JP2012017819A - コントロールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ロードチェック機能を果たす逆止弁を廃止してコントロールバルブの小型化をはかること。
【解決手段】二方向に作動するアクチュエータ５に給排される作動油の流量を制御するコントロールバルブ１０であって、アクチュエータ５の作動方向に応じて油圧源からアクチュエータ５に供給される作動油の流量をメータイン制御する第一、第二ポペット弁２０、３０と、アクチュエータ５から排出される作動油の流量をメータアウト制御するスプール弁５０とを備え、第一、第二ポペット弁２０、３０は、バルブシート２６、３６に着座して閉弁するポペット２２、３２と、アクチュエータ５に連通してポペット２２、３２を閉弁方向に付勢する圧力を導くポペット室２９、３９と、ポペット２２、３２を開弁方向に駆動するソレノイド（ポペット駆動手段）２４、３４と、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに給排される作動流体の流量を制御するコントロールバルブに関するものである。

従来、この種のコントロールバルブとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

バルブブロックに複数本のスプールが収容され、このスプールによってアクチュエータに供給される作動油の流量がメータイン制御されるとともに、アクチュエータから排出される作動油の流量がメータアウト制御される。

バルブブロックに逆止弁が収容され、この逆止弁がアクチュエータからの作動油が油圧源へと向かう逆流を止めるロードチェック機能を果たすようになっている。

特開２００６−１３２７００号公報

しかしながら、このような従来のコントロールバルブにあっては、スプールによってアクチュエータからの作動油を十分に遮断することができないため、ロードチェック機能を果たす逆止弁を設ける必要があり、構造が複雑化し、大型化を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロードチェック機能を果たす逆止弁を廃止してコントロールバルブの小型化をはかること目的とする。

本発明は、二方向に作動するアクチュエータに給排される作動流体の流量を制御するコントロールバルブであって、アクチュエータの作動方向に応じて流体圧源から前記アクチュエータに供給される作動流体の流量をメータイン制御する第一、第二ポペット弁と、アクチュエータから排出される作動流体の流量をメータアウト制御するスプール弁とを備え、第一、第二ポペット弁は、流体圧源から供給される作動流体をアクチュエータに導くバルブシートと、このバルブシートに着座して閉弁するポペットと、アクチュエータに連通してポペットを閉弁方向に付勢する圧力を導くポペット室と、ポペットを開弁方向に駆動するポペット駆動手段と、を備えたことを特徴とするものとした。

本発明によると、アクチュエータの作動方向に応じて、第一、第二ポペット弁の一方は、そのポペット駆動手段がバルブシートとポペットの間に画成される流路面積を調節して、アクチュエータに供給される作動流体の流量をメータイン制御する。このとき、スプール弁は、アクチュエータから排出される作動流体の流量をスプール弁を介してメータアウト制御する。これにより、アクチュエータの作動を多様に制御することができる。

第一、第二ポペット弁は、アクチュエータ側の圧力が流体圧源側の圧力よりも高くなったときに、ポペットがバルブシートに着座して閉弁し、アクチュエータからの作動流体が流体圧源へと向かう逆流を止めるロードチェック機能を果たす。これにより、コントロールバルブは、ロードチェック機能を果たす逆止弁を別に設ける必要がなく、構造が簡素化され、小型化がはかれる。

本発明の実施形態を示すコントロールバルブの断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すコントロールバルブ１０は、例えば建設機械に搭載され、アクチュエータ５に給排される作動油の流量を制御するものである。

アクチュエータ５として、ピストン６によって伸側圧力室７と縮側圧力室８とに区画される油圧シリンダが設けられる。

なお、これに限らず、アクチュエータ５として、例えば油圧モータを設けてもよい。

また、アクチュエータ５に給排される作動流体として、作動油（オイル）の代わりに、例えば水溶性代替液等を用いても良い。

コントロールバルブ１０には、アクチュエータ５の伸側圧力室７に連通する第一アクチュエータ通路１３と、縮側圧力室８に連通する第二アクチュエータ通路１４と、油圧源として油圧ポンプ１に連通する供給通路１１と、タンク２に連通する戻し通路１２とが接続される。

