JP2004183818A

JP2004183818A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2004183818A
Application number: JP2002352843A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamashita; 茂山下; Junya Kuromushiya; 淳也黒武者
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: US20040107998A1; JP4107074B2; CN1508448A; CN1291164C; US7013913B2

Abstract

【課題】流体力による流量変化を低減した流量制御弁を提供する。
【解決手段】オリフィス８を形成してなる入力ポート１ｃとオリフィス９を形成してなる出力ポート１ｄを有するボディ１に圧力補償用のスプール２を嵌装するとともに、該スプール２と流量設定用のプラグ４間にスプリング３を弾接する。そして、入力ポート１ｃと出力ポート１ｄを連通させるバイパス流路１０をボディ１の外周部に設ける。これにより、流体力の影響により減少する流量はバイパス流路１０を流れる流量で補償される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種産業機器、例えば車両やフォークリフト等の油圧制御装置に使用する流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧力補償型の流量制御弁として、図６や図７に示すようなものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。図６に示すものは、円筒状のボディ２１の内周にスプール２２を摺動可能に嵌装し、そのスプール２２と該ボディ２１の基端側に螺装した調節ねじ部２３との間にスプリング２４を螺設したものである。そして、図中矢印に沿って流入口２６から流出口２５に流体を流したとき、スプール２２がボディ２１との間に形成される絞り部２２ａの開度を自動調節しながら周知の圧力補償作用を営み、前記流入口２６の直後に設けた固定オリフィス２７の開度に応じた一定流量を前記流出口２５から流出させるようになっている。
この場合の流量調節は、前記調節ねじ部２３を回してスプリング２４のスプリング力を変えることにより行われている。
【０００３】
また図７のものは、外筒３１の内周に筒部たる内筒３２を螺着してなるもので、外筒３１と内筒３２の螺合部３３よりも先端側に環状隙間３４を形成している。また、前記外筒３１の周壁および内筒３２の周壁にはそれぞれそれらの外筒３１、内筒３２の内外を連通させる円形状の開口部３１ａ、３２ａが形成され、内筒３２の内周と外筒３１の外周とが開口部３２ａ、環状隙間３４および開口部３１ａを介して連通している。そして、前記環状隙間３４に円筒状のスプール３５を摺動可能に嵌挿している。
【０００４】
前記スプール３５は、ランド部３５ａに連続する位置に円形状の開口部３５ｂを有したもので、軸心方向に変位したとき、開口部３５ｂと前記外筒３１の開口部３１ａとの間に形成される絞り部３６を全閉状態から全開状態まで変化させ得るようになっている。このスプール３５の右端側には螺合部３３の内方端との間にスプリング３７が弾接してあり、このスプリング３７によりスプール３５を左端側に弾性付勢している。
【０００５】
一方、前記内筒３２の内周には、外部操作可能なピストン３８が摺動可能に嵌装してある。このピストン３８は、ねじ部３８ａを一体に有したもので、そのねじ部３８ａを介して内筒３２内に進退可能に螺入され、該内筒３２の開口部３２ａとの間に可変オリフィス部４０を構成している。
【０００６】
入口ポート４１ａより流体を流入させると、流体は図中矢印（破線）に沿って内筒３２の内周からオリフィス部４０を介して環状隙間３４に流入し、しかる後、絞り部３６を介して一定の流量が出口ポート４１ｂに流出する。
