JP2524590B2

JP2524590B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2524590B2
Application number: JP62090723A
Authority: JP
Inventors: 勇作野沢; 渉大津; 伸彦市来; 正己落合
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPS63259282A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、液圧機械や液圧制御装置等に備えられ、圧
力媒体の流量を制御する流量制御弁に関する。

〈従来の技術〉第４図（ａ）は従来、一般的に活用されているオン・
オフ形の流量制御弁の動作原理を示す説明図、第４図
（ｂ）は第４図（ａ）の流量制御弁の機能を例示する説
明図である。

第４図（ａ）において、Psは弁入口圧、Paは弁出口
圧、Pcは弁制御室の圧力を示している。主弁１は弁入口
ポートと弁制御室の間を連結する絞りA₁を有している。
主弁１はパイロツト弁２を操作することにより移動す
る。

第４図（ｂ）は、パイロツト弁２を操作したとき、前
述のPs、Pc、Paの圧力がどのような関係となるかが示さ
れている。

これらの第４図（ａ）、（ｂ）において、パイロツト
弁２が閉じ状態のとき、Pc＝Psの関係にあり、絞りA₁の
面積に比べてパイロツト弁２の開孔面積が非常に大きい
ときはPc≒Paの関係となる。第４図（ｃ）は第４図
（ａ）に示す流量制御弁において得られる特性図、すな
わちパイロツト弁２の開度零と大との間の関係を計算し
た結果得られる特性図である。この特性図は、弁出口圧
Pa＝０、及び絞りA₁とパイロツト弁２の絞りA₂の流量係
数は等しいと仮定し、かつ同一流量が両絞りA₁、A₂を流
れるものと仮定して得られたものであり、横軸には絞り
A₁に対するパイロツト弁２の絞りA₂の比がとつてあり、
縦軸には弁入口圧Psに対する弁制御室Pcの比がとつてあ
る。この第４図（ｃ）から、パイロツト弁２の絞りA₂す
なわち弁開度の増加に伴つて、Pc/Ps＝１従つてPc＝Ps
から、Pc/Ps＝０従つてPc＝０＝Paに次第に変化して行
くことがPc/PsとA₂/A₁との相関関係により明かになつて
いる。

そして、上記した主弁１の動作は、弁入口側の受圧面
積をAs、弁出口側の受圧面積をAa、弁制御室の受圧面積
をAcとすると、主弁１に作用する媒体圧力はPs・As＋Pa
・Aa＝Pc・Acの時に釣合い状態となる。これらの関係と
上述の第４図（ｃ）に示す特性図とを関連づけるため、
弁出口圧Pa＝０とすると、Ps・As＝Pc・Acが釣合い関係
を示し、Pc/Ps＝As/Acの関係となる。そして、例えばAs
/Ac＝0.5とすると、Pc/Ps＝0.5の値はA₂/A₁＝1.0で得ら
れる。すなわち、０≦A₂/A₁≦１では主弁１はシート側
に押し付けられており、A₂/A₁＞１となると主弁１はシ
ートから離れ、上端に衝突するまで運動を続ける。この
ように、第４図（ａ）に示すものは、弁の開閉のいずれ
かの状態しかとれず、オン・オフ形の弁名称はこの動作
形態から名付けられたものである。しかし、この第４図
（ａ）に示すオン・オフ形の流量制御弁は用途が極く限
られており、多くの場合、主弁１の弁変位を任意にコン
トロールできるようにしたものが望まれる。

このようなことから、従来、第５図に示す流量制御弁
が提案されている。この流量制御弁は、主弁１に設けら
れた深さＨ、幅Ｗのスリツト３が弁制御室へ突出した量
ｘにより、絞りA₁の大きさが決まる構造となつている。
すなわち、前述した第４図（ａ）に示す流量制御弁にあ
つては絞りA₁が固定絞りであつたのに対して、第５図に
示す流量制御弁では主弁１の動きにより大きさが変化す
る可変絞りとなつている。

