(57)【要約】【課題】二次圧を安定させて、特に、低圧に制御して出力することができ、加工精度の良い製造可能な減圧弁を提供する。【解決手段】減圧弁１０は、弁本体１１と、弁本体１１内に組み込まれたスリーブ１２と、スリーブ１２の軸心方向に形成された段付円筒形状のスプール穴１３と、スプール穴１３に通じるように形成され、一次圧Ｐｉｎが導入される入力ポート１４と、二次圧Ｐｏｕｔが吐出される出力ポート１５と、二次圧Ｐｏｕｔの一部を逃がすことができるタンクポート１６と、パイロット圧Ｐｐが導入される第一及び第二パイロットポート１７ａ、１７ｂと、スプール穴１３に摺動自在に挿設される段付円柱形状のスプール３０と、予め設定された弾発力Ｆｓｐをスプール３０に作用させる螺旋状のバネ部材４０と、を備える。【選択図】図１
2015219580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体と、
前記弁本体に組み付けられたスリーブと、
前記スリーブに設けられ入力ポートから出力ポートへの流体の流動を制限するスプールと、
前記スプールが内挿されるスプール穴と、
前記スプールが有する断面積の異なる第一ランドと第二ランドに囲まれて前記出力ポートに連通する受圧室と、
前記スプールに当接し該スプールを摺動させるピストンと、
前記スプール及びピストンにパイロット圧を作用させる押圧手段と、
前記ピストンにバネ部材で予め設定した弾発力を作用させる付勢手段と、
を備え、
前記スプールに作用する力のつり合いにより二次圧が制御される減圧弁において、
前記弁本体は、
前記第一ランドの断面積が前記ピストンの断面積より大きく、
前記第二ランドの断面積が前記第一ランドの断面積より大きく、
前記パイロット圧が前記第一ランド及び前記ピストンの断面積の差に、前記二次圧が前記第一ランド及び前記第二ランドの断面積の差に、それぞれ作用して前記スプールが閉弁方向に押圧され、
前記付勢手段の弾発力が前記ピストンに作用して前記スプールが開弁方向に付勢される
ことを特徴とする減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力制御弁、特に、一次圧を減圧して二次圧を一次圧より低い設定値に制御することが可能な減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、二次圧を制御するために該二次圧及びバネ部材で予め設定された弾発力をスプールに作用させ、二次圧が弾発力につり合って制御される直動型の減圧弁が特許文献１に開示されている。しかし、特許文献１の直動型減圧弁は、二次圧の設定値を変更したい場合、弾発力を変えることでしか変更できなかった。そのため、スプール等の部品の寸法バラツキが原因で発生する二次圧の変動があった場合、二次圧を設定値に制御することが容易ではない（例えば、特許文献１図１参照）。
【０００３】
この解決方法として、例えば、図２に示すように、二次圧Ｐｏｕｔ、弾発力Ｆｓｐ、パイロット弁１０１から供給するパイロット圧Ｐｐがスプール１１０に作用して、二次圧Ｐｏｕｔ、弾発力Ｆｓｐ及びパイロット圧Ｐｐがつり合うことで、二次圧Ｐｏｕｔを制御するパイロット型の減圧弁１００が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−２２１７号公報
【特許文献２】特開昭６１−２８５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示されている減圧弁１００は、ピストン部１１３の断面積をＳ１、ランド部１１２の断面積をＳ２、ロッド部の断面積をＳ３とすると、受圧室１９において受圧面積（Ｓ２−Ｓ３）を有するランド部１１２に一次圧Ｐｉｎが作用する。また、バネ室２０において受圧面積Ｓ２を有するランド部１１２に二次圧Ｐｏｕｔが作用する。さらにパイロット室１２０において、Ｓ２、Ｓ３より大きい受圧面積Ｓ１を有するピストン部１１３にパイロット圧Ｐｐが作用する。このとき、安定した二次圧Ｐｏｕｔを、特に、低圧で制御するには、バネ部材４０の弾発力Ｆｓｐの設定値を上げる、または、導入するパイロット圧Ｐｐを低く制御する等の必要が生じる。
