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JP6913659B2 - Spool valve device - Google Patents

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JP6913659B2 JP2018146673A JP2018146673A JP6913659B2 JP 6913659 B2 JP6913659 B2 JP 6913659B2 JP 2018146673 A JP2018146673 A JP 2018146673A JP 2018146673 A JP2018146673 A JP 2018146673A JP 6913659 B2 JP6913659 B2 JP 6913659B2
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Description

本発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧システム(液圧システム)の方向制御弁、圧力制御弁、流量制御弁等として用いられるスプール弁装置に関する。 The present invention relates to a spool valve device used as a directional control valve, a pressure control valve, a flow rate control valve, or the like of a hydraulic system (hydraulic pressure system) mounted on a construction machine such as a hydraulic excavator.

一般に、油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械には、油圧駆動装置(液圧駆動装置)とも呼ばれる油圧システム(液圧システム)が搭載されている。このような油圧システムは、例えば、油圧ポンプ等の油圧源(液圧源)と、油圧源から供給される圧油により駆動される油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータ(液圧アクチュエータ)と、油圧源と油圧アクチュエータとの間に設けられ油圧アクチュエータに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁等のスプール弁(スプール弁装置)とを含んで構成されている。 In general, construction machines such as hydraulic excavators, hydraulic cranes, and wheel loaders are equipped with a hydraulic system (hydraulic system), which is also called a hydraulic drive device (hydraulic drive device). Such a hydraulic system includes, for example, a hydraulic source (hydraulic pressure source) such as a hydraulic pump, a hydraulic motor driven by pressure oil supplied from the hydraulic source, and a hydraulic actuator (hydraulic actuator) such as a hydraulic cylinder. It is configured to include a spool valve (spool valve device) such as a directional control valve provided between the hydraulic source and the hydraulic actuator to switch between supply and discharge of pressure oil to the hydraulic actuator.

ここで、油圧システムに用いられるスプール弁は、入力された指令に応じてスプールと呼ばれる弁体を軸方向に変位させることで開口量を調整し、油圧システムの流速、圧力および方向を制御する役割を持っている。また、スプール(のランド)には、流量制御性能の向上、油撃抑制のために、ノッチと呼ばれる切り欠きが設けられている。ノッチは、スプールの位置に応じて、ハウジングとの間で流路面積が他の部分よりも小さくなる絞り部を形成するものである。 Here, the spool valve used in the hydraulic system has a role of adjusting the opening amount by displacing the valve body called the spool in the axial direction in response to an input command and controlling the flow velocity, pressure and direction of the hydraulic system. have. In addition, the spool (land) is provided with a notch called a notch in order to improve the flow rate control performance and suppress oil impact. The notch forms a throttle portion with the housing whose flow path area is smaller than that of other portions, depending on the position of the spool.

このような絞り部(ノッチ)を作動油等の液体が通過するとき、ベルヌーイの法則に従い流速が急激に増加し、同時に圧力が急激に低下する。このとき、この急激な圧力低下に伴って、液体の圧力が、その液体の種類(液種)によって決定される飽和蒸気圧よりも低くなると、液体中に気泡が発生し膨張するキャビテーションが発生する。さらに、絞り部で発生した気泡は、高速流体噴流(キャビテーション噴流)に乗って絞り部の下流側へと流される。 When a liquid such as hydraulic oil passes through such a throttle portion (notch), the flow velocity sharply increases and at the same time the pressure sharply drops according to Bernoulli's principle. At this time, if the pressure of the liquid becomes lower than the saturated vapor pressure determined by the type (liquid type) of the liquid due to this sudden pressure drop, cavitation occurs in which bubbles are generated in the liquid and the liquid expands. .. Further, the bubbles generated in the throttle portion are carried on the high-speed fluid jet (cavitation jet) and flowed to the downstream side of the throttle portion.

このとき、キャビテーションの発生部の圧力Pcとこれよりも下流部の圧力Pdとの関係はPc<Pdであるため、下流に流される気泡周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、これが機器部材表面を損傷させ、エロージョン(壊食)が発生する可能性がある。このエロージョンが弁体または弁構成部品に生じると、機器の信頼性が低下する可能性がある。 At this time, since the relationship between the pressure Pc at the cavitation generating portion and the pressure Pd at the downstream portion is Pc <Pd, the pressure around the bubbles flowing downstream gradually recovers, and the bubbles eventually recover. It is crushed by the pressure. Then, at the moment when the bubbles are crushed and collapsed, a high impact pressure is locally generated, which may damage the surface of the equipment member and cause erosion (erosion). If this erosion occurs on the valve body or valve components, the reliability of the equipment can be reduced.

このようなエロージョンの抑制を図る技術として、例えば、特許文献1には、絞り部で発生したキャビテーション噴流が衝突するスプール壁面に環状溝を設け、この環状溝内にキャビテーション噴流の気泡を溜めるようにした流量制御弁が記載されている。 As a technique for suppressing such erosion, for example, in Patent Document 1, an annular groove is provided on the spool wall surface where the cavitation jet generated in the throttle portion collides, and bubbles of the cavitation jet are accumulated in the annular groove. The flow control valve is described.

特開2010−144654号公報JP-A-2010-144654

ところで、図13は、スプール101の段差面102に環状溝103が設けられた比較例を示している。即ち、比較例では、スプール101のエッジ104とハウジング105とにより形成される環状の絞り部106で生じるキャビテーション噴流の衝突部位に、環状溝103が設けられている。この構成の場合、油の流れは、環状の絞り部106から環状溝103に流入し、この環状溝103内で激しい乱流場を形成した後、環状溝103から下流側へ流出する。このため、スプール弁を通過する油の流れは、図13に矢印で示すように複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。 By the way, FIG. 13 shows a comparative example in which the annular groove 103 is provided on the stepped surface 102 of the spool 101. That is, in the comparative example, the annular groove 103 is provided at the collision portion of the cavitation jet generated by the annular throttle portion 106 formed by the edge 104 of the spool 101 and the housing 105. In the case of this configuration, the oil flow flows from the annular throttle portion 106 into the annular groove 103, forms a violent turbulent field in the annular groove 103, and then flows out from the annular groove 103 to the downstream side. Therefore, the flow of oil passing through the spool valve may form a complicated streamline as shown by an arrow in FIG. 13, and the flow loss may increase.

次に、スプール101にノッチ107が設けられている場合を考える。この場合、図示は省略するが、ノッチ107のみを通じて油が下流側に流れているときに、ハウジング105とノッチ107とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面102のうちノッチ107と対面する部位のみに限定される。このとき、段差面102に環状溝103が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝103が大き過ぎて、環状溝103に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。 Next, consider the case where the spool 101 is provided with the notch 107. In this case, although not shown, when the oil is flowing downstream only through the notch 107, the portion where the cavitation jet generated in the throttle portion formed by the housing 105 and the notch 107 collides is the stepped surface 102. Of these, it is limited to the part facing the notch 107. At this time, if the annular groove 103 is provided on the stepped surface 102, the annular groove 103 is too large for the cavitation jet, and air bubbles cannot be sufficiently accumulated in the annular groove 103, so that erosion may not be suppressed. There is.

また、絞り部がノッチ107とハウジング105とにより形成される場合は、キャビテーション噴流が特定の部位に集中的に衝突するのに対して、エッジ104とハウジング105とにより環状の絞り部106が形成される場合は、キャビテーション噴流が環状のエッジ104を起点に放射状に発生する。これにより、キャビテーション噴流は、下流部の広範囲に分散して衝突する。このため、エロージョン発生への寄与が大きい流れ状態は、ノッチ107により絞り部が形成されているときである。従って、これらを踏まえると、特許文献1の環状溝の技術を採用しても、エロージョン抑制効果を十分に得られず、かつ、不必要な流れ損失を生じさせる可能性が高いと考えられる。 Further, when the throttle portion is formed by the notch 107 and the housing 105, the cavitation jet intensively collides with a specific portion, whereas the edge 104 and the housing 105 form an annular throttle portion 106. If so, cavitation jets are generated radially starting from the annular edge 104. As a result, the cavitation jets are dispersed and collide with each other over a wide area in the downstream part. Therefore, the flow state in which the contribution to the generation of erosion is large is when the throttle portion is formed by the notch 107. Therefore, based on these, it is considered that even if the technique of the annular groove of Patent Document 1 is adopted, the erosion suppressing effect cannot be sufficiently obtained and there is a high possibility that an unnecessary flow loss is generated.

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できるスプール弁装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a spool valve device capable of both suppressing erosion and suppressing flow loss.

本発明のスプール弁装置は、スプール摺動穴を有し、前記スプール摺動穴の軸方向にそれぞれ離間して複数のポートが設けられた筒状のハウジングと、前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられている。 The spool valve device of the present invention has a tubular housing having a spool sliding hole and having a plurality of ports separated from each other in the axial direction of the spool sliding hole, and a spool sliding hole of the housing. A spool that is movably inserted and has a large diameter portion that serves as a land for communicating or blocking between the ports and a small diameter portion that serves as a constriction are provided adjacent to each other in the axial direction, and the large diameter portion of the spool. A notch located at the boundary between the stepped surface connecting the portion and the small diameter portion and the large diameter portion and provided in the large diameter portion to communicate between the ports at a small flow rate when the spool moves. In the spool valve device provided with the above, the gas contained in the working fluid is used as bubbles on the stepped surface of the spool where the hydraulic oil flowing from the port on the high pressure side collides when the respective ports communicate with each other through the notch. There is a bottomed hole for storing.

本発明によれば、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。 According to the present invention, both suppression of erosion and suppression of flow loss can be achieved at the same time.

第1の実施の形態によるスプール弁装置が搭載された油圧ショベルを示す正面図である。It is a front view which shows the hydraulic excavator which mounted the spool valve device by 1st Embodiment. 油圧アクチュエータ、油圧ポンプ、レバー操作装置、スプール弁装置等を示す油圧アクチュエータ駆動用の油圧回路図である。It is a hydraulic circuit diagram for driving a hydraulic actuator which shows a hydraulic actuator, a hydraulic pump, a lever operation device, a spool valve device and the like. スプール弁装置のハウジング、スプール等を示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows the housing, the spool and the like of a spool valve device. 図3中の(IV)部を拡大した断面図である。It is an enlarged cross-sectional view of part (IV) in FIG. スプールのノッチによる絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows the flow of the working fluid which flows through the throttle part by the notch of a spool. スプールのエッジによる環状の絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows the flow of the working fluid which flows through the annular throttle part by the edge of a spool. 第2の実施の形態による有底穴等を示す図4と同様位置の断面図である。It is sectional drawing at the same position as FIG. 4 which shows the bottomed hole and the like by 2nd Embodiment. 第3の実施の形態によるスプール弁装置のハウジング、スプール等を示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows the housing, the spool and the like of the spool valve device by 3rd Embodiment. 図8中の矢示IX−IX方向からみた拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view seen from the arrow IX-IX direction in FIG. 図8中の(X)部を拡大した断面図である。It is an enlarged cross-sectional view of the part (X) in FIG. スプールのノッチによる絞り部を通じて流れる作動流体の流れを示す図10と同様の断面図である。It is the same cross-sectional view as FIG. 10 which shows the flow of the working fluid which flows through the throttle part by the notch of a spool. 第3の実施の形態による有底穴等を示す図11と同様位置の断面図である。It is sectional drawing of the same position as FIG. 11 which shows the bottomed hole and the like according to 3rd Embodiment. 比較例による作動流体の流れを示す図6と同様位置の要部断面図である。It is a cross-sectional view of a main part at a position similar to FIG. 6 showing the flow of a working fluid according to a comparative example.

以下、本発明のスプール弁装置の実施の形態を、油圧ショベルに搭載された方向制御弁に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the spool valve device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the embodiment of the spool valve device of the present invention is applied to a directional control valve mounted on a hydraulic excavator.

図1ないし図6は、第1の実施の形態を示している。図1において、建設機械の代表例である油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に設けられた旋回装置3と、下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置5とを含んで構成されている。この場合、下部走行体2と上部旋回体4は、油圧ショベル1の車体を構成している。 1 to 6 show the first embodiment. In FIG. 1, the hydraulic excavator 1, which is a typical example of a construction machine, has a self-propelled crawler-type lower traveling body 2, a swivel device 3 provided on the lower traveling body 2, and swivel on the lower traveling body 2. The upper swivel body 4 mounted so as to be swivelable via the device 3 and a work device 5 having an articulated structure provided on the front side of the upper swivel body 4 and performing excavation work and the like are included. In this case, the lower traveling body 2 and the upper turning body 4 constitute the vehicle body of the hydraulic excavator 1.

