JP2013257023A - Poppet valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば建設機械の油圧回路に設けられ、油液を含む流体の流路を開,閉したり、流量の調整を行ったりするのに好適に用いられるポペット弁に関する。 The present invention relates to a poppet valve that is provided, for example, in a hydraulic circuit of a construction machine and is preferably used to open and close a flow path of a fluid containing an oil liquid or to adjust a flow rate.
一般に、油圧ショベル等の建設機械に用いる油圧回路では、弁ハウジング内の流路を開,閉したり、流量の調整を行ったりするのにポペット弁が用いられている(例えば、特許文献1参照)。この種の従来技術によるポペット弁では、互いに交差した入口側流路と出口側流路がハウジングに設けられ、前記出口側流路に対する入口側流路の交差部位となる接続端側にはシート部が設けられている。また、前記ハウジング内には、前記シート部に離着座して前記流路間を連通,遮断するポペット型の弁体と、該弁体を常時閉弁方向に付勢する弁ばねとが設けられている。 In general, in a hydraulic circuit used in a construction machine such as a hydraulic excavator, a poppet valve is used to open and close a flow path in a valve housing and adjust a flow rate (see, for example, Patent Document 1). ). In this type of conventional poppet valve, an inlet-side channel and an outlet-side channel intersecting each other are provided in the housing, and a seat portion is provided on the connection end side where the inlet-side channel intersects the outlet-side channel. Is provided. The housing is provided with a poppet-type valve body that is separated from and seated on the seat portion to communicate and block between the flow paths, and a valve spring that normally biases the valve body in the valve closing direction. ing.
前記弁体は、前記シート部に着座したときに入口側流路と出口側流路との間を遮断する。一方、前記弁体がシート部から離座したときには、入口側流路と出口側流路との間を連通すると共に、そのリフト量に応じて流体の流量が可変に調整される。前記弁体のリフト量は、入口側流路の圧力、出口側流路の圧力、前記弁ばねが組込まれている制御圧室の圧力および弁ばねの付勢力により決定される。前記制御圧室には、外部指令に応じたパイロット圧(制御圧力)が導かれ、このパイロット圧を変化させることによって、ポペット弁の弁体は、そのリフト量が可変に調整される。 The said valve body interrupts | blocks between an entrance side flow path and an exit side flow path, when sitting on the said seat part. On the other hand, when the valve body is separated from the seat portion, the inlet-side channel and the outlet-side channel communicate with each other, and the flow rate of the fluid is variably adjusted according to the lift amount. The lift amount of the valve body is determined by the pressure of the inlet side channel, the pressure of the outlet side channel, the pressure of the control pressure chamber in which the valve spring is incorporated, and the urging force of the valve spring. A pilot pressure (control pressure) according to an external command is guided to the control pressure chamber, and the lift amount of the valve body of the poppet valve is variably adjusted by changing the pilot pressure.
ところで、上述した従来技術によるポペット弁では、前記弁体がシート部に着座する全閉位置とシート部から最も離座した全開位置との間でリフト量が変化する。このリフト量は、入口側流路と出口側流路の各部で発生する圧力と弁体の受圧面積の積を足し合わせた開弁方向の力と、弁体がリフトしたときの前記弁ばねの撓み量とばね定数の積、前記制御圧室の圧力と受圧面積の積を足し合せた閉弁方向の力とがバランスした位置によって決められる。 By the way, in the poppet valve by the prior art mentioned above, a lift amount changes between the fully closed position where the said valve body sits on a seat part, and the fully open position which left | separated most from the seat part. This lift amount is determined by adding the product of the pressure generated in each part of the inlet side channel and the outlet side channel and the pressure receiving area of the valve body in the valve opening direction, and the valve spring when the valve body is lifted. The product of the deflection amount and the spring constant, and the force in the valve closing direction obtained by adding the product of the pressure of the control pressure chamber and the pressure receiving area are determined by a balanced position.
前記制御圧室の圧力は、前記外部指令に応じて制御圧室内に導かれるパイロット圧、または、前記流路から導かれた圧力により変化する。前記制御圧室の圧力を低くすると弁ばねが負担する力が大きくなって、ポペット弁の弁体は開弁方向に移動し、前記制御圧室の圧力を高くすると弁ばねの負担する力が小さくなって、ポペット弁の弁体は閉弁方向に移動する。 The pressure in the control pressure chamber varies depending on the pilot pressure introduced into the control pressure chamber or the pressure introduced from the flow path in accordance with the external command. When the pressure in the control pressure chamber is lowered, the force that the valve spring bears increases, and the valve element of the poppet valve moves in the valve opening direction, and when the pressure in the control pressure chamber is raised, the force that the valve spring bears becomes small. Thus, the valve element of the poppet valve moves in the valve closing direction.
従来技術のポペット弁では、前記各圧力の受圧面積が変化しないため、前記弁体のリフト量が制御圧室の圧力に比例して変化することになり、ポペット弁の開口面積は、リフト量に従って増減する。即ち、前記制御圧室の圧力に従って開口面積が変化する。このため、従来技術では、制御圧室の圧力に対して、ある特定の範囲の開口面積を特定の制御圧室の圧力の範囲で制御したい場合、特に、開口面積が中開口領域となる範囲を制御仕様とした場合、弁体の少ないリフト量で必要な開口面積を満たすためには、例えばポペット弁の弁体に複数のノッチを形成する等の対策が必要であり、加工の工数が増加する。また、弁体の形状をノッチ加工を行うに十分な大きさに形成すると、ポペット弁の大型化に繋がってしまうという問題がある。 In the prior art poppet valve, since the pressure receiving area of each pressure does not change, the lift amount of the valve body changes in proportion to the pressure of the control pressure chamber, and the opening area of the poppet valve depends on the lift amount. Increase or decrease. That is, the opening area changes according to the pressure in the control pressure chamber. For this reason, in the prior art, when it is desired to control the opening area of a specific range with respect to the pressure of the control pressure chamber within the range of the pressure of the specific control pressure chamber, in particular, the range where the opening area becomes the middle opening region. In the case of control specifications, in order to satisfy the required opening area with a small lift amount of the valve body, for example, it is necessary to take measures such as forming a plurality of notches in the valve body of the poppet valve, which increases the number of processing steps. . Moreover, if the shape of the valve body is formed to be large enough to perform notch processing, there is a problem that the poppet valve is increased in size.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、制御圧室の圧力変化に対する弁体のリフト量を段階的に変化させることにより、特定範囲の開口面積の制御性を高めることができるようにしたポペット弁を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to control the opening area of a specific range by changing the lift amount of the valve body with respect to the pressure change of the control pressure chamber stepwise. An object of the present invention is to provide a poppet valve capable of enhancing the sex.
上述した課題を解決するため本発明は、連通穴を介して互いに連通する第1流路と第2流路とを有し、該第2流路のうち前記連通穴との交差部位にテーパ状のシート部が設けられたハウジングと、前記第2流路側から前記連通穴内に向けて進退するように前記ハウジングに設けられ、前記シート部に離着座する環状の弁部と先端側が該弁部よりも前記連通穴内に向けて突出した筒状突出部とを有する弁体と、前記ハウジングと弁体との間に形成され、前記弁体のリフト量を可変に制御するための制御圧が外部から供給される制御圧室と、該制御圧室内に設けられ、前記弁体を前記シート部に向けて閉弁方向に付勢する弁ばねとを備え、前記弁体は、前記第1流路と第2流路との間で前記連通穴の開口面積を前記リフト量に応じて変化させ、前記第1流路と前記第2流路との間を流れる流体の流量を制御するポペット弁に適用される。 In order to solve the above-described problem, the present invention has a first flow path and a second flow path communicating with each other through a communication hole, and a taper shape is formed at an intersection of the second flow path with the communication hole. A housing provided with a seat portion, an annular valve portion which is provided in the housing so as to advance and retreat from the second flow path side into the communication hole, and a front end side of the seat portion is separated from the valve portion. Is formed between the housing and the valve body, and a control pressure for variably controlling the lift amount of the valve body is externally provided. A control pressure chamber that is supplied; and a valve spring that is provided in the control pressure chamber and biases the valve body toward the seat portion in a valve closing direction, and the valve body includes the first flow path and the valve body. The opening area of the communication hole with the second flow path is changed according to the lift amount, It applied to the poppet valve for controlling the flow rate of fluid flowing between the first flow path the second flow path.
