JPH10169795A - 流れ制御スプール弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプール弁のスプールを摺動操作してスプー
ルを通る流れを制御する際に、流体の流れによってスプ
ールの軸線に直角の方向にスプールの摺動操作を阻害す
る力が発生する。この流体による力を除き、スプールの
円滑な摺動操作ができるようにする、流れ制御スプール
弁を提供する。 【解決手段】 スプールに設けられた対になった開口溝
をスプールの軸線に対して直角に形成された貫通孔で結
び、あるいはスプールの大径部にスプールの軸線に対し
て直角に形成された貫通孔を形成し、貫通孔を通してス
プールの周囲の流体圧力の高い部分と低い部分とを連通
させ、流体圧力の差を小さくして、スプールの軸線に直
角の方向に働く力を除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流れを制御
するスプール弁、更に詳しくは、スプール弁を流れる流
体によってスプールの軸線に直角の方向に発生する力を
軽減させるスプール弁の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、本発明の一局面によって構成さ
れた流れ制御スプール弁の実施の形態を示す断面図であ
るが、本発明に係わるスプールに設けられる貫通孔の部
分を除いては、従来の構成を有しているので、図１によ
って従来の技術を説明する。

【０００３】図１とともに図２を参照して説明すると、
全体を番号２で示す流れ制御スプール弁は、弁ハウジン
グ４と、スプール６とを具備している。弁ハウジング４
は、スプールの軸線方向に延びるスプール摺動孔８と、
スプール摺動孔８に連通する流入路１０及び流出路１４
とを有し、流出路１４はスプール摺動孔８にスプール摺
動孔８と実質的に同一中心軸線で形成された環状流路１
２を介してスプール摺動孔８に連通している。スプール
６はスプール摺動孔８に摺動自在に挿入され、流入路１
０と流出路１４が連通しない状態においてスプール摺動
孔８に嵌合して環状流路１２に位置する大径部１６と、
流入路１０に対向する小径部１８とを有している。スプ
ール６の大径部１６の外周面には、小径部１８に開口す
る一対の開口溝２０及び２１がスプール６の軸線７に対
して対称に形成されている。スプール６をスプール摺動
孔８の軸線方向（図１において左右方向）の一方に、あ
るいは他方に摺動操作することによって、流入路１０と
流出路１４とは、開口溝２０及び開口溝２１が環状流路
１２に開口される連通状態（図１の状態）に、あるいは
開口溝２０及び開口溝２１がスプール摺動孔８によって
環状流路１２への開口が閉じられる遮断状態に切り換え
られる。

【０００４】図１を参照して説明を続けると、流入路１
０は流体源である流体圧ポンプ若しくは流体圧アクチュ
エータからの戻り流路（図示していない）に接続され、
流出路１４は流体圧アクチュエータへの流入流路若しく
は流体溜であるタンク（図示していない）に接続されて
いる。スプール６は、手動、又はスプール６の端部に与
える操作流体、あるいは電磁ソレノイド等の手段（図示
していない）によって摺動操作される。スプール６を矢
印２２で示す方向（図１において左方）に摺動させた図
１に示す状態にすると、スプール６の大径部１６の外周
面に位置する開口溝２０及び開口溝２１は環状流路１２
に開口し、流体圧ポンプ若しくは流体圧アクチュエータ
からの戻り流路に接続された流入路１０からの流体は、
矢印２４で示すように、スプール摺動孔８と小径部１８
との空間、開口溝２０及び開口溝２１、環状流路１２を
通って、流体圧アクチュエータへの流入流路若しくはタ
ンクに接続された流出路１４に流れ、流入路１０と流出
路１４とは連通状態になる。

【０００５】スプール６を矢印２６で示す方向（図１に
おいて右方）に摺動操作すると、開口溝２０及び開口溝
２１の環状流路１２への開口は、スプール摺動孔８によ
って閉じられ、流入路１０から流出路１４への流体の流
れは止められる遮断状態になる。