下部走行体2は、例えば、履帯2Aと、該履帯2Aを周回駆動させることにより油圧ショベル1を走行させる左,右の走行用油圧モータ(図示せず)とを含んで構成されている。下部走行体2は、後述のメイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ(油圧アクチュエータ)である走行用油圧モータが回転することにより、上部旋回体4および作業装置5と共に走行する。 The lower traveling body 2 includes, for example, a crawler belt 2A and left and right traveling hydraulic motors (not shown) for traveling the hydraulic excavator 1 by orbiting the crawler belt 2A. The lower traveling body 2 is formed by rotating the traveling hydraulic motor, which is a hydraulic motor (hydraulic actuator), based on the supply of pressure oil from the main hydraulic pump 13 (see FIG. 2) described later. It travels with the work device 5.

作業機またはフロントとも呼ばれる作業装置5は、例えば、ブーム5A、アーム5B、作業具としてのバケット5Cと、これらを駆動する油圧アクチュエータ(液圧アクチュエータ)としてのブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ(作業具シリンダ)5Fとを含んで構成されている。作業装置5は、メイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧シリンダであるシリンダ5D,5E,5Fが伸長または縮小することにより、俯仰の動作をする。なお、後述の図2の油圧回路図では、図面が複雑になることを避けるために、主としてブームシリンダ5Dに関する油圧回路を示しており、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、前述の左,右の走行用油圧モータ、後述の旋回用油圧モータに関する油圧回路を省略している。 The working device 5, which is also called a working machine or a front, includes, for example, a boom 5A, an arm 5B, a bucket 5C as a working tool, and a boom cylinder 5D, an arm cylinder 5E, and a bucket cylinder as a hydraulic actuator (hydraulic actuator) for driving them. (Working tool cylinder) 5F is included. The working device 5 operates in an up-and-down manner by expanding or contracting the cylinders 5D, 5E, and 5F, which are hydraulic cylinders, based on the supply of pressure oil from the main hydraulic pump 13 (see FIG. 2). In the hydraulic circuit diagram of FIG. 2 described later, the hydraulic circuit mainly related to the boom cylinder 5D is shown in order to avoid complicating the drawing, and the arm cylinder 5E, the bucket cylinder 5F, and the above-mentioned left and right traveling The hydraulic circuit related to the hydraulic motor for turning and the hydraulic motor for turning described later is omitted.

上部旋回体4は、旋回軸受、旋回用油圧モータ、減速機構等を含んで構成される旋回装置3を介して、下部走行体2上に搭載されている。上部旋回体4は、メイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ(油圧アクチュエータ)である旋回用油圧モータが回転することにより、下部走行体2上で作業装置5と共に旋回する。上部旋回体4は、上部旋回体4の支持構造体(ベースフレーム)となる旋回フレーム6と、旋回フレーム6上に搭載されたキャブ7、カウンタウエイト8等とを含んで構成されている。この場合、旋回フレーム6上には、エンジン12に加えて、図2に示す油圧ポンプ13,19、作動油タンク14等が搭載されている。 The upper swivel body 4 is mounted on the lower traveling body 2 via a swivel device 3 including a swivel bearing, a swivel hydraulic motor, a speed reduction mechanism, and the like. The upper swivel body 4 works on the lower traveling body 2 by rotating a swivel hydraulic motor, which is a hydraulic motor (hydraulic actuator), based on the supply of pressure oil from the main hydraulic pump 13 (see FIG. 2). Turn with the device 5. The upper swivel body 4 includes a swivel frame 6 that serves as a support structure (base frame) for the upper swivel body 4, a cab 7 mounted on the swivel frame 6, a counterweight 8, and the like. In this case, in addition to the engine 12, the hydraulic pumps 13, 19 and the hydraulic oil tank 14 shown in FIG. 2 are mounted on the swivel frame 6.

旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2に取付けられている。旋回フレーム6の前部左側には、内部が運転室となったキャブ7が設けられている。旋回フレーム6の後端側には、作業装置5との重量バランスをとるためのカウンタウエイト8が設けられている。キャブ7とカウンタウエイト8との間は、エンジン12、油圧ポンプ13,19(図2参照)等が収容される機械室9となっている。さらに、上部旋回体4(旋回フレーム6)のほぼ中央(中心)には、後述の制御弁装置21が設置されている。 The swivel frame 6 is attached to the lower traveling body 2 via the swivel device 3. A cab 7 having a driver's cab inside is provided on the left side of the front portion of the swivel frame 6. A counterweight 8 for balancing the weight with the working device 5 is provided on the rear end side of the swivel frame 6. Between the cab 7 and the counterweight 8, there is a machine room 9 in which an engine 12, hydraulic pumps 13, 19 (see FIG. 2) and the like are housed. Further, a control valve device 21 described later is installed at substantially the center (center) of the upper swing body 4 (swing frame 6).

ここで、キャブ7内には、オペレータが着席する運転席(図示せず)が設けられている。運転席の周囲には、油圧ショベル1を操作するための操作装置(図2にブーム用レバー操作装置22のみ図示)が設けられている。操作装置は、例えば、運転席の前側に設けられた左,右の走行用レバー・ペダル操作装置と、運転席の左右両側にそれぞれ設けられた左,右の作業用レバー操作装置とを含んで構成されている。 Here, a driver's seat (not shown) in which the operator is seated is provided in the cab 7. An operating device for operating the hydraulic excavator 1 (only the boom lever operating device 22 is shown in FIG. 2) is provided around the driver's seat. The operating devices include, for example, left and right traveling lever / pedal operating devices provided on the front side of the driver's seat and left and right working lever operating devices provided on both the left and right sides of the driver's seat, respectively. It is configured.

左,右の走行用レバー・ペダル操作装置は、下部走行体2を走行させるときにオペレータにより操作される。左,右の作業用レバー操作装置は、作業装置5を動作させるとき、および、上部旋回体4を旋回させるときにオペレータにより操作される。なお、後述の図2の油圧回路図では、各種の操作装置(走行用操作装置および作業用操作装置)のうち作業装置5のブーム5Aを操作(揺動)するためのブーム用レバー操作装置22のみを示している(左,右の走行用レバー・ペダル操作装置、旋回用レバー操作装置、アーム用レバー操作装置、バケット用レバー操作装置等を省略している)。ブーム用レバー操作装置22は、例えば、右側の作業用レバー操作装置の前後方向の操作に対応するものである。 The left and right traveling lever / pedal operating devices are operated by the operator when the lower traveling body 2 is driven. The left and right work lever operating devices are operated by the operator when operating the working device 5 and when turning the upper swivel body 4. In the hydraulic circuit diagram of FIG. 2 described later, the boom lever operating device 22 for operating (swinging) the boom 5A of the working device 5 among various operating devices (traveling operating device and working operating device). Only (left and right traveling lever / pedal operating devices, turning lever operating devices, arm lever operating devices, bucket lever operating devices, etc. are omitted). The boom lever operating device 22 corresponds to, for example, the operation of the working lever operating device on the right side in the front-rear direction.

操作装置は、オペレータの操作(レバー操作、ペダル操作)に応じたパイロット信号(パイロット圧)を、複数の方向制御弁(図2にブーム用方向制御弁31のみ図示)からなる制御弁装置21に出力する。これにより、オペレータは、走行用油圧モータ、作業装置5のシリンダ5D,5E,5F、旋回装置3の旋回用油圧モータを動作(駆動)させることができる。なお、後述の図2の油圧回路図では、制御弁装置21を構成する複数の方向制御弁のうち、ブーム用方向制御弁31のみを示している(例えば、左走行用方向制御弁、右走行用方向制御弁、旋回用方向制御弁、アーム用方向制御弁、バケット用方向制御弁等を省略している)。 The operating device sends a pilot signal (pilot pressure) according to an operator's operation (lever operation, pedal operation) to a control valve device 21 composed of a plurality of directional control valves (only the boom directional control valve 31 is shown in FIG. 2). Output. As a result, the operator can operate (drive) the traveling hydraulic motor, the cylinders 5D, 5E, 5F of the working device 5, and the turning hydraulic motor of the turning device 3. In the hydraulic circuit diagram of FIG. 2 described later, only the boom directional control valve 31 is shown among the plurality of directional control valves constituting the control valve device 21 (for example, the left traveling directional control valve and the right traveling direction control valve). Direction control valve for use, direction control valve for turning, direction control valve for arm, direction control valve for bucket, etc. are omitted).

次に、油圧ショベル1を駆動するための油圧駆動装置(油圧システム)について、図1に加え、図2も参照しつつ説明する。 Next, a hydraulic drive device (hydraulic system) for driving the hydraulic excavator 1 will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG.

図2に示すように、油圧ショベル1は、メイン油圧ポンプ13から供給される圧油に基づいて油圧ショベル1を動作(駆動)させる油圧回路11を備えている。油圧回路11は、油圧アクチュエータ(以下、単にシリンダ5Dともいう)を含むメイン油圧回路11Aと、シリンダ5Dを操作するためのパイロット油圧回路11Bとを含んで構成されている。 As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator 1 includes a hydraulic circuit 11 that operates (drives) the hydraulic excavator 1 based on the pressure oil supplied from the main hydraulic pump 13. The hydraulic circuit 11 includes a main hydraulic circuit 11A including a hydraulic actuator (hereinafter, also simply referred to as a cylinder 5D) and a pilot hydraulic circuit 11B for operating the cylinder 5D.

即ち、油圧回路11は、シリンダ5Dと、エンジン12(図1参照)と、メイン油圧ポンプ13と、タンクとしての作動油タンク14と、パイロット油圧ポンプ19と、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)と、操作装置(以下、単にレバー操作装置22ともいう)とを含んで構成されている。そして、油圧回路11のメイン油圧回路11Aは、シリンダ5Dに加え、エンジン12と、メイン油圧ポンプ13と、作動油タンク14と、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)と、ポンプ管路としてのメイン吐出管路15と、タンク管路としての戻り管路16と、一側アクチュエータ管路としてのボトム側管路17と、他側アクチュエータ管路としてのロッド側管路18とを備えている。一方、油圧回路11のパイロット油圧回路11Bは、エンジン12と、パイロット油圧ポンプ19と、作動油タンク14と、レバー操作装置22と、パイロット吐出管路20と、一側パイロット管路としての伸長側パイロット管路23と、他側パイロット管路としての縮小側パイロット管路24とを備えている。 That is, the hydraulic circuit 11 includes a cylinder 5D, an engine 12 (see FIG. 1), a main hydraulic pump 13, a hydraulic oil tank 14 as a tank, a pilot hydraulic pump 19, and a control valve device 21 (boom direction control). The valve 31) and an operating device (hereinafter, also simply referred to as a lever operating device 22) are included. Then, in addition to the cylinder 5D, the main hydraulic circuit 11A of the hydraulic circuit 11 includes an engine 12, a main hydraulic pump 13, a hydraulic oil tank 14, a control valve device 21 (boom direction control valve 31), and a pump pipeline. A main discharge line 15 as a tank line, a return line 16 as a tank line, a bottom line 17 as a one-side actuator line, and a rod-side line 18 as the other actuator line. There is. On the other hand, the pilot hydraulic circuit 11B of the hydraulic circuit 11 includes an engine 12, a pilot hydraulic pump 19, a hydraulic oil tank 14, a lever operating device 22, a pilot discharge pipe 20, and an extension side as a one-side pilot pipe. The pilot line 23 and the reduced side pilot line 24 as the other side pilot line are provided.

エンジン12(図1参照)は、旋回フレーム6に搭載されている。エンジン12は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。エンジン12の出力側には、メイン油圧ポンプ13、および、パイロット油圧ポンプ19が取付けられている。これら油圧ポンプ13,19は、エンジン12によって回転駆動される。なお、油圧ポンプ13,19を駆動するための駆動源(動力源)は、内燃機関となるエンジン12単体で構成できる他、例えば、エンジンと電動モータ、または、電動モータ単体により構成してもよい。 The engine 12 (see FIG. 1) is mounted on the swivel frame 6. The engine 12 is composed of an internal combustion engine such as a diesel engine. A main hydraulic pump 13 and a pilot hydraulic pump 19 are attached to the output side of the engine 12. These hydraulic pumps 13 and 19 are rotationally driven by the engine 12. The drive source (power source) for driving the hydraulic pumps 13 and 19 can be composed of an engine 12 alone as an internal combustion engine, or may be composed of, for example, an engine and an electric motor, or an electric motor alone. ..

