JP2007507671A

JP2007507671A - 圧力供給弁

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Publication number: JP2007507671A
Application number: JP2006529614A
Authority: JP
Inventors: クルッグクシウスカール
Original assignee: ボッシュレックスロスアーゲー
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2024-09-20
Also published as: EP1668282A1; KR101118073B1; WO2005033566A1; EP1668282B1; CN1864023A; KR20060090697A; DE10345712A1; US7565915B2; US20060266419A1; JP4602335B2; DE502004006946D1; CN100447466C; ATE393343T1

Abstract

メインステージとパイロット制御ステージを含み、メインステージが閉位置にバイアスされたピストンを含むパイロット制御圧力供給弁を開示する。ピストンには、入力ポートを後部側ばね室に接続することができるピストン穴が設けられている。ピストン穴には絞り弁手段が設けられており、絞り弁手段は、圧力供給弁の圧力制限機能においては制御油の流れの比較的小さな断面をもたらし、キャビテーション防止機能においては流れの比較的大きな断面をもたらす。

Description

本発明は、請求項１の前文に係る圧力供給弁に関する。

このような圧力供給弁は、例えば、走行・回転ギヤ駆動装置等の流体圧駆動装置における作動弁（ｏｐｅｒａｔｉｏｎｖａｌｖｅ）として、あるいは流体圧開回路または流体圧閉回路においてシリンダ等の往復形コンシューマを固定する（ｓｅｃｕｒｅ）ために使用されている。走行・回転ギヤ駆動装置の場合には、例えば、所定のシステム圧力を超えた場合に高圧側から低圧側への接続を開くために圧力供給弁が使用される。次に、圧力媒体が回転・走行ギヤ駆動装置の流体圧モーターを通過して高圧分岐管から低圧分岐管に伝達され、高圧分岐管の圧力ピークを回避することができる。下り坂走行時等のキャビテーション防止機能においては、圧力媒体を低圧分岐管（この場合は高圧）から高圧分岐管に補給し、キャビテーションを防止することができる。

ドイツ特許出願公開第１０１２０６４３Ａ１号とドイツ特許出願公開第１０１４５９７５Ａ１号には一般的なパイロット制御圧力供給弁が開示されており、メインステージには、端面側圧力ポートから放射状に設けられた穴として形成された低圧ポート（タンク）への接続が遮断される閉位置に圧縮ばねによってバイアスされたピストンが設けられている。

メインステージのばね室は、パイロット制御ステージを介して制御油ドレンポートに接続されている。パイロット制御ステージは、ばね室と制御油ドレンポートとの間の圧力媒体流路が遮断される閉位置に制御ばねによってバイアスされたパイロット制御弁体を含む。

メインステージのピストンは軸方向に延びる穴を有し、ピストンの端面によって範囲が定められ、システム圧力が存在する圧力室にばね室が接続される。予め設定されたシステム圧力を超えた場合には、パイロット制御弁体が制御ばねの力に抗してパイロット制御弁座から離れ、制御油がばね室からパイロット制御ステージを介して流れることができる。制御油の流れはピストンの軸方向穴の圧力低下を生じさせ、ピストンの後部側が対応して負荷から解放され、端面側圧力ポートと放射状低圧ポートとの間の接続が圧縮ばねの力に抗して開制御される。調整ピストンは、システム圧力が予め設定された最大値に制限される調整位置をとる。パイロット制御ステージにおける制御油の流れを最小化するためには、ピストンの軸方向穴をできる限り小さく設計することが望ましい。しかし、ピストンの軸方向穴が小さい場合には、キャビテーション防止機能において、制御油が軸方向穴を介してばね室から軸方向に延びる高圧ポートに流れる際に流れが妨げられ、ピストンの後部側は比較的ゆっくりと圧力から解放され、補給の開始が遅れてしまう。このような遅延は走行ギヤの非常に動的な両振荷重では許容されない。これは、キャビテーションを防止するためには非常に迅速にキャビテーション防止機能に切り替えなければならないためである。さらに、従来の解決手段では、ゆっくりとした切り替えのために、走行ギヤモータの逆動作において走行ギヤモータの不規則な動作が発生する場合があることが分かった。

本発明は、圧力制限機能においてはパイロット制御油の流量を最小化させ、キャビテーション防止機能においてはピストンの後部側を迅速に負荷から解放させる圧力供給弁を提供する目的に基づく。

上記目的は、請求項１の特徴を有する圧力供給弁によって達成される。

本発明によれば、圧力供給弁には絞り弁手段が設けられ、絞り弁手段は、圧力制限機能において制御油をピストンを介して比較的小さな断面を通過して流れさせ、キャビテーション防止機能において比較的大きな断面を有効とし、圧力供給弁のメインステージのばね室の負荷を迅速に減少させる。

