JP2008208982A

JP2008208982A - 制御弁装置

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Publication number: JP2008208982A
Application number: JP2007049022A
Authority: JP
Inventors: Koji Okazaki; 康治岡崎
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】制御弁装置を構成するロック弁機構におけるメインポペットを速く閉じるようにする。
【解決手段】ロック弁機構４５は、バルブ本体１１に形成された段付穴４９にスリーブ５２を嵌挿している。スリーブ５２の段付穴５３に設けた細孔５４の一側に大径穴５５、他側に中径穴５６が形成されている。中径穴５６には細孔５４と中径穴５６との間にシート面５７に接合する鋼球５８を支持するシート部材５９が螺着されている。シート部材５９は鋼球５８を収納するシート面６０と、シート面６０に連通する通路６１とを設けている。段付穴４９の小径穴４６にはポペット６３が摺動自在に嵌挿されており、該ポペット６３の小径部６４が通路２９及び３０を連通、遮断する連通路６５に臨設され、ポペット６３に遊挿されたばね部材６６の弾発力により円錐面６７により連通路６５を開閉する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロック弁機構を介してアクチュエータの負荷を保持する制御弁装置に関する。

従来、この種の制御弁装置は、バルブブロックａにアクチュエータ（シリンダＣ）に連通する一対のアクチュエータポート３２，３６と、前記アクチュエータポート３２，３６いずれか一方をポンプＰに連通させるとともに、他方のアクチュエータポートをタンクＴに連通させるためのスプール２３と、一方のアクチュエータポート側に設けるとともに、アクチュエータ（シリンダＣ）への供給油を自由に流通させ、該アクチュエータ（シリンダＣ）からの戻り油は、操作力が作用したときにのみ流通させるようにしたロック弁機構Ｖとを備えた制御弁装置において、前記ロック弁機構Ｖは前記一方のアクチュエータポート側を開閉するメインポペット４１と、このポペット４１に対して背圧を作用させて閉弁状態を維持する圧力室４３と、パイロット圧が作用したときに前記圧力室４３を中継通路３０に連通させるためのパイロットポペット４２と、スプール２３に形成されかつパイロットポペット４２が開弁したとき前記中継通路３０をタンク通路３１に連通させる切り換え部（環状溝４９）とを備え、パイロット室２４，２５に作用するパイロット圧が零になり、仮にロック弁機構Ｖが動作不良を起こしてもスプール２３によりタンクＴへの連通を遮断している（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−５０３０２号特許公報

