JP2008126819A - プライオリティバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力変動に強いプライオリティバルブを提供することである。
【解決手段】 メインスプールＳにはサブスプール２７を組み込むとともに、このサブスプールは、その移動位置に応じて第３制御通路部３６の開度を制御する構成にし、しかも、このサブスプールの一端を第１パイロット室２８に臨ませ、他端を第２パイロット室２９に臨ませる。そして、サブスプールは、第１パイロット室と第２パイロット室との作用力がバランスする位置を保つとともに、そのバランス位置で上記第３制御通路部３６を閉じたり、その開度を大きくしたりし、かつ、第３制御通路部を閉じたとき、サブスプールに形成したダンパオリフィス３４が第３制御通路部３６に開口する構成にしている。しかも、上記第１パイロット室２８と一方の圧力室６との直接的な連通を遮断するようにしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ポンプの吐出流体を、例えばステアリング系回路に供給する制御流量と、作業機系回路に供給する余剰流量とに分流させ、ステアリング系回路には常に一定の制御流量が供給されるようにしたプライオリティバルブに関する。

この種のプライオリティバルブとして、本出願人は、特願２００６−１４５０４６号出願にかかわる発明としてすでに提案しているが、この特願２００６−１４５０４６号出願にかかわる発明を図２に示した。この図２からも明らかなように、バルブ本体Ｂに、ポンプポート１、制御流ポート２および余剰流ポート３を形成するとともに、スプール孔４を形成している。そして、このスプール孔４は、その一端を開口してそれをプラグ５でふさぐとともに、他端は底部４ａでふさいでいる。このようにしたスプール孔４にはメインスプールＳを摺動自在に組み込むとともに、このメインスプールＳの一端を一方の圧力室６に臨ませ、他端を他方の圧力室７に臨ませている。そして、上記他方の圧力室７にはスプリング８を設け、メインスプールＳを、通常は、スプリング８のばね力の作用で、図示のノーマル位置を保つようにしている。

メインスプールＳには、その外周に環状溝９を形成し、メインスプールＳが上記のノーマル位置にあるとき、バルブ本体Ｂと上記環状溝９とが相まって形成する第１制御通路部１０の開度を最大に保つ一方、ポンプポート１と余剰流ポート３とを連通する第２制御通路部１１を閉じる構成にしている。そして、メインスプールＳがスプリング８のばね力に抗して移動するにしたがって、上記第１制御通路部１０が徐々に閉じる一方、第２制御通路部１１が徐々に開く関係にしている。

上記のようにしたメインスプールＳには、サブスプール孔１２を形成するとともに、このサブスプール孔１２の一端、すなわち一方の圧力室６側に、連通孔１３を形成したストッパー１４をネジ止めしている。このようにしたサブスプール孔１２には、サブスプール１５を摺動自在に組み込んでいるが、このサブスプール１５の一端はストッパー１４側に形成した第１パイロット室１６に臨ませ、他端は、サブスプール１５を挟んで第１パイロット室１６と対向する第２パイロット室１７に臨ませている。そして、この第２パイロット室１７にはスプリング１８を設け、このスプリング１８の作用で、サブスプールは、通常、図示のノーマル位置を保つようにしている。なお、上記第２パイロット室１７は通孔１９を介して上記他方の圧力室７に連通させている。

さらに、上記サブスプール１５には、サブスプールの軸線に平行な凹部からなる流通路２０を形成し、サブスプール１５に形成した流通孔２１と上記流通路２０とは、サブスプール１５の移動位置に関わりなく、常に、連通する関係にしている。
さらに、上記サブスプール１５の流通路２０には、第１パイロット室１６に連通するダンパオリフィス２２を形成する一方、上記第２パイロット室１７に連通する制御オリフィス２３を形成している。なお、上記ダンパオリフィス２２および制御オリフィス２３は、サブスプール１５の移動位置に関わりなく、常に、流通孔２１に連通する関係にしている。

