JP3547797B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、１つのポンプから供給された作動油のうち、制御流量をパワーステアリング装置に分流し、その制御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。
【０００２】
【従来の技術】
図３、図４に示した従来の流量制御弁の本体１には、ポンプＰに連通させたポンプポート２、パワーステアリング装置に接続した制御流ポート３及び作業機側に接続した余剰流ポート４とを形成するとともに、この本体１に形成したボア５内にメインスプール６を摺動自在に設けている。さらに、このボア５内に、メインスプール６に対して直列にしたケース部材７を嵌合している。
そして、上記ボア５の内周には、第１〜６環状溝８〜13を形成している。この第１環状溝８は通路１４を介して第６環状溝１３に連通し、第２環状溝９はポンプポート２に常時連通し、第４環状溝１１は通路１５を介してリリーフ弁１６に接続し、第５環状溝１２はタンクポート１７に連通させている。
【０００３】
上記メインスプール６は、その一端をパイロット室１８に臨ませるとともに、他端を、ケース部材７との間に形成した圧力室１９に臨ませている。このようにしたメインスプール６には、第１環状凹溝２０と第２環状凹溝２１とを形成し、上記圧力室１９に設けたスプリング２２の作用で、ノーマル位置を保っているとき、第１環状凹溝２０が、前記第１、２環状溝８、９の両者をまたぎ、ポンプポート２と通路１４とを連通させる。
また、メインスプール６がスプリング２２に抗して移動すると、図４に示すようにポンプポート２が通路１４と余剰流ポート４とのぞれぞれに連通する。
上記ケース部材７には、第４環状溝１１と圧力室１９を連通するダンピングオリフィス２３と、第４環状溝１１に開口させたオリフィス２４と、第５環状溝１２に開口させたポート２５と、第６環状溝１３に開口させた第１、２制御オリフィス２６、２７とを形成している。そして、この第１制御オリフィス２６は、第２制御オリフィス２７よりもその開口面積を小さくしている。
上記のようにしたケース部材７には、補助スプール２８を内装しているが、この補助スプール２８の一端を制御流ポート３側に臨ませ、他端をバネ室２９に臨ませている。
【０００４】
上記補助スプール２８には環状凹部３０を形成しているが、この環状凹部３０は、補助スプール２８に形成した絞り通路３１を介して制御流ポート３に連通させている。また、上記絞り通路３１は通孔３２を介してバネ室２９に連通しているが、このバネ室２９にはバネ３３を設けている。
さらに、補助スプール２８の外周には段部３４を形成しているが、この段部３４を境にして、制御流ポート３側のスプール径を、バネ室２９側のスプール径よりも大きくしている。そして、ケース部材７の内周にも段部３５を形成し、これら両段部３４、３５が相まって、ポート２５に常時連通するドレン室３６を形成している。
上記のようした補助スプール２８が、バネ室２９に設けたバネ３３の作用で図示のノーマル位置にあるとき、その環状凹部３０が、ケース部材７に形成した第１制御オリフィス２６のみに開口し、第２制御オリフィス２７が閉ざされるようにしている。そして、補助スプール２８がバネ３３に抗して移動したとき、上記両オリフィス２６、２７が開口するようにしている。
【０００５】
上記ケース部材７には環状の制御溝３８を形成している。この制御溝３８は、その軸線方向の長さを第２制御オリフィス２７よりも長くしたもので、補助スプール２８が図４に示すようにフルストロークしたときに、この制御溝３８が全開するようにしている。
さらに、この補助スプール２８にはダンパ機構を設けているが、このダンパ機構は、筒部３９ａの一端に環状突部３９ｂを形成し、他端にフランジ部３９ｃを形成したダンパ部材３９を主要素にしている。
そして、上記筒部３９ａは従来の絞り通路３１と同一の機能を果すものである。また、フランジ部３９ｃは、制御流ポート３の内側周囲壁面に接触させるとともに、直径方向に多少ガタ付きを持たせている。さらに、上記環状突部３９ｂは、補助スプール２８の一端に形成した凹部４０に臨ませて、ダンパ室３９ｄを形成するとともに、この凹部４０と環状突部３９ｂの外周との間で絞り部３９ｅを形成するようにしている。