しかしながら、特許文献１に記載された制御弁装置ではアクチュエータ（シリンダＣ）が作動状態の場合、圧力室４３内の圧力はメインポペット４１の絞りからタンクＴに連通されているため、低い圧力に保持されている。ここでオペレータの操作によりパイロット圧が低下した際、パイロットポペット４２を押し戻す力はスプリング４４の弾発力だけなり、通常、スプリング４４の弾発力は小さく設定されているのでパイロットポペット４２が戻る速度が遅い。パイロットポペット４２が閉じた後、圧力室４３には、メインポペット４１の絞りを通過した圧油が導かれるため、メインポペット４１の閉じも遅くなる。
仮にオペレータの操作でパイロット圧が低下した際、スプール２３が中立位置に戻る前に作動不良を起こした場合は、このロック弁はパイロットポペット４２の閉じた後に圧力室４３にメインポペット４１の絞り穴を通じて圧油が供給され、メインポペット４２が閉じる。よって、パイロットポペット４２の閉じ応答が遅いことで、オペレータの意図に反して、アクチュエータの停止が遅れ、危険である。
また、図１のパイロット室２５，４５にパイロット圧を供給する場合では、図３の戻り通路４８にタンク背圧がかかるので、パイロットピストン４６が図の右方向に作動し始めるときのパイロット圧４５の圧力がばらついてしまう。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、構造が簡単でコストを低減し、かつパイロットポペットの閉じ応答を向上させた制御弁装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため請求項１記載の発明は、バルブ本体にアクチュエータに連通する一対のアクチュエータポートと、前記アクチュエータポートのいずれか一方を圧力ポートに連通させるとともに、前記アクチュエータポートの他方をタンクに連通させるためのスプールと、前記一方の前記アクチュエータポート側に設けるとともに、前記アクチュエータの供給油を自由に流通させ、該アクチュエータからの戻り油は、操作力を作用させたときにのみ流通させるように構成したロック弁機構とを、備えた制御弁装置において、前記ロック弁機構は、前記一方のアクチュエータポート側を開閉するポペット部材と、前記ポペット部材に対して背圧を作用させて閉弁状態を維持する圧力室が形成されパイロット圧が作用したときに圧力室をドレーンに連通させるスリーブ部材と、前記スリーブ部材に係合し前記パイロット圧が作用したときに移動するピストン部材と、前記スリーブ部材に収納され前記ピストン部材により移動するボール部材と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、パイロット圧をピストンに作用させる場合、流路はドレーンに連通しており、タンクラインに連通する場合に比べ、背圧の影響が小さいため、ピストンの作動し始めのパイロット圧のばらつきが小さくなる。
請求項２記載の発明では、前記ボール部材は前記スリーブ部材に設けられたシート部材により該スリーブ部材に位置決めされるので、ボール部材をシート部材に押し付けているとき、該ボール部材には、アクチュエータポートの負荷圧が作用するようにしたので、パイロット圧が低下したときのボール部材が、シート部材にシートする時間が短くなり、ポペット部材の閉じ応答も早くすることができるので、好適である。

本発明によれば、ピストンの作動し始めのパイロット圧が、実機の状態によって、変動しやすいタンクラインの影響を受けないので、実機作動のばらつきが小さくなる。
また、メインスプールがリターン不良を起こした場合でも、ポペット部材が早く閉じ、パイロット圧室に圧力が供給されない限り、シリンダの停止遅れは最小限で、ポペット部材が閉じた後は、シリンダ負荷を保持できる。

本発明に係る制御弁装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら、以下、詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る制御弁装置１０の概略構造を示す略縦断面図である。
図１において、制御弁装置１０は、バルブ本体１１と、前記バルブ本体１１の側壁面に図示しないボルト部材により液密的に取り付けられたカバー部材１２とを備える。バルブ本体１１には長手方向（図１で左右方向）にメインスプール１３が摺動自在に嵌挿され、該メインスプール１３の両端はパイロット圧室１４、２０に臨ませている。前記パイロット圧室１４は、バルブ本体１１の側面に設けられ、該パイロット圧室１４に作用するパイロット圧(図示しない)によりメインスプール１３を図１で矢印Ｘ方向に移動させる。

パイロット圧室１４はバルブ本体１１の側面に取り付けられメインスプール１３の一側（図１で右側）を収納するキャップ部材１５と、前記キャップ部材１５に収納されメインスプール１３にねじ機構で締結された軸部材１６と、前記軸部材１６にリテーナ１７を介してその外周部に嵌着されたばね部材１８とを、備え、パイロット圧室１４にパイロット圧が作用しない場合はばね部材１８の弾発力により図示の中立位置に保持されている。
一方、メインスプール１３を図１で矢印Ｙ方向に移動させるためのパイロット圧室２０はカバー部材１２に設けられている。前記パイロット圧室２０は、メインスプール１３の他側（図１で左側）を収納する室２３を備え、カバー部材１２に穿設された供給路２１、２２及び供給口７４によりパイロット圧（図示しない）が供給されると、メインスプール１３がばね部材１８の弾発力に抗して矢印Ｙ方向に移動するようになる。

