JP6877175B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動アクチュエータによってスプールを移動させるスプール弁に関する。

制御弁の１つとしてスプール弁が知られており、スプール弁は、スプールの位置に応じて作動油の流れる方向や作動油の流量を制御することができる。また、スプール弁には、パイロット圧をスプールに与えて位置を変えるパイロット駆動方式のものと、直動アクチュエータによってスプールの位置を変えるアクチュエータ駆動方式のものとが知られている。後者のアクチュエータ駆動方式のスプール弁としては、例えば特許文献１の多連方向切換弁が知られている。特許文献１の多連方向切換弁では、電動モータの出力軸がボールねじ減速機を介してスプールと連結されている。これにより、電動モータ出力軸を回転させることでスプールがその軸線方向に移動し、スプールの位置が変わるようになっている。

特許第５６６６１７４号明細書

特許文献１の多連方向切換弁では、モータの出力軸及びスプールの軸線が互いに一致するように同軸上に配置されているが、組立時のミスアライメント等によりモータの出力軸とスプールとの間で芯ずれが生じていることがある。このような芯ずれの状態でモータを駆動させてスプールを移動させた場合、スプールがハウジングに押し付けられながら移動する。そうすると、芯ずれが生じていない場合に比べて芯ずれが生じている場合の方がスプールの摺動抵抗が大きくなり、スプールの位置制御性が低下することになる。

そこで本発明は、芯ずれに伴うスプールの位置制御性の低下を抑えることができるスプール弁を提供することを目的としている。

本発明のスプール弁は、スプール孔が形成されているハウジングと、前記ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、前記スプールを軸線方向に移動させる電動アクチュエータと、を備え、前記電動アクチュエータは、出力軸を回転する電動モータと、直線運動可能な直動部材を有し、前記出力軸の回転運動を直動部材の直線運動に変換する直動変換機構と、前記直動部材の直線運動に応じて前記スプールを移動させるべく、前記直動部材と前記スプールとを連結する連結部材とを有し、前記連結部材は、前記直動部材の軸線に対して前記スプールの軸線が傾倒及び偏芯することのうち少なくとも一方を許容するようになっているものである。

本発明に従えば、出力軸及びスプールの軸線が互いに或る方向に傾倒したり偏芯したりして芯ずれしている場合であっても、その方向の芯ずれを連結部材によって吸収することができる。即ち、曲げモーメントを作用させることなくスプールをスプール孔に挿入させておくことができる。これにより、始動時及び動作中においてスプールがハウジングの内周面に押し付けられることを防ぐことができる。即ち、芯ずれに伴うスプールに作用する摩擦力の増大を抑えることができ、芯ずれに伴うスプールの位置制御性の低下を抑えることができる。

上記発明において、前記連結部材は、前記直動部材に対する前記スプールの傾倒を軸線方向に直交する全方向において許容するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、スプールの軸線が出力軸の軸線に対して何れの方向に傾倒していても、傾倒による芯ずれを吸収させることができる。これにより、組立時における電動アクチュエータに対するスプールの位置精度を低く抑えることができ、組立を容易にすることができる。

上記発明において、前記連結部材は、前記直動部材に設けられるモータ側連結部と、前記スプールに設けられるスプール側連結部と、前記モータ側連結部と前記スプール側連結部との間に介在して前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とを連結するボールとを有し、前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とが前記ボールの中心点回りに相対的に回転するボールジョイントによって構成されていてもよい。

上記構成に従えば、２つの連結部とボールとから成る簡単な構造のボールジョイントが連結部材に採用される。それ故、スプール弁の構造が複雑化することを抑えることができ、またスプール弁の部品点数を抑えることができる。これにより、スプール弁の製造コストを抑えることができる。

上記発明において、前記連結部材は、前記直動部材に対する前記スプールの偏芯を軸線方向に直交する全方向において許容するようになっていてもよい。

上記構成に従えば、スプールの軸線が出力軸の軸線に対して何れの方向に偏芯していても、偏芯による芯ずれを吸収させることができる。これにより、組立時における電動アクチュエータに対するスプールの位置精度を低く抑えることができ、組立を容易にすることができる。

上記発明において、前記連結部材は、前記直動部材に設けられるモータ側連結部と、前記スプールに設けられるスプール側連結部と、を有し、前記モータ側連結部及び前記スプール側連結部は、互いに直交し且つ軸線方向に直交する２方向に相対変位可能に構成されていてもよい。

上記構成に従えば、簡単な構造の連結部材に採用される。それ故、スプール弁の構造が複雑化することを抑えることができ、またスプール弁の部品点数を抑えることができる。これにより、スプール弁の製造コストを抑えることができる。

上記発明において、前記スプールが前記電動アクチュエータから受ける軸線方向の荷重に抗して付勢力を与える付勢機構を更に備え、前記スプールは、前記電動アクチュエータからの荷重によって中立位置から軸線方向一方及び他方に向かって移動し、前記電動アクチュエータは、前記スプールの軸線方向一端部に連結され、前記付勢機構は、前記電動アクチュエータからの荷重に対して前記スプールが前記中立位置に戻るように前記付勢力を前記スプールに与え、且つ前記スプールの軸線方向他端部側に配置されていてもよい。

