JP2000104842A - 圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リリーフ機能とアンチキャビテーション機能
（メイクアップ機能）を同時に有した圧力制御弁におい
て、構造が簡素で、加工精度の厳密性を低減できるよう
にする。 【解決手段】パイロット弁体１１に一体に設けられたパ
イロット延長スプール４０の中心部に、底部側に位置す
る小径穴部分２１ａ及び先端側に位置する大径穴部分２
１ｂとからなる有底穴２１を形成し、その小径穴部分２
１ａの底部近傍に背圧室７に連通する径方向の連通穴２
３を形成し、小径穴部分２１ａの段付き部２１ｃ近傍に
主通路３に連通する小さい絞り穴２８を形成し、大径穴
部分２１ｂの段付き部２１ｃ近傍に大きい絞り穴２２を
形成し、大径穴部分２１ｂの先端開口部を連通穴２４ａ
付きのプラグ２４で塞ぎ、段付き部２１ｃとプラグ２４
との間で移動可能な、大径穴部分２１ｂとほぼ同一径の
ボール２５を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧ショベ
ル等の建設機械に用いられるオーバロードリリーフ弁に
係わり、特にオーバロードリリーフ弁としての機能とア
ンチキャビテーション機能（メイクアップ機能）を同時
に有したコンビネーション弁として用いられる圧力制御
弁に係わる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等
の建設機械は、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アク
チュエータによって駆動される。これらの油圧シリンダ
や油圧モータは作業中や走行中に過大な負荷を受ける
と、油圧回路内に過剰圧が発生し、油圧機器を早期に破
損させてしまう。このため、油圧ショベル等の建設機械
の油圧駆動回路には圧力制御弁としてオーバロードリリ
ーフ弁が用いられる。このオーバロードリリーフ弁は、
一般に、アンチキャビテーション機能（メイクアップ機
能）を同時に有したコンビネーション弁とし用いられる
場合が多い。この様なコンビネーション弁（圧力制御
弁）の一般的な構造を図９に示す。

【０００３】図９において、１００は弁ブロック、１０
１はこの弁ブロック１００に取り付けられ、弁ガイドを
兼ねる弁ケーシング、１０２は弁ケーシング１０１の開
口端を閉じる弁プラグであり、弁ブロック１００には負
荷につながる主通路１０３とタンクにつながるタンク通
路１０４とが形成されている。弁ケーシング１０１内に
は、主通路１０３とタンク通路１０４を連通、遮断する
メイクアップポペットの役割を有するメイクアップスリ
ーブ１０５が摺動可能に挿嵌され、メイクアップスリー
ブ１０５内には更に主通路１０３とタンク通路１０４を
連通、遮断するようリリーフポペット１０６が摺動可能
に挿嵌されている。メイクアップスリーブ１０５内でリ
リーフポペット１０６の背面側には弁プラグ１０２の端
部が位置する背圧室１０７が設けられ、弁プラグ１０２
の端部には背圧室１０７を弁プラグ１０２内のバネ室１
０８に連通、遮断するようパイロット弁体１１１が設け
られ、バネ室１０８は弁プラグ１０２の横穴１０９、メ
イクアップスリーブ１０５の弁座１７０に対する同軸性
確保のために設けられた弁ケーシング１０１とメイクア
ップスリーブ１０５との間の環状隙間１１０ａ，１１０
ｂを介してタンク通路１０４に連通している。

【０００４】メイクアップスリーブ１０５はバネ１１２
によって通常は図示の遮断位置に保持され、リリーフポ
ペット１０６も通常はバネ１１３（後述）によって図示
の遮断位置に保持されている。また、パイロット弁体１
１１もバネ１１４によって通常は図示の遮断位置に保持
されている。

【０００５】一方、リリーフポペット１０６内には制御
ピストン１２０が軸方向に摺動可能に挿嵌され、制御ピ
ストン１２０の先端は主通路１０３に臨み、後端は背圧
室１０７に臨んでいる。また、制御ピストン１２０内に
は主通路１０３を背圧室１０７に連通させる通路１２１
が形成され、通路１２１のピストン先端側（主通路１０
３側）の開口部には絞り穴１２２が形成され、ピストン
後端側（背圧室側）の開口部にはパイロット弁体１１１
と一体に設けられた円錐上の弁部１２４が離着座する弁
座１２５が形成されている。制御ピストン１２０の背圧
室１０７側の端部は拡径されて上記のバネ１１３のバネ
受け部１２６となっており、制御ピストン１２０はバネ
１１３により、通常は弁座１２５が弁部１２４から離れ
る図示の開位置に保持されている。また、制御ピストン
１２０には絞り穴１２２より小径の径方向のオリフィス
穴１２８が形成され、制御ピストン１２０内の通路１２
１はこのオリフィス穴１２８、制御ピストン１２０の外
周に形成された軸方向の連通スリット１２９ａ，１２９
ｂを介しても背圧室１０７に連通する構成となってい
る。

【０００６】メイクアップスリーブ１０５は主通路１０
３及びタンク通路１０４側に位置する部分よりも背圧室
１０７及び弁プラグ１０２側に位置する部分の方が大径
となる形状を有し、弁座１７０に離着座する部分の有効
バルブ径をＤ１とし、弁プラグ１０２の端部が位置する
部分の内径をＤ２とすると、Ｄ１＜Ｄ２の関係にある。

【０００７】通常時は、パイロット弁体１１１及び制御
ピストン１２０は図示の位置にあり、メイクアップスリ
ーブ１０５及びリリーフポペット１０６も図示の遮断位
置にある。この状態では背圧室１０７はバネ室１０８と
の連通が遮断され、制御ピストン１２０の通路１２１、
絞り穴１２２を介して主通路１０３に連通し、背圧室１
０７の圧力は主通路１０３と同じ圧力になっている。

【０００８】図示しないアクチュエータに過大な負荷が
作用し、主通路１０３の圧力がバネ１１４の設定圧Ｐ１
を越えるとパイロット弁体１１１及びリリーフポペット
１０６が下記のように作動（開弁）し、設定圧Ｐ１以上
の過剰圧を主通路１０３からタンク通路１０４側にリリ
ーフさせる。

