JP2013199967A

JP2013199967A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2013199967A
Application number: JP2012067810A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kinoshita; 好文木下
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5869391B2

Abstract

【課題】スプールに加わる圧力のアンバランスを抑制しながら、スプールのエロージョンの発生を防止することが可能な流量制御弁を提供する。
【解決手段】ポンプ１００からの作動流体流量を制御する流量制御弁１０２であって、スプール２０と、スプール収容穴１０ａと、スプールの両端に画成される第１圧力室２３及び第２圧力室２４と、スプールを付勢する付勢部材２５と、第１圧力室からバイパス通路４０へ作動流体を導くバイパスポート２７と、バイパスポート２７に対向する位置に凹設された複数の穴２９ａから構成される対向凹部２９とを備え、スプールは、環状溝２０ｂと、環状溝と第１圧力室２３との間に形成されスプール収容穴の内周に摺接するランド部２０ａとを有し、ランド部は環状のランド溝２０ｃを有し、対向凹部２９の穴の径は、ランド部の幅より小さく、かつランド部における第１圧力室２３とランド溝２０ｃとの間の幅より大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁に関する。

ポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁が知られている。

特許文献１には、ベーンポンプの吐出側通路に絞りを設け、絞りの前後差圧に応じてスプールを摺動させることで、吐出側通路を流れる作動油の一部をバイパス通路を介して吸入側通路へと還流させることが開示されている。さらに、スプールが環状溝を有し、環状溝より圧力室側にランド部を有することが開示されている。

特開平５−３２１７０号公報

上記従来の技術では、絞りの前後差圧が増大してスプールがバネの付勢力に抗して摺動すると、流量制御弁の圧力室の余剰流量がバイパス通路を介して吸入側通路へと還流する。作動油の流れが生じると、バイパス通路の圧力が相対的に低下するので、この圧力差によってスプールがバイパス通路側へと押し付けられる。

すると、スプールの軸方向の滑りが悪くなるとともに、スプールとスプールを収容するスプール収容穴の内周との間で摩耗が生じる可能性がある。

そこで、スプール収容穴の内周であってバイパス通路に対向する位置に凹部を設けることが考えられる。これにより、圧力室の余剰流量が直接バイパス通路に流れるのに加えて凹部から環状溝を通ってバイパス通路へと流れるので、スプールに加わる圧力のアンバランスを解消することができる。

しかし、圧力室から凹部を通過して環状溝へと流れる作動油の流れは噴流となるので、噴流を直接受ける部分にエロージョンが発生する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、スプールに加わる圧力のアンバランスを抑制しながら、スプールのエロージョンの発生を防止することが可能な流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明は、ポンプから吐出される作動流体の一部をバイパス通路を通じてポンプ吸込側に戻すことによってポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁であって、ポンプから吐出された作動流体の流れに抵抗を付与する絞りの前後差圧に応じて移動するスプールと、スプールが摺動自在に収容されるスプール収容穴と、スプールの両端に画成され、絞りの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１圧力室及び第２圧力室と、第２圧力室に収装され、スプールを第１圧力室が収縮する方向へと付勢する付勢部材と、スプール収容穴の内周に形成され、絞りの前後差圧の増加によってスプールが付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って第１圧力室からバイパス通路へ作動流体を導くバイパスポートと、スプール収容穴の内周であってバイパスポートに対向する位置に凹設された、複数の穴から構成される対向凹部と、を備え、スプールは、絞りの前後差圧の増加によってスプールが付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って第１圧力室から対向凹部に流入した作動流体をバイパスポートへと導く環状溝と、環状溝と第１圧力室との間に形成されスプール収容穴の内周に摺接するランド部と、を有し、ランド部は、ランド部の外周に形成され、絞りの前後差圧の増加によってスプールが付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って第１圧力室から対向凹部に流入した作動流体をバイパスポートへ導く環状のランド溝を有し、対向凹部の穴の径は、ランド部の幅より小さく、かつランド部における第１圧力室とランド溝との間の幅より大きい、ことを特徴とする。

