JP2023142379A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】開閉切替の応答性を向上したバルブを提供する。【解決手段】貫通孔４ａ、４ｂを有する弁座２と、この弁座２に対して貫通孔４ａ、４ｂの軸方向ｚに移動可能に構成されるとともに弁座２に密着して貫通孔４ａ、４ｂを閉止する閉止部６を有する弁体３とを備えるバルブ１において、貫通孔４ａ、４ｂが、軸方向ｚにおいて弁体３に近い側に形成される拡径部４ａと、弁体３から遠い側に形成される縦穴部４ｂとを有していて、拡径部４ａの流路断面積が縦穴部４ｂの流路断面積よりも大きく構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧回路等に配置されるバルブに関するものであり、詳しくはバルブの開閉切替の応答性を向上できるバルブに関するものである。

油圧回路で使用されるバルブが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

国際公開２０１４／０６１１２５号

特許文献１のバルブは、弁座に形成される貫通孔に対して弁体を接近離間させることでバルブの開閉切替を行っていた。このバルブの構成では、バルブの開閉切替の応答性を向上することが困難であった。

バルブの開閉切替の応答性を向上するために、バルブの開度を小さくすることが考えられる。バルブの開放時における弁座に対する弁体の位置を接近させることで、その後バルブを閉止するまでの時間を短縮できる。この場合、バルブの開度が小さくなるため弁座と弁体との間で流体の流速が上昇して圧力が低下する。弁体が弁座に接近する方向の力をうけるため、意図せずバルブが閉止してしまう不具合があった。

弁座に対して弁体を離間させるためのバネ力等の力を大きくすることで、意図せずバルブが閉止してしまう不具合を回避することが考えられる。しかしバルブを開放方向に付勢するバネのバネ力を増加させると、バルブを閉止する際に必要となる力が増加してしまう。バルブを短時間で閉止することが困難であった。

本開示の目的は開閉切替の応答性を向上したバルブを提供することである。

上記の目的を達成する本発明の一態様のバルブは、貫通孔を有する弁座と、この弁座に対して貫通孔の軸方向に移動可能に構成されるとともに弁座に密着して貫通孔を閉止する閉止部を有する弁体とを備えるバルブにおいて、貫通孔が、軸方向において弁体に近い側に形成される拡径部と、弁体から遠い側に形成される縦穴部とを有していて、拡径部の流路断面積が縦穴部の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、流体の流速が上昇する位置を拡径部により弁体から離れた位置にできる。流体の流速が上昇して圧力が低下する位置が弁体から離れるため、弁体が弁座に接近する方向の力を抑制できる。弁体に付勢するバネ力等を増加させることなくバルブの開度を小さくできる。バルブの開閉切替の応答性を向上するには有利である。

バルブの概略を例示する説明図である。 バルブを断面で例示する説明図である。 図２のバルブの閉止状態を例示する説明図である。 図２のＡ－Ａ断面を例示する説明図である。 図２のＢ－Ｂ断面を例示する説明図である。 図２のＣ－Ｃ断面を例示する説明図である。 図５の変形例を例示する説明図である。 図５の変形例を例示する説明図である。 図２の変形例を例示する説明図である。 図９のＤ－Ｄ断面を例示する説明図である。

以下、バルブを図に示した実施形態に基づいて説明する。図中では弁座に形成される貫通孔の軸方向を矢印ｚ、軸方向ｚに直交する幅方向を矢印ｘ、幅方向ｘを直角に横断する縦方向を矢印ｙで示している。

図１に例示するようにバルブ１は例えば電磁バルブで構成される。バルブ１は、油圧回路等の流路の途中に固定される弁座２と、弁座２に対して接近離間可能に構成される弁体３とを備えている。この実施形態では弁座２および弁体３は、軸方向ｚに見通したとき（以下、平面視ということがある）円形となる状態に形成されている。弁座２および弁体３の平面視における形状は円形に限らず、楕円形や多角形で構成されてもよい。

バルブ１の開閉方向が軸方向ｚに沿った方向であり、図１では軸方向ｚが上下方向と平行となる状態で示している。以下、流体が上方から下方に向かって流れることを前提にバルブ１の構成について説明する。バルブ１の構成はこれに限定されない。バルブ１が設置される油圧回路に応じてバルブ１の開閉方向および流体の流れる方向は適宜読み替えて、以下の説明を適用できる。

