JP3829003B2 - 圧力調整弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械において旋回等の慣性の大きな負荷を操作するための油圧装置に使用し得る圧力調整弁に係り、特に作動時のショックを充分に低減することができると共に安定性に優れた圧力調整弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧力調整弁として、調圧用圧縮ばねの一端をポペットに当接すると共に、他端を規定ストローク内で摺動自在なピストンの一端面に当接させ、前記ピストンの背圧室へ高圧室の圧油を導入することにより、圧力調整弁の作動圧力を漸次上昇させ、前記ピストンがストッパ部に当接した位置で、作動圧力が一定となるように構成し、前記高圧室の圧油を圧力補償付きの流量制御弁を介して前記ピストン背圧室へ導入するよう構成することによって、コンパクトな構造でかつ圧力上昇過程でのショックを大幅に軽減することができるように構成した圧力調整弁が提案されている（実公平４−５１２７２号公報）。
【０００３】
この提案に係る圧力調整弁は、図４および図５に示す構成からなる。すなわち、図４および図５において、参照符号１０はハウジング、１２は高圧室、１４は低圧室、１６はシート、１８はスリーブ、２０は圧縮ばね、２２はピストン、２４はキャップをそれぞれ示す。
【０００４】
前記シート１６は、スリーブ１８の一端側に取付けられ、その一端部が、ハウジング１０に設けたねじ部１０ａに対して螺着したスリーブ１８によって、ハウジング１０の高圧室１２と低圧室１４とを液密的に分離するように低圧室１４の一側面に押圧形成されている。また、前記シート１６の他端部には、圧縮ばね２０の弾撥力を受けているポペット２６が当接配置されている。そして、前記圧縮ばね２０の他端は、ピストン２２に設けた座面で支持されると共に、この圧縮ばね２０の弾撥力によりキャップ２４の内端面にピストン２２を押圧当接させている。
【０００５】
また、前記ピストン２２の一部には段差部２２ａを設け、この段差部２２ａが、スリーブ１８の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されると共に、前記段差部２２ａが、スリーブ１８のストッパ部１８ａと所要の間隙Ｇの範囲内で、軸方向に摺動可能に構成されている。
【０００６】
しかるに、前記ピストン２２の内径部には、圧力補償付きの流量制御弁として圧力補償スプール２８が摺動自在に設けられ、この圧力補償スプール２８とピストン２２における内径部の閉端部側との間に圧縮ばね３０を設けると共に、圧力補償スプール２８には固定絞りとしての固定オリフィス３２および横穴３３を設ける。そして、前記ピストン２２の内径部には溝３４を設け、この溝３４が油路３４ａを経てピストン背圧室３６へ連通するように構成されている。
【０００７】
このように構成された圧力調整弁は、例えば高圧室１２内の圧力が上昇すると、ポペット２６のシート１６に当接する部分の直径をｄ1 とする断面積Ａ1 と、ポペット２６と一体的に形成されたロッド部２６ａの直径をｄ2 とする断面積Ａ2 との面積差（Ａ1 −Ａ2 ）に応じた圧油がポペット２６に作用して、ポペット２６は圧縮ばね２０の弾撥力に打ち勝って図示の右方へ移動することにより、高圧室１２の圧油が低圧室１４へ流出しようとする。
【０００８】
ところが、建設機械の旋回等の大きな慣性の負荷を、油圧的に制動するような場合においては、高圧室１２の圧力は極めて短時間で上昇しようとする。そして、この高圧室１２の圧力上昇は、ポペット２６のロッド部２６ａに形成される油路２６ｂが比較的大きい管路のため、油室３８までは時間的に同時伝達されるが、ピストン２２の内径部と圧力補償スプール２８とによって形成される油室４０へは、圧力補償スプール２８に設けた固定オリフィス３２を介してのみ連通しているので、油室４０内の圧力上昇には時間遅れが生じる。
【０００９】
すなわち、油室３８内の圧力は、油室４０内の圧力に比較して、圧力上昇の時間遅れによる分だけ高くなるので、この差圧による押圧力が圧縮ばね３０の弾撥力に打ち勝って、圧力補償スプール２８を油室４０の方向すなわち図示の右方へ移動させ、この差圧による押圧力と圧縮ばね３０の弾撥力とが釣り合った位置でバランスする。従って、圧力補償スプール２８に設けた横穴３３のピストン２２の内径部の溝３４に対する開度が、図５に示すように小さくなり、油室３８および油室４０の圧油は、固定オリフィス３２および横穴３３と溝３４とにより形成される絞られた通路すなわち可変オリフィス３５を経て、ピストン背圧室３６へ流入することになる。
【００１０】
そこで、ピストン背圧室３６内の圧力上昇は、高圧室１２内の圧力上昇に比較して、さらに遅れが生じると共に、ピストン背圧室３６内への圧油の流入率は、時間的に一定であるので、ポペット２６は圧縮ばね２０の初期設定圧力、すなわちピストン２２の右端がキャップ２４の内側面に当接した位置で、作動し始める。このようにして、高圧室１２の圧油が、油路２６ｂ、オリフィス３２、可変オリフィス３５を経てピストン背圧室３６へ流入するに従い、ピストン２２はその断面積が比較的に大きいために圧縮ばね２０の弾撥力に打ち勝って、徐々に図示の左方へ移動し、ピストン２２の段差部２２ａがスリーブ１８のストッパ部１８ａに当接した位置で停止する。そして、高圧室１２側の圧力が、なお高まり続ける場合には、ポペット２６がピストン背圧室３６の押圧力に打ち勝って押し開かれ、高圧室１２の圧油が低圧室１４へ流入し得るように構成されている。
