WO2014027621A1 - 切換弁 - Google Patents

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switching valve
port
spool
cylinder
communication port
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剛 寺尾
中村 雅之
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カヤバ工業株式会社
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    • F15B11/02Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • F15B2011/0246Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits with variable regeneration flow

Definitions

  • the present invention relates to a switching valve provided with a regeneration mechanism for regenerating a return fluid flowing out from a rod side chamber of a cylinder into a piston side chamber.
  • JP2001-304202A includes a spool in which a direction of hydraulic oil supplied from a pump is controlled to operate a cylinder, and a regeneration passage is formed in the cylinder to regenerate return oil flowing out from the rod side of the cylinder to a piston side chamber.
  • a switching valve is disclosed.
  • the regeneration passage of the switching valve disclosed in JP2001-304202A includes a radial hole that can communicate with the upper and lower hydraulic oil supply / discharge grooves located at one end of the spool, an axial hole that communicates with the radial hole, A radial hole that communicates with the axial hole and communicates with the upper and lower hydraulic oil supply / discharge grooves located at the other end of the spool.
  • the return oil flowing out from the rod side of the cylinder is regenerated into the piston side chamber via the radial hole at the other end, the axial hole, and the radial hole at one end.
  • An object of the present invention is to provide a switching valve capable of reducing energy loss in the regeneration passage and achieving energy saving.
  • a switching valve for switching supply and discharge of working fluid to and from a cylinder having a piston side chamber and a rod side chamber, and a spool that is slidably incorporated in the valve body and communicates with the piston side chamber.
  • a regeneration passage that is formed in the spool and communicates with the other cylinder port that communicates with the rod-side chamber according to the switching position of the spool, and a first communication port that is formed in the spool and communicates with the regeneration passage.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a state in which a spool of a switching valve according to an embodiment of the present invention is maintained in a neutral position.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a state in which the spool of the switching valve according to the embodiment of the present invention is switched to the left position.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a state in which the spool of the switching valve according to the embodiment of the present invention is switched to the right position.
  • FIG. 4 is a partially enlarged sectional view showing a one-way flow valve of the switching valve according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged sectional view showing a one-way flow valve of a switching valve according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partially enlarged sectional view showing a one-way flow valve of a switching valve according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a switching valve according to
  • a switching valve 200 shown in FIG. 7 includes a spool S that is slidably incorporated in the valve body B, a cylinder port 2 that is formed in the valve body B and is connected to the piston side chamber 1 of the cylinder C, and a rod that is formed in the valve body B.
  • the valve body B is formed with a pump port 5 communicating with a pump (not shown). The pressure fluid guided to the pump port 5 passes through a passage (not shown) and is guided to the bridge passage 7 via the load check valve 6.
  • the bridge passage 7 has a pair of openings. One opening 7 a is adjacent to the cylinder port 2, and the other opening 7 b is adjacent to the cylinder port 4.
  • One opening 7 a is adjacent to the cylinder port 2, and the other opening 7 b is adjacent to the cylinder port 4.
  • the communication between the bridge passage 7 and the cylinder ports 2 and 4 is maintained in a blocked state.
  • one opening 7a of the bridge passage 7 communicates with the cylinder port 2 via the first annular groove 8 formed in the spool S, and the second annular groove
  • the cylinder port 4 and the tank passage 11 communicate with each other through 9 and the choke groove 10.
  • the pressure fluid from the pump is supplied to the piston side chamber 1 of the cylinder C, and the return fluid from the rod side chamber 3 is guided to the tank passage 11 so that the cylinder C extends.
  • the cylinder port 4 communicates with the tank passage 11 via the choke groove 10. For this reason, a pressure loss due to the choke groove 10 is generated, and the pressure of the cylinder port 4 increases accordingly.
  • a communication hole 12 is formed along the center of the shaft, and a first drill hole 13 is formed at the tip of the communication hole 12 on the cylinder port 4 side.
  • the first drill hole 13 opens in the other opening 7b of the bridge passage 7 when the spool S is in the neutral position.
  • the first drill hole 13 opens to the cylinder port 4.
  • a check valve 14 is incorporated at the end of the communication hole 12 opposite to the end where the first drill hole 13 is formed. When the check valve 14 is opened, the second drill hole 15 provided adjacent to the first annular groove 8 and the communication hole 12 communicate with each other. That is, the check valve 14 allows only the fluid flow from the first drill hole 13 through the communication hole 12 to the second drill hole 15.
  • the second drill hole 15 When the spool S is in the neutral position, the second drill hole 15 is located between the cylinder port 2 and one opening 7a of the bridge passage 7 and keeps being blocked. When the spool S is switched to the right in the drawing from this state, the second drill hole 15 communicates with the first annular groove 8 through one opening 7 a of the bridge passage 7. Further, when the spool S is switched in the right direction, the second drill hole 15 communicates with one opening 7 a of the bridge passage 7 via the recessing processing portion 16.
  • the pressure fluid from the pump port 5 passes through a passage (not shown) and pushes the load check valve 6 open to the bridge passage 7. Then, it is supplied from the cylinder port 2 to the piston side chamber 1 of the cylinder C through the first annular groove 8. At this time, the second drill hole 15 opens into the bridge passage 7. The return fluid from the rod side chamber 3 of the cylinder C is guided to the tank passage 11 via the choke groove 10. Further, the first drill hole 13 opens to the cylinder port 4.
  • the return fluid from the rod side chamber 3 of the cylinder C is regenerated through the communication hole 12 formed in the spool S.
