(57)【要約】【課題】流体機器の方向切換弁において、シール性能を悪化させずにスプール孔の内周面を滑らかな面のまま薄く削り取る。【解決手段】スプール式方向切換弁Ｖに、スプール孔５２及びこのスプール孔５２に連通する複数のポートｐ，ｔ，ｃを有するスリーブ５１と、スプール孔５２の軸方向に挿入され、軸方向に沿って移動して複数のポートｐ，ｔ，ｃを開閉するスプール弁３０とを設ける。このスプール弁３０に、スプール孔５２内周に接する最大径部５３と、この最大径部５３よりも外径が小さく、ポートｐ，ｔ，ｃと連通可能な小径部５４とを設ける。そして、この最大径部５３と小径部５４との境界角部外周面５５に、砥粒を含む環状砥石部５６や断面が小径部５４側へ先細に延びる刃物形状の環状刃物部を設ける。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプール孔及び該スプール孔に連通する複数のポートを有するスリーブと、
上記スプール孔の軸方向に挿入され、該軸方向に沿って移動して上記複数のポートを開閉するスプール弁とを有する流体機器の方向切換弁において、
上記スプール弁は、上記スプール孔内周に接する最大径部と、該最大径部よりも外径が小さく、上記ポートと連通可能な小径部とを備え、
上記最大径部と上記小径部との境界角部外周面には、断面が小径部側へ先細に延びる刃物形状の環状刃物部が突設されている
ことを特徴とする流体機器の方向切換弁。
【請求項２】
スプール孔及び該スプール孔に連通する複数のポートを有するスリーブと、
該スプール孔の軸方向に挿入され、該軸方向に沿って移動して上記複数のポートを開閉するスプール弁とを有する流体機器の方向切換弁において、
上記スプール弁は、上記スプール孔内周に接する最大径部と、該最大径部よりも外径が小さく、上記ポートと連通可能な小径部とを備え、
上記最大径部と上記小径部との境界角部外周面には、砥粒を含む環状砥石部が形成されている
ことを特徴とする流体機器の方向切換弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機器の方向切換弁において、
上記環状刃物部又は上記環状砥石部は、上記スプール弁と別部品で構成されている
ことを特徴とする流体機器の方向切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの運動方向を制御するために流体の流れる向きを変えたり、停止させるなど、流れの方向を規制する流体機器の方向切換弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、方向切換弁としては、ロータリ弁やスプール弁を用いたものがあり、人力式、機械式のものや電磁弁を用いたものがある。例えば、ダンプ車両の油圧制御装置のように、流体機器の方向切換弁として、人力式のスプール式方向切換弁を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、スプール孔の内周面を仕上げ加工するための、既存の一般的な工具の例として、刃物を備えたリーマや、紙ヤスリを備えたマイクロフラップなどがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９７８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のスプール式方向切換弁は、スプール弁の滑らかな摺動を実現するために、スプール弁外周とケーシングのスプール孔内周との間において直径方向の隙間が必要であるが、その隙間が大きすぎると、隙間を通じて高圧部から低圧部へ流体の漏れ（内部リーク）が生じるため、機能上望ましくない。一方、スプール弁の直径方向の隙間が小さすぎると、使用している間にスプール弁の摺動抵抗が徐々に増加するという問題が発生する。これは、ケーシングの鋳造工程及び加工工程における残留応力の影響や、ケーシングをボルト締結する際の歪みや、その流体機器が受ける外力などの影響により、スプール孔の真円度や真直度が悪化するために生じる問題である。
【０００６】
そのため、方向切換弁においては、内部リーク量と摺動抵抗とを両立させることが必要になり、その手段としては、スプール弁とスプール孔とをなるべく高精度で加工し、直径隙間公差を管理するしかないのが実情である。そして、この問題はスプール式方向切換弁のみならず、ロータリ式方向切換弁においても同様である。
【０００７】
