JP2000505864A - 方向制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内部を通じて作動油が流れ、弁ブッシュ（４）内に案内され、流入口（Ｂ）と流出口（Ａ）とを連通する主ピストン（６）を備えた２ポート式方向制御嵌め込み弁（２）に関する。主ピストン（６）の絞り点（８）の付近に設けられた機能面（Ｄ−ｄ）により絞り点（８）において圧力が低下した場合、主ピストン（６）を原点位置に押し戻す方向に圧力が作用する。

Description

【発明の詳細な説明】 方向制御弁 本発明は請求項１の前提部分に記載の方向制御弁及び同様な方向制御弁を備え る減圧弁と流量制御弁とに関する。 図１には、２方向嵌め込み弁２として構成されているこうした方向制御弁の一 実施例が示されている。この方向制御弁は、弁ブッシュ４を備え、弁ブッシュ４ 内には軸方向に移動可能にピストン６が案内されている。弁ブッシュ４は公知の 方法で制御ブロック内に固定することが可能で、この場合以下に詳細に説明され る油圧回路の一部分を構成する。 弁ブッシュ４は２個の開口Ａ及びＢを備え、ポートＢは通例として流入口とし て機能し、径方向あるいは横方向に分岐したボートとして形成されている。流出 口Ａは主ピストン６と中心軸を一致させて配置される。主ピストン６の周壁には 径方向に延びるボア８が穿設され、主ピストン６を通じた流れの場合にはボア８ を介して開口Ｂが開口Ａに連通する。図示された実施例においては、開口Ｂと径 方向に延びるボア８とはそれぞれボアスターとして形成されている。図１に示さ れた原点位置においては主ピストン６はバネ１０により停止位置に向けて付勢さ れており、開口Ｂと開口Ａとが主ピストン６を介して連通している。すなわち主 ピストン６の原点位置においては作動油は開口Ｂより径方向に流入し、更に径方 向ボア８を経て主ピストン６内に流入し、開口Ａに向けてほぼ９０度の角度にて 偏向される。 制御ブロックと弁カバー（図示されていない）とが適当に形成されていること により、主ピストン６のバネ側の側面に対して制御圧を作用させることが可能で あり、このため主ピストン６は原点位置に向けて更に付勢される。制御圧は、例 えば流出口Ａより分岐する制御圧線によって作用させることが可能である。 ２／２−方向制御弁として構成された同様な弁構成は、例えば減圧弁、圧力制 御弁及び圧力切換え弁などの主行程において利用される、いわゆる論理要素の分 類に属する。この主行程はパイロット制御弁の使用を伴う場合があり、この場合 、パイロット制御弁は弁カバーの外側あるいは内部に組み付けられるか、あるい は制御弁の別の場所に配置される。 図３には、スイッチング回路が示され、嵌め込み弁２はパイロット制御された 減圧弁１２の構成要素として示されている。減圧弁１２は、嵌め込み弁２と、減 圧弁として構成された方向制御されるパイロット弁１４とを備える。嵌め込み弁 ２において流れは開口Ｂから開口Ａに向かう方向であり、図１に示された原点位 置にあることにより自由な流れが確保されている。 流出口Ａにおける圧力は制御線１６を介し、直列に配置された２個のノズル１ ８、２０を経て主ピストン８のバネ側において作用する。流出口Ａにおける流出 圧はパイロット弁１４のバネにより必要な値に調整される。この流出圧は主ピス トン６の底面に対して作用し、更に制御線１６とノズル１８とノズル２０とを経 て、主ピストン６のバネ側の側面に対して作用する。流出口Ａにおける圧力がパ イロット弁１４により調整される流入圧よりも低い場合には、主ピストン６はバ ネ１０の作用により原点位置に留まり、開口Ａと開口Ｂとの連通は完全な開放状 態に制御される。流出口Ａにおける圧力、すなわち２個のノズル１８、２０の間 において作用する圧力が予め設定された値を上回った場合、パイロット弁１４が 開放し、作動油がパイロット弁１４を経て油槽Ｔに向けて流れる。 ここで生じる作動油の流れにより、ノズル１８において圧力勾配が形成され、 ピストンの底面とバネ側の側面とに作用する油圧の差により主ピストン６がバネ １０の付勢力に抗して原点位置から上方に変位し(図１において)、開口Ｂから開 口Ａへの連通が、圧力平衡に達するまで、閉鎖方向に制御される。