JP4279157B2

JP4279157B2 - 制御弁

Info

Publication number: JP4279157B2
Application number: JP2004009701A
Authority: JP
Inventors: 孝寛山野; 鈴木　　茂; 淳史吉田; 純子関; 孝彦伊東
Original assignee: Yukigaya Institute Co Ltd
Current assignee: Yukigaya Institute Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005201396A

Description

本発明は、作動流体の流れを制御する制御弁に関し、特に、流路を開放することによって作動流体をタンクに戻すアンローダ型の制御弁に関するものである。

従来の制御弁は、ハウジング内にスプール孔が設けられ、このスプール孔内を移動自在で、移動することによりハウジングに設けた圧油入口とドレン出口を開閉するスプールを備えている（例えば、特許文献１参照）。
また、外周部の一部に穴が設けられた管体と、管体の外周部に密接した状態で管体の表面を移動自在に支持されたスリーブとからなり、リンク機構によってスリーブを管体の軸線方向に移動させることによりこのスリーブが穴を選択的に開閉自在としたものもある（例えば、特許文献２参照）。なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。
実開昭６２−２０４０７５号公報（第２−３頁、第２図）特願２００２−２１３５２５号（段落００１７−００１８、図１）

上述した従来の制御弁のうち、前者においては、圧油入口からスプールハウジング内に流入した作動油が、スプール孔とスプールとの屈曲した流路を通ってから流出するために、スプールハウジング内での流路抵抗が大きくなり、流路損失が発生していた。また、スプール孔とスプールの間に作動油の流路を形成する構造であるために、スプールハウジングの断面積を大きくする必要があるので装置が大型化してしまう。さらに、スプールハウジング内に作動油を導くための管路をスプールハウジングと直交するように連結する構造であるために流路損失が発生するという問題もあった。

また、後者においては、管体に設けた１列の穴によって作動流体を流出させる構造であるために、流路損失を低減させるには穴の外形をある程度大きくする必要がある。したがって、移動することによって穴を開閉するスリーブの移動ストローク量が大きくなるため、穴を開閉させるための弁の切換動作を高速化することが困難であった。また、穴を通過する作動流体の量は穴の開き量に比例するため、図７に示すように、穴を開き始める直後と穴を閉じる直前において、穴を通過する作動流体の量（図中、便宜上ハッチングを付した部分）が徐々に少なくなる。したがって、弁の切換時に作動流体の流れの方向の切換が遅れるために損失が大きくなる。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、第１の目的は流路損失を低減することにある。また、第２の目的は弁の切換動作を高速化することにある。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、作動流体が流入する第１のポートと、流入した作動流体を選択的に流出する第２のポートとを備えた制御弁において、一端開口を前記第１のポートとし、他端開口を前記第２のポートとし、外周部の一部に第１の穴が設けられた管体と、この管体の外周部に密接した状態で管体の軸線方向に移動自在に支持されたスリーブとからなり、前記第１の穴を管体の軸線方向に２列以上設け、前記スリーブに前記第１の穴を開放する第２の穴を同列設け、前記スリーブを移動させることにより、前記第２の穴とスリーブによって前記第１の穴を選択的に開閉自在としたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記管体の外周部に前記第１の穴を含むように環状溝を設けたものである。

請求項１に係る発明によれば、スリーブが移動することによって第２の穴が第１の穴に一致すると第１の穴が開放されるため、流路損失を低減することができるばかりではなく、スリーブの移動ストローク量を小さくすることができるため、制御弁の切換動作を高速化することができる。
請求項２に係る発明によれば、穴が開放され始めた直後と穴が閉じる直前において、環状溝から穴に作動流体が供給されるため、弁の開閉時における作動流体の流量変化が起こる時間を短縮できるため、損失を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る制御弁の外観図で、同図（ａ）は管体の穴が閉塞された状態を示し、同図（ｂ）は管体の穴が開放された状態を示す。図２は本発明に係る制御弁の断面図で、同図（ａ）は管体の穴が閉塞された状態を示し、同図（ｂ）は管体の穴が開放された状態を示し、図３は図２（ｂ）におけるIII-III 線断面図である。

図１において、全体を符号１で示す制御弁は、両端が開口し直線状に形成された管体２と、この管体２の外周部に密接した状態で管体２の表面を管体２の軸線方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に移動自在なスリーブ３と、このスリーブ３を軸線方向に移動させるリンク機構４と、これら管体２、スリーブ３、リンク機構４を密閉する弁箱５とから概ね構成されている。

管体２は円筒状に形成され、両端部が弁箱５の支持孔９，９に支持され、一方の開口１０は第１のポートを構成しており、図示を省略したポンプから作動流体がこの第１のポート１０を介して管体２内に供給される。管体２の他方の開口１１は第２のポートを構成しており、この第２のポート１１から図示を省略したアクチュエータ等のポートに作動流体が供給される。この管体２の外周部には、図２に示すように、管体の軸線方向に等間隔をおいて３個の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃが穿孔されており、これら第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ管体２の円周方向に互いに等角度をおいて４個ずつ設けられている。すなわち、第１の穴は軸線方向に３列設けられている。

