JP4686143B2

JP4686143B2 - 液圧制御弁

Info

Publication number: JP4686143B2
Application number: JP2004199260A
Authority: JP
Inventors: 精一永田; 太志吉田; 徹浩築地
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP2006022845A

Description

本発明は、弁体としてボールを用いるボール式の液圧制御弁の改良に関するものである。

従来、この種の液圧制御弁として、例えば図７に示す液圧制御弁１は、シート４０に対峙して作動液の流れを制御する球状のボール２と、このボール２を支持するボールサポート３０と、このボールサポート３０を介してボール２をシート４０に押し付けるバネ５とを備える。ボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、作動液が図中矢印で示すようにシート４０を通って本体２０内へと流れる。

ボールサポート３０にはシート４０との間に二次圧力室８を画成する鍔部３２が形成され、この鍔部３２の外周面と本体２０の間に環状流路１０が設けられる。ボール２のリフト時、二次圧力室８から流出する作動液の流れに対してこの環状流路１０が抵抗を付与することによって、二次圧力室８の圧力が高められ、液圧制御弁１の圧力と流量の関係を示すオーバライド特性を任意に設定することができる。

また、特許文献１に開示された液圧制御弁は、ボールサポートの外周面を本体側の内周面に摺接させ、ボール及びボールサポートの横振動を防止するようになっている。
特開２００２−３９４１２号公報

しかしながら、図７に示す液圧制御弁１において、鍔部３２の外周面と本体２０の間隙が大きい場合、環状流路１０を流れる作動液の流れが周方向について不均一になると、ボール２及びボールサポート３０が横振動して騒音等を発生する可能性があった。

そして、環状流路１０が互いに略平行に対峙する鍔部３２の外周面と本体２０の内周面の間に画成されているため、この間隙を小さくすると、ここでの圧力低下特性が作動液の粘性変化の影響を受けやすい平行隙間流れの特性となり、作動液の温度変化に応じて液圧制御弁の性能が大きく変化するという問題点があった。

また、特許文献１に開示された液圧制御弁は、ボールサポートの外周面を本体側の内周面に摺接させるため、摩擦によるヒステリシスが大きくなり、液圧制御弁の静的な特性が悪化するという問題点があった。

この液圧制御弁において、ボールサポートと本体間の隙間を大きくしてボールサポートの摺動性を向上させようとすると、ボール及びボールサポートが横振動して騒音等を発生する可能性があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ボール式の液圧制御弁において、ボールの横振動、騒音を防止することを目的とする。

本発明は、液体が流れる流路に介装されるシートと、このシートに対峙して液体の流れを制御する球状のボールと、このボールを支持するボールサポートと、このボールサポートをその軸方向に摺動可能に収容する収容部と、ボールサポートを介してボールをシートに押し付けるバネと、シートの上流側に画成される上流側圧力室と、シートとボールサポートの間に画成される二次圧力室と、ボールサポートの下流側に画成される下流側圧力室とを備えるボール式の液圧制御弁に適用する。

そして、ボールサポートの外周には収容部の内周面に摺接する複数の突起と、この突起の間にてボールサポートの軸方向に延びる複数の溝とを形成し、この溝と収容部の内周面の間に二次圧力室と下流側圧力室を連通するサポートオリフィスを形成し、各突起がボールサポートの周方向について略均等な間隔を持って軸方向に延び、かつ各突起が収容部の内周面に対する接触面積を各溝の開口部が収容部の内周面に面する非接触面積より小さくなるように形成し、ボールサポートはボールを着座させるようにボールサポートに形成した円錐状に窪むボール座より上流側に突出する導入部を有し、溝の底部が導入部の部位で切り欠かれることによって導入部の間に二次圧力室と各サポートオリフィスを連通する間隙を形成し、液体の流れが二次圧力室から各間隙を通って各サポートオリフィスへと流入する過程で絞られる構成としたことを特徴とするものとした。

この液圧制御弁は、ボールの前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボールがバネを圧縮しながらシートからリフトし、作動液が上流側圧力室、二次圧力室、サポートオリフィス、下流側圧力室を通って流れる。

