JP2770491B2 - ロータリコントロールバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油の流量を制御するためのロータリコントロ
ールバルブに関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種のバルブとしては、特開昭63−285303号公
報に記載のものがある。

即ち、このバルブは流入口および流出口を有した円筒
形のハウジングと、該ハウジングの内側に回転可能に配
置され、流量制御用のオリフィスをその径方向に有した
中空円筒状シャフトと、該シャフトを回転駆動する軸部
と、該軸部に連結された駆動部材と、により構成されて
おり、上記シャフトの回転角度に応じてそのオリフィス
と上記流出口との重畳領域が変化し、その結果流出口へ
の流体量を制御するようにしてある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のものでは、シャフトに作用する流体力を、
該シャフトの径方向にオリフィスを形成して該シャフト
を横切る方向に流体を流すことにより、低減する構成と
してあるが、かかるバルブの作動はポンプのように一定
方向に回転を続けるのではなく、揺動運動により行われ
るため、反転時等に回転速度が極小となる状態が存在す
る。

そのため、上記シャフトの中空円筒部とそれを支持す
るハウジングとで形成される滑り軸受部が境界潤滑状態
となり、油膜切れを生じ易くなり、従って回転抵抗の増
大や固着によるロックの発生等が問題となる。

一方、ハウジングの内側に配置した電動モータのシャ
フトの一端側を流量制御のためのバルブ部として構成
し、かつシャフトの他端側を電動モータの磁石部ととも
に油の中に浸漬した構成のロータリコントロールバルブ
が実開昭59−177876号公報に開示されている。

かかる構成によれば、シャフトの一端の軸受部には流
量制御用の油の一部がシャフトとハウジングとの間の隙
間に流れてシャフトの一端の軸受部の潤滑が達成され、
またシャフトの他端は油の中に浸漬されてシャフトの他
端の軸受部が潤滑される。

しかし、シャフト自体は中実状であるため、重量的に
重く、応答性が劣るという問題がある。

本発明はかかる問題を解決することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の点に鑑みて案出されたものであって、 一端および他端の間が内部の中空部を介して連通し、
かつその両端が開放され少なくとも前記一端および前記
他端が中空円筒形状に形成され、該一端の中空円筒状部
分に、その内部と外部とを連通するオリフィスを有した
シャフトと、 前記シャフトの前記一端および前記他端の中空円筒状
部分を回動自在に支持し、前記一端の中空円筒状部分を
支持する部分に、該中空円筒状部分の前記オリフィスと
の連通状態が変化する開口部を有した支持体と、 前記シャフトを回転軸として構成する電動モータと、 前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分を支持する
前記支持体の周りに設けられ、前記開口部、該一端の中
空円筒状部分の内部にそれぞれ連通し、かつ外部油圧経
路に接続される第１、第２の接続部を有したハウジング
と、 前記シャフト、前記支持体、および前記電動モータ
を、前記ハウジングと共に内包して該ハウジングにシー
ルを保持して結合されたケースと を具備し、 前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分と、該一端
の中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状の
回動隙間が前記第２の接続部に連通しているとともに、 前記シャフトの前記他端の中空円筒状部分と、該他端
の中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状の
回動隙間が前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分の
内部および該シャフトの前記中空部を介して前記第２の
接続部に連通しており、 それによって該第２の接続部を流れる前記外部油圧経
路内の高圧油の一部が前記両回動隙間に流入するよう構
成されているという手段を備えるものである。

前記電動モータはステップモータにより構成してもよ
い。また、このステップモータの磁石部および電磁コイ
ル部を前記両回動隙間からの油で満たしてもよい。

また、前記第１の接続部を前記外部油圧経路の入口に
接続し、前記シャフトの前記一端の中空状部分の内部を
前記第２の接続部を介して前記外部油圧経路の出口に接
続してもよい。

更に、前記シャフトの前記一端の中空状部分の内部を
前記第２の接続部を介して前記外部油圧経路の入口に接
続し、前記第１の接続部を前記外部油圧経路の出口に接
続してもよい。

