JP2902072B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、１個のポンプから供給される作動
油のうち、規定流量をパワーステアリング装置に分流
し、その規定流量以上の余剰流量を作業機等に分流する
流量制御弁に関する。

（従来の技術） 第７図を参照して従来例を説明する。第７図は流量制
御弁の構成を示す断面図であり、まず、制御弁本体101
がある。この制御弁本体101には、油圧ポンプ103に連通
するポンプポート105、パワーステアリング装置に接続
された制御流ポート107、作業機側に接続された余剰流
ポート109が形成されている。

制御弁本体101内には、ボア111が形成されていて、こ
のボア111内には、メインスプール113が摺動可能に収容
されている。又、上記ボア111内には、ケース部材115
が、上記メインスプール113に対して直列の状態で収容
されている。

上記ボア111の内周面には、第１〜第６環状溝117、11
9、121、123、125、127が形成されている。上記第１環
状溝117は、通路129を介して、第６環状溝127に連通さ
れている。又、第４環状溝123は、通路131を介して、リ
リーフ弁133に連通されている。さらに、第５環状溝125
は、タンクポート135に連通されている。

メインスプール113は、その一端をパイロット室137に
臨ませているとともに、他端をケース部材115との間に
形成された圧力室139に臨ませている。

又、メインスプール113の外周面には、第１環状凹部1
41及び第２環状凹部143とが形成されている。上記圧力
室139内には、圧縮コイルスプリング145が装着されてい
て、上記メインスプール113を図中左側に付勢してい
る。

そして、メインスプール113が圧縮コイルスプリング1
45によって「ノーマル位置」を保持している状態では、
上記第１環状凹部141が、第１環状溝117及び第２環状溝
119の両方にまたがった状態にあり、ポンプポート105と
通路129とを連通している。

これに対して、メインスプール113が、圧縮コイルス
プリング145のスプリング力に抗して図中右側に移動し
た場合には、ポンプポート105が、通路129と余剰流ポー
ト109とにそれぞれ連通した状態になる。

ケース部材115には、第４環状溝123と圧力室139とを
連通するダンピングオリフィス147が形成されていると
ともに、第４環状溝123に開口されたオリフィス149が形
成されている。又、第５環状溝125に開口したポート151
が形成されているとともに、第６環状溝127に開口され
た第１制御オリフィス153及び第２制御オリフィス155と
が形成されている。

上記第１制御オリフィス153は、第２制御オリフィス1
55より、その開口面積が小さくなっている。

ケース部材115内には、補助スプール157が内装されて
いる。この補助スプール157は、その一端を制御流ポー
ト107に臨ませているとともに、他端をバネ室159内に臨
ませている。

補助スプール157には、環状凹部161が形成されてお
り、この環状凹部161は、補助スプール157に形成された
絞り通路163を介して、制御流ポート107に連通されてい
る。

上記絞り通路163は、通孔165を介して、バネ室159に
連通されていて、又、バネ室159内には、圧縮コイルス
プリング167が装着されている。

補助スプール157の外周には、段部169が形成されてい
て、この段部169を境にして、制御流ポート107側の外径
が、バネ室159側の外径より大きくなっている。又、ケ
ース部材115の内周にも、段部171が形成されていて、こ
れら両段部169、171とによって、ポート151に連通する
ドレン室173を形成している。

上記補助スプール157が、圧縮コイルスプリング167に
よって、図中右側に付勢されていて、「ノーマル位置」
にある場合には、環状凹部161が、第１制御オリフィス1
53だけに連通した状態になる。そして、補助スプール15
7が、圧縮コイルスプリング167のスプリング力に抗して
図中左側に移動すると、環状凹部161と第１制御オリフ
ィス153、第２制御オリフィス155の両方に連通した状態
になる。

尚、図中符号177、179はタンクである。

以上の構成において、メインスプール113及び補助ス
プール157が「ノーマル位置」にある場合に、油圧ポン
プ103から規定量以下の少量の流体が流入すると、その
流体は、通路129及び第１制御オリフィス153を介して、
制御流ポート107から流出する。

このように、第１制御オリフィス153を流体が流通す
ると、その前後に圧力差が発生する。そして、上流側の
圧力が、パイロット通路175を介して、パイロット室137
に導入される。又、下流側の圧力は、通孔165、バネ室1
59、オリフィス149、第４環状溝123、ダンピングオリフ
ィス147を介して、圧力室139内に導入される。

