WO2015151964A1

WO2015151964A1 - 弁装置

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Publication number: WO2015151964A1
Application number: PCT/JP2015/059153
Authority: WO
Inventors: 俊介福田; 説与吉田
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JP2015194237A; CN106104120B; JP6305162B2; CN106104120A

Abstract

　弁装置は、第１及び第２スプール弁（Ｖ１，Ｖ２）を備え、第１及び第２スプール弁（Ｖ１，Ｖ２）の各々が、ボディ（１，３）に摺動自在に組み込まれたスプール（２，４）と、スプール（２，４）の端部が臨むパイロット室（６，４０）と、スプール（２，４）を中立位置に保つばね力をスプール（２，４）に作用させるコイルスプリング（１４，４８）と、を有し、第１スプール弁（Ｖ１）のスプール（２）は、第２スプール弁（Ｖ２）のスプール（４）より小径に形成され、第２スプール弁（Ｖ２）のコイルスプリング（４８）のばね定数が、第１スプール弁（Ｖ１）のコイルスプリング（１４）のばね定数よりも大きい。

Description

弁装置

　本発明は、大径のスプールを有するスプール弁と小径のスプールを有するスプール弁とを備える弁装置に関する。

　大径のスプールが組み込まれたスプール弁と、小径のスプールが組み込まれたスプール弁とを用いる弁装置は、ＪＰ２００２－１８１００８Ａに記載されるように従来から知られている。この種の弁装置が異径のスプールを用いるのは、次の理由からである。

　例えば、ブームシリンダやアームシリンダのように初期動作から継続動作にかけて大きな力を必要とするとともに慣性力が小さいアクチュエータの場合には、作動流体の供給過程での圧力損失を極力小さくすることが望まれる。したがって、このような場合には、スプール弁のスプール径を相対的に大きくする必要がある。

　また、走行モータや旋回モータのように初期の駆動力が発揮されればそれ以後は大きな慣性力で動作を継続するアクチュエータについては、作動流体の供給過程での圧力損失は、それほど問題にならない。

　一方、すべてのスプール弁のスプール径を大きくしてしまうと、弁装置全体が大型化するとともに、コスト的にも不利になるので、それは望まれない。

　そこで、圧力損失を問題にするアクチュエータを制御するスプール弁のスプール径を、圧力損失がそれほど問題にならないアクチュエータを制御するスプール弁のスプール径よりも相対的に大きくし、弁装置の大型化及びコストアップを極力抑えながら、圧力損失を小さくする方策が採られている。

　上記のようにスプール径が大小２種類のスプール弁を備える弁装置において、それらスプール弁に導かれるパイロット圧の圧力源を共通化すると、操作レバーの操作量が同じときでも、言い換えると、パイロット圧が同じときでも、大径のスプールの推力が小径のスプールの推力よりも大きくなる。

　このようにパイロット圧が同じであるにもかかわらず、スプールの切り換え量が異なると、オペレータの操作感を惑わすことになる。

　例えば、ノッチは、径を異にしたいずれのスプールにおいても、そのストロークに対する開口域が同じになるようにスプールに形成されるのが通常である。なぜなら、ノッチの開度を制御するインチング操作は、オペレータの微妙な操作感に頼るので、操作レバーの操作量でオペレータが想定したアクチュエータに対する流量特性が相違すると、思い通りの操作ができなくなるからである。

　したがって、ノッチの開口域を越えたスプールのストローク位置における圧力損失を考慮してスプール径を大きくしたとしても、操作レバーの操作量と各スプール弁のスプールのストロークとは同じでなければならない。しかし、上記従来の弁装置では、操作レバーの操作量と各スプール弁のスプールのストロークとを同じにするという対策がされていないので、オペレータの操作感を惑わすという問題がある。

　また、小径のスプールを用いたスプール弁と、大径のスプールを用いたスプール弁とを用いながら、極力部品の共通化を図るのが、コスト的に有利になるが、従来は、部品の共通化というテーマが達成されていない。そのために、異径のスプールを用いるときのコストが上昇するという問題もある。