なお、前記ハウジングは第３の接続部を有していても
よく、この場合、前記シャフトの前記一端の中空円筒状
部分と、該一端の中空円筒状部分を支持する前記支持体
との間の環状の回動隙間を前記第３の接続部に連通さ
せ、前記シャフトの前記他端の中空円筒状部分と、該他
端の中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状
の回動隙間を前記一端の中空円筒状部分および前記中空
部を介して前記第３の接続部に連通し、第３の接続部を
流れる前記外部油圧経路内の高圧油の一部を前記両回動
隙間に流入するよう構成してもよい。

この場合、前記第１の接続部を油圧供給手段に接続
し、前記第２の接続部をドレン部に接続し、前記第３の
接続部を被油圧駆動機械手段に接続するようにしてもよ
い。

〔作用〕

第１または第２の接続部を流れる前記外部油圧経路内
の高圧油は支持体の開口部とシャフトのオリフィスとの
連通状態に応じた量に制御されて第２または第１の接続
部から流出する。一方、第２の接続部を流れる前記外部
油圧経路内の高圧油の一部は前記シャフトの中空部を介
して両回動隙間に流入し、シャフトの両端が潤滑され
る。

なお、該高圧油の一部は前記シャフトの中空部を介し
て前記空所に流入し、前記電動モータ内が油により満た
され、該電動モータの磁石部、電磁コイル部がその油で
冷却される。

また、第３の接続部を有するものにおいては、該第３
の接続部を流れる外部油圧経路内の高圧油の一部は前記
シャフトの中空部を介して両回動隙間に流入し、シャフ
トの両端が潤滑される。

〔発明の効果〕

（１）油の流量を制御するシャフトの両端を確実、かつ
強制的に潤滑でき、従って油膜切れを防止し、シャフト
の作動を滑らかにする。

（２）シャフトの重量を軽量化でき、シャフトの作動応
答性が向上し、従ってバルブ作動の迅速な応答を達成で
きる。

（３）シャフトが潤滑油用の通路を兼ねているため、構
成が簡潔である。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例により詳細に説明する。

第１図〜第４図において、本発明のロータリコントロ
ールバルブは、バルブ部２とモータ部３とから構成され
ている。

バルブ部２は、第１、第２、第３の接続部をなす３つ
のポート10、11、12を形成したハウジング13と、該ハウ
ジング13に圧入した中空状のアウタハウジング14と、該
アウタハウジング14の内側に固定した支持体としての円
筒状のインナハウジング15と、シャフト９とから構成さ
れている。

該アウタハウジング14は、軸方向の一端部および他端
側の一部が全周の1/3を残して切除された形状に形成さ
れており、これによりアウタハウジング14の一端部およ
び他端側の一部にはハウジング13との間に、全周の2/3
程度の空間部17、18が形成されている。なお、該空間部
17、18は互いに軸心を中心として対称となる位置に形成
されている。

上記シャフト９は一端および他端の間が内部の中空部
を介して連通していて、しかもその両端が開放された全
体として中空円筒状の形状を有している。シャフト９の
一端の中空円筒状部分はインナハウジング15の嵌合穴16
に回動自在に挿入、支持されている。また、シャフト９
の一端の中空円筒状部分にはその内側と外側とを連通す
るオリフィス22、23が軸心を中心として対称となる位置
に２組形成されている（第７図参照）。

オリフィス22、23は周面上の開口形状が頂点と底辺と
が周方向となる略二等辺三角形の形状を有し（第８図参
照）、かつ両者はシャフト９の周方向に向きが逆になる
ように形成されている（第７図参照）。また、第８図の
ごとく該オリフィス22、23はシャフト９に形成されてい
るノッチ状の溝24、25に連結されている。該溝24、25は
シャフト９の内側と外側とを貫通しない程度の深さでか
つオリフィス22、23の三角形の頂点から遠ざかるに従っ
て次第に浅くなるように形成されている。