【００１１】
このように、ピストン背圧室３６へ圧油が流れ、ポペット２６が開くまでには、相当の時間遅れがあり、作動圧力はゆっくりと昇圧することになる。従って、この過程での高圧室１２の圧力上昇は、例えば建設機械の旋回体等を油圧制動する場合には、圧力上昇過程で徐々に減速し得るので、極めてスムーズな制動を行うことができる。また、圧力上昇が極めて円滑であり、最終作動圧力を従来より高く設定しても、慣性体の停止時におけるショックが少なく、しかも短時間で制御することができ、機械の作業能率も向上することができるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の圧力調整弁においては、なお改善されるべき種々の問題が残されている。
【００１３】
すなわち、図４において、ピストン２２の内径部に、液密的かつ摺動自在に支持された圧力補償スプール２８は、圧縮ばね３０により図示の左方へ押圧するように保持されているが、高圧室１２の圧力が上昇する過程で、この圧力が油室３８へ伝達されると、圧力補償スプール２８に設けられた固定オリフィス３２の前後（油室３８と油室４０）での圧力降下により、圧力補償スプール２８は圧縮ばね３０の弾撥力に抗して図示の右方へ移動する。この場合、例えば図５に示す位置でバランスすることを考えると、圧力補償スプール２８の移動の過程では、高圧室１２の圧力が、初期設定値（図４に示すピストン２２の移動可能範囲Ｇの初期位置すなわち右端位置にあって、圧縮ばね２０のポペット２６に対する荷重が最小の時）を越えた場合、ポペット２６も圧縮ばね２０の弾撥力に抗して図示の右方へ移動する。しかし、圧力補償スプール２８に対するばね３０の弾撥力は非常に弱いため、圧力補償スプール２８は、高圧室１２の昇圧の過程の比較的初期の段階で、ポペット２６に比較すれば非常に短時間で、図４に示す位置から図５に示す位置、すなわち油室４０内の油圧力と圧縮ばね３０の弾撥力との和が、油室３８の油圧力とバランスする位置へ、移動させることができる。
【００１４】
しかるに、前記従来の圧力調整弁において、圧縮ばね２０の荷重は、ポペット２６に対する有効高圧作用面積を、ポペット２６のシート１６に当接する部分の直径をｄ1 とする断面積Ａ1 と、ポペット２６のロッド部２６ａの直径をｄ2 とする断面積Ａ2 との面積差とし、かつこれらに作用する圧力は、ほぼ同圧として設定してある。また、高圧室１２と油室３８との間の油路２６ｂには、ポペット２６の先端に固定絞りとしての固定オリフィス２６ｃが設けられている。
【００１５】
そして、前記圧縮ばね３０の弾撥力は非常に弱いために、高圧室１２の圧力が急上昇した場合、この圧力は前記固定オリフィス２６ｃを経て油室３８へ流入し、これが圧力補償スプール２８の油室３８に面した面に作用し、このスプール２８を、図示の右方へそのバランスする位置まで移動させようとする。
【００１６】
しかしながら、この時の前記圧力補償スプール２８の移動速度は、油室４０からピストン背圧室３６への通路（３３、３４、３４ａ）すなわち可変オリフィス３５が大きく開口しており、しかも絞り作用がないため、ピストン背圧室３６内の圧油は、ピストン２２とスリーブ１８との摺動面の微小隙間から低圧室１４側への微小漏れ等により、その間の圧油の移動が容易となっているので、非常に速くなり、油室３８の圧力が高圧室１２内の圧力に比較し、瞬時にかなり低下する。
【００１７】
従って、高圧室１２内の圧力が急上昇した場合の昇圧過程では、この圧力調整弁によれば、圧縮ばね２０の最小荷重で定まる最低作動圧力よりもさらに低い圧力で、瞬時に一旦作動し、圧力補償スプール２８が、図５に示すバランスする位置まで移動した後、ほぼ初期設定作動圧力に復帰する。すなわち、作動初期に作動圧力が不安定になる惧れがあり、この結果、この作動初期の不安定さに起因して、圧力調整弁が最終設定圧に到達した作動中においても、その振幅が大きくなる等の不具合およびこれに起因する異常振動音が発生する場合がある。
【００１８】
そこで、本発明者等は、鋭意研究ならび検討を重ねた結果、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成した圧力調整弁において、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成すると共に、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けた構成とした場合、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定することにより、従来技術において発生することがあった作動時の不安定現象を完全に除去することができると共に、非常に安定した動作を行うと共に異常音等の発生のない静寂な動作を行う圧力調整弁を得ることができることを突き止めた。
【００１９】
従って、本発明の目的は、建設機械の旋回のような大きな慣性負荷を制御する場合でも、従来の圧力調整弁に見られるような作動初期の不安定現象を解消し、作動時のショックを非常に小さくして安定性に優れた圧力調整弁を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る圧力調整弁は、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成し、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成し、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けてなる圧力調整弁において、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定することを特徴とする。