メイン油圧ポンプ13は、エンジン12に機械的に(即ち、動力伝達可能に)接続されている。メイン油圧ポンプ13は、シリンダ5Dを含むメイン油圧回路11Aに圧油を供給する。メイン油圧ポンプ13は、例えば、可変容量型の油圧ポンプ、より具体的には、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。なお、図2では、メイン油圧ポンプ13を1台の油圧ポンプで示しているが、例えば、2台以上の複数の油圧ポンプにより構成することができる。 The main hydraulic pump 13 is mechanically (ie, power transferable) connected to the engine 12. The main hydraulic pump 13 supplies pressure oil to the main hydraulic circuit 11A including the cylinder 5D. The main hydraulic pump 13 is composed of, for example, a variable displacement hydraulic pump, more specifically, a variable displacement swash plate type, sloping shaft type or radial piston type hydraulic pump. Although the main hydraulic pump 13 is shown by one hydraulic pump in FIG. 2, for example, it can be configured by a plurality of two or more hydraulic pumps.

メイン油圧ポンプ13は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)を介してシリンダ5Dに接続されている。メイン油圧ポンプ13は、シリンダ5Dに圧油を供給する。なお、図示は省略するが、メイン油圧ポンプ13は、例えば、ブームシリンダ5Dの他、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fにも圧油を供給する。 The main hydraulic pump 13 is connected to the cylinder 5D via a control valve device 21 (boom directional control valve 31). The main hydraulic pump 13 supplies pressure oil to the cylinder 5D. Although not shown, the main hydraulic pump 13 supplies pressure oil to, for example, the boom cylinder 5D, the traveling hydraulic motor, the turning hydraulic motor, the arm cylinder 5E, and the bucket cylinder 5F.

メイン油圧ポンプ13は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてメイン吐出管路15に吐出する。メイン吐出管路15に吐出された圧油は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)を介してブームシリンダ5D(のボトム側油室またはロッド側油室)に供給され、ブームシリンダ5D(のロッド側油室またはボトム側油室)の圧油は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)および戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。このように、メイン油圧ポンプ13は、作動油を貯留する作動油タンク14と共に、メインの油圧源を構成している。 The main hydraulic pump 13 discharges the hydraulic oil stored in the hydraulic oil tank 14 to the main discharge pipeline 15 as pressure oil. The pressure oil discharged to the main discharge line 15 is supplied to the boom cylinder 5D (bottom side oil chamber or rod side oil chamber) via the control valve device 21 (boom direction control valve 31), and is supplied to the boom cylinder 5D. The pressure oil in (the rod side oil chamber or the bottom side oil chamber) returns to the hydraulic oil tank 14 via the control valve device 21 (boom direction control valve 31) and the return pipeline 16. As described above, the main hydraulic pump 13 constitutes the main hydraulic source together with the hydraulic oil tank 14 for storing the hydraulic oil.

パイロット油圧ポンプ19は、メイン油圧ポンプ13と同様に、エンジン12に機械的に接続されている。パイロット油圧ポンプ19は、シリンダ5Dを操作するためのパイロット油圧回路11Bに圧油を供給する。パイロット油圧ポンプ19は、例えば、固定容量型の歯車ポンプまたは斜板式油圧ポンプによって構成されている。パイロット油圧ポンプ19は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてパイロット吐出管路20に吐出する。即ち、パイロット油圧ポンプ19は、作動油タンク14と共にパイロット油圧源を構成している。 The pilot hydraulic pump 19 is mechanically connected to the engine 12 like the main hydraulic pump 13. The pilot hydraulic pump 19 supplies pressure oil to the pilot hydraulic circuit 11B for operating the cylinder 5D. The pilot hydraulic pump 19 is composed of, for example, a fixed-capacity gear pump or a swash plate hydraulic pump. The pilot hydraulic pump 19 discharges the hydraulic oil stored in the hydraulic oil tank 14 to the pilot discharge pipeline 20 as pressure oil. That is, the pilot hydraulic pump 19 constitutes a pilot hydraulic source together with the hydraulic oil tank 14.

パイロット油圧ポンプ19は、レバー操作装置22と接続されている。パイロット油圧ポンプ19は、レバー操作装置22に圧油(1次圧)を供給する。この場合、パイロット油圧ポンプ19の圧油は、レバー操作装置22を介して、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31B)に供給される。 The pilot hydraulic pump 19 is connected to the lever operating device 22. The pilot hydraulic pump 19 supplies pressure oil (primary pressure) to the lever operating device 22. In this case, the pressure oil of the pilot hydraulic pump 19 is supplied to the control valve device 21 (hydraulic pilot units 31A and 31B of the boom directional control valve 31) via the lever operating device 22.

制御弁装置21は、ブーム用方向制御弁31を含む複数の方向制御弁からなる制御弁群である。制御弁装置21は、メイン油圧ポンプ13から吐出された圧油を、ブーム用レバー操作装置22を含む各種の操作装置の操作に応じて、ブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、走行用油圧モータ、および、旋回用油圧モータに分配する。なお、以下の説明は、ブーム用方向制御弁31(以下、単に方向制御弁31ともいう)を制御弁装置21の代表例として説明する。 The control valve device 21 is a control valve group including a plurality of directional control valves including a boom directional control valve 31. The control valve device 21 uses the pressure oil discharged from the main hydraulic pump 13 for the boom cylinder 5D, the arm cylinder 5E, the bucket cylinder 5F, and the traveling according to the operation of various operating devices including the boom lever operating device 22. It is distributed to the hydraulic motor and the turning hydraulic motor. In the following description, the boom directional control valve 31 (hereinafter, also simply referred to as a directional control valve 31) will be described as a typical example of the control valve device 21.

方向制御弁31は、キャブ7内に配置されたレバー操作装置22の操作による切換信号(パイロット圧)に応じて、メイン油圧ポンプ13からシリンダ5Dに供給される圧油の方向を制御する。これにより、シリンダ5Dは、メイン油圧ポンプ13から供給(吐出)される圧油(作動油)によって駆動(伸長、縮小)される。方向制御弁31は、パイロット操作式の方向制御弁、例えば、5ポート3位置(または、6ポート3位置、4ポート3位置)の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。 The directional control valve 31 controls the direction of the pressure oil supplied from the main hydraulic pump 13 to the cylinder 5D in response to a switching signal (pilot pressure) operated by the lever operating device 22 arranged in the cab 7. As a result, the cylinder 5D is driven (expanded and contracted) by the pressure oil (hydraulic oil) supplied (discharged) from the main hydraulic pump 13. The directional control valve 31 is composed of a pilot-operated directional control valve, for example, a hydraulic pilot type directional control valve at 5 ports and 3 positions (or 6 ports and 3 positions and 4 ports and 3 positions).

方向制御弁31は、メイン油圧ポンプ13とシリンダ5Dとの間でシリンダ5Dに対する圧油の供給と排出を切換えることにより、シリンダ5Dを伸長または縮小させる。方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31Bには、レバー操作装置22の操作に基づく切換信号(パイロット圧)が供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B),(C)に切換操作される。 The directional control valve 31 expands or contracts the cylinder 5D by switching between supply and discharge of pressure oil to the cylinder 5D between the main hydraulic pump 13 and the cylinder 5D. A switching signal (pilot pressure) based on the operation of the lever operating device 22 is supplied to the hydraulic pilot units 31A and 31B of the directional control valve 31. As a result, the directional control valve 31 is switched from the neutral position (A) to the switching positions (B) and (C).

レバー操作装置22は、上部旋回体4のキャブ7内に配置されている。レバー操作装置22は、例えば、レバー式の減圧弁型パイロット弁により構成されている。レバー操作装置22には、パイロット油圧ポンプ19からの圧油(1次圧)がパイロット吐出管路20を通じて供給される。レバー操作装置22は、オペレータのレバー操作に応じたパイロット圧(2次圧)を、伸長側パイロット管路23または縮小側パイロット管路24を介して方向制御弁31に出力する。 The lever operating device 22 is arranged in the cab 7 of the upper swing body 4. The lever operating device 22 is composed of, for example, a lever-type pressure reducing valve type pilot valve. Pressure oil (primary pressure) from the pilot hydraulic pump 19 is supplied to the lever operating device 22 through the pilot discharge line 20. The lever operating device 22 outputs the pilot pressure (secondary pressure) corresponding to the operator's lever operation to the directional control valve 31 via the extension side pilot line 23 or the reduction side pilot line 24.

即ち、レバー操作装置22は、オペレータによって操作されることにより、その操作量に比例したパイロット圧を方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31Bに供給(出力)する。例えば、レバー操作装置22がシリンダ5Dを伸長させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを上げるための上げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧は、伸長側パイロット管路23を介して方向制御弁31の油圧パイロット部31Aに供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がボトム側管路17を介してシリンダ5Dのボトム側油室に供給され、シリンダ5Dのロッド側油室の圧油がロッド側管路18、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。 That is, the lever operating device 22 supplies (outputs) a pilot pressure proportional to the amount of operation to the hydraulic pilot units 31A and 31B of the directional control valve 31 by being operated by the operator. For example, when the lever operating device 22 is operated in the direction of extending the cylinder 5D (that is, when the raising operation for raising the boom 5A is performed), the pilot pressure generated by this operation is the extension side pilot pipeline 23. It is supplied to the hydraulic pilot unit 31A of the directional control valve 31 via. As a result, the directional control valve 31 is switched from the neutral position (A) to the switching position (B), and the pressure oil from the main hydraulic pump 13 is supplied to the bottom side oil chamber of the cylinder 5D via the bottom side pipeline 17. Then, the pressure oil in the rod side oil chamber of the cylinder 5D returns to the hydraulic oil tank 14 via the rod side pipeline 18 and the return pipeline 16.

これに対して、例えば、レバー操作装置22がシリンダ5Dを縮小させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを下げるための下げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧は、縮小側パイロット管路24を介して方向制御弁31の油圧パイロット部31Bに供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(C)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がロッド側管路18を介してシリンダ5Dのロッド側油室に供給され、シリンダ5Dのボトム側油室の圧油がボトム側管路17、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。 On the other hand, for example, when the lever operating device 22 is operated in the direction of reducing the cylinder 5D (that is, when the lowering operation for lowering the boom 5A is performed), the pilot pressure generated by this operation is reduced. It is supplied to the hydraulic pilot portion 31B of the directional control valve 31 via the side pilot pipeline 24. As a result, the directional control valve 31 is switched from the neutral position (A) to the switching position (C), and the pressure oil from the main hydraulic pump 13 is supplied to the rod side oil chamber of the cylinder 5D via the rod side pipeline 18. Then, the pressure oil in the bottom side oil chamber of the cylinder 5D returns to the hydraulic oil tank 14 via the bottom side pipeline 17 and the return pipeline 16.

次に、スプール弁装置としての方向制御弁31について、図1および図2に加え、図3ないし図6も参照しつつ説明する。 Next, the directional control valve 31 as the spool valve device will be described with reference to FIGS. 3 to 6 in addition to FIGS. 1 and 2.

スプール弁とも呼ばれる方向制御弁31は、油圧源(メイン油圧ポンプ13および作動油タンク14)と油圧アクチュエータ(シリンダ5D)との間に設けられている。方向制御弁31は、スプール39を図2の(A)に示す中立位置から例えば(B)または(C)に示す切換位置に摺動変位させることにより、シリンダ5Dに供給、排出する圧油の方向および流量を制御する。図3に示すように、方向制御弁31は、ハウジング32と、スプール39とを含んで構成されている。 The directional control valve 31, also called a spool valve, is provided between the hydraulic source (main hydraulic pump 13 and hydraulic oil tank 14) and the hydraulic actuator (cylinder 5D). The directional control valve 31 slides and displaces the spool 39 from the neutral position shown in FIG. 2 (A) to the switching position shown in (B) or (C), for example, to supply and discharge the pressure oil to the cylinder 5D. Control direction and flow rate. As shown in FIG. 3, the directional control valve 31 includes a housing 32 and a spool 39.

ハウジング32は、方向制御弁31の弁本体(弁ハウジング)を構成するものである。ハウジング32は、筒状に形成されており、ハウジング32の内周側は、スプール摺動穴33となっている。即ち、ハウジング32は、軸方向(図3の左,右方向)に延びる弁収容穴としてのスプール摺動穴33を有している。ハウジング32の一側(例えば、図3の右側)には、スプール摺動穴33の一側開口に対面するように一側キャップ(図示せず)が取付けられており、ハウジング32の他側(例えば、図3の左側)には、スプール摺動穴33の他側開口に対面するように他側キャップ(図示せず)が取付けられている。両方のキャップ内または片方のキャップ内には、スプールを中立位置(A)に保持するためのセンタリングスプリング31C,31D(図2参照)が設けられている。 The housing 32 constitutes the valve body (valve housing) of the directional control valve 31. The housing 32 is formed in a tubular shape, and the inner peripheral side of the housing 32 is a spool sliding hole 33. That is, the housing 32 has a spool sliding hole 33 as a valve accommodating hole extending in the axial direction (left and right directions in FIG. 3). One side cap (not shown) is attached to one side of the housing 32 (for example, the right side in FIG. 3) so as to face the one side opening of the spool sliding hole 33, and the other side (not shown) of the housing 32 (for example). For example, on the left side of FIG. 3), a cap (not shown) on the other side is attached so as to face the opening on the other side of the spool sliding hole 33. Centering springs 31C and 31D (see FIG. 2) for holding the spool in the neutral position (A) are provided in both caps or in one cap.

