JP2019056464A5 - - Google Patents

Description

本発明の流量制御弁は、ハウジングと、パイロットハウジングと、前記ハウジングと前記パイロットハウジングとのうちの少なくとも前記ハウジングに設けられた主弁室と、前記主弁室に摺動可能に設けられ、弁部を有する主弁と、前記主弁室の一端側に設けられ、前記主弁の弁部が離着座することで作動流体を連通、遮断する主弁座と、前記主弁に対して前記主弁座から離れる方向の圧力を与えると共に、前記主弁室の外部から前記主弁室の内部に作動流体を導入する入口側流路と、前記主弁が前記主弁座から離れたときに前記主弁室の内部から前記主弁室の外部に作動流体を導出すると共に、前記主弁に対して前記主弁座から離れる方向の圧力を与える出口側流路と、前記主弁室の他端側に設けられ、前記主弁に対して前記主弁座に近付く方向の圧力を与える背圧室と、前記主弁に設けられ、前記入口側流路と前記背圧室とを連通するフィードバック流路と、前記ハウジングおよび前記パイロットハウジングに設けられ、前記背圧室と前記出口側流路とを連通するパイロット流路と、前記主弁に設けられ、前記主弁の前記主弁座から離れる方向の変位に伴って前記入口側流路と前記出口側流路との間の開口量を増大させる主弁絞りと、前記フィードバック流路と前記背圧室との間に設けられ、前記主弁の前記主弁座から離れる方向の変位に伴って前記フィードバック流路と前記背圧室との間の開口量を増大させるフィードバック絞りと、前記パイロットハウジングに摺動可能に設けられたパイロット弁と、前記パイロット弁を初期位置に付勢するスプリングと、前記パイロット弁に設けられ、前記パイロット弁の変位に伴って前記パイロット流路の開口量を減少または増大させるパイロット絞りと、前記フィードバック流路に設けられ、前記入口側流路から前記背圧室への作動流体の流れを許容し、これとは逆の流れを阻止するチェック弁とを備えており、前記パイロット絞りの開口量に応じて前記主弁の変位量を制御することにより、前記入口側流路から前記出口側流路への流量を可変に制御する流量制御機能を有すると共に、前記出口側流路の圧力に対して前記入口側流路の圧力が低いときに、前記出口側流路から前記入口側流路への作動流体の流れを前記主弁と前記チェック弁とにより阻止するロードチェック機能を有する流量制御弁において、前記背圧室と前記出口側流路との間に設けられ、前記パイロット流路を介さずに前記背圧室と前記出口側流路とを連通すると共に、前記主弁の変位量に拘わらず前記背圧室と前記出口側流路との間の開口量を固定する固定絞りを備えており、前記パイロット絞りは、前記パイロット弁の変位量が前記初期位置となる最小値から最大値に変位するときに前記最大値に達する前に前記パイロット流路の開口量がゼロになるように、または、前記パイロット弁の変位量が前記最大値から前記最小値に変位するときに前記最小値に達する前に前記パイロット流路の開口量がゼロになるように構成されている。

第１の実施の形態による流量制御弁を油圧ショベルの油圧回路に適用した場合を示す全体構成図である。 図１中の流量制御弁および方向制御弁を示す縦断面図である。 図２中の流量制御弁、即ち、図２中の（III）部を拡大して示す縦断面図である。 第１の実施の形態によるパイロット弁変位量と主弁変位量とパイロット絞り開口量と固定絞り開口量との関係の一例を示す特性線図である。 第２の実施の形態による流量制御弁を示す図３と同様位置の縦断面図である。 第３の実施の形態による流量制御弁を示す図３と同様位置の縦断面図である。 第４の実施の形態による流量制御弁を示す縦断面図である。 第１の比較例による流量制御弁を示す縦断面図である。 第１の比較例によるパイロット弁変位量とパイロット絞り開口量と主弁変位量との関係の一例を示す特性線図である。 第２の比較例による流量制御弁を示す縦断面図である。 第２の比較例によるパイロット弁変位量とパイロット絞り開口量と主弁変位量との関係の一例を示す特性線図である。

