JP2017133656A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】スプールの耐摩耗性を高めつつバルブボディの摩耗を抑制したスプール弁を提供する。【解決手段】ポート２１が形成された内部空間２０を有するバルブボディ２と、内部空間２０内に摺動自在に設けられ、内部空間２０の内壁面２３と摺接するランド部３１の外周面３３に内壁面２３よりも硬い金属被膜４を有するスプール３と、内壁面２３及びランド部３１の少なくとも一方に設けられ、ランド部３１の端部３５における金属被膜４と内壁面２３との接触を回避するクリアランス５を形成する逃げ部２４と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、バルブボディの内部空間に挿入されたスプールの摺動面に表面処理が施されたスプール弁に関する。

従来、圧力調整弁や流量調整弁といった油圧制御弁として、スプール弁が適用されたものがある（例えば特許文献１）。スプール弁は、例えば図４（ａ）に示すように、複数のポート２１が形成された略筒状の内部空間２０を有するバルブボディ２と、この内部空間２０に挿入される軸状部材であるスプール３とを備えて構成される。スプール３は、ランド部３１とランド部３１間の環状の溝部３２とを有し、バルブボディ２の内部空間２０内を軸方向に移動する。これにより、スプール３の溝部３２によっていずれかのポート２１間が連通状態とされ、あるいはスプール３のランド部３１によっていずれかのポート２１間が遮断状態とされる。

ところで、スプールの耐摩耗性を高めるために、バルブボディの内壁面と摺動接触するスプールの外周面（摺動面）に表面処理を施して、バルブボディの内壁面よりも硬い被膜を形成したスプールがある。表面処理としては、電気めっき，無電解めっき，陽極酸化等のウェットプロセスや、浸炭焼入れ等の熱処理などが知られており（特許文献２参照）、スプールを形成する母材に適した手法が採用される。

特開２００６−０４６４９９号公報 特開２００１−３５５７４６号公報

しかしながら、スプールの外周面にバルブボディの内壁面よりも硬い被膜が形成された場合、図４（ｂ）に示すように、ランド部３１の端部３５における被膜４の表面に、尖ったエッジ部４ａが形成されると、スプール３がその外周面３３をバルブボディ２の内壁面２３に押し付けた状態で摺動したときに、そのエッジ部４ａによって内壁面２３が削られてしまうという課題がある。一方で、スプールの外周面に硬い被膜を設けない構造では、スプールの耐摩耗性を高めることが難しい。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、スプールの耐摩耗性を高めつつバルブボディの摩耗を抑制できるようにしたスプール弁を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示するスプール弁は、流体が流入出するポートが形成された内部空間を有するバルブボディと、前記内部空間内に摺動自在に設けられ、前記内部空間の内壁面と摺接するランド部の外周面に前記内壁面よりも硬い金属被膜を有するスプールと、前記内壁面及び前記ランド部の少なくとも一方に設けられ、前記ランド部の端部における前記金属被膜と前記内壁面との接触を回避するクリアランスを形成する逃げ部と、を備えたことを特徴としている。

（２）前記バルブボディは、前記逃げ部として前記内壁面に凹設された段差部を有することが好ましい。
（３）前記段差部は、前記ランド部の前記外周面と摺接する前記内壁面に対して傾斜した環状の端面を有することが好ましい。

（４）前記段差部は、前記ランド部の前記外周面と摺接する前記内壁面に対して直交する環状の端面を有することが好ましい。
（５）前記スプールは、前記ランド部において前記端部に向かって縮径した傾斜部を前記逃げ部として有することが好ましい。
（６）前記金属被膜は、陽極酸化被膜であることが好ましい。

ランド部の端部における金属被膜とバルブボディが有する内部空間の内壁面との接触が回避されるので、金属被膜のエッジ部によってこの内壁面が削られることを防ぐことができる、すなわち、バルブボディの摩耗を抑制することができる。また、スプールに形成された金属被膜が内部空間の内壁面よりも硬いことから、スプールの耐摩耗性を高めることができる。

