JP2577401Y2 - 低リークスプール弁 - Google Patents

低リークスプール弁

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JP2577401Y2
JP2577401Y2 JP1992041969U JP4196992U JP2577401Y2 JP 2577401 Y2 JP2577401 Y2 JP 2577401Y2 JP 1992041969 U JP1992041969 U JP 1992041969U JP 4196992 U JP4196992 U JP 4196992U JP 2577401 Y2 JP2577401 Y2 JP 2577401Y2
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Inventor
和憲 吉野
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新キャタピラー三菱株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、低リークスプール弁に
関するものであり、特に、シリンダ等に直結する安全弁
においてモデュレーション機能を持ち、かつシリンダの
負荷保持時の内部リークによるドリフト量を極力小さく
するためのバルブ構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来スプール弁の概要を図5に示す。図
5(A)においてボディ11の内部にスプール12が移動自
在に嵌合され、アクチュエータ(シリンダ)10で生じた
負荷圧は、ボディ11に形成された負荷圧室13に供給され
る。スプール右端に対するパイロット圧導入口14に外部
パイロット圧が供給されず、スプール12がノーマルポジ
ション(図示状態)にある時は、ノッチ15が形成された
スプールのランド16が短オーバラップLs であるととも
にボディ11とスプール12との間に一定のクリアランスが
あるため、負荷圧は前記負荷圧室13から図中の中間圧室
17にリークし、そのリークはボディ11の線シート18とス
プール12の鍔部19とで遮断される。一方、負荷圧室13の
右側は長オーバラップLl であるから、ボディ11とスプ
ール12との間に一定のクリアランスがあっても、リーク
は少ない。スプール12は、1本のリターンスプリング20
により前記線シート18に押付けられている。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】このタイプのスプール
弁を長時間使用すると、スプール12が左方へ移動し、再
度リターンスプリング20の力によりボディ11の線シート
18へレシートする時に大きな衝撃力が発生するため、図
5(B)に拡大表示された正常形状の線シート18が、図
5(C)に示されるようにへたって、徐々に面シート18
a へと変形する現象が見られる。
【0004】このため、図5(C)に示されるように、
ばり18b の発生もあって、スプール12が分解できなく
(抜けなく)なったり、また面シート18a が受圧面積A
を形成するので、中間圧室17の蓄圧によりリターンスプ
リング20のプリセット荷重を超える左方への推力が発生
し、スプール12が面シート18a より若干浮上って、この
シート部分での正常なリーク防止が難しくなる。よっ
て、所期目的のリーク低減機能が安定的に得られないデ
メリットがある。
【0005】本考案は、このような点に鑑みなされたも
ので、低リーク特性を長期間にわたって安定的に維持で
きるスプール弁を提供することを目的とするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の考案
は、アクチュエータの負荷圧側と連通される負荷圧室お
よびタンクと連通される排出圧室が形成されたボディ
と、このボディに嵌合されアクチュエータの負荷圧側を
移動量に応じて開口されるノッチを通してタンクに連通
するスプールと、このスプールに対し設けられスプール
をパイロット圧に抗する方向へ押圧するリターンスプリ
ングとを備えたスプール弁において、前記ボディの負荷
圧室と排出圧室との間でボディの内径部に軸方向摺動自
在に嵌合する複数のランドがスプールに同径に設けら
れ、この複数のランドに軸方向のオーバラップを設定す
るノッチがそれぞれ設けられた低リークスプール弁であ
る。
【0007】請求項2に記載の考案は、請求項1のリタ
ーンスプリングとして、負荷圧室側のノッチにて設定さ
れたオーバラップより小さいとともに排出圧室側のノッ
チにて設定されたオーバラップより大きな軸方向クリア
ランスを介してスプール端に設けられた強いスプリング
と、スプール端に常時作用する弱いスプリングとが同心
状に配置されたものである。
【0008】
【作用】請求項1に記載の考案は、ボディの内径部に摺
動自在に嵌合する複数のランドがスプールに設けられた
から、スプールに従来のような鍔部がなく、線シートの
へたりの問題が生じ得ない。また、負荷圧室と排出圧室
との間に設けられた複数のオーバラップによりリークを
低くおさえることができる。
【0009】請求項2に記載の考案は、クリアランスを
持つ強いスプリングと弱いスプリングとのコンビネーシ
ョンによる非線形特性によって、オーバラップを大きく
とっても広いメータリング範囲を確保できる。
【0010】
【実施例】以下、本考案を図1乃至図3に示される実施
例と図4に示される特性図とを参照して詳細に説明す