【０００９】即ち、主通路１０３の圧力がバネ１１４の
設定圧Ｐ１を越えると、主通路１０３と同じ圧力となっ
ている背圧室１０７の圧力でパイロット弁体１１１が開
弁し、背圧室１０７はバネ室１０８、環状隙間１１０
ａ，１１０ｂを介してタンク通路１０４に連通し、主通
路１０３から絞り穴１２２及び通路１２１を経て背圧室
１０７、更にはバネ室１０８からタンク通路１０４へと
至る圧油の流れ（パイロット流れ）が生じ、この圧油の
流れにより絞り穴１２２に前後差圧が生じ、背圧室１０
７の圧力が低下する。この背圧室１０７の圧力の低下に
より制御ピストン１２０の弁座１２５がパイロット弁体
１１１の弁部１２４に着座して通路１２１の背圧室側の
開口部が閉じられ、主通路１０３の圧油は通路１２１か
ら径方向のオリフィス穴１２８、連通スリット１２９
ａ，１２９ｂを介して背圧室１０７へと流れるようにな
る。その結果、オリフィス穴１２８の前後に大きな差圧
が発生し、背圧室１０７の圧力が更に低下し、リリーフ
ポペット１０６はバネ１１３に抗して図示左方に移動
し、リリーフポペット１０６は開弁（クラッキング）
し、設定圧Ｐ１以上の過剰圧を主通路１０３からタンク
通路１０４側にリリーフさせる。

【００１０】ここで、制御ピストン１２０の絞り穴１２
２の穴径はメイクアップスリーブ１０５の補給動作に支
障のないよう比較的大きく設定されている（後述）。こ
のため、上記のように制御ピストン１２０の弁座１２５
がパイロット弁体１１１の弁部１２４に着座して通路１
２１の背圧室側の開口部が閉じられることにより、パイ
ロット弁体１１１を通過する圧油の流量（上記のパイロ
ット流量）は制御ピストン１２０の絞り穴１２２の穴径
で決まる比較的多めの流量からオリフィス穴１２８で決
まる極小流量へと瞬時に変化し、フローフォース等の影
響によるオーバライド特性の悪化が防止される。

【００１１】一方、図示しないアクチュエータに慣性負
荷が作用するなどして主通路１０３の圧力が負圧傾向に
なると、絞り穴１２２を介して主通路１０３に連通する
背圧室１０７も負圧傾向となり、背圧室１０７の圧力よ
りタンク通路１０４の圧力の方が高くなる。この場合、
メイクアップスリーブ１０５の有効バルブ径Ｄ１と弁プ
ラグ１０２の端部が位置する部分の内径Ｄ２とが上記の
ようにＤ１＜Ｄ２の関係にあることから、メイクアップ
スリーブ１０５の外周部分に作用するタンク通路１０４
の圧力はＤ２−Ｄ１の面積部分に図示左方の開弁方向に
作用し、背圧室１０７の圧力はＤ２−Ｄ１の面積部分に
図示右方の閉弁方向に作用し、タンク通路１０４と背圧
室１０７の圧力差によりメイクアップスリーブ１０５は
バネ１１２に抗して図示左方に移動して開弁し、タンク
通路１０４から主通路１０３に圧油を補給させ、これに
よって主通路１０３側にキャピテーションが発生するの
を未然に防止する。

【００１２】また、メイクアップスリーブ１０５が上記
のように図示左方に移動して開弁するとき、背圧室１０
７の容積が減少するため、その背圧室１０７の容積減少
分の圧油は制御ピストン１２０の通路１２１、絞り穴１
２２を介して主通路１０３側へ排出される。このとき、
絞り穴１２２は背圧室１０７から主通路１０３へ圧油が
速やかに流出できるよう大きめの穴径に設定されている
ため、メイクアップスリーブ１０５が速やかに開弁し、
補給に遅れが生じることはない。

【００１３】従来のコンビネーション弁（圧力制御弁）
の他の例を図１０に示す。この例は特開平８−７５０２
０号公報に記載のものである。図中、図９に示す部材と
同等のものには同じ符号を付している。

【００１４】図１１において、パイロット弁体１１１Ａ
にはパイロット延長スプール１４０が一体的に設けら
れ、この延長スプール１４０は先端が主通路１０３に臨
むようリリーフポペット１０６Ａに摺動可能に挿嵌され
ている。このパイロット延長スプール１４０にはそのス
プール先端で開口する軸方向の有底穴１２１Ａが形成さ
れ、かつこの有底穴１２１Ａを背圧室１０７に連通する
連通穴として、有底穴１２１Ａの底部近傍に径方向の大
きい絞り穴１２２Ａと径方向の小さい絞り穴（オリフィ
ス穴）１２８Ａとが形成されている。

【００１５】背圧室１０７内に位置する弁プラグ１０２
Ａの端部は筒状突出部１０２ａとなっており、この筒状
突出部１０２ａの外周部にストッパ筒１４１が嵌合固定
されている。ストッパ筒１４１は小径先端部を有する段
付きの筒状に形成され、その小径先端部の外周段部とリ
リーフポペット１０６Ａの後端に設けられた外周段部と
の間にリリーフポペット１０６Ａを遮断位置に保持する
バネ１１３が装備されている。

【００１６】また、パイロット延長スプール１４０は筒
状突出部１０２ａ及びストッパ筒１４１内の室を経てリ
リーフポペット１０６Ａを貫通して伸び、このパイロッ
ト延長スプール１４０の外周上であって、リリーフポペ
ット１０６Ａの後端部分に設けられたピストン摺動穴１
０６ａ内及びストッパ筒１４１の小径先端部の内側には
軸方向に摺動可能なスリーブピストン１４２が設けられ
ている。スリーブピストン１４２の一端側はリリーフポ
ペット１０６Ａのピストン摺動穴１０６ａ内に圧力室１
４３を画成し、この圧力室１４３はパイロット延長スプ
ール１４０に設けられた径方向の連通穴１４４を介して
有底穴１２１Ａに連通している。スリーブピストン１４
２の他端側は筒状突出部１０２ａ及びストッパ筒１４１
内の室に臨む鍔部となっており、スリーブピストン１４
２はその鍔部がストッパ筒１４１の小径先端部の内周段
部に当接する位置と筒状突出部１０２ａの先端に当接す
る位置との間で軸方向に摺動可能である。スリーブピス
トン１４２は通常はバネ１４５により当該鍔部がストッ
パ筒１４１の小径先端部の内周段部に当接する位置に保
持されている。