インナハウジング15のうちシャフト９の上記一端の中
空円筒状部分を支持する部分にはオリフィス22、23との
連通状態が変化する開口部19、20が形成されており、該
開口部19、20は第７図のごとく軸心を中心として対称と
なる位置に二組存在している。なお、各開口部19、20は
円周上の開口形状が長辺が周方向となる長方形を有し、
かつ短辺の長さがアウタハウジング14の空間部17、18の
軸方向の幅より若干小さく形成されている。

上記各オリフィス22、23の底辺（軸方向）の長さはイ
ンナハウジング15の開口部19、20の短辺の長さより若干
短く形成され、溝24、25の先端から各オリフィス22、23
の底辺までの長さ（周方向）がインナハウジング15の開
口部19、20の長辺の長さより若干短く形成されている。

インナハウジング15は、２か所の開口部19が共に空間
部17と連通するように、また２か所の開口部20が共に空
間部18と連通するように、位置決めピン21によりアウタ
ハウジング14に対する取付け角度が決められている。

上記３つのポート10、11、12において、ポート10は空
間部17と、ポート11は空間部18と、それぞれ連通してい
る。ポート12はシャフト９の一端面と対面する位置に形
成され、その一端の中空円筒状部分ひいてはシャフト９
の中空部9aに連通している。

ポート10は油圧供給手段である油圧ポンプ27に、ポー
ト11は油タンク26に、またポート12は被駆動油圧機械手
段である油圧シリンダ29に、それぞれ外部油圧経路をな
す油圧配管Ａ、Ｂ、Ｃを介して接続されている。

モータ部３は、その回転軸としての上記シャフト９
と、該シャフト９のうち一端と他端との間の外周に嵌合
したロータ部31と、ケース４の内側のうちロータ部31に
対応する位置に設けられたステータ部32とから構成され
ている。

上記ロータ部31は永久磁石部31aと、該磁石部31aを挟
んで軸方向に向かい合うようにして配置された鉄心部31
bとよりなる。なお、鉄心部31bは周方向の外周に複数の
図示しない歯が形成されている。

一方、ステータ部32は強磁性体のステータコア32a
と、該ステータコア32aの外周に巻装された２組のステ
ータコイル32bとよりなる。なお、鉄心部31bの外周と対
向するステータコア32aの内周には、周方向に鉄心部31b
の歯と同数の図示しない歯が形成されている。

モータ部３は図示しない電気制御回路によりステータ
コイル32bを励磁し、磁石部31aとステータコイル32bと
の励磁力の合成によってロータ部31を所定の角度だけ回
動させるステップモータを構成している。

モータ部３の回転軸をなすシャフト９の一端は前述の
ごとく滑り軸受部としても作用するインナハウジング15
により回動可能に支持されているが、シャフト９の他端
は支持体としての滑り軸受部30に回動可能に支持されて
いる。なお、該滑り軸受部30はケース４の軸受部4aに圧
入されている。

モータ部３を内包したケース４は弾性材料よりなるＯ
リング５を介してハウジング13にボルト６により嵌合、
固定されている。

ケース４内の滑り軸受部30側には、シャフト９の中空
部9a内に嵌合される嵌合部35aおよび滑り軸受部30の端
面を押圧する押圧部35bを有したストッパ35が弾性材料
よりなるＯリング34を介して挿入されている。該ストッ
パ35はケース４にネジ結合した蓋７により押圧され、固
定されている。

シャフト９の滑り軸受部30側の端面は第４図に示すよ
うに略三角形状の爪部9bが形成されており、シャフト９
の回転によって該爪部9bがストッパ35に係合することに
より、シャフト９が一定回転角度以上回転しないように
してある。

シャフト９の一端の中空円筒状部分の外周とインナハ
ウジング15の内周との間には、第２図に示したように、
シャフト９の回動隙間38が形成されている。また、第３
図に示すようにシャフト９の他端の中空円筒状部分の外
周と滑り軸受部30およびストッパ35の内側との間にもシ
ャフト９の回動隙間39が形成されている。

