JPH0628005B2

JPH0628005B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JPH0628005B2
Application number: JP62181976A
Authority: JP
Inventors: 一弘藤原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPS6425219A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、ブリードオフ式の流量制御弁に関し、更に詳
しくは、負荷圧に変動があった場合においても安定に一
定流量を負荷に供給することのできる流量制御弁に関す
る。

＜従来の技術＞以下従来の技術を、第６図のポンプから吐出する油圧を
制御しようとする構成のブリードオフ式油圧回路及びそ
こに用いられる従来の流量制御弁の原理構造を示す図、
を用いて説明する。

第６図において、１はポンプモータ２によって回転して
タンク３内の油を吐出する例えば吐出量が垂下特性を示
すポンプ、４はリリーフバルブ、５は油の流れ方向を切
替える４方向電磁切換弁である。６は、４方向電磁切換
弁５によって切替えられた油を有用な機械変位に変換し
て、例えばこれに連結する船舶の舵取り機Ｔを駆動させ
る、シリンダ軸６ａやピストン６ｂ等から成る負荷部分
を構成するシリンダアクチュエータ（以下「シリンダ」
という）である。７は例えば圧力・温度変化に対しても
シリンダ６に供給される油流量が一定となるように制御
する圧力・温度補償型流量制御弁（以下「流量制御弁」
という）である。この流量制御弁７は、ポンプ１からの
吐出油が供給される供給口７ａ，この供給された油を一
定の部屋，路等を介しながら通過させる流路及びこの流
路を通過した油を排出する排出口７ｂが設けられた弁体
７ｃを有する。そして、流路内にあっては、 <i>：弁体７ｃとの間に油流量を可変する為の絞り径が
可変可能な１次絞り部７ｄを形成すると共に前記弁体７
ｃとの間に容積が変化する１次背圧室７ｅ₁，７ｅ₂と２
次背圧室７ｆとここでは互いに対抗配置した構造で形成
する形状から成る圧力補償用バランスピストン（以下
「バランスピストン」という）７ｇと、 <ii>：手動絞りハンドル７ｈによって前後し、流路内部
に設けられた突起部７ｉとの間にシャープエッジオリフ
ィス構造の第２次絞り部７ｊを形成し（この第２次絞り
部７ｊ通過前の油圧を１次圧Ｐ₁、通過後の油圧を２次
圧Ｐ₂とする），先端に突起部７ｋ₁と２次圧Ｐ₂を２次
背圧路７ｍを介して２次背圧室７ｆに導き入れる為に設
けられた２次背圧路７ｋ₂（これは無くてもよく、この
場合は例えば弁体側にこれに変わる２次背圧路を形成す
ればよい）とを有して，流入油流量を調整して結果的に
１次圧Ｐ₁と２次圧Ｐ₂との差圧ΔＰ（＝Ｐ₁−Ｐ₂）を所
定の値に設定する手動絞り弁７ｋと、 <iii>：２次背圧室７ｆ内に設けられて、バランスピス
トン７ｇをこの図においては右側の１次背圧室７ｅ₁，
７ｅ₂側に押して、第２次絞り部７ｊ前後の１次圧Ｐ₁と
２次圧Ｐ₂の差圧ΔＰを決めているスプリング力Ｆ₁から
成るスプリング７ｎ（この時スプリング７ｎが接するバ
ランスピストン７ｇの受圧面積をＡ₁とする）と、 <iv>：１次圧Ｐ₁を１次背圧室７ｅ₁，７ｅ₂に導く為の
１次背圧路７ｐ₁，７ｐ₂と、から成る。尚、上記差圧ΔＰはＦ₁／Ａ₁（＞０）とも表
すことができる。

この様な構成のブリードオフ油圧回路の動作は次のよう
になる。

ポンプ１から吐出された圧油は、リリーフバルブ４で４
方向電磁切換弁５の動作時の最高油圧がきめられ、シリ
ンダ６と流量制御弁７に別かれる。このために、シリン
ダ６への流量（シリンダ６の移動速度を決定する量）
は、流量制御弁７の制御流量により決められることとな
る。