図１ないし図４は、第１の実施の形態を示している。図１において、建設機械の代表例である油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、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、上部旋回体３の前部側に俯仰の動作が可能に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置４とを含んで構成されている。この場合、下部走行体２と上部旋回体３は、油圧ショベル１の車体を構成している。

フィードバック絞り５４は、フィードバック流路４９と背圧室４７との間に設けられている。第１の実施の形態では、フィードバック絞り５４は、主弁４３（弁部材４４の大径部４４Ａ）の外周面側に可変絞りとして設けられている。フィードバック絞り５４は、主弁４３の主弁座４６から離れる方向（開弁方向）の変位に伴って、フィードバック流路４９と背圧室４７との間の開口量を増大させる。

パイロット絞り５６は、パイロット弁５５に設けられている。即ち、パイロット絞り５６は、パイロット弁５５の外周面側に可変絞りとして設けられている。パイロット絞り５６は、パイロット弁５５の変位に伴って、パイロット流路５０の開口量を減少させる。即ち、パイロット絞り５６は、パイロット室５７への圧油（パイロット圧）の供給に伴って、パイロット弁５５が軸方向の一側（図２，３の左，右方向の右側に）に進む程、パイロット流路５０の開口量を減少させる。この場合、パイロット絞り５６は、例えば、軸方向の一側に進む程（パイロット室５７から離れる程）、深さが深くなる切り欠きとして構成することができる。さらに、後述するように、第１の実施の形態のパイロット絞り５６は、パイロット弁５５の変位量が最大値（最も右側）に達する前にパイロット流路５０の開口量がゼロになるように構成されている。

ここで、第１の実施の形態の流量制御弁３３の特徴部分の説明に先立って、図８に示す第１の比較例による流量制御弁１０１について説明する。この図８の流量制御弁１０１は、第１の実施の形態による流量制御弁３３と比較すると、主弁１０２およびパイロット弁１０３の構成が相違する。具体的には、第１の実施の形態の主弁４３は、後述する固定絞り６４が設けられている。これに対し、第１の比較例の主弁１０２は、固定絞り６４が設けられていない。また、第１の比較例のパイロット弁１０３のパイロット絞り１０４は、第１の実施の形態のパイロット弁５５のパイロット絞り５６と同様に、可変絞りとして構成されている。しかし、第１の比較例のパイロット絞り１０４は、パイロット弁１０３の変位量が最大値に達しても（パイロット弁１０３が図８の最も右側まで変位しても）、パイロット流路５０の開口量がゼロにならない点で、第１の実施の形態のパイロット絞り５６と相違する。

このような第１の比較例による流量制御弁１０１も、第１の実施の形態による流量制御弁３３と同様に、パイロット絞り１０４の開口量を可変に制御することで、主弁１０２の変位量が制御される。即ち、パイロット絞り１０４の開口量を可変に制御することで、主弁１０２に設けられたフィードバック絞り５４の開口量がパイロット絞り１０４の開口量の変化に対応して変化し、主弁１０２の変位量が制御される。これにより、主弁１０２に設けられた主弁絞り１０２Ｂの開口量が可変に制御され、入口側流路２５から出口側流路２７への流量を所望の値に制御することができる。

そこで、第１の実施の形態では、「入口側流路２５から出口側流路２７への流量を高精度に可変に制御すること」と「チェック弁６２の応答性を向上すること」とを両立できるように、次の構成を採用している。即ち、図２および図３に示すように、第１の実施の形態では、背圧室４７と出口側流路２７との間に固定絞り６４を設けている。この場合、固定絞り６４は、パイロット流路５０（即ち、パイロット絞り上流管路５１およびパイロット絞り下流管路５２）を介さずに、背圧室４７と出口側流路２７とを連通するものである。これと共に、固定絞り６４は、主弁４３の変位量に拘わらず、背圧室４７と出口側流路２７との間の開口量を固定する（一定にする）ものである。