コントロールバルブ１０は、アクチュエータ５に供給される作動油の流量をメータイン制御する第一、第二ポペット弁２０、３０と、メータアウト制御する一つのスプール弁５０と、これらを収容するバルブブロック４０とを備える。

バルブブロック４０は、供給通路１１が接続されるインレットポート４１と、第一、第二アクチュエータ通路１３、１４がそれぞれ接続される第一、第二アクチュエータポート４３、４４と、戻し通路１２が接続される第一、第二アウトレットポート４２、４５とが形成される。

第一、第二ポペット弁２０、３０は、中央のインレットポート４１を挟んで互いに対向するように配置され、インレットポート４１に対して第一、第二アクチュエータポート４３、４４を開閉する。

第一、第二ポペット弁２０、３０は、バルブブロック４０に介装されるバルブハウジング２１、３１と、このバルブハウジング２１、３１に収容されるポペット（弁体）２２、３２と、このポペット２２、３２を閉弁方向に付勢するリターンスプリング２３、３３と、このリターンスプリング２３、３３に抗してポペット２２、３２を開弁方向に駆動するソレノイド２４、３４とを備える。

バルブハウジング２１、３１は、その内側にポペット室２９、３９を画成する円筒状に形成される。バルブハウジング２１、３１は、それぞれの頂部に開口する一つのバルブポート２５、３５と、このバルブポート２５、３５から連続する環状のバルブシート２６、３６と、その側部に開口する複数のバルブポート２７、３７とを有する。

バルブポート２５、３５は、インレットポート４１に連通し、供給通路１１から加圧作動油が導かれる。

バルブハウジング２１、３１のまわりにはグルーブ４８、４９が形成される。グルーブ４８、４９は、バルブポート２７、３７と第一、第二アクチュエータポート４３、４４とをそれぞれ連通し、アクチュエータ５に給排される作動油を導く。

円柱状のポペット２２、３２は、それぞれの外周部がバルブハウジング２１、３１の内周面に摺動可能に支持され、バルブシート２６、３６に着座する円錐面状のテーパ部２２ａ、３２ａを有する。

ポペット２２、３２は、リターンスプリング２３、３３の付勢力によりテーパ部２２ａ、３２ａがバルブシート２６、３６に着座する。

ポペット２２、３２は、段付き円柱状に形成され、その小径部のまわりにポペット室２９、３９が環状の空間として画成される。

ポペット２２、３２には、これを貫通する背圧導入通路２２ｂ、３２ｂが形成される。ポペット２２、３２の背後には、背圧室２８、３８が画成される。この背圧室２８、３８は、背圧導入通路２２ｂ、３２ｂを介してポペット室２９、３９にそれぞれ連通する。ポペット２２、３２の背圧室２８、３８には、第一、第二アクチュエータポート４３、４４の圧力が、グルーブ４８、４９、バルブポート２７、３７、ポペット室２９、３９、背圧導入通路２２ｂ、３２ｂを介して導かれる。

なお、背圧導入通路２２ｂ、３２ｂは、これに限らず、第一、第二ポペット弁２０、３０、バルブブロック４０に形成される構成としてもよい。

これにより、ポペット２２、３２は、背圧室２８、３８に導かれるアクチュエータ５の圧力によってテーパ部２２ａ、３２ａがバルブシート２６、３６に着座し、アクチュエータ５の作動油が供給通路１１へと逆流することを止める、ロードチェック機能を果たす。

ポペット２２、３２のテーパ部２２ａ、３２ａがバルブシート２６、３６に着座した閉弁状態では、両者の間に隙間が生じることなく、インレットポート４１に対する密封性が確保される。

