(57)【要約】【課題】流体圧ポンプが吐出する作動流体が高圧であってもエロージョンが発生することを防止し、耐久性の高い流量制御弁を提供すること。【解決手段】  流体圧ポンプとしてのベーンポンプ１０１から吐出された作動油を油圧機器１０に導く供給通路１２に介装され、油圧機器１０に供給される作動油の流量を制御する流量制御弁１００であって、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油の圧力に応じて移動するスプール３０を有し、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油の一部を、ベーンポンプ１０１の吸込側に連通する戻り通路３３へと還流するスプール弁２１を備え、ベーンポンプ１０１から吐出され戻り通路３３へ環流する作動油が衝突するスプール３０の壁面に、作動油が含有する気体を気泡として溜めることが可能な環状溝５１を設けることによって作動油が衝突する衝撃を和らげる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧ポンプから吐出された作動流体を流体圧機器に導く供給通路に介装され、流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁であって、
前記流体圧ポンプから吐出された作動流体の圧力に応じて移動するスプールを有し、前記流体圧ポンプから吐出された作動流体の一部を、前記流体圧ポンプの吸込側に連通する戻り通路へと還流するスプール弁を備え、
前記流体圧ポンプから吐出され前記戻り通路へ還流する作動流体が衝突する前記スプールの壁面に、作動流体が含有する気体を気泡として溜めることが可能な凹溝を設けることを特徴とする流体圧ポンプの流量制御弁。
【請求項２】
前記スプール弁は、
バルブボディに形成され、前記スプールが摺動自在に挿入されるスプール孔と、
前記スプールの外周に環状に形成され、前記戻り通路と連通する環状油室と、
前記スプール孔の内壁面に形成され、前記スプールの移動によって前記流体圧ポンプの吐出側と前記環状油室とを連通可能な連通溝と、
前記吐出側から前記連通溝及び前記環状油室を通じて前記戻り通路へと作動流体を還流する還流通路と、を備え、
前記凹溝は、前記環状油室の内壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧ポンプの流量制御弁。
【請求項３】
前記凹溝は、前記環状油室を挟んで前記連通溝と対峙するように形成されることを特徴とする請求項２に記載の流体圧ポンプの流量制御弁。
【請求項４】
前記供給通路に介装され、作動流体に抵抗を付与する可変絞りを更に備え、
前記スプールは、前記可変絞りの前後差圧に応じて移動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧ポンプの流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧ポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車等の車両には流体圧を利用して駆動する流体圧機器が利用されている。流体圧ポンプはエンジンの回転によって作動流体を吐出するため、作動流体の流量はエンジン回転数に比例して増加する。そこで、流体圧ポンプが吐出した圧油の流量が過剰なときに流体圧機器に供給される作動流体の流量の最適化を図るために、流体圧機器への作動流体の供給量を調整する流量制御弁を設けている。
【０００３】
流量制御弁は、その上流と下流との圧力差によって開閉するスプール弁を備える。スプール弁が開状態になると、流体圧ポンプが吐出した作動流体の一部をオイルタンクへ還流して流量を減らす。これにより、流体圧ポンプが吐出した流量よりも流体圧機器に送られる流量を少なくすることが可能である。
【０００４】