【０００６】スプール６の摺動操作によってスプール６
の摺動する量を調整し、上述の連通状態における開口溝
２０及び開口溝２１の環状流路１２への開口面積を変化
させることにより、流入路１０から流出路１４に流れる
流体の量が調整制御される。この調整制御によって、例
えば、流体圧ポンプに接続された流入路１０から流体圧
モータの様な流体圧アクチュエータ入口流路に接続され
た流出路１４へ流れる流体の量を制御することにより、
流体圧アクチュエータの作動を制御することができる
（メータイン制御）。若しくは、流体圧アクチュエータ
戻り流路に接続された流入路１０からタンクへ接続され
た流出路１４へ流れる流体の量を制御することにより流
体圧アクチュエータの作動を制御することができる（メ
ータアウト制御）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１とともに、図３を
参照して、上述のように構成された従来の流れ制御スプ
ール弁の問題点を説明する。スプール６を摺動操作して
開口溝２０及び開口溝２１を環状流路１２に開口し、流
入路１０と流出路１４とを連通状態にすると、流入路１
０からの流体は開口溝２０及び開口溝２１を通って環状
流路１２に流れ込む。この際、流出路１４の近くに位置
する開口溝２０を通る流体は、流出路１４に最短距離で
円滑に流れる。一方、流出路１４から遠方に位置する開
口溝２１を通る流体は、図３に矢印２５で示すようにス
プール大径部１６の外周の環状流路１２を通って流出路
１４に流れる。この流れの経路の違いのために、開口溝
２０の部分の流体圧力Ｐ１に対して、流れの上流側の開
口溝２１の部分の流体圧力Ｐ２は、流体圧力Ｐ１より大
きくなる。そして、流体圧力Ｐ２とＰ１との差は、力Ｆ
となってスプール６に、スプール６の軸線７に垂直な方
向で作用する。この力Ｆは、スプール６を軸線７の方向
に摺動操作する際に、スプール摺動孔８とスプール６と
の間に摩擦力を発生させ、スプール６を摺動操作するの
に要する力（以下スプール摺動力と呼ぶ）を大きくし、
スプール６の円滑な操作を妨げる。更に、スプール摺動
力は流体の流量の変化によって変わるので不安定とな
り、スプール６を摺動操作する力（以下スプール操作力
と呼ぶ）とスプール６の摺動量の関係が不安定になり、
例えば、スプール操作力に比例したスプール６の摺動量
が得られなくなり、流体圧アクチュエータの作動の調整
制御が困難になる。

【０００８】そこで、問題を解決する一つの方法として
は、スプール操作力を大きくすることが行われる。例え
ば、手動操作レバーのレバー比を大きくする、操作流体
圧力を上げる、電磁ソレノイドの電磁力を上げる等の対
策が行われる。他の解決方法としては、環状流路１２を
流れる流体の流量の影響を少なくするために、スプール
６の径に対して環状流路１２の大きい大型の弁を使うこ
とも行われる。しかしながら、スプール操作力を上げる
ことによってスプール６の摺動操作はできるものの、不
安定なスプール摺動力に対して、スプール操作力とスプ
ール６の摺動量との関係を安定させることはできず、操
作性の改善は難しい。また、大型の弁を使うことによっ
て流体の流れの影響を小さくすることはできるが、製品
コストが高くなる、スプール弁が大きく重くなり取り扱
いが不便になる、スプール弁設置に広いスペースが必要
となる等の問題が残ってしまう。特に、流体機器の油圧
アクチュエータが多用され、その操作に油圧スプール弁
が用いられ、作業のために細かい調整操作が要求され、
更に設置スペースが制限される典型的な機械である建設
機械、例えば油圧ショベルにとっては、これらの問題は
改善の必要な課題となっている。

【０００９】本発明は前述のような従来技術における問
題に鑑み創案されたもので、その技術的課題は、スプー
ル弁を流れる流体によって発生するスプールの軸線に直
角の方向に働く力を除き、スプールの円滑な摺動操作が
でき、しかも製作が容易で、スプール弁の大きさが大き
くならない、流れ制御スプール弁を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
技術的課題を解決するために、スプールに設けられた対
になった開口溝を結ぶ貫通孔をスプールに、あるいはス
プールの大径に貫通孔を形成し、貫通孔を通して流体の
流れを可能にし、スプールに発生する圧力の差を小さく
するように流れ制御スプール弁を構成する。

【００１１】すなわち、上記技術的課題を解決するスプ
ール弁として、本発明の一局面によれば、スプールには
更に、開口溝に開口し、スプールの軸線に対して直角に
形成される貫通孔が設けられている、ことを特徴とする
流れ制御スプール弁が提供される。

