(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸(１２)の回転により順次に作動されるそれぞれの複数の弁を有するスプール弁装置であって、スプール弁の各々が、（ａ）第一の流体通路(５０)を画成する少なくとも第一のポート（４６）を有するシリンダ（４０）と、（ｂ）軸部分（６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｆ）及び少なくとも１つのポート遮断部分（５６ａ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｆ）を有するスプール（４４ａ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｆ）とを備え、該スプールが、第一の位置と第二の位置との間にて前記シリンダ内で軸方向に可動であり、前記スプールが前記第一の位置にあるとき、前記流体が前記軸部分を通り且つ前記第一の流体通路を通って流れることが許容され、前記スプールが前記第二の位置にあるとき、前記第一の流体通路が遮断される、スプール弁装置において、
前記駆動軸により回転され、少なくとも２つの平行な面を有するカム軌道（７４，７６）と、
複数のカム従動子（６６ａ）であって、該カム従動子の各々が前記スプールのそれぞれ１つと関係し且つ該それぞれ１つに対して所定の位置に整合され、カム従動子の各々がそれぞれの各スプールの前記軸方向への移動及び前記駆動軸の回転に応答した前記それぞれのスプール弁の前記順次的作動を制御すべくカム軌道と係合して、それと相対的に移動し得るように前記カム軌道の前記平行な面の間に拘束された、複数のカム従動子とを備え、
それぞれのスプールの各々の前記軸部分（６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｆ）が、一対の側壁の間に形成された１つの通路を画成しており、
前記側壁は、前記軸部分が第一の流体ポートと整合されたとき、前記シリンダの前記それぞれの第一の流体ポートに対して所定の方向に配置され、
前記軸部分の外周の周りにおいて、各側壁の外側とスプールが配置されたシリンダの内面との間に圧力釣合通路を形成された、スプール弁装置。
【請求項２】
請求項１のスプール弁の改良において、
前記シリンダが、前記第一のポートから分離され且つ第二の流体通路（５２）を画成する第二のポート（４８）を備えることと、
前記スプールが前記第一の位置にあり且つ前記流体が前記軸部分を通り且つ前記第一のポートを通って移動するのを許容されたとき、前記第二の流体ポートが遮断され、
前記スプールが前記第二の位置にあるとき、前記第一の流体通路が遮断され且つ流体が前記軸部分及び前記第二の流体ポートを通って移動するのが許容され、
前記軸部分の前記側壁の間の前記通路の前記所定の方向が、（ａ）該軸部分が前記第一の流体ポートと整合されたとき、前記軸部分及び前記第一の流体通路を通り、（ｂ）前記軸部分が前記第二の流体ポートと整合されたとき、前記軸部分及び前記第二の流体通路を通る流体の流れを容易にし得るように配置された、スプール弁。
【請求項３】
請求項１のスプール弁の改良において、前記軸部分（６０ｃ）の前記対の側壁がその間に前記通路を形成する内面（８０ｃ）を有し、
該内面は、
前記軸部分が第一及び第二の流体ポートと整合されたとき、前記それぞれの第一及び第二の流体ポートへ且つ該第一及び第二の流体ポート（４６，４８）から流体の流れを指向するように軸断面で見たときに非円形の湾曲形状を有する、スプール弁。
【請求項４】
請求項２のスプール弁の改良において、一対の側壁を有する前記軸部分（６０ｄ）が、分割部（７９）によって前記側壁の間に形成された一対の通路を更に備え、前記通路の各々が、前記軸部分がシリンダポートのそれぞれ１つと整合されたとき、該シリンダポート（４６，４８）のそれぞれ１つへ且つ該１つのシリンダポートから流体を指向するように方向決めされた、スプール弁。
【請求項５】
請求項１のスプール弁の改良において、そのそれぞれのスプールに対する前記カム従動子（６６ａ）の各々の前記所定の位置は、前記カム従動子が前記カム軌道（７４，７６）と転がり係合するとき、スプールの各々がそのそれぞれのシリンダ（４０）の軸線の周りで回転するのを防止し、これにより、前記軸部分の前記側壁の前記所定の方向を保ち、前記流体の流れを容易にする、スプール弁。
【請求項６】
流体の流れを制御する弁用のスプール（４４ａ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｆ）であって、該弁が該スプールを受け入れるキャビティを有する本体（４０）を備え、該キャビティが、軸線と、第一の流体通路（５０）を画成する少なくとも１つのポート（４６）とを有するスプールにおいて、
