JP2023034626A - 圧力補償弁 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性の向上を図る。【解決手段】弁体２０のスプール部２２０には、ポンプポート１１１に常時連通する絞り通路２２６が構成され、ケース１０には、負荷圧バネ２２５の付勢力によりポペット部２１０がポンプポート１１１及びシリンダポート１１２の間を閉じている場合にはスプール部２２０によって閉塞されて絞り通路２２６と負荷圧室２２１との間を遮断し、一方、スプール部２２０が開き方向に所定ストローク移動した場合には絞り孔２２９を介して絞り通路２２６と負荷圧室２２１との間を連通する供給圧連絡通路１２４，１１４，１２５が設けられ、ポペット部２１０とケース１０との間には、内部圧力が増大した場合にポペット部２１０を閉じる方向に押圧する導出圧室２２３が設けられ、導出圧室２２３には、シリンダポート１１２との間を常時連通する導出圧通路２１３が接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の流体圧アクチュエータを動作させる駆動回路に適用される圧力補償弁に関するものである。

例えば、複数の油圧アクチュエータを単一の油圧ポンプで動作させる駆動回路には、油圧ポンプと各油圧アクチュエータとの間に圧力補償弁を介在させるようにしている。この種の圧力補償弁としては、例えば、特許文献１に記載ものが提供されている。この圧力補償弁は、弁体の外周部に設けた可動スリーブが適宜動作することにより、自身の導出ポートの圧力（対応する油圧アクチュエータの負荷圧力）と、他の圧力補償弁からの制御圧力との高圧側が選択され、この選択された高圧側の圧力が弁体の背圧として加えられるように構成されている。圧力補償弁を設けた駆動回路によれば、複数の油圧アクチュエータの負荷圧力が互いに異なる場合にも、低負荷圧力側の油圧アクチュエータにのみ油が供給される事態を防止することが可能となる。

特開平１０－２０５５０２号公報

ところで、複数の油圧アクチュエータを同時に動作させている場合には、それぞれの油圧アクチュエータの負荷圧力が変化し得る。この場合、上述した圧力補償弁では、可動スリーブの動作を経なければ弁体に加えられる背圧が変化しないため、弁体の応答性を考慮すると必ずしも好ましいとはいえない。特に、外乱等の影響により、負荷圧力の低かった油圧アクチュエータに対して急激に高い負荷圧力が生じた場合には、直ちに弁体を閉じることが困難であり、圧力供給源に高い負荷圧力が加えられる等の問題を来す懸念がある。

本発明は、上記実情に鑑みて、応答性の向上を図ることのできる圧力補償弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧力補償弁は、導入ポート及び導出ポートを有したケースと、前記導入ポート及び前記導出ポートの間を開閉する弁体と、前記ケース及び前記弁体の間に介在して前記弁体を閉じる方向に付勢する負荷圧バネとを備え、前記弁体及び前記ケースの間には、内部圧力が増大した場合に前記弁体を閉じる方向に押圧する負荷圧室が設けられ、前記導入ポートに加えられる流体の供給圧力と、前記負荷圧室に加えられる制御圧力とに基づいて前記導入ポートから前記導出ポートへの流体の供給制御を行う圧力補償弁であって、前記弁体は、前記導入ポートから前記導出ポートへの流体の流れを許容する一方、前記導出ポートから前記導入ポートへの流体の流れを遮断するポペット部と、基端部が前記負荷圧室に面する状態で前記ケースに摺動可能に配設されたスプール部とを備え、前記負荷圧バネの付勢力により前記スプール部の先端部が前記ポペット部に当接した状態に維持されるものであり、前記スプール部には、前記導入ポートに常時連通し、かつ前記ケースとの摺動部分に開口するように絞り通路が設けられ、前記ケースには、前記負荷圧バネの付勢力により前記ポペット部が前記導入ポート及び前記導出ポートの間を閉じている場合には前記スプール部によって閉塞されて前記絞り通路と前記負荷圧室との間を遮断し、一方、前記スプール部が開き方向に所定ストローク移動した場合には前記絞り通路と前記負荷圧室との間を連通する供給圧連絡通路が設けられ、前記ポペット部と前記ケースとの間には、内部圧力が増大した場合に前記ポペット部を閉じる方向に押圧する導出圧室が設けられ、前記導出圧室には、前記導出ポートとの間を常時連通する導出圧通路が接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、弁体の位置に応じて自身の導出ポートの圧力と他の圧力補償弁からの制御圧力との高圧側が選択されて負荷圧力室に加えられるため、弁体の応答性の点で有利となる。また、弁体が開いた状態で導出ポートの圧力が急激に高くなった場合には、この圧力が導出圧通路を通じて導出圧室に加えられ、ポペット部のみが直ちに閉じる方向に移動する。従って、負荷圧力の低かった流体圧アクチュエータに対して急激に高い負荷圧力が生じた場合にも、この高い負荷圧力が圧力供給源に加えられる等の問題を来すおそれがない。

