流量制御弁

【課題】アクチュエータに対する供給流量の特性を安定させた流量制御弁を提供することを目的にする。
【解決手段】スプール孔４にほぼ直交する方向に形成するとともにこのスプール孔４をまたいで形成した戻りポート１２と、上記スプール孔４に摺動自在に組み込んだスプール６と、アクチュエータポート３側に設け、スプール６の移動に応じて開度を可変にしたメインオリフィス９とを備え、上記戻りポート１２は、戻り側に直接連通するメインポート部１２ａと、スプール孔４に形成される凹溝部１２ｂとを備え、スプール６が移動して戻りポート１２を開口したとき、スプール６のランド１１が戻りポート１２を開く構成にした流量制御弁において、上記凹溝部１２ｂの底ｂをスプール６の軸線に対してほぼ平行にした点に特徴を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スプールの移動に応じてアクチュエータへの供給流量を制御する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の流量制御弁として特許文献１に記載されたものが従来から知られているが、この従来の流量制御弁は、ベーンポンプから吐出された流量を制御するもので、そのスプールを組み込んだ部分を拡大して示したのが図６である。
上記従来の流量制御弁は、ボディ１に図示していないポンプに連通したポンプポート２を設けるとともに、このポンプポート２を同じく図示していないアクチュエータに連通するアクチュエータポート３を設けている。
【０００３】
さらに、上記ボディ１にはスプール孔４を形成し、このスプール孔４には、ポンプの吐出圧に応じてセットスプリング５のバネ力に抗して移動するスプール６を摺動自在に組み込んでいる。このスプール６には、アクチュエータポート３側に突出する制御突部７を設け、この制御突部７とアクチュエータポート３に設けた小穴８とが相まってメインオリフィス９を構成するようにしている。そして、このメインオリフィス９は、スプール６の移動に応じてその開度を可変にするものである。
上記のようにしたスプール６には、流体力を軽減するための環状溝１０を形成するとともに、この流体力軽減用の環状溝１０に対して、ポンプポート２側に隣接させたランド１１を設けている。
【０００４】
また、上記ボディ１には、スプール孔４の軸線に直交してこのスプール孔４をまたぐ戻りポート１２を形成している。そして、この戻りポート１２は、戻り側に直接連通するメインポート部１２ａと、スプール孔４をまたいだ側の先端に形成される凹溝部１２ｂとを備えるとともに、上記凹溝部１２ｂにおける底ｂの部分の形状を山形にしている。このように底ｂの部分を山形にしているのは、戻りポート１２を形成するときに使用するドリルの先端形状をそのまま残しているからである。そして、上記凹溝部１２ｂと上記ランド１１とは、スプール孔４の軸線方向における凹溝部１２ｂの幅Ｌ１を、ランド１１の幅Ｌ２よりも大きくしている。
【０００５】
そして、ポンプの回転数Ｎとポンプ吐出量Ｑとの関係を示したのが、図７である。この図７からも明らかなように、ポンプの回転数Ｎが上昇してポンプの吐出量Ｑが上がれば、その分、メインオリフィス９の圧力損失が大きくなるので、スプール６に作用する圧力も大きくなる。したがって、スプール６はセットスプリング５に抗して移動して、戻りポート１２を開き、余剰流量を戻りポート１２側に戻す。したがって、図７に示すように、メインオリフィス９を通過する供給流量は、ポンプの回転数Ｎに応じてあらかじめ設定された値になるように調整される。ここでは一例として、ポンプの回転数Ｎに関わりなく常に一定になるものを示している。
【０００６】
上記のようにした流量制御弁において、スプール６に環状溝１０を設けるとともに、ボディ１にメインポート部１２ａ以外に流体力軽減用の凹溝部１２ｂを設け、しかも、凹溝部１２ｂの幅Ｌ１とランド１１の幅Ｌ２とをＬ１＞Ｌ２としたのは次の理由からである。
【０００７】
第１の理由は、スプール６の円周方向の圧力バランスをよくするためである。流体が戻る戻りポートといえども、そこにはポンプ吐出圧あるいはそれに近い圧力が作用することになる。このときに、環状溝１０や凹溝部１２ｂがないと、図６に示す流れｆ１しか発生せず、メインポート部１２ａ側におけるスプール６の特定面にしか圧力が作用しないことになる。このような状況では、スプール６から見るとその円周方向に偏荷重が作用したと同じことになり、それだけスプール６のバランスが悪くなる。しかし、上記のように環状溝１０や凹溝部１２ｂを設けておけば、流れｆ１以外に凹溝部１２ｂ側の流れｆ２が発生するので、スプール６の外周全体に上記圧力が作用することになり、スプール６の円周方向におけるバランスが良くなる。