環状凹部３０から制御流ポート３に圧力流体が流れると、そのときの圧力が上記絞り部３９ｅからダンパ室３９ｄに伝わる。そして、このダンパ室３９ｄ内の圧力によって、上記フランジ部３９ｃが制御流ポート３の周囲壁面に圧接し、メタルシール機能を果す。また、このフランジ部３９ｃは上記のように多少のガタ付きを持たせているので、それをセンタリングしなくても、環状突部３９ｂを凹部４０内に挿入することができる。
【０００６】
次に、この従来例の作用を説明する。
パワーステアリング装置を作動させていないときには、絞り通路３１側の圧力が上昇しないので、補助スプール２８は図１に示すノーマル位置を保つ。したがって、このときに、ポンプＰから制御流量以下の少量の流体が流入すると、その流体は、通路１４及び第１制御オリフィス２６を通過して制御流ポート３から流出する。この制御流ポート３からステアリング装置に供給される流量がいわゆるスタンバイ流量である。
そして、上記のように第１制御オリフィス２６に流体が流れると、その前後に圧力差が生じ、その上流側の圧力がパイロット通路３７を経由してパイロット室１８に導かれる。また、下流側の圧力は、通孔３２→バネ室２９→オリフィス２４→第４環状溝１１→ダンピングオリフィス２３を経由して圧力室１９に導かれる。
したがって、パイロット室１８と圧力室１９とに圧力差が生じ、メインスプール６が、スプリング２２に抗して移動し、ポンプポート２と通路１４との連通を保ちながら、ポンプポート２と余剰流ポート４とを連通させる。つまり、第１制御オリフィス２６で制御されたスタンバイ流量以上の余剰流量は、余剰流ポート４から作業機側に供給されることになる。
さらに、ポンプＰの吐出量が多くなると、第１制御オリフィス２６前後の差圧がさらに大きくなるので、メインスプール６の移動量も多くなる。したがって、ポンプポート２と余剰流ポート４とを連通させる流路の開度が大きくなり、その分、余剰流ポート４側への供給流量をさらに多くする。
【０００７】
上記の状態からパワーステアリング装置を作動すると、その負荷圧の作用で制御流ポート３側の圧力が上昇するが、このときの圧力は、補助スプール２８の両端面に作用する。そして、この補助スプール２８の両端面の受圧面積が上記したように相違するので、その受圧面積差に応じた作用力がバネ３３のバネ力に打ち勝つと、補助スプール２８が移動し、第１制御オリフィス２６とともに第２制御オリフィス２７が開く。
このように補助スプール２８が移動して第２制御オリフィス２７も開けば、制御流ポート３からパワーステアリング装置に供給される流量が、この両制御オリフィス２６、２７で制御される。いい換えれば、両制御オリフィス２６、２７が開いた分、パワーステアリング装置に供給される流量がスタンバイ流量以上のいわゆる制御流量、すなわちパワーステアリング装置が通常に作動するために必要な流量まで増えることになる。
【０００８】
なお、ポンプＰの吐出量が制御流量以下の場合でも、パワーステアリング装置を作動させると、上記のように補助スプール２８が移動して、両制御オリフィス２６、２７が開くので、そのオリフィス前後の差圧が少なくなる。そのために当該メインスプール６がスプリング２２の力で図面左方向に移動し、ポンプポート２と余剰流ポート４との連通を遮断する。したがって、この制御流量以下の全流量が制御流ポート３からパワーステアリング装置に供給される。
また、パワーステアリング装置を作動させているときで、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１６が開弁し、制御流ポート３側の流体をタンクＴに戻すが、このタンクＴに戻される流路過程にオリフィス２４を形成しているので、リリーフ弁１６からタンクＴに流出する流量が非常に少なくなる。したがって、このときのポンプ吐出量のほぼ全量が、余剰流ポート４に供給される。
【０００９】