図１は、本発明の実施の形態である圧力補償弁を適用した油圧駆動回路を示す図である。 図２は、図１の圧力補償弁の構造を示す断面図である。 図３は、図２の圧力補償弁において弁体が開き始めた状態の断面図である。 図４は、図２の圧力補償弁において弁体が開いて絞り通路と負荷圧室の間が連通した状態の断面図である。 図５は、図４に示す状態からポペット部が閉じた状態の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る圧力補償弁の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である圧力補償弁を適用した油圧駆動回路を示したものである。ここで例示する油圧駆動回路は、単一の油圧ポンプ１によって２つの油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂを動作させるためのものである。油圧ポンプ１は、与えられた制御圧力に応じて吐出量を変化させる容量設定ユニット３を備えた可変容量型のものである。油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂは、ロッド室２ａ及びボトム室２ｂに対して選択的に油を供給することで動作する複動型のものである。油圧ポンプ１と油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂとの間には、それぞれ方向切替弁４及び圧力補償弁５が設けてある。方向切替弁４は、油圧ポンプ１と油圧シリンダアクチュエータ２Ａとの間及び油圧ポンプ１と油圧シリンダアクチュエータ２Ｂとの間にそれぞれ介在し、油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂのロッド室２ａ及びボトム室２ｂに対して油圧ポンプ１を選択的に接続するものである。圧力補償弁５は、方向切替弁４と油圧ポンプ１との間に介在し、それぞれの油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂに対する油の供給制御を行うものである。以下、圧力補償弁５の構成について詳述し、併せて本願発明の特徴部分について説明する。なお、圧力補償弁５の構成は、２つの油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂで互いに共通のものであるため、以下では油圧シリンダアクチュエータ２Ａに接続されるものについて説明することとする。

図２は、圧力補償弁５の具体的な構造を示すものである。同図に示すように、本実施の形態の圧力補償弁５は、ケース１０及び弁体２０を備えて構成してある。

ケース１０は、ポンプポート（導入ポート）１１１及びシリンダポート（導出ポート）１１２を有するとともに、これらポンプポート１１１及びシリンダポート１１２を連通するように設けたガイド孔１１３を有したケース本体１１０と、ケース本体１１０のガイド孔１１３に装着したプラグ１２０とを備えたものである。

図１に示すように、ケース本体１１０のポンプポート１１１は、分岐供給通路６を介して油圧ポンプ１の吐出口１ａに接続したものである。シリンダポート１１２は、供給通路を介して方向切替弁４の入力ポート４ａに接続したものである。ガイド孔１１３は、図２に示すように、ケース本体１１０の外表面からシリンダポート１１２を経てポンプポート１１１に連通するように形成したものである。ガイド孔１１３においてケース本体１１０の外表面からシリンダポート１１２に連通する部分は、ほぼ一定の内径を有して構成してある。ガイド孔１１３においてシリンダポート１１２からポンプポート１１１に至る部分には、ポンプポート１１１に向けて漸次内径が減少するようにテーパ状の弁座１１３ａが構成してある。ガイド孔１１３においてケース本体１１０の外表面に近接した部分には、雌ネジ溝１１３ｂが形成してある。

