JPH02163503A - 負荷圧力補償型ロジック弁の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、建設機械等に使用される油圧制御弁の流量制
御部分に適用されるスプリング室圧力制御型ロジック弁
の制御回路に関するものである。

（従来の技術） 第４図、第５図および第７図に基づき、従来のスプリン
グ室圧力コントロール型ロジック弁の制御回路を説明す
る。

第４図において、１はメータリング型ロジック弁であり
、このロジック弁１の負荷側に入口室２が設けられ、ま
た、ロジック弁１のテーバ部１ａに対向するシート３０
によって、タンクに連通された側方排出通路３と側室４
とが区画形成されている。さらに、ロジック弁１の反人
口室側にスプリング室５が設けられ、このスプリング室
５にスプリング６が嵌着され、このスプリング６によっ
て前記デーパ部１ａがシート３０に押接されている。前
記入口室２の内径、スプリング室５の内径およびシー１
へ３０の内径は同径（φＤ３）に形成されている。

前記スプリング室５に通路７を介して、パイロワ１〜ス
プール１１６の局面に対し形成された油室８が連通され
ている。このパイロン１−スプール１１６はスプリング
室５の圧力を制御するだめの制御弁であり、このパイロ
ットスプール１１６の一端に油室１０が設りられるとと
もに、他端にタンクに連通された排油室１１が設【プら
れ、この排油室１１に嵌着されたスプリング１２によっ
て前記パイロワ１〜スプール１１６が油室１０側に押圧
されている。このパイロットスプール１１６の周面には
ノツチ１１６Ａが設けられている。

前記油室１０には油圧パイロット弁（減圧弁）１９の二
次側が接続され、−次側には油圧パイロン１〜ポンプ２
０およびリリーフ弁２１が接続されている。

前記ロジック弁１の入口室２には負荷Ｗが作用するアク
チコエータ１５のヘッド側１５ａが接続連通されている
。

また、前記ロジック弁１の内部には中心オリフィス２２
が設けられ、ざらに、このロジック弁１の入口室２と摺
動する部分には半径方向に穿設された入口部オリフィス
群２３が設けられている。

この第４図に示される従来のロジック弁制御回路におい
て、ロジック弁１０入ロ部オリフィス群２３および中心
オリフィス２２を通過する流量をそれぞれＱ＋−、Ｑと
し、中心オリフィス２２の開口面積をＡＯとし、スプー
ル１１６のノツチ１１６Ａの開口面積をΔＸどし、ロジ
ック弁１の入口室２およびスプリング室５の断面積を共
にＡとし、ロジック弁１０入口室２の圧力および側方υ
１出通路３の圧力をそれぞれｐｉｎ、ｐｔとし、ロジッ
ク弁１の入口部オリフィス群２３の開口面積をＡ　（Ｘ
）とづると、次式が成立つ。

ＱＬ＝Ｃ・＾（×）・Ｕ―弔フ直了回　１１．■ｑ　＝
Ｃ−八ｘ−ｏ　　　　　ＡＯ２十へＸ２　））Ｐ　　ｉ
ｎ−２／ρ・・■ Ａｘ（開口）−＾ｏ−ｆ７−丁＝ゴ薯−７丁　　　　・
・・■ｒ＝１−　　（ｋ−Ｘｏ／Ａ　−Ｐｉｎ）　　　
　　　　　　　−■但し、Ｃば流量係数、ρは作動油密
度、ｋはスプリング６のばね定数、ＸＯは入口部オーリ
フイス群２３が開口し始めるときのスプリング６の自由
高さよりの圧縮長である。

