JP2569102Y2 - パイロット操作式流量制御弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は液圧回路中に設置して液
体の流量制御を行なうパイロット操作式流量制御弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなパイロット操作式流量
制御弁として、特公昭５６−４４３１７号公報に記載の
如きものがある。すなわち、スプール状の弁体にはパイ
ロット弁となる電磁比例式圧力制御弁によりそのソレノ
イドに通電する電流に応じて生じる圧力を開き方向に作
用させると共に、制御ばねによりこの圧力による押圧力
と対向方向のばね力を作用させ、かかる両者の力の平衝
位置へと弁体を移動して位置決めするよう設け、弁体の
ランド縁に形成した全周テーパ部により、ポンプポート
と出力ポート間に弁体変位に応じた流通面積の絞りを形
成するようにしている。そして、この絞り前後の差圧を
一定制御するための圧力補償弁を設けて、負荷圧力の変
動力が生じてもこの影響を受けることなく、絞りの流通
面積に応じた一定流量を出力ポートへ流通させるよう有
している。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】この従来のパイロット
操作式流量制御弁は圧力補償弁を設けているため、構成
が複雑となると共に弁の全体形状の大形化がまぬがれな
い問題点があった。ところで、本考案者は、このような
パイロット操作式流量制御弁について、圧力補償弁を機
能させずに流量特性の確認試験を行なった過程で、次の
ような知見を得た。すなわち、図５の実線Ａは、弁体に
作用させるパイロット弁からの圧力をある一定値に保っ
て絞り前後の差圧Ｐを変化させた場合の流量Ｑの特性を
示すが、鎖線Ｂで示す流通面積が一定と想定した場合に
予測される特性とは大きく異なり、差圧Ｐがある値以上
に増大すると、これに応じ流量Ｑが大きく減少する。こ
れは、パイロット弁からの圧力による押圧力と、制御ば
ねのばね力以外に、絞りへの流通で生じる流体力が弁体
に作用しており、この三者の力の平衡位置へと弁体が変
位することによるものであることがわかった。つまり、
流体力は周知のように絞りにおける差圧と流通面積の積
に比例して絞りを閉じる方向へと弁体に作用するため、
差圧が増大するとこれに伴なって増大する流体力に応じ
弁体が新たな平衡位置へと変位することで絞りの流通面
積が減少する結果、流量の大きな減少が生じたのであ
る。そして本考案者は、このように差圧に応じ流通面積
が変化するのであれば、図５に示される特性Ａの如き差
圧増大に応じた流量の大きな減少を抑えることで圧力補
償弁を用いることなく実質的な圧力補償作用を得ること
も不可能ではないとの認識に達した。本考案は、このよ
うな認識に基づき従来の問題点を解決するもので、圧力
補償弁を設けることなく圧力補償作用を得られるように
して構成の簡単な小形状のパイロット操作式流量制御弁
を実現しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本考案は、軸方
向に移動自在でその軸方向移動に応じた流通面積の絞り
を形成するよう制御ランドを設けたスプール状の弁体
と、弁体へその絞りの開度増大方向への押圧力を生じる
ようパイロット圧力を作用させるパイロット室と、パイ
ロット室へ導くパイロット圧力を可調整に制御するパイ
ロット弁とを有し、液体の絞りへの流通で弁体に生じる
流体力と共にパイロット圧力による押圧力とは逆方向で
弁体にばね力を付与するよう制御ばねを設け、弁体の制
御ランドにはそのランド縁部に絞りを形成するための切
欠溝を周方向に隔てて複数設け、制御ばねのばね定数と
絞り前後差圧の単位量当りにおける流体力の開度に対す
る変化率との比を３．５ＭＰａ以上に設定した。

【０００５】

【作用】本考案は、このような構成によって、絞り前後
の差圧の変化に伴なった弁体移動により、絞りの流通面
積が適度に変化して流量の変化が小さくなり、このた
め、圧力補償弁を設けずに、差圧の変化の影響を実質的
に受けない流量制御作用が得られる。

