JP3415512B2 - Valve device - Google Patents

Valve device

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JP3415512B2
JP3415512B2 JP27699599A JP27699599A JP3415512B2 JP 3415512 B2 JP3415512 B2 JP 3415512B2 JP 27699599 A JP27699599 A JP 27699599A JP 27699599 A JP27699599 A JP 27699599A JP 3415512 B2 JP3415512 B2 JP 3415512B2
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valve
poppet valve
pilot
slot
chamber
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和憲 吉野
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新キャタピラー三菱株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、パイロット流量増
幅型のポペット弁を有する弁装置に関する。 【0002】 【従来の技術】図3は、メータイン・メータアウト分離
型の制御回路を示し、この図3において、片ロッド・シ
リンダ型の流体圧アクチュエータ11を制御するブリッジ
構成の制御回路を示す。 【0003】この制御回路は、斜板12により吐出流量を
可変制御できる可変容量型のポンプ13の吐出口に、共通
バイパス弁14を経てタンク15が接続されているととも
に、ロードホールドチェック弁16を有するポンプライン
17を介してブリッジ回路18が接続されている。 【0004】このブリッジ回路18は、ポンプライン17に
それぞれ接続された2つのメータインバルブ21,22と、
これらのメータインバルブ21,22にそれぞれ接続された
2つのメータアウトバルブ23,24とにより形成されてい
る。 【0005】これらのメータアウトバルブ23,24は、タ
ンクライン25に接続され、また、各メータアウトバルブ
23,24には、タンクライン25から回路内の負圧発生部に
作動液としての作動油を補充するメークアップ用のチェ
ック弁26,27が並列に接続されている。 【0006】このブリッジ回路18の上側に図示されたメ
ータインバルブ21とメータアウトバルブ23との間から引
出された通路31は、流体圧アクチュエータ11のピストン
32よりロッド33が位置する側の室(以下、「ロッド側
室」という)34に接続され、また、下側に図示されたメ
ータインバルブ22とメータアウトバルブ24との間から引
出された通路35は、流体圧アクチュエータ11のピストン
32よりヘッド側に位置する室(以下、「ヘッド側室」と
いう)36に接続されている。 【0007】メータアウトバルブ23およびメータアウト
バルブ24の入口側は、メータアウト通路すなわち流体圧
アクチュエータ11よりの戻り通路37となっている。 【0008】前記共通バイパス弁14、メータインバルブ
21,22およびメータアウトバルブ23,24には、電磁手段
またはパイロット油圧手段により開口面積を可変制御で
きるスプール弁またはポペット弁などの可変絞り手段が
設けられ、これらの可変絞り手段は、コントローラで演
算されコントローラより出力された電気信号により、電
磁手段の場合は直接的に、またパイロット油圧手段の場
合は電油変換手段などを介してパイロット圧力信号で制
御される。 【0009】そして、ポンプ13から流体圧アクチュエー
タ11のロッド側室34およびヘッド側室36の一方に供給さ
れるとともに他方からタンク15に排出される作動油を、
この2つのメータインバルブ21,22および2つのメータ
アウトバルブ23,24で形成されたブリッジ回路18により
制御する。 【0010】例えば、流体圧アクチュエータ11を負荷L
に抗して伸張操作する場合は、共通バイパス弁14を閉
じ、ポンプ13の吐出量を増加させ、流体圧アクチュエー
タ11のヘッド側のメータインバルブ22を開くとともにメ
ータアウトバルブ24を閉止し、ロッド側のメータインバ
ルブ21を閉止するとともにメータアウトバルブ23を開
く。 【0011】また、流体圧アクチュエータ11を収縮操作
する場合は、共通バイパス弁14を閉じ、ポンプ13の吐出
量を増加させ、流体圧アクチュエータ11のロッド側のメ
ータインバルブ21を開くとともにメータアウトバルブ23
を閉止し、ヘッド側のメータインバルブ22を閉止すると
ともに、ヘッド側のメータアウトバルブ24を開く。 【0012】図4(A)は、従来のメータアウトバルブ
23または24として用いられているパイロット流量増幅型
ポペット弁装置、すなわちフローアンプリファイポペッ
ト弁装置の詳細を示し、バルブハウジング40内に形成さ
れた弁嵌合穴41にポペット弁42が変位自在に嵌合され、
弁嵌合穴41より大径に形成された入口室43に、前記流体
圧アクチュエータ11よりの戻り通路37が連通されてい
る。 【0013】ポペット弁42の左端部には、大径のパイロ
ット制御部44が形成され、このパイロット制御部44の外
周面部に、パイロット流量制御用のスロット45が軸方向
に形成されている。このスロット45は、図4(B)に示
されるように一定の幅Wに形成されている。 【0014】このスロット45の一部は、ポペット弁42の
全閉状態においても後述するスプリング室61に開口して
おり、その開口部46の面積は、ポペット弁42の位置によ
り変化する。 【0015】ポペット弁42には、バルブハウジング40の
弁嵌合穴41に嵌合された大径部47に対し、入口室43に臨
む小径部51が設けられている。 【0016】さらに、ポペット弁42には、入口室43とス
ロット45とを連通する通路が設けられている。すなわ
