JPH0882304A

JPH0882304A - 流体圧パイロット弁

Info

Publication number: JPH0882304A
Application number: JP21691594A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yoshino; 和憲吉野
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】アクチュエータのスピード変化等の違和感が
発生せず、良好な操作フィーリングが得られるようにす
ること。【構成】パイロット流体圧源に連通された第１の流体
圧室と、制御弁のパイロットポートに連通された第２の
流体圧室と、操作レバーと、操作レバーに連動して押し
込まれるプッシュロッドと、プッシュロッドに対し所定
の範囲だけ相対移動可能に装着され且つプッシュロッド
の押し込み力が二次圧決定用の偏倚手段を介して伝達さ
れるスプールとを備えている。偏倚手段は非線形コイル
ばねから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御弁等をパイロット
二次圧によって作動制御するための流体圧パイロット弁
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、制御弁を遠隔制御するため
に、油圧の如き流体圧を利用する流体圧パイロット弁が
広く用いられている。そこでまず、図２を参照して、従
来の流体圧パイロット弁の一例を説明する。なお図２に
示すような流体圧パイロット弁は、例えば実開昭６２−
１５６６２号公報に開示されている。

【０００３】図２において、流体圧パイロット弁は全体
を番号２で示す弁ハウジングを具備している。弁ハウジ
ング２は本体部材４とこの本体部材４の下端に装着され
たプレート部材６を備えており、本体部材４の中央部に
は、ジョイント部材８が螺着されている。ジョイント部
材８の上端部には、更に、連結部材１０を介して操作レ
バー１２の下端部が連結されている。操作レバー１２の
下端部には作用プレート１３が装着されており、また操
作レバー１２とジョイント部材８の連結部位を覆うよう
にして保護ブーツ１９が配設され、保護ブーツ１９の下
端部が円形状プレート１７によって本体部材４の上端に
取り付けられている。この操作レバー１２は、ピン１４
を中心として図２において左右方向、即ち矢印１６及び
１８で示す方向に旋回自在であると共にピン１４と直交
するピン１５を中心として紙面に垂直な方向に旋回自在
である。

【０００４】操作レバー１２が図２において左右方向及
び紙面に垂直な方向に旋回自在であることに関連して、
弁ハウジング２内には４個のパイロット圧制御機構が配
設され、図２においては操作レバー１２を左右方向に旋
回せしめたときに作用プレート１３を介して作動される
２個のパイロット圧制御機構２０ａ及び２０ｂのみを示
す。４個のパイロット圧制御機構は実質上同一の構成で
あり、以下主としてそれらの一つであるパイロット圧制
御機構２０ａについて説明する。パイロット圧制御機構
２０ａは、プッシュロッド２２及びスプール２４を備え
ている。

【０００５】弁ハウジング２に短円筒状の部材２６が装
着され、この円筒状部材２６にプッシュロッド２２が上
下方向に移動自在に装着されている。また、弁ハウジン
グ２内には第１の流体圧室２８及び第２の流体圧室３０
が規定され、スプール２４はこれら第１の流体圧室２８
及び第２の流体圧室３０を貫通して配設されている。ス
プール２４の一端には頭部３２が設けられ、一方プッシ
ュロッド２２の下端には受凹部３５が設けられている。
受凹部３５は、下端が開口し上端が閉じられた孔によっ
て形成されている。かかる受凹部３５の下端内に上記頭
部３２が相対的に移動自在に受入れられている。このス
プール２４の頭部３２にはプレート３４を介して受部材
３６が配設され、この受部材３６と本体部材４との間に
は、操作レバー１２の操作トルク決定用のコイルばね３
８が介在されていると共に、受部材３６とスプール２４
のスプールランド４０との間にはパイロット二次圧決定
用の第１段コイルばね（等ピッチ線形コイルばね）４２
が介在されている。コイルばね３８は本体部材４に対し
て受部材３６を上方に偏倚せしめ、受部材３６をプレー
ト３４を介してプッシュロッド２２の下面に当接せしめ
る。また、第１段コイルばね４２は受部材３６に対して
スプール２４を下方に偏倚せしめ、スプール２４の頭部
３２を受部材３６を介してプレート３４の上面に当接せ
しめる。