図１および図２に例示するように弁座２は、作動油等の流体が通過可能で上下方向を軸方向ｚとする貫通孔４を有している。貫通孔４は、軸方向ｚにおいて上方側に形成される拡径部４ａと、下方側に形成される縦穴部４ｂとを有している。貫通孔４は弁体３に近い側となる拡径部４ａと弁体３から遠い側に形成される縦穴部４ｂとから成るとも言える。拡径部４ａは、縦穴部４ｂの穴経よりも大きい穴経を有している。

この実施形態では複数の貫通孔４が弁座２の周方向に互いに間隔をあけて配置されていて、周方向に隣り合う拡径部４ａどうしが連通して一つの環状溝を形成している。この環状溝の底面から下方に向かって複数の縦穴部４ｂが延設されている。縦穴部４ｂは弁座２の下面に貫通する状態で形成されている。四つの縦穴部４ｂが円周上に沿って均等に並べて配置されている。縦穴部４ｂは平面視で円形に形成されている。一つの拡径部４ａに対して複数の縦穴部４ｂが連通する状態となっている。この実施形態では軸方向ｚにおいて拡径部４ａの長さと縦穴部４ｂの長さは同一となっている。

弁体３は、平面視で弁座２よりも直径の小さい円形となる状態に形成されている。弁体３は軸方向ｚに延設される軸部５を有している。弁体３は、軸部５を介して図示しないバネおよび電磁石により軸方向ｚに移動可能に構成されている。つまり弁体３は弁座２に対して接近離間可能に構成されている。

弁体３は、貫通孔４を上方から覆う閉止部６を有している。この実施形態では閉止部６は円環状に形成されている。円環状に形成される閉止部６の内側となる領域に形成されていて、弁体３を軸方向ｚに貫通する開口部７を弁体３が有していてもよい。この実施形態では四つの開口部７が弁体３に形成されている。半径方向において開口部７の外側となる領域が閉止部６を構成している。閉止部６は弁座２に密着して貫通孔４を閉止する構成を有していればよい。閉止部６は少なくとも拡径部４ａを上方から閉止して、流体が拡径部４ａに流れ込むことを防止できる形状を有していればよい。閉止部６は開口部７を有さない円盤状に形成されていてもよい。

図２に例示するようにバルブ１の弁体３は、例えば図示しないバネにより上向きに付勢されて弁座２と軸方向ｚに離間する開放状態を維持する構成を有している。図３に例示するようにバルブ１は、電磁石に通電することでバネのバネ力に逆らって弁体３を下向きに移動させて弁座２と接触させる閉止状態を維持する構成を有している。

バルブ１の構成は上記に限定されない。弁体３がバネにより下向きに付勢されて閉止状態を維持して、電磁石に通電することで弁体３が上向きに移動して開放状態となる構成を有していてもよい。

図２に例示するようにバルブ１が開放状態のとき、作動油等の流体は閉止部６の半径方向の外側から拡径部４ａに流れる。また流体は閉止部６の半径方向の内側の開口部７を通過して拡径部４ａに流れる。図２では説明のため流体の流れる方向を白抜き矢印で示している。図４に例示するように弁体３の近傍において流体は、バルブ１が配置される管路８と弁体３との間の領域、および開口部７により形成される領域とを通過する。

図２に例示するように貫通孔４の拡径部４ａに流れ込んだ流体は、縦穴部４ｂを経由して弁座２の下面側に流れる。弁座２の近傍において流体は、図５に例示するように拡径部４ａにより形成される領域を通過して、図６に例示するように縦穴部４ｂにより形成される領域を通過する。

流体が移動する流路断面積は、拡径部４ａから縦穴部４ｂに到達するとき小さくなる。本明細書において流路断面積とは軸方向ｚに直交する断面において流体が移動可能な領域の面積を言う。図５に例示するように拡径部４ａにより構成される環状溝における流路断面積に対して、図６に例示するように複数の縦穴部４ｂにおける流路面積の合計は大幅に小さくなる。流路断面積の減少にともない流体の流速が上昇して圧力が低下する。

