JP7093287B2

JP7093287B2 - 制御弁

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Publication number: JP7093287B2
Application number: JP2018206883A
Authority: JP
Inventors: 宜和鋸屋
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: WO2020090587A1; JP2020070904A

Description

本発明は、作動流体の流れを制御する制御弁に関するものである。

流体圧制御装置に用いられる制御弁として、作業者による手動操作によってポジションが切り換えられる手動制御弁が知られている（例えば特許文献１）。

特開平６－２２７７８９号公報

特許文献１の手動制御弁は、ハウジングの端部に開口する収容孔に弁体が収容され、収容孔の開口を塞ぐようにキャップが設けられる。キャップの内部には、弁体を一方へ付勢するスプリングが設けられる。スプリングの付勢力に抗して手動で弁体を移動させることで、制御弁のポジションが切り換えられる。

このような手動制御弁においては、例えば、自動の検査ラインにおいて作動確認をする場合など、外部からの信号によってもポジションの切り換えを可能にしたいという要望がある。

外部からの信号によって制御弁を作動させる方法として、例えば、キャップの内部にパイロット圧を供給して弁体を移動させることが考えられる。しかしながら、手動制御弁では、一般に、タンクに連通するドレン通路を通じてキャップ内の圧力を排出するように構成される。よって、キャップ内にパイロット圧を導いても、弁体を移動させる付勢力を発揮することができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、外部からの信号によっても作動可能な手動切換式の制御弁を提供することを目的とする。

本発明は、作動流体の流れを制御する制御弁であって、ハウジングと、ハウジングに形成されハウジングの端面に開口する収容孔と、収容穴に摺動自在に挿入される弁体と、収容孔の開口を封止するキャップと、弁体を一方向へ付勢する付勢部材と、キャップに設けられ、手動操作によって付勢部材の付勢力に抗して弁体を移動させる切換部と、キャップの内部に形成され付勢部材の付勢力に抗して弁体を付勢するパイロット圧が導かれるパイロット圧室と、キャップに形成されパイロット圧室にパイロット圧を導くパイロットポートと、パイロット圧室の圧力をタンクに逃がすドレン通路と、ドレン通路に設けられ通過する作動流体の流れに抵抗を付与する絞り部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、切換部が、キャップに形成されるねじ孔に螺合し、手動操作によって弁体に対して進退する切換ボルトであることを特徴とする。

これらの発明では、パイロット圧室の圧力を逃がすドレン通路が設けられると共に、ドレン通路には絞り部が設けられる。パイロット圧室にパイロット圧を導くと、ドレン通路を通じてパイロット圧室内の作動流体の一部は排出されるものの、絞り部によって抵抗が付与されるため、パイロット圧室には所定の圧力が生じる。よって、パイロット圧室にパイロット圧を供給することで、パイロット圧室内に弁体を移動させる推力が発生し、弁体を移動させることができる。

本発明は、キャップ内に設けられ、付勢部材の両端が着座して付勢部材の伸縮に伴い相対移動する一対の着座部材をさらに備え、一対の着座部材が互いに当接することにより、付勢部材の付勢力に抗する弁体の移動が規制されることを特徴とする。この発明では、着座部材によって弁体の移動が規制できるため、着座部材の変更により容易に弁体の移動量を調整できる。

本発明は、ドレン通路が、パイロット圧室とタンクとを常時連通させ、タンクへのドレン通路の連通開度は、弁体のストローク位置に関わらず一定であることを特徴とする。
本発明は、一対の着座部材のうちの一方が、ハウジングの端面に接触するフランジ部を有し、ハウジングの端面に接触するフランジ部の端面には、パイロット圧室とドレン通路とを常時連通させるスリットが形成されることを特徴とする。

本発明によれば、手動操作によって作動すると共にパイロット圧によっても作動する制御弁が提供される。

本発明の実施形態に係る制御弁の断面図であり、連通ポジションにある状態を示す図である。本発明の実施形態に係る制御弁の断面図であり、遮断ポジションである状態を示す図である。本発明の実施形態に係る制御弁の断面図であり、パイロット圧によって遮断ポジションに切り換えられた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る制御弁１００について説明する。