このために、第１の実施の形態では、主弁４３の外周面（弁部材４４の大径部４４Ａの外周面）に、主弁４３の軸方向に延びる複数または単数の主弁側連通溝６４Ａが設けられている。主弁側連通溝６４Ａは、弁部材４４の大径部４４Ａの軸方向の全体に亙って設けられている。固定絞り６４は、主弁側連通溝６４Ａと主弁室４２の壁面とにより構成されている。

さらに、第１の実施の形態では、パイロット絞り５６は、可変絞りにより構成されている。この場合、パイロット絞り５６は、パイロット弁５５の変位に伴ってパイロット流路５０の開口量が減少する。これと共に、パイロット絞り５６は、パイロット弁５５の変位量が最大値に達する前に、パイロット流路５０の開口量がゼロになる。即ち、パイロット弁５５は、図２，３の左側から右側に向けて進むことにより変位量が最大値に達する前に、パイロット絞り上流管路５１とパイロット絞り下流管路５２との間の接続を遮断する。パイロット弁５５の変位量の最大値は、パイロット室５７へのパイロット圧の供給に基づいてパイロット弁５５が初期位置から最も変位した位置に対応する。また、「開口量がゼロ」は、開口量が完全にゼロの状態だけでなく、不可避的な隙間等により開口量が完全にゼロでないが実質的にゼロの状態を含むものである。即ち、「開口量がゼロ」は、主弁４３の変位量を高精度に制御できる範囲で、完全にゼロではない状態も許容するものである。

第１の実施の形態による流量制御弁３３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。

このように、第１の実施の形態によれば、背圧室４７と出口側流路２７との間の開口量を可変絞り（パイロット弁５５のパイロット絞り５６）と固定絞り（主弁４３の固定絞り６４）とにより構成している。このため、入口側流路２５から出口側流路２７への流量を最小に制御する場合に、背圧室４７と出口側流路２７との間の最小開口量は、固定絞り６４のみによって構成される。この結果、部品の製造ばらつきによってパイロット絞り５６とパイロットハウジング３６との間に軸方向の相対ばらつきが生じたとしても、最小開口量がばらつくことを抑制でき、入口側流路２５から出口側流路２７への流量を高精度に最小に制御することができる。

図４は、第１の実施の形態の流量制御弁３３による「パイロット弁５５の変位量」と「パイロット絞り５６の開口量」と「主弁４３の変位量」と「固定絞り６４の開口量」の関係の一例を示す特性線図である。図４中の実線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、製造ばらつき「なし」の特性（Ｌ１：パイロット絞り５６の開口量、Ｌ２：主弁４３の変位量、Ｌ３：固定絞り６４の開口量）を示しており、図４中の破線Ｌ１−１，Ｌ１−２，Ｌ２−１，Ｌ２−２は、製造ばらつき「あり」の特性（Ｌ１−１，Ｌ１−２：パイロット絞り５６の開口量、Ｌ２−１，Ｌ２−２：主弁４３の変位量）を示している。この図４から明らかなように、第１の実施の形態の流量制御弁３３は、パイロット弁５５のパイロット室５７の圧力を最大にしてパイロット弁５５の変位量を最大（即ち、パイロット絞り５６の開口量をゼロ）にしたときに、製造ばらつきに拘わらず主弁変位量を所望（図４中のＡ部）に規制することができる。これにより、入口側流路２５から出口側流路２７への流量がばらつくことを抑制することができる。

これに加えて、第１の実施の形態では、主弁４３の変位量を制御するために必要な背圧室４７から出口側流路２７への流量のうち、主弁４３の変位量を固定（一定）に制御するための流量は、背圧室４７と出口側流路２７との間に設けられた固定絞り６４を通過する。このため、パイロット絞り５６を通過する流量は、主弁４３の変位量を可変に制御するための流量のみでよく、流量が固定絞り６４に分担された分、パイロット絞り５６に作用する流体力を低減できる。この結果、パイロット絞り５６の開口量を高精度に可変に制御することができ、入口側流路２５から出口側流路２７への流量を高精度に可変に制御できる。