特許文献１には、流量制御弁を用いて油圧制御を行うパワーステアリング装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１１２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、流体圧ポンプが吐出する作動流体は高圧であるため、過剰な作動流体を低圧側であるオイルタンクに還流させるときの作動流体の流れは高速である。このため、オイルタンクへと作動流体を還流させる際に、流量制御弁の内部には作動流体が衝突することによる大きな衝撃力がかかり、一部にエロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ：浸食）を生じるおそれがある。近年の流体圧ポンプは、高圧高容量化が進んでおり、作動流体の圧力が高く、エロージョンを発生すると流量制御弁の内部が破損して流量制御弁の機能に影響をきたすおそれがあった。
【０００６】
上記の問題に鑑みて、本発明では流体圧ポンプの吐出する作動流体が高圧であっても内部にエロージョンが発生することを防止し、耐久性の高い流量制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、流体圧ポンプから吐出された作動流体を流体圧機器に導く供給通路に介装され、流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁であって、前記流体圧ポンプから吐出された作動流体の圧力に応じて移動するスプールを有し、前記流体圧ポンプから吐出された作動流体の一部を、前記流体圧ポンプの吸込側に連通する戻り通路へと還流するスプール弁を備え、前記流体圧ポンプから吐出され前記戻り通路へ還流する作動流体が衝突する前記スプールの壁面に、作動流体が含有する気体を気泡として溜めることが可能な凹溝を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作動流体が含有する気体が気泡となって凹溝に溜まり、スプール弁の壁面に作動流体が衝突するときに緩衝材の役割をする。よって、作動流体は気泡を介して衝突するため、作動流体が流量制御弁の内部の壁面に直接衝突するときと比して、作動流体が衝突することによる衝撃を和らげることができる。
【０００９】
したがって、流体圧ポンプの吐出する作動流体が高圧であっても、内部にエロージョンが発生することを防止でき、耐久性の高い流量制御弁を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では、図１及び図２を参照しながら本発明の実施の形態に係る流量制御弁１００について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る流量制御弁１００の側面を断面で示した図であり、スプール弁２１が閉状態の図であり、図２は、流量制御弁１００の側面を断面で示した図であり、スプール弁２１が開状態の図である。本実施の形態では、流体圧として油圧を使用する。
【００１１】
流量制御弁１００は、油圧供給源である流体圧ポンプから油圧機器１０に供給される作動流体の流量が所定の特性となるように制御するものである。本実施の形態では、流体圧ポンプは車両のエンジンによって駆動されるベーンポンプ１０１である場合について説明する。また、油圧機器１０は、例えば車両に搭載されるパワーステアリング装置や変速機等である。この油圧機器１０が流体圧機器に該当する。
【００１２】
ベーンポンプ１０１は、図示しないが、駆動軸の端部にエンジンの動力が伝達され、駆動軸に連結されたロータが回転するものである。ベーンポンプ１０１は、ロータに対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーンと、ロータを収容すると共にロータの回転に伴って内周のカム面にベーンの先端部が摺動するカムリングとを備える。カムリングは、内周のカム面が楕円形状をした環状の部材であり、カムリングの内部には、隣り合うベーンによって仕切られた複数のポンプ室が画成される。カムリングは、ポンプ室の容積を拡張する吸込領域と、ポンプ室の容積を収縮する吐出領域とを有する。
【００１３】
ベーンポンプ１０１は、吸込領域では、油室の容積が徐々に拡張することで内部の圧力が下がることを利用して作動油を吸入する。また、吐出領域では、油室の容積が徐々に収縮することで内部の圧力が上がることを利用して作動油を吐出する。
【００１４】
流量制御弁１００は、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油を油圧機器１０に導く供給通路１２に介装され作動油に抵抗を付与する可変絞り２０と、可変絞り２０の前後差圧に応じて供給通路１２の作動油をポンプ吸込側に戻すスプール弁２１と、可変絞り２０より下流側に設けられたリリーフ弁２２とを備える。