そして、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記弁体の筒状突出部は、前記弁部の位置から前記連通穴内に向けて筒状に突出し前記連通穴の穴径よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第1突出部と、該第1突出部の先端から前記連通穴内に向けて筒状に突出し該第1突出部よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第2突出部とを有し、前記第1突出部と第2突出部とは、前記第1流路と第2流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる構成としたことにある。
The feature of the configuration adopted by the invention of
また、請求項2の発明によると、前記第2突出部の突出長さは、前記第1突出部と第2突出部との半径方向寸法の差よりも大きくなるように形成する構成としている。 According to a second aspect of the present invention, the projecting length of the second projecting portion is formed so as to be larger than the difference in radial dimension between the first projecting portion and the second projecting portion.
さらに、請求項3の発明によると、前記第2突出部には、その先端側端面を切欠いて形成され該第2突出部の内周面と外周面との間を径方向で連通させる複数の切欠き部を設ける構成としている。 According to a third aspect of the present invention, the second projecting portion is formed by notching a tip end side end surface thereof, and a plurality of inner surfaces and outer peripheral surfaces of the second projecting portion are communicated in the radial direction. It is set as the structure which provides a notch part.
上述の如く、請求項1の発明によれば、弁体の筒状突出部を、第1突出部と、該第1突出部よりも小径な第2突出部とにより構成し、第1突出部と第2突出部とは、第1流路と第2流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる。このため、制御圧室内の圧力(制御圧)を変化させるときに、弁体のリフト量を前記制御圧に対し段階的に変化する特性として可変に調整することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the cylindrical projecting portion of the valve body is constituted by the first projecting portion and the second projecting portion having a smaller diameter than the first projecting portion, and the first projecting portion. And the second protrusion change the pressure receiving area of the valve body in stages with respect to the first flow path and the second flow path. For this reason, when the pressure (control pressure) in the control pressure chamber is changed, the lift amount of the valve body can be variably adjusted as a characteristic that changes stepwise with respect to the control pressure.
請求項2の発明によると、弁体のリフト量を調整し、第1流路から第2流路に向けて連通穴内を流通する流体が弁体の第2突出部に沿って流れるときに、該第2突出部と連通穴との間で流体に絞り効果を与えることができ、このときの流量を弁体のリフト量に応じて調整することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によると、第2突出部に形成した複数の切欠き部は、弁体のリフト量を第1突出部の位置から第2突出部の位置まで大きくしたときに、第1流路の連通穴と第2流路との間を連通させる通路となり、例えば大開口領域での連通面積を各切欠き部によって制御することができる。 According to the third aspect of the present invention, the plurality of notches formed in the second projecting portion have the first flow when the lift amount of the valve body is increased from the position of the first projecting portion to the position of the second projecting portion. The passage communicates between the communication hole of the passage and the second flow path. For example, the communication area in the large opening region can be controlled by each notch.
以下、本発明の実施の形態によるポペット弁を、油圧ショベルの油圧回路に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, a case where the poppet valve according to the embodiment of the present invention is applied to a hydraulic circuit of a hydraulic excavator will be described as an example and described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1ないし図10は本発明の第1の実施の形態を示している。図中、1は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル1は、クローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、該上部旋回体3の前部側に俯仰動可能に設けられた後述の作業装置4とにより構成されている。
1 to 10 show a first embodiment of the present invention. In the figure,
4は上部旋回体3の前部に設けられた作業装置で、該作業装置4は、基端側が上部旋回体3に俯仰動可能に取付けられたブーム5と、該ブーム5の先端側に俯仰動可能に取付けられたアーム6と、該アーム6の先端側に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット7と、上部旋回体3とブーム5との間に設けられブーム5を俯仰動させるブームシリンダ8と、ブーム5とアーム6との間に設けられアーム6を俯仰動させるアームシリンダ9と、アーム6とバケット7との間に設けられバケット7を回動させるバケットシリンダ10等とにより構成されている。
Reference numeral 4 denotes a working device provided at the front of the
11は油圧ショベル1に搭載されたメインの油圧ポンプを示し、該油圧ポンプ11は、タンク12と共に油圧源を構成し、例えばディーゼルエンジン等の原動機(図示せず)により回転駆動されるものである。そして、油圧ポンプ11は、タンク12内の作動油を吸込んでポンプ管路13およびセンタバイパス管路14に向けて圧油を吐出し、この圧油は後述のブーム用制御弁16,アーム用制御弁18を介してブームシリンダ8,アームシリンダ9に供給される。また、ブーム用制御弁16,アーム用制御弁18とタンク12との間には、例えばブームシリンダ8,アームシリンダ9からの戻り油をタンク12側に還流させるためのタンク管路15が設けられている。
ここで、ポンプ管路13の途中には分岐管路13A,13Bが設けられ、一方の分岐管路13Aは、後述のポペット弁36を介してアーム用制御弁18の高圧側ポート(即ち、図2中に示す後述の出口側通路25)に接続される。他方の分岐管路13Bは、後述するブーム用制御弁16の高圧側ポートに接続されるものである。なお、ポンプ管路13とタンク管路15は、別の分岐管路、別の方向制御弁(いずれも図示せず)等を介してバケットシリンダ10等にも接続されるものである。
Here,
16はブームシリンダ8用の方向制御弁(以下、ブーム用制御弁16という)で、該ブーム用制御弁16は、左,右の油圧パイロット部16A,16Bを有し、常時は中立位置(イ)に保持される。そして、ブーム用制御弁16は、左,右の油圧パイロット部16A,16Bに対して、例えば油圧パイロット式の操作弁(図示せず)からパイロット圧が供給されることにより、中立位置(イ)から切換位置(ロ),(ハ)に切換えられる。
