JP5402645B2

JP5402645B2 - 流量制御装置

Info

Publication number: JP5402645B2
Application number: JP2009552434A
Authority: JP
Inventors: 淳也黒武者
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JPWO2009098956A1; WO2009098956A1

Description

本発明は、各種産業機械や車両等の液圧装置に用いられる流量制御装置に関する。

流体圧力が変動してもその流量を一定に保つことのできる圧力補償型流量制御弁として、下記特許文献に開示されているようなものが既知である。この流量制御弁ＢＢは、図５に示すように、筐体ａ５の高圧室ａ５１と連通する流入口ａ１１及び筐体ａ５の低圧室ａ５２と連通する流出口ａ１０を側壁に形成したボディａ１と、前記ボディａ１内に摺動可能に嵌装してなるスプールａ３と、これらボディａ１とスプールａ３との間に設けられスプールａ３を軸心方向に弾性付勢する付勢手段たるスプリングａ４とを具備する。

この流量制御弁ＢＢの上流すなわち高圧室ａ５１側の流体圧力が上昇すると、高圧流体の流入に伴ってボディａ１の弁室内圧力が上昇し、スプールａ３がスプリングａ４の弾性付勢力に抗して流入口ａ１１の開度を減少させる方向に変位することにより圧力補償がなされるようにすることにより、下流すなわち低圧室ａ５２側に流出する流体の流量を一定に保つべく構成している。

ところで、この流量制御弁ＢＢに流体が流入する際、スプールａ３には流体力が作用し、高圧室ａ５１と低圧室側ａ５２との圧力差が大きい場合にこの流体力が無視できない大きさとなると、スプールａ３が流入口ａ１１の開度を減少させる方向に過度に移動して流量制御弁ＢＢ内に流入する流体の量が減少してしまう不具合が発生しうる。そこで、下記特許文献に開示した流量制御弁では、この流量制御弁ＢＢと筐体ａ５との間にバイパス通路ａ５０を設け、圧力補償機能を確保している（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１：特開２００４−１８３８１８号公報

しかし、特許文献１記載の構成では、前記バイパス通路ａ５０を、流量制御弁ＢＢと筐体ａ５との間に設けるようにしているので、流量制御弁ＢＢと筐体ａ５との嵌合の態様によってバイパス通路ａ５０の開口幅が規定され、そのばらつきが大きくなりやすくなる不具合が存在する。また、この不具合の発生を抑制するには、従来、流量制御弁ＢＢのボディａ１、及び前記筐体ａ５に設けられ高圧室ａ５１及び低圧室ａ５２を連通する制御弁挿通孔の加工精度を高める必要があり、圧力補償機能を維持すべくバイパス通路ａ５０の幅を調整することがきわめて困難であった。

本発明は、このような課題を解決すべく、すなわち圧力補償機能を維持するための調整を容易に行えるようにすべく構成するものである。

内部に高圧室及び低圧室を有する筐体に設けられた流量制御弁で、高圧室から低圧室に向かう流量を制御する流量制御装置であって、前記高圧室と連通する流入口及び前記低圧室と連通する流出口を側壁に形成したボディ、前記ボディ内に摺動可能に嵌装してなり高圧室側の圧力の上昇に伴い前記流入口の開度を減少させる方向に変位するスプール、及びこれらボディとスプールとの間に設けられ前記スプールを軸心方向かつ前記流入口の開度を増加させる方向に付勢する付勢手段を有し前記筐体に設けた制御弁挿通孔内に配してなる流量制御弁と、前記制御弁挿通孔とは異なる筐体の外縁側の位置に設けられ前記高圧室及び低圧室を連通するとともに筐体外部から開度を変更可能なオリフィスを有するバイパス通路とを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、前記流量制御弁のボディ内と別の箇所、すなわち前記制御弁挿通孔とは異なる筐体の外縁側の位置に、開度を変更可能なオリフィスを有するバイパス通路を設けているため、前記オリフィスの開度を変更することにより、圧力上昇に伴う前記バイパス通路を通過する流量の増加幅と、圧力上昇に伴いスプールが流入口の開度を減少させる方向に移動することによる流量減少幅とをバランスさせる調整を容易に行うことができる。従って、圧力補償機能を維持するための調整を容易に行うようにすることができる。