  • the cross-sectional area of the spool S it is difficult to increase the diameter of the communication hole 12. Since the first and second annular grooves 8 and 9 are formed in the spool S and the first drill hole 13 is also formed, if the diameter of the communication hole 12 is increased, the first and second annular grooves 8 and 9 and the first drill hole 13 are formed. The cross-sectional area of the portion where the hole 13 is formed becomes small, resulting in insufficient strength.
  • the configuration of the switching valve 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Since the switching valve 100 has the same configuration as the switching valve 200 and the spool has a common part, the same constituent elements as those of the switching valve 200 according to the comparative example of the present invention in the valve body and the spool are the same. It demonstrates using the code
  • the switching valve 100 controls the operation of the cylinder C by switching between supply and discharge of a working fluid such as hydraulic oil to the cylinder C.
  • the switching valve 100 is used in a construction machine having a function of regenerating the return fluid in the rod side chamber 3 of the cylinder C.
  • the switching valve 100 is slidably incorporated in the valve body B, a cylinder port 2 formed in the valve body B and connected to the piston side chamber 1 of the cylinder C, and formed in the valve body B and connected to the rod side chamber 3. Cylinder port 4 to be provided.
  • the valve body B is formed with a pump port 5 communicating with a pump (not shown). The pressure fluid guided to the pump port 5 passes through a passage (not shown) and is guided to the bridge passage 7 via the load check valve 6.
  • the bridge passage 7 has a pair of openings, one opening 7 a adjacent to the cylinder port 2, and the other opening 7 b adjacent to the cylinder port 4.
  • the spool S When the spool S is in the neutral position shown in FIG. 1, the communication between the bridge passage 7 and the cylinder ports 2 and 4 is maintained in a blocked state.
  • the one opening 7 a of the bridge passage 7 and the cylinder port 2 communicate with each other via the first annular groove 8 formed in the spool S. Then, the cylinder port 4 and the tank passage 11 communicate with each other through the second annular groove 9 and the choke groove 10.
  • the switching valve 100 includes pilot chambers 17 and 17 facing the end of the spool S, and centering springs 18 and 18 provided in the pilot chambers 17 and 17.
  • the spool S is formed with a built-in hole 19 for incorporating the one-way flow valve V from the right end of the drawing, which is the front end in the moving direction of the spool S when the spool S moves in the regeneration direction, which is the right direction of the drawing.
  • the opening of the mounting hole 19 is blocked by the plug 20.
  • the spool S includes a sheet portion 21 formed at the bottom of the mounting hole 19 and a communication path 22 c formed in the axial direction from the sheet portion 21.
  • a one-way flow valve V is incorporated between the plug 20 and the seat portion 21.
  • a first communication port 22a that is formed on the pump port 5 side and communicates with the communication passage 22c is sandwiched between the seat portion 21 and the spool S, and is opposite to the first communication port 22a and communicates with the built-in passage 19.
  • the first communication port 22a and the second communication port 22b open to the outer peripheral surface of the spool S.
  • the first communication port 22a is located between the pump port 5 and the cylinder port 4 when the spool S is in the neutral position shown in FIG. 1, and maintains a state in which the opening on the outer peripheral surface of the spool S is blocked. .
  • the communication port 22b communicates with the other opening 7b of the bridge passage 7 when the spool S is in the neutral position shown in FIG.
  • the first communication port 22a maintains a positional relationship that does not communicate with the pump port 5 even when the spool S is switched to the left position as shown in FIG.
  • the first communication port 22 a communicates with the other opening 7 b of the bridge passage 7, and the second communication port 22 b communicates with the cylinder port 4.
  • the timing at which the second communication port 22 b communicates with the cylinder port 4 is greater than the timing at which the first communication port 22 a communicates with the other opening 7 b of the bridge passage 7. It is configured to be faster.
  • a spacer 23 is provided in the mounting hole 19, and a spring 24 is interposed between the spacer 23 and the one-way flow valve V.
  • the one-way flow valve V is provided at a poppet portion 25 that contacts the seat portion 21, a diameter larger than that of the poppet portion 25, a fitting portion 26 that fits into the mounting hole 19, and a tip of the poppet portion 25. And a protrusion 27.
  • the one-way flow valve V is configured such that the poppet portion 25 abuts on the seat portion 21 and closes the seat portion 21 in a normal state.
  • the fitting portion 26 is slidably fitted into the mounting hole 19 so that the fitting length of the fitting portion 26 with respect to the mounting hole 19 is sufficiently longer than the outer diameter of the fitting portion 26. Formed. For this reason, the one-way flow valve V can operate stably. Further, the outer diameter of the poppet portion 25 is smaller than the outer diameter of the fitting portion 26, and a step portion 28 is formed at the boundary portion between the poppet portion 25 and the fitting portion 26.
  • the protrusion 27 is formed so as to protrude from the seat portion 21 toward the first communication port 22a and be accommodated in the communication passage 22c in a state where the one-way flow valve V closes the seat portion 21. .
  • the protrusion 27 and the poppet portion 25 are formed with a through hole 29 penetrating the center thereof.
  • the one-way flow valve V is formed with a back pressure chamber 30 that communicates with the through hole 29 and accommodates the spring 24.
  • the back pressure chamber 30 is formed so that the pressure receiving area of the back pressure chamber 30 is larger than the pressure receiving area of the step portion 28 when the one-way flow valve V closes the seat portion 21.
  • the pressure fluid flowing from the first communication port 22a flows from the through hole 29 into the back pressure chamber 30 that houses the spring 24, and the pressure of the fluid guided to the back pressure chamber 30 is applied to the one-way flow valve V. In contrast, it acts in the direction of closing the seat portion 21.
