JP4199221B2

JP4199221B2 - ディテント付き制御弁

Info

Publication number: JP4199221B2
Application number: JP2005248323A
Authority: JP
Inventors: 政浩松尾; 登伊藤
Original assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Current assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2007064271A

Description

本発明は、ケーシング内でスライド移動してディテントされたスプールを自動的にディテント解除するディテント付き制御弁に関するものである。

従来、農業機械等のアクチュエータの作動を制御する制御弁として、ケーシングに内挿されたスプールがスプリングに抗して移動された状態で一時的に位置決め保持されるディテント（戻り止め）機構を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は一般的なディテント付き制御弁１を含む油圧回路図であり、油圧ポンプから供給される圧油の経路がディテント付き制御弁１で制御されてＡポートあるいはＢポートより圧油が吐出されるようになっている。図７はそのディテント付き制御弁１の断面図を示す。ディテント付き制御弁１は、ポンプ流路８ａおよびタンク流路８ｂを有するケーシング８内でスプール１０をスライドさせることでＡポート８ｃおよびＢポート８ｄの開閉制御を行う制御弁本体２を有している。その制御弁本体２の側方には、制御弁本体２のスプール１０を中立位置に付勢する中立付勢部３と、中立位置から移動したスプール１０をディテントして且つその状態から暫くして自動的にディテント解除させる自動解除ディテント部４とが設けられている。

図７に示すように、自動解除ディテント部４は、スプール１０の右側にネジ留めされたスペーサボルト１２をディテントするディテント部５と、ディテント部５に圧油を供給してディテント解除を行う高圧リリーフ弁６と、ディテント部５の油圧を制限する低圧リリーフ弁７とを備えている。ポンプ２５からの圧油がポンプ流路８ａを流れてフィルタ２０を介して高圧リリーフ弁６に作用することで当該流路の圧力が設定圧を超えると、ポペット１８がバネ２３に抗してシート１９より離れ、カバー１１の油通路１１ａを介して圧油がディテント部５の段差空間１７に供給される。段差空間１７に圧力が負荷されるとディテントピストン１５が右側にスライドし、ディテントブッシュ１３の位置決め孔１３ａに配置された鋼球１４がスペーサボルト１２から離反する外側に退避可能となり、スペーサボルト１２の環状凸部１２ａ、１２ｂの係止（ディテント）が解除される構成となっている。段差空間１７の圧力がさらに上昇すると、油通路１１ａ、１１ｂを通じて低圧リリーフ弁７のプランジャ２１がバネ２４に抗してシート２２から離されて圧油がタンクＴへとドレンされることで圧力上昇は制限される。
特公平２−２５０７１号公報

しかしながら、高圧リリーフ弁６と低圧リリーフ弁７の両方とも、圧油がポペット１８やプランジャ２１をシート１９、２２から離反させて流出することでディテント部５の動作を制御しているが、ポペット１８やプランジャ２１をシート１９、２２から押し離して圧油が流れ込むタイプの弁は、油温の違いによる粘性変化で圧油の流れが変動し易く、ディテント解除圧力が一定になりにくい。また、ポペット１８やプランジャ２１をシート１９、２２に着座させるリリーフ弁６、７を用いる場合には、圧油中にゴミが混入してポペット１８及びプランジャ２１のシート１９、２２に対するシール性が悪化するのを防止するため、上流にフィルタ２０を設ける必要が生じ、部品点数が増大してコストアップとなる問題もある。

