(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が円形状の細長い空隙部を内部に設けられると共に、外部から前記空隙部に通じる複数の流入出路を設けられるケーシングと、液体が流通可能な凹部又は孔部の少なくとも一方を周側面に複数穿設されて前記ケーシングの空隙部に直線移動可能に配設される略円柱状のスプールと、前記ケーシング又はスプールの少なくとも一方に穿設された円環状に連続する溝に嵌め込まれて配設される円環状の弾性体からなるシール体とを有し、前記スプールが前記ケーシングにおける流入出路間の連通状態を変化させるよう位置調整されるスプール弁機構において、
前記シール体の外力を付加されていない無変形状態における円環中心軸方向寸法が、前記溝の幅より小さくされると共に、
前記ケーシングの溝に配設されるシール体の前記無変形状態におけるシール体最内周位置の径がスプール外周面径以上とされ、又は、前記スプールの溝に配設されるシール体の前記無変形状態におけるシール体最外周位置の径がケーシングの空隙部に面する内周面の径以下とされ、且つ、
前記シール体の前記無変形状態における最外周位置の径と最内周位置の径との差寸法が、前記溝の深さにケーシングの前記内周面径とスプール外周面径との差寸法を加えた合計寸法より小さくされて、前記空隙部に液圧が付加されない状態で溝内のシール体が弾性変形せず、
所定の液圧が前記空隙部に付加される使用状態で、前記液圧で弾性変形して断面形状を変化させたシール体が、ケーシングの溝における少なくとも底面、及び当該溝に対向するスプール外周面に密接する、又は、スプールの溝における少なくとも底面、及び当該溝に対向するケーシング内周面に密接して、ケーシングとスプールとの間の隙間を塞ぐことを
特徴とするスプール弁機構。
【請求項２】
前記請求項１に記載のスプール弁機構において、
前記ケーシングの前記内周面径とスプール外周面径との差寸法が、前記使用状態で前記シール体のはみ出しが生じない範囲内で最大値とされることを
特徴とするスプール弁機構。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載のスプール弁機構において、
前記シール体の嵌る溝を穿設される、ケーシングの前記内周面又はスプールの前記外周面に、所定の表面処理加工がなされることを
特徴とするスプール弁機構。
【請求項４】
前記請求項１又は２に記載のスプール弁機構において、
前記スプールが、前記ケーシングの空隙部に導入される前記液体より比重の小さい材質で形成されることを
特徴とするスプール弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧回路の方向切換弁に用いられる、ケーシングに対しスプールを位置調整して流路を切換可能なスプール弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧モータ等の負荷と油圧源との接続を切換えて、負荷の作動状態を制御する方向切換弁としては、スプール弁が多用される。スプール弁は、一般に、作動油を通過させる凹部や孔部を穿設された円筒状のスプールと、このスプールを長手方向移動自在に装着される空隙部及びこの空隙部に通じる複数のポートをそれぞれ設けられる弁ハウジングとを備えるものである。
【０００３】
弁ハウジングには、一次側流路として、圧力源に通じる圧力ポート、及び作動油の排出タンクに接続される低圧ポートが設けられ、二次側流路として、油圧モータ等の負荷側の複数の流路に接続される複数の負荷側ポートが設けられており、パイロット切換弁を介した油圧や手動レバーによりスプールを弁ハウジングに対し移動させることで、各ポートの連通状態を変えて、負荷に対する作動油の給排状態を切換える仕組みである。
【０００４】
例えば、３ポジションタイプの切換弁の場合、圧力ポートが二つの負荷側ポートのうち一方の負荷側ポートに連通し、低圧ポートが他方の負荷側ポートに連通する第一の接続状態と、圧力ポートが他方の負荷側ポートに連通し、低圧ポートが一方の負荷側ポートに連通する第二の接続状態と、二つの負荷側ポートがそれぞれ圧力ポート及び低圧ポートのいずれにも接続しない中立状態との三つの状態が、スプールを移動させて切換えられることで、圧力源からの高圧作動油を負荷に供給する流路と負荷から排出タンク側に作動油を戻す流路とを入れ替えて、負荷の作動の向きを切換えたり、作動油の供給を止めて負荷を作動停止状態とすることができる。
【０００５】
こうしたスプール弁では、Ｏリングなどの弾性材製の円環状シール体が、あらかじめ圧縮変形させられた状態で、スプールの外周部に設けられた複数の溝に嵌め込まれて弁ハウジングの空隙部に面する内周面に接し、又は、弁ハウジングの空隙部に面する内周部に設けられた複数の溝に嵌め込まれてスプールの外周面に接して、スプールを軸方向に摺動可能としつつ、シール体を挟むスプール軸方向両側の領域を液密状態で隔てる仕組みである。