17A,17Bはブームシリンダ8とブーム用制御弁16との間に設けられた一対の主管路で、該主管路17A,17Bのうち一方の主管路17Aは、ブームシリンダ8のボトム側油室(図示せず)をブーム用制御弁16の一方の圧油流出入ポートに接続するものである。他方の主管路17Bは、ブームシリンダ8のロッド側油室(図示せず)をブーム用制御弁16の他方の圧油流出入ポートに接続するものである。
ブーム用制御弁16が中立位置(イ)から切換位置(ロ)に切換えられたときには、油圧ポンプ11からの圧油が分岐管路13B、ブーム用制御弁16、主管路17Aを介してブームシリンダ8の前記ボトム側油室に供給され、前記ロッド側油室内の圧油は主管路17B、ブーム用制御弁16、タンク管路15を介してタンク12に排出される。これにより、ブームシリンダ8は前記ボトム側油室に供給された圧油により伸長し、ブーム5を上向きに仰動する。
When the
ブーム用制御弁16が中立位置(イ)から切換位置(ハ)に切換えられたときには、油圧ポンプ11からの圧油が分岐管路13B、ブーム用制御弁16、主管路17Bを介してブームシリンダ8のロッド側油室に供給され、ボトム側油室内の圧油は主管路17A、ブーム用制御弁16、タンク管路15を介してタンク12に排出される。これにより、ブームシリンダ8は前記ロッド側油室に供給された圧油により縮小し、ブーム5を下向きに俯動する。
When the
18はアームシリンダ9用の方向制御弁(以下、アーム用制御弁18という)で、該アーム用制御弁18は、左,右の油圧パイロット部18A,18Bを有し、常時は中立位置(イ)に保持される。そして、アーム用制御弁18は、左,右の油圧パイロット部18A,18Bに対して、例えば油圧パイロット式の操作弁(図示せず)からパイロット圧が供給されることにより、中立位置(イ)から切換位置(ロ),(ハ)に切換えられる。
19A,19Bはアームシリンダ9とアーム用制御弁18との間に設けられた一対の主管路で、該主管路19A,19Bのうち一方の主管路19Aは、アームシリンダ9のボトム側油室(図示せず)をアーム用制御弁18の一方の圧油流出入ポート(即ち、図2中に示す流出入通路28A)に接続するものである。他方の主管路19Bは、アームシリンダ9のロッド側油室(図示せず)をアーム用制御弁18の他方の圧油流出入ポート(即ち、図2中に示す流出入通路28B)に接続するものである。
19A and 19B are a pair of main pipelines provided between the
アーム用制御弁18が中立位置(イ)から切換位置(ロ)に切換えられたときには、油圧ポンプ11からの圧油が分岐管路13A、後述の入口側通路24、ポペット弁36、出口側通路25、アーム用制御弁18、主管路19Aを介してアームシリンダ9の前記ボトム側油室に供給され、前記ロッド側油室内の圧油は主管路19B、アーム用制御弁18、タンク管路15を介してタンク12に排出される。これにより、アームシリンダ9は前記ボトム側油室に供給された圧油により伸長し、アーム6を下向きに俯動する。
When the
アーム用制御弁18が中立位置(イ)から切換位置(ハ)に切換えられたときには、油圧ポンプ11からの圧油が分岐管路13A、後述の入口側通路24、ポペット弁36、出口側通路25、アーム用制御弁18、主管路19Bを介してアームシリンダ9のロッド側油室に供給され、ボトム側油室内の圧油は主管路19A、アーム用制御弁18、タンク管路15を介してタンク12に排出される。これにより、アームシリンダ9は前記ロッド側油室に供給された圧油により縮小し、アーム6を上向きに仰動する。
When the
20は設定圧可変式のリリーフ弁で、該リリーフ弁20は、ポンプ管路13、センタバイパス管路14とタンク管路15との間に設けられている。リリーフ弁20は、例えばポンプ管路13内の圧力が設定圧以上に上昇すると開弁し、このときの過剰圧をタンク管路15側にリリーフするものである。ここで、リリーフ弁20は、圧力設定用ばね20Aおよびパイロット油室20B等を有し、外部からパイロット油室20Bに供給されるパイロット圧に従って圧力設定用ばね20Aの設定圧力が変化される。これにより、リリーフ弁20は、そのリリーフ設定圧が低圧設定と高圧設定との間で2段階または3段以上の多段階に調整可能な構成となっている。
20 is a relief valve of variable set pressure type, and the
21は後述のポペット弁36とアーム用制御弁18とを含んで構成された制御弁装置で、該制御弁装置21は、図2に示すようにアーム用制御弁18とポペット弁36とに共通したハウジングとしての弁ケーシング22を有している。該弁ケーシング22には、その左,右方向に貫通して延びたスプール摺動穴23と、該スプール摺動穴23から径方向に離間した位置に形成された第1流路としての入口側通路24と、該入口側通路24と連通穴24Aの位置で交差し全体として逆U字状に延びて形成された第2流路としての出口側通路25とが設けられている。
A
入口側通路24の連通穴24Aは、出口側通路25を挟んで後述の弁体摺動穴27と対向する位置に配置され、入口側通路24を出口側通路25に対して交差するように連通させるものである。また、出口側通路25のうち連通穴24Aとの交差部位には、後述の弁体37が離着座する環状弁座としてのテーパ状のシート部26が設けられている。
The
また、弁ケーシング22には、連通穴24A、出口側通路25およびシート部26を挟んで入口側通路24とは反対側に配置された段付穴からなる弁体摺動穴27と、出口側通路25および弁体摺動穴27を挟んで左,右方向(後述のスプール29が摺動する矢示A,B方向)に離間しアーム用制御弁18の圧油流出入ポートを構成する一対の流出入通路28A,28Bとが形成されている。前記弁体摺動穴27は、後述の弁ブロック34と出口側通路25との間をスプール摺動穴23とほぼ直交する方向(スプール摺動穴23の径方向)に沿って延び、後述の弁体37は弁体摺動穴27内に変位可能に挿嵌されている。
Further, the
スプール摺動穴23の周壁側には、図2中の左,右方向(矢示A,B方向)に離間した第1の環状油溝23A,23Bと、該第1の環状油溝23A,23Bよりもスプール摺動穴23の軸方向外側に位置し互いに左,右方向に離間した第2の環状油溝23C,23Dと、該第2の環状油溝23C,23Dよりもスプール摺動穴23の軸方向外側に位置し互いに左,右方向に離間した第3の環状油溝23E,23Fとが形成されている。
On the peripheral wall side of the
第1の環状油溝23A,23Bは、全体として逆U字状に形成された出口側通路25により互いに連通し、後述のスプール29が図2に示す中立位置から左,右方向に変位したときに第2の環状油溝23C,23Dに対して連通,遮断される。第2の環状油溝23C,23Dは、左,右の流出入通路28A,28Bを介して一対の主管路19A,19Bに常時連通している。また、第3の環状油溝23E,23Fは、各タンク管路15を介してタンク12に常時連通している。弁ケーシング22には、出口側通路25の途中から分岐した小径の油路からなる分岐通路25Aが形成されている。この分岐通路25Aは、後述する弁ブロック34側の通路34Dと常時連通している。
The first
29はアーム用制御弁18のスプールで、該スプール29は、弁ケーシング22のスプール摺動穴23内に挿嵌され、外部から油圧パイロット部18A,18Bに供給されたパイロット圧に従ってスプール摺動穴23内を左,右方向に摺動変位する。これにより、図1に示すアーム用制御弁18は、中立位置(イ)から左,右の切換位置(ロ),(ハ)に切換わるものである。
スプール29は、図2中に示すように第2の環状油溝23C,23Dを第1の環状油溝23A,23Bと第3の環状油溝23E,23Fとのいずれか一方に選択的に連通,遮断させる切換ランド29A,29Bを有している。この切換ランド29A,29Bには、圧油の流量を微調整するためのノッチ29A1 ,29B1 がそれぞれ複数個、周方向に離間して形成されている。
As shown in FIG. 2, the
即ち、スプール29が図2中の矢示A方向に摺動変位したときには、スプール29の切換ランド29Aが第1の環状油溝23Aを第2の環状油溝23Cに連通させ、スプール29の切換ランド29Bは、第1の環状油溝23Bを第2の環状油溝23Dに対して遮断すると共に、第2の環状油溝23Dを第3の環状油溝23Fに連通させる。これにより、アーム用制御弁18は、図1に示す中立位置(イ)から左側の切換位置(ロ)に切換わる。
That is, when the
一方、スプール29が図2中の矢示B方向に摺動変位したときには、スプール29の切換ランド29Bが第1の環状油溝23Bを第2の環状油溝23Dに連通させ、スプール29の切換ランド29Aは、第1の環状油溝23Aを第2の環状油溝23Cに対して遮断すると共に、第2の環状油溝23Cを第3の環状油溝23Eに連通させる。これにより、アーム用制御弁18は、図1に示す中立位置(イ)から右側の切換位置(ハ)に切換わる。
On the other hand, when the
30A,30Bはスプール29と共にアーム用制御弁18を構成する左,右の蓋体で、該蓋体30A,30Bは、スプール摺動穴23の軸方向(左,右方向)両側に位置して弁ケーシング22に設けられ、スプール摺動穴23の両端側を閉塞するものである。また、蓋体30A,30Bの内側には油圧パイロット部18A,18Bが設けられ、これらの油圧パイロット部18A,18Bには、前記操作弁からパイロット圧が供給される。アーム用制御弁18のスプール29は、このときのパイロット圧に従ってスプール摺動穴23内を左,右方向(図2中の矢示A,B方向)に摺動変位されるものである。
30A and 30B are left and right lids that constitute the