特に好ましい実施形態では、絞り弁手段は、ピストンと一体化された絞り逆止め弁によって形成されている。絞り逆止め弁は、ピストン穴よりも小さな直径を有するノズル穴が貫通したノズル板を含む。ノズル板はノズル板台座と接触させることができ、ピストン穴の有効断面は小さなノズル穴の断面によって決定される。キャビテーション防止機能では、ノズル板はノズル板台座から離れて制御油の流れに取り囲まれ、小さなノズル穴ではなく、大きなピストン穴が流れ断面として有効となる。

本発明の好ましい変形では、ノズル穴の直径がピストン穴の有効直径の半分以下であることが好ましい。

ノズル板がバイパス流れの断面の範囲を定める平坦部を周囲に有している場合には、ノズル板の周りのバイパス流れが最適化される。

本発明の特に好ましい変形では、ノズル板はほぼ三角形の基体の形状を有し、ノズル板の角領域には開口方向に延びる支持脚部が設けられている。キャビテーション防止機能では、支持脚部をピストン穴の停止肩に接触させることができ、２つの隣接する支持脚部、上述した平坦部、隣接するピストン穴の外周によって範囲が定められたバイパス流れの非常に大きな断面が得られる。特に簡単な構造を有する解決手段では、絞り逆止め弁がピストン穴の拡張部分に挿入され、ピストン穴にねじ止めされた弁座スリーブがノズル板台座を構成する。

本発明に係る圧力供給弁は、定容量または可変容量のモーターあるいは定容量または可変容量のポンプを有する流体圧閉回路または流体圧開回路において使用することができる。

本発明のさらなる利点はさらなる従属請求項の主題である。

以下、本発明の好ましい実施形態を概略図面を参照してさらに詳細に説明する。

図１は、パイロット制御圧力供給弁１の縦断面を示している。圧力供給弁１の基本的な構造はドイツ特許出願公開第１０１４５９７５Ａ１号とドイツ特許出願公開第１０１２０６４３Ａ１号に開示されている。以下では、本発明の理解に不可欠な構成要素のみを説明し、それ以外については上記特許明細書を参照するものとする。

圧力供給弁１は、カートリッジ型ハウジング６内に形成されたメインステージ２とパイロット制御ステージ４とを含む。カートリッジ型ハウジング６は、例えば、走行ギヤ駆動装置の高圧側に接続された軸方向ポートＰを有する。放射状に配置された穴によって形成された出力ポートＴが流体圧装置の低圧側に接続されている。

ハウジングには軸方向穴８が貫通しており、軸方向穴８にはメインステージのピストン１０が軸方向に移動できるように配置されている。メインステージは滑り台座を有するように設計されており、ピストン１０は圧縮ばね１２によって軸方向穴の環状肩１４に向かってバイアスされている。このように、ピストン１０は閉位置において表面積差を有するようにして設計されており、開方向に作用する端面は閉方向に作用する端面よりも小さくなっている。

ポートＰから離れたピストン１０の端部は、ピストン１０の後部側停止カラー１８に接触させることができるキャビテーション防止リング１６によって取り囲まれる。キャビテーション防止リング１６には、放射状に配置された穴２０の平行穴を介してタンクポート（低圧側）の圧力が端面に印加される。

ピストン１０は中空ピストンの形状を有し、右に向かって段階的に拡がるピストン穴２２がピストン１０を貫通している（図１）。ピストン穴２２には絞り逆止め弁２５が設けられており、絞り逆止め弁２５の構造については詳細に後述する。

圧縮ばね１２は、ピストン穴２２の放射状に広がる部分に一部が突き出しており、ばね室２４の端面側を形成する減圧部材２３上に支持されている。

減圧部材２３の右側端面（図１）には、球状のパイロット制御弁体２８のためのパイロット制御弁座２６が形成されている。パイロット制御弁体２８は、制御ばね３０によってパイロット制御弁座２６に向かって閉位置にバイアスされている。制御ばね３０のバイアスは、システム圧力を調整するための止めねじ３２によって変更することができる。