本発明に係る流量制御装置の構成によれば、前記高圧室及び低圧室を流量制御弁のボディ内と別の箇所で連通するとともに、開度を変更可能なオリフィスを有するバイパス通路を筐体に設けているため、前記オリフィスの開度を変更することにより、圧力上昇に伴う前記バイパス通路を通過する流量の増加幅と、圧力上昇に伴いスプールが流入口の開度を減少させる方向に移動することによる流量減少幅とをバランスさせる調整を容易に行うことができる。従って、圧力補償機能を維持するための調整を容易に行うようにすることができる。

本発明の一実施形態に係る流量制御装置の初期状態時を示す側断面図。同実施形態に係る流量制御装置の制御状態時を示す側断面図。同実施形態に係る流量制御装置及び従来の流量制御装置の流量制御特性の比較図。本発明の他の実施態様に係る流量制御装置を示す概略図。従来の流量制御装置を示す側断面図。

符号の説明

Ｂ…流量制御弁
１…ボディ
３…スプール
４…スプリング（付勢手段）
５…筐体
５３…バイパス通路
５４…オリフィス

発明を実施するための形態

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の流量制御装置を、図１及び図２に示す。この流量制御装置は、内部に高圧室５１及び低圧室５２を有する液圧装置の筐体５に組み込まれるもので、前記高圧室５１と連通する流入口１１及び前記低圧室５２と連通する流出口１０を側壁に形成したボディ１、前記ボディ１内に摺動可能に嵌装してなり高圧室５１側の圧力の上昇に伴い前記流入口１１の開度を減少させる方向に変位するスプール３、これらボディ１とスプール３との間に設けられ前記スプール３を軸心方向かつ前記流入口１１の開度を増加させる方向に付勢する付勢手段たるスプリング４、及び前記ボディ１内部を閉塞するプラグ２を主要な構成要素とし、筐体５の制御弁挿通孔５ｘ内に配してなる流量制御弁Ｂと、前記高圧室５１及び低圧室５２を前記流量制御弁Ｂのボディ１の外部で連通し、開度を変更可能なオリフィス５４を有するバイパス通路５３とを具備する。

まず、流量制御弁Ｂの各部について詳述する。ボディ１は、一端が閉塞し他端が開放した筒体形状をなし、その内にスプール３を軸心方向に沿って摺動進退可能に保持する。ボディ１の周壁には、略同一円周上に間欠的に配した複数の流入口１１と、同様に略同一円周上に間欠的に配した複数の流出口１０と、下流の流体圧力をボディ１内（におけるスプリング４が介在する他端側）に導き入れるための還流路１７、１８とを穿設してある。流入口１１はボディ１の一端寄りに存在し、流出口１０は流入口１１からやや他端方に偏倚した箇所に存在し、還流路１７、１８は流出口１０からさらに他端方に偏倚した箇所に存在している。ボディ１の他端にはプラグ２を螺着してこれを閉塞する。

スプール３は、一端部３１と他端部３２との間に環状凹部３３１を形成して中間部３３を小径化した外形を有する。スプール３の一端部３１及び他端部３２の外周は、ボディ１の内周に略密接する。一端部３１の内部には、一端面側に開口する圧力伝達孔３１１を設けている。圧力伝達孔３１１は、中間部３３の内部通路３３２を介して環状凹部３３１に連通する。他端部３２の内部には、他端面側に開口する筒孔３２１を設けている。スプリング４はこの筒孔３２１内に挿入し、一端を筒孔３２１の底面に、他端をプラグ２の内向面に弾接する。スプリング４により、スプール３は一端方すなわち流入口１１の開度を増加させる方向へ向けて弾性付勢される。

スプール３の一端部３１は流入口１１を開閉し、他端部３２は流出口１０を開閉する。流入口１１から流入した流体は、環状凹部３３１を経由して流出口１０に至り、そこから流出する。