図3に示すように、スプール摺動穴33には、複数の凹溝34,35が設けられている。この場合、スプール摺動穴33には、例えば5個の凹溝34,35、具体的には、軸方向中央部に位置する中央凹溝34、中央凹溝34よりも軸方向一側(図3の右側)に位置する一側凹溝35、一側凹溝35よりも軸方向一側(スプール摺動穴33の一端側)に位置する一端側凹溝(図示せず)、中央凹溝34よりも軸方向他側(図3の左側)に位置する他側凹溝(図示せず)、他側凹溝よりも軸方向他側(スプール摺動穴33の他端側)に位置する他端側凹溝(図示せず)が設けられている。なお、図3では、5個の凹溝34,35のうち、中央凹溝34とこの中央凹溝34よりも軸方向一側に設けられた一側凹溝35との2つの凹溝34,35を示している。 As shown in FIG. 3, the spool sliding hole 33 is provided with a plurality of recessed grooves 34, 35. In this case, the spool sliding hole 33 has, for example, five concave grooves 34, 35, specifically, the central concave groove 34 located at the central portion in the axial direction, and one side in the axial direction from the central concave groove 34 (FIG. One-sided concave groove 35 located on the right side of 3), one-sided concave groove (not shown) located on one side in the axial direction (one end side of the spool sliding hole 33), and fovea centralis. The other side concave groove (not shown) located on the other side in the axial direction (left side in FIG. 3) from 34, and located on the other side in the axial direction (the other end side of the spool sliding hole 33) than the other side concave groove. A concave groove (not shown) on the other end side is provided. In FIG. 3, of the five concave grooves 34, 35, two concave grooves 34, the central concave groove 34 and the one-side concave groove 35 provided on one side in the axial direction from the central concave groove 34, 35 is shown.

複数の凹溝34,35は、いずれもスプール摺動穴33の全周にわたって環状に形成されている。また、各凹溝34,35は、スプール摺動穴33の軸方向にわたってそれぞれ離間して設けられている。この場合、各凹溝34,35の間は、それぞれスプール摺動穴33の内径側に向けて全周にわたって突出する切換部36,36となっている。さらに、ハウジング32には、スプール摺動穴33の軸方向にそれぞれ離間して複数のポート37,38が設けられている。ポート37,38は、圧油の流通する通路(油路)となるものである。この場合、ハウジング32には、例えば5個のポート37,38、具体的には、ポンプポート37、一対のアクチュエータポート38、および、一対のタンクポート(図示せず)が設けられている。なお、図3では、5個のポート37,38のうち、ポンプポート37と一方のアクチュエータポート38との2つのポート37,38を示している。 The plurality of concave grooves 34 and 35 are all formed in an annular shape over the entire circumference of the spool sliding hole 33. Further, the concave grooves 34 and 35 are provided apart from each other in the axial direction of the spool sliding holes 33. In this case, between the concave grooves 34 and 35, there are switching portions 36 and 36 that project over the entire circumference toward the inner diameter side of the spool sliding hole 33, respectively. Further, the housing 32 is provided with a plurality of ports 37 and 38 separated from each other in the axial direction of the spool sliding holes 33. Ports 37 and 38 serve as passages (oil passages) through which pressure oil flows. In this case, the housing 32 is provided with, for example, five ports 37, 38, specifically, a pump port 37, a pair of actuator ports 38, and a pair of tank ports (not shown). Note that, in FIG. 3, of the five ports 37 and 38, two ports 37 and 38, the pump port 37 and one actuator port 38, are shown.

ポンプポート37は、スプール摺動穴33の中央凹溝34に対応して設けられている。ポンプポート37は、ハウジング32の外面に開口する一側がメイン吐出管路15に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が中央凹溝34に連通している。一対のアクチュエータポート38のうち一方のアクチュエータポート38は、スプール摺動穴33の一側凹溝35に対応して設けられている。一方のアクチュエータポート38は、例えば、ハウジング32の外面に開口する一側がロッド側管路18に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が一側凹溝35に連通している。これに対して、他方のアクチュエータポートは、スプール摺動穴33の他側凹溝に対応して設けられている。他方のアクチュエータポートは、例えば、ハウジング32の外面に開口する一側がボトム側管路17に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が他側凹溝に連通している。 The pump port 37 is provided corresponding to the fovea centralis 34 of the spool sliding hole 33. One side of the pump port 37 that opens to the outer surface of the housing 32 is connected to the main discharge pipe line 15, and the other side that opens to the spool sliding hole 33 communicates with the fovea centralis groove 34. One of the pair of actuator ports 38, the actuator port 38, is provided corresponding to the one-side concave groove 35 of the spool sliding hole 33. For example, one side of the actuator port 38 that opens to the outer surface of the housing 32 is connected to the rod side pipeline 18, and the other side that opens to the spool sliding hole 33 communicates with the one-side concave groove 35. On the other hand, the other actuator port is provided corresponding to the concave groove on the other side of the spool sliding hole 33. For the other actuator port, for example, one side that opens to the outer surface of the housing 32 is connected to the bottom side pipeline 17, and the other side that opens to the spool sliding hole 33 communicates with the other side concave groove.

一対のタンクポートのうち一方のタンクポートは、スプール摺動穴33の一端側凹溝に対応して設けられている。一方のタンクポートは、ハウジング32の外面に開口する一側が戻り管路16に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が一端側凹溝に連通している。これに対して、他方のタンクポートは、スプール摺動穴33の他端側凹溝に対応して設けられている。他方のタンクポートは、ハウジング32の外面に開口する一側が戻り管路16に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が他端側凹溝に連通している。これにより、ハウジング32には、切換部36,36を挟んでスプール摺動穴33の軸方向に複数のポート37,38が設けられている。 One of the pair of tank ports is provided so as to correspond to the concave groove on one end side of the spool sliding hole 33. One side of the tank port that opens to the outer surface of the housing 32 is connected to the return pipe line 16, and the other side that opens to the spool sliding hole 33 communicates with the concave groove on one end side. On the other hand, the other tank port is provided corresponding to the concave groove on the other end side of the spool sliding hole 33. The other tank port has one side that opens to the outer surface of the housing 32 connected to the return pipe line 16 and the other side that opens to the spool sliding hole 33 communicates with the concave groove on the other end side. As a result, the housing 32 is provided with a plurality of ports 37, 38 in the axial direction of the spool sliding holes 33 with the switching portions 36, 36 interposed therebetween.

弁体であるスプール39は、ハウジング32のスプール摺動穴33に移動可能(摺動可能)に挿嵌されている。スプール39は、油圧パイロット部31A,31Bに供給されるパイロット圧に応じて、スプール摺動穴33内を軸方向に摺動変位する。これにより、スプール39は、複数のポート37,38を互いに連通または遮断する。このために、スプール39には、各ポート37,38間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部40,41とくびれとなる小径部42とが軸方向に隣り合って設けられている。即ち、スプール39の軸方向中間部には、径方向寸法が大きい外周面を有する中央大径部40が設けられている。また、スプール39の軸方向両端側には、それぞれ中央大径部40と同じ外径寸法の外周面を有する一側大径部41と他側大径部(図示せず)とが設けられている。 The spool 39, which is a valve body, is movably inserted into the spool sliding hole 33 of the housing 32. The spool 39 slides and displaces in the spool sliding hole 33 in the axial direction according to the pilot pressure supplied to the hydraulic pilot portions 31A and 31B. As a result, the spool 39 communicates with or shuts off the plurality of ports 37 and 38 from each other. For this purpose, the spool 39 is provided with large diameter portions 40 and 41 serving as lands for communicating or blocking between the ports 37 and 38 and small diameter portions 42 serving as constrictions adjacent to each other in the axial direction. .. That is, a central large-diameter portion 40 having an outer peripheral surface having a large radial dimension is provided at the axial intermediate portion of the spool 39. Further, on both ends in the axial direction of the spool 39, a large diameter portion 41 on one side and a large diameter portion on the other side (not shown) having an outer peripheral surface having the same outer diameter as the central large diameter portion 40 are provided. There is.

これら各大径部40,41は、スプール摺動穴33に対して軸方向に摺動する。この場合、各大径部40,41の間は、小径部42となっている。小径部42と大径部40,41との間は、環状の段差面43によって接続されている。そして、各大径部40,41の間は、小径部42の外周面42Aと段差面43,43とにより構成される油溝44となっている。即ち、各大径部40,41の間は、スプール39の内径側に向けて全周にわたって凹入する油溝44となっている。換言すれば、スプール39には、各ポート間37,38を連通または遮断させるため、軸方向に離間してくびれ部となる油溝44と摺動部となる大径部40,41とが設けられている。油溝44は、スプール39の軸方向位置に応じて、ポンプポート37(凹溝34)とアクチュエータポート38(凹溝35)とを連通する油路を形成する。 Each of these large diameter portions 40 and 41 slides in the axial direction with respect to the spool sliding hole 33. In this case, there is a small diameter portion 42 between the large diameter portions 40 and 41. The small diameter portion 42 and the large diameter portions 40, 41 are connected by an annular stepped surface 43. An oil groove 44 composed of an outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42 and a stepped surface 43, 43 is formed between the large diameter portions 40 and 41. That is, between the large diameter portions 40 and 41, there is an oil groove 44 that is recessed over the entire circumference toward the inner diameter side of the spool 39. In other words, the spool 39 is provided with an oil groove 44 as a constricted portion and large diameter portions 40 and 41 as sliding portions, which are separated in the axial direction to communicate or shut off 37 and 38 between the ports. Has been done. The oil groove 44 forms an oil passage that connects the pump port 37 (recessed groove 34) and the actuator port 38 (recessed groove 35) according to the axial position of the spool 39.

即ち、スプール39が、図2に示す中立位置から左方向に変位すると、中央凹溝34と一側凹溝35との間が、中央大径部40と一側大径部41との間の油溝44を介して連通される。これと共に、他側凹溝と他端側凹溝との間が、中央大径部40と他側大径部との間の油溝を介して連通される。この場合、メイン油圧ポンプ13から吐出された圧油は、メイン吐出管路15、ポンプポート37、中央凹溝34、切換部36と油溝44との間、および、一側凹溝35を介して一方のアクチュエータポート38へと導かれ、ロッド側管路18を介してシリンダ5Dのロッド側油室に供給される。一方、シリンダ5Dのボトム側油室の圧油は、ボトム側管路17、他方のアクチュエータポート、他側凹溝、切換部とスプールの油溝との間、および、他端側凹溝を介して他方のタンクポートへと導かれ、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻される。これにより、シリンダ5Dを縮小させることができる。 That is, when the spool 39 is displaced to the left from the neutral position shown in FIG. 2, the space between the central concave groove 34 and the one-side concave groove 35 is between the central large-diameter portion 40 and the one-side large-diameter portion 41. It is communicated through the oil groove 44. At the same time, the other side concave groove and the other end side concave groove are communicated with each other via an oil groove between the central large diameter portion 40 and the other side large diameter portion. In this case, the pressure oil discharged from the main hydraulic pump 13 passes through the main discharge pipe line 15, the pump port 37, the central concave groove 34, between the switching portion 36 and the oil groove 44, and the one-side concave groove 35. It is guided to one of the actuator ports 38 and supplied to the rod side oil chamber of the cylinder 5D via the rod side pipeline 18. On the other hand, the pressure oil in the bottom side oil chamber of the cylinder 5D passes through the bottom side pipeline 17, the other actuator port, the other side concave groove, between the switching portion and the spool oil groove, and the other end side concave groove. It is guided to the other tank port and returned to the hydraulic oil tank 14 via the return pipeline 16. As a result, the cylinder 5D can be reduced.

ここで、中央大径部40の外周面と段差面43との境界は、環状のエッジ45となっている。そして、図3ないし図6に示すように、スプール39の中央大径部40には、この中央大径部40と段差面43(油溝44)との境界部(エッジ45)に位置してノッチ46が設けられている。ノッチ46は、スプール39が移動するときに各ポート37,38間を小流量で連通させる。即ち、中央大径部40の一端側(右端側)には、軸方向に延びるノッチ46が形成されている。実施の形態では、ノッチ46は、例えば、幅寸法および深さ寸法がスプール39の軸方向に関して一定となった四角形状の切り欠き(ノッチ)となっている。 Here, the boundary between the outer peripheral surface of the central large-diameter portion 40 and the stepped surface 43 is an annular edge 45. Then, as shown in FIGS. 3 to 6, the central large-diameter portion 40 of the spool 39 is located at the boundary portion (edge 45) between the central large-diameter portion 40 and the stepped surface 43 (oil groove 44). A notch 46 is provided. The notch 46 communicates between the ports 37 and 38 at a small flow rate when the spool 39 moves. That is, a notch 46 extending in the axial direction is formed on one end side (right end side) of the central large diameter portion 40. In the embodiment, the notch 46 is, for example, a quadrangular notch in which the width dimension and the depth dimension are constant with respect to the axial direction of the spool 39.

