JP2007107677A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 低差圧から高差圧に到るまで安定して流量一定制御が行える流量制御弁を提供する。
【解決手段】 スプール３の外周面に形成した孔１５、１６は、図示せぬ連通孔を介して中空室１９にそれぞれ連通している。メータイン油路２１に連通した第１ポート９と孔１５との間に第１開口２５が形成され、メータアウト油路２２に連通した第２ポート１０と孔１５との間に第２開口２６を形成する。また、第２ポート１０と孔１６との間に第３開口２７を形成する。メータイン油路２１とメータアウト油路２２とは、更に絞り２８を介して連通している。第１開口２５及び第３開口２７におけるフローフォースは、第１開口２５及び第３開口２７の開口面積を狭める方向に作用するが、同作用は第２開口２６におけるフローフォースによって軽減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流量制御弁に関し、特に、流量制御弁のスプールに発生するフローフォースを利用した流量制御弁に関するものである。フローフォースについて、流量制御弁を例にとって説明すると、流量制御弁における弁本体とスプールとの間には、切り欠きによる絞り面積が形成されている。この絞り面積を圧油が斜めに流れると、前記絞り面積を更に減少させるフローフォースが発生する。

一般に、流量制御弁では、流量制御弁における出力側の絞りにおけるフローフォースをセンシングバネのバネ力と対向させた構成となっている。そして、フローフォースが前記バネ力よりも大きくなったときには、フローフォースとバネ力との圧力差によって流量制御弁のスプールを摺動させる。このスプールの摺動によって入力側の絞りを絞り、流量制御弁から出力する流量を一定に保つ構成となっている。

しかし、従来から一般に用いられている流量制御弁では、フローフォースが低い低差圧状態において大流量の流量制御を行う場合には、流量が大きくなるとスプールに発生するフローフォースの値も大きくなってしまう問題がある。このため、フローフォースの値が前記センシングバネのバネ力に近い値となってしまい、バネ力による流量一定の特性が得られないという問題があった。

また、フローフォースに打ち勝つためにセンシングバネのバネ力を大きく構成すると、バネ力が大きくなってしまう。このため、フローフォースが低い低差圧状態においても大きなバネ力に抗してスプールを作動させるためには、スプールの径を大きく構成しなければならない。従って、流量制御弁自体が大型化してしまい、流量制御弁を配設する場積を大きく取らなければならないという問題があった。

流量制御弁において、フローフォースの発生を小さく抑えようとした圧力補償形流量調整弁（特許文献１参照。）が提案されている。特許文献１に記載された圧力補償形流量調整弁を、本発明の従来例としてその縦断面図を図７に示す。図７に示すように、弁本体５３に設けたスプール嵌合孔５３ａにはスプール５４が、スプール５４の長手方向に対して摺動可能に嵌合している。

スプール５４は、スプール５４の開口他端にはピストン部材が嵌着され、スプール５４内には中空室５６が画成されている。ピストン部材によってスプールの拡大端部５４ａが形成されている。スプールの拡大端部５４ａには、バネ５５のバネ力及び可変絞り部５１の下流圧Ｐ３が、図７の右向きに作用している。また、スプール５４の他端部５４ｂ及び拡大端部５４ａには、可変絞り部５１の上流圧Ｐ２が図の左向きに作用している。

中空室５６の周壁には、周壁を直角方向に貫通する２列の透孔５６ａが穿設されている。各列の透孔５６ａは、スプール５４の長手方向に沿って配列されている。スプール５４の長手方向への移動において、肩部５３ｃに連なるスプール嵌合孔５３ａの内周面によって、各列の透孔５６ａによる開口面積が変化するように配置されている。２列の透孔５６ａによって、減圧通路が構成されている。

中空室５６の周壁には、２列の透孔５６ａとは別に透孔５６ｂが形成されている。透孔５６ｂによって、スプール嵌合孔５３ａの内周面に形成した環状溝５３ｄを介して中空室５６と可変絞り部５１とを連通させた構成になっている。環状溝５３ｄの幅は、スプール５４の作動ストローク中において、常に透孔５６ｂが環状溝５３ｄに通じる幅となるように構成されている。

これにより、定流量ポンプ５０から吐出された圧油を、透孔５６ａ、中空室５６、透孔５６ｂを介して可変絞り部５１に供給することができる。可変絞り部５１を介して、可変絞り部５１の開口面積に応じた所定流量だけリザーバタンク５２に抜き取ることができる。また、２列の透孔５６ａにおける合計開口面積は、スプール５４の長手方向への移動によって増減される構成となっているので、可変絞り部５１の前後差圧を予め設定した設定圧に保つことができる。しかも、可変絞り部５１の開口面積が変化しても、可変絞り部５１の前後差圧を設定圧に保つことができる。
特開昭５８−５７５７１号公報