上記構成に従えば、ばね機構によってスプールを機械的に中立位置に戻すことができる。それ故、電動アクチュエータのモータの駆動を止めることによって、実際の中立位置に戻すことができ、中立位置の再現性を高めることができる。

本発明のスプール弁は、スプール孔が形成されているハウジングと、前記ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、前記スプールに押圧力を与えて前記スプールを軸線方向一方に移動させる電動アクチュエータと、前記電動アクチュエータの押圧力に抗して軸線方向他方に前記スプールを付勢する付勢機構と、を備え、前記電動アクチュエータは、出力軸を回転する電動モータと、直線運動可能な直動部材を有し、前記出力軸の回転運動を直動部材の直線運動に変換する直動変換機構と、部分球面状に形成されている押付部を有し、前記付勢機構によって前記スプールに押し付けられている状態で前記直動部材に設けられている当接部材とを有しているものである。

本発明に従えば、当接部材が付勢機構によってスプールに押し付けられているので、電動アクチュエータの押圧力を当接部材を介してスプールに与えてスプールを動かすことができる。また、当接部材の押付部が部分球面状に形成されているので、押付部とスプールとを点で接触させることができる。これにより、出力軸及びスプールの軸線が互いに芯ずれしている場合であっても、その芯ずれを吸収することができる。即ち、曲げモーメントを作用させることなくスプールをスプール孔に挿入させておくことができる。これにより、始動時及び動作中においてスプールがハウジングの内周面に押し付けられることを防ぐことができる。即ち、芯ずれに伴うスプールに作用する摩擦力の増大を抑えることができ、芯ずれに伴うスプールの位置制御性の低下を抑えることができる。

本発明によれば、芯ずれに伴うスプールの位置制御性の低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係るスプール弁を示す断面図である。 図１のスプール弁の領域Ｘを拡大して示す拡大断面図である。 図１のスプール弁の連結部材を拡大して示す拡大斜視図である。 図３の連結部材の可動域を示す図であり、（ａ）では、スプール側連結部を第１方向一方に傾けた場合を示し、（ｂ）では、スプール側連結部を第２方向一方に傾けた場合を示している。 図１のスプール弁において出力軸及びスプールの軸線が傾倒している状態について説明する図であり、（ａ）では、スプールが中立位置に位置しており、（ｂ）では、スプールが中立位置から軸線方向一方に移動している。 図３の連結部材の可動域を示す図であり、（ａ）では、スプール側連結部を第１方向他方にスライドした場合を示し、（ｂ）では、スプール側連結部を第２方向一方にスライドした場合を示している。 図１のスプール弁において出力軸及びスプールの軸線が偏芯している状態について説明する図である。 スプール弁において位置指令に対する位置実績を示すグラフであり、（ａ）は、図１に示すスプール弁の位置実績を示し、（ｂ）は、従来技術のスプール弁の位置実績を示している。 本発明の第２実施形態に係るスプール弁を示す断面図である。

以下、本発明に係る第１及び第２実施形態のスプール弁１，１Ａについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するスプール弁１，１Ａは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［第１実施形態］
建設機械等を含む産業機械は、アクチュエータに作動油を供給すべく油圧供給装置を備えている。アクチュエータは、供給される流量に応じた速度で駆動するようになっており、油圧供給装置は、アクチュエータに供給される作動油の流量を制御すべく、図１に示すようなスプール弁１を有している。スプール弁１は、直動電動式のスプール弁であり、ハウジング１１と、スプール１２と、電動アクチュエータ１３と、ばね機構１４とを備えている。ハウジング１１は、例えばバルブブロックであり、スプール孔１１ａと複数の油通路（本実施形態では、３つの油通路）１１ｂ〜１１ｄとが形成されている。スプール孔１１ａは、ハウジングを貫通するように所定方向に延在しており、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄは、異なる位置にてスプール孔１１ａに夫々接続されている。また、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄは、図示しない油圧ポンプやアクチュエータ等に繋がっており、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄに作動油が流れるようになっている。このように構成されているハウジング１１のスプール孔１１ａには、スプール１２が挿通されている。

スプール１２は、その軸線方向に延在する大略円柱状の部材であり、その外径は、スプール孔１１ａの孔径と略一致している。また、スプール１２の外周面には、複数の周溝（本実施形態では、２つの周溝１２ａ，１２ｂ）が形成されている。各周溝１２ａ，１２ｂは、スプール１２の外周面において周方向全周にわたって延びている。また、各周溝１２ａ，１２ｂは、スプール１２がスプール孔１１ａに挿通されている状態で、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄに応じて配置されている。例えば、図１のようにスプール１２が中立位置にある場合において、２つの周溝１２ａ，１２ｂは、左右両側に位置する第１及び第３油通路１１ｂ，１１ｄに夫々接続されている。他方、スプール１２が軸線方向一方（図１の右方向）に移動すると左側に位置する第１周溝１２ａが第１油通路１１ｂと第２油通路１１ｃとを接続し、スプール１２が軸線方向他方（図１の左方向）に移動すると右側に位置する第２周溝１２ｂが第３油通路１１ｄと第２油通路１１ｃとを接続するようになっている。