プラグ１２０は、ケース本体１１０のガイド孔１１３に嵌合する外径を有した円柱状の挿入部１２１と、挿入部１２１の基端部に設けた太径のフランジ部１２２とを有したものである。挿入部１２１においてフランジ部１２２に近接した外周部分には、雄ネジ１２１ａが設けてある。挿入部１２１の軸心に沿った寸法は、ガイド孔１１３よりも短い長さに設定してある。このプラグ１２０は、挿入部１２１の先端部をガイド孔１１３に挿入し、雄ネジ１２１ａをガイド孔１１３の雌ネジ溝１１３ｂに螺合させることにより、フランジ部１２２が外表面に当接した状態でケース本体１１０に取り付けてある。図からも明らかなように、挿入部１２１の先端面は、シリンダポート１１２よりも手前側において終端している。

上述したプラグ１２０の挿入部１２１には、スプール孔１２３、第１通路１２４及び第２通路１２５が設けてある。スプール孔１２３は、挿入部１２１の端面から挿入部１２１の軸心に沿って形成した断面が円形の空所であり、一定の内径を有するように構成してある。このスプール孔１２３の内径は、ガイド孔１１３においてポンプポート１１１に開口する部分１１３ｃの内径と同一、もしくは部分１１３ｃの内径よりも小さく設定してある。第１通路１２４及び第２通路１２５は、それぞれ挿入部１２１の外周面からスプール孔１２３の内周面までの間を貫通するように形成した小径の孔である。第１通路１２４は、挿入部１２１の軸心に対してほぼ直角となるように径方向に沿って延在したもので、挿入部１２１において雄ネジ１２１ａよりも先端側となる部分に形成してある。図示の例では、複数の第１通路１２４が放射状に形成してある。第２通路１２５は、挿入部１２１の外周面から中心に向かうに従って漸次基端側となるように傾斜して延在するもので、外周面の開口が第１通路１２４と雄ネジ１２１ａとの間に位置するように挿入部１２１に唯一形成してある。これらの第１通路１２４及び第２通路１２５は、ケース本体１１０において雌ネジ溝１１３ｂよりも先端側となる部分に設けた負荷圧ポート１１４を介して互いに連通している。負荷圧ポート１１４は、ガイド孔１１３の内周面に凹部を設けることにより、ガイド孔１１３にプラグ１２０の挿入部１２１を嵌合した時点で構成される環状の空所である。図１に示すように、この負荷圧ポート１１４は、負荷圧通路７を通じて他の油圧シリンダアクチュエータ２Ｂに設けた圧力補償弁５の負荷圧ポート１１４と互いに連通してある。さらに、負荷圧通路７は、油圧ポンプ１の容量設定ユニット３に接続されるとともに、タンク絞りｎを介してタンクＴに連通している。なお、図２中の符号Ｒ１，Ｒ２は、それぞれケース本体１１０のガイド孔１１３とプラグ１２０の挿入部１２１との間に設けたオイルシールである。

弁体２０は、ケース１０に対して動作することにより、ポンプポート１１１とシリンダポート１１２との間を開閉するものである。本実施の形態では、ポペット部２１０、スプール部２２０及びロードチェックバネ２３０を備えて弁体２０が構成してある。

ポペット部２１０は、ポンプポート１１１からシリンダポート１１２への油の供給を許容する一方、シリンダポート１１２からポンプポート１１１への油の流れを阻止するものである。本実施の形態では、基端部がガイド孔１１３に嵌合する円柱状を成し、かつ先端部が弁座１１３ａに対して面接触するように構成したテーパ状を成すポペット部２１０を適用している。このポペット部２１０は、基端部を介してガイド孔１１３に摺動可能に嵌合し、ガイド孔１１３をガイドとしてその軸心に沿って移動することが可能である。すなわち、ポペット部２１０の軸心に沿った寸法は、弁座１１３ａに当接した状態においてもプラグ１２０の先端部との間に隙間が生じ、ガイド孔１１３の軸心に沿って移動することにより、弁座１１３ａから離隔した状態に移動することが可能となるように設定してある。このポペット部２１０には、嵌合孔２１１、導入孔２１２及び導出圧通路２１３が形成してある。