前記バルブ本体１１には、アクチュエータ２４に管路２５，２６を介して連通するアクチュエータポート２７，２８と、前記アクチュエータポート２７，２８に連通する通路２９、３０，３１と、図示しない油圧駆動源に連通する圧力ポート３２と、前記圧力ポート３２に連通するポンプ通路３３，３４と、メインスプール１３の矢印Ｘまたは矢印Ｙ方向の移動により通路２９，３１のそれぞれに連通、遮断するタンク通路３５，３６と、前記メインスプール１３の矢印Ｘまたは矢印Ｙ方向の移動により通路２９，３１とポンプ通路３３，３４とを連通・遮断する供給通路３７と、を備える。参照符号３９，４０はリリーフ弁で、通路３０、３１に連通するようにバルブ本体１１に装着されている。

図１に示すように、バルブ本体１１及びカバー部材１２の接合面には、メインスプール１３に略同方向にロック弁機構４５が嵌挿されている。
図２に示すように、前記ロック弁機構４５には、バルブ本体１１に形成された小径穴４６と、前記小径穴４６に隣接して連通する中径穴４７と、前記中径穴４７に隣接して連通しバルブ本体１１及びカバー部材１２に形成された大径穴４８と、を備える段付穴４９が設けられている。前記段付穴４９の中径穴４７及び大径穴４８には段付形状のスリーブ（スリーブ部材）５２の中径軸部５０及び大径軸部５１が嵌挿されている。前記スリーブ５２には、軸心方向に段付穴５３が形成されている。前記段付穴５３は軸心方向の略中央部に細孔５４が設けられ、該細孔５４の一側（図１で左側）に大径穴５５が形成され、他側（図１で右側）に中径穴５６が形成されている。

前記中径穴５６には細孔５４と該中径穴５６との連通部に形成されるシート面５７に接合する鋼球（ボール部材）５８を支持するシート部材５９がねじ機構（図示しない）により螺着されている。前記シート部材５９には、鋼球５８を収納するシート面６０と、該シート面６０に連通する通路６１とが設けられている。鋼球５８は軸受工具鋼が用いているが、使用条件、例えば圧力、シート部材質、シート回数が少ない、寿命が短くても良い、リークが多くても良いなどによって、他の材料であるＳＵＳ、アルミ合金、樹脂材料等を用いても勿論よい。
シート部材５９をスリーブ５２に螺着するときは、該シート部５９の一端（図１で右側）に設けられた二面取りを形成する突起部６２を工具により回動して行われるが、シート部材５９を中径穴５６に所定距離ねじ込んで鋼球５８がシート面５７とシート面６０との間で変位できるようにようにしてよいし、シート部材５９の端面（図２で左端面）をスリーブ５１の中径穴５６の端面（図２で右端面）に当接して鋼球５８がシート面５７とシート面６０との間を変位できるようにしてもよい。

一方、前記段付穴４９の小径穴４６にはポペット（ポペット部材）６３が摺動自在に嵌挿されており、通路２９及び３０を連通、遮断する連通路６５に臨設され、ポペット６３の内孔に遊挿されたばね部材６６の弾発力によりポペット６３の先端（図１で右端）に形成される広角の円錐面６７が連通路６５の開口部に当接若しくは離脱して通路２９及び３０の連通、遮断が行われる。ここで、ポペット６３の小径穴４６と中径穴４７とが接続する部分、すなわちスリーブ５２とポペット６３の間には該ポペット６３に対して背圧を作用させて閉弁状態を維持する圧力室４７ａが形成されている。

バルブ本体１０に設けられた大径穴４８と同軸上に位置し、該大径穴４８に隣接して連通する穴６８にはピストン（ピストン部材）６９が摺動自在に嵌挿されており、該ピストン６９の一側（図１で右側）に形成された着座部７０と、該着座部７０に連続して形成され大径穴５５に摺動自在に嵌挿された軸部材７１と、該軸部材７１に連続して設けられ細孔５４に遊挿され先端が鋼球５８に接合するピン部材７２と、を備える。