第一実施形態に係るスプール弁の要部断面図であり、（ａ）は遮断状態、（ｂ）は連通状態をそれぞれ示し、（ｃ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。 図１（ｃ）の変形例を示す図である。 第二実施形態に係るスプール弁の要部断面図であり、（ａ）は遮断状態を示し、（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。 （ａ）は実施形態及び従来例におけるスプール弁の模式的な全体構成図であり、（ｂ）は従来例におけるランド部の端部を拡大した図である。

図面を参照して、実施形態としてのスプール弁について説明する。以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
本スプール弁は、オイル（作動油）の圧力状態を調整する圧力調整弁やオイルの流量状態を調整する流量調整弁といった油圧制御弁として利用される。

［１．第一実施形態］
［１−１．構成］
本実施形態に係るスプール弁の全体構造は、従来例として示した図４（ａ）のものと同様である。そのため、まずは図４（ａ）を用いてスプール弁１の全体構造を説明し、次いで要部の構造について詳述する。
図４（ａ）に示すように、スプール弁１は、複数のポート２１が形成された内部空間２０（バルブボア）を有するバルブボディ２と、この内部空間２０内に摺動自在に設けられたスプール３とを備えている。

バルブボディ２の内部空間２０は、軸状部材であるスプール３が内装される円筒状空間と、いずれもこの円筒状空間の内部に連通するポート２１とを有する。ポート２１は、例えば入力ポート２１ａ，出力ポート２１ｂ，ドレンポート等である。複数のポート２１は、いずれもスプール３の外径よりも大きな内径を有する円環状の溝部として形成され、それぞれ内部空間２０の軸方向に互いに離隔した所定の位置に配置される。

スプール３は、バルブボディ２の内部空間２０内に挿入された軸状（円柱状）の部材であって、軸方向に移動する。スプール３は、軸方向に互いに間隙を存して配設された複数のランド部３１と、各ランド部３１を連通する軸部３０とから構成され、各ランド部３１間（すなわち軸部３０の外周部）が環状の溝部３２として形成されている。ランド部３１は、内部空間２０の内壁面２３に摺接する弁体である。溝部３２は、軸部３０の外周面とバルブボディ２の内壁面２３との間に形成された空間であり、所定のポート２１間を連通状態とする連通部として機能する。なお、内壁面２３は、内部空間２０に臨むバルブボディ２の壁面（周面）である。また、スプール３の軸方向への移動は、電磁石を用いて行うものや、スプール３の端部にパイロットポート等を設けて油圧（パイロット圧，フィードバック圧）を導入することで行うものなど、種々の方式を適用可能である。

本実施形態のスプール３は、耐摩耗性を高めるべく表面全体に表面処理が施されており、バルブボディ２の内壁面２３よりも硬い金属被膜４を有する。本実施形態のスプール３はアルミ系素材で形成されており、表面処理として陽極酸化処理が施されている。すなわち、スプール３には、金属被膜４として陽極酸化被膜（アルマイト被膜）が設けられている。なお、表面処理が施される部位は、少なくともランド部３１の外周面３３が含まれていればよく、スプール３の表面全体でなくてもよい。また、ここでいう金属被膜４は広義のめっき被膜であり、陽極酸化被膜に限られない。すなわち、金属被膜４は、内壁面２３よりも硬くなるように表面処理（硬質加工）されて形成されたものであればよく、例えば無電解めっきや電気めっき等で形成された被膜であってもよい。

スプール３の外周面３３に金属被膜４が設けられた場合、上述したように、ランド部３１の端部３５における金属被膜４によってバルブボディ２の内壁面２３が削られてしまい、摩耗が進むおそれがある。特に、金属被膜４が陽極酸化被膜である場合には、スプール３の外周面３３（表面）に対して直交方向（上下方向）に金属被膜４が形成される。このため、図４（ｂ）に示すように、端部３５における金属被膜４の表面には尖ったエッジ部４ａが形成され、このエッジ部４ａが内壁面２３に接触して押し付けられることになる。したがって、この場合には内壁面２３の摩耗が進みやすくなる。