制御弁１００は、例えば油圧ショベルなどの建設機械に搭載される流体圧制御装置（図示省略）に用いられ、流体圧供給源（図示省略）から流体圧機器（図示省略）等に導かれる作動流体の流れを制御するものである。以下の実施形態では、作動流体が作動油である場合について説明する。作動流体は、作動油に限らず、他の非圧縮性流体または圧縮性流体であってもよい。

制御弁１００は、スプール１０の移動によって２つのポジションの間で切り換えられる２ポジションの制御弁である。制御弁１００は、図１に示すように、ハウジング１と、ハウジング１に形成されハウジング１の端面１Ｂに開口する収容孔１Ａと、収容孔１Ａに摺動自在に挿入される弁体としてのスプール１０と、収容孔１Ａの開口を封止するキャップ３０と、キャップ３０内に設けられスプール１０を一方向へ付勢する付勢部材としてのスプリング３５と、キャップ３０に設けられ、手動操作によってスプリング３５の付勢力に抗してスプール１０を移動させる切換部４０と、キャップ３０の内部に形成されスプリング３５の付勢力に抗してスプール１０を付勢するパイロット圧が導かれるパイロット圧室５０と、キャップ３０に形成されパイロット圧室５０にパイロット圧を導くパイロットポート５５と、キャップ３０内に設けられ、スプリング３５の両端が着座してスプリング３５の伸縮に伴い相対移動する一対の着座部材としてのばね座６０，６５と、を備える。

ハウジング１には、作動油が流れる流入通路２Ａ及び流出通路２Ｂが軸方向に並んで形成される。流入通路２Ａは、収容孔１Ａに連通し、図示しない配管等を介して流体圧供給源と連通する。流出通路２Ｂは、収容孔１Ａに連通し、図示しない配管等を介して油圧機器等と連通する。また、収容孔１Ａの底部には、タンクＴに連通するタンクポート２Ｃが形成される。タンクポート２Ｃは、収容孔１Ａの底部とスプール１０の端部との間に導かれる作動油をタンクＴに導く。

スプール１０は、収容孔１Ａの内周面に摺接する本体部１１と、本体部１１の一端（図中左側端）に取り付けられる支持部２０と、を有する。

本体部１１は、収容孔１Ａの内周面に沿って摺動する第１ランド部１２及び第２ランド部１３と、第１ランド部１２及び第２ランド部１３より小径に形成され第１ランド部１２と第２ランド部１３とを連結する連結部１４と、を有する。

連結部１４は、第１ランド部１２及び第２ランド部１３よりも小径に形成されて、収容孔１Ａの内周面との間に環状の流体室５を形成する。流体室５は、スプール１０に移動に伴い流入通路２Ａ及び流出通路２Ｂと連通し、流入通路２Ａを通過した作動油を流出通路２Ｂへと導く。

本体部１１の一端には、収容孔１Ａの内径よりも外径が小さい第１小径部１５と、第１小径部１５の一端側（支持部２０側、図中左側）に設けられ第１小径部１５よりも外径が小さい第２小径部１６と、が形成される。第１小径部１５と収容孔１Ａとの間には、環状空間６が形成される。

支持部２０は、キャップ３０の内部に収容される。支持部２０は、本体部１１の一端の第２小径部１６にねじ締結によって取り付けられる軸部２１と、軸部２１よりも外径が大きいヘッド部２２と、を有する。つまり、支持部２０は、本体部１１に対して着脱自在に取り付けられる。

軸部２１は、本体部１１の第２小径部１６と略同一の外径を有し、第２小径部１６に同軸的に取り付けられる。ヘッド部２２の端面には、径方向に延びるスリット２３が形成される。

