JP5916450B2 - 切換バルブ - Google Patents

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Description

この発明は、パイロット圧によってスプールを移動して流路を切り換える切換バルブに関する。
従来から、パイロット圧によってスプールを移動して、バルブボディに形成された通路を切り換えて圧油の流れを制御するパイロット式の切換バルブが知られている。
この種の切換バルブは、バルブボディに形成されたスプール孔に摺動自在に組み込んだスプールの端面をパイロット室に臨ませている。
このような切換バルブは、油に混入したエアが、パイロット室から抜けないことがあるが、もし、このエアが抜けないままパイロット室に圧力を作用させると、スプールに目的のパイロット圧を正確に作用させることができないことがある。なぜなら、パイロット室内の油にエアが混入していると、パイロット室に圧力を導いたとき、圧縮率が高いエアが圧縮されて圧力を吸収し、スプールへ所期のパイロット圧が伝達されなくなってしまうからである。
また、パイロット室はもともと油の流れができるように形成されていないため、一旦、油とともにパイロット室に入り込んだエアはなかなか排出されず、パイロット圧に影響を与え続けてしまうことになる。
このような問題を解決するため、パイロット室に入り込んだエアを積極的にタンク通路へ排出するための通路を形成した切換バルブが考えられている。
例えば、スプールの端部側外周に、スプールの軸方向にのびる線状溝を形成し、この線状溝の一端を常時パイロット室に連通させるとともに、他端側が、この切換バルブの作動中に、バルブボディに形成したタンク通路に連通するようにしている。このような線状溝が形成されれば、この線状溝を介してパイロット室内のエアがタンク通路へ排出されることになる。
また、特許文献１に示すパイロット式切換弁は、上記線状溝としてスプール外周に螺旋状の溝を形成し、パイロット室のエア抜きを実現している。
しかし、上記のような線状溝はパイロット室とタンク通路とを連通させる通路なので、その開口面積が大きければ、パイロット圧が下がってしまう。そこで、スリーブ表面には非常に浅く、しかも細い上記線状溝を形成しなければならなかった。しかも、この線状溝の寸法にばらつきがあると、パイロット圧にもばらつきが発生してしまうため、この線状溝の寸法を正確に管理しなければならない。
ところが、スプール表面に形成する細くて浅い線状溝の寸法を正確に管理して形成する加工は非常に難しい。特に、線状溝を形成したスプール表面にメッキ処理を施すような場合には、メッキで線状溝の深さが変化してしまったり、ときには埋まってしまったりすることもある。
このような問題を解決したものとして、パイロット室内のエアを排出するための通路を、スプール外周ではなく、スプール内に形成することも考えられる。
このような切換バルブとして、例えば図５，６に示すものが知られている。なお、図６は図５の部分拡大図である。
図５に示す切換バルブは、バルブボディ１に形成されたスプール孔２に、スプール３が摺動自在に組み込まれるとともに、このスプール３の両端を、それぞれ、バルブボディ１に固定されたキャップ４、４内のパイロット室５、５に臨ませている。
そして、上記スプール３には、上記スプール孔２内を摺接する複数のランド部６ａ〜６ｅと環状凹部７ａ〜７ｄとが交互に形成されている。このスプール３を、上記パイロット室５，５に導いたパイロット圧によって図中、左あるいは右に移動させ、後で説明する通路を切り換える構成にしている。
バルブボディ１には、一対のアクチュエータポート８，９が形成されるとともに、上記スプール３の外周に連通する複数の通路が形成されている。
具体的には、上記アクチュエータポート８，９と連通するアクチュエータ通路１０，１１、タンクに接続されたタンク通路１２、油圧ポンプに接続されたポンプ通路１３、センター通路１４及びブリッジ通路１５が、バルブボディ１に形成されている。
また、上記センター通路１４とブリッジ通路１５との間には両通路１４，１５間の連通を遮断する流量制御弁１６が設けられている。この流量制御弁１６は内部が隔壁１６ａで区画され、一方の室には連通穴１６ｂが形成され、他方の室にはばね部材１７を収容している。
さらに、上記キャップ４内には、いずれのパイロット室５，５にもパイロット圧が作用していないとき、上記スプール３を中立位置に復帰させるためのコイルばね２０が設けられている。
なお、図中、符号２１は、上記コイルばね２０の収縮時に、このコイルばね２０の一端に従って移動するリング状のばね受け部材であり、符号２２はパイロット通路２２ａを備え、コイルばね２０をガイドするばね受け部材である。
