JP3087976B2 - スプール型油圧制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スプ−ル型油圧制御
弁にかかわり、さらに詳しくは、軸流ファンの動翼角度
変更装置のような大形装置の油圧制御に好適なスプ−ル
型油圧制御弁に関している。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のスプール型油圧制御弁の構
造を示している。弁本体Ａには圧油導入溝Ｂおよびポー
トＣが設けられ、ポートＣは同じく弁本体Ａにある圧油
導出孔Ｄにつながっている。圧油導入孔Ｂにはスプール
Ｅが挿入されている。スプールＥにはポートＣにたいす
るランドＦが設けられていると共に、図示を省略された
ポートにたいするランドＧが設けられている。

【０００３】油ポンプは圧油導入孔Ｂにおける右側端部
に、油圧シリンダなどの油圧アクチュエ−タは圧油導出
孔Ｄおよびもうひとつの圧油導出孔につながれる。スプ
−ルＥがスライドすると、圧油が圧油導入孔Ｂからラン
ドＦとポ−トＣとのあいだのすき間をとおってポ−トＣ
に流入し、圧油導出孔Ｄをとおって外部にある油圧シリ
ンダにおけるピストンの片側に供給され、スプ−ルＣが
反対側にスライドされると、圧油がランドＧとこれに関
連するポ−トとのあいだのすき間およびもうひとつの圧
油孔をとおって油圧シリンダのピストンの反対側に供給
される。

【０００４】このようなスプール型油圧制御弁は、図８
に示すように、ランドＦとポートＣとにすき間Ｈを設け
るようにした負重合方式と、図９に示すように、ランド
ＦとポートＣとに重なりしろＪを設けた正重合方式があ
り、一般的に、負重合方式が使用されている。

【０００５】正重合方式のスプ−ル型油圧制御弁は、ス
プ−ル変位と流量ゲインとの関係がたとえば図３にライ
ンｂで示されているようになり、流量ゲインがスプ−ル
Ｃがある変位をおこなうまで変化しない、つまり、不感
帯が存在している。他方、負重合方式のスプ−ル型油圧
制御弁は、スプ−ル変位と流量ゲインとの関係がたとえ
ば図３にラインａで示すように、スプ−ル変位にともな
って流量ゲインが急激に大きくなるため、微少な制御を
おこなえない。

【０００６】このような問題を解決するために、スプ−
ルの軸方向にのびる溝あるいは切り欠きをランドにも
ち、スプ−ルを操作したときに、これらの溝や切り欠き
によってポ−トの開口面積をしだいに変化させることで
もって、流量ゲインの急激な変化を防止したスプ−ル型
油圧制御弁が、特開昭４８−１２０３７号公報や特開平
１−３０７５７４号公報において提供されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】後者の油圧制御弁は、
しかしながら、スプ−ルにはたらく反力が溝あるいは切
り欠きから流出する圧油量と油圧の積に比例しているた
め、圧油が通過する面積にたいして、溝のサイズが適切
でないと、スプ−ルの変位にともなって、たとえば図４
に示においてラインｆで示すように、脈動が油圧に発生
する。

【０００８】本発明の目的は、スプ−ル操作にともなう
流量ゲインの急変をなくすことができるばかりか、油圧
の脈動も防ぐことができる、スプ−ル型油圧制御弁を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のスプール型油圧
制御弁は、上記の目的を達成するために、軸流ファンの
動翼角度変更装置に用いられるスプール型油圧制御弁で
あって、内径が一定の圧油導入孔と、この圧油導入孔に
接続され、圧油導入孔より大径のポートと、このポート
に接続された圧油導出孔とが形成された弁本体と、前記
圧油導入穴内に摺動可能に配置され、前記ポートの開口
部を覆うように正重合するランドが形成されたスプール
とを備え、前記ランドの両端部に、深さが軸方向に一定
で９０°間隔でスプールの軸方向と平行に延びる四つの
溝を、１８０°離れた二つの溝の長さが他の１８０離れ
た二つの溝の長さと異なるように形成した。

【００１０】

【００１１】

【作用】前者のスプ−ル型油圧制御弁では、スプ−ルが
中立状態にあると、圧油は溝の先端から、つまり、ラン
ド端部側と反対側の端部から洩れ出し、スプ−ルのふら
つきをなくせる。圧油の洩れ量は溝の本数、巾および長
さなどを選択することによって制御をおこなえる。

【００１２】スプ−ルが操作されると、圧油はランドに
ある溝をとおってポ−トに流れる。が、このときに流量
ゲインは溝におけるポ−トにたいする突き出し長さによ
って変化する。つまり、ランド径をＤ、溝巾をｂ、スプ
−ルの変位量をＬ、流量係数をαとすると、流量ゲイン
はα・（１４ｂＬ／πＤＬ）となり、スプ−ル変位が増
大するにつれて、流量ゲインがしだいに増大していくこ
とになるため、流量ゲインの変化を緩やかにさせられ
る。

