JP7428286B1 - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易であり、かつ、弁体部の投影面積が増大することを抑制することが可能なバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置は、底壁１０１と、底壁から所定方向に立ち上がる側壁１０２とを有し、底壁および側壁の何れかに流体が通過するための孔１０２Ａが形成される弁座部１００と、流体の流路を開放する開放位置と、流路を閉塞する閉塞位置との間を移動可能な弁体部１１０と、を備え、弁体部は、底壁との間で流体の第１流路を構成し、弁体部が閉塞位置に位置する場合、第１流路を閉塞する第１壁１１１と、第１壁から底壁とは反対側に延び、側壁との間で流体の第２流路を構成する第２壁１１２と、第２壁の端部から側壁側に延び、弁体部が閉塞位置に位置する場合、第２流路を閉塞する第３壁１１３と、を有する。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、バルブ装置に関する。

従来、弁座部と弁体部とを接触／離間することで、弁座部に形成された流体の流路を開放／閉塞可能なバルブ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、バルブ装置には、図１に示すように、弁座部２００に形成された溝２０１部分に流体が通過するための孔２０２が設けられたものが知られている。この構成における弁体部２１０は、溝２０１の開口部分を閉塞する位置（２点鎖線位置）と、当該位置から離間した位置（実線位置）との間を移動可能に構成されている。溝２０１は流体の流路となるため、弁体部２１０が溝２０１の開口部分を閉塞することで、当該流路が閉塞され、弁体部２１０が開口部分から離間すると、当該流路が開放される。

特許第４１９００２０号公報

しかしながら、図１に示す構成では、溝２０１部分における流体の流量を増やす場合、弁座部２００の孔２０２の径を大きくすると、溝を深く掘る必要があり、加工が困難になるという問題があった。

また、溝２０１内の流体の流量が増えると、流路抵抗が大きくなる。その結果、流体の流量を増やすために溝２０１の幅を拡大した場合、弁体部２１０の移動方向の投影面積が増え、弁体部２１０の移動時に粘性抵抗の影響を受け、ひいては高速動作の妨げになるおそれがある。

本開示の目的は、加工が容易であり、かつ、弁体部の投影面積が増大することを抑制することが可能なバルブ装置を提供することである。

本開示に係るバルブ装置は、
底壁と、前記底壁から所定方向に立ち上がる側壁とを有し、前記底壁および前記側壁の何れかに流体が通過するための孔が形成される弁座部と、
前記流体の流路を開放する開放位置と、前記流路を閉塞する閉塞位置との間を移動可能な弁体部と、
を備え、
前記弁体部は、
前記底壁との間で前記流体の第１流路を構成し、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記第１流路を閉塞する第１壁と、
前記第１壁から前記底壁とは反対側に延び、前記側壁との間で前記流体の第２流路を構成する第２壁と、
前記第２壁の端部から前記側壁側に延び、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記第２流路を閉塞する第３壁と、
を有する。

本開示によれば、加工が容易であり、かつ、弁体部の投影面積が増大することを抑制することができる。

従来の構成の一例を示す図である。 本開示の実施の形態に係るバルブ装置を備えた流体機械を示す図である。 非通電状態にあるソレノイドの一例を概略的に示す説明図である。 通電状態にあるソレノイドの一例を概略的に示す説明図である。 流体の流路が開放された場合のバルブ装置を示す図である。 流体の流路が閉塞された場合のバルブ装置を示す図である。 弁座部をＺ方向から見た図である。 弁体部をＺ方向から見た図である。 変形例に係るバルブ装置を示す図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本開示の実施の形態に係るバルブ装置を備えた流体機械１を示す図である。