図２に例示するように拡径部４ａと縦穴部４ｂの境界となる位置Ｐにおいて、流体の圧力が低下する。図２では説明のため位置Ｐを一点鎖線で示している。弁座２が拡径部４ａを有しているため、流体の圧力が低下する位置Ｐが弁体３から離れた位置となる。そのため弁体３が弁座２に接近する方向（下向き）の力の発生を抑制できる。弁体３に付勢するバネのバネ力等を増加させることなくバルブ１の開度を小さく設定できる。バルブ１の開度とは、バルブ１の開放状態における弁座２と弁体３との間に形成される隙間の大きさをいう。バルブ１の開放状態における弁座２に対する弁体３の位置を接近させることができる。バルブ１の開閉切替の応答性を向上するには有利である。

軸方向ｚにおける拡径部４ａの長さと縦穴部４ｂの長さとは同一に設定できる。これに限定されず軸方向ｚにおける拡径部４ａと縦穴部４ｂの長さは適宜設定できる。拡径部４ａの長さを長くするほど流体の圧力が低下する位置Ｐを弁体３から軸方向ｚにおいて離れた位置にできるため、弁体３が弁座２に接近する方向の力を受け難くなる。一方で拡径部４ａの長さを短くするほど、弁座２の強度を向上できる。弁体３に発生する下向きの力と弁座２の強度とについて要求される性能のバランスで拡径部４ａの長さと縦穴部４ｂの長さとは設定される。

バルブ１を開放状態から閉止状態に切り替える際には、図３に例示するように弁体３を弁座２に密着させる。弁体３の閉止部６により貫通孔４が閉止されるため、流体の流れが停止する。

縦穴部４ｂは、周方向に沿って均等に並べて配置される構成に限定されない。また縦穴部４ｂは平面視で円形となる形状に限定されない。図７に例示するように縦穴部４ｂが平面視で楕円形に形成されてもよい。縦穴部４ｂが円周上に沿って配置されなくてもよい。また弁座２における所定の位置に偏って縦穴部４ｂが配置される構成であってもよい。縦穴部４ｂの平面視における形状および配置位置は任意に設定することができる。

図５に例示されるように縦穴部４ｂが周方向に沿って均等に配置される方が、弁座２の強度を維持しやすくなる。また縦穴部４ｂを通過することで流体の流れる方向が乱れることを抑制できる。つまりバルブ１の下流側となるの管路８の内部において、流体の流れが乱れることを抑制しやすくなる。

拡径部４ａの形状は、平面視で円環状となる形状に限定されない。図８に例示するように周方向に隣り合う拡径部４ａどうしが連通しない構成であってもよい。この場合、それぞれの貫通孔４が独立して形成されている状態であり、一つの縦穴部４ｂに対して一つの拡径部４ａが連通する状態となる。弁座２は四つの縦穴部４ｂと四つの拡径部４ａとを有している。縦穴部４ｂとこの縦穴部４ｂに連通する拡径部４ａとの間で、流路断面積が縦穴部４ｂより拡径部４ａの方が大きく設定されていればよい。このとき弁体３の閉止部６は、少なくとも各貫通孔４を閉止できる形状を有していればよい。図８に例示する実施形態では、平面視における閉止部６の範囲を小さくできるので、弁体３を小型化するには有利である。

図５に例示されるように複数の拡径部４ａどうしを連通して一つの環状溝を形成する構成の方が、縦穴部４ｂより拡径部４ａの流路断面積を大幅に大きくできる。また図４に例示する弁体３を通過する際の流路断面積に対して、図５に例示する拡径部４ａの流路断面積の変化量を抑制できる。弁体３から拡径部４ａに流体が流れる際の流速の上昇を抑制するには有利である。バルブ１の開閉切替の応答性を向上するには有利である。

弁体３に形成される開口部７は必須の構成要件ではない。図２に例示する弁体３の半径方向の外側からのみ流体が弁体３を通過する構成としてもよい。弁体３が開口部７を有する方が、弁体３と弁座２との間で例えば幅方向ｘや縦方向ｙに流体が流れて圧力が低下することを抑制できる。開口部７により、弁体３と弁座２との間に狭い隙間が形成されることを回避できる。