　本発明の目的は、スプール径が異なるスプール弁を備える場合にも、オペレータの操作感を惑わすことがなく、しかも、コスト的にも有利な弁装置を提供することである。

　本発明のある態様によれば、弁装置は、第１及び第２スプール弁を備え、第１及び第２スプール弁の各々が、ボディに摺動自在に組み込まれたスプールと、スプールの端部が臨むパイロット室と、スプールを中立位置に保つばね力をスプールに作用させるコイルスプリングと、を有し、第１スプール弁のスプールは、第２スプール弁のスプールより小径に形成され、第２スプール弁のコイルスプリングのばね定数が、第１スプール弁のコイルスプリングのばね定数よりも大きい。

図１は、本発明の実施形態を示す断面図である。

　図示の実施形態は、ボディ１に組み込まれた小径のスプール２を有する第１スプール弁Ｖ１と、ボディ３に組み込まれた大径のスプール４を有する第２スプール弁Ｖ２とを備える。これら第１，２スプール弁Ｖ１，Ｖ２のボディ１，３は連接されている。

　上記第１スプール弁Ｖ１は、小径のスプール２の一方の端部に設けられたスプールエンド５を有する。スプール２の軸中心とスプールエンド５の軸中心とは一致する。このスプールエンド５を設けた一方のスプール端は、一方のパイロット室６を構成するキャップ７に臨み、他方のスプール端は、他方のパイロット室８を構成する別のキャップ９に臨む。

　上記両キャップ７，９にはパイロットポート１０，１１が形成される。これらパイロットポート１０，１１は、パイロット操作弁を介して圧力源に接続される。ただし、これらパイロット操作弁及び圧力源のいずれも図示していない。

　そして、上記一方のキャップ７内に設けられスプール２と結合したスプールエンド５は、その先端に設けられた頭部５ａを有する。この頭部５ａが、キャップ７内に形成される窪み７ａ内をストロークする。

　また、上記スプールエンド５には、一対のスプリングシート１２，１３が摺動自在に設けられる。これらスプリングシート１２，１３間にはコイルスプリング１４が介在される。

　上記のコイルスプリング１４は、スプール２に対してセンタリングスプリングとして機能する。つまり、本実施形態では、コイルスプリング１４の最伸長時に、一方のスプリングシート１２がパイロット室６と窪み７ａとの境界部分に形成された段部７ｂに圧接し、他方のスプリングシート１３がボディ１の側面及びスプール２の端部２ａに圧接して、スプール２を図示の中立位置に保つ。

　そして、一方のパイロットポート１０からパイロット室６にパイロット圧が導かれると、スプール２はスプールエンド５とともに、図面右方向に移動する。このとき一方のスプリングシート１２は頭部５ａに押されてスプールエンド５とともに図面右方向に移動する。他方のスプリングシート１３はボディ１の側面に当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート１２，１３の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング１４が撓んでばね力を発揮する。

　また、他方のパイロットポート１１からパイロット室８にパイロット圧が導かれると、スプール２はスプールエンド５とともに、図面左方向に移動する。このとき他方のスプリングシート１３はスプール２の上記端部２ａに押されてスプールエンド５とともに図面左方向に移動する。一方のスプリングシート１２は段部７ｂに当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート１２，１３の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング１４が撓んでばね力を発揮する。

　なお、図中符号１５，１６として示される部材は、キャップ７、９とボディ１との接触面をシールするＯリングである。

　上記のスプール２が図示の中立位置にあるとき、図示していないポンプからの作動流体は中立流路１７を経由して図示していないタンクに戻される。そして、スプール２が図面右方向に切り換わると、上記中立流路１７が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路１８及びチェック弁１９を経由して中継通路２０に導かれる。上記中継通路２０に導かれた作動流体は第１環状溝２１を経由して一方のアクチュエータポート２２から図示していないアクチュエータに供給される。