  • the first communication port 22a and the second communication port 22b communicate with each other through the assembly hole 19, the seat portion 21, and the communication channel 22c.
  • the passage connecting the first communication port 22a and the second communication port 22b is the regeneration channel 22. That is, the built-in hole 19, the seat portion 21, and the communication path 22 c that are paths between the first communication port 22 a and the second communication port 22 b function as the regeneration path 22. More specifically, the passage formed by the built-in hole 19 and the one-way flow valve V, the seat portion 21, and the communication passage 22 c become the regeneration passage 22.
  • a signal passage 31 is provided on the side of the valve body B opposite to the regeneration passage 22.
  • the second communication port 22b communicates with the cylinder port 4, and the first communication port 22a is slightly behind the timing of the communication, and the first communication port 22a is connected to the other side of the bridge passage 7. It communicates with the opening 7b.
  • the second communication port 22 b communicates with the cylinder port 4
  • the relatively high pressure on the cylinder port 4 side acts on the step portion 28 of the one-way flow valve V.
  • the first communication port 22a communicates with the other opening 7b of the bridge passage 7 with a slight delay in timing.
  • the pump pressure guided from the other opening 7b of the bridge passage 7 acts in the back pressure chamber 30, and a relatively high pressure of the cylinder port 4 acts on the step portion 28. Therefore, the one-way flow valve V opens the seat portion 21 against the spring 24. When the seat portion 21 is opened, the return fluid guided to the cylinder port 4 is guided to the bridge passage 7 through the second communication port 22b, the regeneration passage 22, and the first communication port 22a.
  • a protrusion 27 is formed at the tip of the poppet 25, and a throttling effect is exerted between the protrusion 27 and the mounting hole 19, so that the pressure on the cylinder port 4 side becomes too low and the unidirectional flow occurs.
  • the valve V does not close the seat portion 21.
  • the fluid guided to the bridge passage 7 merges with the pressure fluid from the pump port 5 and is supplied to the piston side chamber 1 of the cylinder C. That is, the return fluid in the rod side chamber 3 of the cylinder C is regenerated in the piston side chamber 1.
  • the opening part of the 1st communicating port 22a in the said embodiment makes the circular hole, as shown in FIG. 5, for example, the 1st communicating port 22a and the other opening 7b of the bridge channel
  • a taper portion 32 whose depth gradually increases from the front to the rear in the moving direction when the spool S moves in the direction to be moved may be formed as a variable communication port having a variable opening degree.
  • the variable communication port may be configured by the plurality of aligned communication holes 33.
  • the cylinder port 4 and the other opening 7 b of the bridge passage 7 communicate with each other via the regeneration passage 22, so that the return fluid from the rod side chamber 3 of the cylinder C is supplied to the bridge passage 7.
  • the cross-sectional area of the bridge passage 7 can be made sufficiently larger than the communication hole 12 formed in the spool S as in the prior art. That is, unlike the case of passing through the communication hole 12 having a small diameter, the pressure loss is small, and the flow path resistance for regenerating the return fluid can be reduced. Therefore, the pressure of the rod side chamber 3 at the time of regeneration can be relatively lowered to reduce the load of a pump (not shown), and energy saving is correspondingly achieved.
  • the one-way flow valve V is provided, for example, when the switching valve 100 according to the present embodiment is used in a construction machine, the pressure in the piston side chamber 1 can be kept high and the pressure in the rod side chamber 3 can be kept low. During the required excavation work, the pressure in the rod side chamber 3 can be kept low. If the pressure on the pump side opens the one-way flow valve V and flows into the rod side chamber 3 during excavation work, the discharge pressure of the pump acts on the rod side chamber 3, so the efficiency of the excavation work is improved. It gets worse.
  • the switching valve 100 according to the present embodiment since the one-way flow valve V is provided as described above and the pressure in the rod side chamber 3 can be kept low, the efficiency of excavation work is not deteriorated.
  • the timing at which the second communication port 22b communicates with the cylinder port 4 is made earlier than the timing at which the first communication port 22a communicates with the other opening 7b of the bridge passage 7.
  • the pressure of the return fluid acts on the one-way flow valve V before the first communication port 22 a opens into the bridge passage 7. Therefore, the one-way flow valve V is opened at the same time as the first communication port 22a communicates with the bridge passage 7, and the responsiveness of the one-way flow valve V is improved.
  • the first communication port 22a is formed at a position where the spool S is not communicated with the pump port 5 formed in the valve body B and into which the pressure fluid from the pump is introduced, regardless of the position of the spool S.
  • the first communication port 22a does not communicate with the pump port 5
  • the pressure fluid from the pump port 5 can be reliably prevented from flowing back into the regeneration passage 22.
  • the cylinder C cannot be controlled by the switching valve 100, but there is no problem that the switching valve 100 according to this embodiment cannot be controlled. Does not occur.
  • the first communication port 22a is a variable communication port, the communication opening degree with the bridge passage 7 gradually increases during the movement of the spool S, so that the pressure in the bridge passage 7 suddenly increases. The shock to the cylinder C can be alleviated.
  • the assembly hole 19 for incorporating the one-way flow valve V is formed in the spool S from the front end in the movement direction when the spool S moves during regeneration, the axial length of the assembly hole 19 is shortened. Can be drilled easily.