前記スプールが、前記キャビティの軸線と整合すべく中央軸線の周りに配置された、第一のポート遮断部分（５６ａ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｆ）及び軸部分（６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｆ）を備え、
前記スプールが、第一及び第二の位置の間にて前記キャビティ内で軸方向に可動であり、前記スプールが前記第一の位置にあるとき、前記第一の流体通路が前記第一のポート遮断部分により遮断され、前記スプールが前記第二の位置にあるとき、流体が前記軸部分を通り且つ前記第一の流体通路を通って流れるのが許容され、
前記軸部分が、一対の側壁の間に形成された軸部通路を画成しており、前記側壁は前記中央軸線に垂直な断面で見たとき非円形の湾局面を有し、前記側壁は又、前記軸部分が第一の流体ポート（４６）と整合したとき、流体が前記軸部通路及び前記第一の流体ポートを通って流れるのを許容するように、前記シリンダの前記第一の流体ポートに対して配置され、
前記軸部分の外周の周りにおいて、各側壁の外側とスプールが配置されたシリンダの内面との間に圧力釣合通路を形成された、スプール弁。
【請求項７】
請求項６のスプール弁において、前記軸部分が第一の流体通路と整合されたとき、前記側壁により形成された前記軸部通路を前記第一の流体通路に対して所定の方向に位置決めするカム軌道に係合するカム従動子（６６ａ，７４，７６）を更に備える、スプール弁。
【請求項８】
請求項６のスプール弁において、前記弁体における前記キャビティが、第二の流体通路（５２）を画成する第二のポート（４８）を備え、前記スプールが、
前記軸部分により前記第一のポート遮断部分から分離された第二のポート遮断部分（５８ａ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｆ）を備え、前記スプールが前記第一の位置にあるとき、前記スプールの前記第一のポート遮断部分が前記第一の流体通路(５０)を遮断する一方、流体が前記軸部通路及び前記第二の流体通路(５２)を通って流れることが許容され、前記スプールが前記第二の位置にあるとき、前記スプールの前記第二のポート遮断部分が前記第二の流体通路(５２)を遮断する一方、流体が前記軸部通路及び前記第一の流体通路(５０)を通って流れるのが許容され、
前記軸部が第一のポート(４６)及び第二のポート(４８)の各々と整合されたとき、前記軸部通路を前記第一の流体通路及び前記第二の流体通路に対して所定の方向に位置決めする方向決め機構（６６ａ，７４，７６）を備える、スプール弁。
【請求項９】
駆動軸（１２）の回転により順次に作動されるそれぞれの複数の弁を有するスプール弁装置であって、スプール弁の各々が、（ａ）第一の流体通路（５０）を画成する少なくとも第一のポート（４６）を有するシリンダ（４０）と、（ｂ）軸部分（６０ｄ）及び少なくとも１つのポート遮断部分（５６ｄ）を有するスプール（４４ｄ）とを備え、該スプールが、第一の位置と第二の位置との間にて前記シリンダ内で軸方向に可動であり、前記スプールが前記第一の位置にあるとき、前記流体が前記軸部分を通り且つ前記第一の流体通路を通って流れることが許容され、前記スプールが前記第二の位置にあるとき、前記第一の流体通路が遮断される、スプール弁装置において、
前記駆動軸により回転され、少なくとも２つの平行な面を有するカム軌道（７４，７６）と、
複数のカム従動子（６６ａ）であって、該カム従動子の各々が前記スプールのそれぞれ１つと関係し且つ該それぞれ１つに対して所定の位置に整合され、カム従動子の各々がそれぞれの各スプールの前記軸方向への移動及び前記駆動軸の回転に応答した前記それぞれのスプール弁の前記順次的作動を制御すべくカム軌道と係合して、それと相対的に移動し得るように前記カム軌道の前記平行な面の間に拘束された、複数のカム従動子とを備え、
それぞれのスプールの前記軸部分（６０ｄ）が、一対の側壁の間に形成された通路を画成しており、前記側壁は、前記軸部分が第一の流体ポートと整合したときに該軸部分及び第一の流体ポートを通る流体の流れを容易にするために、前記シリンダの第一の流体ポートに対して所定の方向に方向決めされており、
前記シリンダが、前記第一のポートから分離され且つ第二の流体通路（５２）を画成する第二のポート（４８）を備え、
前記スプールが前記第一の位置にあり且つ前記流体が前記軸部分を通り且つ前記第一のポートを通って移動するのを許容されたとき、前記第二の流体ポートが遮断され、
前記スプールが前記第二の位置にあるとき、前記第一の流体通路が遮断され且つ流体が前記軸部分及び前記第二の流体ポートを通って移動するのが許容され、