嵌合孔２１１は、ポペット部２１０において円柱状に形成した部分の基端面にのみ開口するもので、断面が一定の内径を有した円形状を成し、ポペット部２１０の軸心に沿って形成してある。嵌合孔２１１の内径は、プラグ１２０に設けたスプール孔１２３の内径よりも小さい寸法となるように構成してある。導入孔２１２は、一端部がポペット部２１０の先端面に開口し、かつ他端部が嵌合孔２１１に開口するもので、ポペット部２１０の軸心を中心とした円周上に互いに等間隔となる状態で複数形成してある。これらの導入孔２１２は、ポペット部２１０が弁座１１３ａに当接した状態、つまりポペット部２１０がシリンダポート１１２とポンプポート１１１との間を閉じている場合にも、ポンプポート１１１と嵌合孔２１１との間を常時連通するように機能するものである。導出圧通路２１３は、ポペット部２１０の外周面に形成した軸心に沿って延在する溝状の切欠であり、ポペット部２１０の外周面に複数形成してある。これらの導出圧通路２１３は、シリンダポート１１２とガイド孔１１３においてポペット部２１０よりも基端側に位置する部分の空間との間を常時連通するように機能するものである。

スプール部２２０は、断面が円形の柱状を成すものである。スプール部２２０の基端部は、プラグ１２０のスプール孔１２３に嵌合することにより、スプール部２２０との間に負荷圧室２２１を構成している。スプール部２２０の先端部は、基端部よりも細径であり、ポペット部２１０の嵌合孔２１１に摺動可能に嵌合している。図には明示していないが、嵌合孔２１１とスプール部２２０の先端部との間の隙間は、スプール孔１２３とスプール部２２０の基端部との間の隙間よりも大きく、かつガイド孔１１３とポペット部２１０との間の隙間よりも大きく設定してある。

スプール部２２０においてもっとも先端となる部分は、嵌合孔２１１よりも小さい外径に構成してあり、ポペット部２１０との間に連絡室２２２を構成している。この連絡室２２２は、スプール部２２０の先端面がポペット部２１０に当接している状態においても、ポペット部２１０の導入孔２１２に常時連通されるものである。また、スプール部２２０の先端部とガイド孔１１３との間には、プラグ１２０とポペット部２１０との間に環状の導出圧室２２３が構成してある。この導出圧室２２３は、上述した導出圧通路２１３によって常時シリンダポート１１２に連通した状態となるものである。このスプール部２２０は、軸心に沿った寸法が、弁座１１３ａに当接したポペット部２１０の嵌合孔２１１からスプール孔１２３の基端面までの距離よりも短く設定してあり、これらの間を軸心に沿って移動することが可能である。但し、スプール部２２０は、負荷圧室２２１に設けた負荷圧バネ２２５によって押圧され、先端面が常時ポペット部２１０に当接した状態に維持されている。

また、スプール部２２０には、絞り通路２２６が設けてある。絞り通路２２６は、内部通路２２７、環状通路２２８及び絞り孔２２９を有して構成してある。内部通路２２７は、スプール部２２０の軸心部分に形成した直線状を成すもので、比較的太径に構成してある。内部通路２２７の基端部は閉塞してある一方、内部通路２２７の先端部は径方向に沿った複数の連絡孔２２７ａを介して連絡室２２２に連通している。環状通路２２８は、スプール部２２０の外周面においてプラグ１２０のスプール孔１２３に嵌合された部分に設けた環状を成すもので、プラグ１２０との間に構成してある。この環状通路２２８は、ポペット部２１０が弁座１１３ａに当接し、かつスプール部２２０の先端面がポペット部２１０に当接した状態にある場合、プラグ１２０に設けた第１通路１２４よりも先端部側となる位置に形成してある。この状態からスプール部２２０が基端側に移動した場合には、スプール部２２０の基端部がプラグ１２０に当接する以前に環状通路２２８が第１通路１２４に対向し、互いに連通可能となる。絞り孔２２９は、内部通路２２７よりも細径で、タンク絞りｎよりも太径の内径を有したもので、環状通路２２８から内部通路２２７までの間を連通する状態でスプール部２２０に唯一形成してある。図中の符号Ｒ３は、スプール部２２０とプラグ１２０との間に設けたシールユニット、符号Ｒ４はスプール部２２０とポペット部２１０との間に設けたシールユニットである。これらのシールユニットＲ３、Ｒ４としては、例えばＯリングとＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のリングとを組み合わせたものを適用することができる。