キャップ３０には、収容孔１Ａに連通しスプール１０が進入可能な大径穴３１と、大径穴３１に連通し大径穴３１よりも内径が小さい小径穴３２と、大径穴３１に連通するパイロットポート５５と、が形成される。小径穴３２及び大径穴３１により、パイロット圧室５０が形成される。小径穴３２には、支持部２０のヘッド部２２が進入する。

スプリング３５は、支持部２０の軸部２１の外周に設けられ、一対のばね座６０，６５によって両端が支持される。軸部２１とヘッド部２２との間の段差面２２Ａに一方のばね座６０が着座し、キャップ３０が取り付けられるハウジング１の端面１Ｂに他方のばね座６５が着座する。スプリング３５の伸縮（スプール１０の移動）に伴い、一方のばね座６０は、他方のばね座６５に対して、スプール１０の軸方向に沿って相対移動する。スプリング３５は、一対のばね座６０，６５の間に圧縮状態で介装される。よって、スプリング３５は、流入通路２Ａと流出通路２Ｂとを連通する方向（図中左方向）にスプール１０を移動させる付勢力を発揮する。

一対のばね座６０，６５は、互いに同一形状に形成される。一方のばね座６０は、キャップ３０の大径穴３１と小径穴３２との間の段差面３１Ａに接触する円板状のフランジ部６１と、フランジ部６１から他方のばね座６５に向けて軸方向に延びる筒状のボス部６２と、を有する。フランジ部６１の内径は、ヘッド部２２の外径よりも小さく形成される。大径穴３１と小径穴３２との間の段差面３１Ａに接触するフランジ部６１の端面には、径方向に延びるスリット６１Ａが形成される。

他方のばね座６５は、ハウジング１の端面１Ｂに接触する円板状のフランジ部６６と、フランジ部６６から一方のばね座６０に向けて軸方向に延びる筒状のボス部６７と、を有する。ハウジング１の端面１Ｂに接触するフランジ部６６の端面には、径方向に延びるスリット６６Ａが形成される。

切換部４０は、キャップ３０に形成されるねじ孔３３に螺合し、手動操作によってスプール１０に対して進退する切換ボルト４１と、ねじ孔３３に対する切換ボルト４１の螺合位置の変化を規制する規制ナット４５と、を有する。ねじ孔３３は、パイロット圧室５０（小径穴３２）に連通するようにキャップ３０に形成される。

切換ボルト４１は、ねじ孔３３に螺合するねじ部４２と、スプール１０のヘッド部２２に軸方向から接触する接触部４３と、作業者によって操作される操作部４４と、を有する。接触部４３は、小径穴３２内に収容される。ねじ部４２は、一部がキャップ３０の外側に突出し、突出するねじ部４２の端部に操作部４４が設けられる。作業者が操作部４４を把持して回転することで、ねじ孔３３に対するねじ部４２の螺合位置が調整される。

規制ナット４５は、キャップ３０の外側に露出するねじ部４２に螺合する。切換ボルト４１に螺合する規制ナット４５がキャップ３０に対して締め付けられることで、キャップ３０のねじ孔３３に対する切換ボルト４１の螺合位置の変化が規制される。反対に、規制ナット４５を緩めて規制ナット４５とキャップ３０との間に隙間を生じさせることで、キャップ３０のねじ孔３３に対する切換ボルト４１の螺合位置の調整が可能となり、切換ボルト４１がスプール１０に対して進退可能となる。

制御弁１００は、パイロット圧室５０の圧力を逃がすドレン通路７０と、ドレン通路７０に設けられ通過する作動油の流れに抵抗を付与する絞り部と、をさらに備える。

ドレン通路７０は、スプール１０の内部に形成される。ドレン通路７０は、スプール１０の本体部１１の軸心を通り、ハウジング１に形成されるタンクポート２Ｃに常時連通する軸方向通路７１と、第１小径部１５の外周の環状空間６と軸方向通路７１を連通し、軸方向通路７１よりも流路抵抗が大きい絞り部としての絞り通路７２と、を有する。軸方向通路７１は、スプール１０の本体部１１の端面に開口する。軸方向通路７１は、本体部１１と収容孔１Ａの底部との間の空間（収容孔１Ａの一部）を通じてタンクポート２Ｃに常時連通する。また、パイロット圧室５０は、他方のばね座６５のフランジ部６６のスリット６６Ａを通じて環状空間６に常時連通する。よって、パイロット圧室５０は、制御弁１００のポジション（スプール１０の位置）に関わらず、ドレン通路７０及びタンクポート２Ｃを通じてタンクＴに常時連通する。

