JP6809362B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は、スプール弁に関する。

従来のスプール弁としては、例えば特許文献１に記載されているような技術が知られている。特許文献１に記載のスプール弁は、２つのポート及びスプール挿入孔が設けられたバルブボデーと、スプール挿入孔に摺動自在に内挿され、各ポート間の流体の流量を制御するスプールとを備えている。バルブボデーには、一方のポートと連通するランド溝が直径の両端に対称的に刻設されている。スプールの大径端部には、小巾溝と大巾溝とが交互に等間隔で刻設されている。小巾溝がランド溝に開通した状態では、スプールストロークに対して流量変化が小さい。その状態からスプールをバルブボデーに対して９０度回動させることで、大巾溝がランド溝に開通した状態になると、スプールストロークに対して流量変化が大きくなる。

実開昭６３−１６４６７２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、大流量及び小流量という２つの流量特性しか設定することができない。このため、油圧アクチュエータに応じた最適な供給流量を得ることが困難である。例えば油圧アクチュエータへの圧油の供給流量が多すぎると、油圧アクチュエータの作動圧が必要以上に上昇し、原動機の負荷の増大につながる。また、バルブボデー（ハウジング）にランド溝を形成しないと、必要とする流量特性を確保することができない。

本発明の目的は、ハウジングに特殊な加工を施すことなく、油圧アクチュエータに応じた最適な供給流量を得ることができるスプール弁を提供することである。

本発明の一態様は、油圧源及びタンクと油圧アクチュエータとの間に配設されるスプール弁において、スプール孔を有するハウジングと、スプール孔に変位可能に収容されたスプールとを備え、ハウジングは、油圧源と接続される第１流路と、タンクと接続される第２流路と、油圧アクチュエータと接続される第３流路とを更に有し、スプールは、第３流路を通って油圧アクチュエータに供給される圧油の一部を第２流路に逃がす主ドレン流路と、主ドレン流路と第３流路及び第２流路とを連通させる２つの補助流路とを有し、スプールには、補助流路を通過する圧油の流量を調整するための流量調整ユニットが装着されていることを特徴とする。

このようなスプール弁においては、スプールを中立位置から開位置に移動させると、油圧源からの圧油が第１流路及び第３流路を通って油圧アクチュエータに供給され、油圧アクチュエータが動作する。油圧アクチュエータに供給される圧油の一部は、一方の補助流路、主ドレン流路及び他方の補助流路を通って第２流路に逃げる。このとき、流量調整ユニットによって補助流路を通過する圧油の流量を調整することで、油圧アクチュエータへの圧油の供給流量を任意に設定することができる。具体的には、補助流路を通過する圧油の流量が少なくなるほど、油圧アクチュエータへの圧油の供給流量が多くなる。そこで、油圧アクチュエータに応じて補助流路を通過する圧油の流量を決定することにより、油圧アクチュエータに応じた最適な供給流量を得ることができる。また、スプールに主ドレン流路及び２つの補助流路が設けられていると共に、流量調整ユニットがスプールに装着されているので、ハウジングに特殊な加工を施さなくて済む。

流量調整ユニットは、円柱状を有し、スプールに回転可能に装着されており、流量調整ユニットの一端部には、主ドレン流路と補助流路とを連通させる連通路が設けられていてもよい。このような構成では、流量調整ユニットをスプールに対して回転させることにより、補助流路に対する連通路の開度が変わり、補助流路を通過する圧油の流量が変わる。これにより、補助流路を通過する圧油の流量の調整を容易に行うことができる。

流量調整ユニットには、手動で操作するための操作部が設けられていてもよい。このような構成では、例えばオペレータが油圧アクチュエータの動作状態を見ながら操作部を手動で操作して、補助流路を通過する圧油の流量を適切に調整することができる。

第２流路及び第３流路の数は、それぞれ２つであり、流量調整ユニットは、２つの補助流路に対応してスプールの両側にそれぞれ装着されていてもよい。このような構成では、スプールの移動方向に応じて２つの補助流路を通過する圧油の流量を調整することで、油圧アクチュエータへの圧油の供給流量を細かく設定することができる。

