JP3532344B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、スプール弁に係
わり、特にパイロット圧によってスプールを切り換える
ものに関する。 【０００２】 【従来の技術】パイロット圧によってスプールを切り換
えるスプール弁は、一般に、ハウジング内にスプールを
摺動自在に組み込み、このスプールの両端に対応する位
置にキャップをそれぞれ取り付け、このキャップ内をパ
イロット室としている。上記パイロット室には、センタ
リングスプリングを組み込み、このセンタリングスプリ
ングのバネ力をスプールに作用させている。したがっ
て、一方のパイロット室内のパイロット圧の作用力と、
他方のパイロット室のセンタリングスプリングのバネ力
とがバランスした位置で、スプールが停止する。そし
て、このスプールが停止した位置で、切換位置とその開
度が決められることになる。 【０００３】上記パイロット室のパイロット圧とスプー
ルのストロークとの関係を示したのが、図４である。こ
の図４において、スプールのストローク位置ｂは、スプ
ールに形成したノッチや環状溝等が開く直前の位置を示
している。この図４からも明らかなように、スプールを
ストローク位置ｂに到達させる時の必要パイロット圧ａ
₁が高いと、スプールの有効ストロークを制御する有効
パイロット圧の制御範囲が狭くてなってしまう。そこ
で、上記必要パイロット圧ａ₁よりも低い必要パイロッ
ト圧ａ₂でストローク位置ｂに到達させようとすると、
図４の点線で示す特性を選択せざるをえなくなる。 【０００４】上記点線で示す特性では、パイロット圧が
ゼロになってもスプールが中立位置に復帰しない。しか
も、中立時にセンタリングスプリングがスプールに接触
しないので、そのバネ力がスプールに作用しない。上記
のようにスプールの中立時に、センタリングスプリング
のイニシャル荷重が作用していないと、スプールの位置
保持が不安定になってしまう。そこで、中立時の位置保
持を安定させるために、センタリングスプリングのイニ
シャル荷重を、スプールに作用させなければならない。
またこのとき、最高パイロット圧はパイロット圧発生機
構によって決まる。そして最高パイロット圧が決まれ
ば、センタリングスプリングのバネ力との関係で、最高
パイロット圧時のスプールのフルストローク位置も決ま
ってしまう。 【０００５】したがって、中立時のセンタリングスプリ
ングのイニシャル荷重に抗してスプールが移動する点ｃ
（図４参照）と、最高パイロット圧時にスプールがフル
ストロークする点ｄとを結んだ実線が、このスプール弁
の制御特性となる。しかし、この図４の実線に示す特性
では、上記ストローク位置ｂを得るための必要パイロッ
ト圧ａ₁が高くなってしまう。パイロット圧が高くなれ
ば、上記述べたように、有効ストロークを制御する有効
パイロット圧の制御範囲が狭くなってしまう。そこで、
有効パイロット圧の制御範囲を広く取りながら、中立時
の位置保持を安定させるものとして、図３に示したスプ
ール弁が既に提案されている。 【０００６】この従来例のスプール弁を、図３に基づい
て以下に説明する。ハウジング１には、スプール２が摺
動自在に組み込まれている。そして、このスプール２の
両端２ａ、２ｂに対応する位置には、キャップ３、４を
取り付け、そのキャップ内をパイロット室３ｂ、４ｂと
している。これらパイロット室３ｂ、４ｂは、パイロッ
トポート３ａ、４ａを介して、パイロット圧が導かれる
ようになっている。上記スプール２は、第１環状溝５と
第２環状溝６とを形成している。これら第１、２環状溝
５、６は、スプール２の移動位置に応じて、アクチュエ
ーターポート７、８と供給路９とを連通させたり、ある
いはこれらアクチュエーターポート７、８を戻り通路１
０に連通させたりするものである。 【０００７】上記スプール２の両端２ａ、２ｂには、キ
ャップ状の第２スプリングシート１１ａ、１１ｂをかぶ
せている。これら第２スプリングシート１１ａ、１１ｂ
