JPS5917303B2

JPS5917303B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JPS5917303B2
Application number: JP49029276A
Authority: JP
Inventors: レイトンジヨンソンハワ−ド
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1984-04-20
Also published as: GB1412393A; BE814164A; JPS502219A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は流量制御弁に関し、特に弁スプールを開放位置
に保持しようとする傾向のある流体力を最小ならしめる
案内手段を備えた流量制御弁に関するものである。

流量制御弁では、−・ウジングの円筒孔内で往復可能な
環状に切り込みした弁スプールを備えるのが普通である
。

流体を給源から種々の器具に導いて器具を作動させるた
め、複数個の流体通路を円筒孔と交差する関係で−・ウ
ジング内に配置する。

流体か円筒孔内に入る際に、弁か計量中である場合、す
なわち弁が開放位置にある場合、流体は弁スプールの種
々の表面上に突き当り、スプール上に軸線方向推力を生
じてスプールを開放位置に保持する傾向がある。

この問題は１４０．６ｋｇ／ｃｍ２（２０００ｐｓ
ｉ）程度またはそれ以上で使用しかつ比較的高い流
量を有する高圧回路において特に顕著である。

かかる流体の流動によって生じた軸線方向推力はスプー
ルを開放位置方向に動かすのに要する力カ；それを閉じ
るのに要する力より小さいことを意味し、これは著しく
望ましくない状態である。

手動で位置き゛めする弁スプール系において、かかる等
しくない力は弁の操作者を悩ますのみならず、危険です
らある。

自動またはサーボ作動スプール位置決め装置、ならびに
手動型装置において、異なった力の要求はスプールのそ
れぞれの連動方向におけるスプールの応答速度に致命的
な影響を及ぼすことになる。

また動的流体押圧力に打ち勝つためには、それに関連し
た力を、例えば強いスプール反動ばね等を追加すること
により、増加させることを必要ならしめ、これは性能の
見地から望ましくない。

かかる流体力は、これまで重大な問題として認められ、
例えば米国特許第２９７１５３６号および同第３１９８
２１２号各明細書に記載されている。

しかしながら、軸線方向につりあう推力を与える試みで
スプールにテーパ面を追加することは、必ずしも常に望
ましい結果を生じない。

しかも、かかるテーパ面の寸法は試行錯誤的に決定する
必要がある。

また後述する如く、−・ウジング内で流体導入管状部を
形成せず、横孔のみを流体導入通路として形成する場合
にはスプールに大きな推力を作用させることなく流体を
所望の方向に流すことが困難となる。

もちろん、主弁孔よりも直径が大きい流体導入管状部を
主弁孔と横孔との間の交差点に形成すればスプールに対
する圧力をバランスさせて推力を減少することが可能と
なるか、かかる流体導入管状部を加工するのは困難かつ
高価である。

米国特許第３’６２０２３０号明細書に記載された弁は
、・・ウジングに組合わせて設けられて軸線方向推力を
生ずる障害物を備える。

かかる障害物は前記スプールの限定された走行後スプー
ルの軸線方向の運動を妨げ、かつまた整備のため弁スプ
ールの自由な取り外しを妨げる。

さらに、かかる弁における流れを制御するための構造変
化は、・・ウジングに対してよりも、むしろスプール体
に対して行なうものであることが望ましい。

スプールに対する修正は・・ウジング内の内部通路を修
正するより少ない費用ですむためである。

この分野に関係した技術は米国特許第２７４７６１２号
、第２８１２７７５号及び第３００９４８０記載明細
書にも記載されている。

本発明の目的は、弁本体が主弁孔と、主弁孔を貫通１〜
且つ主弁孔を超えた位置で終止する流体導入用の横孔と
を有し、弁スプールが主弁孔内に往復動可能に配置され
た高圧回路用の流量制御弁において、弁スプールに対す
る簡単な設計変更のみにより、弁スプールが流体の流れ
を許容する位置にあるときに弁スプールを推力が実質的
に作用しない平衡状態に保持できるようにし、従来装置
における前述の諸欠点をほぼ完全に排除しようとするに
ある。

