JPH0293176A - ショックレスリリーフ弁兼流量制御弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシート型の流量制御弁に係わり、特にシー１〜
型の流量制御弁にショックレスのリリーフ弁機能を付加
したショックレスリリーフ弁兼流量制御弁に関する。

〔従来の技術〕

油圧制御装置を用いた機械、例えば油圧ショベル等の建
設機械の油圧システムでは、機器のコンパクト化及びエ
ネルギー伝達効率の改良のため高圧化を自損している。

しかしながら、高圧化に伴い油圧機器の摺動間隙からの
漏れが増加するため、従来スプール弁を用いて方向切換
弁を構成していたのに対し、流量制御弁としてシー１〜
弁を複数個用いて従来のスプール式方向切換弁の代替え
とする試みがなされている。例えば特許出願公表昭５８
−５０１７８１号においては、シート型の主弁の背面側
に主弁を閉弁方向に付勢する制御室を股け、該制御室を
主弁の変位に応じて開度を変化させる可変絞りを介して
主弁入［１側に連絡すると共に、該制御室を主弁出口側
にパイロ７１〜通路を介して連絡し、該パイロ７１〜通
路にパイロット弁を配置し、パイロット弁の変位に応じ
て主弁の変位を比例制御するようにしている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、特許出願公表昭５８−５０１７８１号に
記載のように、方向切換弁を構成するためシート弁を複
数個用いることは機器の構成か複雑になり、コスト高と
なる。従って、シート弁に流量制御機能かあるたけでな
く、他の機能を付与できれは好都合である。

一方、このように高圧化のためシート弁を用いて方向切
換弁を構成した油圧システムにおいては、回路保護のた
めに設ｃｆられているリリーフ弁の役割が特に重要とな
り、リリーフ弁を設けても過渡的にピーク圧が発生ずる
場合には、そのピーク圧により機器及び装置か破損する
恐れがある４本発明の目的は、以上のような事情に鑑み
、流量制御機能を有するシート弁にリリーフ弁の機能を
持たせ機器の簡素化を図ると共に、リリーフ弁の機能と
して過渡的にピーク圧の発生しないショックレスリリー
フ機能を与え、ピーク圧に伴う機器及び装置の破損の恐
れを低減するショックレスリリーフ弁兼流量制御弁を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、シート型の主弁の背面側に主弁を閉弁方向
に付勢する制御室を股け、該制御室を主弁の変位に応じ
て開度を変化させる可変絞りを介して主弁入口側に連絡
し、該制御室を主弁出口側にパイロット通路を介して連
絡し、該パイロ７１〜通路にパイロット弁を配置し、パ
イロット弁の変位に応じて主弁の変位を比例制御するよ
うに構成すると共に、主弁の背面側より主弁内に中空の
第１のピストンを挿通し、主弁内において該第１のピス
トンの一端に主弁入口圧力を導き、１ミ弁背而側より突
出する第１のビス１〜ンの他端を固定スリーブに当接さ
せ、この固定スリーブには、前記パイロット通路とは別
に制御室を主弁出口側に連絡する油通路を設けかっこの
油通路を開閉するポペッｌ−弁を配置し、このポペット
弁の一側に該ボベッ１−弁を開弁するための第２のピス
トンを配置し、他側に該ポペット弁を閉弁方向に付勢す
るばねに作用する第３のピストンを配置し、また固定ス
リーブには、前記第１のピストンとの当接部に開口し該
第１のとス１〜ンの中空部と連通ずる通油孔及びこの通
油孔に絞り通路を介して連通ずる膨張室を股け、この通
油孔に第１のピストンの中空部を介して導かれてきた主
弁入口圧力を前記第２のピストンの受圧端部に導くと共
に、該主弁入口圧力を前記第３のビスＩ〜ンの受圧端部
に前記絞り通路及び膨張室を介して導いたことを特徴と
するシヨックレズリリーフ弁兼流量制御弁によって達成
される。