図２に示すように、流体機械１は、機械と流体との間でエネルギー変換をする装置である。ここで、「流体」とは、流体機械１の中で動力を伝達する媒体である。ここでは、流体の一例として作動油を挙げて説明する。流体機械１は、電子制御式可変容量型ポンプモータ２、高圧バルブ３、低圧バルブ４、高圧ポート５、低圧ポート６、電磁ソレノイド７（図３Ａ参照）、クランクシャフト８、および、制御部１０を備える。本開示の「バルブ装置」は、高圧バルブ３または低圧バルブ４と、電磁ソレノイド７とを有する。

電子制御式可変容量型ポンプモータ２は、複数（図２では、４個）のピストンシリンダ２１を有している。複数のピストンシリンダ２１は、クランクシャフト８の軸周上に所定の間隔で配置される。クランクシャフト８はカム部８Ａを有している。

複数のピストンシリンダ２１のそれぞれは、ピストン２２と、シリンダ２３とを有する。ピストン２２は、クランクシャフト８の回転運動に連動して並進運動をする。シリンダ２３は、ピストン２２の並進運動によって容積が変化する作動室（チャンバ）を構成する。

高圧バルブ３は、複数のピストンシリンダ２１のそれぞれに対応して配置され、作動室と高圧ポート５との間の流体の流路を開放／閉塞する。

低圧バルブ４は、複数のピストンシリンダ２１のそれぞれに対応して配置され、作動室と低圧ポート６との間の流体の流路を開放／閉塞する。

高圧ポート５は、高圧ラインを介して例えば高圧タンク（不図示）や、油圧アクチュエータ（不図示）に接続されている。

低圧ポート６は、低圧ラインを介して例えば作動油を貯留する油タンク（不図示）に接続されている。なお、油タンクは大気圧下に置かれる。

図３Ａおよび図３Ｂは、電磁ソレノイド７の一例を概略的に示す図である。図３Ａは、非通電状態にある電磁ソレノイド７の一例を概略的に示す図である。図３Ｂは、通電状態にある電磁ソレノイド７の一例を概略的に示す図である。

高圧バルブ３は、電磁ソレノイド７が非通電状態である場合、作動室と高圧ポート５との間の流路を閉塞し、電磁ソレノイド７が通電状態である場合、作動室と高圧ポート５との間の流路を開放する。上記の流路の閉塞状態では、作動室と高圧ポート５とが連通しない非通電状態となる。上記の流路の開放状態では、作動室と高圧ポート５とが連通する通電状態となる。

低圧バルブ４は、電磁ソレノイド７が非通電状態である場合、作動室と低圧ポート６との間の流路を開放し、電磁ソレノイド７が通電状態である場合、作動室と低圧ポート６との間の流路を閉塞する。上記の流路の開放状態では、作動室と低圧ポート６とが連通する通電状態となる。上記の流路の閉塞状態では、作動室と低圧ポート６とが連通しない非通電状態となる。

制御部１０は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、等からなるマイクロコンピュータと入出力装置とを備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＥＣＵの入力回路には、クランクシャフト８の回転位相を検出するための検出部（不図示）が接続されている。制御部１０は、クランクシャフト８の回転位相に応じて電磁ソレノイド７への通電を制御する。

制御部１０は、低圧バルブ４および高圧バルブ３のそれぞれを駆動するように、電磁ソレノイド７への通電を制御する。これにより、作動室のそれぞれにおける流体が吸入・吐出されることで、シャフトの回転周期上に配置される複数のシリンダのそれぞれがポンピングまたはモータリングを行うように制御され得る。また、作動室のそれぞれにおける流体が吸入・吐出されることで、ポンピングおよびモータリングのいずれも行わないようにも制御され得る。

ここで、「ポンピング」は、作動室の膨張時に低圧ポート６から流体（作動油）を吸入し、作動室の圧縮時に高圧ポート５に流体を流出することである。作動室の膨張時には、作動室と高圧ポート５とが連通せず、作動室と低圧ポート６とが連通する。作動室の圧縮時には、作動室と低圧ポート６とが連通せず、作動室と高圧ポート５とが連通する。