また、スプール孔よりもスプール弁の方が硬度が高い事例として、空気圧用方向切換弁におけるアルミ製ケーシングとステンレス製スプール弁の組合せがある。この組合せでは、スプール孔がスプール弁と強く金属接触することにより、スプール孔の内周面に軸方向（摺動方向）の傷がつくことがあり、この場合は方向切換弁に要求されるシール性能が著しく悪化する。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スプール弁にある程度の切削機能又は研磨機能を持たせることにより、シール性能を悪化させずにスプール孔の内周面を滑らかな面のまま薄く削り取るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、第１の発明では、スプール孔及び該スプール孔に連通する複数のポートを有するスリーブと、
上記スプール孔の軸方向に挿入され、該軸方向に沿って移動して上記複数のポートを開閉するスプール弁とを有する流体機器の方向切換弁を前提とする。
【００１０】
そして、上記スプール弁は、上記スプール孔内周に接する最大径部と、該最大径部よりも外径が小さく、上記ポートと連通可能な小径部とを備え、
上記最大径部と上記小径部との境界角部外周面には、断面が小径部側へ先細に延びる刃物形状の環状刃物部が突設されている。
【００１１】
また、第２の発明では、上記前提において、
上記スプール弁は、上記スプール孔内周に接する最大径部と、該最大径部よりも外径が小さく、上記ポートと連通可能な小径部とを備え、
上記最大径部と上記小径部との境界角部外周面には、砥粒を含む環状砥石部が形成されている。
【００１２】
これらの発明によると、スプール式方向切換弁において、スプール弁における最大径部と小径部との境界角部外周面に環状刃物部又は環状砥石部を設けたことにより、スプール孔に変形が生じてスプール孔とスプール弁の最大径部とが金属接触した場合でも、スプール弁の摺動に伴ってスプール孔を必要最小限だけ薄く削り取ることができるので、方向切換弁に要求されるシール性能を著しく悪化させる傷をスプール孔の内周面につけることなく、金属接触を最小限に抑え、摺動抵抗の増加を防ぐことができる。また、スプール孔の変形は非常に穏やかに少しずつ進行する性質であるため、金属接触が始まった時点から少しずつスプール孔の内周面を削り取ることになり、この削り取る作業のための摺動抵抗も非常に僅かに抑えられる。
【００１３】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記環状刃物部又は上記環状砥石部は、上記スプール弁と別部品で構成されている。
【００１４】
上記の構成によると、スプール弁自体は、従来と同じ材料で成形することができるので、全体を硬度の高いものとする必要がなく、製造コストが抑えられる。また、使用中のスプール弁に改造して設けることも可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、スプール弁における最大径部と小径部との境界角部外周面に環状刃物部又は環状砥石部を設けたことにより、金属接触が始まった時点から少しずつスプール孔の内周面を削り取って、方向切換弁に要求されるシール性能を著しく悪化させる傷をスプール孔の内周面につけることなく、金属接触を最小限に抑え、摺動抵抗の増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるスプール式方向切換弁を備えたダンプ車両を示す側面図である。
【図２】油圧回路図である。
【図３】油圧制御装置の要部を示す断面図である。
【図４】スプール弁及びその周辺を拡大して示す断面図である。
【図５】図４の一部拡大断面図である
【図６】その他の実施形態にかかる図４の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、ダンプトラック５０のシャシフレームＦ上には、開閉可能なバックゲート４を有する荷箱１が搭載されている。この荷箱１の後部左右に一体に設けたヒンジブラケット２は、ヒンジ軸３を中心にシャシフレームＦの後部に回動可能に連結されている。シャシフレームＦには、ダンプシリンダ５のシリンダバレル５ｂの基端が回動自在に軸支１０されている。このダンプシリンダ５のシリンダロッド５ｒの先端には、リフトアーム６の中間部がピン連結１１されている。このリフトアーム６の一端は、荷箱１の底桁にピン連結１２され、また、その他端は、テンションリンク７の一端にピン連結１３され、このテンションリンク７の他端は、シャシフレームＦに回動自在に軸支１４されている。
【００１９】
シャシフレームＦの前部には、ダンプトラック５０の走行用エンジンＥが設けられ、このエンジンＥのミッションに動力取出装置ＰＴＯ及びドライブシャフト１６を介して油圧駆動装置Ｄが連結されている。この油圧駆動装置Ｄは、動力取出装置ＰＴＯの「接」により駆動される。油圧駆動装置Ｄは後に述べるように、油圧ポンプＰ及びスプール式方向切換弁Ｖを備えており、油圧回路を介してダンプシリンダ５及び油タンクＴに接続されている。
