JP2503229Y2 - 圧力制御弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えば建設機械等の慣性体駆動用油圧回路
にクロスオーバリリーフ弁として好適に用いられる圧力
制御弁に関し、特に、サージ圧が頻発したり、油圧が急
上昇したりするのを緩和できるようにした圧力制御弁に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、油圧ショベルの走行系や旋回系等、慣性体駆
動用油圧回路では、油圧モータ等の油圧アクチュエータ
を油圧ポンプおよびタンクと一対の主管路によって接続
し、該各主管路の途中には、油圧ポンプおよびタンク側
寄りに方向切換弁を設け、油圧アクチュエータ側寄りに
ブレーキ弁を設け、該ブレーキ弁にはカウンタバランス
弁と、圧力制御弁としての一対のクロスオーバリリーフ
弁とを設けるようにしている。

以下、従来技術による圧力制御弁を、慣性体駆動用油
圧回路のクロスオーバリリーフ弁として用いた場合を例
に挙げ、第２図ないし第４図により説明する。

まず、第１図において、１は慣性体を回転駆動する油
圧アクチュエータとしての油圧モータを示し該油圧モー
タ１の各給排ポートは油圧ポンプ２およびタンク３と一
対の主管路4A,4Bを介して接続され、該油圧モータ１は
油圧ポンプ２からの圧油によって回転されるようになっ
ている。５は油圧ポンプ2,タンク３側寄りに位置して、
主管路4A,4Bの途中に設けられた方向切換弁を示し、該
方向切換弁５は運転者の手動操作等によって中立位置
（イ）から切換位置（ロ）または（ハ）に切換えられ、
油圧モータ１を一方向または他方向に回転させるように
なっている。

６は油圧モータ１側よりに位置して、主管路4A,4Bの
途中に設けられたブレーキ弁を示し、該ブレーキ弁６
は、パイロット管路7A,7Bに導かれるパイロット圧によ
り、方向切換弁５にほぼ連動して中立位置（イ）から切
換位置（ロ），（ハ）に切換えられるカウンタバランス
弁７と、主管路4A,4B間をそれぞれ連通させる分岐管路8
A,8Bの途中に設けられた圧力制御弁としてのクロスオー
バリリーフ弁9,10とからなり、該クロスオーバリリーフ
弁9,10は後述の如く構成されている。そして、該ブレー
キ弁６は方向切換弁５を中立位置（イ）に戻したとき
に、カウンタバランス弁７が中立位置（イ）に復帰する
と、クロスオーバリリーフ弁9,10のいずれかが開弁し
て、油圧モータ１の慣性回転による主管路4Aまたは4B内
の圧力を低圧側にリリーフし、油圧モータ１に制動力を
与えるようになっている。

次に、圧力制御弁としてのクロスオーバリリーフ弁９
について第３図を参照して詳述する。なお、クロスオー
バリリーフ弁10はクロスオーバリリーフ弁９とほぼ同様
に構成されているから、その説明を省略するものとす
る。

図中、11はクロスオーバリリーフ弁９の弁ケーシング
を構成するカートリッジ式の弁本体を示し、該弁本体11
は段付の筒状体からなり、その軸方向中間部に形成され
た主弁体摺動穴11Aを挟んで一側は主管路4A側に突出さ
れ、他側は後述するガイド部材15との間に大径のばね室
12を形成している。そして、該弁本体11の一側には主弁
座を構成すると共に内部が分岐管路8Aとなる油穴を有す
る筒状の弁座部材13が設けられ、しかも該弁座部材13を
介して一次側の主管路4Aを二次側の主管路4Bと連通させ
る油穴11Bが径方向に穿設されている。

14は弁本体11の他側に位置して、該弁本体11に外部か
ら螺着され、後述の圧力設定用ばね17の設定荷重を調整
するプラグ、15は弁本体11の他側に嵌合され、該プラグ
14によって抜止めされたガイド部材を示し、該ガイド部
材15は、ばね室12内を軸方向に延びる小径筒部15Aと、
該小径筒部15Aの基端側に位置し、弁本体11の他側を閉
塞した大径の環状部15Bとからなり、該環状部15Bは後述
する圧力設定用ばね17のばね座を兼ねるようになってい
る。そして、該ガイド部材15の小径筒部15Aは後述の副
弁体18およびピストン20を軸方向に摺動可能にガイドす
るようになっている。