ここで、右側の蓋体30Bは、左側の蓋体30Aよりも長尺に形成され、この蓋体30B内には、後述のスリーブ31、ストッパ32、センタリング用のばね33等が設けられている。また、蓋体30Bには、図2に示す如くばね33の端部側が当接する環状の段部30B1 が設けられている。
Here, the
31は弁ケーシング22の端面と蓋体30Bとの間に挟持して設けられたスリーブで、該スリーブ31は、その内径がスプール摺動穴23の穴径に対応し、蓋体30B内でスプール29を摺動変位可能に支持している。また、スリーブ31は、スプール29が図2に示すように中立位置にあるとき、または図2中の矢示B(左方向)に摺動変位したときに、後述するばね33のばね力を受承するものである。
32はスプール29の右側端部に螺着して設けられたストッパで、該ストッパ32は、蓋体30B内に摺動変位可能に配置され、蓋体30B内を軸方向に延びる軸部32Aを有している。そして、ストッパ32は、スプール29が図2中の矢示A方向(右方向)に摺動変位したときに、スプール29のストロークエンドを規制するものである。
A
33はスプール29を中立位置に保持するためのセンタリング用のばねで、該ばね33は、軸部32Aの外周側に位置してスプール29の端面(スリーブ31の端面)とストッパ32(蓋体30Bの段部30B1 )との間に予め初期荷重を与えた状態で配設されている。そして、ばね33は、油圧パイロット部18A,18Bからのパイロット圧がタンク圧レベルまで低下したときに、スプール29を中立位置に保持するものである。
また、外部から油圧パイロット部18Aに供給されたパイロット圧でスプール29が図2中の矢示A方向(右方向)に摺動変位するときに、スプール29の端面と蓋体30Bの段部30B1 との間でばね33は圧縮変形される。一方、外部から油圧パイロット部18Bに供給されたパイロット圧でスプール29が図2中の矢示B方向(左方向)に摺動変位するときには、スリーブ31の端面とストッパ32との間でばね33は圧縮変形されるものである。
Further, when the
34は弁ケーシング22と共にハウジングを構成する弁ブロックで、該弁ブロック34は、弁ケーシング22の弁体摺動穴27を外側から閉塞するように弁ケーシング22の外側面に衝合して設けられている。弁ブロック34には、後述するポペット弁36のキャップ部材41が嵌合して取付けられる嵌合凹部34Aと、後述する圧力調整弁35のスプール弁体35A等が収容される弁収容穴34Bと、該弁収容穴34Bと嵌合凹部34Aとの間を連通する第1の通路34Cと、弁ケーシング22の分岐通路25Aと弁収容穴34Bとの間を斜めに傾斜して延び圧力調整弁35により第1の通路34Cに対して連通,遮断される第2の通路34Dと、パイロット圧の給排ポート34Eおよびドレンポート34Fとが設けられている。
35は弁ブロック34に設けられた圧力調整弁で、該圧力調整弁35は、弁ブロック34の弁収容穴34B内に摺動可能に挿嵌して設けられノッチ35A1 を有した段付のスプール弁体35Aと、該スプール弁体35Aの一側にばね室を画成する蓋部35Bと、該蓋部35Bとスプール弁体35Aとの間に縮装状態で設けられたスプリング35Cとを含んで構成されている。
A
圧力調整弁35は、スプリング35Cにより図1中に示す連通位置(a)に配置されるときに、第1,第2の通路34C,34D間をスプール弁体35Aを介して連通させる。このため、後述するポペット弁36の背圧室(即ち、制御圧室42)は、第1,第2の通路34C,34Dおよび弁ケーシング22側の分岐通路25Aを介して出口側通路25と連通し、出口側通路25とほぼ等しい圧力に保たれる。このとき、ポペット弁36は、後述の如く全開位置まで開弁される。
When the
一方、圧力調整弁35のスプール弁体35Aは、外部指令用の遠隔操作弁(図示せず)から給排ポート34Eに供給される外部指令圧としてのパイロット圧が予め決められた所定の圧力値以上まで上昇したときに、スプリング35Cに抗して摺動変位し、第1,第2の通路34C,34D間を遮断する。これにより、圧力調整弁35は、図1中に示す連通位置(a)から遮断位置(b)にスプリング35Cに抗して切換わるものである。このため、後述の制御圧室42は、第2の通路34C(出口側通路25)に対して遮断され、弁体37のリフト量を小さく抑えるように後述の如く作用し、閉弁位置となる。
On the other hand, the spool valve body 35A of the
36は制御弁装置21の一部を構成するポペット弁で、該ポペット弁36は、弁ケーシング22に設けられた入口側通路24(連通穴24A)、出口側通路25、シート部26および弁体摺動穴27と、後述の弁体37、キャップ部材41、制御圧室42および弁ばね43とを含んで構成されている。そして、ポペット弁36は、圧力調整弁35と協働して後述する弁体37のリフト量(即ち、開口面積)を可変に調整し、これに応じてアーム用制御弁18を流通する圧油の流量を可変に制御するものである。
37はポペット弁36の弁体で、該弁体37は、図3に示すように弁体摺動穴27内に挿嵌された段付の弁部材38と、該弁部材38の軸方向一側に螺合して設けられ後述のチェック弁体40を弁部材38との間で変位可能に保持する弁保持部材39とにより構成されている。弁保持部材39は、後述の弁ばね43をキャップ部材41との間で縮装状態に支持するばね受部39Aと、該ばね受部39Aよりも小径な有蓋筒状に形成され弁部材38(後述する段付穴部38Gの上部側)内に螺入した状態で後述のチェック弁体40を変位可能に保持する小径な保持筒部39Bとを含んで構成されている。
弁部材38は、弁体摺動穴27内に摺動可能に挿嵌された大径部38Aと、該大径部38Aの軸方向一側に設けられた小径筒部38Bと、大径部38Aの軸方向他側に小径な縮径部38Cを介して一体に形成され外周側が弁ケーシング22のシート部26に離着座する弁部38Dと、該弁部38Dの他側(先端側)から入口側通路24の連通穴24A内に向けて軸方向に突出した筒状突出部38Eとを含んで構成されている。弁部材38の大径部38Aは、図4に示すように外径寸法d1 をもって形成され、外径寸法d1 は弁体摺動穴27の穴径よりも僅かに(即ち、弁体37の摺動変位を許す範囲で)小径に形成されている。
The
また、弁部材38には、前記筒状突出部38Eの内周側から大径部38A、小径筒部38B内へと軸方向一側(上側)に向けて延び途中部位に後述するチェック弁体40用の弁座38Fが形成された段付穴部38Gと、該段付穴部38Gの径方向に延びた複数の径方向穴38Hとが設けられている。各径方向穴38Hは、図3に示すように後述の制御圧室42と連通している。段付穴部38Gは、筒状突出部38Eの内周側を介して入口側通路24内と連通するものである。
Further, the
さらに、弁部材38の筒状突出部38Eは、後述の第1突出部44と第2突出部45とを有している。入口側通路24から連通穴24Aを介して出口側通路25へと流れる圧油の流量(即ち、出口側通路25に対する連通穴24Aの開口面積)は、これらの第1突出部44と第2突出部45とにより後述の如く調整されるものである。
Furthermore, the
40は弁部材38と弁保持部材39との間に収容されたチェック弁体で、該チェック弁体40は、弁保持部材39の保持筒部39B内に摺動可能に挿嵌され、常時は弁部材38の弁座38Fに着座するように弱ばね40Aにより付勢されている。チェック弁体40は、弁部材38の筒状突出部38E側から入口側通路24内の圧力が作用すると、弱ばね40Aに抗して弁座38Fから離座するように開弁する。これにより、入口側通路24内の圧油は、弁部材38の段付穴部38Gおよび各径方向穴38H等を介して後述の制御圧室42に供給される。
このように、チェック弁体40は、弁体37内を入口側通路24から制御圧室42に向けて圧油が流通するのを許し、逆向きの流れを阻止する。即ち、チェック弁体40は、制御圧室42内の油液が弁部材38の各径方向穴38H等を介して段付穴部38G、入口側通路24に向け流通するのを阻止するものである。
In this way, the
41はポペット弁36の一部を構成するキャップ部材で、該キャップ部材41は、弁ブロック34の嵌合凹部34A内に嵌合され、弁ケーシング22の弁体摺動穴27を軸方向一側(上側)から弁ブロック34と共に閉塞している。弁体37の弁保持部材39とキャップ部材41との間には、弁体37のリフト量を可変に制御するための背圧室としての制御圧室42が形成され、この制御圧室42は、弁ブロック34の第1の通路34Cに常時連通している。
41 is a cap member that constitutes a part of the
43は制御圧室42内に位置して弁保持部材39とキャップ部材41との間に配設された弁ばねで、該弁ばね43は、コイルスプリング等を用いて構成され、弁体37(弁保持部材39)を常時閉弁方向に付勢している。弁体37は、制御圧室42内に発生する背圧(制御圧)によっても閉弁方向に押圧される。また、弁ばね43は、例えば外部からの振動等で弁体37が不用意に開弁するのを防ぐ機能も有している。
A
弁ばね43は、ばね定数kを調整したものが用いられ、後述の如く予め決められたばね定数kb のばねにより構成される。即ち、弁ばね43は、制御圧室42内の圧力が決められた規定圧(後述の最低圧力Pmin )のときに、弁体37のリフト量Xが最大(後述の最大変位量Xmax )となるように、ばね定数kb が所定値に設定されている。
As the
44は弁体37の筒状突出部38Eを後述の第2突出部45と共に構成する第1突出部で、該第1突出部44は、図3〜図5に示すように弁部材38の筒状突出部38Eのうち弁部38D側寄りとなる位置に配置され、連通穴24A内に摺動可能に挿嵌されている。即ち、第1突出部44は、弁部38Dの位置から連通穴24A内に向けて筒状に突出する円筒体として形成されている。第1突出部44の外径寸法d2 (図4参照)は、連通穴24Aの穴径よりも予め決められた寸法(第1突出部44が連通穴24A内で摺動変位するのを許す範囲で)だけ僅かに小径に形成されている。第1突出部44の外径寸法d2 (図4参照)は、大径部38Aの外径寸法d1 よりも小径(d2 <d1 )に形成されている。