【０００８】
第２の理由は、スプール６に作用するフリクションを低減するためである。すなわち、上記第１の理由で説明したとおり、スプール６に偏荷重が作用することによって、その分、スプール６とスプール孔４との間にフリクションが発生する。このようにフリクションが発生すると、スプール６の軸方向の動きが悪くなる。スプール６の軸方向の動きが悪くなると、スプール６が図面右方向すなわち戻り方向に移動するときのセットスプリング５のバネ力も大きくしなければならない。
【０００９】
ところが、上記セットスプリング５のバネ力を大きくすると、今度は、ポンプ内圧が高く維持されることになり、それだけエネルギーロスが大きくなってしまう。そのために、実際はセットスプリング５のバネ力をそれほど大きくできないという制約がある。
このような問題を解消するために、前記した環状溝１０と凹溝部１２ｂを設けるとともに、この凹溝部１２ｂの幅Ｌ１とランド１１の幅Ｌ２とをＬ１＞Ｌ２としている。
【００１０】
上記のように構成することによって、スプール６が矢印１３方向に移動して戻りポート１２が開くと、前記したようにポンプポート２からメインポート部１２ａに流れる流れｆ１と、凹溝部１２ｂおよび環状溝１０からメインポート部１２ａに流れる流れｆ２との２つの流れが生じる。しかも、上記流れｆ２は、メインポート部１２ａに対しては、もう一方の流れｆ１とは反対方向に流出することになる。したがって、これら両流れｆ１，ｆ２によって発生する流体力の作用方向も反対になり、両者は相殺され、全体的にバランスした状態を保つことができるようになる。
上記の理由から、従来の流量制御弁では、ボディ１側に凹溝部１２ｂを形成し、スプール６側に環状溝１０を形成するとともに、上記のように幅をＬ１＞Ｌ２としたものである。
【特許文献１】特開平８−０７４７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のようにした従来の流量制御弁では、その凹溝部１２ｂの底ｂの部分を山形にしているために、次のような問題が発生していた。
例えば、図６に示すように、ランド１１とメインポート部１２ａとのすき間をオリフィスＳ１とし、ランド１１と凹溝部１２ｂとの対向間隔で決まるすき間をオリフィスＳ２とすると、オリフィスＳ１がスプール６の移動量に応じて可変になることは一見して明らかであるが、オリフィスＳ２も同じく可変になる。なぜなら、スプール６の移動位置に応じて、ランド１１と山形にした上記底ｂとの対向間隔が変化するからである。
【００１２】
そして、スプール６の移動量と各オリフィスの開度との関係を示したのが図８〜図１０である。すなわち、メインオリフィス９は、スプール６がセットスプリング５に抗して移動すればするほど、その開度を小さくしていくが、オリフィスＳ１は反対にその開度を大きくしていく。ところがオリフィスＳ２は、図１０に示すように、ある移動量までは、言い換えると、ランド１１の中央が底ｂの頂に達するまでは、急激にその開度を大きくしていく。しかし、ランド１１の中央が底ｂの頂を通過すると、今度は急激にその開度を小さくしていく。
【００１３】
また、上記オリフィスＳ１，Ｓ２の開度を合計した開度特性を示したのが図１１である。この図１１からも明らかなように、スプール６の移動位置に応じては、両者の合計開度がほとんど変化しないところが発生する。それは、図９に示したオリフィスＳ１の開度特性と、図１０に示したオリフィスＳ２の開度特性が起因している。つまり、図１０に示すように、スプール６の移動の途中まで、すなわち、ランド１１の中央が底ｂの頂に達するまで、オリフィスＳ２はオリフィスＳ１と同じようにその開度を拡大していく。しかし、ランド１１の中央が底ｂの頂を通過すると、今度は、オリフィスＳ２は、急激に開度を小さくする。したがって、オリフィスＳ１の開度の拡大と、オリフィスＳ２の開度の縮小とが相殺されて上記のような合計開度がほとんど変化しない領域が発生する。
【００１４】
上記のようにオリフィスＳ１とＳ２との合計開度が変化しない領域が発生すると、当然のこととして図７に示す流量特性にも影響を及ぼすことになる。そのために、従来の流量制御弁では、アクチュエータに対する供給流量が安定しないという問題があった。