【００１５】
可変絞り２０、スプール弁２１、及びリリーフ弁２２は、バルブボディ２７の内部に収装され、バルブボディ２７の開口部にはキャップ２８が螺着される。
【００１６】
バルブボディ２７に設けたスプール孔３１には、スプール３０が摺動自在に挿入される。スプール孔３１には、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油が流入するポンプポート３２と、タンク３４に作動油を排出する戻り通路３５に連通してベーンポンプ１０１から流入した余剰な作動油をタンク３４へ還流する戻りポート３３とが、開口して形成される。
【００１７】
キャップ２８には、供給通路１２の一部を構成する貫通孔３７が形成される。貫通孔３７の一端の開口部はポンプポート３２に連通し、他端の開口部は、ポンプポート３２から流入した作動油の全部または一部を油圧機器１０に供給する供給ポート２９を構成する。キャップ２８の先端面３８は、スプール３０が当接するシート面として機能する。
【００１８】
スプール３０は、スプール孔３１の軸方向に摺動自在に挿入される略円筒形の部材である。スプール３０とスプール孔３１とは、スプール弁２１を構成する。スプール３０は、摺動によってポンプポート３２と戻りポート３３との連通を遮断可能である。また、スプール３０の移動によってポンプポート３２から戻りポート３３へと還流する作動流体の流量を調整可能である。つまり、スプール３０は、ポンプポート３２と戻りポート３３との間の開口面積を調節可能である。
【００１９】
スプール３０の先端側には、ポンプポート３２に連通し、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油が導かれる上流側室４２が画成される。また、スプール３０の背面側にはスプリング室３９が画成され、スプリング室３９にはスプール３０をキャップ２８に向けて付勢するスプリング４０が収装される。
【００２０】
スプール３０の先端には、キャップ２８の貫通孔３７に挿入され、先端に向かって拡径されたテーパロッド４１が形成される。スプール３０の移動に伴ってテーパロッド４１が貫通孔３７の先端開口部に対して相対移動し、貫通孔３７の開口面積が変化する。テーパロッド４１と、テーパロッド４１の移動によって開口面積が変化する貫通孔３７とで可変絞り２０が構成される。
【００２１】
可変絞り２０は、上流側室４２に臨んで設けられ、供給通路１２を流れる作動油に抵抗を付与する。可変絞り２０の下流側に画成された下流側室４４は、通孔４３を介してスプリング室３９に連通している。このように、スプール３０の一端には、可変絞り２０の上流側の圧力が作用し、他端には、可変絞り２０の下流側の圧力が作用する。したがって、スプール３０は可変絞り２０の前後差圧の変化に応じて移動し、可変絞り２０の前後差圧に基づく荷重とスプリング４０の付勢力とが釣り合った位置にてバランスする。
【００２２】
ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の流量が多く、可変絞り２０の前後差圧が大きくなると、図２に示すようにスプール３０はスプリング４０を圧縮する方向へ移動し、スプール３０のランド部３０ａが戻りポート３３を開放する。図２に示した矢印は、スプール弁２１が開状態のときの作動油の流れである。
【００２３】
スプール３０が移動してランド部３０ａが戻りポート３３を開放すると、ポンプポート３２が上流側室４２を通じて戻りポート３３と連通し、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の一部が戻り通路３５へと還流する。上流側室４２から戻り通路３５へと作動油を直接還流する通路が、第１還流通路６１である。戻り通路３５へと還流する作動油の流量は、可変絞り２０の前後差圧が大きい程、スプール３０の移動量が大きくなり、戻りポート３３の開口面積が大きくなるため多くなる。つまり、エンジン回転数が上昇して、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の流量が多くなる程多くなる。
【００２４】
戻りポート３３と対峙するスプール孔３１の壁面には、スプール孔３１の軸心と直交して円錐形状に切削された円錐溝３６が形成される。この円錐溝３６が連通溝に該当する。