コントロールバルブ１０は、ポペット駆動手段として、ソレノイド２４、３４を備える。ソレノイド２４、３４は、図示しないコイルの磁界によってポペット２２、３２をバルブシート２６、３６から離れる方向（図１にて左右方向）に移動させるソレノイド推力（開弁力）を発生する。このソレノイド推力がリターンスプリング２３、３３の付勢力とポペット２２、３２の前後差圧力とを合わせた力を上回ると、ポペット２２、３２がバルブシート２６、３６から離れる方向（図１にて左右方向）に移動する。

ポペット２２、３２のテーパ部２２ａ、３２ａがバルブシート２６、３６から離れると、テーパ部２２ａ、３２ａとバルブシート２６、３６との間に環状の流路が画成され、この流路断面積に応じた流量の作動油がインレットポート４１から第一、第二アクチュエータポート４３、４４へと流れる。

これにより、ソレノイド２４、３４のコイルを流れる励磁電流が増大するのに伴って、インレットポート４１から第一、第二アクチュエータポート４３、４４へと流れる作動油の流量が増大する。

ポペット駆動手段は、ポペット２２、３２を駆動するソレノイド２４、３４に限らず、背圧室２８、３８に導かれるパイロット圧力を調節する構成としてもよい。

バルブハウジング２１、３１のバルブポート２５、３５は、互いに中央のインレットポート４１を挟んで対向するように配置される。

ポペット２２、３２は、互いに同軸上にて摺動するように配置されるが、これに限らず、互いに異なる軸上にて摺動するように配置してもよい。

スプール弁５０は、バルブブロック４０に形成される収容孔６１と、この収容孔６１に摺動可能に介装されるスプール５１とを備える。

バルブブロック４０には、収容孔６１に面して第一、第二アウトレットポート４２、４５が形成されるとともに、第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７がそれぞれ環状の流路として形成される。

バルブブロック４０には、第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７とグルーブ４８、４９とをそれぞれ連通する通孔６２、６３が形成される。アクチュエータ５の作動油がポペット室２９、３９、グルーブ４８、４９、通孔６２、６３を通って第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７に導かれる。

スプール弁５０は、第一、第二ポペット弁２０、３０と並んで配置され、スプール５１はポペット２２、３２と略平行に摺動する。

スプール５１は、一方の端部にセンタスプリング６６が連結され、このセンタスプリング６６の付勢力によって図示の中立位置に保持される。

スプール５１は、両方の端部に面して第一、第二パイロット圧室６４、６５が設けられ、この第一、第二パイロット圧室６４、６５には図示しないパイロット弁を介してパイロット圧力がそれぞれ導かれる。

スプール５１は、第一、第二ランド部５２、５３を有し、第一、第二ランド部５２、５３の端部に複数のノッチ（絞り）５４、５５が形成される。

スプール５１が図示したように中立位置にある場合に、この第一、第二ランド部５２、５３がアウトレットポート４２、４５に対して第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７が遮断される。

スプール５１は、第一、第二パイロット圧室６４、６５に導かれるパイロット圧力とセンタスプリング６６の付勢力とが釣り合う位置に移動する。

アクチュエータ５の伸張作動時に、第二パイロット圧室６５に導かれるパイロット圧力が高められ、スプール５１が図にて中立位置から左方向に所定ストロークだけ移動すると、ノッチ５５を介して第二ポペット室連通ポート４７と第二アウトレットポート４５とが連通される伸側ポジションに切り換えられ、縮側圧力室８からの作動油がタンク２へと戻される。

アクチュエータ５の収縮作動時に、第一パイロット圧室６４に導かれるパイロット圧力が高められ、スプール５１が図にて中立位置から右方向に所定ストロークだけ移動すると、ノッチ５４を介して第一ポペット室連通ポート４６と第一アウトレットポート４２とが連通される縮側ポジションに切り換えられ、伸側圧力室７からの作動油がタンク２へと戻される。

こうしてスプール５１が左右方向に移動するストロークに応じてノッチ５４、５５の開口面積が増大し、第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７から第一、第二アウトレットポート４２、４５へと流れる作動油の流量が増大する。