【０００６】
こうした従来の方向切換弁の一例として、実開昭５９−１０８８７０号公報や特開２０１０−１０１３４１号公報に開示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５９−１０８８７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０１３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方向切換弁は前記各特許文献に示される構成となっており、シール体を用いてスプールと弁ハウジングとの間の隙間における作動油の漏れ（リーク）を防ぎながら、スプールを弁ハウジングに対し移動させ、各ポート間の連通状態を切換可能として、油圧回路における負荷に対する作動油の給排方向切換等に使用されていた。
【０００９】
ところで、近年、水道圧程度の比較的低圧の水圧でアクチュエータ等の負荷を作動させる水圧駆動システムが注目を集めている。こうした水圧駆動システムにおいても、油圧同様、負荷の作動を制御するために水圧回路における流路の切換を要することから、スプール弁を用いた切換弁装置を水圧回路用に適用することが検討されている。
【００１０】
ただし、油圧用のスプール弁を単純に水圧用に流用しようとしても、水は油に比べて粘性が低いなどの特性から、漏れが生じやすいという問題があった。そして、水圧として水道圧などの低い圧力域での使用を想定している場合、漏れによる圧力降下が大きいと、アクチュエータ等負荷での仕事能力が損なわれるため、漏れを確実に防ぐ必要がある。
【００１１】
スプール弁における漏れを防ぐための方策としては、Ｏリング等の弾性材製シール体のスプールや弁ハウジングへの接触面圧を大きくしてシールを強力にすることが考えられる。しかし、その場合、スプールを動かす際の摺動抵抗も大きくなり、例えば油圧用スプール弁の場合のように、水圧を利用した駆動力でスプールを移動させて切換を行う構造とするのは困難になるなど、油圧用としてスプール弁を使用する場合と同様の簡略な構造にできないという課題を有していた。このため、水圧用の切換弁としては、従来はスプール弁ではなくポペット弁が主に採用されていた。
【００１２】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、スプールとケーシング間にシール体を適切に配置して液体の漏れを防止できると共に、シール体の存在に基づくスプールの摺動抵抗を小さくして損失を抑えられ、液圧を有効に仕事に振り向けられるスプール弁機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るスプール弁機構は、横断面が円形状の細長い空隙部を内部に設けられると共に、外部から前記空隙部に通じる複数の流入出路を設けられるケーシングと、液体が流通可能な凹部又は孔部の少なくとも一方を周側面に複数穿設されて前記ケーシングの空隙部に直線移動可能に配設される略円柱状のスプールと、前記ケーシング又はスプールの少なくとも一方に穿設された円環状に連続する溝に嵌め込まれて配設される円環状の弾性体からなるシール体とを有し、前記スプールが前記ケーシングにおける流入出路間の連通状態を変化させるよう位置調整されるスプール弁機構において、前記シール体の外力を付加されていない無変形状態における円環中心軸方向寸法が、前記溝の幅より小さくされると共に、前記シール体の前記無変形状態における、シール体最内周位置の径がスプール外周面径以上、又は、シール体最外周位置の径がケーシングの空隙部に面する内周面の径以下とされ、且つ、前記シール体の前記無変形状態における最外周位置の径と最内周位置の径との差寸法が、前記溝の深さにケーシングの前記内周面径とスプール外周面径との差寸法を加えた合計寸法より小さくされて、前記空隙部に液圧が付加されない状態で溝内のシール体が弾性変形せず、所定の液圧が前記空隙部に付加される使用状態で、前記液圧で弾性変形したシール体が前記ケーシング及びスプールに密接してケーシングとスプールとの間の隙間を塞ぐものである。
【００１４】
このように本発明によれば、スプール弁のケーシング又はスプールの少なくとも一方に穿設された溝に嵌め込まれるシール体について、ケーシングの空隙部に液圧が付加されていない状態ではシール体を溝内で弾性変形させない一方、液圧が空隙部に付加される状態では液圧でシール体が弾性変形するように、シール体の外力を付加されていない無変形状態における各部の寸法と、溝の幅や溝の深さ、ケーシングの空隙部に面する内周面径とスプール外周面径との関係を設定して、弁使用状態で液圧が空隙部に付加されると、液圧で弾性変形したシール体がケーシング及びスプールに接してシール機能を発揮することにより、液体の漏れをシール体で防ぎつつ、シール体が液圧付加に応じた適度な弾性変形に基づいてスプール及びケーシングに密着することとなり、シール体のスプール及びケーシングに対する接触面圧が高くならず、スプールの摺動抵抗を少なくすることができると共に、スプールを移動させるのに必要な力を抑えられ、スプールを液圧で移動させる機構を採用でき、簡略な弁構造とすることができる。
