JP4685412B2 - フローディバイダ - Google Patents

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Description

本発明は、ポンプから供給される流体を優先流回路に所定流量供給するとともに余剰流回路にも分流して供給するフローディバイダに関する。
従来、ポンプから供給される流体を優先流回路に所定流量供給するとともに、その残油を余剰流回路に分流して供給する弁が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の弁は、ポンプからの流体を優先流回路であるかじ取り回路と余剰流回路である補助的回路とに分流して供給するものである。そして、ポンプからの流体を供給する供給流路である３箇所の入口空所と、かじ取り回路及び補助的回路とが、スプール孔である流体室とスプールとを介して連通されている。これにより、供給流路から余剰流回路及び優先流回路のそれぞれに対して２系統に分けて流体を供給するようになっている。そして、余剰流回路（優先流回路も同様）へ２系統で供給する部分には、それぞれスプールとスプール孔との間で流入量を規制する絞りが形成されている。
この特許文献１に記載の弁では、スプールとスプール孔との間の絞りでの圧力降下が大きくなると、２系統に分かれて流入するそれぞれの部分においてスプールに対してその軸方向に作用する流体力の釣り合い状態が崩れてしまい、スプールを一方（特許文献１の第２図の矢印９７方向）に移動させる力が大きくなってしまう。このため、この弁では、上記流体力によるスプールを移動させる力と相殺させる力をスプールの一方の端部に作用させるため、パイロット導管、逆止弁、及びオリフィスを備える回路がさらに形成されている。
特開昭６０−１５９４０７号公報（第４−８頁、第１−２図）
しかしながら、上記特許文献１に記載の弁では、上述のように、スプールとスプール孔との間の絞りでの圧力降下が大きい場合の流体力によるスプールを移動させる力を相殺させるための複雑な回路構成がさらに必要となってしまう。
本発明は、上記実情に鑑みることにより、スプールとスプール孔との間の絞りでの圧力降下が大きい場合でも流体力によるスプールを移動させる力を抑制できるとともに、回路構成が複雑になってしまうことを抑制することができるフローディバイダを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段及び効果
本発明は、ポンプから供給される流体を優先流回路に所定流量供給するとともに余剰流回路にも分流して供給するフローディバイダに関する。
そして、本発明によるフローディバイダは、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有しており、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
上記目的を達成するための本発明のフローディバイダにおける第１の特徴は、ポンプの下流側に接続されるポンプポートと、前記優先流回路に接続される優先流ポートと、前記余剰流回路に接続される余剰流ポートと、が形成されたハウジングと、前記ハウジングにおいて、前記ポンプポートに連通する供給流路と前記優先流ポートに連通する優先流路と前記余剰流ポートに連通する余剰流路とにそれぞれ連通するスプール孔と、前記スプール孔内に移動自在に配置され、スプール軸方向に移動することで前記供給流路からの流体を前記優先流路と前記余剰流路とに分流するスプールと、前記スプールと前記スプール孔とにより形成されて前記供給流路から前記余剰流路への流入量を規制する絞りと、を備え、前記供給流路は、前記余剰流路に対して第１供給路と第２供給路との２系統に分岐してそれぞれ流体を供給可能なように前記スプール孔に連通し、前記絞りは、前記スプールの移動に伴って流入量を変更する可変絞りであって、前記第１供給路から前記余剰流路への流入量を規制する第１絞りと前記第２供給路から前記余剰流路への流入量を規制する第２絞りとを有し、前記第２絞りは、前記第２絞りにおける縮流の影響が希薄な部分において、前記第１絞りで生じた前記スプールを移動させる力とは逆向きの力が生じるように、前記スプールの断面積の変化した部分に応じて少なくとも２段階に流入量を絞ることである。
