JPH0384271A - 圧力制御弁 - 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〉 本発明は油圧ショベル等の流体機械における流体圧力を
制御する圧力制御弁に関する。

〈従来の技術〉 従来の圧力制御弁として、第６図に示すようなバランス
ピストン形リリーフ弁と称するものがある。これは、流
入ポート１および流出ポート２を有する主流体通路を備
えた本体３と、流入ポート１および流出ポート２間を連
通および遮断する主弁４と、主弁４の弁体に形成した絞
り６を介して流入ポート１に連通されて主弁４の弁体に
閉弁方向の流体圧力を作用させる背圧室５と、補助通路
７を介して背圧室５の流体圧力を制御して主弁４を作動
させるパイロット弁８と、流入ポート１がらの流体圧力
に対向してパイロット弁８を閉弁方向に付勢するばね１
０と、パイロット弁８の開弁動作で背圧室５を流出ポー
ト２と連通させるよう主弁４の中央部に形成した貫通孔
９とを有して構成されている。

流入ボーート１の流体圧力がばね１０による付勢力以下
の受圧力をパイロット弁８に与えているとき、パイロッ
ト弁８は閉弁しており、主弁４は背圧室５の流体圧力に
よる閉弁方向の受圧力およびばね１１の付勢力により主
流体路を遮断している。

しかし、流入ポート１の流体圧力が上昇してばね１０に
より設定された付勢力に抗する受圧力をパイロット弁８
に与えるようになると、パイロット弁８が図において右
方へ開放動作し、その結果として主弁４の絞り６を通り
、補助通路７、貫通孔９を介して流出ポート２に至る流
れが生ずる。このとき絞り６の抵抗によって主弁４の弁
体に作用する連通および遮断方向の受圧力差が生じて主
弁４は開弁動作し、流入ポート１と流出ポート２が連通
ずる。

このようにして、流入ポート１の流体圧力が設定値を超
えたとき、主弁４を開弁動作させて圧力流体を逃がし、
流出ポート１の流体圧力の上昇を防止している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述した従来の圧力制御弁にあっては、
流入ポート１の圧力流体の設定圧力値をばねｌＯの付勢
力で決めていたため、制御可能な流体圧力は１つの値で
あり、複数の圧力制御を行おうとすると、複数個の圧力
制御弁を用いなければならず、全体が大型になってしま
う。また上述した圧力制御弁は内部パイロット方式であ
り、外部パイロット方式に対しては、パイロット弁８の
変更およびこれに伴う補助通路７の変更など、製作コス
トの上昇および構造の複雑化につながる。

例えば、詳細を後述する第５図に示す油圧回路において
、上述の圧力制御弁は、油圧回路保護用のメインリリー
フ弁５４のみにしが適用できず、外部信号のあるアンロ
ード弁５５に対してはパイロット弁８を変更しなければ
ならない。つまり類似した機能ではあるが、２つの圧力
制御弁を必要とする。

本発明は上述した従来技術における課題に鑑みなされた
もので、その目的は、比較的簡単な構造で、２値の流体
圧力を制御可能な圧力制御弁を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するために、パイロット弁に、
背圧室と流出ポート間を遮断する方向に付勢する第１の
ばねと、上記第１のばねに抗する受圧力を第１の信号圧
力室がち受けるピストンとを設け、上記パイロット弁の
軸方向に形成した貫通孔内に回層動的にサブピストンを
配置し、このサブピストンに、第２の信号圧力室からの
受圧力を受ける受圧ピストンと、この受圧力に抗した方
向に付勢する第２のばねと、上記受圧ピストンの受圧力
が上記第２のばねに抗して上記サブピストンを駆動した
とき上記パイロット弁に開弁方向の駆動力を伝達する段
付部とを設けたことを特徴とする。

く作用〉 本発明による圧力制御弁は上述の如き構成であるから、
パイロット弁のピストンに作用する信号圧力室からの力
と第１のばねの付勢力とが対向しており、例えばピスト
ンに作用する力が第１のばねで設定された付勢力に達す
ると、パイロット弁が開放動作し、その結果として流入
ポートがら主弁の絞りを通り背圧室を経て流出ポートへ
至る流れが生ずる。このときの絞り抵抗により主弁に圧
力差が生じて主弁が開放動作し、流入ポートと流出ポー
トが連通し、主流体流量を逃がすことにより流入ポート
の圧力が制御される。こうして第１のばねの付勢力が圧
力制御弁の１つの制御される値を決定することになる。