本発明によれば、ハウジングに特殊な加工を施すことなく、油圧アクチュエータに応じた最適な供給流量を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るスプール弁を示す断面図である。 スプールが中立位置及び開位置にあるときの圧油の流れを示す断面図である。 補助流路に対する連通路の開度が全開である状態を示す断面図である。 補助流路に対する連通路の開度が全閉である状態を示す断面図である。 アタッチメントシリンダ供給流量特性の一例を示すグラフである。 図１に示されたスプール弁の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスプール弁を示す断面図である。図１において、本実施形態のスプール弁１は、例えばフォークリフトに搭載されている。スプール弁１は、油圧源である油圧ポンプ２及びタンク３とアタッチメントシリンダ４との間に配設され、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量を制御する機械式の方向切換弁である。アタッチメントシリンダ４は、サイドシフト等のアタッチメント（図示せず）を駆動する油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）である。

スプール弁１は、ハウジング５と、このハウジング５を貫通するようにハウジング５に取り付けられたスプール６とを備えている。

ハウジング５は、スプール孔７と、第１流路８と、第２流路９Ａ，９Ｂと、第３流路１０Ａ，１０Ｂとを有している。スプール孔７は、ハウジング５の一側面から他側面まで延びている。スプール孔７は、断面円形状を呈している。

第１流路８は、油圧ポンプ２と接続され、油圧ポンプ２からの圧油を供給するための流路である。第２流路９Ａ，９Ｂは、タンク３と接続され、圧油をタンク３に排出するための流路である。第３流路１０Ａ，１０Ｂは、アタッチメントシリンダ４と接続され、アタッチメントシリンダ４に圧油を供給すると共にアタッチメントシリンダ４からの圧油を戻すための流路である。

第１流路８、第２流路９Ａ，９Ｂ及び第３流路１０Ａ，１０Ｂは、スプール孔７と連通している。第１流路８は、第３流路１０Ａ，１０Ｂ間に配置されている。第３流路１０Ａは、第１流路８と第２流路９Ａとの間に配置されている。第３流路１０Ｂは、第１流路８と第２流路９Ｂとの間に配置されている。

スプール６は、アタッチメント操作レバー（図示せず）と機械的に連結されている。スプール６は、円柱状を有している。スプール６は、ハウジング５のスプール孔７に軸方向に変位可能に収容されている。ハウジング５の両端部とスプール６との間には、圧油の漏れを防ぐためのＯリング１１がそれぞれ介在されている。

特に図示はしないが、スプール６の外周面には、第１流路８と第３流路１０Ａ，１０Ｂとを連通させる複数のノッチと、第２流路９Ａ，９Ｂと第３流路１０Ａ，１０Ｂとを連通させる複数のノッチとが設けられている。

スプール６は、第３流路１０Ａを通ってアタッチメントシリンダ４に供給される圧油の一部を第２流路９Ｂに逃がすと共に、第３流路１０Ｂを通ってアタッチメントシリンダ４に供給される圧油の一部を第２流路９Ａに逃がす主ドレン流路１２と、主ドレン流路１２と第３流路１０Ａまたは第２流路９Ａとを連通させる補助流路１３Ａと、主ドレン流路１２と第２流路９Ｂまたは第３流路１０Ｂとを連通させる補助流路１３Ｂとを有している。

主ドレン流路１２は、スプール６の軸方向（長手方向）に延びている。補助流路１３Ａは、主ドレン流路１２の一端側において主ドレン流路１２と直交するように延びている。補助流路１３Ｂは、主ドレン流路１２の他端側において主ドレン流路１２と直交するように延びている。

スプール６の一端側には、スプール６を中立位置に保つためのコイルバネ１４が配置されている。コイルバネ１４は、ハウジング５の側面に固定されたケース１５内に収容されている。コイルバネ１４の両端は、ハット型の受け板１６，１７にそれぞれ当接している。スプール６の一端部には、ボルト１８が受け板１６，１７を介してねじ込まれている。

スプール６が中立位置にある状態（図２（ａ）参照）から、アタッチメント操作レバー（図示せず）が引き操作されると、スプール６がコイルバネ１４を収縮させながら一方の開位置（図示右側）に移動する（図２（ｂ）参照）。スプール６が中立位置にある状態から、アタッチメント操作レバー（図示せず）が押し操作されると、スプール６がコイルバネ１４を収縮させながら他方の開位置（図示左側）に移動する。

また、スプール弁１は、スプール６に装着された流量調整ユニット２０を備えている。流量調整ユニット２０は、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を調整するためのユニットである。流量調整ユニット２０は、図３及び図４に示されるように、円柱状を有している。流量調整ユニット２０は、スプール６の一端側（補助流路１３Ｂ側）に回転可能に装着されている。具体的には、流量調整ユニット２０は、スプール６の一端側部分に設けられた断面円形状の挿入穴２１に差し込まれている。挿入穴２１は、主ドレン流路１２と連通している。