特許文献１に記載された圧力補償形流量調整弁では、２列の透孔５６ａを中空室５６の周壁に対して直角な方向に形成している。これにより、各透孔５６ａを流れる圧油は、中空室５６の周壁に対して直角方向に流れることになり、各透孔５６ａを流れる圧油によるフローフォースの発生を防止している。

可変絞り部５１の開口面積に応じてスプール５４が長手方向に摺動すると、肩部５３ｃと透孔５６ａの孔の一部とが重なってしまう状態が発生する。肩部５３ｃと透孔５６ａの孔の一部とが重なると、肩部５３ｃから透孔５６ａに流入する圧油の流れの方向は、中空室５６の周壁に対して斜めな方向となる。

即ち、圧油の流れの方向が、中空室５６の周壁に対して直角な方向ではなくなり、周壁に対して斜めな方向となる。この斜めに流れる圧油によってフローフォースが発生し、フローフォースによって前記肩部５３ｃと透孔５６ａの孔の一部とにより形成された絞り面積を更に減少させることになる。

このため、特許文献１に記載された圧力補償形流量調整弁においても、フローフォースが完全に消えてしまった訳ではない。ただ、小径の透孔５６ａによって、フローフォースの大きさを小さくしているだけである。特に、圧力補償形流量調整弁を流れる流量を大きくするために、多数列の透孔５６ａを配設した場合や、透孔５６ａの径を大きく構成した場合には、肩部５３ｃと透孔５６ａとが重なって形成された絞り面積によって、大きなフローフォースが発生することになる。

また、可変絞り部５１の前後差圧として微小な差圧によって、スプール５４をコントロールするためには、拡大端部５４ａにおける受圧面積を大きく形成しなければならない。拡大端部５４ａにおける受圧面積を大きく形成すると、圧力補償形流量調整弁自体が大型化してしまうことになる。

本願発明では、フローフォースの発生を抑えるのではなく、まったく新しい発想に基づいて積極的にフローフォースを利用し、流量制御弁としての大きさを大きくすることもなく、しかも低差圧から高差圧に到るまで安定して流量一定制御が行える流量制御弁を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜３に記載された各発明により達成することができる。
即ち、弁本体と、前記弁本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、前記スプールにおいて圧油を流すスプール油路と、前記弁本体において圧油を供給するメータイン油路と、前記弁本体において圧油を排出するメータアウト油路と、を有する流量制御弁において、本願発明では、前記メータイン油路から前記スプール油路へ流入する圧油の流れを制御する第１開口と、前記スプール油路から前記メータアウト油路へ流出する圧油の流れを制御する第２開口と、前記スプール油路から前記メータアウト油路へ流出する圧油の流れを制御する第３開口と、前記第２開口及び第３開口におけるフローフォースと対向する向きのバネ力を有するセンシングバネと、前記メータイン油路と前記メータアウト油路とを繋ぐ絞りと、を備え、前記第１開口、第２開口及び第３開口により制御されて前記メータアウト油路に流出する流量と、前記絞りにより制御されて前記メータアウト油路に流出する流量との合計が一定となるようにしたことを最も主要な特徴となしている。

また、本願発明では上記最も主要な構成において、第１開口、第１開口及び第３開口の構成を特定したことを主要な特徴となしている。
更に、本願発明では上述した構成において、絞りの構成を特定したことを主要な特徴となしている。

本願発明では、フローフォースを積極的に利用してフローフォースによる影響を軽減してしまうという、まったく新しい発想に基づいて流量制御弁が構成されている。このため、小さな弁体によって流量制御弁を構成することができる。しかも、小流量を流す場合から大流量を流す場合に到るまでの制御流量のレンジを大きくとれ、流量制御弁を安定して作動させることができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本願発明の流量制御弁の構成としては、以下で説明する形状、配置構成以外にも本願発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係わる流量制御弁の要部縦断面図である。流量制御弁１には、弁本体２の内部で長手方向に摺動するスプール３を備えている。尚、弁本体２の構成としては、スプール３近傍の要部のみを示している。スプール３の一端部は、閉塞部材６ａによって閉塞され、中間部は同じく閉塞部材６ｂによって閉塞されている。一対の閉塞部材６ａ、６ｂによって、スプール３に中空室１９が形成されている。

閉塞部材６ａ、６ｂは、螺合、溶接、圧入等の固着手段によりスプール３に固定することができる。また、閉塞部材６ａ、６ｂのうち一方の閉塞部材は、スプール３とは別体に構成せずにスプール３と一体に構成することもできる。

