JP5488579B2

JP5488579B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JP5488579B2
Application number: JP2011277768A
Authority: JP
Inventors: 健夫後藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2012059299A

Description

本発明は、圧力流体を利用して作業機械などの駆動を行う場合に使用される流量制御弁で、圧力流体として圧油を安定した流量制御で出力する油圧制御弁に関する。

上記の流量制御弁としては、たとえば特開平５−２０４４６５号等を挙げることができる。
この流量制御弁には各種の構造のものが提供されているが、その一例は図３に示すとおりである。
図３に示すこの種の流量制御弁ＣＶの構成は、断面円形の筒状を成した弁箱１であり、内方には油等の流体にて弁体２が機密状態で往復動可能に収納されている。この弁体２は弁箱１より短軸で、一端部には第１スライド部３が形成され、他端には第２スライド部４が形成されている。この第１スライド部３および第２スライド部４のそれぞれの外方には弁箱１の端部との間に第１外方室Ｋ１と第２外方室Ｋ２がそれぞれ形成されている。

弁箱１の中央部位には圧力流体源１０と弁箱１を連結する圧力流体供給路５と、流体を制御しながら外部に出力する圧力流体出力路６がそれぞれ接続されている。
また、圧力流体供給路５には固定の開口を有する第１オリフィスＯＦ１が介設されるとともにこの第１オリフィスＯＦ１より圧力流体源１０側の圧力流体供給路５が前記第１外方室Ｋ１と連結路９を介して接続されるとともに、圧力流体供給路５は連通路５Ｐを介して第２外方室Ｋ２と連通されている。なお、この第２外方室Ｋ２には図示のとおり第２スライド部４と弁箱１の端間には圧縮バネ７が介設されている。

以上の構成において、圧力流体が制御されつつ圧力流体出力路６から出力される原理を説明する。図３に示す流量制御弁ＣＶにおいて、圧力流体の流量Ｑは、第１オリフィスＯＦ１の開口面積Ａ１、流体密度ρ、第１オリフィスＯＦ１の前後の圧力をＰ１、Ｐ２とし、Ｃを流量係数とすると、次の第１式が得られる。

また、第１スライド部３と第２スライド部４の受圧面積をＡ２、前記両スライド部に作用する流体力をＦＦ、圧縮バネ７の付勢力をＦＳとすると、両スライド部に作用する力のつり合いから次の第２式が成立する。

また、上記の第１式と第２式から次の第３式が成立する。

この第３式から、前記付勢力ＦＳと流体力ＦＦの影響を無視できるものとすれば、流量制御弁ＣＶの流量Ｑは、圧力流体出力路６における下流圧Ｐ３に関わらず一定となり、流量制御が可能となる。

特開平５−２０４４６５号

しかしながら、上記した従来の流量制御弁ＣＶは、下流の圧力変動により弁体２が移動する際、第１スライド部３と第２スライド部４に作用する流体力ＦＦが変動し、その変動が弁体２を振動させることにより、下流の流量Ｑを振動させる事象が発生する。特に大流量時の流体力ＦＦの変動は大きく、流量制御弁ＣＶの安定性が低下する。したがって、流量制御弁ＣＶの弁体２は、圧力Ｐ１、Ｐ２と流体力ＦＦのバランスにより作動し、流量Ｑを制御しているが、流体力ＦＦの変動を受けスライドが過剰に反応し、制御流量が振動する事象を発生させる。

本発明は上記の点に鑑み、下流の圧力変動による流量変動を抑え、安定した流量制御を可能とする流量制御弁を提供する。

本発明が提供する流量制御弁は、上記課題を解決するために、弁軸の一端に形成された第１スライド部と他端に形成された第２スライド部を有する弁体と、この弁体を弁軸方向に摺動可能に収納する弁箱と、圧力流体源からの圧力流体を両スライド部間に供給する圧力流体供給路と、弁体の作動により圧力流体を制御しつつ出力する圧力流体出力路を備えるとともに、圧力流体供給路には第１オリフィスを介設しこの第１オリフィスより圧力流体源側の圧力流体供給路を第１スライド部と弁箱端で形成される第１外方室に連結する連結路を備えた流量制御弁において、前記第１オリフィスより下方側の圧力流体供給路を第２スライド部と弁箱端間で形成される第２外方室に連通させる連通路を設けるとともに、前記連通路に第２オリフィスを介設したものである。このオリフィスの介設によって圧力流体出の流れが規制され、流量制御弁の作動の安定化が図られる。

本発明はこの連通路に特徴を有するものであって、圧力流体供給路５と第２外方室Ｋ２を直接に連通させる連通路である。しかもこの連通路に介設されるオリフィスは、その開口度は固定的なものと変更できるもののいずれとすることもできる。

