JP2018168914A - 方向制御弁及びそれを適用した油圧回路を備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッチにおける流量分布及び圧力分布の不均衡度合いを低減でき、スプールの軸周りの回転力を十分に抑制できる方向制御弁を提供する。【解決手段】方向制御弁１９では、圧油が第１ポート４１、第１溝４６、円環状開口部６２、第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８で構成された第１開口部５６、第２溝４７、第２ポート４２を順に経由して流れる場合において、第１溝４６から最大開口面積が規定される開口部６２に流れる際には、上流側であるポート４１から距離の近い側の開口部６２には流量が多く流れ、逆に距離の遠い側の開口部６２には少なく流れる。開口部６２の範囲を流れる際に流れの偏りはスプール４４のくびれ部５４と第１エッジ５５との間の整流部６１で整流され、第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８に圧油が流れ込む手前ではその流量はそれぞれ均一化される。【選択図】図５

Description

本発明は、方向制御弁及びそれを適用した油圧回路を備えた建設機械に関する。

従来、この種の建設機械の油圧回路に適用される方向制御弁では、複数のポートを通過する作動油の流量を制御するために、ノッチ（刻み目）付きのスプールが使用された弁体タイプが知られている。通常、スプールにはその軸を中心として対称な角度で配置される一対のノッチが複数組形成されている。

ところが、スプールをハウジングに挿入した際の組付け角度や製造ばらつき等により、ハウジングの上流部とノッチとの間の距離は同じ一対のノッチ同士でも互いに異なる。このため、作動油がノッチを通過する際にハウジングの上流部から遠い側に位置したノッチの方が流れ難くなるため、上流部から近い側に位置するノッチと上流部から遠い側に位置するノッチとの間で作動油の流量の偏りが生じる。これに伴い、ノッチ近傍の圧力分布が互いに不均衡となるため、スプールを軸回りに回転させる力が生じ、流量が多い程その回転力は大きくなる。

具体的に云えば、１つのノッチにおいて、流れがノッチに対して対称でない場合、一対の壁面における圧力分布は互いに不均衡となり、これが回転力を生む。この回転力を低減するため、一般的には一対のノッチを軸対象に配置し、互いの回転力を相殺する構成を採用している。しかしながら、一対のノッチ同士であっても、上流部から近いノッチの方が遠い方のノッチよりも通過流量が多いため、壁面圧力も大きくなる。従って、回転力の大きさは低減されるものの、上流部から近いノッチの回転力が支配的となり、スプールが軸回りに回転してしまう。この回転現象は、ハウジング、スプールまたはその他部品を摩耗させ、作動油への異物混入（所謂コンタミネーション）を生じさせる要因の１つとなる。

こうしたスプールの回転現象を抑制するため、ハウジングに対してスプールの回転を止める回り止め構造を組み込む技術が提案され、実施されている。但し、この場合には部品点数の増加に伴うハウジングの大型化や部品のコスト増加を招くという欠点がある。そこで、別な手法として、スプールに回転を防止する構成を格別に施すことなくスプールの回転を防止し、構成を簡素化し得る「スプール弁のスプール回転防止構造」（特許文献１参照）が挙げられる。

特開２０１０−１７５０８４号公報

上述した特許文献１に係る技術では、流体を整流する部品として供給流路に流量調整部材を設けることでスプールの回転力を低減している。一般に、スプールの変位に対して流量を可変に制御するためには、小流量に制御する変位範囲における開口面積は小さく設計され、小さいノッチが使用される。逆に、大流量に制御する変位範囲における開口面積は大きく設計され、大きいノッチまたはエッジによる開口が使用される。このとき、最大流量を高精度に制御するためには、ノッチ及びエッジの開口面積の総和である最大開口面積を高精度に形成する必要が生じる。

ところが、最大開口面積を精度良く形成するために加工公差を狭めて高精度な加工を行うと、製造コストの増加を招いてしまうという欠点がある。具体的に云えば、ノッチのみで最大開口を形成する場合には、ノッチの加工ばらつきが発生する。ノッチの数が多ければ特に加工ばらつきの集積による開口面積のばらつきが大きくなり易い。また、エッジにより最大開口を形成する場合には、リセス（壁の凹んだ奥所）とスプールとの間における距離のばらつきが発生する。これがスプールのエッジ位置、ハウジングのリセス位置、ハウジングの端面位置等の加工ばらつきになり、スプールの最大変位位置における開口面積もばらついてしまう。

