特開 2024-82361 制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024082361

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/07 20060101AFI20240613BHJP

【ＦＩ】

F16K11/07 E

F16K11/07 D

F16K11/07 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196155

(22)【出願日】2022-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000227803

【氏名又は名称】ＮＡＣＯＬ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002169

【氏名又は名称】彩雲弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】杉村 健

(72)【発明者】

【氏名】下山 弘高

【テーマコード（参考）】

3H067

【Ｆターム（参考）】

3H067AA17

3H067CC02

3H067CC33

3H067DD05

3H067DD12

3H067DD24

3H067EA02

3H067EA14

3H067EB10

3H067EB12

3H067EB24

3H067FF11

3H067GG13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】制御弁の作動流体が水又は水に性質が近い液体（水様液）であったとしても、摺動軸部と外筒部との間の隙間寸法の許容範囲をより広くすることが可能な制御弁を提供する。
【解決手段】摺動軸部３と、複数のポート１０が設けられた外筒部２と、を備える制御弁１において、摺動軸部３を、軸部本体１２を有し、軸部本体１２が、少なくとも周方向に間欠的に設けられた溝部１６を有するものとし、外筒部２を、内部が、軸部本体１２が摺動可能に貫設された複数の室６に区画されたものとし、室６を区画する隔壁８と軸部本体１２との間に、略環状の封止部７を設け、各ポート１０を、互いに異なる室６と接続し、封止部７を、軸部本体１２を圧接可能に設けられたシールリップ部１１を有するものとし、軸部本体１２を摺動させ、封止部７と溝部１６とを対向させることで、溝部１６を介して隣接する室６間を連通可能とする。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

摺動軸部と、複数のポートが設けられた外筒部と、を備える制御弁であって、
該摺動軸部は、軸部本体を有し、該軸部本体は、少なくとも周方向に間欠的に設けられた溝部を有し、
該外筒部は、内部が、該軸部本体が摺動可能に貫設された複数の室に区画されており、
該室を区画する隔壁と該軸部本体との間には、略環状の封止部が設けられ、
各該ポートは、互いに異なる該室と接続され、
該封止部は、該軸部本体を圧接可能に設けられたシールリップ部を有し、
該軸部本体を摺動させ、該封止部と該溝部とを対向させることで、該溝部を介して隣接する該室間を連通可能となっていることを特徴とする制御弁。

【請求項2】

前記軸部本体は、内部に流路が形成されており、該流路と前記室を連通するための出入口が設けられており、
該流路は、離間する前記室間を連通可能に設けられていることを特徴する請求項１に記載の制御弁。

【請求項3】

作動流体が、水又は水様液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御弁。

【請求項4】

前記隔壁は、前記外筒部及び前記封止部とは、別体となっていることを特徴とする請求項１又２に記載の制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御弁に関し、より詳細には、摺動軸部を備える制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、制御弁として、作動流体を水とするスプール弁がある（非特許文献１を参照）。該スプール弁は、ランドが形成された串型のスプールをポートが形成されたシリンダ内を摺動可能に設けられている。該ランドの外径は、該シリンダの内径と略同形に形成されており、該ランドの位置によって該ポート間を開放し又は閉鎖することで、流路方向を切り替えることが可能としている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】吉田大志，”水圧電磁比例制御弁の応答特性”，ＫＹＢ技報，ＫＹＢ株式会社，２０１７年，第５４号，ｐ．１６－２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スプール弁は、シリンダ内をスプールが摺動する様になっている以上、シリンダとスプールとの間には、どうしても僅かな隙間が生まれることになる。一方、スプール弁は、シリンダとスプールとの間から作動流体が漏出しないことが要求されるため、該隙間は、作動流体が漏出しない程度の隙間とする必要がある。作動流体が水である場合、隙間寸法の許容範囲が狭く、従来のスプール弁においては、シリンダとスプールに精密な加工が求められ、それ故に、コスト高となるという問題があった。

【0005】

そこで、本発明は、制御弁の作動流体が水又は水に性質が近い液体（水様液）であったとしても、摺動軸部と外筒部との間の隙間寸法の許容範囲をより広くすることが可能な制御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】

【0006】

本発明は、摺動軸部と、複数のポートが設けられた外筒部と、を備える制御弁であって、該摺動軸部は、軸部本体を有し、該軸部本体は、少なくとも周方向に間欠的に設けられた溝部を有し、該外筒部は、内部が、該軸部本体が摺動可能に貫設された複数の室に区画されており、該室を区画する隔壁と該軸部本体との間には、略環状の封止部が設けられ、
各該ポートは、互いに異なる該室と接続され、該封止部は、該軸部本体を圧接可能に設けられたシールリップ部を有し、該軸部本体を摺動させ、該封止部と該溝部とを対向させることで、該溝部を介して隣接する該室間を連通可能となっていることを特徴とする制御弁である。