ち、入口室43に常に臨む小径部51の径方向に通路52が形
成され、この通路52の中央部に軸方向に形成された通路
53が連通され、この通路53に、径方向に形成された通路
54が連通され、この通路54の延長上に図1(B)に示さ
れるように長穴状に形成された通路55が連通され、この
通路55が前記スロット45に連通されている。 【0017】このポペット弁42の右端部には、入口室43
とタンク15に連通された出口室59との間に形成されたシ
ート56に対し接離自在のリターン流量制御部57が設けら
れ、このリターン流量制御部57に主流量制御スロット58
が形成されている。 【0018】図4(A)に示されたポペット弁42の左端
面はスプリング室61に臨み、このスプリング室61に内蔵
されたコイルスプリング62により、ポペット弁42はシー
ト56側へ押圧される方向すなわち閉じ方向に押圧されて
いる。 【0019】ポペット弁42の開度を制御する手段とし
て、スプリング室61から出口室59にわたって通路63が配
設され、この通路63中にはパイロットバルブ64が介在さ
れている。このパイロットバルブ64は、スプリング室61
から排出されるパイロット流量を、図示されないコント
ローラからソレノイド65へ入力される電気信号により、
スプリング66に抗して比例制御するものである。 【0020】次に、図4に示された従来のメータアウト
バルブの作用を説明する。 【0021】流体圧アクチュエータ11よりの戻り流量Q
は、ポペット弁42の入口室43に導かれ、その中の流量q
は、スロット45の開口部46よりスプリング室61に流入す
る。 【0022】ポペット弁42のストローク制御は、スプリ
ング室61に連通したパイロットバルブ64の開度制御で達
成され、このパイロットバルブ64を通過する流量は、図
中qで示されている。 【0023】このポペット弁42のストローク制御によ
り、図中右端の主流量制御スロット58が開口し、主流量
LQがコントロールされ、この主流量LQはあたかもパイロ
ットバルブ64でのパイロット流量qが増幅された様相を
示す。すなわち、パイロットバルブ64は、ポペット弁42
のモジュレーション機能を具備している。 【0024】これを説明すると、ポペット弁42の外周に
は軸方向にスロット45が加工されており、入口室43の圧
力P1 はスロット45の開口部46よりスプリング室61に伝
わり、パイロットバルブ64の閉止中はスプリング室61の
圧力P2 は入口室の圧力P1に等しい。 【0025】したがって、タンクライン25に連通された
出口室59の圧力P3 が十分低圧であるときは(P3 がほ
ぼ0のときは)、ポペット弁42は、スプリング室61側の
受圧面積A2 が入口室43側のドーナツエリア状受圧面積
A1 より面積A3 の分大きいため、図中右方向へ押され
てシート56に押圧され、閉止状態にある。 【0026】次に、パイロットバルブ64が開口して行
き、スプリング室61から排出されるパイロット流量qが
所定の量に達すると、スロット45の開口部46で減圧作用
が働き、スプリング室61の圧力P2 が、(A1 ・P1 −
スプリング62のバネ力)/A2の値を下回ると、ポペッ
ト弁42は左方へ移動するとともに、一定幅Wのスロット
45の開口部46は初期開口長さXo から徐々に開口長さを
拡大して開口面積が増加するので、流量qが増加し、ス
プリング室61の圧力P2 が若干上昇して、ポペット弁42
は右方へ若干押し戻された後、バランスポジションにて
停止する。 【0027】さらに、パイロットバルブ64の開口面積A
p を大きくしてゆくと、流量qが増加し、ポペット弁42
はさらに左方へ移動し(ストロークX)、ポペット弁42
の先端部の開口面積すなわち主流量制御スロット58の開
口面積AL(X)がゼロから徐々に増大して、主流量LQがパ
イロット流量qに合流してくる。 【0028】次に、パイロットバルブ64の開口面積Ap
を時間軸に対して直線的に拡大していったときの、パイ
ロット流量qと主流量LQとが増加、合流する状況のコン
ピュータシミュレーション結果を図5に示す。 【0029】ここで、連続の式から、P3 =0とみなす
と 式(1) q=C・W・(X+Xo )・{(2/ρ)・(P1 −P2 )}1/2 =C・Ap ・{(2/ρ)・(P2 −P3 )}1/2 =C・Ap ・{(2/ρ) ・P2 }1/2なお、Cは流量係数(定数)、ρは作動流
体(作動油)の密度である。 【0030】 式(2) LQ=C・AL(X)・{(2/ρ)・(P1 −P3 )}1/2 =C・AL(X)・{(2/ ρ)・P1 }1/2 Xo は通常小さいため、式(1)にて、Xo =0とみな
すと、 (W・X)2 ・(P1 −P2 )=Ap2・P2 ゆえに、 式(3) P2 =(W・X)2 ・P1 /{Ap2+(W・X)2 } 式(1)と式(3)より 式(4) q=C・Ap ・W・X・{Ap2+(W・X)2-1/2・{(2/ρ)・P1 }1/2 式(2)と式(4)より LQ/q=AL(X)・{Ap2+(W・X)2 1/2 /(Ap
・W・X) 今、AL(X)=αX、(αは定数)とすると、 式(5) LQ/q=(α/W)・{1+(W・X/Ap )2 }1/2 が成立つ。 【0031】 【発明が解決しようとする課題】上記式(5)が示す通
り、スロット45の幅Wが小さいと、LQ/q値は大きくな
り、パイロット流量に対する主流量のゲインが高くな
り、図5のコンピュータシミュレーション結果に示され
るように、主流量合流時のゲインも高くなり、合成流量
Qに明確な変曲点Pc が発生して操作性が悪くなる。 【0032】また、スロット45の一定の幅Wを大きくす
ると、主流量のゲインは低減するが、パイロット流量が
増えすぎるため、パイロットバルブ64での圧力損失が高
くなり、スプリング室61の圧力P2 が十分低下せず、ポ
ペット弁42が全開しないという欠陥を有している。 【0033】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、パイロット流量により主流量を制御するパイロッ
ト流量増幅型のポペット弁を有する弁装置において、主
