JP2020020446A - スプール弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できるスプール弁装置を提供する。【解決手段】方向制御弁３１は、スプール摺動穴３３を有するハウジング３２と、スプール摺動穴３３に挿嵌されたスプール３９とを含んで構成されている。スプール３９の中央大径部４０には、中央大径部４０と段差面４３との境界部（エッジ４５）に位置してノッチ４６が設けられている。ノッチ４６は、スプール３９が移動するときに各ポート３７，３８間を小流量で連通させる。各ポート３７，３８がノッチ４６を通じて連通したときに、高圧側のポート３７から流れ込む作動油が衝突するスプール３９の段差面４３には、この段差面に開口する有底穴５０が設けられている。有底穴５０は、作動流体が含有する気体を気泡として溜める。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧システム（液圧システム）の方向制御弁、圧力制御弁、流量制御弁等として用いられるスプール弁装置に関する。

一般に、油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械には、油圧駆動装置（液圧駆動装置）とも呼ばれる油圧システム（液圧システム）が搭載されている。このような油圧システムは、例えば、油圧ポンプ等の油圧源（液圧源）と、油圧源から供給される圧油により駆動される油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータ（液圧アクチュエータ）と、油圧源と油圧アクチュエータとの間に設けられ油圧アクチュエータに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁等のスプール弁（スプール弁装置）とを含んで構成されている。

ここで、油圧システムに用いられるスプール弁は、入力された指令に応じてスプールと呼ばれる弁体を軸方向に変位させることで開口量を調整し、油圧システムの流速、圧力および方向を制御する役割を持っている。また、スプール（のランド）には、流量制御性能の向上、油撃抑制のために、ノッチと呼ばれる切り欠きが設けられている。ノッチは、スプールの位置に応じて、ハウジングとの間で流路面積が他の部分よりも小さくなる絞り部を形成するものである。

このような絞り部（ノッチ）を作動油等の液体が通過するとき、ベルヌーイの法則に従い流速が急激に増加し、同時に圧力が急激に低下する。このとき、この急激な圧力低下に伴って、液体の圧力が、その液体の種類（液種）によって決定される飽和蒸気圧よりも低くなると、液体中に気泡が発生し膨張するキャビテーションが発生する。さらに、絞り部で発生した気泡は、高速流体噴流（キャビテーション噴流）に乗って絞り部の下流側へと流される。

このとき、キャビテーションの発生部の圧力Ｐｃとこれよりも下流部の圧力Ｐｄとの関係はＰｃ＜Ｐｄであるため、下流に流される気泡周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、これが機器部材表面を損傷させ、エロージョン（壊食）が発生する可能性がある。このエロージョンが弁体または弁構成部品に生じると、機器の信頼性が低下する可能性がある。

このようなエロージョンの抑制を図る技術として、例えば、特許文献１には、絞り部で発生したキャビテーション噴流が衝突するスプール壁面に環状溝を設け、この環状溝内にキャビテーション噴流の気泡を溜めるようにした流量制御弁が記載されている。

特開２０１０−１４４６５４号公報

ところで、図１３は、スプール１０１の段差面１０２に環状溝１０３が設けられた比較例を示している。即ち、比較例では、スプール１０１のエッジ１０４とハウジング１０５とにより形成される環状の絞り部１０６で生じるキャビテーション噴流の衝突部位に、環状溝１０３が設けられている。この構成の場合、油の流れは、環状の絞り部１０６から環状溝１０３に流入し、この環状溝１０３内で激しい乱流場を形成した後、環状溝１０３から下流側へ流出する。このため、スプール弁を通過する油の流れは、図１３に矢印で示すように複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。

次に、スプール１０１にノッチ１０７が設けられている場合を考える。この場合、図示は省略するが、ノッチ１０７のみを通じて油が下流側に流れているときに、ハウジング１０５とノッチ１０７とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面１０２のうちノッチ１０７と対面する部位のみに限定される。このとき、段差面１０２に環状溝１０３が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝１０３が大き過ぎて、環状溝１０３に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。

また、絞り部がノッチ１０７とハウジング１０５とにより形成される場合は、キャビテーション噴流が特定の部位に集中的に衝突するのに対して、エッジ１０４とハウジング１０５とにより環状の絞り部１０６が形成される場合は、キャビテーション噴流が環状のエッジ１０４を起点に放射状に発生する。これにより、キャビテーション噴流は、下流部の広範囲に分散して衝突する。このため、エロージョン発生への寄与が大きい流れ状態は、ノッチ１０７により絞り部が形成されているときである。従って、これらを踏まえると、特許文献１の環状溝の技術を採用しても、エロージョン抑制効果を十分に得られず、かつ、不必要な流れ損失を生じさせる可能性が高いと考えられる。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できるスプール弁装置を提供することにある。

本発明のスプール弁装置は、スプール摺動穴を有し、前記スプール摺動穴の軸方向にそれぞれ離間して複数のポートが設けられた筒状のハウジングと、前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられている。

本発明によれば、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。

第１の実施の形態によるスプール弁装置が搭載された油圧ショベルを示す正面図である。 油圧アクチュエータ、油圧ポンプ、レバー操作装置、スプール弁装置等を示す油圧アクチュエータ駆動用の油圧回路図である。 スプール弁装置のハウジング、スプール等を示す要部断面図である。 図３中の（IV）部を拡大した断面図である。 スプールのノッチによる絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す要部断面図である。 スプールのエッジによる環状の絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す要部断面図である。 第２の実施の形態による有底穴等を示す図４と同様位置の断面図である。 第３の実施の形態によるスプール弁装置のハウジング、スプール等を示す要部断面図である。 図８中の矢示IX−IX方向からみた拡大断面図である。 図８中の（Ｘ）部を拡大した断面図である。 スプールのノッチによる絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す図１０と同様の断面図である。 第３の実施の形態による有底穴等を示す図１１と同様位置の断面図である。 比較例による作動流体の流れを示す図６と同様位置の要部断面図である。

以下、本発明のスプール弁装置の実施の形態を、油圧ショベルに搭載された方向制御弁に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図６は、第１の実施の形態を示している。図１において、建設機械の代表例である油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回装置３と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置５とを含んで構成されている。この場合、下部走行体２と上部旋回体４は、油圧ショベル１の車体を構成している。

下部走行体２は、例えば、履帯２Ａと、該履帯２Ａを周回駆動させることにより油圧ショベル１を走行させる左，右の走行用油圧モータ（図示せず）とを含んで構成されている。下部走行体２は、後述のメイン油圧ポンプ１３（図２参照）からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ（油圧アクチュエータ）である走行用油圧モータが回転することにより、上部旋回体４および作業装置５と共に走行する。