減圧部材２３は、止り穴が形成されたばね室２４に突出するハブ状突起を有し、その開口部が上述した弁座２６を構成している。止り穴には、小減衰ピストン３４が軸方向に移動できるように配置されており、小減衰ピストン３４はパイロット制御弁体２８に接触させることができる。止り穴は、放射状穴３６を介してばね室２４に接続されている。小減衰ピストン３４の右側端部（図１）は放射状の遊びをもって配置され、止り穴の内周壁と小減衰ピストン３４の外周との間には環状の減衰隙間が形成されている。ドイツ特許出願公開第１０１４５９７５Ａ１号に詳細に説明されているように、小減衰ピストン３４はパイロット制御ステージ４の急速な開放と緩やかな閉鎖を可能とする半波減衰（ｈａｌｆｗａｖｅ−ｔｙｐｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）をもたらす。

図１の右側にパイロット制御弁座２６に続く圧力室は、外部制御油ポートＹを介してタンク（低圧側）に接続されている。圧力室は外部ポートの代わりに内部的にタンクポートＴに接続することもでき、例えば、縦穴をハウジング６に設ける。

図２は、メインステージ２のピストン１０の詳細を示す。ピストン１０の左側端面（図２）には、ピストン穴２２が開口した突起３８が設けられている。ピストン穴２２は右に向かって（図２）段階的に広がっており、絞り逆止め弁２５が収容された弁室４０がピストン穴２２に続いて形成されている。弁室４０には弁座スリーブ４２がねじ止めされており、弁座スリーブ４２の前部端面（図２の左側）は弁座面４４の形状を有する。絞り逆止め弁２５の弁部材は、ノズル穴４８が貫通したノズル板４６によって形成されている。ノズル穴４８は、突起３８の範囲で開口するピストン穴２２よりも実質的に小さな直径を有する。

図３は、図２に示すノズル板４６の左から見た端面図と、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を示している。ノズル板４６は、丸みを帯びた角領域５０、５２、５４を有する三角形に近い端面を有し、角領域の曲率半径は弁室４０の半径にほぼ対応し、角領域は内周壁にスライド式に接触する。ノズル穴４８はこの三角形構造の中心に形成されている。

角領域５０、５２、５４には、弁室４０の左側環状端面６２（図２）に向かって延びる支持脚部５６、５８、６０が設けられている。以下に詳細に説明するように、支持脚部５６、５８、６０は絞り逆止め弁２５が開かれた時に環状端面６２に接触し、ばね室２４からピストン穴２２に制御油が流れる時にノズル板４６は流れに取り囲まれ、このバイパス流れは、三角形構造（側部エッジ）６４を形成する平坦部に沿って、隣接する２つの脚部５４、５６；５６、５２；５２、５４の間でそれぞれ発生する。

制御油の流れの最小断面は、絞り逆止め弁２５が閉じられた場合にはノズル穴４８の直径によって決定され、絞り逆止め弁２５が開かれた場合には実質的により大きなピストン穴２２の直径によって決定される。図示する実施形態では、ピストン穴２２の直径はノズル穴４８の直径の少なくとも２倍であり、その流量調節作用は実質的により高い。また、放射状穴３６の流れ断面もノズル穴４８よりも大きくなるように選択される。

図１に示すキャビテーション防止弁１の基本位置では、ピストン１０は閉位置にバイアスされ、パイロット制御ステージ４は閉じられ、絞り逆止め弁２５のノズル板４６は弁座スリーブ４２の弁座面４４に気密的に配置され、制御油は端面側ポートＰからノズル穴４８を介してばね室２４に流入する。ピストン１０の面積差のために、ピストン１０は圧縮ばね１２の力と有効圧力によって閉位置にバイアスされる。

ポートＰで圧力が上昇した場合には、ばね室２４の圧力も対応して上昇し、ほぼこの圧力がパイロット制御弁座２６に作用する。予め設定されたシステム圧力を超えた場合には、パイロット制御弁体２８が制御ばね３０の力に抗してパイロット制御弁座２６から離れ、制御油がばね室２４から開かれたパイロット制御ステージ４を介してタンクＴに向かって流れることができる。その結果として生じるピストン１０の後部側の負荷の減少のために、ピストン１０は環状肩１４から離れ、ポートＰからタンクＴへの接続が開制御される。ピストン１０は、ポートＰのシステム圧力が設定された最大値に制限される調整位置をとる。ノズル板４６は弁座面４４に押し付けられ、制御油の流れは比較的小さなノズル穴４８の直径によって決定される。すなわち、圧力供給弁１の圧力制限機能における制御油の流量は非常に小さく、閉回路の場合には、この少量の制御油とモーターリークのみを供給すればよい。この動作状態を図４(Ａ)に示す。