流量合流時の操作性を改善するとともに、ポペット弁が
全開しない欠陥を生じさせないことを目的とするもので
ある。 【0034】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載された発
明は、バルブハウジングと、バルブハウジングに摺動自
在に嵌合されパイロット流量により主流量を制御するパ
イロット流量増幅型のポペット弁と、ポペット弁が接離
されるシートと、シートの上流側に形成された入口室
と、シートを経て排出される主流量の出口室と、出口室
とはポペット弁を介して反対側に形成されたスプリング
室と、スプリング室に設けられてポペット弁をシート側
へ押圧するスプリングと、ポペット弁の外周面に設けら
れ入口室に連通しポペット弁の移動によりスプリング室
に開口する開口部の開口面積が変化するスロットと、ス
プリング室から排出されて主流量と合流されるパイロッ
ト流量を制御するパイロットバルブとを具備し、スロッ
トは、ポペット弁がシートに接触した状態では開口部に
おけるスロット幅が大きくポペット弁が移動するにした
がいスロット幅が狭くなる可変幅部と、ポペット弁の中
間ストローク以降は開口部におけるスロット幅が一定の
小さな幅になるように加工された一定小幅部とを有する
弁装置である。 【0035】そして、ポペット弁がシートから離れて移
動し始める開口開始時は、可変幅部により開口部におけ
るスロット幅が大きいので、開口開始時の主流量のゲイ
ンが低くなり、主流量合流時のゲインも低くなり、合成
流量の変化が非常に滑らかとなるので、操作性が良い。
このポペット弁の移動過程で、スロット幅は可変幅部か
ら一定小幅部にわたって大きな値から小さな値に徐々に
変化してゆくので、積分されたスロット開口面積も過大
なものとならず、パイロット流量も過大でなく、パイロ
ットバルブでの圧力損失は高くなく、スプリング室の圧
力が十分低下するため、ポペット弁が全開しないという
欠陥が生じない。 【0036】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
1および図2を参照しながら説明する。 【0037】図1(A)は、前記メータアウトバルブ23
または24(図3)として用いられる、パイロット流量に
より主流量を制御するパイロット流量増幅型ポペット弁
装置、すなわちフローアンプリファイポペット弁装置の
内部構造を示し、バルブハウジング40内に形成された弁
嵌合穴41に、可動弁体としてのポペット弁42が変位自在
に嵌合され、弁嵌合穴41より大径に形成された入口室43
に、メータアウト通路すなわち前記流体圧アクチュエー
タ11(図3)よりの戻り通路37が連通されている。 【0038】ポペット弁42の左端部には、大径のパイロ
ット制御部44が形成され、このパイロット制御部44の外
周面部に、パイロット流量制御用のスロット45が軸方向
に形成されている。 【0039】このスロット45の一部は、ポペット弁42の
全閉状態においても後述するスプリング室61に開口して
おり、その開口部46の面積は、ポペット弁42のストロー
ク位置により変化する。 【0040】ポペット弁42は、バルブハウジング40の弁
嵌合穴41に嵌合された大径部47に対し、入口室43に臨む
小径部51が設けられてる。 【0041】さらに、ポペット弁42には、入口室43とス
ロット45とを連通する通路が設けられている。すなわ
ち、入口室43に常に臨む小径部51の径方向に通路52が形
成され、この通路52の中央部に軸方向に形成された通路
53が連通され、この通路53に、径方向に形成された通路
54が連通され、この通路54の延長上に図1(B)に示さ
れるように長穴状に形成された通路55が連通され、この
通路55が前記スロット45に連通されている。 【0042】このポペット弁42の右端部には、バルブハ
ウジング40に形成されたシート56に対し接離自在のリタ
ーン流量制御部57が設けられ、このリターン流量制御部
57に主流量制御スロット58が形成されている。前記シー
ト56により、このシート56の上流側に形成された前記入
口室43と、タンク15にタンクライン25を経て連通された
出口室59とが区画形成されている。 【0043】前記ポペット弁42のスロット45は、図1
(B)に示されるように、ポペット弁42がシート56に接
触した未開口時には開口部46におけるスロット幅W(X)
が大きくポペット弁42が左方へ移動してストロークXが
大きくなるにしたがいスロット幅W(X) が徐々に狭くな
る可変幅部45a と、中間ストローク以降は一定の小さな
幅になるように加工された一定小幅部45b とが、連続的
に形成されている。 【0044】また、前記出口室59とはポペット弁42を介
して反対側にはスプリング室61が形成され、図1(A)
に示されたポペット弁42の左端面は、このスプリング室
61に臨み、このスプリング室61に内蔵されたスプリング
としてのコイルスプリング62により、ポペット弁42がシ
ート56に密着する方向すなわち閉じ方向へ押圧されてい
る。 【0045】ポペット弁42の開度を制御する手段とし
て、スプリング室61から出口室59にわたって通路63が配
設され、この通路63中にパイロットバルブ64が介在され
ている。このパイロットバルブ64は、スプリング室61か
ら排出されるパイロット流量を、図示されないコントロ
ーラからソレノイド65へ入力される電気信号により、ス
プリング66に抗して比例制御するものである。 【0046】次に、この図1に示された弁装置の作用を
説明する。 【0047】上記ポペット型流量制御弁において、ポペ
ット弁42の静止中は、ポペット弁42の大径部47とシート
56との間のドーナツエリア状受圧面積A1 に入口室43の
図中左方向の圧力P1 が作用している。 【0048】このとき、入口室43はポペット弁42の通路
52,53,54,55、スロット45およびその開口部46を順次
経てスプリング室61に連通しているので、また、パイロ
ットバルブ64の閉止中はスプリング室61の圧力P2 は入