上記回動隙間38はポート12に連通しているとともに、
シャフト９の中空部9aおよびモータ部の内側の空所39内
にも連通している。また、回動隙間39はシャフト９の中
空部9aおよびモータ部の内側の空所40内に連通してい
る。

第１図のごとく、シャフト９の中空部9aの、爪部9b寄
りには円形状のフィルター37が固定され、またシャフト
９の一端側とインナハウジング15との間にも環状のフィ
ルター36が固定されている。これらフィルター36、37は
通油性の繊維質よりなり、異物が上記経路を経てモータ
部３内に浸入するのを防止している。

上記構成において、次に作動を説明する。

図示しない電気制御回路によってモータ部３のステー
タコイル部32bを励磁し、ロータ部31を所定の角度回動
させ、シャフト９を第５図の時計回りに回動させる。か
かるシャフト９の回動によりそのオリフィス22とインナ
ハウジング15の開口部19とを連通させ、従ってポート10
とポート12とを連通させる。

これによって、油圧ポンプ27を介して汲み上げられた
高圧油はポート10からポート12を経て油圧シリンダ29に
供給される。

ところで、シャフト９のオリフィス22は略二等辺三角
形の形状を有しているため、シャフト９の回動に伴って
シャフト９のオリフィス22がインナハウジング15の開口
部19と重なるに従って次第に開口面積が大きくなる。

それ故、油圧シリンダ29への油の供給量を一度に多く
したい場合はロータ部31の回転角度を大きくしてシャフ
ト９のオリフィス22とインナハウジング15の開口部19と
が完全に重なるようにして両者の開口面積を最大にすれ
ばよい。

一方、油圧シリンダ29への油の供給量を少なくする場
合はロータ部31の回転角度を小さくして開口部19とオリ
フィス22との開口面積を小さくすればよい。

なお、油圧シリンダ29から油を油タンク26に戻すには
次のごとくにする。即ち、ロータ部31を所定の角度回動
させ、シャフト９を第６図の反時計回りに回動させる。
かかるシャフト９の回動に伴ってシャフト９のオリフィ
ス23とインナハウジング15の開口部20とを連通させるこ
とによりポート11とポート12とを連通させる。

これにより、油圧シリンダ29内の油がポート12からポ
ート11を経て油タンク26に戻される。油圧シリンダ29内
の油を一度に多く戻したい場合はロータ部31の回転角度
を大きくして開口部19とオリフィス22との開口面積とが
完全に重なるようにして両者の開口面積を最大にすれば
よい。なお、油圧シリンダ29から戻す油の量を少なくす
る場合はロータ部31の回転角度を小さくして開口部20と
オリフィス23との開口面積を小さくすればよい。

ところで、本実施例によれば、オリフィス22、23の長
さが短くなるため、油の粘度変化による影響が小さく、
従ってオリフィス22、23により制御される油量の変動が
少なくなり、高精度の油量制御を行うことができる。

また、シャフト９の一端とインナハウジング15との間
の回動隙間38がポート12に連通しているため、ポート12
を流れる油の一部が回動隙間38に流入し、該シャフト９
の一端が潤滑される。一方、ポート12を流れる油の一部
はシャフト９の中空部9aを通ってシャフト９の他端に到
り、かつ該他端と滑り軸受け部30との間の回動隙間39に
流入する。このため、該シャフト９の他端が潤滑され
る。

このように、油を強制的に軸受部に供給できるため、
シャフト９の周速が非常に遅くなる状態がある場合でも
油膜切れを来すことがなく、良好な軸受性能を得ること
ができる。

また、本実施例においては、シャフト９が中空状に形
成されているため、軽量となり、シャフト９の回動時の
応答性が向上する。

更に、油の一部が両回動隙間38、39を経てモータ部３
内に導入されるため、モータ部３の磁石部、電磁コイル
部を冷却でき、従ってモータ部３の効率低下を防止でき
る。加えて、シャフト９の回動を制動する効果を期待で
き、従ってシャフト９の回動を停止した際に慣性でオー
バーランするのを回避できる。