スプール３の他端部には、センシングバネ５が圧接して、スプール３を図１の左方向に付勢している。センシングバネ５の端部は、弁本体２に対して螺合等の固定手段により固定された栓８に当接している。弁本体２に対する栓８の固定位置を調整することにより、センシングバネ５のバネ力を調整することができる。また、栓８によって、スプール３を収納した弁本体２内を液密状態に構成することができる。

スプール３の外周面には、孔１５、１６が形成され、各孔１５、１６は中空室１９と連通している。孔１５は、メータイン油路２１に連通した第１ポート９に対して、弁本体２の肩部４ａとの間に形成される第１開口２５を介して連通することができる。また、孔１５は、メータアウト油路２２に連通した第２ポート１０に対して、弁本体２の肩部４ｂとの間に形成される第２開口２６を介して連通することができる。

孔１６は、メータアウト油路２２に連通した第２ポート１０に対して、弁本体２の肩部４ｃとの間に形成される第３開口２７を介して連通することができる。また、スプール３の先端部には、タンク３１に連通した第３ポート１１が配設されている。センシングバネ５を収納したバネ室は、タンク３１に連通した第４ポート１２に連通している。

孔１５、孔１６と中空室１９とによって、スプール油路１４が構成されている。また、メータイン油路２１とメータアウト油路２２とは、スプール油路１４を介した連通とは別に、絞り２８を介して連通している。絞り２８の配設構成としては、弁本体２の内部に配設することも、弁本体２の外部に配設することもできる。

次に、スプール３の作動について説明する。メータイン油路２１を通って供給された圧油は、絞り２８を介してメータアウト油路２２に流出するとともに、第１開口２５からスプール油路１４に導入される。スプール油路１４に導入された圧油の一部は、スプール油路１４を構成する孔１５から第２開口２６を介してメータアウト油路２２に流出する。また、スプール油路１４に導入された圧油の残りは、スプール油路１４を構成する孔１６から第３開口２７を介してメータアウト油路２２に流出する。

この状態を、図２を用いて説明する。図２は、スプール３のストローク量と、第１開口２５、第２開口２６及び第３開口２７におけるそれぞれの開口面積との関係、更に絞り２８における開口面積との関係を示したものである。横軸を、スプール３が図１の右方向にストロークしたときのストローク量とし、縦軸を開口面積としている。点線は、第１開口２５及び第３開口２７の開口面積とスプール３のストローク量との関係を示している。実線は、第２開口２６の開口面積とスプール３のストローク量との関係を示している。一点鎖線は、絞り２８の開口面積とスプール３のストローク量との関係を示している。

図２に示すようにスプール３が図１の右方向に摺動すると、第１開口２５及び第３開口２７は、それぞれの開口面積を小さくすることになる。また、第２開口２６は、その開口面積を大きくすることになる。また、絞り２８の開口面積は、スプール３のストローク量に係わらず一定の値となっている。

そして、フローフォースによるスプール３に対する推力と、センシングバネ５によるバネ力とがバランスする位置にスプール３は位置決めされることになる。これにより、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７からメータアウト油路２２に流出する流量を一定に制御することができる。

しかし、第１開口２５を通ってメータイン油路２１から孔１５に圧油が流入する際、流量が増大すると、流入する圧油の流れはスプール３の中心軸に対して角度を有した状態となる。また、第２開口２６を通って孔１５からメータアウト油路２２に圧油が流出する際においても、及び第３開口２７を通って孔１６からメータアウト油路２２に圧油が流出する際においても、流量が増大すると流出するそれぞれの圧油の流れはスプール３の中心軸に対して角度を有した状態となる。

このため、第１開口２５、第２開口２６及び第３開口２７において傾いて流れる圧油によって、スプール３に対してフローフォースが発生する。第１開口２５を流れる圧油によって発生するフローフォースは、第１開口２５及び第３開口２７を狭める方向に作用し、第２開口２６を広げる方向に作用する。

第２開口２６を流れる圧油によって発生するフローフォースは、第２開口２６を狭める方向に作用し、第１開口２５及び第３開口２７を広げる方向に作用する。また、第３開口２７を流れる圧油によって発生するフローフォースは、第１開口２５及び第３開口２７を狭める方向に作用し、第２開口２６を広げる方向に作用する。

即ち、第１開口２５及び第３開口２７を流れる圧油によるフローフォースは、スプール３を図１の右方向にストロークさせる推力として作用するが、第２開口２６を流れる圧油によるフローフォースは、スプール３を図１の左方向にストロークさせる推力として作用することになる。これによって、第１開口２５及び第３開口２７の開口面積を狭める方向に作用するフローフォースは、第２開口２６を流れる圧油によるフローフォースによって軽減させることができる。

