JPS63259202A - 方向制御弁 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、液圧機械等に備えられるアクチュエータの駆
動を制御する方向制御弁に関する。

〈従来の技術〉 第３図はアクチュエータＬを駆動するために用いられる
従来のスプール形式の方向制御弁を示す説明図である。

この方向制御弁のスプール１を操作するのに例えば油圧
力を利用し、仮にパイロットライン２から圧油が導入さ
れるものとすると、弁本体４内に配置されるスプール１
はばね３の力と釣合うまで左方に移動する。この結果、
ポンプポートＰと負荷ポートＢが連通し、負荷ポートＡ
とタンクポートＴが連通し、これによりアクチュエータ
Ｌのロッドは右方に伸長する。

このようなスプール形式の方向制御弁によってアクチュ
エータＬを駆動する場合は、１本のスプール１で、各ポ
ートＰ→Ｂ、　Ａ−Ｔ　：　Ｐ−Ａ、　Ｂ−Ｔの切換え
ができ、簡単な構造とすることができるが、スプール１
が弁本体４に摺動自在に組み込まれているため、スプー
ル１と弁本体４とのすき間からの油の洩れ、すなわち負
荷ポートＡ、Ｂからタンクポート］゛への洩れを皆無と
することはできない。この洩れは、使用油圧が２５０Ｋ
ｇ／ｃｎ！程度までであれば、スプール１と弁本体４と
のすき間を極力小さくすることで対処し得たが、２５０
Ｋｇ／−以上の高圧力がかかる場合には、すき間を小さ
くすること自体にも限界があることから対処し切れない
のが実情である。

このようなことから、従来、第４図に示すように第１の
弁要素１．、第２の弁要素１ｆｆｉ、第３の弁要素Ｏ１
、第４の弁要素０２０４つの弁要素を組合せた方向制御
弁が提案されている。

この第４図の方向制御弁にあって、アクチュエータＬの
ロッドを例えば伸長させようとする場合には、第２の弁
要素ｉ２の可変絞りＡ２を操作し、ポンプポートＰと負
荷ポートＢとを連通させ、第３の弁要素０．の可変絞り
Ａ２を操作し、負荷ポートＡとタンクポートＴとを連通
させることがおこなわれる。また、アクチュエータＬの
ロッドを逆に収縮させようとする場合は、第１の弁要素
ｌ１１第４の弁要素ｏ２のそれぞれの可変絞りＡ！を操
作することがおこなわれる。このような４つの弁要素ｉ
、、ｉ、、ｏ、、ｏ□を有する方向制御弁にあっては、
負荷ボー）Ａ、ＢからタンクポートＴに連なる系格中に
シート部が形成されているために、上述のような２５０
Ｋｇ／ｃｆｆ１以上の油圧力がかかつても油の洩れを生
じることはない。

ところで、第５図（ａ）は上述した第４図に示す方向制
御弁の１つの弁要素の動作原理を示す説明図、第５図（
ｂ）は第５図（ａ）に示す弁要素の機能を例示する説明
図で、これにより当該弁要素の動作原理について以下に
述べる。

第５図（ａ）において、Ｐ、は弁入口圧、Ｐ。

は弁出口圧、ＰＣは弁制御室の圧力を示している。

主弁５は弁入口ポートと弁制御室の間を連絡する絞りＡ
Ｉを有している。主弁５はパイロット弁を操作すること
により移動する。第５図（ｂ）には、パイロット弁６を
操作したとき、前述のＰｌ。

ＰＣ，Ｐ、の圧力がどのような関係となるかが示されて
いる。

これらの第５図（ａ）、　　（ｂ）において、パイロッ
ト弁６が閉じ状態のとき、ＰＣ−Ｐ、の関係にあり、絞
りＡ１の面積に比べてパイロット弁６の絞りＡ２の開孔
面積が非常に大きいときはＰｃ＝ｐ、の関係となる。第
５図（ｃ）は第５図（ａ）に示す方向制御弁において得
られる特性図、すなわちパイロット弁６の開度零と大と
の間の関係を計算した結果得られる特性図である。この
特性図は、弁出口圧Ｐ１−０、及び絞りＡ、とパイロッ
ト弁６の絞りＡ２の流量係数は等しいと仮定し、かつ同
一流量が両絞りＡＩ−Ａｚを流れるものと仮定して得ら
れたものであり、横軸には絞りＡＩに対するパイロット
弁６の絞りＡ２の比がとってあり、縦軸には弁入口圧Ｐ
、に対する弁制御室圧ＰＣの比がとっである。この第５
図（ｃ）から、パイロット弁６０絞りＡ２すなわち弁開
度の増加に伴って、ＰＣ／Ｐ、−１従ってＰＣ−Ｐ、か
ら、ｐｃ　／ｐ、−ｏ従ってＰＣ−０−Ｐ、に次第に変
化して行くことがＰＣ／Ｐ、とＡ　ｚ　／　Ａ　＋　と
の相関関係により明らかになっている。