また、第１の実施の形態によれば、固定絞り６４は、主弁４３の外周面に設けられた主弁側連通溝６４Ａと主弁室４２の壁面とにより構成されている。このため、主弁４３の外周面に主弁側連通溝６４Ａを形成することで、主弁室４２に固定絞りを容易に設けることができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、固定絞り６４を構成するために、主弁４３に主弁側連通溝６４Ａを設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図５に示す第２の実施の形態のように、主弁室４２の壁面に主弁室側連通溝７２Ａを設ける構成とてもよい。

即ち、第２の実施の形態では、主弁７１は、第１の比較例および第２の比較例の主弁１０２と同様に、第１の実施の形態のような主弁側連通溝６４Ａが設けられていない。しかし、第２の実施の形態では、主弁室４２の壁面（内周面）に、複数または単数の主弁室側連通溝７２Ａが設けられている。主弁室側連通溝７２Ａは、ハウジング２３の弁体摺動穴３４の軸方向に亙って設けられている。固定絞り７２は、主弁室側連通溝７２Ａと主弁７１の外周面とにより構成されている。このような第２の実施の形態によれば、主弁室４２の壁面に主弁室側連通溝７２Ａを形成することで、主弁室４２に固定絞り７２を容易に設けることができる。

上述した第１の実施の形態では、パイロット絞り５６を、パイロット弁５５の変位に伴ってパイロット流路５０の開口量を減少させ、かつ、パイロット弁５５の変位量が最大値に達する前にパイロット流路５０の開口量をゼロにする構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図６に示す第３の実施の形態のように、パイロット弁８１のパイロット絞り８２を、パイロット弁８１の変位に伴ってパイロット流路５０の開口量を増大させ、かつ、パイロット弁８１の変位量が最小値に達する前にパイロット流路５０の開口量をゼロにする構成としてもよい。

即ち、第３の実施の形態のパイロット絞り８２は、第１の実施の形態のパイロット絞り５６と同様に、パイロット弁８１の外周面側に可変絞りとして設けられている。この場合、第３の実施の形態では、パイロット絞り８２は、パイロット弁８１の変位に伴って、パイロット流路５０の開口量を増大させる。即ち、パイロット絞り８２は、パイロット室５７への圧油（パイロット圧）の供給に伴って、パイロット弁８１が軸方向の一側（図６の左，右方向の右側に）に進む程、パイロット流路５０の開口量を増大させる。この場合、パイロット絞り８２は、例えば、軸方向の一側に進む程（パイロット室５７から離れる程）、深さが浅くなる切り欠きとして構成することができる。なお、図６は、パイロット圧の供給に基づいて、パイロット弁８１がスプリング６０の弾性力に抗して軸方向の一側（右側）に進んだ状態を示している。

また、パイロット絞り８２は、パイロット弁８１の変位量が最小値に達する前に、パイロット流路５０の開口量がゼロになる。即ち、パイロット弁８１は、図８の右側から左側に向けて進むことにより変位量が最小値に達する前に、パイロット絞り上流管路５１とパイロット絞り下流管路５２との間の接続を遮断する。パイロット弁８１の変位量の最小値は、パイロット室５７にパイロット圧が供給されない状態での位置、即ち、スプリング６０によって戻された初期位置に対応する。このような第３の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、入口側流路２５から出口側流路２７への流量を高精度に可変に制御でき、かつ、チェック弁６２の応答性を向上することができる。

上述した第１の実施の形態では、ハウジング２３とパイロットハウジング３６とにより一つの（一体または共通）ケーシングを構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図７に示す第４の実施の形態のように、ハウジング２３とパイロットハウジング３６とを分離して配置すると共に、ハウジング２３とパイロットハウジング３６との間に接続管路９１，９１を設ける構成としてもよい。この場合、主弁室４２は、ハウジング２３に設けられる。即ち、主弁室４２は、上述した第１の実施の形態のようにハウジング２３とパイロットハウジング３６とにわたって設ける構成を採用することができる他、第４の実施の形態のようにハウジング２３に設ける構成を採用することができる。要するに、主弁室は、ハウジングとパイロットハウジングとのうちの少なくともハウジングに設けられるものである。