  • the pressure receiving area is provided with a one-way flow valve V that opens and closes the seat portion 21 formed in the assembly hole 19 and receives the pressure on the second communication port 22b side when the one-way valve V closes the seat portion 21. Is larger than the pressure receiving area that receives the pressure on the first communication port 22a side. For this reason, the seat portion 21 is opened by the action of the pressure on the second communication port 22 b side, and the fluid flowing in from the cylinder port 4 side is guided to the bridge passage 7. Thus, by inserting the one-way flow valve V from the opening end of the mounting hole 19, the one-way flow control function can be exhibited.
  • the protrusion 27 is formed on the one-way flow valve V, even if the one-way flow valve V is in a fully open state, the flow resistance is maintained against the fluid during regeneration, and the rod of the cylinder C The pressure in the side chamber 3 can be maintained appropriately.
  • the fitting length in the axial direction of the one-way flow valve V with respect to the mounting hole 19 is longer than the diameter of the fitting portion 26, the one-way flow valve V can be assembled in a stable state.

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Abstract

 シリンダへの作動流体の給排を切り換える切換弁であって、バルブボディに摺動自在に組み込まれるスプールと、ピストン側室に連通する一方のシリンダポートと、ロッド側室に連通する他方のシリンダポートと、一方の開口が一方のシリンダポートに隣接し、他方の開口が他方のシリンダポートに隣接するブリッジ通路と、スプールに形成され、スプールの切換位置に応じて、他方のシリンダポートを一方のシリンダポートに連通させる再生通路と、再生通路と連通する第1連通口及び第2連通口と、を備え、スプールの切換位置に応じて、第1連通口がブリッジ通路の他方の開口に連通し、第2連通口が他方のシリンダポートに連通する。

Description

切換弁
 本発明は、シリンダのロッド側室から流出した戻り流体をピストン側室に再生する再生機構を備えた切換弁に関するものである。
 この種の切換弁として、JP2001-304202Aに記載のものがある。
 JP2001-304202Aには、ポンプから供給される作動油を方向制御してシリンダを作動し、シリンダのロッド側から流出した戻り油をピストン側室へ再生する再生通路が内部に形成されるスプールを備えた切換弁が開示されている。
 また、JP2001-304202Aに開示の切換弁の再生通路は、スプールの一端に位置する上下の作動油給排溝に連通可能な径方向孔と、当該径方向孔と連通する軸方向孔と、当該軸方向孔と連通し、スプールの他端に位置する上下の作動油給排溝に連通する径方向孔と、を備える。シリンダのロッド側から流出した戻り油は、他端の径方向孔、軸方向孔、一端の径方向孔を経由してピストン側室へ再生される。
 このような切換弁では、スプールの断面積などの制約条件から、再生通路の直径を大きくすることは困難である。スプールには径方向孔や外周に設けられる周溝が形成されるので、再生通路の直径を大きくすると、径方向孔などが形成される部分の断面積が小さくなり、強度不足が生じる。このように、再生通路の直径を大きくすることが困難であると、再生通路を通る流体に対する圧力損失が大きくなり、その分、ロッド側室の圧力も上昇する。ロッド側室の圧力が上昇すれば、ピストン側室の圧力も上昇するので、その分、ポンプの吐出圧も高くする必要がある。このため、エネルギーの消費量が大きくなるという問題があった。
 本発明は、再生通路における圧力損失を少なくして、省エネルギーを達成できる切換弁を提供することを目的とする。
 本発明のある態様によれば、ピストン側室とロッド側室とを有するシリンダへの作動流体の給排を切り換える切換弁であって、バルブボディに摺動自在に組み込まれるスプールと、ピストン側室に連通する一方のシリンダポートと、ロッド側室に連通する他方のシリンダポートと、一対の開口を有し、一方の開口が一方のシリンダポートに隣接し、他方の開口が他方のシリンダポートに隣接するブリッジ通路と、スプールに形成され、スプールの切換位置に応じて、ロッド側室に連通した他方のシリンダポートを、一方のシリンダポートに連通させる再生通路と、スプールに形成され、再生通路と連通する第1連通口及び第2連通口と、を備え、スプールの切換位置に応じて、第1連通口が他方のシリンダポートに隣接するブリッジ通路の他方の開口に連通し、第2連通口が他方のシリンダポートに連通する。