この発明の目的は、アクチュエータに対する供給流量の特性を安定させた流量制御弁を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、ボディに形成したスプール孔と、ボディに形成するとともにポンプに連通させたポンプポートと、このポンプポートに連通させたアクチュエータポートと、上記スプール孔にほぼ直交する方向に形成するとともにこのスプール孔をまたいで形成した戻りポートと、上記スプール孔に摺動自在に組み込むとともにポンプの吐出圧に応じてセットスプリングのバネ力に抗して移動するスプールと、上記アクチュエータポート側に設けるとともにスプールの移動に応じて開度を可変にしたメインオリフィスとを備えている。また、上記戻りポートは、戻り側に直接連通するメインポート部と、スプール孔をまたいだ側の先端に形成される凹溝部とを備えている。さらに、上記スプールは、流体力軽減用の環状溝と、この流体力軽減用の環状溝に対してポンプポート側に隣接させるとともに軸方向の幅Ｌ２を凹溝部の幅Ｌ１および戻りポートの軸方向幅Ｌ３よりも小さくしたランドと、スプールがバネ力に抗して移動したときの移動方向後方側における戻りポートの縁と上記ランドとの間に形成されランドの上記移動方向の移動量に応じて開度を大きくする第１可変オリフィスＳ１と、スプールの上記移動方向後方側における凹溝部端面とランドとの間に形成される第２可変オリフィスＳ２と、スプールの上記移動方向前方側における凹溝部端面と上記ランドとの間に形成される第３可変オリフィスＳ３とを備えている。
【００１６】
上記のようにした流量制御弁において、この発明は、上記凹溝部の底をランドの周面に対して平行にしてランドと凹溝部の底との間に形成されるすき間を固定オリフィスＳ４とし、かつ、第１可変オリフィスＳ１と固定オリフィスＳ４は、戻りポートの中心（Ｌ３／２）とランドの中心（Ｌ２／２）が一致する位置までスプールが移動したとき、Ｓ１／Ｓ４≧２となる関係を保つ構成にしている。
構成にしている。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、凹溝部の底をスプールの軸線にほぼ平行にしたので、この凹溝部で構成されるオリフィスを、固定オリフィス化することができる。凹溝部で構成されるオリフィスが固定オリフィス化されているので、例えば、従来のように、凹溝部側で構成されるオリフィスが、スプールの移動位置に応じてその開度を急激に小さくすることがない。したがって、戻り側で構成されるオリフィスの合計開度は、スプールの移動に応じて比例的に変化し、アクチュエータに対する供給流量を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示したこの発明の実施形態は、ボディ１に形成した凹溝部１２ｂの形状を、図６に示した従来の凹溝部１２ｂの形状と相違させたもので、その他の構成は、従来と同一である。したがって、以下の実施形態の説明において、従来と同一の構成要素に関しては、同一符号を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、凹溝部１２ｂの底ｂを、従来の山形と異なりフラットにしている。つまり、底ｂをスプール６の軸線に沿って平行にしている。このように底ｂを平行にすることによって、スプール６のほとんどの移動位置において、ランド１１との対向間隔が一定になるようにしているが、この底ｂとランド１１との対向間隔を固定オリフィスＳ４としている。また、凹溝部１２ｂの幅をＬ１とし、ランド１１の軸方向の幅をＬ２とし、メインポート部１２ａの幅をＬ３としたとき、（Ｌ１＝Ｌ３）＞Ｌ２の関係が保たれるようにしている。
【００２０】
さらに、スプール６がバネ力に抗して移動したときのランド１１の移動方向後方側における戻りポート１２の縁と、ランド１１との間を第１可変オリフィスＳ１としている。この第１可変オリフィスＳ１は、スプール６がセットスプリング５に抗して移動したとき、その移動量に応じて開度を大きくする。また、上記スプール６がセットスプリング５に抗して移動したときの移動方向後方側における凹溝部１２ｂの端面と、上記ランド１１との間を第２可変オリフィスＳ２としている。そして、スプールの上記移動方向前方側における凹溝部１２ｂ端面と、上記ランド１１との間を第３可変オリフィスＳ３としている。
【００２１】
そして、各オリフィスの開度特性とそのタイミングは次のように設定している。先ず、メインオリフィス９は、図２に示すように、スプール６がセットスプリング５に抗して移動すればするほど、その開度を小さくするものである。反対に第１可変オリフィスＳ１は、図３に示すように、スプール６がセットスプリング５に抗して移動すればするほど、その開度が大きくなる。
【００２２】