【００１５】
また、液圧が加わる使用状態ではじめてシール体が弾性変形してケーシング及びスプールに接し、液密状態を維持可能となることにより、使用状態でシール体に対し相対移動する摺動面の径方向の寸法精度を、従来の未使用状態でもシール体が弾性変形しつつケーシング及びスプールに密着する場合と比べて緩和でき、スプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面の寸法のばらつきをより広い範囲で許容できることとなり、前記各面に対し表面処理加工などの加工の自由度を向上させられる。
【００１６】
また、本発明に係るスプール弁機構は必要に応じて、前記ケーシングの前記内周面径とスプール外周面径との差寸法が、前記使用状態で前記シール体のはみ出しが生じない範囲内で最大値とされるものである。
【００１７】
このように本発明によれば、スプールの外周面とケーシングの空隙部に面する内周面との間のクリアランスについて、シール体のはみ出しが生じない最大限の大きさに設定し、シール体がはみ出しによる悪影響を受けない状態を確保しつつ、スプールとケーシング間のクリアランスを大きくすることにより、スプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面の径方向の寸法精度の許容範囲を広くでき、厳密な加工精度を要求せずに済み、加工コストを抑えられる。また、仮に流通する液体中に異物が含まれる場合に、その異物がスプールとケーシング間に達したとしてもクリアランスが大きい分排除されやすく、こうした異物の影響を受けにくくすることができる。
【００１８】
また、本発明に係るスプール弁機構は必要に応じて、前記シール体の嵌る溝を穿設されるケーシングの前記内周面又はスプールの外周面に、所定の表面処理加工がなされるものである。
【００１９】
このように本発明によれば、液圧が加わる使用状態ではじめてシール体が弾性変形してケーシング及びスプールに接する構造を採用して、スプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面についてその径方向の寸法精度の許容範囲を広くできることに基づき、ケーシングの前記内周面又はスプールの外周面のうち、シール体の嵌る溝を穿設される側の面に、表面処理加工を行って所定の性質を付与することにより、表面処理加工による各部の径寸法のばらつきにも問題なく対応してスプールを摺動させられる状態を確保しつつ、表面処理の採用に伴う耐食性や摺動抵抗低減などの特性を付与でき、スプール弁としての汎用性や信頼性の向上が図れる。
【００２０】
また、本発明に係るスプール弁機構は必要に応じて、前記スプールが、前記ケーシングの空隙部に導入される前記液体より比重の小さい材質で形成されるものである。
【００２１】
このように本発明によれば、液圧が加わる使用状態ではじめてシール体が弾性変形してケーシング及びスプールに接する構造を採用して、スプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面についてその径方向の寸法精度の許容範囲を広くできることに基づき、スプールを空隙部に導入される液体より比重の小さい材質で形成してケーシング内に配設することにより、例えば合成樹脂材のように、温度変化に伴う寸法変化が大きい点や高い加工精度を得にくい点など、材質の特性に起因するスプール径寸法のばらつきがあっても、問題なくスプールを摺動させられる状態を確保しつつ、液圧の付加に伴ってスプールとケーシングとの間に液体が導入されると、この液体より比重の小さいスプールが浮いた状態となって、スプール下部とケーシングとの間に確実に液体を介在させられることとなり、スプールの摺動抵抗を抑えられ、スプールを移動させるのに強い力を必要としない簡略な弁構造にでき、コスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構を適用した切換弁装置の概略構成説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構におけるスプール、ケーシング及びシール体の配置関係説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構におけるシール体への水圧未付加状態説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構におけるシール体への水圧付加状態説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構を適用したスプール弁の中立状態説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構を適用したスプール弁の第一の流路接続状態説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るスプール弁機構を適用したスプール弁の第二の流路接続状態説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係るスプール弁機構を前記図１ないし図７に基づいて説明する。本実施形態においては、スプール弁機構を、液圧を付加する向きを入れ替え可能な負荷に対応して作動用液体の流路切換に用いられる、切換弁装置とした構成例について説明する。
