JPH0710133Y2 - スプールバルブ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、たとえば、油空圧機器の制御装置等に用いら
れるスプールバルブに関する。

（従来の技術） 従来、この種のスプールバルブとしては、たとえば第６
図に示すようなものがある。すなわち、100は内部中空
の弁本体101内に往復動自在に設けられたスプールで、
このスプール100をソレノイド102によって往復移動させ
ることによって、スプール100の周囲に配置される油流
出入口103,104を開閉制御するようになっている。

スプール100は両端側には左，右ばね室105,106が形成さ
れている。

一方、スプール100には、スプール100の周囲に設けられ
た弁室108が設けられている。スプール100を第６図に図
示した状態のように一方向に移動させると油流出入口10
3から流体が入るが、油流出入口104がスプール100によ
って塞がれているため流体が流れることがない。

また、スプール100をソレノイド102によって一方向と反
対方向に移動させた場合に出入口103から油が流れ込み
出入口104から流れ出し圧力が制御されるようになって
いる。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のスプールバルブは流体
をシールするためにスプール100と弁本体101との間のク
リアランスが非常に小さくなるように構成されている。

従ってスプール100がソレノイド102によって両方向に移
動する際にスプール100と弁本体101との間の摩擦力が大
きく、スプール100がソレノイド102の力に相応して充分
に移動し得ない。そのためスプールバルブの油圧制御に
影響を与えるという問題がある。

本考案は、上記諸問題点に鑑みてなされたものでその目
的とするところは、スプールバルブのスプールと弁本体
との間の摩擦を少くし、スプールを円滑に移動させ得る
スプールバルブを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 内部中空のバルブ本体内にスプールを往復動自在に設
け、該スプール外周に設けた弁室をスプールの移動によ
ってバルブ本体に設けられた流出入口と選択的に合致さ
せて流出入口を開閉するスプールバルブにおいて、前記
弁室内のスプールの外周面に流出入口を流れる流体によ
ってスプールを回転移動させる回転推進部を設けた。

（作用） 而して本考案のスプールバルブによれば、スプールの外
周面に、流出入口を流れる流体によってスプールを回転
移動する回転推進部を設けた。従って、流入口から流入
する流体が弁室内を流れ、流出口へ流れる際に、回転推
進部に当たりながら流出口へ流出する。この流体が回転
推進部に当たることによってスプールに回転力が生じ
る。そのため、スプールが回転しながら移動する。この
ようにスプールに回転力を生じさせることによりスプー
ルとバルブ本体間の摩擦力を低減させ、スプールバルブ
の特性を向上させることができる。

（実施例） 以下に本考案を図示の実施例に基いて説明する。本考案
の一実施例に係るスプールバルブを示す第１図におい
て、１はバルブ全体を示しており、概略、内部中空のバ
ルブ本体２と、バルブ本体２内に往復移動自在に収納さ
れるスプール３と、スプール３を往復駆動する駆動装置
とから構成されている。

バルブ本体２には、軸方向に所定間隔だけ離れた位置に
流出入口8,9が形成されている。各流出入口8,9は、それ
ぞれ円周方向に複数個所設けられている。

また、スプール３の外周にはスプール３の軸方向移動に
よって上記流出入口8,9間を選択的に連通するように形
成される環状の弁室16が設けられている。

弁室16は、断面において長方形の形状を形成するよう
に、スプール３の外周面を加工されて形成されている。
そのためスプール３は弁室16内の部分において他のスプ
ール３の直径よりも小さい直径を有するようになってい
る。また弁室16内のスプール３の外周面に回転推進部と
しての凸形の螺旋状突起30が設けられ、螺旋状突起30
は、スプール３の外表面に螺旋状に形成されている。螺
旋状突起30は、流体が流出入口８から流出入口９へ流れ
ると、流体の流れによってスプール３が第１図中の矢印
方向に回転する方向に形成されている。このように形成
された螺旋状突起30によると流出入口8,9をスプール３
が完全に開く前に流出入口８から入った流体が弁室16か
らバルブ本体とスプール３との間のわずかの間隙を介し
て第１図中、矢印方向に流れる。流体が流れるに従っ
て、流体が凸形の螺旋状突起30に当たる。このように流
体が凸形の螺旋状突起30に当たることによってスプール
３が第１図中矢印方向に回転する。ところで、スプール
３は上記した回転動作はもとより、もともとバルブ本体
２内に往復移動自在に収納され、流体制御を行う目的を
有するものであり、本実施例においてはスプール３の外
側面がバルブ本体２内に接触し軸方向に摺動しているも
のである。