従って、本発明は、部品点数の低減及びコストダウンを図ると共にディテント解除圧力を一定にすることを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るディテント付き制御弁は、複数のポートを有するケーシングに内挿された第１スプールをスライドさせて前記各ポートの開閉を行う制御弁本体に前記第１スプールを係止してディテントするディテント部が付設され、ポンプからの圧油がシーケンス弁を介して前記ディテント部に供給されることでディテントが解除される制御弁であって、前記シーケンス弁には大径部と小径部を有する第２スプールがスライド可能に内挿され、該第２スプールは前記大径部の小径部側の段差側面にポンプ流路が臨むように付勢され、前記段差側面に負荷される圧力が所定値以上になり前記第２スプールが大径部側に移動することでポンプ流路が前記ディテント部に連通してディテント解除動作がなされる構成であり、前記シーケンス弁から前記ディテント部へ圧油が供給される油通路にはタンク流路が連通され、該タンク流路には絞りが介設され、前記第２スプールは、軸線方向に貫通された内部流路と、前記第２スプールが大径部側に移動した際に前記ポンプ流路を前記内部流路に連通させる導入流路とを備え、前記内部流路の前記小径部側の一端開口は、前記油通路に連通する空間に面することで前記ディテント部に連通され、前記内部流路の前記大径部側の他端開口は、前記絞りに連通する空間に面することで前記タンク流路に連通されていることを特徴とする。

このようにすると、第２スプールの段差側面に加わる圧力の大きさで第２スプールの移動が決定され、大きな油の流れを伴うことなく第２スプールが始動するので、油温の違いに伴う粘度変化によるディテント解除圧力の変動を低減することができる。また、前記シーケンス弁はスプール方式を使用しており、ポペットをシートで受けるタイプを採用しておらず、圧油中の不純物によるシール性悪化をあまり気にせずに済むため、シーケンス弁の上流にフィルタを設ける必要がなくなり、部品点数及びコストを低減することができる。

また、ディテント部に供給される圧油が絞りを介して少量ずつタンクへとドレンされるので、ディテント部へ供給する圧力が高くなり過ぎるのを防止することができる。かつ、絞りによりタンクへの排出量は制限されているので、ディテント部に供給する圧力が低くなり過ぎることも防止できる。

また、第２スプールが大径部側に移動した際に、ポンプ圧が導入流路及び内部流路を通じて絞りの上流側の空間に加わって第２スプールの大径部側の端面に負荷され、第２スプールを小径部側に押し戻す作用が働き、ディテント部を自動的にディテント状態へとリセットすることができる。

前記ディテント部は、前記第１スプールを位置決めする係止部材と、前記ポンプ流路からの圧油により往復運動して前記係止部材に係止／解除を行わせるディテントピストンとを備えていてもよい。

このようにすると、シーケンス弁を介して供給される圧油により第１スプールをディテントあるいはディテント解除させることを簡素な構成で安価に実現することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第２スプールの段差側面に加わる圧力の大きさで第２スプールの移動が決定され、第２スプールの始動時に殆ど油の流れがないので、油温の違いに伴う粘度変化によるディテント解除圧力の変動を低減することができる。また、前記シーケンス弁はスプール方式を使用しているので、シーケンス弁の上流にフィルタを設ける必要がなくなり、部品点数及びコストを低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本実施形態に係るディテント付き制御弁３０を含む油圧回路図である。図２はディテント付き制御弁３０の中立位置における要部断面図である。図１及び図２に示すように、ディテント付き制御弁３０は、前記図７と同構造でＡポートとＢポートの切り換えを行う制御弁本体２を有し、その側方に動作制御部５０が取り付けられている。この動作制御部５０には、制御弁本体２の第１スプール１０（図２参照）を中立位置に付勢する中立付勢部３と、中立位置から移動した第１スプール１０をディテントして且つその状態から暫くして自動的にディテント解除させる自動解除ディテント部３１とが設けられている。

自動解除ディテント部３１は、第１スプール１０をディテントするディテント部３２と、ディテント解除を制御するシーケンス弁３３と、シーケンス弁３３とタンク流路８ｂとの間に設けられる絞り３４とを備えている。また、制御弁本体２のＡポートにはロジック弁２６が介設されていると共にポンプ流路８ａの上流側には逆止弁２７が設けられている。なお、図１中のN_１、N_２はスルー回路を表している。