第２開口２６及び第３開口２７を通ってスプール油路１４からメータアウト油路２２に流出する圧油のフローフォースと、メータアウト油路２２に流入する圧油の流量との関係を、図３を用いて説明する。図３では、フローフォースを横軸にとり、流量を縦軸にとっている。一点鎖線は、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７を通ってメータアウト油路２２に流出する圧油の流量を示している。

点線は、絞り２８を通ってメータアウト油路２２に流出する圧油の流量を示している。実線は、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７を通ってメータアウト油路２２に流出する圧油の流量と、絞り２８を通ってメータアウト油路２２に流出する圧油の流量との合計流量を示している。

図３に示すように、フローフォースが小さくてフローフォースがほとんど問題にならないときには、第２開口２６及び第３開口２７を通ってメータアウト油路２２に流出する圧油の流量は、フローフォースが増大するのに伴って増大する。フローフォースが大きくなるとスプール３に作用するフローフォースも増大する。

しかし、第１開口２５及び第３開口２７の開口面積を狭める方向に作用するフローフォースは、第２開口２６を流れる圧油によるフローフォースによって軽減することができる。このため、第２開口２６及び第３開口２７からメータアウト油路２２に流出する圧油の流量は、急激には減少せずに、図３の一点鎖線で示すようになだらかな減少曲線にすることができる。

また、絞り２８を通ってメータイン油路２１からメータアウト油路２２に流出する圧油の流量は、図３の点線で示すようにオリフィス流れとしてなだらかな増加曲線に従って増加することになる。従って、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７からメータアウト油路２２に流出する圧油の流量と、絞り２８を通ってメータイン油路２１からメータアウト油路２２に流出する圧油の流量との合計流量としては、図３の実線で示すようにフローフォースが、低差圧状態から高差圧状態に亘って略一定の流量とすることができる。

即ち、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７からメータアウト油路２２に流出する圧油の流量が、フローフォースの影響を受けて減少しても、絞り２８を介してメータアウト油路２２に流出する流量の増加分によって補うことができる。しかも、第１開口２５を通り第２開口２６及び第３開口２７からメータアウト油路２２に流出する流量の減少割合は、逆向きに作用し合う２つのフローフォースによって緩やかな減少割合とすることができる。このため、絞り２８を介した流量の増加分によって十分補うことができる。

尚、図２において、スプール３のストローク量と第１開口２５、第２開口２６及び第３開口２７におけるそれぞれの開口面積との関係が、直線的な比例関係となっている例について説明を行った。しかし、スプール３のストローク量と第１開口２５、第２開口２６及び第３開口２７におけるそれぞれの開口面積との関係を、直線的な比例関係とせずに曲線的な比例曲線に基づいた関係となるように構成することもできる。

この場合、図３における第２開口２６及び第３開口２７を通りメータアウト油路に流出する流量曲線は、図２における比例曲線に対応した流量曲線となる。また、第１開口２５と第３開口２７とが、スプール３のストローク量に対して同じ直線状の比例関係とした例を示しているが、スプール３のストローク量に対する第１開口２５及び第３開口２７の開口面積の関係をそれぞれ異なる関係となるように構成することもできる。

本願発明に係わる別の実施例として、実施例１における孔１５を、第１開口２５用の孔１５と第２開口２６用の孔１７とに独立させた例について説明する。実施例３における孔１７の構成を除いた他の構成は、実施例１の構成と同様の構成となっている。このため、実施例１と同様の構成については、実施例１において用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその説明を省略する。

図４には、実施例１における孔１５の途中にランド部を形成して、第１開口２５用の孔１５と第２開口２６用の孔１７とを形成した例を示している。図４における孔１５と孔１７とは、図示せぬ連通孔をそれぞれ介して中空室１９に連通した構成となっている。このため、第１開口２５、第２開口２６及び第３開口２７を流れる圧油によってスプール３に発生するフローフォースは、実施例１と同様に発生することになる。

このため、実施例３における流量制御弁１においても、図３における実線で示したと同様に、フローフォースが低差圧状態から高差圧状態に亘って略一定の流量特性を持たせることができる。

尚、実施例１、実施例２では、スプール３内に中空室１９を形成した例について説明を行ったが、図５に示すように中空室１９内に閉塞部材６ａ、６ｂ間を連結する連結部材７を配設した構成とすることもできる。尚、図５は、図１で示した実施例１において、中空室１９内に連通部材７を配設した構成を示している。図５に示すように、連結部材７によってスプール３内には、環状のスプール内油路１８が形成されることになる。