【００２５】
円錐溝３６は、スプール３０の軸心と直交する方向の圧力バランスをとるために、また作動油の流れる面積を拡大して流速を抑えるために設けられる。円錐溝３６は、スプール３０の摺動によってポンプポート３２と連通可能である。円錐溝３６は、戻りポート３３側からドリルを挿入して形成されるため、頂点が１２０度の円錐形に形成されている。先端の形状は円錐形状である必要はなく、先端を平坦にした円柱形状に形成してもよい。
【００２６】
スプール３０のランド部３０ａの背面側には、略矩形の断面で環状に形成される環状凹部５０が設けられ、環状凹部５０とスプール孔３１の内周によって環状油室５５が画成される。
【００２７】
環状油室５５は、戻りポート３３及び円錐溝３６と連通している。環状油室５５には、スプール弁２１が開かれると上流側室４２から円錐溝３６を通じて作動油が流入する。環状油室５５に流入した作動油は、環状油室５５を伝って戻りポート３３へと流出する。上流側室４２から円錐溝３６及び環状油室５５を通じて戻り通路３５へと作動油を還流する通路が、第２還流通路６２である。この第２還流通路６２が還流通路に該当する。
【００２８】
以上のように、スプール弁２１は、可変絞り２０の前後差圧に応じてポンプポート３２から流入した作動油の一部を戻りポート３３へと還流する。戻りポート３３及び円錐溝３６は、共にスプール３０の移動によって開口面積が変化する構成であるため、第１還流通路６１及び第２還流通路６２はスプール３０の移動によって同期して開閉する。環状油室５５の背面側、即ち円錐溝３６からの作動油が衝突する側には、作動油が含有する空気を気泡として溜めるための環状溝５１が形成される。
【００２９】
環状溝５１は、スプール３０の背面側へ向けて環状油室５５の内壁面に形成される環状の溝である。この環状溝５１が凹溝に該当する。環状溝５１は、スプール弁２１が開状態になったときに、高圧側の円錐溝３６から作動油が流入して衝突する低圧側の環状油室５５の壁面に形成される。また、環状溝５１は、環状油室５５を挟んで円錐溝３６と対峙するように形成される。このように形成することで、円錐溝３６から環状油室５５に流入する作動油が衝突したときの衝撃を和らげることができる。
【００３０】
環状溝５１は、本実施形態のように矩形の断面で環状に形成してもよいが、半円の断面で環状に形成したり、三角形の断面で環状に、即ちＶ字型の溝を形成したりしてもよい。
【００３１】
ここで、環状溝５１の代わりにスプール３０の作動油が衝突する部分にのみ円弧状溝を形成してもよい。しかし、作動油の衝突による衝撃によって、スプール３０が軸を中心として回転し作動油が衝突する位置と円弧状溝を設けた位置がずれることが考えられる。よって、スプール３０の回転を抑制する措置が講じられていない場合には、環状溝５１のように環状に設けることが望ましい。
【００３２】
リリーフ弁２２は、可変絞り２０の下流側の圧力が所定値に達した場合に、スプール３０内に収装されたスプリング４５が圧縮されて開弁するものである。リリーフ弁２２が開弁した場合には、可変絞り２０の下流側の作動油は、下流側室４４、通孔４３、スプリング室３９、リリーフ弁２２、戻りポート３３の順に流れ、戻り通路３５へと逃がされる。
【００３３】
以下では、可変絞り２０及びスプール弁２１の動作について説明する。
【００３４】
ポンプ回転数の低速域では、可変絞り２０の前後差圧が小さいため、スプール弁２１は閉弁状態であり、ポンプ回転数に比例した作動油が油圧機器１０へと供給される。
【００３５】
ポンプ回転数が中速域に達すると、可変絞り２０の前後差圧によってスプール弁２１が開弁し、第１還流通路６１及び第２還流通路６２によってポンプポート３２と戻りポート３３とを連通し、上流側室４２に流入する作動油の一部がポンプ回転数の増大に応じて戻り通路３５へと還流する。このため、可変絞り２０を通じて油圧機器１０に供給される作動油の流量は略一定に保たれる。
【００３６】