またサブピストンの受圧ピストン部に作用する信号圧力
室がらのカと、第２のばねの付勢力とが対向しており、
例えば受圧ピストンに作用するカが第２のばねで設定さ
れた付勢力に対すると、サブピストンの段付部がパイロ
ット弁に当接して押し上げ、つまりパイロット弁を開放
動作し、上述の場合と同様の流れが生じて流入ポートと
流出ポートが連通し、流入ポートの圧力が制御される。

こうして第２のばねの付勢力が圧力制御弁のもう１つの
制御される値を決定する。従って、流体圧力を２つの値
に設定可能な圧力制御弁が実現できる。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例による圧力制御弁の断面図で
ある。

主弁４は、本体３内に形成した流入ポート１と流出ポー
ト２間を連通、遮断するよう本体３内に形成された主シ
リンダ室２３内を上下方向に移動可能に設けられている
。この主弁４には、主弁４の背面の主シリンダ室２３に
形成された背圧室５と流入ポート１間を連通ずる絞り６
と、本体３に形成されたガイド部２１と密接して摺動す
ると共にサブピストン１２の受圧ピストン１２ａとによ
り信号圧力室１９を形成するための縦孔と、流入ポート
１の流体の圧力を信号圧力室１９に導く信号圧導入路１
５と、上述の縦孔と流出ポート２を接続する補助通路２
２とが設けられている０本体３には、背圧室５を形成す
ると共に、主弁４に向けて突出した筒状ガイド部２１が
あり、背面室５に連通した補助通路゛７と筒状ガイド部
２１間は、パイロット弁８によって連通遮断される。中
心部に貫通孔を有するパイロット弁８には本体３に形成
した一連のサブシリンダ室２４内を摺動可能に配置した
ピストン８ａがあり、このピストン８ａによって区分さ
れた信号圧力室１７．１８には信号圧導入路１３．１４
がそれぞれ接続されている。

このパイロット弁８は、信号圧力室１８内に配置した第
１のばね１０ａによって図示の下方に付勢されている。

またパイロット弁８の中央部に形成した貫通孔内にはサ
ブピストン１２が可摺動的関係で配置されている。この
サブピストン１２の両端には主弁４の縦孔内を摺動する
受圧ピストン１２ａとサブシリンダ室２４内を摺動する
受圧ピストン１２ｂが設けられ、またサブピストン１２
は、パイロット弁８のシートポペットと当接してパイロ
ット弁８に押し上げ力を伝達する段付部１２ｃを有して
いる。従って、受圧ピストン１２ａは信号圧力室１９の
圧力流体によって上方への受圧力を受け、一方、受圧ピ
ストン１２ｂは信号圧導入路１６が接続された信号圧力
室２０の圧力流体によって下方への受圧力を受ける。信
号圧力室２０内には、受圧ピストン１２ｂを図示の下方
に、すなわちサブピストン１２の段付部１２ｃが、パイ
ロット弁８のシートポペット部に当接しないように付勢
する第２のばね１０ｂが配置されている。