このように管体２の軸線方向に３個の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けたことにより、上述した従来技術のように穴１２を軸線方向に１列だけ設けた場合と比較して、穴を通過する作動流体の必要な量を得るのに第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの径を穴１２の径よりも小さくすることができる。後述するように、これら第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃから吐出された作動流体は、弁箱５の底部に設けられた排出口１３から管路１４を介してタンクに戻るように構成されている。なお、作動流体として空気を使用する場合は、この排出口１３を大気に開放してもよい。

スリーブ３は略円筒状に形成されており、軸線方向に３個のフランジ１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられており、それぞれのフランジ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの互いの間隔は、上記した第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの互いの間隔と同じ間隔に形成されている。これらそれぞれのフランジ１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、第２の穴１６ａ，１６ｂ，１６ｃが穿孔されており、これら第２の穴１６ａ，１６ｂ，１６ｃはそれぞれ円周方向に等角度おいて４個ずつ設けられている。すなわち、フランジと第２の穴は軸線方向に３列設けられている。これら第２の穴１６ａ，１６ｂ，１６ｃは上記した第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃと同じ径に形成されており、後述するようにスリーブ３が矢印Ｂ方向に移動することにより、第２の穴１６ａ，１６ｂ，１６ｃが第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれに一致して第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃを開放する。

リンク機構４は、図３に示すように、ベアリング１７を介して弁箱５に回転自在に支持された回動軸１８と、この回動軸１８に基部が軸着されたアーム１９と、このアーム１９の一対のアーム部１９ａ，１９ａに植設された一対のピン２０，２０と、これらピン２０，２０のそれぞれに枢支された一対のスライダー２１，２１とによって構成されている。回動軸１８の一端部は弁箱５から突出しており、この突出端部１８ａに図示を省略した駆動源の駆動が伝達されて回動軸１８が軸線周りを往復回動される。アーム１９は一対のアーム部１９ａ，１９ａが互いに対向するように断面がコ字状に形成されており、これらアーム部１９ａ，１９ａに一対のピン２０，２０が互いに向き合うように植設されている。一対のスライダー２１，２１は直方体に形成されており、図１に示すように、前記フランジ１５ａとフランジ１５ｂ間に嵌合するようにしてピン２０に枢支されている。

次に、このように構成された制御弁の切換動作について説明する。
回動軸１８の突出端部１８ａが駆動源によって回動され、回動軸１８が反時計方向に回動すると、図２（ａ）に示すように、アーム１９のアーム部１９ａも回動軸１８を回動中心として反時計方向に回動することにより、スリーブ３がスライダー２１を介して図中矢印Ａ方向に移動するので、スリーブ３によって管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃが閉塞される。したがって、図示を省略したポンプから管体２の第１のポート１０へ供給された作動流体は、管体２内を通って第２のポート１１から図示を省略したアクチュエータ等のポートに供給される。

このように、管体２が直線状に形成され、第１のポート１０から第２のポート１１までの作動流体の流路経路の断面積が同じに形成されており、かつスリーブ３が管体２の外周面を移動することにより管体２の内部には作動流体の流れを遮るものが内包されていない。したがって、第１のポート１０から管体２内に供給された作動流体は流路抵抗となるようなものがないから、作動流体は管体２内を円滑に流れて第２のポート１１へ移動するので、作動流体の管体２内での圧力損失を低減することができる。また、従来の管路内を移動させるスプールに比べると、スリーブ３を軽量かつ小型にすることができるから、このスリーブ３によって管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃを開閉するようにしたことにより、制御弁１の開閉の応答特性を向上させることができる。

次に、回動軸１８の突出端部１８ａが駆動源によって、回動軸１８を時計方向に回動すると、図２（ｂ）に示すように、アーム１９のアーム部１９ａも回動軸１８を回動中心として時計方向に回動することにより、スリーブ３がスライダー２１を介して図中矢印Ｂ方向に移動する。したがって、スリーブ３の第２の穴１６ａ，１６ｂ，１６ｃが、管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれと一致するので、スリーブ３によって閉塞されていた管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃが開放される。

上述したように、管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの径が従来技術の穴１２の径よりも小さく形成しているため、図１に示すように、アーム１９のストロークＬ２を従来技術のストロークよりも短くすることができる。したがって、第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開閉動作を高速化することが可能なために、制御弁１の切換動作を高速化することができる。

ここで、流路損失を低減させるために管体２の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、アンロード用の穴であるため、穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの総表面積Ｓ１が管体２の断面積Ｓ２と同じであるか、Ｓ２より大きい方がよい。
なお、この実施の形態においては、管体２の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃを３個設けたが、２個以上であればよい。