【０００６】
しかし、弾発力Ｆｓｐの設定値を上げると、例えば、バネ部材４０を設置するバネ室２０の径方向又は軸心方向を大きくする必要が生じて減圧弁１００が大型化する。また、パイロット圧Ｐｐを低く制御すると、例えば、図２のように、油圧源１３０から二次圧Ｐｏｕｔ及びパイロット弁１０１を介してパイロット圧Ｐｐを供給しているように二次圧Ｐｏｕｔとパイロット圧Ｐｐの油圧源１３０が同じ場合、二次圧Ｐｏｕｔを安定させることは容易ではなかった。
【０００７】
また、大径のピストン部１１３及び小径のランド部１１２を有するスプール１１０と、当該スプール１１０が挿設されるスプール穴１１１と、を加工する場合、直径差が大きくなる。このため、ピストン部１１３とランド部１１２の真円度及び同軸度等の加工精度を出すことが容易ではなく、量産加工に適さない。
【０００８】
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、二次圧を安定させて、特に、低圧に制御して出力することができ、加工精度の良い製造可能な減圧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】
【０００９】
本発明では、
弁本体と、
前記弁本体に組み付けられたスリーブと、
前記スリーブに設けられ入力ポートから出力ポートへの流体の流動を制限するスプールと、
前記スプールが内挿されるスプール穴と、
前記スプールが有する断面積の異なる第一ランドと第二ランドに囲まれて前記出力ポートに連通する受圧室と、
前記スプールに当接し該スプールを摺動させるピストンと、
前記スプール及びピストンにパイロット圧を作用させる押圧手段と、
前記ピストンにバネ部材で予め設定した弾発力を作用させる付勢手段と、
を備え、
前記スプールに作用する力のつり合いにより二次圧が制御される減圧弁において、
前記弁本体は、
前記第一ランドの断面積が前記ピストンの断面積より大きく、
前記第二ランドの断面積が前記第一ランドの断面積より大きく、
前記パイロット圧が前記第一ランド及び前記ピストンの断面積の差に、前記二次圧が前記第一ランド及び前記第二ランドの断面積の差に、それぞれ作用して前記スプールが閉弁方向に押圧され、
前記付勢手段の弾発力が前記ピストンに作用して前記スプールが開弁方向に付勢される
ことを特徴とする減圧弁とする。
【００１０】
本発明によれば、二次圧、弾発力、パイロット圧がスプール及びピストンに作用して、スプールに作用する力のつり合いにより、二次圧を制御する減圧弁において、ピストンの断面積（以下、Ａ４という。）が第一ランドの断面積（以下、Ａ１という。）よりも小さくなっている。さらに、Ａ１が第二ランドの断面積（以下、Ａ３という。）よりも小さくなっている。
【００１１】
また、パイロット圧は第一ランド及びピストンの断面積の差（Ａ４−Ａ１）に作用し、二次圧は第一ランド及び第二ランドの断面積の差（Ａ３−Ａ１）に作用して、スプールは閉弁方向に押圧される。さらに、弾発力はピストンに作用して、ピストンが当接するスプールは開弁方向に付勢される。
【００１２】
これにより、パイロット圧がスプールの摺動する両方向に作用して、スプール及びピストンの断面積の差に作用する。また、パイロット圧が変動して、特にパイロット圧が高くなっても、スプールの摺動方向に作用する力の合力が急激に大きくならないので、スプールの摺動速度や位置が大きく変化することもなく、摺動動作を安定させることができる。さらに、パイロット圧及び二次圧がスプールあるいはピストンの断面積の差に作用することで、摺動方向に作用する力の合力を小さくすることができ、付勢手段の弾発力を小さく設定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は従来の減圧弁と比べて、パイロット圧が変動してもスプールの摺動方向に作用する力が急激に大きくならないので、スプールの摺動速度や位置が大きく変化することがない。これにより、スプールの摺動動作を安定させることができるので、二次圧を安定させて、特に、低圧に制御して出力することができる。