これを防止するために、スプール弁１は、ランド部３１の端部３５における金属被膜４（特にエッジ部４ａ）と内壁面２３との接触を回避するクリアランス５を形成する逃げ部を備えている。本実施形態のスプール弁１には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、バルブボディ２の内壁面２３に逃げ部としての段差部２４が設けられている。なお、図１（ａ）及び（ｂ）は、入力ポート２１ａと出力ポート２１ｂとの連通，遮断状態を切り替えるランド部３１ｂと、このランド部３１ｂに隣接する一端側（図中左側）のランド部３１ａとを含むスプール弁１の要部を拡大して示した断面図である。

本実施形態では、スプール弁１の一端側に位置するランド部３１ａの端部３５による摩耗を抑制するための構造を例示する。なお、端部３５は、ランド部３１ａの外周面３３と端面３４（法線方向が軸方向である面）とで形成される縁部である。本実施形態のランド部３１ａは、一端側に軸方向に直交する断面積（横断面積）が小さな円柱部が設けられた段付き棒状をなしているため、円環状の部分（ランド部３１ａの横断面積が異なる境界部分）が端面３４となるが、ランド部３１ａが一様な横断面積を有する場合には、一端側に位置する円形状の部分が端面となる。

図１（ａ）は入力ポート２１ａと出力ポート２１ｂとが遮断された遮断状態を示し、図１（ｂ）はこれらのポート２１ａ，２１ｂが連通された連通状態を示す。なお、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ部をさらに拡大した図である。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、バルブボディ２は、ランド部３１ａの外周面３３（金属被膜４）が摺接する内部空間２０の内壁面２３に凹設された段差部２４を有する。段差部２４は、ランド部３１ａの外周面３３と摺接する内壁面２３よりも内径が大きく形成された段差面２４ａ及び端面２４ｂを有し、本発明における逃げ部として機能する。

段差部２４は、スプール弁１が遮断，連通のいずれの状態であってもランド部３１ａの端部３５と内壁面２３とが非接触となるように、内壁面２３におけるランド部３１ａの一端側に形成されている。なお、理想的には常時非接触であるが、遮断状態では必ずしも非接触である必要はない。すなわち、段差部２４は、ランド部３１ａの端部３５の移動範囲内で常時クリアランス５が確保されるように形成されている。これにより、遮断状態及び連通状態のいずれにおいても、クリアランス５によって端部３５、すなわち金属被膜４のエッジ部４ａが内壁面２３に接触しない状態とされるとともに、ランド部３１ａの基端側（スプール弁１の他端側、図中右側）における外周面３３が内壁面２３と略隙間なく接触した状態とされる。なお、遮断状態では、ランド部３１ｂの外周面３３が内壁面２３と略隙間なく接触する。一方、連通状態では、ランド部３１ｂが出力ポート２１ｂの環状空間内に位置する。

図１（ｃ）に示すように、段差部２４の段差面２４ａは、ランド部３１ａの外周面３３と一定間隔のクリアランス５を形成する円筒面である。一方、端面２４ｂは、ランド部３１ａの外周面３３（金属被膜４）と摺接する内壁面２３に対して傾斜した環状の傾斜面であり、内壁面２３と段差面２４ａとを繋いでいる。本実施形態の段差部２４の高さ（内壁面２３と段差面２４ａとの内径差）は、例えば、金属被膜４の厚み，外周面３３と内壁面２３との寸法公差，スプール３の摺動時における内壁面２３への押付け力の大きさ、油圧などによるバルブボディの変形量等に応じた値（例えば10[μm]以上）に適宜設定可能である。なお、本実施形態の端面２４ｂは、軸方向に沿う断面が直線状であるが、曲線状であってもよい。