【００１７】有底穴１２１Ａの底部近傍に設けられた２
つの絞り穴１２２Ａ，１２８Ａは筒状突出部１０２ａ及
びストッパ筒１４０内の室に開口する位置に設けられ、
この室は筒状突出部１０２ａに設けられた径方向の穴１
４６を介して背圧室１０７に連通し、背圧室１０７の一
部を構成している。

【００１８】スリーブピストン１４２の鍔部がストッパ
筒１４１の小径先端部の内周段部に当接する位置にある
ときは、２つの絞り穴１２２Ａ，１２８Ａは両方ともス
リーブピストン１４２により閉じられることはなく、筒
状突出部１０２ａ及びストッパ筒１４０内の室（背圧
室）に開口したままであり、鍔部が筒状突出部１０２ａ
の先端に当接する位置では絞り穴１２２Ａのみがスリー
ブピストン１４２により閉じられる。

【００１９】以上のように構成した圧力制御弁の基本動
作は、図１０に示した圧力制御弁と同じである。即ち、
主通路１０３の圧力がバネ１１４の設定圧Ｐ１を越える
とパイロット弁体１１１Ａが開弁し、これに伴ってリリ
ーフポペット１０６Ａも開弁して、設定圧Ｐ１以上の過
剰圧を主通路１０３からタンク通路１０４側にリリーフ
させる。また、主通路１０３の圧力が負圧傾向になる
と、背圧室１０７の圧力（負圧傾向の圧力）とメイクア
ップスリーブ１０５の外周に作用するタンク通路１０４
の圧力差によりメイクアップスリーブ１０５は開弁し、
タンク通路１０４から主通路１０３に圧油を補給させ
る。

【００２０】ただし、パイロット弁体１１１Ａはその延
長部である延長スプール１４０と一体に移動し、主通路
１０３と背圧室１０７との連通は２つの絞り穴１２２
Ａ，１２８Ａを介してか、１つの小さい絞り穴１２８Ａ
を介してかのいずれかで行われ、その連通路の切り換え
は、スリーブピストン１４２により行われる。

【００２１】即ち、通常時は、パイロット弁体１１１Ａ
及びその延長スプール１４０とスリーブピストン１４２
は図示の位置にあり、背圧室１０７は２つの絞り穴１２
２Ａ，１２８Ａを介して主通路１０３に連通している。

【００２２】リリーフ動作の初期時、パイロット弁体１
１１Ａが延長スプール１４０に押されて開弁し、背圧室
１０７の圧力が低下すると、スリーブピストン１４２が
図示の位置から絞り穴１２２Ａを閉じる位置に移動し、
背圧室１０７は１つの小さい絞り穴１２８Ａを介して主
通路１０３に連通するようになる。これにより図１０に
示す圧力制御弁で、弁部１２４により通路１２１の背圧
室側開口部が閉じられて、背圧室１０７がオリフィス穴
１２８のみを介して連通するのと同様、絞り穴１２８Ａ
の前後に大きな差圧が発生し、背圧室１０７の圧力が更
に低下し、リリーフポペット１０６Ａは開弁する。ま
た、パイロット流量が極少量となり、フローフォース等
の影響が小さくなることでオバーライド特性の悪化が防
止される。

【００２３】また、補給動作時は、スリーブピストン１
４２が図示の位置にあり、背圧室１０７が２つの絞り穴
１２２Ａ，１２８Ａを介して主通路１０３に連通してい
るため、メイクアップスリーブ１０５は遅れなく上昇
し、速やかな補給が可能となる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来の圧
力制御弁は、パイロット弁体１１１と制御ピストン１２
０とが別体であるため、次のような問題点を有してい
る。

【００２５】１．リリーフ動作初期時、パイロット弁体
１１１の開弁動作（パイロット弁体クラッキング）から
リリーフポペット１０６の開弁動作（リリーフポペット
クラッキング）に移行する過程の途中で、パイロット弁
体１１１を開弁方向に押圧する作用圧力は、パイロット
弁体１１１の開弁直後の背圧室１０７の瞬間的に低下し
た圧力から主通路１０３の圧力へと不連続に切り替わ
る。

【００２６】２．パイロット弁体クラッキングからリリ
ーフポペットクラッキングへ移行する過程の途中で、主
通路１０３と背圧室１０７とを連通する絞り穴が、大
（絞り穴１２２）から小（オリフィス穴１２８）へと不
連続に切り替わる。

【００２７】３．パイロット弁体クラッキングからリリ
ーフポペットクラッキングへ移行する過程の途中で、力
自体は小さいが、制御ピストン１２０がパイロット弁体
１１１の弁部１２４に当たり、制御ピストン１２０の移
動に伴う慣性力をパイロット弁体１１１で受け止める。

【００２８】４．上記１，２，３の動作は制御ピストン
１２０の動きを介してほぼ同時に行われる。

【００２９】以上の１〜４により、パイロット弁体１１
１の開弁動作が不安定となり、リリーフ動作初期時にバ
ネ１１４の設定圧Ｐ１以上の過剰圧の発生や、その反作
用としての一次的な圧力の落ち込みが大きく発生し易
く、リリーフ弁としてのリリーフ圧力を安定させること
ができないという問題がある。

【００３０】図１０に示した特開平８−７５０２０号公
報に記載の圧力制御弁は、制御ピストン１２０をパイロ
ット延長スプール１４０としてパイロット弁体１１１Ａ
と一体にすることにより、上記１〜４の問題点を解決し
ている。しかし、この従来技術は、背圧室１０７を主通
路１０３に連通させる絞り穴の大から小への切り換えを
スリーブピストン１４２の移動で行うため、次のような
問題を有している。

