JPH0337069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スプールを入力部材に追従して高
速で移動させるスプール位置制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のスプール位置制御装置として
は、例えば第１１図に示すようなものがあつた。

これを簡単に説明すると、弁ボデイ１にはスプ
ール２が収納されてスプリング３によつて閉弁方
向に付勢されており、スプール２内にはオリフイ
ス４を有する通路が入力ポート５とスプール背圧
室６との間を連通するようにに設けられ、さら
に、背圧室６と出口ポート７との間を連通する円
錐状開口部８を持つ通路９が設けられている。

このスプール２は、入力ロツド１０の先端部と
の間にオリフイス１１を形成して入力ロツド１０
に追従する。すなわち、入力ロツド１０を図で右
方に押込むと、オリフイス１１を閉鎖して背圧室
６の圧力を高め、スプール２は図示のように右端
縁がシート部１２に密着して入口ポート５と出口
ポート７との間の流路を閉鎖する。

入力ロツド１０を左方に移動させると、スプー
ル２がそれに追従して左方へ移動し、シート部１
２から離れて流路を開く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のスプール位置
制御装置にあつては、入力ロツド１０が単なる棒
状をなして背圧室６から外部に突出していたた
め、出口ポート７の圧力が入力ロツド１０の断面
積に作用していた。

したがつて、スプール２を極めて高速度で追従
させるためには、入力ロツド１０の径ならびに開
口部８及び通路９を大幅に拡大する必要がある
が、出口ポート７が外部の負荷装置に接続されて
いる場合には、入力ロツド１０には大きな突き出
し力が作用してしまう。そのため、大形の入力制
御装置を必要とするという問題点があつた。

この発明は、このような従来装置の問題点を解
決することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明による高速スプール位置制
御装置は、前述のようなスプール位置制御装置に
おける入力ロツドを、弁ボデイの摺動孔に摺動自
在に嵌挿し、その先端部をスプールの背圧室に突
き出して該スプールの開口部との間にオリフイス
を形成する一方、後端部には弁ボデイの外部に突
き出す操作ロツドを設け、上記摺動孔と入力ロツ
ドとの間に油室を形成し、その油室に上記スプー
ルの背圧室側開口部の圧力を導く通路を入力ロツ
ドに設けたものである。

〔作用〕

上記油室に入力ロツドを設けた通路を通してス
プールの背圧室側開口部の圧力を導くことによ
り、入力ロツドに作用する出口ポートの圧力によ
る突き出し方向の力をバランスさせ、操作ロツド
を小さな操作力で変位させて、スプール位置を高
速で制御することが可能になる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は、この発明の第１実施例を示す断面図
である。

この高速スプール位置制御装置の弁ボデイ２０
内に収納されるスプール２１はポペツト形で、入
口ポート２２と出口ポート２３との間で、スプー
ル２１の先端部に形成した円筒状部のＶカツト２
１ａが流路の開口を制御する。このスプール２１
は、背圧室２４内に設けたスプリング２５によつ
て、上記流路の開口を閉じる方向に付勢されてい
る。

そして、このスプール２１の一方の面（図で右
側のテーパ面）２１ｂには入口ポート２２の圧力
を作用させ、他方の面がさらされている背圧室２
４に、入口ポート２２からオリフイス２６を介し
てパイロツト油を流入させる通路２７を弁ボデイ
２０に形成し、スプール２１にはその中心軸線に
沿つて背圧室２４を出口ポート２３に連通する通
路２１ｃを形成している。この通路２１ｃの背圧
室２４側開口は、円錐状開口部２１ｄとなつてい
る。

一方、入力ロツド２８は、弁ボデイ２０内に形
成した摺動孔２９に摺動自在に嵌挿されており、
その先端部を背圧室２４に突き出して、スプール
２１の開口部２１ｄとの間にオリフイス３０を形
成し、オリフイス２６を介して背圧室２４へ流入
するパイロツト油をこの形成オリフイス３０及び
スプール２１内の通路２１ｃを通して出口ポート
２３へ流出させる。

また、この入力ロツド２８の後端部には、弁ボ
デイ２０の外部に突き出す操作ロツド３１を、第
２図にも示すように入力ロツド２８と一体的に設
けている。そして、摺動孔２９と入力ロツド２８
との間に油室３２を形成している。

さらに、この入力ロツド２８の先端面（図で右
端面）側からその中心軸線に沿つて大径の通路２
８ａを穿設し、後端面（第１図で左端面）側から
操作ロツド３１の両側に一対の小通路２８ｂ，２
８ｂを穿設して通路２８ａに連通させ、この通路
２８ａ，２８ｂを通して、油室３２にスプール２
１の開口部２１ｄの圧力を導くように構成してい
る。