口室43の圧力P1 に等しくなるので、ポペット弁42のス
プリング室61側の受圧面積A2 にも、入口室43の圧力P
1 が図中右方向へ作用しており、受圧面積A1 より受圧
面積A2 の方が面積A3 の分大きいとともに、出口室59
の圧力P3 がタンクライン25に繋がり十分低圧であるか
ら、ポペット弁42は図中右方向へ押されてシート56に密
着され、閉止状態にある。 【0049】次に、パイロットバルブ64が電気信号に応
じて開口し、スプリング室61から通路63を経て流出する
パイロット流量qが所定の量に達すると、スロット45の
開口部46で減圧作用が働き、スプリング室61の圧力P2
が、(A1 ・P1 −スプリング62のバネ力)/A2 の値
を下回ると、ポペット弁42は左方へ移動するとともに、
スロット45の開口面積が増加するので、流量qが増加
し、圧力P2 が若干上昇して、ポペット弁42は右方へ若
干押し戻されて、バランスポジションにて停止する。 【0050】さらに、パイロットバルブ64の開度を大き
くしてゆくと、流量qが増加し、ポペット弁42はさらに
左方へ移動し、先端部のリターン流量制御部57に設けら
れた主流量制御スロット58の開度も徐々に拡大して行
く。 【0051】このポペット弁42が左方へ移動して行くと
きに、前記スロット45の幅W(X) は可変幅部45a にて大
きな値から小さな値に徐々に変化してゆくが、前記式
(5)が示すとおり、スロット45の幅W(X) が開口開始
時は大きいので、LQ/q値は小さくなり、パイロット流
量に対する主流量のゲインが低くなり、図2に示される
コンピュータシミュレーション結果に示されるように、
主流量合流時のゲインも低くなり、合成流量Qの変化が
非常に滑らかとなるので、流体圧アクチュエータ11を滑
らかに作動でき、操作性が良い。 【0052】また、このポペット弁42の移動過程で、ス
ロット45の幅W(X) は可変幅部45aから一定小幅部45bに
わたって大きな値から小さな値に徐々に変化してゆくの
で、積分されたスロット開口面積も過大なものとなら
ず、パイロット流量も過大でなく、パイロットバルブ64
での圧力損失は高くなく、スプリング室61の圧力が十分
低下するため、ポペット弁42が全開しないという欠陥が
生じない。 【0053】 【発明の効果】本発明によれば、ポペット弁がシートか
ら離れて移動し始める開口開始時は、可変幅部により開
口部におけるスロット幅が大きいので、開口開始時の主
流量のゲインが低くなり、パイロット流量への主流量合
流時のゲインも低くなり、合成流量の変化が非常に滑ら
かとなるので、操作性を向上できる。このポペット弁の
移動過程で、スロット幅は可変幅部から一定小幅部にわ
たって大きな値から小さな値に徐々に変化してゆくの
で、積分されたスロット開口面積も過大なものとなら
ず、パイロット流量も過大でなく、パイロットバルブで
の圧力損失は高くなく、スプリング室の圧力が十分低下
するため、ポペット弁が全開しないという欠陥の発生を
防止できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve device having a pilot flow amplification type poppet valve. 2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a control circuit of a meter-in / meter-out separation type. FIG. 3 shows a control circuit of a bridge configuration for controlling a single rod / cylinder type hydraulic actuator 11. In this control circuit, a tank 15 is connected via a common bypass valve 14 to a discharge port of a variable displacement pump 13 capable of variably controlling a discharge flow rate by a swash plate 12, and a load hold check valve 16 is connected. Having pump line
A bridge circuit 18 is connected via 17. The bridge circuit 18 includes two meter-in valves 21 and 22 connected to the pump line 17, respectively.
It is formed by two meter-out valves 23 and 24 connected to these meter-in valves 21 and 22, respectively. [0005] These meter-out valves 23 and 24 are connected to a tank line 25.
Check valves 26 and 27 for replenishing the working oil as the working fluid from the tank line 25 to the negative pressure generating section in the circuit are connected in parallel to the tanks 23 and 24. [0006] A passage 31 drawn out between the meter-in valve 21 and the meter-out valve 23 illustrated above the bridge circuit 18 is provided with a piston of the fluid pressure actuator 11.