【００２１】
この場合、前記可動ピストンに内径段差部を設けると共に、可動スプールの外径の一端に鍔部を設け、前記可動スプールを弾力的に支持するばねにより前記鍔部を前記可動ピストンの内径段差部に当接させ、この当接した位置における可動ピストンと可動スプールとで形成される可変オリフィスの開口面積を、最大開口面積として設定するように構成することができる。
【００２２】
また、前記可動スプールに設けた固定オリフィスと可変オリフィスとの間には、さらに別の固定オリフィスを前記可動スプールに設けた構成とすることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る圧力調整弁の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図４および図５に示す従来の圧力調整弁と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図１は、本発明に係る圧力調整弁の一実施例を示すものである。すなわち、図１において、圧力調整弁は、ハウジング１０において、高圧室１２と低圧室１４とを遮断するように、スリーブ１８を介してハウジング１０に取付けられている。そして、前記スリーブ１８の先端には、シート１６の一端がハウジング１０の穴端に液密的にスリーブ１８の一端により押圧保持されており、このシート１６にはポペット２６が直径をｄ1 とする断面積で接している。
【００２５】
前記ポペット２６の他端には、圧縮ばね２０の一端が当接配置され、この圧縮ばね２０の他端は、可動ピストン２３の第２の段差部２３ｂに係止した座金４２を介して可動ピストン２３により支持されている。この可動ピストン２３は、スリーブ１８内に嵌装されたガイド４４の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されており、その閉塞側端部に液密的かつ着脱可能に取着されたプラグ５６のフランジ内側に設けた座金とガイド４４の一端であってストッパ部４４ａを形成する該一端との間に当接保持させた圧縮ばね４６を収納するばね座室４８を、その外周部に形成することにより、可動ピストンとして機能すると共に、その第１の段差部２３ａがガイド４４の上記ストッパ部４４ａに当接するまでの間隙Ｌを、圧縮ばね４６を圧縮しつつ図示の左方へ移動できるように構成されている。
【００２６】
また、前記ポペット２６には、ロッド部２６ａが一体的に設けてあり、高圧室１２の圧油はロッド部２６ａ内に設けた油路２６ｂと固定絞りとしての固定オリフィス２６ｄを経て油室３８へ導かれている。ロッド部２６ａは、その後端部を可動ピストン２３の内径部に液密的かつ摺動自在に支持されている。
【００２７】
一方、圧力補償スプールとしての可動スプール２８は、可動ピストン２３の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されており、しかも圧縮ばね３０によって、図２に示すように、前記可動スプール２８の鍔部２９が、可動ピストン２３の内径段差部２３ｃに当接する位置で支持されている。また、前記可動スプール２８の油室４０は、前記油室３８と固定絞りとしての固定オリフィス３２を介して接続されている。さらに、前記可動ピストン２３の外周部に形成されたばね座室４８に対し、可動ピストン２３に設けた横穴５０と可動スプール２８に設けた溝５２の溝端５３によって形成される可変オリフィス５４および可動スプール２８に設けた横穴通路５５を介して接続されている。
【００２８】
しかるに、本実施例の圧力調整弁においては、前記可変オリフィス５４を形成する可動ピストン２３の横穴５０と、可動スプール２８の溝５２および横穴通路５５とにおいて、前記可変オリフィス５４の最大開口面積を、前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下となるように設定する。
【００２９】
次に、図１および図２に基づいて、本実施例における圧力調整弁の作動について説明する。
【００３０】
図１において、シート１６に当接するポペット２６の直径をｄ１とする断面積Ａ１は、ポペット２６のロッド部２６ａの直径をｄ２とする断面積Ａ２より大きく設定してあり、断面積Ａ２に作用する油圧力と、断面積Ａ１に作用する油圧力との差が、圧縮ばね２０の設定荷重を越えた時に、ポペット２６は図示の右方へ移動し、断面積Ａ１の部分が開口して、高圧室１２の圧油を低圧室１４へ流入させる。この過程で、高圧室１２の圧油は、ポペット２６のロッド部２６ａの油路２６ｂおよびオリフィス２６ｄを経て油室３８へ流入し、さらに固定オリフィス３２を経て油室４０へ流入する。
さらに、油室４０へ流入した圧油は、可変オリフィス５４、横穴５０を経てばね座室４８に至り、プラグ５６の背面側すなわち、図１のキャップ２４左端面側に流入してプラグ５６および可動ピストン２３を間隙Ｌだけ左行させるので、可動ピストン２３の第１の段差部２３ａはガイド４４のストッパ部４４ａに当接する。
【００３１】
