JP5635707B1 - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

製造コストの増大や製造作業の煩雑化を招来することなく所望量の油を通過させるため、スプール２０の小径部２１から大径部２３の切欠３０を経てスプール孔１１の２つのポート１２，１３の間に油を通過させる開位置と、大径部２３によって２つのポート１２，１３の間の油の通過を断つ閉位置とに切り換わるバルブ装置１において、大径部２３の切欠３０が、スプール２０の中心部側に位置する部位に内底面３１ａを有し、かつ小径部２１の外周空間２１ａ及び大径部２３の外周面に開口し、外周面の開口部の開口幅Ｗ１が内底面３１ａの寸法Ｗ０よりも大きくなるように形成した。

Description

本発明は、バルブ装置に関するもので、特に、バルブ本体に対してスプールを移動することにより、スプールの小径部から大径部の切欠を経てバルブ本体の２つのポートの間に油を通過させる開位置と、大径部によって２つのポートの間の油の通過を断つ閉位置とに切り換わるバルブ装置の改良に関するものである。

バルブ装置には、バルブ本体に設けたスプール孔に対してスプールを移動することにより、スプールの小径部から大径部の切欠を経てスプール孔の２つのポートの間に油を通過させる開位置と、大径部によって２つのポートの間の油の通過を断つ閉位置とに切り換わるように構成したものがある。この種のバルブ装置では、スプールが開位置に配置された状態でスプール孔に設けた２つのポートの間に油が通過すると、スプールに対して閉位置に戻すように力（フローフォース）が作用し、油の流量が意図するほど増えないという問題が生じる。

このため従来では、スプールの切欠を経てスプール孔のポートに流れる油が偏向されるように構成したバルブ装置が提供されている。このバルブ装置によれば、油の流れがスプールの中心軸線に対して偏向されるため、スプールを閉位置に戻すように作用するフローフォースを低減することができるようになる（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−６１５２１号公報

しかしながら、上述のバルブ装置では、ポートに対してスプールの切欠が常に予め設定した向きに開口しなければならないため、バルブ本体に対してスプールの回転を防止するための機構が必須となる。具体的には、バルブ本体にスプールを配設した後、バルブ本体とスプールとの間に部品を介在させてバルブ本体に対するスプールの回転を防止させるようにしている。こうしたバルブ装置にあっては、部品点数の増加に伴って製造コストの増大が招来されることになる。また、バルブ本体にスプールを配設する際には、スプール孔に対するスプールの回転位置を規定した状態で行わなければならず、製造作業が煩雑化する要因となる。

本発明は、上記実情に鑑みて、製造コストの増大や製造作業の煩雑化を招来することなく所望量の油を通過させることのできるバルブ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るバルブ装置は、軸方向に沿って小径部及び大径部を並設したスプールをバルブ本体に形成したスプール孔に配設し、前記バルブ本体に対して前記スプールを軸方向に沿って移動することにより、前記小径部の外周空間から前記大径部に設けた切欠を経て、前記スプール孔の２つのポートの間に油を通過させる開位置と、前記大径部によって前記２つのポートの間の油の通過を断つ閉位置とに切り換わるバルブ装置において、前記大径部の切欠は、前記スプールの径方向に沿った矩形の開口部を介して前記小径部の外周空間に開口し、前記スプールの中心部側に位置する部位に内底面が前記スプールの中心軸線に沿って平行、かつ前記スプールの径方向に対して直交するように設けた主切欠部と、前記主切欠部よりも大きな寸法を持って前記大径部の外周面に開口する拡幅切欠部とを有し、前記主切欠部は、前記小径部の外周空間に対向する内端面に前記スプールの径方向に沿って延在し、前記大径部の外周面に開口する調整用溝を有したものであり、さらに、前記切欠の内底面の導入孔から前記スプールの内部の中心孔を通過して前記大径部の外周面に導出孔として開口し、前記スプールが前記開位置に配置された場合に前記切欠の油を前記大径部の外周面から吐出させる迂回通路を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、外周面の開口部の開口幅が内底面の寸法よりも大きくなるように大径部の切欠を形成しているため、開位置に配置された場合の油の通過する開口面積が増えることになり、流速が遅くなってフローフォースが小さくなる。しかも、加工段階で内底面に対して外周面の開口部が大きな寸法を有するように切欠を形成すれば良いため、別途部品を要することがなく、製造コストや製造作業に影響を及ぼす恐れがない。