A passage 35 is connected to a chamber 34 (hereinafter, referred to as a “rod side chamber”) on the side where the rod 33 is located relative to 32, and is drawn out from between the meter-in valve 22 and the meter-out valve 24 shown below. Is the piston of the fluid pressure actuator 11
It is connected to a chamber (hereinafter, referred to as “head-side chamber”) 36 located on the head side of 32. The inlet sides of the meter-out valve 23 and the meter-out valve 24 form a meter-out passage, that is, a return passage 37 from the fluid pressure actuator 11. [0008] The common bypass valve 14, meter-in valve
The throttle valves 21 and 22 and the meter-out valves 23 and 24 are provided with variable throttle means such as a spool valve or a poppet valve whose opening area can be variably controlled by electromagnetic means or pilot hydraulic means. These variable throttle means are operated by a controller. In the case of electromagnetic means, control is directly performed by an electric signal output from the controller, and in the case of pilot hydraulic means, control is performed by a pilot pressure signal via electro-hydraulic conversion means. Then, the hydraulic oil supplied from the pump 13 to one of the rod side chamber 34 and the head side chamber 36 of the fluid pressure actuator 11 and discharged from the other to the tank 15 is
The control is performed by a bridge circuit 18 formed by the two meter-in valves 21 and 22 and the two meter-out valves 23 and 24. For example, when the fluid pressure actuator 11 is
When performing the extension operation against the pressure, the common bypass valve 14 is closed, the discharge amount of the pump 13 is increased, the meter-in valve 22 on the head side of the fluid pressure actuator 11 is opened, and the meter-out valve 24 is closed. The meter-in valve 21 on the side is closed and the meter-out valve 23 is opened. When the fluid pressure actuator 11 is contracted, the common bypass valve 14 is closed, the discharge amount of the pump 13 is increased, the meter-in valve 21 on the rod side of the fluid pressure actuator 11 is opened, and the meter-out valve is opened. twenty three
Is closed, the meter-in valve 22 on the head side is closed, and the meter-out valve 24 on the head side is opened. FIG. 4A shows a conventional meter-out valve.
The details of the pilot flow amplification type poppet valve device used as 23 or 24, that is, the flow amplification poppet valve device, are shown, and a poppet valve 42 is displaceably fitted into a valve fitting hole 41 formed in a valve housing 40. And
A return passage 37 from the fluid pressure actuator 11 is communicated with an inlet chamber 43 having a larger diameter than the valve fitting hole 41. A large-diameter pilot control unit 44 is formed at the left end of the poppet valve 42. A pilot flow control slot 45 is formed in the outer peripheral surface of the pilot control unit 44 in the axial direction. The slot 45 has a constant width W as shown in FIG. A part of the slot 45 is open to a spring chamber 61 described later even when the poppet valve 42 is fully closed, and the area of the opening 46 varies depending on the position of the poppet valve 42. The poppet valve 42 has a small-diameter portion 51 facing the inlet chamber 43 with respect to a large-diameter portion 47 fitted in the valve fitting hole 41 of the valve housing 40. Further, the poppet valve 42 is provided with a passage communicating the inlet chamber 43 and the slot 45. That is, the passage 52 is formed in the radial direction of the small-diameter portion 51 which always faces the inlet chamber 43, and the passage formed in the center of the passage 52 in the axial direction.
53 communicates with this passage 53, and a passage formed in the radial direction.
As shown in FIG. 1 (B), an elongate hole-shaped passage 55 is communicated with an extension of the passage 54, and the passage 55 is communicated with the slot 45. At the right end of the poppet valve 42, an inlet chamber 43 is provided.
A return flow control unit 57 is provided, which can freely contact and separate from a sheet 56 formed between the outlet 56 and the outlet chamber 59 connected to the tank 15. The return flow control unit 57 has a main flow control slot 58.
Are formed. The left end face of the poppet valve 42 shown in FIG. 4A faces a spring chamber 61, and the poppet valve 42 is pressed toward the seat 56 by a coil spring 62 built in the spring chamber 61. That is, it is pressed in the closing direction. As means for controlling the opening degree of the poppet valve 42, a passage 63 is provided from the spring chamber 61 to the outlet chamber 59, and a pilot valve 64 is interposed in the passage 63. This pilot valve 64 is connected to the spring chamber 61
The pilot flow rate discharged from is controlled by an electric signal input to a solenoid 65 from a controller (not shown).
The proportional control is performed against the spring 66. Next, the operation of the conventional meter-out valve shown in FIG. 4 will be described. Return flow Q from the fluid pressure actuator 11
Is led to the inlet chamber 43 of the poppet valve 42 and the flow rate q therein
Flows into the spring chamber 61 through the opening 46 of the slot 45. The stroke control of the poppet valve 42 is achieved by controlling the opening degree of a pilot valve 64 communicating with the spring chamber 61. The flow rate passing through the pilot valve 64 is indicated by q in the figure. By controlling the stroke of the poppet valve 42, the main flow control slot 58 at the right end in the drawing is opened,
The LQ is controlled, and the main flow rate LQ indicates a situation where the pilot flow rate q at the pilot valve 64 is amplified. That is, the pilot valve 64 is
Modulation function. To explain this, a slot 45 is formed in the outer periphery of the poppet valve 42 in the axial direction, and the pressure P1 of the inlet chamber 43 is transmitted to the spring chamber 61 through the opening 46 of the slot 45, and the pilot valve 64 is During closure, the pressure P2 in the spring chamber 61 is equal to the pressure P1 in the inlet chamber. Therefore, when the pressure P3 in the outlet chamber 59 communicated with the tank line 25 is sufficiently low (when P3 is almost 0), the poppet valve 42 has a pressure receiving area A2 on the spring chamber 61 side. Since the area A3 is larger than the donut area pressure receiving area A1 on the side of the chamber 43 by the area A3, the area is pushed rightward in the drawing and is pressed by the sheet 56, and is in a closed state. Next, when the pilot valve 64 is opened and the pilot flow rate q discharged from the spring chamber 61 reaches a predetermined amount, a pressure reducing action works at the opening 46 of the slot 45, and the pressure of the spring chamber 61 is reduced. P2 is (A1 · P1 −
When the value falls below the value of (spring force of the spring 62) / A2, the poppet valve 42 moves to the left and a slot having a constant width W is formed.