そして、上記サブスプール１５には、第１パイロット室１６に常時開口する通路孔２４を形成するとともに、この通路孔２４は、流通路２０と流通孔２１とが相まって形成する第３制御通路部２５を介して、上記流通孔２１に連通する構成にしている。ただし、この第３制御通路部２５は、サブスプール１５が図示のノーマル位置にあるときに最大に開口し、サブスプール１５がスプリング１８に抗して移動するにしたがって徐々に閉じる構成にしている。

今、ポンプポート１からポンプ吐出流体が流入すると、その流体は先ず制御オリフィス２３を通過する。このとき、制御オリフィス２３の上流側の圧力は、流通路２０→第３制御通路部２５を経由して第１パイロット室１６に導かれるとともに、この第１パイロット室１６からさらに連通孔１３を経由して一方の圧力室６にも導かれる。また、制御オリフィス２３の下流側の圧力は、第２パイロット室１７に導かれるとともに、この第２パイロット室１７および通孔１９を経由して他方の圧力室７に導かれる。さらに、この他方の圧力室７に導かれた圧力流体は、制御流ポート２を介して、図示していないステアリング系回路に導かれる。

そして、上記のように制御オリフィス２３に流体が通過すると、その前後に差圧が発生するので、その差圧の分だけ、一方の圧力室６および第１パイロット室１６の圧力が、他方の圧力室７および第２パイロット室１７の圧力よりも高くなる。このように一方の圧力室６の圧力が他方の圧力室７の圧力よりも高くなれば、メインスプールＳは、スプリング８に抗して移動しながら、第１制御通路部１０の開度を徐々に狭くしていく。そして、メインスプールＳは、制御オリフィス２３前後の差圧がスプリング８のばね力と等しくなる関係位置で停止して、第１制御通路部１０を絞るとともに、制御オリフィス２３の開口面積で決められた制御流量が、他方の圧力室７を経由して制御流ポート２から流出する。

また、上記のようにメインスプールＳがスプリング８に抗して移動すると、環状溝９を介してポンプポート１と余剰流ポート３とが連通するが、その連通過程における第２制御通路部１１の開度は、制御オリフィス２３の上流側の圧力に依存する。すなわち、ポンプポート１から流入する流量が多くなって制御オリフィス２３前後の差圧が大きくなれば、メインスプールＳは、スプリング８のばね力が制御オリフィス２３前後の差圧に等しくなるように移動して、スプリング８を大きく撓ませる。そして、メインスプールＳが上記のように移動することによって、第２制御通路部１１の開度が決まることになる。言い換えると、ポンプポート１からの流量は、制御オリフィス２３で決められた一定の制御流量を制御流ポート２から流出させるとともに、その制御流量以上の流量を余剰流ポート３から流出させる。
また、このとき、サブスプール１５の第１パイロット室１６と第２パイロット室１７との間にも圧力差が発生するので、サブスプール１５もスプリング１８に抗して移動して第３制御通路部２５の開度を徐々に狭くしていくことになる。この時、ポンプポート１側の負荷圧が急激に高くなると、その高圧が第１パイロット室１６に作用するので、サブスプール１５がスプリング１８に抗して移動し、第３制御通路部２５を即座に閉じる。このように第３制御通路部２５が閉じられると、一方の圧力室６はダンパオリフィス２２を介してのみポンプポート１と連通することになるので、メインスプールＳの急激な移動を防止できる。すなわち、ダンパー効果を発揮することができる。

一方、余剰流ポート３に接続した作業機系回路の圧力が、例えばリリーフ圧まで上昇すると、メインスプールＳおよびサブスプール１５は、その圧力作用で第１制御通路部１０および第３制御通路部２５を最小にする位置まで移動する。そして、この状態で、作業機系回路のバルブを操作して、作業機系回路をタンクに連通するとポンプポート１の圧力も低くなるが、このままであれば、ポンプポート１から流入した流体は、負荷圧の低い作業機系回路側に多く流れてしまい、制御流ポート２から流出する流量が不足する。しかし、この実施形態では、上記のようにポンプポート１の圧力が低くなると、それにともなってサブスプール１５がスプリング１８のばね力で図示のノーマル位置に復帰して、第３制御通路部２５の開度を大きくする。