第1突出部44の外周面には、複数の切欠きとしてのノッチ44Aが周方向に離間して設けられている。図6に示すように、弁体37のリフト量が小さい小開口領域(図9に示す範囲C)では、弁体37の弁部38Dがシート部26から離座した状態で、入口側通路24の連通穴24Aは第1突出部44の各ノッチ44Aを介して出口側通路25に連通する。このとき、連通穴24Aから出口側通路25に向けて流れる圧油の流量は、各ノッチ44Aによる流路面積(開口面積)の範囲内で相対的に小さな流量に調整される。
A plurality of
45は弁体37の筒状突出部38Eを第1突出部44と共に構成する第2突出部で、該第2突出部45は、図3〜図5に示すように、第1突出部44の先端(後述の段差面部46)から連通穴24A内に向けて筒状に突出し、第1突出部44よりも小径な円筒体として形成されている。第2突出部45は軸方向の突出長さLを有し、その内径寸法は、第1突出部44と同一径になっている。しかし、第2突出部45の外径寸法d3 (図4参照)は、第1突出部44の外径寸法d2 よりも予め決められた寸法だけ小径(d3 <d2 )に形成されている。
45 is a second projecting portion that constitutes the cylindrical projecting
ここで、第1突出部44と第2突出部45との半径方向寸法の差δ(以下、径方向隙間δという)は、下記の数1式により求められる。この径方向隙間δは、後述の如く弁体37のリフト量が中開口領域(図9に示す範囲D)であるときに、連通穴24Aと第2突出部45との間を流れる圧油に絞り効果を発揮できるような寸法に形成されている。
Here, the difference δ in the radial direction between the
また、第2突出部45の突出長さLは、径方向隙間δよりも大きく(L>δ)なるように形成されている。第2突出部45は、突出長さLをより長くすれば、これに従って前記絞り効果を一層に高めることができる。さらに、第2突出部45には、その先端側端面を断面U字状に切欠いて形成された複数の切欠き部45Aが設けられている。該各切欠き部45Aは、第2突出部45(即ち、筒状突出部38E)の周方向に定間隔をもって配置され、第2突出部45の内周面と外周面との間を径方向に延び両者間を連通させるすり割り溝として形成されている。
Further, the projecting length L of the second projecting
46は第1突出部44と第2突出部45との間に配置された環状の段差面部で、該段差面部46は、弁体37(筒状突出部38E)の周方向に全周にわたって延びる環状の段差面として形成されている。段差面部46は、図6に示すように弁体37のリフト量が小さい小開口領域で、入口側通路24内の圧力を受圧する受圧面となり、図8に示すように弁体37のリフト量が大きくなった大開口領域では、出口側通路25内の圧力を受圧する受圧面となる。これにより、段差面部46は、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を段階的に変化させる効果を発揮することができる。
46 is an annular stepped surface portion disposed between the first projecting
第1の実施の形態によるポペット弁36を備えた制御弁装置21は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
The
まず、油圧ポンプ11から吐出された圧油は、ポンプ管路13の分岐管路13Aから弁ケーシング22の入口側通路24、ポペット弁36の弁体37と連通穴24Aとの間(隙間)を流通して出口側通路25に流れる。そして、出口側通路25に流れた圧油は、アーム用制御弁18を中立位置(イ)から切換位置(ロ)または(ハ)に切換えることにより、一対の主管路19A,19Bを介してアームシリンダ9に給排される。
First, the pressure oil discharged from the
アームシリンダ9に供給される圧油の流量は、ポペット弁36の弁体37における開口面積と、アーム用制御弁18のスプール29(切換ランド29A,29B)による開口面積とによって決められる。また、弁ケーシング22の入口側通路24から出口側通路25に向けた圧油の流れを遮断する場合に、ポペット弁36の弁体37は、弁部材38の弁部38Dを弁ケーシング22のシート部26に着座させることにより両通路24,25間を遮断する。
The flow rate of the pressure oil supplied to the
そこで、アーム用制御弁18を通じてアームシリンダ9に供給する圧油の流量を小さく抑える場合には、圧力調整弁35を連通位置(a)から遮断位置(b)の方向に切換えてゆく。即ち、圧力調整弁35のスプール弁体35Aが図2中の矢示B(左方向)に摺動変位するときには、圧力調整弁35の開口面積(即ち、スプール弁体35Aのノッチ35A1 による開口面積)が小さくなってゆく。ノッチ35A1 による開口面積が小さくなると、第1,第2の通路34C,34D間に圧力差が発生し、制御圧室42の圧力は高くなる。これにより、ポペット弁36の弁体37は、図6に示すようにリフト量が制御圧室42内の圧力により小さく抑えられ、小開口領域(図9に示す範囲C)に設定される。
Therefore, in order to keep the flow rate of the pressure oil supplied to the
なお、圧力調整弁35が連通位置(a)から遮断位置(b)に完全に切換わると、ポペット弁36の制御圧室42は、圧力調整弁35のスプール弁体35Aにより第2の通路34D、分岐通路25Aに対して遮断される。これにより、ポペット弁36の制御圧室42は、入口側通路24とほぼ等しい圧力になるために、ポペット弁36の弁体37は全閉状態となって閉弁する(図3参照)。
When the
図6に示す小開口領域において、ポペット弁36の弁体37は、弁部材38の弁部38Dがシート部26から離座し、かつ筒状突出部38Eの第1突出部44がシート部26よりも連通穴24Aに進入した状態となる。この場合、連通穴24Aから出口側通路25に向けて流れる圧油の流量は、弁体37の第1突出部44と連通穴24Aとの間に形成される開口面積(例えば、複数のノッチ44Aによる開口面積)によって小さな流量に調整される。
In the small opening region shown in FIG. 6, the
一方、圧力調整弁35を遮断位置(b)から連通位置(a)の方向に切換えてゆくと、圧力調整弁35のスプール弁体35Aが図2中の矢示A(右方向)に摺動変位し、スプール弁体35Aのノッチ35A1 による開口面積が漸次大きくなるため、第1,第2の通路34C,34D間の圧力差が漸次小さくなって、制御圧室42の圧力は低下するようになる。これにより、ポペット弁36の弁体37は、図7に示すようにリフト量が漸次大きくなり、中開口領域(図9に示す範囲D)に設定される。
On the other hand, when the
図7に示す中開口領域において、ポペット弁36の弁体37は、第1突出部44と第2突出部45との間の段差面部46が連通穴24Aとシート部26との間の境界に達する位置まで開弁し、第2突出部45はシート部26よりも連通穴24Aに進入した状態となる。この場合、連通穴24Aから出口側通路25に向けて流れる圧油の流量は、弁体37の第2突出部44と連通穴24Aとの間に形成される開口面積によって中間の流量に調整される。
In the middle opening region shown in FIG. 7, the
また、この状態から圧力調整弁35をさらに連通位置(a)の方向に切換えてゆくと、圧力調整弁35のスプール弁体35Aが図2中の矢示A(右方向)に摺動変位し、スプール弁体35Aの開口面積(ノッチ35A1 による開口面積も含む)が漸次大きくなる。このため、第1,第2の通路34C,34D間の圧力差が漸次小さくなって、制御圧室42の圧力はさらに低下する。これにより、ポペット弁36の弁体37は、リフト量が漸次大きくなり、大開口領域(図9に示す範囲E)に設定される。図8は、弁体37のリフト量が最大となり、ポペット弁36が全開位置まで開弁した状態を示している。
Further, when the
このように、ポペット弁36は、制御圧室42の圧力を変化させることにより弁体37のリフト量を変化させ、入口側通路24が連通穴24Aを介して出口側通路25に連通する開口面積を調整できるようにしている。即ち、ポペット弁36の弁体37が小開口領域(図9に示す範囲C)のリフト位置であるときに、入口側通路24と出口側通路25とは、第1突出部44の外周面に設けられた複数のノッチ44Aを通じて連通され、その連通面積を各ノッチ44Aにより小開口領域の範囲内に制御することができる。
Thus, the
ポペット弁36の弁体37が中開口領域(図9に示す範囲D)のリフト位置であるときに、入口側通路24と出口側通路25とは、環状の段差面部46とシート部26との間、および第2突出部45と連通穴24Aとの間の開口(隙間)を通じて連通されるようになり、その連通面積を中開口領域の範囲(図10参照)に制御することができる。
When the
ポペット弁36の弁体37が大開口領域(図9に示す範囲E)のリフト位置にあるときに、入口側通路24と出口側通路25とは、第2突出部45と連通穴24Aとの間の隙間、さらに、第2突出部45に設けられた複数の切欠き部45Aにより連通されるようになり、その連通面積を大開口領域の範囲に制御することができる。
When the
ここで、ポペット弁36の弁体37のリフト量は、弁ケーシング22の入口側通路24と出口側通路25および制御圧室42の各圧力と、これらの圧力を受圧する部位での受圧面積と、弁ばね43の付勢力とにより決まる。弁体37が制御圧室42内の圧力Pxを受圧する受圧面積S1は、前述した大径部38Aの外径寸法d1 (図4参照)により下記の数2式で求められる。
