JPH0861521A - スプール形制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 加工コストを低減しかつ制御流量のバラツキ
を減少させる。 【構成】 流出・流入制御を行うボディ１の溝６，７と
スプール大径部８，９に設けた切り欠きとで形成される
絞りからの流出・流入流れを、その全部あるいは最大数
を溝壁面にて円周方向および／または軸心方向に偏向さ
せるようにして、流れ力を最小にする角度位置に、スプ
ール２を回転防止機構１０で回転不能にして、制御流量
を最大にし、かつ機差を最小にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスプール形制御弁の制御
流量の増大に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスプール形制御弁として、図２に
示す比例電磁式制御弁がある。バルブボディ１には摺動
孔１ａが形成され、スプール２が摺動自在に収納され、
スプール２が切り替わるとスプールの大径部（ランド）
８、９の切り欠きと摺動孔の溝６、７との間で絞りが形
成される。この形成絞りの開度と絞り前後の差圧によっ
て、通過流量が定まる。図２の制御弁はパイロット弁と
して比例電磁式減圧弁３を搭載しており、入力電流に比
例して発生するパイロットポート３ａ、３ｂ間の差圧に
より両端をスプリング４ａ、４ｂでセンタリングされて
いるスプール２を変位させる。このスプール変位はスプ
ール２の両側のスプリング室５ａ、５ｂに設けたスプリ
ング４ａ、４ｂのバネ感度と両スプリング室の差圧によ
り基本的には定まる。しかし流体が流れると流れ力がス
プールを閉じようとする向きに働く。したがって多く流
そうとして差圧を増大させても流量は増加しない、逆に
途中から減少することが知られている。比例減圧弁３へ
の入力電流を一定すなわち両スプリング室の差圧を一定
とし、制御弁前後の実効差圧（Ｐポートの供給圧力から
Ａ、Ｂポート間の負荷圧力を引いた差圧力）を変化させ
た場合の差圧―流量の特性は図３に示される。

【０００３】流れ力は流出・流入角すなわち流れがスプ
ール軸心となす角が大きいほど小さい。そしてこの流れ
力はスプールに形成された切り欠き形状によって大きく
影響される。所定ストロークの時の開口面積を同じにな
るように図４のように切り欠き幅Ｗを小さくしてすなわ
ち円弧の径の小さい８個の溝２８ー１〜２８ー８を設け
る場合と、図５または図６のように２個の大きい円弧２
２ー１と２２ー２または２２’ー１または２２’ー２と
した場合について差圧―流量特性を調べると、図４の幅
の狭い切り欠きの場合には、円周方向への流れの割合が
多く、スプールを閉じようとする軸心方向の流れの割合
が小さいので、図３のカーブ３ａとカーブ３ｂとの間に
データが収まっている。図５または図６の大きい円弧の
切り欠きの場合には図３のカーブ３ｃと３ｄとの間にデ
ータが収まっている。なお図３のカーブ３ａと３ｂとの
間および図３のカーブ３ｃと３ｄとの間のそれぞれのバ
ラツキは主にスプールの切り欠きの角度位置すなわち切
り欠きと流出・流入ポートに対する角度位置により発生
する。