図示の定常状態で、流入ポート１内の圧力流体は、主弁
４の絞り６を介して背圧室５および補助通路７内に導か
れ、更に主弁４に形成した信号圧導入路１５を介して信
号圧力室１９に導かれてサブピストン１２の受圧ピスト
ン１２ａの端面に上方への力として作用している。パイ
ロット弁８のピストン８ａの両端面およびサブピストン
１２の受圧ピストン１２ｂに作用する制御信号は、他の
圧力流体を信号源とすることを許し、それぞれの信号圧
導入路１３．１４および１６を介して信号圧力室１７．
１８および２０へ導かれており、それぞれの受圧面に作
用している。このとき、パイロット弁８のピストン８ａ
、に作用する信号圧導入路１３を介して信号圧力室１７
に導かれた流体圧力と、信号圧導入路１４を介して信号
圧力室１８に導かれた流体圧力との第１の差圧力が、第
１のばね１０ａで設定された付勢力より小さく、かつ、
サブピストン１２の受圧ピストン１２ａに上方の力とし
て作用する信号圧導入路１５を介して信号圧力室１９に
導かれた流入ポート１の圧力流体と、受圧ピストン１２
ｂに下方向の力として作用する信号圧導入路１６を介し
て信号圧力室２０に導かれた圧力流体とによる第２の差
圧力が、第２のばね１０ｂで設定されたサブピストン１
２の段差部１２ｃがパイロット弁８のシートポペット部
に当接するまでの付勢力より小さい場合、パイロット弁
８は、第１のばね１０ａの付勢力により本体３に設けら
れたパイロット弁８の弁座に密着している。その結果、
主弁４は面積差により図示の下方に押圧されて本体３に
設けられた主弁４の弁座に密着し、流入ポート１から流
出ポート２への圧力流体の流れを遮断している。

この状態から、仮に信号圧力室１７の流体圧力と信号圧
力室１８の流体圧力との第１の差圧力が上昇して第１の
ばね１０ａで設定された付勢力に達したとすると、パイ
ロット弁８は、図示の上方へ受圧力を受けて開放動作す
る。従って、流入ポート１の圧力流体は、主弁４の絞り
６、背圧室５、補助通路７、筒状ガイド部２１内、主弁
４内の補助通路２２を介して流出ポート２内に流入する
。

このとき、絞り６により背圧室５内の流体圧力は、流入
ポート１内の流体圧力よりも低下するため、主弁４の背
圧室５側に作用する下向きの力に、流入ポート１内の主
弁４の端面に作用する上向きの力が打ち勝つようになり
、主弁４は上方に移動して開き、流入ポート１の圧力流
体を流出ポート２に直接排出する。このようにして流入
ポート１の流体圧力が設定値に制御される。

また前述の状態から、仮に、信号圧力室１９の流体圧力
と信号圧力室２０の流体圧力とによる第２の差圧力が上
昇して第２のばね１０ｂで設定した付勢力に達したとす
ると、サブピストン１２は、第２のばね１０ｂに抗して
上方に移動し、サブピストン１２の段付部１２ｃはパイ
ロット弁８のシートポペット部に当接する。この状態か
ら、さらに第２の差圧力が、第１のばね１０ａの設定さ
れた付勢力よりも上昇すると、サブピストン１２の段付
部１２ｃはパイロット弁８のシートポペット部を押し上
げ、つまり、パイロット弁８は図示の上方へ開放動作さ
れる。従って、流入ポート１から主弁４の絞り６を介し
て供給された背圧室５の圧力流体は、補助通路７および
主弁４内の補助通路２２を介して流出ポート２内に流入
する。このとき絞り６が形成されていて流入ポート１か
ら背圧室５への流入が制御されるため、背圧室５内の流
体圧力は流入ポート１内の流体圧力よりも早く低下する
ので、流入ポート１の圧力流体によって主弁４が受ける
上向きの力は背圧室５側から主弁４に対して下向きに作
用する力に打ち勝ち、主弁４は上方に移動され、流入ポ
ート１の圧力流体を排出ポート２へ排出して流入ポート
１の流体圧力が設定値に規定される。

このような構成の圧力制御弁によれば、２つのばね１０
ａ、１０ｂによる簡単な構成で流入ポート１内の流体圧
力を２つの設定値に保持することができる。

第２図は本発明の他の実施例による圧力制御弁の断面図
である。

この実施例は、パイロット弁８に作用する第１のばね１
０ａの付勢力およびサブピストン１２に作用する第２の
ばね１０ｂの付勢力を、それぞれ任意に設定可能にして
いる点で先の実施例と異なっている。