【０００６】プッシュロッド２２の受凹部３５内には、
更にスペーサ３７が相対的に移動自在に受入れられてい
る。スペーサ３７の下端部には他の部分より大径の頭部
３７ａが形成されている。この頭部３７ａが受凹部３５
内に相対的に移動自在に受入れられ、且つスプール２４
の頭部３２上に当接して配置されている。スペーサ３７
には、下端が頭部３７ａの上端に当接され、上端がスペ
ーサ３７の上端から距離Ｌ３だけ上方に突出するよう
な、二次圧決定用の第２段コイルばね（等ピッチ線形コ
イルばね）３９が配設されている。第２段コイルばね３
９の上端とプッシュロッド２２の受凹部３５の上端との
間には、距離Ｌ２が設けられている。したがってプッシ
ュロッド２２の押し込み力は順次、第１段コイルばね４
２及び第２段コイルばね３９を介してスプール２４に伝
達される構成となっている。これについては後述する。

【０００７】第１の流体圧室２８は、流路４４を介して
油圧ポンプの如きパイロット流体圧源４６に接続されて
いる。流路４４には流路４８を経てリリーフ弁５２が配
設されている。リリーフ弁５２は、流路４４内の流体圧
力が所定圧力になると開になって流路４４内の圧油の如
き流体を流体溜５０に戻し、流路４４内の流体圧力を所
定圧力に維持する。また、第２の流体圧室３０は、流路
５４を介して制御弁５６の片方のパイロットポートに接
続されている。更に、流体圧室５８は流路６０を介して
流体溜５０に接続され、また流体圧室６１は流路６３を
介して流体溜５０に接続されている。

【０００８】スプール２４には、操作レバー１２の非操
作時には第２の流体圧室３０を流体溜５０に連通し、操
作レバー１２の操作時には第２の流体圧室３０を第１の
流体圧室２８に連通するような溝部７４が形成されてい
る。溝部７４を挟んだ軸方向の両側にはスプールランド
４０と６８が位置付けられている。そして溝部７４の一
端側（第２段コイルばね４２が位置する側）に位置する
スプールランド４０の受圧面積は、溝部７４の他端側の
スプールランド６８の受圧面積より大きく形成されてい
る。換言すれば、スプールランド４０の直径Ｄ１はスプ
ールランド６８の直径Ｄ２より大きく、かつ、溝部７４
の直径はスプールランド４０及び６８のそれぞれの直径
より小さい。スプールランド６８の端部は流体圧室６１
に臨むよう位置付けられている。したがってスプールラ
ンド６８の自由端は常時流体溜５０に連通されている。

【０００９】尚、パイロット圧制御機構２０ｂにおいて
は、第１の流体圧室６２はパイロット圧制御機構２０ａ
における第１の流体圧室２８に連通され、また第２の流
体圧室６４は、上記第２の流体圧室３０から独立し、流
路６６を介して制御弁５６の他方のパイロットポートに
接続されている。

【００１０】図２と共に図４を参照して、操作レバー１
２を矢印１６で示す方向に操作すると、制御弁５６は次
の通りに切換られる。即ち、中立位置から操作レバー１
２をピン１４まわりに矢印１６で示す方向に徐々に旋回
させると、作用プレート１３がプッシュロッド２２を下
方に移動させる（押し込む）。スプール２４の頭部３２
には、第１段コイルばね４２の作用（付勢力）によって
受部材３６と共にプレート３４が押圧されているが、プ
ッシュロッド２２の下端はプレート３４に当接されてい
るので、プッシュロッド２２がプレート３４及び受部材
３６を下方に押し込んでゆく。

【００１１】これに追従してスプール２４が距離Ｌ１下
降すると、スプールランド４０が第２の流体圧室３０と
流体圧室５８との流路をはじめて遮断する。この距離Ｌ
１の間は第２の流体圧室３０が流体圧室５８を介して流
体溜５０に連通されているので、第２の流体圧室３０の
流体圧力即ち二次圧力は実質上ドレン圧に等しく、図４
に示すように実質上ゼロである。したがって距離Ｌ１は
不感帯を構成する。一方、スプール２４が距離Ｌ１下降
すると、スプールランド６８に形成された略半円状の切
欠き７０が、本体部材４における、第１の流体圧室２８
を規定する部位に形成された環状凹部７２を通して第１
の流体圧室２８に連通されはじめる。したがって、第１
の流体圧室２８から第２の流体圧室３０にパイロット流
体圧源４６からの圧力流体が送給されはじめ、切欠き７
０の微小開口に減圧されて、第２の流体圧室３０の流体
圧力が上昇する（減圧作用）。この二次圧は、流路５４
を介して制御弁５６の片方のパイロットポートに供給さ
れ、制御弁５６を図示の中立状態から左方のファンクシ
ョンに切り換えるよう作用する。