この構成によると、供給流路から余剰流路へは第１絞りと第２絞りとを介して流体が供給され、第１絞りの部分と第２絞りの部分とにおいてそれぞれ流体力が作用する。そして、スプールが移動してこれらの絞りでの圧力降下が大きくなると、第１絞りの部分及び第２絞りの部分のそれぞれに縮流が生じるため、スプールを軸方向に付勢する流体力によるスプールの釣り合い状態に変化が生じることになる。しかし、第２絞りは、第１絞りと異なってスプールの断面積の変化した部分に応じて少なくとも２段階に流入量を絞る構造となっている。このため、スプールの径方向に亘って全体的に縮流の影響が作用する第１絞りとは異なって、第２絞りでは、縮流の影響が部分的にしか作用していない状態を作り出すことができる。これにより、第１絞りで生じた流体力の変化によってスプールを移動させる力を抑制できる逆向きの力を、第２絞りにおける縮流の影響がほぼ作用していない部分で生じさせる構成を実現でき、スプールにおける流体力の影響を相殺させるようにしてスプール軸方向の移動を抑制することができる。即ち、スプールとスプール孔とにより形成される絞り自体の簡易な構造に基づいて、スプールが絞りの部分に作用する流体力の変化によって一方に移動してしまうことを抑制することができる。従って、スプールとスプール孔との間の絞りでの圧力降下が大きい場合でも流体力によるスプールを移動させる力を抑制できるとともに、回路構成が複雑になってしまうことを抑制することができるフローディバイダを得ることができる。
本発明のフローディバイダにおける第２の特徴は、前記第２絞りは、前記スプールが前記第２供給路側よりも前記余剰流路側が縮径することで形成されていることである。
この構成によると、スプールにおいて第２絞りを形成する部分を縮径させるという簡易な構造によって、第２絞りにおいて少なくとも２段階に流入量を絞って流体力の影響を相殺させることを可能とする構成を容易に実現することができる。
本発明のフローディバイダにおける第３の特徴は、前記第２絞りは、段状に形成された前記スプールによって少なくとも２段階に流入量を絞ることである。
この構成によると、スプールにおいて第２絞りを形成する部分を段状に形成するという簡易な構造によって、第２絞りにおけるスプールの縮径形状により少なくとも２段階に流入量を絞って流体力の影響を相殺させることを可能とする構成を容易に実現することができる。
本発明のフローディバイダにおける第４の特徴は、前記第２絞りは、前記第２供給路側に配置される第１段部と、前記余剰流路側に配置されるとともに前記第１段部よりも縮径するよう形成されている第２段部と、を備えていることである。
この構成によると、第２絞りの第２段部に縮流が生じていても第１段部では縮流の影響がほぼ作用していない状態を作り出すことができる。これにより、第１段部と第２段部とを形成するという簡易な構造によって、第２絞りにおいて２段階に流入量を絞って流体力の影響を相殺させることを可能とする構成を容易に実現することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施形態に係るフローディバイダは、ポンプから供給される流体を優先流回路に所定流量供給するとともに余剰流回路にも分流して供給する場合に、広く適用することができるものである。また、本実施形態のフローディバイダは、例えば、フォークリフトにおいて、ポンプからの圧油を優先流回路であるパワーステアリング装置（油圧ステアリング装置）と余剰流回路である荷役回路（荷役用の油圧アクチュエータ回路）とに分流して供給するために用いることができ、本実施形態ではこの場合を例にとって説明するが、必ずしもこの用途の例に限定されるものではない。即ち、フォークリフトにおける他の油圧回路を優先流回路及び余剰流回路とする場合に対しても適用することができ、また、フォークリフト以外における油圧回路の制御に対しても適用することができるものである。