本発明によれば、バイパスポートに対向する位置に凹設された対向凹部の穴の径が、ランド部の幅より小さいので、スプールの位置によらず対向凹部の穴がランド部を跨ぐように位置することを避けることができる。よって、第１圧力室と環状溝とを直接的に連通することによって発生する噴流を防止してエロージョンの発生を防止することができる。

さらに、ランド部に環状のランド溝が形成され、対向凹部の穴の径が、ランド部における第１圧力室とランド溝との間の幅より大きいので、第１圧力室の作動流体が穴及びランド溝を介してバイパス通路へと導かれることで対向凹部内の圧力を低下させることができ、スプールに加わる圧力のアンバランスを抑制することができる。

本実施形態における流量制御弁を備える油圧回路を示す図である。本実施形態における流量制御弁の断面を示す断面図である。本実施形態における流量制御弁の対向凹部の複数の穴について説明した図である。本実施形態における流量制御弁の動作について説明した図である。本実施形態における流量制御弁の動作について説明した図である。本実施形態における流量制御弁の動作について説明した図である。対向凹部の穴の一例について示した図である。比較例における流量制御弁の断面を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における流量制御弁１０２を備える油圧回路を示す図である。図２は、流量制御弁１０２の断面を示す断面図である。

図１に示すように、流量制御弁１０２は、ポンプカートリッジ１０１から吐出された作動油の流量を制御し、所望の流量を油圧機器に供給するものである。図２に示すように、流量制御弁１０２は、通常、ポンプ１００内に一体的に収装される。つまり、ポンプ１００は、作動油を吐出するポンプカートリッジ１０１と、吐出油の流量を制御する流量制御弁１０２と、を備える（図１）。

ポンプ１００は、作動油を圧送することが可能なポンプであり、例えばベーンポンプである。

流量制御弁１０２は、ポンプカートリッジ１０１から吐出された作動油の流れに抵抗を付与する絞り２１の前後差圧に応じて移動するスプール２０を有し、ポンプカートリッジ１０１から吐出される作動油の一部をスプール２０からバイパス通路４０を通じて吸込通路４１に戻すことによってポンプカートリッジ１０１から油圧機器に供給される作動油の流量を制御するものである。吸込通路４１はオイルタンク４２とポンプカートリッジ１０１とを接続し、絞り２１は吐出通路１４に介装される。

スプール２０は、ポンプボディ１０に形成されたスプール収容穴１０ａに摺動自在に挿入される。スプール収容穴１０ａの開口部にはキャップ５０が螺着される。

スプール２０の両端には、絞り２１の上流及び下流の作動油がそれぞれ導かれる第１圧力室２３及び第２圧力室２４が画成される。このように、第１圧力室２３にはポンプカートリッジ１０１から吐出された作動油が直接導かれるのに対して、第２圧力室２４には絞り２１にて減圧された作動油が導かれる。第２圧力室２４には、第１圧力室２３を収縮させる方向にスプール２０を付勢する付勢部材としてのスプリング２５が収装される。したがって、スプール２０は、絞り２１の前後差圧に基づく荷重とスプリング２５の付勢力とが釣り合った位置にてバランスする。

スプール収容穴１０ａの内周には、絞り２１上流の吐出通路１４の作動油を第１圧力室２３に導く吐出ポート２６と、第１圧力室２３からバイパス通路４０へ作動油を導くバイパスポート２７と、絞り２１下流の吐出通路１４の作動油を導圧通路４３を通じて第２圧力室２４に導く背圧ポート２８とが形成される。

バイパスポート２７は、絞り２１の前後差圧が小さくスプリング２５が伸長した状態ではスプール２０のランド部２０ａによって閉じられた状態となり、絞り２１の前後差圧の増加に伴いスプール２０がスプリング２５の付勢力に抗して移動するのに伴って開口する。