この場合の流量調節は、前記ピストン３８を移動させて、開口部３２ａの面積を変えることにより行っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２０４４６５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の流量制御弁は上記のように構成されているが、流量制御弁に流体（作動油）が流入するとき、いずれの場合もスプールには流体力が作用する。このため、流量制御弁の前後の圧力差が大きくなり、この流体力が無視できない大きさになると、流量制御弁に流入する流体が減少してしまい、圧力補償機能を有する流量制御弁としての特性を維持できなくなる。
本発明は、流量制御弁の前後の圧力変化に対して、所定の流量を維持できる流量制御弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の流量制御弁は、側壁にオリフィス形の流体入力口と流体出力口を形成した筒体状のボディと、この筒部の内周に嵌装した圧力補償用のスプールと、該スプールに接触し、軸方向の力を加えるスプリングと、前記流体入力口と流体出力口を接続するバイパス流路を具備してなることを特徴とするものである。
本発明の流量制御弁は、上記のように構成されており、流量弁の前後の圧力が変化しても一定の流量を維持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流量制御弁について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施例による流量制御弁の構成を示す縦断面図である。
この流量制御弁は、油圧装置（図示しない）の筐体ブロック１１に組み込まれるタイプのものであるが、筒体形状のボディ１内にその軸方向に進退可能なる状態でスプール２を嵌装すると共に、該スプール２の筒体部分にスプリング３を内挿して、その一端側を前記スプール２の筒体内に弾接させ、その他端側を前記ボディ１のねじ部１ａに螺着したプラグ４の内部端面に弾接させている。
【００１１】
前記ボディ１には、前記筐体ブロック１１に形成されたねじ部１１ａに螺着させるねじ部１ａと、前記スプリング３を含む大径部１３に流体を充満させるためのピン孔１ｂと、前記筐体ブロック１１内の供給流路から矢印方向に供給される流体をスプール２内に流入させるために、同一円周上に配置された複数個のオリフィス８からなる入力ポート１ｃと、前記筐体ブロック１１内の流路へスプール２内からの一定流量の流体を流出させるために、同一円周上に配置された複数個のオリフィス９からなる出力ポート１ｄが設けられている。
【００１２】
図２は、前記入力ポート１ｃを構成するオリフィス８または、前記出力ポート１ｄを構成するオリフィス９の中心を通る円周面を含む断面図で、オリフィス８およびオリフィス９はボディ１の軸と平行してそれぞれ１個以上設けられている。また、供給流路と出力ポート１ｄ間は、図３に示すようにボディ１と平行して１個以上のバイパス流路１０が設けられている。なお、流体の外部への漏れを防止するため、前記筐体ブロック１１とボディ１との間にはＯリング６、前記プラグ４とボディ１との間にはＯリング５がそれぞれ挿着されている。
【００１３】
また、前記スプール２には、前記入力ポート１ｃから流入した流体を前記出力ポート１ｄから流出させるために、軸方向に環状溝２ａと小径部１２を形成する圧力伝達孔２ｂとが設けられており、該スプール２を軸心方向に進退させることにより、前記入力ポート１ｃと前記環状溝２ａで形成される流体開口部は全閉から全開まで変化させることができるようになっている。
【００１４】
上記流量制御弁において、入力ポート１ｃから流体を流入させると、流体は図１中矢印に沿って環状溝２ａ内を通って出力ポート１ｄから流出する。この状態において、前記スプール２の左端側には圧力伝達孔２ｂを介して流体圧力Ｐ１が、右端側にはピン孔１ｂを介して流体圧力Ｐ２が加わる。これにより、図４に示すようにスプール２には、その左端（最大）外径をＤとして、トータルでπＤ^２（Ｐ１−Ｐ２）／４なる液圧付勢力Ｆ１が右方向への移動力として作用する。また、スプール２にはスプリング３によるスプリング力Ｆ２が左方向への移動力、環状溝２ａ部に発生する後述の流体力Ｆ３が右方向への移動力としてそれぞれ作用する。
【００１５】
前記流体力Ｆ３は、流体（作動油）の密度（ｋｇｆ・ｓｅｃ^２／ｃｍ^４）をρ、流量（ｃｍ^３／ｓｅｃ）をＱ、絞り部の流速（ｃｍ／ｓｅｃ）をＶとすると、次式で表される。
Ｆ３＝ρＱＶ・ｃｏｓθ………（１）
なお、角度θは、出力ポート１ｄでの流体の流れ方向の平均的角度を示すものである。