【0007】

尚、本発明は、前記軸部本体を、内部に流路が形成されており、該流路と前記室を連通するための出入口が設けられているものとし、該流路を、離間する前記室間を連通可能に設けることが可能である。又、本発明は、作動流体を水又は水様液とすることが可能である。又、本発明は、前記隔壁を、前記外筒部及び前記封止部とは、別体とすることが可能である。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、室を区画する隔壁と摺動軸部の軸部本体との間に、略環状の封止部を設け、該封止部が、該軸部本体を圧接可能に設けられたシールリップ部を有しているため、作動流体が水又は水様液であったとしても、摺動軸部と外筒部との間の隙間寸法の許容範囲をより広くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態の縦部分端面図である。

【図2A】図１のＡＢ部拡大図であり、ＰＡ接続時の様子を示す図である。

【図2B】図１のＡＢ部拡大図であり、ＢＴ接続時の様子を示す図である。

【図3】本発明の実施形態おける軸部本体を示す図であり、（ａ）が正面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ－IIIｂ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態を、水又は水様液を作動流体とする方向制御弁１を例として、図１乃至図３に基づき説明する。方向制御弁１は、制御弁の一例であり、スプール弁ともいわれ、外筒部２と、摺動軸部３と、を備えている。

【0011】

本実施形態においては、方向制御弁１は、摺動軸部３の位置を制御するための制御軸４と発条軸５とを備えており、クローズドセンタを採用している。以下、本実施形態において、制御軸４がある側の端を基端と、発条軸５がある側の端を先端として説明する。尚、方向制御弁１としては、クローズドセンタ以外のもの、例えば、中立位置でタンク側と繋ぐＡＢＴ接続等、も適宜採用可能である。

【0012】

外筒部２は、内部が、隔壁によって、複数の室６に区画されている。室６には、後述する摺動軸部３の軸部本体１２が、摺動可能に貫設されている。該隔壁と軸部本体１２との間には、略環状の封止部７が設けられている。隣接する室６間は、封止部７によって、後述する様に摺動軸部３の溝部１６を介さずして、連通しない様になっている。

【0013】

本実施形態において、外筒部２の内面には、複数の室６を区画する前記隔壁として、シールケース８が取り付けられており、シールケース８に、封止部７が取り付けられている。又、シールケース８とシールケース８との間に室６を確保するためにスペーサ９が設けられている。

【0014】

又、外筒部２には、複数のポート１０、例えば、供給ポート１０_Ｐ、戻りポート１０_Ｔ並びに接続ポート１０_Ａ及び接続ポート１０_Ｂを含む複数のポート、が設けられている。各ポート１０は、互いに異なる室６と接続する様に設けられている。尚、ポート１０の数や種類は、適宜選択可能である。

【0015】

本実施形態においては、外筒部２内は、５つの室６に区画されており、基端側より、どのポート１０にも接続されていない室６_Ｎ、接続ポート１０_Ｂが接続された室６_Ｂ、供給ポート１０_Ｐが接続された室６_Ｐ、接続ポート１０_Ａが接続された室６_Ａ及び戻りポート１０_Ｔが接続された室６_Ｔとなっている。尚、室６の数等は、適宜選択可能である。

【0016】

封止部７は、隣接する室６間を前記作動流体が漏出しない様に封止するために設けられており、後述する摺動軸部３の軸部本体１２と圧接可能に設けられたシールリップ部１１を有している。隣接する室６間は、シールリップ部１１が、軸部本体１２を圧接することによって、封止されており、軸部本体１２を摺動させ、軸部本体１２の溝部１６を封止部７と対向させ、溝部１６をシールリップ部１１に跨乗させた際に、溝部１６を介して連通する様になっている。

【0017】

本実施形態において、封止部７は、断面略コ字状のシールであり、内周面側がシールリップ部１１となっている。又、封止部７は、滑性のよい樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、により形成されている。シールリップ部１１は、封止部７の内方に前記作動流体が入り込むことにより、その流体圧により軸部本体１２をより圧接する様になっており、供給ポート１０_Ｐより室６_Ｐに高い流体圧の該作動流体が方向制御弁１内に供給されたとしても隣接する室６_Ａ及び／又は室６_Ｂに、該作動流体が漏出するのを防止できる様になっている。尚、封止部７の形状等は、適宜選択可能であり、例えば、Ｕ字状やＹ字状とすることも可能である。