作業機またはフロントとも呼ばれる作業装置５は、例えば、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、作業具としてのバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧アクチュエータ（液圧アクチュエータ）としてのブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ（作業具シリンダ）５Ｆとを含んで構成されている。作業装置５は、メイン油圧ポンプ１３（図２参照）からの圧油の供給に基づいて、油圧シリンダであるシリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆが伸長または縮小することにより、俯仰の動作をする。なお、後述の図２の油圧回路図では、図面が複雑になることを避けるために、主としてブームシリンダ５Ｄに関する油圧回路を示しており、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆ、前述の左，右の走行用油圧モータ、後述の旋回用油圧モータに関する油圧回路を省略している。

上部旋回体４は、旋回軸受、旋回用油圧モータ、減速機構等を含んで構成される旋回装置３を介して、下部走行体２上に搭載されている。上部旋回体４は、メイン油圧ポンプ１３（図２参照）からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ（油圧アクチュエータ）である旋回用油圧モータが回転することにより、下部走行体２上で作業装置５と共に旋回する。上部旋回体４は、上部旋回体４の支持構造体（ベースフレーム）となる旋回フレーム６と、旋回フレーム６上に搭載されたキャブ７、カウンタウエイト８等とを含んで構成されている。この場合、旋回フレーム６上には、エンジン１２に加えて、図２に示す油圧ポンプ１３，１９、作動油タンク１４等が搭載されている。

旋回フレーム６は、旋回装置３を介して下部走行体２に取付けられている。旋回フレーム６の前部左側には、内部が運転室となったキャブ７が設けられている。旋回フレーム６の後端側には、作業装置５との重量バランスをとるためのカウンタウエイト８が設けられている。キャブ７とカウンタウエイト８との間は、エンジン１２、油圧ポンプ１３，１９（図２参照）等が収容される機械室９となっている。さらに、上部旋回体４（旋回フレーム６）のほぼ中央（中心）には、後述の制御弁装置２１が設置されている。

ここで、キャブ７内には、オペレータが着席する運転席（図示せず）が設けられている。運転席の周囲には、油圧ショベル１を操作するための操作装置（図２にブーム用レバー操作装置２２のみ図示）が設けられている。操作装置は、例えば、運転席の前側に設けられた左，右の走行用レバー・ペダル操作装置と、運転席の左右両側にそれぞれ設けられた左，右の作業用レバー操作装置とを含んで構成されている。

左，右の走行用レバー・ペダル操作装置は、下部走行体２を走行させるときにオペレータにより操作される。左，右の作業用レバー操作装置は、作業装置５を動作させるとき、および、上部旋回体４を旋回させるときにオペレータにより操作される。なお、後述の図２の油圧回路図では、各種の操作装置（走行用操作装置および作業用操作装置）のうち作業装置５のブーム５Ａを操作（揺動）するためのブーム用レバー操作装置２２のみを示している（左，右の走行用レバー・ペダル操作装置、旋回用レバー操作装置、アーム用レバー操作装置、バケット用レバー操作装置等を省略している）。ブーム用レバー操作装置２２は、例えば、右側の作業用レバー操作装置の前後方向の操作に対応するものである。

操作装置は、オペレータの操作（レバー操作、ペダル操作）に応じたパイロット信号（パイロット圧）を、複数の方向制御弁（図２にブーム用方向制御弁３１のみ図示）からなる制御弁装置２１に出力する。これにより、オペレータは、走行用油圧モータ、作業装置５のシリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ、旋回装置３の旋回用油圧モータを動作（駆動）させることができる。なお、後述の図２の油圧回路図では、制御弁装置２１を構成する複数の方向制御弁のうち、ブーム用方向制御弁３１のみを示している（例えば、左走行用方向制御弁、右走行用方向制御弁、旋回用方向制御弁、アーム用方向制御弁、バケット用方向制御弁等を省略している）。

次に、油圧ショベル１を駆動するための油圧駆動装置（油圧システム）について、図１に加え、図２も参照しつつ説明する。

図２に示すように、油圧ショベル１は、メイン油圧ポンプ１３から供給される圧油に基づいて油圧ショベル１を動作（駆動）させる油圧回路１１を備えている。油圧回路１１は、油圧アクチュエータ（以下、単にシリンダ５Ｄともいう）を含むメイン油圧回路１１Ａと、シリンダ５Ｄを操作するためのパイロット油圧回路１１Ｂとを含んで構成されている。

即ち、油圧回路１１は、シリンダ５Ｄと、エンジン１２（図１参照）と、メイン油圧ポンプ１３と、タンクとしての作動油タンク１４と、パイロット油圧ポンプ１９と、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１）と、操作装置（以下、単にレバー操作装置２２ともいう）とを含んで構成されている。そして、油圧回路１１のメイン油圧回路１１Ａは、シリンダ５Ｄに加え、エンジン１２と、メイン油圧ポンプ１３と、作動油タンク１４と、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１）と、ポンプ管路としてのメイン吐出管路１５と、タンク管路としての戻り管路１６と、一側アクチュエータ管路としてのボトム側管路１７と、他側アクチュエータ管路としてのロッド側管路１８とを備えている。一方、油圧回路１１のパイロット油圧回路１１Ｂは、エンジン１２と、パイロット油圧ポンプ１９と、作動油タンク１４と、レバー操作装置２２と、パイロット吐出管路２０と、一側パイロット管路としての伸長側パイロット管路２３と、他側パイロット管路としての縮小側パイロット管路２４とを備えている。

エンジン１２（図１参照）は、旋回フレーム６に搭載されている。エンジン１２は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。エンジン１２の出力側には、メイン油圧ポンプ１３、および、パイロット油圧ポンプ１９が取付けられている。これら油圧ポンプ１３，１９は、エンジン１２によって回転駆動される。なお、油圧ポンプ１３，１９を駆動するための駆動源（動力源）は、内燃機関となるエンジン１２単体で構成できる他、例えば、エンジンと電動モータ、または、電動モータ単体により構成してもよい。

メイン油圧ポンプ１３は、エンジン１２に機械的に（即ち、動力伝達可能に）接続されている。メイン油圧ポンプ１３は、シリンダ５Ｄを含むメイン油圧回路１１Ａに圧油を供給する。メイン油圧ポンプ１３は、例えば、可変容量型の油圧ポンプ、より具体的には、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。なお、図２では、メイン油圧ポンプ１３を１台の油圧ポンプで示しているが、例えば、２台以上の複数の油圧ポンプにより構成することができる。