要するに、特許文献１に係る技術によれば、供給流路に流量調整部材を設けることで或る程度スプールの回転力を低減できても、ノッチにおける流量分布及び圧力分布の不均衡度合いを低減し、スプールの軸周りの回転力を十分に抑制できる構造でないという問題がある。また、ノッチ及びエッジの最大開口面積のばらつきや製造コストを抑えることも困難になっている。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その主な技術的課題は、ノッチにおける流量分布及び圧力分布の不均衡度合いを低減でき、スプールの軸周りの回転力を十分に抑制できる方向制御弁及びそれを適用した油圧回路を備えた建設機械を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一態様は、ハウジング内に形成されたスプール孔にスプールが移動可能に設けられる方向制御弁であって、前記ハウジングの前記スプール孔には所定の間隔で溝が形成されると共に、前記溝に対して圧油を導通可能にポートが形成され、前記ポートは、吸入用の第１ポート、吐出用の第２ポート、及び吐出用の第３ポートの３つのポートから成り、前記第１ポートに連通した第１溝、前記第２ポートに連通した第２溝、前記第３ポートに連通した第３溝が形成されると共に、前記第１溝に対する一方側に前記第２溝が設けられ、且つ他方側に前記第３溝が設けられ、前記スプールには、前記スプール孔の内面に摺接する第１ランド及び第２ランドが設けられると共に、前記第１ランドと前記第２ランドとの間にくびれ部が設けられ、前記第１ランドは、前記くびれ部側に設けられた第１エッジと、前記スプールが所定ストローク量変位したときに前記第１溝と前記第２溝とを連通させる複数のノッチまたは前記複数のノッチと前記第１エッジとで開口部を形成する第１開口部と、前記くびれ部と前記第１エッジとの間にランド本体部の径よりも小さく、前記くびれ部の径よりも大きく形成されると共に、前記第１ポートから前記第２ポートへ流れる圧油を整流する整流部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ノッチにおける流量分布及び圧力分布の不均衡度合いを低減でき、スプールの軸周りの回転力を十分に抑制できる。また、ノッチ及びエッジの最大開口面積のばらつきや製造コストを抑えることもできる。尚、それ以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る方向制御弁を適用した油圧回路の概略構成を示す図である。 図１に示す方向制御弁の基本構造を側面方向で断面にして示した図である。 図１に示すコントローラの制御処理を示すフローチャートである。 図２に示す方向制御弁の中立位置の状態を側面方向で断面にして示した図である。 図２に示す方向制御弁をパイロット位置に切換えた状態を側面方向で断面にして示した図である。 図２に示す方向制御弁のスプールの変位に対する開口面積の線図である。 図２に示す方向制御弁のスプールの変位が図６中のＸ２であるときの状態を側面方向で断面にして示した図である。 図２に示す方向制御弁のスプールの変位が図６中のＸ３であるときの状態を側面方向で断面にして示した図である。 本発明の第２実施形態に係る方向制御弁の基本構造を側面方向で断面にして示した図である。

以下、本発明の方向制御弁及びそれを適用した油圧回路を備えた建設機械の実施形態例について、図面を参照して詳細に説明する。

「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る方向制御弁を適用した油圧回路の概略構成を示す図である。

図１を参照すれば、この油圧回路は、建設機械の代表例である油圧ショベルに適用されるもので、ここではそのブームに係る回路構成を抜粋している。具体的に云えば、この油圧回路において、パイロットポンプ２８が同軸に連結された油圧ポンプ１からの圧油は制御弁２、ボトム側管路６ａ、パイロットチェック弁８を介してシリンダ３のボトム側に伝えられる。また、油圧ポンプ１からの圧油は制御弁２を介してロッド側管路６ｂによりシリンダ３のロッド側に伝えられる。実際の油圧回路では、油圧ポンプ１にブーム用のシリンダ３のみだけでは無く、アーム用やバケット用のシリンダも繋がっている。

操作レバー４に取り付けられたパイロット弁５には、パイロットポンプ２８から圧油が供給され、操作レバー４の操作量に応じたパイロット圧を発生する。操作レバー４が例えば記号ａの方向で上げ側操作されて発生したパイロット圧Ｐｕは上げ側パイロット管路を介して制御弁２の操作ポート２ａに伝えられる。これにより、制御弁２はパイロット圧Ｐｕに応じた切換・制御の操作がなされる。操作レバー４が例えば記号ｂの方向で下げ側操作されて発生したパイロット圧Ｐｄは下げ側パイロット管路を介して制御弁２の操作ポート２ｂに伝えられる。これにより、制御弁２はパイロット圧Ｐｕに応じた切換・制御の操作がなされる。