［１−２．効果］
上述したスプール弁１では、スプール３の端部３５における金属被膜４のエッジ部４ａと内部空間２０の内壁面２３との接触がクリアランス５によって回避されるため、スプール３の外周面３３が内壁面２３に押し付けられた状態でスプール３が摺動しても、内壁面２３が削られることを防ぐことができる。また、スプール３に設けられた金属被膜４が内部空間２０の内壁面２３よりも硬いことから、スプール３の耐摩耗性を高めることができる。つまり、上述したスプール弁１によれば、スプール３の耐摩耗性を高めつつバルブボディ２の摩耗を抑制することができる。

また、上述したスプール弁１では、内壁面２３に凹設された段差部２４によってクリアランス５が形成される。すなわち、段差部２４が逃げ部として設けられるため、スプール弁１が遮断，連通のいずれの状態であってもスプール３の端部３５と内壁面２３とを確実に非接触な状態とすることができ、端部３５の金属被膜４によって内壁面２３が削られることを防ぐことができる。

特に、本実施形態のスプール弁１では、段差部２４の端面２４ｂがテーパ状の傾斜面として設けられていることから、スプール３が内壁面２３に押し付けられたときの接触面積を大きくすることができる。これにより、スプール３及び内壁面２３の変形，摩耗をより効果的に抑制することができる。また、端面２４ｂをテーパ状の傾斜面とすることで、段差部２４を加工しやすくすることができる。

なお、上述したスプール弁１はアルミ系素材で形成されており、金属被膜４として陽極酸化被膜が設けられている。陽極酸化被膜は、素材表面に対して直交方向に被膜が形成されるため、端部３５において被膜のエッジ部４ａが内壁面２３に押し付けられやすくなり、摩耗が促進される。これに対し、上述したスプール弁１では、逃げ部（段差部２４）によってクリアランス５が形成されることから、金属被膜４のエッジ部４ａが内壁面２３に接触することを回避することができる。すなわち、スプール３の耐摩耗性を高めつつバルブボディ２の摩耗を抑制することができる。

［１−３．変形例］
上述したスプール弁１では、段差部２４の端面２４ｂが傾斜面である段差部２４を例示したが、段差部２４の形状はこれに限られない。例えば、図２に示すように、段差部２４′（逃げ部）が、ランド部３１ａの外周面３３（金属被膜４）と摺接する内壁面２３に対して直交する環状の端面２４ｂ′を有する直角状の段差部２４′であってもよい。逃げ部として直角状の段差部２４′を有するスプール弁１であれば、スプール３の耐摩耗性を高めつつバルブボディ２の摩耗を抑制することができるとともに、外周面３３と内壁面２３との僅かな隙間への異物混入（コンタミ）を抑制することができる。

［２．第二実施形態］
第二実施形態のスプール弁１について、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は図１（ａ）に対応する断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部をさらに拡大した図である。本実施形態のスプール弁１は、第一実施形態における段差部２４の代わりに、逃げ部として傾斜部３６が設けられている点で第一実施形態のものとは異なる。なお、第一実施形態と同様の構成については第一実施形態と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、傾斜部３６は、スプール３のランド部３１ａ′に設けられ、ランド部３１ａ′の外周面３３と内部空間２０の内壁面２３との間にクリアランス５を形成する逃げ部として機能する。なお、本実施形態のランド部３１ａ′は、第一実施形態のランド部３１ａのように段付き棒状ではなく、傾斜部３６を除いて一様な横断面積を有する。

傾斜部３６は、ランド部３１ａ′の端部３５近傍の中間部から端部３５に向かって縮径して形成された部位である。すなわち、本実施形態のランド部３１ａ′は、一端側がテーパ状に形成されている。内壁面２３と傾斜面３６とのなす角は、金属被膜４のエッジがなくなる程度に小さく形成される。また、ランド部３１ａ′の外周面３３と内壁面２３との間には、一端側に行くほどその間隔が大きくなるクリアランス５が設けられる。これらにより、ランド部３１ａ′に設けられた金属被膜４によって内壁面２３が削られにくくなる。なお、本実施形態の傾斜部３６は、軸方向に沿う断面が直線状であるが、曲線状に形成されていてもよい。

