JPH0786362B2

JPH0786362B2 - 負荷圧力補償型ロジック弁の制御回路

Info

Publication number: JPH0786362B2
Application number: JP63319169A
Authority: JP
Inventors: 和憲吉野
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1988-12-17
Filing date: 1988-12-17
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH02163503A

Description

【発明の詳細な説明】（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のテーパ部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の入口室
２の反対側にスプリング室５が設けられ、このスプリン
グ室５にメインスプリング（以下、スプリング６とい
う）が嵌着され、このスプリング６によって前記テーパ
部1aがメインシート（以下、シート30という）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
およびシート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、パイロットスプ
ール116の周面に対し形成された油室８が連通されてい
る。このパイロットスプール116はスプリング室５の圧
力を制御するための制御弁であり、このパイロットスプ
ール116の一端に油室10が設けられるとともに、他端に
タンクに連通された排油室11が設けられ、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ットスプ
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の周面にはノッチ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、一次側には油圧パイロットポンプ20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
チュエータ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、さらに、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１の入口部オリフィス群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_L,qとし、中心オ
リフィス22の開口面積をA_Oとし、スプール116のノッチ1
16Aの開口面積をA_Xとし、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１
の入口室２の圧力および側方排出通路３の圧力をそれぞ
れPin,Ptとし、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Ptと等しく、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
すると、次式が成立つ。

但し、Ｃは流量係数、ρは作動油密度、ｋはスプリング
６のばね定数、X_Oは入口部オリフィス群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。

式のA_X（開口）は、ロジック弁１がスプリング６に抗
してスライドして、ロジック弁１の入口部オリフィス群
23がゼロラップとなり始めた時の、パイロットスプール
116のノッチ116Aの開口面積である。また、式のΓ
は、式を計算するための代入式である。

前記各式を第５図で説明すると、外部にある油圧パイロ
ット弁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
よりノッチ116Aが開口し、開口面積A_Xの特性が示され
る。ノッチ116Aの開口面積が大きくなるにつれてロジッ
ク弁１の入口流量Q_Lが増加するが、式および式より
明らかなように、入口室２の圧力Pinが大きくなるにつ
れて、ロジック弁１の流量Q_Lの流出するときのパイロッ
トスプール116のノッチ116Aの開度としての開始点A
_X（開口）がＫ→Ｌ→Ｎとずれてゆくことがわかる。こ
のため、各開始点のノッチ116Aの開度を現出させるため
の油圧パイロット弁19の二次圧もそれぞれＧ→Ｒ→Ｅと
ずれ、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
いて大き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。

（課題を解決するための手段）本発明は、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２と反対側のスプリング室５との
間にオリフィス22を有するとともにスプリング室５に設
けられたメインスプリング６によりメインシート30に押
圧されるロジック弁１と、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パイロ
ットシート17とともに制御するパイロットスプール16
と、このパイロットスプール16をパイロットシート17に
押圧するパイロットスプリング12に抗する方向の圧力を
パイロットスプール16に対し供給す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の圧力を検出する一方
の検出通路7b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を経て導入さ
れた圧力をパイロットスプール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、この
一方の圧力室９と同径に形成され、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と、前記パイロット弁19より導入された圧力をパ
イロットスプール16に形成された異径断面部分のリング
状受圧部16cを通じてスプリング力と対向する軸方向に
印加する外部操作圧作用室10と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
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における負荷
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図および第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付してその説明を省
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7b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
ロットスプール16は、油室8,9,10に臨む受圧面を有する
とともに、パイロットシート（以下、シート17という）
に対向するテーパ部16aを備え、排油室11内に設けられ
たパイロットスプリング（以下、スプリング12という）
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が設けられている。前記パイロットスプール16に
は、前記テーパ部16aの他に、径大部16b、リング状受圧
部16cおよびスプールエンド部16dが順次形成されてい
る。

前記油室10は、パイロット弁19より導入された圧力をパ
イロットスプール16に形成された異径断面部分のリング
状受圧部16cを通じてスプリング12の付勢力と対向する
軸方向に印加する外部操作圧作用室である。

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によりパイロットスプール16の油室８および油
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（ring）に作
用させる。パイロットスプール16は、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、このシート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で同径となっているから、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力は左右
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18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
および第３図について説明する。

第１図において油圧パイロット弁19の操作レバーが中立
のとき、その二次圧は発生せず、油室10の圧力はタンク
圧に等しい。このとき、ロジック弁１の入口室２の圧力
をPinとすると、この圧力がオリフィス22および通路7,7
a,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の推力によりシート17に押付けられた状
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に到達すると、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（ring）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
に微小操作するとパイロット弁19の二次圧により発生す
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、テーパ部16aはシート17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。この低下したスプリング室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の一方の圧力室としての
油室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。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
上昇していく。この状態は前述した理由によるものであ
る。なお、A_p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。

A_p・ΔＰ≒Ａ（ring）×（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ζとなり、上記差圧ΔＰ
はκとなる。このとき、ロジック弁１の断面積Ａと差圧
ΔＰとを乗じた力がメインスプリング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
昇すると、上記差圧ΔＰはκより大きくなり、Ａ×ΔＰ
の力はメインスプリング６のプリセット荷重を上回っ
て、ロジック弁１はリフトし始め、テーパ部1aはメイン
シート30を離れていく。

さらに、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ΔＰ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）はメイン
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
のパイロット弁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メータアウト流量制御回路（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
への通過流量Q_L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19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けない故である。

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。また、本発明は、ロジック弁のパイロット流量を決
定するオリフィスが可変でなく一定の開口面積であるか
ら、複雑なテーパ加工（スロット加工）を要しない利点
がある。

【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チュエータ
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
の本発明の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、６……メインスプリング、7b……一方の検出通路、
９……一方の圧力室、10……外部操作圧作用室、12……
パイロットスプリング、13……他方の圧力室、14……他
方の検出通路、16……パイロットスプール、16c……リ
ング状受圧部、17……パイロットシート、19……パイロ
ット弁、22……オリフィス、30……メインシート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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と反対側のスプリング室との間
にオリフィスを有するとともにスプリング室に設けられ
たメインスプリングによりメインシートに押圧されるロ
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パイロットシートとともに
制御するパイロットスプールと、このパイロットスプー
ルをパイロットシートに押圧するパイロットスプリング
に抗する方向の圧力をパイロットスプールに対し供給す
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、この一方の圧力室と同径に形成され、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、前記パイロット弁より導入された圧力をパイロットスプ
ールに形成された異径断面部分のリング状受圧部を通じ
てスプリング力と対向する軸方向に印加する外部操作圧
作用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。