る。なお、図5に示された従来例と同様の部分には同一
符号を付して、その説明を省略する。
【0011】図1は、スプール右端に導入されるパイロ
ット圧が0かまたは非常に低いため、ボディ11のストッ
パ21によりスプール12が係止されたノーマルポジション
における構造図を示す。
【0012】この図1にてスプール12の負荷圧室対応溝
13a と中間圧室対応溝17a との間に、ノッチ15a の形成
されたランド16a が設けられている。このランド16a
は、ボディ11の内径部11a に摺動自在に嵌合し、アクチ
ュエータ(シリンダ)10に連通された負荷圧室13と、中
間圧室17との間を開閉する。
【0013】また、スプール12の中間圧室対応溝17a と
左端側に位置するスプリング装着部22との間に、中間圧
室側にノッチ15b の形成されたランド16b が設けられて
いる。このランド16b は、ボディ11の内径部11b に摺動
自在に嵌合し、中間圧室17とタンクに連通された排出圧
室23との間を開閉する。
【0014】ノッチ15a およびノッチ15b は、共にモデ
ュレーション機能を持つ形状(Vノッチ、きり穴等)と
し、ノッチ15a により設定されたオーバラップLsaは、
ノッチ15b により設定されたオーバラップLsbより大き
めに設定する。
【0015】このように、スプール12には従来のような
鍔部19がなく、従来の線シート18の代りに若干長めのオ
ーバラップLsbが設けられている。
【0016】また、スプール12のリターンスプリングと
しては、スプリング装着部22に大径のコイルスプリング
20a および小径のコイルスプリング20b が二重に設けら
れている。
【0017】大径のコイルスプリング20a は、スペーサ
24を介してスプール12を押圧し、パイロット圧導入口14
にパイロット圧が供給されないときにスプール12を右方
のストッパ21へ当接させるためのものであり、弱いばね
定数およびプリセット荷重を持つ。
【0018】小径のコイルスプリング20b は、メータリ
ング用の強いばね定数を持つスプリングであり、スペー
サ24との間に軸方向クリアランスCが設けられている。
このクリアランスCは、前記若干長めのオーバラップL
saより小さめに設定する。
【0019】なお、大径のコイルスプリングをメータリ
ング用の強いばね定数をもちスペーサ24との間に軸方向
クリアランスをもつ構成とし、小径のコイルスプリング
を弱いばね定数及びプリセット荷重をもち常時スペーサ
24へ当接する構成としてもよい。
【0020】以上のような構成において、モデュレーシ
ョン開始過渡期は、パイロット圧導入口14からスプール
12の右端面に作用するパイロット圧により、スプール12
がスプリング20a に抗して左方へ移動し、軸方向クリア
ランスCを縮小する。そして、図1に示されるように、
Lsb<C<Lsaの場合は、図2に示されるようにこのク
リアランスCが0となったとき、中間圧室17と排出圧室
23との間のノッチ15bは若干開口するが、負荷圧室13と
中間圧室17との間のノッチ15a は開口寸前の閉状態にあ
る。仮に、スプール12に一つのノッチと一つのオーバラ
ップしか設けられていない場合は、軸方向クリアランス
Cの設定誤差や、ノッチ加工の「ばらつき」などによ
り、スプール12が軸方向クリアランスCだけ動いたとき
にノッチが急に大きく開いて、モデュレーション機能が
損なわれるおそれがあるのに対し、上記のように複数の
ノッチ15a ,15b があれば、軸方向クリアランスCの設
定誤差やノッチ加工のばらつきなどを補い、モデュレー
ション機能を確保できる。 特に、上記のように二つのオ
ーバラップLsa,Lsbが、Lsb<C<Lsaの関係にある
場合は、弱いスプリング20a に抗してスプール12が開き
動作を開始し、スプール12が軸方向クリアランスCだけ
移動すると、排出圧室23側のノッチ15b が開くとともに
負荷圧室13側のノッチ15a が閉じた状態で、強いスプリ
ング20b がスプール12の開き動作に抵抗するので、アク
チュエータ10側からタンク側に流体が排出し始める際の
モデュレーション機能が損なわれるおそれを確実に防止
できる。 さらに、スプール12の両方のノッチ15a ,15b
が開いた後も、ボディ11の内径部11a ,11b が全開状態
となるまでは、これらのノッチ15a ,15b による絞り作
用が働いて、負荷圧室13側のノッチ15a を経た流体に対
し排出圧室23側のノッチ15b が抵抗をもつことにより背
圧が発生するから、負荷圧室13側のノッチ15a における
急激な圧力降下による不都合、例えばキャビテーション
ノイズなどの発生を低減できる。
【0021】図3はスプール12のフルシフト状態を示す
が、前記軸方向クリアランスCが0となった後は、パイ
ロット圧導入口14からスプール12の右端面に作用するパ
イロット圧により、スプール12がスプリング20a および
スプリング20b を圧縮しながら左方へ移動し、このフル
シフト状態となる。このとき、アクチュエータ(シリン
ダ)10の負荷圧油は、負荷圧室13、負荷圧室対応溝13a
、ノッチ15a 、中間圧室17、中間圧室対応溝17a およ
び排出圧室23を経てタンクに排出される。
【0022】前記メータリング用の強いスプリング20b
は前記オーバラップLsaとほぼ同等の軸方向クリアラン
スCを持つため、弱いスプリング20a とのコンビネーシ
ョンによるパイロット圧−スプールストローク特性は図
4(A)の如くとなる。この図4(A)は、クリアラン
スCがオーバラップLsaと等しい場合であるが、図4