メイン油圧ポンプ１３は、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１）を介してシリンダ５Ｄに接続されている。メイン油圧ポンプ１３は、シリンダ５Ｄに圧油を供給する。なお、図示は省略するが、メイン油圧ポンプ１３は、例えば、ブームシリンダ５Ｄの他、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆにも圧油を供給する。

メイン油圧ポンプ１３は、作動油タンク１４に貯溜された作動油を圧油としてメイン吐出管路１５に吐出する。メイン吐出管路１５に吐出された圧油は、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１）を介してブームシリンダ５Ｄ（のボトム側油室またはロッド側油室）に供給され、ブームシリンダ５Ｄ（のロッド側油室またはボトム側油室）の圧油は、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１）および戻り管路１６を介して作動油タンク１４に戻る。このように、メイン油圧ポンプ１３は、作動油を貯留する作動油タンク１４と共に、メインの油圧源を構成している。

パイロット油圧ポンプ１９は、メイン油圧ポンプ１３と同様に、エンジン１２に機械的に接続されている。パイロット油圧ポンプ１９は、シリンダ５Ｄを操作するためのパイロット油圧回路１１Ｂに圧油を供給する。パイロット油圧ポンプ１９は、例えば、固定容量型の歯車ポンプまたは斜板式油圧ポンプによって構成されている。パイロット油圧ポンプ１９は、作動油タンク１４に貯溜された作動油を圧油としてパイロット吐出管路２０に吐出する。即ち、パイロット油圧ポンプ１９は、作動油タンク１４と共にパイロット油圧源を構成している。

パイロット油圧ポンプ１９は、レバー操作装置２２と接続されている。パイロット油圧ポンプ１９は、レバー操作装置２２に圧油（１次圧）を供給する。この場合、パイロット油圧ポンプ１９の圧油は、レバー操作装置２２を介して、制御弁装置２１（ブーム用方向制御弁３１の油圧パイロット部３１Ａ，３１Ｂ）に供給される。

制御弁装置２１は、ブーム用方向制御弁３１を含む複数の方向制御弁からなる制御弁群である。制御弁装置２１は、メイン油圧ポンプ１３から吐出された圧油を、ブーム用レバー操作装置２２を含む各種の操作装置の操作に応じて、ブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆ、走行用油圧モータ、および、旋回用油圧モータに分配する。なお、以下の説明は、ブーム用方向制御弁３１（以下、単に方向制御弁３１ともいう）を制御弁装置２１の代表例として説明する。

方向制御弁３１は、キャブ７内に配置されたレバー操作装置２２の操作による切換信号（パイロット圧）に応じて、メイン油圧ポンプ１３からシリンダ５Ｄに供給される圧油の方向を制御する。これにより、シリンダ５Ｄは、メイン油圧ポンプ１３から供給（吐出）される圧油（作動油）によって駆動（伸長、縮小）される。方向制御弁３１は、パイロット操作式の方向制御弁、例えば、５ポート３位置（または、６ポート３位置、４ポート３位置）の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。

方向制御弁３１は、メイン油圧ポンプ１３とシリンダ５Ｄとの間でシリンダ５Ｄに対する圧油の供給と排出を切換えることにより、シリンダ５Ｄを伸長または縮小させる。方向制御弁３１の油圧パイロット部３１Ａ，３１Ｂには、レバー操作装置２２の操作に基づく切換信号（パイロット圧）が供給される。これにより、方向制御弁３１は、中立位置（Ａ）から切換位置（Ｂ），（Ｃ）に切換操作される。

レバー操作装置２２は、上部旋回体４のキャブ７内に配置されている。レバー操作装置２２は、例えば、レバー式の減圧弁型パイロット弁により構成されている。レバー操作装置２２には、パイロット油圧ポンプ１９からの圧油（１次圧）がパイロット吐出管路２０を通じて供給される。レバー操作装置２２は、オペレータのレバー操作に応じたパイロット圧（２次圧）を、伸長側パイロット管路２３または縮小側パイロット管路２４を介して方向制御弁３１に出力する。

即ち、レバー操作装置２２は、オペレータによって操作されることにより、その操作量に比例したパイロット圧を方向制御弁３１の油圧パイロット部３１Ａ，３１Ｂに供給（出力）する。例えば、レバー操作装置２２がシリンダ５Ｄを伸長させる方向に操作されると（即ち、ブーム５Ａを上げるための上げ操作がされると）、この操作により発生したパイロット圧は、伸長側パイロット管路２３を介して方向制御弁３１の油圧パイロット部３１Ａに供給される。これにより、方向制御弁３１は、中立位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わり、メイン油圧ポンプ１３からの圧油がボトム側管路１７を介してシリンダ５Ｄのボトム側油室に供給され、シリンダ５Ｄのロッド側油室の圧油がロッド側管路１８、戻り管路１６を介して作動油タンク１４に戻る。

これに対して、例えば、レバー操作装置２２がシリンダ５Ｄを縮小させる方向に操作されると（即ち、ブーム５Ａを下げるための下げ操作がされると）、この操作により発生したパイロット圧は、縮小側パイロット管路２４を介して方向制御弁３１の油圧パイロット部３１Ｂに供給される。これにより、方向制御弁３１は、中立位置（Ａ）から切換位置（Ｃ）に切換わり、メイン油圧ポンプ１３からの圧油がロッド側管路１８を介してシリンダ５Ｄのロッド側油室に供給され、シリンダ５Ｄのボトム側油室の圧油がボトム側管路１７、戻り管路１６を介して作動油タンク１４に戻る。

次に、スプール弁装置としての方向制御弁３１について、図１および図２に加え、図３ないし図６も参照しつつ説明する。

スプール弁とも呼ばれる方向制御弁３１は、油圧源（メイン油圧ポンプ１３および作動油タンク１４）と油圧アクチュエータ（シリンダ５Ｄ）との間に設けられている。方向制御弁３１は、スプール３９を図２の（Ａ）に示す中立位置から例えば（Ｂ）または（Ｃ）に示す切換位置に摺動変位させることにより、シリンダ５Ｄに供給、排出する圧油の方向および流量を制御する。図３に示すように、方向制御弁３１は、ハウジング３２と、スプール３９とを含んで構成されている。