前記軸部分は、前記側壁にのみに取り付けられかつ一対の通路を形成するように形状付けられた非円形の湾曲面を有する水平な分割部（７９）を有し、前記通路は互いに軸方向に分離されており、該通路の各々は、前記軸部分がシリンダポートのそれぞれ１つと整合されたとき、該シリンダポートのそれぞれ１つへ且つ該それぞれ１つのシリンダポートから流体を指向するように方向決めされており、
前記側壁間の前記通路の所定方向と前記軸部分の水平な分割部は、(ａ)前記軸部分が前記第一の流体ポートと整合されたとき、該軸部分及び前記第一の流体通路を通り、(ｂ)前記軸部分が前記第二の流体ポートと整合されたとき、該軸部分及び前記第二の流体通路を通る流体の流れを容易にし得るように配置された、スプール弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、液圧ポンプ／モータの一体部分として内蔵された、例えば、ラジアル弁のような、流体の流れを制御するために使用される弁装置、より具体的には、かかる弁にて使用されるスプールの作動を制御する装置、及びスプール自体の形状に関する。
【０００２】
【背景】
流体の流れを制御するため往復運動型スプールを使用する弁装置は、液圧技術にて周知である。例えば、半径方向に配置されたスプール弁は、液圧ポンプ／モータ装置の一部として使用される（「ギア取り付け型の斜板を備える液圧機械（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｍａｃｈｉｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｇｅａｒ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｓｗａｓｈ−ｐｌａｔｅ）」という名称の米国特許第５，５１３，５５３号を参照）。かかる公知の殆どの弁装置において、スプールの各々は、弁体に形成されたシリンダ内を軸方向に往復運動する。最も一般的に、シリンダの各々には、第一及び第二の流体通路を画成する一対のポートが設けられており、該スプールは、軸部により分離された一対のポート遮断部分を有し、このため、スプールが第一の位置まで軸方向に動かされたとき、第一の流体通路は遮断される一方で流体は軸部を通り且つ第二の流体通路を通って流れるのを許容される。同様に、スプールが第二の位置まで軸方向に動かされたとき、第二の流体通路は遮断される一方で流体は軸部を通り且つ第二の流体通路を通って流れるのを許容される。
【０００３】
従来、かかる弁装置において、弁のスプール部分の一端は、回転するカム面上に乗り上げるカム従動子として作用し、スプールの各々は、カム面に向けてばね偏倚され、このため、カムの回転は、各弁装置内にてそれぞれのスプールが順次に且つ連続的に軸方向に動くのを制御する。しかし、かかるばね偏倚式スプール装置の応答時間及び作用の全体は、塵及び反作用圧力の問題による影響を受けることがしばしばあることが知られている。また、かかる公知の弁装置の個々のスプールは、それらのシリンダ内で作動されたとき、それらの中心軸線の周りをしばしば回転する（特に、極めてゆっくりと）ことが周知である。このため、各スプールの狭小な軸部分は、円筒状の形状にて設計し（図３及び図４参照）、かかるスプールが回転したときにその軸部分の方向が変化しても、弁を開いた場合、円筒状の軸部分の周りに形成された流体通路の形状は何ら変化しないようにすることが好ましい。
【０００４】
例えば、高馬力を発生させることができ且つ４０００ｒｐｍの高速度を達成し、更に４０００ｐ．ｓ．ｉ．の高圧に耐えなければならない自動車のポンプ／モータのような、高速度及び高圧状態の液圧流体の流れを制御するために弁装置が使用されるとき、弁の設計は極めて重要である。かかる状態下にて一定した流体の流れは重要である。
【０００５】
本明細書に開示された本発明は、主として、かかる重要な流体の流れを目的とするものである。本発明による弁装置は、ばね偏倚式弁装置の応答時間の問題を解決し且つ弁のタイミングの均一性を保証するのみならず、各スプールの軸部分を通って流れる流体の流れ効率を顕著に向上させるものである。
【０００６】
【発明の概要】
本発明による弁装置の全体的な形態は、上述した公知の従来のスプール弁装置に従うものである。すなわち、スプールの各々は、弁体に形成されたキャビティ、好ましくはシリンダ内を軸方向に往復運動する。該シリンダは、単一の流体通路のみを形成するポートを含むことができる。しかし、液圧ポンプ／モータと共に使用する設計とされた実施の形態において（例えば、図1及び図２に開示されたようなもの）、シリンダの各々には、第一及び第二の流体通路を画成する第一及び第二のポートが設けられる。該スプールは、軸部により分離された一対のポート遮断部分を有し、このため、スプールが第一の位置まで軸方向に移動されると、第一の流体通路は遮断される一方、流体は軸部を通り且つ第二の流体通路を通って流れることが許容され、また、スプールが第二の位置まで軸方向に移動されると、第二の流体通路は遮断される一方、流体は軸部を通り且つ第一の流体通路を通って流れることが許容される。
