JPS5912458Y2 - 弁スプ−ルの調整溝孔 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は弁スプールに対する調整溝孔に関する。

液圧制御弁の弁スプールは普通環状溝を隣接するランド
部の周囲面に連結する調整溝孔すなわち切欠きを有して
いる。

このような溝孔はその中を通る流体を調整する効果を有
し、したがって単純な弁スプール肩による時よりも液圧
モーターすなわちジャッキの動作をさらに精密に制御す
ることができる。

前記溝孔を通る二つの基本的な流動の型は、前記溝孔を
通って調整される流体が弁スプールの方に向う“メータ
イン”流動と、該溝孔を通って調整される流体が弁スプ
ールから外方に向う“メータアウト”流動とである。

弁を通って流動する流体が弁スプールに力を加えること
は周知である。

流動力の数学力の数学的分析によっては明らかにし得な
いが、調整状態において弁スプールに働らく流動力の実
質的な部分は流体の運動量に帰すべきものである。

この運動量は弁スプールが流体の流動方向を変える時に
該流体によって弁スプールに加えられる力として説明す
ることができる。

この流動力は流体の速度または圧力が増加するに連れて
増加する。

在来においては弁スプールは流動力を無効化するように
、すなわちこの力を適当なレベルまで低下させるように
設計されていた。

実際にはメータアウト状態においてはエンドミル溝孔を
使用し、メータイン状態においてはキー力ツタ溝孔を使
用することにより、高速高圧時における流動力を効果的
に減少せしめることが認められている。

前記二つの型の調整状態、すなわちメータインおよびメ
ータアウト状態は普通弁スプールに働らく流動力を著し
く異ったものとする。

たとえばメータアウト状態においては、前記流体流動は
溝孔の形の如何にかかわらず、弁スプールに対する流動
力を、調整溝孔が閉じる方向に発生させる。

しかしながらメータイン状態においては流動力は調整溝
孔を閉じまた開く傾向を有するようになる。

したがって特定の調整状態に応じて、流動力は弁スプー
ルを、該弁スプールがその運動を助ける方向または該弁
スプールがその運動に逆うような方向に動かす。

ある種の液圧制御弁は１対のタンクロの間に配設された
ポンプロを有し、弁スプールが常態では該ポンプロを前
記二つのタンクロに連通させるようになっている。

液圧システム内に流体圧力を発生させるためには弁スプ
ールを何れかの方向に動かし、ポンプ口を二つのタンク
口から遮断し、がっ該ポンプロを液圧モーターすなわち
ジャッキに連結されたモーターロと連通させる。

弁胴鋳物の形を簡単にしかつさらに密実な弁を形或せん
とするある型の設計においては、タンクロのーっが省略
され、弁スプールの環状溝を通して単一の軸線方向隣接
タンクと常時連通ずるブつのポンプロが設けられるよう
になっている。

液圧モーターすなわちジャッキを作動するために液圧シ
ステム内に流体圧力を発生せしめんとする場合には、弁
スプールを何れかの方向に移動せしめ、先ずポンプ口か
らタンクロに至る流体の流動を調整しかつ最終的にはこ
の流動を阻止すると共に、前記ポンプ口を前記液圧モー
ターの片側゜に連結し、該モーターに加圧流体を送給す
る。

したがって弁スプールの一つの移動方向においてはメー
タアウト状態が起こり、弁スプールの反対移動方向にお
いてはメータイン状態が起こる。

このような状態および第５図に示されたような普通のキ
ー力ツタ型調整溝孔が使用される場合には、メータアウ
ト状態は弁スプールの運動を助けかつ溝孔を閉じる方向
において弁スプールに働らく流動力を発生させる。

逆にメータイン状態は弁スプールの運動に逆いかつ調整
溝孔を開く方向において弁スプールに働らく流動力を発
生させる。

手動システムにおいて前記の型の弁を使用する場合には
、作業貝がレバーを同じ量だけ動かせば、液圧ジャッキ
に対する負荷抵抗が同じであるとすれば移動の両方向に
おいて実質的に同じ流量が発生する。

したがってこの移動を行わせるに必要な力は異ったもの
となるが、レバーの移動量はほぼ等しい。

しかしながら主制御弁の弁スプールが流体圧力によって
作動されるようになったパイロット作動システムの主制
御弁として前記の型の制御弁を使用する時には一つの問
題が発生する。