また、シャフト９の両端が同一外径としてあるため、
シャフト９の軸方向の圧力バランスが均衡する。

第10図は本発明の他の実施例を示すもので、かかる実
施例においては、上記実施例のものが所謂三方弁の構成
であるのに対して二方弁の構成にしたものである。即
ち、第１、第２の接続部としてのポート10、12を有し、
ポート12には油圧ポンプ27を接続し、ポート11には油圧
モータ等の被油圧駆動機械手段33を接続したものであ
る。なお、該実施例ではシャフト９の他端はケース４に
ガスケット８を介してねじ結合した蓋７により位置決め
される。これらを除く点は上記実施例と同じ構成として
ある。

第11図は本発明の更に他の実施例を示すものであっ
て、上記第３図の実施例の構成に加えてシャフト９の外
周部全周に溝9cを形成し、かつ該溝9cとシャフト９の中
空部9aとを連通する貫通穴9dをシャフト９に形成したも
のである。

かかる実施例においては、シャフト９の中空部9aに流
入した油の一部は貫通穴9dを経て溝9cに導かれ、その結
果、静圧軸受が形成される。第11図の下方には軸方向位
置ｘに対する滑り軸受部30の表面での圧力（ｐ）分布を
示している。

なお、本発明において、本ロータリコントロールバル
ブは種々の用途に適用可能であって、例えば車両の油圧
駆動型サスペンション装置への油の供給量を制御するも
のに適用できる。

また、電動モータとしてはステップモータ以外のモー
タも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図はロータリコントロールバルブの側面図断面、第２図
は第１図のII部の拡大断面図、第３図は第１図のIII部
の拡大断面図、第４図は第１図のIV−IV断面図、第５図
は第１図のＶ−Ｖ断面図、第６図は第１図のVI−VI断面
図、第７図は第１図のシャフトの一端側部分を拡大して
示す斜視図、第８図は第７図のシャフトにおけるオリフ
ィスを示す拡大図、第９図はシャフトの回転角に対する
流量変化特性を示すグラフ、第10図は本発明の他の実施
例を示す側面断面図、第11図は本発明の更に他の実施例
を示す要部断面図である。 １……ロータリコントロールバルブ,3……電動モータを
なすモータ部,4……ケース,9……シャフト,9a……中空
部,10……第１の接続部をなすポート,11……第２の接続
部をなすポート,12……第３の接続部をなすポート,13…
…バルブハウジング,15……支持体をなすインナハウジ
ング,19,20……開口部,22,23……オリフィス,26……油
タンク,27……油圧供給手段,29……被油圧駆動機械手
段,30……支持体をなす滑り軸受部、31a……磁石部をな
す永久磁石部,32b……電磁コイル部をなすステータコイ
ル,38,39……回動隙間,40……空所,A,B,C……外部油圧
経路をなす油圧配管。