このようにスプール１２は、位置を変えることによって３つの油通路１１ｂ〜１１ｄの接続状態を切換え、また接続される油通路１１ｂ〜１１ｄの間の開度を調整することができる。即ち、スプール１２は、その位置に応じた流量及び方向に作動油の流すことができるようになっている。このような機能を有するスプール１２は、その軸線方向一端部及び他端部がハウジング１１から夫々突出しており、スプール１２の軸線方向一端部には電動アクチュエータ１３が設けられ、スプール１２の軸線方向他端部にはばね機構１４が設けられている。

電動アクチュエータ１３は、いわゆる直動式の電動アクチュエータであり、電力を供給することによってスプール１２を軸線方向に往復運動させるようになっている。即ち、電動アクチュエータ１３は、図２に示すようにモータ側ケーシング２１と、モータ２２と、ボールねじ機構２３と、中間部材２４と、連結部材２５とを有している。モータ側ケーシング２１は、大略円筒状になっており、その軸線方向一方側の開口部をスプール１２の軸線方向一端部に被せられている。更に、モータ側ケーシング２１は、その開口部をハウジング１１の軸線方向他方側の側面に当接させ、その状態でハウジング１１に締結されている。このように配置されるモータ側ケーシング２１は、軸線方向に延在しており、その軸線方向他方側の開口部にモータ２２が取付けられている。

モータ２２は、いわゆるサーボモータであり、ステータ部２２ａと、ロータ部（出力軸を含む）２２ｂとを有している。ステータ部２２ａは、図示しない制御装置が接続されており、その制御装置から印加される電圧に応じてロータ部２２ｂが回転するようになっている。また、ロータ部２２ｂは、ステータ部２２ａからモータ側ケーシング２１内に向かって軸線方向一方に突出している。また、モータ側ケーシング２１の内周面には、軸受２６が設けられている。ロータ部２２ｂは、軸受２６によって回転可能に支持されて、ロータ部２２ｂの先端（即ち、右端）にはボールねじ機構２３が設けられている。

ボールねじ機構２３は、ロータ部２２ｂの回転運動を直線運動に変換する機構であり、ねじ軸２３ａとナット２３ｂとを有している。ねじ軸２３ａは、軸線方向に延在する棒状の部材であり、その外周面に雄ねじが形成されている。ねじ軸２３ａには、ねじ軸２３ａは、ロータ部２２ｂと一体的に回転し、またナット２３ｂが螺合されている。直動部材の一例であるナット２３ｂは、ねじ軸２３ａを回転させることによってねじ軸２３ａに沿って軸線方向一方及び他方に移動するようになっている。また、ナット２３ｂは、中間部材２４に嵌合されている。

中間部材２４は、大略有底筒状に形成されており、その軸線方向他方側に開口部２４ａを有している。中間部材２４の開口部２４ａには、ナット２３ｂが嵌合されて接着されている。このように構成される中間部材２４は、中間部材２４の外径は、モータ側ケーシング２１の内径より若干小さくなっており、ナット２３ｂと共に軸線方向一方及び他方に移動できるようになっている。また、中間部材２４は、その先端部分にねじ部２４ｂを有しており、このねじ部２４ｂに連結部材２５が螺合されている。

連結部材２５は、中間部材２４とスプール１２とを連結する、即ち中間部材２４を介してナット２３ｂとスプール１２とを連結する部材である。また、連結部材２５は、ナット２３ｂに対するスプール１２の芯ずれを許容すべく、ナット２３ｂに対してスプール１２が軸線方向に直交する全方向（後述する第１方向及び第２方向を含む）に傾倒かつスライドできるように構成されている。更に詳細に説明すると、連結部材２５は、いわゆるボールジョイントであり、モータ側連結部３１と、スプール側連結部３２と、ボール３３とを有している（図３も参照）。

モータ側連結部３１は、円柱部分３１ａと突出部分３１ｂとを有しており、円柱部分３１ａは、大略円柱状に形成されており、その軸線方向一端側には、軸線に沿ってねじ孔が形成されており、このねじ孔に中間部材２４のねじ部２４ｂが螺合されている。また、円柱部分３１ａの軸線方向他端には突出部分３１ｂが一体的に形成されている。突出部分３１ｂは、大略平板状に形成されており、円柱部分３１ａの軸線方向他端から軸線方向一方に向かって突出している。このような形状を有するモータ側連結部３１は、突出部分３１ｂをスプール側連結部３２に挿通させている。

スプール側連結部３２は、大略円柱状に形成されており、その軸線方向一端には、軸線方向一方側に延在し且つ軸線方向に直交する直交方向に貫通する挿入溝３２ａが形成されている。即ち、スプール側連結部３２は、直交方向に垂直な断面で切断すると大略Ｕ字状に形成されている。このような形状を有するスプール側連結部３２には、挿入溝３２ａにモータ側連結部３１の突出部分３１ｂが挿入されている。また、スプール側連結部３２は、その軸線方向他方側にねじ部３２ｂを有している。スプール１２は、その軸線方向一端にねじ孔１２ｃが形成されており、このねじ孔１２ｃにスプール側連結部３２のねじ部３２ｂを螺合させることによってスプール側連結部３２とスプール１２とが連結されている。