一方、第２可変オリフィスＳ２、固定オリフィスＳ４および第３可変オリフィスＳ３が機能するタイミングと、その開度特性とは、図４に示すとおりである。この図４からも明らかなように、スプール６が移動すると、先ず第２可変オリフィスＳ２が開き始めて、オリフィスとして機能する。そして、スプール６が移動量Ｔ２だけ移動すると、第２可変オリフィスＳ２の開度は、固定オリフィスＳ４と等しくなるので、以後、スプール６が移動しても第２可変オリフィスＳ２はオリフィスとしては機能せず、所定の移動量の範囲では固定オリフィスＳ４だけがオリフィスとして機能する。
【００２３】
スプール６がさらに移動量Ｔ４だけ移動すると、今度は、第３可変オリフィスＳ３が閉じ始めるので、固定オリフィスＳ４はオリフィスとしては機能せず、閉じ始めた第３可変オリフィスＳ３のみがオリフィスとして機能する。このように第３可変オリフィスＳ３が、固定オリフィスＳ４の開度と等しくなってから、完全に閉じるまでの移動量をＴ３とする。ここで、凹溝部１２ｂ側において、第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の影響を極力小さくすることが、流量特性を安定させることにつながるが、これら第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３は、その開度をスプール６の移動量に依存しているので、開き始めから徐々に開度を大きくしたり、閉じ始めてから徐々に開度を小さくしたりせざるを得ない。そのために、第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の影響を全く無くすことはできない。
【００２４】
ただし、固定オリフィスＳ４の開度を極力小さくすれば、図４の横軸成分や第２，第３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の傾きを保持したまま縦軸成分だけを小さくできることから、その分、固定オリフィスＳ４が機能する長さが増えることなり、結果的に第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の影響も小さくすることができる。そこで、この実施形態においては、戻りポートの中心（Ｌ３／２）とスプールのランドの中心（Ｌ２／２）が一致する位置までスプールが移動したとき、第１可変オリフィスＳ１と固定オリフィスＳ４とが、Ｓ１／Ｓ４≧２となる関係を保つ構成にしている。このように第１可変オリフィスＳ１に対して固定オリフィスＳ４の開口面積を小さくすれば、第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の影響を小さくできる。なお、固定オリフィスＳ４の開度を小さくしても、環状溝１０があるので、全体の圧力バランスは十分に保たれる。
【００２５】
また、この実施形態では、第１可変オリフィスＳ１と第２可変オリフィスＳ２との開きはじめのタイミングを同じにしているので、図４に示すように、第１可変オリフィスＳ１の特性線は、第２可変オリフィスＳ２の開口特性線およびその延長線と重なり合う。さらに、図４からも明らかなように、第２可変オリフィスＳ２が開くときの傾斜角と第３可変オリフィスＳ３が閉じるときの傾斜角とを等しくしている。したがって、上記のようにＳ１／Ｓ４≧２となる関係を保って、固定オリフィスＳ４の開口を小さくすればするほど、上記第２，３可変オリフィスＳ２，Ｓ３の開口面積を小さくすることができる。これにより、面積によって決まるメインオリフィスＳ１を流れるｆ１と第２可変オリフィスＳ２および第３可変オリフィスおよび固定オリフィスＳ４を流れるｆ２との関係もｆ１／ｆ２≧２になる。しかし、従来は、同じ位置までスプールが移動したとき、Ｓ１＝Ｓ２であり、ｆ１＝ｆ２となっていた。そこで、この実施形態のように、ｆ１／ｆ２≧２にすることにより、ｆ２を少なくとも約１７％低減でき、ｆ２の増減の影響を少なくすることができる。上記のように少なくとも約１７％の低減ができれば、十分にアクチュエータへの供給油量を安定させることができる。
【００２６】
言い換えると、スプール６が移動して第２可変オリフィスＳ2が開き始めてから固定オリフィスＳ4の開口面積と等しくなるまでのストローク量をＴ2とし、同じくスプールが上記の移動方向に移動して第３可変オリフィスＳ3の開口面積が固定オリフィスＳ4の開口面積と等しくなってから全閉するまでのストローク量をＴ3とし、固定オリフィスＳ4が開口しているストローク量をＴ4としたとき、（Ｔ2＋Ｔ3）＜＜Ｔ4となり、かつ、上記第１可変オリフィスＳ1と固定オリフィスＳ4とは、その開口面積がＳ1＞＞Ｓ4となる関係を保つことと実質的に同じになり、通過する流量もｆ１＞＞ｆ２となる関係をたもつこととなる。