このような配置において作業貝がレバーを運動させても
主制御弁スプールは直接運動せず、弁スプールの適当な
端部に加わる圧力だけを発生させる。

したがって主制御弁スプールに対する流動力は異なる方
向に作用し、パイロット制御弁のレバーの運動量が同じ
であっても主制御弁スプールの移動量を同じにすること
はできない。

これは作業貝が液圧モーターすなわちジャッキの特定速
度を得んとする場合に、制御レバーの作動範囲の判断を
困難にする。

本考案は、内部にポンプ入口及び排出口を形或して有し
且つポンプ入口を比較的高い圧力のポンプに連結し且つ
排出口を実質的に大気圧力の溜めに連結するように構威
された弁胴と、弁胴の穴内に滑動可能に配置された弁ス
プールとを有し、弁スプールが第１及び第２のランド部
と、第ｌ及び第２のランド部の間に配設された縮径部分
と、第１のランド部の周囲面から第２のランド部の周囲
面へ延びる調整溝孔とを有し、調整溝孔が第２のランド
部へ鋭角でくぼんだほぼ円筒形のポケットと、一部を第
１のランド部に形或し且つ一部を縮径部分に形或した溝
とを有し、溝が第１のランド部の周囲面で開いている弓
形面部分と、弓形面部分に接し且つ円筒形ポケット中へ
開いている細長い底面部分とを有し、弁スプールが、弁
スプールが、ポンプ入口から排出口への流体の流れが調
整溝孔を閉じる方向に弁スプールに作用する力を生じる
ように円筒形ポケットを介してメータアウトする第１の
位置と、ポンプ入口から排出口への流体の流れが調整溝
孔を閉じる方向に弁スプールに作用する力を生じるよう
に流体の流れを円筒形ポケットへ向ける溝を介してメー
タインする第２の位置との間を移動し得ることを特徴と
する構或を有し、弁スプールのいずれの移動方向におい
ても弁スプールに働く流動力が実質的に同じになる流量
制御弁を提供することを目的とする。

第１図乃至第４図において全体が１０によって表わされ
た流体流量制御弁は弁胴１３内を縦方向に延びる穴１２
内において往復運動を行い得る弁スプール１１を有して
いる。

前記弁スプールは複数のランド部１４， １５， １６
， １７を有し、該ランド部は複数の縮径部分１９，
２０， ２１によって軸線方向に分離され、複数の環状
溝２２， ２３． ２４を形威している。

前記弁胴内には軸線方向に隔置された複数の環状室２６
， ２７， ２８， ２９， ３０， ３１， ３２，
３３が穴と連通ずるように形威され、環状室２９，
３０は環状座ラン部３４によって分離されている。

人口３６は環状室２９と連通し、該環状室はさらにばね
負荷逆止弁３７および通路３８を通して環状室２８，
３１に連結されている。

環状室２６， ３０． ３３は共通排出通路３９に連結
されている。

１対のモーターロ４１，４２は１対の導管４４． ４６
を通して前記環状室２７． ３２をそれぞれ液圧ジャッ
キ４３の頭端および棒端に連結している。

ポンプ４７は入口に連結され、環状室２９に加圧された
流体を供給するようになっており、一方排出通路は常時
タンク４８に連結されている。

ハウジング５２内に位置する可撓性復心機構５１は弁胴
１３の一端に適当に装着され、かつ弁スプール１１に螺
着された軸５３に作動上連結されている。

前記復心機構は、外力が働らかない時には前記弁スプー
ルを作動位置から第１図に示された中立位置すなわち中
心位置に復帰させるように作動する。

前記ハウジングは弁胴の一端において作動室５４を画定
し、かつパイロット導管５８を通してパイロット装置５
７の手動選択弁５６に連結されている。

アダプタハウジング５９も同様に前記弁胴の他端に装着
され、かつ弁スプールの他端において作動室６０を形或
している。

この作動室は他のパイロット導管６１を通して選択弁に
連結されている。

パイロットポンプ６２は選択弁に連結され、加圧された
パイロット流体をこの弁に案内するようになっており、
この時選択弁から排出された流体はタンク６３に復帰せ
しめられる。