【０００７】
しかし、従来技術の構成と相違して、本発明の弁装置において、各スプールの軸方向への往復運動はばね偏倚式カム従動子により制御されない。その代わり、駆動軸と共に回転し得るように配置されたカム軌道内に拘束されたカム従動子により確実なスプールの制御が行われる。該カム軌道は、２つの平行なカム面を有し、カム従動子がこれらカム面の間に拘束される。すべての好ましい実施の形態において、カム従動子はローラである。
【０００８】
図１及び図２に図示した好ましい弁装置の構成において、複数の個々の弁が液圧ポンプ／モータの駆動軸の周りで半径方向に配置されている。各弁内のスプールは、該スプールの底部から伸びる柄状部分を有している。該柄状部分には、カム従動ローラが受け入れられる穴が形成されており、カム従動ローラは該穴内にて、該ローラがカム軌道の平行な面と転がり係合するのを許容するように所定の方向に支持されている。開示した実施の形態において、カム軌道の平行な面は、カム従動ローラの位置を制御する釣り合った確実な駆動を可能にする２つの鏡像部分に分割されている。カム軌道、ローラ及び柄状部分の組合わせ体は、各スプールの往復運動タイミングを制御し、これと同時に、スプールがそのそれぞれのシリンダ内でその中心軸線の周りを回転するのを防止する方向決め機構としても機能する。
【０００９】
各スプールの軸部分は、一対の側壁の間に形成された通路を画成しており、該側壁は、軸部分が第一の流体ポートと整合されたとき、前記シリンダのそれぞれの第一の流体ポートに対して所定の方向に配置されるようになっている。好ましくは、側壁の内面は、また、流体力学的に形状付けられるようにする。側壁の流体力学的形状は、弁により制御される流体通路が高速度／高圧にて流れるのを容易にし得る設計とされている。すなわち、これらの流体力学的表面は、（ｉ）スプールを通る流体の流れ、及び（ｉｉ）上記軸部分がそれと整合されたとき、それぞれのシリンダポートにより画成される流体通路への及び該流体通路からの流体の流れ方向の双方を容易にし得る形状とされている。また、前記軸部分の外周の周りにおいて、各側壁の外側とスプールが配置されたシリンダの内面との間に圧力釣合通路を形成されている。
【００１０】
勿論、これらの流体力学的軸の表面は、これら軸部分とシリンダの通路とを通る最大の流体の流れを保証し得るように弁シリンダのポートに対し所定の方向に維持しなければならない。本発明の方向決め機構は、スプールのいかなる軸まわりの回転をも防止する。すなわち、この機構は、スプールの各々に取り付けられたカム従動子を備えている。上述したように、これらのカム従動子（好ましくは、ローラ）は回転するカムの平行な表面の間に拘束され、このためスプールの各々は、カムの軌道により確実に駆動される一方、その軸線の周りで回転することができず、これにより、スプールの軸部の通路を所望の方向に維持することができる。
【００１１】
【詳細な説明】
図1には、例えば、その右端部（軸１２の右端部及び外側の電源のいずれをも図示せず）に接続された、例えば、自動車のエンジンのような外部の電源により回転可能である駆動軸１２を有する液圧ポンプ１０の一部分が図示されている。ポンプ１０は、複数のポンプシリンダ１６が駆動軸１２の軸線４２の周りで半径方向に配置されたシリンダブロック部分１４を有し、各シリンダ１６の軸線は軸線４２に対して平行に整合されている。ポンプピストン１８は、各ポンプシリンダ１６内に取り付けられ且つそれぞれ「鈎骨（ｄｏｇ  ｂｏｎｅ）」ピストンロッド２０により斜板２４の章動（ｎｕｔａｔｉｎｇ）するが回転しない揺動板２２に接続されており、斜板２４はまた章動し且つ回転するロータ２６を備えている。当該技術分野で周知の方法にて、斜板２４のロータ２６は、駆動軸１２と共に回転し得るように該駆動軸１２に回動可能に接続され、駆動軸１２に対する斜板２４の角度はリンク２８を含む手段により制御される。揺動板２２は、一対の球状歯車の内側歯車３２内に支持され、対の外側歯車３４は、ポンプ１０の円筒状ブロック部分１４の右端部に接続された斜板ハウジング部分３０の内壁に取り付けられている。
【００１２】