〔作用〕

このように構成された本発明のショックレスリリーフ弁
兼流量制御弁においては、主弁入口圧力か上昇し、ポペ
ット弁を閉弁方向に付勢するばねの設定圧力を越えよう
とすると、その圧力か中空の第１のビス１〜ン及び通油
孔を介して第２のピストンの受圧端部に導かれているこ
とにより該ポペット弁が開弁し、制御室を主弁出口側に
連絡する油通路が開き、制御室の圧力か低下する。これ
により主弁は閉じている場合には開弁じ、開弁している
場合にはその開度を増大させ、大流量をリリーフし主弁
入口圧力の上昇を抑制する。これと並行して、通油孔に
導かれた主弁入口圧力が絞り通路及び膨張室を介して第
３のピストンの受圧＠部に導かれることにより、該主弁
入口圧力は所定の時間遅れをもって第２のピストンの受
圧端部に作用し、ポペット弁を閉弁方向に付勢するばね
を介してポペット弁を閉弁方向に変位させる。これによ
りポペット弁の開度は減少し、制御室の圧力が増加し、
主弁の開度を減少させる。主弁の開度が減少すると、今
度はリリーフ流量を維持するため主弁入口圧力が甫び増
加し、この主弁入口圧力が第２のビス１〜ンの受圧端部
に作用してポペット弁の開度を増加させ、制御室の圧力
を再び低下させ、主弁の開度を増加させる。そしてまた
これと並行して、主弁入口圧力が絞り通路及び膨脂室の
作用により所定の時間遅れを持って第３のピストンの受
圧端部に作用し、上記と同様にポペット弁の開度を減少
させ、主弁の開度を減少させる０以上のことが、第３の
ピストンがストッパに当接するまで繰返され、その間主
弁入口圧力は徐々に増加し、設定圧力に達する。そして
その後はその設定圧力で大流量がリリーフされる。この
ように、過渡的にピーク圧が発生しないショックレスリ
リーフ機能が果たされる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、弁ケース１内には摺動自在にシート型
の主弁即ちシート弁２が挿入され、シート弁２の背面側
にはシート弁２を閉弁方向に付勢する制御室３が形成さ
れている。制御室３は、シー１〜弁２内に形成された連
通路４及び弁ゲース１とシート弁２とにより形成されシ
ー１〜弁２の変位に応じて開度を変化させる可変絞り５
を介してシート弁２の入口ボート６に連絡している。ま
た制御室３はパイロッＩ・通路７を介してパイロット弁
８の入口側に連絡し、パイロット弁８の出口側はパイロ
ット通路９を介してシート弁２の出口ポート１０に連絡
している。シート弁２の出口側にはオリフィス幅ＷＩｌ
ｒのメインオリフィス２Ａが設けられている。このよう
な構成により、シート弁２の弁位置ｙはパイロット弁８
の操作量に対応した変位２に応じて比例制御され、流量
制御機能が果たされる。またシート弁２を用いているの
で、リークレスの流量制御が達成される。

シート弁の背面側には中空のピストン１１が挿入され、
ピストン１１のシー１〜弁内の端部は受圧室１２に位置
しており、受圧室１２には連通路４から分岐した連通路
１３を介して主弁入口圧力ＰＳが導入される。ピストン
１１はその中空部で通油路１４を形成している。

一方、弁ケース１には制御室３を挾んでシート弁２に対
向しスリーブ１５Ａ、１５Ｂが固定され、中空のピスト
ン１１の突出端部を固定スリーブ１５Ａに当接させてい
る。

固定スリーブ１５Ａ内には、上記パイロット通路７，９
とは別に制御室３を主弁出口部１０に連絡する通油孔１
６，１７が形成され、通油孔１７は通油路１８を介して
主弁出口部１０に接続されている。また固定スリーブ１
５Ａ内には、通油孔１６．１７を開閉するポペット弁１
９が配置され、ポペット弁１９はばね２０により閉弁方
向に付勢されている。ポペット弁１９の反ばね２０側に
はポペット弁１９と一体のピストン２１が配置され、ピ
ストン２１の受圧端部は、中空のピストン１１との当接
部に開口する通油孔２２を介してピストン１１の通油孔
１４と連通する受圧室２３に位置している。またポペッ
ト弁１９のばね２０の側にはばね２０を保持するばね受
２４が配置され、ばね受２４にはピストン２５が係合し
、ビス１〜ン２５の受圧端部は受圧室２６に突出してい
る。ばね受２４はストッパ２６によりその移動範囲が規
制されている。さらに固定スリーブ１５Ａ、１５Ｂの外
周に弁ケース１と協働して膨脂室２７が形成され、膨脂
室２７は絞り通路を構成する小径の通油孔２８により受
圧室２３に連通し、かつ通油孔２９を介して受圧室２６
に連通し、しかして受圧室２６は絞り通路２８、膨脂室
２７及び通油孔２９を介して受圧室２３に連通している
。

