JP7123011B2 - 制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、スプールの作動により作動油を制御する制御弁に関する。

上記構成の制御弁として特許文献１には、作動油供給通路と余剰油排出通路と制御油流出通路とが形成されたケーシングに、これらの通路の連通と遮断とを可能にするスプール弁を備えた構成が記載されている。

この特許文献１では、スプール弁が、円柱状の主ランド部と、短小の第１ランド部と、これらの間において傾斜面（テーパ面）となる切り込み部とを有し、スプール弁の内部通路を制御油流出通路に連通させ、作動油供給通路からの作動油が供給される位置において内部通路に連通するオリフィス孔が形成されている。

この特許文献１では、余剰油排出通路と制御油流出通路との間が主ランド部で遮断され、作動油供給通路と余剰油排出通路との間での作動油の流れを第１ランド部で遮断できるように第１ランド部を遮断位置に付勢するバネを備えている。

特開平８－２７２４５５号公報

しかしながら、特許文献１の制御弁では、供給ポートの圧力の上昇に伴いランド部が供給ポートから制御ポートへの作動油の流れを許す方向にスプールが移動する場合であって、供給ポートの圧力と、制御ポートの圧力差が大きい場合には、作動油の流れに伴う流体力によってスプールの位置が安定しないことも考えられ、改善の余地がある。

このような理由から、作動油の流れを可能にする状態でスプールの位置を安定して維持できる制御弁が求められる。

本発明に係る制御弁の特徴構成は、軸芯方向に延伸するスプール孔と、作動油が供給される供給ポートと、作動油が送り出される制御ポートとが形成されたケースと、前記スプール孔の内部において前記軸芯と同軸芯に配置され、この軸芯に沿って移動自在で小径部を挟む位置に一対のランド部が形成されたスプールとを備え、一対の前記ランド部のうち前記供給ポート側に配置される供給側ランド部が前記小径部から外方に立ち上がる壁面を有し、一対の前記ランド部のうち前記制御ポート側に配置される制御側ランド部が前記小径部から外周に連なる制御側テーパ面を有し、前記供給側ランド部と前記壁面との境界のエッジ部に複数のノッチが形成され、前記ケースが、前記供給ポートと連通し前記供給側ランド部より大きい内径の流路空間と、前記供給側ランド部および前記制御側ランド部が収容される前記スプール孔とを有し、前記流路空間を基準に前記制御ポート側に配置される送出側制御壁に対して前記スプール孔と同径の制御孔を形成し、前記スプールが、スプリングにより前記供給側ランド部を前記流路空間に押し込む付勢力を受けており、前記ノッチは、溝状部分の底面が前記壁面に近接する位置ほど溝が深く形成されることにより、前記ノッチを通過した作動油を前記軸芯に近接する方向に流し、前記ノッチを流れる作動油によって前記スプリングの付勢力の作用方向に前記スプールに作用する分力と、前記制御側テーパ面に沿って流れる作動油によって前記スプリングの付勢力に抗する方向に前記スプールに作用する分力とがバランスする点にある。

この特徴構成によると、供給ポートからの作動油が制御ポートに流れる際には、制御ポートからの作動油が供給側ランド部の外周で壁面との境界のエッジ部分から小径部に向けて流れ、この作動油の一部はノッチに流れる。また、このように流れた作動油は小径部から制御側ランド部の制御側テーパ面の外周に沿って流れ制御ポートに達する。そして、作動油がノッチに流れる際に作動油からスプールに作用する分力と、制御側テーパ面に流れる作動油からスプールに作用する分力とが逆向きであるためスプールの位置を安定させることが可能となる。
従って、作動油の流れを可能にする状態でスプールの位置を安定して維持できる制御弁が構成された。

上記構成に加えた構成として、前記流路空間から作動油が供給される際に、前記制御孔と前記ノッチとの間に流れる作動油の前記軸芯を基準にした流入角度と、前記制御側テーパ面に沿って流れる作動油の前記軸芯を基準にした流出角度とが略等しくても良い。

これによると、流入角度と流出角度とが略等しくなるため、作動油の流量が変化した場合でも、スプリングの付勢力に沿う方向に作用する分力と、スプリングの付勢力に抗する方向に作用する分力とを、作動油の流量に比例する関係に維持することが可能となる。これにより分力とスプリングの付勢力とをバランスさせ、作動油の流量に比例した位置にランド部を維持することが可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記スプールが作動油の流量が最大となる位置にある場合に、前記流入角度と前記流出角度とが等しくなっても良い。

これによると、作動油が最も多く流れる状態においてランド部の位置を安定させ決まった量の作動油を送出ポートから送り出すことが可能となる。

上記構成に加えた構成として、複数の前記ノッチが、階段状の底面を有する溝状に形成されても良い。

これによると、供給ポートから流れる作動油がノッチを通過する際に、階段状の底面に接触して適度の圧力をランド部に作用させ、スプリングの付勢力とのバランスを取ることも容易となる。