　このとき他方のアクチュエータポート２３に導かれたアクチュエータからの戻り作動流体は、第３環状溝２５を経由してタンク通路２６に戻される。

　また、スプール２が上記とは反対方向である図面左方向に切り換わると、上記と同様にして上記中立流路１７が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路１８及びチェック弁１９を経由して中継通路２０に導かれる。上記中継通路２０に導かれた作動流体は第２環状溝２４を経由して他方のアクチュエータポート２３から上記アクチュエータに供給される。

　このとき一方のアクチュエータポート２２に導かれたアクチュエータからの戻り作動流体は、第４環状溝２７を経由してタンク通路２６に戻される。

　上記第１スプール弁Ｖ１に連接される第２スプール弁Ｖ２のバルブとしての基本的な構成は第１スプール弁Ｖ１の構成と同じである。すなわち、スプール４が図示の中立位置にあるとき、上記ポンプからの作動流体は中立流路２８を経由して上記タンクに戻される。そして、スプール４が図面右方向に切り換わると、上記中立流路２８が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路２９及びチェック弁３０を経由して中継通路３１に導かれる。

　上記中継通路３１に導かれた作動流体は第５環状溝３２を経由して一方のアクチュエータポート３３から図示していないアクチュエータに供給される。

　このとき他方のアクチュエータポート３４に導かれたアクチュエータからの戻り作動流体は、第７環状溝３６を経由してタンク通路３７に戻される。

　また、スプール４が上記とは反対方向である図面左方向に切り換わると、上記と同様にして上記中立流路２８が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路２９及びチェック弁３０を経由して中継通路３１に導かれる。上記中継通路３１に導かれた作動流体は第６環状溝３５を経由して他方のアクチュエータポート３４から上記アクチュエータに供給される。

　このとき一方のアクチュエータポート３３に導かれたアクチュエータからの戻り作動流体は、第８環状溝３８を経由してタンク通路３７に戻される。

　上記の第２スプール弁Ｖ２のスプール径は第１スプール弁Ｖ１のスプール径よりも大きい。この第２スプール弁Ｖ２は、例えばパワーショベルにおいては、流量の多いブームシリンダあるいはアームシリンダ等を制御する切換弁として用いられる。

　上記ブームシリンダあるいはアームシリンダの慣性力は小さいので、作動流体の供給過程での圧力損失を極力小さくすることが望まれる。このような要請に応えるために、第２スプール弁Ｖ２のスプール４の径を相対的に大きくし、スプールストロークに対して、上記第５～８環状溝３２，３５，３６，３８等と各ポートとの流路を相対的に拡大している。

　一方、スプール径が相対的に小さい第１スプール弁Ｖ１は、上記パワーショベルにおいては、慣性力が大きい走行モータや旋回モータを制御する切換弁として用いられる。慣性力が大きな走行モータや旋回モータは、初期の駆動力が発揮されれば、それ以後は大きな慣性力で動作を継続するので、作動流体の供給過程での圧力損失はそれほど問題にならない。

　ただし、すべてのスプール弁のスプール径を大きくしてしまうと、弁装置全体が大型化するとともに、コスト的にも不利になる。そこで、本実施形態では、必要なスプール弁のスプール径が大きくされ、それ以外のスプール弁のスプール径は相対的に小さくされている。

　上記の第２スプール弁Ｖ２のスプール４の一方の端部には突起部４ａが設けられている。突起部４ａの軸中心はスプール４の軸中心と一致する。なお、本実施形態においては突起部４ａがスプール４と一体にされているが、本実施形態は、スプール４とは別部材が突起部４ａとして当該スプール４の端部に連接された形態でもよい。

　上記の突起部４ａにはスプールエンド３９が連結されている。スプールエンド３９の軸中心はスプール４の軸中心と一致し、かつスプールエンド３９の外径は上記突起部４ａの外径と同じである。そして、スプールエンド３９が設けられた一方のスプール端は、一方のパイロット室４０を構成するキャップ４１に臨み、他方のスプール端は、他方のパイロット室４２を構成する別のキャップ４３に臨む。

　上記両キャップ４１，４３にはパイロットポート４４，４５が形成される。これらパイロットポート４４，４５は、パイロット操作弁を介して上記第１スプール弁Ｖ１と共通の圧力源に接続される。

