JP4227885B2 - 切欠付きスプール型流量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、切欠付きスプールを備えた切欠付きスプール型流量制御弁に係り、特に、スプールに形成された切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体の剥離を防止する手段に関する。

従来より、建設機械の油圧回路などに適用される流量制御弁として、所要の間隔を隔てて第１ポート及び第２ポートが開口された弁室を有するスリーブと、第１ポート側ピストン及び第２ポート側ピストンのうちの少なくともいずれか一方のピストンの一部に流量制御用の切欠が形成された切欠付きスプールとを備え、弁室内にスライド可能に収納された切欠付きスプールによって弁室に開口された第１ポート及び第２ポートの開度を調整し、高圧ポートから弁室を介して低圧ポートに流入する流体の流量を制御する切欠付きスプール型流量制御弁が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

図５乃至図１１に、従来より知られている切欠付きスプール型流量制御弁の一例を示す。図５は従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図、図６は従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁に備えられる切欠付きスプールの側面図、図７は図６のＸ−Ｘ断面図、図８は図６のＹ方向矢視図、図９は従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁のバルブ開口面積調整時の状態を示す説明図、図１０は従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の流体の流れを模式的に示す説明図、図１１は従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の圧力分布を示すグラフ図である。

図５に示すように、従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、所要の間隔を隔てて第１ポート１及び第２ポート２が開口された弁室３を有するスリーブ４と、スプールロッド５の両端に第１ポート側ピストン６及び第２ポート側ピストン７が形成され、第１ポート側ピストン６のスプールロッド５寄りの部分にＵ字型切欠８ａとＶ字型切欠８ｂとが形成された切欠付きスプール９とを備えている。本例の切欠付きスプール型流量制御弁においては、図６乃至図８に示すように、第１ポート側ピストン６の軸心（スプールロッド５の軸心）Ｏを介して２つのＵ字型切欠８ａが形成されると共に、それと９０度位相をずらして２つのＶ字型切欠８ｂが形成されている。

切欠付きスプール９は弁室３内にスライド可能に収納されており、図９に示すように、第１ポート１及び第２ポート２の開口位置に対する第１ポート側ピストン６及び第２ポート側ピストン７の相対的な設定位置を調整することにより、第１ポート１の開度ひいては第１ポート１からＵ字型切欠８ａ及びＶ字型切欠８ｂ並びに弁室３を介して第２ポート２に流れる流体の流量を制御することができる。
ＳＡＥ Ｏｆｆ−Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕｎｅ ２００２ ｐ．２７−ｐ．３０

ところで、第１ポート１からＵ字型切欠８ａを介して弁室３に流入する流体は、図１０に模式的に示すように、第１ポート１から流出した流体ＦがＵ字型切欠８ａの底面に衝突して９０度向きを変え、Ｕ字型切欠８ａの底面に沿って弁室３内に噴射される。このため、直角又はそれに近い形状に形成されている第１ポート１の壁面１ａと弁室３の壁面３ａとの間の角部Ｃにおいては、図１０に示すように、第１ポート１の壁面１ａに沿って第１ポート１内を流れてきた流体Ｆが角部Ｃを通過した後に弁室３の壁面３ａに沿って円滑に流れず、いわゆる剥離現象を生じて、角部Ｃの下流側に流体Ｆがほとんど流れない剥離部Ｄが発生する。

図１１は、角部Ｃの前後における弁室３内の圧力分布を示すグラフ図であって、横軸に測定位置、縦軸に高圧ポート１内の流体Ｆの圧力Ｐｉｎに対する各測定点の圧力変動（Ｐ−Ｐｉｎ）との比〔（Ｐ−Ｐｉｎ）／Ｐｉｎ〕が目盛られている。この図から明らかなように、従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、角部Ｃの下流部分における圧力低下が著しく、該部に剥離現象が発生していることが分かる。なお、図１０及び図１１においてはＵ字型切欠８ａを介して弁室３に流入する流体の状態のみを図示したが、Ｖ字型切欠８ｂを介して弁室３に流入する流体についても同様の剥離現象を生じ得る。

図１１から明らかなように、弁室３内において剥離現象が発生すると、剥離部Ｄの圧力は周辺よりも大幅に低いため、流体Ｆ中に溶けていた空気が大量に放出されて流体Ｆ中に気泡が発生する。この気泡は、流体Ｆの流れに乗って下流に流れるが、下流の圧力は剥離部Ｄよりも高圧であるため、所要の圧力域に至った段階で破壊され、空気は再び流体Ｆ中に溶け込まれる。このように、従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁においては、剥離現象に起因する気泡の発生と破壊とが繰り返されるので、弁室３内の流体Ｆの流れが不安定になり、騒音が発生しやすいという不都合がある。

本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、弁室内における流体の剥離を防止でき、静粛性に優れた切欠付きスプール型流量制御弁を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、所要の間隔を隔てて第１ポート及び第２ポートが開口された弁室を有するスリーブと、前記第１ポートを開閉する第１ポート側ピストン及び前記第２ポートを開閉する第２ポート側ピストンを有し、これら第１ポート側ピストン及び第２ポート側ピストンのうちの少なくともいずれか一方のピストンの一部に流量制御用の切欠が形成された切欠付きスプールとを備えた切欠付きスプール型流量制御弁において、前記弁室の壁面の高圧ポート寄りに、前記切欠を通って高圧ポートから前記弁室内に流入する流体の流れ方向に関して少なくとも下流側の側面が前記弁室の壁面に対して略垂直に形成され、底面が前記側面に対して略垂直に形成された溝を形成するという構成にした。
また、上述の切欠付きスプール型流量制御弁において、前記溝の底面が、前記弁室の壁面に対して同心円状に形成されているという構成にした。