【００２０】
図２及び図３において、油圧駆動装置Ｄは、鋳鉄などよりなる鉄製ケース２０を備えている。ケース２０内には、油圧ポンプＰとスプール式方向切換弁Ｖとが設けられると共に油の流通する、後述の油圧配管が一体に形成されている。
【００２１】
油圧ポンプＰは、歯車ポンプであって、ドライブシャフト１６に連結される駆動軸２１と、被動軸２２とが、ケース２０内に軸受を介して回転自在に支承されている。それらの軸２１，２２には、互いに噛合する一対のポンプ歯車２３，２４が固定されている。一対のポンプ歯車２３，２４間の一側（図３右側）に吸込口２５が、またそれらの他側（図３左側）に吐出口２７が設けられ、吸込口２５及び吐出口２７には、ケース２０に形成される、吸込通路２６及び吐出通路２８がそれぞれ連通されている。
【００２２】
スプール式方向切換弁Ｖは、棒状のスプール弁３０を備えた３ポート３位置の方向切換弁であり、ケース２０に形成した円筒状のスリーブ５１部分に設けられている。スプール弁３０は、スリーブ５１に形成した断面円形のスプール孔５２内に摺動自在に嵌合されている。スプール弁３０は、スプール孔５２内周に接する最大径部５３と、この最大径部５３よりも外径が小さく、スリーブ５１に形成した２つの入口ポートｐ，ｔと、１つの出口ポートｃと連通可能な小径部５４とを備えている。なお、最大径部５３には、スプール弁３０の外周面に流体固着現象を防止するためのラビリンス溝５７が形成されている。
【００２３】
このスプール弁３０の一端に連結される操作ロッド３１は、ケース２０外に延長されて、ダンプトラック５０の運転席に設けた操作レバー３２に連動されている。そして、操作レバー３２によるスプール弁３０の摺動制御により、上記２つの入口ポートｐ，ｔと、１つの出口ポートｃを選択的に連通あるいは遮断できるようになっている。
【００２４】
図２に示すように、ケース２０には、油圧駆動装置Ｄの油圧回路の一部を構成する油圧配管が一体に形成されている。その油圧配管は、油圧ポンプＰの吸込口２５に連通される吸込通路２６と、油圧ポンプＰの吐出口２７に連通される吐出通路２８と（油圧ポンプＰへの逆流を阻止するチェック弁２９を介在）、吐出通路２８から分岐されてスプール式方向切換弁Ｖを経て吸込通路２６に連通される還流通路３５と、吐出通路２８とスプール式方向切換弁Ｖとを連通させる連通通路３６（可変絞り弁３７を介在）とを備えている。
【００２５】
吸込通路２６、吐出通路２８の各端部はケース２０の外面に開口されており、吸込通路２６には、油タンクＴに連通される吸込配管２６ｐが接続され、また、吐出通路２８には、ダンプシリンダ５の高圧室に連通される吐出配管２８ｐが接続されている。
【００２６】
さらに、ダンプシリンダ５の低圧室は、ケース２０外の戻り配管４０ｐを介して油タンクＴに連通されている。
【００２７】
油圧配管２６，２８，３５，３６及び配管群２６ｐ，２８ｐ，４０ｐは、油圧制御装置の油圧回路を構成している。
【００２８】
そして、本発明の特徴として、図４及び図５に示すように、上述したスプール弁３０の最大径部５３と小径部５４との境界の角部における境界角部外周面５５（本実施形態では、対向する一対）には、砥粒を含む環状砥石部５６が形成されている。この環状砥石部５６は、境界角部外周面５５にコーティングにより形成されている。コーティングとして例えば、ニッケル及びカーボンナノチューブの複合めっき被膜にダイアモンドの砥粒が含まれたものを使用することができる。この場合には、通常の電着砥石に使用されている、ニッケルめっき被膜にダイアモンド砥粒が含まれたものに比べ、化学的結合力が大きくて砥粒の界面密着性が高く、被膜の機械的強度が強くかつ砥粒のアンカー効果が高いので、砥粒が離脱しにくく、環状砥石部５６が劣化しにくいものとなる。
【００２９】
−方向切換弁の作動−
次に、本実施形態にかかる方向切換弁の作動について説明する。
【００３０】
操作レバー３２が操作され、図３において、スプール弁３０の摺動制御によりスプール式方向切換弁Ｖが上げ位置（図３、左位置）に切り換えられると、油圧ポンプＰからの作動油は、吐出通路２８、逆止弁２９、吐出配管２８ｐを通ってダンプシリンダ５の高圧室に圧送され、また、ダンプシリンダ５の低圧室の油は、戻り配管４０ｐを通って油タンクＴに戻されるので、ダンプシリンダ５を伸長させ、荷箱１をヒンジ軸３まわりに傾倒させることができる。
【００３１】
一方、操作レバー３２が逆方向に操作され、スプール弁３０の摺動制御により、スプール式方向切換弁Ｖが下げ位置（図３、右位置）に切り換えられると、油圧ポンプＰからの作動油は、吐出通路２８、スプール式方向切換弁Ｖ及び還流通路３５間を循環する一方、ダンプシリンダ５の高圧室内の油は、吐出配管２８ｐ、連通通路３６、スプール式方向切換弁Ｖ及び還流通路３５を通って油タンクＴに戻されるので、荷箱１は、その自重により伏倒される。