【００１３】本発明によるスプール形油圧制御弁では、
ランドにスプールの軸方向の長さの異なる複数の溝を形
成しているので、スプールが変位させられたときに、溝
長の短い溝から順次圧油の洩れがなくなり、スプールの
変位にともなう圧油流路面積の増加が緩やかになるた
め、流量ゲインの変化が緩やかであり、油圧に脈動を発
生しない。

【００１４】

【００１５】

【実施例】本発明のスプ−ル型油圧制御弁の実施例は、
以下に、図面と共に説明する。

【００１６】図１は本発明によるスプ−ル型油圧制御弁
を示している。この弁は弁本体１１およびスプ−ル１２
を具備している。弁本体１１には圧油導入孔１３が設け
られている。圧油導入孔１３は、たとえば、図１におけ
る図示を省略された左側端部が閉塞され、右側端部が油
ポンプに接続されている。スプ−ル１２は弁本体１１の
圧油導入孔１３にスライド可能に挿入されている。ま
た、弁本体１１にはポ−ト１４が設けられている。ポ−
ト１４は弁本体１１にある圧油導出孔１５に接続してい
る。スプ−ル１２にはランド１６、１７が設けられてい
る。図示されていないが、ランド１７によって開閉され
るポ−トが弁本体に設けられ、このポ−トは弁本体１１
にあるもうひとつの圧油導出孔に接続している。

【００１７】本発明によるスプ−ル型油圧制御弁は、ラ
ンド１６とポ−ト１４およびランド１７とこれに関連す
るポ−トとは大きな重なりをもっている、つまり、正重
合方式のものからなっている。ランド１６の両端には、
図２に示すように、四個の溝２１〜２４からなる溝セッ
トおよび溝２１’〜２４’からなる溝セットを具備して
いる。溝自体の形態は、図１に示されているように、ス
プ−ル１２のスライドにともなって、最初に開くほうの
端部が半円形に形成されかつ反対端が開放された平行溝
からなっている。各々の溝セットにおける溝２１〜２４
および溝２１’〜２４’は、スプ−ル１２の中心軸に関
して角度９０°の角度間隔を形成してランド１６に配置
されている。さらに、各々の溝セットにおける溝２１、
２１’と溝２１、２１’にたいして角度１８０°の角度
間隔を形成する溝２３、２３’とは溝長が同じであり、
溝２２、２２’と溝２２、２２’から角度１８０°の角
度間隔を形成している溝２４、２４’とは溝長が同じに
させられていると共に、溝２２、２２’および溝２４、
２４’は溝２１、２１’および溝２３、２３’よりも長
さＳ、Ｓ’だけ短い溝長にさせられている。。

【００１８】油圧アクチュエ−タは、たとえば油圧シリ
ンダは、ピストンの片側にあるチャンバを圧油導出孔１
５に、反対側にあるチャンバを図示を省略された圧油導
出孔にそれぞれつながれる。図１はこのスプ−ル型油圧
制御弁の中立状態を示している。スプ−ル１２が図１の
状態にて右側にスライドされ、ポ−ト１４が開くと、圧
油が圧油導入孔１３からランド１６およびポ−ト１４の
あいだをとおって圧油導出孔１５に送り込まれ、圧油導
出孔１５を経由して油圧シリンダに供給され、油圧シリ
ンダのピストンロッドをある方向に移動させる。また、
スプ−ル１２が左側にむかってスライドされると、図示
を省略されたポ−トが開き、圧油が圧油導入孔１３から
ランド１７およびこのランドに関連するポ−トとのあい
だをとおって油圧シリンダに送り込まれ、油圧シリンダ
のピストンロッドが反対方向に移動させる。

【００１９】このスプ−ル型油圧制御弁は、スプ−ル１
２が中立状態にあるときに、圧油がつねに溝２１〜２
４、２１〜２４’の先端からつねに洩れ出しているた
め、スプ−ル１２のふらつきをなくせる。これらの溝２
１〜２４および溝２１’〜２４’からの圧油の洩れ量は
溝数、溝巾および溝長などを選択することによって少く
なく設定することができる。

【００２０】スプ−ル１２が操作されると、たとえば図
１において右方向にスライドさせられると、油ポンプか
ら圧油導入孔１３に送り込まれている圧油が溝２１〜２
４をとおってポ−ト１４に流れ込む。流量ゲインはポ−
ト１４にたいして突き出した溝２１〜２４の溝長さによ
って変化し、ランド１６の直径をＤ、溝２１〜２４の巾
をＢ、スプ−ル１２の変位をＬ、流量係数をαとしたと
きに、流量ゲインＧはＧ＝α・（１３ＢＬ／πＤＬ）に
なり、流量ゲインがスプ−ル変位量にしたがってしだい
に増大するため、スプ−ル１２の変位と流量ゲインとの
関係はたとえば図３においてラインｃで示すような特性
となる。