ハウジング３２は、方向制御弁３１の弁本体（弁ハウジング）を構成するものである。ハウジング３２は、筒状に形成されており、ハウジング３２の内周側は、スプール摺動穴３３となっている。即ち、ハウジング３２は、軸方向（図３の左，右方向）に延びる弁収容穴としてのスプール摺動穴３３を有している。ハウジング３２の一側（例えば、図３の右側）には、スプール摺動穴３３の一側開口に対面するように一側キャップ（図示せず）が取付けられており、ハウジング３２の他側（例えば、図３の左側）には、スプール摺動穴３３の他側開口に対面するように他側キャップ（図示せず）が取付けられている。両方のキャップ内または片方のキャップ内には、スプールを中立位置（Ａ）に保持するためのセンタリングスプリング３１Ｃ，３１Ｄ（図２参照）が設けられている。

図３に示すように、スプール摺動穴３３には、複数の凹溝３４，３５が設けられている。この場合、スプール摺動穴３３には、例えば５個の凹溝３４，３５、具体的には、軸方向中央部に位置する中央凹溝３４、中央凹溝３４よりも軸方向一側（図３の右側）に位置する一側凹溝３５、一側凹溝３５よりも軸方向一側（スプール摺動穴３３の一端側）に位置する一端側凹溝（図示せず）、中央凹溝３４よりも軸方向他側（図３の左側）に位置する他側凹溝（図示せず）、他側凹溝よりも軸方向他側（スプール摺動穴３３の他端側）に位置する他端側凹溝（図示せず）が設けられている。なお、図３では、５個の凹溝３４，３５のうち、中央凹溝３４とこの中央凹溝３４よりも軸方向一側に設けられた一側凹溝３５との２つの凹溝３４，３５を示している。

複数の凹溝３４，３５は、いずれもスプール摺動穴３３の全周にわたって環状に形成されている。また、各凹溝３４，３５は、スプール摺動穴３３の軸方向にわたってそれぞれ離間して設けられている。この場合、各凹溝３４，３５の間は、それぞれスプール摺動穴３３の内径側に向けて全周にわたって突出する切換部３６，３６となっている。さらに、ハウジング３２には、スプール摺動穴３３の軸方向にそれぞれ離間して複数のポート３７，３８が設けられている。ポート３７，３８は、圧油の流通する通路（油路）となるものである。この場合、ハウジング３２には、例えば５個のポート３７，３８、具体的には、ポンプポート３７、一対のアクチュエータポート３８、および、一対のタンクポート（図示せず）が設けられている。なお、図３では、５個のポート３７，３８のうち、ポンプポート３７と一方のアクチュエータポート３８との２つのポート３７，３８を示している。

ポンプポート３７は、スプール摺動穴３３の中央凹溝３４に対応して設けられている。ポンプポート３７は、ハウジング３２の外面に開口する一側がメイン吐出管路１５に接続され、スプール摺動穴３３に開口する他側が中央凹溝３４に連通している。一対のアクチュエータポート３８のうち一方のアクチュエータポート３８は、スプール摺動穴３３の一側凹溝３５に対応して設けられている。一方のアクチュエータポート３８は、例えば、ハウジング３２の外面に開口する一側がロッド側管路１８に接続され、スプール摺動穴３３に開口する他側が一側凹溝３５に連通している。これに対して、他方のアクチュエータポートは、スプール摺動穴３３の他側凹溝に対応して設けられている。他方のアクチュエータポートは、例えば、ハウジング３２の外面に開口する一側がボトム側管路１７に接続され、スプール摺動穴３３に開口する他側が他側凹溝に連通している。

一対のタンクポートのうち一方のタンクポートは、スプール摺動穴３３の一端側凹溝に対応して設けられている。一方のタンクポートは、ハウジング３２の外面に開口する一側が戻り管路１６に接続され、スプール摺動穴３３に開口する他側が一端側凹溝に連通している。これに対して、他方のタンクポートは、スプール摺動穴３３の他端側凹溝に対応して設けられている。他方のタンクポートは、ハウジング３２の外面に開口する一側が戻り管路１６に接続され、スプール摺動穴３３に開口する他側が他端側凹溝に連通している。これにより、ハウジング３２には、切換部３６，３６を挟んでスプール摺動穴３３の軸方向に複数のポート３７，３８が設けられている。

弁体であるスプール３９は、ハウジング３２のスプール摺動穴３３に移動可能（摺動可能）に挿嵌されている。スプール３９は、油圧パイロット部３１Ａ，３１Ｂに供給されるパイロット圧に応じて、スプール摺動穴３３内を軸方向に摺動変位する。これにより、スプール３９は、複数のポート３７，３８を互いに連通または遮断する。このために、スプール３９には、各ポート３７，３８間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部４０，４１とくびれとなる小径部４２とが軸方向に隣り合って設けられている。即ち、スプール３９の軸方向中間部には、径方向寸法が大きい外周面を有する中央大径部４０が設けられている。また、スプール３９の軸方向両端側には、それぞれ中央大径部４０と同じ外径寸法の外周面を有する一側大径部４１と他側大径部（図示せず）とが設けられている。

これら各大径部４０，４１は、スプール摺動穴３３に対して軸方向に摺動する。この場合、各大径部４０，４１の間は、小径部４２となっている。小径部４２と大径部４０，４１との間は、環状の段差面４３によって接続されている。そして、各大径部４０，４１の間は、小径部４２の外周面４２Ａと段差面４３，４３とにより構成される油溝４４となっている。即ち、各大径部４０，４１の間は、スプール３９の内径側に向けて全周にわたって凹入する油溝４４となっている。換言すれば、スプール３９には、各ポート間３７，３８を連通または遮断させるため、軸方向に離間してくびれ部となる油溝４４と摺動部となる大径部４０，４１とが設けられている。油溝４４は、スプール３９の軸方向位置に応じて、ポンプポート３７（凹溝３４）とアクチュエータポート３８（凹溝３５）とを連通する油路を形成する。

即ち、スプール３９が、図２に示す中立位置から左方向に変位すると、中央凹溝３４と一側凹溝３５との間が、中央大径部４０と一側大径部４１との間の油溝４４を介して連通される。これと共に、他側凹溝と他端側凹溝との間が、中央大径部４０と他側大径部との間の油溝を介して連通される。この場合、メイン油圧ポンプ１３から吐出された圧油は、メイン吐出管路１５、ポンプポート３７、中央凹溝３４、切換部３６と油溝４４との間、および、一側凹溝３５を介して一方のアクチュエータポート３８へと導かれ、ロッド側管路１８を介してシリンダ５Ｄのロッド側油室に供給される。一方、シリンダ５Ｄのボトム側油室の圧油は、ボトム側管路１７、他方のアクチュエータポート、他側凹溝、切換部とスプールの油溝との間、および、他端側凹溝を介して他方のタンクポートへと導かれ、戻り管路１６を介して作動油タンク１４に戻される。これにより、シリンダ５Ｄを縮小させることができる。