弾性付勢されたスプール３は、図１に示す初期位置ではその一端面をボディ１の内向面に当接させている。スプール３が初期位置にある段階で、流入口１１は全開状態である。

上流の流体圧力が上昇すると、流入口１１から弁室内、即ち環状凹部３３１や圧力伝達孔３１１、さらにはスプール３の一端面とボディ１の内向面との間隙に流入した液圧がスプール３を他端方に向けて押圧し、図２に示しているようにこれをスプリング４による弾性付勢力に抗して変位させる。スプール３が初期位置から変位するのに伴い、流入口１１の開口面積は徐々に小さく絞られる。そして、スプール３は、高圧室５１の圧力と流体圧との和と、低圧室５２の圧力とスプリング４による弾性付勢力との和とが合致する位置で静止する。

しかして本実施形態では、流体の一部は流量制御弁Ｂ内ではなく前記バイパス通路５３を経由して高圧室５１から低圧室５２に流入する。このバイパス通路５３は、本実施形態では前記制御弁挿通孔５ｘと異なる位置に設けている。また、その中途には開度を変更可能なオリフィス５４を有する。このオリフィス５４は、筐体５に穿設した雌ねじ孔５４ｘと、この雌ねじ孔５４ｘ内を螺進退可能であり螺進退に伴いバイパス通路５３の閉塞量すなわちオリフィスとしての開度を変更可能な閉塞手段たる雄ねじ弁５４１とを利用して形成している。さらに、この雄ねじ弁５４１の基端部には、筐体５外部からアクセス可能であり、開度を変更させるべく、前記雄ねじ弁５４１をドライバを用いて螺進退させる操作を受け付ける開度変更操作受付手段たるドライバ受穴５４１ａを設けている。なお、ドライバでなく、六角レンチ等の他の治具を利用して雄ねじ弁５４１を螺進退させる構成を採用してももちろんよい。

本実施形態では、高圧室５１の圧力と低圧室５２の圧力との差圧が大きい場合、上述したように、流体圧はスプール３に対して流入口１１の開口面積を減少させる方向に作用し、従って流量制御弁Ｂを通過する流量は減少する。しかし、その一方で、前段で述べたように、流体の一部は流量制御弁Ｂ内ではなく前記バイパス通路５３を経由して高圧室５１から低圧室５２に流入する。バイパス通路５３を設けない場合とバイパス通路５３を設けた場合とにおいて、高圧室５１の流体圧力に対する高圧室５１から低圧室５２へ流入する流量の変化をそれぞれ示したグラフを図３に示す。この図３において、バイパス通路５３を設けない場合を破線ｂ、バイパス通路５３を設けた場合を実線ａにそれぞれ示す。

このバイパス通路５３を通過する流量は高圧室５１の圧力と低圧室５２の圧力との差圧が大きくなるにつれ増加し、上述した流量制御弁Ｂを通過する流量の減少を補う。そして、オリフィス５４の開度を調整すると、流体圧を受けてスプール３が移動することに伴う流量制御弁Ｂを通過する流量の減少と、上述したバイパス通路５３を通過する流量の増加を相殺させ、高圧室５１の圧力と低圧室５２の圧力との差圧に関わらず高圧室５１から低圧室５２へ流入する流体の量が略一定にするようにできる。

すなわち本実施形態に係る流量制御装置の構成を採用すれば、前記高圧室５１及び低圧室５２を流量制御弁Ｂのボディ１内と別の箇所で連通するとともに中途に開度を変更可能なオリフィス５４を有するバイパス通路５３を設けているため、前記オリフィス５４の開度を変更することにより、圧力上昇に伴う前記バイパス通路５３を通過する流量の増加幅と、圧力上昇に伴いスプール３が流入口１１の開度を減少させる方向に移動することによる流量減少幅とをバランスさせる調整を容易に行うことができる。従って、圧力補償機能を維持するための調整を容易に行うようにすることができる。