駆動軸１２の回転に応答するポンプピストン１８の往復運動は、流体をオリフィス１７を通じてポンプシリンダ１６内に且つポンプシリンダ１６外に移動させる。それぞれの各ピストン１８が右方向に移動する毎に、オリフィス１７に入る低圧の流体はピストンに従動してそのそれぞれのシリンダ１６を充填し、その後、それぞれの各ピストン１８が左方向に駆動されて戻るとき、高圧の流体はオリフィス１７を通じてそのそれぞれのシリンダ１６から押し出される。この高速度の低圧及び高圧流体の流れは、ボルト３８によりシリンダブロック１４の左端部に接続された弁ブロック３６内に保持されたスプール弁装置により制御される。
【００１３】
弁ブロック３６には、駆動軸１２の軸線４２の周りに配置された複数の弁シリンダ４０に対するボアが形成されており、各弁シリンダ４０の軸線は軸線１２から半径方向に伸びている。各弁シリンダ４０内でそれぞれのスプール４４ａは軸方向に移動して、相応するそれぞれの高圧及び低圧の流体通路を画成する一対のポート４６及び４８を順次に開き且つ閉じ、ポンプ１０のハウジングの左端部を形成する端部キャップ５４に形成されるそれぞれのら旋状マニホルド５３（1つのみを点線で図示）内の相応するそれぞれの通路５０、５２と接続するそれぞれの高圧及び低圧の流体通路５０、５２を画成する。
【００１４】
まず、本発明の第１の実施の形態に従ったスプールを使用して、弁ブロック３６内に取り付けられたスプール弁の作用の全体について説明する。「注：本発明の弁スプールの全ては、同一の参照番号で全体として表示した同様の要素からなる基本構成を有し、異なる実施の形態の要素は、各実施の形態に特有の接尾辞（ａ乃至ｆ）を使用して表示する。」
次に、図２、図６及び図７を参照すると、スプール４４ａの各々は、軸部６０ａにより分離された一対のポート遮断部分５６ａ、５８ａを備えており、好ましい実施の形態において、柄状部分６２ａは、ポート遮断部分５８ａから伸びている。柄状部分６２ａは、カム従動ローラ、すなわちカム従動子、６６ａを受け入れ且つ支持する案内穴６４ａを有する。
【００１５】
図１及び図２に図示するように、一対の鏡像カム要素７０、７２が弁ブロック３６内に配置され、駆動軸１２の左端部に取り付けられている。各々のそれぞれの軌道７４、７６の側壁を形成する少なくとも２つの平行な表面を有する一対のそれぞれのカム軌道７４、７６がカム要素７０、７２の内面の溝として機械加工されている。カム要素７０、７２は、駆動軸１２と共に回転し得るように固着され且つカム軌道７６がカム軌道７４の鏡像を形成し得るようにキー７８により所定の位置に保持されている。
【００１６】
組み立てのため、スプール４４ａの各々は、そのそれぞれの弁シリンダ４０内に取り付けられた後、カム要素７２は軸１２にキー止めされる。次に、それぞれのローラ６６ａの各々は、そのそれぞれのスプール４４の柄状部分６２に形成されたそれぞれの案内穴６４を通じて取り付けられる。次に、一端がカム要素７２のカム軌道７６内にあるようにカム従動ローラ６６ａの各々が配置される。その後、各ローラ６６ａの他端がカム要素７０のカム軌道７４内に受け入れられ、カム要素７０が適宜に所定の位置にて係止されるようにカム要素７０は軸１２にもキー止めされる。
【００１７】
上述したように、柄状部分６２ａは、スプール４４ａに対し固定されており、また、カム従動ローラ６６ａは、カム要素７０、７２のカム軌道７４、７６内に拘束されているため、スプール４４ａは、作動中の全ての時点にてそのそれぞれの弁シリンダ４０の軸線の周りで回転することが防止される。更に、軸部分６０ａの位置は、スプール４４ａの他の要素に対しても固定されているため、軸部分６０ａの方向は、作動中の全ての時点にてそのそれぞれの弁シリンダ４０の軸線の周りで回転するのが同様に防止される。
【００１８】
本発明の主要な特徴は、各スプールの軸部分の形状及び方向にあり、また、各軸部分がそのそれぞれの弁シリンダ４０のポートと整合されたとき、軸部分の各々により形成された通路を通って流れる流体の流れ及び方向決めを容易にすることにある。この点に関して、スプール４４ａの各々の軸方向への動きは、流体の順次的且つ両方向への流れ、すなわちポンプシリンダ１６内へ及びポンプシリンダ１６外への流れを制御することを認識すべきである。
【００１９】
流体の流れを容易にすることの重要性は、図３及び図４に図示した型式の従来技術のスプールと比較したとき、最も良く理解される。周知で且つ広く使用されている従来技術のスプール４４の各々において、ポート遮断部分５６、５８は、円筒状の形状をした軸部６０により分離されている。ポート遮断部分５８の底部には、従来の制御カムの面（例えば、図２のカム軌道７４の内壁面に類似）に乗り上げる設計とされた球状面５９が付与されている。かかる従来技術のスプール４４の各々の球状面５９は、ばね偏倚手段（図示せず）により制御カムの面と従来通り、接触状態に保持された、カム従動子として機能する。
【００２０】