前記各式を第５図で説明すると、外部にある油圧パイロ
ワ１〜弁１９の二次圧を油室１０に受けて、パイロット
スプール１１６はスプリング１２に抗してストロークす
る。これによりノツチ１１６Ａが開口し、面積特性△×
が示される。ノツチ１１６Ａの間口面積が大きくなるに
つれてロジック弁１の入口流量Ｑ１−が増加するが、０
式および０式より明らかなように、入口室２の圧力Ｐｉ
ｎが大ぎくなるにつれて、ロジック弁１の流ｉｔ　Ｑ　
ｌ−の流出づるときのパイロットスプール１１６のノツ
チ１１６への開度としての開始点△×　（開口）かに→
１−→Ｎとずれてゆくことがわかる。このため、各開始
点のノツチ１１６Ａの開度を現出させるだめの油圧パイ
ロット弁１９の二次圧もそれぞれＧ→Ｒ→Ｅとすれ、し
たがって、パイロット弁操作レバーストロークもＣ−＋
Ｓ→Ａと移動する。

（発明が解決しようとする課題） 第７図は、この間の特性のずれを第５図を基にして明確
となるように書き直したものである。

すなわち、ロジック弁入口室２の圧力Ｐｉｎが小→中→
大と変化すると、油圧パイロット弁１９の操作レバーの
ストロークにおいて、流量調整ゲインおよび流量の立上
り点のずれ変化が著しいことがわかる。これは、ロジッ
ク弁１の流量制御において大ぎな欠陥であると言える。

本発明は、スプリング室圧力コントロール型ロジック弁
の開口点および流量制御上の負荷圧力に対する過大な感
度及びそれによる制御性の難点を克服することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、油圧制御弁の流１制御部分に適用され負荷圧
力が導入される入口室２を有するロジック弁１と、この
ロジック弁１に設けられたオリフィス２２を経て入口室
２から反対側のスプリング室５に導入された流体を制御
するパイロットスプール１６．１８ど、このパイロン１
−スプールに対しパイロットスプールのスプリング１２
に抗する方向の圧力を供給づ−る外部操作可能のパイロ
ット弁１９とによって構成されたロジック弁の制御回路
において、前記スプリング室５の圧力を検出づる一方の
検出通路７１〕と、前記入口室２の負荷圧力を検出する
他方の検出通路１４と、前記一方の検出通路７ｂを粁で
導入された圧力をパイロワ１〜スプール１６に対しその
スプリング力と対向する軸方向に印加する一方の圧力室
９と、前記他方の検出通路１４を経て導入された負荷圧
力をパイロットスプール１８に対しそのスプリング力と
同一の軸方向に印加する他方の圧力室１３どによって構
成された負荷圧力補償型ロジック弁の制御回路である。

（作用） 本発明は、前記オリフィス２２を介して位置する入口室
２とスプリング室５との間で差圧が生じた場合、その差
圧が前記二つの検出通路７ｂ、　１４を経てパイロット
スプールｉｅ、　ｉａに作用し、この差圧と、外部操作
されるパイロット弁１９からの信号圧力と、前記スプリ
ング１２の力とが、パイロットスプール１６の軸方向の
力関係でつり合うので、このつり合いを利用してロジッ
ク弁１の入口室２にお１プる負荷圧力の絶対値に影響を
受けない安定したロジック弁ストローク制御を行なう。

（実施例） 以下、本発明を第１図および第２図に示される実施例、
第３図おＪ：び第６図に示される特性図を参照して詳細
に説明する。なお、第４図に示された従来のロジック弁
１およびその制御回路をベースにして説明するので、そ
の従来例と同一の部分には同一符号をイ］シてその説明
を省略する。

第１図に示されるように、ロジック弁１のスプリング室
５から引出された通路７が、本来の通路７ａと、前記ス
プリング室５の圧力を検出するための一方の検出通路７
ｂとに分岐されている。通路７ａは油室８に連通され、
また、一方の検出通路７ｂは一方の圧力室としての油室
９に連通されている。

また、この油室９とは反対側に位置する他方の圧力室と
しての油室１３に対して、前記ロジック弁１の入口室２
が他方の検出通路１４を経て連通されている。

パイロットスプールは二つに分割構成され、一方のパイ
ロツーへスプール１６は、油室３，９．１０に臨む受圧
面を有するとともに、シート１７に対向するデーパ部１
６ａを備え、排油室１１内に設（プられたスプリング１
２によってこのテーパ部１６ａがシート１７に押圧され
ている。この一方のパイロットスプール１６に対して前
記油室１３からの油圧により当接される他方のパイロッ
トスプール１８が設（プられている。前記パイロットス
プール１６には、前記テーパ部１６ａの伯に、径大部１
６ｂ、リング状受圧部１６ｃおよびスプールエンド部１
６ｄが順次形成されている。