フロントページの続き (72)発明者 夏目 慶三 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 浅井 二郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−262277（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−177876（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−24180（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/04,31/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端および他端の間が内部の中空部を介し
   て連通し、かつその両端が開放され少なくとも前記一端
   および前記他端が中空円筒形状に形成され、該一端の中
   空円筒状部分に、その内部と外部とを連通するオリフィ
   スを有したシャフトと、 前記シャフトの前記一端および前記他端の中空円筒状部
   分を回動自在に支持し、前記一端の中空円筒状部分を支
   持する部分に、該中空円筒状部分の前記オリフィスとの
   連通状態が変化する開口部を有した支持体と、 前記シャフトを回転軸として構成する電動モータと、 前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分を支持する前
   記支持体の周りに設けられ、前記開口部、該一端の中空
   円筒状部分の内部にそれぞれ連通し、かつ外部油圧経路
   に接続される第１、第２の接続部を有したハウジング
   と、 前記シャフト、前記支持体、および前記電動モータを、
   前記ハウジングと共に内包して該ハウジングにシールを
   保持して結合されたケースと を具備し、 前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分と、該一端の
   中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状の回
   動隙間が前記第２の接続部に連通しているとともに、 前記シャフトの前記他端の中空円筒状部分と、該他端の
   中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状の回
   動隙間が前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分の内
   部および該シャフトの前記中空部を介して前記第２の接
   続部に連通しており、 それによって該第２の接続部を流れる前記外部油圧経路
   内の高圧油の一部が前記両回動隙間に流入するよう構成
   されているよう構成されている ことを特徴とするロータリコントロールバルブ。
2. 【請求項２】前記第１の接続部は前記外部油圧経路の入
   口に接続され、前記シャフトの前記中空部のうち前記一
   端側の内部は前記第２の接続部を介して前記外部油圧経
   路の出口に接続されていることを特徴とする請求項
   （１）記載のロータリコントロールバルブ。
3. 【請求項３】前記シャフトの前記中空部のうち前記一端
   側の内部は前記第２の接続部を介して前記外部油圧経路
   の入口に接続され、前記第１の接続部は前記外部油圧経
   路の出口に接続されていることを特徴とする請求項
   （１）記載のロータリコントロールバルブ。
4. 【請求項４】一端および他端の間が内部の中空部を介し
   て連通し、かつその両端が開放され少なくとも前記一端
   および他端が中空円筒形状に形成され、該一端の中空円
   筒状部分に、その内部と外部とを連通し、その軸心位置
   が互いに離れた第１、第２のオリフィスを有したシャフ
   トと、 前記シャフトの前記一端および前記他端の中空円筒状部
   分を回動自在に支持し、前記一端の中空円筒状部分を支
   持する部分に、該中空円筒状部分の前記第１、第２のオ
   リフィスとのそれぞれの連通状態が変化する第１、第２
   の開口部を有した支持体と、 前記シャフトの前記一端と前記他端との間に設けられ、
   該シャフトをモータ回転軸として構成した電動モータ
   と、 前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分を支持する前
   記支持体の周りに設けられ、前記第１の開口部、前記第
   ２の開口部、該一端の中空円筒状部分の内部にそれぞれ
   連通し、かつ外部油圧経路に接続される第１、第２、第
   ３の接続部を有したハウジングと、 前記シャフト、前記支持体、および前記電動モータを、
   前記ハウジングと共に内包して該ハウジングにシールを
   保持して結合されたケースと を具備し、 かつ前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分と、該一
   端の中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状
   の回動隙間が第３の接続部に連通しているとともに、 前記シャフトの前記他端の中空円筒状部分と、該他端の
   中空円筒状部分を支持する前記支持体との間の環状の回
   動隙間が前記シャフトの前記一端の中空円筒状部分の内
   部および該シャフトの前記中空部を介して前記第３の接
   続部に連通しており、 それによって該第３の接続部を流れる前記外部油圧経路
   内の高圧油の一部が前記両回動隙間に流入するよう構成
   されている ことを特徴とするロータリコントロールバルブ。
5. 【請求項５】前記第１の接続部は油圧供給手段に接続さ
   れ、前記第２の接続部はドレン部に接続され、前記第３
   の接続部は被油圧駆動機械手段に接続されていることを
   特徴とする請求項（４）記載のロータリコントロールバ
   ルブ。
6. 【請求項６】前記電動モータは回転角度調整可能なステ
   ップモータであって、該ステップモータは、その回転軸
   としての前記シャフトと、該シャフトのうち前記一端と
   前記他端との間に設けられた磁石部と、前記ケースの内
   側のうち前記磁石部に対応する位置に設けられた電磁コ
   イル部と、により構成されていることを特徴とする請求
   項（１）〜（５）のいずれか一つに記載のロータリコン
   トロールバルブ。
7. 【請求項７】前記ステップモータが内包される前記ハウ
   ジングと前記ケースとの間の空所に前記両回動隙間が連
   通しており、それによって前記外部油圧経路内の高圧油
   の一部が前記空所に流入して前記ステップモータ内が油
   により満たされるように構成されていることを特徴とす
   る請求項（６）に記載のロータリコントロールバルブ。