JP2003287147A - スプール切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータの操作性が良く、信頼性の高
いスプール切換弁を提供する。 【解決手段】 ポンプライン４とシリンダポート６と
タンクライン３とを含む複数の油室を備えたハウジンク
１と、このハウジング１内に摺動自在液密的に支持され
上記複数の油室への油の供給を切換えるスプール２とか
らなるスプール切換弁において、シリンダポート６とタ
ンクライン３の間に補助油室３３を設けるとともに、こ
のスプール２の大径部２Ｄの外形部に切欠き部５−１，
５−２を設け、さらに大径部２Ｈの外形部に切欠き部５
−３，５−４を設けて、シリンダポート６の圧油がタン
クライン３へ排出されるに際しては、圧油は切欠き部５
−３，５−４、補助油室３３、切欠き部５−１，５−２
を通過して徐々に圧力降下しながらタンクライン３へ排
出されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械のように複数のアクチュエータを有する機械に
使用される大容量スプール切換弁に関し、特にその信頼
性の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の技術を図を用いて説明す
る。図３は従来技術に係るスプール切換弁の一端側の断
面を模式的に示した図である。図中１はハウジング、２
はスプール、３はタンクライン、６Ｂはシリンダポート
である。油圧ショベル等に適用されるスプール切換弁に
あっては、たとえば油圧ショベルのブームを下降させる
場合、ブームの下降速度がブームからの戻り側シリンダ
ポート６Ｂからタンクライン３へ連通する通路の開度に
よって制御されるよう構成されているものがある。この
ような切換弁では、スプールの大径部の肩部分に比較的
開口面積の大きい切欠き部５−１と比較的開口面積の小
さい切欠き部５−２とが隣接して設けられており、スプ
ールの移動につれてタンクライン３へまず開口面積の小
さい切欠き部５−２が開口し、ついで開口面積の大きい
切欠き部５−１が開口するように、つまりスプールの移
動につれて逐次シリンダポート６Ｂからタンクライン３
への開口面積が大きくなるように構成されている。

【０００３】ところが、実際の油圧ショベルを使用した
作業においては、油圧ショベルの大きさと、その動作の
切換を行う切換弁との性能上のマッチングから、開口面
積の小さい切欠き部のみが全開した位置付近にスプール
が移動した状態で使用される場合が非常に多い。

【０００４】このような場合、ブームが下降する際にシ
リンダポートから開口面積の小さい切欠き部５−２を経
てタンクラインへ排出される圧油は、高速噴流となって
ハウジングの壁部に衝突することになる。しかも、この
噴流は、比較的高圧のシリンダポート６Ｂから、背圧
（ほとんど０に近い）程度の低い圧力しかないタンクラ
イン３に急激に開放されるので、この圧油の持つエネル
ギーは非常に大きくなる。したがって、ハウジング１の
壁部には、高速でかつ大きな力をもった圧油が衝突する
ことになる。このような流体エネルギの状態を図３に模
式的に示している。切欠き部５−２を通過することで速
度は急激に低下するが、対照的に運動エネルギは増加
し、ｈ１の大きさを有することになる。このｈ１のエネ
ルギがハウジング１の壁部の侵食を引き起こす原因とな
る。

【０００５】ハウジング１は一般的には強靭鋳鉄材料で
構成されるため、熱処理等により、その硬度を高くする
ことが困難である。したがって、この切換弁を長時間使
用すると、壁部が噴流により侵食され、最悪の場合に
は、その侵食がハウジング１の外面にまで貫通してしま
うとことさえあった。しかも、このようなハウジング１
が侵食される度合いは、その切換弁が搭載される油圧シ
ョベルが大きいほど著しいことがわかっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、操作
性に優れ、しかも大型建設機械等の大容量の切換えが必
要な条件で使用しても、流体力による構成部品の侵食を
抑制することができる信頼性の高い切換弁を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のスプール切換弁
は、ポンプライン、シリンダポート及びタンクラインを
含む複数の油室を備えたハウジングと、このハウジング
内に摺動自在液密的に挿入され前記複数の油室への油の
供給を切換える大径部と小径部とを備えるスプールと、
前記シリンダポートと前記タンクラインとの間に設けた
補助油室と、を備え、前記シリンダポートから前記補助
油室、および前記補助油室から前記タンクラインへと圧
油が流れるに従い、前記シリンダポートの圧力が逐次低
減されて前記タンクラインへと排出されることを特徴と
する。