この第５図に示す流量制御弁の動作は第４図（ｃ）の
特性図から次のようになる。今、パイロツト弁２を操作
し、その絞りA₂すなわち弁開孔面積が０→0.1→0.3→0.
4→0.6mm²と変化したとき、主弁１に設けられた絞りA₁
も０→0.1→0.3→0.4→0.6mm²と変化するならば、A₂/A₁
＝１であり、Pc/Ps＝0.5となり、当該弁の力の釣合いが
満足され、主弁１が勝手に運動することはない。したが
つて、絞りA₂の変化に際し、A₁=A₂、A₁＝Wx（スリツト
１ケの場合）の関係にあるから、ｘ＝A₁/w=A₂/Wとな
り、弁変位ｘはパイロツト弁２の絞りA₂の開度により制
御される。つまり、この第５図に示す流量制御弁にあつ
ては、パイロツト弁２の操作量に応じて主弁１を比例的
に制御することができる。ここで、上記では説明を簡単
にするため、パイロツト弁２の絞りA₂の開孔面積が０の
とき、主弁１に設けられた絞りA₁の面積も０としたが、
実際には絞りA₂の開孔面積が０のとき絞りA₁の面積が０
であると、弁制御室へ油が導かれないでPc＝０となる事
態を生じることがあり、その結果、パイロツト弁２を操
作しないのに主弁１が動くという不安定な性能となる懸
念がある。したがつて、このような誤動作をあらかじめ
防止するため、第５図に示す流量制御弁では、パイロツ
ト弁２の絞りA₂の開孔面積が０のとき、すなわち主弁１
が閉状態にあるときも、スリツト３が所定量ｘ＝x₀だけ
弁制御室側に突出する構成となつている。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、上述した第５図に示す従来の流量制御弁に
あつては、主弁１を停止させる部材、すなわち耐衝撃性
及び耐摩耗性を有するシートリング４を弁本体の内部に
備えており、上述した所定のｘ＝x₀を得るために、及び
主弁１の密着性を得るために、シートリング４が設置さ
れる弁本体内部部分、シートリング４のシート面、及び
このシート面に対向する主弁１の段部を高精度に製作し
なければならず、また弁本体内部にシートリング４を配
置し、主弁１の中心とシートリング４の中心とを一致さ
せる煩雑なセンタリング作業が必要となり、このため、
製造原価が高くなる不具合がある。

また、この第５図に示す従来の流量制御弁にあつて
は、主弁１に深さＨ、幅Ｗの決められたスリツト３を設
けてあり、このようなスリツト３を高精度に主弁１に形
成するには特別な製造技術を要することから、製作工数
を要し、上記とは別の観点から製造原価が高くなる不具
合がある。

本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてな
されたもので、その目的は、製作および組立ての簡単な
流量制御弁を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉この目的を達成するために、本発明は、弁体と、この弁本体の端部を覆うカバーと、上記弁本
体内に設けられる主弁と、上記弁本体に形成され、圧力
媒体が流入される弁入口ポートと、該弁本体に形成さ
れ、圧力媒体を流出させる弁出口ポートと、上記弁本体
内に設けられる可変絞りとを備え、パイロツト弁の操作
量に相応した上記主弁の変位を確保できる流量制御弁に
おいて、上記可変絞りを、上記主弁と上記カバーとの間に位置す
る上記主弁の背圧室を形成する弁制御室に連通させて配
置し、この可変絞りの入口側を上記パイロツト弁を介して上
記弁入口ポートに接続し、上記弁制御室を上記可変絞
り、及び上記主弁に形成した通路を介して上記弁出口ポ
ートに接続するとともに、上記可変絞りを、上記主弁と、この主弁に対して相対
的移動可能な制御部材とによって形成し、上記弁入口ポートと上記弁出口ポート間を遮断する上
記主弁の弁ランドの全周側面を、上記弁本体に設けた孔
の壁面に摺接可能に形成した構成にしてある。