しかるに、圧油が油室３８から油室４０へ流入する際、固定オリフィス３２で圧力降下が生じ、すなわち油室３８の圧力が油室４０の圧力に比較して高くなるので、この差圧による力が圧縮ばね３０の弾撥力に打ち勝って、可動スプール２８を図示の右方に移動させようとするが、可変オリフィス５４の開度が、図示の初期位置において既に開度が小さい場合には、高圧室１２の圧力が瞬時に上昇し、これが固定オリフィス２６ｄを経て油室３８へ流入して、可動スプール２８を図示の右方へ移動させようとする。
【００３２】
しかし、油室４０内の圧油は、可変オリフィス５４のみを介してばね座室４８へ流出し、かつ可変オリフィス５４は、適切に絞られているので、すなわちその最大開口面積が前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下に設定されているので、高圧室１２の圧力が瞬時に上昇しても、可動スプール２８はそのバランスする位置まで適切な移動速度で移動させることができ、油室３８の圧力が瞬時に低下することはない。従って、本実施例による圧力調整弁は、非常に安定した動作をするものとなる。
【００３３】
なお、前記可変オリフィス５４の開口面積を適切に設定する場合、例えば図３の（ａ）に示すように、可動スプール２８に設けた溝５２の溝幅に対し、比較的に大径の横穴５０ａを可動ピストン２３に設けると共に、可動スプール２８には、前記溝５２と連通する比較的に小径の横穴通路５５ｂを、可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下の開口面積とした固定オリフィスとして設定し、可変オリフィス５４としての最大開口面積が、前記横穴通路５５ｂによって規制されるように構成することができる。
【００３４】
また、代案として、図３の（ｂ）に示すように、可動スプール２８に設けた溝５２の溝幅に対し、比較的に大径の横穴通路５５ａを設けると共に、可動ピストン２３には、前記溝５２の溝幅に対して比較的に小径の横穴５０ｂとし、可変オリフィス５４としての最大開口面積が、前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下の開口面積となるように設定することもできる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係る圧力調整弁は、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成し、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成し、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けてなる圧力調整弁において、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定する構成としたことにより、従来技術において発生することがあった作動時の不安定現象を完全に除去することができると共に、非常に安定した動作を行うと共に異常音等の発生のない静寂な動作を行う圧力調整弁を提供することができ、本発明に係る圧力調整弁を適用した建設機械は、非常に安定した操作を達成することができる等、多くの優れた利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力調整弁の一実施例を示す概略側面断面図である。
【図２】図１に示す圧力調整弁の要部拡大概略側面断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は図１に示す圧力調整弁における可動スプールと可動ピストンとの間に形成する可変オリフィスのそれぞれ異なる構成例を示す要部拡大概略側面断面図である。
【図４】従来の圧力調整弁の構成を示す概略側面断面図である。
【図５】図４に示す従来の圧力調整弁の作動状態を示す概略側面断面図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１０ａ ねじ部
１２ 高圧室
１４ 低圧室
１６ シート
１８ スリーブ
１８ａ ストッパ部
２０ 圧縮ばね
２２ ピストン
２２ａ 段差部
２３ 可動ピストン
２３ａ 第１の段差部
２３ｂ 第２の段差部
２４ キャップ
２６ ポペット
２６ａ ロッド部
２６ｂ 油路
２６ｃ 固定オリフィス
２６ｄ 固定オリフィス
２８ 可動スプール（圧力補償スプール）
２９ 鍔部
３０ 圧縮ばね
３２ 固定オリフィス
３８ 油室
４０ 油室
４２ 座金
４４ ガイド
４４ａ ストッパ部
４６ 圧縮ばね
４８ ばね座室
５０ 横穴
５０ａ 大径の横穴
５０ｂ 小径の横穴
５２ 溝
５３ 溝端
５４ 可変オリフィス
５５ 横穴通路
５５ａ 大径の横穴通路
５５ｂ 小径の横穴通路
５６ プラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械において旋回等の慣性の大きな負荷を操作するための油圧装置に使用し得る圧力調整弁に係り、特に作動時のショックを充分に低減することができると共に安定性に優れた圧力調整弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧力調整弁として、調圧用圧縮ばねの一端をポペットに当接すると共に、他端を規定ストローク内で摺動自在なピストンの一端面に当接させ、前記ピストンの背圧室へ高圧室の圧油を導入することにより、圧力調整弁の作動圧力を漸次上昇させ、前記ピストンがストッパ部に当接した位置で、作動圧力が一定となるように構成し、前記高圧室の圧油を圧力補償付きの流量制御弁を介して前記ピストン背圧室へ導入するよう構成することによって、コンパクトな構造でかつ圧力上昇過程でのショックを大幅に軽減することができるように構成した圧力調整弁が提案されている（実公平４−５１２７２号公報）。