【００２４】
前記各図において本実施形態に係るスプール弁機構を適用した切換弁装置１は、スプール弁１０と、このスプール弁１０のスプールポジションを切換えるパイロット切換弁５０とを一体化されてなり、液圧回路の作動用液体としての水に対しスプール弁１０がパイロット切換弁５０の作動に基づいて所定の負荷側流路との接続を切換えて負荷の作動を制御するものである。
【００２５】
前記スプール弁１０は、空隙部２１及びこの空隙部２１に通じる水の流入出口を設けられるケーシング２０と、このケーシング２０の空隙部２１に直線移動可能に配設される略円筒状のスプール３０と、ケーシング２０に複数穿設された溝２６にそれぞれ嵌め込まれてスプール３０とケーシング２０間での水の漏れを防ぐシール体４０とを備える構成である。
【００２６】
前記ケーシング２０は、金属材で形成され、横断面が円形状の細長い空隙部２１を内部に穿設されると共に、外部から空隙部２１に通じる水の流入出口を複数設けられる構成である。これら水流入出口としては、詳細には、圧力源８０に接続される圧力ポート２２と、低圧側流路７０を介して排出部９０に接続される低圧ポート２３と、水圧モータ等の負荷６０の順方向作動側と逆方向作動側の二つの負荷側流路６１、６２に各々接続される二つの負荷側ポート２４、２５がそれぞれ設けられる。
【００２７】
このケーシング２０における圧力ポート２２と低圧ポート２３はスプール長手方向に並べて配置され、また、二つの負荷側ポート２４、２５もケーシング２０の他側でスプール長手方向に並べて配置され、これらの流入出口を通じて空隙部２１に対し水が流入出可能とされる。そして、ケーシング２０の空隙部２１にはスプール３０が長手方向移動自在に装着される。
また、ケーシング２０の空隙部２１に面する内周面には、円環状のシール体４０を嵌め込むための周方向に連続する溝２６が複数穿設される構成である。
【００２８】
前記スプール３０は、金属材で形成される略円柱状体であり、周側面に周方向へ連続する溝状の凹部３１を穿設され、中心部に円柱軸方向に連続する中空部３２を設けられ、さらに周側面の複数所定箇所で周方向へ連続する溝部分と中空部３２に連通する孔部分とを組合せた横孔部３３、３４を穿設される構成である。この他、スプール３０の外周面両端部には、円環状のシール体４５を嵌め込むための周方向に連続する溝３５がそれぞれ穿設される。
【００２９】
このスプール３０が、ケーシング２０の空隙部２１に直線移動可能に配設され、ケーシング２０における各流入出口の連通状態を変化させるようケーシング２０に対し、位置調整される仕組みである。
【００３０】
このスプール３０の位置調整により、スプール弁１０として水圧モータ等の負荷６０に対する水の給排状態を切換えることとなる。スプール弁１０は、二つの負荷側ポート２４、２５がそれぞれ圧力ポート２２及び低圧ポート２３のいずれにも接続しない中立状態と、圧力ポート２２及び低圧ポート２３への二つの負荷側ポート２４、２５の各接続状態を切換可能な３ポジションタイプの切換弁となる。
【００３１】
具体的には、スプール３０のポジション切換で、スプール３０が一端部側（図５中で左側）にずれるように移動すると、圧力ポート２２と負荷側ポート２４にスプール３０の凹部３１が面し、圧力ポート２２から負荷側ポート２４に水が流れる（図６参照）。
【００３２】
この場合、負荷側ポート２５と低圧ポート２３にスプール３０の横孔部３４が面して、負荷側ポート２５と低圧ポート２３とを連通させ、負荷側ポート２５から低圧ポート２３側に水が流通可能となる。
【００３３】
また、スプール３０のポジション切換で、スプール３０が一端部側（図５中で右側）にずれるように移動すると、圧力ポート２２と負荷側ポート２５にスプール３０の凹部３１が面し、圧力ポート２２から負荷側ポート２５に水が流れる（図７参照）。
【００３４】
この場合、負荷側ポート２４にスプール３０の横孔部３３が面し、また低圧ポート２３に横孔部３４が面して、横孔部３３、スプール３０の中空部３２、及び横孔部３４からなる通路が負荷側ポート２４と低圧ポート２３とを連通させる。この場合、負荷側ポート２４から低圧ポート２３側に水が流通可能となる。
【００３５】