スプール収容穴１０ａの内周には、バイパスポート２７と対向する位置、つまりスプール収容穴１０ａの軸心を中心としてバイパスポート２７と対称な位置に凹状に窪んだ対向凹部２９が凹設される。また、スプール２０の外周には、第１圧力室２３から対向凹部２９に流入した作動油をバイパスポート２７へ導く環状の環状溝２０ｂが形成される。

ここで、スプール収容穴１０ａに対向凹部２９が設けられない場合には、第１圧力室２３とバイパス通路４０との圧力差によってスプール２０がバイパスポート２７側に押されスプール収容穴１０ａの内周に押し付けられるので、スプール２０の摺動性が損なわれる可能性がある。そこで、スプール収容穴１０ａに対向凹部２９を設けることによって、作動油を対向凹部２９及び環状溝２０ｂを経由してバイパスポート２７へ流入させ、スプール２０に作用する圧力バランスを保つことができる。これにより、スプール収容穴１０ａに対するスプール２０の摺動性が良好となる。

しかし、対向凹部２９が単一の穴によって構成される場合には、図８に示すように、作動流体が第１圧力室２３から対向凹部２９を介して環状溝２０ｂへと勢い良く流れ込むことになる。この流れは噴流となって環状溝２０ｂの内壁にエロージョンが発生する可能性がある。

つまり、圧力バランスを優先するとエロージョンが発生し、エロージョンの防止を優先すると圧力バランスが低下することになる。

そこで、本実施形態では、対向凹部２９をスプール収容穴１０ａの内周に凹設された複数の穴２９ａによって構成した。さらに、ランド部２０ａの外周には、第１圧力室２３から対向凹部２９に流入した作動油をバイパスポート２７へ導く環状のランド溝２０ｃが形成される。

図３は、本実施形態における流量制御弁１０２の対向凹部２９の複数の穴２９ａについて説明した図である。図３の中段は、流量制御弁１０２のバイパスポート２７及び対向凹部２９付近を拡大して示した図である。図３の上段は、対向凹部２９をスプール収容穴１０ａの中から見た図である。図３の下段は、バイパスポート２７をスプール収容穴１０ａの中から見た図である。

バイパスポート２７は単一の穴によって構成される。対向凹部２９はバイパスポート２７と同一の内径Ｄを有する。対向凹部２９は、周方向に均等に配置される４つの同径ｄの穴２９ａと、これら４つの穴２９ａの間の隙間を埋める中心に配置される穴２９ａとを有する。これらの穴２９ａは全て同径でも異径でもよく、また個数も２つ以上であればいくつでもよい。

穴２９ａの径ｄは、ランド部２０ａの幅Ｌより小さく設定される。これにより、スプール２０の位置にかかわらず、穴２９ａがランド部２０ａを跨ぐように配置されることを防止できる。つまり、穴２９ａがランド部２０ａを跨ぐようにスプール２０が位置する場合（図８の場合）に第１圧力室２３から環状溝２０ｂまでが直接的に連通して噴流が生じることを防止することができる。

また、穴２９ａの径ｄは、ランド部２０ａにおける第１圧力室２３とランド溝２０ｃとの間の幅Ｌｓより大きく設定される。これにより、スプール２０が移動してバイパスポート２７が開いた場合に、第１圧力室２３から直接バイパスポート２７に抜ける流路に加えて、第１圧力室２３から対向凹部２９の穴２９ａを経由してランド溝２０ｃからバイパスポート２７へと抜ける流路を確保することができるので、スプール２０の上下の圧力バランスの悪化を抑制することができる。

以上をまとめると、穴２９ａの径ｄ、ランド部２０ａの幅Ｌ、対向凹部２９の径Ｄ、及びランド部２０ａにおける第１圧力室２３とランド溝２０ｃとの間の幅Ｌｓは、Ｌｓ＜ｄ＜Ｌ＜Ｄの関係を有するように設定すればよいことになる。

次に、図４〜図６を参照して本実施形態における流量制御弁１０２の動作について説明する。各図において、下段は流量制御弁１０２のバイパスポート２７及び対向凹部２９付近を拡大して示した図であり、上段はランド部２０ａと対向凹部２９とが対向する様子を模式的に示した図である。