この条件の下 では、パイロット弁１４にて開口Ａにおいて設定された圧力を上回ることがない ように、必要な量だけの作動油が開口Ｂから主ピストン６を経て開口Ａに流れる 。流出口Ａに取り付けられた駆動部によって作動油が排出されない場合、主ピス トン６は閉鎖方向に制御され、開口Ｂと開口Ａとの間の連通は必要とされる量 だけの作動油が開口Ａに達する程度にまで閉じられる。この制御動作において、 作動油はパイロット弁１４を介して油槽Ｔへ向けて定常的に流れる。図３に示さ れた実施例においては、２個のノズル１８、２０及びパイロット弁１４は弁カバ ー２２の内部あるいは外側に取り付けられる。 嵌め込み弁２を通じた流れの場合には、流れパルスが主ピストン６の底２４に 対して作用し、バネ１０によって作用するバネ力Ｆ₁と逆方向のパルス力Ｆ₁がピ ストンの底２４に対して作用する(図１参照)。流量が大きい場合には、パルス力 Ｆ₁がバネ力Ｆ₁よりも大きくなる場合があり、作動油の流れの推進力のみによっ て主ピストンは閉鎖位置に移動する。この時、嵌め込み弁２は性能限界に達し、 最大流量が制限される。すなわち、嵌め込み弁２の性能限界を上回る場合には、 流量をそれ以上増加させることはできない。 図２には、流出口Ａにおける流率に対する流出圧が示され、縦方向の点線は異 なるバネ１０を使用した場合の性能限界を示す。図２に示された実施例において は、４ｂａｒ（バール）(＝４００ｋＰａ)のバネ圧のバネを使用した場合の性能 限界は約１２０Ｌ／分であり、これより大きな流量に対してはより強いバネを使 用する必要がある。 しかし、より強力なバネ１０を使用した場合には、反応性の低下、制御に対す る感度の低下など多くの課題が生じる。こうした問題点は特に流量が小さい場合 に顕著であり、容認されるものではない。より強いバネの使用に伴って開口Ａに おける調整可能な最小圧力が大きくなるため不利である。 これに対して、本発明の目的は、装置技術における妥協を最小限に抑えつつ性 能限界を向上させ、更には流量が小さい場合においても充分な反応性を示す方向 制御弁及び同様な方向制御弁を備えた減圧弁と流量制御弁を提供することにある 。 この目的は、方向制御弁に関しては請求項１に記載の特徴により、減圧弁に関 しては請求項８に記載の特徴により、流量制御弁に関しては請求項１０に記載の 特徴により達成されている。 主ピストンの絞り点の上流に、ピストンに対してこれを原点位置に向けて押す 方向の力の成分を作用させるような面積差を形成する手段により、主ピストンに 対して作用するパルスカＦ_Iを少なくとも部分的に補償することが可能であり、 これにより従来の解決策と比較した場合、より強いバネを使用することなく性能 限界を向上させることが可能である。面積差有効面に対して開放の方向に向けて 作用するこの更なる力は、作動油が径方向ボアを通過する際に生じる圧力格差に 起因する。有効面が主ピストンの外周において径方向における肩状に形成されて いる場合、主ピストンは段階的に拡張し、更なる力が特に好ましく作用する。有 効面のこうした実施例において、弁ブッシュのボアを主ピストンの形成に対応す るように形成することも無論可能である。 主ピストンが径方向ボアスターを備えるように形成されている場合、径方向に おける肩は径方向ボアスターとピストンの底面との間の部分に配置されることが 好ましい。 事前に行われた試験において主ピストンの小さい直径を有する側に対して３〜 １０％の面積差があれば最適な結果が得られることが示されている。 製造技術上の理由により、径方向における肩（面積差を与える部分）は環状溝 により形成されることが好ましく、径方向に延びるボアは環状溝の一方の面を含 む。この場合、環状溝の他方の面は斜面状の肩として形成されることが好ましい 。 製造工程、特に弁ボアの研削行程は、対応する弁ブッシュの段階的に拡張する 部分もやはり外周溝によって形成されることにより促進される。外周溝の一方の 面は段階的に拡張する部分を形成する。 