(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブハウジング内に嵌入固定したスリーブに、圧力源に接続するＰポート、アクチュエータへ作動流体を供給する少なくとも２つの供給ポート、上記アクチュエータからの作動流体を排出する少なくとも２つの排出ポート及び作動流体を外部に流出するＴポートを設け、前記スリーブ内に回動自在又は摺動自在に嵌入して設けたスプールに、第１中空室及び第２中空室を区画して設け、前記Ｐポートと前記第１中空室とを常に接続する供給側流入口及び上記第１中空室と前記各供給ポートとの接続状態を切換え自在の供給側流出口を前記スプールに設けると共に、前記第２中空室と前記各排出ポートとの接続状態を切換え自在の排出側流入口及び上記第２中空室と前記Ｔポートとを常に接続する排出側流出口を前記スプールに設け、かつ前記一方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに一方の排出ポートと排出側流入口とが接続し、他方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに他方の排出ポートと排出側流入口とが接続する構成となし、前記供給側流入口は前記スプールの一端側で対称位置に設けてあり、かつ前記スプールの軸心を前記スリーブの軸心に一致した状態に保持するために、上記スプールの両端側の周囲に対応して前記スリーブの内周面に、当該スプールの軸心方向に圧力を作用するためのチャンバーを設けたことを特徴とする方向制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の方向制御弁において、バルブハウジングに形成した複数の流体孔とスリーブに形成した各ポートとを接続するための流体通路をスリーブの外周面に形成したことを特徴とする方向制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の方向制御弁において、流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成したことを特徴とする方向制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油圧ポンプ等の圧力源から油圧シリンダ等のごときアクチュエータへの作動流体の供給方向を制御自在の方向制御弁に係り、さらに詳細には、切換え動作を行うためのスプールの軽量化を図ることが容易であり、かつスプールの切換え動作を軽快に行うことのできる方向制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、方向制御弁としては、バルブハウジング内にスプールを摺動自在に内装し、上記スプールを中立位置から右又は左方向へ摺動することにより、圧力源に接続したＰポートとアクチュエータに接続したＡポート又はＢポートの一方とを接続し、かつタンクに接続したＴポートとＡポート又はＢポートの他方とを接続する構成であって、例えばＰポートとＡポート等の接続はスプールの外周面に形成された周溝を介して行われるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとき構成においては、スプールのランド部分の軸方向の厚さは各ポートの径方向に対応して厚くなり、かつスプールに形成する周溝の深さにも強度上の限界があり、スプールの軽量化を図って軽快に動作する上において問題がある。また、各ポートを接続するためにパイプを使用する場合はともかくも、一般的には、バルブハウジングあるいはマニホールドブロックに流通孔を穿孔加工し、各流通孔を接続する構成であるので、各流通孔の交叉部分（例えば直角に交叉する部分）にはエッジ部が生じ円滑な曲線に加工することができず、当該部分において抵抗損失が生じ発熱源になり易いという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので請求項１に係る発明は、バルブハウジング内に嵌入固定したスリーブに、圧力源に接続するＰポート、アクチュエータへ作動流体を供給する少なくとも２つの供給ポート、上記アクチュエータからの作動流体を排出する少なくとも２つの排出ポート及び作動流体を外部に流出するＴポートを設け、前記スリーブ内に回動自在又は摺動自在に嵌入して設けたスプールに、第１中空室及び第２中空室を区画して設け、前記Ｐポートと前記第１中空室とを常に接続する供給側流入口及び上記第１中空室と前記各供給ポートとの接続状態を切換え自在の供給側流出口を前記スプールに設けると共に、前記第２中空室と前記各排出ポートとの接続状態を切換え自在の排出側流入口及び上記第２中空室と前記Ｔポートとを常に接続する排出側流出口を前記スプールに設け、かつ前記一方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに一方の排出ポートと排出側流入口とが接続し、他方の供給ポートと供給側流出口とが接続したときに他方の排出ポートと排出側流入口とが接続する構成となし、前記供給側流入口は前記スプールの一端側で対称位置に設けてあり、かつ前記スプールの軸心を前記スリーブの軸心に一致した状態に保持するために、上記スプールの両端側の周囲に対応して前記スリーブの内周面に、当該スプールの軸心方向に圧力を作用するためのチャンバーを設けた構成である。