今、４方向電磁切換弁５のソレノイドＡ₁が作動する
と、油圧はポートＡ₂からシリンダ６の図の左側に送ら
れるから、ピストン６ｂは矢印α方向に移動する。この
時シリンダ６に連結する船舶の舵取り機Ｔが例えば海水
等の条件により余分な操舵力が掛かる事で重くなると、
この負荷の増加分に応じてポンプ吐出圧が上昇し、この
事により流量制御弁７の入口圧Ｐ₀が増す。従って、１
次絞り部７ｄの流量が増し、１次圧Ｐ₁と２次圧Ｐ₂の差
圧ΔＰが大きくなる。この結果として、１次背圧路７ｐ
₁，７ｐ₂を通って１次圧Ｐ₁が１次背圧室７ｅ₁，７ｅ₂
に導かれるから、バランスピストン７ｇはスプリング７
ｎの力に逆らって当初の位置から矢印βの方向に移動す
るから、１次絞り部７ｄの径は絞られ、１次圧Ｐ₁が減
少（流入流量が減少）することとなる。一方２次圧Ｐ₂
は、２次背圧路７ｋ₂〜７ｍを通して２次背圧室７ｆに
導びかれて、スプリング７ｎと共にバランスピストン７
ｇの矢印β方向の移動を阻止するように働く。最終的に
は、これ等一連の動作は、１次圧Ｐ₁と２次圧Ｐ₂の差圧
ΔＰが手動絞りハンドル７ｈの設定差圧に等しくなるま
で続き、バランス時点でバランスピストン７ｇの矢印β
方向の移動が停止する。

又、入口圧Ｐ₀が低くなり、１次絞り部７ｄの流入流量
が減り、２次背圧室７ｆに導びかれた２次圧Ｐ₂とスプ
リング７ｎとの反発力が１次圧Ｐ₁による１次背圧室７
ｅ₁，７ｅ₂の圧力より勝ると、バランスピストン７ｇ
は、今度は矢印γの方向に移動する。この結果１次絞り
部７ｄの絞り径は広がり、流入流量が増す。この動作は
設定差圧ΔＰとなるバランス時点まで続いた後にバラン
スピストン７ｇの移動が停止する。

このように、流量制御弁７は、入口圧Ｐ₀が変化した場
合に、第２次絞り部７ｊの前後に生ずる差圧が常に設定
値（つまり通過流量が一定値）になるように制御動作す
る構造となっている。

＜発明が解決しようとする問題点＞以上述べたように、負荷側への油流量は、ポンプ１の圧
力／流量特性と流量制御弁７の流量特性に依存してい
る。

第７図はブリードオフ式油圧回路における流量−負荷圧
特性図である。この第７図は、負荷圧Ｐが上昇するに従
って油流量Ｑが次第に減少していく事を示している。こ
こで特性（イ）はポンプ１の流量特性（ポンプ吐出特性
が垂下特性を持つ）を示し、特性（ロ）はシリンダの流
量特性を示し、Ｐαはポンプのカットオフ点を示す。
又、ａ_Pは流量制御弁７への流量，ｂ_Pはシリンダ６への
流量を夫々示す。この第７図から、ポンプ１が負荷に左
右されない定吐出動作をしない場合は、流量制御弁７を
用いても、負荷側への流量は定流量とはならない事がわ
かる。従って、例えばシリンダ６の定速度性（定流量
性）が要求されるような操舵装置に、この様な構成の油
圧回路を使用した場合は必ずしも満足した結果を得るこ
とはできない。しかしながら、現状においては、流量制
御弁７が１個で済むため、低価格で装置を構成すること
ができ、動力は負荷に応じた分だけで良いためと又省エ
ネルギであることから、多少の流量特性の悪さを犠牲に
して使用している。

第８図は定速度性を重視する場合に用いられるメータイ
ン回路（メータアウト回路）の一例を示す図である。

この第８図において、この様な流量制御弁７を操舵装置
等に使用する場合の負荷に対して入る流量を直接制御す
るメータイン回路は、チェック弁８付きの流量制御弁７
がシリンダ６と４方向電磁切換弁５との間に配置される
構成となる。負荷に対して出る流量を直接制御するメー
タアウト回路の流量制御弁７とチェック弁８の配置は、
図の破線で示すようになる。いずれにしてもこの様な油
圧回路構成としたのではコスト高となるし、ポンプ圧も
常に高い一定圧にしておく必要があるため、重力損失
（効率）が悪く、実際上、操舵装置には使用出来にく
い。