次に、制御弁１００の作動について説明する。

制御弁１００は、切換部４０の切換ボルト４１の螺合位置を調整することでポジションが切り換えられる。以下では、流入通路２Ａと流出通路２Ｂとが連通する状態を「連通ポジション」、遮断される状態を「遮断ポジション」と称する。

制御弁１００を連通ポジション（図１）から遮断ポジション（図２）に切り換える場合には、規制ナット４５を緩め、スプール１０に向けて移動するように切換ボルト４１を回転させる。これにより、スプール１０は、切換ボルト４１により押圧され、スプリング３５の付勢力に抗して移動する。また、スプリング３５の付勢力に抗したスプール１０の移動に伴い、軸部２１とヘッド部２２との間の段差面２２Ａに押圧されて一方のばね座６０も他方のばね座６５に向けて移動する。

スプール１０は、一対のばね座６０，６５のそれぞれのボス部６２，６７が当接するまでスプリング３５の付勢力に抗して移動する。言い換えれば、一対のばね座６０，６５が当接することによって、スプリング３５の付勢力に抗したスプール１０の移動が規制される。一対のばね座６０，６５が当接するまでスプール１０が移動すると、図２に示すように、第２ランド部１３によって流入通路２Ａと流出通路２Ｂとの連通が遮断される。この状態で、規制ナット４５を締め付けて、切換ボルト４１の螺合位置の変化を規制する。このようにして、制御弁１００は、遮断ポジションに切り換えられる。

一方、制御弁１００を遮断ポジションから連通ポジションに切り換える場合には、規制ナット４５を緩め、スプール１０から離間するように切換ボルト４１を回転させる。これにより、スプール１０は、スプリング３５の付勢力を受けて、スプール１０から離間する切換ボルト４１に追従するように一方のばね座６０と共に移動する。スプール１０は、ばね座６０が大径穴３１と小径穴３２との間の段差面３１Ａに当接するまで、スプリング３５の付勢力を受けて移動する。ばね座６０が大径穴３１と小径穴３２との間の段差面３１Ａに当接するまで移動すると、図１に示すように、流入通路２Ａと流出通路２Ｂとが流体室５を通じて連通する。この状態で、規制ナット４５を締め付けて、切換ボルト４１の螺合位置の変化を規制する。このようにして、制御弁１００は、連通ポジションに切り換えられる。

このように、制御弁１００は、切換部４０の切換ボルト４１を手動操作することにより、ポジションを切り換えることができる。

ここで、一般に、手動操作によって切り換えられる制御弁が組み込まれる流体圧制御装置は、製造時の検査工程において、自動の検査ラインにより出荷時の検査が行われることがある。しかしながら、手動操作される制御弁が流体圧制御装置に組み込まれると、制御弁の動作確認は、自動の検査ラインによる検査とは別に、作業者によって手動で行う必要がある。また、制御弁の切換部の周辺のスペースが少ない場合には、切換部を操作しにくくなり、制御弁の動作確認をする工程に多くの工数を要する。このように、流体圧制御装置と共に自動検査ラインによって動作確認をする場合など、手動操作される制御弁であっても外部からの信号によって作動させたい場合がある。しかしながら、手動の制御弁では、キャップの内部の圧力のこもりによる誤作動を防止するために、キャップの内部は、タンクに連通させる必要がある。このため、キャップの内部にパイロット圧を供給してもパイロット圧がスプールに作用せず、スプールを移動させることが難しい。

