JP4578207B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、建設機械等に用いるのに最適な弁装置に関する。

この種の装置として特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この従来の装置は、ポンプにメータインバルブとメータアウトバルブとを接続するとともに、これら両バルブのそれぞれには互いに連通するブリードオフ通路を形成している。
特開２００３−１３０００５号公報

メータインバルブおよびメータアウトバルブのそれぞれにブリードオフ通路を形成しているので、メータインバルブおよびメータアウトバルブにおいて、ブリードオフ通路分だけスペースがとられることになる。このようにブリードオフ通路分だけスペースがとられてしまうと、それが各バルブにおける別のポートにしわ寄せがおよび、それらポートを十分に大きくとれなくなる。ポートを十分に大きくできなければ、それだけ圧力損失が大きくなり、ポンプ効率も悪くなる。もし、この圧力損失を小さくしようとすると、弁本体を大型化しなければならないが、弁本体を大型化すればするほど、例えば建設機械への搭載性が悪くなってしまう。

また、ブリードオフ通路を、メータインバルブおよびメータアウトバルブのそれぞれに設けているので、ブリードオフ通路の開口面積の制御は、それらバルブの切り換え量に依存することになる。そのために、ブリードオフ通路の開口面積を独立して制御することができないという問題もあった。

この発明の目的は、小型で圧力損失が少なく、しかも、各開口面積を独立して制御できる弁装置を提供することである。

補正
この発明は、ポンプに、その上流側から順に、ブリードオフバルブ、メータインバルブおよびメータアウトバルブを接続し、上記メータインバルブおよびメータアウトバルブのそれぞれは、センタークローズドとするとともに、上記メータインバルブと上記メータアウトバルブとを接続する接続通路の通路過程に、上記メータインバルブとアクチュエータとを接続する一対の供給流路を接続し、これら一対の供給流路には、上記メータインバルブから上記アクチュエータへの流通のみを許容するチェック弁を設け、上記メータインバルブをいずれかの方向に切り換えたとき、上記メータアウトバルブも上記メータインバルブの切り換え方向に対応して切り換わるとともに、それら両バルブの開口面積を独立に制御可能にし、上記両バルブを切換位置に保ったとき、上記ポンプの吐出流体が上記メータインバルブから上記一対の供給流路のうちいずれか一方の供給流路を経由して上記アクチュエータに供給されるとともに、このアクチュエータからの戻り流体が、上記メータアウトバルブおよびメータインバルブを経由してタンクに導かれる構成にした点に特徴を有する。

第１の発明によれば、メータインバルブとメータアウトバルブとをセンタークローズドにし、各バルブの開口面積を独立して制御することができるようにしたので、それだけエネルギー損失が少ない効率的な制御が可能になる。

また、メータインバルブおよびメータアウトバルブにブリードオフ通路を設けないようにしたので、ブリードオフ通路を必要としない分、両バルブにおける各通路を大きくでき、圧力損失も小さくできる。しかも、上記両バルブの通路を大きくしたとしても、弁本体までも大型化しなくてもすむので、相対的には、装置全体の小型化も可能になる。

図１〜図４はこの発明の実施形態を示すものであるが、先ず、図１の回路図をもとにして装置全体の構成を説明する。
ポンプＰに接続したポンプ流路１には、ブリードオフバルブ２およびメータインバルブＭｉをパラレルに接続している。そして、ブリードオフバルブ２は、ノーマル状態において全開位置を保つとともに、パイロット室２ａに作用するパイロット圧に応じてその開度が制御される。そして、当該ブリードオフバルブ２の開度に応じて、ポンプＰの吐出流量の一部がタンク通路３を介してタンクＴに戻される。

また、上記メータインバルブＭｉには、上記ポンプ流路１に接続した流入ポート４と、タンク通路３に連通する戻りポート５と、これら両ポート４あるいは５に対して連通したりその連通が遮断されたりする第１，２ポート６，７を設けている。このようにしたメータインバルブＭｉが図示の中立位置にあるとき、上記各ポート４，５と６，７とは、その連通が遮断されるいわゆるセンタークローズドの構成にしている。

そして、メータインバルブＭｉの両側にはパイロット室８，９を設けているが、いずれか一方のパイロット室にパイロット圧が作用すると、このメータインバルブＭｉが切り換わることになる。例えば、一方のパイロット室８にパイロット圧を作用させると、メータインバルブＭｉは図面左側位置に切り換わり、流入ポート４と第２ポート７とを連通させ、戻りポート５と第１ポート６とを連通させる。反対に、他方のパイロット室９にパイロット圧を作用させると、メータインバルブＭｉは図面右側位置に切り換わり、流入ポート４と第１ポート６とを連通させ、戻りポート５と第２ポート７とを連通させる。