【００１６】
前記流体力Ｆ３が無視できるほど流体の流速が低い流速域では、前記液圧付勢力Ｆ１がスプリング力Ｆ２を下回る場合、すなわちＦ１＜Ｆ２の場合には、スプール２はボディ１の筒体内の底面に接し、静止したままで流量は流体圧力の上昇に伴い増加して行く。そして、前記液圧付勢力Ｆ１がスプリング力Ｆ２を上回る場合、すなわちＦ１＞Ｆ２の場合には、スプール２は図４に示すようにボディ１内を右方向に移動し、液圧付勢力Ｆ１とスプリング力Ｆ２とがバランスする位置で静止し、一定の流量が出力ポート１ｄから流出する。
【００１７】
このバランス状態において、供給流体圧力が上昇しようとすると、流体圧力Ｐ１が上昇してスプール２は右方向に移動しようとする。すると、オリフィス８の開口度が絞られ流体圧力Ｐ１の上昇が抑えられる。スプリング力Ｆ２は、ほぼ一定と見なせるので、常に（Ｐ１−Ｐ２）に比例する液圧付勢力Ｆ１が一定となるように制御されるので、出力ポート１ｄから流出する流量は一定に保たれる。
【００１８】
そしてさらに流体流速が増加すると、（１）式に示したように、流速Ｖに比例して、スプール２を右方向に移動させようとする流体力Ｆ３が加えられ、その分さらにスプール２を右方向に移動させようとするので、前記オリフィス８の開口度は絞られ、前記オリフィス９からの流出量は減少する。一方、流体供給側から出力ポート１ｄに設けられた前記バイパス流路１０からの流量は増加し、総合流量は、流体供給圧力に対し図５に示すような特性を示す。
【００１９】
すなわち、弁前後をバイパスするように流量制御弁外部に固定オリフィスとしてのバイパス流路１０を設けることにより、流量制御弁内のスプール２に作用する流体力Ｆ３によって減少した流量を、前記バイパス流路１０を通過する流量で補い、理想的な圧力補償形の流量制御弁の特性が得られる。図５において、前記バイパス流路１０がある場合と無い場合との流量特性を比較しているが、図に示すように、バイパス流路１０が無い場合には、流体圧力の上昇に伴い流量が顕著に減少するが、本発明によれば、必要とする流量制御の特性を得ることができる。
【００２０】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、請求項の主旨内において種々の変形が可能である。例えば、流量制御範囲に応じてオリフィス８、９やバイパス流路１０などの形状、大きさおよび個数を任意に選ぶことができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による流量制御弁は、以上説明したとおり構成されているので、使い勝手が良好であり、かつ流体力が大きく影響する小型の流量制御弁においても大きな流量を優れた特性の下で容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による流量制御弁の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施例に係わる入、出力ポートの断面図である。
【図３】実施例に係わるバイパス流路の断面図である。
【図４】実施例による流量制御弁の動作状態を示す縦断面図である。
【図５】流量制御特性の比較図である。
【図６】従来の流量制御弁の縦断面図である。
【図７】従来の他の流量制御弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１、２１ボディ
１ａ、１１ａ、３８ａねじ部
１ｂピン孔
１ｃ入口ポート
１ｄ出口ポート
２、２２、３５スプール
２ａ環状溝
２ｂ圧力伝達孔
３、２４、３７スプリング
４プラグ
５、６Ｏリング
８、９オリフィス
１０バイパス流路
１１筐体ブロック
１２小径部
１３大径部
２２ａ絞り部
２３調節ねじ部
２５流出口
２６流入口
２７固定オリフィス
３１外筒
３１ａ、３２ａ開口部
３２内筒
３３螺合部
３４環状隙間
３５ａランド部
３５ｂ開口部
３６絞り部
３８ピストン
４０可変オリフィス部
４１ａ入力ポート
４１ｂ出力ポート

Claims

側壁にオリフィス形の流体入力口と流体出力口を形成した筒体状のボディと、この筒部の内周に嵌装した圧力補償用のスプールと、該スプールに接触し、軸方向の力を加えるスプリングと、前記流体入力口と流体出力口を接続するバイパス流路を具備してなることを特徴とする流量制御弁。