したがって、この連通路によって、上述にて説明した圧力Ｐ２の変動を鈍らせることになり、弁体２の感度を低下させ、流量制御を安定させることができる。具体的には、この連通路におけるオリフィスによって弁体の動作が規制される。流体力ＦＦが減少する際の弁体２の動きは次のとおりである。
（１）弁体２が左方に動き、下流への絞りの開度が広がる。
（２）つぎに出力流量が増加すると、第１オリフィスの圧力損失が増加し、圧力Ｐ２が下降する。
（３）圧力Ｐ２が下降すると弁体２が右方に動き、圧力流体供給路５の下流への絞りの開度を狭める。

以上の一連の反応が敏感であると、微小な流体力の変動を起点にスライドが振動し、制御流量の振動を発生させることになるが、各連通路における第２、第３のオリフィスの存在によって、弁体２の動きが緩慢となり、振動現象は生起しない。

本発明によれば、流量制御弁において、流体力の変動や負荷変動による弁下流圧力の変動に対し、安定した流量制御機能を実現できる。

本発明による流体制御弁の第１の実施例の構成を示す図である。本発明による流体制御弁の第２の実施例の構成を示す図である。本発明に関わる従来における流体制御弁の構成を示す図である。

本発明が提供する流量制御弁は、上記課題を解決するために、弁軸の一端に形成された第１スライド部と他端に形成された第２スライド部を有する弁体と、この弁体を弁軸方向に摺動可能に収納する弁箱と、圧力流体源からの圧力流体を両スライド部間に供給する圧力流体供給路と、弁体の作動により圧力流体を制御しつつ出力する圧力流体出力路を備えるとともに、圧力流体供給路には第１オリフィスを介設しこの第１オリフィスより圧力流体源側の圧力流体供給路を第１スライド部と弁箱端で形成される第１外方室に連結する連結路を備えた流量制御弁において、前記第１オリフィスより下方側の圧力流体供給路を第２スライド部と弁箱端間で形成される第２外方室に連通させる連通路を設けるとともに、前記連通路に開口を有する第２オリフィスを介設したものである。

特に第２外方室Ｋ２に連通させる連通路を図２に示すとおり、弁体に介設させるのが最良の形態である。すなわち、流量制御弁ＣＶ内において連通されるので図２のように外形が突出せず小型になっている。以下、実施例についてこの構成と作動を説明する。

第１の実施例について以下図１に従って説明する。
流量制御弁ＣＶの構成における主要な構成要素は、圧力流体源１０からの流体を導入する圧力流体供給路５と、圧力流体量を制御しつつ出力する圧力流体出力路６を有し、この両者間に弁体２が左右往復動可能に介在されている。具体的には、弁体２は前記両者間に設置された円筒形の弁箱１内に摺動可能に配設され、この弁体２の摺動動作にて、圧力流体供給路５の流路断面が制御され、制御された圧力流体が出力される。この弁体２には両端に摺動を可能にするための第１スライド部３と第２スライド部４が設けられている。

基本的な構成要素である弁箱１は、弁体２と第１スライド部３および第２スライド部４が円筒状態であり、断面円形の筒状に形成されている。この弁箱１の内方には油等の流体にて弁体２が機密状態で往復動可能に収納されている。また、この弁体２は弁箱１より短軸で、第１スライド部３の左方と第２スライド部４の右方には、それぞれ第１外方室Ｋ１と第２外方室Ｋ２が形成されている。なお、圧力流体供給路５の第１オリフィスＯＦ１より圧力流体源１０側と第１外方室Ｋ１は連結路９を介して連結されている。

以上の構成において、図１に示される実施例は、連通路を圧力流体供給路５と第２外方室Ｋ２を連通させる連通路５Ｐが設けられている。そしてこの連通路５Ｐに第２オリフィスＯＦ２を介設した実施例である。この実施例では連通路５Ｐが流量制御弁ＣＶの弁箱１から突出しているが、第２オリフィスＯＦ２の介設を容易にする。すなわち、連通路５Ｐに例えばこの連通路５Ｐより内径の小さい小径孔の第２オリフィスＯＦ２を密着挿設することで簡略に設置できる。以上の構成によって、上述したとおりこの第２オリフィスＯＦ２の介設により、圧力流体供給路５と第２外方室Ｋ２間における圧力流体の流れが規制され、流量制御弁ＣＶの作動が安定する。

