JPS58217880A - 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】 本発明は、流体の流れを制御する制御弁に関し、特に、
比例オリフィス及び位置フィードバック特性を有１゛る
２段ボ投ツ）・制御弁に関する。

近年、多数の、−１ｖ　ＱツＩ・弁を用いて正確な制御
弁を形成することが、農業及び工業の分野で望まれてい
る。従来、スプール弁は正確な制御が必要とさ４るとこ
ろで用いられてきている。ポＲット弁は汚染されにくく
、主にオンオフ型弁としてまた圧力制御弁として用いら
れてきている。それらの使用例においては、ポＲットは
短時間の間に弁をとおして流体を放出することができる
ように異なる面積を有するように作られている。従って
ポＲット弁は、制御された状態で流体を正確に計量供給
する能力は有していない。更に異なる面積は、流れの誘
起される力及び圧力によって不安定さを生ずる。この不
安定さは流れ制御弁の操作において重要な無効操作点（
ｃｎｕｌｌ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ）のあた
りにおいて大きくなる。

ＭＩＴ　　プＬ／、Ｘから発行されているＢｌａｃｋｂ
ｕｒｎ　。

Ｒｅｅｔｈｏｆ及び５ｈｅａｒｅｒの有名な流体力制御
テキストノック（Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ　ｔｅｘｔ　ｂｏｏｋ）の２４６投−ジには、高性
能サーボのために作られたポはット弁はほとんど成功し
ていない上述べられている。しかし、１つのポ深ット弁
を用いた制御弁が米国特許第３，８９３，４７１号、第
４，１９４，７１９号及び第４．２０１，２５２月に示
されている。しかし、それらの全ての制御弁は、ボはッ
ト部材の安定性を維持しながら流体の正確な用量供給を
行うために必要とされる’ｔＱｊ性に欠けている。

本発明の目的は制作が容易で潤製費用が安く、スプール
弁よりも、汚」１．にくく位置フィート８バツクを有し
、かつ入口及び１旧］間の流体の流れを制御するための
制御弁を提供することを目的とする。

本発明にかかる制御弁は、弁腔な有するハウジングと、
弁腔の内面に形成された弁座な有している。弁腔は流体
入Ｉ］及び流体出口と接続されている。流体入［１及び
流体出口の間の弁腔内には第１のポイット弁が設けられ
ており、このポＲット弁は正味有効面積がほぼ等しい頂
面及び底面を有している。底面の列部周縁は弁座に係合
可能とされる。第１の弁はまた、頂面から底面へのびる
第１の流路と、頂面かも第１の弁の外周囲面の一点にの
びる第２０流路とを有している。外周面上の一点は頂面
及び底面の間に位置決めされており、常に流体１旧−１
と連通さＪｌでいる。第１の弁は底面の周縁が弁座に係
合する第１の位置と同周縁が弁座から離れる第２の位置
との間で動かされる。制御弁はさらに第２ポＲツト弁を
有しており、このポＲット弁は第１ポはット弁の頂面に
隣接して上記弁腔内に位置決めされ、第２の流路と整合
されている。第２ポペツト弁は第２０流路を通る流体の
流ねを阻止する閉位置と、その流れを可能にする開位置
との間で動かされる。第２ポはット弁の動きはソレノイ
ド９などによって制御され、その上方及び下方への動き
は第１ポペツト弁の動きに対応する。第２の４Ｒツト弁
の動きは流体入口及び流体出口間に制御されたオリフィ
スを形成し、この制御されたオリフィスを通る流体の流
れは第１ポはット弁の動きに比例する。さらにこの制御
弁は、第１（７）’ｙｔ？ｓット弁の頂面に係合してこ
のポイット弁を第１の位置すなわち閉位置に向けて付勢
するバネを有している。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図乃至第３図には、弁腔１４を有するハウジング１
２を備えた制御弁１０が示されて（・る。