上述の背景部分に記載されたように、従来技術のスプール４４の軸部６０の各々は、スプールの軸線上に中心が位置しており、また、円筒状の形態をしている。このため、弁の作動中、スプール４４がそのそれぞれの弁シリンダ内にて軸心まわりに回転しても、スプール４４の軸部分により形成された流体通路の相対的寸法及び形状は一定のままである。流体学の技術分野で周知であるように、流体が高速度でシリンダを経て流れるとき（例えば、帆船のフラッグ柱又はマストを経て動く空気が動くように）、移動する流体に渦流が形成され、その結果、波状の乱流が生じる。スプール４４の軸部通路を通る流体の動きに起因する乱流は、流体の流れ矢印８２で図５に概略図的に図示されており、この流れ矢印８２は、上述したように、各弁を通る流体の双方向への流れを示す。かかる乱流は、特に、高速度及び高圧時、弁の効率を低下させる。
【００２１】
本明細書の本発明は、かかる乱流を減少させ、これにより、高速度／圧力の液圧装置の効率を向上させることに関する。
【００２２】
【乱流の減少】
図６、図７及び図８に図示した本発明のスプールの設計に関する第１の実施の形態を参照すれば、スプール４４ａのポート遮断部分５６ａ、５８ａは、軸部分６０ａにより分離され、この軸部分６０ａにおいて、２つの側壁の内部８０ａは、軸部分６０ａがシリンダ４０のポート４６、４８とそれぞれ整合したとき、流体が流れるための通路を画成する。中間の軸部要素（例えば、従来技術のスプール４４の軸部６０）は何ら存在しないため、図８に流体の流れ矢印８２ａで概略図的に図示するように、流体はスプール４４ａの軸部分６０ａを経て妨害されずに且つ双方向に自由に移動する。ポート４６、４８に対する側壁の内部の８０ａの所定の位置は、該内部を通る流体通路の効率にとって重要であることを認識することが重要である。側壁の内部の８０ａの方向が一定であることは、上述した方向決め機構、すなわち、軸部分６０ａに対する柄状部分６２ａ及びローラ６６ａの所定で且つ一定の位置によって確保される。
【００２３】
本発明に関連するスプールの参考例が図９、図１０、図１１に図示されている。スプール４４ｂのポート遮断部分５６ｂ、５８ｂは、中央支持体６０ｂにより支持され、該中央支持体６０ｂがシリンダ４０のポート４６、４８とそれぞれ整合されたとき、流体が流れるための二重の通路を画成する軸部分を形成する。この参考例では、中央支持体６０ｂの表面８０ｂには、表面８０ｂを通る流体の両方向への流れを容易にし且つ移動する流体中に渦流が形成されることを少なくするため所定の流体力学的形状が付与されている。この場合にも、ポート４６、４８に対する中央支持体６０ｂの所定の位置は、この軸部分により形成された流体通路の効率にとって重要であり、また、中央支持体６０ｂの方向の一定性は、軸部分６０ｂに対する柄状部分６２ａ及びローラ６６ｂの所定で且つ一定の位置により確実とされる。
【００２４】
【流れ方向の改良】
上述したように、スプール弁は、ポンプ及びモータのような液圧機械にて広く使用されている。流体技術にて周知であるように、ポンプは、駆動軸の回転に応答可能なピストンを有し、この駆動軸は、外部の動力源により駆動される。ピストンは、低圧の流体をポンプシリンダ内に吸引し且つその流体を高圧にてシリンダ外に押し出す。液圧モータにおいて、その逆の作用が行われる、すなわち、高圧流体がモータのピストンを動かし、モータの駆動軸を回転させ、次に、流体は、より低圧にてシリンダから出て、組合わさる液圧ポンプと共用する閉液圧ループ（又は幾つかの場合、溜め）に戻る。モータ等に対し作用する液圧管内の高圧流体の流れが逆になったとき、モータの駆動軸の回転方向は逆になる。何れの場合でも、液圧流体は、別個のポートを通じてポンプ／モータのシリンダに入り且つポンプ／モータのシリンダから出て、また、これらのポートを通る流れ方向を逆にすることができる。
【００２５】
再度、図１に図示した液圧機械の左手端部分に図示したスプール弁装置を参照すると、弁シリンダ４０の各々は、各ポンプシリンダ１６の左端部と接続するオリフィス１７を有している。また、弁シリンダ４０の各々は、ポンプ１０の端部キャップ５３に形成された流体通路５０、５２とそれぞれ接続する２つの他の別個のポート４６、４８をも有する。図示した特別な配置において、ポート４６は、オリフィス１７の位置よりも上方に配置される一方、ポート４８は、オリフィス１７の位置よりも下方に配置されている。
【００２６】