ここで、中央大径部４０の外周面と段差面４３との境界は、環状のエッジ４５となっている。そして、図３ないし図６に示すように、スプール３９の中央大径部４０には、この中央大径部４０と段差面４３（油溝４４）との境界部（エッジ４５）に位置してノッチ４６が設けられている。ノッチ４６は、スプール３９が移動するときに各ポート３７，３８間を小流量で連通させる。即ち、中央大径部４０の一端側（右端側）には、軸方向に延びるノッチ４６が形成されている。実施の形態では、ノッチ４６は、例えば、幅寸法および深さ寸法がスプール３９の軸方向に関して一定となった四角形状の切り欠き（ノッチ）となっている。

ノッチ４６は、隣り合う凹溝３４，３５の間、即ち、ポンプポート３７とアクチュエータポート３８との間を流れる圧油を小流量で連通させる。即ち、ノッチ４６は、スプール３９が移動するときに各ポート３７，３８間を連通させる位置（クラッキング位置）で各ポート３７，３８間を小流量で連通させる。これにより、スプール３９とハウジング３２（スプール摺動穴３３の切換部３６）との間には、スプール３９の軸方向位置に応じて、図５に示す絞り部４７、または、図６に示す環状の絞り部４８が形成される。図５に示す絞り部４７は、スプール３９のノッチ４６とハウジング３２（の切換部３６）とにより形成される流路面積の小さな開口部である。図６に示す絞り部４８は、スプール３９のエッジ４５とハウジング３２（の切換部３６）とにより形成される環状の開口部である。図６の開口部（絞り部４８）の流路面積は、図５の環状の開口部（絞り部４７）の流路面積よりも大きい。

ここで、ハウジング３２（の切換部３６）とスプール３９の中央大径部４０との開口部を圧油が通過するとき、この開口部の開口量が小さいと、即ち、開口部の流路面積が小さいと、この開口部が絞り部４７，４８となり、液体中（作動油中）に気泡が発生して膨張するキャビテーションが発生する可能性がある。そして、絞り部４７，４８で発生した気泡は、高速流体噴流であるキャビテーション噴流４９に乗って絞り部４７，４８の下流側へと流される。

このとき、絞り部４７，４８よりも下流部の圧力が高くなるため、気泡の周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、機器部材表面、例えば、スプール３９の段差面４３、大径部４１の外周面、ハウジング３２（の一側凹溝３５）の内面等にエロージョンが発生する可能性がある。

これに対して、図１３は、比較例を示している。この図１３中の細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図５、図６等のその他の図でも、細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図１３の比較例では、スプール１０１の段差面１０２に環状溝１０３が設けられている。この構成の場合、油の流れは、図１３中の細線の矢印で示すように、環状の絞り部１０６から環状溝１０３に流入し、この環状溝１０３内で激しい乱流場を形成した後、環状溝１０３から下流側へ流出する。即ち、油の流れは、複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。一方、ノッチ１０７のみを通じて油が下流側に流れているときは、ハウジング１０５とノッチ１０７とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面１０２のうちノッチ１０７と対面する部位のみに限定される。このため、段差面１０２に環状溝１０３が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝１０３が大き過ぎて、環状溝１０３に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。

そこで、本実施の形態では、図３ないし図６に示すように、各ポート３７，３８がノッチ４６を通じて連通したときに高圧側のポンプポート３７から流れ込む作動油が衝突するスプール３９の段差面４３には、この段差面に開口する有底穴５０が設けられている。有底穴５０は、作動流体が含有する気体を気泡として溜めるものである。即ち、スプール３９のくびれ部（油溝４４）のうちノッチ４６が設けられた段差面４３とは反対の段差面４３で、かつ、ノッチ４６で生じる噴流が衝突する部位には、段差面４３に対して垂直な小穴となる有底穴５０が設けられている。有底穴５０を設ける部位、即ち、噴流衝突部位は、例えば、作動流体の流れの可視化実験や流体解析等を用いて同定（特定）することができる。

例えば、第１の実施の形態では、有底穴５０は、段差面４３に設けられている。即ち、有底穴５０は、段差面４３に開口している。また、有底穴５０は、スプール３９の中心軸線に対して平行に延びている。また、有底穴５０は、スプール３９の径方向に関してノッチ４６の最深部４６Ａよりも内径側に設けられている。さらに、有底穴５０は、段差面４３のうちスプール３９の周方向に関してノッチ４６と対応する位置に設けられている。換言すれば、ノッチ４６と有底穴５０は、スプール３９の周方向の位相を一致させている。即ち、ノッチ４６と有底穴５０は、スプール３９の軸方向に対面している。

また、有底穴５０は、円形穴としている。そして、図４に示すように、有底穴５０の内径をＤｂとし、有底穴５０の深さをＨｂとし、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の直径をＤｊとする。この場合に、有底穴５０の内径Ｄｂは、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊの１倍以上３倍以下としている。即ち、有底穴５０の内径Ｄｂとキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊとの関係は、下記の数１式の関係となるように設定している。なお、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊは、例えば、段差面４３での直径Ｄｊ（即ち、ノッチ４６の出口部から長さＬ離れた位置での直径Ｄｊ）とすることができる。

また、有底穴５０の深さＨｂは、有底穴５０の内径Ｄｂの１／２（有底穴５０の半径）よりも大きくなっている。即ち、有底穴５０の深さＨｂと内径Ｄｂとの関係は、下記の数２式の関係となるように設定している。なお、第１の実施の形態では、有底穴５０の深さＨｂは、スプール３９の軸方向に関する段差面４３からの長さ（深さ）となっている。

ここで、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊは、キャビテーション噴流４９の発生部であるノッチ４６の出口部からの距離（長さＬ）に従って変化する。即ち、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊは、下記の数３式にて定義される。