それによって、メインスプール113は、圧縮コイルス
プリング145のスプリング力に抗して、図中右側に移動
する。このメインスプール113の移動によって、ポンプ
ポート105と通路129を連通させるとともに、ポンプポー
ト105と余剰流ポート109とを連通させる。

そして、油圧ポンプ103の吐出流量がさらに大きくな
ると、第１制御オリフィス153の前後の差圧がさらに大
きくなるので、メインスプール113の移動量もさらに大
きくなる。それによって、ポンプポート105と余剰流ポ
ート109とを連通させる流路の開度が拡大され、余剰流
ポート109側への供給流量がさらに多くなる。

一方、パワーステアリングを操作すると、その負荷圧
の作用によって、制御流ポート107側の圧力が上昇す
る。その圧力は、補助スプール157の両端面に作用す
る。その際、補助スプール157の両端面の受圧面積が異
なるので、該受圧面積の差による図中左側への作用力
が、圧縮コイルスプリング167のスプリング力を上回る
と、補助スプール157が図中左側に移動する。

上記補助スプール157の図中左側への移動により、第
２制御オリフィス155が開放される。よって、制御流ポ
ート107を介してパワーステアリングに供給される流量
は、第１制御オリフィス153、第２制御オリフィス155の
両方によって制御されることになる。

そして、油圧ポンプ103の吐出流量が、規定流量以下
の場合に、パワーステアリングを操作すると、補助スプ
ール157が移動して、第１及び第２制御オリフィス153、
155が開放されるので、前後の差圧が小さくなる。

よって、メインスプール113が圧縮コイルスプリング1
45のスプリング力によって、図中左側に移動し、ポンプ
ポート105と余剰流ポート109との連通を遮断する。した
がって、規定流量以下の全流量がパワーステアリングに
供給される。

つまり、パワーステアリングを操作していないときに
は、油圧ポンプ103の吐出流量が規定流量以下であって
も、その略全量が余剰流ポート109から作業機側に供給
される。そして、パワーステアリングを操作すれば、第
１及び第２制御オリフィス153、155によって制御された
制御流量が、制御流ポート107を介して、パワーステア
リングに供給され、規定流量以上の余剰流量が余剰流ポ
ート109を介して作業機側に供給される。

制御流ポート107の下流側の圧力が、一定圧力以上に
なると、補助スプール157が移動し始め、第２制御オリ
フィス155の開度を大きくし、その制御流量を増大させ
る。この制御流量の増大によって、絞り通路163の圧力
差も大きくなり、補助スプール157の両端に作用する圧
力差も大きくなる。

よって、補助スプール157が図中左側に移動し、第２
制御オリフィス155の開度をさらに大きくして、制御流
量をさらに増大させていく。

尚、パワーステアリングを操作しているときで、その
ハンドルをいわゆるすえ切り状態にすると、リリーフ弁
133が開弁し、制御流ポート107側の流体をタンク177に
戻す。その際、オリフィス149が設けられているので、
リリーフ弁133を介してタンク177に戻される流量は絞ら
れ、油圧ポンプ103の吐出流量の略全量が余剰流ポート1
09側に供給される。

ところで、かかる構成をなす流量制御弁において、制
御流ポート107と補助スプール157との間に、ダンパ機構
181が設けられている。これは次のような背景に基づく
ものである。

すなわち、ハンドルを急激に切返すと、制御流ポート
107の下流側に接続した切換弁も切換わる。その際、切
換弁は中立位置を通過し、そのときに、制御流ポート10
7が瞬間的にタンク177に連通することになる。そして、
中立位置を通過すると再度圧力が高くなる。

このように、ハンドルの急激な切換操作によって制御
流ポート107側の圧力が急激に変動すると、ハンドル操
作に「引っ掛かり現象」を感じるという問題が生じる。

そこで、制御流ポート107側の圧力が急激に低下し
て、補助スプール157が図中右側に移動する場合に、こ
れを上記ダンパ機構181によって緩衝し、ハンドル操作
時の「引っ掛かり現象」をなくさんとするものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の構成によると次のような問題があった。

既に述べたように、パワーステアリングを操作してい
ない場合であっても、制御流ポート107を介して流体が
供給されていて（以下、スタンバイ流量という）、パワ
ーステアリングを操作した場合には、制御流ポート107
側の圧力上昇により、供給流量は規定流量まで増大され
る。