第２図および第３図によって明らかな如く本考案による
装置は１対の調整溝孔６６を有し、該溝孔は弁スプール
１１の直径的に相対する側に形威されている。

各調整溝孔はランド部１５の端面６７、縮径部分２０お
よびランド部１６の端面６８に形或されている。

各調整溝孔は実質的に円筒形のポケット６９を有し、該
ポケットはランド部１６内にくぼみかつエンドミルをそ
の軸線に沿って、弁スプールの縦軸線に対して角度Ａを
なすようにランド部の中に所定の深さだけ前進せしめる
ことによって形或される。

前記角度Ａは４０−６０度の範囲内にあるが、本例の場
合は４５度とされる。

前記円筒形ポケットは端面６８と該端面に近接するラン
ド部１６の周囲面と交差し、かつ第４図に示される如く
前記周囲面内に半長円形の開口７１を画定している。

前記円筒形ポケットは平らな底部を有しているものとし
て示されているが、この底面は球形となすこともできる
。

各調整溝孔はなお縦方向に延びる溝７２を有し、この溝
はランド部１５および縮径部分２０内に形或され、かつ
該ランド部１５の周囲面を端面６７の近くにおいて円筒
形ポケットに連結している。

前記溝７２は先ずウッドラフキー力ツタをその軸線が弁
スプールの軸線に対して実質的に垂直となるように該弁
スプールの軸線に向って半径方向に所定の深さだけ前進
せしめ、次に所定の深さを維持しつつ円筒形ポケットと
ランド部１５との間において弁スプールに対し縦方向に
カツタを移動させる。

これによって溝および周囲面の交差部分に矩形開口７３
が形或され、前記端面６７から遠い方の開口の縁から延
びる弓形面７４および前記弓形面に対して接線をなしか
つ円筒形ポケットに達する底面部分７６が形威される。

円筒形ポケットに達する底面部分は該ポケットに対して
小さな弓形曲率を有し、かつ溝の開口と直径方向に相対
する円筒形ポケットの側壁の方に向って円筒形ポケット
内に延びている。

弁スプール内には弓形キー力ツタ調整溝孔７７の別の対
が設けられ、この溝孔はランド部１５を普通の態様で環
状溝２３と連結している。

第５図乃至８図は在来技術による種々の調整溝孔の形を
本考案によるものと比較するために示したものである。

第５乃至第８図の各個において弁スプールの一部分は“
ａ”、メータイン溝孔は“ｂ”、メータアウト溝孔は“
Ｃ”によって表わされている。

何れの場合においてもメータイン状態において流体が通
る通路は実線矢印によって示され、かつメータアウト状
態における通路は破線矢印によって示されている。

本考案による装置の動作は以上の説明によって明らかで
あるが、次にこの動作についてさらに簡単に説明する。

選択弁５６が図示の位置にある時はパイロット導管５８
， ６１はタンク６３の方に開き、かつ弁スプール１１
は可撓性復心機構５１により、図示の中立位置に保持さ
れる。

弁スプールがこのような位置にある時は、ポンプ４７（
連続的に作動しているものと考えられる）から吐出され
た流体は入口３６に導かれ、かつ実質的に拘束されるこ
となく溝２３・を通って環状室２９から環状室３０に至
り、さらに排出通路３９に入り、ここから液圧ジャッキ
４３の位置に影響をおよぼすことなくタンク佃に復帰す
る。

選択弁５６を左方に移動させれば、加圧されたパイロッ
ト流体はパイロット導管６１を通ってアダプタハウジン
グ５９の作動室６０に導かれ、ここでパイロット流体は
弁スプール１１の端部に対して作動し、この弁スプール
を復心機構５１の弾性に逆って左方に押動かす。

弁スプールが左方に移動すれば液圧ジャッキの頭端を流
動室２７および排出通路３９に連結し、かつ液圧ジャッ
キの棒端を環状室３１に連結する。

なお弁スプールが左方に移動すればランド部１６の端壁
６８は第２図に示される如く環状座ランド部３４の方に
移動し、環状溝２３を通って環状室２９から環状室３０
に流動する流体を拘束する。