また、「モータリング」は、作動室の圧縮時に低圧ポート６に流体を吐出し、作動室の膨張時に高圧ポート５から流体を吸入することである。作動室の圧縮時には、作動室と高圧ポート５とが連通せず、作動室と低圧ポート６とが連通する。作動室の膨張時には、作動室と低圧ポート６とが連通せず、作動室と高圧ポート５とが連通する。

次に、バルブ装置の詳細について説明する。

なお、本実施の形態のバルブ装置に関する構造を説明するにあたり、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。Ｘ方向およびＹ方向は、例えば、バルブ装置の水平方向を示し、Ｚ方向はバルブ装置の垂直方向を示す。

高圧バルブ３または低圧バルブ４は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、弁座部１００と、弁体部１１０とを有する。電磁ソレノイド７を通電することにより、弁座部１００に対して弁体部１１０が移動することで、作動室と高圧ポート５または低圧ポート６との間の流体の流路が開放または閉塞され得る。図４Ａは、流体の流路が開放された場合のバルブ装置を示す図である。図４Ｂは、流体の流路が閉塞された場合のバルブ装置を示す図である。

流体の流路は、作動室のポートと、高圧ポート５または低圧ポート６とを連通させるためのバルブ装置内における空間であり、弁座部１００の一部と、弁体部１１０の一部とで構成される。なお、流体の流路は、バルブ装置が高圧バルブ３である場合、作動室のポートと高圧ポート５との間の流路となり、バルブ装置が低圧バルブ４である場合、作動室のポートと低圧ポート６との間の流路となる。

弁座部１００は、底壁１０１と、側壁１０２とを有する。底壁１０１は、弁座部１００の底部分であり、円形の板状に構成されている（図５Ａ参照）。

側壁１０２は、底壁１０１の縁からＺ方向に立ち上がるように設けられており、円筒状に構成されている。側壁１０２には、高圧ポート５または低圧ポート６と連通する孔１０２Ａが設けられている。孔１０２Ａは、複数設けられており、隣り合う孔１０２Ａの間隔が均等になるように並んで配置されている。本実施の形態では、孔１０２Ａの数は、８個である例が示されているが、孔１０２Ａの数は、何個でも良い。

弁体部１１０は、一部が側壁１０２で囲われた空間に位置するように配置されており、第１壁１１１と、第２壁１１２と、第３壁１１３とを有する。弁体部１１０のＺ方向の＋側の空間は、作動室のポートと連通している。

第１壁１１１は、側壁１０２内の空間において底壁１０１と平行に配置される壁であり、底壁１０１よりも径が小さい円形の板状に構成されている。第１壁１１１には、Ｚ方向に貫通する孔１１１Ａが４つ設けられている（図５Ｂ参照）。

図４Ａに示すように、第１壁１１１が底壁１０１と離間した位置に配置された場合、第１壁１１１と底壁１０１との間の空間は、流体の流路（第１流路）を構成する。作動室のポートから流出された流体は、第１壁１１１の孔１１１Ａを介して、第１流路に入り込み、側壁１０２の孔１０２Ａを介して高圧ポート５または低圧ポート６に流入する。また、高圧ポート５または低圧ポート６から流出された流体は、側壁１０２の孔１０２Ａを介して、第１流路に入り込み、第１壁１１１の孔１０２Ａを介して高圧ポート５または低圧ポート６に流入する。

第２壁１１２は、第１壁１１１の縁からＺ方向に立ち上がるように設けられている。第２壁１１２は、側壁１０２に沿った形状、つまり、円筒状に構成されている。第２壁１１２は、側壁１０２と平行に配置されており、側壁１０２と略同じ長さである。