前記シール体４０は、例えばゴムやエラストマー等の弾性材製の円環状体である、公知のいわゆるＯリングであり、ケーシング２０の溝２６に嵌め込まれてケーシング２０内に配設される構成である。ただし、シール体４０はＯリングに限られるものではなく、断面形がＸ字形のＸリングなど、他の構造のものを用いる構成とすることもできる。
【００３６】
このシール体４０と、ケーシング２０及びスプール３０との関係は、以下の通りである（図２参照）。
シール体４０の外力を付加されていない無変形状態における円環中心軸方向寸法（Ｗ）が、ケーシング２０の溝２６の幅（Ｇ）より小さくされる。また、シール体４０の前記無変形状態における、シール体最内周位置の径（ＩＤ）が、スプール３０の外周面径（ｄ）以上とされる。
【００３７】
そして、シール体４０の前記無変形状態における最外周位置の径（ＯＤ）と最内周位置の径（ＩＤ）との差寸法が、溝２６の深さの合計値（Ｄ−ＣＤ）にケーシング２０の前記内周面径（ＣＤ）とスプール外周面径（ｄ）との差寸法を加えた合計寸法より小さくされる。
【００３８】
これにより、空隙部２１に水圧が付加されない状態では、溝２６内のシール体４０は弾性変形していない一方で、使用状態で所定の、例えば、０．２ＭＰａ以上の水圧が空隙部２１に付加されると、この液圧で弾性変形したシール体４０がケーシング２０及びスプール３０に接して液密状態を維持する仕組みである。
【００３９】
加えて、ケーシング２０の前記内周面径（ＣＤ）とスプール３０の外周面径（ｄ）との差寸法、すなわちクリアランスは、水圧が付加された使用状態で、シール体４０のはみ出しが生じない所定寸法範囲内における最大値とされる。なお、クリアランスのシール体４０のはみ出しが生じない所定寸法範囲は、水圧の大きさやシール体４０の硬さの度合いに対応して決まるものである。例えば、水圧が０．２〜０．５ＭＰａで、シール体４０のショアＡ硬さが７０の場合、０．５ｍｍ以下となり、ショアＡ硬さが９０の場合、０．８ｍｍ以下となる。
【００４０】
この他、ケーシング２０に溝２６を設ける代わりに、スプール外周に溝が設けられてその溝にシール体を嵌めて配設する構成とすることもでき、その場合には、シール体の前記無変形状態における、シール体最外周位置の径がケーシング２０の空隙部２１に面する内周面の径以下とされる。
【００４１】
前記パイロット切換弁５０は、ソレノイドの作動により高圧ポート５１及び低圧ポート５２に対する二つの出力ポート５３、５４の各連通状態を切り換える公知の切換弁であり、出力ポート５３、５４をスプール弁１０におけるスプールポジション切換用の二つの圧力室１１、１２にそれぞれ接続され、出力ポート５３、５４と圧力源８０の連通状態でスプール３０を動かし、スプール弁１０に対しポジション切換操作可能とされる構成である。
【００４２】
このパイロット切換弁５０では、高圧ポート５１をスプール弁１０側の圧力ポート２２を介して圧力源８０に、低圧ポート５２をスプール弁１０側の低圧ポート２３を介して排出部９０にそれぞれ接続される。
【００４３】
パイロット切換弁５０で、高圧ポート５１が出力ポート５３に連通し、低圧ポート５２が出力ポート５４に連通すると、スプール弁１０の圧力室１１に高圧の作動用液体を供給されて、逆に作動用液体を排出されて低圧となる反対側の圧力室１２の側にスプール３０が移動し、スプール３０は圧力室１２側寄りのポジション（Ｘ位置）をとる仕組みである。この状態で、スプール弁１０における圧力ポート２２が負荷側ポート２４に連通し、低圧ポート２３が負荷側ポート２５に連通する。
【００４４】
また、パイロット切換弁５０で高圧ポート５１が出力ポート５４に連通し、低圧ポート５２が出力ポート５３に連通すると、スプール弁１０の圧力室１２に高圧の作動用液体を供給されて、逆に作動用液体を排出されて低圧となる反対側の圧力室１１の側にスプール３０が移動し、スプール３０は圧力室１１側寄りのポジション（Ｙ位置）をとる仕組みである。この状態で、スプール弁１０で圧力ポート２２が負荷側ポート２５に連通し、低圧ポート２３が負荷側ポート２４に連通することとなる。
【００４５】
なお、パイロット切換弁５０には中立状態が存在しており、ソレノイドが作動していない場合にこの中立状態となる。中立状態では、高圧ポート５１とスプール弁３０の圧力室１１、１８に通じる二つの出力ポート５３、５４との連通が遮断される一方、低圧ポート５２と出力ポート５３、５４が連通する仕組みである。これにより、スプール弁１０の圧力室１１、１２における圧力が出力ポート５３、５４及び低圧ポート５２を経て低圧側流路７０に逃げることから、スプール弁１０のスプール３０を動かそうとする水圧は加わらず、スプール３０は中立位置に保持され、スプール弁１０も中立状態となる。
【００４６】
次に、本実施形態に係るスプール弁機構における切換状態について説明する。前提として、通常、作動用液体としての水が、水圧モータ等の負荷６０の作動状態に関わりなく、ポンプ等の圧力源８０から所定の供給圧力で継続的に供給されて、切換弁装置１におけるスプール弁１０の圧力ポート２２に達しているものとする。