【００２１】しかしながら、このようにランド１６に溝
２１〜２４および溝２１’〜２４’をたんに設けたスプ
−ル型油圧制御弁では、スプ−ル１２に働く反力が溝２
１〜２４および溝２１’〜２４’から流出する圧油量と
油圧の積に比例するため、溝２１〜２４、２１’〜２
４’の数、巾や長さが圧油が通過する面積にたいして適
正でないと、スプ−ル１２がさらにスライドさせられた
ときに、たとえば図４にラインｆで示すように油圧に脈
動を発生する。本発明によるスプ−ル型油圧制御弁で
は、ランドの両端にある溝セットの各々を構成している
溝２２、２４および溝２２’、２４’の長さが溝２１、
２３および溝２１’、２３’のそれよりも短くさせられ
ていて、スプ−ル１２がさらに変位されたときに、圧油
の洩れが溝長の短い溝２１、２４および溝２１’、２
４’からなされなくなり、溝長の長い溝２２、２４およ
び溝２２’、２４’からのみなされるようになる、つま
り、スプ−ル変位量の増大につれて、圧油流路面積がし
だいに増加するため、スプ−ル変位と流量ゲインとの関
係は最終的にたとえば図３においてラインｄで示すよう
になり、このときにも流量ゲインの増加が緩和されるば
かりか、スプ−ル変位にともなう制御油圧の状態も、た
とえば図４においてラインｇに示すような特性となり、
脈動が油圧に発生しない。

【００２２】なお、以上はランド１６についてのみ説明
したが、このスプ−ル型油圧制御弁ではもうひとつのラ
ンド１７にも溝２１〜２４と同様に構成された溝を具備
させられ、このランドに関連するポ−トの開閉をおこな
ったときにも、これらの効果を得られるようにしてあ
る。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】本発明によるスプール形油圧制御弁は、た
とえば、図５に示すような軸流ファンにおける動翼角度
変更装置に採用される。

【００２９】シャフト５１は図示を省略された軸受に保
持され、ふたつの羽根車がこのシャフト５１に取り付け
られている。各々の羽根車における動翼５２、５３は羽
根車のインペラハブ５４、５５にある軸受５６、５７に
保持されている。動翼５２、５３における軸受から延び
る軸部にはアーム５８、５９が固定されている。これら
のアーム５８、５９はシャフト５１にある可変ディスク
６１、６１の溝にかん合している。油圧シリンダ６３が
インペラハブ５４に固定されている。油圧シリンダ６３
のロッド６４はインペラハブ５４に挿入されかつ固定さ
れ、シャフト５１を貫通してインペラハブ５５に挿入さ
れかつ固定されている。本発明によるスプール型油圧制
御弁は、油圧シリンダ６３に取り付けられている。

【００３０】図６にあらたに符号７０によって示す本発
明によるスプール型油圧制御弁は、弁本体７１およびス
プール７２を具備している。弁本体７１にはポート７
４、７７が設けられている。ポート７４は弁本体７１に
ある圧油導出孔７５に、ポート７７は弁本体７１にある
圧油導出孔７８にそれぞれ接続している。スプール７２
は弁本体７１にスライド可能に挿入されている。圧油導
入孔７３はスプール７２の中心に設けられ、一端がスプ
ール７２上のランドの間に位置しかつスプール７２の周
面に開口する孔７９に接続され、図示を省略された端部
が油ポンプにつながれている。前記圧油導出孔７５、７
７は油圧シリンダ６３におけるピストンの両側に関連す
る部分に接続されている。図示されていないが、スプー
ル７２には、図１および図２に関連して説明したスプー
ル型油圧制御弁と同様に、ポート７４、７７の開閉を行
うランドに、円周方向に角度９０°離れて形成された四
個の溝からなり、角度１８０°離れた二つの溝が他の角
度１８０°離れた二つの溝より溝長さが短く形成された
溝セットを具備している。

【００３１】このスプ−ル型油圧制御弁のスプ−ル７２
は、図５に示すように、回転形管継手６６を介在してコ
ントロ−ルロッド８１に接続されている。油ポンプはこ
の回転形管継手を経由して油圧制御弁７０の圧油導入孔
７３につながれている。コントロ−ルロッド８１の反対
端にはリンク８２が連結されている。リンク８２はロッ
ド８３に連結されている。ロッド８３は軸受に保持され
ている。リンク８４がロッド８３の反対端に取り付けら
れている。リンク８４はロッド８５を介してアクチュエ
−タ８６にあるア−ム８７に連結されている。