このとき、ボールサポートは各突起が収容部の内周面に摺接することにより、シートと同軸上を移動するように案内され、ボール及びボールサポートが径方向に横振動することが抑えられ、騒音の発生を防止できる。

各突起がボールサポートの周方向について略均等な間隔を持って軸方向に延び、収容部の内周面との間に二次圧力室と下流側圧力室を連通するサポートオリフィスを形成することにより、ボールサポートのまわりに作用する流体圧力を均一化し、ボールサポートに作用する摩擦力を小さく抑えられる。

そして、各突起が収容部の内周面に対する接触面積を各サポートオリフィスの開口部が収容部の内周面に面する非接触面積より小さくなるように形成することにより、粘性摩擦を含めてボールサポートに作用する摩擦力を小さく抑えられる。

このため、液圧制御弁は、ボールサポートに作用する摩擦力によって開弁圧力が変化するヒステリシスが大きくなることを抑えられ、液圧制御弁の静的な特性を高められる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ボール式の液圧制御弁１は、液体が流れる流路に介装されるシート４０と、このシート４０に対峙して液体の流れを制御する弁体として球状のボール２と、このボール２を支持するボールサポート３０と、このボールサポート３０を介してボール２をシート４０に押し付けるバネ５とを備える。

ボール式液圧制御弁１は、筒状の本体２０を備え、この本体２０内にボール２とボールサポート３０及びバネ５等が収められるとともに、シート４０がスリーブ３９を介して固定される。本体２０はスリーブ３９が嵌合される内周面２１と、ボール２及びボールサポート３０等を収容する空間を画成する収容部２２と、この収容部２２に開口する通孔２３とを有する。

シート４０はこれを貫通するシート穴４１と、このシート穴４１の途中に形成されるシートオリフィス（絞り）４２と、シート４０が開口し円錐状に窪むシート面４３とを有し、このシート面４３の内周縁部にボール２が着座することにより、シート穴４１を通る液体の流れを止める。

バネ５は線状のバネ材を螺旋状に巻回して形成される。バネ５はボールサポート３０、ボール２、シート４０と同軸上に配置され、所定量だけ圧縮された状態で本体２０の底面２４とボールサポート３０の間に介装される。

ボールサポート３０はボール２を着座させる円錐状に窪むボール座３１と、バネ５の一端を着座させるバネ座３３を有する。

液圧制御弁１において液体が流れる流路は、シート４０の上流側に画成される上流側圧力室７と、シート４０とボールサポート３０の間に画成される二次圧力室８と、ボールサポート３０の下流側に画成される下流側圧力室９とに分けられる。この上流側圧力室７と下流側圧力室９におけるボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、液体が図３中矢印で示すようにシート４０内の上流側圧力室７を通って本体２０内の下流側圧力室９へと流れる。

ボールサポート３０は本体２０の収容部２２の内周面に摺接する複数の突起３７と、各突起３７の間にボールサポート３０の軸方向に延びる溝３６とを有する。

そして本発明の要旨とするところであるが、各溝３６と本体２０の収容部２２の内周面の間に二次圧力室８と下流側圧力室９を連通するサポートオリフィス１１を形成し、各突起３７及び各溝３６がボールサポート３０の周方向について略均等な間隔を持って軸方向に延び、かつ各突起３７が本体２０の収容部２２の内周面に対する接触面積を各溝３６（サポートオリフィス１１）の開口部が本体２０の収容部２２の内周面に面する非接触面積より小さくなるように形成する。

図２の（ａ），（ｂ）に示すように、ボールサポート３０は円盤状に拡がる鍔部３４を有し、この鍔部３４はボールサポート３０のボール座３１より外周に位置する部位であり、その外径がボール２の外径より大きく形成され、シート４０との間に二次圧力室８を画成する。

図２の（ａ）に示すように、各突起３７は歯車状の断面を有し、鍔部３４の外周部に一定のピッチで形成される。各突起３７は円筒面状に湾曲する先端面３５を有し、この先端面３５が本体２０の収容部２２の内周面に摺接する。

