JP2013079692A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力補償型流量制御弁における、スプールの外周とボディの内周との間隙を通じた作動液の漏出を低減させる。
【解決手段】ボディ１内にスプール３の摺動範囲を規制する環状のシート部材５を設けるとともに、シート部材５に当接するスプール３の端部３２に軸心方向に対して傾斜した傾斜面３２１を形成し、シート部材５に傾斜面３２１に線接触する端縁５３を形成して、作動液がスプリング室内に浸入してタンクライン６３に漏洩することを抑制するシール構造を構築した。さらに、シート部材５に軸心方向に対して傾斜した傾斜面５１を形成し、ボディ１に傾斜面５１に線接触する端縁１５を形成して、作動液がシート部材５とボディ１との隙間に浸入してタンクライン６３に漏洩することを抑制するシール構造を構築した。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種産業機械や車両等の液圧装置に用いられる流量制御弁に関する。

流体圧力が変動してもその流量を一定に保つことのできる、圧力補償型の流量制御弁が既知である（例えば、下記特許文献１を参照）。この種の流量制御弁は、筒状のボディ内にコントロールスプールを摺動可能に配設し、当該スプールを軸心方向に弾性付勢するスプリングをボディとスプールとの間に介設してなる。上流の流体圧力が上昇すると、高圧流体の流入に伴って弁室内圧力が上昇し、スプールがスプリングの弾性付勢力に抗して軸心方向に沿って変位する。その結果、流入口側の可変オリフィスの開度が減少して圧力補償がなされ、下流に流出する流体の流量が一定に保たれる。

ボディ内における、スプリングを配置するスプリング室に導入する作動液の液圧力は、恒常的に一定であることが望ましい。そのために、スプリング室を、タンクに向けて還流する作動液が流通するタンクライン等に常時連通させておくことが考えられる。

しかしながら、このような態様をとる場合、ボディ内に流入した作動液がスプールの外周とボディの内周との間隙を通じてスプリング室に漏洩し、連通路を経由してタンクに向けて流下してしまうという問題を生ずるきらいがあった。

作動液の漏出を防止するべく、スプールの外周またはボディの内周にシールとしてＯリングを嵌着することが考えられるものの、スプール、ボディともに部材の肉厚が薄く、Ｏリングを嵌め込むための凹溝を形成することは困難と言えた。

因みに、ポペット弁において、弁体を切頭円錐形状のテーパとし、この弁体を弁座に軸心周りの略全周に亘り線接触させる構造をもつものが知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。即ち、作動液の流れを断ち切る必要があるときに、ポペット弁体を弁座に密着させることで、ボディの流入口と流出口との間を完全に隔絶する。

但し、ボディ内に、環状のシート部材を挿入し固設することは、下記特許文献の何れにも開示されてはいない。

特開２００９−０３６３３６号公報 実開昭６３−０４９０６１号公報

本発明は、圧力補償型流量制御弁における、スプールの外周とボディの内周との間隙を通じた作動液の漏出を低減させることを所期の目的とする。

本発明では、ボディ内に流入する作動液（例えば、油）の圧力を受けたスプールがボディ内で軸心方向に沿って摺動し可変オリフィスの開度を縮小させる、圧力補償型の流量制御弁であって、ボディ内においてスプールを弾性付勢するスプリングが配置されるスプリング室を、圧力補償された作動液が流出する流出口とは別のボディ外の所定の作動液流路に連通せしめる連通路と、ボディ内において一端が前記連通路よりもスプール寄りに配置されスプールの摺動範囲を規制する環状のシート部材と、前記シート部材と当該シート部材に当接するスプールの部位とのうち一方に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面と、他方に形成され前記傾斜面に線接触する端縁とを要素とし、ボディ内に流入した作動液が前記連通路内に浸入することを抑制する第一のシール構造と、前記シート部材と当該シート部材に当接するボディの部位とのうち一方に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面と、他方に形成され前記傾斜面に線接触する端縁とを要素とし、ボディ内に流入した作動液が前記連通路内に浸入することを抑制する第二のシール構造とを備えることを特徴とする流量制御弁を構成した。

本発明によれば、スプールの外周とボディの内周との間隙を通じた作動液の漏出を低減させることができる。

本発明の一実施形態の流量制御弁を示す側断面図。 同実施形態の流量制御弁を示す側断面図。 同実施形態の流量制御弁の使用例を示す側断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２に示す本実施形態の流量制御弁０は、液圧装置の筐体ブロック等に組み込まれるもので、ボディ１、プラグ２、コントロールスプール３、スプリング４及びシート部材５を主要な構成要素とする。

