JP2021017954A - 弁構造および作動機械 - Google Patents

Abstract

【課題】シーリングラインを容易に形成することが可能な弁構造および作動機械を提供する。【解決手段】弁構造は、弁体７１と、環状のポート２４の周囲に配置されるバルブシート部７２と、を備え、前記バルブシート部７２は、前記ポート２４の内周方向および外周方向に沿って環状に配置され、前記弁体７１が前記ポート２４を閉じる場合、前記弁体７１に内側および外側からそれぞれ接触する凸条部７４を有する。例えば、凸条部７４は、弾性を有する。例えば、弁体は、平板形状を有している。【選択図】図１

Description

本開示は、弁構造および作動機械に関する。

従来の弁構造としては、例えば、流体作動機械に組み込まれている。流体作動機械の作動室は、例えば、シリンダの内部とピストンとにより画成されている。弁構造は、弁体とポートとを有し、弁体によりポートを開閉することで、作動室と作動流体流路（例えば、油路）との連通を制御する。

例えば、特許文献１には、弁構造の一例としての面シーリング環状バルブが開示されている。面シーリング環状バルブは、弁体と、環状のポートの周囲に配置されるバルブシート部とを有している。弁体の中心部にはロッドが設けられている。弁体はロッド軸に沿って開弁位置と閉弁位置とにスライド可能に構成されている。弁体の周縁部には、ポートの内周方向および外周方向に沿って環状に配置され、弁体が閉弁位置にあるとき、バルブシート部に接触する内側および外側の凸条部を備えている。

特表２０１４−５３０９９８号公報

しかし、特許文献１に記載の弁構造においては、弁体に設けた凸条部では、効果的にシール性を上げるための良好なシーリングラインを形成することが難しいという問題がある。

なお、正確なシーリングラインを形成するため、凸条部を複雑な形状にした場合、設計上の公差指示が増えるため、製造コストが嵩むばかりでなく、生産バラツキによって、シール性の不良が発生するおそれがある。また、凸条部が連続かつ高速に繰り返し衝撃を受ける部位であるため、例えば、閉弁時に所謂コンタミ(contamination)を挟んだ場合、弁体の変形によって、シール性が低下することが懸念される。

また、弁体側に設けた凸条部が作動流体の力を受け、弁体が不用意にポートを閉じてしまうおそれがある。また、弁体に凸条部を設けると、弁体の重量が重くなり、ポートを開閉する際の応答時間が長くなって応答性が低下するおそれがある。

本開示の目的は、シーリングラインを容易に形成することが可能な弁構造および作動機械を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における弁構造は、
弁体と、
環状のポートの周囲に配置されるバルブシート部と、
を備え、
前記バルブシート部は、前記ポートの内周方向および外周方向に沿って環状に配置され、前記弁体が前記ポートを閉じる場合、前記弁体に内側および外側からそれぞれ接触する凸条部を有する。
弁構造。

上記弁構造を備える作動機械。

本開示の弁構造によれば、シーリングラインを容易に形成することができる。

図１は、本開示の実施の形態に係る作動機械の構成の一部を概略的に示す図である。 図２は、開状態にある低圧バルブを概略的に示す図である。 図３は、閉じ状態にある低圧バルブの一部を拡大して概略的に示す部分拡大図である。 図４は、低圧バルブを閉状態、高圧バルブを開状態とした場合の作動機械の構成の一部を概略的に示す図である。 図５は、本実施の形態の変形例に係る低圧バルブの一部を概略的に示す図である。 図６は、低圧バルブを閉じ状態にした場合の変形例に係る低圧バルブの一部を概略的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係る作動機械１００の構成の一部を概略的に示す図である。図１には、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が描かれている。図１において、左右方向をＸ方向、カム軸径方向又はロッド軸方向といい、右方向を「＋Ｘ方向」、「カム軸径方向内側」又は「ロット軸方向一端側」、左方向を「−Ｘ方向」、「カム軸径方向外側」又は「ロッド軸方向他端側」という。図１において、上下方向をＹ方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」、下方向を「−Ｙ方向」という。図１において、紙面に直交する方向をＺ方向または奥行き方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」、奥方向を「−Ｚ方向」という。なお、ロッド軸方向に対する直交する方向を「ロッド軸径方向」という。

