JP2837173B2 - 制御弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、特に可変吐出量ポンプの制御弁装置のよう
な大流量制御が可能な電磁比例制御弁装置に関する。

（従来の技術） 従来の電磁比例制御弁装置としては、例えば特開昭62
-55484号公報の電磁比例制御弁装置が知られており、本
公報に開示されているように、可変吐出量形ポンプにお
いて吐出流量および吐出出力を制御するために、電磁比
例弁により直接ポンプ制御する方法が知られている。本
方式は吐出流量および吐出圧力をセンサーによって電気
信号に変換し、各々をフィードバックして、電子回路で
演算処理し、電磁比例弁装置（ないしは電油サーボ弁）
によってポンプの吐出量を制御することにより、流量、
圧力の制御を行なっている。

この電磁比例弁装置としては直動方式が用いられてお
り、スプールの一端にはバイアススプリングを取付け、
直接比例ソレノイドの吸引力によりそのスプールを駆動
し、可変吐出量ポンプの操作シリンダーへ圧油を供給し
たり、この圧油をタンクラインへ排出する動作を行な
い、吐出量を可変としている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の制御弁装置では、直動
形の電磁比例弁装置が用いられており、この弁装置の通
過流量は、スプールに作用する流体反力により制限を受
けた。このため、可変吐出量ポンプの吐出量を変化させ
る速度には制限があり、特に容量の大きなポンプでは応
答性が低いという課題があった。この応答性に関連し
て、例えば上記可変ポンプ制御では、流量制御状態か
ら、負荷が停止状態すなわち圧力制御状態に移行する場
合、吐出量を減少させる応答時間が長く、サージ圧力が
発生しやすいという課題があった。

本発明の課題は、可変吐出量ポンプなどに使用される
制御弁装置において制御弁装置の通過流量を増加させて
応答性の向上を計るとともに、サージ圧力が発生するよ
うな回路ではサージ圧力の低減を計ることができる手段
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、ポンプポート、タンクポート及び
１個又は複数個のアクチュエータポート間の切換を行う
主スプールと、主スプール内に設けた軸方向透孔内周と
油密摺接しバイアススプリングに抗して電磁比例ソレノ
イドで移動可能にされたパイロットスプールと、バイア
ススプリングとは反対方向に主スプールを押すスプリン
グと、をハウジングに収容し、主スプールに制御ランド
を設け、制御ランドがポンプポートとそれぞれ直接及び
絞りを介して連通された第１及び第２の圧力室の圧力を
受けて移動するようにし、パイロットスプールの２個の
ランドと主スプールの透孔内周とが形成するパイロット
圧力室は主スプールの半径方向通路を介して第２の圧力
室と連通させ、かつ別の半径方向通路を介して、第２の
圧力室と連通されたときのみ、タンクと選択的に連通す
るようにし、作動時に主スプールをパイロットスプール
の動きに追従させて移動／位置決めされるようにし、か
つ、アクチュエータポートを制御ランドが第２の圧力室
側方向の移動により可変吐出量ポンプの吐出量を減少さ
せ、制御ランドが第１の圧力室側方向の移動により可変
吐出量ポンプの吐出量を増大させるように可変吐出量ポ
ンプの可変要素を移動させる操作シリンダーに接続する
ようにした。さらに第２の圧力室を安全用パイロットリ
リーフ弁、及び／又はポンプの吐出側に設けられたサー
ジ圧力吸収弁のパイロット室に接続することによって、
上記課題を解決した。

（作用効果） かかる構成によると、本発明の電磁比例制御弁装置に
おいては、制御弁の主スプールの制御ランド両側に第１
及び第２の圧力室を設け、ポンプポートからそれぞれ直
接に及び絞りを介して接続し、第２の圧力室の圧力を主
スプールの中に設けたパイロットスプールのランド間が
形成するパイロット圧力室に導いて制御し、パイロット
スプールの位置に追従して主スプールが移動するように
配置したので、大流量を高応答で切換えることができ
る。さらに、この制御弁のアクチュエータポートを可変
吐出量ポンプの可変要素を移動させる操作シリンダー
に、制御ランドが第２の圧力室側方向の移動により可変
吐出量ポンプの吐出量を減少させ、制御ランドが第１の
圧力室側方向の移動により可変吐出量ポンプの吐出量を
増大させるように接続させて制御するようにしたので、
小型の比例ソレノイド弁で大流量を制御でき、ポンプの
可変吐出量制御の応答性の向上が計れる。さらに、前記
第２の圧力室は、機械的な安全用パイロットリリーフ弁
と接続されるとともに、ポンプの吐出側に設けられたサ
ージ圧力吸収弁のパイロット室へと接続されているの
で、ポンプの吐出側に過大な圧力が発生したときは、こ
れらの弁により、吐出油の一部をタンクに逃がし、サー
ジ圧力の発生を防止することができるので可変吐出量ポ
ンプ制御などに適した制御弁装置となった。