【０００８】このように構成したスプール切換弁におい
て、従来弁の小さい切欠き部のみがタンクポートに全開
した位置にスプールが移動した場合のタンクラインへの
排出流量と、同じ位置にスプールが移動した際にシリン
ダポートから補助油室間、および補助油室からタンクラ
イン間の通過流量をほぼ同じになるよう設定すると、ア
クチュエータの速度制御特性は従来と変わらない上に、
タンクポートへ排出される圧油は、シリンダポートから
補助油室間、および補助油室からタンクライン間の通過
する間に十分に圧力が降下しており、タンクラインへ排
出される際にハウジングの壁部に高圧で衝突するといっ
たことがない。

【０００９】また本発明のスプール切換弁は、シリンダ
ポートと補助油室間、および補助油室からタンクライン
間、の逐次圧力低減手段を、スプールの移動に従いそれ
ぞれの油室間の開口面積を変化させる切欠き部をスプー
ルの大径部の肩部に設け、これら切欠き部を直列に配置
し、シリンダポートからの圧油をこれら切欠き部を通過
させる様構成することができる。

【００１０】さらに本発明のスプール切換弁は、この切
欠き部を流体が通過する際の、流体力の反力の合力が零
となるように、この切欠き部を配置することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態例を、
図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施形態に係るスプー
ル切換弁の断面図である。図中１はハウジング、２はス
プール、３，１３はタンクライン、３３は補助油室、４
はポンプライン、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｈはスプ
ール２の大径部、２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｊはスプール２
の小径部、６はシリンダポートである。スプール２の両
端は、キャップ１４Ａ，１４Ｂに収納されるとともに、
スプール２の両端とキャップ１４Ａ，１４Ｂとの間で油
室８Ａ，８Ｂが形成されている。油室８Ａ，８Ｂには図
示しないパイロットバルブからのパイロット圧油が、ポ
ート１０Ａ，１０Ｂを介して供給される。油室８Ａ内に
は、スプール２を中立に復帰させるバネ９が設けられて
いる。ポンプライン４には、可変容量ポンプ７が接続さ
れ、シリンダポート６Ａ，６Ｂにはアクチュエータ１５
の各ポートが接続されている。図１はスプールが中立の
状態を図示してあり、可変容量ポンプ７からの圧油は、
ポンプライン４からスプール２の小径部２Ｅ，２Ｆ、タ
ンクライン１３Ａ，１３Ｂを経てタンクへ排出されてい
る。

【００１３】スプール２の大径部２Ｄの、小径部２Ｊ側
の肩部には、切欠き部５−１，５−２が設けられてい
る。また、スプール２の大径部２Ｈの、小径部２Ｇ側の
肩部には、切欠き部５−３，５−４が設けられている。
各切欠き部の位置、大きさは、スプール２が図１の右方
へ移動する場合、まず最初に切欠き部５−２がタンクラ
イン３に開口し、ついで切欠き部５−４が補助油室３３
に開口し、さらにスプール２が右方に移動すると、切欠
き部５−２がタンクライン３に開口し、ついで切欠き部
５−３が補助油室３３に開口するように構成されてい
る。図２は、スプール２が図中右方へ移動し、切欠き部
５−２はタンクライン３に開口し、切欠き部５−４は補
助油室３３に開口しているが、切欠き部５−１は未だタ
ンクライン３に開口しておらず、切欠き部５−３も補助
油室３３に開口していない状態を示している。

【００１４】このような図１に示す構成において、図示
していないパイロットバルブからの信号圧力を油室８Ａ
に供給してスプール２を図２に示される位置まで移動さ
せると、ポンプライン４からスプール２の小径部２Ｅを
経てタンクライン１３Ａへと連通していた通路は、スプ
ール２の大径部２Ａにより遮断され，さらにポンプライ
ン４からスプール２の小径部２Ｆを経てタンクライン１
３Ｂへと連通していた通路は、スプール２の大径部２Ｂ
により遮断されるので、可変容量ポンプ７からの圧油は
通路１１，１２Ａ、シリンダポート６Ａを経てアクチュ
エータ１５へ供給される。さらにアクチュエータ１５か
らの戻り油は、切欠き部５−３，５−４、補助油室３
３、切欠き部５−１，５−２を経てタンクライン３へ排
出される。