図１に示すように、作動機械１００は、回転軸１０と、シリンダブロック２０と、シリンダ３０と、ピストン４０と、カム５０と、本体６０と、低圧バルブ７０と、高圧バルブ８０と、圧縮バネ９０と、制御部２００とを備える。本実施の形態に係る作動機械１００は、作動流体の流体エネルギーと回転軸１０の回転エネルギーとの間で変換可能に構成される。ここで、作動流体は、液体（例えば、オイル）及び気体（例えば、エア）を含む。

（回転軸１０）
回転軸１０は、Ｚ方向に延在している。回転軸１０は、例えば、クランクシャフトである。なお、回転軸１０に対して円板状のカム５０の中心軸（カム軸）は、ＸＹ平面上で偏心している。

（シリンダブロック２０）
シリンダブロック２０は、カム軸の外周方向に環状に配置されている。図１に、環状に配置されるシリンダブロック２０の一部を示す。シリンダブロック２０は、シリンダ３０が嵌め込まれる嵌合穴２２と、低圧ポート２４とを有している。シリンダブロック２０は、例えば、鉄等の材料からなる。なお、本明細書で「環状」とは、単に閉じた領域であればよく、当該閉じた領域が必ずしも円形でなくてもよい。

低圧ポート２４は、嵌合穴２２の周囲に環状に設けられている。低圧ポート２４は、シリンダブロック２０をカム軸径方向内側からカム軸径方向外側へ貫通している。これにより、低圧ポート２４は、シリンダブロック２０とカム５０との間の隙間であるカム室２６と作動室２８（後述する）とを連通する。カム室２６は、低圧流体ライン（不図示）を構成する。

（シリンダ３０）
シリンダ３０は、嵌合穴２２に嵌め込まれ、固定されている。なお、カム５０の周方向に沿って複数組（例えば、８組）のシリンダ３０およびピストン４０が配列されている。図１に、複数組のうちの１組のシリンダ３０およびピストン４０を示す。図１に示すように、シリンダ３０の中心軸は、カム軸径方向（Ｘ方向）に沿って延在している。

（ピストン４０）
ピストン４０は、シリンダ３０と共に作動室２８を形成し、シリンダ３０に案内されてカム軸径方向（Ｘ方向）に沿ってシリンダ３０内を往復運動可能に配置されている。ピストン４０のカム５０側の端部（＋Ｘ側端部）がカム５０のカム面に当接している。これにより、ピストン４０の往復運動と回転軸１０の回転運動とが交換可能となる。

（カム５０）
カム５０は、回転軸１０と一体的に回転する。カム５０は、例えば、円板を有し、円板の中心が回転軸１０の軸中心から所定距離だけ離間する偏心カムである。カム５０及びカム５０が取り付けられた回転軸１０は、ピストン４０がＸ方向に一往復する間に一回転するように構成される。

（本体６０）
本体６０は、鉄等の磁性材料からなる。本体６０は、バルブブロック６１およびエンドブロック６２を有している。複数個（例えば８個）のバルブブロック６１は、シリンダブロック２０の外周方向（カム軸の周方向）に沿って所定の間隔で配置されている。図１に、複数個のうちの１つのバルブブロック６１を示す。また、バルブブロック６１のカム軸回りの方向一端側およびカム軸回りの方向他端側を省略して示す。バルブブロック６１は、図１に示すように、シリンダブロック２０よりもカム軸径方向外側（−Ｘ方向）に配置されている。

バルブブロック６１は、底壁部６１１と、底壁部６１１よりカム軸径方向外側（−Ｘ方向）に位置する円筒状壁部６１２と、穴６１３と、高圧ポート６１４とを有している。

穴６１３は、底壁部６１１をＸ方向に貫通して、底壁部６１１のカム軸径方向内側の空間と円筒状壁部６１２の内部とを連通する。高圧ポート６１４は、円筒状壁部６１２の内部からロッド軸径方向（Ｙ方向）へ延在している。高圧ポート６１４は、高圧流体ライン（不図示）に接続されている。

エンドブロック６２は、円筒状壁部６１２の内部に嵌め込まれて、固定されている。エンドブロック６２のカム軸径方向内側壁面６２１には、−Ｘ方向に延在する穴６２２が設けられている。穴には、圧縮バネ９０が収容されている。