これは環状室２９内に流体圧力を形威し、この圧力が増
加すれば逆止弁３７が開き、流体は通路３８を通って環
状室３１に流入し、次に液圧ジャッキの棒端に達する。

液圧ジャッキの移動速度は該ジャッキに送給される流体
の量によって制御され、このジャッキに送給される流体
の量は調整溝孔６６を通る流体を調整することにより、
すなわち半長円形開口７１および円筒形ポケット６９を
通る流体を調整することによって決定される。

円筒形ポケットを通る流体はメータアウト状態にあり、
かつ全体が第２図の破線矢印によって示された通路を通
り、この時流出する流体は実質的に弁スプールの軸線に
対して垂直となるように半径方向外方に案内される。

後述の制御された試験状態においては流体の流動力は弁
スプールの運動を助け、かつ調整溝孔を閉じる傾向のあ
る方向に働らく。

同様に選択弁５６が反対方向に移動すれば、弁スプール
１１は右方に動き、ランド部１５の端面６７が環状座ラ
ンド部３４に近づいた時に、環状室２９から環状室３０
に至る流体は再び制限され、加圧された流体が通路３８
および環状室２８を通って液圧ジャッキ４３の頭端に達
し、該ジャッキを伸長させる。

この移動速度は調整溝孔６６を通る流体すなわち矩形間
口７３およびランド部１５内に形或された溝７２の部分
と、キー力ツタ溝孔７７との組合せを通る流体を調整す
ることによって設定される。

前記矩形開口を通る流体の流動はメータイン状態にあり
、かつ第３図の矢印によって示された通路を通り、この
時流体の一部分は縦方向に延びる溝７２を通りかつ円筒
形ポケット６９の中に導かれる。

したがって流体の流動方向は変換せしめられ、弁スプー
ル１１の運動とは反対方向に導かれるようになる。

しかしながらメータインされた流体の一部分は前記溝か
ら流出し、かつ円筒形ポケットから流出する流体に衝当
し、流動が実質的に半径方向外方に向うようにする。

したがってメータイン状態においては縦方向に延びる溝
は円筒形ポケット流体送給溝として働らく。

キー力ツタ溝孔７７を通る流体の流動もメータイン状態
にあり、かつ第５図の実線矢印によって示された通路を
通る。

弁スプールのメータアウト状態に対して使用される同じ
試験状態においては、弁スプールに働らく流体の流動力
は該弁スプールの運動を助けかつ調整溝孔を閉じる傾向
の方向に働らき、かつその大きさはメータアウト状態に
おいて弁スプールに対して加わる流動力と実質的に等し
い。

弁スプールに対する反動力を調整する時の試験条件は流
体を１４０グラム／分の流量で入口３６に導くことより
なっている。

環状室２９および通路３８間の流体の連通は阻止され、
かつ安全弁を入口に連結し、２１０．９２キログラム／
平方糎（３０００ポンド／平方吋）なる負荷をシミュレ
ートするようにする。

復心機構５１は試験の場合は削除する。弁スプールを液
圧アクチュエータによって移動せしめ、かつ該弁スプー
ルと液圧アクチュエー夕との間にロードセルを挿入し、
この弁スプールに加わる流動力の大きさおよび方向を調
整する。

第５図に示された在来の調整溝孔も同じ条件下において
試験し、その結果を次に要約して示した。

比較を行うために、弁スプールに作用する流動力が該弁
スプールを弁スプール運動方向と同じ方向に駆動する時
はこの流動力を“弁スプール運動助勢力”と称し、かつ
前記弁スプールに作用する流動力が該弁スプールを弁ス
プール運動方向と反対の方向に駆動する時は“弁スプー
ル運動対抗力”と称することとする。

本考案の調整溝孔６６を備えた弁スプール１１が左方に
移動し、円筒形ポケット６９を通して流体をメータアウ
トするようになれば、３４．０２キログラム／平方糎（
７５ポンド／平方吋）なるピークの弁スプール運動助勢
力が弁スプールに加わることが測定される。

これに反し第５図に示されたキー力ツタ型溝孔“Ｃ”を
通るメータアウトの場合は、弁スプールに加わる弁スプ
ール運動助勢力は７４．８４キログラム／平方糎（１６
５ポンド／平方吋）なるピーク流動力となる。