図1は、本発明の実施形態に係る切換弁のスプールを中立位置に保った状態の断面図である。 図2は、本発明の実施形態に係る切換弁のスプールを左側位置に切り換えた状態の断面図である。 図3は、本発明の実施形態に係る切換弁のスプールを右側位置に切り換えた状態の断面図である。 図4は、本発明の実施形態に係る切換弁の一方向流れバルブを示す部分拡大断面図である。 図5は、本発明の他の実施形態に係る切換弁の一方向流れバルブを示す部分拡大断面図である。 図6は、本発明の他の実施形態に係る切換弁の一方向流れバルブを示す部分拡大断面図である。 図7は、本発明の比較例に係る切換弁を示す断面図である。
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
 まず、本発明の実施形態に係る切換弁100の理解を容易にするために、図7を参照して、本発明の比較例に係る切換弁200について説明する。
 図7に示す切換弁200は、バルブボディBに摺動自在に組み込まれるスプールSと、バルブボディBに形成されシリンダCのピストン側室1と接続するシリンダポート2と、バルブボディBに形成されロッド側室3と接続するシリンダポート4と、を備える。バルブボディBには、図示しないポンプに連通したポンプポート5が形成される。ポンプポート5に導かれた圧力流体は、図示しない通路を通り、ロードチェック弁6を介してブリッジ通路7に導かれる。
 ブリッジ通路7は、一対の開口を備えている。一方の開口7aはシリンダポート2に隣接し、他方の開口7bはシリンダポート4に隣接する。スプールSが、図7に示す中立位置にあるとき、ブリッジ通路7と両シリンダポート2,4との連通が遮断された状態に保たれる。スプールSが、中立位置から図面右方向に切り換わると、スプールSに形成される第1環状溝8を介してブリッジ通路7の一方の開口7aがシリンダポート2と連通するとともに、第2環状溝9及びチョーク溝10を介して、シリンダポート4とタンク通路11とが連通する。
 したがって、シリンダCのピストン側室1にはポンプからの圧力流体が供給されるとともに、ロッド側室3からの戻り流体は、タンク通路11に導かれて、シリンダCは伸長する。また、上記のようにスプールSが中立位置から図面右方向に切り換わると、シリンダポート4がチョーク溝10を介してタンク通路11に連通する。このため、チョーク溝10による圧力損失が発生し、その分、シリンダポート4の圧力が上昇する。
 スプールSには、その軸中心に沿って連通孔12が形成され、連通孔12のシリンダポート4側の先端部分には第1キリ穴13が形成される。第1キリ穴13は、スプールSが中立位置にあるときには、ブリッジ通路7の他方の開口7bに開口する。スプールSが中立位置から右方向に移動したときには、第1キリ穴13はシリンダポート4に開口する。
 連通孔12の第1キリ穴13が形成される端部と反対側の端部には、チェック弁14が組み込まれる。チェック弁14が開弁すると、第1環状溝8と隣接して設けられる第2キリ穴15と連通孔12とが連通する。つまり、チェック弁14は、第1キリ穴13から連通孔12を通って第2キリ穴15への流体の流れのみを許容するものである。
 スプールSが中立位置にあるときには、第2キリ穴15は、シリンダポート2とブリッジ通路7の一方の開口7aとの間に位置してふさがれた状態を保つ。この状態からスプールSが図面右方向に切り換えられると、第2キリ穴15が、ブリッジ通路7の一方の開口7aを介して第1環状溝8と連通する。また、スプールSが右方向に切り換えられたときには、第2キリ穴15が、リセッシング加工部16を介してブリッジ通路7の一方の開口7aと連通する。
 切換弁200では、スプールSを図7に示す中立位置から図面右方向に切り換えると、ポンプポート5からの圧力流体が、図示しない通路を通り、ロードチェック弁6を押し開いてブリッジ通路7に導かれ、第1環状溝8を介して、シリンダポート2からシリンダCのピストン側室1に供給される。なお、この際は、第2キリ穴15はブリッジ通路7に開口している。シリンダCのロッド側室3からの戻り流体は、チョーク溝10を介してタンク通路11に導かれる。また、第1キリ穴13はシリンダポート4に開口する。
 このようにシリンダポート4がチョーク溝10を介してタンク通路11に連通すると、チョーク溝10を通る流体に圧力損失が発生し、シリンダポート4の圧力が上昇する。シリンダポート4で圧力が上昇した高圧流体は、第1キリ穴13及び連通孔12を経由して、チェック弁14を押し開いて、第2キリ穴15からブリッジ通路7に供給される。このようにして、シリンダCのロッド側室3からの戻り流体が、シリンダCのピストン側室1に再生されることになる。
 切換弁200では、シリンダCのロッド側室3からの戻り流体が、スプールSに形成された連通孔12を経由して再生される。しかし、スプールSの断面積などの制約条件から、連通孔12の直径を大きくすることは困難である。スプールSには第1,2環状溝8,9が形成され、第1キリ穴13も形成されるので、連通孔12の直径を大きくすると、第1,2環状溝8,9や第1キリ穴13が形成される部分の断面積が小さくなり、強度不足が生じる。このように、連通孔12の直径を大きくすることが困難であると、連通孔12を通る流体に対する圧力損失が大きくなり、その分、ロッド側室3の圧力も上昇する。ロッド側室3の圧力が上昇すれば、ピストン側室1の圧力も上昇するので、その分、ポンプの吐出圧も高くする必要がある。このように、エネルギーの消費量が大きくなる。
 次に、図1~図4を参照して、本実施形態に係る切換弁100の構成について説明する。切換弁100は、バルブボディの構成が切換弁200と同じであり、スプールにも共通部分があるので、バルブボディ及びスプールにおいて本発明の比較例に係る切換弁200と同じ構成要素については、同一の符号を用いて説明する。
 切換弁100は、シリンダCに対する作動油等の作動流体の給排を切り換え、シリンダCの動作を制御するものである。切換弁100は、シリンダCのロッド側室3の戻り流体を再生させる機能を備えた建設機械などに使用される。