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の方向制御弁において、バルブハウジングに形成した複数の流体孔とスリーブに形成した各ポートとを接続するための流体通路をスリーブの外周面に形成した構成である。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の方向制御弁において、流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成した構成である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、本発明の実施の形態に係る方向制御弁１は、筒状のバルブハウジング３を備え、このバルブハウジング３内にはスリーブ５が流体の洩れがないように密に嵌入固定されている。上記バルブハウジング３には複数の流体孔が設けられている。すなわち、上記流体孔として、例えば油圧ポンプ等のごとき圧力源７に接続するＰポート９、例えば油圧シリンダのごとき適宜のアクチュエータ１１へ作動流体を供給するための２つの供給ポート１３Ａ，１３Ｂ、上記アクチュエータ１１からの作動流体を排出する２つの排出ポート１５Ａ，１５ＢおよびタンクＴ等に作動流体を流出するＴポート１７が設けてある。
【０００８】
なお、一方の供給ポート１３Ａは流路Ｌ１を介してアクチュエータとしてのシリンダ１における第１室１１Ａに接続してあり、他方の供給ポート１３Ｂは流路Ｌ２を介して第２室１１Ｂに接続してある。また、一方の排出ポート１５Ａは流路Ｌ３を介して前記第１室１１Ａに接続してあり、他方の排出ポート１５Ｂは流路Ｌ４を介して第２室１１Ｂに接続してある。
【０００９】
前記スリーブ５の外周面には、前記Ｐポート９、供給ポート１３Ａ，１３Ｂ、排出ポート１５Ａ，１５ＢおよびＴポート１７に対応して断面形状が半円形で一定深さの周溝１９，２１，２３，２５，２７及び２９が流体通路として形成してあり、各周溝の外側には流体孔としての前記各ポート９，１３Ａ，１３Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ及び１７から離れるに従って次第に深さが浅くなる外周溝１９Ａ（図２参照），２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ，２９Ａが形成してある。
【００１０】
したがって、周溝と外周溝とを含む各流体通路は、流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積が大きく形成してある。
【００１１】
前記周溝１９は、スリーブ５に放射方向（径方向）に直交して設けた複数のＰポート３１（図２参照）を介して内部空間３２に連通してあり、この内部空間にはチャンバーとして一定幅の内周溝３３（図１参照）が形成してある。
【００１２】
前記周溝２１，２３は、スリーブ５の軸心を中心として対称位置に設けた供給ポート３５Ａ，３５Ｂを介して前記内部空間３２に連通してある。なお、上記供給ポート３５Ａと供給ポート３５Ｂは適宜に位相を異にした位置に位置をずらして配置されている。
【００１３】
前記周溝２５，２７は、スリーブ５の軸心を中心として対称位置に設けた排出ポート３７Ａ，３７Ｂを介して前記内部空間３２に連通してある。上記排出ポート３７Ａは前記供給ポート３５Ａと同一位相の位置に配置してあり、排出ポート３７Ｂは供給ポート３５Ｂと同一位相の位置に配置してある。
【００１４】
前記周溝２９はスリーブ５の軸心を中心として対称位置に設けた複数のＴポート３９を介して前記内部空間３２に連通してある。
【００１５】
前記スリーブ５の内部空間３２内にはスプール４１が回動自在に嵌入してある。このスプール４１には第１中空室４３と第２中空室４５とが軸方向に区画して形成してあり、各中空室４３，４５の端部はそえぞれ栓部材４７，４９によって密封してある。
【００１６】
上記スプール４１の第１中空室４３は、スプール４１に形成した供給側流入口５１を介して前記Ｐポート３１と接続してある。上記供給側流入口５１はスプール４１の直径方向に貫通して形成してあり、この供給側流入口５１に対応してスプール４１の外周面には外周溝４１Ｇが形成してある。したがって、スプール４１の第１中空室４３とＰポート３１はスプール４１の回動に拘わりなく常に連通した状態にあるものである。
【００１７】
また、上記スプール４１には第１中空室４３と前記各供給ポート３５Ａ，３５Ｂとの接続状態を切換え自在の供給側流出口５３が十字方向に形成してある。すなわち、図１に示すように、スプール４１が中立位置にあるときには各供給ポート３５Ａ，３５Ｂと供給側流出口５３との連通は遮断した状態にあり、スプール４１を、図１に示す矢印方向Ａ方向（正方向）に回動すると、前記供給ポート３５Ａと供給側流出口５３とが連通し、矢印Ｂ方向（逆方向）に回動すると、前記供給ポート３５Ｂと供給側流出口５３とが連通するように構成してある。
