(57)【要約】【課題】ケーシング内壁面の高圧ポートと低圧ポートの間の距離が十分でなく、騒音の低減に必要な長さの溝を加工できない場合でも、エネルギ損失を抑制しつつ、騒音を抑制することができる。【解決手段】高圧ポート１及び低圧ポート２が開口された弁室４を有するケーシング３と、このケーシング３内に摺動可能に配置される切欠付きスプール１３Ａとを備え、この切欠付きスプール１３Ａは、高圧ポート側ランド５及び低圧ポート側ランド６と、これらを連結するスプールロッド７を有し、高圧ポート側ランド５のスプールロッド７側周端の一部に流量制御用の切欠８，９が形成された切欠付きスプール型流量制御弁において、スプールロッド７は、切欠８，９を通って高圧ポート５から弁室４内に流入する流体の一部を通過させる、少なくとも１つの突起部１０ａを切欠８，９に対向させて備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を隔てて高圧ポート及び低圧ポートが開口された弁室を有するケーシングと、このケーシング内に摺動可能に配置される切欠付きスプールとを備え、
前記切欠付きスプールは、前記高圧ポートを開閉する高圧ポート側ランド及び前記低圧ポートを開閉する低圧ポート側ランドと、これら高圧ポート側ランド及び低圧ポート側ランドを連結するスプールロッドを有し、前記高圧ポート側ランドの前記スプールロッド側周端の一部に流量制御用の切欠が少なくとも１つ形成された切欠付きスプール型流量制御弁において、
前記スプールロッドは、前記切欠を通って前記高圧ポートから前記弁室内に流入する流体を一部通過させる、少なくとも１つの突起部を前記切欠に対向して備えたことを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の切欠付きスプール型流量制御弁において、
前記突起部は、少なくとも一部が多孔質体からなることを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
【請求項３】
請求項１に記載の切欠付きスプール型流量制御弁において、
前記突起部は、前記スプールロッドの軸方向に平行な溝を備えたことを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
【請求項４】
請求項３に記載の切欠付きスプール型流量制御弁において、
前記突起部は、前記スプールロッドの円周方向表面に溝を備えたことを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の切欠付きスプール型流量制御弁において、
前記突起部は、その高さが前記低圧ポート側ランド側に近づくにつれて増大する斜面を備えたことを特徴とする切欠付きスプール型流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械などに備えられる、切欠付きスプールを備えた切欠付きスプール型流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建設機械の油圧回路などに適用される流量制御弁として、所定の間隔を隔てて高圧側ポート及び低圧側ポートが開口された弁室を有するケーシングと、高圧ポート側ランド及び低圧ポート側ランドのうちの少なくとも一方のランドの一部に流量制御用の切欠が形成された切欠付きスプールとを弁室内に備え、この切欠付きスプールの移動によって弁室に開口された高圧ポートの開度を調整し、高圧ポートから弁室を介して低圧ポートに流入する流体の流量を制御する切欠付きスプール型流量制御弁が知られている。
【０００３】
この種の切欠付きスプール型流量制御弁では、高圧ポートから流入した流体が切欠の底面に衝突して９０度向きを変え、切欠の底面に沿って弁室内に噴射される。このため、直角又はそれに近い形状に形成されている高圧ポートの壁面と弁室の壁面との間の角部においては、高圧ポートの壁面に沿って高圧ポート内を流れてきた流体が角部を通過した後に弁室の壁面に沿って円滑に流れず、いわゆる剥離現象を生じて、角部の下流側に流体がほとんど流れない剥離部が発生する。
【０００４】
剥離現象が発生すると、剥離領域の圧力は周辺よりも大幅に低いため、流体中に溶けていた空気が大量に放出されて流体中に気泡が発生する。この気泡は、流体の流れに乗って下流に流れるが、下流の圧力は剥離領域よりも高圧であるため、所定の圧力域に至った段階で圧縮され、再び流体中に溶け込む。このように、切欠付きスプール型流量制御弁では剥離現象に起因する気泡の発生と消滅とが繰り返されるので、弁室内の流体の流れが不安定になり、騒音が発生しやすい。
【０００５】
この騒音を防止するために、従来、弁室の内壁面に、切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体の一部を高圧ポート側に還流させる溝を形成して、剥離現象による気泡の発生と消滅が引き起こす騒音を抑制する切欠付きスプール型流量制御弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。図９に、この従来技術に係る切欠付きスプール型流量制御弁の横断面図を示す。図９に示すように、従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、所定の間隔を隔てて高圧ポート１及び低圧ポート２が開口された弁室４を有するケーシング３と、切欠付きスプール１３とを備えている。この切欠付きスプール１３は、スプールロッド７の両端に高圧ポート側ランド５及び低圧ポート側ランド６が形成され、高圧ポート側ランド５のスプールロッド７寄りの部分にＶ字型切欠８とＵ字型切欠９とが形成されて構成されている。図９の切欠付きスプール型流量制御弁においては、高圧ポート側ランド５の軸心（スプールロッド７の軸心）を介して２つのＶ字型切欠８が形成されると共に、それと９０度位相をずらして２つのＵ字型切欠９が形成されている。