【００３２】
このような動作を繰り返すうちに、スプール孔５２の真円度や真直度が悪化し、スプール弁３０とスプール孔５２が金属接触することで、摺動抵抗が増加する現象が生じる。また操作レバー３２に操作ロッド３１が直結されているので、スプール弁３０がその軸方向から若干ずれた方向に引っ張られることが多く、境界角部外周面５５とスプール孔５２内面との金属接触が起こりやすい。
【００３３】
このように、スプール孔５２に変形が生じてスプール孔５２とスプール弁３０の最大径部５３（境界角部外周面５５）とが金属接触した場合、環状砥石部５６の砥粒によってスプール弁３０の摺動に伴ってスプール孔５２が必要最小限だけ薄く削り取られる。このため、スプール式方向切換弁Ｖに要求されるシール性能を著しく悪化させる傷をスプール孔５２の内周面につけることなく、金属接触を最小限に抑え、摺動抵抗の増加を防ぐことができる。
【００３４】
また、このようなスプール孔５２の変形は非常に穏やかに少しずつ進行する性質であるため、金属接触が始まった時点から少しずつスプール孔５２の内周面を削り取ることになり、この削り取る作業のための摺動抵抗も非常に僅かに抑えられる。
【００３５】
したがって、本実施形態にかかるスプール式方向切換弁Ｖによると、最大径部５３と小径部５４との境界角部外周面５５に環状砥石部５６を設けたことにより、金属接触が始まった時点から少しずつスプール孔５２の内周面を削り取って、スプール式方向切換弁Ｖに要求されるシール性能を著しく悪化させる傷をスプール孔５２の内周面につけることなく、金属接触を最小限に抑え、摺動抵抗の増加を防ぐことができる。
【００３６】
−実施形態の変形例−
図６に示すように、一対の境界角部外周面５５に、断面が小径部５４側へ先細に延びる刃物形状の環状刃物部１５６を突設させてもよい。これにより、本変形例においても、スプール弁３０の摺動に伴ってスプール孔５２が必要最小限だけ薄く削り取られる。例えば、この環状刃物部１５６は、スプール弁３０と別部品で構成し、スプール弁３０に嵌め込むようにしてもよい。
【００３７】
この場合には、環状刃物部１５６を硬度の高い材料で成形すればよく、スプール弁３０自体は、従来と同じ材料で成形することができるので、全体を硬度の高いものとする必要がなく、製造コストが抑えられる。また、使用中のスプール弁３０に改造して設けることも可能となる。
【００３８】
もちろん、スプール弁３０の機械加工時に一体に設けてもよい。その場合には、焼き入れ等により環状刃物部１５６の硬度を上げてもよい。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００４０】
すなわち、上記実施形態では、上記環状砥石部５６は、めっきにより設けたが、スプール弁３０と別部品で構成された砥粒を含むリングを嵌め込むようにしてもよい。この場合にも、スプール弁３０自体は、従来と同じ材料で成形することができるので、全体を硬度の高いものとする必要がなく、製造コストが抑えられる。同様に使用中のスプール弁３０に改造して設けることも可能となる。
【００４１】
スプール式方向切換弁Ｖは、スプール式スプール式方向切換弁Ｖとしたが、ロータリ式スプール式方向切換弁Ｖとしてもよい。その場合には、ロータにおけるポートｐ，ｔ，ｃと連通する凹部との境界角部外周面５５に上記実施形態における環状砥石部５６又は環状刃物部１５６と同等のものを設ければよい。
また、本実施形態では、環状砥石部５６を、スプール弁３０の最大径部５３と小径部５４との境界の角部における境界角部外周面５５のみに設けたが、本発明はこれに限らず、少なくともスプール弁３０の最大径部５３と小径部５４との境界角部外周面５５に、環状砥石部５６が形成されていればよい。すなわち、大径部の外周面全体に環状砥石部が形成されるように構成してもよい。
【００４２】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【符号の説明】
【００４３】
３０      スプール弁
３１      操作ロッド
３２      操作レバー
５１      スリーブ
５２      スプール孔
５３      最大径部
５４      小径部
５５      境界角部外周面
５６      環状砥石部
１５６      環状刃物部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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