次に本発明の第２の実施例についてその構成と作動を図２に従って説明する。
流量制御弁ＣＶの構成における主要な構成要素は、圧力流体源１０からの流体を導入する圧力流体供給路５と、圧力流体量を制御しつつ出力する圧力流体出力路６を有し、この両者間に弁体２が左右往復動可能に介在されている。具体的には、弁体２は前記両者間に設置された円筒形の弁箱１内に摺動可能に配設され、この弁体２の摺動動作にて、圧力流体流供給路５の流路断面が制御され、制御された圧力流体が出力される。この弁体２には両端に摺動を可能にするための第１スライド部３と第２スライド部４が設けられている。

基本的な構成要素である弁箱１は弁体２と第１スライド部３および第２スライド部４が円筒状態であり、断面円形の筒状に形成されている。この弁箱１の内方には油等の流体にて弁体２が機密状態で往復動可能に収納されている。また、この弁体２は弁箱１より短軸で、第１スライド部３と第２スライド部４の外方にはそれぞれ第１外方室Ｋ１と第２外方室Ｋ２が形成されている。なお、圧力流体供給路５の第１オリフィスＯＦ１より圧力流体源１０側と第１外方室Ｋ１は連結路９を介して連結されている。第２スライド部４と第２外方室Ｋ２の端部には圧縮バネ７が介設されている。

本発明による第２の実施例は、圧力流体供給路５と第２外方室Ｋ２との連通路を弁体２の第２スライド部４に形成し、この連通路２Ｐに第３オリフィスＯＦ３を介設した例である。図２に示されるとおり、第３オリフィスＯＦ３は、弁体２の軸芯部に設置されている。
より具体的には、連通路２Ｐは第２スライド部４の右端から軸芯方向に穿孔され、圧力流体供給路５の位置で上方向に曲折されて圧力流体供給路５と第２外方室Ｋ２との連通が可能である。

図示のとおり第２実施例では連通路２Ｐが弁体２に設置されているので、第３オリフィスＯＦ３の介設が弁体２自体に設けられ、第１実施例と比較して流量制御弁ＣＶの外方に突出せず小型になっている。以上の構成によって、上述したとおりこの第３オリフィスＯＦ３の介設により、第２外方室Ｋ２間における圧力流体の流れが規制され、流量制御弁ＣＶの作動が安定する。

本発明の構造並びに特徴は上記のとおりであるが、上記並びに図示例に限定されることなく、上記以外にも種々の変形例を挙げることができる。例えば、図１の例では、連通路５Ｐは弁箱１から距離を置いた突出形で形成されているが、この連通路５Ｐを弁箱１の外周面に一体的または接触させて付設させ、突出をより小さくすることもできる。

本発明によれば、流体としては油を使用する油圧流量制御弁として利用され、たとえば航空機の翼を駆動させる駆動源として利用でき、また他の分野としては土木建築等における作業用機械、荷物の搬送昇駆等の動力動源としても利用される。

１弁箱
２弁体
３第１スライド部
４第２スライド部
５圧力流体供給路
６圧力流体出力路
７圧縮バネ
ＯＦ１第１オリフィス
ＯＦ２第２オリフィス
ＯＦ３第３オリフィス
９連結路
１０圧力流体源
Ｐ１圧力
Ｐ２圧力
Ｐ３下圧流
ＦＦ流体力
ＦＳ付勢力
ＣＶ流量制御弁
Ｋ１第１外方室
Ｋ２第２外方室
２Ｐ連通路
５Ｐ連通路
Ａ１開口面積
Ａ２受圧面積
ρ 流体密度
Ｃ流量係数
Ｑ流量

Claims

弁軸の一端に形成された第１スライド部と他端に形成された第２スライド部を有する弁体と、この弁体を弁軸方向に摺動可能に収納する弁箱と、圧力流体源からの圧力流体を両スライド部間に供給する圧力流体供給路と、弁体の作動により圧力流体を制御しつつ出力する圧力流体出力路を備えるとともに、前記圧力流体供給路には第１オリフィスを介設し、この第１オリフィスより圧力流体源側の圧力流体供給路を前記第１スライド部と前記弁箱端で形成される第１外方室に連結する連結路を備えた流量制御弁において、前記第１オリフィスと、前記弁体とは、直列に接続されており、前記第１オリフィスより下流側の圧力流体供給路に、前記第２スライド部と前記弁箱端間で形成される第２外方室に連通させる連通路を設けるとともにこの連通路に第２オリフィスを介設したことを特徴とする流量制御弁。
前記連通路が弁体の前記第２スライド部に設けられた連通路であることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
前記連通路が弁体の第２外方室と圧力流体供給路とを前記弁箱の外部にて設けた連通路であることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
前記第２オリフィスの開口度が変更できる構造であることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
前記第２オリフィスの開口度が固定であることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。