【０００３】
この提案に係る圧力調整弁は、図４および図５に示す構成からなる。すなわち、図４および図５において、参照符号１０はハウジング、１２は高圧室、１４は低圧室、１６はシート、１８はスリーブ、２０は圧縮ばね、２２はピストン、２４はキャップをそれぞれ示す。
【０００４】
前記シート１６は、スリーブ１８の一端側に取付けられ、その一端部が、ハウジング１０に設けたねじ部１０ａに対して螺着したスリーブ１８によって、ハウジング１０の高圧室１２と低圧室１４とを液密的に分離するように低圧室１４の一側面に押圧形成されている。また、前記シート１６の他端部には、圧縮ばね２０の弾撥力を受けているポペット２６が当接配置されている。そして、前記圧縮ばね２０の他端は、ピストン２２に設けた座面で支持されると共に、この圧縮ばね２０の弾撥力によりキャップ２４の内端面にピストン２２を押圧当接させている。
【０００５】
また、前記ピストン２２の一部には段差部２２ａを設け、この段差部２２ａが、スリーブ１８の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されると共に、前記段差部２２ａが、スリーブ１８のストッパ部１８ａと所要の間隙Ｇの範囲内で、軸方向に摺動可能に構成されている。
【０００６】
しかるに、前記ピストン２２の内径部には、圧力補償付きの流量制御弁として圧力補償スプール２８が摺動自在に設けられ、この圧力補償スプール２８とピストン２２における内径部の閉端部側との間に圧縮ばね３０を設けると共に、圧力補償スプール２８には固定絞りとしての固定オリフィス３２および横穴３３を設ける。そして、前記ピストン２２の内径部には溝３４を設け、この溝３４が油路３４ａを経てピストン背圧室３６へ連通するように構成されている。
【０００７】
このように構成された圧力調整弁は、例えば高圧室１２内の圧力が上昇すると、ポペット２６のシート１６に当接する部分の直径をｄ1 とする断面積Ａ1 と、ポペット２６と一体的に形成されたロッド部２６ａの直径をｄ2 とする断面積Ａ2 との面積差（Ａ1 −Ａ2 ）に応じた圧油がポペット２６に作用して、ポペット２６は圧縮ばね２０の弾撥力に打ち勝って図示の右方へ移動することにより、高圧室１２の圧油が低圧室１４へ流出しようとする。
【０００８】
ところが、建設機械の旋回等の大きな慣性の負荷を、油圧的に制動するような場合においては、高圧室１２の圧力は極めて短時間で上昇しようとする。そして、この高圧室１２の圧力上昇は、ポペット２６のロッド部２６ａに形成される油路２６ｂが比較的大きい管路のため、油室３８までは時間的に同時伝達されるが、ピストン２２の内径部と圧力補償スプール２８とによって形成される油室４０へは、圧力補償スプール２８に設けた固定オリフィス３２を介してのみ連通しているので、油室４０内の圧力上昇には時間遅れが生じる。
【０００９】
すなわち、油室３８内の圧力は、油室４０内の圧力に比較して、圧力上昇の時間遅れによる分だけ高くなるので、この差圧による押圧力が圧縮ばね３０の弾撥力に打ち勝って、圧力補償スプール２８を油室４０の方向すなわち図示の右方へ移動させ、この差圧による押圧力と圧縮ばね３０の弾撥力とが釣り合った位置でバランスする。従って、圧力補償スプール２８に設けた横穴３３のピストン２２の内径部の溝３４に対する開度が、図５に示すように小さくなり、油室３８および油室４０の圧油は、固定オリフィス３２および横穴３３と溝３４とにより形成される絞られた通路すなわち可変オリフィス３５を経て、ピストン背圧室３６へ流入することになる。
【００１０】
そこで、ピストン背圧室３６内の圧力上昇は、高圧室１２内の圧力上昇に比較して、さらに遅れが生じると共に、ピストン背圧室３６内への圧油の流入率は、時間的に一定であるので、ポペット２６は圧縮ばね２０の初期設定圧力、すなわちピストン２２の右端がキャップ２４の内側面に当接した位置で、作動し始める。このようにして、高圧室１２の圧油が、油路２６ｂ、オリフィス３２、可変オリフィス３５を経てピストン背圧室３６へ流入するに従い、ピストン２２はその断面積が比較的に大きいために圧縮ばね２０の弾撥力に打ち勝って、徐々に図示の左方へ移動し、ピストン２２の段差部２２ａがスリーブ１８のストッパ部１８ａに当接した位置で停止する。そして、高圧室１２側の圧力が、なお高まり続ける場合には、ポペット２６がピストン背圧室３６の押圧力に打ち勝って押し開かれ、高圧室１２の圧油が低圧室１４へ流入し得るように構成されている。
【００１１】
このように、ピストン背圧室３６へ圧油が流れ、ポペット２６が開くまでには、相当の時間遅れがあり、作動圧力はゆっくりと昇圧することになる。従って、この過程での高圧室１２の圧力上昇は、例えば建設機械の旋回体等を油圧制動する場合には、圧力上昇過程で徐々に減速し得るので、極めてスムーズな制動を行うことができる。また、圧力上昇が極めて円滑であり、最終作動圧力を従来より高く設定しても、慣性体の停止時におけるショックが少なく、しかも短時間で制御することができ、機械の作業能率も向上することができるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の圧力調整弁においては、なお改善されるべき種々の問題が残されている。