その際、パワーステアリングの操作性を損なわないた
めには、スタンバイ流量を規定流量の半分以上に設定す
る必要があり、それだけ、余剰流ポート109を介して作
業機に供給される流体の流量が少なくなることになり、
パワーステアリングを操作していない場合における作業
機のスピードアップを図る上で問題があった。

又、別の問題として、パワーステアリングを急激に操
作した場合の応答性の問題があった。すなわち、パワー
ステアリングを急激に操作した場合には、流体の増大が
間に合わず、瞬間的にマニアルステアリングになってし
まうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその
目的とするところは、スタンバイ流量を減少させること
により、作業機のスピードアップを図るとともに、パワ
ーステアリングを急激に操作した場合の応答性を向上さ
せることが可能な流量制御弁を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく本願発明による流量制御弁
は、油圧ポンプに連絡するポンプポート，パワーステア
リングに連絡する制御流ポート，作業機に連絡する余剰
流ポートを備えた制御弁本体と、上記制御弁本体に形成
されたボア内に圧縮コイルスプリングによって一方向に
付勢された状態で摺動可能に収容され，適宜摺動するこ
とにより上記ポンプポートと制御流ポート，ポンプポー
トと余剰流ポートとを連通させるスプールと、上記スプ
ールに形成され上記ポンプポートを介して導入された流
体の一部をスタンバイ流量として上記制御流ポートに導
くスタンバイオリフィスと、上記スプールと制御流ポー
トとを連絡する通路途中に介挿され規定流量オリフィス
を備え上記ポンプポート及びスプールを介して導入され
た流体の一部を規定流量として上記制御流ポートに導く
スリーブと、上記スリーブ内に摺動可能に収容されパワ
ーステアリング動作時であって作業機非動作時には上記
規定流量オリフィスを介して導入される流体圧力によっ
て上記規定流量オリフィスを開放する方向に摺動し，パ
ワーステアリング非動作時であって作業機動作時には上
記規定流量オリフィスを閉塞する方向に摺動し，パワー
ステアリング動作時であって作業機動作時には流体圧が
設定圧に達することにより規定流量用オリフィスを開放
する方向に摺動するピストンと、を具備したことを特徴
とするものである。

（作用） まず、パワーステアリング及び作業機の両方を操作し
ない場合、又はパワーステアリングのみを操作した場合
について説明する。この場合には、ピストンはスリーブ
の規定流量用オリフィスを開放する方向に移動してい
る。

よって、ポンプポートを介して導入された流体の一部
は、スタンバイオリフィスを介して、制御流ポートに導
入され、かつ、規定流量用オリフィスを介して、制御流
ポートに導入され、そこからパワーステアリング側に供
給される。又、余剰流量については、余剰流ポートを介
して、作業機側に供給される。

次に、作業機のみを操作した場合について説明する。
この場合には、まず、ピストンがスリーブの規定流量用
オリフィスを閉塞する方向に摺動する。

よって、規定流量用オリフィスを介して、制御流ポー
トに導かれる流体流量は減少またはなくなり、その分、
余剰流ポートを介して作業機側に供給される流体流量が
増大する。そして、パワーステアリング側には、スタン
バイオリフィスを介してスタンバイ流量としてのみ供給
される。

その際、パワーステアリング操作時には、規定流量用
オリフィスを介して、規定流量が常に供給されるので、
上記スタンバイ流量としては少ない量でよく、従来のよ
うに、規定流量の半分以上とすることはない。

次に、パワーステアリングと作業機とを同時に操作し
た場合であるが、この場合には、ピストンがスリーブの
オリフィスを開放する方向に移動するので、規定流量用
オリフィスを介して規定流量が制御流ポートに導かれ
る。

（実施例） 以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の第１実
施例を説明する。第１図は本実施例による流量制御弁の
構成を示す断面図である。

まず、制御弁本体１があり、この制御弁本体１には、
油圧ポンプに連絡するポンプポートＰ、パワーステアリ
ングに連絡する制御流ポートPF、余剰流量を作業機に供
給する余剰流ポートEF、タンクに連絡するタンクポート
Ｔが、それぞれ形成されている。