　そして、上記一方のキャップ４１内に設けられスプール４と結合したスプールエンド３９は、その先端に設けられた頭部３９ａを有する。この頭部３９ａがキャップ４１内に形成された窪み４１ａ内をストロークする。

　また、上記スプールエンド３９には、一方のスプリングシート４６，４７が摺動自在に設けられる。これらスプリングシート４６，４７間にはコイルスプリング４８が介在される。このスプリング４８のばね力により、一方のスプリングシート４６が上記頭部３９ａに圧接し、他方のスプリングシート４７がボディ３の側面に圧接する。

　なお、他方のスプリングシート４７がボディ３の側面に圧接する図示の中立位置にスプール４があるとき、上記一方のスプリングシート４６は突起部４ａに対応した位置を保持する。

　上記のコイルスプリング４８は、第１スプール弁Ｖ１と同様にスプール４に対してセンタリングスプリングとして機能する。したがって、コイルスプリング４８の最伸長時には、一方のスプリングシート４６がパイロット室４０と窪み４１ａの境界部分に形成された段部４１ｂに圧接し、他方のスプリングシート４７がボディ３の側面及びスプール４の端部４ｂに圧接して、スプール４を図示の中立位置に保つ。

　そして、一方のパイロットポート４４からパイロット室４０にパイロット圧が導かれると、スプール４はスプールエンド３９とともに、図面右方向に移動する。このとき一方のスプリングシート４６は頭部３９ａに押されてスプールエンド３９とともに図面右方向に移動する。他方のスプリングシート４７はボディ３の側面に当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート４６，４７の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング４８が撓んでばね力を発揮する。

　また、他方のパイロットポート４５からパイロット室４２にパイロット圧が導かれると、スプール４はスプールエンド３９とともに、図面左方向に移動する。このとき他方のスプリングシート４７はスプール４の上記端部４ｂに押されてスプールエンド３９とともに図面左方向に移動する。一方のスプリングシート４６は段部４１ｂに当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート４６，４７の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング４８が撓んでばね力を発揮する。

　なお、図中符号４９，５０として示される部材は、キャップ４１，４３とボディ３との接触面をシールするＯリングである。

　上記の第２スプール弁Ｖ２におけるスプールエンド３９は、その頭部３９ａを含めた形状及び寸法のいずれも、第１スプール弁Ｖ１のスプールエンド５と同じである。しかし、第２スプール弁Ｖ２のスプールエンド３９は、突起部４ａに設けられた分、パイロット室４０における見かけ上の長さが、パイロット室６における上記スプールエンド５よりも長い。そのために、このスプールエンド３９が内部に設けられるキャップ４１は、第１スプール弁Ｖ１のキャップ７よりも軸方向長さが長い。

　ただし、スプールエンド３９の頭部３９ａがストロークする窪み４１ａの寸法は、第１スプール弁Ｖ１のキャップ７における窪み７ａの寸法と同一である。したがって、第１，２スプール弁Ｖ１，Ｖ２のスプールエンド５と３９のそれぞれを共通化できる。

　また、スプールエンド３９を摺動するスプリングシート４６，４７は、第１スプール弁Ｖ１のスプリングシート１２，１３と同一寸法を有する。それにもかかわらず、本実施形態では、第２スプール弁Ｖ２のコイルスプリング４８のコイル径は、第１スプール弁Ｖ１のコイルスプリング１４のコイル径よりも大きい。

　スプリングシート１２，１３及び４６，４７の寸法が同じであるにも関わらず、第２スプール弁Ｖ２のコイルスプリング４８のコイル径を第１スプール弁Ｖ１のコイルスプリング１４よりも大きくできるのは、第１スプール弁Ｖ１のコイルスプリング１４のコイル径に対して、スプリングシート１２，１３が寸法に多少のゆとりを持っているからである。