【０００４】以下本段落では、図２において、スプール
が左へ変位して生じるＰポートからＡポートへの流れに
ついて説明する。流れ力は溝６、７で同様に発生する
が、Ａポートに流出する溝６への流れについて説明す
る。図５のように切り欠きの一方２２ー１を流出ポート
Ａに向けると、弁差圧と流量との関係は図３のカーブ３
ｄとなり、図６のように切り欠き２２’ー１、２２’ー
２を両方とも流出ポートＡに直接向けないで、切り欠き
２２’ー１、２２’ー２からの流れを溝の壁面６ｂに衝
突させて円周方向および／または軸心方向に偏向させて
から流出ポートＡに流すと、弁差圧と流量との関係は図
３のカーブ３ｃとなる。図４のように多数の小さい幅Ｗ
の切り欠きの場合には切り欠きの大部分は溝壁面６ｂに
衝突する流れ３１’ー１〜３１’ー７で、流出ポートＡ
に向かう流れは、同図の状態では２８ー８からの流れ３
０が１個であり、同図で２２.５゜右回転させると２８
ー８と２８ー１の２個がＡポートに直接向う。両者の差
は８個のうちの１個、それも流れの差にあり、その差は
小さく、したがってバラツキは小さい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４のように幅の狭い
切り欠きを用いて開口面積を設計すれば、流れ力は小さ
いので、流れ力による戻しは小さく、流量はほぼ設計通
りに比較的多く流すことができ、かつスプールの角度位
置の影響である特性上のバラツキが少ない。しかし幅の
狭い円弧の溝加工は一般にはエンドミル加工となり、工
具径が細いことから深い切込みによる高速切削はでき
ず、したがって１溝当りの切削に長時間を要し、また溝
数が多いので実際はコスト的に釣り会わず、標準弁では
適当な妥協的な円弧と数により、設計されてきた。本発
明は第１に加工コストの小さい大きい円弧を用いること
ができる制御弁を得る。また第２に制御流量が大きい状
態でバラツキの少ない制御弁を得る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】流量を定める複数の切り
欠きを有するスプールを摺動自在にボディに収納し、該
スプールを回転防止する回転防止機構を設けた制御弁に
おいて、スプールの大径部とともに絞りを形成するボデ
ィの溝への流出・流入流れが、その全部があるいは最大
数が上記溝の壁面にて偏向されるようにスプールの切り
欠きと上記ボディの溝に連なる流出・流入油路との角度
位置関係を設定する。

【０００７】

【作用】切り欠きからの流出状態に着目すると、図４、
図５、図６において、絞りを形成する切り欠きの前後の
流路形状によって流体力を発生するスプール軸心方向へ
の角度が違うことが知られている。図２の左方への切り
替え状態を示す図５において、流れ３０がＡポートに向
かって直接流出し、流れ３１は流出直後に壁面６ｂに衝
突してから３１ａ、３１ｂに２分して流出する。両者に
は流れ方に差があり、直接流出する前者の場合はその流
れ３０の流出角θ₀ は７０°前後であり、流出直後に壁
面６ｂに衝突してから２分して流出する流れ３１ａ、３
１ｂの場合には、ボディ１の溝６に入ってから溝の壁面
６ｂにて円周方向および／またはスプール軸心に向かっ
て大きく変えられるので、流れ３１ａ、３１ｂの主流は
軸心方向から偏向される。スプールを閉じようとする流
れ力すなわち軸心方向の力は、上記円周方向分を含んだ
全体の流れ力の分力として得られ、当然全体の流れ力よ
り小さい。

【０００８】そして図３の特性はそれを裏付ける。カー
ブ３ｄは図５のように一方の切り欠き２２ー１を直接流
出ポートに向かうように角度位置を定めた場合、カーブ
３ｃは図６のように両方の切り欠き２２’ー１、２２’
ー２をともに直接流出ポートＡに向かわないようにその
角度を定めた場合のそれぞれの特性を示す。直接流出ポ
ートＡに向かわせない、すなわち流出直後に溝壁面６ｂ
に衝突させて偏向させる切り欠きの絞り状態の数が多い
方が流れ力が小さく、したがってスプールは大きく変位
でき、制御流量が多い。

【０００９】すなわちボディ１のＰポートから切り欠き
を通ってボディ１の溝６を経由してＡポートに至る全部
の流れを、切り欠きからの流出直後に壁に衝突するよう
に、スプールの切り欠きとボディ１の油路の角度位置関
係を設定すると、大きい流れ力を発生する小さい流れ角
例えば７０°前後の流出角がない。したがってトータル
の流れ力が小さくスプール変位が大きく、従って切り欠
きの円弧が大きくても流量は落ちず、カーブ３ｃのよう
に最良の位置に安定設定でき、幅の狭い多くの切り欠き
スプールのカーブに近い結果が得られる。なお切り欠き
の数あるいは油路形状によっては全部の切り欠きを壁面
で偏向させることができない場合もあるが、その場合は
その数が最大になる角度位置を設定すれば良い。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の、スプール２に図６に示す２
個の切り欠き２２’ー１、２２’ー２を設けた制御弁で
あり、従来例に対し回り止め機構１０を設け、図６に示
すようにスプールの切り欠き２２’ー１、２２’ー２が
２個とも流出ポートＡに向かって直接流出させず、溝壁
面６ｂで偏向させてから流出ポートＡに流出させるよう
スプールの角度位置を定めている。回り止め機構１０は
スプール２の端面に軸心から偏心して穴２ａを設け、ボ
ディ１の端部１ｃに、該穴２ａに挿入され、スプール２
の回転を防止するピン１１を固定してある。スプール２
において該穴２ａと切り欠き２２’ー１、２２’ー２と
は角度位置を定めてある。図６において、流れ３１’ー
１、３１’ー２はともに流出直後に溝６の壁面６ｂにて
円周方向および／またはスプール軸心に向かって大きく
変えられ、流れ３１の主流は軸心方向から偏向され、円
周方向分を含んだ全体の流れ力Ｆαがα方向に発生す
る。スプールを閉じようとする流れ力すなわち軸心方向
の力Ｆは上記全体の流れ力の分力として得られ、当然全
体の流れ力Ｆαより小さい。