ボディ１は、一端が閉塞し他端が開放した筒体形状をなし、その内にスプール３を軸心方向に沿って摺動進退可能に保持する。ボディ１の周壁には、流入口１１、固定絞り１２、流出口１３及び連通孔１４を穿設している。

流入口１１は、スプール３の摺動により開口面積が拡縮する可変オリフィスであり、圧力不定の作動液が流通する流路６１に連なり、上流側から作動液をボディ１内に流入させる。固定絞り１２は、流入口１１とは別に、圧力不定の作動液が流通する流路６１に連なっており、やはり上流側から作動液をボディ１内に流入させる。固定絞り１２は、流入口１１よりも小さく絞られた絞り孔である。

流出口１２は、圧力を補償した作動液が流通する流路６２に連なり、流入口１１及び固定絞り１２を介してボディ内１に流入した作動液を下流側へと流出させる。

連通孔１４は、流入口１１や流出口１３が接続する流路とは別の作動液流路６３に連なり、当該流路６３から作動液をボディ内１に流入させる。この流路６３は、作動液の圧力が恒常的に一定であるような流路、例えば作動液タンク（図示せず）に直結したタンクラインとする。

流入口１１、固定絞り１２、流出口１３及び連通孔１４はそれぞれ、軸心周りの略同一円周上に間欠的に穿ってある。流入口１１はボディ１の一端寄りに存在し、固定絞り１２は流入口１１からやや他端方に偏倚した箇所に存在し、流出口１３は固定絞り１２からやや他端方に偏倚した箇所に存在し、連通孔１４は流出口１３からさらに他端方に偏倚した箇所に存在する。

ボディ１の内径は、一端側の半部が他端側の半部よりも若干小さくなっており、一端側の半部と他端側の半部との間に段差がある。他端側の半部は、後述するスプリング４を収容するスプリング室を構成する。流入口１１、固定絞り１２及び流出口１３は比較的内径の小さい一端側に設けてあり、連通孔１４は比較的内径の大きい他端側に設けてある。

ボディ１の他端には、プラグ２を螺着してこれを閉塞している。

スプール３は、一端部３１と他端部３２との間に環状凹部３３１を形成して中間部３３を小径化した外形を有する。スプール３の一端部３１及び他端部３２の外周は、ボディ１の内周に略密接する。

一端部３１の内部には、一端面に開口する圧力伝達孔３１１を設けている。圧力伝達孔３１１は、中間部３３の内部通路３３２を介して環状凹部３３１に連通する。

他端部３２には、他端側に向かって徐々に縮径するテーパ３２１を成形してある。テーパ３２１は、軸心周りの全周に亘って連続し、軸心方向に対して傾斜した傾斜面となっている。テーパ３２１の終端は、テーパ３２１が切頭円錐状をなすように切り落としてあり、軸心方向を向くその端面の中心部から支持軸３２２が軸心方向に沿って突出している。

スプール３を弾性付勢するスプリング４は、一端がスプール３のテーパ３２１の終端に連接する端面に弾接するとともに、他端がプラグ２の内向面に弾接している。このスプリング４により、スプール３は一端方へ向けて弾性付勢される。前記支持軸３２２は、コイルスプリング４の内空に挿入されてスプリング４を保持するリテーナとなる。因みに、プラグ２の内向面からも、支持軸３２２に対向するように支持軸２１が軸心方向に沿って突出しており、コイルスプリング４の内空に挿入されてリテーナとして働く。

スプール３の一端部３１は、可変オリフィスとなる流入口１１を開閉する。流入口１１や固定絞り１２からボディ１内に流入した作動液は、環状凹部３３１を経由して流出口１３へと至り、そこから流出する。

弾性付勢されたスプール３は、図１に示す初期位置ではその一端面をボディ１の内向面に当接ないし近接させている。スプール３が初期位置にある段階で、流入口１１は全開の状態となっている。