【０００６】
切欠付きスプール１３は弁室４内に摺動可能に配置されており、高圧ポート１及び低圧ポート２の開口位置に対する高圧ポート側ランド５及び低圧ポート側ランド６の相対的な設定位置を調整することにより、高圧ポート１の開度を変化させ、高圧ポート１からＶ字型切欠８及びＵ字型切欠９並びに弁室４を介して低圧ポート２に流れる流体の流量を制御することができる。
【０００７】
ここで、従来技術に係る切欠付きスプール型流量制御弁において、弁室４の内壁面に弁室内壁溝１２を形成するという構成にすることで、V字型切欠８及びＵ字型切欠９を通って高圧ポート１から弁室４内に流入する流体の一部を高圧ポート１側に還流させることができる。図１０は、図９に示した切欠付きスプールのＤ−Ｄ矢視に相当する縦断面図である。図１０に示すように、弁室内壁溝１２は低圧ポート側ランド６と同心上に形成されている。
【０００８】
このように、弁室４の内壁面に弁室内壁溝１２を形成すると、V字型切欠８及びＵ字型切欠９を通って高圧ポート１から弁室４内に流入する流体の一部を高圧ポート１側に還流させることができる。この還流によって剥離現象の発生を防止することができるので、剥離現象に起因する気泡の発生を抑制することができて、切欠付きスプール型流量制御弁の騒音を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１５５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した従来技術では、弁室内壁面に溝を設けることで弁室内の流体の剥離を防止し、剥離現象に起因する騒音を抑制することが可能である。そして、その騒音低減効果を十分に発揮するためには、溝は長い方が望ましい。しかし一方で、溝を長くすると溝の端部とポートとの距離が短くなり、スプールの移動によりポートを閉じる際にスプールの切欠と溝がオーバラップして漏れが増大してしまうため、高圧ポートと低圧ポートの間の距離をある程度確保しなくてはならず、コンパクトな流量制御弁を製作することが困難という問題があった。そこで高圧ポートと低圧ポートの間の距離を短縮しつつ、同様の騒音抑制効果が得られる構造を有する切欠付きスプール型流量制御弁が待望されていた。
【００１１】
本発明は、前述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ケーシング内壁面の高圧ポートと低圧ポートの間の距離が十分でなく、騒音低減に必要な長さの溝を加工できない場合でも、騒音を抑制することができる切欠付きスプール型流量制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁では、所定の間隔を隔てて高圧ポート及び低圧ポートが開口された弁室を有するケーシングと、このケーシング内に摺動可能に配置される切欠付きスプールとを備え、前記切欠付きスプールは、前記高圧ポートを開閉する高圧ポート側ランド及び前記低圧ポートを開閉する低圧ポート側ランドと、これら高圧ポート側ランド及び低圧ポート側ランドを連結するスプールロッドを有し、前記高圧ポート側ランドの前記スプールロッド側周端の一部に流量制御用の切欠が少なくとも１つ形成された切欠付きスプール型流量制御弁において、前記スプールロッドは、前記切欠を通って前記高圧ポートから前記弁室内に流入する流体を一部通過させる、少なくとも１つの突起部を前記切欠に対向して備えたことを特徴としている。
【００１３】
本発明ではまず、ケーシング内壁面に溝を設ける代わりにスプールロッドに突起部を設けることで、切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体に対して、突起部により抵抗を与えて、剥離領域の流体の圧力を高め、流体中に溶けている空気の放出を抑えることにより、気泡の発生を抑制している。これにより流体の剥離現象に起因する騒音を低減することができる。しかし、この突起部により与えられる抵抗は、流体の流速につれて著しく増大する傾向があるため、抵抗が増大するほど所定の流量を得るためにより高い圧力で流体を流す必要が生じ、エネルギ損失が大きくなる。そこで、本発明ではさらに、突起部の少なくとも一部を、切欠を通って高圧ポートから弁室内に流入する流体の一部が通過できるようにした。このように構成した本発明では、突起部において流体の一部を通過させることにより、流量制御弁のエネルギ損失を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、前記発明において、突起部は、少なくとも一部が多孔質体からなることを特徴としている。