JPS5839807A - 流体制御装置 - 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】 この発明は、流量調整弁の出力流量および２次圧力を安
定化させ得るようにした流体制御装置に関する。

従来、流体制御装置としては、たとえば流量調整弁の前
後の差“圧を圧力補償弁で一定に制御して、流量制御を
行なうようにしたものが良く知られている。

ところで、この流体制御装置においては、−、シば流体
の軸推力の影響により、該流量調整弁と圧力補償弁と−
が制御流体を介して共振するという現象を生じる。この
共振が生じると、流量調整弁の出力流量および２次圧力
が不安定になって、出力流量の整定時間が長くなったり
、出力流量のオーバシュートの波形にバラツキが生じて
その再現性が悪くなったりして、流量調整弁の動特性が
悪くなるという不具合を生じる。

そこで、この発明の目的は、上記不具合を除去すること
にあって、流量調整弁と圧力補償手段とを備えた流体制
御装置において、流量調整弁と灰化 力補償手段とからなる系を安已ソせ、流量調整弁の出力
流量および２次圧力を安定化させ、動特性を改良するこ
とにある。

この発明は、上記目的を達成するために、流量調整弁と
圧力補償手段とを備え、該流量調整弁の流量調整部の前
後の差圧を圧力補償手段で一定に制御するようにした流
体制御装置において、上記流量調整弁をアクチュエータ
に対してメータイン側に介設すると共に、該流量調整弁
のメータリングスプールの流量制御部に、該メータリン
グスプールに対する流体による軸推力を減少させる手段
を設けて、該メータリングスプールの動作を安定させ、
上記流量調整弁と圧力補償手段とからなる糸を安定化さ
せるようにしたことを特徴としている。

以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、１は主弁２とパイロット弁３とからな
る流量調整弁の一例としての電磁比例形絞り切換弁、４
は慣性の大きな負荷５を駆動する油圧シリンダ、６は圧
力補償手段の一例としてのバイパス形圧力補償弁である
。

上記主弁２は、クローズドセンタ形３位置切換弁で、本
体１０内にシリンダ室１１を形成し、該シリンダ室１１
に左方よシ順次環状溝１２．１１．１４，１５．１６を
設けている。上記環状溝１２はタンクボートＴに、環状
溝１３は負荷ポートＢに、環状溝１４はポンプポートＰ
に、ｉ状溝１５は負荷ポートＡに、環状溝１６はタンク
ボートＴに夫々連通させている。そして上記シリンダ室
１１の環状溝１３と１４との間の内壁１１ｂには、フィ
ードバック通路１７の開口１８ｂを、また上記環状溝１
４と１５との間の内壁１１Ｈには、フィードバック通路
１７の開口１８ａを設けている。

上記シリンダ室１１には、８ランド２０，２１．２２を
有するメータリングスプール２３を摺動自在に嵌め込み
、該スプール２３の各位置に応じてポンプポートＰを負
荷ポー）ＡｔたはＢに、タンクボートＴを負荷ポートＢ
またはＡに連通させるようにしている。また上記スプー
ル２３の両端には、夫々パイロット室２５．２６を形成
し、該パイロット室２５．２６に夫々バイアス用コイル
ヌプリング２７．２８を嵌め込んでいる。

上記メータリングスプール２３の流量制御部には、該メ
ータリングスプール２８に対する流体による軸推力を減
少させる手段８ｏλ、８０ａを設ける。該番手段８０ａ
、８０ａは、夫々、中央のランド２１の両側のグループ
８２の一部を形成する鼓状の湾曲面からなり、該湾曲面
８０ａはグループ３２の他の一部を形成する円柱面８１
ａと中央のランド２１との間に位置する。上記湾曲面８
゜ａは中央のランド２１に連設している。したがって、
第２図に示す状態で、ポンプポートＰがら流入した流体
は、ランド２１のコーナ部近傍の流量調整部７０を通っ
て、湾曲面８ｏａに沿って流れ、負荷ポートＢに流出す
るようになる。このため、上記流体は湾曲面８０ａにょ
シ、流量調整部７゜をスプール２３の軸心線に対して傾
斜角φ２で狭まって流れ、次いで、上記軸心線に対して
傾斜角φ３で拡がって環状溝１８内へ流れ込むようにな
る。そして、一定開度の下で、傾斜角φ２で流れる流体
の流速は■２に、傾斜角φ３で流れる流体の流速はｖ３
となるように、上記シリンダ室１１およびスプール２８
を寸法構成し、がっ、Ｗ＝ｐＱ（Ｖ２　ＣＯ８＄２−　
Ｖ８ＣＯ８φＢ）参〇となるようにする。すなわち、制
御流体によるメータリングスプール２８に対する軸推力
Ｗを略零にする。なお、上記式は運動量保存の法則によ
砂−容易に導けるものであり、Ｐは密度、ｑは流量であ
る。