請求項８に記載のパイロット操作される減圧弁及び請求項１０に記載の流量制 御弁において、本発明に基づく方向制御弁の特に有利な構成が適用される。 本発明の更なる有利な実施例が残りの従属請求項の主題である。 以下に本発明の好ましい実施例を概略図に基づいて詳細に説明する。 図１は、従来技術に基づく公知の嵌め込み弁の断面図。 図２は、図１に示された嵌め込み弁の性能限界を、使用されている弁バネの関 数として示したグラフ。 図３は、図１に示された嵌め込み弁を減圧弁の主行程とする回路図。 図４は、図３に示された回路に適用することが可能な本発明に基づく嵌め込み 弁の断面図。 図５は、図４に示された嵌め込み弁が流量制御弁において使用されている別の 一実施例を示す回路図。 図４は、図１に示された構成と相同の要素を同じ参照記号にて示した本発明に 基づく嵌め込み弁の部分断面図。 本発明に基づく嵌め込み弁２は、例えば図３に示されるようなパイロット操作 される減圧弁や、図５に示されるような流量制御弁において使用することが可能 である。これについて以下に説明する。 図４に基づけば、本発明の嵌め込み弁は弁ブッシュ４を有し、弁ブッシュ４の 弁ボア２８内には主ピストン６が軸方向に移動可能に案内されている。主ピスト ン６はバネ１０により原点位置に付勢されており、主ピストン６の外周に固定さ れた係止リング３０が弁ブッシュ４の係止面に接触している。弁ブッシュ４は支 持ブッシュ３２により制御ブロック２６内に固定され、弁カバー（図示されてい ない）により閉鎖されており、弁ブッシュ４の内部あるいは外部に図３及び図５ に示される更なる構成要素を配置することが可能である。支持ブッシュ３２は、 弁ボア２８と中心軸を一致させて配置され、主ピストン６のバネ側の側面部分（ 図４の上方）が接触することなく内部に突出するような直径を有する内部ボアを 有する。 弁ブッシュ４は図１に示されるような取り付けのための構成を有しうる。 弁ブッシュ４には流入口Ｂが、ボアスター、すなわち複数の径方向に延びるボ ア３６として形成されている。更に複数、好ましくは２個の小ボア３８が食い違 うような配置で形成されている。 小ボア３８により、流量が小さい場合に流入口Ｂと流出口Ａとが開放状態に向 けた制御により連通し、細密調整が行われる。 更に図４に示されるように主ピストン６は中空のピストンとして形成され、ピ ストン６のほぼ中央にピストン底４０が形成されている。バネ１０は主ピストン ６を開放位置（図４）に付勢する際にピストン底４０に対して作用する。 ピストン底４０の下側、すなわちバネ１０とは反対側のピストンジャケットの 部分に径方向に延びるボア８が形成され、これを通じて作動油が開口Ｂ（ボア３ ６、３８）からピストン空間内に流入する。図１に示された構成と同様に、これ らの径方向に延びるボア８は主ピストン６のジャケットを通じて延びるボアスタ ーとして形成されている。 図４に示された主ピストン６の原点位置においては、開口Ｂのボア３６、３８ 及び径方向に延びるボア８は重なり、開口Ｂと開口Ａとの間の連通は完全な開放 状態にある。 径方向に延びるボアの下側（図４参照）において、主ピストン６はバネ側の主 ピストンの直径ｄから径方向における肩４２を経て主ピストンの直径Ｄへと拡張 している。径方向における肩４２は環状溝４４により形成され、環状溝４４の底 には径方向に延びるボア８が開口する。環状溝の他方の側面は斜面状の肩４６と して形成されている。 弁ブッシュ４の弁ボア２８は、開口Ｂの上側において直径の比の値ｄ／Ｄに基 づいて径方向に拡張する。外周溝４８が弁ボア２８の径方向の拡張部分の付近に 形成され、弁ボア２８の下側の拡張部分（直径Ｄ）と弁ボア２８の上側の狭い部 分（直径ｄ）とを隔てている。 外周溝４８及び環状溝４４の付近の表面（主ピストン６の外周面及び弁ボア２ ８の内周面）は研削により精密仕上げされるが、溝により、ピストンの小さい径 、または弁ボアの大きい径を研削する際に径方向における肩に到るまで研削盤を 前進させる必要がないという製造技術上の理由により外周溝４８及び環状溝４４ は設けられている。 