制御流ポート３の下流側に接続したパワーステアリング装置を作動して、補助スプール２８を図４に示すフルストローク位置に保持しているとすると、第１、２制御オリフィス２６、 ２７が全開状態になる。
この状態でハンドルを急激に切り返すと、そのたびごとに図示していない切換弁が中立位置を越えて切り換わるが、この中立位置を越えるときに制御流ポート３を瞬間的にタンクに連通させる。そのために補助スプール２８が第２図右方向に移動して原位置に復帰しようとするが、このときにダンパ機構の絞り部３９ｅが機能して、ダンパ効果が発揮され、補助スプール２８の移動を緩慢にさせる。ハンドルの急激な切り返し時には、この移動が緩慢になっている間に、切換弁が中立位置を越えてしまうので、制御流ポート３側の圧力低下は、補助スプール２８に影響を及ぼさない。言い換えれば、ハンドルを急激に切り返しても、操作者に従来のような引っ掛かり感を与えないものである。
また、この従来例の場合には、第２制御オリフィス２７に対応して制御溝３８を形成したので、補助スプール２８がわずかに移動したとしても、第２制御オリフィス２７の開度に影響を及ぼさない。したがって、ダンパ機構の絞り部３９ｅを十分に小さくできなくても、流量制御に関する応答性を緩慢にすることができる。
そして、この応答性をどの程度にするかは、種々の条件によって決るが、いずれにしても、その応答性は、上記制御溝３８の軸方向の長さとダンパ機構の絞り部３９ｅの開度に応じて決る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした従来の流量制御弁は、ステアリング装置を作動させず、作業機のみを作動させている状態、特に、作業機のスピードを上げるために余剰流ポート４からの流量を増やしている状態で、ステアリング装置を急激に作動させると、補助スプール２８の応答性が遅れることもあって、必要とする制御流量をなかなかえられない。そのために、ステアリングに引っ掛かり現象が生じるという問題があった。
この発明の目的は、補助スプールの応答性に多少問題があっても、必要な制御流量を十分に確保できる流量制御弁を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ポンプポート、制御流ポート及び余剰流ポートとを形成した本体にメインスプールを内装し、このメインスプールの一端をパイロット室に臨ませ、パイロット室とは反対側に嵌合したケース部材に補助スプールを摺動自在に内装し、さらに、このケース部材には、補助スプールの移動位置に応じて開度を可変にした制御オリフィスを形成するとともに、この制御オリフィスを介して上記ポンプポートと制御流ポートとを連通させ、この制御オリフィスの上流側の圧力を上記パイロット室に作用させ、制御流ポート側の圧力をこの補助スプールの一端に作用させ、制御流ポート側の圧力上昇にともなって補助スプールが移動し、上記制御オリフィスの開度を大きくする構成にした流量制御弁を前提にする。
上記流量制御弁を前提にしつつ、この発明は、メインスプールに、余剰流ポート側の圧力が設定圧以上になったときに閉じる補助オリフィスを形成し、この補助オリフィスを、メインスプールに形成した圧力室を経由して上記制御オリフィスの下流側に合流させてなり、余剰流ポート側の圧力が設定圧以下のとき、補助オリフィスから流入した供給流れを、制御オリフィスを経由した供給流れと合流させる構成にした点に特徴を有する。
【００１２】
【作用】
この発明は上記のように構成したので、制御流ポートへの供給流量は、制御オリフィスの開度によって決る。この制御オリフィスの開度は補助スプールの移動位置に応じて制御されるが、この補助スプールの移動位置は制御流ポートの下流側の圧力によって制御される。
したがって、制御流ポートの下流側の圧力が低くなれば、制御オリフィスの開度が小さくなって、その分、制御流量が少なくなる。
また、余剰流ポート側の圧力が設定圧以下になったとき、補助オリフィスが開いて、供給流量をこの補助オリフィスを介して制御ポート側に合流させる。
【００１３】
【実施例】