さらに、上記スプール３の両端には、それぞれ、上記ばね受け部材２１の中央を貫通しパイロット室５内に突出する棒状の突部３ａが設けられ、その端面にはスプール３の軸心と一致する軸方向通路１８が開口されている。
なお、スプール３の一方の端部における軸方向通路１８のみを図示しているが、スプール３の他方の端部においても、同様の軸方向通路１８が形成されている。
そして、上記軸方向通路１８には、スプール３の外周から直径方向に形成されたエア抜き穴１９が連通している。このエア抜き穴１９は、図示の中立位置においてはスプール孔２の内壁によって閉鎖されているが、スプール３が移動する過程で、上記タンク通路１２と連通する位置に設けられている。
この切換バルブは、上記スプール３が図示の中立位置にあるとき、上記各ランド部６ａ〜６ｅによって、アクチュエータ通路１０及び１１と、タンク通路１２あるいはポンプ通路１３との連通が遮断されている。
この状態から、例えば、図中右側のパイロット室５にパイロット圧が導かれ、上記スプール３が左へ移動すると、スプール３の環状凹部７ｄを介して一方のアクチュエータ通路１１がブリッジ通路１５と連通するとともに、中央のランド部６ｃに形成されたノッチｎを介してポンプ通路１３とセンター通路１４とが連通する。
センター通路１４とポンプ通路１３とが連通し、センター通路１４の圧力が上記流量制御弁１６のばね部材１７側の圧力に打ち勝つと、流量制御弁１６が移動してセンター通路１４とブリッジ通路１５とが連通する。つまり、ポンプの吐出油がアクチュエータポート９へ供給される。
また、もう一方のアクチュエータ通路１０は、スプール３の環状凹部７ａを介してタンク通路１２と連通するので、アクチュエータポート８からの戻り油はタンクへ戻される。
このように、スプール３が移動したとき、スプール３の外周に開口した上記エア抜き穴１９がタンク通路１２に連通する。そのため、軸方向通路１８及びエア抜き穴１９を介してパイロット通路５からタンク通路１２への流れができ、パイロット室５内に入り込んだエアを排出することができる。
特開２００３−１７２３１０号公報
上記したように、図５，６に示す従来の切換バルブは、スプール３の切換位置において、スプールの軸心に一致した軸方向通路１８とエア抜き穴１９とを介してパイロット室５内のエアをタンク通路１２へ排出することができる。
但し、パイロット室５からタンク通路１２への流量が多すぎると、パイロット圧が漏れてしまうことになるため、上記エア抜き穴１９は非常に小さくしなければならない。上記エア抜き穴１９は、スプール３の外周からドリルで形成できるため、エア抜き穴１９の直径に合わせたドリルを用いれば開口径がきまる。そのため、上記エア抜き穴１９は、上記したようにプール外周に溝を形成する場合と比べると、その加工は容易である。
しかし、エア抜き穴１９が小さくなればなるほど、細い径のドリルを使用しなければならない。一方で、径が小さくなれば、加工中にドリルは折れやすくなる。スプール３の外周からその軸心までドリルを到達させてエア抜き穴１９を形成する際に、少しでも曲がってしまうとドリルが折れてしまうという問題があった。特に、スプール３の直径が大きくなれば、上記スプール３の外周から軸心に形成された軸方向通路１８までの距離が長くなるため、ドリルを破損しないようにエア抜き穴１９を形成することは非常に難しくなる。
この発明の目的は、パイロット室のエアを排出するための通路を、工具を破損することなく、しかも容易に形成できる切換バルブを提供することである。
この発明は、タンク通路と他の通路とが形成されたバルブボディと、このバルブボディ内に摺動自在に設けられたスプールと、このスプールの少なくとも一端を臨ませたパイロット室とを備えた切換バルブを前提とするものである。
そして、上記スプールには、上記スプールの軸心から偏心させた位置に設けられ、上記パイロット室と常時連通する軸方向通路と、上記軸方向通路と連通するとともに、上記スプールの外周に開口し、上記軸方向通路よりも小さいエア抜き穴とが備えられ、上記軸方向通路とパイロット室側開口との間に設けられるリング状のばね受け部材が、上記スプールの端面に設けられるとともに、上記スプールの端面に形成された突部が上記ばね受け部材の中央を貫通し、上記ばね受け部材と上記突部との間に摺動隙間が形成され、上記スプールがパイロット圧によって移動したとき、上記エア抜き穴が上記タンク通路と連通することを特徴とする。
この発明では、パイロット室からエアを排出するための通路を構成する軸方向通路をスプールの軸心から偏心した位置に設けることによって、スプール外周から軸方向通路までの距離を短くすることができた。そのため、スプール外周から上記軸方向通路まで形成するエア抜き穴の長さを短くでき、細いドリルを破損することなく用いることができる。