さらに本実施形態では、前記オリフィス５４が、バイパス通路５３の一部を閉塞する雄ねじ弁５４１と、筐体５外部からアクセス可能であり、開度を変更させるべく前記雄ねじ弁５４１を螺進退させる操作を受け付けるドライバ受穴５４１ａとを具備するので、ドライバの先端をドライバ受穴５４１ａに挿入し、ドライバを回転させて雄ねじ弁５４１を螺進退させる簡単な操作により圧力補償機能を維持するための調整を行うことができる。

加えて、前記筐体１に高圧室５１及び低圧室５２を連通する制御弁挿通孔５ｘを設け、流量制御弁Ｂをこの制御弁挿通孔５ｘ内に配しているとともに、前記バイパス通路５３をこの制御弁挿通孔５ｘと異なる筺体５の外縁側の位置に設けているので、このようなバイパス通路５３を筐体５の外縁寄りに形成することにより、前記オリフィス５４を形成する雄ねじ弁５４１と係合させる雌ねじ穴を短くでき、このようなバイパス通路５３において開度を変更可能なオリフィス５４を容易に形成することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、バイパス通路は、高圧室と低圧室とを連通するものであれば筐体のどこに設けてもよい。

また、開度を変更可能なオリフィスとしては、図４に示すようなボールバルブ型のものを採用してもよい。すなわち、バイパス通路５３と連通可能な流体通路Ａ５４３を有する弁体Ａ５４１と、この流体通路Ａ５４３とバイパス通路５３との連通幅を変更すべくこの弁体Ａ５４１の姿勢を変更させる操作を受け付ける操作部Ａ５４２とを有する可変オリフィスＡ５４を採用してもよい。なお、前記図４に示す流量制御装置Ｂ２では、その他の部位は上述した実施形態に係る流量制御装置Ｂと同様の構成を有するので、対応する箇所には同一の符号を付している。さらに、図示は省略するが、バイパス通路の外壁の一部を構成し、バイパス通路の反対側の外壁に向けて接離する方向に移動可能な可動壁を利用してオリフィスを構成してもよい。

さらに、上述した実施形態における制御弁挿通孔の一部を拡開させてバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通路内に、このバイパス通路の一部を閉塞する閉塞手段を設け、さらに、開度を変更させるべく前記閉塞手段を移動させる操作を受け付ける開度変更操作受付手段を設けるようにしてもよい。このような閉塞手段としては、例えば上述した実施形態における雄ねじ弁と同様の構成を有する弁や、バイパス通路の外壁の一部を構成し、バイパス通路の反対側の外壁に向けて接離する方向に移動可能な可動壁等が考えられる。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

本発明に係る流量制御装置の構成を採用すれば、高圧室及び低圧室を流量制御弁のボディ内と別の箇所で連通するとともに、開度を変更可能なオリフィスを有するバイパス通路を筐体に設けているため、前記オリフィスの開度を変更することにより、圧力上昇に伴う前記バイパス通路を通過する流量の増加幅と、圧力上昇に伴いスプールが流入口の開度を減少させる方向に移動することによる流量減少幅とをバランスさせる調整を容易に行うことができる。従って、圧力補償機能を維持するための調整を容易に行うことができる流量制御装置を実現することができる。

Claims

内部に高圧室及び低圧室を有する筐体に設けられた流量制御弁で、高圧室から低圧室に向かう流量を制御する流量制御装置であって、前記高圧室と連通する流入口及び前記低圧室と連通する流出口を側壁に形成したボディ、前記ボディ内に摺動可能に嵌装してなり高圧室側の圧力の上昇に伴い前記流入口の開度を減少させる方向に変位するスプール、及びこれらボディとスプールとの間に設けられ前記スプールを軸心方向かつ前記流入口の開度を増加させる方向に付勢する付勢手段を有し前記筐体に設けた制御弁挿通孔内に配してなる流量制御弁と、前記制御弁挿通孔とは異なる筐体の外縁側の位置に設けられ前記高圧室及び低圧室を連通するとともに筐体外部から開度を変更可能なオリフィスを有するバイパス通路とを具備することを特徴とする流量制御装置。