　したがって、コイルスプリング４８のコイル径は、一対のスプリングシート４６，４７の寸法限界の範囲内で拡大される。言い換えると、コイルスプリング４８は、スプリングシート１２，１３と同一寸法を有するプリングシート４６，４７で保持される範囲内のコイル径を有する。

　上記のようにスプリングシート１２，１３及び４６，４７が同一寸法を有するとともに、コイルスプリング４８は上記スプリングシート４６，４７で保持される範囲で拡大されたコイル径を有するので、キャップ４１の外径をキャップ７の外径と同じにすることができる。

　このようにキャップ７，４１の外径を同じにすることができるので、これらキャップ７，４１とボディ１，３の側面とをシールするＯリング１５，４９の寸法を同じにすることができる。したがって、それらＯリング１５，４９を共通化でき、その分、コストダウンを図ることができる。

　また、第２スプール弁Ｖ２のパイロット室４０におけるスプールエンド３９の見かけ上の長さを長くしたので、一対のスプリングシート４６，４７の対向間隔を大きくすることでき、その分、コイルスプリング４８の長さを長くすることができる。

　このようにコイルスプリング４８の長さを長くすることができるので、例えば、当該コイルスプリング４８の巻き数を少なくしながら、スプリング長を長くすれば、容易にばね定数を大きくすることができる。また、コイルスプリング４８のコイル径を大きくすることと相まって、ばね定数の調整幅が広くなるので、設計の自由度も大きくなる。

　上記のように第２スプール弁Ｖ２のコイルスプリング４８のばね定数を大きくすることができるので、第１スプール弁Ｖ１のスプール２の外径よりも、第２スプール弁Ｖ２のスプール４の外径が大きくても、第２スプール弁Ｖ２のコイルスプリング４８のばね定数を調整することによって、同じパイロット圧の下でのスプール２，４の推力を同じにすることができる。

　したがって、第１，２スプール弁Ｖ１，Ｖ２を切り換えるときの操作レバーの操作量及びパイロット圧を同じにしつつ、第１，２スプール弁Ｖ１，Ｖ２の操作感を同じにすることができる。

　なお、スプールの外径が大きい第２スプール弁Ｖ２は、操作レバーの操作量に対して、アクチュエータに供給される流量が多くなる。操作レバーの操作量とアクチュエータへの供給流量との関係はオペレータに当該機器の特性としてあらかじめ伝えられるので、操作レバーの操作量に対する供給流量の多少は想定の範囲内であり操作感にそれほど大きな影響を及ぼさない。

　しかし、スプール２，４に形成される図示していないノッチの開度を制御するいわゆるインチング操作のときには、オペレータに微妙な操作が要求されるので、操作感の相違は許されない。

　そこで、本実施形態では、スプール２，４のストロークに対して、スプール２，４に形成したノッチの開口域を同じにするとともに、スプール径を大きくした第２スプール弁Ｖ２のばね定数を大きくして、操作レバーの操作量が同じ時のスプール２，４の推力を同じにし、インチング操作においてもオペレータに違和感を与えないようにしている。

　以上の本実施形態によれば、以下に示す作用・効果を奏する。

　第２スプール弁Ｖ２に設けられるコイルスプリング４８のばね定数が、第１スプール弁Ｖ１に設けられるコイルスプリング１４のばね定数よりも大きいので、それら両スプール弁Ｖ１，Ｖ２間で、操作レバーの操作量とスプール弁のスプールストローク位置とが同じになる。すなわち、大径のスプール４を用いた第２スプール弁Ｖ２では、パイロット圧が作用したとき、スプール４を大径にした分、より大きな推力がスプール４に働くが、スプール４の推力に抗するばね力を発揮するコイルスプリング４８のばね定数が大きいので、その推力の増大をキャンセルすることができる。

　したがって、第２スプール弁Ｖ２と第１スプール弁Ｖ１とで、パイロット圧が同じなら、大径のスプール４と小径のスプール２との推力を同じに保つことができる。このように同一のパイロット圧に対してスプール２，４の推力が同じなので、本実施形態に係る弁装置は、操作レバーの操作時、特に、インチング操作時にオペレータに違和感を与えない。