の外周には、第１スプリングシート１２ａ、１２ｂをそ
れぞれかぶせている。そして、第２スプリングシート１
１ａ、１１ｂと第１スプリングシート１２ａ、１２ｂと
の間には、第２スプリング１３ａ、１３ｂを介在させて
いる。また、第１スプリングシート１２ａ、１２ｂとパ
イロット室３ｂ、４ｂの端部との間には、上記第２スプ
リング１３ａ、１３ｂよりもバネ力を強くした第１スプ
リング１４ａ、１４ｂを介在させている。なお、符号１
６ａ、１６ｂは、スプール２と第２スプリングシート１
１ａ、１１ｂとの間に形成した圧力室で、第１スプリン
グシート１２ａ、１２ｂに形成した孔１８ａ、１８ｂに
よってパイロット室３ｂ、４ｂに常時連通している。 【０００８】図３は、上記従来のスプール弁にパイロッ
ト圧が作用していない中立時を示す。このとき、第１ス
プリングシート１２ａ、１２ｂの内端は、第１スプリン
グ１４ａ、１４ｂのイニシャル荷重によってハウジング
１の側面に接している。また、第２スプリングシート１
１ａ、１１ｂの内端は、第２スプリング１３ａ、１３ｂ
のイニシャル荷重によってハウジング１の側面に形成し
た段部１７ａ、１７ｂに接している。 【０００９】したがって、第２スプリングシート１１
ａ、１１ｂの位置は、第２スプリング１３ａ、１３ｂの
イニシャル荷重によって保持されているが、このイニシ
ャル荷重は、第１スプリングシート１２ａ、１２ｂの位
置によって与えられている。つまり、第２スプリングシ
ート１１ａ、１１ｂの位置は、第１、第２スプリング１
４ａ、１４ｂ、１３ａ、１３ｂのイニシャル荷重によっ
て保持されているといえる。そして、上記スプール２の
中立時の位置は、これら第２スプリングシート１１ａ、
１１ｂによって保持されている。なお、このとき第１ス
プリングシート１２ａ、１２ｂと第２スプリングシート
１１ａ、１１ｂとの間には、所定の摺動間隔１５ａ、１
５ｂを保持している。 【００１０】次に、この従来例のスプール弁の作用を図
２、図３に基づいて説明する。いずれか一方のパイロッ
トポート、例えばパイロットポート３ａに導かれたパイ
ロット圧は、パイロット室３ｂ→孔１８ａ→圧力室１６
ａを介してスプール端２ａに作用する。そして、このパ
イロット圧が図２に示すｃ点以下では、スプール端２ｂ
にかぶせた第２スプリングシート１１ｂが、第２スプリ
ング１３ｂのイニシャル荷重によって保持されているの
でスプール２は移動しない。したがって、スプール２は
第２スプリングシート１１ｂに接してその中立位置を保
持する。 【００１１】次にパイロット圧がｃ点に達すると、第２
スプリングシート１１ｂが左方向に押されるので、スプ
ール２は第２スプリング１３ｂのバネ力に抗して移動し
始める。そして、パイロット圧ｅに達したとき第２スプ
リングシート１１ｂは図３の左方向に摺動間隔１５ｂだ
け移動して、第１スプリングシート１２ｂに接する。こ
の第１スプリングシート１２ｂは、第１スプリング１４
ｂのイニシャル荷重によってその位置を保持している。
したがって、第２スプリングシート１１ｂが第１スプリ
ングシート１２ｂに接すると、スプール２は停止して、
図２に示すストローク位置ｂでその位置を保持する。ま
た、このときスプール２の位置は、第１環状溝５のノッ
チが供給路９に開く直前であり、第２環状溝６のノッチ
も戻り通路１０に開く直前の状態である。そしてこの状
態を維持している。 【００１２】上記状態からさらにパイロット圧が高くな
り、図２に示す必要パイロット圧ａ₂に達すると、スプ
ール２は、第１スプリング１４ｂのバネ力に抗して左方
向に移動し始める。そしてスプール２は、第１スプリン
グ１４ｂのバネ力とパイロット圧とがバランスした位置
を保ちながら、最高パイロット圧に達したときに、フル
ストローク点ｄに移動する。 【００１３】上記のようにスプール２が移動すると、ス
プール２に形成した第１環状溝５は、供給路９とアクチ
ュエーターポート７とを連通する。同時に、第２環状溝
６は、アクチュエーターポート８と戻り通路１０とを連