すなわち、パイロット室内のエアを排出するための通路加工の作業性を向上させることができる。
図１は第１実施形態の断面図である。 図２は図１の部分拡大図である。 図３は第２実施形態の断面図である。 図４は図３の部分拡大図である。 図５は従来例の断面図である。 図６は図５の部分拡大図である。
図１，２に示す第１実施形態の切換バルブは、バルブボディ１に形成されたスプール孔２に、スプール３が摺動自在に組み込まれるとともに、このスプール３の両端を、それぞれ、バルブボディ１に固定されたキャップ４、４内のパイロット室５、５に臨ませている。
上記スプール３には、上記スプール孔２内を摺接する複数のランド部６ａ〜６ｅと環状凹部７ａ〜７ｄとが交互に形成されている。このスプール３を、上記パイロット室５，５に導いたパイロット圧によって図中、左あるいは右に移動させ、後で説明する通路を切り換える構成にしている。
バルブボディ１には、一対のアクチュエータポート８，９が形成されるとともに、上記スプール３の外周に連通する複数の通路が形成されている。
具体的には、上記アクチュエータポート８，９と連通するこの発明の他の通路であるアクチュエータ通路１０，１１、タンクに接続されたタンク通路１２、油圧ポンプに接続されたポンプ通路１３、センター通路１４及びブリッジ通路１５が、上記バルブボディ１に形成されている。
また、上記センター通路１４とブリッジ通路１５との間には両通路１４，１５間の連通を遮断する流量制御弁１６が設けられている。この流量制御弁１６は内部を隔壁１６ａで区画され、一方の室には連通穴１６ｂが形成され、他方の室にはばね部材１７を収容している。
また、上記キャップ４内には、いずれのパイロット室５，５にもパイロット圧が作用していないとき、上記スプール３を中立位置に復帰させるためのコイルばね２０が設けられている。
なお、図中、符号２１は、上記コイルばね２０の収縮時に、コイルばね２０の一端に従って移動するリング状のばね受け部材であり、符号２２はパイロット通路２２ａを備え、コイルばね２０をガイドするばね受け部材である。
また、符号３０は環状のシール部材である。
さらに、上記スプール３の両端には、それぞれ、上記ばね受け部材２１の中央を貫通しパイロット室５内に突出する棒状の突部３ａが設けられているが、従来とは異なり、その中心には軸方向通路は形成されていない。
但し、この第１実施形態では、スプール３の端面であって、上記突部３ａの径方向外方に軸方向通路２３を開口させるとともに、全体として軸方向通路２３がスプール３の軸心から偏心させた位置に形成されている。また、上記軸方向通路２３のパイロット室側開口２３ａは上記ばね受け部材２１と対向している。
そして、上記軸方向通路２３には、スプール３の外周から直径方向に形成され、この軸方向通路２３の径よりも小さい径のエア抜き穴２４が連通している。このエア抜き穴２４は、図示したスプール３が中立位置にあるとき、スプール孔２の内壁によって閉鎖されているが、スプール３が移動する過程で、上記タンク通路１２と連通する位置に設けられている。
この切換バルブは、上記スプール３が図示の中立位置にあるとき、上記各ランド部６ａ〜６ｅによって、アクチュエータ通路１０及び１１とタンク通路１２あるいはポンプ通路１３との連通が遮断されている。
図示の状態から、例えば、図中右側のパイロット室５にパイロット圧が導かれ、上記スプール３が左へ移動すると、スプールの環状凹部７ｄを介して一方のアクチュエータ通路１１がブリッジ通路１５と連通し、中央のランド部６ｃに形成されたノッチを介してポンプ通路１３とセンター通路１４とが連通する（図１参照）。
センター通路１４とポンプ通路１３とが連通し、センター通路１４の圧力が上記流量制御弁１６のばね部材１７側の圧力に打ち勝つと、流量制御弁１６が移動してセンター通路１４とブリッジ通路１５とが連通する。つまり、ポンプの吐出油がアクチュエータポート９へ供給される。
また、もう一方のアクチュエータ通路１０は、スプール３の環状凹部７ａを介してタンク通路１２と連通するので、アクチュエータポート８からの戻り油はタンクへ戻される。
このように、スプール３が移動したとき、スプール３の外周に開口させられた上記エア抜き穴２４がタンク通路１２に連通する。
さらに、パイロット室５と、移動したスプール３の端面に開口した軸方向通路２３のパイロット室側開口２３ａとは、突部３ａの外周とばね受け部材２１との摺動隙間２５を介して連通する（図２参照）。
従って、これら摺動隙間２５、軸方向通路２３及びエア抜き穴２４を介してパイロット通路５からタンク通路１２への流れができ、パイロット室５内に入り込んだエアを排出することができる。