第２壁１１２と側壁１０２との間の空間は、流体の流路（第２流路）を構成する。作動室のポートから流出された流体は、第２壁１１２のＺ方向の端部と側壁１０２のＺ方向の端部との隙間を介して、第２流路に入り込み、側壁１０２の孔１０２Ａを介して高圧ポート５または低圧ポート６に流入する。また、高圧ポート５または低圧ポート６から流出された流体は、側壁１０２の孔１０２Ａを介して、第２流路に入り込み、第２壁１１２のＺ方向の端部と側壁１０２のＺ方向の端部との隙間を介して高圧ポート５または低圧ポート６に流入する。

第３壁１１３は、第２壁１１２のＺ方向の端部から、側壁１０２側に延びる壁である。側壁１０２側とは、第２壁１１２が対向する側壁１０２側であり、第２壁１１２で囲まれた空間とは反対側に位置する側壁１０２側である。

第３壁１１３は、側壁１０２のＺ方向の端部よりもＺ方向の＋側に位置するように配置される。第３壁１１３の長さは、Ｚ方向から見て側壁１０２と重なる範囲に位置する程度の長さである。

図４Ｂに示すように、弁体部１１０は、図示しないバネによりＺ方向の－側に付勢されており、第１壁１１１が底壁１０１と接触し、かつ、第３壁１１３が側壁１０２の先端部と接触する位置に配置されている。第１壁１１１が底壁１０１と接触する場合、第１流路が閉塞され、第３壁１１３が側壁１０２の先端部と接触する場合、第２流路が閉塞された状態となる。つまり、弁体部１１０は、上述の電磁ソレノイド７が通電されていない場合、流体の流路を閉塞する閉塞位置に位置する。

電磁ソレノイド７が通電される場合、弁体部１１０は、弁座部１００から離間する。具体的には、図４Ａに示すように、弁体部１１０が弁座部１００から離間した場合、第１壁１１１と底壁１０１との接触が解除されるので、第１流路が開放され、かつ、第３壁１１３と側壁１０２との接触が解除されるので、第２流路が開放される。つまり、弁体部１１０は、上述の電磁ソレノイド７が通電された場合、流体の流路を開放する開放位置に位置する。

このように、電磁ソレノイド７の通電状態の制御により、弁体部１１０は、開放位置（図４Ａの位置）と閉塞位置（図４Ｂの位置）との間を移動する。

以上のように構成された本実施の形態では、弁座部１００が、底壁１０１と、底壁１０１から立ち上がる側壁１０２とを有し、弁体部１１０が、第１壁１１１、第２壁１１２および第３壁１１３を有する。

例えば、図１に示す従来の構成では、円柱形状の弁座部に溝を掘る必要があるので、流体の流量を増大させるために、孔を大きくする場合、孔の大きさに合わせて溝をさらに深くする必要が生じるので、加工が困難になる。

それに対し、本実施の形態では、弁座部１００が底壁１０１および側壁１０２を有する構成であるので、従来の構成のように、円柱形状の弁座部に溝を掘る構成ではなく、円柱形状の孔をあける構成である。その結果、従来の構成のように、弁体部の位置に合わせて溝を構成する必要がないので、従来の構成と比較して、弁座部１００を製造する際の加工を容易にすることができる。

また、本実施の形態では、弁座部１００と弁体部１１０とにより、第１流路と第２流路との２つの流路を有する構成であるので、流体の流れを第１流路と第２流路とに分割することができる。

例えば、図１に示す従来の構成では、流路が溝の部分のみであるので、流体の流量を増大させる場合、溝の幅を拡大する必要が生じるとともに、弁体部の閉塞部分の範囲も拡大することになる。その結果、弁体部の移動方向の投影面積が増え、弁体部の移動時に粘性抵抗の影響を受け、ひいては高速動作の妨げになるおそれがある。

それに対し、本実施の形態では、流体の流れが第１流路と第２流路とで分割されるので、流体の流量を増大させる場合、第２壁１１２と側壁１０２との間隔（第２流路の間隔）を広げなくても、第１流路と合わせて流路全体の断面積を従来の構成よりも大きくすることができる。