通する。このとき図示しないポンプから供給された流体
は、供給路９→第１環状溝５→アクチュエーターポート
７の順に流れ、図示しないアクチュエーターの一方の圧
力室に供給される。同時に、図示しないアクチュエータ
ーからの戻り流体は、アクチュエーターポート８→第２
環状溝６→戻り通路１０の順に流れ、図示しないタンク
に戻される。そして図示しないアクチュエーターはいず
れか一方に作動する。なお、パイロットポート４ａにパ
イロット圧が導かれた場合も、パイロット室３ｂ内に構
成した第１、第２スプリング１４ａ、１３ａおよび第
１、第２スプリングシート１２ａ、１１ａによって、上
記と同様の作用をする。 【００１４】上記に述べたように、図２に示すパイロッ
ト圧がｃ以下では、第２スプリング１３ａ、１３ｂのイ
ニシャル荷重がスプール２に作用して移動しない。した
がって、スプール２の位置は保持される。次にパイロッ
ト圧がｃ点に達すると、スプール２は第２スプリング１
３ａ、１３ｂのイニシャル荷重に抗して移動し始める。
そして、パイロット圧がｅ点に達すると、スプール２に
第１スプリング１４ｂのイニシャル荷重が作用して、図
２のストローク位置ｂで停止する。さらに、必要パイロ
ット圧ａ₂に達すると、スプール２は第１スプリング１
４ｂのバネ力に抗して移動して、最高パイロット圧に達
したときに、フルストロークするようになる。したがっ
て、この従来のスプール弁は図２に示す目標の特性値
（ａ₂、ｂ）を得ることができ、スプールストロークに
対するパイロット圧の有効制御範囲を広く取りながら、
中立時の位置保持を安定にすることができる。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】上記従来例のスプール
弁では、両パイロット室にそれぞれ第１、第２スプリン
グと第１、第２スプリングシートとを設けなければなら
なかった。したがって、その分、部品点数が多くなると
ともに、組み付け工数も多くなり、コストアップになる
という問題があった。 【００１６】この発明の目的は、一方のパイロット室の
みに第１、第２スプリングを設けた小型で低コストのス
プール弁を提供することである。 【００１７】 【課題を解決するための手段】この発明は、ハウジング
にスプールを摺動自在に組み込むとともに、このスプー
ルの両端をパイロット室に臨ませ、このパイロット室に
導かれたパイロット圧の作用で、スプールが移動して流
路を切り換えるスプール弁において、上記両パイロット
室のいずれか一方のパイロット室内に、所定の間隔を保
った一対のストッパー部を形成し、この一方のパイロッ
ト室に臨ませたスプール端には、上記一対のストッパー
部とほぼ同一間隔を保った段部を形成し、この段部間に
おけるスプールに、外周に凸部を設けた一対の第１スプ
リングシートを摺動自在にはめるとともに、この両第１
スプリングシート間にイニシャル荷重を保持した状態で
第１スプリングを介在させている。 【００１８】上記両第１スプリングシートの外周であっ
て、上記凸部の対向部間よりも外側に一対の第２スプリ
ングシートを摺動自在にはめ、かつ、これら第２スプリ
ングシートは、上記ストッパー部及び段部の両方に接触
する大きさを保持するとともに、その両方に接触してい
る状態で、上記凸部との間に所定の摺動間隔を保つ構成
にし、しかも、これら第２スプリングシートとの間に
は、第１スプリングのバネ力よりも弱いバネ力を維持し
た第２スプリングを介在させてなり、上記スプールのス
トロークにより、第１スプリングシートの凸部に第２ス
プリングシートが接した時点で、第１スプリングのイニ
シャル荷重がスプールに作用する構成にしたことを特徴
とする。 【００１９】 【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施例を示し
たものである。この実施例は、一方のパイロット室にの
み第１、第２スプリングを設け、他方のパイロット室に
はそれらスプリングを不要にした構成としている。その