また、パイロット圧Ｐｄはパイロットチェック弁８にも伝えられ、パイロット圧Ｐｄが加圧されたパイロットチェック弁８は開放され、シリンダ３の圧油がボトム側管路６ａに導かれる。パイロットチェック弁８は、シリンダ３から不用意な圧油流入（ブーム落下）を防止するためのもので、通常は回路を遮断しており、パイロット圧Ｐｄにより回路を開くようになっている。ボトム側管路６ａには制御弁９に通じる分岐部があり、制御弁９はパイロット圧Ｐｄによって動作する。更に、制御弁９を介してアキュムレータ１０が繋がっており、アキュムレータ１０はシリンダ３から排出される圧油を回収する。制御弁９とアキュムレータ１０との間には、アキュムレータ１０からの圧油がシリンダ３の方向に逆流することを防止するチェック弁１７が設置されている。

一方、パイロットポンプ２８からの油路には、アンロード弁１４、リリーフ弁１３、チェック弁１５が繋がっている。また、チェック弁１５を介してパイロットポンプ２８からの油路には、パイロット弁５とリリーフ弁２１とが繋がっている。アキュムレータ１０に蓄えられた圧油は、方向制御弁１９を介してチェック弁１５とパイロット弁５とリリーフ弁２１との間に供給される。更に、パイロットポンプ２８からの吐出油は方向制御弁１９を介してアキュムレータ１０に蓄えられる。

アキュムレータ１０に蓄えられた圧油は、方向制御弁１９のメインライン１９ａ及びチェック弁１８を介して油圧ポンプ１の出口に供給される。また、方向制御弁１９を切換えるための電磁比例弁２０はコントローラ２７の指令によって駆動し、方向制御弁１９のメインライン１９ａとパイロットライン１９ｂとを切換える。アキュムレータ１０に蓄えられた圧油の圧力(油圧)は圧力検出器１６により検出され、その圧力がコントローラ２７に入力される。その他のアクチュエータも含めた操作レバーの操作量は略図する各種センサによって検出され、操作レバー信号３１としてコントローラ２７に入力される。

そこで、コントローラ２７は入力された圧力や操作レバー信号３１に応じてアキュムレータ１０に蓄えられた圧油を有効的に利用するように制御を行う。具体的には、電磁比例弁２０を介して方向制御弁１９の制御とアンロード弁１４の制御とを行う。

図２は、上述した油圧回路に使用される方向制御弁１９の基本構造を側面方向で断面にして示した図である。

図２を参照すれば、この方向制御弁１９のハウジング４０には、アキュムレータ１０に連通する第１ポート４１と、パイロットライン１９ｂに連通する第２ポート４２と、メインライン１９ａに連通する第３ポート４３と、が形成されている。第１ポート４１は吸入用であり、吐出用の第２ポート４２と吐出用の第３ポート４３との間に配置されている。また、ハウジング４０には、スプール４４を摺動自在に組み込むスプール孔４５が形成されている。スプール孔４５には、第１ポート４１と連通する第１溝４６と、第２ポート４２と連通する第２溝４７と、第３ポート４３と連通する第３溝４８と、が形成されている。

スプール４４は、スプール孔４５に摺動自在に組み込まれ、スプール４４の一端側をパイロット室４９に臨ませ、他端側をドレーン室５０に臨ませている。ドレーン室５０にはバネ５１を介在させ、パイロット室４９に圧油が作用していない状態でバネ力によりスプール４４をパイロット室４９側に押し付け、スプール４４の位置を保持するようにしている。スプール４４には、軸方向の移動に応じて第１溝４６と第２溝４７とを連通または遮断する第１ランド５２と、第１溝４６と第３溝４８とを連通または遮断する第２ランド５３と、が形成されている。その他、第１ランド５２と第２ランド５３との間にはこれらの第１ランド５２及び第２ランド５３の径よりも小さい径を有するくびれ部５４が形成されている。

第１ランド５２には、くびれ部５４側の第１エッジ５５と、スプール４４が所定ストローク量変位したときに第１溝４６と第２溝４７とを連通させる複数のノッチまたはそれらのノッチと第１エッジ５５で開口部を形成する第１開口部５６と、が形成されている。第１開口部５６は、スプール４４が右方向に変位した際に第１溝４６と第２溝４７との間の開口面積を増加させるよう配置されている。第１開口部５６は、例えば図２中において、第１小ノッチ５７と第１大ノッチ５８で形成され、第１小ノッチ５７が第１大ノッチ５８よりも先に開口するよう配置されている。また、第２ランド５３にはスプール４４が所定ストローク量変位したときに第１溝４６と第３溝４８とを連通させる第２開口部５９が形成されている。第２開口部５９は、スプール４４が右方向に変位した際に第１溝４６と第３溝４８との間の開口面積を減少させるよう配置されている。第２開口部５９は、例えば図２中において、第２ノッチ６０で形成されている。