【００４７】
ケーシング２０の溝２６内に配設されるシール体４０は、ケーシング２０の空隙部２１に水圧が付加されていない状態では弾性変形していないが、水圧が空隙部２１に付加される状態では、この水圧で弾性変形し、シール体４０はケーシング２０及びスプール３０に接してシール機能を発揮する。すなわち、シール体４０は水圧付加に応じた適度な弾性変形に基づいてスプール３０及びケーシング２０に密着し、シール体位置を越えるような水の漏れを防ぐ。
【００４８】
パイロット切換弁５０によるスプール３０のポジション切換に際して、スプール３０を移動させると、シール体４０のスプール３０との接触位置が変わるが、シール体４０がスプール３０及びケーシング２０に接触している箇所では、水圧で弾性変形したシール体４０がスプール３０及びケーシング２０に密着して水の漏れを防ぐ状態が維持される。そして、こうした接触箇所では、シール体４０のスプール３０及びケーシング２０に対する接触面圧が過度に高くなることはなく、移動するスプール３０の摺動抵抗を抑えられる。
【００４９】
スプール弁１０のスプール３０が中立状態の場合、スプール弁１０の圧力ポート２２と負荷側流路６１、６２に通じる二つの負荷側ポート２４、２５との連通が遮断され、水供給がなされないことで、負荷６０は停止状態となる。
【００５０】
パイロット切換弁５０によるスプール３０のポジション切換で、スプール３０が一端部側（図５中で左側）にずれるように移動すると、圧力ポート２２と負荷側ポート２４にスプール３０の凹部３１が面し、圧力ポート２２と負荷側ポート２４とを連通させて、圧力ポート２２から負荷側ポート２４側に水が供給される。また、低圧ポート２３と負荷側ポート２５にスプール３０の横孔部３４が面し、低圧ポート２３と負荷側ポート２５とを連通させて、負荷側ポート２５から低圧ポート２３側に水が流通可能となる。
【００５１】
こうして、圧力ポート２２が一方の負荷側ポート２４と連通し、且つ低圧ポート２３が他方の負荷側ポート２５に連通した状態（図６参照）では、圧力源８０からの高圧の水が、スプール弁１０の圧力ポート２２に進み、凹部３１周囲の空隙部２１を通って、一方の負荷側ポート２４に至ることとなる。水は、一方の負荷側ポート２４から出て、一方の負荷側流路６１を通じて水圧モータ等の負荷６０に供給される状態となる。これにより、負荷６０が順方向に作動することとなる。
【００５２】
この状態で、モータ等の負荷６０から水が排出される他方の負荷側流路６２に接続する他方の負荷側ポート２５は、低圧ポート２３と連通しているため、負荷６０の作動の間、負荷６０から他方の負荷側流路６２に排出される水は、他方の負荷側ポート２５、及び低圧ポート２３を経て低圧側流路７０、さらに排出部９０に達する。
【００５３】
また、パイロット切換弁５０によるスプール３０のポジション切換で、スプール３０が他端部側（図５中で右側）にずれるように移動すると、圧力ポート２２と負荷側ポート２５にスプール３０の凹部３１が面し、圧力ポート２２と負荷側ポート２５とを連通させて、圧力ポート２２から負荷側ポート２５側に水が供給される。また、負荷側ポート２４にスプール３０の横孔部３３が面し、また低圧ポート２３に横孔部３４が面して、横孔部３３、スプール３０の中空部３２、及び横孔部３４からなる通路が負荷側ポート２４と低圧ポート２３とを連通させることから、このスプール３０における横孔部３３、中空部３２、及び横孔部３４からなる通路によって、負荷側ポート２４から低圧ポート２３側に水が流通可能となる。
【００５４】
こうして、スプール弁１０で圧力ポート２２が他方の負荷側ポート２５と、低圧ポート２３が一方の負荷側ポート２４とそれぞれ連通する状態（図７参照）では、圧力源８０からの高圧の水が、スプール弁１０の圧力ポート２２に進み、凹部３１周囲の空隙部２１を通って、他方の負荷側ポート２５に至る。負荷側ポート２５から出た水が、他方の負荷側流路６２を通じて水圧モータ等の負荷６０に供給されることで、負荷６０は逆方向に作動する。
【００５５】
また、一方の負荷側ポート２４は低圧ポート２３に連通することから、負荷６０の作動の間、負荷６０から一方の負荷側流路６１に排出される水は、一方の負荷側ポート２４、及び低圧ポート２３を経て低圧側流路７０、さらに排出部９０に達する。
【００５６】
スプール弁１０におけるスプール３０のポジション切換で、スプール３０が移動する場合に、このスプール３０の移動に伴って、シール体４０がスプール３０の凹部３１に面する状態からスプール３０の外周面に面してこれに接する状態に移行することも起り得るが、シール体４０の前記無変形状態における内径がスプール３０外周面径以上であり、水圧を受ける場合でも内方への変形量は小さいことから、シール体４０が溝２６の横にはみ出してケーシング２０とスプール３０間に噛み込まれることはなく、噛み込みによるシール体４０の劣化を未然に防止できる。