ノッチ46は、隣り合う凹溝34,35の間、即ち、ポンプポート37とアクチュエータポート38との間を流れる圧油を小流量で連通させる。即ち、ノッチ46は、スプール39が移動するときに各ポート37,38間を連通させる位置(クラッキング位置)で各ポート37,38間を小流量で連通させる。これにより、スプール39とハウジング32(スプール摺動穴33の切換部36)との間には、スプール39の軸方向位置に応じて、図5に示す絞り部47、または、図6に示す環状の絞り部48が形成される。図5に示す絞り部47は、スプール39のノッチ46とハウジング32(の切換部36)とにより形成される流路面積の小さな開口部である。図6に示す絞り部48は、スプール39のエッジ45とハウジング32(の切換部36)とにより形成される環状の開口部である。図6の開口部(絞り部48)の流路面積は、図5の環状の開口部(絞り部47)の流路面積よりも大きい。 The notch 46 allows the pressure oil flowing between the adjacent recesses 34 and 35, that is, between the pump port 37 and the actuator port 38, to communicate with each other at a small flow rate. That is, the notch 46 communicates between the ports 37 and 38 at a small flow rate at a position (cracking position) at which the spool 39 communicates with each other when the spool 39 moves. As a result, between the spool 39 and the housing 32 (switching portion 36 of the spool sliding hole 33), depending on the axial position of the spool 39, the throttle portion 47 shown in FIG. 5 or the annular shape shown in FIG. 6 The drawing portion 48 of the above is formed. The throttle portion 47 shown in FIG. 5 is an opening having a small flow path area formed by the notch 46 of the spool 39 and the housing 32 (switching portion 36). The throttle portion 48 shown in FIG. 6 is an annular opening formed by the edge 45 of the spool 39 and the housing 32 (switching portion 36). The flow path area of the opening (throttle portion 48) in FIG. 6 is larger than the flow path area of the annular opening (throttle portion 47) in FIG.

ここで、ハウジング32(の切換部36)とスプール39の中央大径部40との開口部を圧油が通過するとき、この開口部の開口量が小さいと、即ち、開口部の流路面積が小さいと、この開口部が絞り部47,48となり、液体中(作動油中)に気泡が発生して膨張するキャビテーションが発生する可能性がある。そして、絞り部47,48で発生した気泡は、高速流体噴流であるキャビテーション噴流49に乗って絞り部47,48の下流側へと流される。 Here, when the pressure oil passes through the opening between the housing 32 (switching portion 36) and the central large diameter portion 40 of the spool 39, if the opening amount of this opening is small, that is, the flow path area of the opening. If is small, this opening becomes the throttle portions 47 and 48, and there is a possibility that cavitation may occur in which bubbles are generated in the liquid (in the hydraulic oil) and the liquid expands. Then, the bubbles generated in the throttle portions 47 and 48 are flown to the downstream side of the throttle portions 47 and 48 on the cavitation jet 49 which is a high-speed fluid jet.

このとき、絞り部47,48よりも下流部の圧力が高くなるため、気泡の周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、機器部材表面、例えば、スプール39の段差面43、大径部41の外周面、ハウジング32(の一側凹溝35)の内面等にエロージョンが発生する可能性がある。 At this time, since the pressure in the downstream portion is higher than that in the throttle portions 47 and 48, the pressure around the bubbles is gradually recovered, and the bubbles are eventually crushed by the recovered pressure. Then, at the moment when the bubbles are crushed and collapsed, a high impact pressure is locally generated, and the surface of the equipment member, for example, the stepped surface 43 of the spool 39, the outer peripheral surface of the large diameter portion 41, and the housing 32 (one side). Erosion may occur on the inner surface of the concave groove 35) or the like.

これに対して、図13は、比較例を示している。この図13中の細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図5、図6等のその他の図でも、細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図13の比較例では、スプール101の段差面102に環状溝103が設けられている。この構成の場合、油の流れは、図13中の細線の矢印で示すように、環状の絞り部106から環状溝103に流入し、この環状溝103内で激しい乱流場を形成した後、環状溝103から下流側へ流出する。即ち、油の流れは、複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。一方、ノッチ107のみを通じて油が下流側に流れているときは、ハウジング105とノッチ107とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面102のうちノッチ107と対面する部位のみに限定される。このため、段差面102に環状溝103が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝103が大き過ぎて、環状溝103に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。 On the other hand, FIG. 13 shows a comparative example. The thin arrow in FIG. 13 indicates the flow direction of the pressure oil. In other figures such as FIGS. 5 and 6, the thin arrow indicates the flow direction of the pressure oil. In the comparative example of FIG. 13, an annular groove 103 is provided on the stepped surface 102 of the spool 101. In the case of this configuration, the oil flow flows from the annular throttle portion 106 into the annular groove 103, as shown by the thin arrow in FIG. 13, and after forming a violent turbulent field in the annular groove 103, It flows out from the annular groove 103 to the downstream side. That is, the oil flow can form complex streamlines and increase flow loss. On the other hand, when the oil is flowing downstream only through the notch 107, the portion where the cavitation jet generated in the throttle portion formed by the housing 105 and the notch 107 collides is the portion of the stepped surface 102 facing the notch 107. Limited to only. Therefore, if the annular groove 103 is provided on the stepped surface 102, the annular groove 103 is too large for the cavitation jet, and air bubbles cannot be sufficiently accumulated in the annular groove 103, so that erosion may not be suppressed. There is.

そこで、本実施の形態では、図3ないし図6に示すように、各ポート37,38がノッチ46を通じて連通したときに高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、この段差面に開口する有底穴50が設けられている。有底穴50は、作動流体が含有する気体を気泡として溜めるものである。即ち、スプール39のくびれ部(油溝44)のうちノッチ46が設けられた段差面43とは反対の段差面43で、かつ、ノッチ46で生じる噴流が衝突する部位には、段差面43に対して垂直な小穴となる有底穴50が設けられている。有底穴50を設ける部位、即ち、噴流衝突部位は、例えば、作動流体の流れの可視化実験や流体解析等を用いて同定(特定)することができる。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3 to 6, when the ports 37 and 38 communicate with each other through the notch 46, the stepped surface 43 of the spool 39 collides with the hydraulic oil flowing from the pump port 37 on the high pressure side. Is provided with a bottomed hole 50 that opens in the stepped surface. The bottomed hole 50 stores the gas contained in the working fluid as bubbles. That is, in the constricted portion (oil groove 44) of the spool 39, the stepped surface 43 opposite to the stepped surface 43 provided with the notch 46, and the portion where the jet generated at the notch 46 collides, is formed on the stepped surface 43. A bottomed hole 50, which is a small hole perpendicular to the hole, is provided. The site where the bottomed hole 50 is provided, that is, the jet collision site, can be identified (specified) by, for example, a visualization experiment of the flow of the working fluid, a fluid analysis, or the like.

例えば、第1の実施の形態では、有底穴50は、段差面43に設けられている。即ち、有底穴50は、段差面43に開口している。また、有底穴50は、スプール39の中心軸線に対して平行に延びている。また、有底穴50は、スプール39の径方向に関してノッチ46の最深部46Aよりも内径側に設けられている。さらに、有底穴50は、段差面43のうちスプール39の周方向に関してノッチ46と対応する位置に設けられている。換言すれば、ノッチ46と有底穴50は、スプール39の周方向の位相を一致させている。即ち、ノッチ46と有底穴50は、スプール39の軸方向に対面している。 For example, in the first embodiment, the bottomed hole 50 is provided on the stepped surface 43. That is, the bottomed hole 50 is open to the stepped surface 43. Further, the bottomed hole 50 extends parallel to the central axis of the spool 39. Further, the bottomed hole 50 is provided on the inner diameter side of the deepest portion 46A of the notch 46 in the radial direction of the spool 39. Further, the bottomed hole 50 is provided at a position corresponding to the notch 46 in the circumferential direction of the spool 39 on the stepped surface 43. In other words, the notch 46 and the bottomed hole 50 are in phase with each other in the circumferential direction of the spool 39. That is, the notch 46 and the bottomed hole 50 face each other in the axial direction of the spool 39.

また、有底穴50は、円形穴としている。そして、図4に示すように、有底穴50の内径をDbとし、有底穴50の深さをHbとし、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の直径をDjとする。この場合に、有底穴50の内径Dbは、キャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上3倍以下としている。即ち、有底穴50の内径Dbとキャビテーション噴流49の直径Djとの関係は、下記の数1式の関係となるように設定している。なお、キャビテーション噴流49の直径Djは、例えば、段差面43での直径Dj(即ち、ノッチ46の出口部から長さL離れた位置での直径Dj)とすることができる。 The bottomed hole 50 is a circular hole. Then, as shown in FIG. 4, the inner diameter of the bottomed hole 50 is Db, the depth of the bottomed hole 50 is Hb, and the diameter of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 toward the stepped surface 43 is Dj. .. In this case, the inner diameter Db of the bottomed hole 50 is set to be 1 time or more and 3 times or less the diameter Dj of the cavitation jet 49. That is, the relationship between the inner diameter Db of the bottomed hole 50 and the diameter Dj of the cavitation jet 49 is set to be the following equation (1). The diameter Dj of the cavitation jet 49 can be, for example, the diameter Dj on the stepped surface 43 (that is, the diameter Dj at a position separated by a length L from the outlet portion of the notch 46).

Figure 0006913659
Figure 0006913659

また、有底穴50の深さHbは、有底穴50の内径Dbの1/2(有底穴50の半径)よりも大きくなっている。即ち、有底穴50の深さHbと内径Dbとの関係は、下記の数2式の関係となるように設定している。なお、第1の実施の形態では、有底穴50の深さHbは、スプール39の軸方向に関する段差面43からの長さ(深さ)となっている。 Further, the depth Hb of the bottomed hole 50 is larger than 1/2 of the inner diameter Db of the bottomed hole 50 (radius of the bottomed hole 50). That is, the relationship between the depth Hb of the bottomed hole 50 and the inner diameter Db is set to be the following equation (2). In the first embodiment, the depth Hb of the bottomed hole 50 is the length (depth) from the stepped surface 43 in the axial direction of the spool 39.

Figure 0006913659
Figure 0006913659

ここで、キャビテーション噴流49の直径Djは、キャビテーション噴流49の発生部であるノッチ46の出口部からの距離(長さL)に従って変化する。即ち、キャビテーション噴流49の直径Djは、下記の数3式にて定義される。 Here, the diameter Dj of the cavitation jet 49 changes according to the distance (length L) from the outlet portion of the notch 46, which is the generation portion of the cavitation jet 49. That is, the diameter Dj of the cavitation jet 49 is defined by the following equation (3).

Figure 0006913659
Figure 0006913659

ここで、Dnは、ノッチ46の出口部での開口面積を円の断面積と仮定した場合の仮想円の径(直径)である。また、C(L)は、ノッチ46の出口部から噴流衝突部(段差面43)までの長さLに依存するキャビテーション噴流49の直径Djの変化率である。この変化率C(L)の値は、実験計測や流体解析を用いて把握することができる。これにより、数3式に基づいて、有底穴50の内径Dbは、ノッチ46の出口部から段差面43までの長さLとノッチ46の径との関係から設定することができる。 Here, Dn is the diameter (diameter) of the virtual circle when the opening area at the outlet of the notch 46 is assumed to be the cross-sectional area of the circle. Further, C (L) is a rate of change in the diameter Dj of the cavitation jet 49 depending on the length L from the outlet portion of the notch 46 to the jet collision portion (step surface 43). The value of this rate of change C (L) can be grasped by using experimental measurement or fluid analysis. Thereby, the inner diameter Db of the bottomed hole 50 can be set from the relationship between the length L from the outlet portion of the notch 46 to the stepped surface 43 and the diameter of the notch 46 based on the equation (3).

なお、図示は省略するが、例えば、スプールに複数のノッチを設ける場合は、ノッチに対して対となるように、段差面に複数の有底穴を設けることができる。また、有底穴の底面は必ずしも平面である必要はなく、ドリル等の工具形状やRを有した球面形状等であってもよい。 Although not shown, for example, when a plurality of notches are provided on the spool, a plurality of bottomed holes may be provided on the stepped surface so as to be paired with the notches. Further, the bottom surface of the bottomed hole does not necessarily have to be flat, and may be a tool shape such as a drill or a spherical shape having R.