また、くびれ部５４と第１エッジ５５との間には、第１ポート４１から第２ポート４２へ流れる圧油を整流する整流部６１が形成されている。この整流部６１は、第１ランド５２の径よりも小さく、くびれ部５４の径よりも大きく形成されている。第１開口部５６とくびれ部５４とのスプール４４の軸方向距離は、整流部６１を介在させているために０より大きくなるように構成されている。整流部６１の直径は、第１開口部５６の開口面積が最大となる位置にスプール４４が変位した状態を想定する。この状態で整流部６１とハウジング４０との間に形成される円環状開口部６２（図５を参照して後述する）の開口面積が第１開口部５６の開口面積よりも小さくなるよう形成されている。

更に、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３のスプール４４の軸方向位置は、第１溝４６と第３溝４８とが連通する位置にスプール４４が変位した状態でくびれ部５４側の整流部６１の端部６３と第１溝４６との間で形成される円筒面状開口部６４の開口面積が、第２開口部５９による開口面積よりも大きく形成されている。また、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３のスプール４４の軸方向位置は、第１開口部５６の開口面積が最大となる位置にスプール４４が変位した状態で第２溝４７よりも第１溝４６側に位置するように形成されている。更に、くびれ部５４側の第１開口部５６の端部６５のスプール４４の軸方向位置は、第１開口部５６の開口面積が最大となる位置にスプール４４が変位した状態で第１溝４６よりも第２溝４７側に位置するように形成されている。

図３は、上述した油圧回路に使用されるコントローラ２７の制御に係る動作処理を示すフローチャートである。尚、ここでの動作処理は、例えば図示されないキースイッチをオンにした場合に周期的に行われるものである。

図３を参照すれば、コントローラ２７の制御は、キースイッチがオンされると、演算がスタート（ステップＳ１０１）となる。そこで、コントローラ２７は、圧力検出器１６により検出されたアキュムレータ１０の圧力（ＡＣＣ圧とする）が予め設定されたｓｅｔ圧αよりも高いか否かをＡＣＣ圧＞ｓｅｔ圧αであるか否かの判定（ステップＳ１０２）により判断する。この判定の結果、アキュムレータ１０の圧力のＡＣＣ圧がｓｅｔ圧αよりも高ければ電磁比例弁２０に指示して方向制御弁１９をメインライン１９ａ側に切換え、ｓｅｔ圧α以下であれば方向制御弁１９をパイロットライン１９ｂ側に戻すように切換える。ＡＣＣ圧が高い状態では、パイロットライン１９ｂに戻すと方向制御弁１９での圧力損失が大きくなり、エネルギーを有効に使えなくなるためにメインライン１９ａ側への切換えを行う。因みに、ｓｅｔ圧αはパイロットライン１９ｂの圧力よりも少し高い圧力が設定されている。

上記判定の結果、ＡＣＣ圧＞ｓｅｔ圧αであり、方向制御弁１９をメインライン１９ａ側に切換えた後、コントローラ２７は、操作レバー信号３１が検出されたか否かの判定（ステップＳ１０３）を行う。この判定は操作レバー信号３１に基づいてアキュムレータ１０に蓄えた圧油をメインライン１９ａに戻せるか否かを判断するものである。この判定の結果、操作レバー信号３１が検出されれば方向制御弁１９をメイン位置にする（ステップＳ１０９）ように切換えてメインライン１９ａ側に供給するように処理を行う。このとき、図２に示したように、方向制御弁１９のパイロット室４９には、電磁比例弁２０を介した圧油が供給されていない。このため、スプール４４にはバネ５１による左方向の力が作用し、スプール４４は方向制御弁１９のメイン位置に切換えられている。これにより、アキュムレータ１０と連通する第１ポート４１とメインライン１９ａ側と連通する第３ポート４３とは第２開口部５９を介して連通する。このため、アキュムレータ１０に蓄えた圧油はメインライン１９ａ側に供給される。

これに対し、操作レバー信号３１が検出されなければ、シリンダ３が動作していない状態であり、この状態でアキュムレータ１０に蓄えた圧油を供給しても有効にエネルギー利用されないため、方向制御弁１９を中立位置にする（ステップＳ１１０）ように制御する。方向制御弁１９を中立位置に切換えると、圧油を何処にも供給しないように閉じておくことができる。このとき、図４に示すように、方向制御弁１９のパイロット室４９には、電磁比例弁２０を介して圧油が供給され、スプール４４に作用する圧油による右方向の力により、スプール４４は方向制御弁１９の中立位置に切換えられている。これによりアキュムレータ１０と連通する第１ポート４１は、パイロットライン１９ｂ側と連通する第２ポート４２及びメインライン１９ａ側と連通する第３ポート４３の両方とも連通しない状態となる。このため、アキュムレータ１０に蓄えた圧油はどこにも供給されない。