【００１８】
さらに、スプール４１には、前記第２中空室４５と前記各排出ポート３７Ａ，３７Ｂとの接続状態を切換え自在の排出側流入口５５が十字方向に形成してある。すなわち、スプール４１が中立位置にあるときには各排出ポート３７Ａ，３７Ｂと排出側流入口５５との連通は遮断した状態にあり、スプール４１を矢印Ａ方向（正方向）に回動すると、排出ポート３７Ｂと排出側流入口５５とが接続し、矢印Ｂ方向（逆方向）に回動すると、排出ポート３７Ａと排出側流入口５５とが接続するように構成してある。
【００１９】
また、さらにスプール４１には、スプール４１の回動に拘わりなく前記第２中空室４５と前記Ｔポート３９とを常に連通した状態に保持する排出側流出口５７が形成してある。したがって、第２中空室４５は常にタンクＴに接続した状態すなわち外部に開放した状態にある。
【００２０】
既に理解されるように、圧力源７からの作動流体はスリーブ５の内部空間３２の一端側に形成したチャンバー（内周溝）３３を経てスプール４１の供給側流入口５１から第１中空室４３内に流入するが、作動流体の一部は、スリーブ５の内部空間３２との内周面とスプール４１の外周面との間の微小間隙に侵入し、潤滑機能を奏すると共に、チャンバー３３内の流体圧がスプール４１の軸心方向に作用し、スプール４１の軸芯をスリーブ５の内部空間３２の軸心に一致した状態に保持するようにセンタリング機能を有するものである。なお、上記チャンバー３３の構成としては、連続した溝でもよく、また周方向に複数に等分割した溝でも良いものである。
【００２１】
前記内部空間３２の他端側には前記チャンバー３３と同様のチャンバー５９が形成してあり、このチャンバー５９はバイパス路６１を介して前記チャンバー３３に接続してある。したがって、上記チャンバー５９にはバイパス路６１を介して作動流体の一部が導入されており、このチャンバー５９内の作動流体の圧力によりスプール４１とスリーブ５との間の潤滑が行われると共に前述同様にセンタリング機能を奏するものである。
【００２２】
なお、スプール４１とスリーブ５の内部空間３２の内周面との微小間隙に侵入した作動流体は、両側に形成したドレン路６３を経てタンクＴに回収されるものである。
【００２３】
前記スリーブ５の一端面には蓋部材６５が取付けてあり、他端部にはブラケット６７が取付けてあって、スプール４１の軸方向への摺動が規制されている。そして、上記ブラケット６７には、例えばステッピングモータ、サーボモータ等のごとき適宜の制御モータ６９が取付けてあり、この制御モータ６９の回転軸７１は連結装置７３を介して前記スプール４１と一体的に連結してある。したがって、上記制御モータ６９を制御回転することにより前記スプール４１を制御回転することができるものである。
【００２４】
上記構成において、制御モータ６９を制御回転してスプール４１を、図１の矢印Ａ方向に回転すると、前述したように、スプール４１における第１中空室４３は、供給側排出口５３を介して排出ポート３５Ａと接続され、第２中空室４５は排出側流入口５５を介して排出ポート３７Ｂと接続される。
【００２５】
したがって、圧力源７からの作動流体は、Ｐポート９、周溝１９、Ｐポート３１、供給側流入口５１を経てスプール４１の第１中空室４３内に流入し、かつ供給側排出口５３、供給ポート３５Ａ、流路Ｌ１を経てシリンダ１１の第１室１１Ａに流入する。そして、上記シリンダ１１の第２室１１Ｂ内の作動流体は、流路Ｌ４、排出ポート１５Ｂ、周溝２７、排出ポート３７Ｂ及び排出側流入口５５を経てスプール４１の第２中空室４５に流入し、そして排出側流出口５７、Ｔポート３９、周溝２９及びＴポート１７を経てタンクＴへ排出される。
【００２６】
よって、シリンダ１１のピストンＰは、図１において下方向へ移動されることになる。この際、制御モータ６９を制御してスプール４１の回転速度を制御することにより、前記供給ポート３５Ａと供給側排出ポート５３との重合度、すなわち供給ポート３５Ａの開口度を制御でき、前記シリンダ１１の第１室１１Ａへ流入する作動流体の流量を制御でき、前記ピストンＰの作動速度を制御することができるものである。
【００２７】
前述とは逆に、制御モータ６９によってスプール４１を矢印Ｂ方向に回転すると、前述したように、供給側排出口５３と供給ポート３５Ｂとが接続すると共に排出側流入口５５と排出ポート３７Ａとが接続するので、前記シリンダ１１の第２室１１Ｂへ作動流体が流入し、第１室１１Ａから作動流体を排出することができ、ピストンＰを上昇せしめることができるものである。この際もピストンＰの作動速度を制御することができるものである。
【００２８】
既に理解されるように、方向制御弁１は、作動流体の流路の切換えを行えることは勿論のこと、スプール４１の回転を制御することにより流量制御をも行えるものであり、方向制御弁と流量制御弁との両機能を有するものである。
【００２９】