【００１４】
また、パイロット圧及び二次圧がスプールあるいはピストンの断面積の差に作用することで、スプールやスプール穴に極端な面積差（直径差）を設ける必要もないので、真円度及び同軸度等の加工精度が良い製造可能な減圧弁を提供することができる。
【００１５】
さらに、面積差を有するスプールあるいはピストンに作用するパイロット圧及び二次圧の合力を小さくすることができるので、弾発力を小さく設定することができる。これにより、付勢手段を構成するバネ部材を配設するバネ室を小さくすることができるので、減圧弁を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る減圧弁の概略機構の一例であって、（ａ）は略縦断面図、（ｂ）は油圧記号である。
【図２】従来例の減圧弁の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の減圧弁１０につき、好適な実施の形態を挙げ添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、減圧弁１０は、基本的には、弁本体１１と、弁本体１１内に組み込まれたスリーブ１２と、スリーブ１２の軸心方向に形成された段付円筒形状のスプール穴１３と、スプール穴１３に通じるように形成され、一次圧Ｐｉｎが導入される入力ポート１４と、二次圧Ｐｏｕｔが吐出される出力ポート１５と、二次圧Ｐｏｕｔの一部を逃がすことができるタンクポート１６と、パイロット圧Ｐｐが導入される第一及び第二パイロットポート１７ａ、１７ｂと、スプール穴１３に摺動自在に挿設される段付円柱形状のスプール３０と、予め設定された弾発力Ｆｓｐをスプール３０に作用させる螺旋状のバネ部材４０と、を備える。
【００１９】
入力ポート１４、出力ポート１５、タンクポート１６は、スプール穴１３と直交するように弁本体１１及びスリーブ１２に穿設されている。各ポート１４、１５、１６は各々一つだけでも良いが、流体の流量や圧力などのバランスをより安定させるためにスリーブ１２の軸心方向に対する対称位置に二つ以上を設けることが望ましい。
【００２０】
また、第一パイロットポート１７ａは、スリーブ１２の開口部１８（図１（ａ）の左端）を通ってスプール穴１３に連通するように略同軸方向に穿設される。さらに、第二パイロットポート１７ｂは、バネ室２０に連通するように穿設されている。
【００２１】
スプール３０は第一ランド３１、第二ランド３３が入力ポート１４よりこの順序で略同軸上に形成され、さらにロッド部３２が第一ランド３１と第二ランド３３の間に形成されている。さらに、スプール穴１３内において、スプール３０はピストン３８、バネ受け３９、バネ部材４０と略同軸上に並んでいる。また、バネ部材４０の弾発力Ｆｓｐはピストン３８を介してスプール３０及びピストン３８の当接面２９に作用する。これにより、スプール３０はスプール穴１３を入力ポート１４と受圧室１９の連通を開弁する方向に摺動する。
【００２２】
また、入力ポート１４と受圧室１９の連通及び受圧室１９とタンクポート１６の連通を開閉する方向に摺動するスプール３０は、第一ランド３１及び第二ランド３３の受圧室１９側にノッチ３５が形成されている。これにより、入力ポート１４が受圧室１９に連通するときの開口面積及び受圧室１９がタンクポート１６に連通するときの開口面積が、スプール３０の摺動動作によっても急激に変化しないため、二次圧Ｐｏｕｔの安定性が向上する。
【００２３】
第一パイロットポート１７ａから導入するパイロット圧Ｐｐがスプール３０の端面３６（第一受圧面２５）に作用して、スプール３０は入力ポート１４と受圧室１９の連通を閉弁する方向に摺動する。また、第二パイロットポート１７ｂからバネ室２０に導入するパイロット圧Ｐｐがピストン３８（第四受圧面２８）に作用して、当接面２９を介してスプール３０は入力ポート１４と受圧室１９の連通を開弁する方向に摺動する。
【００２４】