弁腔１４の内面には弁座１６が形成されている。

弁腔１４には流体人［１１Ｂと流体出口２０が接続され
ている。流体人１−１は、ポンプ２４及びチェック弁２
６によって貯槽２２に接続されている。ポンプ２４は、
貯槽２２から鮨１体を引き出し、入口１８を通して弁腔
１７Ｉへ流体を供給する。チェック弁２６は流体がポン
プ２４がら弁腔１４へ流れるのを許容する。Ｍｆ、休出
１−１は出力機関２８に接続されている。農業用や工業
月１の車輌においては、この出力機関２Ｂ’ａ□Ｉ具を
荷げ降しするための一似上の流体シリンダ又はモータと
することができる。

弁腔１４内の入１−１１８及び出口２０の間には、第１
の弁３０ｔＩｆＬ、＜はポはツト弁が設けられる。

この第１の弁６０は頂面６２及び底面６４を有している
。８１１１の弁６０の下方周囲面６６は弁座１６と係合
可能である。好しくは圧力流体がかけられる底面６７Ｉ
の正味有効面積は圧力のかけられる１１″４面６２のｉ
［味有効面積にほぼ等しくされる。

頂面３２及び底面６４がほぼ等しい正味有効面積を有す
ることの重要性については、制御弁１ｏの作用を説明す
る以下の部分において述べることにする。第１弁３０は
弁腔１４を供給キャビティ１９及び制御キャビティ２１
の２つのキャビティに分割する。供給キャビティ１９は
第１弁６４の底面の下にあり、制御キャビティ２１は第
１弁３００頂面６２の上方にある。

第１弁３０の中には、第１流路６８、第２流路４０が設
けられている。第１流路６８は頂面３２から底面３４へ
のびており、そこを流れる流体の抵抗Ｒ１として機能し
て第１弁６０前後での圧力降下を生ずる。より望しい圧
力降下を得るため、オリフィス４４を含むゾラグ４２を
第１流路３８内に挿入することができる。いずれの場合
にも圧力降下は生じ底面６４に高圧ががかる。この第１
流路３８は第１弁１０の中ではなく、ハウジング１０の
中に供給キャビティ１９と制御キャビティ２１とを接続
するように設けることができる。第２流路４０は、第１
弁６０の頂面６２から頂面６２及び底面３４の間の位置
にある第１弁３０の外周面上の点４６にのびている。こ
の点４６は、第１弁６０の弁腔１４内での位置に関係な
く、流体出口２０とつねに接続さＪｌている。第１弁６
０は、流体圧力によって下方周囲面６６が弁座１６に係
合する第１の位置と、回下方周囲面３６が弁座１６から
離れる第２の位置との間で動かされる。

第２の弁４８は好゛土しくはポＲット弁とされるが、弁
腔１４内の位置で第１の弁３０の頂面３２に隣接して設
けらＪする。第２の弁４８は第２流路４０の入口と整合
され、第２の流路４０を通る流体の流Ｊ１を阻１１−す
る閉位置と、その流れを許容する開位置との間で動かさ
」］る。第２の弁４８の下方端部の寸法及び外状は、端
部の周りの流体力が弁全体の前稜における圧力補償され
た流体制御を生ずるようなものに設計することができる
。第２弁４８は、入力機構５２によって作動される制御
機構５０に、Ｌつて制御さＪする。入力機構５２０例と
しては手動制御レバーや、機械的または自動的アクチュ
エータや電気信号などを含む。同様に制（１３制 御機構５０は種々の構造とすることができ、電気、機械
、流体圧力、空気圧力、またそれらの組み合せによって
作動される。好ましくは制御機構５゜は電気ソレノイド
弁とすることができる。第２弁４８はまた、ソレノイド
９弁に供給される電流の量に直接関係した線形連動をす
るように作ることができる。

