JP3014803B2 - 流量兼圧力制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ポンプから吐出さ
れる圧油の流量を制御するとともに、この圧油の圧力が
所定圧力以上になるとこれをリリーフする流量兼圧力制
御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種、流量兼圧力制御弁を図２により
説明する。図２は従来の流量兼圧力制御弁の断面図であ
る。図で、１は入力ポート、２はシート弁、３はフィー
ドバックスリット、４はフィードバックスリット３から
分岐する第１の油通路、５は弁室、６は弁室５に連絡す
る第２の油通路、７は中央で第１の油通路４に、下部で
第２の油通路６に連絡するピストン室、８はピストン室
７内に収容されたピストン、８ａはピストン８の受圧
部、９はピストン室７内の上部に挿入された第１のロッ
ド、１０はピストン室７の下端部を開閉するポペット
弁、１１はポペット弁１０をピストン室７へ付勢するば
ね、１２はばね室１３内の圧油を排出する排出口、１４
は出力ポートである。１５は弁室５と出力ポート１４と
を連絡する通路に介在する制御弁であり、その開閉量を
制御することによりシート弁２の開閉量、すなわち入力
ポート１と出力ポート１４間の流量を制御する。

【０００３】入力ポート１に図示しない油圧ポンプから
の圧油が供給されたとき、この圧油はシート弁２のフィ
ードバックスリット３、第１の油通路４を経てピストン
室７に導入されるとともに弁室５内にも導入される。こ
の状態で制御弁１５を開いた場合、弁室５内の圧油は制
御弁１５を経て出力ポート１４へと流出されるので弁室
５内の圧力低下に比例してシート弁２が上方へと移動す
る。これにより入口ポート１と出力ポート１４とが連通
し、圧油は入力ポート１から出力ポート１４へ流れる。
この場合の圧油の流量は制御弁１５の開度により制御さ
れる。一方、制御弁１５が閉じた状態（シート弁２が閉
じた状態）で入力ポート１の圧力Ｐｓ、したがってピス
トン８の受圧部８ａの圧力が所定値以上の値になると、
ピストン８はばね１３の圧力に抗してポペット弁１０を
押し下げるので、弁室５内の圧油は第２の油通路６を介
してばね室１３内に流出し、最終的に排出口１２から出
力ポート１４へと流出される。このため、弁室５の圧力
が低下し、シート弁２が上昇して入力ポート１と出力ポ
ート１４とを連通し高圧となっている圧油をリリーフす
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記流量兼
圧力制御弁においては、ばね１１を収納するばね室１３
の外径Ｄｓを、シート弁２のシート径Ｄｏからシート弁
２の最大変位の２倍を差し引いた値に設定しなければな
らないという制約を受ける。例えばシート径Ｄｏを１８
ｍｍ、シート弁２の最大変位を３ｍｍとするとばね室１
３の外径Ｄｓは１２ｍｍとなり、ばね１１の設定にかな
りの制約が課せられることになる。

【０００５】 表 １ コイルばね コイルばね コイルばね 許容最大 素線径（ｄ） 中心径（Ｄ） 外径 圧油（Ｐｓ） ２、５ｍｍ ７、５ｍｍ １０、０ｍｍ ２９０ｋｇ／ｃｍ ２、６ｍｍ ７、８ｍｍ １０、４ｍｍ ３１０ｋｇ／ｃｍ ２、７ｍｍ ８、１ｍｍ １０、８ｍｍ ３４０ｋｇ／ｃｍ ２、８ｍｍ ８、４ｍｍ １１、２ｍｍ ３６０ｋｇ／ｃｍ ２、９ｍｍ ８、７ｍｍ １１、６ｍｍ ３９０ｋｇ／ｃｍ ３、０ｍｍ ９、０ｍｍ １２、０ｍｍ ４１５ｋｇ／ｃｍ

【０００６】この表１はピストン８の外径ｄｓｏからピ
ストン８の下部にある弁押圧部の外径ｄｓｉを差し引い
た環状面積、当該弁押圧部の外径ｄｓｉの応力値、ポペ
ット弁１０の弁開口面積を勘案して、ピストン８の外径
ｄｓｏを４ｍｍとし、ばね１１に生じる最大応力値を７
０ｋｇ／ｃｍ とし、さらに、ばね１１の成形条件をＤ
／ｄ＝３（ここにＤ：ばね中心径、ｄ：ばね素線径）と
した状態でばね１１にかかる許容最大油圧を計算した結
果が示されている。この表１より、ばね室１３内に収納
可能なばねを考えた場合、その寸法の限定から上記流量
兼圧力制御弁の取扱える最大圧油は２５０ｋｇ／ｃｍ
程度が限度となることが判る。このことは現在省エネル
ギー化等の目的で例えば油圧ショベル等では４００ｋｇ
／ｃｍ程度の圧油が商用されているが、このような要求
に応じられないという問題を有する。