上記の目的を達成するために本発明は、主弁孔と、主弁
孔を貫通［７て延在し且つ主弁孔を超えた位置で路上す
る横孔と、横孔に接続された人口と、横孔の両側で主弁
孔に接続された第１及び第２の出口とを限定する弁本体
；並びに主弁孔内に往復動可能に配置され、かつ第１及
び第２のランドを有する弁スプールを具え；弁スプール
を閉鎖位置と第１及び第２の開放位置との間で往復動可
能とし、閉鎖位置では第１及び第２のランドが横孔の各
側にほぼ整列して横孔と第１及び第２の出口との間の連
通を遮断し、第１又は第２の開放位置では第１又は第２
のランドが横孔内に位置して横孔から第１又は第２の出
口まで流体が流れるのを許容し、かつ第２又は第１のラ
ンドが横孔から離れた位置で横孔と第２又は第１の出口
との間の連通を遮断するように第１及び第２のランドを
配置した流量制御弁において；弁スプールに第１及び第
２のランドの中央に位置し、かつこれらのランドより僅
かに小径とした単一の環状リブを設け、この環状リブは
、弁スプールが第１の開放位置にあるときに横孔の一側
とほぼ整列して第１のランドと共に流体が弁スプールの
往復動方向に対してほぼ直角な方向から主弁孔内に流入
するのを案内し、かつ第２のランドの表面に横孔から主
弁孔に向けて流れる流体の衝撃力が直接作用するのを阻
止し、また弁スプールが第２の開放位置にあるときには
横孔の他側とほぼ整列して第２のランドと共に流体が弁
スプールの往復動方向に対してほぼ直角な方向から主弁
孔内に流入するのを案内し、かつ第１のランドの表面に
横孔かも主弁孔に向けて流れる流体の衝撃力が直接作用
するのを阻止するように構成してなることを特徴とする
。

以下、本発明を図面につき詳細に説明する。

第１及び２図に示す本発明の流量制御弁１０は円筒主弁
孔１４及び円筒横孔１６を有する弁本体１２を備える。

横孔１６は主弁孔１４と連通し、図示の如く主弁孔１４
を貫通して延在し且つ主弁孔１４を超えた位置で終止す
る。

横孔１６は主弁孔１４より小さい直径を有するものとす
る。

これらの孔１４．１６の連結領域を除いては、主弁孔１
４はその軸線方向に連続している。

主弁孔１４内に弁スプール１８を配置し、この弁スプー
ル１８を主弁孔１４の軸線方向に往復動可能とする。

スプール１８には連結部分２４により連結された第１及
び第２のランド２２，２０を形成する。

連結部分２４によりランド２０，２２間に溝２６を限定
する。

後述する案内手段２８として、弁スプール１８に単一の
環状リブ３０を設ける。

この環状リブ３０はランド２０及び２２より僅かに小径
とし、これらのほぼ中間で連結部分２４に一体的に形成
する。

スプール１８には更にランド２０及び２２の外方に端部
ランド３２及び３４を夫々設ける。

小径部分３６をランド３２及び２０の間に配置し小径部
分３８をランド３４及び２２の間に配置する。

弁本体１２に対してスプール１８を位置き゛めするため
位置制御素子４０を設ける。

横孔１６は流体ポンプ４４及び中間導管″４６を経て貯
槽４２内の流体源に連結する。

逃し弁４８は導管４６の圧力に応動して通常の方法で導
管の最大圧力を制御する。

複動水圧シリンダ５０は導管５４に連結したロンド端５
２、及び導管５８に連結したヘッド端５６を有する。

これらの導管５４，５８は主弁孔１４に対して横孔１６
の両側に位置する第１及び第２の出口を介して連通ずる
。

弁スプール１８が閉鎖位置にあるときに、第１及び第２
のランド２２．２０は、横孔１６の各側にほぼ整列する
位置にあり、小径部分３６及び３８の周囲の流路と横孔
１６との間の連通は遮断されている（第１図）。

端部ランド３２．３４は、その間、ドレン導管６２，６
０を封鎖する。

弁スプール１８が第２図に示す第１開放位置まで変位す
ると、第１のランド２２が横孔１６内に移動し、横孔１
６からの流体が主弁孔１４及び導管５４を・峰てシリン
ダ５０に阿けて流れるのを許容する。

他方、第２のランド２０は横孔１６から離間した位置に
ある。

横孔１６からの流体の一部は溝２６を経て主弁孔１４内
に、残部は横孔１６から直接に主弁孔１４内に流入する
。

流体は次いで第１の出口及び導管５４を経て流れ、シリ
ンダ５０のロンド端５２に流入してシリンダ・ピストン
を引込める。

その際にシリンダ５０のヘッド端５６の流体は導管５８
、第２の出口主弁孔１４及びドレン導管６２を経て貯槽
４２に戻される。

弁スプール１８が第１の開放位置（第２図）にあるとき
に、環状リブ３０は横孔１６の一側に対してほぼ整列さ
せ、且つ弁本体１２に隣接させて主弁孔１４をほぼ封鎖
させる。

かくして、環状リブ３０はランド２０の領域に向けての
流体の流れをほぼ封鎖し、第２のランド２０に横孔１６
から主弁孔１４に向けて流れる流体の衝撃力が直接作用
するのを防止する。

したがってランド２０に作用する静圧力を保持しつつ第
２のランド２０に衝撃力にもとづく推力が作用するのを
阻止することが可能となる。

これは同様な横孔１６′、主弁孔１４′及び弁スプール
１８′を具えるもランド２０’、２２’間に案内手段と
しての環状リブを有しない第３図で示した従来装置にお
けるとは対照的である。