ところで、図３中のＡＣＣ圧＞ｓｅｔ圧αであるか否かの判定（ステップＳ１０２）の結果、ＡＣＣ圧がｓｅｔ圧α以下であれば、ＡＣＣ圧が低く、パイロットライン１９ｂ側に繋げた方がエネルギーを効率的に利用できると判断する。そこで、方向制御弁１９をパイロットライン１９ｂ側に戻すように切換えた後、コントローラ２７は、ＡＣＣ圧が予め設定されたｓｅｔ圧βよりも高いか否かをＡＣＣ圧＞ｓｅｔ圧βであるか否かの判定（ステップＳ１０４）により判断する。この判定の結果、アキュムレータ１０の圧力のＡＣＣ圧がｓｅｔ圧βよりも十分高ければ電磁比例弁２０に指示して方向制御弁１９をパイロット位置にしてパイロットライン１９ｂ側にすると共に、アンロード弁１４を開く（ステップＳ１１１）。

このとき、図５に示すように、方向制御弁１９のパイロット室４９には、電磁比例弁２０を介して圧油が供給され、スプール４４に作用する圧油による右方向の力によりスプール４４は方向制御弁１９のパイロット位置に切換えられている。これによりアキュムレータ１０と連通する第１ポート４１とパイロットライン１９ｂ側と連通する第２ポート４２とは、円環状開口部６２及び第１開口部５６を介して連通する。このため、アキュムレータ１０に蓄えた圧油はパイロットライン１９ｂ側に供給される。方向制御弁１９において、このような動作によれば、パイロットポンプ２８の圧油がアンロード弁１４を介してアンロードされることにより、パイロットポンプ２８の出力は抑えられ、燃費を低減することができる。

尚、図示されない他の操作レバーが操作されてパイロットライン１９ｂに圧油が必要な場合は、アキュムレータ１０から圧油が供給されることにより、操作レバー４に連動してパイロット弁５からパイロット圧が供給され、制御弁２が切換えられる。これにより、オペレータの望む所望の動作が可能となる。因みに、図５中では、上述した整流部６１の直径についての要件、整流部６１とハウジング４０との間に形成される円環状開口部６２の開口面積が第１開口部５６の開口面積よりも小さくなるように形成されている様子が判る。

また、ＡＣＣ圧がｓｅｔ圧β以下であればコントローラ２７は、電磁比例弁２０に指示して方向制御弁１９をパイロット位置にしてパイロットライン１９ｂ側にする（ステップＳ１１２）ように切換える。但し、ここではアンロード弁１４には切換信号を送らずに閉じるように制御する。方向制御弁１９において、このような動作によれば、パイロットポンプ２８の圧油がチェック弁１５及び方向制御弁１９を介してアキュムレータ１０に供給されると共に、図示されない他のパイロット弁にも供給される。この結果、図示されない他のパイロット弁にも必要な圧油は確保されると共に、アキュムレータ１０のチャージを行うことができる。

図６は、上述した方向制御弁１９のスプール４４の変位Ｘに対する開口面積Ａの線図である。

図６を参照すれば、方向制御弁１９において、スプール４４の変位Ｘが０≦Ｘ≦Ｘ１の範囲の場合は、アキュムレータ１０の圧油（作動油）をメインライン１９ａ側に供給する方向制御弁１９のメイン位置であり、メイン回生開口モードとみなすことができる。因みに、図２に示す方向制御弁１９の態様はスプール４４の変位Ｘ＝０の状態に該当する。スプール４４の変位Ｘが０≦Ｘ≦Ｘ１の範囲は流量を滑らかに減少させるように可変制御して供給する区間である。スプール４４の変位Ｘが０≦Ｘ≦Ｘ１の範囲の場合、アキュムレータ１０とメインライン１９ａ側とを連通させる開口面積は、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３と第１溝４６との間で形成される円筒面状開口部６４及び第２開口部５９によって形成されるが、円筒面状開口部６４は第２開口部５９の開口面積よりも大きくなるよう形成されている。このため、アキュムレータ１０とメインライン１９ａ側とを連通させる開口面積は、第２開口部５９の開口面積と等しくなる。この結果、円筒面状開口部６４により無駄に流量を絞ることなく、第２開口部５９で流量を制御することができる。