このように、上記第１実施形態では、軸方向通路２３がスプール３の軸心から偏心させた位置に形成されているので、スプール３の外周から軸方向通路２３までの距離を短くすることができ、エア抜き穴２４の長さを非常に短くすることができる。このように、エア抜き穴２４の長さが短ければ、このエア抜き穴２４の直径に対応した細いドリルを用いても真っ直ぐな穴を形成することは容易である。従って、上記エア抜き穴２４の形成時には、工具を破損することもなく、作業性よく加工ができる。
なお、軸方向通路２３が軸線と平行に形成されれば、軸線に対して斜めに形成するよりも軸方向通路２３の長さを短くすることができる。軸方向通路２３の長さが短くできれば、その分、軸方向通路２３の形成も容易にできる。
但し、上記軸方向通路２３はスプール３の軸心から偏心した位置であれば、特に軸線と平行に形成されなくても、上記エア抜き穴２４の長さを短くすることはできる。
また、この実施形態では、上記エア抜き穴２４をスプール３の直径方向、すなわちスプール３の軸心に直交する方向に形成しているので、軸心と直交しない方向に形成するよりもその加工が容易であるうえ、軸方向通路２３までの距離を短くすることができる。但し、上記エア抜き穴２４の方向は軸心と直交しなくてもよい。
さらに、スプール３が移動する過程で、上記エア抜き穴２４がタンク通路１２と連通する位置はどこでもかまわないが、例えば、スプール３がフルストロークしたときに、エア抜き穴２４とタンク通路１２とが連通するような位置関係を保てば、スプール３がフルストロークするまではパイロット室５がタンク通路１２と連通することがなく、スプール３の移動中にパイロット圧がタンク通路１２へわずかでも逃げてしまうことを防止できる。
なお、図１，２には、一方のパイロット室５側の軸方向通路２３及びエア抜き穴２４のみを示しているが、他方のパイロット室５側においても、スプール３の端部には上記と同様に軸方向通路２３及びエア抜き穴２４が形成されていることは、上記した通りである。
従って、図中左側のパイロット室５にパイロット圧が導かれたときには、スプール３が右側へ移動し、図示していない左側のエア抜き穴２４及び軸方向通路２３を介して上記パイロット室５がタンク通路１２と連通することになる。
図３，４に示す第２実施形態は、スプール３内に軸方向油路２６、径方向油路２８及び２９が形成されている点が上記第１実施形態と異なるが、その他の構成は第１実施形態と同じ切換バルブである。そして、上記第１実施形態と同じ構成要素には、上記図１，２と同じ符号を用いることにする。
すなわち、この第２実施形態の切換バルブも、バルブボディ１に形成されたスプール孔２に、スプール３が摺動自在に組み込まれるとともに、このスプール３の両端を、それぞれ、バルブボディ１に固定されたキャップ４、４内のパイロット室５、５に臨ませている。
そして、上記スプール３には、上記スプール孔２内を摺接する複数のランド部６ａ〜６ｅと環状凹部７ａ〜７ｄとが交互に形成されている。このスプール３を、上記パイロット室５，５に導いたパイロット圧によって図中、左あるいは右に移動させ、バルブボディ１に形成された通路を切り換えるようにしている。
この第２実施形態の上記軸方向油路２６は、スプール３の軸心と一致した通路であり、スプール３の端面の中心から軸線に沿って形成された穴の開口が、プラグ２７によって塞がれたものである。
また、径方向油路２８，２９は、それぞれスプール３の外周から直径方向に形成された貫通孔で、上記軸方向油路２６と交差している。これにより、上記両径方向油路２８と２９とは軸方向油路２６を介して連通することになる。
そして、この第２実施形態では、上記径方向油路２８が、スプール３が移動する所定のストローク範囲内で上記タンク通路１２と連通する位置に設けられ、上記径方向油路２９が、スプール３が移動する所定のストローク範囲内で上記ブリッジ通路１５と連通する位置に設けられている。そのため、スプール３が移動して、ブリッジ通路１５とポンプ通路１３とが連通すると、ポンプ通路１３から供給される流量の一部が、上記径方向油路２９、軸方向油路２６及び径方向油路２８を介してタンク通路１２へ戻され、アクチュエータ通路１１へ供給される油量が制限されることになる。
つまり、上記軸方向油路２６、径方向油路２８及び２９によってアクチュエータ通路１１への供給量を制御するためのブリードオフ通路が形成される。
また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同じ位置に軸方向通路２３及びエア抜き穴２４が形成されている。
このエア抜き穴２４も、上記スプール３が移動したとき、タンク通路１２に連通する。