これに対し、制御弁１００では、ドレン通路７０に絞り通路７２が設けられるため、パイロット圧室５０はタンクＴに連通するものの、絞り通路７２を通過する作動油には抵抗が付与される。よって、パイロット圧室５０の圧力は、絞り通路７２の抵抗によりタンク圧までは低下せず、所定の圧力が維持される。これにより、制御弁１００が連通ポジションにある状態でパイロット圧室５０にパイロット圧を供給すると、一方のばね座６０のフランジ部６１におけるスリット６１Ａを通じてヘッド部２２のスリット２３にタンク圧以上の圧力が作用する。ヘッド部２２に作用する圧力により、スプール１０がスプリング３５の付勢力に抗して付勢される。よって、図３に示すように、パイロット圧室５０にパイロット圧が供給されている間は、パイロット圧室５０に生じる圧力により、制御弁１００は、遮断ポジションに切り換えられる。パイロット圧室５０へのパイロット圧の供給を停止すると、パイロット圧室５０の圧力はドレン通路７０を通じてタンクＴに排出される。このため、スプール１０は、スプリング３５の付勢力を受けて移動し、連通ポジションに切り換えられる。

このように、制御弁１００は、手動操作によるポジションの切換に加え、パイロット圧によるポジションの切換も可能である。よって、自動の検査ラインによって切換弁の動作確認をすることができ、検査工程に要する工数を低減することができる。なお、パイロット圧室５０のパイロット圧による制御弁１００の作動は、自動の検査ラインにおいて検査する場合に限らず、その他の状況において実行されてもよい。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、パイロット圧をパイロット圧室５０に供給することにより、制御弁１００は、連通ポジションから遮断ポジションに切り換えられる。これに対し、パイロット圧をパイロット圧室５０に供給することにより、制御弁１００は、遮断ポジションから連通ポジションに切り換えられるものでもよい。

また、上記実施形態では、ドレン通路７０は、スプール１０に形成される。これに対し、ドレン通路７０は、ハウジング１やキャップ３０に形成されるものでもよい。

また、上記実施形態では、絞り部は、他のドレン通路７０（軸方向通路７１）よりも流路抵抗が大きい絞り通路７２である。これに対し、絞り部は、ドレン通路７０に着脱可能に取り付けられるオリフィスプラグであってもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

手動操作される制御弁１００では、パイロット圧室５０の圧力を逃がすドレン通路７０に絞り通路７２が設けられる。これにより、パイロット圧室５０にパイロット圧を供給すると、絞り通路７２の抵抗によりパイロット圧室５０にはタンク圧より大きい圧力が生じる。よって、この圧力によりスプール１０を移動させることができる。このように、制御弁１００によれば、手動操作が可能であると共に、外部からの信号により自動操作も可能である。

制御弁１００が手動操作及び自動操作可能であるため、自動の検査ラインによって制御弁１００の動作確認を行うことができ、制御弁１００及び制御弁１００が設けられる流体圧制御装置の製造における検査工程を容易に実施することができる。

また、制御弁１００では、一対のばね座６０，６５が当接することでスプール１０の移動が規制される。ばね座６５は、ボス部６７がスプール１０の第２小径部１６及び支持部２０の軸部２１の外周に設けられる。このように制御弁１００を構成することにより、第２小径部１６の軸方向長さを変更することで、スプール１０のストローク量を変更することができる。よって、異なるストローク量で移動する制御弁１００であっても、ばね座６０，６５と支持部２０とを共通に使用することができ、制御弁１００の製造コストを低減することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