【００１２】本発明の他の局面によれば、スプールの大
径部には、スプールの軸線に対して直角に形成される貫
通孔が設けられている、ことを特徴とする流れ制御スプ
ール弁が提供される。

【００１３】そして、貫通孔は、貫通孔の軸線を流出路
に向けて配設されている。

【００１４】本発明による流れ制御スプール弁において
は、対になった開口溝を結んで、あるいはスプールの大
径部に、スプールを貫通する貫通孔が設けられるから、
貫通孔を通して流体圧力の高い部分と低い部分とが連通
され、貫通孔を通して流体の流れが許容され、流体圧力
の差を小さくすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
流れ制御スプール弁の好適実施形態を図示している添付
図面を参照して、更に詳細に説明する。なお、流れ制御
スプール弁の基本的構成については、前述の従来の技術
の項において説明したので、重複した説明は省略する。

【００１６】図１及び図２を参照して上述の一局面に従
って構成された流れ制御スプール弁について説明する
と、既に説明したように、流れ制御スプール弁２の流入
路１０及び流出路１４を有する弁ハウジング４のスプー
ル摺動孔８にスプール６が摺動自在に挿入され、流入路
１０から流出路１４への流体の流れは、スプール６を摺
動操作することによって、スプール６に形成された一対
の開口溝２０及び２１の環状流路１２への開口が調整さ
れる。そして、この従来の構成に対して、本発明の流れ
制御スプール弁２においては、スプール６に、貫通孔３
０が、スプール６の軸線７に対して直角に、かつ貫通孔
３０の両端部を開口溝２０及び開口溝２１にそれぞれ開
口して形成されている。更に、貫通孔３０の軸線３１は
流出路１４に向けて配設されている。

【００１７】図１及び図２とともに図３を参照して上述
したとおりの流れ制御スプール弁２の作用を説明する
と、スプール６に設けられた貫通孔３０が開口溝２０と
開口溝２１に連通して形成されていることにより、流入
路１０から流れ込み、開口溝２１を通り環状流路１２に
流れる流量の一部は、貫通孔３０を通り開口溝２０から
開口溝２１に流れる。その結果、開口溝２１を通り環状
流路１２に流れる流量は減少し、開口溝２０を通り環状
流路１２に流れる流量は増加する。かくして、従来の問
題である環状流路１２の部分のスプール大径部１６にお
ける流体圧力の差、すなわち開口溝２０の側の流体圧力
Ｐ１と開口溝２１の側の流体圧力Ｐ２との差は小さくな
る。また、貫通孔３０は、貫通孔３０の軸線３１を流出
孔１４に向けて配設されているので、流体圧力の最も高
い所と最も低い所とが貫通孔３０によって結ばれ、流体
圧力Ｐ２とＰ１との差は有効に低減される。そして、こ
の貫通孔３０は、スプール６の基本形状を変えることな
しにスプール６に追加できるから、製作が容易であり、
また弁ハウジング４は従来のままでよいから、スプール
弁２の大きさは大きくならない。更に、環状流路１２へ
の開口溝２０及び開口溝２１の開口特性、すなわち開口
面積とスプールの摺動量との関係を変えることなしに流
体圧力の差を小さくすることができる。

【００１８】図４及び図５を参照して上述の他の局面に
従って構成された流れ制御スプール弁について説明する
と、スプール６の大径部１６には、スプール６の軸線７
に対して直角に形成される貫通孔３２が設けられてい
る、更に、貫通孔３２の軸線３３は流出路１４に向けて
配設されている。スプール６の大径部１６に貫通孔３２
が形成されていることにより、流入路１０から環状流路
１２に流れ、流出路１４に向かう流量の一部は、貫通孔
３２を通って流れる。その結果、流出路１４に向かう流
量のうち環状流路１２を流れる流量は減少する。かくし
て、前述の従来の問題である、環状流路１２の部分のス
プール大径部１６における流体圧力の差は小さくなる。
また、貫通孔３２は、前述の貫通孔３０と同様に、その
軸線３３を流出孔１４に向けて配設されているので、流
体圧力の差は有効に低減される。そして、この貫通孔３
２も貫通孔３０と同様に、スプール６の基本形状を変え
ることなしにスプール６に追加できるから、製作が容易
であり、また弁ハウジング４は従来のままでよいから、
スプール弁２の大きさは大きくならない。更に、環状流
路１２へのスプール６の開口特性、すなわち開口面積と
スプールの摺動量との関係を変えることなしに流体圧力
の差を小さくすることができる。