この実施例の作動原理は第１１図に示した従来
例と同様であるが、入力ロツド２８の径D₁が大
幅に拡大されており、形成オリフイス３０から背
圧室２４の圧油を瞬間的に多量に排出できるの
で、スプール２１を入力ロツド２８の変位に高速
で追従させることが可能である。

また、外部への突き出し部材は細い操作ロツド
３１であり、その突き出し力は径D₂の断面積に
対してかかる出口ポート圧力によるものであり、
入力ロツド２８の径の十分大きくしても小さな値
にすることが出来る。

この実施例によれば、入力ロツド２８の力関係
は、油室３２の圧力がスプール２１の通路２１ｃ
と同圧なので、たとえ出口ポート２３の圧力が高
くても殆んでバランスされ、突き出し力は操作ロ
ツド３１（径D₂）への作用力のみとなる。

したがつて、小さな操作力で操作ロツド３１を
変位させることができ、スプール２１の位置を高
速で制御できる。

第３図はこの発明の第２実施例を示し、第１図
と同様な部分には同一符号を付してあり、それら
の説明は省略する。

この実施例においては、パイロツト油圧源３３
によるパイロツト油を、弁ボデイ２０に形成した
パイロツト油圧供給ポート３４からオリフイス２
６を介して背圧室２４へ流入させるようにしてい
る。

また、入力ロツド３８は、第１実施例の入力ロ
ツド２８と略同様に操作ロツド３１を一体に設
け、通路３８ａ，３８ｂを形成しているが、油室
３２を形成する後端部に大径部３８ｃを設け、そ
の径D₃と先端部を含む本体部の径D₁との差によ
つて形成される油室３５をタンク３７に連通する
タンクポート３６に接続している。

この大径部の直径D₃は、（π／４）・D₂ ²≧ ＜
（π／４）・（D₃ ²−D₁ ²）において適宜決められ
る。すなわち、大径部３８ｃが本体部に対して操
作ロツド３１の径方向断面積分だけ太いD₂ ²＝
D₃ ²−D₁ ²の場合には、入力ロツド３８への作用
力はバランスし、操作力は極めて小さくてよい。
また、D₂ ²＜D₃ ²−D₁ ²の場合には、入力ロツド３
８は常に内部に引き込まれ、外部の操作引き出し
力を除去すると入力ロツドそのものが引き込ま
れ、主弁であるスプール２１も右行して、入口ポ
ート２２と出口ポート２３の間の流路を閉鎖す
る。

外部操作手段としては、電磁アクチユエータや
油圧方式等各種あるが、図示の例では位置センサ
付比例ソレノイド３９を使用する例を示してお
り、この場合には高精度の制御が可能となる。

第４図はこの発明の第３実施例を示し、第１図
及び第３図と同様な部分には同一符号を付してあ
り、それらの説明は省略する。

この実施例では、略等面積形のスプール４１を
使用しており、その内部にＴ字状に形成した通路
４１ｃによつて背圧室２４を出口ポート４３に連
通させている。なお、入口ポート４２と出口ポー
ト４３の配置が第１、第２実施例と逆になつてい
る。

また、この実施例ではシヤトル弁４４を設け、
通常は入口ポート４２から通路４５を通してパイ
ロツト油を供給するが、別のパイロツト油圧源３
３からもパイロツト油圧供給ポート４６を通して
パイロツト油の供給が可能になつている。すなわ
ち、外部パイロツト操作が可能である。

さらに、入力ロツド４８は、第２実施例の入力
ロツド３８と同様に通路４８ａ，４８ｂ及び大径
部４８ｃを形成しているが、さらに先端部４８ｄ
を本体部（径D₁）に対して太く（径D₄）形成し
ている。

したがつて、径D₄とD₁の差によつて形成され
る面積には背圧室２４の圧力が作用するので、入
力ロツド４８及び操作ロツド３１には背圧室２４
内への引き込み力が作用する。

逆に先端部を本体部より細くした（D₄＜D₁）
場合には、図で左方への突出力が作用する。これ
らの関係は流体力を考慮して決められる。また、
（π／４）（D₃ ²−D₄ ²）＝（π／４）D₂ ²の関係に流
体力を加味して、大径部４８ｃの径D₃が定めら
れる。

第５図はこの発明の第４実施例を示し、第１
図、第３図及び第４図と同様な部分には同一符号
を付してあり、それらの説明は省略する。

この実施例においても、ほぼ等面積形のスプー
ル５１を使用しているが、その内部にＬ字状に形
成した通路５１ｃによつて、背圧室２４を出口ポ
ート４３に連通させている。

また、このスプール５１にはオリフイス５１ｄ
を有する通路５１ｅを形成しており、この通路５
１ｅを通して入口ポート４２から背圧室２４へパ
イロツト油を流入させるようにしている。