図４を参照してバイパスポート２７が閉じた状態について説明する。

ポンプ回転速度が低くポンプカートリッジ１０１から吐出される作動油の流量が少ない場合には、絞り２１での圧力損失が小さいため、第１圧力室２３と第２圧力室２４との圧力差は小さい。そのため、スプール２０はスプリング２５の付勢力によって付勢されて、バイパスポート２７はスプール２０のランド部２０ａによって閉じられた状態となる。この状態では、第１圧力室２３の作動油はバイパスポート２７へと流入しない。

図５を参照してバイパスポート２７が開いた状態について説明する。

ポンプ回転速度が高くなりポンプカートリッジ１０１から吐出される作動油の流量が多くなれば、絞り２１での圧力損失が大きくなるため、第１圧力室２３と第２圧力室２４との圧力差は大きくなる。そのため、スプール２０はスプリング２５を圧縮しながら移動し、それに伴って第１圧力室２３がバイパスポート２７に連通する。さらに、第１圧力室２３が対向凹部２９の穴２９ａに連通する。これにより、第１圧力室２３の作動油の一部は、バイパスポート２７に流入すると共に、対向凹部２９の穴２９ａを通じてランド溝２０ｃからバイパスポート２７に流入する。また、ランド溝２０ｃに流入した作動油の一部は、ランド溝２０ｃに開口する穴２９ａ（図５上段の上下の穴）を介して環状溝２０ｂへも流入する。

対向凹部２９の穴２９ａのうち第１圧力室２３に開口する面積は小さい（図５上段）ので、第１圧力室２３から対向凹部２９の穴２９ａに流入する作動油の流量は小さい。よって、対向凹部２９の穴２９ａに流入する作動油が噴流となって周囲にエロージョンが発生することはない。同様に、一旦ランド溝２０ｃに流入してから、さらに穴２９ａを介して環状溝２０ｂへと流入する作動油の流れは、エロージョンを発生するほどの噴流とはならない。

また、第１圧力室２３から直接バイパスポート２７へ流入する流路に加えて、第１圧力室２３から対向凹部２９及びランド溝２０ｃを介してバイパスポート２７へ流入する流路、並びに第１圧力室２３から対向凹部２９、ランド溝２０ｃ、対向凹部２９、及び環状溝２０ｂを介してバイパスポート２７へ流入する流路を確保することができるので、スプール２０の図５中の上下の圧力差によってスプール２０がバイパス通路４０側に押し付けられることを抑制することができる。

図６を参照してバイパスポート２７が図５に示す状態よりさらに開いた状態について説明する。

スプール２０がスプリング２５を圧縮しながらさらに移動すると、第１圧力室２３とバイパスポート２７及び対向凹部２９との開口面積がより大きくなる。これにより、第１圧力室２３の作動油の一部は、バイパスポート２７に流入すると共に、対向凹部２９の穴２９ａを通じてランド溝２０ｃからバイパスポート２７に流入する。さらに、ランド溝２０ｃは左側の穴２９ａと中心の穴２９ａ及び上下の穴２９ａとを連通させるので、ランド溝２０ｃに流入した作動油の一部が中心の穴２９ａ及び上下の穴２９ａを通じて環状溝２０ｂへと流入する。環状溝２０ｂへと流入した作動油は下方へと抜けてバイパスポート２７に流入する。

対向凹部２９の穴２９ａのうち第１圧力室２３に開口する面積が小さい（図６上段）ことは、前述のとおりである。さらに、ランド溝２０ｃと環状溝２０ｂとの圧力はほぼ等しいのでランド溝２０ｃから中心の穴２９ａを通じて環状溝２０ｂへと流入する作動油量は少なく抑えられる。よって、第１圧力室２３からランド溝２０ｃへ流入する作動油、及び、ランド溝２０ｃから環状溝２０ｂへ流入する作動油、が噴流となって周囲にエロージョンが発生することはない。