上記構成に加えた構成として、前記スプールが、前記供給ポートと前記制御ポートとの圧力差に対応して作動することで作動油の流量を制御する圧力補償を行っても良い。

これによると、制御弁を、圧力補償を行うために用いることが可能となる。

スプールが非制御位置に保持された制御弁の断面図である。 スプールが制御位置にある制御弁の断面図である。 ランド部の形状を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、作動油が供給される供給ポート１ｐと、作動油が送り出される制御ポート１ｃが形成されたケース１と、ケース１に軸芯Ｘに沿って設けられたスプール孔１ｇに収容されたスプール２と、スプール２を付勢するスプリング３とを備えて圧力補償型の制御弁Ｖが構成されている。

スプール２は、スプール孔１ｇの軸芯Ｘと同軸芯でケース１に対し軸芯Ｘに沿って移動自在に支持されている。スプール２は、軸芯Ｘに沿う方向で小径部２ｃを挟む位置に、供給側ランド部２ａと制御側ランド部２ｂとの一対のランド部を形成しており、この一対のランド部（供給側ランド部２ａと制御側ランド部２ｂ）が、対応するスプール孔１ｇに対して移動自在に嵌め込まれている。

図１、図２に示すように、ケース１には、供給側ランド部２ａの外径より大きい内径の流路空間１ｓが形成され、この流路空間１ｓに供給ポート１ｐが連通している。また、軸芯Ｘに沿う方向で流路空間１ｓを基準に一方側に制御ポート１ｃに連通する空間が形成されている。尚、流路空間１ａを基準に制御ポート１ｃと反対側に制御ポート１ｃに連通する連通空間１ｄが形成されている。

更に、ケース１には、流路空間１ｓと制御ポート１ｃとの中間に制御壁１０が形成され、この制御壁１０にスプール孔１ｇと同径の制御孔１０ａが形成されている。

図１～図３に示すように、供給側ランド部２ａは小径部２ｃから外方に立ち上がる壁面Ｗａを有し、制御側ランド部２ｂは小径部２ｃに連なる制御側テーパ面Ｔｂを有し、供給側ランド部２ａの外周と、壁面Ｗａとの境界のエッジ部に複数のノッチＮが形成されている。

ノッチＮは、エッジ部の外周を４等分した位置に溝状に形成され、各々のノッチＮの溝状部分の底面は壁面Ｗａに近接する位置ほど溝が深くなる階段部Ｎａが形成されている。

スプール２は、スプリング３の付勢力により図１に示す非制御位置に保持される。スプール２が非制御位置に保持された状態では、スプール２の端部がプラグ５に当接した状態が維持される。これに対し、供給ポート１ｐの圧力が上昇した場合には、制御側テーパ面Ｔｂに作用する圧力によりスプリング３の付勢力に抗してスプール２が図２に示す制御位置に移動する。この制御位置は、作動油から作用する力と、スプリング３の付勢力とがバランスする位置であり、作動油の流量により変化する。

〔作動油の流れ〕
この制御弁Ｖでは、供給ポート１ｐに作動油が供給されることにより、作動油の圧力が制御側テーパ面Ｔｂに作用し、スプリング３を圧縮する方向（付勢力に抗する方向）にスプール２が移動し、図２に示す制御位置に達する。このように制御位置にスプール２が達した状態では、制御壁１０の制御孔１０ａと供給側ランド部２ａの制御側テーパ面Ｔｂとの間からスプール２の小径部２ｃの外面に送り出される。また、このように送り出された作動油は軸芯Ｘに沿って流れ、制御側テーパ面Ｔｂにおいて軸芯Ｘから離間する方向に流れ、制御ポート１ｃに送られる。

特に、制御孔１０ａとノッチＮとの間に流れる制御油は、矢印Ｆ１として示すように、軸芯Ｘに近接する方向で軸芯Ｘを基準に流入角度αだけ傾斜する。また、制御側テーパ面Ｔｂに沿って流れる制御油は矢印Ｆ２として示すように、軸芯Ｘから離間する方向で軸芯Ｘを基準に流出角度βだけ傾斜する。この制御弁Ｖでは、開放領域にスプール２が保持された状態で流入角度αと流出角度βとが略等しい値となる。

尚、矢印Ｆ１に沿って作動油が流れる場合には、ノッチＮで生ずる分力が、スプリング３の付勢力の作用方向にスプール２に作用する。これと同様に矢印Ｆ２に沿って作動油が流れる場合には、制御側テーパ面Ｔｂで生ずる分力がスプリング３の付勢力に抗する方向に作用する。