16は弁本体11の主弁体摺動穴11Aに摺動可能に挿嵌さ
れた主弁体を示し、該主弁体16はばね室12内に配設され
た圧力設定用ばね17によって常時弁座部材13側へと付勢
され、該弁座部材13に受圧面積S₁をもって離着座するよ
うになっている。そして、該主弁体16は分岐管路8A側の
圧力により圧力設定用ばね17に抗して開弁したとき、主
管路4A（一次側）の圧油を主管路4B（二次側）へと油穴
11Bを介して流通させるようになっている。ここで、該
主弁体16は有蓋筒状のポペット弁体として形成され、そ
の開口側端面には副弁体18が離着座する弁座16Aが形成
されている。

18は主弁体16の弁座16Aに離着座するように弁本体11
のばね室12側に設けられた副弁体を示し、該副弁体18
は、主弁体16とガイド部材15の小径筒部15Aとの間に位
置し、略円錐形状に形成された弁部18Aと、該弁部18Aの
先端側に設けられ、主弁体16内に挿入された円柱状の頭
部18Bと、弁部18Aの基端側から軸方向に延び、小径筒部
15A内に摺動可能に挿嵌された筒状の摺動部18Cと、後述
の第２の絞り通路25を介して第２の圧力室21と連通する
油通路18Dと、小径筒部15Aの先端に当接することにより
リフト量を規制すべく、弁部18Aに隣接して形成された
鍔状ストッパ部18Eとから構成されている。

19は副弁体18の頭部18Bが主弁体16内に挿入されるこ
とにより、該主弁体16内に画成された第１の圧力室で、
該圧力室19内の圧力は主弁体16および副弁体18に受圧面
積S₂（S₂＜S₁）をもって作用するようになっている。

20はガイド部材15の小径筒部15A内に摺動可能に挿嵌
されたピストンを示し、該ピストン20は副弁体18との間
で小径筒部15A内に第２の圧力室21を画成し、該圧力室2
1内の圧力は副弁体18およびピストン20に受圧面積S₃（S
₂＜S₃＜S₁）をもって作用するようになっている。22は
前記小径筒部15Aの奥部に位置してピストン20との間に
画成されたばね収容室、23は該ばね収容室22内に配設さ
れた補助ばねを示す。

24は弁座部材13側から主弁体16に作用する一次側の圧
力を第１の圧力室19内に導くように主弁体16に穿設され
た第１の絞り油路、25は第１の圧力室19内の圧力を第２
の圧力室21内に導くように副弁体18の頭部18Bに穿設さ
れた第２の絞り油路を示し、該絞り油路25は第１の絞り
油路24よりも小なる流路面積をもって形成され、第１の
圧力室19内に一次側圧力が導入された後に、該圧力室19
と第２の圧力室21とが等圧となるのを所定時間遅らせる
ようになっている。

26はばね収容室22をばね室12内と連通すべく、小径筒
部15Aの基端側に穿設された油路、さらに、27はばね室1
2内を二次側となる主管路4Bと連通すべく、弁本体11に
穿設された軽方向のドレン油路を示し、該ドレン油路27
は副弁体18の開弁時に第１の圧力室19内からばね室12内
へと流入してくる油液およびピストン21の摺動時にばね
収容室22から油路26を介してばね室12内へと流入してく
る油液を主管路4B側へと所定の絞り作用をもて排出させ
るようになっている。

従来技術は上述の如き構成を有するもので、次に方向
切換弁５を中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換え
て、油圧モータ１を起動する場合を例に挙げてその作動
について説明する。

まず、油圧ポンプ２からの圧油は切換位置（ロ）に切
換えられた方向切換弁５を介して主管路4A側に流通し、
パイロット管路7Aからのパイロット圧によりカウンタバ
ランス弁７を切換位置（ロ）に切換えさせると共に、主
管路4Aおよび分岐管路8Aに一次側圧力P₁を発生させ、油
圧モータ１を起動するようになる。この場合、該油圧モ
ータ１は停止状態にある慣性体を起動させる必要がある
ため、一次側圧力P₁はピーク圧となって急激に上昇しよ
うとする。