制御弁１０はまた、弁腔１４の中で第１弁６゜の頂面６
２に当接するバネ５４を有している。バネ５４は、第１
の弁３０を第１図に示すような第１または着座位置に向
けて付勢する。制御弁１゜の作動について説明するが、
始めの状態として、第１図に示すように第１の弁３０が
弁座１６に係合しており、また第２の弁が第２流路４ｏ
に流体が入るのを阻止する閉位置にあるものとする。ポ
ンプ２４からの加圧流体は供給キャビティに供給され、
第１流路３８、制御キャビティ２１へ供給される。第１
の弁及び第２の弁が下方位置にあるとき、流体出口２０
は連通されていないので、頂面６２及び底面３４にかか
る流体の圧力は等しく（１４１ なる。４ノＹつで第１のｊｒ＝　３０はバネ５４によっ
て確実に係合される。制御弁１０に流れを通すには、制
御機構５０が人力機構５２によって作動されなければな
らｌ、已・１．たとえば制御機構５０が電気ンレノイｌ
’　ｊｌ”である場合、ソレノイド９弁は電気的に旧弊
され第２弁４８を持ち上げなげればならない。

第２弁４８の動きはソレノイド弁に供給される電流に直
１ｇ）関係する。

使用さ」する制御機構５０の種類に関係なく、第２弁４
８は第２図に示すように上方に動かされる。

この弁が」１方に動かされると、第２流路の入口の所に
可変量］］マたは］１（抗Ｒ２が形成されて、制御ギャ
ビテイ２８か「）流体出口２０へ流体が流れる。

逆向き流体の流Ｊ］はチエツ弁２８によって阻止される
。

制御ギャビテイ２８から流体が流れると、第１弁６０の
前後において圧力差が生じ、底面６４にかかる圧力は＋
、ｔ′ＪＨＣ１１ろ２にかかる圧力より大きくなる。圧
力差がバネ５４による下向きの偏倚力より大きくなると
、第１の弁ろ０は第６図に示すように弁座１６から離れ
て上方へ動く。そのようになると第３の流体開口または
抵抗Ｒ３が流体入口１８及び出口２２間に形成される。

実際の動作においては、第１の弁６０は第２の弁４８の
上方への動きとほぼ同時に上方へ動く。好ましくは第１
弁６０及び第２の弁４８の両方が同時に上方及び下方に
動くようにする。弁６０及び４８のこの対応する直線的
な動きは、制御弁１０内での位置フィードバック特性を
生ずる。位置フィードバックは第２の流路４０への入口
に形成される可変オリフィスＲ２の結果である。もし流
入する流体の圧力が下がると、第１の弁６ｏは底面３４
へががる減少された圧力によって下方へ動く。第１の弁
３゜が下方へ動くと開口Ｒ３の寸法が減少し、それによ
り供給キャビティ１９からでる流体の流れを抑制する。

同時に可変オリフィスＲ２の寸法が増大し、それにより
頂面６２にかかる圧力が減少する。

はぼ同時に第１の弁６０が圧力を等しくする位置へ動く
。そのような補償運動は位置フィードバックと称され、
第２の弁４８が動くがまたは制御弁１０前稜のＬ［］力
が変わるとイ１：する。

第４図には制御弁１０の変形した制御弁６０が示さ」１
ており、この弁６０においては第２流路内にオリフィス
６４を有するプラグ６２が設けられている。オリフィス
６４は抵抗Ｒ１が第１流路３８内に形成されたと同様に
第２流路前後における圧力降下を牛する抵抗Ｒ４を作っ
ている。この抵抗Ｒ４は第１弁６０の応答性を安定にす
る作用を有しており、それにより制御弁６０を通る流体
の流」１をより制御する抵抗Ｒ４の寸法を変えることに
よって弁の流れ利ｔｒ＋特性を特定のシステムの用件に
合せるようにｉ′ｉ１．′、Ｉ整することができる。