Here, the lift amount of the
また、図3に示すように閉弁状態の弁体37が入口側通路24内の圧力Pi を受圧する受圧面積S2(図4参照)は、第1突出部44の外径寸法d2 により下記の数3式で求められる。弁体37の第2突出部45側での受圧面積S3は、第2突出部45の外径寸法d3 により下記の数4式で求められる。
Further, as shown in FIG. 3, the pressure receiving area S2 (see FIG. 4) where the
また、弁体37が出口側通路25内の圧力Po を受圧する受圧面積をS4(図示せず)、弁ばね43のばね定数をkとし、弁ばね43の初期荷重(即ち、弁体37が図3に示す閉弁位置にあるときのばね荷重)をF0 、弁体37のリフト量をXとしたときに、弁体37の開弁方向に働く力Faは下記の数5式となり、弁体37の閉弁方向に働く力Fbは下記の数6式となる。
The pressure receiving area where the
ここで、力Faと力Fbとが釣合ってポペット弁37が任意の位置に停止するときには、下記の数7式を満たす関係にあり、弁体37のリフト量Xは、下記の数8式、数10式として纏めることができる。
Here, when the force Fa and the force Fb are balanced and the
また、数8式のうち力(Fa−F0 )は、下記の数9式のように、弁体37に働く開弁方向の力F1としても表すことができ、弁体37のリフト量Xは、下記の数10式として纏めることができる。
Further, the force (Fa-F0) in the equation (8) can also be expressed as a force F1 in the valve opening direction acting on the
この数10式のうち、開弁方向の力F1(即ち、前記数5式による力Fa)、弁ばね43の初期荷重F0 、ばね定数kおよび受圧面積S1は、予め既知の値として取扱うことが可能である。このため、本発明の比較例において、弁体37のリフト量Xは、前記数10式から制御圧室42内の圧力Pxを変数としたリニアな特性線47により表すことができる。なお、この場合の比較例によるポペット弁は、前記特許文献1による従来技術のように、弁体の先端部(弁体37の筒状突出部38Eに対応する部位)が受圧面積を段階的に変化させる形状には形成されていないものである。
Among these
即ち、図9中に二点鎖線で示す比較例の特性線47は、制御圧室42内の圧力Pxを、最低圧力Pmin から最高圧力Pmax の範囲で調整することにより、弁体37のリフト量Xは、全開位置となる最大変位量Xmax から全閉位置まで直線状に変化することを示している。この比較例において、制御圧室42内の圧力Pxと開口面積との関係は、図10中に二点鎖線で示す特性線48により表すことができる。
That is, the
ところで、弁体37のリフト量Xが制御圧室42内の圧力Pxに従ってリニアな特性(特性線47)に沿って変化する比較例の場合には、制御圧室42内の圧力Pxに対して、ある特定の範囲の開口面積(例えば、図9中の範囲D)を異なる特性で制御したいという要求を満たすことができない。即ち、ポペット弁36の開口面積が中開口領域(例えば、開口面積が図10中の開口面積A1から開口面積A2)での制御性を重視したい場合、この領域では、制御圧室42内の圧力変化に対してリフト量の変化を小さく抑え、開口面積の変化特性(傾き)を相対的に小さくしたいという要求がある。
By the way, in the case of the comparative example in which the lift amount X of the
そこで、第1の実施の形態では、このような要求を満たすために、弁体37の筒状突出部38Eに、弁部38Dの位置から連通穴24A内に向けて突出した筒状の第1突出部44と、該第1突出部44の先端(即ち、段差面部46の位置)から連通穴24A内に向けて突出し第1突出部44よりも小径に形成された第2突出部45とを設けている。第1突出部44と第2突出部45とは、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を段階的に変化させる構成としている。
Therefore, in the first embodiment, in order to satisfy such a requirement, the cylindrical first protruding from the position of the
このように、第1の実施の形態では、弁体37の筒状突出部38Eに設けた第1突出部44と第2突出部45とにより、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を段階的に変化させるため、弁体37のリフト量Xを制御圧室42内の圧力Pxに対して、図9中に実線で示す特性線49のように変化させることができ、ポペット弁36の開口面積が中開口領域となる範囲Dでは、特性線部49Dのように制御圧室42内の圧力変化に対してリフト量Xの変化を小さく抑えることができる。
As described above, in the first embodiment, the first projecting
即ち、図8に示すように、弁体37のリフト量Xが最大変位量Xmax の位置から環状の段差面部46がシート部26に接近する位置まで変位する大開口領域(図9に示す範囲E)では、高圧側の入口側通路24に対する弁体37の受圧面積が、図4、図8に示す受圧面積S2から受圧面積S3に減少し、低圧側の出口側通路25に対する弁体37の受圧面積は、面積(S2−S3)に相当する受圧面積分だけ増加することになる。
That is, as shown in FIG. 8, the large opening region (range E shown in FIG. 9) in which the lift amount X of the
弁体37のリフト量Xが最大変位量Xmax となったときに、制御圧室42内の圧力Pxは最低圧力Pmin であり、最大変位量Xmax と最低圧力Pmin との関係は、前記数10式により下記の数11式で表される。
When the lift amount X of the
図9中に二点鎖線で示す特性線47の比較例では、高圧側の圧力である入口側通路24の圧力Pi を受ける弁体37の受圧面積がS2の場合に、開弁方向の力F1を力F1aとし、出口側通路25の圧力Po を受ける受圧面積S4を面積S4aとし、ばね定数kをka とすると、開弁方向の力F1aは、前記数5式と数9式に基づいて下記の数12式により求めることができる。
In the comparative example of the
一方、第1の実施の形態では、弁体37の筒状突出部38Eに第1突出部44と第2突出部45とを有しているため、大開口領域(図9に示す範囲E)において、入口側通路24の圧力Pi を受ける弁体37の受圧面積S2が受圧面積S3に減少する。このとき、開弁方向の力F1を力F1bとし、出口側通路25の圧力Po を受ける弁体37の受圧面積S4を面積S4bとし、ばね定数kをkb とするなら、開弁方向の力F1bは、前記数5式と数9式に基づいて下記の数13式により求めることができる。
On the other hand, in the first embodiment, since the cylindrical projecting
ここで、開弁方向の力F1aを、前記数11式中の力F1に置き換え、ばね定数kをka に置き換えると、下記の数14式の関係となる。開弁方向の力F1bを、前記数11式中の力F1に置き換え、ばね定数kをkb に置き換えると、下記の数15式の関係となる。 Here, when the force F1a in the valve opening direction is replaced with the force F1 in the equation (11) and the spring constant k is replaced with ka, the relationship of the following equation (14) is obtained. If the force F1b in the valve opening direction is replaced with the force F1 in the equation (11) and the spring constant k is replaced with kb, the relationship of the following equation (15) is obtained.
比較例におけるばね定数ka は、前記数14式から下記の数16式により表すことができ、第1の実施の形態における弁ばね43のばね定数kb は、前記数15式から下記の数17式により表すことができる。
The spring constant ka in the comparative example can be expressed by the following
ここで、受圧面積S2,S3は、下記の数18式の関係にあり、受圧面積S4a,S4bは、下記の数19式の関係にあり、圧力Pi ,Po は、下記の数20式の関係にある。 Here, the pressure receiving areas S2 and S3 are in the relationship of the following equation (18), the pressure receiving areas S4a and S4b are in the relationship of the following equation (19), and the pressures Pi and Po are in the relationship of the following equation (20). It is in.