図１は、本発明の実施形態に係るフローディバイダを例示した図であって、その断面図を示したものである。図１に示すフローディバイダ１は、フォークリフト（図示せず）に備えられる油圧回路の一部として設けられている。そして、このフローディバイダ１は、油圧ポンプ（図示せず）から供給される圧油（流体）を優先流回路であるパワーステアリング装置（図示せず）と余剰流回路である荷役回路（図示せず）とに分流して供給することができるように配設される。また、このフローディバイダ１は、図１に示すように、ハウジング１１や、このハウジング１１内に組み込まれるフローディバイダバルブ１２等を備えて構成されている。なお、図１は、フローディバイダ１が接続されているパワーステアリング装置や荷役回路が作動していない状態（作業者によって操作されていない状態）である中立状態でのフローディバイダ１の断面図を示したものである。
ハウジング１１には、図１に示すように、ポンプポート１４、優先流ポート１５、及び余剰流ポーとト１６等の複数のポートが開口するように形成されている。ポンプポート１４は、フォークリフトに搭載されて圧油を供給する油圧ポンプの下流側に接続される。また、優先流ポート１５及び余剰流ポート１６は、同様にフォークリフトに搭載されるパワーステアリング装置及び荷役回路（フォークリフトの荷役用の各種油圧アクチュエータの作動を制御する回路）にそれぞれ接続される。また、図１において二点鎖線で示す余剰流ポート１６は、図１に示される断面に対して紙面手前側で開口するように設けられている。なお、以下の説明においては、フローディバイダ１において、ポンプポート１４側を上流側とし、優先流ポート１５及び余剰流ポート１６側を下流側として説明する。
ハウジング１１には、油圧ポンプから供給される圧油が通過する経路である供給流路１７、優先流路１８、及び余剰流路１９等の各種流路が形成されている。供給流路１７は、その上流側がポンプポート１４に連通するとともに、その下流側がフローディバイダバルブ１２に連通するように形成されている。優先流路１８は、上流側がフローディバイダバルブ１２に連通するとともに、下流側が優先流ポート１５に連通するように形成されている。なお、優先流ポート１５は、図１に示される断面に対して紙面奥側で優先流路１８と連通している。また、余剰流路１９は、上流側がフローディバイダバルブ１２に連通するとともに、下流側が余剰流ポート１６に連通するように形成されている。
フローディバイダバルブ１２は、スプール２１、スプール孔２２、絞り２３、絞り２６などを備えて構成されており、供給流路１７からの圧油を優先流路１８と余剰流路１９とに分流して供給するように配設されている。なお、図中に示す矢印は、ポンプポート１４から供給される圧油の流動方向を図示したものである（図３についても同様）。
フローディバイダバルブ１２のスプール孔２２には、供給流路１７と優先流路１８と余剰流路１９とがそれぞれ連通しており、このスプール孔２２内にスプール２１が移動自在に配置されている。そして、スプール２１がスプール孔２２内でスプール軸方向に移動することで供給流路１７からの圧油を優先流路１８と余剰流路１９とに分流することができるようになっている。また、スプール孔２２には、供給流路１７が、余剰流路１９に対して第１供給路１７ａと第２供給路１７ｂとの２系統に分岐してそれぞれ圧油を供給することができるように連通している。なお、余剰流路１９の上流側は、第１供給路１７ａと第２供給路１７ｂとの略中間の位置にてスプール孔２２に連通している。また、優先流路１８の上流側は、スプール孔２２における最も下流側の端部と連通しており、第２供給路１７ｂと優先流路１８とが、スプール２１の内部を途中介して連通している。
フローディバイダバルブ１２の絞り２３及び絞り２６は、いずれもスプール２１とスプール孔２２とにより形成されている。そして、絞り２３は供給流路１７から余剰流路１９への流入量を規制する絞りを構成し、絞り２６は供給流路１７から優先流路１８への流入量を規制する絞りを構成している。
また、絞り２３は、スプール２１のスプール孔２２内での移動に伴って余剰流路１９への流入量を変更する可変絞りであって、第１絞り２４と第２絞り２５とで構成されている。第１絞り２４は第１供給路１７ａから余剰流路１９への流入量を規制し、第２絞り２５は第２供給路１７ｂから余剰流路１９への流入量を規制するように配設されている。そして、スプール２１の移動に伴って第１絞り２４と第２絞り２５とが同時に流入量を規制するようになっている。