したがって、本実施形態のスプール弁１によっても、第一実施形態と同様に、スプール３の耐摩耗性を高めつつバルブボディ２の摩耗を抑制することができる。さらに、本実施形態のスプール弁１では、スプール３が、ランド部３１ａ′において端部３５に向かって縮径した傾斜部３６を逃げ部として有することから、スプール弁１の製造工程において、その工程数を増大させることなく逃げ部を設けることができる。

［３．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態を適宜変更したり、一部を採用したりして実施することができる。
上述した各実施形態では、クリアランス５を形成する逃げ部が、バルブボディ２の内壁面２３及びスプール３のいずれか一方に設けられている場合を例示したが、逃げ部がこれらの両方に設けられていてもよい。すなわち、スプール弁１が、内壁面２３に設けられた段差部２４又は段差部２４′と、スプール３の外周面３３に設けられた傾斜部３６とを備えていてもよい。両方の逃げ部を設けることにより、遮断時の摩耗の可能性を低下させることができる。

また、上述した各実施形態では、スプール３の一端側におけるランド部３１ａに逃げ部が設けられる構成を例示したが、他のランド部３１にも同様の逃げ部を設けてもよい。ただし、中間部のランド部３１ｂ等に設ける場合は、ランド部３１ｂとポート２１ｂとで形成される弁の開口面積が変化し、流量や圧力の制御に影響することになるので、その点を考慮して設ける必要がある。
なお、上述した実施形態に示すバルブボディ２やスプール３の形状は模式化したものであり、実際の適用にあたっては適宜の形状を設定しうる。また、各ポート２１の位置や形状も適宜設定，変更しうる。

オイル（作動油）の圧力状態を調整する圧力制御弁やオイルの流量を調整する流量調整弁といった油圧制御弁に広く適用することができる。

１ スプール弁
２ バルブボディ
３ スプール
４ 金属被膜
４ａ エッジ部
５ クリアランス
２０ 内部空間
２１，２１ａ 入力ポート（ポート）
２１，２１ｂ 出力ポート（ポート）
２３ 内壁面
２４，２４′ 段差部（逃げ部）
２４ａ 段差面
２４ｂ，２４ｂ′ 端面
３０ 軸部
３１，３１ａ，３１ａ′，３１ｂ ランド部
３２ 溝部
３３ 外周面
３４ 端面
３５ 端部
３６ 傾斜部（逃げ部）

Claims (6)

1. 流体が流入出するポートが形成された内部空間を有するバルブボディと、
   前記内部空間内に摺動自在に設けられ、前記内部空間の内壁面と摺接するランド部の外周面に前記内壁面よりも硬い金属被膜を有するスプールと、
   前記内壁面及び前記ランド部の少なくとも一方に設けられ、前記ランド部の端部における前記金属被膜と前記内壁面との接触を回避するクリアランスを形成する逃げ部と、
   を備えたことを特徴とする、スプール弁。
2. 前記バルブボディは、前記逃げ部として前記内壁面に凹設された段差部を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載のスプール弁。
3. 前記段差部は、前記ランド部の前記外周面と摺接する前記内壁面に対して傾斜した環状の端面を有する
   ことを特徴とする、請求項２記載のスプール弁。
4. 前記段差部は、前記ランド部の前記外周面と摺接する前記内壁面に対して直交する環状の端面を有する
   ことを特徴とする、請求項２記載のスプール弁。
5. 前記スプールは、前記ランド部において前記端部に向かって縮径した傾斜部を前記逃げ部として有する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のスプール弁。
6. 前記金属被膜は、陽極酸化被膜である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のスプール弁。

Images