【００１９】以上本発明を実施の形態によって詳細に説
明したが、流れ制御スプール弁に要求される流体の流
量、流体の制御特性等から、本発明の範囲内においてさ
まざまな変形あるいは修正が可能である。例えば、貫通
孔を大きくしたい場合、径の大きい貫通孔を形成する代
わりに、複数本の貫通孔を並べて設けることも可能であ
る。また、複数対の開口溝がスプールに設けられる場合
にあっては、複数対の開口溝全てに貫通孔を設けてもよ
いし、複数対の開口溝の中から、流出路に向く方向に貫
通孔が形成される開口溝を選定して貫通孔を設けてもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】本発明に従って構成された流れ制御スプ
ール弁によれば、スプール弁を流れる流体によって発生
するスプールの軸線に直角の方向に働く力が除かれ、ス
プールは円滑に摺動操作される。しかも、製作が容易で
あり、スプール弁の大きさを大きくすることなしに達成
することができる流れ制御スプール弁が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一局面に従って構成された流れ制御ス
プール弁の断面図。

【図２】図１の矢印２Ａの方向に見た断面図。

【図３】図１の矢印３Ａの方向に見た断面図で、流体の
流れによって発生し、スプールに作用する力の関係を示
した説明図。

【図４】本発明の他の局面に従って構成された流れ制御
スプール弁の断面図。

【図５】図４の矢印５Ａの方向に見た断面図。

【符号の説明】

２：流れ制御スプール弁 ４：弁ハウジング ６：スプール ８：スプール摺動孔 １０：流入路 １２：環状流路 １４：流出路 １６：大径部 １８：小径部 ２０、２１：開口溝（一対の開口溝） ３０、３２：貫通孔 ３１、３３：貫通孔の軸線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプールの軸線方向に延びるスプール摺
   動孔、該スプール摺動孔に連通する流入路及び流出路が
   形成されている弁ハウジングと、該スプール摺動孔に摺
   動自在に挿入されたスプールとを具備し、 該流出路は、該スプール摺動孔に形成された環状流路を
   介して該スプール摺動孔に連通し、 該スプールは、該流入路と該流出路が連通しない状態に
   おいて該スプール摺動孔に嵌合して該環状流路に位置す
   る大径部と、該流入路に対向する小径部とを有し、該大
   径部の外周面には、該小径部に開口する開口溝が該スプ
   ールの軸線に対して対称に少なくとも一対形成され、 該スプールを摺動操作することによって、該流入路と該
   流出路とは、該開口溝を介して連通状態に、あるいは遮
   断状態に切り換えられる流れ制御スプール弁において、 該スプールには更に、該開口溝に開口し、該スプールの
   軸線に対して直角に形成される貫通孔が設けられてい
   る、ことを特徴とする流れ制御スプール弁。
2. 【請求項２】 スプールの軸線方向に延びるスプール摺
   動孔、該スプール摺動孔に連通する流入路及び流出路が
   形成されている弁ハウジングと、該スプール摺動孔に摺
   動自在に挿入されたスプールとを具備し、 該流出路は、該スプール摺動孔に形成された環状流路を
   介して該スプール摺動孔に連通し、 該スプールは、該流入路と該流出路が連通しない状態に
   おいて該スプール摺動孔に嵌合して該環状流路に位置す
   る大径部と、該流入路に対向する小径部とを有し、 該スプールを摺動操作することによって、該流入路と該
   流出路とは、連通状態に、あるいは遮断状態に切り換え
   られる流れ制御スプール弁において、 該スプールの該大径部には、該スプールの軸線に対して
   直角に形成される貫通孔が設けられている、ことを特徴
   とする流れ制御スプール弁。
3. 【請求項３】 該貫通孔は、該貫通孔の軸線を該流出路
   に向けて配設されている請求項１又は２記載の流れ制御
   スプール弁。