The opening 46 of the opening 45 gradually increases the opening length from the initial opening length Xo to increase the opening area, so that the flow rate q increases, the pressure P2 of the spring chamber 61 increases slightly, and the poppet valve 42 increases.
Is pushed back to the right and then stops at the balance position. Further, the opening area A of the pilot valve 64
As p increases, the flow rate q increases and the poppet valve 42
Moves further to the left (stroke X), and the poppet valve 42
The opening area A L (X) of the main flow control slot 58 gradually increases from zero, and the main flow LQ joins the pilot flow q. Next, the opening area Ap of the pilot valve 64
FIG. 5 shows a computer simulation result of a situation in which the pilot flow rate q and the main flow rate LQ increase and merge with each other when is expanded linearly with respect to the time axis. Here, assuming that P3 = 0 from the continuous equation, the equation (1) is given by: q = C.W. (X + Xo). {(2 / p). (P1-P2)} 1/2 = C. Ap · {(2 / ρ) · (P2−P3)} 1/2 = C · Ap · {(2 / ρ) · P2} 1/2 where C is the flow coefficient (constant) and ρ is the working fluid ( (Hydraulic oil). Equation (2) LQ = C · A L (X) · {(2 / ρ) · (P 1 −P 3)} 1/2 = C · A L (X) · {(2 / ρ) · P 1 Since} 1/2 Xo is usually small, if Xo = 0 is assumed in equation (1), then (W · X) 2 · (P 1 −P 2 ) = Ap 2 · P 2 , then equation (3) P 2 = ( W · X) 2 · P 1 / {Ap 2 + (W · X) 2 } From equation (1) and equation (3), equation (4) q = C · Ap · W · X · {Ap 2 + (W · X) 2-1 / 2 · {(2 / ρ) · P1} 1/2 From equations (2) and (4), LQ / q = A L (X) ·) Ap 2 + (W · X) 21/2 / (Ap
· W · X) Now, assuming that A L (X) = αX, (α is a constant), Equation (5) LQ / q = (α / W) {{1+ (W ・ X / Ap) 2} 1 / 2 holds. As shown by the above equation (5), when the width W of the slot 45 is small, the LQ / q value increases, and the gain of the main flow rate with respect to the pilot flow rate increases. As shown in the computer simulation result of No. 5, the gain at the time of merging the main flow rates is also increased, and a clear inflection point Pc is generated in the combined flow rate Q, resulting in poor operability. When the fixed width W of the slot 45 is increased, the gain of the main flow rate is reduced, but the pilot flow rate is excessively increased, so that the pressure loss at the pilot valve 64 is increased and the pressure P2 of the spring chamber 61 is reduced. There is a defect that the poppet valve 42 does not fully open and does not fully open. The present invention has been made in view of the above points, and in a valve device having a pilot flow rate amplification type poppet valve for controlling a main flow rate by a pilot flow rate, the operability at the time when the main flow rate is merged is improved. The purpose of the present invention is to prevent a defect that the poppet valve does not fully open. According to the first aspect of the present invention, there is provided a valve housing, and a pilot flow amplification type poppet which is slidably fitted to the valve housing and controls a main flow by a pilot flow. A valve, a sheet to which the poppet valve is brought into contact with and separated from, an inlet chamber formed on the upstream side of the sheet, an outlet chamber for the main flow discharged through the sheet, and an outlet chamber formed on the opposite side via the poppet valve A spring chamber, a spring provided in the spring chamber for pressing the poppet valve toward the seat side, and an opening provided in the outer peripheral surface of the poppet valve and communicating with the inlet chamber and opening to the spring chamber by movement of the poppet valve. A slot having a variable area, and a pilot valve for controlling a pilot flow discharged from the spring chamber and merged with the main flow, the slot includes: When the poppet valve is in contact with the seat, the slot width at the opening is large and the slot width is narrow as the poppet valve moves, and the small width at which the slot width at the opening is constant after the intermediate stroke of the poppet valve A valve device having a fixed small width portion processed so as to be as follows. At the start of opening when the poppet valve starts moving away from the seat, since the slot width at the opening is large due to the variable width portion, the gain of the main flow at the start of opening is reduced, and The gain is also low, and the change in the combined flow rate is very smooth, so that the operability is good.
During the movement of the poppet valve, the slot width gradually changes from a large value to a small value from the variable width portion to the constant small width portion, so that the integrated slot opening area does not become too large, and the pilot flow rate also increases. It is not excessive, the pressure loss at the pilot valve is not high, and the pressure in the spring chamber is sufficiently reduced, so that the defect that the poppet valve does not fully open does not occur. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A shows the meter-out valve 23.