【0018】

摺動軸部３は、軸部本体１２を有している。本実施形態において、摺動軸部３は、軸部本体１２の一端（基端）が制御軸４に連結されており、その他端（先端）に発条軸５に連結されている。制御軸４は、制御ヒンジ１３を介して把持部１４が取り付けられており、把持部１４を操作することで、軸部本体１２の位置を調整可能となっている。尚、軸部本体１２の位置を調整する方法は、手動に限られるものでなく、半自動又は自動であってもよく、公知の方法から適宜選択可能である。

【0019】

発条軸５は、発条１５によって付勢されている。本実施形態においては、発条軸５はスプリングセンタ型となっており、制御軸４が操作されていない時は、軸部本体１２が中央に位置する様になっている。尚、発条軸５は、必ずしもスプリングセンタ形でなくともよく、ノースプリングデテント形でもスプリングオフセット形であってもよい。

【0020】

軸部本体１２は、少なくとも周方向に間欠的に設けられた溝部１６を有している。又、軸部本体１２は、各室６を摺動可能に貫設され、封止部７のシールリップ部１１によって圧接されている。本実施形態において、軸部本体１２は、略円柱状に形成されており、周方向に四分円毎に設けられた４つの溝部１６を１組として、基端側と先端側のそれぞれに溝部１６が設けられている（以下、基端側の溝部１６を溝部１６_Ａと、先端側の溝部１６を溝部１６_Ｂと表記する）。

【0021】

又、本実施形態において、軸部本体１２は、中空に形成されており、その内部に流路１７が設けられていると共に流路１７の出入口１８が設けられている。流路１７は、離間している室６と室６とを連通させるために設けられており、出入口１８は、そのための適宜な位置、例えば、軸部本体１２の両端部、に設けられる。

【0022】

溝部１６は、隣接する室６間を連通するために設けられており、軸部本体１２を摺動させ、溝部１６が封止部７と対向させ、溝部１６をシールリップ部１１に跨乗させることで、隣接する室６と室６とが、溝部１６を介して連通する様になっている。

【0023】

本実施形態において、溝部１６は、断面略舟形状に形成され、軸方向において、隣接する封止部７間の距離と略同等の長さで形成されると共に同距離と同程度に溝部１６_Ａと溝部１６_Ｂとが離間して設けられている。尚、先端側の溝部１６と基端側の溝部１６と間の軸方向の距離や溝部１６の軸方向の長さは、例えば、本実施形態の様にクローズドセンタを採用する場合、方向制御弁１が何れのポート１０間も連通していないクローズドセンタの状態（図１の状態）で、溝部１６が封止部７に対向しない範囲で適宜設定可能である。又、溝部１６の形状等は適宜選択可能であり、例えば、断面略円弧状であってもよい。

【0024】

例えば、方向制御弁１をＰＡ接続する場合は、把持部１４を操作し、軸部本体１２を基端側に摺動させ、室６_Ｐと室６_Ａ間に設けられた封止部７_ＰＡを溝部１６_Ｂと対向させて、溝部１６_Ｂを封止部７_ＰＡのシールリップ部１１に跨乗させる。

【0025】

そうすると、図２Ａ中に薄墨で示した通り、溝部１６_Ｂを介して室６_Ｐと室６_Ａとが連通し、それにより、供給ポート１０_Ｐから接続ポート１０_Ａとが接続され、供給ポート１０_Ｐと接続ポート１０_Ａとの間に前記作動流体を流すことが可能となる。この際、室６_Ｂと室６_Ｐとの間に位置する封止部７_ＢＰは、軸部本体１２の全周に亘り圧接しているため、室６_Ｐと室６_Ｂへと該作動流体が漏れ出ることが防止される。又、同様に、室６_Ａと室６_Ｔとの間も封止部７_ＡＴにより該作動流体の漏出が防止される。

【0026】

又、方向制御弁１を、ＢＴ接続する場合は、同様に、把持部１４を操作し、軸部本体１２を基端側に摺動させ、室６_Ｎと室６_Ｂ間に設けられた封止部７_ＮＢが溝部１６_Ａと対向させて、溝部１６_Ａを封止部７_ＮＢのシールリップ部１１に跨乗させる。そうすると、溝部１６_Ａを介して室６_Ｎと室６_Ｂとが連通される。

【0027】

この際、軸部本体１２の出入口１８は、一方が室６_Ｎと他方が室６_Ｔと連通しており、この二室は、流路１７を介して接続されている。従って、図２Ｂ中に薄墨で示した様に、室６_Ｂと室６_Ｔとが、流路１７を介して接続されることとなり、接続ポート１０_Ｂと戻りポート１０_Ｔとの間に前記作動流体を流すことが可能となる。この際、封止部７_ＢＰ及び封止部７_ＡＴが軸部本体１２に圧接されているため、室６_Ａや室６_Ｐに該作動流体が漏出することが防止される。