各突起３７はサポートオリフィス１１より上流側に突出する導入部３８を有し、この導入部３８の間に二次圧力室８とサポートオリフィス１１を連通する間隙１２を形成し、液体の流れが二次圧力室８から各間隙１２を通ってサポートオリフィス１１へと流入する構成とする。

各間隙１２は各溝３６の底部がボール座３１より上流側の部位で切り欠かれて形成される。これにより、各間隙１２はボール２に対峙して開口し、ボール２に沿って径方向に拡がる液体の流れが各間隙１２を通ってサポートオリフィス１１へと流入する構成とする。

ボール式の液圧制御弁１は以上のように構成されて、ボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、液体が図３に矢印で示すように上流側圧力室７、シートオリフィス４２、二次圧力室８、サポートオリフィス１１、下流側圧力室９、通孔２３を通って本体２０の外側へと流れる。

このとき、ボールサポート３０は各突起３７の先端面３５が本体２０の収容部２２の内周面に摺接することにより、シート４０と同軸上を移動するように案内され、ボール２及びボールサポート３０が径方向に横振動することが抑えられ、騒音の発生を防止できる。

各突起３７及び各溝３６がボールサポート３０の周方向について略均等な間隔を持って軸方向に延び、各溝３６と本体２０の収容部２２の内周面の間に二次圧力室８と下流側圧力室９を連通するサポートオリフィス１１を形成することにより、ボールサポート３０のまわりに作用する流体圧力を均一化し、ボールサポート３０に作用する摩擦力を小さく抑えられる。

そして、各突起３７が本体２０の収容部２２の内周面に対する接触面積を各溝３６（サポートオリフィス１１）の開口部が本体２０の収容部２２の内周面に面する非接触面積より小さくなるように形成することにより、粘性摩擦を含めてボールサポート３０に作用する摩擦力を小さく抑えられる。

このため、液圧制御弁１は、ボールサポート３０に作用する摩擦力によって開弁圧力が変化するヒステリシスが大きくなることを抑えられ、液圧制御弁１の静的な特性を高められる。

二次圧力室８から各間隙１２を通って各サポートオリフィス１１に流入する液体は、段階的に絞られるとともに、ボール２に沿って径方向に拡がる液体の流れが各間隙１２を通って各サポートオリフィス１１へと円滑に流れ、キャビテーションの発生を抑えられる。

これに対して間隙１２を有さない構造の場合、二次圧力室８から各サポートオリフィス１１に流入する液体は急に絞られるとともに、流れ方向が急に変わるため、各サポートオリフィス１１の開口部の近傍でキャビテーションが発生しやすくなる。

二次圧力室８の前後にシートオリフィス４２とサポートオリフィス１１が設けられているため、これらの開口面積等を変えることで二次圧力室８の圧力を広い範囲で調整でき、液圧制御弁１のオーバライド特性の設定自由度をひろげられる。

なお、液圧制御弁１は、サポートオリフィス１１の下流側にオリフィスを設けてもよい。

次に図４、図５の（ａ），（ｂ）に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

ボールサポート３０は各突起３７の途中に切り欠き３７ｂを形成し、サポートオリフィス１１を上流側サポートオリフィス１１ａと下流側サポートオリフィス１１ｂに分断する。上流側サポートオリフィス１１ａと下流側サポートオリフィス１１ｂの間には環状流路１１ｃが形成される。

この場合、二次圧力室８から下流側圧力室９へと向かう液体は、間隙１２、上流側サポートオリフィス１１ａ、環状流路１１ｃ、下流側サポートオリフィス１１ｂを通って段階的に絞られるため、キャビテーションの発生を抑えられ、液圧制御弁１の温度特性を一定にすることができる。