他は従来例と同じなので、従来例と共通の構成要素につ
いては同一の符号を用いるとともに、共通の作用および
効果についての詳細な説明を省略する。 【００２０】いずれか一方のキャップに形成したパイロ
ット室、例えばパイロット室３ｂには、ハウジング端面
１ａから軸方向に所定の間隔を保持した位置にストッパ
ー段部１９を形成している。そして、このストッパー段
部１９とハウジング端面１ａによって、この発明におけ
る一対のストッパー部を構成する。また、このパイロッ
ト室３ｂに臨ませたスプール端２ａには、ボルト２０を
固定している。つまり、このボルト２０は頭部２１、シ
ャフト部２２およびネジ部２３から構成されていて、こ
のネジ部２３でスプール端２ａに固定している。そし
て、頭部２１とスプール端２ａによって、この発明にお
ける一対の段部を構成し、この段部の間隔を上記ストッ
パー部の間隔と同じにしている。 【００２１】上記シャフト部２２の外周には、一対の第
１スプリングシート２４ａ、２４ｂを摺動自在にはめ込
んでいる。この第１スプリングシート２４ａ、２４ｂの
外周面には凸部２５ａ、２５ｂを形成し、この凸部２５
ａ、２５ｂ間に第１スプリング２７を介在させている。
そして、第１スプリングシート２４ａはスプール端２ａ
に接し、第１スプリングシート２４ｂは頭部２１に接し
ている。この状態において、第１スプリング２７はイニ
シャル荷重を保つようにしている。また、これら一対の
第１スプリングシート２４ａ、２４ｂの外周であって、
上記凸部２５ａ、２５ｂの間よりも外側に、一対の第２
スプリングシート２６ａ、２６ｂを摺動自在にはめ込ん
でいる。これら第２スプリングシート２６ａ、２６ｂの
間には、第１スプリング２７よりもバネ力を弱くした第
２スプリング２８を介在させている。そして、第２スプ
リングシート２６ａは、スプール端２ａとハウジング端
面１ａとの両方に接し、第２スプリングシート２６ｂ
は、頭部２１とストッパー段部１９の両方に接してい
る。この状態において、第２スプリング２８は、イニシ
ャル荷重を保つようにしている。 【００２２】図１は、スプール２にパイロット圧が作用
していない中立時の状態を示す。このとき、第２スプリ
ング２８のイニシャル荷重によって、上記第２スプリン
グシート２６ａは、ハウジング端面１ａに押し付けら
れ、第２スプリングシート２６ｂは、ストッパー段部１
９に押し付けられている。上記ストッパー段部１９とハ
ウジング端面１ａとの間隔、すなわちこの発明における
ストッパー部の間隔は、頭部２１とスプール端２ａとの
間隔、すなわちこの発明における段部の間隔と等しい。
したがって、第２スプリングシート２６ａ、２６ｂがス
トッパー部に接しているときは段部にも接しているの
で、ボルト２０は、第２スプリングシート２６ａ、２６
ｂによってその位置を固定されている。 【００２３】また、この中立時において、第１、第２ス
プリングシート２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ間に
は、それぞれ所定の間隔の摺動間隔２９ａ、２９ｂを維
持している。なお、第１スプリング２７のイニシャル荷
重によって第１スプリングシート２４ａがスプール端２
ａに接し、第１スプリングシート２４ｂが頭部２１に接
している。 【００２４】次に、図１〜図３に基づいてこの実施例の
作用を説明する。いま、図１のパイロットポート３ａか
らパイロット室３ｂにパイロット圧が導かれると、ボル
ト２０を介してスプール２には図１の左方向の力が作用
する。しかし、図２に示すようにパイロット圧がｃ以下
では、スプール端２ａに固定したボルト２０が、第２ス
プリング２８のイニシャル荷重によってその位置を保持
しているのでスプール２は移動しない。次にパイロット
圧がｃ点に達すると、スプール２が移動し始める。この
ときボルト２０の頭部２１によって、第２スプリングシ
ート２６ｂも移動するので、第２スプリング２８が縮ま
る。また、このとき第１スプリングシート２４ａ、２４