【００１２】スプール２４のスプールランド４０の直径
Ｄ１とスプールランド６８の直径Ｄ２との間には、Ｄ１
＞Ｄ２の関係が存在するので、スプール２４を上方に移
動させる力が、第１の流体圧室２８から第２の流体圧室
３０に圧力流体が送給されることにより発生しはじめ
る。その結果、第１段コイルばね４２がたわみはじめ
る。プッシュロッド２２は、第１段コイルばね４２をた
わませながらスプール２４に対して下方に距離Ｌ２相対
移動する。すなわち、プッシュロッド２２の受凹部３５
の上端と第２段コイルばね３９の上端との距離Ｌ２が吸
収され、それらが実質上当接した状態となる。プッシュ
ロッド２２の距離Ｌ２の移動により、図４の第１折れ点
Ａから第２折れ点Ｂまでの二次圧（パイロット二次圧
力）が決定される。プッシュロッド２２を更に下方に押
し込むと、プッシュロッド２２の受凹部３５の上端によ
り第２段コイルばね３９をたわませながらスプール２４
に対して下方に距離Ｌ３相対移動する。すなわち、プッ
シュロッド２２の受凹部３５の上端とスペーサ３７の上
端との距離Ｌ３が吸収され、それらが実質上当接した状
態となる。プッシュロッド２２の距離Ｌ３の移動によ
り、図４の第２折れ点Ｂから第３折れ点Ｃまでの二次圧
が決定される。

【００１３】プッシュロッド２２のスプール２４に対す
る相対的可動範囲である距離Ｌ２＋距離Ｌ３が吸収され
終わると、プッシュロッド２２の受凹部３５の上端によ
って（スペーサ３７を介して）、スプール２４は強制的
に下方に押し下げられ、第１の流体圧室２８と第２の流
体圧室３０とが全開状態で連通される。これにより二次
圧は最大となる（図４参照）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図４から容易に理解さ
れる如く、前記従来の流体圧パイロット弁においては、
パイロット二次圧として多段の二次圧特性が得られる
（前記流体圧パイロット弁では、距離Ｌ１と一次圧との
連通部を除いて２勾配が得られる）。これを図４におい
て点線で示す１本のコイルばねのみによる二次圧特性と
比較すると、第１折れ点Ａと第２折れ点Ｂ間の勾配が小
さく、プッシュロッドストローク、すなわち操作レバー
ストロークに対するパイロット二次圧のゲインが低い。
したがって操作レバー１２の微操作性が良好となる。

【００１５】しかしながら、前記従来の流体圧パイロッ
ト弁においては、第２折れ点Ｂにおいてパイロット二次
圧の勾配が急変化する。その結果、このポイントＢにお
いて、アクチュエータのスピード変化（段付き変化）等
の違和感が生じ、操作フィーリングが悪くなる。また第
２段コイルばね３９及びスペーサ３７等の追加部品が必
要となり、比較的高価となる。

【００１６】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので
あり、その主目的は、アクチュエータのスピード変化等
の違和感が発生せず、良好な操作フィーリングが得られ
る、改良された流体圧パイロット弁を提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、弁ハウ
ジングと、該弁ハウジング内に規定され且つパイロット
流体圧源に連通された第１の流体圧室と、該弁ハウジン
グ内に規定され且つ制御弁のパイロットポートに連通さ
れた第２の流体圧室と、手動操作される操作レバーと、
該弁ハウジングに設けられ且つ該操作レバーに連動して
押し込まれるプッシュロッドと、該プッシュロッドに対
し所定の範囲だけ相対移動可能に装着され且つ該プッシ
ュロッドの押し込み力が二次圧決定用の偏倚手段を介し
て伝達されるスプールとを備え、該スプールには、該操
作レバーの非操作時には該第２の流体圧室を流体溜に連
通し、操作時には該第２の流体圧室を該第１の流体圧室
に連通するような溝部が形成され、該溝部の一端側であ
って該偏倚手段側に位置するスプール部分の受圧面積を
該溝部の他端側のスプール部分の受圧面積より大きくす
ると共に、該他端側のスプール部分の自由端を常時該流
体溜に連通するよう構成された流体圧パイロット弁にお
いて、該偏倚手段は非線形コイルばねから構成されたこ
とを特徴とする流体圧パイロット弁、が提供される。