スプール３を不図示の駆動装置にて往復駆動させる場合
に、動作速度や、駆動必要動力ひいてはスプールバルブ
としての応答特性や寿命に関係する一要因としてスプー
ル３の摺動抵抗がある。この摺動抵抗は主に流体をシー
ルするためにバルブ本体２内面とスプール３の外側面と
の間のクリアランスが非常に小さくなるように構成され
ていることによる境界接触により発生し、駆動状況によ
っては非常に大きくなる場合がある。

一般的に、２部材間の摺動抵抗はその境界における３要
素、つまり摩擦係数と接触面積、接触圧に比例して大き
くなることが知られている。ここで、本考案を適用する
スプールバルブでは、摺動抵抗を抑えるために、前記の
３要素のなかで、摩擦係数に注目して、対策を行うこと
にした。接触面積はスプールバルブの仕様によって寸法
が制限されており変更が難しく、また、接触圧も制御す
る流体の圧力により変動するので、スプールバルブ自体
だけの問題ではなくなるからである。

それでは、摩擦係数を抑えるためにはどうしたらよいの
であろうか、そこでまず、圧力制御の応答特性に問題の
ある従来のスプールバルブのスプールとバルブ本体内面
の境界においての、摺動状態を分析調査したところ、
ａ）スプールには、軸方向に沿った摺り傷が観察され
た、また、ｂ）その摺り傷には潤滑剤と制御流体の混合
堆積物が付着していた、ｃ）スプールとバルブ本体内面
の境界は一部分潤滑不足で、乾燥摩擦状態となってい
た、という結果が得られた。言い換えると、スプールの
往復動により、温度上昇が起き、潤滑剤の蒸発と摩耗の
発生が焼きつきを引き起こしたことになる。

上記の問題を解決するためには様々な対策案があり、た
とえば、スプールと弁本体のクリアランスの最適化、ス
プールの材質変更、潤滑剤の変更等を実施することも可
能であり、それぞれ特徴があるが、本考案とは直接的に
は関係がないので、説明は省略する。

摩擦係数ｆはたとえ、摺動する２部材の材質が同じであ
っても、その境界状態によって変化する。境界状態とし
ては、２部材間の相対移動における静摩擦係数＞動摩擦
係数は公知であり、また、２部材間の間に潤滑剤がある
場合において、その潤滑状態における、液体摩擦係数＜
混合摩擦係数＜境界摩擦係数＜乾燥摩擦係数＜真空摩擦
係数ということも一般的にはいわれている。

ここで、液体摩擦係数は、２部材間の間は潤滑剤で完全
に分離されている状態で、主に該潤滑剤の動粘性により
決定される摩擦係数であり、混合摩擦係数は２部材間を
支持する潤滑膜は形成されているが、部分的に中断され
ている状態であり、動粘性特性と２部材の材質組み合わ
せの摺動特性が共存している場合の摩擦係数である。

境界摩擦係数は摺動面にはわずかの分子層の潤滑膜があ
るが、潤滑膜の粘性は摩擦挙動に影響を及ぼさず、膜の
潤滑能力と２部材の材質組み合わせによって摩擦係数は
決定されるものであり、境界の潤滑膜が摩擦による熱の
影響を受けない範囲においては摩擦状態は安定してい
る。

乾燥摩擦係数は２部材間の間に潤滑膜はなく、摩擦は主
として摺動面の２部材間の固体作用を受ける場合の摩擦
係数である。

真空摩擦の状態は２部材の摺動面は酸化やガス吸着もな
い純粋の状態であり、表面諸力によって摩擦係数は非常
に高く、従って摩擦も極めて大きい。

本考案では、上記の摩擦に関する理論を応用したもので
あり、スプール弁を開弁し、流体が流れ始めるとともに
回転推進部としての凸形の螺旋状突起30に流体の流れが
作用しスプールが回転し始め、スプールと弁本体の境界
条件を静摩擦状態から動摩擦状態に変更し、また、回転
により潤滑剤が境界の一部分に留まることなくスプール
と弁本体の境界にまんべんなく供給され、摩擦係数が大
きく焼きつきといわれる状態が容易に発生する、境界摩
擦状態や乾燥摩擦状態から、液体摩擦状態や混合摩擦状
態へと変更されるのである。図６は各種境界条件におけ
る摩擦係数の一例であり、例えば乾燥摩擦状態における
摩擦係数fDは液体摩擦状態における摩擦係数fLの数百倍
もの値を示している。この回転によってスプール３とバ
ルブ本体２との間の摩擦力が小さくなり、その後のスプ
ール３が移動しやすくなる。従ってスプールバルブの特
性が向上し得る。