【００３１】１．絞り穴を切り換えるためのスリーブピ
ストン１４２は、部品点数の増加となる。

【００３２】２．スリーブピストン１４２を、パイロッ
ト延長スプール１４０の外周とリリーフポペット１０６
Ａの後端部分のピストン摺動穴１０６ａ及びストッパ筒
１４１の小径先端部との間の狭い部分に摺動可能に配置
しなければならず、構造が複雑となる。

【００３３】３．メイクアップスリーブ１０５内に、パ
イロット延長スプール１４０、スリーブピストン１４２
及びリリーフポペット１０６Ａの三部品が軸方向に移動
可能に重なって配置されているため、これら三部品の同
軸性を出す必要があり、厳密な加工精度が要求され、加
工が大変である。

【００３４】本発明の目的は、リリーフ機能とアンチキ
ャビテーション機能（メイクアップ機能）を同時に有
し、かつ構造が簡素で、加工精度の厳密性を低減できる
圧力制御弁を提供することである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、負荷側の主通路とタンク側の通路
とが形成された弁ブロックに取り付けられる弁ケーシン
グと、前記主通路とタンク側の通路を連通、遮断するよ
う前記弁ケーシング内に設けられたメイクアップスリー
ブと、前記主通路とタンク側の通路を連通、遮断するよ
う前記メイクアップスリーブ内に摺動可能に挿嵌された
リリーフポペットと、前記メイクアップスリーブ内で前
記リリーフポペットの背面側に設けられた背圧室と、こ
の背圧室を前記タンク側の通路に対して連通、遮断する
よう前記弁ケーシング内に設けられたパイロット弁体
と、このパイロット弁体に一体的に設けられ、前記背圧
室を経て前記リリーフポペットを貫通して伸び、先端が
前記主通路に臨むよう前記リリーフポペットに摺動可能
に挿嵌されたパイロット延長スプールと、このパイロッ
ト延長スプールにそのスプール先端で開口するよう設け
られた軸方向の有底穴及びこの有底穴を前記背圧室に連
通するよう設けられた連通穴とを備え、前記主通路の圧
力が予め設定された圧力に達したとき、この主通路の圧
力により前記パイロット弁体を前記パイロット延長スプ
ールを介して押圧して開弁し、前記背圧室を減圧させる
ことで前記リリーフポペットを開弁し、前記主通路が負
圧傾向になると、この主通路に前記有底穴及び連通穴を
介して連通する前記背圧室と前記タンク側の通路との圧
力差により前記メイクアップスリーブを開弁する圧力制
御弁において、前記パイロット延長スプールの軸方向の
有底穴内に環状のシート部を形成し、このシート部を挟
んで前記有底穴を前記主通路に連通させる可変絞り穴を
設けるとともに、前記有底穴のスプール先端での開口部
を、前記有底穴を前記主通路に連通させる連通穴を有し
たプラグで塞ぎ、前記有底穴内に前記シート部と前記プ
ラグの間で移動可能な、有底穴とほぼ同一径の弁体を挿
入し、前記弁体がプラグに接している状態では、前記可
変絞り穴の開口面積を大きくし、前記弁体がシート部に
接している状態では、前記可変絞り穴の開口面積を小さ
くする。

【００３６】このように構成した圧力制御弁において
は、主通路の圧力が予め設定された圧力に達すると、主
通路の圧力によりパイロット弁体をパイロット延長スプ
ールを介して押圧して開弁し、これにより主通路からパ
イロット延長スプールの有底穴及び連通穴を介して背圧
室へと至り、更にパイロット弁体を通ってタンクへと至
る圧油の流れ（パイロット流れ）が生じ、この圧油の流
れにより可変絞り穴に前後差圧が生じ、背圧室が減圧さ
れる。このとき、主通路と背圧室との圧力差により有底
穴に挿入された弁体はシート部に向けて移動してシート
部に接した状態となり、可変絞り穴の開口面積を小さく
する。このため可変絞り穴の前後の差圧は大きくなり、
背圧室の圧力が更に低下し、リリーフポペットが開弁
（クラッキング）し、設定圧以上の過剰圧がタンク側の
通路にリリーフする（リリーフ機能）。そして、このと
き、可変絞り穴の開口面積は小さいため、上記のパイロ
ット流れの流量は小流量となり、オーバライド特性の悪
化が防止される。また、パイロット弁と一体にパイロッ
ト延長スプールを設けているため、リリーフ圧を安定さ
せて開弁時の特性を大幅に向上できる。

【００３７】一方、主通路が負圧傾向になると、この主
通路に連通する背圧室の圧力とタンク側の通路の圧力と
の差圧によりメイクアップスリーブが開弁し、タンク側
の通路から主通路に圧油を補給する（メイクアップ機
能）。このとき、メイクアップスリーブの開弁（移動）
による背圧室の容積の減少で、背圧室の圧油がパイロッ
ト延長スプールの連通穴、有底穴、可変絞り穴を通って
主通路へ排出され、可変絞り穴の絞り効果により背圧室
及び有底穴の圧力が主通路の圧力より上昇し、この圧力
差により有底穴内の弁体はプラグに接した状態となり、
可変絞り穴の開口面積を大きくする。このため、メイク
アップスリーブは速やかに開弁し、補給に遅れが生じる
ことはない。

【００３８】また、有底穴を背圧室に連通させる連通穴
を切り換えるのではなく、有底穴を主通路に連通させる
可変絞り穴を設け、この可変絞り穴を有底穴内に設けた
弁体で切り換える構成とし、上記のようにリリーフ機能
をメイクアップ機能を得るようにしたので、従来、連通
穴の切換のために設けていたスリーブピストンが不要と
なり、構造が簡素化される。また、メイクアップスリー
ブ内に同軸配置される部品は、パイロット延長スプール
とリリーフポペットの二部品となり、同軸性を出し易く
なり、加工精度の厳密性を低減できる。

【００３９】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記パイロット延長スプールの軸方向の有底穴を、底部
側の穴径より先端開口部側の穴径の方が大きくなった段
突きの穴形状とし、この段突の穴形状の段突き部で前記
環状のシート部を構成する。