また、連結部材２５では、モータ側連結部３１の突出部分３１ｂの中央付近に嵌合孔３１ｃが形成されている。嵌合孔３１ｃは、突出部分３１ｂをその厚み方向に貫通しており、嵌合孔３１ｃに大略球状のボール３３が嵌まり込んでいる。また、スプール側連結部３２の挿入溝３２ａもまた、嵌合孔３１ｃに対応する箇所をボール３３の形状に合わせて挿入溝３２ａの幅方向外側に湾曲させて形成されており、その部分にボール３３を嵌められるようになっている。即ち、スプール側連結部３２の挿入溝３２ａには、嵌合孔３１ｃにボール３３を嵌め込んだ状態で突出部分３１ｂを挿入することができ、ボール３３によってモータ側連結部３１とスプール側連結部３２とが係止されている。これにより、ナット２３ｂとスプール１２とが連結部材２５によって連結され、ナット２３ｂが軸線方向に移動する際にナット２３ｂに連動させてスプール１２を軸線方向一方及び他方に移動させることができる。

また、モータ側連結部３１とスプール側連結部３２とをボール３３によって係止することによって、連結部材２５が以下のような機能を有する。即ち、モータ側連結部３１とスプール側連結部３２とが互いにボール３３の中心点Ｏ回りに傾倒することができる。即ち、モータ側連結部３１に対してスプール側連結部３２が軸線Ｌ１に直交する全方向に傾倒可能に構成される。例えば、図４（ａ）に示すように、スプール側連結部３２は、二点鎖線で示す状態からモータ側連結部３１に対して中心点Ｏを中心にして突出部分３１ｂの厚み方向（即ち、第１方向）一方に傾倒することができる。また、図４（ｂ）に示すように、スプール側連結部３２は、二点鎖線で示す状態からモータ側連結部３１に対して中心点Ｏを中心にして軸線方向及び厚み方向に直交する方向（即ち、第２方向）一方に傾倒することができる。

このような機能を有する連結部材２５は、図５（ａ）に示すようにスプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して傾倒するような芯ずれが生じている場合、傾倒の状態に合わせて何れの方向にもモータ側連結部３１に対してスプール側連結部３２を傾倒させることができる。これにより、ロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対するスプール１２の軸線Ｌ１の傾倒を許容することができる。

また、連結部材２５では、ボール３３がモータ側連結部３１及びスプール側連結部３２に相対移動可能に嵌まり込んでいる。即ち、ボール３３は、モータ側連結部３１において嵌合孔３１ｃが貫通する方向に相対移動し、またスプール側連結部３２において挿入溝３２ａが貫通する方向に相対移動するようになっている。これにより、モータ側連結部３１がスプール側連結部３２に対して互いに直交し且つ軸線方向に直交する２つの方向（即ち、図２において軸線方向を左右方向としたときの上下方向（第１方向）及び前後方向（第２方向））にスライドできるようになっている（図６（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、図６（ａ）では、スプール側連結部３２を二点鎖線で示す状態から実線で示す状態に動かれ、また図６（ｂ）でもまた、スプール側連結部３２を二点鎖線で示す状態から実線で示す状態に動かれている。これにより、図７に示すようにスプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して偏芯しているような芯ずれが生じている場合、偏芯の状態に合わせて軸線方向に直交する何れの方向にもモータ側連結部３１に対してスプール側連結部３２をスライドさせることができる。これにより、ロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対するスプール１２の軸線Ｌ１の偏芯を許容することができる。

このように連結部材２５は、ロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対するスプール１２の軸線Ｌ１の芯ずれを許容することができる。これにより、スプール１２に曲げモーメントを作用させることなく真直ぐな状態でスプール１２をスプール孔１１ａに挿入させておくことができる。即ち、スプール１２がハウジング１１の内周面に押し付けられることを防ぐことができ、従来技術のスプール弁に比べて始動抵抗、即ち静摩擦力を抑えることができる。それ故、スプール弁１では、図８（ａ）及び（ｂ）のグラフからもわかるように、スプール１２を始動させる際の始動電流を抑えることができる。なお、図８（ａ）は、スプール弁１における位置指令（二点鎖線）、実績位置（実線）、及び電流（一点鎖線）の経時変化を示し、図８（ｂ）は、従来技術のスプール弁の位置指令（二点鎖線）、実績位置（実線）、及び電流（一点鎖線）の経時変化を示している。

また、連結部材２５では、スプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して傾倒している際には、図５（ｂ）のようにスプール１２の移動に合わせてモータ側連結部３１に対するスプール側連結部３２の傾倒角が微調整される。これにより、スプール１２を移動させる際にスプール１２がハウジング１１の内周面に押し付けられることを防ぐことができ、従来技術のスプール弁に比べて動摩擦力の変動を抑えることができる。それ故、スプール弁１では、図８（ａ）及び（ｂ）のグラフからもわかるように位置指令に対してスプール１２の位置をより高い精度で制御することができる。また、スプール１２の軸線方向他端部には、図１に示すようなばね機構１４が設けられている。