【００１３】
すなわち、図４において、ピストン２２の内径部に、液密的かつ摺動自在に支持された圧力補償スプール２８は、圧縮ばね３０により図示の左方へ押圧するように保持されているが、高圧室１２の圧力が上昇する過程で、この圧力が油室３８へ伝達されると、圧力補償スプール２８に設けられた固定オリフィス３２の前後（油室３８と油室４０）での圧力降下により、圧力補償スプール２８は圧縮ばね３０の弾撥力に抗して図示の右方へ移動する。この場合、例えば図５に示す位置でバランスすることを考えると、圧力補償スプール２８の移動の過程では、高圧室１２の圧力が、初期設定値（図４に示すピストン２２の移動可能範囲Ｇの初期位置すなわち右端位置にあって、圧縮ばね２０のポペット２６に対する荷重が最小の時）を越えた場合、ポペット２６も圧縮ばね２０の弾撥力に抗して図示の右方へ移動する。しかし、圧力補償スプール２８に対するばね３０の弾撥力は非常に弱いため、圧力補償スプール２８は、高圧室１２の昇圧の過程の比較的初期の段階で、ポペット２６に比較すれば非常に短時間で、図４に示す位置から図５に示す位置、すなわち油室４０内の油圧力と圧縮ばね３０の弾撥力との和が、油室３８の油圧力とバランスする位置へ、移動させることができる。
【００１４】
しかるに、前記従来の圧力調整弁において、圧縮ばね２０の荷重は、ポペット２６に対する有効高圧作用面積を、ポペット２６のシート１６に当接する部分の直径をｄ1 とする断面積Ａ1 と、ポペット２６のロッド部２６ａの直径をｄ2 とする断面積Ａ2 との面積差とし、かつこれらに作用する圧力は、ほぼ同圧として設定してある。また、高圧室１２と油室３８との間の油路２６ｂには、ポペット２６の先端に固定絞りとしての固定オリフィス２６ｃが設けられている。
【００１５】
そして、前記圧縮ばね３０の弾撥力は非常に弱いために、高圧室１２の圧力が急上昇した場合、この圧力は前記固定オリフィス２６ｃを経て油室３８へ流入し、これが圧力補償スプール２８の油室３８に面した面に作用し、このスプール２８を、図示の右方へそのバランスする位置まで移動させようとする。
【００１６】
しかしながら、この時の前記圧力補償スプール２８の移動速度は、油室４０からピストン背圧室３６への通路（３３、３４、３４ａ）すなわち可変オリフィス３５が大きく開口しており、しかも絞り作用がないため、ピストン背圧室３６内の圧油は、ピストン２２とスリーブ１８との摺動面の微小隙間から低圧室１４側への微小漏れ等により、その間の圧油の移動が容易となっているので、非常に速くなり、油室３８の圧力が高圧室１２内の圧力に比較し、瞬時にかなり低下する。
【００１７】
従って、高圧室１２内の圧力が急上昇した場合の昇圧過程では、この圧力調整弁によれば、圧縮ばね２０の最小荷重で定まる最低作動圧力よりもさらに低い圧力で、瞬時に一旦作動し、圧力補償スプール２８が、図５に示すバランスする位置まで移動した後、ほぼ初期設定作動圧力に復帰する。すなわち、作動初期に作動圧力が不安定になる惧れがあり、この結果、この作動初期の不安定さに起因して、圧力調整弁が最終設定圧に到達した作動中においても、その振幅が大きくなる等の不具合およびこれに起因する異常振動音が発生する場合がある。
【００１８】
そこで、本発明者等は、鋭意研究ならび検討を重ねた結果、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成した圧力調整弁において、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成すると共に、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けた構成とした場合、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定することにより、従来技術において発生することがあった作動時の不安定現象を完全に除去することができると共に、非常に安定した動作を行うと共に異常音等の発生のない静寂な動作を行う圧力調整弁を得ることができることを突き止めた。
【００１９】
従って、本発明の目的は、建設機械の旋回のような大きな慣性負荷を制御する場合でも、従来の圧力調整弁に見られるような作動初期の不安定現象を解消し、作動時のショックを非常に小さくして安定性に優れた圧力調整弁を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る圧力調整弁は、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成し、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成し、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けてなる圧力調整弁において、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定することを特徴とする。
【００２１】
この場合、前記可動ピストンに内径段差部を設けると共に、可動スプールの外径の一端に鍔部を設け、前記可動スプールを弾力的に支持するばねにより前記鍔部を前記可動ピストンの内径段差部に当接させ、この当接した位置における可動ピストンと可動スプールとで形成される可変オリフィスの開口面積を、最大開口面積として設定するように構成することができる。