図４に示された原点位置においては、環状溝４４の斜面状肩４６は外周溝４８ の溝面から軸方向に離間した位置にあり、２本の溝４４と４８とが示された原点 位置において重ならないようになっている。 ２本の溝４４と４８との間の部分の主ピストン６と弁ブッシュ４との間におい て環状間隙５０が形成されている。 嵌め込み弁２を通じて作動油が流れる場合、径方向に延びるボア８に沿って圧 力格差が生じ、この結果、主ピストン６を原点位置に向けて押す方向に作用する 圧力が、直径の差Ｄ−ｄにより定義される、径方向における肩４２における面積 差に対して作用する。すなわち、この圧力はバネ１０の力に加えて更に開放の方 向に向けて作用し、性能限界が向上する。 力Ｆの大きさは直径の比ｄ／Ｄに依存しているが、径方向に延びるボア８内の 圧力格差にも依存する。この理由により、圧力差は主ピストン６の残りの壁厚に も依存するため、環状溝４４の深さをできるだけ小さく構成することが好ましい 。同様な理論が外周溝４８の深さ及び環状間隙５０に関しても当てはまり、これ らも環状溝４４の深さと同様にできるかぎり小さく構成されることが望ましい。 こうした構成により作動油が取付け弁２を通じて流れる際に、環状間隙５０を通 じて外周溝４８にまとまった量の作動油が流れることはないため、適当な圧力が 主ピストン６の外周において作用し、径方向に延びるボアに沿った圧力格差も必 要な大きさが得られる。 図３において、制御ブロック内に設置された嵌め込み弁２は弁カバー２２を備 え、その内部にノズル１８，２０及びパイロット弁１４のような上述の要素を配 置することが可能である。 示された原点位置においては(図４)、嵌め込み弁２を通じた流れが存在し、バ ネ１０の作用は、面積差に対して作用する力によって強められている。この力は 径方向に延びるボア８内の圧力格差に起因する。この場合、性能限界は更なる圧 力の作用に応じて引き上げられ、流量を大きくすることが可能である。主ピスト ン６のバネ側における圧力が予め設定された圧力に達すると、パイロット弁１４ が開放し、作動油が油槽Ｔに流れ、スロットル１８において主ピストンの閉鎖運 動（図４において上向き）を惹起する圧力差が形成される。この閉鎖運動により ボア３６及び３８は閉鎖の方向に制御されるため、開口Ｂと開口Ａとの連通 が絞られパイロット弁の設定に応じた圧力が流出口Ａにおいて生じる。 最初に述べたように、流出口Ａに取り付けられた駆動部によって作動油が排出 されない場合、嵌め込み弁２は閉鎖位置にある。作動油が消費される場合、流出 口Ａにおける圧力も低下するため、パイロット弁１４は油槽Ｔへの連通を閉鎖方 向へ制御し、主ピストン６のバネ側において形成される制御圧により主ピストン ６は原点位置の方向に戻る。最初に流量が小さい場合に作動する小ボア３８が開 放方向に制御され、駆動部の細密調整を良好な反応性にて可能にする。 流量が大きい場合、主ピストン６が原点位置（図４）に戻るまで大径ボア３６ も開放方向に制御され、最大流量が得られる。最大流量は上述の性能限界によっ て制限される。 図５は図４に示された嵌め込み弁の別の一実施例を示す概略図である。この実 施例においては２方向流量制御において取付け弁２が使用されており、負荷補償 のための絞り点は嵌め込み弁２を含む圧力補償器を伴っている。絞り点は、嵌め 込み弁２の下流に配置された調整可能な絞り弁５２として形成されている。 絞り弁５２の下流において分岐する制御線５４はスロットル１８を経て主ピス トンのバネ側に接続されている。取付け弁２の流出口Ａにおいて作用する圧力は 、上述の実施例の場合と同様に、ピストン底（流出口側）に対して作用する。従 ってこの実施例においては、減圧機能を有する圧力補償器において取付け弁２が 使用されている。この変形例においては、原点位置において嵌め込み弁２は開放 しており、作動油は開口Ｂから取付け弁２を経て開口Ａに流れ、ここから絞り弁 ５２を経て油圧シリンダや油圧モータ（図示されていない）のような駆動部に流 れる。