制御弁１０７したは６０は三ウェイまたは四ウェイ弁の
ような多数の制御弁を作るために一個以上組み合わせる
ことができる。第５図に示すように２つの制御弁１　ｏ
’、　ｉ　ｏ“が−諸に接続され三ウェイ弁を形成され
ており、制御弁１０′の出力が導管６４によって機関６
６に向けられるようにされている。機関６６はピストン
７０と負荷に接続されたピストンロッド７２を有する液
圧シリンメロ８として示されている。導管６４はまた導
管６５によって制御弁１０“の供給キャビティ１９に接
続されている。第５図において制御弁１０’、１０”は
、それらの第１及び第２の弁３０．４８が下方位置にあ
り流体が流れな（・ようになっている。従って負荷は、
液圧シリンダ６８内の流体が動かないので、ピストン７
０を動かすことができない。

このシリンダの状態はニュートラル位置に対応する第６
図において制御弁１０′　　はその第１及び第２の弁３
０．４８が上方へ動き、ポンプからの流体が弁１０′　
　を通り導管６４を通ってシリンダ６８へ流れるように
している。第２制御弁１０′　はまだ第１及び第２の弁
３０．４８が下方の位置にあり、そこを流れる流体を阻
止している。第１制御弁１０′　　が開いて第２制御弁
１０″が閉じているので、流体はシリンダ６８内に入り
ピストン７０が上方へ動いて負荷を持ち上げる。第７図
において、第１制御弁１０′　　は閉じられ第２制御１
０“が開かれて、シリンダ６８内の流体はピストン７０
にかかる負荷の力のもとで第２制御弁１０“を通つて貯
槽２２へ流れる。これによりピストン７０は下方に動い
て負荷が下がる。

卯、８図には復動ビス；・ン７６を作動するように配置
された４つの制御弁１０α、　１ｏｂ、１０Ｃ，ｉｏｄ
を有する四つェイｊｌｔ制御弁７０の一例が示されてい
る。ピストン７６は液圧シリンダ７７内に設けら」１、
ピストンロッド７８によって負荷７９に接続されている
。図示の位置においては第１制御弁１０ａが開放され、
圧力流体がポンプ２４から導管８０を通ってピストン７
６の左ｆ；１１のチャンバ８２内へ流れるようになって
いる。第２弁１０Ａもまた開放さ」１ており、ピストン
７６の右側にあるチャンバ８４内の流体が導￥ｆ８６を
通り弁１０ｂ及び帰還導管８８を通って貯槽２２へ流れ
るようになっている。弁１０Ｃ，１０ｄはこの時閉じら
れているが、弁１０ａ、ＩＯＡが閉じられるときは開放
されてぎストン７６が左（１１１１の方向へ動けるよう
にする。

四ウェイ制御弁７４は四つのモート９を有している。

第１のモート９はニュートラルモードであり、全ての弁
１０１７．１０１！ｌ、　ｌｌ］Ｃ，１０ｄが閉じられ
ている。

第２のモート８では上述したように弁１０α、１０ｂが
開放され弁１０Ｃ２１０ｄ　が閉じられ、それによりピ
ストン７６が右の方向へ動かされる。第６のモートゝに
おいては、弁１０ａ、１０Ａ　　が閉じられ弁ｌＱｃ　
、　１０ｄ、が開かれ、それによりピストン７６が左の
方向へ動かされる。第４のモードはフローティングモー
ドであり、１０ａ、１０Ｃが閉じられ、弁１０ｂ、１０
ｄが開かれ、それによりヒ０ストンがその前後の差圧に
よっていずれの方向にも動かされる。