（実施例） 次に本発明の実施例につき、図面を参照して説明する
と、図面は本発明の実施例電磁比例制御弁装置１を使用
した可変吐出量ポンプ２の制御装置の全体構造を示す概
略ブロック図である。制御弁装置１は部分断面構造図で
示す。可変吐出量ポンプ２は、操作シリンダー３により
ポンプ吐出量を変化させるようにされている。ポンプ２
は、吸込ポート４より油を吸入し、吐出ポート５より圧
油を吐出する。吐出ポート５は制御弁装置１のポンプポ
ートＰと接続され、弁装置１の主スプール６の位置によ
り、アクチュエータポートＡ、Ｂとそれぞれ通過する操
作シリンダー３のピストン室７及びロッド室８に吐出圧
油を導き可変要素10の位置を変えて吐出量を可変とする
ようにされている。実施例では、操作シリンダー３のロ
ッド室８には操作スプリング11が操作ピストン９を押す
ように挿入されており、アクチュエータポートＡ・Ｂか
らの圧油の圧力がないときは、操作ピストン９を図でみ
て右側へ押して、ポンプ２は最大吐出量状態をとるよう
にされている。

本発明の電磁比例制御弁装置１は、ポンプポートＰ、
タンクポートＴ、及びアクチュエータポートＡ・Ｂ間の
切換を行う主スプール６と、主スプール６に設けた透孔
12内周と油密摺接しバイアススプリング13に抗して電磁
比例ソレノイド14で移動可能にされたパイロットスプー
ル15とからなる。パイロットスプール15は２個のランド
16,17を有し、バイアススプリング13の反対端部18は、
電磁比例ソレノイドの可動鉄心20に、ロッド19を介し
て、励磁時に矢印方向21に、左方向に押されるようにさ
れている。

上記部材及びさらにバイアススプリング13とは反対方
向に主スプール６を押すスプリング22とがハウジング2
3′に収容されている。主スプール６は制御ランド23を
有し、制御ランド23はそれぞれポンプポートＰと直接及
び絞り24を介して連通された第１及び第２の圧力室25,2
6の圧力を受けて移動するようにされ、パイロットスプ
ール15の２個のランド16,17と主スプール６の軸方向透
孔12内周とが形成するパイロット圧力室27は主スプール
６の半径方向通路28を介して前記第２の圧力室26と連通
され、かつ別の半径方向通路29を介して、第２の圧力室
26と連通されたときのみタンクポートＴに選択的に連通
されるようにされている。タンクポートＴはタンク30と
連通されている。31は図示の可動鉄心20の非励時位置
で、パイロットスプール15のランド16のエッジと主スプ
ール６のタンクポートＴへのポート穴縁部とがタンクポ
ートＴをゼロラップで締切る制御エッジを示す。パイロ
ットスプール15は比例ソレノイド14に電流が印加されな
いときはバイアススプリング13により図でみて右方向に
押されているが、電流を印加すると電流の大きさに応じ
て吸引力が増加し、バイアススプリング13を押して左側
へと押される。一方、主スプール６は圧力のない場合は
スプリング22で左方向に押されているが、圧油が加えら
れると、各圧力室25、26に圧油が導かれ、パイロットス
プール15のランド16と主スプール６との間で形成される
制御エッジ31が開かれ、圧油がタンクポートＴへ流出す
ることにより、絞り24で圧力損失を生じ、この圧力損失
によって生じた主スプール６での右方向の力Ｆ＝（Pa-P
b）×Ａ（A:圧力室a,bの受圧面積）と主スプール６右側
からのスプリング22の力によってバランスする流量が制
御エッジ31より流出する位置まで主スプール６は押され
位置決めされる。

この制御エッジ31の開口量はわずかであり、ほぼパイ
ロットスプール15と主スプール６は同一の動きとなる。
このように比例ソレノイド14への吸引力を変えることに
より、主スプール６はこの吸引力の大きさに比例して移
動／位置決めするようにされている。通常吸引力のない
状態では、（圧力は発生しているとして）パイロットス
プール15は右方向に押されるため主スプール６も右方向
位置にあり圧油はＰ→Ａ、Ｂ→Ｔと接続され、操作シリ
ンダー３は左方向すなわち吐出量を最小とする位置にお
かれ、制御ランドが第２の圧力室側方向の移動により可
変吐出量ポンプの吐出量を減少するようにされている。
また、比例ソレノイド14に一定のバイアス電流を加えた
状態では、主スプール６は中立位置で、どのポートＰ、
Ａ、Ｂ、Ｔもブロック状態で、これ以上吸引力を加える
と主スプール６は左方向におされ、圧油はＰ→B,A→Ｔ
と接続され、可変吐出量ポンプ２の操作シリンダー３は
右方向すなわち吐出量を最大とする方向、制御ランドが
第１の圧力室側方向の移動により可変吐出量ポンプの吐
出量を増大する方向へ動かされる。