また、図２の拡大した部分断面図（図２の上側の図）に示すように、第２絞り２５は、スプール２１の断面積の変化した部分に応じて２段階に流入量を絞ることができるように形成されている。即ち、第２絞り２５は、第２供給路１７ｂ側よりも余剰流路１９側が縮径するように周方向にわたって段状に形成されたスプール２１によって２段階に流入量を絞ることができるようになっている。なお、具体的には、第２絞り２５は、第２供給路１７ｂ側に配置される第１段部２７と、余剰流路１９側に配置されるとともに第１段部２７よりも縮径するよう形成された第２段部２８とを備えた、２段の段付き形状に形成されている。
また、図３は、スプール２１が図１に示す位置から移動している状態を示す部分断面図である。図１乃至図３に示すように、第２段部２８が第２供給路１７ｂのスプール孔２２に対する開口部分２９に対向する位置から外れた状態であるとともに第１段部２７が開口部分２９に対向する位置にある状態において、スプール２１が移動可能となっている。このような配置で第１段部２７と第２段部２８とがスプール２１に形成されていることで、余剰流路１９への流入量を２段階に絞ることができるようになっている。
次に、フローディバイダ１の作動について簡単に説明する。フローディバイダ１は、前述のように、ポンプからの圧油をパワーステアリング装置に所定流量供給するとともに荷役回路にも分流するものであり、この分流動作はフローディバイダバルブ１２の作動に基づいて行われる。フローディバイダバルブ１２は、一方の端部にバネ室３０とバネ３１とが配設され、他方の端部にパイロット室３２が配設されており、バネ室３０内の圧油の圧力（以下、油圧という）とパイロット室３２内の油圧との差圧による付勢力がバネ３１による付勢力と釣り合う位置で、スプール２１の移動が平衡状態に保たれるようになっている。そして、バネ室３０やパイロット室３２の油圧が変動して瞬間的に平衡状態が崩れると、再び平衡状態を保つようにスプール２１が移動して、絞り２３・２６の開度を変更することで、優先流路１８に所定流量を供給するとともに余剰流路１９への流量を変更することになる。ちなみに、パワーステアリング装置側の負荷状態が変化すると優先流路１８を介してバネ室３０の油圧が変動し、また、荷役回路側の負荷状態が変化すると余剰流路１９や絞り２３・２６及びスプール２１内の油路等を介してパイロット室３２の油圧が変動するようになっている。なお、優先流路１８への所定流量の供給は、スプール２１に形成されているオリフィス等によって調整されている。
次に、絞り２３の作動について説明する。図２において、部分断面図の下側に、スプール２１に作用する流体力の分布図を上側の部分断面図に対応させて示している。なお、流体力部分布図は、図中Ｘ方向の長さを流体力の大きさに対応させ、図中Ｙ方向の長さをスプール２１における受圧部の面積に対応させて模式的に示したものである。そして、流体力分布図における各流体力分布（ａ）乃至（ｅ）が、スプール２１における受圧部２１ａ乃至２１ｅにそれぞれ対応している。なお、各受圧部２１ａ〜２１ｅには、周方向にわたってスプール軸方向の流体力が作用していることになる。
図２に示すように、第１絞り２４の上流側の受圧部２１ａには、縮流が生じていない状態の流体力分布（ａ）が図中矢印Ａ方向に作用している。一方、スプール２１が移動して第１絞り２４にて流入量が絞られている場合（第１絞り２４における圧力降下が大きい場合）は、第１絞り２４を形成しているスプール２１における受圧部２１ｂには、縮流が生じることになる。このように縮流が生じると、受圧部２１ｂには、流体力分布（ａ）よりも流体力が小さい流体力分布（ｂ）が図中矢印Ｂ方向に作用することになる。ここで、受圧部２１ａ及び２１ｂにそれぞれ作用する流体力の大きさをそれぞれａ及びｂとすると、下式（１）の関係が成立している。このため、下式（１）の関係に基づいて、スプール２１には受圧部２１ａ及び２１ｂによって図中矢印Ａ方向に付勢する流体力が作用することになる。
［数１］
ａ＞ｂ （１）