この説明の目的上、ポンプ１０は、合わさる液圧モータと閉流体ループの配置状態で作動するものと想定する。更に、通路５０内に及びポート４６を接続する管路内に高圧流体が存在する一方、通路５２内に及びポート４８と接続する管路内に低圧の戻り流体が存在するものと想定する。図１には、ポンプ１０が流体をその最大流量にて駆動する最大の傾動角度位置にある斜板２４が図示されている。斜板２４が図示した位置に達し、スプール４４ａは丁度、双方のポート４６、４８が遮断されるその図示した位置に達しているものと想定する。ポンプのサイクルが続くと、斜板２４は、ピストン１８を右方向に動かし始め、カム要素７０、７２は、スプール４４ａを下方に動かし、流体の戻り通路５２をオリフィス１７と接続し、流体がポート４８から上方にポンプシリンダ１６のオリフィス１７内に流れるのを許容する。低圧の戻り流体は、斜板２４の回転がピストン１８が右方向に完全に動くことを許容する迄、オリフィス１７を通って動きを続け、シリンダ１６内に入る。この時点にて、スプール４４ａは、既に、上方に移動しており、双方のポート４６、４８は再度、遮断される。斜板２４がビストン１８を左方向に動かし始めると、スプール４４ａの連続的な上方への動きは、オリフィス１７をポート４６と接続し、ピストン１８がシリンダ１６からの高圧の流体をオリフィス１７から上方に、ポート４６内に且つ通路５０内に付勢することを許容することになる。
【００２７】
次の実施の形態は、本発明のスプールの軸部の通路を通る流体の流れ方向の設定を容易にすることに関する。
本発明の第２の実施の形態のスプール４４ｃが、図１２、図１３及び図１４に図示されている。スプール４４ｃは、第１の実施の形態の重要な特徴を組み合わせる。すなわち、第１の実施の形態と同様の設計において、軸部分６０ｃは、２つの側壁によってのみ画成された、完全に開いた流体通路を備えている。しかし、この実施の形態において、側壁の内面８０ｃには、流体が単一のポート（例えば、上述した図１２のオリフィス１７）に入り且つ該ポートから、単一のポートのそれぞれ左側及び右側にある一対のポート開口部（例えば、図１のポート４６、４８）まで流れるのを容易にし得るように選んだ所定の流体力学的形状が付与されている。
【００２８】
第３の実施の形態のスプール４４ｄが図１５、図１６及び図１７に図示されている。軸部分６０ｄは、また、軸部通路の限界箇所を画成すべく一対の側壁を使用する一方、流体動力学面８０ｄを有する水平な分割部７９は、流体流れ矢印８２ｄで示すように流体の流れを指向するように通路を分割する。この実施の形態において、単一のポート（例えば、図２のオリフィス１７）が図１７の右側に配置されているものと想定する。この実施の形態は、入口へ且つ入口から出て単一ポートの上方及び下方にそれぞれ配置されたポートから出る流体の流れを容易にする設計とされている。
【００２９】
図１８、図１９及び図２０には、先の参考例の改変例である、第２の参考例としてのスプール４４ｅが図示されている。すなわち、単一の中央支持体６０ｅには、単一ポート（例えば、図２のオリフィス１７）の左側及び右側にそれぞれ配置された分離したポート（例えば、図２のポート４６、４８）内へ及びこれらのポートからの流れを指向する設計とされた流体力学的面８０ｅが設けられている。この流体の流体の流れ方向は図２０に矢印８２ｅで示してある。
【００３０】
最後に、図２１、図２２及び図２３には、スプールの軸部分が２つの側壁のみにより画成された完全に開いた流体通路を備える第１及び第２の実施の形態（図７及び図１３参照）に適用可能な１つの好ましい改変例である、第４の実施の形態のスプール４４ｆが図示されている。流体の流れを容易にするため、これら側壁の厚さを薄くすることが望まれる。しかし、側壁がより薄くなるに伴い、高圧の流体が軸部開口部を通る結果、側壁が僅かに「湾曲」して、スプールの外面とそのそれぞれのシリンダの内面との間の隙間が望ましくない程に減少することになる。
【００３１】
この第６の実施の形態において、軸部分６０ｆの外周の全体の周りに圧力釣合い通路８４が形成されている（注：この通路８４の深さは図面では著しく誇張して示してある）。通路８４の幅（図２１、図２２及び図２３）は、軸部分６０ｆの全垂直高さに沿って伸びるものとして示してあるが、側壁の歪みを防止するのに十分な釣合い圧力を（各側壁の外側とスプール４４ｆが配置されたシリンダの内面との間に）導入するのに必要な以上、通路８４の寸法を大きくする必要はないから、より狭小な通路で十分である。
【００３２】
第１及び第２の実施の形態に関して上述したように、スプール４４ｆは、中間的な軸要素（例えば、従来技術のスプール４４の軸部６０）を何も有さず、流体は図２３に流体の流れ矢印８２ｆで概略図的に図示するように、スプール４４ｆの軸部分６０ｆを経て妨害されずに且つ両方向に自由に移動することができる。しかし、通路８４の深さ（著しく誇張して図示）は、所望の釣合い圧力を導入するのに適当ではあるが、感得し得る程の流体の流れを許容する程に深くはないから、軸部分６０ｆの外周に形成された通路８４を通る流れは図示されていないことも認識すべきである。
【００３３】