 切換弁100は、バルブボディBに摺動自在に組み込まれるスプールSと、バルブボディBに形成されシリンダCのピストン側室1と接続するシリンダポート2と、バルブボディBに形成されロッド側室3と接続するシリンダポート4と、を備える。バルブボディBには、図示しないポンプに連通したポンプポート5が形成される。ポンプポート5に導かれる圧力流体は、図示しない通路を通り、ロードチェック弁6を介してブリッジ通路7に導かれる。
 ブリッジ通路7は、一対の開口を有し、その一方の開口7aがシリンダポート2に隣接し、他方の開口7bがシリンダポート4に隣接する。スプールSが、図1に示す中立位置にあるときには、ブリッジ通路7と両シリンダポート2,4との連通が遮断された状態に保たれる。スプールSが、中立位置から図3に示すように図面右方向に切り換わると、スプールSに形成される第1環状溝8を介してブリッジ通路7の一方の開口7aとシリンダポート2とが連通し、第2環状溝9及びチョーク溝10を介して、シリンダポート4とタンク通路11とが連通する。
 したがって、シリンダCのピストン側室1にはポンプからの圧力流体が供給されるとともに、ロッド側室3からの戻り流体は、第2環状溝9及びチョーク溝10を介してタンク通路11に導かれて、シリンダCは伸長する。チョーク溝10を介してシリンダポート4がタンク通路11に連通するので、チョーク溝10による圧力損失が発生し、その分、シリンダポート4の圧力が上昇する。このようにチョーク溝10を設けて、シリンダポート4側の圧力を上昇させているのは、後で説明する再生流れを、シリンダCのシリンダポート2に導くためである。なお、切換弁100は、スプールSの端部に臨むパイロット室17,17と、パイロット室17,17に設けられるセンタリングスプリング18,18と、を備えている。パイロット室17,17のいずれか一方にパイロット圧が導かれることによって、スプールSの位置が切り換わる。センタリングスプリング18,18は、スプールSを付勢し、パイロット室17,17の双方にパイロット圧が作用しないときに、スプールSを中立位置に保つ。
 スプールSには、スプールSが図面右方向である再生方向に移動するときに当該スプールSの移動方向の前端となる図面右端から一方向流れバルブVを組み込む組み込み穴19が形成される。組み込み穴19は、その開口部がプラグ20でふさがれる。このように、スプールSが再生するために移動する方向の前端から組み込み穴19が形成されるため、例えば、その反対側から組み込み穴を形成する場合に比べて、組み込み穴の軸方向長さを短くできる。
 また、スプールSは、図4に示すように、組み込み穴19の底部に形成されるシート部21と、シート部21から軸方向に形成される連通路22cと、を備える。プラグ20とシート部21との間には一方向流れバルブVが組み込まれる。
 スプールSには、シート部21を挟んで、ポンプポート5側に形成され連通路22cと連通する第1連通口22aと、第1連通口22aとは反対側であって組み込み通路19と連通する第2連通口22bと、を備える。第1連通口22a及び第2連通口22bは、スプールSの外周面に開口する。第1連通口22aは、スプールSが図1に示す中立位置にあるとき、ポンプポート5とシリンダポート4との間に位置して、スプールSの外周面の開口がふさがれている状態を保つ。一方、連通口22bは、スプールSが図1に示す中立位置にあるとき、ブリッジ通路7の他方の開口7bと連通する。なお、第1連通口22aは、スプールSが図2に示すように左側位置に切り換わったときにも、ポンプポート5には連通しない位置関係を保つ。
 スプールSが図3に示すように右側位置に切り換わったときには、第1連通口22aがブリッジ通路7の他方の開口7bに連通し、第2連通口22bがシリンダポート4に連通する。ここで、スプールSを右側位置に切り換えたとき、第2連通口22bがシリンダポート4に連通するタイミングの方が、第1連通口22aがブリッジ通路7の他方の開口7bに連通するタイミングよりも早くなるように構成されている。
 組み込み穴19には、スペーサ23が設けられ、当該スペーサ23と一方向流れバルブVとの間にはスプリング24が介在する。一方向流れバルブVは、シート部21と当接するポペット部25と、ポペット部25よりも大径であって、組み込み穴19と嵌合する嵌合部26と、ポペット部25の先端に設けられる突部27と、を備える。一方向流れバルブVは、通常時において、ポペット部25がシート部21に当接し、シート部21を閉じるように構成されている。
 嵌合部26は、組み込み穴19に対して摺動自在に嵌合し、組み込み穴19に対する嵌合部26の嵌合長さは嵌合部26の外径の大きさよりも十分に長くなるように形成される。このため、一方向流れバルブVが安定して作動できる。また、ポペット部25の外径は、嵌合部26の外径よりも小さく、ポペット部25と嵌合部26との境界部分には段差部28が形成される。
 突部27は、当該一方向流れバルブVがシート部21を閉じている状態において、シート部21よりも第1連通口22aに向かって突出して連通路22c内に収容されるように形成される。突部27及びポペット部25には、その中心を貫通する貫通孔29が形成される。また、一方向流れバルブVには、貫通孔29と連通し、スプリング24が収容される背圧室30が形成される。背圧室30は、一方向流れバルブVがシート部21を閉じているとき、段差部28の受圧面積に対して、背圧室30の受圧面積が大きくなるように形成される。したがって、第1連通口22aから流入した圧力流体は、貫通孔29からスプリング24を収容する背圧室30に流入し、背圧室30に導かれた流体の圧力は、一方向流れバルブVに対してシート部21を閉じる方向に作用する。
 このように、本実施形態では、第1連通口22aと第2連通口22bが、組み込み穴19、シート部21、及び連通路22cを介して連通する。また、本実施形態では、第1連通口22aと第2連通口22bとを結ぶ通路が再生通路22となる。つまり、第1連通口22aと第2連通口22bとの間の通路である組み込み穴19、シート部21および連通路22cが再生通路22として機能する。より具体的には、組み込み穴19と一方向流れバルブVとによって形成される通路、シート部21、及び連通路22cが再生通路22となる。また、バルブボディBの再生通路22とは反対側には、信号通路31が設けられる。