そして、上述した主弁５の動作は、弁入口側の受圧面積
をＡ１、弁出口側の受圧面積をＡ１、弁制御室の受圧面
積をＡ、とすると、主弁５に作用する媒体圧力はＰ６　
・Ａｓ　＋ｐ、　　・Ａ、−Ｐｃ　・Ａ、の時に釣合い
状態となる。これらの関係と上述の第５図（ｃ）に示す
特性図とを関連づけるため、弁出口圧Ｐ、−〇とすると
、Ｐ、　　・Ａ、−Ｐ。

・ＡＣが釣合い関係を示し、ＰＣ／Ｐ、−Ａ、／ＡＣの
関係となる。そして、例えばＡＩ　／ＡＣ−０，５とす
ると、ＰＣ／Ｐ、−０，５の値はＡ　ｚ　／　Ａ　＋＝
１．０で得られる。すなわち、０≦Ａ　ｚ　／　Ａ　Ｉ
　≦１では主弁５はシート側に押し付けられており、Ａ
Ｘ　／ＡＩ　　＞１となると主弁５はシートから離れ、
上端に衝突するまで運動を続ける。このように、第５図
（ａ）に示すものはオン・オフ的に作動するようになっ
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述した第４図、第５図（ａ）に示す従来の方向制御弁
にあっては、′高圧力の場合でも負荷リーク量を小さく
できるものの、主弁５がオン・オフ的にのみ動作し、す
なわち、パイロット弁の操作量に対応する主弁の変位が
得られるものでなく、したがって第４図に示すアクチュ
エータしにあって速度制御をおこなおうとする場合には
適用できず、結局、用途が限られたものになってしまう
。

また、この第４図に示す従来の方向制御弁にあっては、
第１〜第４の弁要素ｉ、、１．．Ｏ，。

０８の全てのものがシート弁ｔＩ造、すなわちシート面
を形成するためのシートリングを有する構成であること
から、高精度なシートリングを製作するための特別な加
工、及びシートリング等の組み込みに伴う煩雑なセンタ
リング仲業をそれぞれの弁要素ごとに要し、製造原価が
高くなる不具合がある。

本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、高圧力がかけられた場合でも
、負荷リーク量を小さくすることができるとともに、パ
イロット弁の操作量に応じた量の主弁の変位を得ること
ができ、しがも製作が簡単で組み立ての容易な方向制御
弁を提供することにある。

く問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するために本発明は、ポンプポートと、
タンクポートと、第１の負荷ポートおよび第２の負荷ポ
ートを有するとともに、パイロット弁の操作量に応じて
、それぞれの主弁が作動する第１の弁要素、第２の弁要
素、第３の弁要素、および第４の弁要素の４つの弁要素
を備え、アクチュエータの駆動を制御するものにおいて
、上述した４つの弁要素のうちの、第１の負荷ポートと
タンクポート間に配置される第３の弁要素、及び第２の
負荷ポートとタンクポート間に配置される第４の弁要素
の２つの弁要素のみをシート弁に設定するとともに、上
述の４つの弁要素のそれぞれの主弁に対して相対的移動
可能な制御部材を設け、これらの制御部材と主弁のそれ
ぞれの互いに対応するものによって可変絞りを形成した
構成にしである。

〈作用〉 本発明は、上記のように第１の負荷ポート及び第２の負
荷ポートとタンクとを連絡する経路中にシート弁を配置
した構成にしであることから、高圧力がかけられても負
荷リーク量を小さくすることができ、また、各弁要素の
主弁と、対応する制御部材とによって弁要素内に可変絞
りを形成しであることから、パイロット弁の操作量に応
じた量の主弁の変位を得ることができ、また、シート弁
は４つの弁要素のうちの２つの弁要素のみであることか
ら、シートリングの数を削減でき、これに伴って高精度
加工の量および煩雑なセンタリング作業の工数を低くす
ることができ、製作が簡単で組み立てが容易である。