ここで、Ｄｎは、ノッチ４６の出口部での開口面積を円の断面積と仮定した場合の仮想円の径（直径）である。また、Ｃ（Ｌ）は、ノッチ４６の出口部から噴流衝突部（段差面４３）までの長さＬに依存するキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊの変化率である。この変化率Ｃ（Ｌ）の値は、実験計測や流体解析を用いて把握することができる。これにより、数３式に基づいて、有底穴５０の内径Ｄｂは、ノッチ４６の出口部から段差面４３までの長さＬとノッチ４６の径との関係から設定することができる。

なお、図示は省略するが、例えば、スプールに複数のノッチを設ける場合は、ノッチに対して対となるように、段差面に複数の有底穴を設けることができる。また、有底穴の底面は必ずしも平面である必要はなく、ドリル等の工具形状やＲを有した球面形状等であってもよい。

第１の実施の形態による油圧ショベル１および方向制御弁３１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

キャブ７に搭乗したオペレータがエンジン１２を始動させると、エンジン１２によって油圧ポンプ１３，１９が駆動される。これにより、メイン油圧ポンプ１３から吐出した圧油は、キャブ７内に設けられた走行用操作装置および作業用操作装置（レバー操作装置２２）のレバー操作、ペダル操作に応じて、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、作業装置５のブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル１は、下部走行体２による走行動作、上部旋回体４の旋回動作、作業装置５による掘削作業等を行うことができる。

ここで、レバー操作装置２２が操作されると、この操作に応じて、パイロット油圧ポンプ１９からレバー操作装置２２を介して方向制御弁３１の一方の油圧パイロット部３１Ａまたは他方の油圧パイロット部３１Ｂにパイロット圧が供給される。これにより、方向制御弁３１は、中立位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）または切換位置（Ｃ）に切換わる。このとき、メイン吐出管路１５は、方向制御弁３１を介して、ボトム側管路１７とロッド側管路１８とのうちの一方の管路１７（１８）に接続され、メイン油圧ポンプ１３からの圧油がシリンダ５Ｄのボトム側油室とロッド側油室とのうちの一方の油室に供給される。これと共に、ボトム側管路１７とロッド側管路１８とのうちの他方の管路１８（１７）は、方向制御弁３１を介して戻り管路１６に接続され、シリンダ５Ｄのボトム側油室とロッド側油室とのうちの他方の油室の圧油が作動油タンク１４へと導かれる。

このとき、図３に示すように、方向制御弁３１の内部では、スプール３９の軸方向の変位に伴って、ポンプポート３７とアクチュエータポート３８とがスプール３９のノッチ４６を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、ノッチ４６により形成される開口部（絞り部４７）は、他の油路断面積よりも小さいため、ノッチ４６で流速の増加および圧力の低下が発生し、これによりキャビテーションが発生する可能性がある。

図４に示すように、ノッチ４６で発生したキャビテーションは、気泡を含むキャビテーション噴流４９となって、ハウジング３２の切換部３６と油溝４４とで形成される油路へ噴射され、スプール３９（の段差面４３）の表面に設けられた有底穴５０に流入する。この場合、図５に矢印で示すように、作動流体の流れ（キャビテーション噴流４９）は、有底穴５０の内部で折り返すように方向を変え、有底穴５０の開口部から再び油路へと流出する。このとき、有底穴５０に気泡溜りが形成される。

次に、スプール３９が図５の状態から図６に示すようにさらに軸方向に変位（ストローク）すると、ポンプポート３７とアクチュエータポート３８とがスプール３９のエッジ４５を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、エッジ４５により形成される環状の開口部（環状の絞り部４８）も、他の油路断面積よりも小さいため、エッジ４５でキャビテーションが発生する可能性がある。この場合、図６に矢印で示すように、作動流体の流れ（キャビテーション噴流４９）は、ノッチ４６で開口部（絞り部４７）が形成される場合と異なり、放射状の流れとなる。即ち、放射状にキャビテーション噴流４９が形成され、その大部分は、スプール３９の油溝４４の表面を沿うように流れ、そのままアクチュエータポート３８へと流れ出る。

このように、第１の実施の形態によれば、高圧側のポート（ポンプポート３７）からノッチ４６を通じて流れ込む作動油が衝突するスプール３９の段差面４３に、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴５０が設けられている。このため、スプール３９のノッチ４６とハウジング３２のスプール摺動穴３３（切換部３６）とにより形成される開口部（絞り部４７）で発生したキャビテーション噴流４９は、この噴流４９が衝突する位置に設けられた有底穴５０に流入し、この有底穴５０内に気泡溜りが形成される。この気泡溜りは、キャビテーション噴流４９の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を吸収する。即ち、気泡溜りが衝撃圧を吸収するクッションとなる。これにより、エロージョンに寄与する力を減衰することができ、エロージョンを抑制できる。

一方、スプール３９のエッジ４５とハウジング３２のスプール摺動穴３３（切換部３６）とにより環状の開口部（環状の絞り部４８）が形成される場合は、ノッチ４６により開口部（絞り部４７）が形成される場合と比較して、キャビテーション噴流４９もこの噴流４９の衝突部も分散しているため、エロージョンのリスクが低くなる。しかも、発生したキャビテーション噴流４９の大部分は、有底穴５０以外の段差面４３を沿うように流れるため、流線が複雑化することを抑制できる。即ち、キャビテーション噴流４９の大部分をスプール３９の油溝４４の形状に沿ってスムーズに流すことができるため、流れ損失の増大を抑制できる。

この結果、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。即ち、実施の形態では、エロージョンへの寄与度が高いノッチ４６によってキャビテーションが生じる条件では、有底穴５０によって噴流４９の衝突部でのエロージョンを効果的に抑制できる。一方、噴流４９が分散して比較的エロージョンへの寄与度が低い環状のエッジ４５によってキャビテーションが生じる条件では、不必要な流れ損失を招くことを抑制できる。これにより、流れ損失を抑制しつつ、エロージョンに対するスプール弁装置（方向制御弁３１）の寿命を長くすることができる。

第１の実施の形態によれば、有底穴５０は、スプール３９の径方向に関してノッチ４６の最深部４６Ａよりも内径側に設けられている。これにより、スプール３９のノッチ４６から噴出してスプール３９の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流４９を有底穴５０に安定して（効果的に）流入させることができる。

第１の実施の形態によれば、有底穴５０は、段差面４３のうちスプール３９の周方向に関してノッチ４６と対応する位置に設けられている。これにより、スプール３９のノッチ４６から噴出してスプール３９の軸方向に流れるキャビテーション噴流４９を有底穴５０に安定して（効果的に）流入させることができる。