 次に、本実施形態に係る切換弁100の作用について説明する。
 スプールSを図1に示す中立位置から図2に示す左側位置に切り換えると、一方の開口7aがふさがれて、ブリッジ通路7の他方の開口7bが、第2環状溝9を介してシリンダポート4に連通するとともに、シリンダポート2が第1環状溝8を介してタンク通路11に連通する。したがって、ポンプポート5からロードチェック弁6を押し開いてブリッジ通路7に導かれた圧力流体は、シリンダポート4を経由してシリンダCのロッド側室3に導かれる。また、シリンダCのピストン側室1からの戻り流体は、シリンダポート2からタンク通路11に導かれるため、シリンダCは収縮する。
 スプールSを、図3に示すように右側位置に切り換えると、ブリッジ通路7の一方の開口7aが、第1環状溝8を介してシリンダポート2に連通するので、ブリッジ通路7に導かれたポンプポート5からの圧力流体は、シリンダポート2を経由してシリンダCのピストン側室1に導かれる。また、このときにロッド側室3からの戻り流体の一部が、チョーク溝10を介してタンク通路11に流れるため、シリンダポート4側の圧力が相対的に高くなる。
 上記のようにスプールSが右側位置に切り換わる過程で、第2連通口22bがシリンダポート4に連通するとともに、その連通するタイミングよりもわずかに遅れて第1連通口22aがブリッジ通路7の他方の開口7bに連通する。第2連通口22bがシリンダポート4に連通すると、相対的に高くなったシリンダポート4側の圧力が、一方向流れバルブVの段差部28に作用する。そして、わずかにタイミングが遅れて第1連通口22aがブリッジ通路7の他方の開口7bに連通する。
 したがって、背圧室30内はブリッジ通路7の他方の開口7bから導かれたポンプ圧が作用し、上記段差部28にはシリンダポート4の相対的に高い圧力が作用するので、一方向流れバルブVはスプリング24に抗してシート部21を開く。シート部21が開かれれば、シリンダポート4に導かれた戻り流体は、第2連通口22b、再生通路22、及び第1連通口22aを通ってブリッジ通路7に導かれる。
 なお、ポペット部25の先端には突部27が形成され、突部27と組み込み穴19との間で絞り効果が発揮されるため、シリンダポート4側の圧力が低くなりすぎて、一方向流れバルブVがシート部21を閉じてしまうことはない。
 ブリッジ通路7に導かれた流体は、ポンプポート5からの圧力流体と合流してシリンダCのピストン側室1に供給される。すなわち、シリンダCのロッド側室3の戻り流体が、ピストン側室1に再生される。
 なお、上記実施形態における第1連通口22aは、その開口部を円孔にしているが、例えば、図5に示すように、第1連通口22aとブリッジ通路7の他方の開口7bとを連通させる方向にスプールSが移動する時の移動方向前方から後方に向かって、深さが徐々に深くなるテーパ部32を形成して、その開度を可変にした可変連通口としてもよい。また、テーパ部32に代えて、図6に示すように、第1連通口22aとブリッジ通路7の他方の開口7bとを連通させる方向にスプールSが移動する時の移動方向前方から後方に向かって、整列させた複数の連通孔33によって可変連通口を構成してもよい。
 以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
 本実施形態に係る切換弁100では、再生通路22を介して、シリンダポート4とブリッジ通路7の他方の開口7bとが連通するため、シリンダCのロッド側室3からの戻り流体が、ブリッジ通路7を経由してシリンダポート2に導かれ、シリンダCのピストン側室1に再生される。ブリッジ通路7の断面積は、従来のようにスプールSに形成される連通孔12よりも十分に大きくすることができる。つまり、直径が小さい連通孔12を経由する場合と異なり、その圧力損失が小さく、戻り流体を再生させるための流路抵抗を小さくすることができる。したがって、再生時のロッド側室3の圧力を相対的に低くして、図示していないポンプの負荷を小さくすることができ、その分、省エネルギーとなる。
 また、一方向流れバルブVを設けたので、例えば本実施形態に係る切換弁100を建設機械に使用した場合には、ピストン側室1の圧力を高く保ち、ロッド側室3の圧力を低く保つことが求められる掘削作業時に、ロッド側室3の圧力を低く保つことができる。もし、掘削作業時に、ポンプ側の圧力が、一方向流れバルブVを開いて、ロッド側室3に流れてしまうと、ポンプの吐出圧がロッド側室3に作用してしまうので、掘削作業の効率が悪くなってしまう。しかし、本実施形態に係る切換弁100によれば、上記のように一方向流れバルブVを設けて、ロッド側室3の圧力を低く保てるので、掘削作業の効率を悪化させることがない。
 また、スプールSを切り換えたとき、第2連通口22bがシリンダポート4に連通するタイミングを、第1連通口22aがブリッジ通路7の他方の開口7bに連通するタイミングよりも早くしたので、ロッド側室3からの戻り流体を再生する再生開始時には、第1連通口22aがブリッジ通路7に開口する前に、戻り流体の圧力が一方向流れバルブVに作用する。したがって、第1連通口22aがブリッジ通路7に連通すると同時に、一方向流れバルブVが開くことになり、一方向流れバルブVの応答性がよくなる。
 また、第1連通口22aは、スプールSがいずれの位置にあっても、バルブボディBに形成されポンプからの圧力流体が導入されるポンプポート5とは連通しない位置に形成される。このように、第1連通口22aは、ポンプポート5には連通しないので、ポンプポート5からの圧力流体が再生通路22に逆流するのを確実に防止できる。ポンプポート5からの圧力流体が再生通路22に逆流してしまう場合には、切換弁100によるシリンダCの制御ができなくなるが、本実施形態に係る切換弁100によれば制御不能という問題も一切生じない。