しかし、一次側圧力P₁に急激な圧力上昇があった場
合、副弁体18が主弁体16から離れ、第１の圧力室19内の
圧力P₂を低下させ、一時的に低圧でリリーフする機能を
有するもので、低圧でリリーフしている時間は補助ばね
23に抗してピストン20が第４図の状態となるまでの時間
で決定されるものである。

即ち、一次側圧力P₁は主弁体16の第１の絞り油路24を
介して第１の圧力室19内に導入されるから、該圧力室19
内には圧力P₂（P₂＜P₁）が発生し、前述したピーク圧の
発生前に、副弁体18を開弁させる。ここで、圧力設定用
ばね17のばね荷重をF₁、補助ばね23のばね荷重をF₂と
し、第２の圧力室21内の圧力をP₃とすると、この場合、
圧力P₃は最初タンク圧状態となっているから、 P₂×S₂＞P₃×S₃ ……（１） となって、副弁体18は開弁する。

そして、該副弁体18が開弁すると、第２の圧力室19は
ばね室12と連通するから、該圧力室19内の圧力P₂は一時
的にタンク圧と等しくなり、主弁体16に第３図中の右向
きに作用する力（P₁×S₁）と左向きに作用する力（P₂×
S₂＋F₁）とのバランスが一次側圧力P₁の上昇と共にくず
れ、該主弁体16は P₁×S₁＞P₂×S₂＋F₁ ……（２） となって、弁座16Aが副弁体18の弁部18Aに近接または接
触する位置まで開弁する。この状態で、第２の圧力室19
内の圧力P₂は再び上昇するようになり、この圧力P₂は副
弁体18の絞り油路25を介して第３の圧力室21内に導入さ
れ、該圧力室21内の圧力P₃を徐々に上昇させると共に、
主弁体16の開弁により一次側圧力P₁は油穴11Bを介して
主管路4B（二次側）へとリリーフされているから、一次
側圧力P₁は緩やかに上昇する。

この場合、第３の圧力室21内の圧力P₃の上昇により、
この圧力P₃が補助ばね23のばね力F₂との関係で、 P₃×S₃＞F₂ ……（３） となると、ピストン20は小径筒部15A内を補助ばね23に
抗して徐々に右方に摺動し、第３の圧力室21を拡大させ
ることによって圧力P₃が第２の圧力室19の圧力P₂まで上
昇するのを所望時間だけ遅らせる。そして、ピストン21
が第４図の状態となって、第３の圧力室21の圧力P₃が絞
り油路25を介して第２の圧力室19内の圧力P₂と等圧にな
るまで徐々に上昇すると、副弁体18に作用する力の関係
は、 P₂×S₂＜P₃×S₃ ……（４） 但し、P₂＝P₃，S₂＜S₃となって、副弁体18は主弁体16
の弁座16Aに再び着座するようになる。

そして、副弁体18が弁座16Aに着座すると、第２の圧
力室19内の圧力P₂は第３の圧力室21内の圧力P₃と共に一
次側圧力P₁と等圧になるまで上昇し、主弁体16には第３
図中の右向きに力（P₁×S₁）が作用し、左向きに圧力設
定用ばね17のばね荷重F₁と副弁体18を介して力（P₃×
S₃）とが作用し、 P₁×S₁＜P₃×S₃＋F₁ ……（５） 但し、P₁＝P₃，S₁＞S₃となって、主弁体16は弁座部材
13に着座し、再び閉弁する。この間、圧力P₃が一次側圧
力P₁まで上昇するにつれて、主弁体16の弁開度は漸次小
さくなるから、一次側圧力P₁も漸次上昇する。

従って、クロスオーバリリーフ弁９によって主管路4A
の一次側圧力P₁を徐々に上昇させるように制御でき、油
圧モータ１の起動時にピーク圧が発生して、管路4Aや油
圧モータ１等が振動したり、故障、損傷したりするのを
防止でき、油圧モータ１を円滑に起動することができ
る。また、方向切換弁５を中立位置（イ）から切換位置
（ハ）に切換えたときには、クロスオーバリリーフ弁10
によって同様の作用を得ることができる。