このように構成した本発明は、突起部の少なくとも一部が多孔質体であることから、流体の一部が多孔質体を構成する空孔を通って突起部の内部を通過することにより、流量制御弁のエネルギ損失を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、前記発明において、突起部は、スプールロッドの軸方向に平行な溝を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、突起部が前記の多孔質体のように流体の一部を通過させることができる材料で構成されていなくても、突起内部を流体が通過するのと同等な効果を得ることができる。これにより流体の流速が大きくなっても過度の圧力を流体に負荷しないため、過度の圧力によるエネルギ損失を抑制しつつ、気泡の発生による騒音を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、前記発明において、突起部は、スプールロッドの円周方向表面に溝を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、突起部で抵抗を受けたのちスプールロッドの軸方向に平行な溝に沿って通過する流体を、突起部に備えた円周方向の溝にも導くことで、突起部からの流体の流出をスムースにできる。これにより流体の流速が大きくなっても過度の圧力を流体に負荷しないため、過度の圧力によるエネルギ損失を抑制しつつ、気泡の発生による騒音を低減することができる。
【００１７】
また、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁は、前記発明において、突起部は、その高さが低圧ポート側ランド側に近づくにつれて増大する斜面を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、高圧ポート側ランドから低圧ポート側ランドに向けて流体が流れるにあたり、突起部において負荷される抵抗を緩やかに増大させることができるので、流体の流れを不安定にすることがなく、騒音を発生させる虞がない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、前記高圧ポート側ランドの前記スプールロッド側周端の一部に流量制御用の切欠が少なくとも１つ形成された切欠付きスプール型流量制御弁において、前記スプールロッドは、前記切欠を通って前記高圧ポートから前記弁室内に流入する流体を一部通過させる、少なくとも１つの突起部を前記切欠に対向して備えたことから、突起部により抵抗を与えて、剥離領域の流体の圧力を高め、流体中に溶けている空気の放出を抑えることにより、気泡の発生を抑制しつつ、突起部は流体の一部を通過させるから、流体の流速が大きくなっても過度の圧力を流体に負荷しない。これにより流体の剥離現象に起因する騒音を低減する一方、突起部により剥離領域の流体の圧力を過度に高めることなく、高圧の流体によるエネルギ損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第１実施形態を示す横断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ矢視に相当する縦断面図である。
【図３】本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第１実施形態における流体の流れを模式的に示す横断面図である。
【図４】本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第２実施形態を示すスプールの外観側面図である。
【図５】図４に示すＢ−Ｂ矢視に相当する縦断面図である。
【図６】本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第３実施形態を示すスプールの外観側面図である。
【図７】図６に示すＣ−Ｃ矢視に相当する縦断面図である。
【図８】本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第４実施形態を示すスプールの外観側面図である。
【図９】従来技術による切欠付きスプール型流量制御弁の例を示す横断面図である。
【図１０】図９に示すＤ−Ｄ矢視に相当する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第１実施形態を示す横断面図である。また、図２は図１に示すＡ−Ａ矢視に相当する縦断面図である。図１に示すように、切欠付きスプール１３Ａは高圧ポート１及び低圧ポート２を備えたケーシング３に収容され、弁室４を構成している。また切欠付きスプール１３Ａは、高圧ポート側ランド５、低圧ポート側ランド６及び両者を連結するスプールロッド７で構成される。高圧ポート側ランド５は、低圧ポートに対向する端部にV字型切欠８及びU字型切欠９を備えている。このような第１実施形態に係る切欠付きスプール型流量制御弁の基本的な構成は、前述した従来例に係る切欠付きスプール型流量制御弁と同じである。このような基本構成に加えて、この第１実施形態は、切欠付きスプール１３Ａにおいてスプールロッド７に突起部１０ａを備えた構成にしてある。
【００２２】