そうして、ロジック弁１の入口室２にかかる負荷圧力を
前記通路１４によりパイロットスプール１８の油室１３
へ導くとともに、ロジック弁１のスプリング室５の圧力
を通路７　、７ａ、　７ｂによりバイロワ１〜スプール
１６の油室８おＪ：び油室９へ導入する。

また、外部にある油圧パイロット弁（減圧弁）１９の二
次圧を油室１０に導き、パイロットスプール１６のリン
グ状受圧部１６ｃの受圧面積Ａ　（ｒｉｂ）に作用させ
る。パイロットスプール１６は、ノーマル状態でスプリ
ング１２によりそのテーパ部１６ａがシート１７に押接
され、停止している。また、このシー１〜１７の内径と
、油室８を挟んで相対するスプール１６の径大部１６ｂ
の外径とが共にφＤ２で同径どなっているから、油室８
においてパイロットスプール１６に作用する軸方向のツ
ノは左右等しく、油室８へ加わる圧力によってスプール
１６が勝手に切替わってしまうことはない。スプール１
８の端面の油室１３に加わる圧力により、スプール１８
はスプール１６側へ押付けられる。また、スプール１８
の油室１３での受圧径とスプール１６の油室９での受圧
径（スプールエンド部１６ｄの径）とが共にφＤ１で同
径となっており、これにより定常状態でのつり合いが得
られる。

次に、このロジック弁制御回路の作用を第１図、第２図
おにび第３図について説明する。

油圧パイ［１ツ１〜弁１９の操作レバーが中立のどき、
その二次圧は発生ぜず、油室１０の圧力はタンク圧に等
しい。このどき、ロジック弁１の入口室２の圧力をＰｉ
ｎどすると、この圧力がオリフィス２２および通路７．
７ａ、　７ｂを経てスプール１６に作用するとともに、
通路１４を経てスプール１８に作用するが、油室８の圧
力は上述の如くスプール１６の軸方向に対する推力とは
なり得ず、また、油室９および油室１３の径は同径であ
るため、スプール１６はスプリング１２の推力によりシ
ー１へ１７に押伺Ｇプられた状態でバランスしている。

第３図において、油圧パイロット弁１９の操作レバーを
操作して点ωに到達するど、パイロット弁１９の二次圧
と前述のリング状受圧部１６ｃの受圧面積Ａ　（ｒｉｌ
ＩＱ）とを乗じた力がスプリング１２のプリセット荷重
とつり合い、さらに微少操作するとパイロット弁１９の
二次圧により発生ずる力が若干スプリング１２のプリセ
ット力を上回る。このため、テーバ部１６ａはシート１
７より浮上り、油室８より排油室１１側へスプリング室
５の油が流出し始める。

このとき、オリフィス２２を通じて入口室２より油がス
プリング室５へ流入するが、オリフィス２２の絞り抵抗
があるため、スプリング室５の圧力は入口室２の圧力よ
り低下する。さらに、油圧パイロット弁１９の操作レバ
ーを操作してゆき、二次圧が上昇すると、下記のつり合
いの式にしたがって、ロジック弁１の入口室２の圧力と
スプリング室５の圧力との差圧ΔＰが上界していく。な
お、Ａｐはパイロットスプール１６のスプールエンド部
１６ｄおよびパイロットスプール１８の断面積（受圧面
積）である。

Ａｐ　−Ａｐ　＝　Ａ　（ｒｉｎｇ）ｘ　（油圧パイロ
ット弁１９の二次圧）−（スプリング１２のプリセット
荷重）さらに、油圧パイロット弁１９の操作レバーを操
作してゆき、点ξまでくると、二次圧はことなり、上記
差圧ΔＰはにとなる。このとき、ロジック弁］の断面積
Ａと差圧ΔＰとを乗じた力がスブリング６のプリセット
荷重とつり合い、さらに操作レバーを操作して二次圧が
上屏すると、上記差圧ΔＰはにより大きくなり、Ａ×Δ
Ｐの力はスプリング６のプリセット荷重を上回って、ロ
ジック弁１はす７１〜し始め、デーパ部１ａはシート３
０を離れていく。