また、スプール２１が移動して第１絞り２４にて流入量が絞られている場合は、第２絞り２５でも同様に流入量が絞られる状態となるように第２絞り２５は配置されている。このため、第２絞り２５の下流側（及び第１絞り２４の下流側）に位置する受圧部２１ｃには、流入量が絞られた状態における流体力分布（ｃ）が図中矢印Ａ方向に作用する。そして、このとき、第２絞り２５の第２段部２８では、縮流が生じているため、流体力分布（ｃ）よりも小さい流体力分布（ｄ）が図中矢印Ｂ方向に作用している。一方、第２絞り２５の第１段部２７では、流入量を規制しているものの、十分にまだ開度が広い状態では、ほとんど縮流が生じていない状態になっている。このため、縮流の影響が生じていない状態の流体力分布（ｅ）が図中矢印Ｂ方向に作用することになる。ここで、受圧部２１ｃ・２１ｄ・２１ｅにそれぞれ作用する流体力の大きさをそれぞれｃ・ｄ・ｅとすると、下式（２）の関係が成立している。このため、下式（２）の関係に基づいて、スプール２１には受圧部２１ｃ乃至２１ｅによって図中矢印Ｂ方向に付勢する流体力が作用することになる。
［数２］
ｃ＜ｄ＋ｅ （２）
このように、スプール２１には、受圧部２１ａ及び２１ｂでは図中矢印Ａ方向に流体力が作用し、受圧部２１ｃ乃至２１ｅでは図中矢印Ｂ方向に流体力が作用することになる。このため、受圧部２１ａ及び２１ｂによってスプール２１に作用する流体力と、受圧部２１ｃ乃至２１ｅによってスプール２１に作用する流体力とが、互いに相殺し合う方向に作用していることになる。即ち、供給流路１７から余剰流路１９へ供給する圧油によってスプール２１に作用する流体力を、第１絞り２４を介して流入する圧油と第２絞り２５を介して流入する圧油との間で相殺させるように作用させることができることになる。
以上説明したように、本実施形態に係るフローディバイダ１によると、供給流路１７から余剰流路１９へは第１絞り２４と第２絞り２５とを介して圧油が供給され、第１絞り２４の部分と第２絞り２５の部分とにおいてそれぞれ流体力が作用する。そして、スプール２１が移動してこれらの絞り２３（２４、２５）での圧力降下が大きくなると、第１絞り２４の部分及び第２絞り２５の部分のそれぞれに縮流が生じるため、スプール２１を軸方向に付勢する流体力によるスプール２１の釣り合い状態に変化が生じることになる。しかし、第２絞り２５は、第１絞り２４と異なってスプール２１の断面積の変化した部分に応じて２段階に流入量を絞る構造となっている。このため、スプール２１の径方向に亘って全体的に縮流の影響が作用する第１絞り２４とは異なって、第２絞り２５では、縮流の影響が部分的にしか作用していない状態を作り出すことができる。これにより、第１絞り２４で生じた流体力の変化によってスプール２１を移動させる力を抑制できる逆向きの力を、第２絞り２５における縮流の影響がほぼ作用していない部分で生じさせることができ、スプール２１における流体力の影響を相殺させるようにしてスプール軸方向の移動を抑制することができる。即ち、スプール２１とスプール孔２２とにより形成される絞り２３自体の簡易な構造に基づいて、スプール２１が絞り２３の部分に作用する流体力の変化によって一方に移動してしまうことを抑制することができる。従って、スプール２１とスプール孔２２との間の絞り２３での圧力降下が大きい場合でも流体力によるスプール２１を移動させる力を抑制できるとともに、回路構成が複雑になってしまうことを抑制することができるフローディバイダを得ることができる。
また、フローディバイダ１では、第１段部２７と第２段部２８とを設けて段状に縮径するという簡易な構造によって第２絞り２５が形成されており、これにより、第２段部２８に縮流が生じていても第１段部２７では縮流の影響がほぼ作用していない状態を作り出すことができるようになっている。このため、第２絞り２５において２段階に流入量を絞って流体力の影響を相殺させることを可能とする構成を容易に実現することができる。
また、フローディバイダ１によると、第２絞り２５の第２段部２８に縮流が生じていても第１段部２７では縮流の影響がほぼ作用していない状態を保ったままスプール２１を移動させて絞り２３の状態を変化させることができる。従って、スプール２１とスプール孔２２との間の絞り２３での圧力降下が大きい領域においても、より広範囲なスプール２１の移動可能領域にわたって流体力によるスプール２１を移動させる力を抑制するよう調整することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。また、本発明は、例えば、次のように変更して実施してもよい。