本発明は、この従来の技術の問題点に鑑みてなされたも
のであって、一次圧や負荷圧等の増加に対して比例的に
流量を少なくする特性を有し、この様な特性が必要とす
る各種の油圧システムに提供して回路特性を改良するこ
とができる流量制御弁を提供することを目的とする。

又ブリードオフ回路においては、ポンプ吐出特性が垂下
特性を持つものに対して本発明の流量制御弁を適用する
ことで、安価に垂下特性を補正して負荷側の定流量特性
を改善することができるようにすることを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞このような目的を達成するために、本発明は、負荷の接
続される入口側管路に設けたバイパス管路の流れを制御
することによって負荷に流れる流量を調整する流量制御
弁において、前記バイパス管路でバイパスした流体を第２の絞り弁を
調整して排出口より流量制御弁外に排出する手動絞りハ
ンドルと、前記第２の絞り弁によって絞られて生じた２次背圧と流
体の供給口の第１の絞り部で絞られて生じた１次背圧と
のバランスに基づき、前記供給口から供給される流体を
調整する補償用バランスピストンと、前記第２の絞り弁に対向する位置に設けられていて、前
記供給口から供給される流体の圧力の変化に応じて変位
し、前記第２の絞り弁との間隔を調整する絞り開度可変
機構、を設け、負荷圧の変動に応じて変位する絞り開度可変機
構によって前記排出口より流量制御弁外に排出する流量
を調整し、前記負荷に一定流量の流体を流すことを特徴
としている。

＜作用＞本発明の各構成要素は、次に示すような作用をする。

手動絞りハンドルは、第２の絞り弁を調整し、バイパス
した流体を排出口より流量制御弁外に排出する。

補償用バランスピストンは、１次背圧と２次背圧とのバ
ランスに基づき、供給口から供給される流体の流量を調
整する。

絞り開度可変機構は、供給口から供給される流体の圧力
の変化に応じて変位し、前記第２の絞り弁との間隔を調
整する。

＜実施例＞以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
尚、以下の図面において、第６図乃至第８図と重複する
部分は同一番号を付してその説明は省略する。第１図は
ブリードオフ式の概要油圧回路及びそこに用いられる本
発明の流量制御弁の原理構造を示す図である。

第１図において、70は本発明の流量制御弁を示す。70ｃ
は供給口７ａ，流路及び排出口７ｂが設けられた弁体、
70ｌは供給口７ａから絞り開度可変油圧供給路70ｌ₁を
介して供給される油流量に応じて手動絞り弁７ｋとの間
を可変可能な第２絞り部70ｊを形成するバランスピスト
ン形の絞り機構（以下「絞り開度可変機構」という）で
ある。

ここで絞り開度可変機構70ｌは、圧力補正用バランスピ
ストン７０ｌ₂を主として構成されている。即ち、圧力
補正用バランスピストン70ｌ₂の手動絞り弁７ｋと対応
する部分に、可変可能なバランスピストン型第２絞り部
70ｊを形成する形状の突起（以下「バランスピストン型
絞り端」という）70ｌ₃が設けられて、又、開度可変油
圧供給路70ｌ₁を介して供給される油流量（入口圧）Ｐ₀
と力平衡するように（手動絞り弁７ｋから放すように）
圧力補正用バランスピストン70ｌ₂を図の右側に押し返
しているスプリング力Ｆ₂（この時スプリング力Ｆ₂の受
圧面積をＡ₂とする）から成るスプリング70ｌ₄が設けら
れていて、開度可変油圧供給路70ｌ₁を介して入口圧Ｐ₀
が圧力補正用バランスピストン70ｌ₂の受圧面積Ａ₂から
成る受圧部分に供給されると、この入口圧Ｐ₀に比例し
て図の左側に圧力補正用バランスピストン70ｌ₂が移動
してバランスピストン型第２絞り部70ｊの絞り径を狭く
するように動く。ここで70ｇは、スプリング70ｌ₄が設
けられている箇所や圧力補正用バランスピストン70ｌ₂
の背後に溜る油（この図では70ｇ₁の連絡口を通してス
プリングが設けられている部屋に溜った油を流す）等を
排出するドレン排出口である。尚、第１図においてはバ
ランスピストン型第２絞り部70ｊの形状がシャープエッ
ジ（オリフィス）構造となっていて圧力，温度補償付き
の流量制御弁とした場合を示すが、このようにすること
で油温による流量・圧力変化を防止（補償）することが
できるが、必ずしもこの様な構造とする必要はなく（必
ずしも圧力と温度の双方又は片方が必要というわけでは
ない）、どのような形状としてもよく（例えば単に円形
形状としてもよい）、要はバランスピストン型第２次絞
り部が形成されていればよい。