開口部７を有する方が弁体３を軽く構成できる。弁体３をより小さな力で軸方向ｚに移動させることが可能となるため、バルブ１の開閉切替の応答性を向上するには有利である。

下向きに流れる流体が弁体３を下向きに押す代わりに開口部７を通過するため、流体により弁体３が下向きに押される力を抑制できる。バルブ１が意図せず閉止してしまう不具合を回避するには有利である。またバルブ１を開放状態から閉止状態に切り替える際に、弁座２と弁体３との間に挟まれた流体が開口部７から弁体３の上方側に移動できる。弁座２と弁体３との間に流体が挟まれて圧力が増加することを抑制できる。比較的小さな力で弁体３を下向きに移動させて弁座２に接触させることができる。

図２に例示するように弁体３の下面となる着座面３ａに形成される窪み９を閉止部６が有していてもよい。閉止部６が弁座２に密着したときに、窪み９は縦穴部４ｂと連通する構成を有している。縦穴部４ｂと窪み９とが軸方向ｚに沿って並ぶ状態となる。窪み９は例えば円環状に形成されて、拡径部４ａにより形成される環状溝に対応する位置に形成される。この実施形態では半径方向（幅方向ｘ）における窪み９と拡径部４ａとの幅は同一に形成されている。窪み９と拡径部４ａとの幅は異なる大きさであってもよい。

拡径部４ａと縦穴部４ｂとの境界となる位置Ｐで流体の圧力が低下した場合、この位置Ｐの上方に位置する弁体３を吸引する方向の力が発生する。軸方向ｚにおいて圧力が低下する位置Ｐと弁体３との間に拡径部４ａに加えて窪み９が配置される状態となる。流体の圧力が低下する位置Ｐは、窪み９により弁体３から更に離れた位置となる。弁体３が弁座２に接近する方向の力の発生を抑制するには有利である。

窪み９を形成することで弁体３を軽量化できる。弁体３は軽い方がバルブ１の開閉切替の応答性を向上するには有利である。

窪み９の形状は円環状に限定されない。拡径部４ａと縦穴部４ｂとの境界となる位置Ｐの上方に形成されていればよい。つまり少なくとも複数の縦穴部４ｂの上方となる位置に、上方に凸となる窪み９が形成されていればよい。窪み９および拡径部４ａが円環状に形成されている場合は、弁座２に対して弁体３が軸方向ｚを中心に回転しても、バルブ１の開閉切替の応答性を維持することができる。

図９および図１０に例示するように、一つの貫通孔４を弁座２が有する構成であってもよい。この実施形態では弁座２の中央部に貫通孔４が一つ形成されている。軸方向ｚにおける拡径部４ａの長さは縦穴部４ｂよりも小さく構成されている。窪み９は縦穴部４ｂと同一の直径を有する円柱形状に形成されている。

１ バルブ
２ 弁座
３ 弁体
３ａ 着座面
４ 貫通孔
４ａ 拡径部
４ｂ 縦穴部
５ 軸部
６ 閉止部
７ 開口部
８ 管路
９ 窪み
ｘ 幅方向
ｙ 縦方向
ｚ 軸方向
Ｐ （流体の圧力が低下する）位置

Claims (5)

1. 貫通孔を有する弁座と、この弁座に対して貫通孔の軸方向に移動可能に構成されるとともに弁座に密着して貫通孔を閉止する閉止部を有する弁体とを備えるバルブにおいて、
   貫通孔が、軸方向において弁体に近い側に形成される拡径部と、弁体から遠い側に形成される縦穴部とを有していて、
   拡径部の流路断面積が縦穴部の流路断面積よりも大きいことを特徴とするバルブ。
2. 複数の貫通孔を弁座が有する請求項１に記載のバルブ。
3. 複数の貫通孔が弁座の周方向に互いに間隔をあけて配置されていて、周方向に隣り合う拡径部どうしが連通して一つの環状溝を形成する請求項２に記載のバルブ。
4. 閉止部が、環状溝よりも内側となる領域に形成されていて閉止部を貫通する開口部を有する請求項３に記載のバルブ。
5. 閉止部の着座面に窪みが形成されていて、
   閉止部が弁座に密着したときに窪みと縦穴部とが連通する請求項１に記載のバルブ。

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