【００１８】

【作用】スプールに対し所定の範囲だけ相対移動可能に
装着されたプッシュロッドの押し込みにより二次圧を決
定する偏倚手段は非線形コイルばねから構成されてい
る。プッシュロッドを不感帯を越えて押し込み、スプー
ルに対し所定の範囲相対移動させると、図３の第１折れ
点Ａから第２折れ点Ｂまでの二次圧が決定される。図３
から明らかかなように、下方に膨らんだ曲線として示さ
れる非線形の二次圧の変化が得られる。点Ａから点Ｂ間
の勾配は比較的小さいので、操作レバーストロークに対
するパイロット二次圧のゲインが低い。したがって、操
作レバーの小ストロークで低ゲインの減圧特性を得るこ
とができ、微操作性が向上する。また点Ａから点Ｂ間の
勾配は、滑らかな曲線で連続的に変化するので、すなわ
ち低ゲインから高ゲインへの変化は、滑らかに連続的に
変化するので、アクチュエータのスピード変化等の違和
感が発生せず、良好な操作フィーリングが得られる。ま
た従来の第２段コイルばね３９及びスペーサ３７等の追
加部品が不要となり、比較的低コストで製造できる。

【００１９】

【実施例】以下、図１及び図３を参照して、本発明に従
って構成された流体圧パイロット弁の実施例について説
明する。なお、図１に示す本発明の流体圧パイロット弁
の説明において、図２に示す従来の流体圧パイロット弁
と相違する部分についてのみ説明する。なお相違する主
要なところは、第２段コイルばね３９及びスペーサ３７
が廃止され、二次圧決定用のコイルばねとして非線形コ
イルばねである不等ピッチコイルばね８２のみが使用さ
れていることである。したがって図１において、図２と
同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。

【００２０】プッシュロッド２２の下端には受凹部８０
が設けられている。受凹部８０は、下端が開口し上端が
閉じられた孔によって形成されている。かかる受凹部８
０の下端内にスプール２４の頭部３２が所定の範囲相対
的に移動自在に受入れられている。頭部３２の上端と受
凹部８０の下端との間の距離Ｌ２は、前記所定の範囲を
規定している。このスプール２４の頭部３２にはプレー
ト３４を介して受部材３６が配設され、この受部材３６
と本体部材４との間には、操作レバー１２の操作トルク
決定用のコイルばね３８が介在されていると共に、受部
材３６とスプール２４のスプールランド４０との間には
パイロット二次圧決定用の偏倚手段を構成する非線形コ
イルばね、この実施例においては不等ピッチコイルばね
８２が介在されている。不等ピッチコイルばね８２は受
部材３６に対してスプール２４を下方に偏倚せしめ、ス
プール２４の頭部３２を受部材３６を介してプレート３
４の上面に当接せしめる。その他の構成は、図２に示す
流体圧パイロット弁と実質上同一であるので説明は省略
する。

【００２１】図１と共に図３を参照して、操作レバー１
２を矢印１６で示す方向に操作すると、制御弁５６は次
の通りに切換られる。即ち、中立位置から操作レバー１
２をピン１４まわりに矢印１６で示す方向に徐々に旋回
させると、作用プレート１３がプッシュロッド２２を下
方に移動させる（押し込む）。スプール２４の頭部３２
には、不等ピッチコイルばね８２の作用によって受部材
３６と共にプレート３４が押圧されているが、プッシュ
ロッド２２の下端はプレート３４に当接されているの
で、プッシュロッド２２がプレート３４及び受部材３６
を下方に押し込んでゆく。

【００２２】これに追従してスプール２４が距離Ｌ１下
降すると、スプールランド４０が第２の流体圧室３０と
流体圧室５８との流路をはじめて遮断する。この距離Ｌ
１の間は第２の流体圧室３０が流体圧室５８を介して流
体溜５０に連通されているので、第２の流体圧室３０の
流体圧力即ち二次圧力は実質上ドレン圧に等しく、図３
に示すように実質上ゼロである。したがって距離Ｌ１は
不感帯を構成する。一方、スプール２４が距離Ｌ１下降
すると、スプールランド６８に形成された略半円状の切
欠き７０が、本体部材４における、第１の流体圧室２８
を規定する部位に形成された環状凹部７２を通して第１
の流体圧室２８に連通されはじめる。したがって、第１
の流体圧室２８から第２の流体圧室３０にパイロット流
体圧源４６からの圧力流体が送給されはじめ、切欠き７
０の微小開口に減圧されて、第２の流体圧室３０の流体
圧力が上昇する（減圧作用）。この二次圧は、流路５４
を介して制御弁５６の片方のパイロットポートに供給さ
れ、制御弁５６を図示の中立状態から左方のファンクシ
ョンに切り換えるよう作用する。

