| 【発明の名称】 |
流体圧用バルブ |
| 【発明者】 |
【氏名】清水 雅雪
【氏名】原 英夫
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| 【要約】 |
【課題】バルブ内における流体力を小さくして容易にスプールの移動を行うことのできる流体圧用バルブを提供する。
【解決手段】スプール１１の外周面に摩耗防止処理１２５を施すので、品質が安定して表面硬度が上昇し、バルブ本体９とスプール１１との間の摺動抵抗が減少すると共に、バルブ本体９およびスプール１１内部に設けられている通路８９、９３、９５、９９、１０７、１０９、１２１および中空部７１、７５、７９の内面における表面張力が減少して、圧力流体の通過による流体力が減少する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記スプールの外周表面に摩耗防止処理を施したこと、を特徴とする流体圧用バルブ。
【請求項２】 バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記バルブ本体および前記スプール内部に設けられている圧力流体が通過する通路の内面につき出し処理により多数の突起を設けてなること、を特徴とする流体圧用バルブ。
【請求項３】 バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記スプールの外周表面に摩耗防止処理を施すと共に、前記バルブ本体および前記スプール内部に設けられている圧力流体が通過する通路の内面につき出し処理により多数の突起を設けてなること、を特徴とする流体圧用バルブ。
【請求項４】 前記摩耗防止処理が、前記スプールの外周表面に設けられた球面状凹部であること、を特徴とする請求項１または３記載の流体圧用バルブ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は流体圧用バルブに係り、さらに詳しくは、スプールの移動により切りかえる流体圧用バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、バルブ本体に供給された圧力流体をバルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブでは、摩耗防止のため摺動部であるスプールの外周面に焼入れ処理等を行い、バルブ本体あるいは予め熱処理されたスリーブと組み合わせて用いるのが一般的である。
【０００３】
【発明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技術にあっては、熱処理による歪みあるいは焼割れ等が発生し、その修正処理は難しく品質の安定化が困難であるという問題がある。
【０００４】また、微妙な制御を行うためスプールの応答周波数を上げようとすると摺動抵抗が増大して大きな駆動力が必要となり、装置の大型化・複雑化を招くという問題がある。
【０００５】また、高圧・大流量バルブでは、バルブ内を通過する油や気体が高速となって流体力が非常に大きくなり、バルブを切り換えるのに大きな駆動力が必要となる。
【０００６】この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、バルブ内における流体力を小さくして容易にスプールの移動を行うことのできる流体圧用バルブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、請求項１による発明の流体圧用バルブは、バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記スプールの外周表面に摩耗防止処理を施したこと、を特徴とするものである。
【０００８】従って、スプールの品質が安定して表面硬度が上昇するので、バルブ本体とスプールとの間の摺動抵抗が減少する。
【０００９】請求項２による発明の流体圧用バルブは、バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記バルブ本体および前記スプール内部に設けられている圧力流体が通過する通路の内面につき出し処理により多数の突起を設けてなること、を特徴とするものである。
【００１０】従って、バルブ本体およびスプール内部に設けられている通路の内面における表面張力が減少して、圧力流体の通過による流体力が減少する。
【００１１】請求項３による発明の流体圧用バルブは、バルブ本体に供給された圧力流体を、前記バルブ本体に対して移動するスプールにより切り換えて所望の駆動装置に供給する流体圧用バルブであって、前記スプールの外周表面に摩耗防止処理を施すと共に、前記バルブ本体および前記スプール内部に設けられている圧力流体が通過する通路の内面につき出し処理により多数の突起を設けてなること、を特徴とするものである。
【００１２】従って、スプールの品質が安定して表面硬度が上昇するので、バルブ本体とスプールとの間の摺動抵抗が減少すると共に、バルブ本体およびスプール内部に設けられている通路の内面における表面張力が減少して、圧力流体の通過による流体力が減少する。