ばね機構１４は、ばね側ケーシング４１と、駆動体４２と、第１ばね受け部材４３と、第２ばね受け部材４４と、コイルばね４５と、ストッパ部材４６とを有している。ばね側ケーシング４１は、大略有底筒状の部材であり、開口部をスプール１２の軸線方向他端部に被せるようにしてハウジング１１の軸線方向一方側の側面に締結されている。また、ばね側ケーシング４１には、駆動体４２と、第１ばね受け部材４３と、第２ばね受け部材４４と、コイルばね４５と、ストッパ部材４６とが収容されている。

駆動体４２は、大略棒状の部材であり、その先端側にねじ部４２ａを有している。即ち、駆動体４２は、ねじ部４２ａをスプール１２の軸線方向他端部に螺合されている。駆動体４２は、スプール１２と略同軸上に配置されており、スプール１２から突出するように軸線方向一方に延在している。また、駆動体４２は、その基端側に頭部４２ｂを有しており、頭部４２ｂとねじ部４２ａとの間の中間部４２ｃに第１ばね受け部材４３と、第２ばね受け部材４４と、コイルばね４５と、ストッパ部材４６とが外装されている。

第１ばね受け部材４３は、大略ハット状に形成されており、本体部４３ａと、フランジ部４３ｂとを有している。本体部４３ａは、大略有底筒状に形成されており、その軸線周りに駆動体４２が挿通すべく挿通孔４３ｃが形成されている。また、本体部４３ａの開口端部には、周方向全周にわたってフランジ部４３ｂが形成されている。このような形状を有する第１ばね受け部材４３は、駆動体４２の中間部４２ｃに挿通された状態でスプール１２の軸線方向他端部に被せられている。また、第１ばね受け部材４３は、スプール１２が中立位置に位置する際、本体部４３ａの底部がスプール１２の軸線方向他端に当接する共に、フランジ部４３ｂがハウジング１１の軸線方向一方側の側面と当接している。このように第１ばね受け部材４３は、ハウジング１１の側面に支持された状態で駆動体４２の軸線方向一端側に外装され、また駆動体４２には、第１ばね受け部材４３から軸線方向一方に離れた位置に第２ばね受け部材４４が外装されている。

第２ばね受け部材４４は、大略円板状に形成されており、その軸線周りに駆動体４２が挿通すべく挿通孔４４ｃが形成されている。このような形状を有する第２ばね受け部材４４は、駆動体４２の中間部４２ｃに挿通され、前述の通り第１ばね受け部材４４から離して配置されている。このように配置される第２ばね受け部材４４の挿通孔４４ｃは、駆動体４２の頭部４２ｂより小径に形成されており、第２ばね受け部材４４が頭部４２ｂ側から外れないようになっている。このように配置される第２ばね受け部材４４と第１ばね受け部材４３との間には、駆動体４２に外装された状態でコイルばね４５が介在している。コイルばね４５は、いわゆる圧縮コイルばねであり、圧縮された状態で２つのばね受け部材４３，４４の間に介在されている。これにより、スプール１２が中立位置に位置する際、第１ばね受け部材４３がスプール１２の軸線方向他端及びハウジング１１の軸線方向一方側の側面に押し付けられ、また第２ばね受け部材４４が駆動体４２の頭部４２ｂに押し付けられる。また、ばね側ケーシング４１の内周面は、軸線方向一方側の部分が残余の部分に比べて小径に形成されており、そこに段部４１ａが形成されている。第２ばね受け部材４４の外周縁部分は、スプール１２が中立位置に位置する際に段部４１ａに当接して支持されている。

このように構成されるばね機構１４では、電動アクチュエータ１３によってスプール１２を中立位置から軸線方向一方に移動させると、それと共に第１ばね受け部材４３が軸線方向一方に移動する。他方、第２ばね受け部材４４は、その外周縁部分が段部４１ａに支持されており、移動することができずにその位置に維持される。これにより、２つのばね受け部材４３，４４の間が狭まってコイルばね４５が圧縮され、コイルばね４５は、第１ばね受け部材４４及び駆動体４２を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、コイルばね４５は、電動アクチュエータ１３からの押付力に抗する軸線方向他方への付勢力をスプール１２に与える。

また、電動アクチュエータ１３によってスプール１２を中立位置から軸線方向他方に移動させると、頭部４２ｂによって第２ばね受け部材４４が軸線方向他方に引き寄せられる。他方、第１ばね受け部材４３は、フランジ部４３ｂがハウジング１１に支持されており、移動することができずにその位置に維持されている。これにより、２つのばね受け部材４３，４４の間が狭まってコイルばね４５が圧縮され、コイルばね４５は、第２ばね受け部材４４及び駆動体４２を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。即ち、コイルばね４５は、電動アクチュエータ１３からの押付力に抗する軸線方向一方への付勢力をスプール１２に与える。