上流圧力（即ち、流路６１の液圧力）が上昇すると、流入口１１から弁室内、即ち環状凹部３３１や圧力伝達孔３１１、さらにはスプール３の一端面とボディ１の内向面との間隙に流入した液圧がスプール３を他端方に向けて押圧する。そして、図２に示しているように、スプール３をスプリング４の弾性付勢力に抗して変位させる。スプール３が初期位置から変位するのに伴い、流入口１１の開口面積は徐々に小さく絞られることから、スプール３は弁室内圧力（即ち、環状凹部３３１内の液圧力）と下流圧力（即ち、流路６２の液圧力）との差圧が所与の補償圧力に合致する位置で静止する。このようにして、上流から下流に流れる作動液の流量が一定に保たれる。

しかして、本実施形態では、ボディ１内に、スプール３の摺動範囲を規制するシート部材５を設けている。本実施形態におけるシート部材５は、ボディ１やプラグ２、スプール３等とは別体をなしている。シート部材５は、その外周がボディ１の他端側の半部の内周に密接するような環状体である。

シート部材５における、ボディ１に穿設した連通孔１４に臨む箇所には、当該連通孔１４に連なる貫通孔５２を穿ってある。連通孔１４及び貫通孔５２はともに、スプリング室をボディ１外のタンクライン６３に連通せしめる連通路となる。スプリング室がタンクライン６３に連通していることにより、スプリング室内の液圧力は、流量制御弁０の上流の液圧力如何によらず略均一化する。

シート部材５の一端側の端部には、一端側に向かって徐々に縮径するテーパ５１を成形してある。テーパ５１は、軸心周りの全周に亘って連続し、軸心方向に対して傾斜した傾斜面となっている。テーパ５１の終端は、テーパ５１が切頭円錐状をなすように切り落としてある。

シート部材５をボディ１内に配設した上でプラグ２を螺着すると、プラグ２の内向面がシート部材５の他端面に密接する。さらに、シート部材５の一端側にあるテーパ５１が、ボディ１の一端側の半部と他端側の半部との段差部分、より詳しくは一端側の半部の内周面と軸心方向を向く段差面とが交わる端縁１５に密着する。この端縁１５は、軸心周りの全周に亘って連続している。従って、テーパ５１と端縁１５との接触は、軸心周りの略全周に亘って接触する線接触となる。

また、上流の液圧力が非常に大きくなり、図２に示しているようにスプール３がその摺動範囲の限界の位置まで変位したときには、スプール３の他端部３２にあるテーパ３２１が、シート部材５の内周面と軸心方向を向く一端面とが交わる端縁５３に密着する。この端縁５３は、軸心周りの全周に亘って連続している。従って、テーパ３２１と端縁５３との接触は、軸心周りの略全周に亘って接触する線接触となる。

スプール３の外周とボディ１の内周との間には、微細な間隙がある。流入口１１または固定絞り１２からボディ内に流入する作動液は圧力が高いことがあり、この作動液がスプール３の外周とボディ１の内周との間隙を通じてスプリング室に流入し、連通路、即ち貫通孔５２や連通孔１４を介してタンクライン６３に漏出してしまうおそれがある。

これに対し、テーパ３２１と端縁５３との線接触による第一のシール構造は、スプール３の外周とボディ１の内周との間隙を通過した作動液がシート部材５の内空を経由してスプリング室に流入し、連通路に至ることを抑止する。

並びに、テーパ５１と端縁１５との線接触による第二のシール構造は、スプール３の外周とボディ１の内周との間隙を通過した作動液が、シート部材５の外周とボディ１の内周との間に浸入して、連通路（連通孔１４）に至ることを抑止する。

図３は、本実施形態の流量制御弁０の使用例である。流量制御弁０は、液圧シリンダ（図示せず）に接続するシリンダポート６４及び作動液流路６１の下流にあって、液圧シリンダから流出する作動液の流量を一定に保ち、液圧シリンダのピストンが受ける荷重の大きさによらずピストンの運動速度を一定化する役割を担う。即ち、液圧シリンダから流下する作動液は、シリンダポート６４から流路６１に流入し、流量制御弁０を経由して流路６２へと至り、最終的に作動液タンクに向かう。

液圧シリンダ内の圧力を維持してピストンを固定する、つまり液圧シリンダから作動液が流下しない状態を具現するためには、流量制御弁０の下流にあるリフトスプール７を操作して図３に示している中立位置とし、流量制御弁０の流出口１３に接続している流下路６２を閉鎖する。流量制御弁０内部のシール構造により、シリンダ内の作動液が流量制御弁０から流下路６２ではなくタンクライン６３へと漏洩してしまうことは阻止される。それ故、ピストンが不意に運動してしまうことがない。