油圧源として設けられる油圧ポンプ１は図示しないエンジンまたは電動機によって駆動され、タンク２に貯留された作動油を吸い上げ、加圧した作動油を供給通路１１へと吐出する。

油圧ポンプ１に連通する供給通路１１とタンク２とを連通する戻し通路１６が配設され、この戻し通路１６に電磁式のブリードオフ弁１７が介装される。

コントロールバルブ１０とブリードオフ弁１７の作動は、図示しないコントローラによって制御される。

オペレータが図示しないレバーを操作してアクチュエータ５を伸張作動させる場合に、コントローラは、ソレノイド２４を励磁して第一ポペット弁２０を開弁させて、供給通路１１の加圧作動油が伸側圧力室７に供給されるとともに、第二パイロット圧室６５に導かれるパイロット圧を高めてスプール弁５０を伸側ポジションに切り換え、縮側圧力室８からの作動油がタンク２へと戻される。

アクチュエータ５を収縮作動させる場合に、コントローラは、ソレノイド３４を励磁して第二ポペット弁３０を開弁させて、供給通路１１の加圧作動油が縮側圧力室８に供給されるとともに、第一パイロット圧室６４に導かれるパイロット圧を高めてスプール弁５０を縮側ポジションに切り換え、伸側圧力室７からの作動油がタンク２へと戻される。

コントロールバルブ１０は、アクチュエータ５の伸縮作動時にアクチュエータ５に供給される加圧作動油の流量を第一、第二ポペット弁２０、３０を介してメータイン制御するとともに、アクチュエータ５から排出される作動油の流量をスプール弁５０を介してメータアウト制御する。

上記アクチュエータ５の伸縮作動時に、例えばアクチュエータ５に働く負荷によって第一、第二アクチュエータ通路１３、１４に生じる負荷圧力が供給通路１１に生じるポンプ吐出圧力より高まる場合に、第一、第二ポペット弁２０、３０がポペット２２、３２の前後に生じる差圧力とリターンスプリング２３、３３の付勢力によって閉弁し、アクチュエータ５の作動油が供給通路１１へと向かう逆流を防止するロードチェック機能を果たす。

そして、ブリードオフ弁１７は、油圧ポンプ１から吐出される作動油のうち供給通路１１から戻し通路１６を通ってタンク２に戻される流量を調節し、供給通路１１に生じるポンプ吐出圧を制御する。

以上のように、本実施形態では、伸張、収縮の二方向に作動するアクチュエータ５に給排される作動油の流量を制御するコントロールバルブ１０であって、アクチュエータ５の作動方向に応じて油圧源からアクチュエータ５に供給される作動油の流量をメータイン制御する第一、第二ポペット弁２０、３０と、アクチュエータ５から排出される作動油の流量をメータアウト制御するスプール弁５０とを備え、第一、第二ポペット弁２０、３０は、油圧源から供給される作動油をアクチュエータ５に導くバルブシート２６、３６と、このバルブシート２６、３６に着座して閉弁するポペット２２、３２と、アクチュエータ５に連通してポペット２２、３２を閉弁方向に付勢する圧力を導くポペット室２９、３９と、ポペット２２、３２を開弁方向に駆動するソレノイド（ポペット駆動手段）２４、３４と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、アクチュエータ５の作動方向に応じて、第一、第二ポペット弁２０、３０の一方は、ソレノイド（ポペット駆動手段）２４、３４がバルブシート２６、３６とポペット２２、３２の間に画成される流路面積を調節して、アクチュエータ５に供給される作動油の流量をメータイン制御する。このとき、スプール弁５０は、アクチュエータ５から排出される作動油の流量をスプール弁５０を介してメータアウト制御する。これにより、アクチュエータ５の作動を多様に制御することができる。