【００２２】
また、前記可動スプールに設けた固定オリフィスと可変オリフィスとの間には、さらに別の固定オリフィスを前記可動スプールに設けた構成とすることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る圧力調整弁の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図４および図５に示す従来の圧力調整弁と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図１は、本発明に係る圧力調整弁の一実施例を示すものである。すなわち、図１において、圧力調整弁は、ハウジング１０において、高圧室１２と低圧室１４とを遮断するように、スリーブ１８を介してハウジング１０に取付けられている。そして、前記スリーブ１８の先端には、シート１６の一端がハウジング１０の穴端に液密的にスリーブ１８の一端により押圧保持されており、このシート１６にはポペット２６が直径をｄ1 とする断面積で接している。
【００２５】
前記ポペット２６の他端には、圧縮ばね２０の一端が当接配置され、この圧縮ばね２０の他端は、可動ピストン２３の第２の段差部２３ｂに係止した座金４２を介して可動ピストン２３により支持されている。この可動ピストン２３は、スリーブ１８内に嵌装されたガイド４４の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されており、その閉塞側端部に液密的かつ着脱可能に取着されたプラグ５６のフランジ内側に設けた座金とガイド４４の一端であってストッパ部４４ａを形成する該一端との間に当接保持させた圧縮ばね４６を収納するばね座室４８を、その外周部に形成することにより、可動ピストンとして機能すると共に、その第１の段差部２３ａがガイド４４の上記ストッパ部４４ａに当接するまでの間隙Ｌを、圧縮ばね４６を圧縮しつつ図示の左方へ移動できるように構成されている。
【００２６】
また、前記ポペット２６には、ロッド部２６ａが一体的に設けてあり、高圧室１２の圧油はロッド部２６ａ内に設けた油路２６ｂと固定絞りとしての固定オリフィス２６ｄを経て油室３８へ導かれている。ロッド部２６ａは、その後端部を可動ピストン２３の内径部に液密的かつ摺動自在に支持されている。
【００２７】
一方、圧力補償スプールとしての可動スプール２８は、可動ピストン２３の内径部に摺動自在かつ液密的に支持されており、しかも圧縮ばね３０によって、図２に示すように、前記可動スプール２８の鍔部２９が、可動ピストン２３の内径段差部２３ｃに当接する位置で支持されている。また、前記可動スプール２８の油室４０は、前記油室３８と固定絞りとしての固定オリフィス３２を介して接続されている。さらに、前記可動ピストン２３の外周部に形成されたばね座室４８に対し、可動ピストン２３に設けた横穴５０と可動スプール２８に設けた溝５２の溝端５３によって形成される可変オリフィス５４および可動スプール２８に設けた横穴通路５５を介して接続されている。
【００２８】
しかるに、本実施例の圧力調整弁においては、前記可変オリフィス５４を形成する可動ピストン２３の横穴５０と、可動スプール２８の溝５２および横穴通路５５とにおいて、前記可変オリフィス５４の最大開口面積を、前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下となるように設定する。
【００２９】
次に、図１および図２に基づいて、本実施例における圧力調整弁の作動について説明する。
【００３０】
図１において、シート１６に当接するポペット２６の直径をｄ１とする断面積Ａ１は、ポペット２６のロッド部２６ａの直径をｄ２とする断面積Ａ２より大きく設定してあり、断面積Ａ２に作用する油圧力と、断面積Ａ１に作用する油圧力との差が、圧縮ばね２０の設定荷重を越えた時に、ポペット２６は図示の右方へ移動し、断面積Ａ１の部分が開口して、高圧室１２の圧油を低圧室１４へ流入させる。この過程で、高圧室１２の圧油は、ポペット２６のロッド部２６ａの油路２６ｂおよびオリフィス２６ｄを経て油室３８へ流入し、さらに固定オリフィス３２を経て油室４０へ流入する。
さらに、油室４０へ流入した圧油は、可変オリフィス５４、横穴５０を経てばね座室４８に至り、プラグ５６の背面側すなわち、図１のキャップ２４左端面側に流入してプラグ５６および可動ピストン２３を間隙Ｌだけ左行させるので、可動ピストン２３の第１の段差部２３ａはガイド４４のストッパ部４４ａに当接する。
【００３１】
しかるに、圧油が油室３８から油室４０へ流入する際、固定オリフィス３２で圧力降下が生じ、すなわち油室３８の圧力が油室４０の圧力に比較して高くなるので、この差圧による力が圧縮ばね３０の弾撥力に打ち勝って、可動スプール２８を図示の右方に移動させようとするが、可変オリフィス５４の開度が、図示の初期位置において既に開度が小さい場合には、高圧室１２の圧力が瞬時に上昇し、これが固定オリフィス２６ｄを経て油室３８へ流入して、可動スプール２８を図示の右方へ移動させようとする。
【００３２】
しかし、油室４０内の圧油は、可変オリフィス５４のみを介してばね座室４８へ流出し、かつ可変オリフィス５４は、適切に絞られているので、すなわちその最大開口面積が前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下に設定されているので、高圧室１２の圧力が瞬時に上昇しても、可動スプール２８はそのバランスする位置まで適切な移動速度で移動させることができ、油室３８の圧力が瞬時に低下することはない。従って、本実施例による圧力調整弁は、非常に安定した動作をするものとなる。