上記のようにしたメータインバルブＭｉの第１，２ポート６，７には、接続通路１０，１１を連通させているが、この接続通路１０，１１は、供給通路１２，１３を介してアクチュエータであるシリンダＣに直接連通させるとともに、メータアウトバルブＭｏにも接続している。そして、上記供給通路１２，１３には、メータインバルブＭｉからシリンダＣへの流通のみを許容するチェック弁１４，１５を設けている。

さらに、上記メータアウトバルブＭｏは、上記メータインバルブＭｉの第１，２ポート６，７に連通する一対の連通ポート１６，１７と、シリンダＣに連通する一対のアクチュエータポート１８，１９とを設けている。

このようにしたメータアウトバルブＭｏは、それが図示の中立位置にあるとき、上記各ポート１６，１７と１８，１９とは、その連通が遮断されるいわゆるセンタークローズドの構成にしている。

そして、メータアウトバルブＭｏの両側にはパイロット室２０，２１を設けているが、いずれか一方のパイロット室にパイロット圧が作用すると、このメータアウトバルブＭｏが切り換わることになる。例えば、一方のパイロット室２０にパイロット圧が作用すると、メータアウトバルブＭｏは図面左側位置に切り換わり、一方のアクチュエータポート１８と一方の連通ポート１６とを連通させ、他方のアクチュエータポート１９と他方の連通ポート１７との遮断状態を保つ。反対に、他方のパイロット室２１にパイロット圧が作用すると、メータアウトバルブＭｏは図面右側位置に切り換わり、他方のアクチュエータポート１９と他方の連通ポート１７とを連通させ、一方のアクチュエータポート１８と一方の連通ポート１６との遮断状態を保つ。

今、例えば、ブリードオフバルブ２のパイロット室２ａ、メータインバルブＭｉのパイロット室８およびメータアウトバルブＭｏのパイロット室２０にパイロット圧を作用させると、ブリードオフバルブ２、メータインバルブＭｉおよびメータアウトバルブＭｏが図面左側位置に切り換わる。したがって、ポンプＰからの吐出された圧力流体は、ポンプ流路１を経由してメータインバルブＭｉの流入ポート４に流入する。そして、この流入ポート４に流入した圧力流体は、第２ポート７から接続通路１１に流出するとともに、この接続通路１１から供給流路１３を介してシリンダＣのボトム側室２２に供給される。したがって、このときのメータインバルブＭｉの開度によってメータイン制御が実行される。

一方、シリンダＣのロッド側室２３からの戻り流体は、アクチュエータポート１８から連通ポート１６を経由してメータインバルブＭｉの第１ポート６に流入する。そして、この第１ポート６に流入した戻り流体は、戻りポート５からタンク通路３を経由してタンクＴに戻される。したがって、このときのメータアウトバルブＭｏの開度によってメータアウト制御が実行される。

また、ブリードオフバルブ２のパイロット室２ａ、メータインバルブＭｉのパイロット室９およびメータアウトバルブＭｏのパイロット室２１にパイロット圧を作用させると、ブリードオフバルブ２は前記と同様に左側位置に切り換わる一方、メータインバルブＭｉおよびメータアウトバルブＭｏが図面右側位置に切り換わる。したがって、ポンプＰからの吐出された圧力流体は、ポンプ流路１を経由してメータインバルブＭｉの流入ポート４に流入する。そして、この流入ポート４に流入した圧力流体は、第１ポート６から接続通路１０に流出するとともに、この接続通路１０から供給流路１２を介してシリンダＣのロッド側室２３に供給される。したがって、このときのメータインバルブＭｉの開度によってメータイン制御が実行される。

一方、シリンダＣのボトム側室２２からの戻り流体は、アクチュエータポート１９から連通ポート１７を経由してメータインバルブＭｉの第２ポート７に流入する。そして、この第２ポート７に流入した戻り流体は、戻りポート５からタンク通路３を経由してタンクＴに戻される。したがって、このときのメータアウトバルブＭｏの開度によってメータアウト制御が実行される。
なお、メータインバルブＭｉとメータアウトバルブＭｏとは、互いに連動して切り換えられるが、それは図示していないコントローラが制御している。

また、ブリードオフバルブ２は、その時々のシリンダＣの起動圧力を制御するためのものであり、目的とする起動圧力に応じてパイロット室２ａのパイロット圧を制御するものである。そして、このブリードオフバルブ２は、それ自体単独での制御が可能なので、純粋にシリンダＣの起動圧力だけを基準に、パイロット圧すなわちその開度を制御することができる。