さらに、外部にも電磁弁５２及びオリフイス５
３を介挿した油路５４を設けて、ボデイ２０に形
成したポート５５，５６に接続し、この径路によ
つても入口ポート４２から背圧室２４へパイロツ
ト油を流入させることができるように構成してい
る。

なお、操作ロツド３１の操作は、位置センサ付
比例ソレノイド３９によつて高精度に行なえるよ
うにしている。

ところで、この発明は一方向へのスプールの高
速移動を小さい操作力で可能にすることであり、
スプールの他方向への移動は検討外であるので、
一般にオリフイス径で決まる少流量のパイロツト
流量でよい。ところが、この他方向への移動も高
速で制御したい場合には、そのスプール移動時の
みオリフイス径を大きくしてパイロツト流量を増
大させればよい。

この第４実施例はそのような時に用いられる。

第６図はこの発明の第５実施例を示し、第３図
と同様な部分には同一符号を付してあり、それら
の説明は省略する。

この実施例におけるスプール６１はポペツト型
で、第１図及び第３図のスプール２１と同様にＶ
カツト６１ａ及びテーパ面６１ｂを有している
が、背圧室２４を出口ポート２３に連通させる通
路６１ｃの背圧室２４側の開口部６１ｄが、入力
ロツド３８の先端部の径D₁より若干大きい径の
凹段部として形成されている。

また、このスプール６１には、オリフイス６１
ｅを有する通路６１ｆを形成しており、この通路
６１ｆを通して入口ポート２２から背圧室２４へ
パイロツト油を流入させるようにしている。

ところで、スプールは入力ロツドに追従制御さ
れるが、入力ロツドを極めて高速に移動させると
スプールは位置的にある程度遅れて移動し、最終
的には入力ロツドとスプールとが衝突することも
考えられる。

この実施例では、入力ロツド３８の先端部とス
プール６１の開口部６１ｄによるオリフイス６０
の形成を２段絞り状とし、スプール６１が入力ロ
ツド３８に高速で衝突する前にクツシヨン作用を
行なわせて減速し、その後で位置追従が行なわれ
るようにしたものである。

第７図は第６図の要部拡大部図で、第８図はそ
の速度線図であり、例えば入力ロツド３８が瞬間
的に第７図の上側に示す位置に移動したとする
と、スプール６１の通路６１ｃ内に背圧室２４の
圧油が矢示Ａのように排出され、その排出流量に
よりスプール６１は高速で矢示Ｂの方向へ移動す
る。

すると、スプール６１の角部ａが入力ロツド３
８の角部ｄに近づくに従つて、急激にその面積が
閉ざされていく。その後、テーパ部ｂ、さらに円
筒面部ｃが順次角部ｄに被さつていくに従つてさ
らに減速され、最終的には第７図の下側に示すよ
うに、オリフイス６０に見合つた開度ｘにて位置
決めされる。

なお、第７ａ図に示すように、入力ロツド３８
の外径とスプール６１の円筒面部ｃとの間の隙間
を少なくしてしつくりとしたはめ合い状態にする
と、スプール６１は入力ロツド３８の先端角部ｄ
とテーパ部ｂとで形成される形成オリフイス６
０′をオリフイス６０に見合つた量にして位置決
めされる。

この場合、入力ロツド３８の先端と円筒面部ｃ
の底面とはかなりの距離があり、衝突の恐れはな
い。また、入力ロツド３８の先端に切欠き等を設
けることにより、位置決め時の速度変化をさらに
ゆるくすることも可能である。

第９図はこの発明の第６実施例のオリフイス形
成部のみを示す要部拡大断面図である。

この実施例では、スプール７１に形成した通路
７１ｃの背圧室側開口部７１ｄを円錐状に形成
し、入力ロツド７８の先端部７８ｄを本体部より
細くして段状に形成し、さらにその先端を先細り
のテーパ面にして、スプール７１の開口部７１ｄ
との間にオリフイス７０を形成するようにして、
前述の第５実施例と同様なクツシヨン作用を持た
せている。

これらの第５、第６実施例によれば、極めて高
速でスプールを追従移動させても、入力ロツドと
スプールが衝突して損傷するようなことがない。

第１０図はこの発明の第７実施例を示し、第１
図及び第４図と同様な部分には同一符号を付して
ある。

この実施例は、スプールの駆動とスプールによ
る切換えラインを分離した例であり、スプール８
１の外周には、入口ポート８２と出口ポート８３
の間の主流路を開閉するランド部８１ａと、パイ
ロツト油圧供給ポート８４のパイロツト油圧を受
けるテーパ面８１ｂとを有し、中心軸線に沿つて
形成した通路８１ｃは、背圧室２４をタンク３７
に通じるタンクポート８５に連通させている。