【００３３】
なお、前記可変オリフィス５４の開口面積を適切に設定する場合、例えば図３の（ａ）に示すように、可動スプール２８に設けた溝５２の溝幅に対し、比較的に大径の横穴５０ａを可動ピストン２３に設けると共に、可動スプール２８には、前記溝５２と連通する比較的に小径の横穴通路５５ｂを、可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下の開口面積とした固定オリフィスとして設定し、可変オリフィス５４としての最大開口面積が、前記横穴通路５５ｂによって規制されるように構成することができる。
【００３４】
また、代案として、図３の（ｂ）に示すように、可動スプール２８に設けた溝５２の溝幅に対し、比較的に大径の横穴通路５５ａを設けると共に、可動ピストン２３には、前記溝５２の溝幅に対して比較的に小径の横穴５０ｂとし、可変オリフィス５４としての最大開口面積が、前記可動スプール２８に設けた固定オリフィス３２の開口面積以下の開口面積となるように設定することもできる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係る圧力調整弁は、高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成し、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成し、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けてなる圧力調整弁において、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定する構成としたことにより、従来技術において発生することがあった作動時の不安定現象を完全に除去することができると共に、非常に安定した動作を行うと共に異常音等の発生のない静寂な動作を行う圧力調整弁を提供することができ、本発明に係る圧力調整弁を適用した建設機械は、非常に安定した操作を達成することができる等、多くの優れた利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力調整弁の一実施例を示す概略側面断面図である。
【図２】図１に示す圧力調整弁の要部拡大概略側面断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は図１に示す圧力調整弁における可動スプールと可動ピストンとの間に形成する可変オリフィスのそれぞれ異なる構成例を示す要部拡大概略側面断面図である。
【図４】従来の圧力調整弁の構成を示す概略側面断面図である。
【図５】図４に示す従来の圧力調整弁の作動状態を示す概略側面断面図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１０ａ ねじ部
１２ 高圧室
１４ 低圧室
１６ シート
１８ スリーブ
１８ａ ストッパ部
２０ 圧縮ばね
２２ ピストン
２２ａ 段差部
２３ 可動ピストン
２３ａ 第１の段差部
２３ｂ 第２の段差部
２４ キャップ
２６ ポペット
２６ａ ロッド部
２６ｂ 油路
２６ｃ 固定オリフィス
２６ｄ 固定オリフィス
２８ 可動スプール（圧力補償スプール）
２９ 鍔部
３０ 圧縮ばね
３２ 固定オリフィス
３８ 油室
４０ 油室
４２ 座金
４４ ガイド
４４ａ ストッパ部
４６ 圧縮ばね
４８ ばね座室
５０ 横穴
５０ａ 大径の横穴
５０ｂ 小径の横穴
５２ 溝
５３ 溝端
５４ 可変オリフィス
５５ 横穴通路
５５ａ 大径の横穴通路
５５ｂ 小径の横穴通路
５６ プラグ
Claims (1)
- 高圧室の圧油の圧力が設定値に達した際にポペットによる開弁動作を行って高圧室の圧油を低圧室に排出するよう構成し、前記高圧室の圧油を前記ポペットと一体的に構成したロッド部内に設けた油路を経て前記ポペットの背面よりばねを介して弾力的に保持するばね座室に導くと共に、このばね座室に可動ピストンを液密的かつ摺動自在に設け、前記高圧室の昇圧の過程で前記ばねの弾力に抗して前記可動ピストンを所定ストローク量移動させてその作動圧力を昇圧させ、前記可動ピストンが所定ストローク移動した後にストッパ部に当接して設定圧を定めるよう構成し、前記ロッド部内から前記ばね座室への圧油の流入通路には、前記可動ピストンの内径部に前記ポペットと同軸上に固定オリフィスを有する可動スプールを摺動自在かつ液密的に設けると共に前記可動スプールと前記可動ピストンとの相対移動によって流量調整を行う可変オリフィスを設けてなる圧力調整弁において、前記可動ピストンはスリーブ内に嵌装されたガイドの内径部に前記ポペットと相反する方向に圧縮ばねを介して弾力的に移動し摺動自在かつ液密的に設ける可動ピストンからなると共に、この可動ピストンの内径部に可動スプールを摺動自在かつ液密的に設け、前記可動ピストンと前記可動スプールとの相対移動によって形成される可変オリフィスの最大開口面積を、前記可動スプールに設けた固定オリフィスの開口面積以下に設定することを特徴とする圧力調整弁。
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