ロードチェックバネ２３０は、導出圧室２２３においてポペット部２１０とスプール部２２０との間に介在することにより、シリンダポート１１２が負圧になった場合やケース本体１１０に振動が加えられた場合にポペット部２１０が不用意に移動するのを防止するためのものである。本実施の形態では、負荷圧バネ２２５よりも設定荷重を小さく設定したロードチェックバネ２３０を適用している。

上記のように構成した圧力補償弁５では、図２に示すように、ポペット部２１０によってポンプポート１１１が閉じられている場合にも、絞り通路２２６とポンプポート１１１との間が導入孔２１２、連絡室２２２、連絡孔２２７ａを介して互いに連通された状態にある。しかしながら、この状態においては、絞り孔２２９が挿入部１２１によって閉塞されているため、負荷圧室２２１と絞り通路２２６との間が遮断されている。この結果、負荷圧室２２１は、図１に示すように、第２通路１２５、負荷圧ポート１１４及び負荷圧通路７を通じてタンク圧となる。つまり、図２に示す状態においては、弁体２０を閉じる方向に動作させる力としては、負荷圧バネ２２５の付勢力によるもののみとなり、負荷圧室２２１の圧力に抗することなく弁体２０が開く方向に移動することになる。従って、ポペット部２１０が開き始めた際に流体の流れによって作用するフローフォースの影響を考慮しても、ポンプポート１１１の供給圧力が低い段階で、図３に示すように、弁体２０を開く方向に移動させることができ、油圧ポンプ１の馬力損失を低減することが可能となる。

図３に示す状態から弁体２０の開く方向への移動が進行し、図４に示すように、環状通路２２８が第１通路１２４に対向する位置となると、絞り通路２２６が第１通路１２４、負荷圧ポート１１４、第２通路１２５を介して負荷圧室２２１に連通することになる。上述したように、絞り通路２２６は、連絡孔２２７ａ、連絡室２２２、導入孔２１２を通じてポンプポート１１１に連通されたものである。従って、図４に示す状態においては、ポンプポート１１１の供給圧力が負荷圧室２２１に加えられることになり、この負荷圧室２２１の圧力による付勢力と負荷圧バネ２２５の付勢力とが弁体２０を閉じる方向に作用する。これにより、ポンプポート１１１の供給圧力（油圧シリンダアクチュエータ２Ａの負荷圧力）による付勢力と、負荷圧室２２１の圧力による付勢力及び負荷圧バネ２２５の付勢力とのバランスによって弁体２０が適宜動作し、油圧シリンダアクチュエータ２Ａに対して供給される油の流量が制御されることになる。

ここで、図１に示す油圧駆動回路においては、２つの圧力補償弁５の負荷圧ポート１１４が負荷圧通路７を通じて互いに連通されている。従って、油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂを複合動作している場合には、２つの圧力補償弁５の負荷圧室２２１に対して、高圧側の供給圧力（負荷圧力）が加えられることになる。つまり、供給圧力が低圧側の圧力補償弁５においては、負荷圧ポート１１４、第２通路１２５を通じて負荷圧室２２１に加えられる高圧側の供給圧力によって弁体２０が閉じる方向に移動し、これに伴って負荷圧室２２１と絞り通路２２６との間が遮断されることになる。従って、複数の油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂの負荷圧力が互いに異なる場合にも、低負荷圧力側の油圧シリンダアクチュエータにのみ油が供給される事態を防止することが可能となる。しかも、負荷圧室２２１に対しては、負荷圧ポート１１４及び第２通路１２５を通じて供給圧力が加えられるのであって、途中に動作する部材を要しないため、応答性の点でも有利となる。