また、閉塞部材６ａ、６ｂの両端面間を連通する連通路３３を、閉塞部材６ａ、６ｂ及び連結部材７に形成しておくことができる。連通路３３によって第３ポート１１と第４ポート１２とを連通することができる。これにより、第３ポート１１又は第４ポート１２のいずれか一方のポートをタンク３１に連通した構成とすることができる。

図６には、本願発明に係わる更に他の実施例の例を示している。実施例５では、実施例２にける中空室１９を設ける構成の代わりに、スプール３内にスプール内油路１８を形成し、孔１５及び切り孔３２をそれぞれスプール内油路１８に連通した構成となっている。また、実施例１における孔１６の代わりにスプール内油路１８に連通する連通孔２０が形成されている。実施例３における他の構成は、実施例１の構成と同様の構成となっている。このため、実施例１と同様の構成については、実施例１において用いた部材符号及び実施例１において用いた部材符合と同じ部材符号を用いることでその説明を省略する。

図６に示すように、スプール３にはスプール軸方向にスプール内油路１８が穿設されている。メータイン油路２１とメータアウト油路２２とは、スプール油路１４を介した連通とは別に、絞り２８を介して連通している。絞り２８の配設構成としては、弁本体２の内部に配設することも、弁本体２の外部に配設することもできる。

また、孔１５は、切り孔３２を介してスプール内油路１８と連通している。連通孔２０は、スプール３の外表面からスプール内油路１８に向かって穿設されている。スプール内油路１８の開放端部は、閉塞部材により密閉されている。

実施例５においてスプール油路１４は、孔１５、切り孔３２、スプール内油路１８及び連通孔２０から構成されている。孔１５は、第１開口２５及び第２開口２６を形成するスプール油路１４として機能するとともに、連通孔２０への圧油の供給路となっている。連通孔２０と肩部４ｃとの間に第３開口２７を形成することができる。

実施例５における流量制御弁１においても、図３における実線で示したと同様に、フローフォースが低差圧状態から高差圧状態に亘って略一定の流量特性を持たせることができる。

本願発明は、本願発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本願発明の技術思想を適用することができる。

流量制御弁の要部縦断面図である。（実施例１） スプールのストロークと開口面積との関係を示す図である。（実施例） フローフォースとメータアウト油路に流れ込む流量との関係を示す図である。（実施例） 流量制御弁の要部縦断面図である。（実施例２） 流量制御弁の要部縦断面図である。（実施例１、２） 流量制御弁の要部縦断面図である。（実施例３） 流量制御弁の要部縦断面図である。（従来例）

符号の説明

１・・・流量制御弁、２・・・弁本体、３・・・スプール、９・・・第１ポート、１０・・・第２ポート、１４・・・スプール油路、１５〜１７・・・孔、１８・・・スプール内油路、２１・・・メータイン油路、２２・・・メータアウト油路、２５・・・第１開口、２６・・・第２開口、２７・・・第３開口、２８・・・絞り、５１・・・可変絞り部、５３・・・弁本体、５３ｄ・・・環状溝、５４・・・スプール、５４ａ・・・拡大端部、５４ｂ・・・他端部、５６・・・中空室、５６ａ・・・透孔、５６ｂ・・・透孔。

Claims (3)

1. 弁本体と、前記弁本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、
   前記スプールにおいて圧油を流すスプール油路と、
   前記弁本体において圧油を供給するメータイン油路と、
   前記弁本体において圧油を排出するメータアウト油路と、
   を有する流量制御弁において、
   前記メータイン油路から前記スプール油路に流入する圧油の流れを制御する第１開口と、
   前記スプール油路から前記メータアウト油路に流出する圧油の流れを制御する第２開口と、
   前記スプール油路から前記メータアウト油路に流出する圧油の流れを制御する第３開口と、
   前記第２開口及び第３開口におけるフローフォースと対向する向きのバネ力を有するセンシングバネと、
   前記メータイン油路と前記メータアウト油路とを繋ぐ絞りと、
   を備え、
   前記第１開口、第２開口及び第３開口により制御されて前記メータアウト油路に流出する流量と、前記絞りにより制御されて前記メータアウト油路に流出する流量との合計流量が一定となるようにしたことを特徴とする流量制御弁。
2. 前記第１開口及び第３開口において前記スプールに発生するフローフォースの向きと、第２開口において前記スプールに発生するフローフォースの向きと、が逆向きに構成されてなることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
3. 前記絞りが、前記弁本体に配設された固定絞りであることを特徴とする請求項１又は２記載の流量制御弁。
   

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