流量調整ユニット２０の一端部（内側端部）には、スプール６における主ドレン流路１２と補助流路１３Ｂとを連通させるＴ字形の連通路２２が設けられている。主ドレン流路１２と連通路２２とは、常時連通している。流量調整ユニット２０をスプール６に対して回転させることで、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が変わり、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量が変わる。また、流量調整ユニット２０の他端部（外側端部）には、手動で操作するための操作部２３が設けられている。

以上のようなスプール弁１において、スプール６が中立位置にある状態では、図２（ａ）に示されるように、圧油の流れはない。

アタッチメント操作レバー（図示せず）が引き操作されることで、スプール６が中立位置から一方の開位置に移動すると、図２（ｂ）に示されるように、油圧ポンプ２からの圧油が第１流路８及び第３流路１０Ａを通ってアタッチメントシリンダ４に供給され（図中の矢印Ｐ参照）、アタッチメントシリンダ４が動作すると共に、アタッチメントシリンダ４から戻る圧油が第３流路１０Ｂ及び第２流路９Ｂを通ってタンク３に排出される（図中の矢印Ｑ参照）。

アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の一部は、スプール６の内部に設けられた補助流路１３Ａ、主ドレン流路１２、補助流路１３Ｂ及び第２流路９Ｂを通ってタンク３に排出される（図中の矢印Ｒ参照）。

このとき、流量調整ユニット２０によって補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を調整することにより、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量を任意に設定することができる。

具体的には、図３に示されるように、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全開状態にあるときは、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量が最も多くなる。その結果、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量が最も少なくなる。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIII−III線断面図である。

図４に示されるように、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全閉状態にあるときは、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量がゼロになる。その結果、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量が最も多くなる。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）のIV−IV線断面図である。

図５は、アタッチメントシリンダ供給流量特性の一例を示すグラフである。アタッチメントシリンダ供給流量特性は、スプール６の移動量（ストローク）とアタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量との関係を表す特性である。図５中の特性Ａは、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全開状態にあるときの特性であり、図５中の特性Ｂは、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全閉状態にあるときの特性である。

図５において、スプール６が所定量だけ移動すると、スプール６のストロークが大きくなるに従ってアタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量が多くなる。このとき、スプール６のストロークが同じである場合、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全開状態にあるときは、アタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量が最も少なくなり、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が全閉状態にあるときは、アタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量が最も多くなる。

従って、流量調整ユニット２０によって補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度を調整して、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を調整することにより、特性Ａと特性Ｂとの間でアタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量を任意に設定することができる。

以上のように本実施形態にあっては、例えば第３流路１０Ａを通ってアタッチメントシリンダ４に供給される圧油の一部は、スプール６に設けられた補助流路１３Ａ、主ドレン流路１２及び補助流路１３Ｂを通って第２流路９Ｂに逃げる。このとき、流量調整ユニット２０によって補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を調整することで、アタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量を任意に設定することができる。具体的には、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量が少なくなるほど、アタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量が多くなる。ところで、アタッチメントの種類によってはアタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量が少なくて良い場合がある。この場合に、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量が多すぎると、アタッチメントシリンダ４の作動圧が必要以上に上昇し、原動機にかかる負荷が増大してしまう。そこで、アタッチメントシリンダ４に応じて補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を決定することにより、アタッチメントシリンダ４に応じた最適な供給流量を得ることができる。これにより、アタッチメントシリンダ４の作動圧が必要以上に上昇することを抑制し、省エネルギー化を図ることが可能となる。

また、スプール６に主ドレン流路１２及び補助流路１３Ａ，１３Ｂが設けられていると共に、流量調整ユニット２０がスプール６に装着されているので、ハウジング５に特殊な加工を施さなくても、アタッチメントシリンダ４に応じた最適な供給流量を得ることができる。

さらに、アタッチメントを載せ替えた場合でも、同一のスプール６を使用して、アタッチメントシリンダ４に応じた最適な供給流量を都度設定することができる。従って、アタッチメントの種類に応じてスプール６を何種類も用意しなくて済み、部品の共通化を図ることができる。

また、本実施形態では、流量調整ユニット２０をスプール６に対して回転させることにより、補助流路１３Ｂに対する連通路２２の開度が変わり、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量が変わる。これにより、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量の調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、例えばオペレータがアタッチメントシリンダ４の動作状態を見ながら操作部２３を手動で操作して、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を適切に調整することができる。