このように構成されたシート型の流量制御弁は第１図に
おいて全体が符号４０で示され、この流量制御弁４０は
一例とし、主弁入口部６が油圧ポンプ４１からの圧油に
よって駆動される油圧モータ４２の排出側管路４３に接
続され、主弁出口部１０が戻り管路４４を介してタンク
４５に接続される。そしてこのような配置において流量
制御弁４０は、上述したパイロット弁８とシート弁２の
作用により流量制御機能を果たすだけでなく、後述する
ように、ポペット弁１９部分の作用によりショックレス
リリーフ機能を果たし、回路及び装置の破損を防止する
。

次に流量制御弁４０のポペット弁１９部分によるショッ
クレスリリーフ機能を第２図のモデルを使って説明する
。

第２図において、第１図に示す部材に対応する部材には
同符号を付しである。Ｊ−Ｉ　ｖは開位置＄１と閉位置
Ｓ２とを有する開閉弁であり、油圧モータ４２のポンプ
作用の機能を司どるものとして油圧ポンプＨｐとタンク
Ｔの間に配置されている。

ｑｓは油圧ポンプ）−Ｉρよりモデルに供給される流量
、Ｖｍは第１図の排出管路４３の体積、Ｐｓは主弁入口
圧力、Ｒは絞り通路２８の通油抵抗、ｑｌは膨張室２７
に流入する流量、Ｖｃは膨張室２７の体積、Ｐｌは受圧
室２３に伝えられる圧力、Ｐ２は受圧室２６に伝えられ
る圧力、ａＳはビストン２１の受圧端部の面積面積、ａ
Ｃはピストン２５の受圧端部の面積、Ｘｌはポペット弁
１つの変位、ｘ２はピストン２５の変位、ｘｅはス１ヘ
ツパ２６により規制されるばね受２４の移動範囲、ｆｌ
はボペッ１〜弁１つに作用する油圧力、ｆ２はピストン
２５に作用する油圧力、ｆｓははね２０のばね力、ｑｒ
はポペット弁１つを通過する流量である。

第２図において開閉弁Ｈｖが開位置Ｓ１にあり、油圧ポ
ンブトＩｐの吐出量を開閉弁Ｓ１を通して流していた状
態で、弁）（Ｖを急速に閉位置Ｓ２に操作し、油圧ポン
ブトＴｏからモデルに流量ｑｓを供給しなとし、この後
、ボペッ１〜弁１９（ピストン２１）とピストン２５の
動作がどのようになるかを調べてみる。

第１段階：ボペッ１〜弁１９の変位Ｘ１−０、ピストン
２５の変位Ｘ２−０の間 この場合の系の状態は次の３式で示される。

■ｍβｄＰｓ／ｄｔ＝ｑｓ　−ｑｉ　　　−（１）ｑｉ
　＝Ｒ（Ｐｓ　−Ｐ２　）　　　　　　　・・・（２）
Ｖｃ　　βｄＰ２／ｄｔ＝ｑｉ　　　　　　　　　・・
・（３）上記３式を記号法を用いて表わすと、 へ　　　　　へ Ｖｃβ５Ｐ２＝ｑ＋　　　　　　　　　　・・・（３°
）上式において、βは作動油の圧縮率（−／　ｋｇ　）
、Ｓ＝ｄ／ｄｔである。そして記号法を用いた後の状態
を示す各変数には八を付した。

但しＴ−Ｖｃβ／Ｒ （４）式から、 ・・・（６） 従って、 （ＶＩＩｌ　　β　５）（Ｖｃ　　β　Ｓ　）＋ＶＩｎ
　　Ｉ３　Ｓ　Ｒ（１＋　ＶＣ／Ｖ１１）（５）式から
、 ここで（４）式は１＞＞Ｖｃ／Ｖｍを仮定しているが、
この仮定は十分成立する。