(B)は、クリアランスCがオーバラップLsbと等しい
場合である。
【0023】この図4(A)(B)から明らかなよう
に、従来のリターンスプリング1本の場合に比べて本考
案のリターンスプリング2本の場合は、軸方向クリアラ
ンスCが0となった後のパイロット圧−スプールストロ
ーク特性直線の勾配を緩やかにできるので、ノッチ15a
,15b が共に開口した後に従来よりも広範囲のパイロ
ット圧で一定のスプールストロークを制御できる。
【0024】すなわち、従来のリターンスプリング1本
の場合に比べてオーバラップLsa,Lsbを大きくとって
も、広いメータリング(モデュレーション)範囲を有し
ており、操作性が阻害されることもない。
【0025】なお、前記オーバラップLsa,Lsbを設け
るためのランド16a ,16b は、図示された2箇所に限定
されるものではなく、必要に応じて中間圧室を複数設け
るとともにランドを3箇所以上に設けても良く、さらに
全体のオーバラップランド数が増加するので、リークは
さらに低減できる。
【0026】
【0027】
【考案の効果】請求項1に記載の考案によれば、複数の
ランドが同径に設けられたスプールに従来のような鍔
部が形成されず、線シートのへたりの問題が生じ得ない
ので、リーク量の経年変化を防止でき、安定性の高い低
リークスプール弁を提供できる。また、スプール移動方
向に若干長めのオーバラップを複数設けているので、通
常のスプール弁のように単一ランドのみでリークを低減
させようとするものに比して、リークを格段に低減でき
る。さらに、複数のノッチによりノッチ加工のばらつき
などを補い、モデュレーション機能を確保できるととも
に、負荷圧室側のノッチを経た流体に対し排出圧室側の
ノッチが抵抗をもつことにより背圧が発生するから、負
荷圧室側のノッチにおける急激な圧力降下による不都合
を防止できる。
【0028】請求項2に記載の考案によれば、メータリ
ング用の強いスプリングは、スプール端に常時作用する
弱いスプリングに対して軸方向クリアランスを持つた
め、この強いスプリングと弱いスプリングとのコンビネ
ーションによる非線形特性によって、従来のリターンス
プリング1本の場合に比べ、オーバラップを大きくとっ
ても広いメータリング範囲を確保できる。特に、強いス
プリングは、負荷圧室側のノッチにて設定されたオーバ
ラップより小さいとともに排出圧室側のノッチにて設定
されたオーバラップより大きな軸方向クリアランスを持
つため、弱いスプリングに抗してスプールが開き動作を
開始し、スプールが軸方向クリアランスだけ移動する
と、排出圧室側のノッチが開くとともに負荷圧室側のノ
ッチが閉じた状態で、強いスプリングがスプールの開き
動作に抵抗するので、アクチュエータ側からタンク側に
流体が排出し始める際のモデュレーション機能が損なわ
れるおそれを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の低リークスプール弁の一実施例を示す
断面図である。
【図2】同上スプール弁のモデュレーション開始過渡期
を示す断面図である。
【図3】同上スプール弁のフルシフト状態を示す断面図
である。
【図4】同上スプール弁のパイロット圧−スプールスト
ローク特性を示すグラフであり、(A)は軸方向クリア
ランスCがオーバラップLsaと等しい場合であり、
(B)は、軸方向クリアランスCがオーバラップLsbと
等しい場合である。
【図5】(A)は従来のスプール弁を示す断面図、
(B)はその線シート部分の拡大断面図、(C)はその
線シートのへたり状態を示す断面図である。
【符号の説明】
10 アクチュエータ 11 ボディ 11a ,11b 内径部 12 スプール 13 負荷圧室 15a ,15b ノッチ 16a ,16b ランド 20a ,20b リターンスプリング 23 排出圧室 Lsa,Lsb オーバラップ C 軸方向クリアランス

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクチュエータの負荷圧側と連通される
    負荷圧室およびタンクと連通される排出圧室が形成され
    たボディと、このボディに嵌合されアクチュエータの負
    荷圧側を移動量に応じて開口されるノッチを通してタン
    クに連通するスプールと、このスプールに対し設けられ
    スプールをパイロット圧に抗する方向へ押圧するリター
    ンスプリングとを備えたスプール弁において、 前記ボディの負荷圧室と排出圧室との間でボディの内径
    部に軸方向摺動自在に嵌合する複数のランドがスプール
    同径に設けられ、この複数のランドに軸方向のオーバ
    ラップを設定するノッチがそれぞれ設けられたことを特
    徴とする低リークスプール弁。
  2. 【請求項2】 リターンスプリングとして、負荷圧室側
    のノッチにて設定されたオーバラップより小さいととも
    に排出圧室側のノッチにて設定されたオーバラップより
    大きな軸方向クリアランスを介してスプール端に設けら
    れた強いスプリングと、スプール端に常時作用する弱い
    スプリングとが同心状に配置されたことを特徴とする請
    求項1記載の低リークスプール弁。
JP1992041969U 1992-06-18 1992-06-18 低リークスプール弁 Expired - Lifetime JP2577401Y2 (ja)

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