他方、スプール１２が中立位置に位置する際には、第１ばね受け部材４３がハウジング１１の側面に支持され、また第２ばね受け部材４４がばね側ケーシング４１の段部４１ａに支持されている。それ故、コイルばね４５の付勢力がスプール１２に作用しない。従って、電動アクチュエータ１３からスプール１２に与える押圧力をゼロにすることで、スプール１２を中立位置に戻すことができる。また、ばね機構１４は、前述の通りストッパ部材４６を有している。

ストッパ部材４６は、コイルばね４５の圧縮量が所定距離より大きくならないようにコイルばね４５の圧縮を規制するようになっている。即ち、ストッパ部材４６は、大略円筒状に形成されており、コイルばね４５の内側に配置され且つ駆動体４２に外装されている。また、ストッパ部材４６は、２つのばね受け部材４３，４４の間に配置されている。このように配置されているストッパ部材４６は、本体部４３ａの底部と第２ばね受け部材４４との軸線方向の距離より前述する所定距離分だけ短く形成されている。これにより、スプール１２が軸線方向一方及び他方に所定量以上移動することを規制することができる。

このように構成されているスプール弁１では、制御装置からの印加電圧に応じて電動アクチュエータのモータ２２が駆動し、これに応じてロータ部２２ｂ及びねじ軸２３ａが回転する。また、ねじ軸２３ａが回転することで、その回転方向及び回転数に応じた距離だけナット２３ｂが軸線方向一方（又は他方）に移動し、それに伴ってナット２３ｂが中間部材２４及び連結部材２５を介してスプール１２を軸線方向一方に押す（又は他方に引っ張る）。これにより、スプール１２の位置が変わり、それに応じて３つの油通路１１ｂ〜１１ｄの接続状態及び開度が変わる。

また、スプール弁１では、ナット２３ｂが連結部材２５を介してスプール１２を押している（又は引っ張っている）ので、スプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して芯ずれしている場合であっても、ロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対するスプール１２の軸線Ｌ１の芯ずれを吸収することができる。それ故、芯ずれに伴うスプール１２に作用する摩擦力の増大を抑えることができる。これにより、芯ずれに伴うスプール１２の位置制御性の低下を抑えることができ、位置指令に対してスプール１２の位置をより高い精度で制御することができる。即ち、スプール弁１の開度制御をより高い精度で行うことができる。また、スプール弁１では、従来技術のスプール弁に比べて静摩擦力を抑えることができるので、スプール１２を始動させる際の始動電流を抑えることができる。

また、スプール弁１では、連結部材２５によってスプール１２がロータ部２２ｂに対してあらゆる方向に傾倒することができるので、スプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して何れの方向にずれていても芯ずれを吸収させることができる。これにより、組立時における電動アクチュエータ１３に対するスプール１２の位置精度を低く抑えることができる。また、連結部材２５のモータ側連結部３１にボール３３を嵌め込んでボール３３をスプール側連結部３２に挿入するだけで電動アクチュエータ１３とスプール１２とを連結できるので、スプール弁１の組立が容易であり、また部品の交換も容易である。

また、スプール弁１では、２つの連結部３１，３２とボール３３とから成る簡単な構造のボールジョイントが連結部材２５に採用されている。それ故、スプール弁１の構造が複雑化することを抑えることができ、またスプール弁１の部品点数を抑えることができる。これにより、スプール弁１の製造コストを抑えることができる。

更に、スプール弁１では、移動させた状態からスプール１２を中立位置に戻すべく、制御装置からの電流によりモータ２２を駆動させてロータ部２２ｂ及びねじ軸２３ａを前述する方向と逆回転に回転させる。そうすると、ナット２３ｂが軸線方向他方（又は一方）に移動し、スプール１２が中立位置の方に戻される。この際、スプール１２は、ばね機構１４の付勢力によって中立位置の方に付勢されながら中立位置に戻る。ばね機構１４は、スプール１２が中立位置に戻ると、２つのばね受け部材４３，４４がハウジング１１の側面及びばね側ケーシング４１の段部４１ａに夫々当たり、スプール１２への付勢力がゼロとなる。また、モータ２２及び制御装置の故障、並びに信号線の断線等の不所望な状態になってモータ２２の駆動が停止した際、ばね機構１４によってスプール１２が中立位置に戻されるようになる。即ち、スプール弁１では、ばね機構１４によってフェールセーフを実現することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態のスプール弁１Ａは、第１実施形態のスプール弁１と構成が類似している。従って、第２実施形態のスプール弁１Ａの構成については、第１実施形態のスプール弁１と異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示す、第２実施形態のスプール弁１Ａは、ハウジング１１と、スプール１２と、電動アクチュエータ１３Ａと、ばね機構１４Ａとを備えている。電動アクチュエータ１３Ａが図２に示すようにモータ側ケーシング２１と、モータ２２と、ボールねじ機構２３と、中間部材２４と、当接部材２５Ａとを有している。当接部材２５Ａは、連結部３１Ａとボール３３Ａを有している。連結部３１Ａは、その先端部に部分球面凹部３１ｄが形成されており、そこにボール３３Ａが嵌まり込んでカシメられている。これにより、当接部材２５Ａの先端部分に部分球面状の押付部２５ａが形成され、この押付部２５ａがスプール１２の軸線方向一端部に押し付けられて当接している。また、スプール１２の軸線方向他端部には、ばね機構１４Ａが設けられている。