この実施例によれば、スプール８１のランド部
８１ａの形状により種々の流路切換が可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による高速
スプール位置制御装置は、極めて高速でスプール
を一方向入力ロツドに位置追従して移動できる。

しかも、入力ロツドの操作力は極めて小さくて
済み、その作力を零あるいは突き出し又は引き込
み方向にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す縦断面
図、第２図は同じくその入力ロツドの後端部側か
ら見た要部射視図、第３図はこの発明の第２実施
例を示す縦断面図、第４図はこの発明の第３実施
例を示す縦断面図、第５図はこの発明の第４実施
例を示す縦断面図、第６図はこの発明の第５実施
例を示す縦断面図、第７図は第６図の要部拡大説
明図、第７ａ図は第７図と同様な部分の若干異な
る例を示す要部拡大説明図、第８図は同じくその
速度線図、第９図はこの発明の第６実施例の要部
拡大断面図、第１０図はこの発明の第７実施例の
縦断面図である。第１１図は従来のスプール位置
制御装置の例を示す縦断面図である。 ２０……弁ボデイ、２１，４１，５１，６１，
７１，８１……スプール、２２，４２，８２……
入口ポート、２３，４３，８３……出口ポート、
２４…背圧室、２５……スプリング、２６，５１
ｄ，５３，６１ｅ……オリフイス、２８，３８，
４８，７８……入力ロツド、２９……摺動孔、３
０，６０，７０……形成オリフイス、３１……操
作ロツド、３２，３５……油室、３４，４６，８
４……パイロツト油圧供給ポート、３９……位置
センサ付比例ソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁ボデイに形成した入口ポートと出口ポート
   との間でその開度を位置により連続的に調整する
   スプールと、該スプールの位置を制御する入力ロ
   ツドとを設け、 前記スプールの一方の面には前記入口ポートあ
   るいはパイロツト油圧供給ポートの圧力を作用さ
   せ、他方の面がさらされて該スプールが収納され
   ている背圧室には前記入口ポート又はパイロツト
   油圧供給ポートからオリフイスを介してパイロツ
   ト油を流入させ、前記スプールには前記背圧室に
   開口して前記出口ポート又はタンクポートに連通
   する通路を設け、 前記オリフイスから前記背圧室へ流入するパイ
   ロツト油を前記通路の開口部と前記入力ロツドの
   先端部との間から前記出口ポート又はタンクポー
   トへ流出させるように構成し、 前記スプールを前記入力ロツドに追従させて位
   置制御するスプール位置制御装置において、 前記入力ロツドは、前記弁ボデイの摺動孔に摺
   動自在に嵌挿され、その先端部を前記背圧室に突
   き出し、該先端部と前記スプールの開口部とによ
   つてオリフイスを形成する一方、後端部には前記
   弁ボデイの外部に突き出す操作ロツドを設け、 前記摺動孔と入力ロツドとの間に油室を形成
   し、該油室に前記スプールの開口部の圧力を導く
   通路を前記入力ロツドに設けたことを特徴とする
   高速スプール位置制御装置。 ２ 入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
   に嵌入する本体部の径D₁に対して太くしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速ス
   プール位置制御装置。 ３ 入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
   に嵌入する本体部の径D₁に対して細くしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速ス
   プール位置制御装置。 ４ 入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
   に嵌入する本体部の径D₁と等しくしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速スプー
   ル位置制御装置。 ５ 入力ロツドは、前記本体部と操作ロツドとの
   間に、該本体部の径D₄より太い大径部を有し、
   該大径部の径D₃と前記操作ロツドの径D₂の差に
   より形成される面積に前記油室へ導びかれた圧力
   を作用させる一方、前記大径部と前記本体部の径
   の差によつて形成される油室をタンクポートに接
   続したことを特徴とする特許請求の範囲第２項乃
   至第４項のいずれか一項に記載の高速スプール位
   置制御装置。 ６ 入力ロツドの先端部とスプールの開口部の形
   状を、両者が正規の関係位置に至るまでの両者の
   接近に際し、上記両者によつて形成されるオリフ
   イスの開口量を正規の開口量に向かつて徐々にあ
   るいは段階的に減らす形状にしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一
   項に記載の高速スプール位置制御装置。 ７ スプールが、略等面積形スプールであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   いずれか一項に記載の高速スプール位置制御装
   置。 ８ スプールが、ポペツト形スプールであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   いずれか一項に記載の高速スプール位置制御装
   置。 ９ スプールが、背圧室に設けられたスプリング
   によつて一方向に偏倚されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか一
   項に記載の高速スプール位置制御装置。