上述した各実施の形態では、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流量制御弁３３を例に挙げて説明した。しかし、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流量制御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流量制御弁にも適用することができる。

上述した各実施の形態では、建設機械として、油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルドーザ等、各種の建設機械に広く適用することができる。また、流量制御弁３３は、主弁４３の変位量（リフト量）に応じて作動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、各種の産業機器、機械機器に用いる流量制御弁として広く適用することができる。さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

Claims (3)

1. ハウジングと、
   パイロットハウジングと、
   前記ハウジングと前記パイロットハウジングとのうちの少なくとも前記ハウジングに設けられた主弁室と、
   前記主弁室に摺動可能に設けられ、弁部を有する主弁と、
   前記主弁室の一端側に設けられ、前記主弁の弁部が離着座することで作動流体を連通、遮断する主弁座と、
   前記主弁に対して前記主弁座から離れる方向の圧力を与えると共に、前記主弁室の外部から前記主弁室の内部に作動流体を導入する入口側流路と、
   前記主弁が前記主弁座から離れたときに前記主弁室の内部から前記主弁室の外部に作動流体を導出すると共に、前記主弁に対して前記主弁座から離れる方向の圧力を与える出口側流路と、
   前記主弁室の他端側に設けられ、前記主弁に対して前記主弁座に近付く方向の圧力を与える背圧室と、
   前記主弁に設けられ、前記入口側流路と前記背圧室とを連通するフィードバック流路と、
   前記ハウジングおよび前記パイロットハウジングに設けられ、前記背圧室と前記出口側流路とを連通するパイロット流路と、
   前記主弁に設けられ、前記主弁の前記主弁座から離れる方向の変位に伴って前記入口側流路と前記出口側流路との間の開口量を増大させる主弁絞りと、
   前記フィードバック流路と前記背圧室との間に設けられ、前記主弁の前記主弁座から離れる方向の変位に伴って前記フィードバック流路と前記背圧室との間の開口量を増大させるフィードバック絞りと、
   前記パイロットハウジングに摺動可能に設けられたパイロット弁と、
   前記パイロット弁を初期位置に付勢するスプリングと、
   前記パイロット弁に設けられ、前記パイロット弁の変位に伴って前記パイロット流路の開口量を減少または増大させるパイロット絞りと、
   前記フィードバック流路に設けられ、前記入口側流路から前記背圧室への作動流体の流れを許容し、これとは逆の流れを阻止するチェック弁とを備えており、
   前記パイロット絞りの開口量に応じて前記主弁の変位量を制御することにより、前記入口側流路から前記出口側流路への流量を可変に制御する流量制御機能を有すると共に、前記出口側流路の圧力に対して前記入口側流路の圧力が低いときに、前記出口側流路から前記入口側流路への作動流体の流れを前記主弁と前記チェック弁とにより阻止するロードチェック機能を有する流量制御弁において、
   前記背圧室と前記出口側流路との間に設けられ、前記パイロット流路を介さずに前記背圧室と前記出口側流路とを連通すると共に、前記主弁の変位量に拘わらず前記背圧室と前記出口側流路との間の開口量を固定する固定絞りを備えており、
   前記パイロット絞りは、前記パイロット弁の変位量が前記初期位置となる最小値から最大値に変位するときに前記最大値に達する前に前記パイロット流路の開口量がゼロになるように、または、前記パイロット弁の変位量が前記最大値から前記最小値に変位するときに前記最小値に達する前に前記パイロット流路の開口量がゼロになるように構成されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記主弁の外周面に設けられた主弁側連通溝を備えており、
   前記固定絞りは、前記主弁側連通溝と前記主弁室の壁面とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記主弁室の壁面に設けられた主弁室側連通溝を備えており、
   前記固定絞りは、前記主弁室側連通溝と前記主弁の外周面とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。

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