上流側サポートオリフィス１１ａの通路長に対する導入部３８の寸法比を大きく設定することが可能となり、キャビテーションの発生を有効に抑えられる。

各突起３７の途中に切り欠き３７ｂを形成することにより、ボールサポート３０の本体の収容部２２に対する摺接面積を減らし、ボールサポート３０に働く摩擦力を低減できるとともに、寸法管理が容易になる。

次に図６の（ａ），（ｂ）に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

ボールサポート３０はその断面外形を略六角形とし、６つの角部を各突起３７としている。サポートオリフィス１１は本体の収容部２２の内周面とボールサポート３０の外周面の間に半月状に形成される。

各突起３７の途中に切り欠き３７ｂを形成し、サポートオリフィスを上流側サポートオリフィスと下流側サポートオリフィスに分断する。

この場合、ボールサポート３０の本体の収容部２２に対する摺接面積を減らし、ボールサポート３０に働く摩擦力を低減できるとともに、ボールサポート３０に溝を形成する必要がなく、ボールサポート３０の加工が容易になる。

なお、各突起３７の先端部にサポートオリフィスより上流側に突出する導入部を形成しても良い。

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。

本発明は、弁体としてボールを用いるボール式の液圧制御弁に利用できる。

本発明の実施の形態を示す液圧制御弁の断面図。同じく（ａ）はボールサポートの正面図、（ｂ）はボールサポートの断面図。同じく液圧制御弁の模式図。本発明の他の実施の形態を示す液圧制御弁の断面図。同じく（ａ）はボールサポートの正面図、（ｂ）はボールサポートの断面図。本発明の他の実施の形態を示し、（ａ）はボールサポートの正面図、（ｂ）はボールサポートの断面図。従来例を示す液圧制御弁の模式図。

符号の説明

１液圧制御弁
２ボール
４本体
５バネ
７上流側圧力室
８二次圧力室
９下流側圧力室
１１サポートオリフィス
１１ａ上流側サポートオリフィス
１１ｂ下流側サポートオリフィス
１２間隙
２２収容部
３０ボールサポート
３５先端面
３６溝
３７突起
３７ｂ切り欠き
３８導入部

Claims

液体が流れる流路に介装されるシートと、
このシートに対峙して液体の流れを制御する球状のボールと、
このボールを支持するボールサポートと、
このボールサポートをその軸方向に摺動可能に収容する収容部と、
前記ボールサポートを介してボールをシートに押し付けるバネと、
前記シートの上流側に画成される上流側圧力室と、
前記シートと前記ボールサポートの間に画成される二次圧力室と、
前記ボールサポートの下流側に画成される下流側圧力室とを備えるボール式の液圧制御弁において、
前記ボールサポートの外周には前記収容部の内周面に摺接する複数の突起と、この突起の間にて前記ボールサポートの軸方向に延びる複数の溝とを形成し、この溝と前記収容部の内周面の間に前記二次圧力室と前記下流側圧力室を連通するサポートオリフィスを形成し、
前記各突起が前記ボールサポートの周方向について略均等な間隔を持って軸方向に延び、かつ前記各突起が前記収容部の内周面に対する接触面積を前記各溝の開口部が前記収容部の内周面に面する非接触面積より小さくなるように形成し、
前記ボールサポートは前記ボールを着座させるように前記ボールサポートに形成した円錐状に窪むボール座より上流側に突出する導入部を有し、
前記溝の底部が前記導入部の部位で切り欠かれることによって前記導入部の間に前記二次圧力室と前記各サポートオリフィスを連通する間隙を形成し、
液体の流れが前記二次圧力室から前記各間隙を通って前記各サポートオリフィスへと流入する過程で絞られる構成としたことを特徴とする液圧制御弁。
前記各間隙は前記ボールに対峙して開口し、
前記ボールに沿って径方向に拡がる液体の流れが前記各間隙を通って前記各サポートオリフィスへと流入する構成としたことを特徴とする請求項１記載の液圧制御弁。
前記各突起の途中に切り欠きを形成し、
前記サポートオリフィスをこの切り欠きによって上流側サポートオリフィスと下流側サポートオリフィスに分断したことを特徴とする請求項１または２に記載の液圧制御弁。