〈作用〉本発明は上記のように、制御部材と主弁とによつて可
変絞りを形成し、これによつてパイロツト弁の操作量に
相応した主弁の変位を確保できるとともに、パイロツト
弁が操作されたとき、圧力媒体がパイロツト弁を介して
弁制御室に導かれ、これによつて、主弁の端部のランド
部が弁本体の孔の壁面に摺接しながら当該主弁が弁出口
ポート方向に移動し、弁入口ポートと弁出口ポートとが
連通する。すなわち、パイロツト弁の非操作時に主弁を
停止位置に保持する保持部材を、従来のシートリングの
位置と反対側に位置するカバー側に配置できる。例えば
カバーをその保持部材とすることができる。また、この
とき保持部材によつて停止させられた主弁の端部の弁ラ
ンドは、その全周側面が弁本体の孔の壁面に接触するこ
とにより、弁入口ポートと弁出口ポートとを遮断する。
そして、前述した保持部材は、主弁の移動を停止させる
ストツパ機能を有すれば済むので、シートリングである
ことを要せず、これにより、主弁等の高精度の仕上加工
は要求されず、製作が簡単になり、またシートリングに
伴う煩雑なセンタリング作業を要しないことから組立て
が簡単になる。

〈実施例〉以下、本発明の流量制御弁を図に基づいて説明する。

はじめに、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づい
て、本発明の基本的な動作原理等について説明し、次
に、第１図、第２図により本発明の実施例について説明
する。

第３図（ａ）は本発明の流量制御弁の動作原理を説明
する説明図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に示す流量制
御弁の機能を例示する説明図、第３図（ｃ）は第３図
（ａ）に示す流量制御弁において得られる特性図であ
る。

本発明の流量制御弁にあつては、主弁１の弁制御室10
は、パイロツト弁２の絞りA₂を介して弁入口ポート７と
接続しており、主弁１は弁制御室10と弁出口ポート13間
を接続する通路に絞りA₁を有している。弁入口圧Ps、弁
制御室圧Pc、弁出口圧Paと絞りA₂、A₁との関係は第３図
（ｂ）に示す関係にあり、前述した第４図（ｃ）におけ
るのと同様に、Pc/PsとA₂/A₁との相関関係を求めると第
３図（ｃ）に示す特性図となる。この第３図（ａ）に示
す流量制御弁では、パイロツト弁２を操作しない場合、
Pc＝０であるから、主弁１は弁制御室10側に押し付けら
れており、パイロツト弁２を操作すると、弁制御室10の
圧力Pcは徐々に増加し、パイロツト弁２の絞りA₂の開度
が十分大きくなるとPc≒Psとなる。第３図（ｃ）に示す
ように、前述した第４図に示す流量制御弁と同様に、主
弁１がAs/Ac＝0.5の場合、主弁１の油圧バランスはPc/P
s＝0.5で得られ、この油圧の関係はA₂/A₁＝１で得られ
る。この第３図（ａ）に示す流量制御弁は現実にはオン
・オフ的にしか動作しないが、主弁１に設けられた絞り
A₁がパイロツト弁２の絞りA₂の開度に応じて変化する可
変絞りであれば主弁１の変位をパイロツト弁２で制御す
ることができる。

第１図は上述した基本原理をふまえて構成した本発明
の第１の実施例を示す縦断面図である。

この第１の実施例にあつては、主弁１は弁本体５に摺
動自在に組み込まれ、主弁１と弁本体５、及び弁本体５
に組み付けられたカバー６によつて弁制御室10が形成さ
れ、この弁制御室10側において、すなわちカバー６によ
り主弁１の運動が規制されている。弁制御室10は弁本体
５に設けられた通路11によりパイロツト弁２の出口部に
連通している。

上記のように、主弁１の全周側部を弁本体５に摺動自
在となるように形成したこと、主弁１と弁本体５とカバ
ー６とによつて弁制御室10を形成したこと、カバー６に
より主弁１の移動を規制したこと、および弁本体５に通
路11を設けたことにより、パイロツト弁３の操作に応じ
て主弁１を弁出口ポート13方向に移動させる移動手段が
構成されている。