このため、第1の実施の形態における開弁方向の力F1bは、下記の数21式のように、比較例における開弁方向の力F1aよりも小さくなる。そして、第1の実施の形態における弁ばね43のばね定数kb は、下記の数22式のように、比較例におけるばね定数ka よりも小さくなる。
For this reason, the force F1b in the valve opening direction in the first embodiment is smaller than the force F1a in the valve opening direction in the comparative example, as shown in
このように、第1の実施の形態では、制御圧室42の圧力Pxが最低圧力Pmin のときに、弁体37のリフト量Xが最大変位量Xmax となるようにばね定数kb を、比較例の場合(ばね定数ka )に比べて小さく設定することができる。これにより、図9中の範囲E(即ち、特性線部49E)に示すように、比較例の特性線47に比べて小さい圧力変化で速やかに中開口範囲から最大開口に移ることができる。
Thus, in the first embodiment, when the pressure Px of the
次に、ポペット弁36は、弁体37が第2突出部45の範囲(即ち、図9中に示す範囲D)にあるとき、制御圧室42の圧力Pc とするなら、図9中の特性線47による比較例のリフト量Xは、前記数10式中の力F1を開弁方向の力F1aとし、ばね定数kをka に置き換えると、下記の数23式の関係となる。
Next, if the
第1の実施の形態によるポペット弁36、即ち第1,第2突出部44,45を備えた弁体37では、図9中の範囲Dにおいて制御圧室42の圧力Pc が大きくなるに従って弁体37のリフト量Xが小さくなるため、入口側通路24(高圧側)の圧力Pi を受ける受圧面積は、面積S3から面積S2まで漸次増加することになる。逆に、出口側通路25(低圧側)の圧力Po を受ける受圧面積は、面積S4bから面積S4aまで漸次減少することになる。
In the
この変化する入口側通路24(高圧側)の圧力Pi を受ける受圧面積をS3cとし、出口側通路25(低圧側)の圧力Po を受ける受圧面積をS4cとするなら、弁体37の開弁方向に働く力F1cは、前記数5式と数9式の関係から下記の数24式により求めることができる。
If the pressure receiving area that receives the pressure Pi of the changing inlet side passage 24 (high pressure side) is S3c and the pressure receiving area that receives the pressure Po of the outlet side passage 25 (low pressure side) is S4c, the
ここで、弁体37に働く開弁方向の力F1cは、前記数25式の関係にあり、弁体37のリフト量Xが小さくなるにつれて、力F1cは力F1bから力F1aに変化していくことになる。即ち、図9中の範囲Dでは、制御圧室42の圧力Pc が大きくなるにつれて閉弁方向に働く力は大きくなるが、開弁方向に働く力F1cも大きくなっていくことから、制御圧室42の圧力Pc に対するリフト量Xの変位は小さくなる。これにより、図9に示す中開口領域の範囲Dでは、実線で示す特性線49の特性線部49Dのように、特性線47で示す比較例よりも制御圧室42の圧力Pxの変化に対してリフト量の変化が小さい制御ができるようになる。
Here, the force F1c in the valve opening direction acting on the
次に、ポペット弁36の弁体37が円筒状の第1突出部44の範囲(即ち、小開口領域の範囲C)にあるときには、制御圧室42の圧力Pxを圧力Pd とするなら、入口側通路24(高圧側)の圧力Pi を受ける受圧面積はS2となる。特性線47で示す比較例の場合も、同じ受圧面積S2で入口側通路24(高圧側)の圧力Pi を受ける。このため、両者のリフト量Xは、前記数10式中の力F1を開弁方向の力F1aとし、ばね定数kをka ,kb に置き換え、圧力Pxを圧力Pd にすると、下記の数26式の関係となる。
Next, when the
この場合、第1の実施の形態によるポペット弁36は、比較例に対してばね定数kを、定数kaから定数kbと小さくすることができる。これにより、制御圧室42の圧力Pxが変化するときに、第1の実施の形態では、弁体37のリフト量Xが、図9中に示す小開口領域の範囲C(即ち、特性線49の特性線部49C)のように、比較例(特性線47)よりも大きく変化することなる。このため、ポペット弁36の弁体37を比較例よりも小さい圧力変化(制御圧室42の圧力Pxの変化)で閉弁位置とすることができるようになる。
In this case, the
かくして、第1の実施の形態で採用したポペット弁36は、弁体37の筒状突出部38Eに、筒状の第1突出部44と、該第1突出部44よりも小径に形成された第2突出部45とを設け、第1突出部44と第2突出部45とは、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を段階的に変化させる構成としている。これにより、制御圧室42の圧力Pxに対するリフト量Xの関係を、図9中に実線で示す特性線49に沿って変化させることができる。
Thus, the
この結果、制御圧室42の圧力Pxとポペット弁36の開口面積の関係は、図10中に実線で示す特性線50のような関係とすることができる。即ち、開口面積Axが図10中の開口面積A1よりも小さくなる小開口領域(図9中の範囲C)と、開口面積A2よりも大きくなる大開口領域(図9中の範囲E)とでは、制御圧室42の圧力Pxに対するリフト量Xの変化を大きくし、これにより、開口面積Axの変化も大きく変化することとなる。開口面積A1〜A2の中開口領域(図9中の範囲D)においては、制御圧室42の圧力Pxの変化に対するリフト量Xの変化が小さくなるため、開口面積Axの変化は緩やかとなる。
As a result, the relationship between the pressure Px in the
このように、弁体37の筒状突出部38Eに円筒状の第1突出部44と第2突出部45とを設けることにより、例えば図10に示す開口面積A1から開口面積A2の範囲の制御性について考える場合、開口面積Axが開口面積A2より大きい場合と開口面積A1より小さい場合の開口を制御する制御圧室42の圧力範囲を小さくし、開口面積A1から開口面積A2の範囲を制御する制御圧室42の圧力範囲を広くすることにより、開口面積A1から開口面積A2の範囲の制御性を特に向上させることができる。
In this way, by providing the cylindrical
これに対し、特性線47で示す比較例の場合は、制御圧室42の圧力変化に対するリフト量Xの変化は一定であるため、ある特定の範囲の開口面積の制御性を向上させる場合には、例えば第2突出部45を設けたポペット弁36の弁体37と同じ制御圧室42の圧力位置で同じ開口面積A1を得ようとした場合、比較例のポペット弁はリフト量が小さいため、複数の切欠きを設ける必要があり、且つ、複数の切欠きを加工できるだけの大きさが必要になるため、ポペット弁の大型化、加工時間の増加によりコストアップにつながってしまう。
On the other hand, in the case of the comparative example indicated by the
また、比較例において、最大リフト(最大変位量Xmax )での開口面積を得るためには、弁体37の第2突出部45に設けた各切欠き部45Aのように比較的大きな切欠きを設ける必要があり、比較例においては中開口領域(図9中の範囲D)のリフト量Xに限りがあるため、開口面積A1から開口面積A2の中開口領域を制御できる制御圧室42の圧力範囲に限りがあった。
Further, in the comparative example, in order to obtain the opening area at the maximum lift (maximum displacement amount Xmax), relatively large notches such as the
然るに、第1の実施の形態では、弁体37の筒状突出部38Eに円筒状の第1突出部44と第2突出部45とを設け、特に、開口面積A1から開口面積A2の中開口領域で制御圧室42の圧力Pxに対するリフト量Xの変化を小さくすることにより、中開口領域の制御に使用可能な制御圧室42の圧力範囲を広くすることができ、特定範囲の開口面積の制御性を向上することができる。
However, in the first embodiment, the
このため、図1に示す油圧ポンプ11からの圧油をポペット弁36、アーム用制御弁18を介してアームシリンダ9に給排し、作業装置4のアーム6を俯仰動させるときに、ポペット弁36の特定範囲の開口面積の制御性、即ち中開口領域での制御性を高めることができ、例えば作業装置4による地均し作業時の操作性を向上することができる。
For this reason, when the pressure oil from the
次に、図11は本発明の第2の実施の形態を示し、第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。然るに、第2の実施の形態の特徴は、第1突出部44の先端側に設ける第2突出部51を、段付の突出部として形成したことにある。
Next, FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment described above, and the description thereof will be given. Shall be omitted. However, the feature of the second embodiment is that the
ここで、第2突出部51は、第1突出部44の先端から連通穴24A内に向けて筒状に突出し第1突出部44よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された中径突出部51Aと、該中径突出部51Aの先端から連通穴24A内に向けて筒状に突出し中径突出部51Aよりも予め決められた寸法だけ小径に形成された小径突出部51Bとを有している。第1突出部44と第2突出部51(中径突出部51Aと小径突出部51B)は、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を3段階以上で段階的に変化させる構成としている。
Here, the
また、第2突出部51には、その先端側端面を断面V字状に切欠いて形成された複数の切欠き部51Cが設けられている。該各切欠き部51Cは、第1の実施の形態で述べた切欠き部45Aと同様に周方向に定間隔をもって配置され、第2突出部51(即ち、中径突出部51Aと小径突出部51B)の内周面と外周面との間を径方向に延び両者間を連通させるすり割り溝として形成されている。
The second projecting
第1突出部44と第2突出部51との間には、第1の実施の形態で述べた環状の段差面部46と同様な段差面部52が形成されている。第2突出部51には、中径突出部51Aと小径突出部51Bとの間に他の段差面部53が形成されている。この段差面部53は、第2突出部51の周方向に延びる環状の段差面として形成され、その周方向途中箇所は切欠き部51Cの位置で複数個(例えば、切欠き部51Cが4個の場合には、4個の段差面部53)に分離されている。また、各段差面部53は、図11中に示すように、弁体37の軸線に対して垂直な面から僅かに斜めに傾斜した段差面として形成されている。
A