すなわち、本体３内に配置された主弁４、パイロット弁
８およびサブピストン１２と同軸上に、本体３の外壁か
らねじ嵌合部２８を設けてあり、このねじ嵌合部２８に
螺合されてナツト２７ａで固定された第１ボルト２６ａ
にはパイロット弁８、サブピストン１２の受圧ピストン
１２ｂおよび第２プレート２５ｂが密接して摺動可能な
サブシリンダ室２４を形成する縦孔と、この縦孔の同軸
上に貫通するねじ嵌合部２９と、この縦孔内に第２プレ
ート２５ｂとサブピストン１２の受圧ピストン１２ｂと
で形成する信号圧力室２０と信号圧導入路１６とを接続
する信号圧導入口３０とが設けられている。この第１ボ
ルト２６ａのねじ嵌合部２９には、ナツト２７ｂによっ
て固定された第２ボルト２６ｂが螺合されている。第１
プレート２５ａは、信号圧力室１８内で第１のばね１０
ａと、第１ボルト２６ａの挿入側端との間に挟まれるよ
うに配置されている。第２プレート２５ｂは、信号圧力
室２０内で、第２のばね１０ｂと第２ボルト２６ｂの挿
入側端との間に挟まれるように配置されている。

このようにして、第１のばね１０ａと第２のばね１０ｂ
は本体３の外部からばね長を調整可能な付勢力調整手段
をそれぞれ有している。

その他の構成は、先の実施例と同様であるがら同等物に
同一符号をつけて詳細な説明を省略する。

このように第１のばね１０ａおよび第２のばね１０ｂに
付勢力調整手段をそれぞれ設けたため、両ばねの付勢力
を任意に設定可能となり、従って、流入ポート内の流体
圧力を任意の２つの値に設定可能となる。

次に、このような構成の圧力制御弁を第５図に示すよう
な油圧ショベル等で用いられる複数の油圧アクチュエー
タを備えた油圧機械における油圧回路に採用した場合に
ついて説明する。

動力源５０により駆動される油圧ポンプ５１、例えば斜
板式の可変容量型油圧ポンプには、主管路６４を介して
油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数
のアクチュエータ５９ａ、５９ｂが接続され、この油圧
アクチュエータ５９ａ、５９ｂからの戻り油は、戻り管
路６５を介してタンクに戻される。油圧ポンプ５１と各
油圧アクチュエータ５９ａ、５９ｂの間には、それぞれ
供給される圧油の流量を制御する圧力補償付流量制御弁
装置５８ａ、５８ｂが接続されており、この圧力補償付
流量制御弁装置ｆ　５８　ａ、５８ｂは、例えばパイロ
ット弁５７ａ、５７ｂで設定される指令力Ｐ１、Ｐ２お
よびＰ３、Ｐ４なる油圧パイロット信号により操作され
る。また複数の油圧アクチュエータ５９ａ、５９ｂのそ
れぞれの負荷圧力は、センシング油路６０ａ、６０ｂを
介して最高負荷圧力選択のできるシャトル弁６１に導が
れている。一方、油圧ポンプ５１には、その吐出圧力を
複数の油圧アクチュエータ５９ａ、５９□ｂの最高負荷
圧力よりも所定値だけ高く保持するレギュレータ５３が
設けられている。前述のシャトル弁６１で選択される複
数の油圧アクチュエータ５９、ａ、５９ｂの最高負荷圧
力は、ロードセンシング油路６２を介してその最高負荷
圧力を信号圧力として利用し、レギュレータ５３等の装
置に導がれる。メインリリーフ弁５４は、図示構成の油
圧回路内流体圧力の上限を設定し、回路の安全を図るた
めのもので主管路６４に接続される。またリリーフ弁５
６は、パイロット弁５７ａ、５７ｂ等で使用する補助油
圧ポンプ５２より吐出される流体圧力を設定するもので
ある。またアンロード弁５５はパイロット弁５７ａ、５
７ｂからの油圧パイロット信号がなく、従って圧力補償
付流量制御弁装置５８ａ、５８ｂは動作せず、つまり複
数の油圧アクチュエータ５９ａ、５９ｂが駆動されない
状態において、油圧ポンプ５１が吐出流量および圧力と
も最小にするように動作させるもので、主管路６４に接
続される。