本発明の実施の形態に係る制御弁装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
先ず、アクチュエータ２４（図３参照）に作用している荷重Ｗを上昇（図３で上方）させる場合に、図示しない切換弁を切換操作すると、油圧駆動源（図示しない）から導出されるパイロット圧（図示しない）、例えばＰｐａがパイロット圧室１４の供給口７３に送油される。この場合、供給口７４に作用するパイロット圧（図示しない）、例えばＰｐｂは略零圧になっており、該供給口７４が供給路２１，２２を介してパイロット圧室２０に連通している。これによって、メインスプール１３が矢印Ｘ方向に移動すると、油圧駆動源に連通する圧力ポート３２より供給される圧油は図３に示される実線矢印のように連通路７５よりポンプ通路３４、供給通路３７、通路２９を経てポペット６３を矢印Ｘ方向に変位させて通路２９と３０とを連通して連通路６５より通路３０、アクチュエータポート２７、管路２５を流れてアクチュエータ２４のヘッド室側に供給される。

これに対して、アクチュエータ２４のロッド室側は管路２６がアクチュエータポート２８に連通しているので、該ロッド室側の圧油は通路３１、タンク通路３６よりタンク（図示しない）に戻る。よって、アクチュエータ２４は荷重Ｗを上昇させるようになる。
この場合、ポペット６３を矢印Ｘ方向に変位させる条件は、連通路６５の断面積をＡ１(図２参照)、通路２９に作用する油圧力をＰ１（図２参照）、小径穴４６の断面積をＡ２（図２参照）、該小径穴４６に作用する油圧力をＰ_Ｌ（図２参照）、ばね部材６６の弾発力をＷｓｐ（図２参照）とすると、
ポペット６３に作用する油圧力Ｐ１が、Ｐ１×Ａ１＋Ｐ_Ｌ×（Ａ２−Ａ１）≧Ｐ_Ｌ×Ａ２×Ｗｓｐ整理するとＰ１×Ａ１≧Ｐ_Ｌ×Ａ１×Ｗｓｐを満たすまで上昇したときにポペット６３を矢印Ｘ方向に変位させ、ポペット６３の円錐面６７が連通路６５の開口部（図２で左端）から離間して通路２９と３０とが連通するようになる。
これにより、流路３０を流れる油圧力Ｐ１がチェック弁３９より流路８１，８２，６１より凹部６０に流れ鋼球５８をシート面５７に押圧する。
なお、メインスプール１３が矢印Ｘ方向に移動した際、室７９は供給路７８，７７、供給口７６よりタンク（図示しない）を連通している。
また、この場合は流路３０の負荷圧Ｐ_Ｌは、流路８１、８２，６１よりシート面６０を通過し、鋼球５８をシート面５７に押圧している。なお、メインスプール１３が矢印Ｘ方向に移動した際、連通路７８は、室７９，８０を連通する位置にはなく、遮断されている。

図４に示すように、アクチュエータ２４に作用している荷重Ｗを下降（図４で下方）させる場合に、図示しない切換弁を切換操作すると、油圧駆動源（図示しない）から導出されるパイロット圧、例えばＰｐｂは供給口７４より供給路２１，２２を流れてパイロット圧室２０及びロック弁機構４５の穴６８に送給される。よって、ピストン６９（図２参照）が矢印Ｙ方向に移動してピン部材７２により鋼球５８を矢印Ｙ方向に押圧してシート面５７から離脱してシート面６０に押し付けられ、シート面５７と鋼球５８の外周部間の隙間に圧油の流路が形成される。
ここで、ピストン６９が鋼球５８を矢印Ｙ方向に押す条件は、ピストン６９の断面積をＡ３（図２参照）、シート５７のシート面積をＡ４（図２参照）とすると、パイロット圧Ｐｐｂ、小径穴４６に作用する油圧力をＰ_ＬがＰｐｂ×Ａ３≧Ｐ_Ｌ×Ａ４を満たす関係になったときに成立する。