上記の回路構成を弁本体Ａに実現した例が、図２〜図４である。図２は、弁本体ＡにメータインバルブＭｉのスプール２４と、メータアウトバルブＭｏのスプール２５とを平行に設けるとともに、メータインバルブＭｉよりも上流側になる関係位置にブリードオフバルブ２のスプール２６を設けたものである。

そして、上記弁本体Ａには、ポンプＰに連通するポンプ流路１を形成するとともに、このポンプ流路１をブリードオフバルブ２のポート２７に連通している。また、上記スプール２６はその一端をパイロット室２ａに望ませるとともに、このパイロット室２ａにはスプリング２８を介在させている。したがって、パイロット室２ａにパイロット圧が作用していないときには、上記スプリング２８のバネ力の作用で、ブリードオフバルブ２は図示のノーマル位置を保つ。このノーマル位置において、スプール２６に形成した環状溝２９が上記ポート２７とタンク通路３との両方に連通する。

したがって、ポンプＰから吐出された圧力流体は、ポート２７→環状溝２９→タンク通路３（図１に符号があります）を経由してタンクＴに戻される。そして、パイロット室２ａにパイロット圧が作用すると、スプール２６が図面右方向に移動するので、その移動量に応じてノッチ２９ａ開度が小さくなる。このようにして、上記連通開度を制御してブリードオフの流量を制御するようにしている。言い換えると、メータインバルブＭｉやメータアウトバルブＭｏの制御とは無関係に、パイロット室２ａのパイロット圧を制御することによって、ブリードオフバルブ２の開度を制御することができる。

一方、メータインバルブＭｉは、図３に示すように、スプール２４に、第１，２環状凹部３０，３１を形成するとともに、ポンプ流路１に常時連通する中継流路３２を形成している。そして、この中継流路３２は流入ポート４に連通している。このようにしたスプール２４の両端はパイロット室８，９に臨ませている。なお、一方のパイロット室９にはセンタリングスプリング３３を介在させている。そして、スプール２４がセンタリングスプリング３３のバネ力の作用で、図示の中立位置にあるとき、スプール２４に形成した第１，２環状凹部３０，３１が、第１，２ポート６，７に対応し、第１，２ポート６，７、流入ポート４および戻りポート５とは完全に食い違っている。したがって、流入ポート４に流入している圧力流体は第１，２ポート６，７に供給されないとともに、第１，２ポート６，７がタンク通路３にも連通しない。上記のように第１，２ポート６，７に圧力流体が供給されないので、図１に示すように、供給流路１２，１３にも圧力流体が供給されない。

メータインバルブＭｉのパイロット室９にパイロット圧を作用させると、メータインバルブＭｉのスプール２４が図面右方向に移動し、第１環状凹部３０を介して流入ポート４と第１ポート６とを連通させるとともに、第２環状凹部３１を介して、第２ポート７と戻りポート５とを連通させる。

また、他方のパイロット室８にパイロット圧が作用したときには、スプール２４が図面左方向に移動し、第２環状凹部３１を介して中継流路３２と、第２ポート７および供給通路１３とを連通させるとともに、第１環状凹部３０を介して、第１ポート６と戻りポート５とを連通させる。

さらに、上記第１，２環状凹部３０，３１には、一対の制御ノッチ３４，３５を形成している。そして、これら制御ノッチ３４，３５は、中継流路３２が第１，２ポート６，７側に開く方向に対して前方となる第１，２環状凹部３０，３１のエッジ部分に形成している。このように制御ノッチ３４，３５を形成することによって、流入ポート４から第１環状凹部３０，あるいは流入ポート４から第２環状凹部３１に圧力流体が流入するとき、制御ノッチ３４，３５が機能することになるが、このように第１，２環状凹部３０，３１に流入する側に制御ノッチ３４，３５を形成することによって、流体力の発生を最小限に抑えることができる。

また、メータアウトバルブＭｏは、図４に示すように、スプール２５に、第１，２環状凹部３６，３７を形成している。このようにしたスプール２５の両端はパイロット室２０，２１に臨ませている。なお、一方のパイロット室２１にはセンタリングスプリング３８を介在させている。そして、スプール２５がセンタリングスプリング３８のバネ力の作用で、図示の中立位置にあるとき、スプール２５に形成した第１，２環状凹部３６，３７が連通ポート１６，１７に対応し、アクチュエータポート１８，１９とは完全に食い違っている。アクチュエータポート１８，１９と連通ポート１６，１７とはその連通が遮断された状態にある。