２もしくはそれ以上の弁１０または６０を用いて種々の
組み合せ及び配置とすることができる。

以上本発明の詳細な説明したが本発明はこの実施例に限
定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は閉位置にされている相互に作用するポＲット弁
を有する制御弁の断面図； 第２図は第１のポはット弁が開位置にされた制　　　　
・両弁を示す断面図； 第６図は両方のポズット弁が開位置にされた第１図の制
御弁を示す断面図； 第４図は仙の実施例に係る制御弁の断面図；第５５図、
第６図及び第７図は負荷をニュートラル位置、」一方位
置、下方位置に位置決めしている２つの制御弁を用いた
三ウェイ制御弁の概略図；第８図は４つの弁を用いた四
ウェイ制御弁の概略図である。 １４・・・弁腔；　１６・・・弁座、；　１８・・・流
体人口；２０・・・流体１１汀」；　６０・・・第１の
弁；３２・・・頂面；　　３１・・・底面；　３８・・
・第２の流路；４０・・・第１の流路；　４８・・・第
２の弁。 ％許出庭１人　　ディーア・アントゝ・カンパニー（外
４名） （２１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）弁腔及び該弁腔の内面に形成された弁座を有する
   ハウジングと； 弁腔に連通された流体入口及び流体出口と；弁腔内の上
   記流体入口及び流体出口間に位置決めされた第１の弁で
   、正味有効面積がほぼ等しい頂面及び底面、上記弁座に
   着座可能な上記底面のまわりの下方周面、及び、上記頂
   面から当該第１弁の頂面及び底面間で上記流体出口に常
   に連通されている外部点へ伸びる第１の流路を有し、上
   記下方周面が弁座上に着座する第１の位置と弁座から離
   れる第２の位置との間で可動とされた第１の弁と； 流体入口を、第１の弁の頂面の上記有効面積部分に連通
   ずる第２の流路と； 第１の弁の頂面に隣接し且つ上記第１の流路に整合して
   上記弁腔内に設けられ、第１０流路な通る流体流を阻止
   する閉位置を、同流路を通る流体流を許容する開位置と
   の間で可動とされた第２の弁と； 該第２の弁を閉位置と開位置との間で動かすための制御
   手段と； を有している制御弁。 （２）上記第１及び第２の弁をポペット弁とした特許請
   求の範囲第１項に記載の制御弁。 （３）第１の弁を第１の位置に向けて付勢する偏倚ばね
   な有している特許請求の範囲第１項に記載の制御弁。 （４）上記第２の流路が、第１の弁の頂面及び底面間に
   圧力降下を生じる絞りとして作用するようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の制御弁。 （５）上記流体流が、上記流体入口から流体出口へ流れ
   る°ようにした特許請求の範囲第１項に記載の制御弁。 （６）上記制御手段としてソレノイド８弁を用いた特許
   請求の範囲第１項に記載の制御弁。 （７）　　上記第２の弁が、ソレノイド弁に供給される
   電流に比例して直線的に動く特許請求の範囲第６項に記
   載のｆｌｔ制御弁３、 （８１上記第２の流路が、」二記載１の弁の頂面かも底
   面へ伸びるように設けられ、また、上記第２の弁の回位
   ｔｉｔへの動きにより第１の弁が第２の位置に動いて上
   ｎ１１下方周囲面と弁座との間に、第１の弁の頂面に対
   する第２の弁の相対的動きに比例する断面積を有する第
   ６の流路が生じるようにした特許請求の範囲第１項若し
   くは第２項に記載の制御弁、。 （９）第１の弁のｊｎ＃きが第２の弁の動きにほぼ等し
   く、それらの間の位置フィードバックが生じるようにし
   た特ＦＩ’１ｔＮｆ求の範囲第８項に記載の制御弁。 （Ｉｎ）　　−１−、記載１の渾、路内に、第１の弁の
   頂面と上記外部点との間で圧力降下を生じさせる絞りが
   形成さ′Ｊ］ている４ｔ！ｒｒｌ請求の範囲第８項に記
