JP4195440B2 - スライダー制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の前文に開示されているような形式のスライダー制御弁（slider control valve）に関する。

たとえば、ドイツ特許出願ＤＥ２９１００２９Ａ、ドイツ特許出願ＤＥ２９１２７３０Ａまたはドイツ特許出願ＤＥ２９０４９３４Ａから既知であるそのようなスライダー制御弁は、接地運搬車両（フォークリフト）用の絞りスライダー制御弁（throttling slider control valve） または比例スライダー制御弁（proportional slider control valve）として使用され、手動操作されることが多い。スライダー制御弁は、無圧循環状態ではポンプ吐出流全体を循環ボア（circulation bore）に流す。少なくともスライダーピストンが外部装置制御位置（consumer control position）へ移動する間にポンプが動作している場合、ポンプ吐出流を絞ると、スライダーボア内の循環チャネル（circulation channels）の口（mouth）で大幅な圧力上昇が生じる。圧力上昇は、スライダーピストンの軸に対して横方向の（lateral）片側締め付け力（one-sided clamping force）をスライダーピストンに発生する。締め付け力は、特にスライダー制御弁を手動操作するとき、スライダーピストンの容易かつ円滑な移動を妨害する。既知のスライダー制御弁では、複雑な接続チャネルをハウジング内でスライダーボアの反対側まで延在させ、それにより、発生した圧力上昇をスライダーピストンの反対側に伝達して循環チャネルの別の口の内部へ送り込んで、片側締め付け力の発生を防止することによって、この既知の効果に対処する。ハウジングチャネル（housing channels)を製造する多大な労力に加えて、それでも実際には締め付け力の妨害影響が生じる。

米国特許第３，８２０，５６８Ａ号から既知のスライダー制御弁の一実施形態では、スライダーピストンの循環ボアの両端部が等しく拡張されている。

米国特許第４，５５７，２９４Ａ号から既知のスライダー制御弁では、スライダーボアは、循環ボアの半径方向平面上のポンプ側端部に補償区域を有する。スライダーピストンに貫設されるか、またはハウジング内に延在するかのいずれかである別のチャネルを経た圧力によって補償区域を作動させ、それにより、片側締め付け力を補償するようになっている。

本発明の目的は、冒頭に開示したような種類の構造的に簡単なスライダー制御弁を設計し、それにより、締め付け力の発生をほぼ完全に防止することである。

この目的は、特許請求の範囲第１項の特徴によって達成される。

製造するのが複雑であるハウジングチャネルを用いないで、スライダーピストンの軸方向変位中間位置において、圧力上昇が直接的に、そして循環ボア自体による最短距離を介して、スライダーボアの反対側に伝達される。ポンプ圧力側の循環ボアの端部と反対のボア端部の周囲、およびスライダーピストンの外周面とスライダーボアの壁との間での圧力上昇から、圧力場が生じる。圧力場は、ポンプ側の循環ボアの端部で作用する圧力上昇の力を補償する。しかし、循環ボアがスライダーボア内の循環チャネルの口と完全には整合していないか、または整合しなくなると、スライダーピストンの外周面とスライダーボアの壁の、ポンプ側の循環ボアの端部との間にも圧力場が生じる。圧力場は、窪みの大きさおよび位置によって予め決定され、そのため、いずれの圧力媒体もスライダーボアの壁の制御チャネルの隣接口に逃げ込むことができないで、圧力媒体は圧力場によって締め付け力の発生を防止する。そのようなスライダー制御弁では通常であるような、スライダーボア内のスライダーピストンのスライダー許容差が高精度であるにもかかわらず、圧力場の内部および循環ボアの端部の周囲で圧力が比較的均一に分布し、それにより、理想的な締め付け力補償がスライダーピストンに達成される。循環ボアより狭い幅の少なくとも１つの長手方向チャネルが、ポンプ圧力側に設けられる。他端部には平坦部分が設けられるか、またはチャネルがその端部の両側に設けられて、それぞれスライダーピストンの移動方向と反対の実質的に軸方向に外部装置制御位置内へ延在する。すなわち、中立位置から単一の外部装置制御位置へ駆動され、さらに中立位置へ戻されるスライダー制御弁の場合、長手方向チャネルおよびチャネルまたは平坦部分は、それぞれの端部の、スライダーピストンが外部装置制御位置内へ移動する方向と反対の軸方向側に必要なだけである。代替として、長手方向チャネルか、チャネルか、または平坦部分をそれぞれ循環ボアの各端部の軸方向両側に設けて、それにより、最大寸法の圧力場を均一な圧力分布で生じさせることができるようにしてもよい。