第1の実施の形態による油圧ショベル1および方向制御弁31は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。 The hydraulic excavator 1 and the directional control valve 31 according to the first embodiment have the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.

キャブ7に搭乗したオペレータがエンジン12を始動させると、エンジン12によって油圧ポンプ13,19が駆動される。これにより、メイン油圧ポンプ13から吐出した圧油は、キャブ7内に設けられた走行用操作装置および作業用操作装置(レバー操作装置22)のレバー操作、ペダル操作に応じて、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、作業装置5のブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル1は、下部走行体2による走行動作、上部旋回体4の旋回動作、作業装置5による掘削作業等を行うことができる。 When the operator on the cab 7 starts the engine 12, the hydraulic pumps 13 and 19 are driven by the engine 12. As a result, the pressure oil discharged from the main hydraulic pump 13 is supplied to the traveling hydraulic motor according to the lever operation and pedal operation of the traveling operation device and the work operation device (lever operation device 22) provided in the cab 7. Discharges toward the swing hydraulic motor, the boom cylinder 5D of the working device 5, the arm cylinder 5E, and the bucket cylinder 5F. As a result, the hydraulic excavator 1 can perform a traveling operation by the lower traveling body 2, a turning operation of the upper rotating body 4, an excavation operation by the working device 5, and the like.

ここで、レバー操作装置22が操作されると、この操作に応じて、パイロット油圧ポンプ19からレバー操作装置22を介して方向制御弁31の一方の油圧パイロット部31Aまたは他方の油圧パイロット部31Bにパイロット圧が供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B)または切換位置(C)に切換わる。このとき、メイン吐出管路15は、方向制御弁31を介して、ボトム側管路17とロッド側管路18とのうちの一方の管路17(18)に接続され、メイン油圧ポンプ13からの圧油がシリンダ5Dのボトム側油室とロッド側油室とのうちの一方の油室に供給される。これと共に、ボトム側管路17とロッド側管路18とのうちの他方の管路18(17)は、方向制御弁31を介して戻り管路16に接続され、シリンダ5Dのボトム側油室とロッド側油室とのうちの他方の油室の圧油が作動油タンク14へと導かれる。 Here, when the lever operating device 22 is operated, in response to this operation, from the pilot hydraulic pump 19 to one hydraulic pilot section 31A or the other hydraulic pilot section 31B of the direction control valve 31 via the lever operating device 22. Pilot pressure is supplied. As a result, the directional control valve 31 switches from the neutral position (A) to the switching position (B) or the switching position (C). At this time, the main discharge line 15 is connected to one of the bottom side line 17 and the rod side line 18 (18) via the directional control valve 31, and is connected to the main hydraulic pump 13 from the main hydraulic pump 13. Pressure oil is supplied to one of the bottom side oil chamber and the rod side oil chamber of the cylinder 5D. At the same time, the other pipe line 18 (17) of the bottom side pipe line 17 and the rod side pipe line 18 is connected to the return pipe line 16 via the directional control valve 31, and the bottom side oil chamber of the cylinder 5D. The pressure oil in the oil chamber of the other oil chamber of the rod side oil chamber is guided to the hydraulic oil tank 14.

このとき、図3に示すように、方向制御弁31の内部では、スプール39の軸方向の変位に伴って、ポンプポート37とアクチュエータポート38とがスプール39のノッチ46を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、ノッチ46により形成される開口部(絞り部47)は、他の油路断面積よりも小さいため、ノッチ46で流速の増加および圧力の低下が発生し、これによりキャビテーションが発生する可能性がある。 At this time, as shown in FIG. 3, inside the directional control valve 31, the pump port 37 and the actuator port 38 communicate with each other through the notch 46 of the spool 39 as the spool 39 is displaced in the axial direction. Since the oil passage formed here, that is, the opening (throttle portion 47) formed by the notch 46 is smaller than the cross-sectional area of the other oil passages, the notch 46 causes an increase in flow velocity and a decrease in pressure. This can lead to cavitation.

図4に示すように、ノッチ46で発生したキャビテーションは、気泡を含むキャビテーション噴流49となって、ハウジング32の切換部36と油溝44とで形成される油路へ噴射され、スプール39(の段差面43)の表面に設けられた有底穴50に流入する。この場合、図5に矢印で示すように、作動流体の流れ(キャビテーション噴流49)は、有底穴50の内部で折り返すように方向を変え、有底穴50の開口部から再び油路へと流出する。このとき、有底穴50に気泡溜りが形成される。 As shown in FIG. 4, the cavitation generated in the notch 46 becomes a cavitation jet 49 containing air bubbles, is injected into the oil passage formed by the switching portion 36 of the housing 32 and the oil groove 44, and is injected into the spool 39 (of the spool 39). It flows into the bottomed hole 50 provided on the surface of the stepped surface 43). In this case, as shown by the arrow in FIG. 5, the flow of the working fluid (cavitation jet 49) is changed so as to fold back inside the bottomed hole 50, and from the opening of the bottomed hole 50 to the oil passage again. leak. At this time, a bubble pool is formed in the bottomed hole 50.

次に、スプール39が図5の状態から図6に示すようにさらに軸方向に変位(ストローク)すると、ポンプポート37とアクチュエータポート38とがスプール39のエッジ45を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、エッジ45により形成される環状の開口部(環状の絞り部48)も、他の油路断面積よりも小さいため、エッジ45でキャビテーションが発生する可能性がある。この場合、図6に矢印で示すように、作動流体の流れ(キャビテーション噴流49)は、ノッチ46で開口部(絞り部47)が形成される場合と異なり、放射状の流れとなる。即ち、放射状にキャビテーション噴流49が形成され、その大部分は、スプール39の油溝44の表面を沿うように流れ、そのままアクチュエータポート38へと流れ出る。 Next, when the spool 39 is further displaced (stroked) in the axial direction from the state of FIG. 5 as shown in FIG. 6, the pump port 37 and the actuator port 38 communicate with each other via the edge 45 of the spool 39. Since the oil passage formed here, that is, the annular opening (annular throttle portion 48) formed by the edge 45 is also smaller than the other oil passage cross-sectional areas, cavitation may occur at the edge 45. be. In this case, as shown by an arrow in FIG. 6, the flow of the working fluid (cavitation jet 49) is a radial flow unlike the case where the opening (throttle portion 47) is formed at the notch 46. That is, the cavitation jet 49 is formed radially, and most of it flows along the surface of the oil groove 44 of the spool 39 and flows out to the actuator port 38 as it is.

このように、第1の実施の形態によれば、高圧側のポート(ポンプポート37)からノッチ46を通じて流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43に、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴50が設けられている。このため、スプール39のノッチ46とハウジング32のスプール摺動穴33(切換部36)とにより形成される開口部(絞り部47)で発生したキャビテーション噴流49は、この噴流49が衝突する位置に設けられた有底穴50に流入し、この有底穴50内に気泡溜りが形成される。この気泡溜りは、キャビテーション噴流49の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を吸収する。即ち、気泡溜りが衝撃圧を吸収するクッションとなる。これにより、エロージョンに寄与する力を減衰することができ、エロージョンを抑制できる。 As described above, according to the first embodiment, the gas contained in the working fluid is used as bubbles on the stepped surface 43 of the spool 39 where the hydraulic oil flowing from the high pressure side port (pump port 37) collides with the hydraulic oil flowing through the notch 46. A bottomed hole 50 for storing is provided. Therefore, the cavitation jet 49 generated in the opening (throttle portion 47) formed by the notch 46 of the spool 39 and the spool sliding hole 33 (switching portion 36) of the housing 32 is located at a position where the jet 49 collides. It flows into the provided bottomed hole 50, and a bubble pool is formed in the bottomed hole 50. This bubble pool absorbs the impact pressure generated when the bubbles in the cavitation jet 49 collapse. That is, the bubble pool serves as a cushion that absorbs the impact pressure. As a result, the force that contributes to erosion can be attenuated, and erosion can be suppressed.

一方、スプール39のエッジ45とハウジング32のスプール摺動穴33(切換部36)とにより環状の開口部(環状の絞り部48)が形成される場合は、ノッチ46により開口部(絞り部47)が形成される場合と比較して、キャビテーション噴流49もこの噴流49の衝突部も分散しているため、エロージョンのリスクが低くなる。しかも、発生したキャビテーション噴流49の大部分は、有底穴50以外の段差面43を沿うように流れるため、流線が複雑化することを抑制できる。即ち、キャビテーション噴流49の大部分をスプール39の油溝44の形状に沿ってスムーズに流すことができるため、流れ損失の増大を抑制できる。 On the other hand, when an annular opening (annular drawing portion 48) is formed by the edge 45 of the spool 39 and the spool sliding hole 33 (switching portion 36) of the housing 32, the opening (throttle portion 47) is formed by the notch 46. ) Is formed, the cavitation jet 49 and the collision portion of the jet 49 are dispersed, so that the risk of erosion is low. Moreover, since most of the generated cavitation jet 49 flows along the stepped surface 43 other than the bottomed hole 50, it is possible to prevent the streamline from becoming complicated. That is, since most of the cavitation jet 49 can be smoothly flowed along the shape of the oil groove 44 of the spool 39, an increase in flow loss can be suppressed.

この結果、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。即ち、実施の形態では、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件では、有底穴50によって噴流49の衝突部でのエロージョンを効果的に抑制できる。一方、噴流49が分散して比較的エロージョンへの寄与度が低い環状のエッジ45によってキャビテーションが生じる条件では、不必要な流れ損失を招くことを抑制できる。これにより、流れ損失を抑制しつつ、エロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。 As a result, both suppression of erosion and suppression of flow loss can be achieved. That is, in the embodiment, under the condition that cavitation is generated by the notch 46 having a high contribution to erosion, the bottomed hole 50 can effectively suppress the erosion at the collision portion of the jet 49. On the other hand, under the condition that the jet 49 is dispersed and cavitation is caused by the annular edge 45 having a relatively low contribution to erosion, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary flow loss. As a result, the life of the spool valve device (direction control valve 31) for erosion can be extended while suppressing the flow loss.

第1の実施の形態によれば、有底穴50は、スプール39の径方向に関してノッチ46の最深部46Aよりも内径側に設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を有底穴50に安定して(効果的に)流入させることができる。 According to the first embodiment, the bottomed hole 50 is provided on the inner diameter side of the deepest portion 46A of the notch 46 in the radial direction of the spool 39. As a result, the cavitation jet 49, which is ejected from the notch 46 of the spool 39 and flows toward the inner diameter side of the spool 39, can be stably (effectively) flowed into the bottomed hole 50.

第1の実施の形態によれば、有底穴50は、段差面43のうちスプール39の周方向に関してノッチ46と対応する位置に設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の軸方向に流れるキャビテーション噴流49を有底穴50に安定して(効果的に)流入させることができる。 According to the first embodiment, the bottomed hole 50 is provided at a position of the stepped surface 43 corresponding to the notch 46 in the circumferential direction of the spool 39. As a result, the cavitation jet 49, which is ejected from the notch 46 of the spool 39 and flows in the axial direction of the spool 39, can be stably (effectively) flowed into the bottomed hole 50.

実施の形態によれば、有底穴50は円形穴であり、有底穴50の内径Dbはキャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上3倍以下であり、有底穴50の深さHbは有底穴50の内径Dbの1/2(半分)よりも大きくなっている。このため、有底穴50の加工が容易であり、かつ、有底穴50内に確実に気泡溜りを形成することができる。これにより、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部(段差面43)でのエロージョンをより効果的に抑制し、しかも、製造コストを抑えつつエロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。 According to the embodiment, the bottomed hole 50 is a circular hole, the inner diameter Db of the bottomed hole 50 is 1 to 3 times the diameter Dj of the cavitation jet 49, and the depth Hb of the bottomed hole 50 is. It is larger than 1/2 (half) of the inner diameter Db of the bottomed hole 50. Therefore, the bottomed hole 50 can be easily machined, and a bubble pool can be reliably formed in the bottomed hole 50. As a result, under the condition that cavitation is generated by the notch 46 having a high contribution to erosion, erosion at the jet collision portion (step surface 43) is more effectively suppressed, and the spool valve device for erosion is suppressed while suppressing the manufacturing cost. The life of the (direction control valve 31) can be extended.

次に、図7は、第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して一致ないし平行に設ける構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 7 shows a second embodiment. The feature of the second embodiment is that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion, and the bottomed hole is provided so as to coincide with or parallel to the streamline of the cavitation jet. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第2の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴51が設けられている。ここで、第1の実施の形態では、有底穴50は、段差面43に設けられていた。これに対して、第2の実施の形態では、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。即ち、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aに開口している。 Similar to the first embodiment, the second embodiment also collects the gas contained in the working fluid as bubbles on the stepped surface 43 of the spool 39 where the hydraulic oil flowing from the pump port 37 on the high pressure side collides. A bottomed hole 51 is provided. Here, in the first embodiment, the bottomed hole 50 is provided on the stepped surface 43. On the other hand, in the second embodiment, the bottomed hole 51 is provided over the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42. That is, the bottomed hole 51 is open to the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42.