作動油が供給側ランド部２ａに流れる場合には、作動油の多くがエッジ部の外周面に流れ、一部の作動油が複数のノッチＮに流れる。また、ノッチＮを流れる作動油の油量は、供給側ランド部２ａのエッジ部と制御孔１０ａの内周との間隔が変化した場合でも大きく変化することはない。

このように、作動油が流れる際に複数のノッチＮから作用する分力と、制御側テーパ面Ｔｂから作用する分力とバランスさせ、スプール２の位置を安定させることが可能となる。特に、ノッチＮに作動油が流れることにより作動油の流量に影響されることなくスプール２の位置を安定させることが可能となる。

この制御弁Ｖでは、前述したように、スプール２が制御位置にある場合に、矢印Ｆ１に沿って流入角度αと矢印Ｆ２に沿って流れる作動油の流出角度βとが略等しいため、複数のノッチＮから作用する分力と、制御側テーパ面Ｔｂから作用する分力とバランスさせ、作動油の流量に比例した位置にスプール２を安定的に維持し、制御ポート１ｃから送り出される作動油の流量を維持できる。

図２には、前述した制御位置のうち、供給ポート１ｐから制御ポート１ｃに対して最大量の作動油が流れる際のスプール２の位置を示しており、この位置では、流入角度αと流出角度βとが高い精度で一致する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）制御側ランド部２ｂに形成される制御側テーパ面Ｔｂの角度は任意に設定することが可能である。

（ｂ）ノッチＮの数、溝深さ、階段の数は任意に設定することが可能である。また、ノッチＮとして単純に溝を形成することや、ノッチＮを平坦な形状で形成することも可能である。

（ｃ）実施形態で説明した構成を、例えば、供給ポート１ｐの作動油の圧力が上昇した場合に開放して作動油の送出を可能にするアンロード型や、流量制御型として構成する。

本発明は、スプールの作動により作動油を制御する制御弁に利用できる。

１ ケース
１ｃ 制御ポート
１ｐ 供給ポート
１ｇ スプール孔
１ｓ 流路空間
２ スプール
２ａ 供給側ランド部
２ｂ 制御側ランド部
２ｃ 小径部
３ スプリング
１０ 制御壁
１０ａ 制御孔
Ｎ ノッチ
Ｔｂ 制御側テーパ面
Ｗａ 壁面
Ｘ 軸芯
α 流入角度
β 流出角度

Claims (5)

1. 軸芯方向に延伸するスプール孔と、作動油が供給される供給ポートと、作動油が送り出される制御ポートとが形成されたケースと、
   前記スプール孔の内部において前記軸芯と同軸芯に配置され、この軸芯に沿って移動自在で小径部を挟む位置に一対のランド部が形成されたスプールとを備え、
   一対の前記ランド部のうち前記供給ポート側に配置される供給側ランド部が前記小径部から外方に立ち上がる壁面を有し、一対の前記ランド部のうち前記制御ポート側に配置される制御側ランド部が前記小径部から外周に連なる制御側テーパ面を有し、前記供給側ランド部と前記壁面との境界のエッジ部に複数のノッチが形成され、
   前記ケースが、前記供給ポートと連通し前記供給側ランド部より大きい内径の流路空間と、前記供給側ランド部および前記制御側ランド部が収容される前記スプール孔とを有し、前記流路空間を基準に前記制御ポート側に配置される送出側制御壁に対して前記スプール孔と同径の制御孔を形成し、
   前記スプールが、スプリングにより前記供給側ランド部を前記流路空間に押し込む付勢力を受けており、
   前記ノッチは、溝状部分の底面が前記壁面に近接する位置ほど溝が深く形成されることにより、前記ノッチを通過した作動油を前記軸芯に近接する方向に流し、
   前記ノッチを流れる作動油によって前記スプリングの付勢力の作用方向に前記スプールに作用する分力と、前記制御側テーパ面に沿って流れる作動油によって前記スプリングの付勢力に抗する方向に前記スプールに作用する分力とがバランスする制御弁。
2. 前記流路空間から作動油が供給される際に、前記制御孔と前記ノッチとの間に流れる作動油の前記軸芯を基準にした流入角度と、前記制御側テーパ面に沿って流れる作動油の前記軸芯を基準にした流出角度とが略等しい請求項１に記載の制御弁。
3. 前記スプールが作動油の流量が最大となる位置にある場合に、前記流入角度と前記流出角度とが等しくなる請求項２に記載の制御弁。
4. 前記ノッチが、複数の階段状の底面を有する溝状に形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の制御弁。
5. 前記スプールが、前記供給ポートと前記制御ポートとの圧力差に対応して作動することで作動油の流量を制御する圧力補償を行う請求項１～４のいずれか一項に記載の制御弁。

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