例えば、循環ボアの両端部での絞り効果（throttling effects）により、ポンプ側の圧力上昇が、ポンプ側と反対の循環ボアの端部では弱く作用するであろうから、好都合には他端部の窪みの方を大きくして、より大きい圧力場をそこに生じさせ、それにより、片側締め付け力の発生が少なくともほとんど防止されるようにする。

長手方向チャネルおよび平坦部分がそれぞれの端部の中心に関して軸対称配置されることは、中立位置から２つの異なった外部装置制御位置へ軸の両方向に移動するスライダーピストンを有するスライダー制御弁に好都合であろう。

好都合な実施形態において、それぞれの端部の長手方向チャネルおよびチャネルを平坦部分と組み合わせて、それにより、圧力媒体が最大寸法の圧力場を均一な圧力分布で生じさせるようにしてもよい。両端部の圧力場は、異なった寸法でもよい。

ポンプ側端部と反対の循環ボアの端部の対称的な平坦部分は、循環ボアの内径の約１５０％〜２００％の外寸を有してもよい。スライダーピストンの円筒形外周面の平坦部分は楕円形でもよいが、製造しやすくするために、円周方向の寸法が軸方向寸法より大きい矩形にすることもできる。

好都合な実施形態では、２つのチャネルが、循環ボアのポンプ側端部と反対の端部の近くに設けられている。チャネルは、その端部の両側にそれに近接して配置され、スライダーピストンの外周面上に軸方向に実質的に平行に延在している。これらのチャネルは、実質的に円周方向に延在する接続チャネルによって循環ボアの端部に接続される。このような方法によれば、比較的大きい圧力場を生じさせることができ、この圧力場は、循環ボアの端部に関して対称的であり、ポンプ側の循環ボアの端部の周囲の圧力場より大きいであろう。

別の好適な実施形態では、互いに約９０°をなして交差する２つのチャネルが端部に設けられている。各チャネルは、軸方向に対して約４５°をなして延在する。

スライダーピストンの外周面の各長手方向チャネルまたはチャネルの幅はそれぞれ、循環ボアの内径の約１５％〜２５％にすることができる。

さらに、各長手方向チャネルまたはチャネルは、循環ボアの軸から、循環ボアの内径の約１５０％〜２００％になることができる距離をおいた位置で終端することができる。

接続チャネルの幅は、循環ボアの内径の約５０％になることができる。

長手方向チャネルおよびチャネルが、丸のこ刃（round saw blade）によって外側から切られたスリットである場合、それらの製造に必要な労力（時間、コストおよび工具設備）が低く維持されるであろう。スリットは、スライダーピストンの軸に対して半径方向でもよい。たとえば、直径が約１０ｍｍ、厚さが約０．５ｍｍの丸のこ刃が、スリットの形成に特に便利である。別法として、長手方向チャネル、チャネル、平坦部分および／または接続チャネルをフライス工具で形成することさえできる。いずれの場合も、スライダーピストンの製造中に他の構造特徴を加工するためにすでに用いられている工具を使用してもよい。

図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１および図２に示されているようなスライダー制御弁Ｖは、ハウジング１と、たとえば、手動操作Ｈによって軸方向に移動可能であるスライダーピストンＫ用の円筒形スライダーボア２とを有する。図１は、スライダーボア２内へ延出した２つの外部装置チャネル３、４を示す一方、図２は、ポンプ圧力側の循環チャネル１３、およびスライダーボア２に直径方向に向き合って開口する循環チャネル１２を使用して、ハウジング１内の無圧循環状態を示す。スライダーピストンの外周面７には、直径方向に向き合った２つの流れ案内ポケット５が形成されており、これらはボア６を介して連通している。図１および図２に示されているような中立位置（無圧循環）では、一方の流れ案内ポケット５が、スライダーボア２内のポンプ開口Ｐに面する。他方の流れ案内ポケット５はスライダーボアの壁によって閉鎖される、すなわち、確実オーバーラップ（positive overlaps）で外部装置チャネル３、４の口から離れている。スライダーボア２の一部分Ｒが戻り系統と連通している。