Or 24 (FIG. 3), which shows the internal structure of a pilot flow amplification type poppet valve device that controls the main flow by the pilot flow, that is, a flow amplification poppet valve device, and a valve fitting hole formed in the valve housing 40. A poppet valve 42 as a movable valve body is displaceably fitted to 41, and an inlet chamber 43 formed to have a larger diameter than the valve fitting hole 41.
In addition, a meter-out passage, that is, a return passage 37 from the fluid pressure actuator 11 (FIG. 3) is connected to the meter-out passage. A large-diameter pilot control unit 44 is formed at the left end of the poppet valve 42, and a pilot flow control slot 45 is formed in the outer peripheral surface of the pilot control unit 44 in the axial direction. A part of the slot 45 is open to a spring chamber 61 described later even when the poppet valve 42 is fully closed, and the area of the opening 46 varies depending on the stroke position of the poppet valve 42. The poppet valve 42 is provided with a small-diameter portion 51 facing the inlet chamber 43 with respect to a large-diameter portion 47 fitted in the valve fitting hole 41 of the valve housing 40. Further, the poppet valve 42 is provided with a passage communicating the inlet chamber 43 and the slot 45. That is, the passage 52 is formed in the radial direction of the small-diameter portion 51 which always faces the inlet chamber 43, and the passage formed in the center of the passage 52 in the axial direction.
53 communicates with this passage 53, and a passage formed in the radial direction.
As shown in FIG. 1 (B), an elongate hole-shaped passage 55 is communicated with an extension of the passage 54, and the passage 55 is communicated with the slot 45. At the right end of the poppet valve 42, there is provided a return flow control unit 57 that can freely contact and separate from a seat 56 formed in the valve housing 40.
A main flow control slot 58 is formed in 57. The sheet 56 defines the inlet chamber 43 formed on the upstream side of the sheet 56, and the outlet chamber 59 communicated with the tank 15 via the tank line 25. The slot 45 of the poppet valve 42 is
As shown in (B), when the poppet valve 42 is not opened when it comes into contact with the seat 56, the slot width W (X) in the opening 46 is set.
And the variable width portion 45a in which the slot width W (X) gradually narrows as the stroke X increases as the poppet valve 42 moves to the left and the stroke X increases, and is processed so as to have a constant small width after the intermediate stroke. The constant small width portion 45b is formed continuously. A spring chamber 61 is formed on the opposite side of the outlet chamber 59 via the poppet valve 42, as shown in FIG.
The left end face of the poppet valve 42 shown in
The poppet valve 42 is pressed in a direction in which the poppet valve 42 comes into close contact with the seat 56, that is, in a closing direction, by a coil spring 62 serving as a spring built in the spring chamber 61. As means for controlling the opening of the poppet valve 42, a passage 63 is provided from the spring chamber 61 to the outlet chamber 59, and a pilot valve 64 is interposed in the passage 63. The pilot valve 64 is for proportionally controlling the pilot flow rate discharged from the spring chamber 61 against the spring 66 by an electric signal input from a controller (not shown) to the solenoid 65. Next, the operation of the valve device shown in FIG. 1 will be described. In the above poppet type flow control valve, the large diameter portion 47 of the poppet valve 42 and the seat
The pressure P1 of the inlet chamber 43 in the left direction in the drawing acts on the donut area pressure receiving area A1 between the pressure chamber 56 and the pressure chamber A56. At this time, the inlet chamber 43 is a passage for the poppet valve 42.
Since the pilot chamber 64 is in communication with the spring chamber 61 through the slots 52 and 53, 54, 55, the slot 45 and the opening 46, the pressure P2 of the spring chamber 61 is equal to the pressure P1 of the inlet chamber 43 while the pilot valve 64 is closed. Therefore, the pressure receiving area A2 of the poppet valve 42 on the spring chamber 61 side is also equal to the pressure P of the inlet chamber 43.
1 acts to the right in the figure, the pressure receiving area A2 is larger than the pressure receiving area A1 by the area A3, and the outlet chamber 59
Since the pressure P3 is connected to the tank line 25 and is sufficiently low, the poppet valve 42 is pushed rightward in the figure to be in close contact with the seat 56, and is in a closed state. Next, when the pilot valve 64 opens in response to the electric signal and the pilot flow q flowing out of the spring chamber 61 via the passage 63 reaches a predetermined amount, a pressure reducing action is effected at the opening 46 of the slot 45. , Spring chamber 61 pressure P2
Is less than the value of (A1 · P1−spring force of spring 62) / A2, the poppet valve 42 moves to the left,
Since the opening area of the slot 45 increases, the flow rate q increases, the pressure P2 slightly increases, and the poppet valve 42 is slightly pushed back to the right, and stops at the balance position. Further, as the opening degree of the pilot valve 64 is increased, the flow rate q increases, the poppet valve 42 further moves to the left, and the main flow rate control section 57 provided in the return flow rate control section 57 at the tip end. The opening of the slot 58 also gradually increases. When the poppet valve 42 moves to the left, the width W (X) of the slot 45 gradually changes from a large value to a small value in the variable width portion 45a. As shown in (5), since the width W (X) of the slot 45 is large at the start of opening, the LQ / q value becomes small, the gain of the main flow with respect to the pilot flow becomes low, and the computer simulation results shown in FIG. As shown in
The gain at the time when the main flow rates merge is also low, and the change in the combined flow rate Q becomes very smooth, so that the fluid pressure actuator 11 can be operated smoothly, and the operability is good. In the course of the movement of the poppet valve 42, the width W (X) of the slot 45 gradually changes from a large value to a small value from the variable width portion 45a to the fixed small width portion 45b. The slot opening area is not too large, the pilot flow is not too large, and the pilot valve 64
Is not high, and the pressure in the spring chamber 61 is sufficiently reduced, so that the defect that the poppet valve 42 does not fully open does not occur. According to the present invention, at the start of opening when the poppet valve starts moving away from the seat, the slot width at the opening is large due to the variable width portion, so that the gain of the main flow rate at the start of opening is increased. , The gain at the time when the main flow rate merges with the pilot flow rate also becomes low, and the change in the combined flow rate becomes very smooth, so that the operability can be improved. During the movement of the poppet valve, the slot width gradually changes from a large value to a small value from the variable width portion to the constant small width portion, so that the integrated slot opening area does not become too large, and the pilot flow rate also increases. It is not excessive, the pressure loss at the pilot valve is not high, and the pressure in the spring chamber is sufficiently reduced, so that a defect that the poppet valve does not fully open can be prevented.