キャビテーション防止機能、すなわち、ポートＰの圧力がポートＴの圧力よりも低くなると（図４(Ｂ)を参照）、キャビテーション防止リング１６は、左側端面に作用するポートＴの高い圧力によって停止カラー１８に接触するまで右に移動し、ピストン１０は環状肩１４から離れて減圧部材２３の隣接する端面に接触し、ポートＴからポートＰへの接続が完全に開かれ、圧力媒体を補給することができる。ポートＰの低い圧力のために、キャビテーション防止機能においてノズル板４６は弁座スリーブ４２から離れ、ばね室２４はピストン穴２２を介して非常に迅速に負荷から解放され、弁座スリーブ４２から離れたノズル板４６は流れに取り囲まれ、ノズル穴４８は作用しない。絞り逆止め弁２５を開くことによって、キャビテーション防止機能に迅速に切り替えることができ、キャビテーションを確実に防止することができる。

圧力状態が再び逆になると、すなわち、ポートＰの圧力がポートＴの圧力を超えると、ピストン１０は再び閉位置に戻され、この閉鎖移動は小さなノズル穴４８を含むノズル板の作用によって減衰される。この緩やかなピストン１０の閉鎖によって、流体圧モーターのポート間の小さな圧力媒体量の補償を行うことができ、後者はひずむことはない。

最初に述べたように、本発明に係る圧力供給弁１は、例えば、回転ギヤ駆動装置等の開回路または閉回路に設けることができ、それぞれ１つの圧力供給弁を高圧側と低圧側に対応させることができる。そのような回路は公知であり、説明は省略する。

本発明に係る圧力供給弁の縦断面の図である。図１の圧力供給弁の詳細図である。図１の圧力供給弁の詳細図である。異なる動作状態における図１の圧力供給弁を示す。

符号の説明

１圧力供給弁
２メインステージ
４パイロット制御ステージ
６ハウジング
８軸方向穴
１０ピストン
１２圧縮ばね
１４環状肩
１６キャビテーション防止リング
１８停止カラー
２０放射状に設けられた穴
２２ピストン穴
２３減圧部材
２４ばね室
２５絞り逆止め弁
２６パイロット制御弁座
２８パイロット制御弁体
３０制御ばね
３２止めねじ
３４小減衰ピストン
３６放射状穴
３８突起
４０弁室
４２弁座スリーブ
４４弁座面
４６ノズル板
４８ノズル板
５０角領域
５２角領域
５４角領域
５６支持脚部
５８支持脚部
６０支持脚部
６２環状端面
６４平坦部

Claims

入力ポート（Ｐ）と出力ポート（Ｔ）との間の接続を開制御することができるメインステージのピストン（１０）と、
ピストン穴（２２）を介して前記入力ポート（Ｐ）に接続され、パイロット制御ステージ（４）を介して制御油ドレン（Ｙ）に接続されたばね室（２４）と、
を含み、
閉位置では前記ピストン穴（２２）を介した前記入力ポート（Ｐ）から前記ばね室（２４）への制御油の流れを減少させ、逆方向の制御油の流れの場合には、キャビテーション防止機能において流れの比較的大きな断面を開制御する絞り弁手段（２５）を含むことを特徴とするパイロット制御圧力供給弁。
請求項１において、
前記絞り弁手段は、前記ピストン穴（２２）よりも小さな直径を有するノズル穴（４８）が内部を貫通し、ノズル板台座（４４）に端面を接触させることができるノズル板（４６）を有する絞り逆止め弁（２５）であって、
前記ノズル穴（４８）は、前記ノズル板（４６）が前記ノズル板の周囲の流れによって前記ノズル板台座（４４）から離れた状態では前記ノズル穴（４８）が作用しない圧力供給弁。
請求項２において、
前記ノズル穴（４８）の直径は、前記ピストン穴（２２）の直径の半分以下である圧力供給弁。
請求項２、３のいずれかにおいて、
前記ノズル板（４６）は、バイパス流れの断面の範囲を定める周囲平坦部（６４）を有する圧力供給弁。
請求項４において、
前記ノズル板（４６）は、ほぼ三角形の基体を有し、
前記ノズル板（４６）の角領域（５０、５２、５４）には、前記ピストン穴（２２、４０）の環状端面（６２）に接触させることができる支持脚部（５６、５８、６０）が形成され、
前記ノズル板（４６）の湾曲した外周面は、前記ピストン穴（２２）の拡張部（４０）の内周壁に接触している圧力供給弁。
請求項２〜５のいずれか１項において、
前記絞り逆止め弁（２５）は、前記ノズル板弁座（４４）を形成する弁座スリーブ（４２）が挿入された前記ピストン穴（２２）の弁室（４０）に挿入されている圧力供給弁。
前記請求項のいずれか１項において、
定容量または可変容量のモーターあるいはポンプを有する流体圧閉回路または流体圧開回路で使用することができる圧力供給弁。