【００１５】ここで、切欠き部５−３，５−４、補助油
室３３、切欠き部５−１，５−２を通過してタンクライ
ン３へ排出される圧油の油量は、従来の切換弁と本発明
に係る切換弁のスプール２において、そのスプール２の
移動量が同じであれば、シリンダポート６Ｂからタンク
ライン３へ排出される油量がほぼ同じとなるよう各切欠
き部の面積を設定してある。従って、アクチュエータ１
５が、たとえば油圧ショベルのブームシリンダであり、
このブームを降下させる場合を想定すると、ブームの下
降速度は従来と同様に制御することができる。また、従
来の切換弁においては、開口面積の小さい切欠き部５−
２を通って排出される圧油は、急激な圧力変化のために
高速噴流となって噴出した。しかし、本発明に係る切換
弁においては切欠き部５−３，５−４、補助油室３３、
切欠き部５−１，５−２を通過していく間に、徐々に圧
力が降下していくため、切欠き部５−２からタンクライ
ン３へ排出される時点での圧油とタンクライン３の差圧
は従来の切換弁と比べてかなり小さくなっている。その
結果、ハウジング１の壁部へ衝突する際の流体エネルギ
が小さくなり、ハウジング１の壁部の侵食を抑制でき
る。なお、スプール２の材料は鋼材が一般的であり、熱
処理により硬度を高くすることが容易にできるので、ス
プール２内部の侵食は容易に抑制することができる。

【００１６】ここで、タンクライン３へ流出する流体の
もつ圧力エネルギを模式的に図２に示す。本発明に係る
切換弁では、切欠き部５−３，５−４を通過して捕縄油
室３３に流入する時点で、流体の圧力エネルギはかなり
大きく減少し、代わって運動エネルギが増加する。さら
に、その後、補助油室３３から切欠き部５−１へ流入す
るまでの流路においては圧力エネルギ、運動エネルギと
もにほぼ変化せずに切欠き部５−２へ到る。そして切欠
き部５−２を通過する際に、圧力エネルギはほぼ、「０
（ゼロ）」近くまで減少し、運動エネルギは若干増加す
るもその大きさはｈ２であり、従来技術に係る切換弁に
おけるｈ１よりもはるかに小さい。そのため、本発明に
係る切換弁においてはハウジング１の壁部の侵食を抑制
できる。

【００１７】さらに切欠き部５−１，５−２，５−３，
５−４を、切欠き部５−１，５−２，５−３，５−４を
通過する際の流体力の半径方向分力が釣合う位置に設け
るようにすれば、この流体力によってスプール２が曲げ
られることがなく、スプール２の移動が円滑に行われ
る。具体的には、たとえば通路２０をスプール２の中心
軸に対して対称な位置に設けた２箇所に切欠き部を設け
ればよい。さらにまた、通路間の角度がそれぞれ１２０
度である３箇所に切欠き部を設けたり、角度が９０度で
ある４箇所に設けてもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、スプール切換弁にお
いて、シリンダポートとタンクポート間との間に補助油
室を設け、シリンダポートから補助油室、補助油室から
タンクラインへと圧油を通過させることで、シリンダポ
ートの圧油を徐々に圧力降下をさせながらタンクライン
へ排出するようにることで、操作性に優れ、しかも信頼
性の高いスプール切換弁を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスプール切換弁の実施形態の一例
を示す断面図である。

【図２】図１におけるスプール２の右端付近の詳細およ
び流体のエネルギ変化を示す図である。

【図３】従来のスプール弁における流体のエネルギ変化
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ スプール ３，１３ タンクライン ５−１，５−２，５−３，５−４ 切欠き部 ４ ポンプライン ６ シリンダポート ７ 可変容量ポンプ ８ 油室 １１，１２ 通路 １５ アクチュエータ ３３ 補助油室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H002 BA01 BB06 BC01 BC02 BD04 BE02 3H053 AA11 BA04 BC03 DA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプライン、シリンダポート及びタンク
   ラインを含む複数の油室を備えたハウジングと、 このハウジング内に摺動自在液密的に挿入され前記複数
   の油室への油の供給を切換える大径部と小径部とを備え
   るスプールと、 前記シリンダポートと前記タンクラインとの間に設けた
   補助油室と、 を備え、 前記シリンダポートから前記補助油室、および前記補助
   油室から前記タンクラインへと圧油が流れるに従い、前
   記シリンダポートの圧力が逐次低減されて前記タンクラ
   インへと排出されることを特徴とするスプール切換弁。
2. 【請求項２】シリンダポートと補助油室間、 および補助油室からタンクライン間、 の逐次圧力低減手段は、 スプールの移動に従いそれぞれの油室間の開口面積を変
   化させる切欠き部をスプールの大径部の肩部に設け、こ
   れら切欠き部を直列に配置し、シリンダポートからの圧
   油をこれら切欠き部を通過させる様構成したことを特徴
   とする請求項１に記載のスプール切換弁。
3. 【請求項３】前記切欠き部は、 この切欠き部を流体が通過する際の、流体力の反力の合
   力が零となるように配置されたことを特徴とする請求項
   １ないし２に記載のスプール切換弁。