第２図に本考案の第２実施例を示す。本実施例では、弁
室16は断面において長方形の形状を形成するように、ス
プール３の外周面を加工されて形成されている。そのた
めスプール３は弁室16内の部分において他のスプール３
の直径よりも小さい直径を有するようになっている。ま
た、弁室16の一方の側面に溝31が設けられている。溝31
は、約90°の間隔で形成された４本の半径方向に延びて
いる。溝31は、流体が流出入口8,9間に流通して一方の
側面に当たると流体が溝31内に流れ込みその力によって
スプール３が回転するように形成されている。

このように形成された螺旋状突起30によると流出入口8,
9をスプール３が完全に開く前に流出入口８から入った
流体が弁室16を介し、バルブ本体２とスプール３との間
のわずかの間隙を介して第１図中、矢印方向に流れる。
図中40は油路を表わす。流体が流れる力に従って、流体
がスプール３の側面に当たりスプール３の溝31内に流れ
る。溝31は流体の力によってスプール３に回転力を与え
るよう形成されているのでそれによってスプール３が回
転する。この回転によってスプール３とバルブ本体２と
の間の摩擦力が小さくなり、その後スプール３が移動し
やすくなる。従ってスプールバルブの特性が向上し得
る。

第３図は、スプール３のＡ方向からみた図である。

第４図は、本考案の第３実施例を示す。本実施例では、
弁室16は断面において長方形の形状を形成するように、
スプール３の外周面が加工されて形成されている。その
ためスプール３は弁室16内の部分において他のスプール
３の直径よりも小さい直径を有するようになっている。

またスプール３の中央部に螺旋状の溝32が設けられてい
る。螺旋状の溝32は、中央がスプール３の直径よりも小
さい直径を有する中央部33とスプール３の側壁に形成さ
れた螺旋状の溝部34とから形成されている。

従って、流出入口８から流出入口９に向って流れる流体
は、スプール３の側壁に形成された螺旋状の溝34内を通
って流れる。この流体の流れる力によってスプール３に
回転力を与える。この回転によって、スプール３とバル
ブ本体２との間の摩擦力が小さくなり、その後、スプー
ル３が移動しやすくなる。従ってスプールバルブの特性
が向上し得る。

第５図は、第４図のスプールバルブの断面図である。

なお、本考案はソレノイドを用いるスプールバルブを前
提として説明したがソレノイドを用いない型式のバルブ
においても使用できる。

（考案の効果） 弁室内のスプールの外周面に、流出口を流出入する流体
によってスプールを回転移動させる回転推進部を設けた
故に、スプールを回転力を与えることが可能となり、ス
プールとバルブ本体間の摩擦力を低減し得るのでスプー
ルバルブのスプールが移動し易くなり、スプールバルブ
の特性を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本考案のスプールバルブのスプールの第１実
施例の拡大断面図、第２図は本考案のスプールバルブの
スプールの第２実施例の拡大断面図、第３図は、第２図
のスプールバルブの断面図、第４図は、本考案のスプー
ルバルブのスプールの第３実施例の拡大断面図、第５図
は、第４図のスプールバルブの断面図、第６図は摩擦境
界面の状態と摩擦係数の関係図、第７図は従来技術のス
プールバルブの縦断面図である。 符号の説明 １……スプールバルブ、２……バルブ本体 ３……スプール、8,9……流出入口 30……螺旋状突起、32……螺旋状の溝

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内部中空のバルブ本体内にスプールを往復
   動自在に設け、該スプール外周に設けた弁室をスプール
   の移動によってバルブ本体に設けられた流出入口と選択
   的に合致させて流出入口を開閉するスプールバルブにお
   いて、 前記弁室内のスプールの外周面に流出入口を流れる流体
   によってスプールを回転移動させる回転推進部を設けた
   ことを特徴とするスプールバルブ。
2. 【請求項２】前記回転推進部は、螺旋状突起であること
   を特徴とする請求項１に記載のスプールバルブ。
3. 【請求項３】前記回転推進部はスプールの側壁に設けら
   れた十字型溝であることを特徴とする請求項１に記載の
   スプールバルブ。
4. 【請求項４】前記回転推進部は、スプール軸に設けられ
   た螺旋溝であることを特徴とする請求項１に記載のスプ
   ールバルブ。