少なくとも１つの直径方向循環ボアＤが、流れ案内ポケット５を連通させるボア６によって定められる平面に垂直にスライダーピストンＫに貫設されている。循環ボアＤは、中立位置において、スライダーボアの壁の循環チャネル１２、１３の同軸的な口を相互接続する。循環ボアＤは、それぞれスライダーピストンの外周面７上にポンプ側の一端部１１および他端部１０を有する。

端部１０の付近でスライダーピストンの外周面７に窪みが形成されている。窪みは外側に開放して、端部１０と連通している。圧力上昇時に、窪みはスライダーボアの壁とスライダーピストンの外周面７との間に圧力場Ｆ２を生じ、この圧力場Ｆ２は図１に点線で示されている。

図１〜図５のスライダーピストンＫの端部１０の窪みは、２つの軸方向の平行チャネル８と接続チャネル９とによって形成され、接続チャネル９は、実質的に円周方向の向きであって、チャネル８を端部１０に接続する。チャネル８は、端部１０の周辺部および流れ案内ポケット５の周辺部間の実質的に中央を通り、端部１０の各軸方向側に、循環ボアＤの内径ｄ（図５）のほぼ１５０％〜２００％に対応する長さｌを有する。

循環ボアＤのポンプ側の端部１１（図３）の近くに、２つの軸方向または長手方向チャネル１４が設けられ、これらは循環ボアＤの軸に整合している。軸方向または長手方向チャネル１４は、スライダーボア壁とスライダーピストンの外周面の端部１１の周囲との間に圧力場Ｆ１を生じる。長手方向チャネル１４は、図１のチャネル９と本質的に同一の軸方向長さを有し、また本質的に同一幅を有する。圧力場Ｆ１、Ｆ２は、異なった寸法でもよい。

長手方向チャネルおよびチャネル８は、図４の断面に点線で示されているように、好都合には凹状に丸みを付けた底部を有し、そのため、最深部は循環ボアＤの軸の領域内に位置する。

図５は、循環ボアＤの軸に沿ったスライダーピストンＫの断面図で、端部１１に形成された長手方向チャネル１４と、図１のチャネル８および接続チャネル９とを示し、チャネル８は端部１０の外側に位置する。接続チャネル９は、たとえば、フライス工具Ｗ１で形成される一方、長手方向チャネル１４はチャネル８と共に、スライダーピストンＫの軸に対して本質的に半径方向の丸のこ刃ＳＢによって好都合に切られる。接続チャネル９の深さがｂで示されている。長手方向チャネル１４およびチャネル８の幅がａで示され、循環内ボアＤの内径ｄの約１５％〜２５％になる。

図１と同様な図である図６に示されたスライダーピストンＫは、循環ボアＤの図示されていないポンプ側端部１１が、図３のスライダーピストンＫと同様に構成されている。図６のスライダーピストンＫでは、循環ボアＤの端部１０に圧力場Ｆ２を生じさせるための窪みが、異なる仕方で形成されている。この場合のチャネル８は、互いに約９０°をなして交差するスリットであり、そのため、各チャネル８は軸方向と約４５°をなして交差する。

図７および図８の実施形態では、ポンプ側端部１１の長手方法チャネル１４の形成が、図３に示されているものと同様である。図７は、長手方向チャネル１４を切るのこ刃ＳＢを示す。他端部１０において、スライダーピストンの外周面７上に、拡張部分８’が、たとえば、軸方向寸法ｅを有する円錐形窪みが設けられている。図８は、スライダーピストンの円筒形外周面７のため、軸方向に楕円形主軸を有するわずかな楕円形をなす拡張部分８’の平面図である。