（１）本実施形態においては、第２絞りが２段階に流入量を絞るものである場合について説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよい。例えば、３段階以上に流入量を絞ることができるものであっても本発明を適用することができる。
（２）本実施形態においては、第２絞りが段状に形成されている場合について説明したが、この通りでなくてもよく、段部と傾斜部との組み合わせ等、種々の形状を選択して第２絞りを形成することができる。
（３）スプールにおいて第１絞りを形成している部分の形状については、本実施形態の通りでなくてもよい。例えば、部分的に形成されたノッチ（周方向の全周にわたって段状になっているものではなく、一部切り欠き状態に形成されたノッチ）が、スプールにおける第１絞りを形成している部分に設けられているものであってもよい。
本発明の一実施形態に係るフローディバイダの断面図を例示したものである。 図１に示すフローディバイダについて、一部を拡大して示す断面図と作動を説明する図とを示したものである。 図１に示すフローディバイダの部分断面図である。
符号の説明
１ フローディバイダ
１１ ハウジング
１２ フローディバイダバルブ
１４ ポンプポート
１５ 優先流ポート
１６ 余剰流ポート
１７ 供給流路
１７ａ 第１供給路
１７ｂ 第２供給路
１８ 優先流路
１９ 余剰流路
２１ スプール
２２ スプール孔
２３ 絞り
２４ 第１絞り
２５ 第２絞り
２７ 第１段部
２８ 第２段部

Claims (4)

  1. ポンプから供給される流体を優先流回路に所定流量供給するとともに余剰流回路にも分流して供給するフローディバイダであって、
    ポンプの下流側に接続されるポンプポートと、前記優先流回路に接続される優先流ポートと、前記余剰流回路に接続される余剰流ポートと、が形成されたハウジングと、
    前記ハウジングにおいて、前記ポンプポートに連通する供給流路と前記優先流ポートに連通する優先流路と前記余剰流ポートに連通する余剰流路とにそれぞれ連通するスプール孔と、
    前記スプール孔内に移動自在に配置され、スプール軸方向に移動することで前記供給流路からの流体を前記優先流路と前記余剰流路とに分流するスプールと、
    前記スプールと前記スプール孔とにより形成されて前記供給流路から前記余剰流路への流入量を規制する絞りと、
    を備え、
    前記供給流路は、前記余剰流路に対して第１供給路と第２供給路との２系統に分岐してそれぞれ流体を供給可能なように前記スプール孔に連通し、
    前記絞りは、前記スプールの移動に伴って流入量を変更する可変絞りであって、前記第１供給路から前記余剰流路への流入量を規制する第１絞りと前記第２供給路から前記余剰流路への流入量を規制する第２絞りとを有し、
    前記第２絞りは、前記第２絞りにおける縮流の影響が希薄な部分において、前記第１絞りで生じた前記スプールを移動させる力とは逆向きの力が生じるように、前記スプールの断面積の変化した部分に応じて少なくとも２段階に流入量を絞ることを特徴とするフローディバイダ。
  2. 前記第２絞りは、前記スプールが前記第２供給路側よりも前記余剰流路側が縮径することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフローディバイダ。
  3. 前記第２絞りは、段状に形成された前記スプールによって少なくとも２段階に流入量を絞ることを特徴とする請求項２に記載のフローディバイダ。
  4. 前記第２絞りは、前記第２供給路側に配置される第１段部と、前記余剰流路側に配置されるとともに前記第１段部よりも縮径するよう形成されている第２段部と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のフローディバイダ。
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