【００４０】これにより有底穴を段付きの穴形状に加工
するだけでシート部が得られる。

【００４１】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記可変絞り穴は、前記有底穴の前記シート部を
挟んで位置する２つの絞り穴を有し、前記弁体がプラグ
に接している状態では、前記２つの絞り穴が両方とも前
記有底穴のシート部後方部分に連通し、前記弁体がシー
ト部に接している状態では、前記２つの絞り穴のうち前
記先端開口部側に位置する絞り穴と前記有底穴のシート
部後方部分との連通を遮断する。

【００４２】このように２つの絞り穴の一方を選択的に
連通、遮断することにより、弁体がプラグに接している
状態では、絞り穴の開口面積が大きくなり、弁体がシー
ト部に接している状態では、絞り穴の開口面積が小さく
なる。

【００４３】（４）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記２つの絞り穴のうち前記先端開口部側に位置
する絞り穴より前記シート部を挟んで反対側に位置する
絞り穴の方が開口面積が小さい。

【００４４】これにより弁体がシート部に接している状
態での可変絞り穴の開口面積を特に小さくし、リリーフ
動作時のパイロット流量が極小流量となり、オーバライ
ド特性の改善効果が大となる。

【００４５】（５）また、上記（１）において、好まし
くは、前記有底穴内に挿入された弁体は前記シート部と
前記プラグの間で移動可能なボールである。

【００４６】このようにボールを移動させることによ
り、プラグに接する状態とシート部に接する状態との間
をスムーズに移行できる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００４８】本発明の第１の実施形態を図１〜図５によ
り説明する。

【００４９】図１において、５０は本実施形態の圧力制
御弁であり、圧力制御弁５０は、方向切換弁等の他の弁
が組み込まれた弁ブロック６０と、この弁ブロック６０
のネジ穴６０ａに固定され、弁ガイドを兼ねる弁ケーシ
ング１と、弁ケーシング１の摺動穴１ａの開口端を閉じ
る弁プラグ２とを有し、弁ブロック６０にはアクチュエ
ータ（負荷）につながる主通路３とタンクにつながるタ
ンク通路４とが形成されている。

【００５０】弁ケーシング１の弁ガイドとしての摺動穴
１ａには、主通路３とタンク通路４との間に形成された
弁座７０に離着座し、主通路３とタンク通路４を連通、
遮断するメイクアップポペットの役割を有するメイクア
ップスリーブ５が摺動可能に挿嵌され、メイクアップス
リーブ５には摺動穴５ａ、摺動穴５ａを主通路３に連通
する軸方向穴５ｂ、摺動穴５ａをタンク通路４に連通す
る横穴５ｃ、軸方向穴５ｂと横穴５ｃの間に位置する弁
座５ｄとが形成され、メイクアップスリーブ５の摺動穴
５ａには弁座５ｄに離着座し、主通路３とタンク通路４
を連通、遮断するようリリーフポペット６が摺動可能に
挿嵌されている。

【００５１】メイクアップスリーブ５の摺動穴５ａ内で
リリーフポペット６の背面側には弁プラグ２の端部が位
置する背圧室７が設けられ、弁プラグ２の端部には背圧
室７を弁プラグ２内のバネ室８に連通、遮断するようポ
ペット状のパイロット弁体１１が設けられ、バネ室８は
弁プラグ２の横穴９、メイクアップスリーブ５の弁座７
０に対する同軸性確保のために設けられた弁ケーシング
１とメイクアップスリーブ５との間の環状隙間１０ａ，
１０ｂを介してタンク通路４に連通している。

【００５２】メイクアップスリーブ５はバネ１２によっ
て通常は図示の遮断位置に保持され、リリーフポペット
６も通常はバネ１３（後述）によって図示の遮断位置に
保持されている。また、パイロット弁体１１もバネ１４
によって通常は図示の遮断位置に保持されている。

【００５３】また、パイロット弁体１１にはパイロット
延長スプール４０が一体的に設けられ、この延長スプー
ル４０は先端が主通路３に臨むようリリーフポペット６
の中心部に形成された軸方向の摺動穴６ａに摺動可能に
挿嵌されている。このパイロット延長スプール４０には
その中心部に、スプール先端で開口する軸方向の有底穴
２１が形成され、この有底穴２１は、底部側に位置する
穴部分２１ａと、この穴部分２１ａより先端側に位置す
る穴部分２１ｂとを有し、穴部分２１ａの穴径の方が穴
部分２１ｂの穴径より小さい段付きの穴となっており、
穴部分２１ａと穴部分２１ｂとの境界に段付き部２１ｃ
が形成されている。

【００５４】また、パイロット延長スプール４０の小径
穴部分２１ａの底部近傍に有底穴２１を背圧室７に連通
させる径方向の連通穴２３が形成され、小径穴部分２１
ａの段付き部２１ｃ近傍に有底穴２１を主通路３に連通
させる穴径（開口面積）の小さい絞り穴２８が形成さ
れ、大径穴部分２１ｂの段付き部２１ｃ近傍に絞り穴２
８より穴径（開口面積）の大きい絞り穴２２が形成さ
れ、この２つの絞り穴２２，２８は段付き部２１ｃを挟
んで位置している。連通穴２３の穴径（開口面積）は、
有底穴２１から背圧室７への圧油の流れで圧損が生じな
いように、大小の絞り穴２２，２８に比べ十分に大きく
設定してある。また、大小の絞り穴２２，２８のうち大
きい方の絞り穴２２の穴径（開口面積）はメイクアップ
スリーブ５の補給動作に支障のないよう比較的大きく設
定されている（後述）。

【００５５】更に、図２に拡大して示すように、有底穴
２１の大径穴部分２１ｂの先端開口部には、主通路３と
有底穴２１を連通する軸方向の連通穴２４ａを有したプ
ラグ２４がネジ部２４ｂにより締結、固定されている。
プラグ２４の連通穴２４ａの先端側は六角穴２４ｃにな
っており、この六角穴２４ｃにレンチを挿入し、プラグ
２４を有底穴２１に締結、固定する。また、有底穴２１
の大径穴部分２１ｂには段付き部２１ｃとプラグ２４と
の間で移動可能な、大径穴部分２１ｂとほぼ同一径のボ
ール２５が挿入され、ボール２５とプラグ２４の間に圧
力室２６が形成されている。ボール２５は段付き部２１
ｃをシート部として作動する弁体であり、ボール２５が
プラグ２４に接している状態では、２つの絞り穴２２，
２８が両方とも有底穴２１の小径穴部分２１ａに連通
し、ボール２５が段付き部（シート部）２１ｃに接して
いる状態では、２つの絞り穴２２，２８のうち先端開口
部側に位置する絞り穴２２と有底穴２１の小径穴部分２
１ａとの連通を遮断する。