一方、方向切換弁５を切換位置（ロ）から中立位置
（イ）に戻して、油圧モータ１を停止させる場合には、
カウンタバランス弁７が中立位置（イ）に復帰した後
に、クロスオーバリリーフ弁10を前記とほぼ同様に作動
させることができ、この場合には、油圧モータ１の慣性
回転による主管路4B内の圧力を、副弁体18の開弁後に主
弁体16を開弁させて、低圧側となる主管路4A側へと分岐
管路8Bを介してリリーフでき、油圧モータ１に制動力を
与えることができると共に、ピーク圧の発生も防止でき
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、従来技術によるクロスオーバリリーフ弁9,
10はピストン20が第４図の状態にあるときには主弁体16
に対する副弁体18のシール作用は（４）式に基づく副弁
体18前後の受圧面積と圧力差によって行なわれるもので
あり、また圧力が発生している場合には副弁体18にはシ
ール力は生じない。

また、第２の圧力室19内の圧力P₂は、第１の絞り油路
24から流れ込む流量に対して、主弁体16の弁座16Aと副
弁体18の弁部18Aとからなるシール部分から流出する流
量、第２の絞り油路25から流出する流量によって決定さ
れる構成となっている。

然るに、従来技術による形式のものは、一次側圧力P₁
が充分に高い圧力であれば、主弁体16と副弁体18のシー
ト部分から流出する流量があったとしても、ピストン20
が第４図の状態まで移動してしまえば、第１の圧力室19
に高い圧力P₂が発生し、第２の圧力室21にも圧力P₃が発
生し、（４）式によって副弁体18を主弁体16に押付けよ
うとするシート力が発生し、両者間のシール作用は良好
となる。

しかし、一次側圧力P₁が低い場合には、ピストン20が
右方に移動終了し、第４図の状態となっても、第1,第２
の圧力室19,21内の圧力P₂，P₃が低く、副弁体18を主弁
体16に押付けようとする力、即ち充分なシート力を得る
ことができない。この結果、第４図中の矢印Ａに示すよ
うな第１の圧力室19からばね室12への油の流出（リー
ク）を抑えることができず、第１の圧力室19内は長時間
にわたって一次側圧力P₁と同圧とならず、シート力を高
めることができないという問題点がある。

このような状態となると、クロスオーバリリーフ弁9,
10は低圧時のシート性能を確保することができず、低圧
リークが発生してしまう。この結果、前述した低圧リー
クが発生すると、この状態で油圧モータ１に取付けられ
た慣性体に軽い外力が加わり、当該外力により油圧モー
タ１の前後に低圧の圧力が発生すると、慣性体が不用意
に作動ないし回転してしまうという問題点がある。特
に、慣性体が油圧ショベル、油圧クレーン等の上部旋回
体であり、傾斜地で停車している場合には、非常に危険
である。

本考案は前述した従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、一次側圧力が低圧時においても、主弁体と副弁体
の間のシート部分から低圧リークが発生するのを防止し
うるようにした圧力制御弁を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案に係る圧力制御弁
が採用する構成の特徴は、ガイド部材と副弁体との間に
は、該副弁体を主弁体に向け着座するように付勢する閉
弁助力用ばねを設けたことにある。

〔作用〕

このように構成することにより、副弁体は閉弁助力用
ばねによって常に主弁体に押付けられ、両者間のシート
部分でのシール性能が確保され、一次側圧力が低圧状態
となっても、第２の圧力室は第１の圧力室と同圧とな
り、第２の圧力室内の自己圧によりシール力を高め、低
圧リークの発生を防止する。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を第１図を参照しつつ詳細に述
べる。なお、前述した従来技術と同一構成要素には同一
符号を付しその説明を省略する。

第１図において、31は本実施例に用いられる圧縮ばね
からなる閉弁助力用ばねで、該ばね31はガイド部材15の
小径筒部15A先端側の全外周を縮径することによって形
成された縮径部32の外周に沿うように配設され、該ばね
31の一端は縮径部32の奥所段部32Aを一側の座面とし、
その他端は副弁体18の鍔状ストッパ部18Eを他側の座面
として、これらの間に弾設されている。

本実施例はこのように構成されるが、クロスオーバリ
リーフ弁としての基本的作用は従来技術のものと格別変
わるところがない。

然るに、本実施例ではガイド部材15と副弁体18との間
に閉弁助力用ばね31を設け、該副弁体18の弁部18Aを主
弁体16の弁座16Aに向け常時押圧し、これらの間のシー
ト性能の確保を図っている。