前述のごとく、スプール４１を回転して第１中空室４３と供給ポート３５Ａ又は３５Ｂと接続するとき、供給ポート３５Ａ及び３５Ｂは、それぞれスリーブ５の内部空間３２の軸芯を中心とした対称位置に形成してあり、かつ供給側排出口５３も対称位置に形成してあるので、例えば供給ポート３５Ａと供給側排出口５３とを接続するとき、両側の供給側排出口５３の開口度は等しいものである。
【００３０】
そして、前記スリーブ５の内周面とスプール４１の外周面との間の微小間隙に侵入した作動流体の１部は、スプール４１の軸芯及び前記供給側排出口５３の軸芯と直交する直線が上記微小間隙と交差する付近において流速零となり、スプール４１を軸心方向（径方向の内側方向）へ押圧する作用を生じ、当該部分においてもセンタリング機能を奏し得るものである。
【００３１】
また、前述したように、前記チャンバー５９の部分においてもセンタリング機能を奏するので、スプール４１の軸芯はスリーブ５の軸芯に対して傾斜することなく一致するように保持されるものであり、スプール４１の姿勢を精度良く保持でき、かつ円滑に回動することができるものである。なお、スプール４１は、第１，第２の中空室４３，４５の径を可級的に大きくすることができ、薄肉化を図って軽量化を図ることが可能であって、スプール４１の切換え動作を応答性良くより迅速に行うことができるようになるものである。
【００３２】
ところで、前記構成の方向制御弁１は、バルブハウジング３とスリーブ５とスプール４１とをそれぞれ別個に機械加工した後に組付けることによって製作されるものである。ここで、各ポートと接続した流体通路はスリーブ５の外周面に形成してあるので、上記各ポートと上記流体通路との接続部にエッジを生じないように円滑な曲面に加工することができ、流体通路を流動する作動流体の抵抗損失を少なくすることができるものである。
【００３３】
なお、本例においては、ポートと流体通路とが接続する場合について例示したが、例えば複雑な流体通路を形成すべく、スリーブ５の周方向の流体通路と軸心に平行又は交差する方向の流体通路をスリーブ５の外周面に形成することにより、方向性の異なる流体通路が交差する部分をも円滑な曲面に加工することができ、抵抗損失を少なくすることができるものである。
【００３４】
さらに、スリーブ５の外周面に形成した流体通路は、バルブハウジング３に形成した流体孔から離れた部分の断面積よりも上記流体孔との接続部付近の断面積を大きく形成したことにより、上記流体孔からスリーブ５に形成した各ポートに至る間の流路の抵抗を小さくして抵抗損失を抑制することができるものである。
【００３５】
図４は、第２の実施の形態を示すもので、この例においては、制御モータ６９Ａとしてリニアモータを採用し、かつスプール４１を軸方向に摺動自在に設けた構成である。上述のように、スプール４１を軸方向に摺動自在の構成としたことにより、スリーブ５に設けたＰポート３１、供給ポート３５Ａ，３５Ｂ、排出ポート３７Ａ，３７Ｂ及びＴポート３９とスプール４１に設けた供給側流入口５１、供給側排出口５３、排出側流入口５５、排出側流出口５７との関係は、スプール４１の摺動方向の位置関係に変化するだけであり、またアクチュエータ１１との接続関係が多少変化するのみであるから、スプール４１が回転する場合の前記構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして、詳細な説明は省略する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、スプールの軽量化を図ることが容易であると共に、スリーブ内において当該スリーブの軸芯とスプールの軸芯とを一致した状態に保持することが容易であって、スプールの切換え動作を軽快迅速に行うことができ、制御モータによってスプールを動作するときの応答性の向上を図ることができるものである。
【００３７】
また、制御弁内に形成される流体通路の抵抗を抑制して抵抗損失を小さくでき、制御弁自体の発熱を抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る方向制御弁の断面説明図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿った断面説明図である。
【図３】スプールに設けた供給側排出口とスリーブに設けた供給ポートとの関係を示す断面説明図である。
【図４】スプールを摺動自在に設けた場合の方向制御弁の断面説明図である。
【符号の説明】
１  方向制御弁
３  バルブハウジング
５  スリーブ
７  圧力源
９  Ｐポート
１１  アクチュエータ
１３Ａ，１３Ｂ  供給ポート
１５Ａ，１５Ｂ  排出ポート
１７  Ｔポート
３１  Ｐポート
３２  内部空間
３５Ａ，３５Ｂ  供給ポート
３７Ａ，３７Ｂ  排出ポート
３９  Ｔポート
４１  スプール
４３  第１中空室
４５  第２中空室
５１  供給側流入口
５３  供給側排出口
５５  排出側流入口
５７  排出側流出口
５９  チャンバー
６１  バイパス路
６９  制御モータ
【図１】
0004342070.tif 000002
【図２】
0004342070.tif 000003
【図３】
0004342070.tif 000004
【図４】
0004342070.tif 000005