【０００７】そこで、このような問題を解決するため、
図３に示すような流量兼圧力制御弁が考えられている。
図３は他の流量兼圧力制御弁の断面図である。図で、図
２に示す部分と同一または等価な部分には同一符号が付
してある。この流量兼圧力制御弁は、シート弁２の上方
にある弁室５の上方にばね室１３が設けられ、このばね
室１３内にポペット弁１０およびバネ１１が収納されて
いる。シート弁２のピストン室７には、フィードバック
スリット３およびこのフィードバックスリット３から分
岐する油通路４を介しての圧油が供給される。この圧油
が所定圧以上になるとピストン８は上方に移動してポペ
ット弁１０を押し上げる。これにより弁室５内の圧油は
管路２１を介して出力ポート１４に流れ、弁室５の圧力
が低下し、シート弁２が上方へ移動し、入力ポート１の
圧油は出力ポート１４へリリーフされる。この構成によ
れば、ばね室１３、ポペット弁１０、およびばね１１か
らなるリリーフ弁要素は寸法的制約を受けないからばね
１１の設計にも寸法的制約を受けない。しかし、この構
成によれば、ばね室１３からの戻り油を排出する管路２
１を新たに付け加えなければならず、機器の構成が複雑
になるという欠点を有する。

【０００８】また、図４に示すような流量兼圧力制御弁
も考えられている。図４はさらに他の流量兼圧力制御弁
の断面図である。図で、図２に示す部分と同一または等
価な部分には同一符号が付してある。制御弁１５の前後
差圧を一定に保つ弁２２を図示のように配置し、この弁
２２の機能動作用としてピストン８を利用した場合、図
２に示す構成でリリーフ弁機能を持たせることができな
くなる。したがって、図４に示す如くリリーフ弁要素１
０、１１、１３、２３をシート弁２とは別体として設置
しなければならず、弁入口部の圧を誘導する油通路２
４、弁室５の圧を誘導する油通路２５が新たに必要とな
り、やはり機器の構成が非常に複雑になるという欠点を
有する。

【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、コンパクトで簡易な構成でありながら取扱う許容
最大圧を大きくすることができる流量兼圧力制御弁を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入力ポートと、出力ポートと、これら入
力ポートと出力ポートとの間を開閉するシート弁と、こ
のシート弁のシート部と対向する側に形成され前記入力
ポートからの圧油が導入される弁室と、この弁室と前記
出力ポートとの間に設けられ圧油の流量を制御する制御
弁と、前記シート弁内に形成され前記弁室と前記出力ポ
ートとを連絡する通路と、この通路をばね圧で遮断する
ポペット弁と、前記シート弁内に配置され前記入力ポー
トの圧力を受けこの圧力が所定値以上になったとき前記
ポペット弁をばね圧に抗して開くピストンとを備えた流
量兼圧力制御弁において、前記ポペット弁と前記ピスト
ンとを一体構造に形成し、この一体構造内に設けられ前
記ピストンおよび前記ポペット弁間を貫通する貫通細孔
と、この貫通細孔に連通し、前記ピストンと対抗する側
に形成された前記ポペット弁の延長部内およびにこの延
長部内に設けられたロッドの上端面によって形成される
ポペット弁内室と、前記延長部外側に形成され前記出力
ポートに連絡する前記通路の一部を形成するとともに、
前記ポペット弁内室の油圧から隔離されたポペット弁外
室とを設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】入力ポートからピストン側に誘導される圧油は
貫通細孔を介してピストン側の圧力と対抗する圧力をポ
ペット弁側に発生させる。したがって、ポペット弁を閉
じるばね力はポペット弁側に発生した圧力分だけ減少せ
しめることができ、逆に従来と同一のばねを用いれば、
より一層大きな圧力に対抗することができ、このため、
ばねの設計に裕度ができるとともに、弁の大きさを従来
と同一としたままで許容最大圧を大きくすることがで
き、しかもリリーフ弁特性を損なうことはない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る流量兼圧力制御弁の
断面図である。図中、図２と同一部材には同一符号を付
して説明を省略する。３０はピストン部分とポペット部
分とを一体化した弁体であり、ピストン部分の受圧部８
ａには凹部３１が形成されている。３２はばね支持部３
３に支持されたロッドであり、弁体３０の下方の延長部
３４内を案内する。ロッド３２の上端面、弁体３０のポ
ペット弁部分、および弁体３０の延長部３４によりポペ
ット弁内室３５が形成され、その外側に弁室５から出力
ポート１４に連絡する通路の一部を形成するポペット弁
外室３７が形成されている。３６は弁体３０の中心軸上
に形成された第３の油通路（細孔）であり、受圧部８ａ
とポペット弁内室３５とを連絡している。