制御系の全体においては、可変ポンプ２の吐出流量セ
ンサ32（斜板形ピストンポンプでは斜板角センサなども
含む）吐出圧力センサー33によって各々がその流量及び
圧力指令値と比較し、その偏差をとり出し、両者の偏差
の小さい側を出力へととり出し、比例ソレノイド14の出
力電流を増減させる。すなわち流量指令値に対し、フィ
ードバックされた流量値が小さい場合、出力電流は増加
し、Ｐ→B,A→Ｔと圧油が流され、操作シリンダー３を
右側へ駆動し、吐出流量を増加させ、偏差が小さくなる
と、出力電流も減少し、中立位置へと主スプール６はも
どされ、操作シリンダー３は位置決めされ、所定の流量
値をうることができる。逆の場合も同様にして偏差が最
小となるよう制御される。

また、この電磁比例制御弁装置１の第２の圧力室26
は、パイロットリリーフ弁34およびサージ圧力吸収弁35
のパイロット室36へとも圧油が導かれ、このリリーフ弁
34で所定以上の圧力が加わった場合、この弁よりタンク
ポートＴへの圧油が流出し、主スプール６を右方向へ動
かし、これにより操作シリンダー３を左方向へ駆動し吐
出量を減少させ、異常なサージ圧力を発生させないよう
にする。これと同時にサージ圧力吸収弁35においても、
所定の圧力以上になり、それがこの弁のパイロット室36
の圧力＋サージスプリング力以上となったとき、ポンプ
吐出ポート５の圧油はタンク30へと逃がされ、異常なサ
ージ圧力を発生させない。通常の動作ではサージ圧力吸
収弁35のサージスプリング力は制御弁１のスプリング22
により発生する差圧よりも強く設定されており、サージ
圧力吸収弁35は作動しないが、特に設定圧よりも異常に
高いサージ圧力が発生すると作動するように設定されて
いる。

なお、本発明の制御弁装置１は、実施例では可変吐出
量ポンプ制御について説明したが、他の用途、例えば定
吐出量ポンプを使用した射出成形機又は建設機械などの
油圧回路に使用できる。また、本実施例ではアクチュエ
ータポートが２個Ａ・Ｂである４方向弁について説明し
たが、１個である３方向弁であってもよい。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例電磁比例制御弁装置１を使用した
可変吐出量ポンプ２の制御装置の全体構造を示す概略ブ
ロック図である。制御弁装置は、部分断面構造図で示
す。 １……制御弁装置、２……可変吐出量ポンプ ３……操作シリンダー、５……ポンプ吐出ポート（吐出
側） ６……主スプール、７……ピストン室 ８……ロッド室、10……可変要素 11……操作スプリング、12……透孔 13……バイアススプリング、14……電磁比例ソレノイド 15……パイロットスプール、22……スプリング 23……制御ランド、23′……ハウジング 24……絞り、25……第１の圧力室 26……第２の圧力室、27……パイロット圧力室 28,29……半径方向通路、34……パイロットリリーフ弁 35……サージ圧力吸収弁 36……パイロット室

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプポート、タンクポート及び１個又は
   複数個のアクチュエータポート間の切換を行う主スプー
   ルと、主スプール内に設けた軸方向透孔内周と油密摺接
   しバイアススプリングに抗して電磁比例ソレノイドで移
   動可能にされたパイロットスプールと、前記バイアスス
   プリングとは反対方向に主スプールを押すスプリング
   と、がハウジングに収容され、前記主スプールは制御ラ
   ンドを有し、制御ランドはポンプポートとそれぞれ直接
   及び絞りを介して連通された第１及び第２の圧力室の圧
   力を受けて移動するようにされ、前記パイロットスプー
   ルの２個のランドと前記主スプールの透孔内周とが形成
   するパイロット圧力室は前記主スプールの半径方向通路
   を介して前記第２の圧力室と連通され、かつ別の半径方
   向通路を介して、前記第２の圧力室と連通されたときの
   み、タンクと選択的に連通されるようにされ、作動時に
   主スプールはパイロットスプールの動きに追従して移動
   ／位置決めされ、かつ、前記アクチュエータポートは前
   記制御ランドが第２の圧力室側方向の移動により可変吐
   出量ポンプの吐出量を減少させ、前記制御ランドが第１
   の圧力室側方向の移動により前記可変吐出量ポンプの吐
   出量を増大させるように可変吐出量ポンプの可変要素を
   移動させる操作シリンダーに接続され、さらに前記第２
   の圧力室は安全用パイロットリリーフ弁、及び／又は前
   記ポンプの吐出側に設けられたサージ圧力吸収弁のパイ
   ロット室と接続されていることを特徴とする制御弁装
   置。