このような構成の油圧回路に、本発明の圧力制御弁を組
込むとき、例えば第１図の流入ポート１を主管路６４に
接続し、流出ポート２をタンクへの戻り通路に接続する
。従って信号圧導入路１５を介して信号圧力室１９には
、主管路６４の流体圧力、すなわち油圧ポンプ５１の吐
出圧力Ｐｓが導かれる。このとき、信号圧力導入路１３
．１４は、信号圧力室１７．１８にそれぞれ導がれる信
号圧力を油圧ポンプ５１の吐出圧力Ｐｓと最高負荷圧力
ＰＬとになるように主管路６４とロードセンシング油路
６２にそれぞれ接続する。また信号圧導入路１６は、信
号圧力室２０に導がれる信号圧力がタンク圧力Ｐｔとな
るように接続する。

このようにして油圧ポンプ５１の吐出圧力Ｐｓと最高負
荷圧力ＰＬとの差圧力ΔＰと、第１のばね１０ａの付勢
力とが対向しており、仮に、この差圧力ΔＰが第１のば
ね１０ａで設定された付勢力に達すると、前述した動作
により流入ボー、ト１の圧力、すなわち油圧ポンプ５１
の流体圧力が規定される。

第３図は上述の動作により得られる特性図を示したもの
であり、油圧ポンプ５１の吐出圧力Ｐｓと最高負荷圧力
Ｐ、は第１のばね１０ａの付勢力により一定値ΔＰを保
つことができ、すなわちアンロード弁５５として機能す
る。

また、油圧ポンプ５１の吐出圧力Ｐｓとタンク圧力Ｐｉ
との差圧力と、第２のばね１０ｂの付勢力とが対向して
おり、この差圧力（ＰｓＰｔ）が第２のばね１０ｂで設
定される付勢力に達し、さらに第１のばね１０ａで設定
された付勢１分上昇すると、サブピストン１２がパイロ
ット弁８に当接してこれを押上げ、前述した動作により
油圧ポンプ５１の流体圧力が規定されるので、上記第１
および第２のばねの付勢力の和をメインリリーフ圧に設
定することでメインリリーフ弁５４の機能を果たす。

すなわち上記接続における各信号圧力が導かれるとき、
本発明の圧力制御弁は、油圧ポンプ５１の吐出圧力に対
して２つの値を設定可能であり、メインリリーフ弁５４
とアンロード弁５５の機能を備えた圧力制御弁を成すこ
とができる。

また第５図に示す油圧回路にあっては、複数の油圧アク
チュエータ５９ａ、５９ｂのタンクへの戻り管路６５に
接続される弁６３がある。この弁６３は、油圧モータ５
９ａ、５９ｂの負荷圧力が低下した場合、キャビテーシ
ョンの発生防止のために、この戻り管路６５から油圧ア
クチュエータ５９ａ、５９ｂの吸込み側へ流体流量を補
うように戻り管路６５の圧力を上昇させる。

この弁６３に注目して、例えば第１図の流入ポート１を
戻り管路６５の上流側に接続し、また流出ポート２を戻
り管路６５の下流側となるように接続すると、信号圧導
入路１５を介して信号圧力室１９には戻り管路６５の上
流側圧力Ｐが導かれる。更に信号圧導入路１３．１４を
信号圧力室１７．１８にそれぞれ導かれる信号圧力を油
圧モータ５９ａ、５９ｂの最高負荷圧ＰＬと、タンク圧
力Ｐ１とに設定されるように信号圧導入路１３．１４を
ロードセンシング油路６２と戻り管路６５の下流側とに
それぞれ接続する。また、信号圧導入路１６を、信号圧
力室２０に導かれる信号圧力がタンク圧力Ｐｔとなるよ
うに接続する。

このように構成すると、油圧モータ５９ａ、５９ｂの最
高負荷圧力Ｐｔとタンク圧力ＰＴとの差圧力（ＰＬ　−
Ｐｔ　）と第１のばね１０ａのけ勢力とが対向しており
、仮にこの差圧力（Ｐｔ　−Ｐｔ　）が第１のばね１０
ａで設定される付勢力以上のとき、パイロット弁８は開
弁状態であり前述した動作により流入ポート１と流出ポ
ート２は連通し、流入ポート１の流体圧力、すなわち戻
り管路６５の上流側圧力、すなわち差圧力（Ｐ−ＰＴ　
）の上昇はない。