その結果、第２流路における流体の流量を抑制した構成とすることができるので、弁体部１１０の移動方向の投影面積の増大を抑制することができる。

なお、弁体部１１０の材質は、弾性変形可能なもの（例えば、バネ鋼等）であっても良い。弁体部１１０は、閉塞位置に位置する場合、第１壁１１１と、第３壁１１３とで弁座部１００に接触することになるが、製造ばらつきの影響を受けると、第１壁１１１および第３壁１１３の何れかと、弁座部１００との接触部分に隙間が生じる可能性がある。

そのため、第１壁１１１および第３壁１１３の何れかと、弁座部１００との接触部分に隙間を吸収できる程度に、弁体部１１０が弾性変形するようにすることで、弁体部１１０が閉塞位置に位置した際の弁体部１１０と弁座部１００との密着性を高めることができる。

また、上記実施の形態では、弁体部１１０が閉塞位置に位置した際、第１壁１１１全体が底壁１０１に接触する構成であったが、本開示はこれに限定されず、図６に示すように、第１壁１１１にＺ方向の－側に突出する凸部１１１Ｂが設けられていても良い。

また、上記実施の形態では、側壁１０２が円筒状であったが、本開示はこれに限定されず、多角形状の筒形状であっても良い。

また、上記実施の形態では、第２壁１１２は、円筒状であったが、本開示はこれに限定されず、側壁１０２に沿った形状である限り、どのような形状であっても良い。

また、上記実施の形態では、第１壁１１１、第２壁１１２および第３壁１１３が一体に構成されていたが、本開示はこれに限定されず、各壁の間に隙間が形成されない限り、第１壁、第２壁および第３壁が別体で構成されていても良い。

また、上記実施の形態では、側壁１０２に孔１０２Ａが形成されていたが、本開示はこれに限定されず、例えば、底壁に高圧ポートまたは低圧ポートと連通する孔が形成されていても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示のバルブ装置は、加工が容易であり、かつ、弁体部の投影面積が増大することを抑制することが可能なバルブ装置として有用である。

１ 流体機械
２ 電子制御式可変容量型ポンプモータ
３ 高圧バルブ
４ 低圧バルブ
５ 高圧ポート
６ 低圧ポート
７ 電磁ソレノイド
８ クランクシャフト
８Ａ カム部
１０ 制御部
２１ ピストンシリンダ
２２ ピストン
２３ シリンダ
１００ 弁座部
１０１ 底壁
１０２ 側壁
１０２Ａ 孔
１１０ 弁体部
１１１ 第１壁
１１１Ａ 孔
１１２ 第２壁
１１３ 第３壁

Claims (4)

1. 底壁と、前記底壁から所定方向に立ち上がる側壁とを有し、前記底壁および前記側壁の何れかに流体が通過するための孔が形成される弁座部と、
   前記流体の流路を開放する開放位置と、前記流路を閉塞する閉塞位置との間を移動可能な弁体部と、
   を備え、
   前記弁体部は、
   前記底壁との間で前記流体の第１流路を構成し、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記第１流路を閉塞する第１壁と、
   前記第１壁から前記底壁とは反対側に延び、前記側壁との間で前記流体の第２流路を構成する第２壁と、
   前記第２壁の端部から前記側壁側に延び、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記第２流路を閉塞する第３壁と、
   を有する、
   バルブ装置。
2. 前記第１壁は、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記底壁と接触することで前記第１流路を閉塞し、
   前記第３壁は、前記弁体部が前記閉塞位置に位置する場合、前記側壁の先端部と接触することで前記第２流路を閉塞する、
   請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記側壁は、筒状に構成されており、
   前記第２壁は、前記側壁に沿った形状である、
   請求項１に記載のバルブ装置。
4. 前記第１壁は、前記第１流路を流れる流体が通過可能な孔を有する、
   請求項１に記載のバルブ装置。

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