メータアウトバルブＭｏのパイロット室２１にパイロット圧を作用させると、メータアウトバルブＭｏのスプール２５が図面右方向に移動するが、このときにはアクチュエータポート１８と連通ポート１６との連通が遮断された状態を維持しつつ、第２環状凹部３７を介してアクチュエータポート１９と連通ポート１７とを連通させる。

また、他方のパイロット室２０にパイロット圧が作用したときには、スプール２５が図面左方向に移動するが、このときにはアクチュエータポート１９と連通ポート１７との連通が遮断された状態を維持しつつ、第１環状凹部３６を介してアクチュエータポート１８と連通ポート１６とを連通させる。

さらに、上記第１，２環状凹部３６，３７には、一対の制御ノッチ３９，４０を形成している。そして、これら制御ノッチ３９，４０は、アクチュエータポート１８，１９が連通ポート１６，１７側に開く方向に対して前方となる第１，２環状凹部３６，３７のエッジ部分に形成している。このように制御ノッチ３９，４０を形成することによって、メータインバルブＭｉの場合と同様に、流体力の発生を最小限に抑えることができる。

この発明の実施形態を示す回路図である。 上記実施形態の断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。

符号の説明

Ｐ ポンプ
１ ポンプ流路
２ ブリードオフバルブ
Ｍｉ メータインバルブ
Ｔ タンク
４ 流入ポート
５ 戻りポート
６ 第１ポート
７ 第２ポート
１０，１１ 接続通路
Ｃ アクチュエータとしてのシリンダ
１２，１３ 供給流路
１４，１５ チェック弁
Ｍｏ メータアウトバルブ
１６，１７ 連通ポート
１８，１９ アクチュエータポート
Ａ 弁本体
２４，２５ スプール
３０ 第１環状凹部
３１ 第２環状凹部
３４，３５ 制御ノッチ
３６ 第１環状凹部
３７ 第２環状凹部
３９，４０ 制御ノッチ

Claims (4)

1. ポンプに、その上流側から順に、ブリードオフバルブ、メータインバルブおよびメータアウトバルブを接続し、上記メータインバルブおよびメータアウトバルブのそれぞれは、センタークローズドとするとともに、上記メータインバルブと上記メータアウトバルブとを接続する接続通路の通路過程に、上記メータインバルブとアクチュエータとを接続する一対の供給流路を接続し、これら一対の供給流路には、上記メータインバルブから上記アクチュエータへの流通のみを許容するチェック弁を設け、上記メータインバルブをいずれかの方向に切り換えたとき、上記メータアウトバルブも上記メータインバルブの切り換え方向に対応して切り換わるとともに、それら両バルブの開口面積を独立に制御可能にし、上記両バルブを切換位置に保ったとき、上記ポンプの吐出流体が上記メータインバルブから上記一対の供給流路のうちいずれか一方の供給流路を経由して上記アクチュエータに供給されるとともに、このアクチュエータからの戻り流体が、上記メータアウトバルブおよびメータインバルブを経由してタンクに導かれる構成にした弁装置。
2. 上記ブリードオフバルブのスプールと、上記メータインバルブのスプールと、上記メータアウトバルブのスプールとを、間隔を保って弁本体に設けた請求項１記載の弁装置。
3. 上記メータインバルブは、ポンプ流路に連通する流入ポートと、タンクに連通する戻りポートと、上記メータアウトバルブおよび供給流路に連通する第１，２ポートと、中立位置において上記第１，２ポートと上記流入ポートあるいは上記戻りポートとの連通を遮断し、いずれかに切り換えたとき上記第１，２ポートを上記流入ポートあるいは上記戻りポートに連通させるスプールとを備え、上記スプールに形成した環状凹部には、その環状凹部が上記各ポート側に開く方向に対して前方となるエッジ部分に制御ノッチを形成した請求項１または２記載の弁装置。
4. 上記メータアウトバルブは、上記メータインバルブの第１，２ポートに連通する一対の連通ポートと、上記アクチュエータに連通する一対のアクチュエータポートと、中立位置において上記一対の連通ポートと上記アクチュエータポートとの連通を遮断し、いずれかに切り換えたとき上記一対のアクチュエータポートのうち一方のアクチュエータポートを上記一対の連通ポートのうち一方の連通ポートに連通させるスプールとを備え、上記スプールに形成した環状凹部には、その環状凹部が上記各ポート側に開く方向に対して前方となるエッジ部分に制御ノッチを形成した請求項１または２記載の弁装置。

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