した際には、加圧室または
   供給ポートと前記連通孔とを連通する第１の流路と、 前記ピストンに形成され、一端はピストンの外周面であ
   って前記第１の位置から前記主弁部方向へ前記連通孔の
   開口幅だけ離間した第２の位置に設けられ、他端は前記
   スプール内に形成された排出ポートと連通し、ピストン
   が筒状部外方へ移動した際には、連通孔と排出ポートと
   を連通する第２の流路とを具備することを特徴とするス
   プール弁。