実施の形態によれば、有底穴５０は円形穴であり、有底穴５０の内径Ｄｂはキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊの１倍以上３倍以下であり、有底穴５０の深さＨｂは有底穴５０の内径Ｄｂの１／２（半分）よりも大きくなっている。このため、有底穴５０の加工が容易であり、かつ、有底穴５０内に確実に気泡溜りを形成することができる。これにより、エロージョンへの寄与度が高いノッチ４６によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部（段差面４３）でのエロージョンをより効果的に抑制し、しかも、製造コストを抑えつつエロージョンに対するスプール弁装置（方向制御弁３１）の寿命を長くすることができる。

次に、図７は、第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して一致ないし平行に設ける構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート３７から流れ込む作動油が衝突するスプール３９の段差面４３には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴５１が設けられている。ここで、第１の実施の形態では、有底穴５０は、段差面４３に設けられていた。これに対して、第２の実施の形態では、有底穴５１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａにわたって設けられている。即ち、有底穴５１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａに開口している。

また、有底穴５１は、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴５１は、キャビテーション噴流４９が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴５１の中心軸は、ノッチ４６から噴出するキャビテーション噴流４９の流線と平行になるように、有底穴５１の奥部（底部）に進む程、スプール３９の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流４９を有底穴５１の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。また、有底穴を、キャビテーション噴流の流線に対して一致（ないしほぼ一致）させてもよい。即ち、有底穴の中心軸線とキャビテーション噴流の流線とが同一直線上となるように一致（ないしほぼ一致）させてもよい。

第２の実施の形態は、上述のような有底穴５１により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第１の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第２の実施の形態によれば、有底穴５１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａにわたって設けられている。これにより、スプール３９のノッチ４６から噴出してスプール３９の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流４９を、他の部分に衝突させずに有底穴５１内に安定して（効果的に）流入させることができる。これに加えて、第２の実施の形態によれば、有底穴５１は、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流４９を有底穴５１の奥部（底部）にまで安定して（効果的に）流入させると共に、有底穴５１から安定して（効果的に）流出されることができる。

次に、図８ないし図１１は、第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、キー溝の如き有底穴を設けた構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第３の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート３７から流れ込む作動油が衝突するスプール３９の段差面４３には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴６１が設けられている。第３の実施の形態では、キー溝の如き形状の有底穴６１を、スプール３９の中心軸線に対して垂直に開口するようにスプール３９の段差面４３に設けている。図９に示すように、有底穴６１の開口は、略四角形状となっている。

図１０に示すように、有底穴６１の底面は、湾曲した凹窪面６１Ａとなっている。即ち、有底穴６１は、Ｒ形状の底面（凹窪面６１Ａ）を有している。ここで、有底穴６１の凹窪面６１Ａの半径をＲｒとし、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の直径をＤｊとし、スプール３９の周方向に関する有底穴６１の幅寸法をＷｒとし、有底穴６１の深さをＨｒとする。この場合、凹窪面６１Ａの半径Ｒｒは、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊよりも大きくなっている。即ち、下記の数４式に示すように、凹窪面６１Ａの半径Ｒｒは、少なくともノッチ４６で発生するキャビテーション噴流４９の直径（噴流径Ｄｊ）よりも大きくなっている。換言すれば、スプール３９の径方向に関する有底穴６１の寸法は、段差面４３でのキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊ（即ち、ノッチ４６の出口部から長さＬ離れた位置での直径Ｄｊ）の２倍よりも大きくなっている。

また、有底穴６１の幅寸法Ｗｒは、キャビテーション噴流４９の直径Ｄｊの１倍以上２倍以下となっている。即ち、有底穴６１の幅寸法Ｗｒ（スプール３９の周方向に関する幅寸法Ｗｒ）とキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊとの関係は、下記の数５式の関係となるように設定している。

さらに、有底穴６１の深さＨｒ（スプール３９の軸方向に関する段差面４３からの深さＨｒ）は、有底穴６１に流入するキャビテーション噴流４９の流線と有底穴６１から流出するキャビテーション噴流４９の流線との成す角度が０°〜９０°（０°≦なす角度≦９０°）となる深さＨｒとなっている。これにより、有底穴６１内に流入したキャビテーション噴流４９を、有底穴６１の凹窪面６１Ａの湾曲面（底面）に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴６１の開口から０°ないし９０°の角度を持って流出させることができる。このとき、図１１に示すように、キャビテーション噴流４９は、有底穴６１の底面（凹窪面６１Ａ）をスムーズに流れることができ、有底穴６１内に旋回流を形成することができる。旋回流は、旋回中心に比重の軽い気泡を溜めるため、有底穴６１に安定した気泡溜りを形成することができる。これにより、キャビテーションの気泡が崩壊する時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。

第３の実施の形態は、上述のような有底穴６１により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第１の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第３の実施の形態によれば、有底穴６１の底面を湾曲した凹窪面６１Ａとしている。また、凹窪面６１Ａの半径Ｒｒをキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊよりも大きくしている。また、有底穴６１の幅寸法Ｗｒをキャビテーション噴流４９の直径Ｄｊの１倍以上２倍以下としている。さらに、有底穴６１の深さＨｒを、有底穴６１に流入するキャビテーション噴流４９の流線と有底穴６１から流出するキャビテーション噴流４９の流線との成す角度が０°〜９０°となるように設定している。

このため、有底穴６１に流入する流れ方向と流出する流れ方向とを同一直線上からずらすことができる。これにより、有底穴６１内で強い旋回流を確実に発生させることができる。そして、旋回流が生じると、この旋回流れの中心の低圧部に気泡溜りを安定して形成できる。このため、エロージョンへの寄与度が高いノッチ４６によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部（段差面４３）でのエロージョンをより効果的に抑制し、エロージョンに対するスプール弁装置（方向制御弁３１）の寿命を長くすることができる。

次に、図１２は、第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して平行に設ける構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では、上述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第４の実施の形態も、第３の実施の形態と同様に、有底穴７１の底面を湾曲した凹窪面７１Ａとしている。ここで、第３の実施の形態では、有底穴６１は、段差面４３に設けられていた。これに対して、第４の実施の形態では、有底穴７１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａにわたって設けられている。即ち、有底穴７１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａに開口している。この場合、有底穴７１の深さ寸法（スプール３９の軸方向に関する深さ寸法、および、スプール３９の径方向に関する深さ寸法）は、有底穴７１内に流入したキャビテーション噴流４９が有底穴７１の凹窪面７１Ａの湾曲面（底面）に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴７１の開口から０°ないし９０°の角度を持って流出させることができるように設定する。