図１−１は、本発明の実施の形態１であるバルブ装置が閉位置にある状態を示す要部断面平面図である。 図１−２は、図１−１に示したバルブ装置が閉位置にある状態を示す要部断面側面図である。 図２−１は、図１−１に示したバルブ装置が開位置にある状態を示す要部断面平面図である。 図２−２は、図１−１に示したバルブ装置が開位置にある状態を示す要部断面側面図である。 図３は、図１−１に示したバルブ装置を複数並設して構成したバルブユニットの一部を破断して示す平面図である。 図４は、図１−１に示したバルブ装置に適用するスプールの斜視図である。 図５は、図４に示したスプールの平面図である。 図６は、図５におけるＡ−Ａ線断面図である。 図７は、図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図８は、図５におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図９−１は、図１−１に示したバルブ装置が開位置にあるときの油の流れを模式的に示す要部横断面図である。 図９−２は、図１−１に示したバルブ装置が開位置にあるときの油の流れを模式的に示す要部断面側面図である。 図１０−１は、本発明の実施の形態２であるバルブ装置に適用するスプールの平面図である。 図１０−２は、図１０−１におけるＤ−Ｄ線断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るバルブ装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１−１〜図２−２は、本発明の実施の形態１であるバルブ装置を示したものである。ここで例示するバルブ装置１は、油圧ポンプＰと油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）Ｃとの間の油通路Ｌに配設され、油圧シリンダＣに対する油の流量制御を行うためのものである。特に、本実施の形態１では、図３に示すように、同様の構成を有したものを複数並設することによってバルブユニットＹを構成するバルブ装置１を例示している。図には明示していないが、このバルブユニットＹは、個々のバルブ装置１の駆動により、複数の油圧シリンダに対する油の流量制御を個別に行うことが可能であり、例えば、複数の油圧シリンダの協働によって所望の作業を行う建設機械を適用対象とするものである。

（バルブ装置１の構成）
この実施の形態１のバルブ装置１は、直方体状を成すバルブ本体１０と、バルブ本体１０に形成したスプール孔１１にスプール２０を備えている。

バルブ本体１０のスプール孔１１は、横断面が円形状の開口である。このスプール孔１１には、図１−１〜図２−２に示すように、軸方向の中間部となる位置及び図１−１及び図１−２において右側の端部となる位置にそれぞれポート１２，１３が設けてある。これら２つのポート１２，１３は、スプール孔１１と同一軸線上に位置し、かつスプール孔１１よりも外径が大きくなるように形成した空所である。スプール孔１１の中間となる位置に設けたポート１２は、油圧ポンプＰの吐出口との間を接続する供給側油通路Ｌｉに接続したものである。図には明示していないが、バルブ本体１０のポート１２は、隣接するバルブ装置１において互いに連通するように設けてある。スプール孔１１の端部に設けたポート１３は、油圧シリンダＣの圧力室との間を接続する吐出側油通路Ｌｏに接続したものである。

尚、以下においては便宜上、スプール孔１１の中間部に設けたポートを「ポンプポート１２」と称し、スプール孔１１の端部に設けたポートを「アクチュエータポート１３」と称して両者を区別することとする。また、図中の符号１４は、スプール孔１１の開口端部を閉鎖するプラグである。

スプール２０は、バルブ本体１０のスプール孔１１に摺動可能に挿入することのできる外径に形成した円柱状部材である。図４〜図６に示すように、スプール２０において軸方向の中間部となる位置には、小径部２１が設けてある。小径部２１は、両側に位置する大径部２２，２３に比較して外径が小さくなるように構成した部分であり、２つの大径部２２，２３の間の外周に環状の空間（外周空間２１ａ）を構成している。このスプール２０は、図１−１〜図２−２に示すように、両端部の大径部２２，２３をバルブ本体１０のスプール孔１１に挿入することにより、大径部２２，２３を案内としてバルブ本体１０に対し自身の軸方向に沿って移動することが可能である。本実施の形態１では、スプール２０の端面２３ａにロッドｒが連結してあり、このロッドｒによってバルブ本体１０に対してスプール２０が軸方向に移動するバルブ装置１を例示している。