第２ないし第４の実施の形態においても、スプールの軸部分を通る流体通路の方向は同様に、極めて重要である。第１の実施の形態に関して説明したように、この重要な方向は、そのそれぞれの弁シリンダ４０の軸線の周りの個々のスプール４４ａ乃至４４ｆの回転を防止する機構により維持される。かかる方向決め機構は、弁シリンダ及びスプールの各々により共用されるキー及びスロット／スライド組合わせ体を使用する何らかの形態のキー溝機構を含むことになる。しかし、この場合にも、好ましい方向決め機構は、カム軌道内に拘束され且つ完全に上述したように各スプールに対して一定の方向に配置された確実被駆動のカム従動子を備えるものである。
【００３４】
上述した本発明は、上述したように、（ａ）各スプールを確実に駆動することと、（ｂ）各スプールの軸部分を通る流体の流れ方向の設定を容易にすることと、（ｃ）流体の乱流を減少させるスプール軸部の設計を使用することとにより、ポンプ効率を向上させる。液圧ポンプ／モータの弁装置内の流体の乱流を減少させることは機械の効率を向上させるのみならず、高速度の流体の移動に伴う機械の騒音を著しく減少させることにもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ハウジングの左端部内に配置された本発明の改良された半径方向スプール弁を示す、液圧ポンプ／モータ機械（例えば、米国特許第５，５１３，５５３号に開示された型式）の選んだ部分の概略図的な断面図である（一層明確にするため、重要でない部分及び点線部分は省略）。
【図２】  （ａ）機械の９つのポンプシリンダ及びそれぞれの弁開口部、（ｂ）本発明の確実なカム軌道の２分の１部分、及び（ｃ）２つのスプールの柄状部分及びローラ部分のみを示す、面２−２（部品を除去）に沿った、図１の半径方向スプール弁部分の同様の概略図的な断面図である。
【図３】  周知の従来技術の弁装置に対する従来のスプールの概略図的な側面図である。
【図４】  図３の従来のスプールの図３の面４−４に沿った別の側面図である。
【図５】  点線によりスプールの軸部分を通って流れる流体の方向を示す、図４の面５−５に沿ってスプールの中心軸線に対して垂直な断面図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態による改良されたスプールを示す概略図的な側面図である。
【図７】  図６のスプールを示す図６の面７−７に沿った別の側面図である。
【図８】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図７の面８−８に沿った断面図である。
【図９】  本発明と関連する参考例としてのスプールを示す概略図的な側面図である。
【図１０】  図９のスプールを示す図９の面１０−１０に沿った別の側面図である。
【図１１】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図１０の面１１−１１に沿った断面図である。
【図１２】  本発明の第２の実施の形態による改良されたスプールを示す概略図的な側面図である。
【図１３】  図１２のスプールを示す図１２の面１３−１３に沿った別の側面図である。
【図１４】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図１３の面１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】  本発明の第３の実施の形態による改良されたスプールを示す概略図的な側面図である。
【図１６】  図１５のスプールを示す図１５の面１６−１６に沿った別の側面図である。
【図１７】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図１６の面１７−１７に沿ってスプールの中央軸線の方向に見た断面図である。
【図１８】  本発明と関連する第２の参考例としてのスプールを示す概略図的な側面図である。
【図１９】  図１８のスプールを示す図１８の面１９−１９に沿った別の側面図である。
【図２０】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図１９の面２０−２０に沿った断面図である。
【図２１】  本発明の第４の実施の形態による改良されたスプールを示す概略図的な側面図である。
【図２２】  図２１のスプールを示す図２１の面２２−２２に沿った別の側面図である。
【図２３】  点線によりスプールの軸部分を通る流体の流れ方向を示す、図２２の面２３−２３に沿った断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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