第一、第二ポペット弁２０、３０は、アクチュエータ５に連通するポペット室２９、３９の圧力がインレットポート４１より高くなったときに、ポペット２２、３２がバルブシート２６、３６に着座して閉弁し、アクチュエータ５からの作動油が油圧源へと向かう逆流を止めるロードチェック機能を果たす。これにより、コントロールバルブ１０は、ロードチェック機能を果たす逆止弁を別に設ける必要がなく、構造が簡素化され、小型化がはかれる。

本実施形態では、油圧源に連通するインレットポート４１を備え、第一、第二ポペット弁２０、３０はインレットポート４１を挟むように互いに対向して配置され、スプール弁５０は第一、第二ポペット弁２０、３０と並んで配置され、スプール５１はポペット２２、３２と略平行に摺動する構成とした。

上記構成に基づき、バルブブロック４０に第一、第二ポペット弁２０、３０及びスプール弁５０がコンパクトに収められ、コントロールバルブ１０の小型化がはかれる。

本実施形態では、スプール弁５０は、第一、第二ポペット弁２０、３０のポペット室２９、３９に連通する第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７と、タンク２に連通する第一、第二アウトレットポート４２、４５と、第一、第二アウトレットポート４２、４５に対する第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７の連通を切換えるスプール５１と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、アクチュエータ５の作動時に、スプール弁５０は、スプール５１を移動し、第一、第二アウトレットポート４２、４５に対して第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７を選択的に連通し、アクチュエータ５から排出される作動油を第一、第二ポペット弁２０、３０のポペット室２９、３９と第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７と第一、第二アウトレットポート４２、４５とを通してタンク２へと戻す。

コントロールバルブ１０は、第一、第二ポペット室連通ポート４６、４７が第一、第二ポペット弁２０、３０のポペット室２９、３９を介してアクチュエータ５に連通する構造のため、バルブブロック４０に形成される通路構造が簡素化され、作動油の流れを円滑にする。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のコントロールバルブは、例えば産業機械、農業機械、車両、設備等、流体圧制御が必要なシステムに利用できる。

１ 油圧ポンプ
２ タンク
５ アクチュエータ
６ ピストン
１０ コントロールバルブ
２０、３０ 第一、第二ポペット弁
２２、３２ ポペット
２３、３３ リターンスプリング
２４、３４ ソレノイド（ポペット駆動手段）
２６、３６ バルブシート
２８、３８ 背圧室
２９、３９ ポペット室
４０ バルブブロック
４１ インレットポート
４２、４５ 第一、第二アウトレットポート
４６、４７ 第一、第二ポペット室連通ポート
５０ スプール弁
５１ スプール

Claims (3)

1. 二方向に作動するアクチュエータに給排される作動流体の流量を制御するコントロールバルブであって、
   前記アクチュエータの作動方向に応じて流体圧源から前記アクチュエータに供給される作動流体の流量をメータイン制御する第一、第二ポペット弁と、
   前記アクチュエータから排出される作動流体の流量をメータアウト制御するスプール弁と、を備え、
   前記第一、第二ポペット弁は、
   前記流体圧源から供給される作動流体を前記アクチュエータに導くバルブシートと、
   このバルブシートに着座して閉弁するポペットと、
   前記アクチュエータに連通して前記ポペットを閉弁方向に付勢する圧力を導くポペット室と、
   前記ポペットを開弁方向に駆動するポペット駆動手段と、を備えたことを特徴とするコントロールバルブ。
2. 前記流体圧源に連通するインレットポートを備え、
   前記第一、第二ポペット弁は前記インレットポートを挟むように互いに対向して配置され、
   前記スプール弁は前記第一、第二ポペット弁と並んで配置され、
   前記スプールは前記ポペットと略平行に摺動することを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブ。
3. 前記スプール弁は、
   前記第一、第二ポペット弁の前記ポペット室に連通する第一、第二ポペット室連通ポートと、
   タンクに連通する第一、第二アウトレットポートと、
   前記第一、第二アウトレットポートに対する前記第一、第二ポペット室連通ポートの連通を切換えるスプールと、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のコントロールバルブ。

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