図４ないし図６は本発明の第２の実施の形態を示し、図４（ａ）は外観図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるIV（ｂ）-IV（ｂ）線断面図、図５は同じく弁の開き量に対する弁を通過する作動流体の量を説明するための図、図６は同じく要部を拡大して示すモデル図であって、弁が開き始めた直後の状態と、弁が閉じる直前の状態を示す。なお、図４（ａ）においては、スリーブ３の図示を省略している。

この第２の実施の形態における制御弁２５では、管体２に設けた第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ２つの環状溝２０ａ，２１ａ、環状溝２０ｂ，２１ｂ、環状溝２０ｃ，２１ｃを設けた点に特徴を有する。そして、これら環状溝２０ａ，２１ａ、環状溝２０ｂ，２１ｂ、環状溝２０ｃ，２１ｃは、第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれを含むように第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃの管体２の軸線方向（矢印Ａ−Ｂ方向）における両端部にそれぞれ設けられている。したがって、これら環状溝２０ａ，２１ａ、環状溝２０ｂ，２１ｂ、環状溝２０ｃ，２１ｃは、第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれと連通している。

このように構成され、スリーブが軸線方向に移動することにより、図６に示すように、第２の穴１６ａの一部が第１の穴１２ａの一部を開放するので、第１の穴１２ａの一部に開放部２３（図中、便宜上格子状のハッチングを付した部分）が形成され、この開放部２３を作動流体が通過する。

このとき、開放部２３に連通した環状溝２０ａが設けられているため、この開放部２３に供給される作動流体は、第１の穴１２ａと第２の穴１６ａとの開放部からだけではなく、管体２の全周に形成された環状溝２０ａからも供給される。このため、開放部２３に供給される作動流体の量は、環状溝２０ａが設けられていない場合よりも急激に増加する。したがって、開放部２３を通過する作動流体の量が増加し、図５に示すように、弁が開き始めた直後における弁を通過する作動流体の量２３ａ（図中、便宜上ハッチングを付した部分）が短時間の間に急激に増加する。換言すれば、開放時に流量が変化する時間が短い。

また、第１の穴１２ａと第２の穴１６ａが一致して開放している状態から、スリーブが移動し制御弁２５が閉じる直前になると、図６に示すように、第２の穴１６ａの一部が第１の穴１２ａの一部によって開放されたままの状態、すなわち、第１の穴１２ａの一部に開放部２３（図中、便宜上格子状のハッチングを付した部分）が形成され、この開放部２３に、管体２の全周分の作動流体が通過する。この状態からさらに制御弁が閉じると、開放部２３に供給される作動流体の量は急激に減少する。すなわち、閉塞する場合には、環状溝２０ａと開放部２３とによって、開放状態を維持し、その後急激に減少する。（図中、便宜上ハッチングを付した部分）。

このように、弁が開き始めた直後と弁が閉じる直前において、弁を通過する作動流体の量の急激な変化に対する時間を短縮できるため、損失を低減することができる。

なお、この第２の実施の形態においては、管体２の軸線方向に３列の第１の穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けた例を示したが、第１の穴は複数列であればよい。また、第１の穴は外周方向に何個設けてもよいが、圧力の集中が起きないように対称位置に設けられることが望ましい。また１列の第１の穴に対して２列の環状溝を設けたが、第１の穴の全体を含むように１列の環状溝を設けるようにしてもよい。

本発明に係る制御弁の外観図で、同図（ａ）は管体の穴が閉塞された状態を示し、同図（ｂ）は管体の穴が開放された状態を示す。本発明に係る制御弁の断面図で、同図（ａ）は管体の穴が閉塞された状態を示し、同図（ｂ）は管体の穴が開放された状態を示す。図２（ｂ）におけるIII-III 線断面図である。同図（ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す外観図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるIV（ｂ）-IV（ｂ）線断面図である。本発明の第２の実施の形態における弁の開き量に対する弁を通過する作動流体の量を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態において要部を拡大して示すモデル図であって、弁が開き始めた直後の状態と、弁が閉じる直前の状態を示す。従来の制御弁における弁の開き量に対する弁を通過する作動流体の量を説明するための図である。

符号の説明

１，２５…制御弁、２…管体、３…スリーブ、４…リンク機構、５…弁箱、１０…第１のポート、１１…第２のポート、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…第１の穴、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…第２の穴、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…環状溝。

Claims

作動流体が流入する第１のポートと、流入した作動流体を選択的に流出する第２のポートとを備えた制御弁において、一端開口を前記第１のポートとし、他端開口を前記第２のポートとし、外周部の一部に第１の穴が設けられた管体と、この管体の外周部に密接した状態で管体の軸線方向に移動自在に支持されたスリーブとからなり、前記第１の穴を管体の軸線方向に２列以上設け、前記スリーブに前記第１の穴を開放する第２の穴を同列設け、前記スリーブを移動させることにより、前記第２の穴とスリーブによって前記第１の穴を選択的に開閉自在としたことを特徴とする制御弁。
前記管体の外周部に前記第１の穴を含むように環状溝を設けたことを特徴とする請求項１記載の制御弁。