【図面の簡単な説明】 【図1】(A)は本発明に係る弁装置の一実施の形態を
示す断面図、(B)はそのポペット弁の一部の平面図で
ある。 【図2】同上弁装置におけるパイロット流量、主流量お
よび合成流量のコンピュータシミュレーション結果を示
す特性図である。 【図3】メータイン・メータアウト分離型の制御回路を
示す回路図である。 【図4】(A)は従来のポペット型流量制御弁を示す断
面図、(B)はそのポペット弁の一部の平面図である。 【図5】図4に示された流量制御弁におけるパイロット
流量、主流量および合成流量のコンピュータシミュレー
ション結果を示す特性図である。 【符号の説明】 40 バルブハウジング 42 ポペット弁 43 入口室 45 スロット 45a 可変幅部 45b 一定小幅部 46 開口部 56 シート 59 出口室 61 スプリング室 62 スプリングとしてのコイルスプリング 64 パイロットバルブ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 (A) is a sectional view showing an embodiment of a valve device according to the present invention, and FIG. 1 (B) is a plan view of a part of the poppet valve. FIG. 2 is a characteristic diagram showing computer simulation results of a pilot flow rate, a main flow rate, and a combined flow rate in the valve device. FIG. 3 is a circuit diagram showing a meter-in / meter-out separated control circuit. 4A is a sectional view showing a conventional poppet type flow control valve, and FIG. 4B is a plan view of a part of the poppet valve. FIG. 5 is a characteristic diagram showing computer simulation results of a pilot flow rate, a main flow rate, and a combined flow rate in the flow control valve shown in FIG. [Description of Signs] 40 Valve housing 42 Poppet valve 43 Inlet chamber 45 Slot 45a Variable width section 45b Constant small width section 46 Opening 56 Seat 59 Outlet chamber 61 Spring chamber 62 Coil spring as spring 64 Pilot valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16K 3/26 F16K 31/124 F16K 1/38 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F16K 3/26 F16K 31/124 F16K 1/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 バルブハウジングと、 バルブハウジングに摺動自在に嵌合されパイロット流量
により主流量を制御するパイロット流量増幅型のポペッ
ト弁と、 ポペット弁が接離されるシートと、 シートの上流側に形成された入口室と、 シートを経て排出される主流量の出口室と、 出口室とはポペット弁を介して反対側に形成されたスプ
リング室と、 スプリング室に設けられてポペット弁をシート側へ押圧
するスプリングと、 ポペット弁の外周面に設けられ入口室に連通しポペット
弁の移動によりスプリング室に開口する開口部の開口面
積が変化するスロットと、 スプリング室から排出されて主流量と合流されるパイロ
ット流量を制御するパイロットバルブとを具備し、 スロットは、 ポペット弁がシートに接触した状態では開口部における
スロット幅が大きくポペット弁が移動するにしたがいス
ロット幅が狭くなる可変幅部と、 ポペット弁の中間ストローク以降は開口部におけるスロ
ット幅が一定の小さな幅になるように加工された一定小
幅部とを有することを特徴とする弁装置。
(57) [Claim 1] A valve housing, a pilot flow amplification type poppet valve which is slidably fitted to the valve housing and controls a main flow by a pilot flow, and a poppet valve is connected and disconnected. Sheet, an inlet chamber formed on the upstream side of the sheet, an outlet chamber for main flow discharged through the sheet, a spring chamber formed on the opposite side of the outlet chamber via a poppet valve, and a spring chamber. A spring provided on the outer surface of the poppet valve for pressing the poppet valve toward the seat; a slot provided on the outer peripheral surface of the poppet valve and communicating with the inlet chamber to change an opening area of an opening portion opened to the spring chamber by movement of the poppet valve; A pilot valve for controlling a pilot flow discharged from the chamber and merged with the main flow, wherein the slot has a poppet valve in contact with the seat. In the state, the slot width in the opening is large and the slot width is narrowed as the poppet valve moves, and the slot width in the opening is processed to be a constant small width after the middle stroke of the poppet valve. A valve device having a fixed small width portion.
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