【００１３】入口圧Ｐｓ、したがって受圧室８ａの圧力
が所定圧力以上に上昇すると、弁体３０はバネ１１のば
ね力に抗して下方へ移動し、ポペット弁部分が開いて弁
室５内の圧油を第２の油通路６を介して排出口１２から
出力ポート１４に排出する。このため、弁室５の圧力が
低下し、シート弁２が上昇して入力ポート１の圧油を出
力ポート１４にリリーフする。入力ポート１の圧力が所
定圧力未満に低下すると、弁体３０はばね１１により押
し上げられ、ポペット弁部分が閉じ、図示の状態に復旧
する。

【００１４】入力ポート１の圧力が所定圧より低い場
合、ピストン室７に導入された圧油は第３の油通路３６
を通ってポペット弁内室３５に供給される。この状態に
おけるピストン室７の圧力Ｗ₇はピストン室７の径をＤ
_S7、係数をＫとすると、Ｗ₇＝Ｋ・Ｄ_S7 ² となり、ま
た、ポペット弁内室３５の圧力Ｗ₃₅はポペット弁内室３
５の径をＤ_S35、係数をＫ（上記と同一係数）とする
と、Ｗ₃₅＝Ｋ・Ｄ_S35 ² となる。したがって、弁体３０
にかかる圧力Ｗ₃₀は図２に示す構造に比べて値Ｗ₃₅だけ
減少し、圧力Ｗ₇に対抗するばね１１のばね力もその分
減少する。このため、外径構造およびピストン７の圧力
を図２に示すものと同一とすると、ばね１１の材質や径
の選定に裕度ができてばね１１の設計が容易となる。ま
た、従来と同一のばねを用いた場合には、ピストン室７
の圧力、すなわち入力ポート１の圧力をより大きな圧力
とすることができ、ばねおよびばね室の寸法を大きくし
なくとも取扱う許容最大圧を大きくすることができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、ポペット弁とピストン
とを一体構造とした弁体を構成するとともに、この弁体
内にポペット弁側にピストン側の圧力と対向する圧力を
発生させるための貫通細孔およびポペット弁内室を設け
たことにより、この弁体を押し下げる力をポペット弁側
にかかる圧力分だけ減少させることができるから、この
弁体に復帰力を与えるばねのばね力をその分減少させる
ことができ、ばねの寸法を大きくしなくとも取扱う許容
最大圧を大きくすることができる。また、ポペット弁内
室の外側にポペット弁外室を設け、弁室からポペット弁
の下部に位置する出力ポートへの通路の一部を形成した
ので、既存の流量兼圧力制御弁の基本構成を変えること
なく、流量兼圧力制御弁をコンパクトに構成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る流量兼圧力制御弁の断面
図である。

【図２】従来の流量兼圧力制御弁の断面図である。

【図３】従来の他の流量兼圧力制御弁の断面図である。

【図４】従来のさらに他の流量兼圧力制御弁の断面図で
ある。

【符号の説明】

３０ 弁体 ３６ 第３の油通路（細孔）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−93175（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−105673（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 17/04 F16K 31/122

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポートと、出力ポートと、これら入
   力ポートと出力ポートとの間を開閉するシート弁と、こ
   のシート弁のシート部と対向する側に形成され前記入力
   ポートからの圧油が導入される弁室と、この弁室と前記
   出力ポートとの間に設けられ圧油の流量を制御する制御
   弁と、前記シート弁内に形成され前記弁室と前記出力ポ
   ートとを連絡する通路と、この通路をばね圧で遮断する
   ポペット弁と、前記シート弁内に配置され前記入力ポー
   トの圧力を受けこの圧力が所定値以上になったとき前記
   ポペット弁をばね圧に抗して開くピストンとを備えた流
   量兼圧力制御弁において、 前記ポペット弁と前記ピストンとを一体構造に形成し、
   この一体構造内に設けられ前記ピストンおよび前記ポペ
   ット弁間を貫通する貫通細孔と、この貫通細孔に連通
   し、前記ピストンと対抗する側に形成された前記ポペッ
   ト弁の延長部内およびにこの延長部内に設けられたロッ
   ドの上端面によって形成されるポペット弁内室と、前記
   延長部外側に形成され前記出力ポートに連絡する前記通
   路の一部を形成するとともに、前記ポペット弁内室の油
   圧から隔離されたポペット弁外室とを設けたことを特徴
   とする流量兼圧力制御弁。