【００５６】メイクアップスリーブ５は主通路３及びタ
ンク通路４側に位置する部分よりも背圧室７及び弁プラ
グ２側に位置する部分の方が大径となる形状を有し、弁
座７０に離着座する部分の有効バルブ径をＤ１とし、弁
プラグ２の端部が位置する部分の内径をＤ２とすると、
Ｄ１＜Ｄ２の関係にある。

【００５７】図３に圧力制御弁５０の使用例を示す。図
３において、８１はアクチュエータを構成する油圧シリ
ンダを示し、油圧シリンダ８１は、例えば油圧ショベル
のブームシリンダ、アームシリンダ又はバケットシリン
ダ等であり、内部のボトム側油室８１ａ及びロッド側油
室８１ｂは一対の主管路８２ａ，８２ｂと、この主管路
８２ａ，８２ｂに接続された方向切換弁８５を介して油
圧源となる油圧ポンプ８３及びタンク８４に接続されて
いる。

【００５８】方向切換弁８５を図示のａ位置からｂ位置
に切り換えると、油圧ポンプ８３からの圧油がボトム側
油室８１ａに供給され、ロッド側油室８１ｂの圧油はタ
ンク８４に排出され、ロッド８１ｃは伸長し負荷Ｗを図
示右方に駆動する。方向切換弁８５をｃ位置に切り換え
ると、油圧ポンプ８３からの圧油がロッド側油室８１ｂ
に供給され、ボトム側油室８１ａの圧油はタンク８４に
排出され、ロッド８１ｃは収縮し負荷Ｗを図示左方に駆
動する。

【００５９】主管路８２ａ，８２ｂには圧力制御弁５０
−１，５０−２が接続され、圧力制御弁５０−１，５０
−２はオーバロードリリーフ弁６−１，６−２及びメイ
クアップ用のチェック弁５−１，５−２を有するコンビ
ネーション弁として構成され、主管路８２ａ，８２ｂ内
の圧力がバネ１４−１，１４−２の設定圧Ｐ１を越える
過剰圧となったときには、この過剰圧をオーバロードリ
リーフ弁６−１，６−２を介してタンク通路４−１，４
−２からタンク８４へとリリーフさせる。また、主管路
８２，８２ｂ内が負圧傾向となったときには、タンク８
４内の作動油をタンク通路４−１，４−２からチェック
弁５−１，５−２を介して主管路８２ａ，８２ｂ内に補
給させ、キャビテーションが発生するのを防止する。

【００６０】本発明の圧力制御弁５０は図３の圧力制御
弁５０−１，５０−２として用いられるものであり、図
３において、オーバロードリリーフ弁６−１，６−２が
主としてリリーフポペット６に対応し、メイクアップ用
のチェック弁５−１，５−２が主としてメイクアップス
リーブ５に対応し、バネ１４−１，１４−２がバネ１４
に対応する。

【００６１】次に、以上のように構成した圧力制御弁５
０の動作を説明する。

【００６２】１．主通路３の圧力がバネ１４の設定圧Ｐ
１よりも低い通常時（図１） アクチュエータ８１の負荷Ｗが軽く、主通路３の圧力が
バネ１４の設定圧Ｐ１よりも低いときは、パイロット弁
体１１は図１に示すように閉弁しており、メイクアップ
スリーブ５及びリリーフポペット６も図示の遮断位置に
ある。この状態では背圧室７はバネ室８との連通が遮断
され、パイロット延長スプール４０の連通穴２３、有底
穴２１、絞り穴２８（又は絞り穴２２と２８）を介して
主通路３に連通し、背圧室７の圧力は主通路３と同じ圧
力になっている。また、ボール２５の前後の圧力は同じ
であるため、ボール２５の位置はフリーになっている。

【００６３】２．主通路３の圧力がバネ１４の設定圧Ｐ
１を越える時（図４：リリーフ動作） アクチュエータ８１にの負荷Ｗが過大となり、主通路３
の圧力がバネ１４の設定圧Ｐ１を越えると、パイロット
弁体１１及びリリーフポペット６が下記のように作動
（開弁）し、設定圧Ｐ１以上の過剰圧を主通路３からタ
ンク通路４側にリリーフさせる。

【００６４】即ち、主通路３の圧力がバネ１４の設定圧
Ｐ１を越えると、その圧力がパイロット延長スプール４
０を押すことでパイロット弁体１１が開弁し、背圧室７
はバネ室８に連通し、更に横穴１２、環状隙間１０ａ，
１０ｂを介してタンク通路４に連通する。このため、主
通路３から絞り穴２８（又は絞り穴２２と２８）、有底
穴２１、連通穴２３を経て背圧室７、更にはバネ室８か
らタンク通路４へと至る圧油の流れ（パイロット流れ）
が生じ、この圧油の流れにより絞り穴２８（又は絞り穴
２２と２８）に前後差圧が生じ、背圧室７の圧力が低下
する。このとき、連通穴２３の穴径は前述したように大
小の絞り穴２２，２８に比べ十分に大きく設定してある
ため、有底穴２１内のボール２５の背部（段付き部２１
ｃ側）の有底穴２１内の圧力は背圧室７の圧力とほぼ同
一であり、ボール２５の手前（プラグ２４側）の圧力室
２６の圧力は主通路３の圧力と同一であり、ボール２５
は主通路３と背圧室７の圧力差により有底穴２１の底部
側に移動し、段付き部２１ｃでシートされた状態とな
る。このため、段付き部２１ｃを挟んで位置する２つの
絞り穴２２，２８のうち穴径（開口面積）の大きい絞り
穴２２と有底穴２１の小径穴部分２１ａとの連通が遮断
され、主通路３と有底穴２１の小径側穴部分２１ａは穴
径（開口面積）の小さい絞り穴２８のみを介して連通す
ることになる。このため絞り穴２８の前後の差圧は大き
くなり、背圧室２６の圧力は更に低下し、この背圧室２
６の圧力の低下によりリリーフポペット６はバネ１３に
抗して図示左方に移動し、リリーフポペット６は開弁
（クラッキング）し、設定圧Ｐ１以上の過剰圧を主通路
３からタンク通路４側にリリーフさせる。