この状態から、該差圧力（ＰＬ　　Ｐｔ）が第１のばね
１０ａで設定される付勢力以下に低下すると、パイロッ
ト弁８は開弁し、主弁４も開弁動作し、流入ポート１の
流体圧力、すなわち戻り管路６５の上流側圧力Ｐの上昇
が始まる。そして上流側圧力Ｐとタンク圧力ＰＴとの差
圧力（Ｐ−ＰＴと、第２のばね１０ｂの付勢力とが対向
しておりこの差圧力（ＰＰＴ）が第２のばね１０ｂで設
定される付勢力に達し、さらに第１のばね１０ａで設定
された付勢方弁上昇すると、サブピストン１２はパイロ
ット弁８に当接してこれを押し上げ、前述した動作によ
り該差圧力（Ｐ　　ＰＴ）が規定される。

第４図は、上述の動作により得られる特性図を示してい
る。すなわち、上記接続における各信号圧力が導かれる
とき、圧力制御弁は何等構造を変えることなく、他の用
途に使用可能となるような流入ポート１の流体圧力を２
つの値に設定可能となる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明は、第１のばねに対抗して第
１の信号圧力室の流体圧力を受けるピストンと、第２の
ばねに対抗して第２の信号圧力室の流体圧力を受ける受
圧ピストンを設けたため、２つの値の流体圧力を制御す
ることができ、しかもピストンと受圧ピストンは共に共
通のパイロット弁を駆動するようにしているため、単純
に２つの圧力制御弁を設けた場合に比べて構造を簡単に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のそれぞれ異なる実施例に
よる圧力制御弁の縦断面図、第３図および第４図はそれ
ぞれ圧力特性図、第５図は本発明による圧力制御弁を適
用した油圧回路図、第６図は従来の圧力制御弁を示す縦
断面図である。 １・・・・・・流入ポート、２・・・・・・流出ポート
、４・・・・・・主弁、５・・・・・・背圧室、６・・
・・・・絞り、８・・・・・・パイロット弁、８ａ・・
・・・・ピストン、１０ａ・・・・・・第１のばね、１
０ｂ・・・・・・第２のばね、１２・・・・・・サブピ
ストン、１２ａ・・・・・・受圧ピストン、１２ｃ・・
・・・・段付部、１３〜１６・・・・・・信号圧力室。 箪 １ 図 ８　：　ノ？イσットキ ８ｏ：　ヒＯエトン １３’〜１６：　ｊｇ４　Ｅｆｆ　ｉ 第２１１Ａ ９ 第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流入ポートおよび流出ポートを有する主流体通路
   を備えた本体と、上記流入ポートおよび流出ポート間を
   連通および遮断する主弁と、上記流入ポートと絞りを介
   して連通して上記主弁に遮断方向の受圧力を与える背圧
   室と、この背圧室と上記流出ポート間を連通および遮断
   して上記主弁を操作させるパイロット弁とを備えた圧力
   制御弁において、上記パイロット弁に、上記背圧室と上
   記流入ポート間を遮断する方向に付勢する第１のばねと
   、この第１のばねに抗する受圧力を第１の信号圧力室か
   ら受けるピストンとを設け、上記パイロット弁の軸方向
   に形成した貫通孔内に可摺動的にサブピストンを配置し
   、このサブピストンに、第２の信号圧力室からの受圧力
   を受ける受圧ピストンと、この受圧力に抗した方向に付
   勢する第２のばねと、上記受圧ピストンの受圧力が上記
   第２のばねに抗して上記サブピストンを駆動したとき上
   記パイロット弁に開弁方向の駆動力を伝達する段付部と
   を設けたことを特徴とする圧力制御弁。
2. （２）上記主弁と上記パイロット弁とを同軸的に配置し
   、上記主弁の軸方向に上記第２の圧力信号室と連通した
   縦孔を形成し、この縦孔内に摺動可能に上記サブピスト
   ンの上記受圧ピストンを配置したことを特徴とする請求
   項（１）記載の圧力制御弁。