作動油の流れを制御する制御弁１００は、ハウジング１と、ハウジング１に形成されハウジング１の端面１Ｂに開口する収容孔１Ａと、収容孔１Ａに摺動自在に挿入されるスプール１０と、収容孔１Ａの開口を封止するキャップ３０と、スプール１０を一方向へ付勢するスプリング３５と、キャップ３０に設けられ、手動操作によってスプリング３５の付勢力に抗してスプール１０を移動させる切換部４０と、キャップ３０の内部に形成されスプリング３５の付勢力に抗してスプール１０を付勢するパイロット圧が導かれるパイロット圧室５０と、キャップ３０に形成されパイロット圧室５０にパイロット圧を導くパイロットポート５５と、パイロット圧室５０の圧力を逃がすドレン通路７０と、ドレン通路７０に設けられ通過する作動油の流れに抵抗を付与する絞り通路７２と、を備える。

また、制御弁１００では、切換部４０は、キャップ３０に形成されるねじ孔３３に螺合し、手動操作によってスプール１０に対して進退する切換ボルト４１である。

これらの構成では、パイロット圧室５０の圧力を逃がすドレン通路７０が設けられると共に、ドレン通路７０には絞り通路７２が設けられる。パイロット圧室５０にパイロット圧を導くと、ドレン通路７０を通じてパイロット圧室５０内の作動油の一部は排出されるものの、絞り通路７２によって抵抗が付与されるため、パイロット圧室５０には所定の圧力が生じる。よって、パイロット圧室５０にパイロット圧を供給することで、パイロット圧室５０内にスプール１０を移動させる推力が発生し、スプール１０を移動させることができる。したがって、制御弁１００は、手動操作によって作動すると共にパイロット圧によっても作動する。

制御弁１００は、キャップ３０内に設けられ、スプリング３５の両端が着座してスプリング３５の伸縮に伴い相対移動する一対のばね座６０，６５をさらに備え、一対のばね座６０，６５が互いに当接することにより、スプリング３５の付勢力に抗するスプール１０の移動が規制される。

この構成では、ばね座６０，６５によってスプール１０の移動が規制できるため、ばね座６０，６５の変更により容易にスプール１０の移動量を調整できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…ハウジング、１Ａ…収容孔、１０…スプール（弁体）、３０…キャップ、３３…ねじ孔、３５…スプリング（付勢部材）、４０…切換部、４１…切換ボルト、５０…パイロット圧室、５５…パイロットポート、６０，６５…ばね座（着座部材）、７０…ドレン通路、７２…絞り通路（絞り部）、１００…制御弁

Claims

作動流体の流れを制御する制御弁であって、
ハウジングと、
前記ハウジングに形成され前記ハウジングの端面に開口する収容孔と、
前記収容孔に摺動自在に挿入される弁体と、
前記収容孔の開口を封止するキャップと、
前記弁体を一方向へ付勢する付勢部材と、
前記キャップに設けられ、手動操作によって前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体を移動させる切換部と、
前記キャップの内部に形成され前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体を付勢するパイロット圧が導かれるパイロット圧室と、
前記キャップに形成され前記パイロット圧室にパイロット圧を導くパイロットポートと、
前記パイロット圧室の圧力をタンクに逃がすドレン通路と、
前記ドレン通路に設けられ通過する作動流体の流れに抵抗を付与する絞り部と、を備えることを特徴とする制御弁。
前記ドレン通路は、前記パイロット圧室と前記タンクとを常時連通させ、
前記タンクへの前記ドレン通路の連通開度は、前記弁体のストローク位置に関わらず一定であることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
前記切換部は、前記キャップに形成されるねじ孔に螺合し、手動操作によって前記弁体に対して進退する切換ボルトを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御弁。
前記キャップ内に設けられ、前記付勢部材の両端が着座して前記付勢部材の伸縮に伴い相対移動する一対の着座部材をさらに備え、
前記一対の着座部材が互いに当接することにより、前記付勢部材の付勢力に抗する前記弁体の移動が規制されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の制御弁。
前記一対の着座部材のうちの一方は、前記ハウジングの端面に接触するフランジ部を有し、
前記ハウジングの端面に接触する前記フランジ部の端面には、前記パイロット圧室と前記ドレン通路とを常時連通させるスリットが形成されることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。