ｂは、第１スプリング２７のイニシャル荷重を保持しな
がらボルト２０とともに左方向に移動する。 【００２５】そして、パイロット圧がｅ点に達すると、
第２スプリングシート２６ａと２６ｂの間隔が、摺動間
隔２９ａ、２９ｂ分だけ縮まり、第２スプリングシート
２６ａが凸部２５ａに接し、第２スプリングシート２６
ｂが凸部２５ｂに接する。このときスプール２に形成し
た第１、第２環状溝５、６のノッチは、それぞれ供給路
９と戻り通路１０に開く直前に位置する（図３参照）。
またこのときのストローク位置は、図２に示すストロー
ク位置ｂである。上記第１スプリングシート２４ａ、２
４ｂは、第１スプリング２７のイニシャル荷重によって
その位置を保持しているので、第２スプリングシート２
６ａ、２６ｂが凸部２５ａ、２５ｂに接すると、ボルト
２０は停止する。したがって、スプール２はストローク
位置ｂでその位置を保持する。 【００２６】さらにパイロット圧が高くなり、図２に示
す必要パイロット圧ａ₂に達すると、ボルト２０、すな
わちスプール２は第１スプリング２７のバネ力に抗して
左方向に移動し始める。そしてスプール２は、第１スプ
リング２７のバネ力とパイロット圧とがバランスして位
置を保ち、最高パイロット圧に達したときに、フルスト
ロークする。このように、スプール２を移動させること
によってポートを切り換えて、従来のスプール弁と同様
にアクチュエーターを作動させる。 【００２７】一方、パイロット室３ｂと反対側、すなわ
ちパイロット室４ｂにパイロット圧が導かれると、スプ
ール２は、次のように作動する。いま、パイロット室４
ｂにパイロット圧が導かれて、スプール２には、図１の
右方向の力が作用する。しかし、図２に示すようにパイ
ロット圧がｃ以下では、スプール端２ａに固定したボル
ト２０が、第２スプリング２８のイニシャル荷重によっ
てその位置を保持しているのでスプール２は移動しな
い。次にパイロット圧がｃ点に達すると、スプール２が
移動し始める。このときスプール端２ａによって、第２
スプリングシート２６ａも移動するので、第２スプリン
グ２８が縮まる。また、このとき第１スプリングシート
２４ａ、２４ｂは、第１スプリング２７のイニシャル荷
重を保持しながらボルト２０とともに右方向に移動す
る。 【００２８】そして、パイロット圧がｅ点に達すると、
第２スプリングシート２６ａと２６ｂとの間隔は、摺動
間隔２９ａ、２９ｂ分だけ縮まり、第２スプリングシー
ト２６ａ、２６ｂは、それぞれ凸部２５ａ、２５ｂに接
する。このときスプール２に形成した第１、第２環状溝
５、６のノッチは、それぞれ戻り通路１０と供給路９に
開く直前に位置する（図３参照）。また、このときのス
トローク位置は、図２に示すストローク位置ｂである。
上記第１スプリングシート２４ａ、２４ｂは、第１スプ
リング２７のイニシャル荷重によってその位置を保持し
ているので、第２スプリングシート２６ａ、２６ｂが凸
部２５ａ、２５ｂに接すると、スプール２は停止して、
ストローク位置ｂを保持する。 【００２９】さらにパイロット圧が高くなり、図２に示
す必要パイロット圧ａ₂に達すると、スプール２は第１
スプリング２７のバネ力に抗して右方向に移動し始め
る。そしてスプール２は、第１スプリング２７のバネ力
とパイロット圧とがバランスして位置を保ち、最高パイ
ロット圧に達したときに、フルストロークする。このよ
うに、スプール２を移動させることによってポートを切
り換えて、従来のスプール弁と同様にアクチュエーター
を作動させる。したがって、いずれか一方のキャップ内
に第１、第２スプリング２７、２８および第１、第２ス
プリングシート２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂを設け
ることで、従来のスプール弁と同様の効果を得ることが
できる。 【００３０】なお、中立時の位置を保持する第２スプリ
ング２８のバネ力だけが作用する範囲では、パイロット