　第２スプール弁Ｖ２のコイルスプリング４８のコイル径が、第１スプール弁Ｖ１のコイルスプリング１４のコイル径よりも大きく、そのばね定数が大きい。しかも、このコイルスプリング４８のコイル径は、上記のように共通化したスプリングシート４６，４７で保持される範囲に維持されているので、径の異なるスプール２，４に対して、スプリングシート１２，１３，４６，４７を共通化することができ、その分、コストダウンを図ることができる。

　第２スプール弁Ｖ２のパイロット室４０におけるスプールエンド３９の見かけ上の長さを長くしたので、スプリング長を長くすることができる。したがって、例えば、コイルスプリングのコイル径を大きくし、かつ、巻き数を少なくしながら、スプリング長を長くすれば、容易にばね定数を大きくすることができる。また、コイルスプリング４８のコイル径を大きくすることと相まって、ばね定数の調整幅が広くなるので、設計の自由度も大きくなる。

　第２スプール弁Ｖ２のキャップ４１の外径と、第１スプール弁Ｖ１のキャップ７の外径とが同じもしくはほぼ同じなので、これらキャップ７，４１とボディ１，３との間をシールする例えばＯリング１５，４９を共通化することができる。このようにシールを共通化できるので、その分、コストダウンが図れる。

　なお、上記実施形態では、コイルスプリング４８のばね定数を大きくするために、コイル径を大きくするとともにスプリング長も長くしたが、コイル径を大きくするか、あるいはスプリング長を長くするかのいずれか一つで対応することもできる。

　ただし、コイル径とスプリング長の両方で対応した方が、ばね定数の調整範囲を広く取れるという利点がある。

　本実施形態は、建設機械であるパワーショベルに最適である。

　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２０１４年３月３１日に日本国特許庁に出願された特願２０１４－０７３３０７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

　弁装置であって、
　第１及び第２スプール弁を備え、
　前記第１及び第２スプール弁の各々が、
　ボディに摺動自在に組み込まれたスプールと、
　前記スプールの端部が臨むパイロット室と、
　前記スプールを中立位置に保つばね力を前記スプールに作用させるコイルスプリングと、を有し、
　前記第１スプール弁の前記スプールは、前記第２スプール弁の前記スプールより小径に形成され、
　前記第２スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数が、前記第１スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数よりも大きい弁装置。
　請求項１に記載の弁装置であって、
　前記第１及び第２スプール弁の各々が、
　前記ボディに設けられるキャップと、
　前記キャップ内に設けられるとともに前記スプールの端部に設けられるスプールエンドと、
　前記スプールエンドに介装される一対のスプリングシートと、をさらに有し、
　前記第１及び第２スプール弁の前記スプリングコイルは、それぞれ、前記第１及び第２スプール弁の前記一対のスプリングシート間に介在され、
　前記第２スプール弁の前記コイルスプリングのコイル径は、前記スプリングシートで保持できる範囲内で、前記第１スプール弁の前記コイルスプリングのコイル径よりも大きく、
　前記第２スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数は、前記第１スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数よりも大きい弁装置。
　請求項２に記載の弁装置であって、
　前記第２スプール弁は、前記第２スプール弁の前記パイロット室に臨むスプール端から突出するとともに前記第２スプール弁の前記スプールエンドの外径と同じ外径を有する突起部をさらに有し、
　前記第２スプール弁の前記スプールエンドは前記突起部に設けられ、
　前記第２スプール弁の前記一対のスプリングシートは前記突起部及び前記スプールエンドに介装され、
　前記第２スプール弁の前記コイルスプリングは前記一対のスプリングシート間に介在され、前記第２スプール弁の前記コイルスプリングの長さが、前記第１スプール弁の前記コイルスプリングの長さよりも長く、前記第２スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数が、前記第１スプール弁の前記コイルスプリングのばね定数よりも大きい弁装置。
　請求項２又は３に記載の弁装置であって、
　前記第１スプール弁の前記キャップの外径と、前記第２スプール弁の前記キャップの外径とが同じである弁装置。