【０００６】

【実施例】以下本考案の一実施例を図面により説明す
る。図１および図２において、１は弁本体で、内部に貫
設した弁孔３にスプール状の弁体２を軸方向に移動自在
に収容し、弁孔３の開口する両端面に端蓋１Ａ、１Ｂを
固着させて有している。弁孔３には、図示しない液圧源
に接続する供給ポートＰ、アクチュエータに接続する出
力ポートＡ１、Ａ２、タンクに接続する戻りポートＴ
１、Ｔ２がそれぞれ軸方向に間隔を有して連通し、戻り
ポートＴ２は内部通路Ｔ３により戻りポートＴ１と連通
している。そして弁体２は、制御ランド４Ａ、４Ｂを有
し、図１に示す中立位置では出力ポートＡ１、Ａ２と供
給ポートＰ、戻りポートＴ１、Ｔ２との連通を断ち、中
立位置から左方への移動により出力ポートＡ１と供給ポ
ートＰ間、出力ポートＡ２と戻りポートＴ２間をそれぞ
れ連通し、中立位置から右方への移動で出力ポートＡ１
と戻りポートＴ１間、出力ポートＡ２と供給ポートＰ間
をそれぞれ連通させるよう設けている。５Ａ、５Ｂは、
出力ポートＡ１、Ａ２と供給ポートＰとの連通をはかる
切欠溝で、それぞれ弁体３の軸方向移動に応じた流通面
積を得るよう制御ランド４Ａ、４Ｂの内側ランド縁に、
周方向に１８０°隔てて二つ設けている。

【０００７】６Ａ、６Ｂは、弁体２を右方、左方へ押圧
するようパイロット圧力を弁体２に作用させるパイロッ
ト室であり、各パイロット室６Ａ、６Ｂには、ばね受け
８Ａ、８Ｂを介し中立位置からの移動に応じて弁体２に
ばね力を作用させるよう制御ばね７Ａ、７Ｂが設置され
ている。９はパイロット弁で、減圧弁１０と絞り１１
Ａ、１１Ｂ及び電磁制御式のリリーフ弁１２Ａ、１２Ｂ
を有し、供給ポートＰからの液体を減圧弁１０で減圧し
たのち各絞り１１Ａ、１１Ｂを介しリリーフ弁１２Ａ、
１２Ｂに導き、絞り１１Ａ、１１Ｂとリリーフ弁１２
Ａ、１２Ｂとの間の圧力を通路１３Ａ、１３Ｂによりパ
イロット室６Ａ、６Ｂに導き、これによって各パイロッ
ト室６Ａ、６Ｂの圧力を、各リリーフ弁１２Ａ、１２Ｂ
へ通電する電流値に応じて可変制御できるよう設けてい
る。

【０００８】ここで圧力補償作用を得るための処置につ
いて説明する。いま、パイロット室６Ａの圧力は零と
し、パイロット室６Ｂに所定圧力が導入されてＦの力で
押圧されることにより弁体２がＦの力で押圧されて左方
に移動し図２の如く開度ｘで切欠溝５Ａが供給ポートＰ
と出力ポートＡ１間を連通したとして、制御ばね７Ａの
ばね力をＦ１、流体力をＦ２として、弁体２における力
の平衡式は次のとおりである。

【数１】 また、切欠溝５Ａにより供給ポートＰと出力ポートＡ１
間が連通するまでのオーバラップ量をｘ₁ 、制御ばね７
Ａのばね定数をＫ、その初期たわみ量をｘ₂ とすると、

【数２】 そして、流体力は流量と流速の積にほぼ比例し、一方、
流量は切欠溝５Ａ前後の差圧の１／２乗と切欠溝５Ａに
よる流通面積Ｓの積に比例し、流速は前記差圧の１／２
乗に比例することから、差圧をＰ、比例定数をＣとし
て、

【数３】 さらに流通面積は、近似的に開度ｘに比例するとし、そ
の比例定数をＤとすると流体力Ｆ₂ は次のようになる。

【数４】 数２と数４より数１は、

【数５】 また流量Ｑは、前記の如く差圧Ｐの１／２乗と流通面積
Ｄｘの積に比例することより比例定数をＥとして、

【数６】 数５より数６は次のように変形される。

【数７】 そして、流量Ｑの変化ｄＱと差圧Ｐの変化ｄＰの関係は
次のようになる。

【数８】 数８よりＰがＫ／ＣＤのときＱは最大値となる極値を有
し、ＰがＫ／ＣＤ以下ではＰの増大に対しＱも増大し、
ＰがＫ／ＣＤ以上ではＰの増大に対しＱは減少するこ
と、またＫ／ＣＤが大きい程、そしてＰが大きい程Ｐの
変化に対するＱの変化は小さいことがわかる。

【０００９】ここでＫ／ＣＤの値と流量Ｑと差圧Ｐの関
係をみる。数７を変形して

【数９】 これより次のようにＨを定める。

【数１０】 Ｋ／ＣＤをパラメータとしてＨとＰの関係を示したのが
図３である。なお、ＨはＦが定まれば流量Ｑに比例し流
量Ｑの変化の状態をそのまま示す量となることは明らか
である。そしてＫ／ＣＤは、差圧Ｐと同じ次元で、制御
ばね７Ａのばね定数と、数４の流体力の係数であるＣＤ
ｘの開度ｘに対する変化率ＣＤとの比、すなわち単位差
圧当りの流体力の開度ｘに対する変化率との比を示す。
図３では、ＭＰａを単位として上から順にＫ／ＣＤが
０．５、１．５、２．５、３、３．５、４、４．５、
５、６、８、１０、１２、１４の場合を示している。そ
してＫ／ＣＤが３．５（ＭＰａ）以上であれば図５のＡ
に示す如き差圧Ｐの増大に対し流量Ｑの大きな減少がな
く、差圧Ｐの変化に対して流量Ｑの変化が小さな領域が
得られることがわかる。