ざらに、操作レバーストロークが点αとなると、二次圧
は点γ、ロジック弁の差圧△Ｐは点εとなる。このとき
、ロジック弁１の入口部オリフィス群２３が開口し始め
（点μ）、さらに、操作レバーストロークが点αを超え
て大きくなると、ロジック弁１の差圧ΔＰも比例的に増
大し、ロジック弁１のリフト量（ストローク）はスプリ
ング６の荷重が増大する方向へ比例的に大きくなる。し
たがって、入口部オリフィス群２３の開口面積も徐々に
増加してゆく。この状態は第２図に示されている。

本発明のロジック弁制御回路は、従来のロジック弁と同
様に、内部リークが少ない等のメリットを生かすためロ
ジック弁をアクチュエータの作動方向切換流量制御用と
して使用できる。

この場合、前述のようにロジック弁１のストロークは、
主として入口室２とスプリング室５との差圧ΔＰが外部
のパイロワ１〜弁１９の二次圧力のリニアな関数として
コントロールできるため、非常に制御性がよく、また、
ロジック弁１の入口室２に生ずる負荷圧力の絶対値の大
小には影響を受けないため、第１図に示されたようにシ
リンダアクチュエータのカウンタバランス回路（負荷変
動のあるアクチュエータの作動を円滑にする回路）に使
用しても、常時安定した作動が期待できる。

以上のことをさらに第６図に沿って説明し、本発明の効
果を明確にすると、ロジック弁１の入口室２から側室４
への通過流ｆｆｉ　Ｑ　＋−は、入口室２の負荷圧力の
大小とは関係なく、外部操作の油圧パイロット弁１９の
操作レバーストローク点αより発生し始め、ストローク
点βで最大値となる。ロジック弁１の入口部オリフィス
群２３の開口面積の変化は、ロジック弁１の入口室２で
の負荷圧力によらず、主として上記油圧パイロット弁１
９の二次圧力のみによるが、この油圧パイロット弁１９
の二次圧力はアクチュエータ１５の負荷圧力の影響を受
りない故である。