（低圧バルブ７０）
図２は、開状態にある低圧バルブ７０を概略的に示す図である。低圧バルブ７０は、図２および図３に示すように、低圧弁体７１と、低圧弁体７１が着座可能な低圧弁シート部７２（本開示の「バルブシート部」に相当）と、凸条部７４と、ロッド７５と、を有する。

低圧弁体７１は、鉄等の磁性材料（例えば、浸炭処理により硬度を高めた炭素鋼）からなる。なお、低圧弁体７１は、非磁性材料でもよい。低圧弁体７１は、円形の平板形状を有している。低圧弁体７１のロット軸方向一端側（＋Ｘ方向）の面７１Ａは、円形の中心からロッド軸径方向に延在する平面である。

低圧弁シート部７２は、低圧ポート２４の−Ｘ側端の周縁部に設けられている。低圧弁シート部７２は、鋼等の材料（例えば、特に浸炭処理を行っていない炭素鋼）からなる。低圧弁シート部７２は、シリンダブロック２０と一体的に形成されている。低圧弁シート部７２は、面７１ＡにＸ方向で対向する平面である。

凸条部７４は、鋼等の材料（例えば、特に浸炭処理を行っていない炭素鋼）からなる。凸条部７４は、低圧弁シート部７２と一体的に形成されている。凸条部７４は、弾性を有する。なお、この弾性は、数十ミクロンから数百ミクロンのレベルで弾性的に変形するような弾性である。凸条部７４は、環状の低圧ポート２４の内周方向に沿って環状に配置される内側凸条部７４Ａと、環状の低圧ポート２４の外周方向に沿って環状に配置される外側凸条部７４Ｂとを有している。内側凸条部７４Ａおよび外側凸条部７４Ｂは、低圧弁シート部７２側から低圧弁体７１側へ（ロッド軸方向他端側、−Ｘ方向）へ突出している。凸条部７４は、例えば、山形断面形状をそれぞれ有している。換言すれば、凸条部７４においては、低圧弁シート部７２に支持される面積は、低圧弁体７１の面７１Ａに接触する面積より大きい。

図３は、閉じ状態にある低圧バルブ７０の一部を拡大して概略的に示す部分拡大図である。低圧弁体７１および凸条部７４の面精度や、生産のバラツキ等によって、低圧弁体７１の面７１Ａが内側凸条部７４Ａおよび外側凸条部７４Ｂに均一に接触しないで、一方の凸条部７４のみに接触する場合がある。しかし、低圧弁体７１は、一方の凸条部７４を弾性変形させながら、さらに、＋Ｘ方向に移動するため、面７１Ａは、他方の凸条部７４にも接触し、結果的に、面７１Ａは、内側凸条部７４Ａおよび外側凸条部７４Ｂの両方に接触するようになる。面精度や生産のバラツキなどによっても、シール性が低下しない良好なシーリングラインを容易に形成することが可能となる。

ロッド７５は、円板形状の低圧弁体７１の中央部に固定されている。ロッド７５は、Ｘ方向に延在している。ロッド７５は、Ｘ方向に移動可能に支持されている。これにより、低圧弁体７１は、ロッド軸方向（Ｘ方向）に図１に示す開弁位置と閉弁位置（図４を参照）との間を移動可能となる。なお、ロッド７５の支持構造の説明については省略する。

低圧バルブ７０は、例えば、低圧弁体７１を低圧弁シート部７２に着座する方向に付勢する付勢部材（不図示）と、付勢部材の付勢力に抗して磁力によって低圧弁体７１をカム軸径方向外側（開弁方向、−Ｘ方向）に駆動する電磁石７３とを備えている。図１にカム軸径方向外側（開弁方向）に駆動された低圧弁体７１を示す。低圧バルブ７０は、電磁石７３への電流の供給を制御するための制御信号を出力することで、低圧弁体７１を吸引する吸引力を調整し、低圧ポート２４と作動室２８との開閉を制御する電磁弁である。なお、低圧バルブ７０の開閉状態に関係なく、穴６１３と作動室２８とは連通している。