このように、弁室の壁面に所要の溝を形成すると、切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体の一部を高圧ポート側に環流させることができ、この環流によって剥離現象の発生を防止することができるので、剥離現象に起因する気泡の発生を防止することができて、切欠付きスプール型流量制御弁の静粛性を高めることができる。

本発明の切欠付きスプール型流量制御弁は、弁室の壁面に所要の溝を形成したので、切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体の一部を高圧ポート側に環流させることができ、この環流によって剥離現象の発生を防止することができる。よって、剥離現象に起因する気泡の発生を防止することができ、切欠付きスプール型流量制御弁の静粛性を高めることができる。

以下、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１は第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図、図２は第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の流体の流れを模式的に示す説明図、図３は第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の圧力分布を示すグラフ図、図４は第２実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁も基本的な構成に関しては従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁と同じであり、所要の間隔を隔てて第１ポート１及び第２ポート２が開口された弁室３を有するスリーブ４と、スプールロッド５の両端に第１ポート側ピストン６及び第２ポート側ピストン７が形成され、第１ポート側ピストン６のスプールロッド５寄りの部分にＵ字型切欠８ａとＶ字型切欠８ｂとが形成された切欠付きスプール９とを備えている。そして、第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁には、特徴的な構成として、弁室３の壁面の第１ポート１寄りに、弁室３の壁面に対して略垂直な側面１０ａ，１０ｂと当該側面１０ａ，１０ｂに対して略垂直な底面１０ｃとを有する矩形断面の溝１０が形成されている。この溝１０は、弁室３の壁面に対して同心円状に形成される。

第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁においても、第１ポート１からＵ字型切欠８ａを介して弁室３に流入する流体は、第１ポート１から流出した流体ＦがＵ字型切欠８ａの底面に衝突して９０度向きを変え、Ｕ字型切欠８ａの底面に沿って弁室３内に噴射されるが、第１ポート１の壁面１ａに沿って第１ポート１内を流れてきた流体Ｆの一部は、図２に模式的に示すように、切欠８ａの底面に衝突した後に溝１０内に入って第１ポート１側に戻る環流Ｒとなるので、この環流Ｒによって角部Ｃの下流側における流体不足が充填され、図３に示すように該部における異常な圧力低下を防止することができる。よって、角部Ｃの下流側における剥離現象の発生が防止されて流体Ｆ内に気泡が発生せず、弁室３内の流体Ｆの流れを安定化できて、騒音の発生を抑制することができる。

図４に示すように、第２実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、溝１０の第１ポート１寄りの側面１０ａを、傾斜面にしたことを特徴とする。その他の構成については、第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁と同じであるので、図４の対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の切欠付きスプール型流量制御弁は、溝１０の第１ポート１寄りの側面１０ａを傾斜面にしたので、溝１０を形成したことによる弁室３の強度低下を抑制することができ、所要の耐久性を維持することができる。即ち、流体Ｆの剥離現象は、弁室３の最も第１ポート１寄りの部分に発生するので、これを防止するためには溝１０の端部（側面１０ａの形成部）を第１ポート１の開口部に近づけるほど好ましいが、余り近づけすぎると角部Ｃの周辺の強度が低下するおそれがある。そこで、側面１０ａを傾斜面にすれば、側面１０ａと第１ポート１の壁面１ａとの間の断面積の減少を抑制できて、該部の強度低下を抑制することができる。

なお、前記各実施形態においては、第１ポート側ピストン６にのみＵ字型切欠８ａ及びＶ字型切欠８ｂを形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、第２ポート側ピストン７のみにこれらの切欠８ａ，８ｂを形成することもできるし、第１ポート側ピストン６及び第２ポート側ピストン７の双方にこれらの切欠８ａ，８ｂを形成することもできる。

また、前記各実施形態においては、第１ポート側ピストン６にそれぞれ２個のＵ字型切欠８ａ及びＶ字型切欠８ｂを形成したが、切欠の形状及び数量については何ら限定されるものではなく、必要に応じて任意に設計することができる。

第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図である。 第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の流体の流れを模式的に示す説明図である。 第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の圧力分布を示すグラフ図である。 第２実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図である。 従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁の断面図である。 従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁に備えられる切欠付きスプールの側面図である。 図６のＸ−Ｘ断面図である。 図６のＹ方向矢視図である。 従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁のバルブ開口面積調整時の状態を示す説明図である。 従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の流体の流れを模式的に示す説明図である。 従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁における弁室内の圧力分布を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 第１ポート
２ 第２ポート
３ 弁室
４ スリーブ
５ スプールロッド
６ 第１ポート側ピストン
７ 第２ポート側ピストン
８ａ，８ｂ 切欠
９ スプール
１０ 溝
１０ａ，１０ｂ 溝の側面
１０ｃ 溝の底面

Claims (2)

1. 所要の間隔を隔てて第１ポート及び第２ポートが開口された弁室を有するスリーブと、前記第１ポートを開閉する第１ポート側ピストン及び前記第２ポートを開閉する第２ポート側ピストンを有し、これら第１ポート側ピストン及び第２ポート側ピストンのうちの少なくともいずれか一方のピストンの一部に流量制御用の切欠が形成された切欠付きスプールとを備えた切欠付きスプール型流量制御弁において、
   前記弁室の壁面の高圧ポート寄りに、前記切欠を通って高圧ポートから前記弁室内に流入する流体の流れ方向に関して少なくとも下流側の側面が前記弁室の壁面に対して略垂直に形成され、底面が前記側面に対して略垂直に形成された溝を形成したことを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
2. 前記溝の底面が、前記弁室の壁面に対して同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の切欠付きスプール型流量制御弁。

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