なお、本発明は流量制御に関するものであるから、負荷
Ｗの方向制御についてはその説明を省略する。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば、非常に精度の良いロジッ
ク弁のストローク制御が可能であり、常に安定した流量
立上り点および流量調整ゲインを得ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロジック弁制御回路をアクヂュエータ
戻り油調整回路に適用した場合の一実施例を示す断面図
、第２図はその作動過渡期を示す断面図、第３図はその
本発明ロジック弁制御回路の特性図、第４図は従来のロ
ジック弁制御回路を示す断面図、第５図はその従来のロ
ジック弁制御回路の特性図、第６図は本発明のロジック
弁制御回路の別の特性図、第７図は第６図に対応する従
来のロジック弁制御回路の特性図である。 １・・ロジック弁、２・・入口室、５・・スプリング室
、７ｂ・・一方の検出通路、９・・一方の圧力室、１２
・・スプリング、１３・・他方の圧力室、１４・・他方
の検出通路、１６．１８・・パイロン１ヘスプール、１
９・・パイロット弁。 手続補正書（自発） 平成元年０７月２７日 １　事件の表示 昭和６３年特許願第３１９１．６９号 ２、発明の名称 負荷圧力補償型ロジック弁の制御回路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 新キャタピラ−三菱株式会社 ４、代理人 東京都新宿区新宿４丁目３番２２号（安藤ビル）電話　
０３−：（５２−１５６１（代）５、補正命令の１ヨ付
　な　し ６、補正の対象　　　明細書中「特許請求の範囲」の欄
、［発明の７、補正の内容 （１）明細書第１頁第４行乃至第２頁第５行の「特許請
求の範囲」を、別紙の通り訂正する。 （２）明細書第３頁第１行に［ロジック弁１の戻入口室
側に」とあるを、「ロジック弁１．の入口室２の反対側
に」と訂正する。 （３）明細書第４頁第１７行にｒＰｉｎ、ＰＩ　とし、
」の次に、次の文を加入する。 「また排油室１１の圧力もタンクに接続されていること
から、排出通路３の圧力Ｐ（と等しく、」 （４）明細書第５頁第１行の式を次の通り訂正する。 ｒｑ＝ｃ４ｘ“ｏ　　　ｏ　　＋Ａｘ２）ｌ　　（Ｐｉ
ｎ−ＰＩ）・２／ρＪ（５）明細書第７頁第２行の「こ
のロジック弁１−に設けられた」を削除する。 （６）明細書第１０頁第７行から第８行に「ノーマル状
態でスプリング１２によりｊとあるを、次の通り訂正す
る。 「ノーマル状態で、即ち、油圧パイロット弁１９の二次
圧が発生していない時に、スプリング１２により」 （７）明細書箱１１−真筆４−行に「油圧パイロット弁
１９の」とあるを、「第１１図において油圧パイロット
弁１９の」と訂正する。 （８）明細書第１２頁第７行の「低下する。」の次に、
次の文を加入する。 ［この低ドしたスプリング室５の圧力が一方の検出通路
７ｂよりパイロットスプール１６の一方の圧力室９に作
用しているため、スプール１６は右方よりの推力により
再びシートする方向へ移動し、テーパ部１６ａはシート
１７より微少量浮上った状態でバランスした状態となる
。通常、この微少リフト量は、オリフィス２２で流量が
規制されるため非常に小さい。」 （９）明細書箱１２真筆１−１行の１上昇していく。」
の次に、次の文を加入する。 ［−この状態は前述した理由によるものである。」（１
Ｇ）明細書第１２頁第１５行に）−Ａｐ　・ΔＰ−ｊと
あるを、ｒＡｐ　　・ΔＰ≠」と訂正する。 （１１）明細書第１４頁第９行に１力ウンタバランス回
路」とあるを、「メータアウト流量制御回路」と訂正す
る。 （１２）図面中箱３図を、別紙の通り訂正する。 ２、特許請求の範囲 （１−）　　油圧制御弁の原型制御部分に適用され負荷
圧力が導入される入口室を有するロジック弁と、オリフ
ィスを経て入口室から反対側のスプリング室に導入され
た流体を制御するパイロットスプールと、このパイロッ
トスプールに対しパイロットスプールのスプリングに抗
する方向の圧力を供給する外部操作可能のパイロット弁
とによって構成されたロジック弁の制御回路において、
前記スプリング室の圧力を検出する一方の検出通路と、 前記入口室の負荷圧力を検出する他方の検出通路と、 前記一方の検出通路を経て導入された圧力をパイロツ）
・スプールに対しそのスプリング力と対向する軸方向に
印加する一方の圧力室と、前記他方の検出通路を経て導
入された負荷圧力をパイロットスプールに対しそのスプ
リング力と同一の軸方向に印加する他方の圧力室とを具
備したことを特徴とする負荷圧力補償型ロジック弁の制
御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧制御弁の流量制御部分に適用され負荷圧力が
   導入される入口室を有するロジック弁と、このロジック
   弁に設けられたオリフィスを経て入口室から反対側のス
   プリング室に導入された流体を制御するパイロットスプ
   ールと、このパイロットスプールに対しパイロットスプ
   ールのスプリングに抗する方向の圧力を供給する外部操
   作可能のパイロット弁とによつて構成されたロジック弁
   の制御回路において、 前記スプリング室の圧力を検出する一方の検出通路と、 前記入口室の負荷圧力を検出する他方の検出通路と、 前記一方の検出通路を経て導入された圧力をパイロット
   スプールに対しそのスプリング力と対向する軸方向に印
   加する一方の圧力室と、 前記他方の検出通路を経て導入された負荷圧力をパイロ
   ットスプールに対しそのスプリング力と同一の軸方向に
   印加する他方の圧力室と を具備したことを特徴とする負荷圧力補償型ロジック弁
   の制御回路。