【００３２】この動翼角度変更装置において、動翼５
２、５３の角度変更は、アクチュエ−タ８７を作動させ
ることによってなされる。アクチュエ−タ８７がア−ム
８８を回転させると、ロッド８６が押され、リンク８
４、８２およびロッド８３が回転し、コントロ−ルロッ
ド８１が押され、スプ−ル型油圧制御弁７０のスプ−ル
をスライドさせる。スプ−ル７２が中立状態から右側に
スライドされ、孔７９がポ−ト７４に一致すると、圧油
が圧油導入孔７３、孔７９およびポ−ト７４をとおり、
圧油導出孔７５を経由して、油圧シリンダ６３に供給さ
れ、また、スプ−ル７２が左側にむかってスライドさ
れ、孔７９がポ−ト７７に接続すると、圧油がこのポ−
ト７７をとおって圧油導出孔７８にながれ、油圧シリン
ダ６３に供給される。供給されると、油圧シリンダ６３
のロッドが伸長あるいは収縮して、可変ディスク６１、
６２が往復され、ア−ム５８、５９が正転あるいは逆転
され、動翼５２、５３の取り付け角度が変更される。

【００３３】これらの羽根角度の変更に際して、スプ−
ル型油圧制御弁７０は、前述のように、圧油がスプ−ル
７２の中立状態において洩れていて、スプ−ルのふらつ
きがなく、スプ−ルの操作をおこなったときにも、圧油
の流路面積の増加割合が少なく、スプ−ル変位と流量ゲ
インとの関係が緩やかになるばかりか、さらにスプ−ル
が変位させられたときにも、スプ−ル変位と流量ゲイン
との関係が緩やかな特性になると共に、油圧に脈動を発
生しないため、この種の装置のように、直径が６０ｍｍ
をこえる大形の装置にたいするスプ−ル型油圧制御弁お
いてさけられない中立状態におけるポ−トとスプ−ルと
のあいだのすき間からの圧油の洩れにもとづくスプ−ル
のふらつき、操作の過度状態における流量ゲインの急変
および制御油圧の脈動にもとずく動翼角度変更制御の応
答性のわるさなどを改善することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のスプ−ル型油圧制御弁は、以上
説明したように、中立状態におけるスプ−ルのふらつき
を発生せず、スプ−ルの変位のはじめにおける流量ゲイ
ンの緩和をおこなうことができるばかりか、スプ−ルが
さらに変位されたときにも、流量ゲインの緩和をおこな
うことができるので、スプ−ル変位の全域にわたる応答
性を改善することができ、しかも、油圧の脈動の発生も
なくすことができ、たとえ存在しても、これを最小にさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスプール型油圧制御弁の一実施例を示
し、スプールにあるランドおよび弁本体にあるポート回
りの断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線にそうスプールの断面図であ
る。

【図３】本発明のスプール型油圧制御弁および従来のス
プール型油圧制御弁におけるスプール変位と油圧ゲイン
との関係を示す図である。

【図４】本発明のスプール型油圧制御弁および従来のス
プール型油圧制御弁におけるスプール変位にたいする油
圧の変化を示す図である。

【図５】本発明によるスプール型油圧制御弁をもつ軸流
ファンの動翼角度変更装置の構成を示す説明図である。

【図６】図５に示す動翼角度変更装置に使用されている
スプール型油圧制御弁の構成を示す断面図である。

【図７】従来のスプール型油圧制御弁の構成を示す断面
図である。

【図８】従来のスプール型油圧制御弁のポートの構成を
示す図である。

【図９】従来のスプール型油圧制御弁におけるポートの
他の構成を示す図である。

【符号の説明】

１１、７１…弁本体、１２、７２…スプール、１３、７
３、７７…ポート、１６、１７…ランド、２１〜２４、
２１′〜２４′…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−312576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−125471（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−39670（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−65333（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−164672（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭37−3585（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 11/07

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸流ファンの動翼角度変更装置に用いら
   れるスプール型油圧制御弁であって、内径が一定の圧油
   導入孔と、この圧油導入孔に接続され、圧油導入孔より
   大径のポートと、このポートに接続された圧油導出孔と
   が形成された弁本体と、前記圧油導入穴内に摺動可能に
   配置され、前記ポートの開口部を覆うように正重合する
   ランドが形成されたスプールとを備え、前記ランドの両
   端部に、深さが軸方向に一定で９０°間隔でスプールの
   軸方向と平行に延びる四つの溝を、１８０°離れた二つ
   の溝の長さが他の１８０離れた二つの溝の長さと異なる
   ように形成したことを特徴とするスプール型油圧制御
   弁。