かくして、このように構成される第2の実施の形態でも、第1突出部44と第2突出部51(中径突出部51Aと小径突出部51B)とにより、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を段階的に変化させることができ、第1の実施の形態とほぼ同様な効果を奏する。特に、第2の実施の形態では、第1突出部44の先端側に設ける第2突出部51を、中径突出部51Aと小径突出部51Bとからなる段付の突出部として形成している。
Thus, also in the second embodiment configured as described above, the inlet-
このため、第2突出部51の中径突出部51Aと第1突出部44との間に形成した環状の段差面部52に加えて、中径突出部51Aと小径突出部51Bとの間に形成した他の段差面部53によっても、入口側通路24内の圧力を受圧することができ、入口側通路24と出口側通路25とに対する弁体37の受圧面積を3段階以上で段階的に変化させ、中開口領域の制御に使用可能な制御圧室42の圧力範囲を一層に広くすることができる。
For this reason, in addition to the annular stepped
なお、前記第2の実施の形態では、第2突出部51を中径突出部51Aと小径突出部51Bとにより2段の段付き形状とする場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、第2突出部を3段以上の段付き形状に形成してもよい。また、図11中に示す如く、段差面部53が斜めに傾斜した段差面として形成されているように、段差面部は必ずしも水平な環状段差面により構成する必要はない。
In the second embodiment, the case where the second projecting
また、前記第2の実施の形態では、第2突出部51に断面V字状の切欠き部51Cを形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、このような切欠き部の形状は、ポペット弁の開弁時に要求される流量(開口面積)を満たす形状であればよく、第1の実施の形態で述べた第2突出部45のように、断面U字状の切欠き部45Aと同様な形状、または他の形状を採用してもよい。この点は、第1の実施の形態についても同様である。
Further, in the second embodiment, the case where the
また、第1の実施の形態では、各切欠き部45Aを、第2突出部45の内周面と外周面との間を径方向に延びるすり割り溝として形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明では、例えば図9中に示す範囲Dにおいて制御圧室42の圧力変化に対する弁体37のリフト量変化を小さくしたことにより、中開口領域(範囲D)に影響を与えない範囲で、第2突出部45の各切欠き部45Aを第1突出部44の位置まで軸方向(図4中の上向き)に延ばして形成することも可能である。
Further, in the first embodiment, a case where each
また、前記各実施の形態では、アーム用制御弁18からアームシリンダ9に向けて給排される圧油の流量を調整するポペット弁36を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばブーム用制御弁16からブームシリンダ8に給排する圧油の流量調整を行う場合のポペット弁に適用してもよく、バケットシリンダまたはこれ以外の油圧アクチュエータに方向制御弁を通じて圧油を給排する場合のポペット弁にも適用することができる。
In each of the above-described embodiments, the
さらに、本発明によるポペット弁は、弁体のリフト量に応じて流体の流量を小流量から大流量へと可変に制御する構成のものであればよく、例えば油圧ショベル等の建設機械に適用範囲が限られるものではなく、広い範囲のポペット弁にも適用できるものである。 Furthermore, the poppet valve according to the present invention only needs to be configured to variably control the flow rate of the fluid from a small flow rate to a large flow rate in accordance with the lift amount of the valve body. For example, the poppet valve is applicable to construction machines such as hydraulic excavators. However, the present invention is not limited, and can be applied to a wide range of poppet valves.
4 作業装置
5 ブーム
6 アーム
7 バケット(作業具)
8 ブームシリンダ
9 アームシリンダ
10 バケットシリンダ
11 油圧ポンプ
12 タンク
13 ポンプ管路
14 センタバイパス管路
15 タンク管路
16 ブーム用制御弁(方向制御弁)
18 アーム用制御弁(方向制御弁)
20 リリーフ弁
21 制御弁装置
22 弁ケーシング(ハウジング)
23 スプール摺動穴
24 入口側通路(第1流路)
24A 連通穴
25 出口側通路(第2流路)
26 シート部
27 弁体摺動穴
29 スプール
34 弁ブロック(ハウジング)
35 圧力調整弁
36 ポペット弁
37 弁体
38 弁部材
38D 弁部
38E 筒状突出部
38F 弁座
38G 段付穴部
40 チェック弁体
42 制御圧室
43 弁ばね
44 第1突出部
45,51 第2突出部
45A,51C 切欠き部
46,52 段差面部
L 突出長さ
δ 径方向隙間(半径方向寸法の差)
4 Working device 5 Boom 6
8
18 Arm control valve (directional control valve)
20
23
26
35
Claims (3)
前記第2流路側から前記連通穴内に向けて進退するように前記ハウジングに設けられ、前記シート部に離着座する環状の弁部と先端側が該弁部よりも前記連通穴内に向けて突出した筒状突出部とを有する弁体と、
前記ハウジングと弁体との間に形成され、前記弁体のリフト量を可変に制御するための制御圧が外部から供給される制御圧室と、
該制御圧室内に設けられ、前記弁体を前記シート部に向けて閉弁方向に付勢する弁ばねとを備え、
前記弁体は、前記第1流路と第2流路との間で前記連通穴の開口面積を前記リフト量に応じて変化させ、前記第1流路と前記第2流路との間を流れる流体の流量を制御するポペット弁において、
前記弁体の筒状突出部は、
前記弁部の位置から前記連通穴内に向けて筒状に突出し前記連通穴の穴径よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第1突出部と、
該第1突出部の先端から前記連通穴内に向けて筒状に突出し該第1突出部よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第2突出部とを有し、
前記第1突出部と第2突出部とは、前記第1流路と第2流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる構成としたことを特徴とするポペット弁。 A housing having a first flow path and a second flow path communicating with each other via a communication hole, wherein a taper-shaped sheet portion is provided at an intersection of the second flow path with the communication hole;
An annular valve portion that is provided in the housing so as to advance and retreat from the second flow path side into the communication hole, and a cylinder in which the front end side protrudes toward the communication hole from the valve portion. A valve body having a protruding part;
A control pressure chamber formed between the housing and the valve body, to which a control pressure for variably controlling the lift amount of the valve body is supplied from the outside;
A valve spring provided in the control pressure chamber and biasing the valve body toward the seat portion in a valve closing direction;
The valve body changes an opening area of the communication hole between the first flow path and the second flow path according to the lift amount, and between the first flow path and the second flow path. In a poppet valve that controls the flow rate of flowing fluid,
The cylindrical protrusion of the valve body is
A first protrusion formed in a cylindrical shape from the position of the valve portion toward the inside of the communication hole and having a diameter smaller than the diameter of the communication hole;
A second projecting portion projecting in a cylindrical shape from the tip of the first projecting portion into the communication hole and having a smaller diameter than the first projecting portion by a predetermined dimension;
The poppet valve characterized in that the first projecting portion and the second projecting portion change the pressure receiving area of the valve body with respect to the first flow path and the second flow path in a stepwise manner.
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