また、主弁１の弁制御室10側に位置する部分には制御
部材、例えば制御ピストン９が配置されており、この制
御ピストン９の一端はカバー６に当接しており、他端は
主弁１内に形成した弁入口ポート７と連通する通路８側
部分に配置されている。弁制御室10と弁出口ポート13と
は、主弁１と制御ピストン９によつて形成される絞りA₁
と、この絞りA₁に連通し主弁１内に設けられる通路12と
により連絡されている。弁本体５に設けられた弁入口ポ
ート７と弁出口ポート13とは、主弁１の弁制御室10の反
対側に位置する端部に設けた弁ランド14と弁本体５とに
より連通が断たれている。なお、主弁１の弁ランド14
は、上述の連通を遮断する時には、弁本体５に形成した
孔の壁面に全周側面が摺接し、後述するように主弁１が
弁出口ポート13方向に移動した時には、この弁ランド14
が弁出口ポート13内に進入して弁入口ポート７と弁出口
ポート13とが連通するように形成されている。弁本体５
内の弁出口ポート13と負荷接続ポート18との間には、ポ
ート18からポート13側への圧力媒体の流れを阻止する逆
止弁16が組み込まれている。この逆止弁16はロツド17を
有し、このロツド17の先端は主弁１の弁ランド14の端面
に当接している。この逆止弁16はばね19により、主弁１
方向に付勢されている。

このように構成した第１の実施例における動作は次の
とおりである。

全く圧力媒体が作用していない状態にあつては、主弁
１のカバー６側への運動は当接カバー６によつて規制さ
れ、一方、主弁１の出口ポート13側への運動は当該主弁
１が逆止弁16のロツド17に当接することによつて規制さ
れる。

そして、圧力媒体供給源20から圧力媒体が供給される
と、パイロツト弁２が操作されない間は、絞りA₁のきわ
めて微小な隙間、通路12を介して弁制御室10と弁出口ポ
ート13とが連通することからPc＝Paとなつており、した
がつて主弁１がカバー６側にきわめて弱い力ながら押圧
された状態が保たれる。

このような状態から、パイロツト弁２を操作し、弁制
御室10への圧油を供給すると、第３図（ｃ）に示すよう
に制御室圧Pcはパイロツト弁２の操作量に応じて高くな
り、A₂/A₁＝１でバランスし、A₂/A₁＞１で主弁１はカバ
ー６から離れ、弁出口ポート13方向に移動する。このよ
うに主弁１が弁出口ポート13方向に移動すると、主弁１
と制御ピストン９で形成される絞りA₁が大きくなり、A₂
/A₁＝１の点で静定する。また、このように主弁１が弁
出口ポート13方向に移動すると、弁入口ポート７と弁出
口ポート13とが、主弁１に設けられた制御オリフイス15
を通して連通し、圧力媒体供給源20から供給される主流
量が当該制御オリフイス15の開度に応じて制御される。

このように構成してある第１の実施例にあつては、制
御ピストン９と主弁１とによつて絞りA₁すなわち可変絞
りを形成してあることから、パイロツト弁２の操作量に
応じた主弁１の変位が得られ、主弁１の位置を連続的に
制御できる。

また、パイロツト弁２が操作されない間は、主弁１を
カバー６によって停止保持させることができ、シートリ
ングやスリツトを設ける必要がなく、したがつて、シー
トリングに伴う高精度加工やスリツトに伴う特別な加
工、及び煩雑なセンタリング作業等を必要とすることが
なく、製作及び組立てを簡単におこなうことができ、製
造原価を安くすることができる。

なお、この第１の実施例にあつては、主弁１の制御ピ
ストン９が収納される空隙部のうちの通路８に接近した
部分がダンパ室9aを形成するので主弁１のカバー６側へ
の移動時に適切な緩衝効果が得られ、したがつて他に特
別な緩衝手段を設ける必要がない。