また、第１圧力室２３から直接バイパスポート２７へ流入する流路に加えて、第１圧力室２３から対向凹部２９を介してランド溝２０ｃ又は環状溝２０ｂからバイパスポート２７へ流入する流路を確保することができるので、スプール２０上下の圧力差によってスプール２０がバイパス通路４０側へ押し付けられることを抑制することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

バイパスポート２７に対向する位置に凹設された対向凹部２９の穴２９ａの径ｄが、ランド部２０ａの幅Ｌより小さいので、スプール２０の位置によらず対向凹部２９の穴２９ａがランド部２０ａを跨ぐように位置することを避けることができる。よって、第１圧力室２３と環状溝２０ｂとが直接的に連通することがないので、噴流を防止してエロージョンの発生を防止することができる。

さらに、ランド部２０ａに環状のランド溝２０ｃが形成され、対向凹部２９の穴２９ａの径ｄが、ランド部２０ａにおける第１圧力室２３とランド溝２０ｃとの間の幅Ｌｓより大きいので、第１圧力室２３の作動流体が穴２９ａ及びランド溝２０ｃを介してバイパス通路４０へと導かれることで対向凹部２９内の圧力を低下させることができ、スプール２０に加わる圧力のアンバランスを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、本実施形態では、対向凹部２９の穴を５つの穴２９ａによって構成したが、穴の数は２つ以上であればよく、例えば図７に示すように多数の穴２９ｂを有していてもよい。また、穴２９ａの径は全て同径である必要はなく種々の径を有する穴の集合としてもよい。

また、本実施形態では、対向凹部の穴２９ａをスプール収容穴１０ａに凹設した穴２９ａとして説明したが、当該穴２９ａをポンプボディ１０に直接加工するのではなく、穴を有する円板状部材を対向凹部２９に圧入してもよい。これにより、ポンプボディ１０には対向凹部２９としての単一の穴を形成するだけでよいので、流量制御弁１０２の製造コストを抑えることができる。

１０ａスプール収容穴
２０スプール
２０ａランド部
２０ｂ環状溝
２０ｃランド溝
２１絞り
２３第１圧力室
２４第２圧力室
２５スプリング（付勢部材）
２７バイパスポート
２９対向凹部
２９ａ穴
４０バイパス通路
１０１ポンプカートリッジ
１０２流量制御弁

Claims

ポンプから吐出される作動流体の一部をバイパス通路を通じてポンプ吸込側に戻すことによって前記ポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁であって、
前記ポンプから吐出された作動流体の流れに抵抗を付与する絞りの前後差圧に応じて移動するスプールと、
前記スプールが摺動自在に収容されるスプール収容穴と、
前記スプールの両端に画成され、前記絞りの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１圧力室及び第２圧力室と、
前記第２圧力室に収装され、前記スプールを前記第１圧力室が収縮する方向へと付勢する付勢部材と、
前記スプール収容穴の内周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加によって前記スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って前記第１圧力室から前記バイパス通路へ作動流体を導くバイパスポートと、
前記スプール収容穴の内周であって前記バイパスポートに対向する位置に凹設された、複数の穴から構成される対向凹部と、
を備え、
前記スプールは、前記絞りの前後差圧の増加によって前記スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って前記第１圧力室から前記対向凹部に流入した作動流体を前記バイパスポートへと導く環状溝と、前記環状溝と前記第１圧力室との間に形成され前記スプール収容穴の内周に摺接するランド部と、を有し、
前記ランド部は、前記ランド部の外周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加によって前記スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動するのに伴って前記第１圧力室から前記対向凹部に流入した作動流体を前記バイパスポートへ導く環状のランド溝を有し、
前記対向凹部の前記穴の径は、前記ランド部の幅より小さく、かつ前記ランド部における前記第１圧力室と前記ランド溝との間の幅より大きい、
ことを特徴とする流量制御弁。
前記対向凹部は、前記バイパスポートの径以下の径を有する凹部と、前記凹部に圧入された複数の穴を有するプレートと、から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。