【００１３】請求項４による発明の流体圧用バルブは、請求項１または３記載の流体圧用バルブにおいて、前記摩耗防止処理が、前記スプールの外周表面に設けられた球面状凹部であること、を特徴とするものである。
【００１４】従って、球面状凹部が表面張力の大きな油溜りとなり、バルブ本体とスプールの金属接触による摺動抵抗が減少する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】図２〜図５には、この発明に係る流体圧用バルブの一例として多ポートロータリーバルブ１が示されている。この多ポートロータリーバルブ１は、駆動装置の一例としての油圧シリンダ３のピストン５を高圧または低圧で上下動させるためのものであり、中央に図２中左右方向の摺動溝７を有するバルブ本体９、前記摺動溝７において回転および図２中左右方向へ摺動自在のスプール１１が設けられている。
【００１７】また、前記スプール１１を摺動溝７に沿って図２中左右方向へ移動せしめる往復移動機構の一例としての直動式モータ１３、前記スプール１１を回転せしめる旋回機構の一例としての回転式モータ１５が設けられている。前記直動式モータ１３はバルブ本体９の図２中右端面に取り付けられており、スプール１１の回転を許容して左右に押したり引いたりするため、回転のみ許容する軸受け１７により接続されている。
【００１８】一方、前記回転式モータ１５は、スプール１１の左右往復動を許容して回転を伝達するため、回転式モータ１５の回転軸１９に取り付けられている回転伝達棒２１を、スプール１１の図２中左端面に突出して設けられている突出部２３の中央に設けられている穴２５に挿入し、回転が拘束された状態で図２中左右方向へ摺動自在に設けられている。このため、回転式モータ１５は、モータ保持用ブロック２７を介してバルブ本体９の図２中左端面に取り付けられている。
【００１９】バルブ本体９の側面（図２中下側面）には、低圧の圧力流体を供給する低圧ポンプ２９に配管３１により接続される取入口としての低圧ポート穴３３、高圧の圧力流体を供給する高圧ポンプ３５に配管３７により接続される取入口としての高圧ポート穴３９、油圧シリンダ３の上室４１に圧力流体を供給すべく配管４３により接続される供給口としてのＡポート穴４５、油圧シリンダ３の下室４７に圧力流体を供給すべく配管４９により接続される供給口としてのＢポート穴５１、油圧シリンダ３の下室４７から圧力流体を排出すべく配管５３により接続されるＴＢポート穴５５、油圧シリンダ３の上室４１から圧力流体を排出すべく配管５７により接続されるＴＡポート穴５９、油圧シリンダ３から排出された圧力流体をタンク６１に戻すべく配管６３によりタンク６１に接続されているＴポート穴６５が設けられている。
【００２０】油を溜めているタンク６１には、油圧モータ６７により駆動される高圧の作動油を供給するための高圧ポンプ３５と、低圧の作動油を供給するための低圧ポンプ２９が設けられている。この高圧ポンプ３５は高圧回路により多ポートロータリーバルブ１の高圧ポート穴３９に接続されており、低圧ポンプ２９は低圧回路により多ポートロータリーバルブ１の低圧ポート穴３３に接続されている。
【００２１】前記スプール１１の内部は、基本的に中空になっており、肉厚部分６９には所定位置に種々の形状をした切欠きが設けられている。スプール１１の図２中右側端部付近に設けられている通路である右中空部分７１の肉厚部分６９には互いに対向する上下一対の矩形状の供給穴７３（図２中では下側の穴のみが示されている）が設けられている。
【００２２】また、図３〜図５を併せて参照するに、前記右中空部分７１の図２中左隣に設けられている通路である中央中空部分７５の肉厚部分６９には、一対の細長い切欠き７７Ｕ、７７Ｌが設けられている（図３参照）。さらに、前記中央中空部分７５の図２中左隣の通路である。左中空部分７９の肉厚部分６９には、右側に一対の細長い切欠き８１Ｕ、８１Ｌが設けられ（図４参照）、この切欠き８１Ｕ、８１Ｌの左側における肉厚部分６９には、幅の広い切欠き８３が設けられている（図５参照）。なお、前記切欠き７７Ｕ、７７Ｌ、８１Ｕ、８１Ｌ、８３の長さは、スプール１１が直動式モータ１３により左右に移動しても後述する穴が外れないような長さとなっている。また、スプール１１の左側端部には、多数の溝８５が設けられており、また、低圧ポート穴３３からバイパスポート１２３により圧力を溝８５に供給され摺動溝７とスプール１１に油膜を形成し摺動溝７とスプール１１の固着を防ぐ。
【００２３】再び図２に戻って、バルブ本体９の内部には種々の通路が設けられている。スプール１１が直動式モータ１３により右側位置へ移動された場合に前記下側の供給穴７３の位置に対応する前記摺動溝７の下側内面には低圧開口８７が設けられており、この低圧開口８７と前記低圧ポート穴３３とを結ぶ通路８９が設けられている。スプール１１の供給穴７３が所定角度回転した場合でも低下開口８７によりずれない大きさに設けられている。