制御弁本体１内には、ボア３が形成されていて、この
ボア３には、第１環状溝５、第２環状溝７、第３環状溝
９、第４環状溝11がそれぞれ形成されている。

上記第１環状溝５は余剰流ポートEFに連絡していて、
第２環状溝７はポンプポートＰに連絡している。

上記ボア５内には、スプール13が図中左右方向に摺動
可能に収容されている。このスプール13にはバネ室15が
形成されていて、このバネ室15内には圧縮コイルスプリ
ング17が装着されている。スプール13は、この圧縮コイ
ルスプリング17によって図中右側に付勢されている。

スプール13の外周には、第１環状凹部19と、第２環状
凹部21とが形成されている。又、上記第１環状凹部19と
第２環状凹部21との間には、環状凸部23が形成されてい
て、この環状凸部23と制御弁本体１の一部とによって絞
り部25を構成している。又、第２環状凹部21の図中右端
の部分と、制御弁本体１の一部とによって、別の絞り部
27を構成している。

スプール13の図中右側端部には、図中上下方向に通路
29が形成されていて、この通路29は上記第３環状溝９と
連通されている。又、上記通路29に直行する方向にスタ
ンバイ用オリフィス31が形成されていて、このスタンバ
イ用オリフィ31を介して、上記通路29とバネ室15側とが
連通されている。又、通路29を挟んで上記スタンバイ用
オリフィス31の反対側には、ダンパオリフィス33が形成
されている。

制御弁本体１には、別のボア35が形成されていて、こ
のボア35内には、スリーブ37が装着されている。このス
リーブ37内には、ピストン39が図中左右方向に摺動可能
に収容されていて、このピストン39は、比例ソレノイド
41によって適宜駆動される。

上記スリーブ37には、規定流量用オリフィス43が形成
されていて、この規定流量用オリフィス43と上記第３環
状溝９とは、通路45を介して連通されている。又、スリ
ーブ37内と制御流ポートPFとは、通路47、49を介して連
通されている。

上記スリーブ37には、別のオリフィス51が形成されて
いて、このオリフィス51と、制御弁本体１内に内蔵され
たリリーフ弁53とは、通路55を介して連通されている。

又、本実施例による流量制御弁が組み込まれる機器の
全体の油圧回路図を第４図に示す。第４図に示すよう
に、アタッチメント用比例電磁切換弁57、チルト用比例
電磁切換弁59、リフト用比例電磁切換弁61が設置されて
いる。これら各比例電磁切換弁57、59、61は、図示しな
い各操作レバーを操作することにより出力される電気信
号により動作する。

又、本実施例による流量制御弁のソレノイド41も、各
操作レバーの操作により出力される電気信号により駆動
するものである。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず、パワーステアリング及び作業機の両方供操作し
ない場合について説明する。第２図に示すように、ポン
プポートＰを介して導入された流体は、絞り部27、通路
29、スタンバイ用オリフィス31、バネ室15、通路49、制
御流ポートPFを介して、パワーステアリングに供給され
るとともに、絞り部27、通路29、45、規定流量用オリフ
ィス43、通路47、49、制御流ポートPFを介して、パワー
ステアリングに供給される。

又、余剰流量は、絞り部25、余剰流ポートEFを介し
て、作業機側に供給される。

その際、ピストン39は、オリフィス51側がリリーフ弁
53を介してタンク側に連絡されているので、図中右側に
付勢されて図に示すような状態になっている。

次に、パワーステアリングのみを操作している場合で
あるが、これは、第２図に示す状態と同じである。

次に、作業機のみを操作した場合について説明する。
任意の操作レバーを操作することにより、比例ソレノイ
ドが作動して、第３図に示すように、ピストン39を図中
左側に移動させる。その結果、規定流量オリフィス43が
絞られていき、それによって、制御流ポートPFを介して
パワーステアリングに供給される流体流量が減少してい
くとともに、余剰流ポートEFを介して作業機に供給され
る流体流量が増大していく。

そして、操作レバーをフルストロークとした場合に
は、規定流量用オリフィス43が全閉状態となり、その結
果、パワーステアリング側には、スタンバイ用オリフィ
ス31を介して、スタンバイ流量のみが制御流ポートPFを
通して供給される。

その際、パワーステアリングが操作されれば、規定流
量用オリフィス43を介して、速やかに規定流量が供給さ
れるので、上記スタンバイ流量としては、少量（例え
ば、規定流量の半分以下）で事足りる。