この結果、一次側圧力P₁が低圧な場合においても、主
弁体16と副弁体18との間のシート部分を介して第１の圧
力室19からばね室12に低圧リークとして油が流出するの
を防止することができる。従って、第２の絞り通路25,
油通路18Dを介して第１の圧力室19の圧力P₂と第２の圧
力室21の圧力P₂との間を早期に同圧にすることができ
る。これにより、第1,第２の圧力室19,21の圧力が低い
場合においても、S₂＜S₃となっているから、第２の圧力
室21内の圧力P₂を自己圧として（４）式によるシート力
を増大させ、極めて短時間でシート性能の確保を図り、
低圧リークの発生を防止することができる。

かくして、本実施例によれば、低圧リークの発生を防
止することができるから、慣性体に外力が加わっても、
該慣性体が不用意に回転してしまう事態を防止し、建設
機械等の安全性を高めることができる。

なお、実施例では閉弁助力用ばねとしてコイルばねを
例示したが、皿ばね、ばね座金等を用いてもよいもので
ある。

〔考案の効果〕

本考案に係る圧力制御弁は以上詳細に述べた如くであ
って、ガイド部材と副弁体との間に該副弁体を主弁体側
に付勢する閉弁助力用ばねを設ける構成としたから、該
ばねによって副弁体を主弁体に押付けるようなシート力
を与えることができ、一次側圧が低圧な場合においても
第１の圧力室からばね室への油の流出を防止でき、第１
の圧力室と第２の圧力室とを早期に同圧とし、該第２の
圧力室内の圧力を自己圧としてシート性能を高め、建設
機械の慣性体に外力が作用しても、当該慣性体が不用意
に作動してしまう事態を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例によるクロスオーバリリーフ弁
を示す縦断面図、第２図ないし第４図は従来技術に係
り、第２図はクロスオーバリリーフ弁が適用される油圧
回路図、第３図は従来技術によるクロスオーバリリーフ
弁を示す縦断面図、第４図はピストンが変位した状態を
示す第３図と同様の縦断面図である。 9,10……クロスオーバリリーフ弁（圧力制御弁）、11…
…弁本体、11A……主弁体摺動穴、12……ばね室、13…
…弁座部材（主弁座）、15……ガイド部材、15A……小
径筒部、16……主弁体、17……圧力設定用ばね、18……
副弁体、19……第１の圧力室、20……ピストン、21……
第２の圧力室、24……第１の絞り油路、25……第２の絞
り油路、27……ドレン油路、31……閉弁助力用ばね、32
……縮径部。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状体からなり、軸方向中間部に形成され
   た主弁体摺動穴を挟んで一側が主弁座となり他側がばね
   室となった弁本体と、該弁本体の主弁体摺動穴に摺動可
   能に挿嵌された主弁体と、前記弁本体のばね室内に配設
   され、該主弁体を前記主弁座に着座するように付勢する
   圧力設定用ばねと、前記弁本体のばね室側に設けられた
   筒状のガイド部材と、前記主弁体に離着座するように前
   記弁本体のばね室側に設けられ、一側が主弁体内に第１
   の圧力室を画成し、他側が該ガイド部材に摺動可能に挿
   嵌されて該第１の圧力室よりも大なる受圧面積を有する
   第２の圧力室を画成した副弁体と、該副弁体で画成され
   た第２の圧力室を拡大させるために、該第２の圧力室内
   に位置して前記ガイド部材に摺動可能に設けられたピス
   トンと、前記主弁体に作用する一次側圧力を第１の圧力
   室に導くように、該主弁体に穿設された第１の絞り油路
   と、前記第１の圧力室内の圧力を第２の圧力室に導くよ
   うに、前記副弁体に穿設され、該第１の絞り油路よりも
   小なる流路面積を有する第２の絞り油路と、前記弁本体
   のばね室を二次側に連通させるべく、該弁本体に穿設さ
   れたドレン油路とを備えた圧力制御弁において、前記ガ
   イド部材と副弁体との間には該副弁体を前記主弁体に向
   け着座するように付勢する閉弁助力用ばねを設けたこと
   を特徴とする圧力制御弁。