図６は、図１に示されたスプール弁の変形例を示す断面図である。図６において、本変形例のスプール弁１では、流量調整ユニット２０は、補助流路１３Ａ，１３Ｂに対応してスプール６の両側にそれぞれ装着されている。一方の流量調整ユニット２０（流量調整ユニット２０Ｂとする）は、上記の実施形態と同様に、補助流路１３Ｂを通過する圧油の流量を調整するためのユニットであり、他方の流量調整ユニット２０（流量調整ユニット２０Ａとする）は、補助流路１３Ａを通過する圧油の流量を調整するためのユニットである。

流量調整ユニット２０Ａは、スプール６の他端側（補助流路１３Ａ側）に回転可能に装着されている。具体的には、流量調整ユニット２０Ａは、スプール６の他端側（コイルバネ１４側）部分に設けられた断面円形状の挿入穴２４に、ケース１５及びボルト１８を貫通した状態で差し込まれている。挿入穴２４は、主ドレン流路１２と連通している。

本変形例においては、補助流路１３Ａ，１３Ｂを通過する圧油の流量を独立に調整可能となる。従って、スプール６の移動方向に応じて補助流路１３Ａ，１３Ｂを通過する圧油の流量を調整することで、アタッチメントシリンダ４への圧油の供給流量を細かく設定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、スプール６に回転可能に装着された回転式の流量調整ユニット２０を用いているが、流量調整ユニットの構造としては、特にそれには限られず、例えばスプールにスライド可能に装着されていてもよい。

また、上記実施形態のスプール弁１は、機械的にスプール６を動かす機械式の方向切換弁であるが、本発明は、電気信号によりスプールを動かす電磁弁にも適用可能である。

また、上記実施形態のスプール弁１は、アタッチメントシリンダ４に供給される圧油の流量を制御する弁であるが、本発明は、ティルトシリンダ、リフトシリンダまたはパワーステアリング等に供給される圧油の流量を制御する弁にも適用可能である。リフトシリンダに供給される圧油の流量を制御するスプール弁を使用する場合、ハウジングに設けられる第２流路及び第３流路の数としては、１つずつであってもよい。

また、上記実施形態のスプール弁１は、フォークリフトに搭載されているが、本発明は、他の油圧機械にも適用可能である。

１…スプール弁、２…油圧ポンプ（油圧源）、３…タンク、４…アタッチメントシリンダ（油圧アクチュエータ）、５…ハウジング、６…スプール、７…スプール孔、８…第１流路、９Ａ，９Ｂ…第２流路、１０Ａ，１０Ｂ…第３流路、１２…主ドレン流路、１３Ａ，１３Ｂ…補助流路、２０，２０Ａ，２０Ｂ…流量調整ユニット、２２…連通路、２３…操作部。

Claims (3)

1. 油圧源及びタンクと油圧アクチュエータとの間に配設されるスプール弁において、
   断面円形状のスプール孔を有するハウジングと、
   前記スプール孔に変位可能に収容された円柱状のスプールとを備え、
   前記ハウジングは、前記油圧源と接続される第１流路と、前記タンクと接続される第２流路と、前記油圧アクチュエータと接続される第３流路とを更に有し、
   前記スプールは、前記第３流路を通って前記油圧アクチュエータに供給される圧油の一部を前記第２流路に逃がす主ドレン流路と、前記主ドレン流路と前記第３流路及び前記第２流路とを連通させる２つの補助流路とを有し、
   前記スプールには、前記補助流路を通過する圧油の流量を調整するための流量調整ユニットが装着されており、
   前記流量調整ユニットは、円柱状を有し、前記スプールに回転可能に装着されており、
   前記流量調整ユニットの一端部には、前記主ドレン流路と前記補助流路とを連通させる連通路が設けられており、
   前記主ドレン流路は、前記スプールの軸方向に延びており、
   前記補助流路は、前記主ドレン流路と直交するように前記スプールの径方向に延びており、
   前記連通路は、前記流量調整ユニットを径方向に貫通していると共に、前記主ドレン流路と常時連通しており、
   前記流量調整ユニットを前記スプールに対して回転させることで、前記補助流路に対する前記連通路の開度が変わり、前記補助流路を通過する圧油の流量が変わることを特徴とするスプール弁。
2. 前記流量調整ユニットには、手動で操作するための操作部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のスプール弁。
3. 前記第２流路及び前記第３流路の数は、それぞれ２つであり、
   前記流量調整ユニットは、前記２つの補助流路に対応して前記スプールの両側にそれぞれ装着されていることを特徴とする請求項１または２記載のスプール弁。

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