圧に対するスプールストロークが急激に変化する。しか
し、この範囲は、アクチュエーターポート７、８が供給
路９あるいは戻り通路１０に連通しない範囲なので、オ
ペレータは、この急激な変化を感じることがない。した
がって操作上なんら問題はない。また、従来のスプール
弁では、スプール２の位置を保持するのに、第１、第２
スプリング２７、２８のイニシャル荷重が必要だった。
しかし、本発明のスプール弁では、スプール２の中立時
の位置を、第２スプリング２８だけで保持しているの
で、第１スプリング２７のイニシャル荷重を自由に設定
できる。【００３１】 【００３２】第１スプリング２７のイニシャル荷重は自
由に設定することが可能なので、自由な特性を得ること
ができる。 【００３３】 【発明の効果】この発明のスプール弁によれば、第１、
第２スプリングを、いずれか一方のパイロット室に設け
るだけでよいので、両方のパイロット室を設ける従来の
スプール弁に比べて、部品点数が少なくなるとともに、
その組み付け工数も少なり、コストダウンができる。ま
た、第１、第２スプリングを設けない側のパイロット室
は、小さくできるので、スプール弁の小型化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例のスプール弁の断面図を示す。 【図２】本実施例のパイロット圧とスプールストローク
の関係を表すグラフを示す。 【図３】従来例のスプール弁の断面図を示す。 【図４】一般的なスプール弁のパイロット圧とスプール
ストロークの関係を表すグラフを示す。 【符号の説明】 １ ハウジング １ａ この発明の段部を構成するハウジング端面 ２ スプール ２ａ この発明のストッパー部を構成するスプール端 ３ｂ パイロット室 ４ｂ パイロット室 １９ この発明のストッパー部を構成するストッパー
段部 ２１ この発明の段部を構成する頭部 ２４ａ 第１スプリングシート ２４ｂ 第１スプリングシート ２５ａ 凸部 ２５ｂ 凸部 ２６ａ 第２スプリングシート ２６ｂ 第２スプリングシート ２７ 第１スプリング ２８ 第２スプリング ２９ａ 摺動間隔 ２９ｂ 摺動間隔

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 11/07 F16K 31/124

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ハウジングにスプールを摺動自在に組み
   込むとともに、このスプールの両端をパイロット室に臨
   ませ、このパイロット室に導かれたパイロット圧の作用
   で、スプールが移動して流路を切り換えるスプール弁に
   おいて、上記両パイロット室のいずれか一方のパイロッ
   ト室内に、所定の間隔を保った一対のストッパー部を形
   成し、この一方のパイロット室に臨ませたスプール端に
   は、上記一対のストッパー部とほぼ同一間隔を保った段
   部を形成し、この段部間におけるスプールに、外周に凸
   部を設けた一対の第１スプリングシートを摺動自在には
   めるとともに、この両第１スプリングシート間にイニシ
   ャル荷重を保持した状態で第１スプリングを介在させ、
   これら両第１スプリングシートの外周であって、上記凸
   部の対向部間よりも外側に一対の第２スプリングシート
   を摺動自在にはめ、かつ、これら第２スプリングシート
   は、上記ストッパー部及び段部の両方に接触する大きさ
   を保持するとともに、その両方に接触している状態で、
   上記凸部との間に所定の摺動間隔を保つ構成にし、しか
   も、これら第２スプリングシートとの間には、第１スプ
   リングのバネ力よりも弱いバネ力を維持した第２スプリ
   ングを介在させてなり、上記スプールのストロークによ
   り、第１スプリングシートの凸部に第２スプリングシー
   トが接した時点で、第１スプリングのイニシャル荷重が
   スプールに作用する構成にしたことを特徴とするスプー
   ル弁。