また次の関係も得られる。

従って、 （７）及び（８）式の圧力Ｐｓ　、Ｐ２の関係を、ポペ
ット弁１９及びピストン２５の変位ｘｉ　、ｘ２及び流
量ｑｓ　、ｑｒと共に第４図に示す。第４図最下段に示
すように、流量ｑｓは弁Ｈｖを急速に操作することによ
り直ちに一定流量に達している。

そして第４図においてｔ＝ｔｉまでの状態が上記第１段
階である。

第２段階：ポペット弁１９の変位ｘ１≠０、ピストン２
５の変位Ｘ２−０ ポペット弁１９に作用する油圧力ｆ１は、ｆ１＝ａｓ　
Ｐｓ　、ピストン２５に作用する油圧力ｆ２はｆ２　＝
ａＣＰ２であり、ばね２０の取付は荷重をｆｓｃ＝ｋＸ
ｓとすると、第１段階ではｆ　ｓｃ＞　ｆｌ〉ｆ２の関
係にあったが、Ｐｓ　、Ｐ２か増加するに従い、ｆｓｃ
＝ｆ１＞ｆ２となる。この状態か第４図のｔ＝ｔｉの時
点である。この時点では、未だポペット弁１９が閉じて
おりｑｓの行き場がないので、Ｐｓが増加するが、この
時点以降はｆｌ＞ｆｓｃ＞ｆ２となり、ポペット弁１９
は弁座を離れるにのときの系の状態は次の式で記述され
る。

Ｐｓ　　ａｓ　　＝ｋ　　（ｘｓ＋ｘ１）　　　　　　
　　　　・＝（９）ｑｓ　＝ｑｒ　＝Ｃｒ　Ｗｒ　ｘｉ
　Ｊで乙乙ＴＹＥｖ乎ＴＴ・・・（１０） なおｃｒは流量係数、Ｗｒはポペット弁部の等価オリフ
ィス幅で、ｇは重力加速度、γは作動油の比重ある。こ
の（９）及び（１０）式を満足する時点が第４図のｔ＝
ｔ２である。

次いで時点ｔ２以降、ポペット弁１９側の圧力Ｐｓは変
化しないが、ピストン２５側の圧力Ｐ２は絞り抵抗Ｒと
体積ＶＣよる時間遅れをもって圧力Ｐｓに近すこうとし
て変化している。この期間が第４図のｔ＝ｔ２からｔ＝
ｔ３までの区間である。この期間の圧力Ｐ２の変化は、
第４図においてＰｓｉ−Ｐ２１＝Ｐｏ　、Ｐ２−Ｐ２１
−ΔＰ２とすれば、Ｐｏ−ΔＰ２　＝Ｐｓｌ−Ｐ２なの
で、ＶＣβｄΔＰ２／ｄｔ＝ｑ＋ Ｒ（Ｐｏ−ΔＰ２）　　　・・・（１１）１　に の（１１°）式より、 （１＋ＴＳ）Ｓ この（１２）式か第４図のｔ２〜ｔ３間のＰ２の変化を
示す式となる。

第３段ｖ４１＝ポペット弁１９の変位ｘ１≠０、ピスト
ン２５の変位ｘ２≠０ ポペット弁１９の受圧面積ａＳとピストン２５の受圧面
積ａＣがａｓ　＝ａＣの関係にある場合、ピストン２５
はＰ２　＝Ｐｓにならない限り動こうとしないが、ａＣ
＞ａＳの関係に設定することにより、Ｐ２　＜Ｐｓでも
、 ｆ　１　＝ａＳ　Ｐｓ　＜ｆ２　＝ａＣＰ２となり、ピ
ストン２５は動こうとする。この点が第４図でｔ３で示
す時点である。ピストン２５が左方へ移動すると、ポペ
ット弁１９の開度Ｘ１が減少し、開度Ｘ１が減少すると
（１０）式に従い、流量ｑｓを流し続けるには圧力Ｐｓ
が増加する。圧力Ｐｓが増加すると、ポペット弁１９に
作用する油圧力ｆ１が増加し、ポペット弁１９はピスト
ン２５を押しも戻そうとし、開度Ｘ１を少し増加させる
と共に、一端間いたピストン２５の開度ｘ２を少し減少
させる。一方、圧力圧力Ｐｓが増加すると絞り抵抗Ｒと
体積ＶＣによる時間遅れをもって圧力Ｐ２も増加するか
ら、ピストン２５をポペット弁１９側へ押し戻そうとし
、ポペット弁１９の開度ｘ１を再び減少させると共にピ
ストン２５の開度を増加させる。このようなやりとりが
第４図のｔ３〜ｔ４の間行われ、ピストン２５がストッ
パ２６に当接して終了する。その間、ポペット弁１９の
開度ｘ１はばね２０のばね力ｆｓ及びピストン２５の変
位ｘｅで定まる所定値まで徐々に減少し、ピストン２５
の開度ｘ２はストッパ２６で定まる開度ｘｅまで徐々に
増加する。そして時点ｔ４で圧力Ｐｓは設定圧力Ｐｓｅ
に到達し、それ以降圧力Ｐｓは一定となる。