一方、上記パイロット弁８は、周知の切換機能を有する
電磁減圧弁で、ソレノイド４１ａ、４１ｂと、１次ポー
トｍと、２次ボートｎＡ　、ｎＢとを備え、２次ボート
ｎＡまたはｎＢの流体圧力をソレノイド４１ａまたは４
１ｂに通電される電流値に比例した圧力に減圧制御する
一方、減圧制御されない側の２次ボー）ｎＢまたはｎＡ
をタンク５６に連通させるようになっている。

上記パイロット弁３の１次ボートｍは、ライン４３を介
して主弁２のポンプボー）Ｐに接続する一方、２次ポー
）　ｎＢはライン４５を介して主弁２のパイロット室２
５に、また２次ポートｎＡはライン４６を介してパイロ
ット室２６に接続している。

しだがって、主弁２のパイロット室２６または２５には
、パイロット弁８のソレノイド４１ａまたは４１ｂに電
流を通電すれば、その２次ポートｎＡまたはｎＢの圧力
が伝えられて、上記スプール２゛８は、その一方の端面
に伝えられる圧力とその他方のコイルスプリング２７ま
たは２Ｂのバネ力がバランスする位置ま′で変位して、
主弁２の流量調整部７０の開度を上記電流値に比例して
定めるようになっている。

一方、上記主弁２の負荷ポートＡは閉鎖し、負荷ポート
Ｂは油圧シリンダ４のヘッド側ポートＨに接続している
。主弁２のポンプポートＰは、ポンプライン５８を介し
てポンプ５５に接続している。主弁２のタンクポー）、
、Ｔ、、Ｔは夫々タンク５６．５６に接続している。

上記ポンプライン５８は、バイパス形圧力補償弁６を介
してタンク６０に接続している。該圧力補償弁６のバネ
室は、ライン６１を介して主弁２のフィードバック通路
１７に接続している。したかって、上記圧力補償弁６は
、そのバネ６２の一定のバネ力に上記主弁２の流量調整
部７ｏの前後の差圧を対応させるように圧力制御を行な
って、上記差圧を一定に制御する。また、上記ライン６
１には、パイロットリリーフ弁６３を接続して、圧力補
償弁６を介してポンプライン５３の最大圧力を規制して
いる。

上記構成の流体制御装置は、次のように動作する。

いま、上記電磁比例形絞シ切換ｊＰ１は、ソレノイド４
１ａ、４１ｂに電流を通電していない状態にあって、主
弁２は全ポートＰ、Ａ、Ｂ、Ｔを閉鎖した状態にあると
し、この状態で、ソレノイド４１ｂに第２図中曲線（イ
）で示す如き、ステップ信号を入力するとする。

そうすると、パイロット弁８の２次ポートｎＢの圧力は
上記ステップ信号に応じた圧力となって、その圧力は主
弁２のパイロット室２５に伝えられる。その結果、主弁
２のスプール２３は、第２図に示すように、パイロット
室２５側の端面に作用する圧力とコイルスプリング２８
のバネ力とがバランスする位置まで変位して、主弁２の
流“量調整部７０の開度を上記ステップ信号に応じイ定
める。

このとき、メータリングスプール２８に作用する流体の
軸推力は、前述の如く、略零となり、つまり、ｐＱｌ（
Ｖ２ｃｏｓφ２　Ｖ８　ＣＧ　Ｓφ８）ヤ０となってい
るから、メータリングスプール２８は動作が安定し、所
定の位置に停止する。このため、バイパス形圧力補償弁
６は確実に、流量調整部７０前後の差圧をバネ６２のバ
ネ力に相当する一定値に制御する。つまり、電磁比例形
絞り切換弁１とバイパス形圧力補償弁６との共振が防止
されるのである。

したがって、電磁比例形絞シ切換弁１の出力流量は第２
図中の曲線６：Ｉ）に示す如くガリ、出力流量の整定時
間が短かくなり、かつ出力流量の収束が早くなシ、また
バイパス形圧力補償弁６と電磁比例形絞シ切換弁ｌの応
答性にバラツキがあっても問題はなくなり、出力流量の
オーバシコン、ト時９波。

形の再現性は良くなる。

これに比べて、図示しない従来の流体制御装置のヌテツ
プ応答時の出゛力流量は、第２図中の曲線（ハ）に示す
如くなシ、この装置は軸推力を減少させる手段が設け゛
られていないために、発振しやすい電磁比例形絞り切換
弁とバイパス形圧力補償弁とが共振して、出力流量が不
安定になシ、動、特性が悪くなっていることが分かる。

このように従来の流体制御装置の動特性が悪くなるのは
、軸推力により、メータリングスプールが周知の如く流
量調整部を閉鎖するように移動させられるため、出力流
量が減少し、流量が減少すると、軸推力が減少し、そう
すると再びメータリングスプールが流量調整部の開度を
増大させようとし、この動作を繰シ返すために、電磁比
例形絞り切換弁の２次側圧力が変動し、この圧力をバネ
室に導かれている圧力補償弁も振動し、該圧力補償弁と
電磁比例形絞り切換弁とからなる系が共振するためだと
考えられる。