【００５７】
このように、本実施形態に係るスプール弁機構は、スプール弁１０のケーシング２０に穿設された溝２６に嵌め込まれるシール体４０について、ケーシング２０の空隙部２１に水圧が付加されていない状態ではシール体４０を溝２６内で弾性変形させない一方、水圧が空隙部２１に付加される状態では水圧でシール体４０が弾性変形するように、シール体４０の外力を付加されていない無変形状態における各部の寸法と、溝２６の幅や深さ、スプール３０の外周面径との関係を設定して、弁使用状態で水圧が空隙部２１に付加されると、水圧で弾性変形したシール体４０がケーシング２０及びスプール３０に接してシール機能を発揮することから、作動用液体としての水の漏れをシール体４０で防ぎつつ、シール体４０が水圧付加に応じた適度な弾性変形に基づいてスプール３０及びケーシング２０に密着することとなり、シール体４０のスプール３０及びケーシング２０に対する接触面圧が高くならず、スプール３０の摺動抵抗を少なくすることができると共に、スプール３０を移動させるのに必要な力を抑えられ、パイロット切換弁５０を併用してスプール３０を水圧で移動させる機構を採用した簡略な弁構造とすることができ、コストを低減できる。
【００５８】
また、水圧が加わる使用状態ではじめてシール体４０が弾性変形してケーシング２０及びスプール３０に接し、水密状態を維持可能となることから、使用状態でシール体４０に対し相対移動する摺動面の径方向の寸法精度を、従来の未使用状態でもシール体が弾性変形しつつケーシング及びスプールに密着する場合と比べて緩和でき、スプール３０外周面やケーシング２０の空隙部２１に面する内周面の寸法のばらつきをより広い範囲で許容できることとなり、加工の自由度を向上させられる。
【００５９】
なお、前記実施形態に係るスプール弁機構においては、ケーシング２０やスプール３０として金属材を使用する点以外での特別な構造や仕様を有しない構成としているが、これに限らず、ケーシング２０のスプール３０と摺接する面や、スプール３０のケーシング２０と摺接する面に対し、所定の表面処理加工、例えば、摺動抵抗を抑えることを主目的として二硫化モリブデンコーティングや、錆を防ぐためのＳＵＳ粉末コーティングなど、を行う構成とすることもできる。この場合、前記実施形態同様の液圧が加わる使用状態ではじめてシール体４０が弾性変形してケーシング２０及びスプール３０に接する構造により、スプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面についてその径方向の寸法精度の許容範囲を広くしており、表面処理加工による各部の径寸法のばらつきにも問題なく対応でき、スプール３０を摺動させられる状態は確保される。その上で、表面処理の採用に伴う耐食性や摺動抵抗低減などの特性を付与できることから、スプール弁としての汎用性や信頼性の向上が図れる。
【００６０】
また、この他に、スプール３０が金属材で形成される構成に代えて、スプールをケーシングの空隙部に導入される水等の液体より比重の小さい材質、例えば合成樹脂材で形成する構成とすることもできる。
【００６１】
この場合、前記同様にスプール外周面やケーシングの空隙部に面する内周面についてその径方向の寸法精度の許容範囲を広くしている分、例えば合成樹脂材のように、温度変化に伴う寸法変化が大きい点や高い加工精度を得にくい点など、比重小の代替材質の特性に起因するスプール径寸法のばらつきがあっても、問題なくスプールを摺動させられる状態を確保できる。その上で、液圧の付加に伴ってスプールとケーシングとの間に液体が導入されると、この液体より比重の小さいスプールが浮いた状態となって、スプール下部とケーシングとの間に確実に液体を介在させられることから、スプールの摺動抵抗を抑えられ、スプールを移動させるのに強い力を必要としない簡略な弁構造にでき、コスト低減が図れる。
【実施例】
【００６２】
本発明に係るスプール弁機構で、液圧が付加されない状況では無変形状態となる配置条件でシール体を使用した場合に、ケーシングとスプールとの間における作動用液体としての水の漏れをシール体で防止可能か否かを評価するために、実際のスプール弁機構にシール体を使用した状態で液圧を付加して漏れ量の測定を行い、得られた測定結果に基づいて、ケーシングとスプール間にシール体を配置する際に必要な寸法等条件について評価検証した。
【００６３】
まず、本発明に係るスプール弁機構の第１の実施例として、シール体をＯリングとし、ケーシング側に設けた溝にＯリングを嵌め込む構成例について、Ｏリングの片側から液圧を加えて漏れ試験を行い、漏れ量の測定を行った。スプール弁のＯリング装着部の各部寸法は以下の通りであり、加えた液圧は０．２ＭＰａである。漏れ量の測定は、スプール外径φｄとケーシング溝幅Ｇの各条件を変えた複数の場合について行った。スプール外径φｄについては、比較例として液圧を加えない状況で変形の生じる場合も含む三つの条件を与え、また、ケーシング溝幅Ｇについては、溝幅ＧがＯリング線径Ｗ以上となる三つの条件を与えて、条件の組合せが異なる合計９通りの各場合について、漏れ量に変化があるか検証した。測定結果を表１に示す。