さらに、油圧シリンダアクチュエータ２Ａ，２Ｂを複合動作している際に、外乱等の影響により負荷圧力が逆転した場合、つまり、低負荷圧力側だった油圧シリンダアクチュエータの負荷圧力が急激に上昇した場合には、高圧となったシリンダポート１１２の圧力が導出圧通路２１３を通じて導出圧室２２３に加えられることになる。この結果、ポペット部２１０が直ちに閉じる方向に移動することになり、シリンダポート１１２とポンプポート１１１との間が遮断されるため、油圧ポンプ１に高い負荷圧力が加えられる事態を防止することができる。

なお、上述した実施の形態では、ポペット部２１０とスプール部２２０との間にロードチェックバネ２３０を介在させるようにしているが、必ずしもロードチェックバネ２３０を設ける必要はない。また、導出圧通路２１３としてポペット部２１０にのみ設けたものを例示しているが、シリンダポート１１２と導出圧室２２３とが常時連通するようにケース本体１１０に導出圧通路を設けるようにしても良いし、ポペット部２１０及びケース本体１１０の双方に導出圧通路を設けるようにしても構わない。

５ 圧力補償弁
１０ ケース
２０ 弁体
１１０ ケース本体
１１１ ポンプポート
１１２ シリンダポート
１１３ ガイド孔
１１４ 負荷圧ポート
１２０ プラグ
１２４ 第１通路
１２５ 第２通路
２１０ ポペット部
２１３ 導出圧通路
２２０ スプール部
２２１ 負荷圧室
２２３ 導出圧室
２２５ 負荷圧バネ
２２６ 絞り通路
２２７ 内部通路
２２８ 環状通路
２２９ 絞り孔

Claims (2)

1. 導入ポート及び導出ポートを有したケースと、前記導入ポート及び前記導出ポートの間を開閉する弁体と、前記ケース及び前記弁体の間に介在して前記弁体を閉じる方向に付勢する負荷圧バネとを備え、前記弁体及び前記ケースの間には、内部圧力が増大した場合に前記弁体を閉じる方向に押圧する負荷圧室が設けられ、前記導入ポートに加えられる流体の供給圧力と、前記負荷圧室に加えられる制御圧力とに基づいて前記導入ポートから前記導出ポートへの流体の供給制御を行う圧力補償弁であって、
   前記弁体は、前記導入ポートから前記導出ポートへの流体の流れを許容する一方、前記導出ポートから前記導入ポートへの流体の流れを遮断するポペット部と、基端部が前記負荷圧室に面する状態で前記ケースに摺動可能に配設されたスプール部とを備え、前記負荷圧バネの付勢力により前記スプール部の先端部が前記ポペット部に当接した状態に維持されるものであり、
   前記スプール部には、前記導入ポートに常時連通し、かつ前記ケースとの摺動部分に開口するように絞り通路が設けられ、
   前記ケースには、前記負荷圧バネの付勢力により前記ポペット部が前記導入ポート及び前記導出ポートの間を閉じている場合には前記スプール部によって閉塞されて前記絞り通路と前記負荷圧室との間を遮断し、一方、前記スプール部が開き方向に所定ストローク移動した場合には前記絞り通路と前記負荷圧室との間を連通する供給圧連絡通路が設けられ、
   前記ポペット部と前記ケースとの間には、内部圧力が増大した場合に前記ポペット部を閉じる方向に押圧する導出圧室が設けられ、前記導出圧室には、前記導出ポートとの間を常時連通する導出圧通路が接続されていることを特徴とする圧力補償弁。
2. 前記ケースは、前記導入ポート及び前記導出ポートを有するとともに、前記ポペット部を移動可能に支持するガイド孔を有したケース本体と、前記ケース本体のガイド孔に装着され、前記スプール部との間に前記負荷圧室が構成されるプラグとを備え、
   前記供給圧連絡通路は、前記プラグ及び前記ケース本体の間に設けた負荷圧ポートと、一端部が前記負荷圧ポートに連通し、かつ他端部が前記プラグにおいて前記スプール部との摺動部分に開口した第１通路と、前記負荷圧ポート及び前記負荷圧室の間を連通する第２通路とを有し、
   前記第１通路は、前記スプール部が開き方向に所定ストローク移動した場合に前記絞り通路に連通される位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力補償弁。

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