このように構成することで、第６図説明した動作に加え
て以下のような動作が行なわれる。

開度可変圧供給路70ｌ₁を介して入口圧Ｐ₀が供給される
と、この入口圧Ｐ₀に比例してバランスピストン型絞り
端70ｌ₃が図の左側に移動し、圧力補正用バランスピス
トン70ｌ₂の後端部分の受圧面積Ａ₂及び入口圧Ｐ₀によ
る力とスプリング70ｌ₂による力が平衡するところで停
止する。この時、２次圧Ｐ₂₀と入口圧Ｐ₀との間には、Ｐ₀−Ｐ₂₀＝Ｆ₂／Ａ₂＝ｋ₂χ／Ａ₂という関係式が成立
つ。但し、ｋ₂はばね定数、χは圧力補正用バランスピ
ストン70ｌ₂の移動量であり、この移動量は弁開度に比
例すると共に流量Ｑに比例する。従って今、入口圧Ｐ₀
が増すと、これに比例して圧力補正用バランスピストン
70ｌ₂は図の左側に移動し、バランスピストン型第２絞
り部70ｊの絞り径を狭くする。この結果、流入する油流
量は減少する。

第２図は入口圧Ｐ₀に対する流量Ｑの特性を示す図であ
る。

この第２図を用いて、所望の勾配の流量特性となるよう
に、入口圧Ｐ₀に対するバランスピストン型第２絞り部7
0ｊの絞りの度合，絞り部分の断面形状及び受圧面積Ａ₂
等を決めることができる。

ところで、入口圧Ｐ₀が減ると、スプリング70ｌ₄により
圧力補正用バランスピストン70ｌ₂は図の右側に移動
し、バランスピストン型第２絞り部70ｊの絞り径を広げ
るから、供給される油流量は増加することとなる。つま
り、バランスピストン型第２絞り部70ｊを、手動絞りハ
ンドル７ｈで手動設定する以外に、供給油流量に比例し
て絞り弁開度を調整する事ができる。

第３図はブリードオフ式油圧回路における流量−負荷圧
特性図である。

第３図において、特性（イ）′はポンプ１の流量特性を
示し、特性（ハ）はシリンダの流量特性を示し、Ｐαは
ポンプのカットオフ点を示す。又、ａ_ｐａは流量制御弁
７への流量，ｂ_ｐａはシリンダ６への流量を夫々示す。

この様な流量制御弁を用いることで、シリンダ６にかか
る負荷が重くなると、ポンプ吐出圧（負荷圧）Ｐは上昇
するが、このポンプ吐出圧上昇Ｐに伴う吐出流量Ｑは、
第３図特性（イ）′に示すように減少するが、流量制御
弁70で補正され（吐出量低下分だけブリードオフする油
量を減少させる）、結果的に、第３図特性（ハ）に示す
ように、シリンダ６への吐出流量は負荷の増減によらず
一定となり、故にシリンダ６を一定スピードで動かす事
が出来ることとなる。

＜その他の実施例＞ところで、本発明の流量制御弁は、第１図の構成に限定
されるものではない。

：第１図の場合は、負荷圧に応じてバランスピストン
型第２絞り部70ｊの絞り径を絞り流量を少なくする構造
で説明したが、負荷圧に応じてバランスピストン型第２
次絞り部の絞り径を広げて油流量を大きくする構造と
し、この様な流量特性を必要とする油圧回路に適用する
ことも可能である。第４図はこの事を具体的に表す本発
明のその他の実施例を示す図である。

第４図において、第１図と相違する点は、負荷圧に応じ
て絞りを広げて油流量を多くする構造、具体的には、流
量制御弁700の弁体700ｃの絞り開度可変圧供給路70ｌ₁
を介して供給される油流量に応じて手動絞り弁７ｋとの
間を可変可能なバランスピストン型第２絞り部700ｊを
形成する絞り開度可変機構700ｌの構造部分にある。