 また、第1連通口22aを可変連通口とすることによって、スプールSの移動過程で、ブリッジ通路7との連通開度が徐々に大きくなるので、ブリッジ通路7の圧力が急激に上昇したりせず、シリンダCに対するショックを緩和させることができる。
 また、スプールSには、一方向流れバルブVを組み込むための組み込み穴19が、再生時にスプールSが移動するときの移動方向前方端から形成されるため、組み込み穴19の軸方向長さを短くでき、穴加工が容易となる。
 また、組み込み穴19に形成されるシート部21を開閉する一方向流れバルブVを備え、一方向バルブVがシート部21を閉じている状態で、第2連通口22b側の圧力を受ける受圧面積を、第1連通口22a側の圧力を受ける受圧面積よりも大きくしている。このため、第2連通口22b側の圧力の作用でシート部21が開かれることになり、シリンダポート4側から流入した流体がブリッジ通路7に導かれる。このように、一方向流れバルブVを組み込み穴19の開口端から挿入することにより、一方向流れの制御機能を発揮させることができる。
 また、一方向流れバルブVには突部27が形成されるため、一方向流れバルブVが全開状態にあっても、再生時の流体に対して流路抵抗を維持して、シリンダCのロッド側室3の圧力を適切に保つことができる。
 また、組み込み穴19に対する一方向流れバルブVの軸方向の嵌合長さが、嵌合部26の直径より長いため、一方向流れバルブVを安定した状態で組み込むことができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 本願は2012年8月15日に日本国特許庁に出願された特願2012-180235に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (13)

  1.  ピストン側室とロッド側室とを有するシリンダへの作動流体の給排を切り換える切換弁であって、
     バルブボディに摺動自在に組み込まれるスプールと、
     前記ピストン側室に連通する一方のシリンダポートと、
     前記ロッド側室に連通する他方のシリンダポートと、
     一対の開口を有し、一方の開口が前記一方のシリンダポートに隣接し、他方の開口が前記他方のシリンダポートに隣接するブリッジ通路と、
     前記スプールに形成され、前記スプールの切換位置に応じて、前記ロッド側室に連通した前記他方のシリンダポートを、前記一方のシリンダポートに連通させる再生通路と、
     前記スプールに形成され、前記再生通路と連通する第1連通口及び第2連通口と、を備え、
     前記スプールの切換位置に応じて、前記第1連通口が前記他方のシリンダポートに隣接するブリッジ通路の前記他方の開口に連通し、前記第2連通口が前記他方のシリンダポートに連通する切換弁。
  2.  請求項1に記載の切換弁であって、
     前記ロッド側室からの戻り流体を、前記他方のシリンダポート、前記第2連通口、前記再生通路、前記第1連通口及び前記一方のシリンダポートを介して、前記シリンダの前記ピストン側室に再生させる切換弁。
  3.  請求項1に記載の切換弁であって、
     前記再生通路内には、前記他方のシリンダポートから前記ブリッジ通路の前記他方の開口への流れのみを許容する一方向流れバルブが設けられる切換弁。
  4.  請求項1に記載の切換弁であって、
     前記スプールを切り換えたときに、前記第2連通口が前記他方のシリンダポートと連通するタイミングが、前記第1連通口が前記ブリッジ通路の他方の開口と連通するタイミングよりも早い切換弁。
  5.  請求項1に記載の切換弁であって、
     前記バルブボディには、ポンプからの圧力流体を導入するポンプポートが形成され、
     前記第1連通口は、前記スプールがいずれの方向へストロークしても、前記ポンプポートには連通しない切換弁。
  6.  請求項1に記載の切換弁であって、
     前記第1連通口は、前記ブリッジ通路の前記他方の開口と連通する方向にスプールが移動する過程で、前記第1連通口の開度が徐々に大きくなる可変連通口である切換弁。
  7.  請求項6に記載の切換弁であって、
     前記第1連通口は、前記ブリッジ通路の前記他方の開口と連通する方向にスプールが移動する時の移動方向前方から後方に向かって、深さが徐々に深くなるテーパ部を有する切換弁。
  8.  請求項6に記載の切換弁であって、
     前記第1連通口は、前記ブリッジ通路の前記他方の開口と連通する方向にスプールが移動する時の移動方向前方から後方に向かって整列された複数の連通孔である切換弁。
  9.  請求項3に記載の切換弁であって、
     前記スプールには、前記第1連通口と前記ブリッジ通路の前記他方の開口とを連通させる再生方向にスプールが移動する時の移動方向前方端から、前記一方向流れバルブが組み込まれる組み込み穴が形成され、
     前記一方向流れバルブは、前記組み込み穴に組み込まれる切換弁。
  10.  請求項9に記載の切換弁であって、
     前記一方向流れバルブは、前記組み込み穴に形成されるシート部を開閉し、
     前記一方向流れバルブがシート部を閉じている状態で、前記第2連通口側の圧力を受ける面の受圧面積が、前記第1連通口側の圧力を受ける面の受圧面積よりも大きい切換弁。
  11.  請求項10に記載の切換弁であって、
     前記第2連通口側の圧力の作用で前記シート部が開かれることにより、前記他方のシリンダポート側から流入した流体を、前記ブリッジ通路に導く切換弁。
  12.  請求項3に記載の切換弁であって、
     前記一方向流れバルブは、前記シート部から前記第1連通口側に向かって突出する突部を備える切換弁。
  13.  請求項9に記載の切換弁であって、
     前記一方向流れバルブは、前記組み込み穴に嵌合して組み込まれ、
     前記一方向流れバルブの組み込み穴に対する軸方向の嵌合長さは、前記一方向流れバルブが嵌合する部分の直径よりも長い切換弁。
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