図１−１〜図２−２に示すように、スプール２０の右側に位置する大径部２３には、小径部２１の外周空間２１ａ及び大径部２３の外周面に開口するように、大径部２３の端面２３ａから所定の距離を確保した位置に４つの切欠３０が設けてある。それぞれの切欠３０は、図４及び図７に示すように、スプール２０の中心軸線を中心として互いに等間隔となるように設けたもので、主切欠部３１及び拡幅切欠部３２を有している。

主切欠部３１は、図４〜図７に示すように、スプール２０の軸方向及び径方向に沿って形成した直方体状の空所であり、スプール２０の径方向に沿った長方形の開口部を介して小径部２１の外周空間２１ａに開口するように設けてある。主切欠部３１においてスプール２０の中心部側に位置する内底面３１ａは、スプール２０の中心軸線に沿って平行、かつスプール２０の径方向に対して直交するように設けた平坦面である。主切欠部３１において小径部２１の外周空間２１ａに対向する内端面３１ｂは、スプール２０の中心軸線に対して直交するように設けてある。この主切欠部３１は、開口部の開口幅Ｗ０、つまりスプール２０の中心軸線に直交する方向に沿った寸法Ｗ０が全域で同じとなるように形成してある。

拡幅切欠部３２は、図４〜図７に示すように、主切欠部３１の開口縁部に、大径部２３の外周面及び小径部２１の外周空間２１ａに開口するように設けたもので、主切欠部３１の開口縁部に平坦面３２ａを構成している。この拡幅切欠部３２は、開口部の開口幅Ｗ１が主切欠部３１よりも大きく、かつスプール２０の中心軸線に沿った寸法Ｄが主切欠部３１と同じになるように形成してある。すなわち、切欠３０の拡幅切欠部３２は、主切欠部３１の開口縁部において開口部の開口幅Ｗ１が主切欠部３１の内底面３１ａよりも増大するように大径部２３の外周面に設けたものである。隣接する拡幅切欠部３２の相互間には、大径部２３の外周面が位置するように所定の間隔が確保してある。

尚、図中の符号３３は、それぞれの切欠３０の内端面３１ｂに設けた調整用溝である。調整用溝３３は、スプール２０の径方向に沿って設けた半円柱状の溝である。

また、バルブ装置１のスプール２０には、図４〜図８に示すように、切欠３０の内底面３１ａと大径部２３の外周面との間に迂回通路４０が設けてある。迂回通路４０は、スプール２０の中心軸線部分に形成した唯一の中心孔４１と、切欠３０の各内底面３１ａから中心孔４１に向けて形成した４つの導入孔４２と、大径部２３の外周面から中心孔４１に向けて形成した４つの導出孔４３とによって構成したものである。導出孔４３は、スプール２０の軸方向に沿って大径部２３の端面２３ａからの距離が調整用溝３３とほぼ同じとなり、かつ大径部２３の周方向においては２つの調整用溝３３から等距離となる位置に設けてある。尚、図中の符号４４は、スプール２０に形成した中心孔４１の開口端部を閉鎖するプラグである。

（バルブ装置１の動作）
以下、図１−１〜図２−２を適宜参照しながらバルブ装置１の動作について説明する。このバルブ装置１では、図１−１及び図１−２に示すように、ロッドｒを介してスプール２０がバルブ本体１０のスプール孔１１に対して最も左側に移動すると、大径部２３の端面２３ａ側に確保した外周面がスプール孔１１に位置することになり、大径部２３に形成した切欠３０がポンプポート１２にのみ開口するとともに、迂回通路４０の導出孔４３がスプール孔１１によって閉鎖される。従って、ポンプポート１２とアクチュエータポート１３との間がスプール２０によって遮断された状態となり、例えば油圧シリンダＣも停止した状態となる（閉位置）。