（高圧バルブ８０）
高圧バルブ８０は、高圧弁体８１と、高圧弁体８１が着座可能な高圧弁シート部８２とを有する。

高圧弁体８１は、鉄等の磁性材料からなる。なお、高圧弁体８１は、非磁性材料でもよい。高圧弁体８１は、第１軸部８１１と、第２軸部８１２と、円柱部８１３とを有する。

第１軸部８１１は、所定の軸径を有し、高圧弁体８１のＸ方向の中央部から一端側（＋Ｘ方向）に延在する。第２軸部８１２は、所定の軸径を有し、高圧弁体８１のＸ方向の中央部から他端側（−Ｘ方向）に延在する。第２軸部８１２は、エンドブロック６２の穴６２２にＸ方向に移動可能に嵌合している。圧縮バネ９０のカム軸径方向一端側は、第２軸部８１２のカム軸径方向他端部に当接している。圧縮バネ９０のカム軸方向他端側は、エンドブロック６２の穴６２２のカム軸径方向他端側面である底壁面に当接している。以上により、圧縮バネ９０は、高圧弁体８１をカム軸径方向一端側（＋Ｘ方向）に付勢する。

円柱部８１３は、高圧弁体８１のＸ方向の中央部に位置する。円柱部８１３は、第１軸部８１１（第２軸部８１２）側からロッド軸径方向外側に拡径する。

高圧弁シート部８２は、穴６１３のカム軸径方向外側（−Ｘ方向）の端の周縁部に設けられている。

高圧バルブ８０は、例えば、高圧弁体８１を高圧弁シート部８２に着座する方向に付勢する圧縮バネ９０（前述する）と、圧縮バネ９０の付勢力に抗して磁力によって高圧弁体８１をカム軸径方向外側（開弁方向）に駆動する電磁石８３と、を備えている。図４にカム軸径方向外側（開弁方向）に駆動された高圧弁体８１を示す。高圧バルブ８０は、電磁石８３への電流の供給を制御する制御信号を出力することで、高圧弁体８１を吸引する吸引力を調整し、高圧ポート６１４と作動室２８との開閉を制御する電磁弁である。

（制御部２００）
制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムと協働して作動機械１００を集中制御する。制御部２００は、例えば、電磁石８３（電磁石７３）への電流の供給を制御するための制御信号を出力する。これにより、高圧ポート６１４（低圧ポート２４）と作動室２８との開閉が制御される。

上記実施の形態に係る作動機械１００によれば、低圧弁体７１と、環状の低圧ポート２４の周囲に配置される低圧弁シート部７２と、を備え、低圧弁シート部７２は、低圧ポート２４の内周方向および外周方向に沿って環状に配置され、低圧弁体７１が低圧ポート２４を閉じる場合、低圧弁体７１に接触する内側および外側の凸条部７４を有する。低圧弁体７１側でなく、低圧弁シート部７２側に凸条部７４が設けられているため、効果的にシール性を上げるための良好なシーリングラインを容易に形成することが可能となる。

また、正確なシーリングラインを形成するため、凸条部を複雑にする必要がなく、設計上の公差指示が増えることがないため、製造コストが嵩まないばかりでなく、生産のバラツキも少ないため、シール性の不良が発生するおそれがない。

また、閉弁時に、凸条部７４が所謂コンタミ(contamination)を挟んだ場合であっても、凸条部７４を設けた低圧弁シート部７２側が変形しにくく、シール性が低下するおそれがない。

また、低圧弁体７１を凸条部等の複雑な形状を持たない平板形状とし、作動流体の力を受け難い形状としたことにより、例えば、低圧弁体７１が不用意に低圧ポート２４を閉じてしまうおそれがない。

また、凸条部を低圧弁シート部７２側に設け、低圧弁体７１側に設けないため、低圧弁体７１の重量が重くなり、低圧ポート２４を開閉する際の応答時間が短くなって応答性を向上することができる。

また、凸条部７４が弾性を有しているため、低圧弁体７１が一方の凸条部７４に接触し、他方の凸条部７４に接触しないような場合でも、一方の凸条部７４が弾性変形するため、低圧弁体７１が他の凸条部７４にも接触するようになる。これにより、良好なシーリングラインをさらに容易に形成することが可能となる。

また、凸条部７４は、低圧弁シート部７２と一体的に形成されているため、凸条部７４を低圧弁シート部７２に組み付ける必要がなく、製造コストを低減することが可能となる。

次に、変形例について図５および図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態の変形例に係る低圧バルブの構成の一部を概略的に示す図である。図６は、低圧バルブを閉じ状態にした場合の変形例に係る低圧バルブの構成の一部を概略的に示す図である。