図１、図２に示した実施例は、そのメインスプール６の先端に補助オリフィス４１を形成している。この補助オリフィス４１は、メインスプール６がノーマル位置から所定の位置まで移動するまで、第１環状溝８側に開口し、この第１環状溝８と圧力室１９とを連通させる。そして、メインスプール６が所定の位置を超えて移動したとき、第１、２環状溝８、９との境界部分に形成された環状突部４２によって、補助オリフィス４１が閉ざされるようにしている。
また、圧力室１９に臨ませたケース部材７の先端には連通孔４３を形成し、圧力室１９及び絞り通路３１とを、この連通孔４３を介して連通させるようにしている。
なお、図中符号４４は、メインスプール６の先端部分に形成したダンパオリフィスで、第１環状溝８とパイロット室１８とを連通させるためのものである。
上記以外の構成は、前記従来の流量制御弁と同様なので、その同一の構成要素について同一符号を用いて説明するにとどめ、その詳細を省略する。
【００１４】
次のこの実施例の作用を説明するが、そのときに、第１、２制御オリフィス２６、２７のそれをぞれを通過しうる最大流量を３L/min とし、補助オリフィス４１を通過しうる最大流量を６L/min として説明する。
いま、パワーステアリング装置及び作業機のいずれも作動させていないとすると、メインスプール６及び補助スプール２８の両方がノーマル位置を保つことになる。
このように両スプール６、２８がノーマル位置を保つと、第２制御オフィス２７は閉じるが、第１制御オリフィス２６及び補助オリフィス４１が開く。また、第１環状溝８と第１環状凹部２０とが相まって形成される第１可変絞り部４５の開度が最大になり、第１環状凹部２０と第３環状溝１０とが相まって形成される第２可変絞り部４６が閉ざされることになる。
いま、ポンプポート２から供給された流体は、第１可変絞り部４５から、第１環状溝８→通路１４→第６環状溝１３→第１制御オリフィス２６→絞り通路３１を経由して、パワーステアリング装置に供給される。また、第１環状溝８に流入した流体は、上記の流れ以外に、補助オリフィス４１→圧力室１９→連通孔４３を経由して、上記第１制御オリフィス２６を通過した供給流れと合流する。
【００１５】
したがって、この状態でステアリング装置に供給されるスタンバイ流量は、第１制御オリフィス２６の最大流量３L/min と補助オリフィス４１の最大流量６L/min の合計９L/min ということになる（図２参照）。
このようにスタンバイ流量が９L/min も確保されていれば、ステアリング装置をどんなに急激に作動させても、従来のような引っ掛かり現象など生じない。
また、上記の状態から、作業機を停止したまま、ステアリング装置のみを作動させると、補助スプール２８がバネ３３に抗して移動して、第２制御オリフィス２７も開く。つまり、この場合には、第１、２制御オリフィス２６、２７及び補助オリフィス４１のすべてが開くので、ステアリング装置に供給される最大流量は、それら各オリフィスの合計最大流量、すなわち１２L/min ということになる。したがって、ステアリング装置には、必要にして十分な制御流量が確保されることになる（図２参照）。
【００１６】
次に、ステアリング装置を作動させず、作業機のみを作動させると、第２制御オリフィス２７が閉じるとともに、パイロット室１８と圧力室１９との圧力差が大きくなる。したがって、メインスプール６がスプリング２２に抗して図面右方向に移動し、第１可変絞り部４５の開度を小さくするとともに、第２可変絞り部４６の開度を大きくする。
なお、このときのパイロット室１８の圧力は、作業機側の圧力である余剰流ポート４の圧力と等しくなる。そのために作業機側の圧力が上昇すればするほど、メインスプール６の移動量も多くなるが、この作業機側の圧力が設定圧以上になったとき、補助オリフィス４１が環状突部４２で閉じられる。
したがって、ステアリング装置に供給される最大流量は、第１制御オリフィス２６を通過する最大流量３L/min だけとなり、それ以外の流量はすべて余剰流ポート４から作業機側に供給されることになる（図２参照）。
【００１７】
このように作業機のみを作動させているときに、ステアリング装置に供給されるスタンバイ流量は従来と同様である。しかし、この状態でステアリング装置を作動させたときには、その圧力室１９内の圧力上昇にともなって、メインスプール６が図面左方向に移動し、第１可変絞り部４５を開くとともに、補助オリフィス４１を第１環状溝８側に開く。