また、スプール４４の変位ＸがＸ１≦Ｘ≦Ｘ２の範囲の場合は、アキュムレータ１０の圧油を何処にも供給しない方向制御弁１９の中立位置であり、閉口モードとみなすことができる。因みに、図４に示す方向制御弁１９の態様はスプール４４の変位ＸがＸ１＜Ｘ＜Ｘ２の状態に該当する。

更に、スプール４４の変位ＸがＸ２≦Ｘ≦Ｘ５の範囲の場合は、アキュムレータ１０とパイロットライン１９ｂ側とを連通させる方向制御弁１９のパイロット位置であり、パイロット回生開口モードとみなすことができる。因みに、図５に示す方向制御弁１９の態様は開口面積Ａが最大値Ａ４となるスプール４４の変位Ｘ＝Ｘ５の最大変位位置の状態に該当する。

ところで、方向制御弁１９のパイロット位置は３つの状態に分けられる。スプール４４の変位ＸがＸ２≦Ｘ≦Ｘ３の範囲の場合は、開口面積を小さくすることで流量を小さく制御する小流量可変制御範囲である。例えば第１小ノッチ５７で第１開口部５６が形成される。このとき、くびれ部５４側の第１開口部５６の端部６５はどの位置にあっても良い。一方、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３は、第２溝４７よりも第１溝４６側に位置するよう形成されている。因みに、図７に示す方向制御弁１９の態様はスプール４４の変位Ｘ＝Ｘ２の状態に該当する。スプール４４の変位ＸがＸ２≦Ｘ≦Ｘ３の範囲は流量を滑らかに増大させるように可変制御して供給する区間である。

また、スプール４４の変位ＸがＸ３≦Ｘ≦Ｘ４の範囲の場合は、開口面積を大きくすることで流量を大きく制御する大流量可変制御範囲であり、例えば第１小ノッチ５７に加えて第１大ノッチ５８でも第１開口部５６が形成される。このとき、くびれ部５４側の第１開口部５６の端部６５は、どの位置にあっても良い。一方、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３は、第２溝４７よりも第１溝４６側に位置するよう形成されている。因みに、図８に示す方向制御弁１９の態様はスプール４４の変位Ｘ＝Ｘ３の状態に該当する。スプール４４の変位ＸがＸ３≦Ｘ≦Ｘ４の範囲はショックがない程度で流量を急激に増大させるように可変制御して供給する区間である。

更に、スプール４４の変位ＸがＸ４≦Ｘ≦Ｘ５の範囲の場合は、開口面積を一定にすることで流量を一定に制御する流量固定制御範囲である。このとき、くびれ部５４側の第１開口部５６の端部６５は、第１溝４６よりも第２溝４７側に位置するよう形成されている。一方、くびれ部５４側の整流部６１の端部６３は、第２溝４７よりも第１溝４６側に位置するよう形成されている。この整流部６１の位置関係により、スプール４４の変位ＸがＸ４≦Ｘ≦Ｘ５の範囲の場合は、整流部６１とハウジング４０との間には円環状開口部６２が形成されており、その開口面積はスプール４４の変位に対して一定である。また、この開口面積は第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８により構成された第１開口部５６の開口面積よりも小さく形成されている。このため、アキュムレータ１０とパイロットライン１９ｂ側とを連通させる開口面積は円環状開口部６２の開口面積と等しくなり、図６に示されるようにスプール４４の変位ＸがＸ４≦Ｘ≦Ｘ５の範囲ではスプール４４の開口面積は一定となる。

以下は、第１実施形態に係る方向制御弁１９の油圧回路での働きについて説明する。ここでは、方向制御弁１９によってアキュムレータ１０の圧油をパイロットライン１９ｂ側に供給する際の大流量固定制御範囲における圧油の流れを想定する。この場合、アキュムレータ１０の圧油は第１ポート４１、第１溝４６、円環状開口部６２、第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８で構成された第１開口部５６、第２溝４７、第２ポート４２を順に経由してパイロットライン１９ｂ側に流れる。

このとき、圧油が第１溝４６から円環状開口部６２に流れる際には、上流側である第１ポート４１から距離の近い側の円環状開口部６２には流量が多く流れ、逆に距離の遠い側の円環状開口部６２には少なく流れる。ところが、円環状開口部６２の範囲を流れる際に流れの偏りは整流され、第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８に圧油が流れ込む手前ではその流量はそれぞれ均一化される。その結果、同一形状の一対の第２ノッチ６０における流量分布及び圧力分布の不均衡が低減され、スプール４４を軸周りに回転する力を抑制することができる。