変形例においては、低圧弁体７１のロッド軸方向一端側（＋Ｘ方向）の面７７には、低圧ポート２４に対応して配置された内側傾斜部７７Ａおよび外側傾斜部７７Ｂが設けられている。内側傾斜部７７Ａは、ロッド軸径方向外側（＋Ｙ方向）に対してロッド軸一端側（＋Ｘ方向）に傾斜する斜面である。外側傾斜部７７Ｂは、内側傾斜部７７Ａよりもロット軸径方向外側（＋Ｙ方向）に配置され、ロッド軸径方向内側（−Ｙ方向）に対してロッド軸一端側（＋Ｘ方向）に傾斜する斜面である。

凸条部７６は、低圧弁シート部７２の低圧ポート２４の内周側縁に沿って配置された内側凸条部７６Ａと、低圧弁シート部７２の低圧ポート２４の外周側縁に沿って配置された外側凸条部７６Ｂとを有している。内側凸条部７６Ａは、ロッド軸方向（Ｘ方向）において内側傾斜部７７Ａに対向して配置される。外側凸条部７６Ｂは、ロッド軸方向（Ｘ方向）において外側傾斜部７７Ｂに対向して配置される。

図６に示す低圧バルブ７０の閉じ状態において、内側傾斜部７７Ａは内側凸条部７６Ａに接触して、内側凸条部７６Ａを弾性変形させる。外側傾斜部７７Ｂは外側凸条部７６Ｂに接触して、外側凸条部７６Ｂを弾性変形させる。これにより、面７７の面精度や生産のバラツキなどによって、例えば、内側傾斜部７７Ａが内側凸条部７６Ａに接触するが、外側傾斜部７７Ｂが外側凸条部７６Ｂに接触しないような場合であっても、低圧バルブ７０に押されて内側凸条部７６Ａが弾性変形する間に、外側傾斜部７７Ｂが外側凸条部７６Ｂに接触するようになるため、シール性が低下することがなく、シール性を上げるための良好なシーリングラインを容易に形成することが可能となる。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

例えば、上記実施の形態においては、凸条部７４の材料として鋼を示したが、本開示はこれに限らず、ゴムや樹脂などでもよい。

また、上記実施の形態においては、凸条部７４と低圧弁シート部７２とが一体的に形成されているが、本開示はこれに限らず、凸条部７４と低圧弁シート部７２とシリンダブロック２０とが一体的に形成されてもよい。これにより、凸条部７４および低圧弁シート部７２をシリンダブロック２０に組み付ける必要がなく、製造コストをさらに低減することが可能となる。

本開示は、シーリングラインを容易に形成することが要求される油圧機械（油圧ポンプ又は油圧モータ）や発電装置に好適に利用される。

１０ 回転軸
２０ シリンダブロック
２２ 嵌合穴
２４ 低圧ポート
２６ カム室
２８ 作動室
３０ シリンダ
４０ ピストン
５０ カム
６０ 本体
６１ バルブブロック
６２ エンドブロック
７０ 低圧バルブ
７１ 低圧弁体
７１Ａ 面
７２ 低圧弁シート部
７３ 電磁石
７４ 凸条部
７４Ａ 内側凸条部
７４Ｂ 外側凸条部
７５ ロッド
７６ 凸条部
７６Ａ 内側凸条部
７６Ｂ 外側凸条部
７７ 面
７７Ａ 内側傾斜部
７７Ｂ 外側傾斜部
８０ 高圧バルブ
８１ 高圧弁体
８２ 高圧弁シート部
８３ 電磁石
９０ 圧縮バネ
１００ 作動機械
２００ 制御部
６１１ 底壁部
６１２ 円筒状壁部
６１３ 穴
６１４ 高圧ポート
６２１ カム軸径方向内側壁面
６２２ 穴
８１１ 第１軸部
８１２ 第２軸部
８１３ 円柱部

Claims (5)

1. 弁体と、
   環状のポートの周囲に配置されるバルブシート部と、
   を備え、
   前記バルブシート部は、前記ポートの内周方向および外周方向に沿って環状に配置され、前記弁体が前記ポートを閉じる場合、前記弁体に内側および外側からそれぞれ接触する凸条部を有する、
   弁構造。
2. 前記凸条部は、弾性を有する、
   請求項１に記載の弁構造。
3. 前記弁体は、平板形状を有している、
   請求項１または２に記載の弁構造。
4. 前記凸条部は、前記バルブシート部と一体的に形成される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の弁構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の弁構造を備える、作動機械。

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