したがって、この実施例の流体制御装置は、電　′−ル
２３に軸推力を減少させる手段ａＯａを設けているため
に、該メータリングスプール２８の作動が安定し、該主
弁２とバイパス形圧力補償弁６との共振の発生が防止さ
れ、動特性が良くなっている。したがって、油圧シリン
ダ４で大きな慣性を有す、る負荷５を駆動しても、該油
圧シリンダ４にいわゆるシャクリが発生するよう々とと
はない。

第８図は軸推力を減少させる手段の変形例を示し、この
手段３０ｂはメータリングスプール２３のランド２１の
端面に設けた環状溝８１と、該環状溝ｇ１とランド２１
の外周面側とを連通させる半径方向の複数個の貫通孔８
２とからなる。したがって、この手段８０ｂの貫通孔８
２によシ、メータリングスプール２Ｂが第８図に示す位
置に存する。ときに、ポンプポートＰから環状溝１゛４
内に流れる流体は、貫通孔８２に案内されて、半径方向
すなわちスプール２８の軸心に対して直角方向に流れる
ことになる。このため、軸推力Ｗ＝／）Ｑ（Ｖ１ｃｏｓ
φ１−■２ＣＯｓφ２　）となる。ここで、ｖ１速度ベ
クトル、φｌは速度ベクトルｖｌ　　とスプール２８の
軸心線との偏角、φ２は速度ベクトルＶ２とスプール２
８の軸心線との偏角、Ｑは流量である。トコロチ、前述
（Ｄ説明Ｊ：　’）　ｊｌ　：９０’、また環状溝１８
へ開口しているメータリングスプール２８のグループ８
２の部分が大きいためにφ２争９０°　となる。したが
って、ｃｏｓφ１：Ｃ０１ｌφ２２＝０となり、軸推力
Ｗ　＝ｐ　Ｑ　、（Ｖｌ　ｃ　ｏ　ｓφ１−■２ｃｏｓ
φ２）≠０となって、スプール２３の作動は安定する。

又第４図に示す他の実施例は、第８図に比較して相違す
る点は、ポンプポートＰ側にグループ３２を、負荷ボー
トＢ側にランド２１゛を形成すると共に、ランド２１の
内方に環状溝８１を形成し、該環状溝８１を半径方向の
複数個の貫誦孔８２を介してランド２１の外周面側に開
口した、ヘアあシ、従ってポンプポートＰからの流体は
、環状溝８１から貫通孔８２に案内されてスプール２３
の軸心に対して直角方向（φ÷９０’）に流れることに
なり、上記以外は第８図と同様であって詳細は省略する
。

上記実施例では、流量調整弁としてパイロット操作形の
電磁比例形絞り切換弁を用いたが、流量調整弁はダイレ
クト形式のものであっても、フィードバック形式のもの
であってもよいのは勿論である。

また、上記実施例では、圧力補償手段としてバイパス形
圧力補償弁を用いたが、減圧形圧力補償弁を用いてもよ
く、また、可変ポンプの吐出量を、流量調整部の前後の
差圧に応動するいわゆる動力マツチ弁で制御して該流量
調整部の前後の差圧を一定に制御するいわゆる動力マツ
チング方式の圧力補償手段を用いてもよい。

以上の説゛明で明らかな如く、この発明は、流量調整弁
と圧力補償手段とを備え、該流量調整弁の流量調整部の
前後の差圧を圧力補償手段で一定に制御するようにした
流体制御装置において、上記流量調整弁をアクチュエー
タに対してメータイン側に介設すると共に、該流量調整
弁のメータリングスプールの流量制御部に、該メータリ
ングスプールに対する流体による軸推力を減少させる手
段を設けて、該メータリングスプールの動作を安定させ
、上記流量調整弁と圧力補償手段とからなる系を安定化
させるようにしたから、流体制御装置の動特性を良好に
することができる。したがって、流量調整弁の出力流量
の整定時間を短かくすることができ、また出力流量のオ
ーバシュート時の波形の再現性を良くすることができる
等種々の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る・流体制御装置の概
略図、第２図は第１図に示す流体制御装置の動特性を示
すグラフ、第８図および第４図は軸推力を減少させる手
・段の変形例を示す断面図である。 １・・・流量調整弁、６・・・バイパス形圧力補ｑＩ元
、２３・・・メータリングスプール、８０ａ、８０ｂ・
・・軸推力を減少させる手段。 第２図 時間 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）流量調整弁（１）と圧力補償手段（６）とを備え、
   該流量調整弁（１）の流量調整部の前後の差圧を圧力補
   償手段（６）で一定に制御するようにした流体制御装置
   において、 上記流量調整弁（１）をアクチュエータに対してメータ
   イン側に介設すると共に、該流量調整弁（１）のメータ
   リングスプール（２３）の流量制御部に、該メータリン
   グスプール（２３）に対する流体による軸推力を減少さ
   せる手段（８０ａ、ａｏｂ）を設けて、該メータリング
   スプール（２８）の動作を安定させ、上記流量調整弁（
   １）と圧力補償手段（６）とからなる系を安定化させた
   ことを特徴とする流体制御装置。