図９のスライダーピストンＫの実施形態では、スライダーピストンの外周面７の端部１０に位置する平坦部分８”が実質的に矩形である。平坦部分８”は、軸方向より円周方向に長く、たとえば、円筒形外周面にフライス工具または研削工具によって形成される。平坦部分８”は楕円形を有することも可能であろう。

図１０では、循環ボアＤの各端部１０、１１に軸方向の向きの拡張部分１５を、たとえば、円錐形窪みを形成して、それにより、圧力媒体がそれぞれの圧力場Ｆ１、Ｆ２により容易に流入できるようにしている。拡張部分１５は、図６または図１のチャネル８と、さらには図３の長手方向チャネル１４とさえ組み合わせてもよい。

圧力場Ｆ１、Ｆ２を生じさせるためのスライダーピストンの外周面７上の窪み構造は、循環ボアＤの両端部１０、１１で互いに異なってもよく、たとえば、端部１０のものをポンプ側端部１１のものより大きくしてもよい。これは、両端部１０、１１に絞り効果があるので、ポンプ吐出流を絞るときに発生する圧力上昇が、ポンプ側端部１１で他端部１０より強く作用するからである。他端部１０の周囲の圧力場Ｆ２で圧力上昇が弱いことは、より大きい圧力場Ｆ２によって補償されるであろう。図１および図３を比較することから、大きさが異なる窪み構造がはっきりわかるであろう。

スライダー制御弁の図示しない実施形態において、外部装置チャネル３か、または外部装置チャネル４だけをスライダー内ボア２内へ延出させてもよい。別法として、一方の外部装置チャネルを封止してもよい。このスライダー制御弁は、単一作動式油圧外部装置を制御するために使用してもよい。このスライダー制御弁では、スライダーピストンを中立位置から軸方向に単一の外部装置制御位置へ移動させ、それにより、ポンプ開口Ｐをこの外部装置チャネルに接続する。この場合、特に中立位置の留まるときにポンプ側に生じる圧力上昇のために、スライダーピストンの外周面７上の端部１０または１１の、スライダーピストンが外部装置制御位置へ移動する方向と反対である軸方向側だけに平坦部分８”およびチャネル１４を設ければ十分であろう。しかし、スライダー制御弁が１つの外部装置チャネルか、または２つの外部装置チャネルの場合に動作するか否かに関係なく、端部１０、１１に関して軸対称な図１〜図１０の窪み構造に同一のスライダーピストンＫが使用されるので、単一の外部装置チャネルだけの場合に動作するスライダー制御弁用にも使用可能であろう。

中立位置におけるスライダー制御弁の長手方向断面図である。 図１に対して９０°回転させた、図１のスライダー制御弁の長手方向断面図である。 スライダーピストンを図１の位置に対して１８０°回転させた位置にあるスライダーピストンの平面図である。 図３の断面ＩＶ−ＩＶにおけるスライダーピストンの部分長手方向断面図である。 図１のＶ−Ｖ断面におけるスライダーピストンの横断面図である。 図１と同様な、スライダーピストンの別の実施形態の平面図である。 図４の断面と同様な、スライダーピストンのさらなる実施形態の長手方向断面図である。 図６と同様な、図７の平面図である。 図６と同様な、スライダーピストンのさらなる実施形態を示す図である。 たとえば、図４の断面図の拡大詳細図である。

Claims (12)