第一パイロットポート１７ａからスプール穴１３の開口部１８に導入するパイロット圧Ｐｐは第一受圧面２５（第一ランド３１断面積Ａ１）に作用し、第二パイロットポート１７ｂからバネ室２０に導入するパイロット圧Ｐｐは第四受圧面２８（ピストン３８断面積Ａ４）に作用する。また、第一受圧面２５は第四受圧面２８より面積が大きく、パイロット圧Ｐｐは受圧面積の差（Ａ１−Ａ４）に作用して、スプール３０は図１（ａ）の左側から右側へ押圧される。
【００２５】
また、パイロット圧Ｐｐをスプール３０及びピストン３８に作用させる押圧手段Ｍは、図示しないパイロット弁と、当該パイロット弁から供給されるパイロット圧Ｐｐと、当該パイロット圧Ｐｐをスプール穴１３の開口部１８（図１（ａ）の左端）及びバネ室２０に導入させる第一及び第二パイロットポート１７ａ、１７ｂと、第二パイロットポート１７ｂとタンクポート１６の連通を遮断するリテーナ３７と、当該リテーナ３７の内径に摺動自在に挿通されたピストン３８と、当該ピストン３８がスプール３０に当接する当接面２９と、から構成されている。なお、図示しないパイロット弁は機械操作式でも、ソレノイド操作式でも、どちらを用いてもよい。
【００２６】
二次圧Ｐｏｕｔが作用する受圧室１９はスプール穴１３内で第一ランド３１の第二受圧面２６及び第二ランド３３の第三受圧面２７に囲まれて設けられている。このため、受圧室１９内において二次圧Ｐｏｕｔは第二受圧面２６及び第三受圧面２７に作用し、受圧面積は第二受圧面２６より第三受圧面２７が大きいので、第二受圧面２６（第一ランド３１断面積Ａ１−ロッド部３２断面積Ａ２）と第三受圧面２７（第二ランド３３断面積Ａ３−ロッド部３２断面積Ａ２）の差（Ａ３−Ａ１）となる。
【００２７】
これにより、第一ランド３１及び第二ランド３３の断面積の差分を受圧面積（Ａ３−Ａ１）として、二次圧Ｐｏｕｔが受圧室１９内でスプール３０に作用する方向は、図１（ａ）の左側から右側へ閉弁する方向になる。また、受圧室１９は二次圧Ｐｏｕｔを吐出する出力ポート１５に連通しており、スプール３０に作用する力のつり合いにより、制御された二次圧Ｐｏｕｔが出力ポート１５から出力される。
【００２８】
スプール３０の開弁方向に弾発力Ｆｓｐを作用する付勢手段Ｂは、スプール穴１３にリテーナ３７及びピストン３８が設けられることによって、タンクポート１６への連通が遮断されるバネ室２０と、当該バネ室２０に配設されるバネ部材４０と、当該バネ部材４０が係合するバネ受け３９と、当該バネ受け３９が係合部３４にて係合するピストン３８と、当該ピストン３８がスプール３０に当接する当接面２９と、から構成されている。なお、バネ室２０においては、ピストン３８に押圧手段Ｍによるパイロット圧Ｐｐ力及び付勢手段Ｂによる弾発力Ｆｓｐが同時に作用する。また、バネ部材４０の種類は圧縮コイルバネを使用することが好ましいが、必要に応じて皿バネ等を用いても良い。
【００２９】
図１（ｂ）に示す油圧記号のように、減圧弁１０は導入される一次圧Ｐｉｎを減圧して、一次圧Ｐｉｎより低い二次圧Ｐｏｕｔを出力する。出力する二次圧Ｐｏｕｔと、外部からのパイロット圧Ｐｐと、バネ室２０に配設されたバネ部材４０の弾発力Ｆｓｐと、がスプール３０あるいはピストン３８に作用して三つの力のつり合いにより、出力する二次圧Ｐｏｕｔが制御される。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る減圧弁１０は基本的には以上のように構成されて、動作するものである。次に、弁本体１１内に挿設されているスプール３０に作用する力のつり合いにより制御される二次圧Ｐｏｕｔについて説明する。
【００３１】
図１に示すように、二次圧をＰｏｕｔ、パイロット圧をＰｐ、タンクポート１６を流れる油圧をＰｔ、バネ部材４０の弾発力をＦｓｐ、第一ランド３１断面積をＡ１、ロッド部３２断面積をＡ２、第二ランド３３断面積をＡ３、ピストン３８断面積をＡ４、とすると、図１に示す二次圧Ｐｏｕｔは次のようになる。
スプール３０の閉弁方向（図１の左側から右側）に作用する力Ｆｃは、
Ｆｃ＝Ｐｐ×Ａ１＋Ｐｏｕｔ×（Ａ３−Ａ２）・・・（１）式