この場合、ポペット６３の内側、すなわち圧力室４７ａの油圧力は小径穴４６に作用している油圧力Ｐ_Ｌと遮断されているので、該ポペット６３内に圧油は流路８３（図２参照）よりシート面５７と鋼球５８間の流路より流路８４，８５、室８０，７９を流れて供給路７８，８６、供給口７６よりドレーンＤ_Ｒに流れる。よって、ポペット６３の内側の油圧力が低下し、該ポペット６３が矢印Ｘ方向に変位して通路３０と２９とが連通するようになる。
一方、パイロット圧Ｐｐｂが供給室２２よりパイロット圧室２０の室２３に流入すると、メインスプール１３は矢印Ｙ方向に移動する。これによって、油圧駆動源に連通する圧力ポート３２より供給される圧油は図４に示される実線矢印のように連通路７５、ポンプ通路３３、供給通路３７、通路３１、アクチュエータポート２８より管路２６を経てアクチュエータ２４のロッド側室に供給される。
さらに、アクチュエータ２４のヘッド室側は管路２５よりアクチュエータポート２７、通路３０、連通路６５、通路２９を経てタンク通路３５に戻るようになる。よって、アクチュエータ２４は荷重Ｗを下降（図４で下方）させるようになる。
本発明の実施の形態に係る制御弁装置１０において、アクチュエータ２４は上下方向（縦方向）に配置したが、アクチュエータポート２７に自重負荷圧力がかかり、その負荷圧力を確実に保持する必要があるアクチュエータであれば、アクチュエータの姿勢は上下方向に限らない。

以上説明したように、本発明の制御弁装置によれば、自重負荷方向にシリンダーを作動させ、その作動を停止する際に、メインスプール１３が作動不良を生じ、中立位置に戻らなくても、パイロット圧室２０の圧力が低下していれば、閉じ応答が早いロック弁が閉じて、シリンダーを保持することができる。
また、流路８４はドレンラインに連通するので、タンクポートの背圧の影響を受けることがなく、実機作動時のばらつきを小さくすることができる。

本発明の実施の形態に係る制御弁装置のメインスプールの中立状態を示す略縦断面図である。図１に示すロック弁機構の略縦断面である。図１に示すメインスプールが左行した状態を示す略縦断面である。図１に示すメインスプールが右行した状態を示す略縦断面である。

符号の説明

１０制御弁装置１１バルブ本体
１２カバー部材１３メインスプール
１４、２０パイロット圧室２１供給路
２４アクチュエータ２５管路
２７、２８アクチュエータポート２９、３０通路
３２圧力ポート３３、３４ポンプ通路
３５、３６タンク通路３７供給通路
３８圧力補償弁３９、４０リリーフ弁
４５ロック弁機構４７ａ圧力室
５２スリーブ５７シート
５８鋼球６３ポペット
６９ピストン

Claims

バルブ本体にアクチュエータに連通する一対のアクチュエータポートと、
前記アクチュエータポートのいずれか一方を圧力ポートに連通させるとともに、前記アクチュエータポートの他方をタンクに連通させるためのスプールと、
前記一方の前記アクチュエータポート側に設けるとともに、前記アクチュエータの供給油を自由に流通させ、該アクチュエータからの戻り油は、操作力を作用させたときにのみ流通させるように構成したロック弁機構と、
を備えた制御弁装置において、
前記ロック弁機構は、前記一方のアクチュエータポート側を開閉するポペット部材と、前記ポペット部材に対して背圧を作用させて閉弁状態を維持する圧力室が形成されパイロット圧が作用したときに該圧力室をドレーンに連通させるスリーブ部材と、
前記スリーブ部材に係合し前記パイロット圧が作用したときに移動するピストン部材と、前記スリーブ部材に収納され前記ピストン部材により移動するボール部材と、
を有することを特徴とする制御弁装置。
請求項１記載の制御弁装置において、
前記ボール部材は前記スリーブ部材に設けられたシート部材により該スリーブ部材に位置決めされることを特徴とする制御弁装置。