また、有底穴７１は、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴７１は、キャビテーション噴流４９が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴７１の中心軸は、ノッチ４６から噴出するキャビテーション噴流４９の流線と平行になるように、有底穴７１の奥部（底部）に進む程、スプール３９の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流４９を有底穴７１の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。

第４の実施の形態は、上述のような有底穴７１により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第３の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第４の実施の形態によれば、有底穴７１は、段差面４３および小径部４２の外周面４２Ａにわたって設けられている。これにより、スプール３９のノッチ４６から噴出してスプール３９の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流４９を、他の部分に衝突させずに有底穴７１内に安定して（効果的に）流入させることができる。これに加えて、第４の実施の形態によれば、有底穴７１は、ノッチ４６から噴出して段差面４３に向かうキャビテーション噴流４９の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流４９を有底穴７１の奥部（底部）にまで安定して（効果的に）流入させることができる。この場合に、有底穴７１に安定して旋回流を形成することができ、キャビテーション噴流４９の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。

なお、上述の第１の実施の形態では、スプール３９のエッジ４５に１個のノッチ４６を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、スプールのエッジ（大径部と段差面との境界部）に複数個のノッチを周方向に等間隔に離間して形成してもよい。この場合、ノッチの数に合せて、段差面に有底穴を設けることができる。例えば、段差面には、複数のノッチとそれぞれ対となるように、これら各ノッチと軸方向に対面して複数の有底穴を設けることができる。このことは、第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態についても同様である。

上述の第１の実施の形態では、ノッチ４６の幅寸法および深さ寸法をスプール３９の軸方向に関して一定の四角形状の切り欠き（ノッチ）とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、Ｖノッチとしてもよい。より具体的には、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程小さくしてもよい。また、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程浅くしてもよい。即ち、ノッチは、各種形状のノッチを採用することができる。そして、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチの形状に応じて形成されるキャビテーション噴流の形状（断面形状）、噴出方向に合せて設定することができる。例えば、キャビテーション噴流は、ノッチの軸方向の長さ寸法が短い程、スプールの径方向の内側に向けて噴出する傾向となる。また、ノッチの形状（例えば、Ｖノッチの内面の軸線方向に対する傾斜角度、周方向の幅寸法等）に応じて、キャビテーション噴流の広がりも変化する。これらを考慮して、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチから噴出するキャビテーション噴流の気泡を有底穴に溜めることができるように、例えば、計算、実験、シミュレーション等により適切に設定する。このことは、第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態についても同様である。

上述の第１の実施の形態では、高圧側のポートをポンプポート３７とし、このポンプポート３７からアクチュエータポート３８に向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプール３９の段差面４３にノッチ４６と対応して有底穴５０を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、高圧側のポートをアクチュエータポートとし、このアクチュエータポートからタンクポートに向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプールの段差面にノッチと対応して有底穴を設ける構成としてもよい。このことは、第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態についても同様である。

各実施の形態では、スプール弁装置として、ブームシリンダ５Ｄに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁３１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆ、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ等に用いる方向制御弁に適用してもよい。また、これ以外にも、圧力制御弁、流量制御弁等の各種のスプール弁装置（スプール弁）に適用することもできる。

各実施の形態では、建設機械として、エンジン１２により駆動されるエンジン式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エンジンと電動モータとにより駆動されるハイブリッド式の油圧ショベル、電動モータにより駆動される電動式の油圧ショベルに適用することができる。また、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルドーザ等、各種の建設機械に適用することができる。また、建設機械に限定されず、産業機械や一般機械に組み込まれるスプール弁装置として広く適用できるものである。さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１ 油圧ショベル（建設機械）
５Ｄ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１１ 油圧回路
１１Ａ メイン油圧回路
１１Ｂ パイロット油圧回路
１６ 戻り管路（管路）
３１ 方向制御弁（スプール弁装置）
３２ ハウジング
３３ スプール摺動穴
３７ ポンプポート（ポート）
３８ アクチュエータポート（ポート）
３９ スプール
４０ 中央大径部（大径部、ランド）
４１ 一側大径部（大径部、ランド）
４２ 小径部（くびれ）
４２Ａ 外周面
４３ 段差面
４４ 油溝（くびれ部）
４５ エッジ（境界部）
４６ ノッチ
４６Ａ 最深部
４９ キャビテーション噴流
５０，５１，６１，７１ 有底穴
６１Ａ，７１Ａ 凹窪面
Ｄｂ 有底穴の内径
Ｈｂ，Ｈｒ 有底穴の深さ
Ｄｊ キャビテーション噴流の直径
Ｒｒ 凹窪面の半径
Ｗｒ 有底穴の幅寸法

Claims (7)

1. スプール摺動穴を有し、前記スプール摺動穴の軸方向にそれぞれ離間して複数のポートが設けられた筒状のハウジングと、
   前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、
   前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、
   前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
2. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴は、前記段差面および前記小径部の外周面にわたって設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
3. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴は、前記スプールの径方向に関して前記ノッチの最深部よりも内径側に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
4. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴は、前記段差面のうち前記スプールの周方向に関して前記ノッチと対応する位置に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
5. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴は、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の流線に対して平行になっていることを特徴とするスプール弁装置。
6. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴は、円形穴であり、
   前記有底穴の内径をＤｂとし、前記有底穴の深さをＨｂとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をＤｊとした場合に、
   前記有底穴の内径Ｄｂは、前記キャビテーション噴流の直径Ｄｊの１倍以上３倍以下であり、
   前記有底穴の深さＨｂは、前記有底穴の内径Ｄｂの１／２よりも大きくなっていることを特徴とするスプール弁装置。
7. 請求項１に記載のスプール弁装置において、
   前記有底穴の底面は、湾曲した凹窪面であり、
   前記有底穴の凹窪面の半径をＲｒとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をＤｊとし、前記スプールの周方向に関する前記有底穴の幅寸法をＷｒとし、前記有底穴の深さをＨｒとした場合に、
   前記凹窪面の半径Ｒｒは、前記キャビテーション噴流の直径Ｄｊよりも大きくなっており、
   前記有底穴の幅寸法Ｗｒは、前記キャビテーション噴流の直径Ｄｊの１倍以上２倍以下であり、
   前記有底穴の深さＨｒは、前記有底穴に流入する前記キャビテーション噴流の流線と前記有底穴から流出する前記キャビテーション噴流の流線との成す角度が０°〜９０°となる深さであることを特徴とするスプール弁装置。

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