【００２４】また、スプール１１が直動式モータ１３により左側位置へ移動された場合（図２に示されている状態）に前記下側の供給穴７３の位置に対応する前記摺動溝７の下側内面には高圧開口９１が設けられており、この高圧開口９１と前記高圧ポート穴３９とを結ぶ通路９３が設けられている。前記高圧開口９１は、前述の低圧開口８７と同様、スプール１１の供給穴７３はスプール１１が所定角度回転した場合でも前記高圧開口８７よりはずれない大きさに設けられている。
【００２５】スプール１１が右側位置へ移動した場合、低圧力は低圧ポンプ２９、配管３１、低圧ポート穴３３、低圧開口８７、供給穴７３と流れスプール１１内の中央中空部分７５に油が流れる。スプール１１が左側位置へ移動した場合、高圧力は高圧ポンプ３５、配管３７、高圧ポート穴３９、通路９３、高圧開口９１と流れスプール１１内の中央中空部分７５にやはり油が流れる。
【００２６】バブル本体９には図３に示されているように、Ａポート出口９７および１０３、Ｂポート出口１０１および１０５が対向して設けられている。Ａポート出口９７および１０３はバブル本体９内部にて１つとなり、配管１０７を介してＡポート穴４５とつながっている。Ｂポート出口１０１および１０５も同様にバブル本体９内部で１つとなり、配管１０９を介してＢポート穴５１とつながっている。より多くの流量を確保したければ、図１に示されているように、通路９７のとなりにＡポート出口１０３を設けることにより、Ａの面積を２倍にすることができる。上記Ａポート出口１０３のみでなく、Ａポート入口９７、Ｂポート入口１０１、Ｂポート出口１０５も同様である。
【００２７】図４を併せて参照するに、前記Ａポート出口１０３の左側には通路１１１によりＴＢポート穴５５と連絡される１対のＴＢ開口１１３が設けられており、前記Ｂポート出口１０５の左側には通路１１５によりＴＡポート穴５９と連絡される一対のＴＡ開口１１７が設けられている。ＴＡポート穴５９、ＴＢポート穴５５も、前記Ａポート穴４５、Ｂポート穴５１と同様に、より多くの流量を確保したければ、図１に示すように、ＴＡ開口１１７およびＴＢ開口１１３のとなりにポートを設けることにより面積を２倍にすることができる。
【００２８】図５を併せて参照するに、前記摺動溝７の図２中左側端部付近における上下面にはＴポート出口１１９が設けられている。このＴポート出口１１９は、スプール１１が所定角度回転した場合にもスプール１１の切欠き８３から外れることがないような大きさで設けられている。このＴポート出口１１９と前記Ｔポート穴６５を連絡する通路１２１が設けられている。なお、高圧または低圧にかかわらずスプール１１の移動を円滑にするために、低圧ポート穴３３よりバイパスポート１２３が設けられ、溝８５へ圧力流体を供給している。
【００２９】次に、前述の多ポートロータリーバルブ１の動作を説明する。
【００３０】まず、高圧でピストン５を上昇させる場合について説明する。直動式モータ１３によりスプール１１を左側へ移動させて高圧供給に設定する（図２に示されている状態）と共に、回転式モータ１５によりスプール１１を反時計方向へ回転させる。この状態では、高圧開口９１の真上にスプール１１の供給穴７３が位置すると共に、低圧開口８７はスプール１１の外周面により閉じられる。
【００３１】このため、高圧ポンプ３５から配管３７、高圧ポート穴３９および通路９３を経て供給された高圧の圧力流体は高圧開口９１から供給穴７３を介してスプール１１の中央中空部分７５に入り、切欠き７７Ｌおよび７７ＵよりＢポート出口１０５および１０１より通路１０９、Ｂポート穴５１、配管４９を介して油圧シリンダ３の下室４７に供給されピストン５を上昇せしめる。
【００３２】このとき、スプール１１の中央中空部分７５においては、切欠き７７Ｌ、７７ＵがＢポート出口１０１、１０５の上にあるため、Ａポート出口９７、１０３はスプール１１の外周面により閉じられている。従って、ピストン５の上昇により油圧シリンダ３の上室４１に充填されている圧力流体は、配管５７、ＴＡポート穴５９、通路１１５、ＴＡ開口１１７、切欠き８１Ｌ，８１Ｕを介してスプール１１の左中空部分７９に排出され、さらに切欠き８３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポート穴６５、配管６３を介してタンク６１に排出される。
【００３３】高圧でピストン５を下降させる場合には、回転式モータ１５によりスプール１１を時計方向へ回転させる。この状態でも、高圧開口９１の真上にスプール１１の供給穴７３が位置すると共に、低圧開口８７はスプール１１の外周面により閉じられているため、高圧の圧力流体がスプール１１の中央中空部分７５に供給されるのは前述のピストン５を上昇させる場合とまったく同様である。中央中空部分７５に供給された圧力流体は、切欠き７７Ｌ，７７Ｕを通ってＡポート出口１０３、９７から出て、通路１０７、Ａポート穴４５、配管４３を介して油圧シリンダ３の上室４１に供給されてピストン５を下降させる。
【００３４】このとき、スプール１１の中央中空部分７５においては、Ｂポート出口１０１、１０５はスプール１１の外周面により閉じられているので、ピストン５の下降により油圧シリンダ３の下室４７に充填されている圧力流体は、配管５３、ＴＢポート穴５５、通路１１１、ＴＢ開口１１３、切欠き８１Ｌ，８１Ｕを介してスプール１１の左中空部分７９に排出され、さらに切欠き８３、Ｔポート出口１１９、通路１２１、Ｔポート穴６５、配管６３を介してタンク６１に排出される。