絞り弁５２の出口における圧力は、主ピストン６を軸方向に変位させるこ と及び絞り弁５２に沿った圧力勾配が常に一定であるように流れの断面が追加調 整されることにより変化させることが可能である。この圧力勾配はピストンのバ ネの力に依存する。 絞り弁５２の出口における圧力が負荷の変化により低下する場合、減衰部材と して機能するノズル1８を介して主ピストン６のバネ側に対して作用する制御線 ５４内の圧力もこれに応じて低下する。主ピストンのバネ側における圧力の低下 により、主ピストンはバネの付勢力に抗して閉鎖位置の方向に変位し、流れの断 面すなわち径方向ボア３６の有効断面積は閉鎖方向に制御される。従って取付け 弁２を介して絞り弁５２に流入する作動油の流れも減少する。主ピストン６の変 位は、流出口Ａにおける圧力及び絞り弁５２の入口における圧力が、絞り弁５２ の出口（制御線５４）における圧力と同じ分だけ低下するまで持続する。従って 絞り弁５２に沿った圧力勾配は常に一定の値に維持される。 この実施例においても嵌め込み弁２を通じた最大流量は、従来の解決策と比較 して、性能限界が引き上げられることにより大幅に大きくなる。 本発明に基づく発明により、装置技術に関して妥協を最小限に抑えつつ、嵌め 込み弁２の性能限界を引き上げることが可能である。従って本発明に基づく嵌め 込み弁はバネ１０を変化させることなく幅広い種類の流れに対して使用すること が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁ブッシュ（４）内に案内され、内部を通じて作動油が流れることが可能で あり、流入口（Ｂ）と流出口（Ａ）との連通を可能にし、バネ（１０）により原 点位置に向けて付勢された主ピストン（６）を備える２方向制御弁において、 絞り点（８）の上流の主ピストン（６）が面積差有効面（４２、Ｄ−ｄ）を備 え、これを通じた流れにおいて圧力成分が主ピストン（６）に対して主ピストン （６）を原点位置に押す方向に作用することを特徴とする２方向制御弁。 ２．前記有効面が主ピストン（６）の外周において径方向における肩（４２）と して形成されることと、この形成に対応して弁ブッシュ（４）が段階的に拡張す ることとを特徴とする請求項１に記載の２方向制御弁。 ３．主ピストン（６）が、内部を通じて作動油が流入口（Ｂ）から流出口（Ａ） に向けて流れることが可能な絞り点としての径方向に延びるボア（８）を備え、 径方向における肩（４２）は径方向に延びるボア（８）と流出口（Ａ）に対向す るピストンの底との間の部分において形成されることを特徴とする請求項２に記 載の２方向制御弁。 ４．主ピストンの直径が径方向における肩（４２）により３〜１０％拡大するこ とを特徴とする請求項２または３に記載の２方向制御弁。 ５．内部に主ピストン（６）の径方向に延びるボア（４４）が開口する環状溝（ ４４）により径方向における肩（４２）が形成されることを特徴とする請求項３ または４に記載の２方向制御弁。 ６．径方向における肩（４２）から離間した側の面が斜面状肩（４６）として形 成されることを特徴とする請求項５に記載の２方向制御弁。 ７．弁ブッシュ（４）が段階的に拡張する部分において外周溝（４８）を有する ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の２方向制御弁。 ８．流出口（Ａ）における圧力がノズル（１８）を介して主ピストン（６）のバ ネ側において作用し、主ピストン（６）のバネ側の圧力はパイロット制御弁（１ ４）によって制限される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の２方向制御弁を 備えるパイロット制御された減圧弁。 ９．前記パイロット制御弁が方向制御またはパイロット制御された減圧弁（１４ ）であることを特徴とする請求項８に記載のパイロット制御された減圧弁。 １０．上流に請求項１乃至７のいずれか１項に記載の２方向制御弁が圧力補償器 として配置された調整可能な絞り弁（５２）を備え、絞り弁（５２）の下流の圧 力が２方向制御弁（２）の主ピストン（６）のバネ側において作用する流量制御 弁。