また、スプール４４の変位ＸがＸ５の位置の最大変位位置における第１溝４６と第２溝４７との間の開口面積は、エンドミル等よりも加工が容易な旋盤加工等により高精度に形成された整流部６１から構成される円環状開口部６２により決定される。ここでのスプール４４の構造では最大開口面積のばらつき及び製造コストを同時に抑えることができる。仮に、加工ばらつきによるノッチ（第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８）形状やスプール４４の最大変位位置のばらつきによって第１開口部５６の開口面積がパイロット圧力に対してばらついても構わない。その理由は、第１溝４６と第２溝４７との間の開口面積のばらつきを極めて小さく形成することができるためであり、アキュムレータ１０からパイロットラインに供給される流量のばらつきは極めて小さくなる。この結果、過剰な流量がパイロットライン１９ｂに流れてパイロットリリーフのオーバーライド特性によりパイロットライン１９ｂの圧力が上昇する虞は小さくなり、パイロットライン１９ｂにおける油圧配管や機器の寿命が低下する虞を回避できる。

尚、第１実施形態に係る方向制御弁１９では、第１エッジ５５が開口しない場合について説明したが、第１エッジ５５が開口する場合であっても同様の効果がある。

因みに、図１に示した油圧回路を建設機械の例えば解体機に適用した場合のブームの動作に対応したアキュムレータ１０の蓄圧動作について簡単に説明する。最初に、ブームの上げ動作について説明すれば、操作レバー４をａ側に操作すると、パイロット弁５からのパイロット圧Ｐｕが制御弁２の操作ポート２ａに伝えられ、制御弁２が切換操作される。このとき、油圧ポンプ１からの流量がシリンダ３のボトム側管路６ａに導かれ、パイロットチェック弁８を介してシリンダ３のボトムに圧油が供給され、シリンダ３は伸び動作する。これに伴い、シリンダ３のロッド側から排出される戻り流量は、ロッド側管路６ｂ、制御弁２を通ってタンクに導かれる。このとき、制御弁９は切換えられないため、アキュムレータ１０に圧油が流れることは無い。

次に、ブームの下げ動作について説明すれば、操作レバー４をｂ側に操作すると、パイロット弁５からのパイロット圧Ｐｄが制御弁２の操作ポート２ｂに伝えられ、制御弁２が切換操作される。このとき、更にパイロットチェック弁８を切換えることにより、シリンダ３の圧油がパイロットチェック弁８、ボトム側管路６ａ及び制御弁２を介してタンク側に絞り制御されながら流れる。油圧ポンプ１からの流量はシリンダ３のロッド側管路６ｂに導かれ、シリンダ３のロッドに圧油が供給され、シリンダ３が縮み動作をする。また、パイロットチェック弁８と制御弁２との間から分岐した圧油は制御弁９を介してアキュムレータ１０に流れることにより、シリンダ３から排出される戻り油を回収することができる。この場合、シリンダ３からタンク側に繋がる通路は、制御弁２によって十分絞られているため、大半の圧油がアキュムレータ１０に流れることになる。アキュムレータ１０に圧油が畜圧されると、アキュムレータ１０の圧力が上昇して高圧となる。そこで、コントローラ２７が圧力検出器１６、操作レバー信号３１の入力信号に基づいてアキュムレータ１０に蓄えられた圧油を有効的に利用するように、アンロード弁１４、電磁比例弁２０に動作指令を送る。