従って以上のモデルの説明から、主弁入口圧力Ｐｓは、
時点ｔ１までの第１段階、時点ｔ３までの第２段階、時
点ｔ４ｔでの第３段階を通じて、主弁入口圧力Ｐｓはな
だらかに設定圧力ｐ　ｓｅ′ｉで上昇することが分かる
。即ち、過渡的にピーク圧力の発生しないショックレス
リリーフ機能か果たされている。

従って本実施例によれば、シート型の流量制御弁４０に
リリーフ弁の機能を付与したので、機器の簡素化が図れ
ると共に、リリーフ弁の機能として過渡的にピーク圧の
発生しないショックレスリリーフ機能を与えたので、ピ
ーク圧に伴う機器及び装置の破損の恐れを低減すること
かできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、流量制御機能を有するシート弁にショ
ックレスのリリーフ機能がシンプルな形で与えられ、油
圧システムの機器の簡素化が図れ、１つ 総合的なコストの低減につながると共に、周辺危機の破
損の恐れを取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるショックレスリリーフ
弁兼流量制御弁の断面図であり、第２図はそのポペット
弁部の動作を説明するためのモデル図であり、第３図は
そのモデルの動作状況を説明する図である。 符号の説明 １・・・弁ケース　　　　　２・・・シート弁（主弁）
３・・・制御室　　　　　　５・・・可変絞り６・・・
主弁入口部　　　　７，９・・・パイ四ツｌ−通路８・
・・パイロット弁　　　１０・・・主弁出口部１１・・
・（第１の）ピストン １４・・・油通Ｆ＃ｒ（中空部） １５Ａ、１５Ｂ・・・固定スリーブ １６．１７・・・通油孔（油通路） １９・・・ポペット弁　　　２０・・・はね２１・・・
（第２の）ピストン ２２・・・通油孔　　　　　２４・・・ばね受５・・・
（第３の）ピストン ７・・・膨張室 ８・・・通油孔（絞り通路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シート型の主弁の背面側に主弁を閉弁方向に付勢
   する制御室を設け、該制御室を主弁の変位に応じて開度
   を変化させる可変絞りを介して主弁入口側に連絡し、該
   制御室を主弁出口側にパイロット通路を介して連絡し、
   該パイロット通路にパイロット弁を配置し、パイロット
   弁の変位に応じて主弁の変位を比例制御するように構成
   すると共に、主弁の背面側より主弁内に中空の第１のピ
   ストンを挿通し、主弁内において該第１のピストンの一
   端に主弁入口圧力を導き、主弁背面側より突出する第１
   のピストンの他端を固定スリーブに当接させ、この固定
   スリーブには、前記パイロット通路とは別に制御室を主
   弁出口側に連絡する油通路を設けかつこの油通路を開閉
   するポペット弁を配置し、このポペット弁の一側に該ポ
   ペット弁を開弁するための第２のピストンを配置し、他
   側に該ポペット弁を閉弁方向に付勢するばねに作用する
   第３のピストンを配置し、また固定スリーブには、前記
   第１のピストンとの当接部に開口し該第１のピストンの
   中空部と連通ずる通油孔及びこの通油孔に絞り通路を介
   して連通する膨脹室を股け、この通油孔に第１のピスト
   ンの中空部を介して導かれてきた主弁入口圧力を前記第
   ２のピストンの受圧端部に導くと共に、該主弁入口圧力
   を前記第３のピストンの受圧端部に前記絞り通路及び膨
   脹室を介して導いたことを特徴とするショックレスリリ
   ーフ弁兼流量制御弁。