ばね機構１４Ａは、ばね側ケーシング４１と、コイルばね４５と、を有している。コイルばね４５は、ばね側ケーシング４１に収容されており、スプール１２の軸線方向他端部とばね側ケーシング４１の底部との間に介在している。このように配置されているコイルばね４５は、スプール１２を軸線方向他方側に付勢して、スプール１２をボール３３Ａに押し付けている。即ち、コイルばね４５は、電動アクチュエータ１３Ａの押付力に抗した付勢力をスプール１２に与え、ボール３３Ａをスプール１２に常時押し付けるようになっている。

このように構成されているスプール弁１Ａでは、電動アクチュエータ１３Ａのモータ２２の駆動が停止している状態で、例えば第１油通路１１ｂが遮断され、第２油通路１１ｃと第３油通路１１ｄとが接続されている。他方、制御装置から電動アクチュエータ１３Ａに電流が流されてモータ２２が駆動すると、その電流に応じてモータ２２が回転してナット２３ｂが軸線方向一方に移動する。これにより、当接部材２５Ａによってスプール１２が軸線方向一方に押され、スプール１２が軸線方向移一方に移動する。このようにスプール１２が移動することによって、３つの油通路１１ｂ〜１１ｄの接続状態及び開度を変えることができる。

また、スプール弁１Ａでは、電動アクチュエータ１３Ａがボール３３Ａを介してスプール１２を押しているので、スプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して芯ずれしている場合であってもボール３３Ａがスプール１２の軸線方向一端上において位置を変えながらスプール１２に当接して押し続けることができる。また、ボール３３Ａとスプール１２とが固定されておらず且つ点で接しているので、スプール１２に曲げモーメントを作用させないような状態で、スプール１２をスプール孔に挿入させておくことができる。また、点接触させることによって、スプール１２の軸線Ｌ１がロータ部２２ｂの軸線Ｌ２に対して傾倒したり偏芯したりして芯ずれしている場合でも電動アクチュエータ１３によってスプール１２をその軸線方向に押すことができる。以上により、芯ずれに伴うスプール１２に作用する摩擦力の増大を抑えることができるので、芯ずれに伴うスプールの位置制御性の低下を抑えることができ、位置指令に対してスプール１２の位置をより高い精度で制御することができる。即ち、スプール弁１の開度制御をより高い精度で行うことができる。スプール弁１では、従来技術のスプール弁に比べて静摩擦力を抑えることができ、スプール１２を始動させる際の始動電流を抑えることができる。

［その他の形態について］
第１実施形態のスプール弁１では、連結部材２５としてボールジョイントが採用されているが、ボールジョイントに限定されない。例えば、連結部材２５としてユニバーサルジョイントを採用してもよい。また、連結部材２５を以下のようなかしめ構造で構成してもよい。即ち、シューのように、モータ側連結部３１の先端にボール３３を一体的に形成し、またスプール側連結部３２の軸線方向一端部をボール３３に合わせた部分球面凹部を形成する。ボール３３は部分球面凹部に挿入してカシメられ、ボール３３が部分球面凹部内を回動できるようにする。これによっても、モータ側連結部３１とスプール側連結部３２とがボール３３の中心点Ｏ回りに各変位可能に連結することができる。このように、連結部材２５は、モータ側連結部３１とスプール側連結部３２とがその間にある中心点Ｏ回りに各変位可能な構成であればよい。また、連結部材２５は、傾倒及び偏芯の何れも許容するように構成されているが、必ずしも両方を共用するような構成である必要はなく、傾倒及び偏芯のうち何れか一方だけを許容するような構成であってもよい。また、傾倒及び偏芯を許容する方向も、必ずしも軸線方向に直交する全方向である必要はなく、特定する一方向であってもよい。

また、第１実施形態のスプール弁１では、中間部材２４と連結部材２５のモータ側連結部３１とが別体で形成されているが、一体的に形成されていてもよい。同様に、スプール１２とスプール側連結部３２もまた別体で形成されているが、一体的に形成されてもいてもよい。また、連結部材２５のモータ側連結部３１は、必ずしも中間部材２４に連結されたり一体的に形成されたりしている必要はなく、スプール１２に連結されたり一体的に形成されたりしてもよい。この場合、スプール側連結部３２が中間部材２４に連結されたり一体的に形成されたりしてもよい。

また、連結部材２５は、必ずしも中心点Ｏ回りに全方向に各変位可能な構成でなくてもよく、図４（ａ）のようにスプール側連結部３２がモータ側連結部３１に対して突出部分３１ｂの厚み方向にのみ傾倒するように構成されてもよく、また図４（ｂ）のようにスプール側連結部３２がモータ側連結部３１に対して軸線方向及び厚み方向に直交する方向にのみ傾倒するような構成であってもよい。これらの構成は、ハウジング１１の側面に対して電動アクチュエータ１３を取付精度が一方（図１の上下方向又は前後方向）のみに高い精度を確保できるときに特に有用である。