即ち、絞り開度可変機構700ｌは、圧力補正用バランス
ピストン700ｌ₂の手動絞り弁７ｋと対応する部分にバラ
ンスピストン型絞り端700ｌ₃が設けられ、開度可変圧供
給路70ｌ₁を介して供給される入口圧Ｐ₀と力平衡するよ
うに圧力補正用バランスピストン700ｌ₂を図の左側に押
し返しているスプリング700ｌ₄が設けられている。この
結果、入口圧Ｐ₀が圧力補正用バランスピストン700ｌ₂
の受圧部分に供給されると、この入口圧Ｐ₀に比例して
図の右側に圧力補正用バランスピストン700ｌ₂が移動
し、バランスピストン型第２絞り部70ｊの絞り径を大き
くするように動く構成・動作となっている。尚700ｑ，7
00ｑ₁はドレン排出口である。

：第１図及び第４図の構成の流量制御弁は、バ圧力補
正用ランスピストン70ｌ₂，700ｌ₂とスプリング70ｌ₄70
0ｌ₄によりバランスピストン型第２絞り部70ｊ，700ｊ
の絞り径を変えているが、これを例えばダイヤフラムの
ような圧力を変位に変換する構造のものを用いて、この
変位により絞り径を制御するように構成してもよいこと
はいうまでもない。

：第１図においては、本発明の流量制御弁の適用油圧
回路例としてブリードオフ型油圧回路の操舵装置を例に
より説明したが、これに用途を限定されるものではな
く、例えば第５図に示すような用い方も出来る。

第５図は本発明の他の使用実施例を示す図である。

第５図においては、流量制御弁70（又は700）をメータ
アウト回路に使った場合である。即ち、４方向電磁切換
弁５を作動させることによりシリンダ６を動かすが、シ
リンダ６の背圧は流量制御弁７で制御している。ここ
で、負荷Ｗが変化した場合、例えば重くなつた場合、高
速で動かすとイナーシャーにより行きすぎ等の恐れがあ
る。この時には低速で動かした方が安全面，位置制御精
度面，ポンプの過負荷防止等に良い結果が得られる。従
って、本発明の流量制御弁を第５図のように用いること
で、過負荷に応じて流量を少なくする事ができる。

＜発明の効果＞以上、詳細に説明したように本発明の流量制御弁は、絞
り開度可変機構を設けることによって負荷圧が変動して
も一定流量を負荷に流すことができるので、例えばブリ
ードオフ回路を用いた操舵装置に利用すれば、ポンプ吐
出特性が垂下特性を示すベーンポンプを使用した場合で
も、負荷圧上昇に伴う吐出流量の低下を防ぐことがで
き、負荷を一定速度で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はブリードオフ式の概要油圧回路及びそこに用い
られる本発明の流量制御弁の原理構造を示す図、第２図
は供給圧力に対する流量特性図、第３図は流量−負荷圧
特性図、第４図は本発明のその他の実施例を示す図、第
５図は本発明の他の使用実施例を示す図、第６図はブリ
ードオフ式の概要油圧回路及びそこに用いられる従来の
流量制御弁の原理構造を示す図、第７図はブリードオフ
式油圧回路における流量−負荷圧特性図、第８図はメー
タイン回路（メータアウト回路）図である。１……ポンプ、４……リリーフバルブ、５……４方向電
磁切換弁、６……シリンダアクチュエータ（シリン
ダ）、７，，70,700……流量制御弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷の接続される入口側管路に設けたバイ
パス管路の流れを制御することによって負荷に流れる流
量を調整する流量制御弁において、前記バイパス管路でバイパスした流体を第２の絞り弁を
調整して排出口より流量制御弁外に排出する手動絞りハ
ンドルと、前記第２の絞り弁によって絞られて生じた２次背圧と流
体の供給口の第１の絞り部で絞られて生じた１次背圧と
のバランスに基づき、前記供給口から供給される流体を
調整する補償用バランスピストンと、前記第２の絞り弁に対向する位置に設けられていて、前
記供給口から供給される流体の圧力の変化に応じて変位
し、前記第２の絞り弁との間隔を調整する絞り開度可変
機構、を設け、負荷圧の変動に応じて変位する絞り開度可変機
構によって前記排出口より流量制御弁外に排出する流量
を調整し、前記負荷に一定流量の流体を流すことを特徴
としたを質量流量計。