【００１１】図７は本願の他の実施例で切り欠きを４個
（２４ー１〜２４ー４）にした例を示す。切り欠き２４
ー１〜２４ー４からの流出流３１’ー１〜３１’ー４は
４個とも直接Ａポートへ向かわず、ほぼＡポートに対し
２分した角度位置に回転防止機構１０で設定される。

【００１２】図８は本願のさらに他の実施例で切り欠き
を５個にした例を示す。切り欠き２５ー１〜２５ー５か
らの流出流３１’ー１〜３１’ー５は５個とも直接Ａポ
ートへ向かわず、ほぼＡポートに対し２分した角度位置
に回転防止機構１０で設定される。

【００１３】なお説明はＰポートからＡポートへの流
れ、すなわち溝６への流出で説明したが、この切り替え
状態の時Ｂポートでは、ＢポートからＴポートへの流れ
があり、溝７からスプール軸心へ向かっての流れ込みで
もやはりスプールを閉じようとする流れ力が発生するこ
とが知られており、流れの向きは反対だが、溝７が流れ
を偏向させることは同様であり、ボディ溝への流入およ
びボディ溝からの流出にともに効果があるものである。

【００１４】実施例は比例電磁式減圧弁をパイロット弁
に使用したスプリングバランス式のスプール弁で説明し
たが、比例ソレノイドで直接、スプリングバランス式の
スプールを制御する直動制御弁あるいはサーボ弁でも制
御流量のアップとともにバラツキが防止できる。さらに
は他の方式の制御弁に用いれば、流れ力が小さいので、
低いパイロット圧力で良いという効果が得られる。

【００１５】

【発明の効果】第１に切り欠きを大きい円弧が使用でき
るのでスプール加工コスト小さくできる。また第２に制
御流量が大きい状態でバラツキのない制御弁を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の制御弁の実施例を示す。

【図２】制御弁の従来例を示す。

【図３】制御弁の差圧ー流量特性を示す。

【図４】８個の切り欠きの状態説明図を示す。

【図５】２個の切り欠きの１例の状態説明図を示す。

【図６】２個の切り欠きの他の例の状態説明図を示す。

【図７】本願の他の実施例であり、４個の切り欠きの状
態説明図を示す。

【図８】本願のさらに他の実施例であり、５個の切り欠
きの状態説明図を示す。

【符号の説明】

１：ボディ １ａ：摺動孔 ２：スプール ３：比例電磁式減圧弁 ４ａ、４ｂ：スプリング ５ａ、５ｂ：スプリンング室 ６、７：溝 ８、９：大径部 １０：回転防止機構 １１：ピン部材 ２２：２個の切り欠き ２４：４個の切り欠き ２５：５個の切り欠き ２８：８個の切り欠き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流量を定める複数の切り欠きを有するスプ
   ールを摺動自在にボディに収納し、該スプールを回転防
   止する回転防止機構を設けた制御弁において、スプール
   の大径部とともに絞りを形成するボディの溝への流出・
   流入流れが、その全部があるいは最大数が上記溝の壁面
   にて偏向されるようにスプールの切り欠きと上記ボディ
   の溝に連なる流出・流入油路との角度位置関係を設定し
   たことを特徴とする制御弁。