上記のように第３制御通路部２５の開度が大きくなれば、一方の圧力室６の圧力も、連通孔１３→通路孔２４→第１パイロット室１６→第３制御通路部２５を介してポンプポート１側に流出するので、一方の圧力室６の圧力が低くなる。このようにして一方の圧力室６の圧力が低くなれば、それにともなってメインスプールＳがスプリング８のばね力の作用で移動し、第１制御通路部１０の開度を大きくする。したがって、作業機系回路の圧力が低くなっても、第１制御通路部１０の開度が大きくなっているので、一定の制御流量を確保することができる。
特願２００６−１４５０４６号明細書

上記のようにした従来のプライオリティバルブでは、圧力室６と第１パイロット室１６とが常時連通する構成にしているので、例えば、サブスプール１５が、スプリング１８を撓ませた移動位置にある状態から、上記したように即座にノーマル位置に復帰させるときの応答遅れが発生していたが、その原因は次の通りである。つまり、一方の圧力室６の流体が流出するとき、第１パイロット室１６を経由して流出する構成にしているので、第１パイロット室１６の圧力がサブスプールに作用する。この作用力は、サブスプールに対してその復帰を妨げる方向の力となるが、この力が、サブスプールをノーマル位置に復帰させるときの遅れの原因となる。

当該サブスプール１５に応答遅れが発生すると、例えば、作業機系回路の圧力がリリーフ圧にまで到達した状態で、その作業機系回路のバルブを中立位置に復帰して、当該作業機系回路をタンク圧にまで急激に落とすが、この場合に、次のような不都合が生じる。すなわち、上記のように作業機系回路がリリーフ圧にまで到達した状態では、メインスプールは、それにともなって、ステアリング系回路に導く流路を絞ることになる。この状態から、作業機系回路を上記のようにタンク圧にまで落としてしまうと、メインスプールが、ステアリング系回路に導く流路の開度を即座に大きくしなければ、ポンプ吐出量のほとんどが、タンク圧になっている作業機系回路に流れてしまい、ステアリング系回路に流れる流量が一瞬少なくなってしまう。そのために、サブスプール１５に応答遅れが発生すると、ステアリング系回路に設けたパワーシリンダの動作も不安定になり、ドライバーは、ステアリング操作に引っかかりを感じてしまうという問題があった。

この発明は、バルブ本体にポンプポート、制御流ポートおよび余剰流ポートを形成するとともに、このバルブ本体にメインスプールを摺動自在に組み込む一方、メインスプールの一端を一方の圧力室に臨ませ、他端を他方の圧力室に臨ませるとともに、この他方の圧力室に臨ませたスプールの他端にはスプリングのばね力を作用させてなり、上記ポンプポートと制御流ポートとは、メインスプールに直接または間接的に設けた制御オリフィスを介して連通して、制御流ポートにはこの制御オリフィスを経由した一定の制御流が流通する構成にし、しかも、制御オリフィスの上流側の圧力を上記一方の圧力室に導き、制御オリフィスの下流側の圧力を他方の圧力室に導くとともに、制御オリフィス前後の圧力差に応じてメインスプールが移動し、ポンプポートと制御流ポートとを連通させる第１制御通路部の開度、およびポンプポートと余剰流ポートとを連通させる第２制御通路部の開度を制御する構成にしたプライオリティバルブを前提にするものである。

そして、上記の発明を前提にしつつ、この発明は、上記メインスプールにはサブスプールを摺動自在に組み込み、このサブスプールの一端は第１パイロット室に臨ませ、他端はスプリングを設けた第２パイロット室に臨ませ、しかも、この第１パイロット室と上記一方の圧力室との直接の連通を遮断し、第２パイロット室と他方の圧力室とを常時連通させるとともに、上記第１パイロット室はサブスプールに形成した連通路を介して上記第２パイロット室に常時連通させ、この連通路に制御オリフィスを設け、メインスプールには、ポンプポートと上記連通路とを常時連通する連通ポートを設ける一方、サブスプールの移動位置に応じて開度が制御されるとともに上記連通路と上記一方の圧力室とを連通させる第３制御通路部を設け、かつ、サブスプールには、当該サブスプールが上記第２パイロット室内のスプリングのばね力に抗して移動したとき、第３制御通路部に開口して、上記一方の圧力室を連通路に連通させるダンパオリフィスを設けた点に特徴を有する。