「第２実施形態」
図９は、上述した図１の油圧回路に使用される第２実施形態に係る方向制御弁１９′の基本構造を側面方向で断面にして示した図である。

図９を参照すれば、この方向制御弁１９′では、スプール４４′の第１エッジ５５と整流部６１との間に工具逃げ溝６６が形成されており、これによって第１大ノッチ５８′が一部変形して小さくなっている。このようにスプール４４′の第１エッジ５５と整流部６１との間に工具逃げ溝６６を形成したことにより、第１実施形態の場合と比べて同様な効果を奏することに加え、第１開口部５６′を形成する加工が容易となる。例えば第１実施形態における第１小ノッチ５７及び第１大ノッチ５８の加工においては、開口面積に寄与しない範囲である整流部６１と被った範囲も加工する必要が生じる。これに対し、第２実施形態に係る方向制御弁１９′では、工具逃げ溝６６が設けられているために、不要な範囲の加工をせずに済ませることができる。このため、加工時間の短縮及び加工工具の消耗抑制を図ることができ、製造コストを低減することが可能になる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、その技術的要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者であれば、開示した内容から様々な変形例を実現することが可能であるが、これらは添付した特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ 油圧ポンプ
２ 制御弁
２ａ、２ｂ 操作ポート
３ シリンダ
４ 操作レバー
５ パイロット弁
６ａ ボトム側管路
６ｂ ロッド側管路
８ パイロットチェック弁
９ 制御弁
１０ アキュムレータ
１３、２１ リリーフ弁
１４ アンロード弁
１５、１７、１８ チェック弁
１６ 圧力検出器
１９、１９′ 方向制御弁
１９ａ メインライン
１９ｂ パイロットライン
２０ 電磁比例弁
２７ コントローラ
２８ パイロットポンプ
３１ 操作レバー信号
４０ ハウジング
４１ 第１ポート
４２ 第２ポート
４３ 第３ポート
４４、４４′ スプール
４５ スプール孔
４６ 第１溝
４７ 第２溝
４８ 第３溝
４９ パイロット室
５０ ドレーン室
５１ バネ
５２ 第１ランド
５３ 第２ランド
５４ くびれ部
５６、５６′ 第１開口部
５７ 第１小ノッチ
５８ 第１大ノッチ
５９ 第２開口部
６０ 第２ノッチ
６１ 整流部
６２ 円環状開口部
６３、６５ 端部
６４ 円筒面状開口部
６６ 工具逃げ溝

Claims (8)

1. ハウジング内に形成されたスプール孔にスプールが移動可能に設けられる方向制御弁であって、
   前記ハウジングの前記スプール孔には所定の間隔で溝が形成されると共に、前記溝に対して圧油を導通可能にポートが形成され、
   前記ポートは、吸入用の第１ポート、吐出用の第２ポート、及び吐出用の第３ポートの３つのポートから成り、前記第１ポートに連通した第１溝、前記第２ポートに連通した第２溝、前記第３ポートに連通した第３溝が形成されると共に、前記第１溝に対する一方側に前記第２溝が設けられ、且つ他方側に前記第３溝が設けられ、
   前記スプールには、前記スプール孔の内面に摺接する第１ランド及び第２ランドが設けられると共に、前記第１ランドと前記第２ランドとの間にくびれ部が設けられ、
   前記第１ランドは、前記くびれ部側に設けられた第１エッジと、前記スプールが所定ストローク量変位したときに前記第１溝と前記第２溝とを連通させる複数のノッチまたは前記複数のノッチと前記第１エッジとで開口部を形成する第１開口部と、前記くびれ部と前記第１エッジとの間にランド本体部の径よりも小さく、前記くびれ部の径よりも大きく形成されると共に、前記第１ポートから前記第２ポートへ流れる圧油を整流する整流部と、を有することを特徴とする方向制御弁。
2. 請求項１記載の方向制御弁において、
   前記第１エッジと前記整流部との間に工具逃げ溝が形成されたことを特徴とする方向制御弁。
3. 請求項１または２記載の方向制御弁において、
   前記第１開口部と前記くびれ部とは、前記スプールの軸方向に前記整流部を介して所定間隔で設けられたことを特徴とする方向制御弁。
4. 請求項１または２記載の方向制御弁において、
   前記整流部における前記スプールの直径は、前記第１開口部の開口面積が最大となる位置に前記スプールが変位した状態で前記整流部と前記ハウジングとの間に形成される円環状開口部の開口面積が前記第１開口部の開口面積よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする方向制御弁。
5. 請求項１または２記載の方向制御弁において、
   前記第２ランドには、前記第１溝と前記第３溝とを連通させる第２開口部が設けられ、
   前記第１溝と前記第３溝とが連通する位置に前記スプールが変位した状態で、前記くびれ部側に位置する前記整流部における端部と前記第１溝との間で形成される円筒面状の開口面積が、前記第２開口部による開口面積よりも大きくなるように形成された特徴とする方向制御弁。
6. 請求項１または２記載の方向制御弁において、
   前記くびれ部側に位置する前記整流部における端部の前記スプールの軸方向位置は、前記第１開口部の開口面積が最大となる位置に前記スプールが変位した状態で、前記第２溝よりも前記第１溝側に位置するよう構成されたことを特徴とする方向制御弁。
7. 請求項１または２記載の方向制御弁において、
   前記くびれ部側に位置する前記第１開口部における端部の前記スプールの軸方向位置は、前記第１開口部の開口面積が最大となる位置に前記スプールが変位した状態で、前記第１溝よりも前記第２溝側に位置するよう構成されたことを特徴とする方向制御弁。
8. 請求項１または２記載の方向制御弁を適用した油圧回路を備えたことを特徴とする建設機械。