【００６４】
各部寸法（単位：ｍｍ）
Ｏリング外径φＯＤ＝２６．６
Ｏリング内径φＩＤ＝２１．８
スプール外径φｄ：２１．７４、２１．８、２１．８６
ケーシング溝底径φＤ＝２６．６
ケーシング内径φＣＤ＝２２
ケーシング溝幅Ｇ：２．４、２．７、２．９
Ｏリング線径φＷ＝２．４
【００６５】
【表１】
0006591934.tif 000002
【００６６】
表１より、スプール外径φｄとケーシング溝幅Ｇのいずれの組合せの場合でも、測定で漏れ量は確認できなかった。すなわち、スプール外径φｄについて液圧を加えない状況で既に変形の生じる条件（φｄ＝２１．８６の場合）の比較例を除く、液圧を加えない状況でＯリングが未変形状態である各条件のいずれについても、測定で漏れ量を確認することはできず、液圧が加わらない状況では無変形状態となる配置条件でＯリングを使用しても、作動用液体の漏れを防止できることがわかる。
【００６７】
次に、本発明に係るスプール弁機構の、スプールをより大きくした第２の実施例について、上記同様シール体をＯリングとし、Ｏリングの片側から液圧を加えて漏れ試験を行い、漏れ量の測定を行った。スプール弁のＯリング装着部の各部寸法は以下の通りであり、加えた液圧は０．２ＭＰａである。
【００６８】
各部寸法（単位：ｍｍ）
Ｏリング外径φＯＤ＝４２．８
Ｏリング内径φＩＤ＝３５．７
スプール外径φｄ＝３５．５
ケーシング溝底径φＤ＝４２．８
ケーシング内径φＣＤ＝３６
ケーシング溝幅Ｇ＝３．６
Ｏリング線径φＷ＝３．５
【００６９】
前記条件での測定結果は、漏れ量０、すなわち測定で漏れ量は確認できなかった。スプールの大きさが前記第１実施例と異なる場合についても、液圧が加わらない状況では無変形状態となる配置条件でＯリングを使用して、作動用液体の漏れを防止し得ることがわかる。
【００７０】
上記各測定結果より、上記の各寸法条件に対し、Ｏリングに対し溝の大きさがより小さくなる（溝内面がＯリングにより近くなる）条件や、Ｏリングに対しスプール外径がより大きくなる（スプール外周面がＯリングにより近くなる）条件、Ｏリングに対しケーシング内径がより小さくなる（ケーシング内周面がＯリングにより近くなる）条件など、Ｏリングがより小さい液圧でスプールやケーシングに接触する程度まで弾性変形することが考えられる条件では、上記の測定条件の場合と同じ液圧では変形量が大きくなって面圧もより大きくなると予想できることから、前記測定結果の条件同様に漏れが生じないことが見込める。
【００７１】
以上から、本発明のスプール弁機構は、液圧が付加されない状況では無変形状態となる配置条件でシール体を使用することで、スプールの摺動抵抗を大きくすることなく、スプール弁での作動用液体の漏れをシール体で適切に防止できることがわかる。
【符号の説明】
【００７２】
１                      切換弁装置
１０                    スプール弁
１１、１２              圧力室
２０                    ケーシング
２１                    空隙部
２２                    圧力ポート
２３                    低圧ポート
２４、２５              負荷側ポート
２６                    溝
３０                    スプール
３１                    凹部
３２                    中空部
３３、３４              横孔部
３５                    溝
４０、４５              シール体
５０                    パイロット切換弁
５１                    高圧ポート
５２                    低圧ポート
５３、５４              出力ポート
６０                    負荷
６１、６２              負荷側流路
７０                    低圧側流路
８０                    圧力源
９０                    排出部
【図１】
0006591934.tif 000003
【図２】
0006591934.tif 000004
【図３】
0006591934.tif 000005
【図４】
0006591934.tif 000006
【図５】
0006591934.tif 000007
【図６】
0006591934.tif 000008
【図７】
0006591934.tif 000009