図２に示すように、中立付勢部３では、カバー３７の中立空間３７ａに第１スプール１０にネジ留めされたスペーサボルト１２とが挿通されており、その連結部分にある凹部１２ｃの両側面には対向する一対のバネ座４０、４２の一端が当接配置されている。これらバネ座４０、４２がスプリング４１により互いに離反する方向に付勢されることで、バネ座４０、４２の他端が中立空間３７ａの両側壁に当接し、第１スプール１０を中立位置に付勢している。また、中立空間３７ａのケーシング８との境界にはワッシャ３８とパッキン３９が設けられている。

ディテント部３２では、中立空間３７ａの右側に小径空間３７ｂを介して連通されたディテント空間３７ｃにスペーサボルト１２の一端側が挿通されており、そのスペーサボルト１２の外周に所定間隔をあけて第１環状凸部１２ａと第２環状凸部１２ｂとが設けられている。スペーサボルト１２の外側ではディテント空間３７ｃに筒状のディテントブッシュ１３が内嵌されており、ディテントブッシュ１３の位置決め孔１３ａには鋼球１４（係止部材）が径方向に進退可能に配置されている。ディテントブッシュ１３の外側には筒状のディテントピストン１５が外嵌されており、スプリング１６で鋼球１４側に向けて付勢されている。ディテントピストン１５の左端には鋼球１４と接するテーパ面１５ａが設けられている。

ディテントピストン１５の右側の外周には外径を拡大させる段差部１５ｂが設けられ、ディテント空間３７ｃの内壁面との間にＯリング４４とバックアップリング４５が設けられている。ディテント空間３７ｃの内壁面には段差部１５ｂとラップして段差空間４３を形成するように内径が拡大された段差部３７ｄが設けられている。この段差空間４３は油通路３７ｆを介してシーケンス弁３３に連通されており、シーケンス弁３３は絞り３４を介してタンク流路８ｂに連通されている。また、絞り３４の外周にはケーシング８との境界においてＯリング４８が設けられている。

シーケンス弁３３では、油通路３７ｆ及びタンク流路８ｂに連通する弁空間３７ｅに第２スプール４６がスライド可能に内挿されている。第２スプール４６は、油通路３７ｆに面して先端側が縮径する小径部４６ａと、小径部４６ａより外径が大きい大径部４６ｂと、小径部４６ａと大径部４６ｂとの間に設けられた環状凹部４６ｃと、大径部４６ｂより小径で絞り３４に向けて突出する突出部４６ｄとを備えている。第２スプール４６の軸線方向には内部流路４６ｆが貫通されており、その一端開口４６ｋは油通路３７ｆに面する第１空間Ｓ１に連通しており、他端開口４６ｍは絞り３４に面する第３空間Ｓ３に連通している。

また、ポンプ流路８ａと連通してカバー３７に形成されたポンプ流路３７ｇは、第２スプール４６がスプリング４７により第１空間Ｓ１側に付勢された閉鎖時において、第２スプール４６の環状凹部４６ｃに臨むように配置されている。その際、ポンプ流路３７ｇは、大径部４６ｂ及び小径部４６ａの環状凹部４６ｃ側の段差側面４６ｇ、４６ｎを包含するように連通されている。また、小径部４６ａの外周には内部流路４６ｆに直交して連通する導入流路４６ｅが開口している。この導入流路４６ｅは、第２スプール４６がスプリング４７により第１空間Ｓ１側に付勢されている状態では閉じており、第２スプール４６がスプリング４７に抗して第３空間Ｓ３側に移動したときにポンプ流路３７ｇと連通するよう配置されている。

次に、ディテント付き制御弁３０の作用について説明する。図３はディテント付き制御弁３０のディテント状態における要部断面図である。図４はディテント付き制御弁３０のディテント解除状態における要部断面図である。図２の中立位置の状態から運転者が操作レバー（図示せず）を操作するのに連動してスプール１０が図中右側にスライド移動すると、スペーサボルト１２の第１環状凸部１２ａからの負荷が鋼球１４を介してディテントピストン１５のテーパ部１５ａに伝達され、ディテントピストン１５がスプリング１６に抗して図中右側に移動する。これにより、鋼球１４が位置決め孔１３ａ内で径方向の外側に退けられ、第１環状凸部１２ａが鋼球１４より右側に通過する。図３に示すように、鋼球１４が第１環状凸部１２ａを乗り越えると、スプリング１６の付勢力によりディテントピストン１５が復帰してテーパ部１５ａで再び鋼球１４をスペーサボルト１２側に押し付け、第１環状凸部１２ａを係止して第１スプール１０をディテント（戻り止め）する。