この状態からロッドｒを介してスプール２０がバルブ本体１０のスプール孔１１に対して右側に漸次移動すると、図２−１及び図２−２に示すように、調整用溝３３及び迂回通路４０の導出孔４３がアクチュエータポート１３に開口し、その後、拡幅切欠部３２を介して大径部２３の切欠３０がアクチュエータポート１３に開口する。従って、ポンプポート１２の油が小径部２１の外周空間２１ａ及び大径部２３の切欠３０を経てアクチュエータポート１３に流れるとともに、迂回通路４０を通じて切欠３０の油がアクチュエータポート１３に流れることになる。これにより、アクチュエータポート１３の油が吐出側油通路Ｌｏを介して油圧シリンダＣの圧力室に供給され、例えば油圧シリンダＣのピストンロッドが伸長動作するようになる（開位置）。

ここで、本実施の形態１のバルブ装置１では、主切欠部３１の開口縁部に拡幅切欠部３２を設けることにより、外周面の開口部の開口幅Ｗ１が主切欠部３１の開口部の開口幅Ｗ０より大きくなるように大径部２３に４つの切欠３０を形成している。従って、ポンプポート１２から小径部２１の外周空間２１ａを経て主切欠部３１に到達した油は、図９−１に模式的に示すように、開口面積が拡大した拡幅切欠部３２において流速が低下するとともに、４箇所の切欠３０から大径部２３の外周域に満遍なく流れるようになる。

さらに、迂回通路４０を介して切欠３０の油の一部がアクチュエータポート１３に流れるように構成しているため、切欠３０を通過する油の流量を減らすことができるとともに、アクチュエータポート１３に対する油の吹出角度がスプール２０の中心軸線に対してほぼ直角となる。

これらの結果、下式で表されるフローフォースが低減され、ポンプポート１２からアクチュエータポート１３に油を通過させる際にスプール２０が閉位置に戻る現象が抑制されるため、ポンプポート１２からアクチュエータポート１３に対して所望となる流量の油を通過させることが可能になる。
フローフォース：Ｆ＝Ｃ×Ｑ×ｖ×ｃｏｓθ
（Ｃ：定数、Ｑ：流量、ｖ：流速、θ：吹出角度）

しかも、上述した効果は、加工段階で開口部の開口幅Ｗ１が主切欠部３１の内底面３１ａよりも大きくなるように拡幅切欠部３２を形成すれば良いため、別途部品を要することがなく、製造コストが増大したり、製造作業が煩雑化する等の問題を招来する恐れもない。

尚、上述した実施の形態１では、複数並設することによってバルブユニットＹを構成するためのバルブ装置１を例示したが、本発明に係るバルブ装置は必ずしも複数並設して用いるものである必要はない。

１ バルブ装置
１０ バルブ本体
１１ スプール孔
１２ ポンプポート
１３ アクチュエータポート
２０ スプール
２１ 小径部
２１ａ 外周空間
２２，２３ 大径部
３０ 切欠
３１ 主切欠部
３１ａ 内底面
３２ 拡幅切欠部
４０ 迂回通路
４１ 中心孔
４２ 導入孔
４３ 導出孔

Claims (1)

1. 軸方向に沿って小径部及び大径部を並設したスプールをバルブ本体に形成したスプール孔に配設し、前記バルブ本体に対して前記スプールを軸方向に沿って移動することにより、前記小径部の外周空間から前記大径部に設けた切欠を経て、前記スプール孔の２つのポートの間に油を通過させる開位置と、前記大径部によって前記２つのポートの間の油の通過を断つ閉位置とに切り換わるバルブ装置において、
   前記大径部の切欠は、
   前記スプールの径方向に沿った矩形の開口部を介して前記小径部の外周空間に開口し、前記スプールの中心部側に位置する部位に内底面が前記スプールの中心軸線に沿って平行、かつ前記スプールの径方向に対して直交するように設けた主切欠部と、
   前記主切欠部よりも大きな寸法を持って前記大径部の外周面に開口する拡幅切欠部と
   を有し、
   前記主切欠部は、前記小径部の外周空間に対向する内端面に前記スプールの径方向に沿って延在し、前記大径部の外周面に開口する調整用溝を有したものであり、
   さらに、前記切欠の内底面の導入孔から前記スプールの内部の中心孔を通過して前記大径部の外周面に導出孔として開口し、前記スプールが前記開位置に配置された場合に前記切欠の油を前記大径部の外周面から吐出させる迂回通路を形成したことを特徴とするバルブ装置。

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