この発明によれば、メインスプールの一端を臨ませた一方の圧力室と、サブスプールの一端を臨ませた第１パイロット室との直接的な連通を遮断したので、上記一方の圧力室の圧力が、サブスプールに作用することがなくなる。したがって、サブスプールがノーマル位置へ復帰するとき、上記一方の圧力室の圧力によって、その復帰の応答性が損なわれたりしなくなる。

次に、図１に示したこの発明の実施形態を説明するが、従来と同一の構成要素については、同一符号をもって説明する。バルブ本体Ｂに、ポンプポート１、制御流ポート２および余剰流ポート３を形成するとともに、スプール孔４を形成している。そして、このスプール孔４は、その一端を開口してそれをプラグ５でふさぐとともに、他端は底部４ａでふさいでいる。このようにしたスプール孔４にはメインスプールＳを摺動自在に組み込むとともに、このメインスプールＳの一端を一方の圧力室６に臨ませ、他端を他方の圧力室７に臨ませている。そして、上記他方の圧力室７にはスプリング８を設け、メインスプールＳを、通常は、スプリング８のばね力の作用で、図示のノーマル位置を保つようにしている。

メインスプールＳには、その外周に環状溝９を形成し、メインスプールＳが上記のノーマル位置にあるとき、バルブ本体Ｂと上記環状溝９とが相まって形成する第１制御通路部１０の開度を最大に保つ一方、ポンプポート１と余剰流ポート３とを連通する第２制御通路部１１を閉じる構成にしている。そして、メインスプールＳがスプリング８のばね力に抗して移動するにしたがって、上記第１制御通路部１０が徐々に閉じる一方、第２制御通路部１１が徐々に開く関係にしている。

上記のようにしたメインスプールＳであって、一方の圧力室６側における端部には、ケーシング部材２６をはめるとともに、このケーシング部材２６にサブスプール２７を摺動自在に組み込んでいる。そして、上記サブスプール２７の一端は第１パイロット室２８に臨ませ、他端を第２パイロット室２９に臨ませているが、上記第１パイロット室２８と上記一方の圧力室６との直接的な連通は遮断されている。また、上記第２パイロット室２９にはスプリング３０を設け、このスプリング３０のばね力の作用で、通常は、サブスプール２７が図示のノーマル位置を保つようにしている。

上記のようにしたサブスプール２７は、その軸線に沿って連通路３１を形成し、この連通路３１を介して第１，２パイロット室２８，２９が常時連通する構成にするとともに、この連通路３１には制御オリフィス３２を設けている。そして、上記第２パイロット室２９は、他方の圧力室７に常時連通するものである。

また、上記サブスプール２７には、環状溝３３を形成するとともに、この環状溝３３は、上記制御オリフィス３２の上流側における連通路３１に常時連通させている。さらに、上記環状溝３３よりも、一方の圧力室６寄りにダンパオリフィス３４を設けているが、このダンパオリフィス３４は、サブスプール２７が図示のノーマル位置にあるとき、ケーシング部材２６の内面によって閉じられる関係位置を保っている。

そして、上記のようにサブスプール２７を組み込んだケーシング部材２６には、連通ポート３５と第３制御通路部３６とを設けている。上記連通ポート３５は、環状溝３３と常時連通するとともに、メインスプールＳに設けたポート３７を介して、第１制御通路部１０に連通している。また、第３制御通路部３６は、サブスプール２７の移動位置に応じて、環状溝３３とのラップ量が制御され、結果的に第３制御通路部３６の開度が制御されることになる。そして、サブスプール２７がスプリング３０のばね力に抗してフルストロークすると、上記第３制御通路部３６が閉じられるとともに、ダンパオリフィス３４がこの第３制御通路部３６に開口する関係にしている。