ここで、ベーンポンプ１０１が吐出する作動油は高圧であるため、低圧側へと開放されると作動油が衝突する壁面にエロージョンを発生するおそれがある。第１還流通路６１から還流される、即ち上流側室４２から環状油室５５を通らず戻りポート３３へと直接還流される作動油の衝突によって発生するエロージョンは、戻りポート３３の内部に発生するため、流量制御弁１００におけるスプール３０の摺動動作には何ら影響を及ぼさない。しかし、第２還流通路６２から還流される、即ち円錐溝３６から環状油室５５に流入する際に、円錐溝３６から環状油室５５を通って戻りポート３３へと還流される作動油によってスプール孔３１とスプール３０との摺動面にエロージョンが発生すると、摺動面が浸食される。エロージョンが進行すると、スプール孔３１に対するスプール３０の摺動性が悪くなり、流量制御弁１００の流量特性に影響を及ぼすおそれがある。
【００３７】
ところで、高圧に圧縮される作動油には多くの空気等の気体が溶け込んでいる。作動油が上流側室４２から円錐溝３６を通じて環状油室５５に流入するときには、作動油の圧力は高圧から一気に低圧になる。これは、戻りポート３３は略大気圧であるタンク３４に連通しているためである。
【００３８】
円錐溝３６から環状油室５５へと流入する作動油が高圧から低圧になるときに、作動油に溶け込んでいた気体は圧力の低下に伴って体積を増して気泡となって現れる。この気泡が環状溝５１に溜まることによって、作動油が衝突する際には緩衝材の役割をする。したがって、円錐溝３６からの作動油が衝突する衝撃を和らげ、エロージョンを防止することができる。
【００３９】
ポンプ回転数が高速域に達すると、可変絞り２０の前後差圧が大きくなるため、スプール３０はスプリング４０を圧縮して移動する。これにより、貫通孔３７の開口部の開口面積は、テーパロッド４１の移動によって次第に減少し、油圧機器１０に供給される作動油の流量は次第に減少する。
【００４０】
また、ポンプ回転数がゼロとなるベーンポンプ１０１の停止時には、スプリング４０の付勢力によってスプール３０がキャップ２８の先端面３８に着座する。これにより、可変絞り２０が全閉となると共に、スプール３０のランド部３０ａによって戻りポート３３が閉塞されスプール弁２１も全閉となる。
【００４１】
以上のように、本実施形態ではスプール３０を可変絞り２０の前後差圧に応じて移動させ、スプール弁２１を開閉する。しかし、可変絞り２０の前後差圧に応じてではなく、スプール３０をポンプポート３２から流入する作動流体の圧力とスプリング４０の付勢力とのバランスによって移動させる態様でもよい。
【００４２】
以上の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
【００４３】
第２還流通路６２において、円錐溝３６から環状油室５５に流入する作動油は、環状油室５５の壁面に衝突する。このとき、高圧側の円錐溝３６から低圧側の環状油室５５に流出するときに、作動油が含有していた気体が気泡となって現れる。この気泡が環状油室５５に凹設される環状溝５１に溜まることで、作動油が環状油室５５の壁面に衝突する際に緩衝材の役割をする。よって、作動油が流量制御弁１００の内部に直接衝突するときと比して衝突時の作動油の衝撃が小さくなる。したがって、ベーンポンプ１０１の吐出する作動油が高圧であっても、内部にエロージョンが発生することを防止でき、流量制御弁１００の耐久性を向上することができる。
【００４４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る流体圧ポンプの流量制御弁は、車両用のパワーステアリング装置や変速機等の油圧機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る流量制御弁の側面を断面で示した図であり、スプール弁が閉状態の図である。
【図２】流量制御弁の側面を断面で示した図であり、スプール弁が開状態の図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  流量制御弁
１０１  ベーンポンプ
１０    油圧機器
１２    供給通路
２０    可変絞り
２１    スプール弁
２２    リリーフ弁
２８    キャップ
３０    スプール
３０ａ  ランド部
３１    スプール孔
３３    戻りポート
３５    戻り通路
３６    円錐溝
３７    貫通孔
３８    先端面
４０    スプリング
４１    テーパロッド
４２    上流側室
４４    下流側室
５０    環状油室
５１    環状溝
【図１】
2010144654.tif 000003
【図２】
2010144654.tif 000004