また、スプール３０の開弁方向（図１の右側から左側）に作用する力Ｆｏは、
Ｆｏ＝Ｐｏｕｔ×（Ａ１−Ａ２）＋Ｐｔ×Ａ３＋Ｐｐ×Ａ４＋Ｆｓｐ・・・（２）式
（１）、（２）式より、スプール３０がバランスする位置に移動する条件をＦｃ＝Ｆｏとすると、
Ｐｐ×Ａ１＋Ｐｏｕｔ×Ａ３＝Ｐｏｕｔ×Ａ１＋Ｐｔ×Ａ３＋Ｐｐ×Ａ４＋Ｆｓｐ・・・（３）式
ここで、タンクポート１６を流れる油圧Ｐｔ＝０として、（３）式を二次圧Ｐｏｕｔについてまとめると、
Ｐｏｕｔ＝（Ｆｓｐ−Ｐｐ×（Ａ１−Ａ４））／（Ａ３−Ａ１）・・・（４）式
よって、図１に示す減圧弁１０の二次圧Ｐｏｕｔは、（４）式のように制御される。
【００３２】
また、図１において、パイロット圧Ｐｐをピストン３８の第四受圧面２８に作用させないで、第一ランド３１の第一受圧面２５のみに作用させるとき、減圧弁１０から出力される二次圧Ｐｏｕｔは次のようになる。
スプール３０の閉弁方向（図１の左側から右側）に作用する力Ｆｃは、
Ｆｃ＝Ｐｐ×Ａ１＋Ｐｏｕｔ×（Ａ３−Ａ２）・・・（５）式
また、スプール３０に開弁方向（図１の右側から左側）に作用する力Ｆｏは、
Ｆｏ＝Ｐｏｕｔ×（Ａ１−Ａ２）＋Ｐｔ×Ａ３＋Ｆｓｐ・・・（６）式
（５）、（６）式より、スプール３０がバランスする位置に移動する条件をＦｃ＝Ｆｏとすると、
Ｐｐ×Ａ１＋Ｐｏｕｔ×Ａ３＝Ｐｏｕｔ×Ａ１＋Ｐｔ×Ａ３＋Ｆｓｐ・・・（７）式
ここで、タンクポート１６を流れる油圧Ｐｔ＝０として、（７）式を二次圧Ｐｏｕｔについてまとめると、
Ｐｏｕｔ＝（Ｆｓｐ−Ｐｐ×Ａ１）／（Ａ３−Ａ１）・・・（８）式
よって、パイロット圧Ｐｐをピストン３８の第四受圧面２８に作用させない場合、図１に示す減圧弁１０の二次圧Ｐｏｕｔは、（８）式のように制御される。
【００３３】
例えば、弾発力Ｆｓｐ＝４９［Ｎ］（≒５［ｋｇｆ］）、パイロット圧Ｐｐ＝１．７７［ＭＰａ］（≒１８［ｋｇｆ／ｃｍ２］）、第一ランド３１断面積Ａ１＝２５［ｍｍ２］、第二ランド３３断面積Ａ３＝３０［ｍｍ２］とすると、（８）式より、制御される二次圧Ｐｏｕｔは０．９８［ＭＰａ］（≒１０［ｋｇｆ／ｃｍ２］）となる。しかし、（４）式においては、弾発力Ｆｓｐ＝１９．６［Ｎ］（≒２［ｋｇｆ］）、ピストン３８断面積Ａ４＝１５［ｍｍ２］とすることで、二次圧Ｐｏｕｔは０．３９［ＭＰａ］（≒４［ｋｇｆ／ｃｍ２］）となる。
【００３４】
これにより、パイロット圧Ｐｐが変動してもスプール３０の摺動方向に作用する力が急激に大きくならないので、スプール３０の摺動速度や位置が大きく変化することがなく、スプール３０の摺動動作を安定させることができるので、二次圧Ｐｏｕｔを安定させて、特に、低圧に制御して出力する。
【００３５】
また、パイロット圧Ｐｐ及び二次圧Ｐｏｕｔがスプール３０あるいはピストン３８の断面積の差（Ａ１−Ａ４）、（Ａ３−Ａ１）に作用することで、スプール３０やスプール穴１３に極端な面積差（直径差）を設ける必要もないので、真円度及び同軸度等の加工精度が良い製造可能な減圧弁１０を提供することができる。
【００３６】
さらに、面積差を有するスプール３０あるいはピストン３８に作用するパイロット圧Ｐｐ及び二次圧Ｐｏｕｔの合力を小さくすることができ、弾発力Ｆｓｐを小さく設定することができる。これにより、付勢手段Ｂを構成するバネ部材４０を配設するバネ室２０を小さくすることができるので、減圧弁１０を小型化することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  減圧弁
１１  弁本体
１２  スリーブ
１３  スプール穴
１４  入力ポート
１５  出力ポート
１９  受圧室
３０  スプール
３１  第一ランド
３３  第二ランド
３８  ピストン
４０  バネ部材
Ａ１  第一ランド断面積
Ａ３  第二ランド断面積
Ａ４  ピストン断面積
Ｂ  付勢手段
Ｆｓｐ  弾発力
Ｍ  押圧手段
Ｐｏｕｔ  二次圧
Ｐｐ  パイロット圧
【図１】
2015219580.tif 000003
【図２】
2015219580.tif 000004