今、メインスプールＳおよびサブスプール２７が図示のノーマル位置にあるとき、ポンプポート１からポンプ吐出流体が流入すると、その流体は、第１制御通路部１０→ポート３７→連通ポート３５→環状溝３３→制御オリフィス３２→圧力室７→制御流ポート２を経由して、図示していないステアリング系回路に導かれる。

上記のようにして制御オリフィス３２に流体が流れると、その前後に圧力差が生じるが、制御オリフィス３２の上流側の圧力は、第１パイロット室２８に導かれるとともに、全開状態にある第３制御通路部３６を経由して一方の圧力室６にも導かれる。また、制御オリフィス３２の下流側の圧力は、第２パイロット室２９に導かれるとともに、この第２パイロット室２９を経由して他方の圧力室７にも導かれる。

また、上記のように制御オリフィス３２の前後に差圧が発生すれば、その差圧の分だけ、一方の圧力室６および第１パイロット室２８の圧力が、他方の圧力室７および第２パイロット室２９の圧力よりも高くなる。このように一方の圧力室６の圧力が他方の圧力室７の圧力よりも高くなれば、メインスプールＳは、スプリング８に抗して移動しながら、第１制御通路部１０の開度を徐々に狭くしていく。そして、メインスプールＳは、制御オリフィス３２前後の差圧がスプリング８のばね力と等しくなる関係位置で停止して、第１制御通路部１０を絞るとともに、制御オリフィス３２の開口面積で決められた制御流量が、他方の圧力室７を経由して制御流ポート２から流出する。

上記のようにメインスプールＳがスプリング８に抗して移動すると、環状溝９を介してポンプポート１と余剰流ポート３とが連通するが、その連通過程における第２制御通路部１１の開度は、制御オリフィス３２の上流側の圧力に依存する。すなわち、ポンプポート１から流入する流量が多くなって制御オリフィス３２前後の差圧が大きくなれば、メインスプールＳは、スプリング８のばね力が制御オリフィス３２前後の差圧に等しくなるように移動して、スプリング８を大きく撓ませる。そして、メインスプールＳが上記のように移動することによって、第２制御通路部１１の開度が決まることになる。言い換えると、ポンプポート１からの流量は、制御オリフィス３２で決められた一定の制御流量を制御流ポート２から流出させるとともに、その制御流量以上の流量を余剰流ポート３から流出させる。

また、上記したようにサブスプール２７の第１パイロット室２８と第２パイロット室２９との間にも圧力差が発生するので、サブスプール２７もスプリング３０に抗して移動し、第３制御通路部３６の開度を徐々に狭くしていくことになる。この時、ポンプポート１側の負荷圧が急激に高くなると、その高圧が第１パイロット室２８に作用するので、サブスプール２７がスプリング３０に抗して移動し、第３制御通路部３６を即座に閉じるとともに、この第３制御通路部３６にはダンパオリフィス３４が開口することになる。したがって、一方の圧力室６はダンパオリフィス３４を介してのみポンプポート１と連通することになるので、上記のようにポンプポート１側の圧力が急上昇しても、メインスプールＳの急激な移動を防止できる。

一方、余剰流ポート３に接続した作業機系回路の圧力が、例えばリリーフ圧まで上昇すると、メインスプールＳは、その圧力作用で第１制御通路部１０を最小にする位置まで移動するとともに、サブスプール２７も移動して第３制御通路部３６を閉じ、ダンパオリフィス３４を第３制御通路部３６に開口させる。この状態で、作業機系回路のバルブを操作して、作業機系回路をタンクに連通するとポンプポート１の圧力も低くなるが、ポンプポート１の圧力が低くなると、それにともなってサブスプール２７がスプリング３０のばね力で図示のノーマル位置に復帰して、第３制御通路部３６の開度を大きくする。このとき、第１パイロット室２８と一方の圧力室６とは、その連通が遮断されるので、サブスプール２７がノーマル位置に復帰する際に、一方の圧力室６の圧力がサブスプール２７に作用したりしない。そのために、サブスプール２７は、きわめてスムーズにノーマル位置に復帰することになり、高い応答性を確保することができる。