したがって本考案による弁スプールに加わる反動力はメ
ータアウト状態においては在来の弁スプールに対する反
動力より４０．８２キログラム（９０ポンド）少ない。

しかしながら調整溝孔の形を第５図に示さ・れたキー力
ツタ型の溝孔“Ｃ”から第６図に示されたエンドミル型
の溝孔“Ｃ”に変えれば、メータアウト状態においては
流動力はこの程度まで減少する。

したがってメータアウト状態において縦方向溝７２が円
筒形ポケットに対する流体送給を助ける場合においても
、流動力に減少をきたすものではない。

本考案による調整溝孔６６を有する弁スプールが右方に
移動した時のメータイン状態においては、弁スプール上
に働らく弁スプール運動助勢力は３４ ．０２キログラ
ム（７５ポンド）なるピーク流動力となることが測定さ
れる。

４個のキー力ツタ型溝孔“ｂ”を有する第５図の弁スプ
ールを、メータイン状態において同じ条件で試験を行っ
た。

この時弁スプールに働らく弁スプール運動対抗力のピー
クは２９．４８キログラム（６５ポンド）であった。

理論的には普通のキー力ツタ型溝孔を使用する時のメー
タイン状態においては、第５図の実線矢印によって示さ
れる如き小さな流体流出角は、反動力が弁スプール運動
対抗力となるための要因である。

したがって第６図および第７図のキー力ツタ型溝孔“ｂ
”に対する流動力はメータイン状態においては第５図の
場合と同じ方向および同し大きさを有している。

第８図の弁スプールに働らく流動力は前述の如きメータ
イン状態におけると同じ状態の試験は行わなかったが、
理論的にはキー力ツタ溝孔“ｂ”を通ってメータインさ
れた流体は矢印によって示された通路を通り、流動力は
比較的小さな弁スプール運動対抗力となる。

以上の如き発見を要約すれば次のようになる。

本考案によるような調整溝孔６６を設ければ、メータイ
ンおよびメータアウト状態の両方の場合に弁スプールに
働らく流動力は３４．０２キログラム（７５ポンド）で
あり、何れの場合の流動力も弁スプール運動助勢力であ
る。

これはもし所定の力が弁スプールの何れかの端部に加え
られた時は弁スプールがその中央位置から同じ量だけ何
れかの方向に移動することを意味する。

したがって弁スプールの移動量は両方における選択弁の
移動量に対応する。

第５図に示されたキー力ツタ型調整溝孔の場合はメータ
アウト状態において弁スプールに働らく流動力は７４．
８４キログラム（１６５ポンド）なる弁スプール運動助
勢力であり、メータイン状態において弁スプールに働ら
く流動力は２９．４８キログラム（６５ポンド）なる弁
スプール運動対抗力である。

これはメータアウト状態において大きな流動力に対抗す
るためには堅い可撓性復心機構を使用せねばならぬこと
を意味する。

さらに弁スプールをメータイン方向に動かすに必要な作
動力は該弁スプールをメータアウト方向に動かすに要す
る作動力より１０４ ．３２キログラム（２３０ポンド
）だけ大である。

したがって選択弁が同じ量だけ反対方向に移動すれば弁
スプールは異なる量だけ移動し、液圧ジャッキの制御を
困難にする。

第６図および第７図に示された調整溝孔は実質的に第５
図について前に説明したものと同様な流動力を発生させ
るが、ただ異なる点はメータアウトの力がほぼ３４ ．
０２キログラム（７５ポンド）に減少することである。

しかしながらこれによって、弁スプールをメータイン方
向に動かすに要する作動力はメータアウト方向に動かす
場合に比して最高６３．５０ Ｎログラム（１４０ポン
ド）の差が生じる。

したがって選択弁の運動量が同じ時に弁スプールの運動
量を等しくする問題はまだわずかではあるが残っている
。

第８図に示された形の調整溝孔を使用すればメータアウ
ト状態において弁スプールに働らく流動力は７４．８４
キログラム（１６５ポンド）なる弁スプール運動助勢力
であり、メータイン状態において弁スプールに働らく流
動力は比較的小さな弁スプール運動対抗力である。