【００１０】以上のことから、本実施例の制御ばね７
Ａ、７Ｂのばね定数は、Ｋ／ＣＤが３．５ＭＰａ以上と
なるように選定されている。なお、各ばね７Ａ、７Ｂの
ばね定数は等しく、また切欠溝５Ａ、５Ｂの形状も等し
く設けている。

【００１１】次に本実施例の作動を述べる。図１の状態
において、リリーフ弁１２Ａへ通電せずパイロット室６
Ａの圧力を零とし、リリーフ弁１２Ｂへ通電してパイロ
ット室６Ｂの圧力を適宜定めると、弁体２は左方へ移動
し、切欠溝５Ａにより入口ポートＰと出力ポートＡ１間
が絞り連通され、また出力ポートＡ２が戻りポートＴ２
に連通される。そして弁体２は、制御ばね７Ａのばね力
と切欠溝５Ａによる流体力とがパイロット室６Ｂに導入
されるパイロット圧力による押圧力とが平衡する位置に
移動し、たとえば切欠溝５Ａ前後の差圧が大きくなれば
弁体開度ｘを減少するよう、またこの差圧が小さくなれ
ば弁体開度ｘを増大するよう軸方向へ移動して、出力ポ
ートＡ１への流量Ｑと切欠溝５Ａ前後の差圧Ｐの関係
は、図４の如き差圧Ｐの変化に対し流量変化がきわめて
小さな領域が得られて、実質的な、圧力補償作用が得ら
れる。また、リリーフ弁１２Ｂへ通電せず、リリーフ弁
１２Ａへ通電すれば、弁体２の右方移動で切欠溝５Ｂに
より入口ポートＰと出力ポートＡ２間が絞り連通し、出
口ポートＡ２が戻りポートＴ１に連通され、出口ポート
Ａ２への流量が同様に圧力補償される。そして本実施例
では、制御ランド４Ａ、４Ｂの切欠溝５Ａ、５Ｂにより
絞りを形成するので、従来例の如き全周テーパ部による
ものと比較すればＫ／ＣＤにおけるＤの値を小さくする
ことが容易にでき、このため制御ばね７Ａ、７Ｂをばね
定数の格別大きな大形のものに選定しなくても良くて弁
の小形化に寄与できる。なお、メータインで流量制御を
行なっているが、メータアウト制御に適用しても良いこ
とは勿論である。

【００１２】

【考案の効果】このように本考案では、パイロット圧力
の可調整によってスプール状の弁体を軸方向移動するパ
イロット操作式流量制御弁において、弁体に付与する制
御ばねのばね定数と、弁体の移動で形成される絞りの前
後差圧の単位量当りにおける弁体への流体力の開度に対
する変化率との比を適当に選んだことにより、圧力補償
弁を設置することなく圧力補償作用を良好に得ることが
でき、このため、弁の構成を簡単にできると共に、制御
ランドの切欠溝で絞りを形成することで制御ばねの格別
な大形化をさけることができることとあいまって弁の小
形化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を一部シンボル表示して示す
断面図。

【図２】弁体移動時における図１の線ｘ−ｘに沿った部
分拡大断面図。

【図３】Ｈ−Ｐ特性を示す線図。

【図４】本考案の一実施例の特性図。

【図５】従来例の特性図。

【符号の説明】

２弁体 ４Ａ、４Ｂ制御ランド ５Ａ，５Ｂ切欠溝 ６Ａ、６Ｂパイロット室 ７Ａ、７Ｂ制御ばね ９パイロット弁

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に移動自在でその軸方向移動に応
   じた流通面積の絞りを形成するよう制御ランドを設けた
   スプール状の弁体と、弁体へその絞りの開度増大方向へ
   の押圧力を生じるようパイロット圧力を作用させるパイ
   ロット室と、パイロット室へ導くパイロット圧力を可調
   整に制御するパイロット弁とを有し、液体の絞りへの流
   通で弁体に生じる流体力と共にパイロット圧力による押
   圧力とは逆方向で弁体にばね力を付与するよう制御ばね
   を設け、弁体の制御ランドにはそのランド縁部に絞りを
   形成するための切欠溝を周方向に隔てて複数設け、制御
   ばねのばね定数と絞り前後差圧の単位量当りにおける流
   体力の開度に対する変化率との比を３．５ＭＰａ以上に
   設定したパイロット操作式流量制御弁。