更に、第１実施形態のスプール弁１では、ばね機構１４がスプール１２の軸線方向他端部側に配置されているが、必ずしもこの位置である必要はない。ばね機構１４は、例えばスプール１２の軸線方向一端部側に配置されもよい。この場合、第１ばね受け部材４３がスプール１２の軸線方向一端部に被せるように配置され、また第２ばね受け部材４４が中間部材の先端面に当接させるように配置される。更に、２つのばね受け部材４３，４４の間にコイルばね４５を介在させることによってばね機構１４をスプール１２の軸線方向一端部側に配置することができる。

また、スプール１２を中立位置に正確に戻す機構としてばね機構１４を採用しているが、そのような機能を有する機構は、ばね機構１４に限定されない。例えば、ディテント機構によってスプール１２に所定値以上の押圧力が作用しないと中立位置から移動しないようにしてもよく、また位置センサを設けてスプール１２の位置を精度良く検出し、中立位置への再現性を高めるようにしてもよい。

更に、第１及び第２実施形態のスプール弁１では、ボールねじ機構２３がロータ部２２ｂに直接連結されているが、変速機構等を介してロータ部２２ｂとボールねじ機構２３とが接続されていてもよい。この場合、モータ２２は、ボールねじ機構２３と同軸上に配置されず、モータ２２をボールねじ機構２３と並行して配置することも可能である。更に、ボールねじ機構２３に代えてすべりねじ機構及び台形ねじ機構等の直動変換機構を採用してもよい。

１，１Ａ スプール弁
１１ ハウジング
１１ａ スプール孔
１２ スプール
１３，１３Ａ 電動アクチュエータ
１４，１４Ａ ばね機構（付勢機構）
２２ モータ
２２ｂ 出力軸
２３ ボールねじ機構（直動変換機構）
２３ｂ ナット（直動部材）
２５ 連結部材
２５Ａ 当接部材
２５ａ 押付部
３１ モータ側連結部
３２ スプール側連結部
３３ ボール

Claims (7)

1. スプール孔が形成されているハウジングと、
   前記ハウジングのスプール孔に軸線方向に移動可能に挿通されているスプールと、
   前記スプールを軸線方向に移動させる電動アクチュエータと、を備え、
   前記電動アクチュエータは、
   出力軸を回転する電動モータと、
   直線運動可能な直動部材を有し、前記出力軸の回転運動を直動部材の直線運動に変換する直動変換機構と、
   前記直動部材の直線運動における軸線方向一方への移動に応じて前記スプールを軸線方向一方に移動させ、かつ前記直動部材の直線運動における軸線方向他方への移動に応じて前記スプールを軸線方向他方に移動させるべく、前記直動部材と前記スプールとを連結する連結部材とを有し、
   前記連結部材は、前記直動部材に設けられるモータ側連結部と、前記スプールに設けられ、前記モータ側連結部に係止されたスプール側連結部とを有し、
   前記連結部材は、前記直動部材の軸線に対して前記スプールの軸線が偏芯することを許容するよう、前記モータ側連結部が前記スプール側連結部に対して軸線方向に直交する方向にスライドできるようになっている、スプール弁。
2. 前記連結部材は、前記直動部材に対する前記スプールの傾倒を軸線方向に直交する全方向において許容するようになっている、請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記連結部材は、前記モータ側連結部と前記スプール側連結部との間に介在して前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とを連結するボールとを有し、前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とが前記ボールの中心点回りに相対的に回転するボールジョイントによって構成されている、請求項２に記載のスプール弁。
4. 前記連結部材は、前記直動部材に対する前記スプールの偏芯を軸線方向に直交する全方向において許容するようになっている、請求項１又は２に記載のスプール弁。
5. 前記モータ側連結部及び前記スプール側連結部は、互いに直交し且つ軸線方向に直交する２方向に相対変位可能に構成されている、請求項４に記載のスプール弁。
6. 前記スプールが前記電動アクチュエータから受ける軸線方向の荷重に抗して付勢力を与える付勢機構を更に備え、
   前記スプールは、前記電動アクチュエータからの荷重によって中立位置から軸線方向一方及び他方に向かって移動し、
   前記電動アクチュエータは、前記スプールの軸線方向一端部に連結され、
   前記付勢機構は、前記電動アクチュエータからの荷重に対して前記スプールが前記中立位置に戻るように前記付勢力を前記スプールに与え、且つ前記スプールの軸線方向他端部側に配置されている、請求項１乃至５の何れか１つに記載のスプール弁。
7. 前記連結部材は、
   前記モータ側連結部と前記スプール側連結部との間に介在して前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とを連結するボールを有し、
   前記直動部材の軸線に対して前記スプールの軸線が傾倒することを許容するよう、前記モータ側連結部と前記スプール側連結部とが前記ボールの中心点回りに相対的に回転できるようになっており、
   前記直動部材の軸線に対して前記スプールの軸線が偏芯することを許容するよう、前記ボールが前記モータ側連結部及び前記スプール側連結部の一方又は双方に対して軸線方向に直交する方向に相対移動できるようになっている、請求項１に記載のスプール弁。

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