【００２３】スプール２４のスプールランド４０の直径
Ｄ１とスプールランド６８の直径Ｄ２との間には、Ｄ１
＞Ｄ２の関係が存在するので、スプール２４を上方に移
動させる力が、第１の流体圧室２８から第２の流体圧室
３０に圧力流体が送給されることにより発生しはじめ
る。その結果、不等ピッチコイルばね８２がたわみはじ
める。プッシュロッド２２は、不等ピッチコイルばね８
２をたわませながらスプール２４に対して下方に距離Ｌ
２相対移動する。すなわち、プッシュロッド２２の受凹
部８０の上端とスプール２４の頭部３２の上端との距離
Ｌ２が吸収され、それらが実質上当接した状態となる。
プッシュロッド２２の距離Ｌ２の移動により、図３の折
れ点Ａから折れ点Ｂまでの二次圧（パイロット二次圧
力）が決定される。

【００２４】プッシュロッド２２のスプール２４に対す
る相対的可動範囲である距離Ｌ２が吸収され終わると、
プッシュロッド２２の受凹部８０の上端によって、スプ
ール２４は強制的に下方に押し下げられ、第１の流体圧
室２８と第２の流体圧室３０とが全開状態で連通され
る。これにより二次圧は最大となる（図３参照）。

【００２５】以上の説明から明らかなように、プッシュ
ロッド２２を不感帯Ｌ１を越えて押し込み、スプール２
４に対し所定の範囲Ｌ２相対移動させると、図３の折れ
点Ａから折れ点Ｂまでの二次圧が決定される。図３から
明らかかなように、下方に膨らんだ曲線として示される
非線形の二次圧力の変化が得られる。点Ａから点Ｂ間の
勾配は比較的小さいので、操作レバーストロークに対す
るパイロット二次圧のゲインが低い。したがって、操作
レバー１２の小ストロークで低ゲインの減圧特性を得る
ことができ、微操作性が向上する。また点Ａから点Ｂ間
の勾配は、滑らかな曲線で連続的に変化するので、すな
わち低ゲインから高ゲインへの変化は、滑らかに連続的
に変化するので、アクチュエータのスピード変化等の違
和感が発生せず、良好な操作フィーリングが得られる。
また従来の第２段コイルばね３９及びスペーサ３７等の
追加部品が不要となり、比較的低コストで製造できる。

【００２６】以上、本発明による流体圧パイロット弁を
実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく
種々の変形乃至修正が可能である。例えば、偏倚手段を
構成する非線形コイルばねとして、前記実施例において
は不等ピッチコイルばね８２が使用されているが、これ
に限られるものではない。その他の非線形コイルばね、
例えば、円錐コイルばね、たる形コイルばね、テーパコ
イルばね等を使用しても成立する。実施例におけるよう
に、非線形コイルばねとして不等ピッチコイルばね８２
を使用した場合には、その外径が全長にわたって一定で
あるので、外径方向のスペースが一定となり、スペース
上有利である。

【００２７】

【発明の効果】本発明による流体圧パイロット弁によれ
ば、優れた微操作性が得られると共に、アクチュエータ
のスピード変化等の違和感が発生せず、良好な操作フィ
ーリングが得られる。また従来と比較して部品点数が少
なくなるので構成が簡単となり、比較的低コストで製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された流体圧パイロット弁
の実施例を示す断面図。

【図２】従来の流体圧パイロット弁を示す断面図。

【図３】図１に示す本発明に従って構成された流体圧パ
イロット弁の二次圧力特性を示す線図。

【図４】図２に示す従来の流体圧パイロット弁の二次圧
力特性を示す線図。

【符号の説明】

２弁ハウジング１２操作レバー２２プッシュロッド２４スプール８０受け凹部８２不等ピッチコイルばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁ハウジングと、該弁ハウジング内に規
定され且つパイロット流体圧源に連通された第１の流体
圧室と、該弁ハウジング内に規定され且つ制御弁のパイ
ロットポートに連通された第２の流体圧室と、手動操作
される操作レバーと、該弁ハウジングに設けられ且つ該
操作レバーに連動して押し込まれるプッシュロッドと、
該プッシュロッドに対し所定の範囲だけ相対移動可能に
装着され且つ該プッシュロッドの押し込み力が二次圧決
定用の偏倚手段を介して伝達されるスプールとを備え、
該スプールには、該操作レバーの非操作時には該第２の
流体圧室を流体溜に連通し、操作時には該第２の流体圧
室を該第１の流体圧室に連通するような溝部が形成さ
れ、該溝部の一端側であって該偏倚手段側に位置するス
プール部分の受圧面積を該溝部の他端側のスプール部分
の受圧面積より大きくすると共に、該他端側のスプール
部分の自由端を常時該流体溜に連通するよう構成された
流体圧パイロット弁において、該偏倚手段は非線形コイ
ルばねから構成されたことを特徴とする流体圧パイロッ
ト弁。
【請求項２】該非線形コイルばねは不等ピッチコイル
ばねである、請求項１記載の流体圧パイロット弁。