次に、パワーステアリングと作業機の両方を操作した
場合について説明する。この場合には、ステアリング回
路圧力、すなわち、ピストン39の図中左側の圧力が、予
め設定された規定圧力に達すると、比例ソレノイド41に
よるピストン39の図中左側への付勢が規制され、その結
果、規定流量オリフィス43が開放されるので、規定流量
が制御流ポートPFを介してパワーステアリング側に供給
されるとともに、余剰流量が余剰流量ポートPFを介して
供給される。

以上本実施例によると次のような効果を奏することが
できる。

まず、パワーステアリングを操作している場合には、
規定流量用オリフィス43を介して、規定流量の流体が速
やかに供給されるので、従来懸念されていた「引っ掛か
り現象」の発生を防止することができる。

又、パワーステアリングを操作した場合には、規定流
量用オリフィス43を介して、規定流量の流体が速やかに
供給されるので、スタンバイ流量を規定流量の半分以下
に設定することができる。それによって、パワーステア
リングを操作していない場合において、作業機側に供給
される流体の流量を増大させることができ、作業機のス
ピードを向上させることができる。

又、比例電磁切換弁57〜61を使用しているので、操作
レバーの電気信号をそのまま比例ソレノイド41に入力す
ることができる。

さらに、比例電磁切換弁57〜61を使用した場合には、
操作レバーの信号をコントローラで処理することによ
り、任意のセクションで対応することができる。

次に、第５図及び第６図を参照して第２実施例を説明
する。この場合には、リフトの上昇のみをスピードアッ
プさせるものであり、リフト用比例電磁切換弁61ののソ
レノイド63を励磁したときのパイロット圧力をポートP_p
に供給すれば、前記第１実施励の場合と同様の効果を得
ることができる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明による流量制御弁による
と、まず、パワーステアリングを操作している場合に
は、規定流量が常に供給されているので、「引っ掛かり
現象」の発生を防止することができる。

又、パワーステアリングを操作した場合には、規定流
量が速やかに供給されるので、スタンバイ流量を規定流
量の半分以下に設定することができ、パワーステアリン
グを操作していない場合における作業機のスピードアッ
プを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示す図で、
第１図は流量制御弁の断面図、第２図及び第３図は作用
を示す流量制御弁の断面図、第４図は流量制御弁が組み
込まれる機器全体の油圧回路図、第５図及び第６図は第
２実施例を示す図で、第５図は流量制御弁の断面図、第
６は流量制御弁が組み込まれる機器全体の油圧回路図、
第７図は従来の流量制御弁の断面図である。 １……制御弁本体、13……スプール、17……圧縮コイル
スプリング、31……スタンバイオリフィス、37……スリ
ーブ、39……ピストン、43……規定流量オリフィス、Ｐ
……ポンプポート、PF……制御流ポート、EF……余剰流
ポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/07

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧ポンプに連絡するポンプポート、パワ
   ーステアリングに連絡する制御流ポート、作業機に連絡
   する余剰流ポートを備えた制御弁本体と、 上記制御弁本体に形成されたボア内に圧縮コイルスプリ
   ングによって一方向に付勢された状態で摺動可能に収容
   され、適宜摺動することにより上記ポンプポートと制御
   流ポート、ポンプポートと余剰流ポートとを連通させる
   スプールと、 上記スプールに形成され上記ポンプポートを介して導入
   された流体の一部をスタンバイ流量として上記制御流ポ
   ートに導くスタンバイオリフィスと、 上記スプールと制御流ポートとを連絡する通路途中に介
   挿され規定流量オリフィスを備え上記ポンプポート及び
   スプールを介して導入された流体の一部を規定流量とし
   て上記制御流ポートに導くスリーブと、 上記スリーブ内に摺動可能に収容されパワーステアリン
   グ動作時であって作業機非動作時には上記規定流量オリ
   フィスを介して導入される流体圧力によって上記規定流
   量オリフィスを開放する方向に摺動し、パワーステアリ
   ング非動作時であって作業機動作時には上記規定流量オ
   リフィスを閉塞する方向に摺動し、パワーステアリング
   動作時であって作業機動作時には流体圧が設定圧に達す
   ることにより規定流量用オリフィスを開放する方向に摺
   動するピストンと、 を具備したことを特徴とする流量制御弁。