本実施形態によれば、ボディ１内に流入する作動液の圧力を受けたスプール３がボディ１内で軸心方向に沿って摺動し可変オリフィス１１の開度を縮小させる、圧力補償型の流量制御弁０であって、ボディ１内においてスプール３を弾性付勢するスプリング４が配置されるスプリング室を、圧力補償された作動液が流出する流出口１３とは別のボディ１外の所定の作動液流路６３に連通せしめる連通路５２、１４と、ボディ１内において一端が前記連通路１よりもスプール３寄りに配置されスプール３の摺動範囲を規制する環状のシート部材５と、前記シート部材５に当接するスプール３の部位３２に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面３２１、及びシート部材５に形成され前記傾斜面３２１に線接触する端縁５３を要素とし、ボディ１内に流入した作動液が前記連通路５２、１４内に浸入することを抑制する第一のシール構造と、前記シート部材５に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面５１、及び前記ボディ１の一端側の半部と他端側の半部との境界部に形成され前記傾斜面５１に線接触する端縁１５を要素とし、ボディ１内に流入した作動液が前記連通路５２、１４内に浸入することを抑制する第二のシール構造とを備える流量制御弁０を構成したため、スプール３の外周とボディ１の内周との間隙を通じた作動液の漏出を低減させることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、スプール３の端部３２に傾斜面３２１を設け、シート部材５に傾斜面３２１に密接する端縁５３を設けて第一のシール構造を構築していたが、これとは逆に、シート部材５に傾斜面を設け、スプール３の端部３２にその傾斜面に密着する端縁を設けるようにしてもよい。

並びに、上記実施形態では、シート部材５に傾斜面５１を設け、ボディ１の内周の段差部分に傾斜面５１に密接する端縁１５を設けて第二のシール構造を構築していたが、これとは逆に、ボディ１の内周の段差部分に傾斜面を設け、シート部材５にその傾斜面に密着する端縁を設けるようにしてもよい。

上記実施形態では、流入口１１が可変オリフィスとなっていたが、流入口１１とともに、または流入口１１に替えて、流出口１３を可変オリフィスとすることを妨げない。この場合、液圧を受けたスプール３が弾性付勢力に抗して初期位置から変位するほど、流出口１３がスプール３により徐々に閉塞されてその開口面積が縮小してゆくようにする。

スプール３の摺動範囲を規制するシート部材５を、ボディ１に一体成形することも考えられる。但し、この場合、第二のシール構造は存在しないものとなる。加えて、ボディ１内にスプール３を挿入する作業のために、ボディ１の一端を開放しておき、ボディ１の一端側からスプール３を挿入した後にボディ１の一端にプラグ等を装着してこれを閉塞することが必要となる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、例えば各種産業機械や車両等の液圧装置に用いることができる。

０…流量制御弁
１…ボディ
１４…連通路（連通孔）
１５…端縁
３…スプール
３２１…傾斜面（テーパ）
４…スプリング
５…シート部材
５１…傾斜面（テーパ）
５２…連通路（貫通孔）
５３…端縁
６３…所定の作動液流路（タンクライン）

Claims (1)

1. ボディ内に流入する作動液の圧力を受けたスプールがボディ内で軸心方向に沿って摺動し可変オリフィスの開度を縮小させる、圧力補償型の流量制御弁であって、
   ボディ内においてスプールを弾性付勢するスプリングが配置されるスプリング室を、圧力補償された作動液が流出する流出口とは別のボディ外の所定の作動液流路に連通せしめる連通路と、
   ボディ内において一端が前記連通路よりもスプール寄りに配置されスプールの摺動範囲を規制する環状のシート部材と、
   前記シート部材と当該シート部材に当接するスプールの部位とのうち一方に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面と、他方に形成され前記傾斜面に線接触する端縁とを要素とし、ボディ内に流入した作動液が前記連通路内に浸入することを抑制する第一のシール構造と、
   前記シート部材と当該シート部材に当接するボディの部位とのうち一方に形成され軸心方向に対して傾斜した傾斜面と、他方に形成され前記傾斜面に線接触する端縁とを要素とし、ボディ内に流入した作動液が前記連通路内に浸入することを抑制する第二のシール構造と
   を備えることを特徴とする流量制御弁。

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