この従来装置では、流体は第３図に矢印で示すようにラ
ンド２２′の上側及び下側を流れる（これは第１及び２
図の装置においても該当する）。

図示の位置においてはランド２０′に流体の衝撃力が直
接作用し、ランド２０′カ主弁孔１４′を遮断するもラ
ンド２２′が主弁孔１４′を遮断しないので、第３図に
示すように衝撃力にもとづく合力Ｆかスプール１８′に
作用してスプール１８′を開放位置に保持しようとする
。

第３図の装置において、スタティックバランスだけを考
えれば、ランド２σの右側面と第１及び２図のランド３
４に対応するランド（図示せず）の左側面に作用する力
がバランスし、ランド２２′の左右側面に作用する力が
バランスして、スプール１８′には推力が作用しなくな
ると思われるかも知れない。

しかし、本発明の装置におけるように流体の衝撃力を無
視することのできない大流量高圧回路に使用するものに
おいては上述のスタティックバランス状態は成立たない
ものである。

これに対して第１及び２図に示した本発明の装置では、
主弁孔１４より直径の僅かに小さい環状リブ３０を設け
ることにより、第１の開放位置において流体の静圧を第
２のランド２０の右側面に作用させるも流体の衝撃力は
ランド２０の右側面に作用させない。

すなわちランド２０には衝撃力による場合より小さな静
圧による左向きの力のみが作用し、この力はランド３４
に作用する右向きの静圧力とバランスさせることができ
る。

なお、流体を弁スプール１８の運動方向に対して直角な
方向から導入すること、そして横孔１６とランド３４と
が比較的離れていることによりランド３４には衝撃力カ
ーはとんど作用しない。

したがって、流体の流れは弁スプール１８の運動方向に
はほとんど力を及ぼさない。

なお、リブ３０をランド２０，２２間の中央に配置した
ため、スプール１８が第２図の位置、すなわち第２の開
放位置と対称な右側の位置に変位した場合でも上述と同
様に作動することは言うまでもない。

上述の実施例では１つの環状リブ３０を示したか、本発
明の範囲内で複数の軸線方向に離間した環状リブをスプ
ール１８に一体的に設けても良い。

かかる複数個のリブは複数個の横断環状流路を形成し、
協働してスプール１８に作用する軸線方向の推力を最小
ならしめる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の流量制御弁の要部を断面として関連す
る作動流体回路と共に示す説明図、第２図は弁スプール
を第１の開放位置に動かした第１図の流量制御弁の中心
断面図、第３図は従来の流量制御弁の部分断面図である
。１０・・・流量制御弁、１２，１２’・・・弁本体、１
４゜１４′・・・主弁孔、１６、１６’・・・横孔、
１８、１８’・・・弁スプール、２０、２０’、
２２、２２’・・・ランド、２４・・・連結部分、２
６・・・溝、２８・・・案内手段、３０・・・環状リブ
、３２，３４・・・端部ランド、３６゜３８・・・小径
部分、４０・・・位置制御素子、４２・・・貯槽、４４
・・・流体ポンプ、４６・・・中間導管、４８・・・逃
し弁、５０・・・複動液圧シリンダ、５２・・・ロッド
端、５４・・・導管、５６・・・ヘッド端、５８・・・
導管、６０．６２・・・トレン導管、Ｆ・・・力。

Claims

【特許請求の範囲】

１主弁孔と、主弁孔を貫通して延在し且つ主弁孔を超
えた位置で終止する横孔と、横孔に接続された入口と、
横孔の両側で主弁孔に接続された第１及び第２の出口と
を限定する弁本体；並びに主弁孔内に往復動可能に配置
され、かつ第１及び第２のランドを有する弁スプールを
具え；弁スプールを閉鎖位置と第１及び第２の開放位置
との間で往復動可能とし、閉鎖位置では第１及び第２の
ランドが横孔の各側にほぼ整列して横孔と第１及び第２
の出口との間の連通を遮断し、第１又は第２の開放位置
では第１又は第２のランドが横孔内に位置して横孔から
第１又は第２の出口まで流体が流れるのを許容し、かつ
第２又は第１のランドが横孔から離れた位置で横孔と第
２又は第１の出口との間の連通を遮断するように第１及
び第２のランドを配置した流量制御弁において；弁スプ
ールに第１及び第２のランドの中央に位置し、かつこれ
らのランドより僅かに小径とした単一の環状リプを設け
、この環状リブは、弁スプールが第１の開放位置にある
ときに横孔の一側とほぼ整夕１ルて第１のランドと共に
流体が弁スプールの往復動方向に対してほぼ直角な方向
から主弁孔内に流入するのを案内し、かつ第２のランド
の表面に横孔から主弁孔に向けて流れる流体の衝撃力が
直接作用するのを阻止し、また弁スプールが第２の開放
位置にあるときには横孔の他側とほぼ整夕１ルて第２の
ランドと共に流体が弁スプールの往復動方向に対してほ
ぼ直角な方向から主弁孔内に流入するのを案内し、かつ
第１のランドの表面に横孔かも主弁孔に向けて流れる流
体の衝撃力が直接作用するのを阻止するように構成して
なることを特徴とする流量制御弁。