したがって、補助スプール２８の応答遅れがあったとしても、ステアリング装置には、第１制御オリフィス２６を通過する最大流量３L/min と補助オリフィス４１を通過する最大流量６L/min との合計流量である９L/min の流量が供給されることになる。
そして、従来の場合には、補助スプール２８の応答遅れがあると、第１制御オリフィス２６を通過する最大流量３L/min しか確保されないので、引っ掛かり現象を生じてしまった。しかし、この実施例では上記のように９L/min の流量が確保されているので、ステアリング装置を急操作しても、引っ掛かり現象など発生しない。
【００１８】
また、ステアリング装置と作業機の両方を作動させているときには、作業機側の圧力に応じて、ステアリング装置に供給される流量が異なる。例えば、作業機側の圧力が設定圧以上であれば、メインスプール６の移動によって、補助オリフィス４１が環状突部４２で閉ざされるので、ステアリング装置には、第１、２制御オリフィス２６、２７を通過する最大流量６L/min が供給される。
そして、作業機側の圧力が設定圧以下であれば、その時々の圧力に応じて補助オリフィス４１の開度が無段階に制御されるので、ステアリング装置には、最少のとき、第１、２制御オリフィス２６、２７による６L/min の流量が供給され、最大で、各オリフィス２６、２７、４１による１２L/min の流量が確保されることになる（図２参照）。
なお、上記の説明において、各オリフィスの最大通過流量を特定したが、その流量は、ステアリング装置や作業機によって異なるもので、その数値は絶対的なものではないこと当然である。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の流量制御弁によれば、ステアリング装置に必要な制御流量がいつも確保されるので、ステアリング装置を急操作したとき、その装置への供給流量の不足から生じるいわゆる引っ掛かり現象などが発生せず、安定したステアリングを維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】断面図である。
【図２】ステアリング装置に供給される流量を示したマトリックス図である。
【図３】従来の流量制御弁の断面図で、補助スプールがノーマル位置にある状態を示したものである。
【図４】従来の流量制御弁の断面図で、補助スプールがバネに抗して移動した状態を示したものである。
【符号】
１ 本体
２ ポンプポート
３ 制御流ポート
６ メインスプール
１８ パイロット室
１９ 圧力室
２６ 第１制御オリフィス
２７ 第２制御オリフィス
２８ 補助スプール
４１ 補助オリフィス
４３ 連通孔

Claims (1)

1. ポンプポート、制御流ポート及び余剰流ポートとを形成した本体にメインスプールを内装し、このメインスプールの一端をパイロット室に臨ませ、パイロット室とは反対側に嵌合したケース部材に補助スプールを摺動自在に内装し、さらに、このケース部材には、補助スプールの移動位置に応じて開度を可変にした制御オリフィスを形成するとともに、この制御オリフィスを介して上記ポンプポートと制御流ポートとを連通させ、この制御オリフィスの上流側の圧力を上記パイロット室に作用させ、制御流ポート側の圧力をこの補助スプールの一端に作用させ、制御流ポート側の圧力上昇にともなって補助スプールが移動し、上記制御オリフィスの開度を大きくする構成にした流量制御弁において、メインスプールに、余剰流ポート側の圧力が設定圧以上になったときに閉じる補助オリフィスを形成し、この補助オリフィスを、メインスプールに形成した圧力室を経由して上記制御オリフィスの下流側に合流させてなり、余剰流ポート側の圧力が設定圧以下のとき、補助オリフィスから流入した供給流れを、制御オリフィスを経由した供給流れと合流させる構成にした流量制御弁。

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