その後、図４に示すように、ポンプ２５からポンプ流路８ａ、３７ｇを介してシーケンス弁３３の環状凹部４６ｃに作用する圧油の圧力が所定値以上になると、後で詳述するように第２スプール４６の大径部４６ｂの段差側面４６ｇを図中左側に向けて負荷する圧力が増大して第２スプール４６がスプリング４７に抗して左側に移動する。そうすると、第２スプール４６の導入流路４６ｅがポンプ流路３７ｇと連通し、ポンプ流路３７ｇからの圧油が内部流路４６ｆを介して第１空間Ｓ１および第３空間Ｓ３に供給される。第１空間Ｓ１に加わった圧力は油通路３７ｆを介してディテント部３２の段差空間４３に負荷され、その圧力がディテントピストン１５の段差部１５ｂに作用してディテントピストン１５が図中右側にスライド移動する。その際、ディテント部３２に供給される圧油が絞り３４を介して少量ずつタンクＴへとドレンされるので、ディテント部３２へ負荷される圧力が高圧になり過ぎることが防止される。しかも、絞り３４によりタンクＴへの圧油の排出量は制限されるので、ディテント部３３に負荷される圧力が弱くなり過ぎることも防止される。

次いで、ディテントピストン１５が図中右側に移動してテーパ部１５ａが鋼球１４から離反し、鋼球１４が位置決め孔１３ａ内で径方向の外側に退避可能となることで、中立付勢部３の働きによりスペーサボルト１２の第１環状凸部１２ａが鋼球１４を越えて図中左側に移動させられ、第１スペーサ１０が中立位置に自動復帰する。

第２スプール４６が図中左側に移動した後は、第２スプール４６の導入流路４６ｅがポンプ流路３７ｇと連通して、第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３が同一圧力になることで、スプリング４７による付勢力が勝って第２スプール４６が再び右側に移動して導入流路４６ｅが閉じられる。これにより、ディテント部３２の段差空間４３にポンプ圧が負荷されなくなり、ディテントピストン１５がテーパ部１５ａで鋼球１４をスペーサボルト１２側に押し付けるようにスプリング１６の付勢力で復帰し、ディテント部３２を自動的にディテント状態へとリセットする。

次に、第２スプール４６の作動原理について図５を参照しながら詳説する。なお、図５では説明の簡略のために環状凹部４６ｃを省略している。導入流路４６ｅが閉じた状態から第２スプール４６が第３空間Ｓ３側に移動する際の第２スプール４６の軸線方向の圧力バランスは、以下の数式１で表される。

Ｐ_１Ａ_１＋Ｐ_０Ａ_０＞Ｐ_１Ａ_２＋Ｆ_Ｓ・・・（数式１）
但し、Ｐ_１は第１空間Ｓおよび第３空間Ｓ３の圧力、Ａ_１は第１空間Ｓ１における第２スプール４６の端面４６ｈの面積、Ｐ_０はポンプ圧、Ａ_０は第２空間Ｓ２における大径部４６ｂの段差側面４６ｇの面積、Ａ_２は第３空間Ｓ３における端面４６ｉ、４６ｊの面積、Ｆ_ｓはスプリング４７による付勢力を表している。

そして、以下の数式２の関係を数式１に代入すると、
Ａ_０＋Ａ_１＝Ａ_２・・・（数式２）
以下の数式３の関係が導き出される。

Ｐ_０＞Ｐ_１＋Ｆ_Ｓ／Ａ_０・・・（数式３）
即ち、ポンプ２５からの圧力が高まって第２空間Ｓ２におけるポンプ圧Ｐ_０が数式３を満たすように高圧になると、第２スプール４６がスプリング４７に抗して図中左側にスライド移動する。