上記のようにして第３制御通路部３６の開度が大きくなれば、一方の圧力室６の圧力も、第３制御通路部３６→環状溝３３→連通ポート３５→ポート３７を経由して、圧力が低くなったポンプポート１側に導かれ、一方の圧力室６の圧力が低くなる。このようにして一方の圧力室６の圧力が低くなれば、それにともなってメインスプールＳがスプリング８のばね力の作用で移動し、第１制御通路部１０の開度を大きくする。したがって、作業機系回路の圧力が低くなっても、第１制御通路部１０の開度が大きくなっているので、一定の制御流量を確保することができる。

なお、上記実施形態では、サブスプール２７を制御するスプリング３０のばね力を、メインスプールＳを制御するスプリング８のばね力よりも弱くしているので、圧力室６と第１パイロット室２８とに同時に圧力が作用したときには、サブスプール２７の方が必ず先に移動することになる。このようにサブスプール２７が先に移動すれば、第３制御通路部３６に対してダンパオリフィス３４のみが開口することになる。言い換えると、メインスプールＳが図面右方向に移動するときには、ダンパオリフィス３４が機能して、メインスプールＳの急激な移動を抑制する。

また、メインスプールＳが図面左方向に移動するときには、サブスプール２７がノーマル位置である左側位置に戻っているので、第３制御通路部３６が開状態になる。このように第３制御通路部３６が開状態にあれば、メインスプールＳもスムーズに、左側位置に復帰することができる。

この発明の実施形態を示す断面図である。 従来のプライオリティバルブを示す断面図である。

符号の説明

Ｂ バルブ本体
１ ポンプポート
２ 制御流ポート
３ 余剰流ポート
Ｓ メインスプール
６ 一方の圧力室
７ 他方の圧力室
８ スプリング
１０ 第１制御通路部
１１ 第２制御通路部
２７ サブスプール
２８ 第１パイロット室
２９ 第２パイロット室
３０ スプリング
３１ 連通路
３２ 制御オリフィス
３４ ダンパオリフィス
３５ 連通ポート
３６ 第３制御通路部

Claims (1)

1. バルブ本体にポンプポート、制御流ポートおよび余剰流ポートを形成するとともに、このバルブ本体にメインスプールを摺動自在に組み込む一方、メインスプールの一端を一方の圧力室に臨ませ、他端を他方の圧力室に臨ませるとともに、この他方の圧力室に臨ませたスプールの他端にはスプリングのばね力を作用させてなり、上記ポンプポートと制御流ポートとは、メインスプールに直接または間接的に設けた制御オリフィスを介して連通して、制御流ポートにはこの制御オリフィスを経由した一定の制御流が流通する構成にし、しかも、制御オリフィスの上流側の圧力を上記一方の圧力室に導き、制御オリフィスの下流側の圧力を他方の圧力室に導くとともに、制御オリフィス前後の圧力差に応じてメインスプールが移動し、ポンプポートと制御流ポートとを連通させる第１制御通路部の開度、およびポンプポートと余剰流ポートとを連通させる第２制御通路部の開度を制御する構成にしたプライオリティバルブにおいて、上記メインスプールにはサブスプールを摺動自在に組み込み、このサブスプールの一端は第１パイロット室に臨ませ、他端はスプリングを設けた第２パイロット室に臨ませ、しかも、この第１パイロット室と上記一方の圧力室との直接の連通を遮断し、第２パイロット室と他方の圧力室とを常時連通させるとともに、上記第１パイロット室はサブスプールに形成した連通路を介して上記第２パイロット室に常時連通させ、この連通路に制御オリフィスを設け、メインスプールには、ポンプポートと上記連通路とを常時連通する連通ポートを設ける一方、サブスプールの移動位置に応じて開度が制御されるとともに上記連通路と上記一方の圧力室とを連通させる第３制御通路部を設け、かつ、サブスプールには、当該サブスプールが上記第２パイロット室内のスプリングのばね力に抗して移動したとき、第３制御通路部に開口して、上記一方の圧力室を連通路に連通させるダンパオリフィスを設けたプライオリティバルブ。

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