さらに、移動したスプール３の端面に開口した軸方向通路２３のパイロット室側開口２３ａと、パイロット室５とは、突部３ａの外周とばね受け部材２１との摺動隙間２５を介して連通する（図４参照）。
従って、これら摺動隙間２５、軸方向通路２３及びエア抜き穴２４を介してパイロット通路５からタンク通路１２への流れができ、パイロット室５内に入り込んだエアを排出することができる。
なお、上記軸方向通路２３のパイロット室側開口２３ａは上記ばね受け部材２１と対向する位置に設けられ、この第２実施形態の軸方向通路２３もスプール３の軸心から偏心した位置に形成されるので、スプール３の外周からの距離を短くすることができる。
そのため、エア抜き穴２４の長さを非常に短くでき、ドリルを破損することなく容易に形成することができる。
また、この第２実施形態の切換バルブも、図４に示していないスプール３の左側において、軸方向通路２３及びエア抜き穴２４が形成されている。
さらに、スプール３の左側に、軸方向油路２６及び径方向油路２８，２９を形成することもできる。
この第２実施形態のように、スプール３の軸心に一致する油路が形成されていたとしても、パイロット室側開口２３ａを備えた軸方向通路２３を設けることが可能であり、エア抜き穴２４の形成を容易にできる。
なお、上記第１、第２実施形態では、パイロット室５と上記軸方向通路２３とを、スプール３の突部３ａとばね受け部材２１との摺動隙間２５を介して連通させている。そこで、この摺動隙間２５の開口面積を上記エア抜き穴２４の開口面積よりも小さくすることができれば、上記エア抜き穴２４で絞りを形成しなくても、パイロット圧が逃げることがない。つまり、上記摺動隙間２５が絞りを構成すれば、エア抜き穴２４の開口面積を大きくすることができ、エア抜き穴２４の形成がさらに容易になる。
また、上記第１、第２実施形態は、スプールの両端をそれぞれパイロット室５，５に臨ませた切換バルブであるが、上記実施形態の軸方向通路２３及びエア抜き穴２４の構成は、スプール３の片側のみにパイロット室５を設けた切換バルブにも適用でき、その場合も同様の効果が得られる。
上記実施形態のように、パイロット室に入り込んだエアを排出するための通路の形成が容易になれば、パイロット式の切換バルブの組み立て時に、エアが混入しないように神経質にならなくてもよく、組み立ての作業性も向上することが期待できる。
様々なパイロット式の切換バルブに適用可能である。
１ バルブボディ 、 ２ スプール孔 、 ３ スプール 、 ５ パイロット室 、 １０，１１ （他の通路である）アクチュエータ通路 、 １２ タンク通路 、 ２１ ばね受け部材 、 ２３ 軸方向通路 、 ２４ エア抜き穴 、 ２６ 軸方向油路 、 ２８，２９ 径方向油路

Claims (5)

  1. タンク通路と他の通路とが形成されたバルブボディと、このバルブボディ内に摺動自在に設けられたスプールと、このスプールの少なくとも一端を臨ませたパイロット室とを備えた切換バルブであって、
    上記スプールには、上記スプールの軸心から偏心させた位置に設けられ、上記パイロット室と常時連通する軸方向通路と、上記軸方向通路と連通するとともに、上記スプールの外周に開口し、上記軸方向通路の径よりも小さい径のエア抜き穴とが備えられ、
    上記軸方向通路とパイロット室側開口との間に設けられるリング状のばね受け部材が、上記スプールの端面に設けられるとともに、上記スプールの端面に形成された突部が上記ばね受け部材の中央を貫通し、上記ばね受け部材と上記突部との間に摺動隙間が形成され、
    上記スプールがパイロット圧によって移動したとき、上記エア抜き穴が上記タンク通路と連通することを特徴とする切換バルブ。
  2. 上記エア抜き穴はスプールの軸心に直交する方向に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の切換バルブ。
  3. 上記スプールがフルストロークしたときに、上記エア抜き穴と上記タンク通路とが連通する構成にした請求項１または２に記載の切換バルブ。
  4. 上記軸方向通路は、上記スプールの軸線に平行に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の切換バルブ。
  5. 上記スプールには、スプールの軸心と一致する軸方向油路及びこの軸方向油路に連通する径方向油路が設けられ、上記軸方向通路はスプールの軸心に対して偏心させた位置であって、上記軸方向油路から外れた位置に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の切換バルブ。
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