【００３５】一方、低圧でピストン５を上昇または下降させる場合には、直動式モータ１３によりスプール１１を摺動溝７に沿って図２中右方向へ移動させる。この状態では、低圧開口８７の真上にスプール１１の供給穴７３が位置すると共に、高圧開口９１はスプール１１の外周面により閉じられる。このため、低圧ポンプ２９から配管３１、低圧ポート穴３３および通路８９を経て供給された低圧の圧力流体は低圧開口８７から供給穴７３を介してスプール１１の中央中空部分７５に供給される。その後の圧力流体の動きは、前述した高圧の場合とまったく同様である。
【００３６】上述したような多ポートロータリーバルブ１において圧力流体の流量調整や圧力調整を高精度に制御するには、スプール１１の高精度加工やスプール動作の高応答が要求される。
【００３７】そこで、図１（Ａ）に示されているように、スプール１１の摺動部である外周面に、例えば４０μmのセラミックあるいはシリカ粉を１００m／secの速さで吹き付ける等の摩耗処理を施す。
【００３８】このような摩耗処理の結果、スプール１１の表面硬度が上昇するため、従来行われていた 素材→前加工→熱処理（焼入れ）→歪み取り→研削加工 の工程から熱処理および歪み取りの工程を省略して、素材→研削加工→摩耗防止処理 のように工程を簡略化することができる。このような加工工程に変更しても、スプール１１の加工精度はほとんど変化なく且つ硬度が増して品質の安定化を図ることができるのが確認された。
【００３９】また、スプール１１の表面粗度は摩耗防止処理の結果、スプール１１表面に無数の小さな球面状の凹部１２５が形成されて処理前より約２倍近く粗くなることが確認されたが研削加工のような連続溝を形成することがなく、個々の独立した球面状の凹部１２５が表面張力の大きな油溜りとなって金属接触による摺動抵抗が減少し、微小振幅時においては同じ駆動力による周波数応答（摺動抵抗）が約１０％向上することが確認された。
【００４０】また、図１（Ａ）および（Ｂ）を参照するに、油や空気の通過部であるスプール１１の中空部７１、７５、７９および通路８９、９３、９５、９９、１０７、１０９、１２１に突き出し処理を行うと、表面が独立した鋭利な凸部１２７が多数形成される。このため、表面張力が減少して油や空気の通過に伴うスプール１１への流体力が減少して、前述の場合と同様に周波数応答が改善される。
【００４１】以上の結果から、油や空気の通過部であるバルブ本体９の通路８９、９３、９５、９９、１０７、１０９、１２１やスプール１１の中空部７１、７５、７９等の表面に摩耗処理を行うことにより周波数応答を改善させると共に、製作工程を簡略化することができ且つ品質の安定化を図ることができる。
【００４２】また、バルブ本体９の通路８９、９３、９５、９９、１０７、１０９、１２１やスプール１１の中空部７１、７５、７９等の表面に突き出し処理を行って鋭利な凸部１２７を設けることにより、油や空気の通過によるスプール１１への流体圧を減少させて、周波数応答を改善することができる。
【００４３】なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明による流体圧用バルブでは、スプールの品質が安定して表面硬度が上昇するので、バルブ本体とスプールとの間の摺動抵抗が減少して容易に移動を行うことができる。
【００４５】請求項２の発明による流体圧用バルブでは、バルブ本体およびスプール内部に設けられている通路の内面における表面張力が減少して、圧力流体の通過による流体力が減少するので、周波数応答を改善することができる。
【００４６】請求項３の発明による流体圧用バルブでは、スプールの品質が安定して表面硬度が上昇するので、バルブ本体とスプールとの間の摺動抵抗が減少して容易に移動を行うことができると共に、バルブ本体およびスプール内部に設けられている通路の内面における表面張力が減少して、圧力流体の通過による流体力が減少するので、周波数応答を改善することができる。
【００４７】請求項４の発明による流体圧用バルブでは、球面状凹部が表面張力の大きな油溜りとなり、バルブ本体とスプールとの金属接触による摺動抵抗が減少して同じ駆動力による周波数応答を改善することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９５０５１２０１
【氏名又は名称】株式会社アマダエンジニアリングセンター
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月１５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３０４００９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１０４９１０ |
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