【００２７】
そして、スプール６の移動量に対して、各オリフィスの合計開度の関係を示したのが、図５である。この図５からも明らかなように、スプール移動量Ｔa１までは、第１可変オリフィスＳ１と第２可変オリフィスＳ２とが同時に開き始めるので、その開度特性の傾斜が急傾斜になっている。そして、移動量Ｔa１〜Ｔa２までは、固定オリフィスＳ４の一定開度と第１可変オリフィスＳ１の増量分との合計が開度特性となる。したがって、この移動量Ｔa１〜Ｔa２の範囲では、その開度特性の傾斜が上記移動量Ｔa１までの傾斜よりも緩やかになる。さらに、移動量Ｔa２〜Ｔa３の間は、第３可変オリフィスＳ３が閉じ始めるので、第１可変オリフィスＳ１の増量分が減殺されて、その開度特性はほぼ一定（第１，第３可変オリフィスＳ１，Ｓ３の開度特性が同じであれば水平）になる。そして、移動量Ｔa３以降は、第１可変オリフィスＳ１の増量分だけとなる。
【００２８】
いずれにしても、この実施形態では、戻り側で構成されるオリフィスの合計開度が、スプール６の移動に応じて比例的に変化し、アクチュエータに対する供給流量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施形態を示す構造図である。
【図２】メインオリフィスの開度特性を示したグラフである。
【図３】メインポート部側に構成される第１可変オリフィスＳ１の開度特性を示したグラフである。
【図４】凹溝部側に構成される第２可変オリフィスＳ２、固定オリフィスＳ４および第３可変オリフィスＳ３の合計開度の特性を示したグラフである。
【図５】第１可変オリフィスＳ１、第２可変オリフィスＳ２、固定オリフィスＳ４および第３可変オリフィスＳ３の合計の開度特性を示したグラフである。
【図６】従来の流量制御弁を示す構造図である。
【図７】ポンプの回転数Ｎとポンプの吐出量Ｑとの関係を示すグラフである。
【図８】従来のメインオリフィスの開度特性を示したグラフである。
【図９】従来のメインポート部側に構成されるオリフィスＳ１の開度特性を示したグラフである。
【図１０】従来の凹溝部側に構成されるオリフィスＳ２の開度特性を示したグラフである。
【図１１】従来の上記オリフィスＳ１，Ｓ２の合計開度特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１ボディ
２ポンプポート
３アクチュエータポート
４スプール孔
５セットスプリング
６スプール
９メインスプリング
１０環状溝
１１ランド
１２戻りポート
１２ａメインポート部
１２ｂ凹溝部
ｂ底
Ｓ１第１可変オリフィス
Ｓ２第２可変オリフィス
Ｓ３第３可変オリフィス
Ｓ４固定オリフィス

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディに形成したスプール孔と、ボディに形成するとともにポンプに連通させたポンプポートと、このポンプポートに連通させたアクチュエータポートと、上記スプール孔にほぼ直交する方向に形成するとともにこのスプール孔をまたいで形成した戻りポートと、上記スプール孔に摺動自在に組み込むとともにポンプの吐出圧に応じてセットスプリングのバネ力に抗して移動するスプールと、上記アクチュエータポート側に設けるとともにスプールの移動に応じて開度を可変にしたメインオリフィスとを備え、上記戻りポートは、戻り側に直接連通するメインポート部と、スプール孔をまたいだ側の先端に形成される凹溝部とを備え、上記スプールは、流体力軽減用の環状溝と、この流体力軽減用の環状溝に対してポンプポート側に隣接させるとともに軸方向の幅Ｌ２を凹溝部の幅Ｌ１および戻りポートの軸方向幅Ｌ３よりも小さくしたランドと、スプールがバネ力に抗して移動したときの移動方向後方側における戻りポートの縁と上記ランドとの間に形成されランドの上記移動方向の移動量に応じて開度を大きくする第１可変オリフィスＳ１と、スプールの上記移動方向後方側における凹溝部端面とランドとの間に形成される第２可変オリフィスＳ２と、スプールの上記移動方向前方側における凹溝部端面と上記ランドとの間に形成される第３可変オリフィスＳ３とを備え、上記凹溝部の底をランドの周面に対して平行にしてランドと凹溝部の底との間に形成されるすき間を固定オリフィスＳ４とし、かつ、第１可変オリフィスＳ１と固定オリフィスＳ４は、戻りポートの中心（Ｌ３／２）とランドの中心（Ｌ２／２）が一致する位置までスプールが移動したとき、Ｓ１／Ｓ４≧２となる関係を保つ構成にした流量制御弁。

【図１】