【００６５】また、パイロット弁体１１を通過する圧油
の流量（上記のパイロット流量）は２つの絞り穴２２，
２８で決まる比較的多めの流量から穴径（開口面積）の
小さい絞り穴２８で決まる極小流量へと瞬時に変化し、
パイロット弁体１１に作用するフローフォースは無視で
きるほど小さくなり、オーバライド特性の悪化が防止さ
れる。

【００６６】更に、パイロット弁１１と一体にパイロッ
ト延長スプール４０を設けているため、図１０に示した
特開平８−７５０２０号公報に記載の圧力制御弁と同様
に図９に示した圧力制御弁にあった問題、即ち、パイロ
ット弁体の開弁動作が不安定となり、リリーフ動作初期
時にバネの設定圧以上の過剰圧の発生や、その反作用と
しての一次的な圧力の落ち込みが大きく発生し易く、リ
リーフ弁としてのリリーフ圧力を安定させることができ
ないという問題を解決し、リリーフ圧を安定させて開弁
時の特性を大幅に向上できる。

【００６７】３．主通路３の圧力が負圧傾向になった時
（図５：メイクアップ動作） アクチュエータ８１の負荷Ｗが慣性負荷として作用する
時のように主通路３の圧力が負圧傾向になると、主通路
３に連通する背圧室７も負圧傾向となり、背圧室７の圧
力よりタンク通路４の圧力の方が高くなる。この場合、
メイクアップスリーブ５の有効バルブ径Ｄ１と弁プラグ
２の端部が位置する部分の内径Ｄ２とが上記のようにＤ
１＜Ｄ２の関係にあることから、メイクアップスリーブ
５の外周部分に作用するタンク通路４の圧力はＤ２−Ｄ
１の面積部分に図示左方の開弁方向に作用し、背圧室７
の圧力はＤ２−Ｄ１の面積部分に図示右方の閉弁方向に
作用し、タンク通路４と背圧室７の圧力差によりメイク
アップスリーブ５はバネ１２に抗して図示左方に移動し
て開弁し、タンク通路４から主通路１に圧油を補給さ
せ、これによって主通路３側にキャピテーションが発生
するのを未然に防止する。

【００６８】また、メイクアップスリーブ５が上記のよ
うに図示左方に移動して開弁するため、ボール２５がシ
ート部２１ｃに接する状態にあったとしても、背圧室７
内の圧油はパイロット延長スプール４０の連通穴２３、
有底穴２１、絞り穴２８を介して主通路３へ排出され、
絞り穴２８の絞り効果により有底穴２１の圧力が主通路
３の圧力より上昇し、この圧力差によりボール２５は図
示右方に移動してプラグ２４に押圧された状態となり、
穴径（開口面積）の大きい絞り穴２２を開口させ、有底
穴２１は２つの絞り穴２２，２８を介して主通路３に連
通する。このため、メイクアップスリーブ５が速やかに
開弁し、補給に遅れが生じることはない。

【００６９】以上のように本実施形態によれば、図１１
に記載した従来の圧力制御弁と同様に、オーバロードリ
リーフ弁としての機能とアンチキャビテーション機能
（メイクアップ機能）を果たせ、しかもリリーフ動作に
際しては良好なオーバライド特性と安定したリリーフ作
用が得られる。また、図１１の従来の圧力制御弁にあっ
た制御ピストン１４２を廃止できるので、部品点数の減
少、構造の簡素化、加工精度のシビアさの減少が図れ
る。

【００７０】本発明の他の実施形態を図６〜図８により
説明する。図中、図１及び図２に示した部材と同等のも
のには同じ符号を付している。

【００７１】図６は、有底穴２１の大径穴部分２１ｂ内
で大きい方の絞り穴２２と有底穴２１の小径穴部分２１
ａとの連通、遮断の切り換えを行う弁体として、図１の
ボール２５の代わりにポペット２５Ａを段付き部２１ｃ
とプラグ２４との間で摺動可能に配置したものである。
この場合も、ポペット２５Ａの移動で絞り穴２２と有底
穴２１の小径穴部分２１ａとの連通、遮断を切り換える
ことができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００７２】図７は、パイロット延長スプール４０の中
心部に開けられる有底穴として、底部から先端まで穴径
が一様な単一径の有底穴２１Ａを設け、この有底穴２１
Ａにリング３０を嵌合固定し、図１の段付き部１ｃの代
わりにこのリング３０でボール２５のシート部を形成し
たものである。この場合も、リング３０を挟む位置に２
つの絞り穴２２，２８を設けておくことによりボール２
５の移動で絞り穴２２の連通、遮断を切り換えることが
でき、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００７３】図８は、パイロット延長スプール４０の有
底穴２１を主通路３に連通させる可変絞り穴として、図
１の大小２つの絞り穴２２，２８の代わりに単一の長穴
３２を設けたものである。この場合も、長穴３２の開口
面積の大きさとシート部２１ｃとの位置関係を適切に設
定することにより、ボール２５の移動で図１の絞り穴２
２，２８の開口面積の和に相当する大きな開口面積と、
絞り穴２８の開口面積に相当する小さな開口面積の間で
切り換えることができ、第１の実施形態と同様の効果が
得られる。

【００７４】また、図示はしないが、図１及び図２に示
す第１の実施形態において、絞り穴２８でリリーフ動作
初期時に背圧室７を減圧でき、２つの絞り穴２２，２８
で補給時に背圧室７内の圧油を速やかに排出できるので
あれば、２つの絞り穴２２，２８は同一の穴径（開口面
積）であってもよい。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、従来の圧力制御弁と同
様に、オーバロードリリーフ弁としての機能とアンチキ
ャビテーション機能（メイクアップ機能）を果たせ、し
かもリリーフ動作に際しては良好なオーバライド特性と
安定したリリーフ作用が得られると共に、従来の圧力制
御弁にあった制御ピストンを廃止できるので、部品点数
の減少、構造の簡素化、加工精度のシビアさの減少が図
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による圧力制御弁の断
面図である。