第２図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図であ
る。この実施例では、主弁１は弁本体５に組み込まれた
制御部材、例えばカートリツジ23内に収納されており、
主弁１と通路11との間のカートリツジ23の壁部に貫通穴
22を設け、カートリツジ23の貫通穴22と主弁１とで可変
の絞りA₁を形成してあり、弁制御室10はカートリツジ23
に設けた細孔21を介して通路11に連通している。

この実施例にあつても、主弁１はカバー６によつて移
動を規制され、弁制御室10に圧力媒体が導かれることに
より、主弁１が弁出口ポート13方向に移動し、制御オリ
フイス15を介して弁入口ポート７と弁出口ポート13が連
通し、主流量が流れるようになつている。

このように構成した第２の実施例も、カートリツジ23
の貫通穴22と主弁１とで可変の絞りA₁を形成してあるこ
とから、パイロツト弁２の操作量に応じた主弁１の変位
が得られ、主弁１の位置を連続的に制御できるととも
に、シートリングを要せず、またカートリツジ23に設け
る貫通穴22は従来のようなスリツトに比べてはるかに加
工が容易であることから製作及び組立てを簡単におこな
うことができ、製造原価を安くすることができる。

〈発明の効果〉本発明の流量制御弁は、以上のように構成してあるこ
とから、パイロツト弁の操作量に応じた主弁の変位が得
られ、主弁の位置を連続的に制御できるとともに、従来
のようなシートリングやスリツトを設けることがなく、
シートリングに伴う高精度な加工やスリツトに伴う特別
な加工、及び煩雑なセンタリング作業を必要とすること
がなく、従来に比べて製作及び組立てが簡単になり、製
造原価を安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量制御弁の第１の実施例を示す縦断
面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、
第３図（ａ）は本発明の流量制御弁の動作原理を説明す
る説明図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に示す流量制御
弁の機能を例示する説明図、第３図（ｃ）は第３図
（ａ）に示す流量制御弁において得られる特性図、第４
図（ａ）は従来、一般に活用されているオン・オフ形の
流量制御弁の動作原理を示す説明図、第４図（ｂ）は第
４図（ａ）のオン・オフ形の流量制御弁の機能を例示す
る説明図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）に示す流量制御
弁において得られる特性図、第５図は従来の流量制御弁
を示す縦断面図である。１……主弁、２……パイロツト弁、５……弁本体、６…
…カバー、７……弁入口ポート、９……制御ピストン
（制御部材）、9a……ダンパ室、10……弁制御室、11、
12……通路、13……弁出口ポート、14……弁ランド、15
……制御オリフイス、21……細孔、22……貫通穴、23…
…カートリツジ（制御部材）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者落合正己土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (56)参考文献特開昭62−292984（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弁本体と、この弁本体の端部を覆うカバー
と、上記弁本体内に設けられる主弁と、上記弁本体に形
成され、圧力媒体が流入される弁入口ポートと、該弁本
体に形成され、圧力媒体を流出させる弁出口ポートと、
上記弁本体内に設けられる可変絞りとを備え、パイロッ
ト弁の操作量に相応した上記主弁の変位を確保できる流
量制御弁において、上記可変絞りを、上記主弁と上記カバーとの間に位置す
る上記主弁の背圧室を形成する弁制御室に連通させて配
置し、この可変絞りの入口側を上記パイロット弁を介して上記
弁入口ポートに接続し、上記弁制御室を上記可変絞り、及び上記主弁に形成した
通路を介して上記弁出口ポートに接続するとともに、上記可変絞りを、上記主弁と、この主弁に対して相対的
移動可能な制御部材とによって形成し、上記弁入口ポートと上記弁出口ポート間を遮断する上記
主弁の弁ランドの全周側面を、上記弁本体に設けた孔の
壁面に摺接可能に形成したことを特徴とする流量制御
弁。
【請求項２】制御部材が上記主弁内に配置される制御ピ
ストンであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の流量制御弁。
【請求項３】制御部材が上記弁本体内に設けられ、かつ
主弁を内包するカートリツジであることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の流量制御弁。