また、有底穴51は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴51は、キャビテーション噴流49が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴51の中心軸は、ノッチ46から噴出するキャビテーション噴流49の流線と平行になるように、有底穴51の奥部(底部)に進む程、スプール39の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流49を有底穴51の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。また、有底穴を、キャビテーション噴流の流線に対して一致(ないしほぼ一致)させてもよい。即ち、有底穴の中心軸線とキャビテーション噴流の流線とが同一直線上となるように一致(ないしほぼ一致)させてもよい。 Further, the bottomed hole 51 is parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 and directed toward the stepped surface 43. That is, the bottomed hole 51 extends in the same direction as the cavitation jet 49 travels. Therefore, the central axis of the bottomed hole 51 goes toward the inner part (bottom) of the bottomed hole 51 so as to be parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46, and the central axis of the spool 39. It is tilted in the direction of approaching. The term "parallel" here includes not only perfect parallelism but also some deviation within the range in which the cavitation jet 49 can stably flow into the inner part of the bottomed hole 51. Further, the bottomed hole may be made to coincide with (or substantially coincide with) the streamline of the cavitation jet. That is, the central axis of the bottomed hole and the streamline of the cavitation jet may be aligned (or almost coincident) on the same straight line.

第2の実施の形態は、上述のような有底穴51により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第2の実施の形態によれば、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を、他の部分に衝突させずに有底穴51内に安定して(効果的に)流入させることができる。これに加えて、第2の実施の形態によれば、有底穴51は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流49を有底穴51の奥部(底部)にまで安定して(効果的に)流入させると共に、有底穴51から安定して(効果的に)流出されることができる。 The second embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed hole 51 as described above, and its basic operation is exceptionally different from that according to the first embodiment described above. There is no. In particular, according to the second embodiment, the bottomed hole 51 is provided over the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42. As a result, the cavitation jet 49, which is ejected from the notch 46 of the spool 39 and flows toward the inner diameter side of the spool 39, is stably (effectively) flowed into the bottomed hole 51 without colliding with other parts. be able to. In addition to this, according to the second embodiment, the bottomed hole 51 is parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 toward the stepped surface 43. As a result, the cavitation jet 49 can be stably (effectively) flowed into the deep part (bottom) of the bottomed hole 51, and can be stably (effectively) flowed out from the bottomed hole 51. ..

次に、図8ないし図11は、第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、キー溝の如き有底穴を設けた構成としたことにある。なお、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIGS. 8 to 11 show a third embodiment. The feature of the third embodiment is that a bottomed hole such as a keyway is provided. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴61が設けられている。第3の実施の形態では、キー溝の如き形状の有底穴61を、スプール39の中心軸線に対して垂直に開口するようにスプール39の段差面43に設けている。図9に示すように、有底穴61の開口は、略四角形状となっている。 Similar to the first embodiment, the third embodiment also collects the gas contained in the working fluid as bubbles on the stepped surface 43 of the spool 39 where the hydraulic oil flowing from the pump port 37 on the high pressure side collides. A bottomed hole 61 is provided. In the third embodiment, a bottomed hole 61 shaped like a key groove is provided on the stepped surface 43 of the spool 39 so as to open perpendicularly to the central axis of the spool 39. As shown in FIG. 9, the opening of the bottomed hole 61 has a substantially quadrangular shape.

図10に示すように、有底穴61の底面は、湾曲した凹窪面61Aとなっている。即ち、有底穴61は、R形状の底面(凹窪面61A)を有している。ここで、有底穴61の凹窪面61Aの半径をRrとし、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の直径をDjとし、スプール39の周方向に関する有底穴61の幅寸法をWrとし、有底穴61の深さをHrとする。この場合、凹窪面61Aの半径Rrは、キャビテーション噴流49の直径Djよりも大きくなっている。即ち、下記の数4式に示すように、凹窪面61Aの半径Rrは、少なくともノッチ46で発生するキャビテーション噴流49の直径(噴流径Dj)よりも大きくなっている。換言すれば、スプール39の径方向に関する有底穴61の寸法は、段差面43でのキャビテーション噴流49の直径Dj(即ち、ノッチ46の出口部から長さL離れた位置での直径Dj)の2倍よりも大きくなっている。 As shown in FIG. 10, the bottom surface of the bottomed hole 61 is a curved concave recessed surface 61A. That is, the bottomed hole 61 has an R-shaped bottom surface (concave concave surface 61A). Here, the radius of the concave recessed surface 61A of the bottomed hole 61 is Rr, the diameter of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 toward the stepped surface 43 is Dj, and the width of the bottomed hole 61 in the circumferential direction of the spool 39. The dimension is Wr, and the depth of the bottomed hole 61 is Hr. In this case, the radius Rr of the recessed surface 61A is larger than the diameter Dj of the cavitation jet 49. That is, as shown in the following equation (4), the radius Rr of the recessed surface 61A is at least larger than the diameter of the cavitation jet 49 (jet diameter Dj) generated at the notch 46. In other words, the dimension of the bottomed hole 61 in the radial direction of the spool 39 is the diameter Dj of the cavitation jet 49 on the stepped surface 43 (that is, the diameter Dj at a position L away from the outlet of the notch 46). It's more than doubled.

Figure 0006913659
Figure 0006913659

また、有底穴61の幅寸法Wrは、キャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上2倍以下となっている。即ち、有底穴61の幅寸法Wr(スプール39の周方向に関する幅寸法Wr)とキャビテーション噴流49の直径Djとの関係は、下記の数5式の関係となるように設定している。 Further, the width dimension Wr of the bottomed hole 61 is 1 time or more and 2 times or less the diameter Dj of the cavitation jet 49. That is, the relationship between the width dimension Wr of the bottomed hole 61 (width dimension Wr in the circumferential direction of the spool 39) and the diameter Dj of the cavitation jet 49 is set to be the following equation (5).

Figure 0006913659
Figure 0006913659

さらに、有底穴61の深さHr(スプール39の軸方向に関する段差面43からの深さHr)は、有底穴61に流入するキャビテーション噴流49の流線と有底穴61から流出するキャビテーション噴流49の流線との成す角度が0°〜90°(0°≦なす角度≦90°)となる深さHrとなっている。これにより、有底穴61内に流入したキャビテーション噴流49を、有底穴61の凹窪面61Aの湾曲面(底面)に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴61の開口から0°ないし90°の角度を持って流出させることができる。このとき、図11に示すように、キャビテーション噴流49は、有底穴61の底面(凹窪面61A)をスムーズに流れることができ、有底穴61内に旋回流を形成することができる。旋回流は、旋回中心に比重の軽い気泡を溜めるため、有底穴61に安定した気泡溜りを形成することができる。これにより、キャビテーションの気泡が崩壊する時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。 Further, the depth Hr of the bottomed hole 61 (the depth Hr from the stepped surface 43 in the axial direction of the spool 39) is the streamline of the cavitation jet 49 flowing into the bottomed hole 61 and the cavitation flowing out from the bottomed hole 61. The depth Hr is such that the angle formed by the streamline of the jet 49 is 0 ° to 90 ° (0 ° ≤ angle formed ≤ 90 °). As a result, the cavitation jet 49 that has flowed into the bottomed hole 61 can flow so as to fold back along the curved surface (bottom surface) of the concave recessed surface 61A of the bottomed hole 61, and the opening of the bottomed hole 61. It can be drained at an angle of 0 ° to 90 °. At this time, as shown in FIG. 11, the cavitation jet 49 can smoothly flow on the bottom surface (recessed recessed surface 61A) of the bottomed hole 61, and a swirling flow can be formed in the bottomed hole 61. Since the swirling flow collects air bubbles having a light specific density at the center of swirling, a stable air bubble pool can be formed in the bottomed hole 61. As a result, the impact pressure generated when the cavitation bubbles collapse can be effectively absorbed.

第3の実施の形態は、上述のような有底穴61により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第3の実施の形態によれば、有底穴61の底面を湾曲した凹窪面61Aとしている。また、凹窪面61Aの半径Rrをキャビテーション噴流49の直径Djよりも大きくしている。また、有底穴61の幅寸法Wrをキャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上2倍以下としている。さらに、有底穴61の深さHrを、有底穴61に流入するキャビテーション噴流49の流線と有底穴61から流出するキャビテーション噴流49の流線との成す角度が0°〜90°となるように設定している。 The third embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed hole 61 as described above, and its basic operation is exceptionally different from that according to the first embodiment described above. There is no. In particular, according to the third embodiment, the bottom surface of the bottomed hole 61 is a curved concave recessed surface 61A. Further, the radius Rr of the recessed surface 61A is made larger than the diameter Dj of the cavitation jet 49. Further, the width dimension Wr of the bottomed hole 61 is set to be 1 time or more and 2 times or less the diameter Dj of the cavitation jet 49. Further, the angle formed by the depth Hr of the bottomed hole 61 between the streamline of the cavitation jet 49 flowing into the bottomed hole 61 and the streamline of the cavitation jet 49 flowing out of the bottomed hole 61 is 0 ° to 90 °. It is set to be.

このため、有底穴61に流入する流れ方向と流出する流れ方向とを同一直線上からずらすことができる。これにより、有底穴61内で強い旋回流を確実に発生させることができる。そして、旋回流が生じると、この旋回流れの中心の低圧部に気泡溜りを安定して形成できる。このため、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部(段差面43)でのエロージョンをより効果的に抑制し、エロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。 Therefore, the flow direction inflowing into the bottomed hole 61 and the flow direction outflowing can be shifted from the same straight line. As a result, a strong swirling flow can be reliably generated in the bottomed hole 61. Then, when a swirling flow is generated, a bubble pool can be stably formed in the low pressure portion at the center of the swirling flow. Therefore, under the condition that cavitation is generated by the notch 46 having a high contribution to erosion, erosion at the jet collision portion (step surface 43) is more effectively suppressed, and the spool valve device (direction control valve 31) for erosion is provided. The life can be extended.

次に、図12は、第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して平行に設ける構成としたことにある。なお、第4の実施の形態では、上述した第3の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 12 shows a fourth embodiment. The feature of the fourth embodiment is that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion, and the bottomed hole is provided parallel to the streamline of the cavitation jet. In the fourth embodiment, the same components as those in the third embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第4の実施の形態も、第3の実施の形態と同様に、有底穴71の底面を湾曲した凹窪面71Aとしている。ここで、第3の実施の形態では、有底穴61は、段差面43に設けられていた。これに対して、第4の実施の形態では、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。即ち、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aに開口している。この場合、有底穴71の深さ寸法(スプール39の軸方向に関する深さ寸法、および、スプール39の径方向に関する深さ寸法)は、有底穴71内に流入したキャビテーション噴流49が有底穴71の凹窪面71Aの湾曲面(底面)に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴71の開口から0°ないし90°の角度を持って流出させることができるように設定する。 Similarly to the third embodiment, the fourth embodiment also has a concave recessed surface 71A in which the bottom surface of the bottomed hole 71 is curved. Here, in the third embodiment, the bottomed hole 61 is provided on the stepped surface 43. On the other hand, in the fourth embodiment, the bottomed hole 71 is provided over the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42. That is, the bottomed hole 71 is open to the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42. In this case, the depth dimension of the bottomed hole 71 (the depth dimension of the spool 39 in the axial direction and the depth dimension of the spool 39 in the radial direction) is such that the cavitation jet 49 flowing into the bottomed hole 71 is bottomed. It can be flowed so as to be folded back along the curved surface (bottom surface) of the concave recessed surface 71A of the hole 71, and can be discharged from the opening of the bottomed hole 71 at an angle of 0 ° to 90 °. Set.

また、有底穴71は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴71は、キャビテーション噴流49が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴71の中心軸は、ノッチ46から噴出するキャビテーション噴流49の流線と平行になるように、有底穴71の奥部(底部)に進む程、スプール39の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流49を有底穴71の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。 Further, the bottomed hole 71 is parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 and directed toward the stepped surface 43. That is, the bottomed hole 71 extends in the same direction as the direction in which the cavitation jet 49 advances. Therefore, the central axis of the bottomed hole 71 goes toward the inner part (bottom) of the bottomed hole 71 so as to be parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46, and the central axis of the spool 39. It is tilted in the direction of approaching. The term "parallel" here includes not only perfect parallelism but also some deviation within a range in which the cavitation jet 49 can stably flow into the inner part of the bottomed hole 71.