したがってメータイン方向に弁スプールを動かすに必要
な作動力はメータアウト方向における場合よりも７４．
８４キログラム（１６５ポンド）だけ大となる。

これも選択弁を反対方向に同じ量だけ動かした場合に弁
スプールの運動量を等しくせねばならぬと言う同じ問題
を提起する。

以上の如く本考案によれば、弁スプールが、調整溝孔を
閉或する方向に弁スプールに作用する力を生じるように
円筒形ポケットを介してメータアウトするポンプ入口か
ら排出口への流れである第１位置と、調整溝孔を閉或す
る方向に弁スプールに作用する力を生じるように溝が流
体流を円筒形ポケットに向けて溝を介してメータインす
るポンプ入口から排出口への流れである第２位置との間
で長手方向軸線に沿って移動可能な流動制御弁を提供で
き、メータインおよびメータアウト状態の両方に対して
実質的に同じ大きさの弁スプール運動助勢力を与え、円
筒形ポケットの流動力減少特性を利用し、メータアウト
状態において弁スプールに働らく流動力を最少限に止め
るようになすことによって達或される。

さらに調整溝孔を通してメータインされた流体を、縦方
向に延びる円筒形ポケット流体送給溝を通して該円筒形
ポケット内に送給すれば、流体は実質的に半径方向外方
に導かれ、かつこの時円筒形ポケットの壁に対する流体
の作用によって発生する力は、メータイン状態において
弁スプール運動助勢力を発生させるに十分である。

以上本考案の好適な実施例を説明したが、本考案は実用
新案登録請求の範囲において種々の変型を行い得ること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の調整溝孔を使用した制御弁の側面図で
ある。 第２図および第３図は弁スプールの作動位置を示す、一
部破断拡大図である。 第４図は調整溝孔の平面図で線ＴＶ−ＩＶに沿って見た
ものである。 第５図、第６図、第７図および第８図は在来の調整溝孔
を示す断面図である。 図において１０は流量制御弁、１１は弁スプール、１２
は穴、１３は弁胴、１４， １５， １６， １７はラ
ンド部、１９， ２０， ２１は縮径部分、２２， ２
３， ２４は環状溝、２６，２７， ２８， ２９，
３０， ３１， ３２， ３３は環状室、３４は環状ラ
ンド部、３６は入口、３７は逆止弁、３８は通路、３９
は共通排出通路、４１，４２はモーターロ、４３は液圧
ジャッキ、４４， ４６は導管、４７はポンプ、４８は
タンク、５１は復心機構、５２はハウジング、５３は軸
、５４は作動室、５６は選択弁、５７はパイロット装置
、５８はパイロット導管、５９はアダプタハウジング、
６０は作動室、６１はパイロット導管、６２はパイロッ
トポンプ、６３はタンク、６６は調整溝孔、６７， ６
８は端面、６９はポケット、７１は半長円形開口、７２
は溝、７３は矩形開口、７４は弓形面、７６は底面部分
、７７はキーカッター溝孔である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内部にポンプ入口及び排出口を形威して有し且つポンプ
   入口を比較的高い圧力のポンプに連結し且つ排出口を実
   質的に大気圧力の溜めに連結するように構威された弁胴
   と、弁胴の穴内に滑動可能に配置された弁スプールとを
   有し、弁スプールが第１及び第２のランド部と、第１及
   び第２のランド部の間に配設された縮径部分と、第１の
   ランド部の周囲面から第２のランド部の周囲面へ延びる
   調整溝孔とを有し、前記調整溝孔が第２のランド部へ鋭
   角でくぼんだほぼ円筒形のポケットと、一部を第１のラ
   ンド部に形或し且つ一部を縮径部分に形或した溝とを有
   し、前記溝が第１のランド部の周囲面で開いている弓形
   面部分と、前記弓形面部分に接し且つ円筒形ポケット中
   へ開いている細長い底面部分を有し、前記弁スプールが
   、ポンプ入口から排出口への流体の流れが調整溝孔を閉
   じる方向に弁スプールに作用する力を生じるように円筒
   形ポケットを介してメータアウトする第１の位置と、ポ
   ンプ人口から排出口への流体の流れが調整溝孔を閉じる
   方向に弁スプールに作用する力を生じるように流体の流
   れを円筒形ポケットへ向ける前記溝を介してメータイン
   する第２の位置との間を移動し得ることを特徴とする流
   量制御弁。