さらに、第２スプール４６が移動して導入流路４６ｅがポンプ流路８ａ、３７ｇと連通すると、Ｐ_０＝Ｐ_１となるので、数式３の関係が満たされず、第２スプール４６が右側にスライドして戻り、導入流路４６ｅが閉じられる。即ち、ポンプ圧が導入流路４６ｅおよび内部流路４６ｆを通じて絞り３４の上流側の第３空間Ｓ３に加わって第２スプール４６の大径部４６ｂ側の端面４６ｉ、４６ｊに負荷されることで、第２スプール４６を小径部４６ａ側に押し戻す作用が働き、ディテント部３２を自動的にディテント状態へとリセットする。

以上の構成とすると、第２スプール４６の大径部４６ｂの段差側面４６ｇに加わる圧力の大きさで第２スプール４６の移動が決定され、大きな油の流れを伴うことなく第２スプール４６が始動するので、油温の違いに伴う粘度変化によるディテント解除圧力の変動を低減することができる。また、シーケンス弁３３はスプール方式を使用しており、ポペットをシートで受けるタイプではないため、圧油中の不純物によるシール性悪化をあまり気にせずに済み、シーケンス弁３３の上流にフィルタを設ける必要がなくなる。

以上のように、本発明に係るディテント付き制御弁は、ディテント解除圧力が安定し、部品点数及びコストも低減される優れた効果を有し、このような制御弁等に適用するのに適している。

本発明の実施形態に係るディテント付き制御弁を含む油圧回路図である。図１に示すディテント付き制御弁の中立位置における要部断面図である。図１に示すディテント付き制御弁のディテント状態における要部断面図である。図１に示すディテント付き制御弁のディテント解除状態における要部断面図である。第２スプールの作動原理を示す模式図である。従来例のディテント付き制御弁を含む油圧回路図である。従来例のディテント付き制御弁の断面図である。

符号の説明

２ケーシング
３中立付勢部
８ａ、３７ｇポンプ流路
８ｂタンク流路
１０第１スプール
１２スペーサボルト
１３ディテントブッシュ
１４鋼球（係止部材）
１５ディテントピストン
１６、４７スプリング
２５ポンプ
３０ディテント付き制御弁
３１自動解除ディテント部
３２ディテント部
３３シーケンス弁
３４絞り
３７ｆ油通路
４３段差空間
４６第２スプール
４６ａ小径部
４６ｂ大径部
４６ｃ環状凹部
４６ｅ導入流路
４６ｆ内部流路
４６ｇ段差側面
Ｔタンク

Claims

複数のポートを有するケーシングに内挿された第１スプールをスライドさせて前記各ポートの開閉を行う制御弁本体に前記第１スプールを係止してディテントするディテント部が付設され、ポンプからの圧油がシーケンス弁を介して前記ディテント部に供給されることでディテントが解除される制御弁であって、
前記シーケンス弁には大径部と小径部を有する第２スプールがスライド可能に内挿され、該第２スプールは前記大径部の小径部側の段差側面にポンプ流路が臨むように付勢され、前記段差側面に負荷される圧力が所定値以上になり前記第２スプールが大径部側に移動することでポンプ流路が前記ディテント部に連通してディテント解除動作がなされる構成であり、
前記シーケンス弁から前記ディテント部へ圧油が供給される油通路にはタンク流路が連通され、該タンク流路には絞りが介設され、
前記第２スプールは、軸線方向に貫通された内部流路と、前記第２スプールが大径部側に移動した際に前記ポンプ流路を前記内部流路に連通させる導入流路とを備え、
前記内部流路の前記小径部側の一端開口は、前記油通路に連通する空間に面することで前記ディテント部に連通され、
前記内部流路の前記大径部側の他端開口は、前記絞りに連通する空間に面することで前記タンク流路に連通されていることを特徴とするディテント付き制御弁。
前記ディテント部は、前記第１スプールを位置決めする係止部材と、前記ポンプ流路からの圧油により往復運動して前記係止部材に係止／解除を行わせるディテントピストンとを備えている請求項１に記載のディテント付き制御弁。