1. 高圧の油圧用途のためのスライダー制御弁（Ｖ）であって、
   ハウジングスライダーボア（２）内に収容され、ポンプ吐出流が無圧循環する中立位置と、少なくとも１つの外部装置制御位置間を移動可能なスライダーピストン（Ｋ）であって、前記中立位置において前記スライダーボアの壁に設けられた同軸的な循環チャネル（１２，１３）を連通するために、及び、前記外部装置制御位置において前記循環チャネル（１２、１３）を前記スライダーピストンの外周面（７）によって遮断するために、少なくとも１つの直径方向に貫設された循環ボア（Ｄ）を含むスライダーピストン（Ｋ）と、
   循環チャネル（１２、１３）の付近の圧力上昇に基づく作用を前記スライダーボアの反対側の壁に伝達する圧力伝達システムと、
   を備え、
   前記スライダーピストン（Ｋ）が、
   前記外周面（７）上の前記循環ボア（Ｄ）のポンプ側端部及び他端部（１０、１１）周辺に窪みを有し、該窪みは、前記スライダーピストンの軸（Ｘ）に関して直径方向に向き合う圧力場（Ｆ１、Ｆ２）を生じさせ、それにより、前記スライダーピストンに加わる横力を減少させることを特徴とするスライダー制御弁。
2. 前記循環ボア（Ｄ）の前記ポンプ側端部（１１）の前記窪みには、前記循環ボア（Ｄ）の内径（ｄ）より小さい幅（ａ）を有する少なくとも１つのチャネル（１４）が設けられ、該チャネル（１４）は、前記ポンプ側端部（１１）の中央から前記スライダーピストンの前記外周面（７）上に、前記スライダーピストンが前記中立位置から前記外部装置制御位置へ移動する方向に軸方向に延在し、
   前記循環ボア（Ｄ）の前記他端部（１０）の窪みは、前記スライダーピストンの前記外周面（７）の平坦部分（８”）および／またはチャネル（８）を有することを特徴とする請求項１に記載のスライダー制御弁。
3. 前記他端部（１０）のチャネル（８）は２つのチャネルが前記他端部（１０）の中心に対して円周方向にオフセットされた軸方向に延在するか、軸方向に対して斜めに延在することを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。
4. 前記他端部（１０）に設けられた窪みは、前記スライダーピストンの前記外周面（７）上において、前記ポンプ側端部（１１）に設けられた窪みより大きい面積を占めることを特徴とする請求項１に記載のスライダー制御弁。
5. 前記スライダーピストン（Ｋ）は、前記中立位置から複数の外部装置制御位置へ軸の両方向に移動可能であること、および前記ポンプ側端部（１１）の前記少なくとも１つのチャネル（１４）および前記循環ボア（Ｄ）の前記他端部（１０）の前記平坦部分（８”）または前記チャネル（８）は、前記それぞれの端部（１０、１１）から軸の両方向に延在することを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。
6. 前記循環ボア（Ｄ）の前記他端部（１０）に関して対称的に前記スライダーピストンの前記円筒形外周面（７）上に形成された前記平坦部分（８”）は、前記循環ボア（Ｄ）の前記内径（ｄ）の約１５０％〜２００％の円周方向長さ（ｅ’）を有することを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。
7. 前記他端部（１０）の中心に関して円周方向にオフセットされた２つのチャネル（８）は、軸方向に延在するとともに、接続チャネル（９）によって互いに前記他端部（１０）に接続され、前記接続チャネル（９）は、円周方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のスライダー制御弁。
8. 前記斜めに延在するチャネル（８）は、２つのチャネル（８）が、９０°をなして互いに、かつ前記他端部（１０）と交差すること、および各チャネルは軸方向に対して約４５°をなして延在することを特徴とする請求項３に記載のスライダー制御弁。
9. 前記スライダーピストンの前記外周面（７）の前記チャネル（１４）および前記チャネル（８）の幅は、前記循環ボア（Ｄ）の前記内径（ｄ）の約１５％〜２５％であることを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。
10. 前記チャネル（１４）および前記チャネル（８）は、それぞれ前記循環ボア（Ｄ）の前記ポンプ側端部及び他端部（１０、１１）の中心から軸方向に、前記循環ボア（Ｄ）の内径（ｄ）の約１５０％〜２００％になる長さ（ｌ）を有することを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。
11. 前記接続チャネル（９）の幅は、前記循環ボア（Ｄ）の前記内径（ｄ）の約５０％になることを特徴とする請求項７に記載のスライダー制御弁。
12. 前記チャネル（８、１４）は、丸のこ刃（ＳＢ）によって前記スライダーピストンの前記外周面（７）に切り込まれたスリットであり、該スリットは、前記スライダーピストン（Ｋ）の前記軸（Ｘ）に対して半径方向に向けられ、前記スリットは、直径が約１０ｍｍの丸のこ刃（ＳＢ）で切られることを特徴とする請求項２に記載のスライダー制御弁。

Images