【図２】図１に示す圧力制御弁の要部の拡大図である。

【図３】圧力制御弁の使用例を示す図である。

【図４】図１に示す圧力制御弁のリリーフ動作時の状態
を示す断面図である。

【図５】図１に示す圧力制御弁の補給動作時の状態を示
す断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態による圧力制御弁の要部
を示す図２と同様な断面図である。

【図７】本発明の更に他の実施形態による圧力制御弁の
要部を示す図２と同様な断面図である。

【図８】本発明の更に他の実施形態による圧力制御弁の
要部を示す図２と同様な断面図である。

【図９】従来の圧力制御弁を示す断面図である。

【図１０】従来の他の圧力制御弁を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 弁ケーシング ２ 弁プラグ ３ 主通路 ４ タンク通路 ５ メイクアップスリーブ ５ａ 摺動穴 ５ｂ 軸方向穴 ５ｃ 横穴 ５ｄ 弁座 ６ リリーフポペット ６ａ 摺動穴 ７ 背圧室 ８ バネ室 ９ 横穴 １０ａ，１０ｂ 連通スリット １１ パイロット弁体 １２ バネ １３ バネ １４ バネ ２１ 有底穴 ２１ａ 小径穴部分 ２１ｂ 大径穴部分 ２１Ａ 有底穴 ２２ 絞り穴（大）（可変絞り穴） ２３ 連通穴 ２４ プラグ ２４ａ 連通穴 ２５ ボール（弁体） ２５Ａ ポペット（弁体） ２６ 圧力室 ２８ 絞り穴（小）（可変絞り穴） ３０ リング ３２ 長穴（可変絞り穴） ４０ パイロット延長スプール ５０ 圧力制御弁 ６０ 弁ブロック（弁ケーシング） ７０ 弁座

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野沢 勇作 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 高橋 欣也 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 東ケ崎 光久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 3H056 AA02 AA03 BB32 BB33 CB02 CD06 DD02 EE10 GG01 GG11 3H059 AA06 AA17 BB03 BB13 BB22 BB30 CA12 CA15 CC02 CD05 DD17 EE01 EE13 FF03 FF14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷側の主通路とタンク側の通路とが形成
   された弁ブロックに取り付けられる弁ケーシングと、前
   記主通路とタンク側の通路を連通、遮断するよう前記弁
   ケーシング内に設けられたメイクアップスリーブと、前
   記主通路とタンク側の通路を連通、遮断するよう前記メ
   イクアップスリーブ内に摺動可能に挿嵌されたリリーフ
   ポペットと、前記メイクアップスリーブ内で前記リリー
   フポペットの背面側に設けられた背圧室と、この背圧室
   を前記タンク側の通路に対して連通、遮断するよう前記
   弁ケーシング内に設けられたパイロット弁体と、このパ
   イロット弁体に一体的に設けられ、前記背圧室を経て前
   記リリーフポペットを貫通して伸び、先端が前記主通路
   に臨むよう前記リリーフポペットに摺動可能に挿嵌され
   たパイロット延長スプールと、このパイロット延長スプ
   ールにそのスプール先端で開口するよう設けられた軸方
   向の有底穴及びこの有底穴を前記背圧室に連通するよう
   設けられた連通穴とを備え、前記主通路の圧力が予め設
   定された圧力に達したとき、この主通路の圧力により前
   記パイロット弁体を前記パイロット延長スプールを介し
   て押圧して開弁し、前記背圧室を減圧させることで前記
   リリーフポペットを開弁し、前記主通路が負圧傾向にな
   ると、この主通路に前記有底穴及び連通穴を介して連通
   する前記背圧室と前記タンク側の通路との圧力差により
   前記メイクアップスリーブを開弁する圧力制御弁におい
   て、 前記パイロット延長スプールの軸方向の有底穴内に環状
   のシート部を形成し、このシート部を挟んで前記有底穴
   を前記主通路に連通させる可変絞り穴を設けるととも
   に、前記有底穴のスプール先端での開口部を、前記有底
   穴を前記主通路に連通させる連通穴を有したプラグで塞
   ぎ、 前記有底穴内に前記シート部と前記プラグの間で移動可
   能な、有底穴とほぼ同一径の弁体を挿入し、前記弁体が
   プラグに接している状態では、前記可変絞り穴の開口面
   積を大きくし、前記弁体がシート部に接している状態で
   は、前記可変絞り穴の開口面積を小さくすることを特徴
   とする圧力制御弁。
2. 【請求項２】請求項１記載の圧力制御弁において、前記
   パイロット延長スプールの軸方向の有底穴を、底部側の
   穴径より先端開口部側の穴径の方が大きくなった段突き
   の穴形状とし、この段突の穴形状の段突き部で前記環状
   のシート部を構成したことを特徴とする圧力制御弁。
3. 【請求項３】請求項１記載の圧力制御弁において、前記
   可変絞り穴は、前記有底穴の前記シート部を挟んで位置
   する２つの絞り穴を有し、前記弁体がプラグに接してい
   る状態では、前記２つの絞り穴が両方とも前記有底穴の
   シート部後方部分に連通し、前記弁体がシート部に接し
   ている状態では、前記２つの絞り穴のうち前記先端開口
   部側に位置する絞り穴と前記有底穴のシート部後方部分
   との連通を遮断することを特徴とする圧力制御弁。
4. 【請求項４】請求項３記載の圧力制御弁において、前記
   ２つの絞り穴のうち前記先端開口部側に位置する絞り穴
   より前記シート部を挟んで反対側に位置する絞り穴の方
   が開口面積が小さいことを特徴とする圧力制御弁。
5. 【請求項５】請求項１記載の圧力制御弁において、前記
   有底穴内に挿入された弁体は前記シート部と前記プラグ
   の間で移動可能なボールであることを特徴とする圧力制
   御弁。