   載の制御弁。 （１１）第１の弁のＩＩ！ｉ　ｒｆｉ＋及び底面との間
   に圧力降下を生じるよう第２の流路内に絞りを設けた特
   許請求の範囲第１　（ｌ　ＪＪ′ｉに記載の制御弁。 （１２一対の弁腔及び各弁腔の内面に形成された弁座な
   有するハウジングと； 各弁腔に連通された流体入口及び流体出口と；各弁腔内
   の上記流体入口及び流体出口間に位置決めされた第１の
   ポペット弁で、正味有効面積がほぼ等しい頂面及び底面
   、上記弁座に着座可能な上記底面のまわりの下方周面、
   上記頂面から当該第１の、１′？４ツト弁の頂面及び底
   面間で上記流体出口に常に連通されている外部点へ伸び
   る第１の流路、頂面から底面に伸びる第２の流路な有し
   、上記下方局面が弁座に着座する第１の位置と弁座から
   離れる第２の位置との間で可動とされた第１のポペット
   弁と； 第１のポはット弁の頂面に隣接し且つ上記第１の流路に
   整合して各弁腔内に設けられ、第１の流路を通る流体流
   を阻止する閉位置と、同流路を通る流体流を許容する開
   位置との間で可動とされた第２のポペット弁で、開位置
   への動きにより第１　　　　′のボはット弁が第２の位
   置へ動いて上記下方周囲面と弁座との間に、第１の、ｏ
   　Ｓット弁の頂面に対する第２の・１２ＲツトＪＰの相
   対的動きに比例する断面積を有する第ろの流路を生じさ
   せる第２のポペット弁と； 各第２のボＲツト弁を開位置と閉位置との間で動かす制
   御手段と； 一方の弁腔の流体用［１と他方の弁腔の流体入口とを連
   通ずるとともに、所定の流体機関に連通さ」する流路と
   ； を有し、」−記一方の弁腔の流体入口が流体源に接続さ
   れ、他方の弁腔の流体出口が貯槽に接続されるようにし
   た三ウェイ制御弁。 （１３）　　ｑつの弁腔及び各弁腔の内面０妻−４ｙｄ
   ％に形成された弁座な有するノ・ウジングと；各弁腔に
   連通された流体入口及び流体出口と；各弁腔内の」−制
   流体入口及び流体出口間に位置決めされた第１のポＲツ
   ト弁で、正味有効面積がほぼ等しい１１′ｊ面及び底面
   、上記弁座に着座可能な上記底面のまわりの下方局面、
   上記頂面から当該第１のボイット弁の頂面及び底面間で
   上記流体用［１に常に連通されている外部点へ伸びる第
   １０流路、頂面から底面に伸びる第２の流路を有し、上
   記下方周面が弁座に着座する第１の位置と弁座から離れ
   る第２の位置との間で可動とされた第１のボはット弁と
   ； 第１のポペット弁の頂面に隣接し且つ上記第１０流路に
   整合して各弁腔内に設けられ、第１０流路を通る流体流
   を阻止する閉位置と、同流路を通る流体流を許容する開
   位置との間で可動とされた第２のポはット弁で、開位置
   への動きにより第１のポにット弁が第２の位置へ動いて
   上記下方周囲面と弁座との間に、第１のポにット弁の頂
   面に対する第２のポにット弁の相対的動きに比例する断
   面積を有する第３の流路な生じさせる第２のポペット弁
   と； 各第２のポはット弁を開位置と閉位置との間で動かす制
   御手段と； 上記弁腔のうちの第１の弁腔の流体入口を加圧流体源に
   接続する流路と； 第１の弁腔の流体出口を、制御される往動ピストンシリ
   ンダ装置の一方のチャンノζへ接続する流路と； 第２の弁腔の流体人［１を上記ピストンシリンダ装置の
   他方のチャンバへ接続する流路と；第２の弁腔の流体用
   １−１を貯槽に接続する流路と；第３の弁腔の流体入１
   −１を加圧流体源に接続する流路ど； 第６の弁腔の流体出口を上記ピストンシリンダ装置の上
   記他方のチャンバへ接続する流路と；第４の弁腔の流体
   入口を上記一方のチャンバへ接続する流路と； 第４の弁腔の流体１１匪１を貯槽へ接続する流路と：を
   有し、上記弁の動きにより上記ピストンシリンダ装置内
   の１イ°ストンの動きと位置とを制御するようにした四
   ウェイ制御弁。