【0028】

尚、把持部１４を操作して、軸部本体１２を先端側に移動させることにより、上記ＰＡ接続時と同様に方向制御弁１をＡＴ接続及びＰＢ接続させることも可能である。方向制御弁１をＡＴ接続させる場合には、溝部１６_Ｂを封止部７_ＡＴと対向させ、溝部１６_Ｂを封止部７_ＡＴのシールリップ部１１に跨乗させることで、室６_Ａと室６_Ｔとが溝部１６_Ｂを介して連通させる。又、方向制御弁１をＰＢ接続させる場合は、溝部１６_Ａを封止部７_ＢＰと対向させ、溝部１６_Ａを封止部７_ＢＰのシールリップ部１１に跨乗させることで、室６_Ｐと室６_Ｂとが溝部１６_Ａを介して連通させる。

【0029】

従って、本実施形態の方向制御弁１においては、各室６を区画する隔壁であるシールケース８と軸部本体１２との間に封止部７を設け、封止部７が、軸部本体１２を圧接可能に設けられたシールリップ部１１を有することにより、外筒部２（シールケース８）と軸部本体１２との間に多少の隙間があったとしても、該隙間が、シールリップ部１１が軸部本体１２を圧接可能な程度の隙間であれば、作動流体の漏出を防止可能であるため、外筒部２（シールケース８）と軸部本体１２との間の隙間寸法の許容範囲をより広くすることが可能である。それによって、従来の水を作動流体とするスプール弁よりも、精密な加工が必要となくなり、コストを低減することが可能となっている。

【0030】

封止部７が、シールリップ部１１を有する副次的な効果として、従来のスプール弁においては、作動流体が水である場合、水は、比較的潤滑性が小さく、シリンダとスプール間の隙間の許容範囲も狭かったため、スプールの摺動性が低いものであったが、本実施形態の方向制御弁１においては、シールリップ部１１によって、外筒部２と軸部本体１２との間の隙間寸法の許容範囲をより広くすることが可能であるので、軸部本体１２の摺動性を従来のスプール弁より向上させることが可能となっている。更に、本実施形態においては、封止部７が、滑性のよい樹脂で形成されているため、軸部本体１２の摺動性がより向上されている。

【0031】

又、本実施形態の方向制御弁１においては、溝部１６が、軸部本体１２の周方向に間欠的に設けられていることで、以下の様な副次的な効果を奏することが可能である。

【0032】

仮に、溝部１６が、周方向全周に亘って設けられているとすると溝部１６と対向している封止部７は、軸部本体と全く接していないこととなる。封止部７にシールリップ部１１が設けられている場合、溝部１６と対向している封止部７のシールリップ部１１は、作動流体の流れる方向によっては、シールリップ部１１が開く方向に力を受けることとなる。その場合、シールリップ部１１が開くのを遮るものなないため、開き過ぎてしまい、破損してしまう可能性がある。

【0033】

一方、本実施形態の方向制御弁１においては、溝部１６が、軸部本体１２の周方向に間欠的に設けられているので、例え、溝部１６と封止部７が対向していたとしても、シールリップ部１１は、他の部分において、軸部本体１２によって支持させていることとなる。

【0034】

そのため、シールリップ部１１は、溝部１６に跨乗されている部分において、両持ち梁の様な状態となっており、シールリップ部１１を開こうとする力に対して、反力が働くこととなる。それによって、シールリップ部１１が開き過ぎることを防止され、シールリップ部１１の破損が回避されることとなる。

【0035】

以上、本発明を、上記実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

【0036】

（１）上記実施形態においては、流路１６を介してＢＴ接続をしたが、流路１６を設ける替わりに室６_Ｎを戻りポート１０_Ｔと連通させることでＢＴ接続できる様にしてもよい。

【0037】

（２）上記実施形態においては、外筒部２内を複数の室６に区画する隔壁として、シールケース８を設け、該隔壁を、外筒部２や封止部７とは、別体として設けたが、該隔壁を、外筒部２や封止部７と一体として設けることも可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 方向制御弁 ２ 外筒部 ３ 摺動軸部
４ 制御軸 ５ 発条軸 ６ 室
７ 封止部 ８ シールケース ９ スペーサ
１０ ポート １１ シールリップ部 １２ 軸部本体
１３ 制御ヒンジ １４ 把持部 １５ 発条
１６ 溝部 １７ 流路 １８ 出入口

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】