突起部１０ａは、V字型切欠８及びU字型切欠９に対向する位置にそれぞれ備えられており、これらのV字型切欠８及びＵ字型切欠９とは離間する一方、突起部１０ａは低圧側ランド６の端部とは接している。また図２に示すように、突起部１０ａは弁室４の内壁面に対向する対向面を弁室４の内壁面に沿った円弧状に形成している。突起部１０ａは流体の一部を通過させる素材、例えば粉末金属を焼結した多孔質体で構成される。この場合、突起部１０ａは例えば焼結時の熱を利用することによりスプールロッド７に対して拡散接合により一体化される。
【００２３】
図３は、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第１実施形態における流体の流れを模式的に示す横断面図である。図３において、前記のように構成した第１実施形態では、高圧ポート１から流入した流体は太線Ｓ０で示したように、V字型切欠８及びU字型切欠９から突起部１０ａに向かって噴出し、その多くが太線Ｓ１で示すように突起部１０ａに衝突後、突起部１０ａを迂回して流れる。突起部１０ａに衝突することにより抵抗を与えられて、圧力が上昇した流体は、その中に溶けていた空気を放出して流体中に気泡を発生することなく、低圧ポート２から流出していく。また流体の一部は、細線Ｓ２で示すように突起部１０ａの内部を通過する。流体全体の圧力は、すべてが突起部１０ａにより抵抗を与えられた場合に比べて、突起部１０ａを通過した流体の流量に応じて低下する。
【００２４】
このように構成した第１実施形態によれば、ケーシング３の内壁面に溝を設ける困難な加工をなくし、より簡便な加工で、流体に抵抗を与えることにより気泡の発生を防止して剥離現象に起因する騒音を抑制することができる。また突起部１０ａは、流体の一部を通過させるので、流体に対して過度の抵抗を与えることはない。これにより過度の圧力によるエネルギ損失を抑制しつつ、騒音を発生することを防止できる。
【００２５】
図４は、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第２実施形態に備えられる切欠付きスプールの側面図である。また図５は、図４に示した切欠付きスプールのＢ−Ｂ矢視に相当する縦断面図である。第１実施形態と異なるのは、切欠付きスプール１３Ｂにおいて、突起部１０ａの両側部にスプールロッド溝１１ａを設けた点である。突起部１０ｂは、スプールロッド溝１１ａによって突起部１０ａと隔てられている。このように構成した切欠付きスプール型流量制御弁では、突起部１０ａ及び１０ｂに衝突した流体の一部がスプールロッド溝１１ａを通過するので、第１実施形態と同様に流体に対して過度の抵抗を与えることはない。これにより過度の圧力によるエネルギ損失を抑制しつつ、騒音を発生することを防止できる。また第１実施形態のように多孔質体を別途作成する必要がなく、溝加工により安価に同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図６は、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第３実施形態に備えられる切欠付きスプールの側面図であり、図７は図６に示した切欠付きスプールのＣ−Ｃ矢視に相当する縦断面図である。切欠付きスプール１３Ｃ以外の構成は、第２実施形態と同じである。この第３実施形態は、図６及び図７に示したように、切欠付きスプール１３Ｃにおいて、突起部１０ａ及び１０ｂの途中にスプールロッド７の円周方向に沿って、スプールロッド溝１１ｂを設けている。このように構成した切欠付きスプール型流量制御弁は、突起部１０ａ及び１０ｂを迂回する流体がスプールロッド溝１１ｂにも導かれることで、流体がよりスムースに流れることができる。これにより過度の圧力によるエネルギ損失を抑制しつつ、騒音を発生することを防止できる。
【００２７】
図８は、本発明に係る切欠付きスプール型流量制御弁の第４実施形態に備えられる切欠付きスプールの側面図である。切欠付きスプール１３Ｄ以外の構成は、第１実施形態と同じである。この第４実施形態は、図８に示したように、切欠付きスプール１３Ｄにおいて、突起部１０ｃはその高さが高圧ポート側ランド５側から低圧ポート側ランド６側に向けて高くなるように形成されている。このように構成した切欠付きスプール型流量制御弁は、弁室４内壁面と突起部１０ｃの間の流路面積を高圧ポート１側から軸方向に向かって緩やかに減少させることができるので、突起部１０ｃの高圧ポート１側の端部で抵抗を与えられた流体が突起部１０ｃに衝突して低圧ポート２へ流れるにあたり、流体に対して与える抵抗を漸増させることができる。これにより流体の流れを不安定にすることがなく、流体の圧力を漸増させることができるので、騒音を発生させる虞がない。
【符号の説明】
【００２８】
１  高圧ポート
２  低圧ポート
３  ケーシング
４  弁室
５  高圧ポート側ランド
６  低圧ポート側ランド
７  スプールロッド
８  V字型切欠
９  U字型切欠
１０ａ  突起部
１０ｂ  突起部
１０ｃ  突起部
１１ａ  スプールロッド溝
１１ｂ  スプールロッド溝
１２  弁室内壁溝
１３  切欠付きスプール
１３Ａ  切欠付きスプール
１３Ｂ  切欠付きスプール
１３Ｃ  切欠付きスプール
１３Ｄ  切欠付きスプール
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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