第4の実施の形態は、上述のような有底穴71により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第3の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第4の実施の形態によれば、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を、他の部分に衝突させずに有底穴71内に安定して(効果的に)流入させることができる。これに加えて、第4の実施の形態によれば、有底穴71は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流49を有底穴71の奥部(底部)にまで安定して(効果的に)流入させることができる。この場合に、有底穴71に安定して旋回流を形成することができ、キャビテーション噴流49の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。 The fourth embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed hole 71 as described above, and its basic operation is exceptionally different from that according to the third embodiment described above. There is no. In particular, according to the fourth embodiment, the bottomed hole 71 is provided over the stepped surface 43 and the outer peripheral surface 42A of the small diameter portion 42. As a result, the cavitation jet 49, which is ejected from the notch 46 of the spool 39 and flows toward the inner diameter side of the spool 39, is stably (effectively) flowed into the bottomed hole 71 without colliding with other parts. be able to. In addition to this, according to the fourth embodiment, the bottomed hole 71 is parallel to the streamline of the cavitation jet 49 ejected from the notch 46 toward the stepped surface 43. As a result, the cavitation jet 49 can be stably (effectively) flowed into the inner part (bottom) of the bottomed hole 71. In this case, a swirling flow can be stably formed in the bottomed hole 71, and the impact pressure generated when the bubbles of the cavitation jet 49 collapse can be effectively absorbed.

なお、上述の第1の実施の形態では、スプール39のエッジ45に1個のノッチ46を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、スプールのエッジ(大径部と段差面との境界部)に複数個のノッチを周方向に等間隔に離間して形成してもよい。この場合、ノッチの数に合せて、段差面に有底穴を設けることができる。例えば、段差面には、複数のノッチとそれぞれ対となるように、これら各ノッチと軸方向に対面して複数の有底穴を設けることができる。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。 In the first embodiment described above, a case where one notch 46 is provided on the edge 45 of the spool 39 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a plurality of notches may be formed at the edge of the spool (the boundary portion between the large diameter portion and the stepped surface) at equal intervals in the circumferential direction. In this case, bottomed holes can be provided on the stepped surface according to the number of notches. For example, a plurality of bottomed holes may be provided on the stepped surface so as to be paired with each of the plurality of notches so as to face each of the notches in the axial direction. This also applies to the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment.

上述の第1の実施の形態では、ノッチ46の幅寸法および深さ寸法をスプール39の軸方向に関して一定の四角形状の切り欠き(ノッチ)とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、Vノッチとしてもよい。より具体的には、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程小さくしてもよい。また、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程浅くしてもよい。即ち、ノッチは、各種形状のノッチを採用することができる。そして、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチの形状に応じて形成されるキャビテーション噴流の形状(断面形状)、噴出方向に合せて設定することができる。例えば、キャビテーション噴流は、ノッチの軸方向の長さ寸法が短い程、スプールの径方向の内側に向けて噴出する傾向となる。また、ノッチの形状(例えば、Vノッチの内面の軸線方向に対する傾斜角度、周方向の幅寸法等)に応じて、キャビテーション噴流の広がりも変化する。これらを考慮して、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチから噴出するキャビテーション噴流の気泡を有底穴に溜めることができるように、例えば、計算、実験、シミュレーション等により適切に設定する。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。 In the first embodiment described above, the case where the width dimension and the depth dimension of the notch 46 are a constant square notch with respect to the axial direction of the spool 39 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a V notch may be used. More specifically, the width dimension of the notch may be reduced as the distance from the stepped surface increases. Further, the width dimension of the notch may be made shallower as the distance from the stepped surface increases. That is, as the notch, notches of various shapes can be adopted. Then, the position of the bottomed hole, the cross-sectional shape, the inner diameter dimension, the width dimension, the depth dimension, etc. can be set according to the shape (cross-sectional shape) of the cavitation jet formed according to the shape of the notch and the ejection direction. can. For example, the shorter the axial length of the notch, the more the cavitation jet tends to eject inward in the radial direction of the spool. Further, the spread of the cavitation jet also changes depending on the shape of the notch (for example, the inclination angle of the inner surface of the V notch with respect to the axial direction, the width dimension in the circumferential direction, etc.). In consideration of these, the position, cross-sectional shape, inner diameter dimension, width dimension, depth dimension, etc. of the bottomed hole are calculated, for example, so that the bubbles of the cavitation jet ejected from the notch can be accumulated in the bottomed hole. , Experiment, simulation, etc. to set appropriately. This also applies to the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment.

上述の第1の実施の形態では、高圧側のポートをポンプポート37とし、このポンプポート37からアクチュエータポート38に向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプール39の段差面43にノッチ46と対応して有底穴50を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、高圧側のポートをアクチュエータポートとし、このアクチュエータポートからタンクポートに向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプールの段差面にノッチと対応して有底穴を設ける構成としてもよい。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。 In the first embodiment described above, the port on the high pressure side is the pump port 37, and when the hydraulic oil flows from the pump port 37 toward the actuator port 38, the stepped surface 43 of the spool 39 with which the hydraulic oil collides. The case where the bottomed hole 50 is provided corresponding to the notch 46 is described as an example. However, the present invention is not limited to this, for example, the port on the high pressure side is used as an actuator port, and when the hydraulic oil flows from this actuator port toward the tank port, the step surface of the spool on which the hydraulic oil collides corresponds to the notch. A bottomed hole may be provided. This also applies to the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment.

各実施の形態では、スプール弁装置として、ブームシリンダ5Dに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁31を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ等に用いる方向制御弁に適用してもよい。また、これ以外にも、圧力制御弁、流量制御弁等の各種のスプール弁装置(スプール弁)に適用することもできる。 In each embodiment, as the spool valve device, a directional control valve 31 for switching between supply and discharge of pressure oil to the boom cylinder 5D has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a directional control valve used in, for example, an arm cylinder 5E, a bucket cylinder 5F, a traveling hydraulic motor, a turning hydraulic motor, and the like. In addition to this, it can also be applied to various spool valve devices (spool valves) such as pressure control valves and flow rate control valves.

各実施の形態では、建設機械として、エンジン12により駆動されるエンジン式の油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エンジンと電動モータとにより駆動されるハイブリッド式の油圧ショベル、電動モータにより駆動される電動式の油圧ショベルに適用することができる。また、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルドーザ等、各種の建設機械に適用することができる。また、建設機械に限定されず、産業機械や一般機械に組み込まれるスプール弁装置として広く適用できるものである。さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。 In each embodiment, an engine-type hydraulic excavator 1 driven by an engine 12 has been described as an example of a construction machine. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a hybrid type hydraulic excavator driven by an engine and an electric motor, and an electric type hydraulic excavator driven by an electric motor. Further, it can be applied not only to hydraulic excavators but also to various construction machines such as wheel loaders, hydraulic cranes and bulldozers. Further, it is not limited to construction machinery, and can be widely applied as a spool valve device incorporated in industrial machinery and general machinery. Further, it is needless to say that each embodiment is an example, and partial replacement or combination of the configurations shown in different embodiments is possible.

1 油圧ショベル(建設機械)
5D ブームシリンダ(油圧アクチュエータ)
11 油圧回路
11A メイン油圧回路
11B パイロット油圧回路
16 戻り管路(管路)
31 方向制御弁(スプール弁装置)
32 ハウジング
33 スプール摺動穴
37 ポンプポート(ポート)
38 アクチュエータポート(ポート)
39 スプール
40 中央大径部(大径部、ランド)
41 一側大径部(大径部、ランド)
42 小径部(くびれ)
42A 外周面
43 段差面
44 油溝(くびれ部)
45 エッジ(境界部)
46 ノッチ
46A 最深部
49 キャビテーション噴流
50,51,61,71 有底穴
61A,71A 凹窪面
Db 有底穴の内径
Hb,Hr 有底穴の深さ
Dj キャビテーション噴流の直径
Rr 凹窪面の半径
Wr 有底穴の幅寸法
1 Hydraulic excavator (construction machinery)
5D boom cylinder (hydraulic actuator)
11 Flood control circuit 11A Main flood control circuit 11B Pilot flood control circuit 16 Return pipeline (pipeline)
31 Directional control valve (spool valve device)
32 Housing 33 Spool sliding hole 37 Pump port (port)
38 Actuator port (port)
39 Spool 40 Central large diameter part (large diameter part, land)
41 Large diameter on one side (large diameter, land)
42 Small diameter (neck)
42A Peripheral surface 43 Step surface 44 Oil groove (neck)
45 edge (boundary)
46 Notch 46A Deepest part 49 Cavitation jet 50, 51, 61, 71 Bottomed hole 61A, 71A Recessed surface Db Inner diameter of bottomed hole Hb, Hr Depth of bottomed hole Dj Diameter of cavitation jet Rr Radius of recessed surface Wr bottomed hole width dimension

Claims (7)

スプール摺動穴を有し、前記スプール摺動穴の軸方向にそれぞれ離間して複数のポートが設けられた筒状のハウジングと、
前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、
前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、
前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
A tubular housing having spool sliding holes and provided with a plurality of ports separated from each other in the axial direction of the spool sliding holes.
A spool that is movably inserted into the spool sliding hole of the housing and has a large diameter portion that serves as a land for communicating or blocking between the ports and a small diameter portion that serves as a constriction so as to be adjacent to each other in the axial direction. When,
It is located at the boundary between the stepped surface connecting the large-diameter portion and the small-diameter portion of the spool and the large-diameter portion, and is provided on the large-diameter portion. In a spool valve device provided with a notch for communicating at a small flow rate
When the ports communicate with each other through the notch, the stepped surface of the spool where the hydraulic oil flowing from the port on the high pressure side collides is provided with a bottomed hole for collecting the gas contained in the working fluid as bubbles. A spool valve device characterized by.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴は、前記段差面および前記小径部の外周面にわたって設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
A spool valve device characterized in that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴は、前記スプールの径方向に関して前記ノッチの最深部よりも内径側に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
The spool valve device is characterized in that the bottomed hole is provided on the inner diameter side of the deepest portion of the notch in the radial direction of the spool.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴は、前記段差面のうち前記スプールの周方向に関して前記ノッチと対応する位置に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
The spool valve device is characterized in that the bottomed hole is provided at a position corresponding to the notch in the circumferential direction of the spool on the stepped surface.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴は、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の流線に対して平行になっていることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
A spool valve device characterized in that the bottomed hole is parallel to the streamline of a cavitation jet ejected from the notch and directed to the stepped surface.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴は、円形穴であり、
前記有底穴の内径をDbとし、前記有底穴の深さをHbとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をDjとした場合に、
前記有底穴の内径Dbは、前記キャビテーション噴流の直径Djの1倍以上3倍以下であり、
前記有底穴の深さHbは、前記有底穴の内径Dbの1/2よりも大きくなっていることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
The bottomed hole is a circular hole and has a circular hole.
When the inner diameter of the bottomed hole is Db, the depth of the bottomed hole is Hb, and the diameter of the cavitation jet ejected from the notch toward the stepped surface is Dj.
The inner diameter Db of the bottomed hole is 1 time or more and 3 times or less the diameter Dj of the cavitation jet.
A spool valve device characterized in that the depth Hb of the bottomed hole is larger than 1/2 of the inner diameter Db of the bottomed hole.
請求項1に記載のスプール弁装置において、
前記有底穴の底面は、湾曲した凹窪面であり、
前記有底穴の凹窪面の半径をRrとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をDjとし、前記スプールの周方向に関する前記有底穴の幅寸法をWrとし、前記有底穴の深さをHrとした場合に、
前記凹窪面の半径Rrは、前記キャビテーション噴流の直径Djよりも大きくなっており、
前記有底穴の幅寸法Wrは、前記キャビテーション噴流の直径Djの1倍以上2倍以下であり、
前記有底穴の深さHrは、前記有底穴に流入する前記キャビテーション噴流の流線と前記有底穴から流出する前記キャビテーション噴流の流線との成す角度が0°〜90°となる深さであることを特徴とするスプール弁装置。
In the spool valve device according to claim 1,
The bottom surface of the bottomed hole is a curved concave recessed surface.
The radius of the concave recessed surface of the bottomed hole is Rr, the diameter of the cavitation jet ejected from the notch toward the stepped surface is Dj, and the width dimension of the bottomed hole with respect to the circumferential direction of the spool is Wr. When the depth of the bottomed hole is Hr,
The radius Rr of the concave surface is larger than the diameter Dj of the cavitation jet.
The width dimension Wr of the bottomed hole is 1 time or more and 2 times or less the diameter Dj of the cavitation jet.
The depth Hr of the bottomed hole is such that the angle formed by the streamline of the cavitation jet flowing into the bottomed hole and the streamline of the cavitation jet flowing out of the bottomed hole is 0 ° to 90 °. A spool valve device characterized by being a cavitation.
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