〈実施例〉 以下、本発明の方向制御弁を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図である。

この実施例では、弁本体１０に、第１の弁要素１１と第
２の弁要素１２とを平行に配置し、第３の弁要素１３を
第１の弁要素１１と直角に配置し、第４の弁要素を第２
の弁要素１２と直角に配置し、しかも、第３の弁要素１
３と第４の弁要素１４とはタンクポートＴを挟んで対向
するように配置しである。第１の弁要素１１の主弁１５
と、第２の弁要素１２の主弁１６とは同一構造になって
おり、第３の弁要素１３と第４の弁要素１４とはシート
弁に設定してあり、しかもこれらの第３の弁要素１３の
主弁１７と第４の弁要素１４の主弁１８とは同一構造と
なっている。したがって、以下にあっては説明を簡単に
するために第１の弁要素１１と第４の弁要素１４の部分
についてのみ説明をおこなう。

なお、第１の弁要素１１と第４の弁要素１４とは弁本体
１０に設けた第１のパイロット弁１９により操作され、
また、第２の弁要素１２と第３の弁要素１３とは第１の
パイロット弁１９とは別に、この弁本体１０内に設けら
れる図示しないパイロット弁により操作されるようにな
っている。

第１の弁要素１１の主弁１５は、入口ポートＰと出口ポ
ート２０との間を主弁１５の小径部に設けたランド２１
により常時は連通を断っている。

出口ポート２０は第３の弁要素１３の入口ポート２２と
、ポート２０からポート２２への通油のみを可能とする
逆止弁２３を介して接続してあり、第３の弁要素１３の
入口ポート２２は、アクチュエータＬのボトム側に接続
される第１の負荷ポート２４に連通している。主弁１５
の出口ポート２０の反対側に位置する大径部分の端部は
第１の弁要素１１のカバー２５と、弁本体１０とで弁制
御室２６を形成し、主弁１５の弁制御室２６側には、当
該主弁１５に対して相対的に移動する制御部材、例えば
制御ピストン２７が当該主弁２５内に設けである。制御
ピストン２７の一端はカバー２５に当接し、他端は主弁
１５に設けたポンプポートＰと連通する通路２８に連な
る室に配置されている。

この制御ピストン２７は、これらのポンプポートＰ、通
路２８を介して導かれる圧力媒体により、カバー２５方
向に押圧される。

上記した弁制御室２６は、弁本体１０に設けた通路２９
と、パイロット弁１９に設けた常時は閉の第１の可変絞
り３０と、弁本体１０に設けた通路３１とを介してポン
プポートＰに連絡させである。また、この弁制御室２６
は、当該筒１の弁要素１１の主弁１５と制御ピストン２
７とで形成される可変絞り３２と、主弁１５に設けた通
路３３を介して、当該筒１の弁要素１１の出口ポート２
０に連絡させである。

一方、上述した第４の弁要素１４は、アクチュエータＬ
のロッド側に接続される第２の負荷ポート３４に連絡さ
れ、第４の弁要素１４の主弁１８は、小径側を弁本体１
０に植込まれたシートリング３５に当接し、大径側はそ
の端部が弁本体１０と、カバー３６とにより弁制御室３
７を形成している。上記の主弁１８内の弁制御室３７側
には、主弁１日に対して相対移動可能な制御部材、例え
ば制御ピストン３８を配置してあり、この制御ピストン
３８と主弁１８とによって可変絞り３９を形成させであ
る。制御ピストン３８の一端はカバー３６に当接し、他
端は主弁１８に設けた第２の負荷ポート３４に連通ずる
通路３９ａに連なる室に配置されている。この制御ピス
トン３８も第２の負荷ポート３４、通路３９ａを介して
導かれる圧力媒体により、カバー３６は押圧されている
。

上述した弁制御室３７は、弁本体１０に設けた第２の負
荷ポート３４と、通路４０及び前述した可変絞り３９を
介して連絡させである。また、この弁制御室３７は、弁
本体１０に設けた通路４１を介して、パイロット弁１９
の常時は閉の第２の可変絞り４２と連絡させである。な
お、この可変絞り４２を出た油はドレンポート４３を介
してタンクに還流される。

次に、このように構成した実施例における動作について
説明する。

まず、第４の弁要素１４は先に説明した第５図の主弁５
と基本的には同じ構成であるが、前述の第５図（ａ）の
主弁５に設けた絞りＡ、が固定絞りであるのに対して、
この実施例の第４の弁要素１４の主弁１８の絞り３９は
、主弁１８が変位すると制御ピストン３８で形成される
開孔面積が変化する可変絞りとなっている。なお、第４
の弁要素１４の主弁１８を操作するパイロット弁１９の
絞り４２は、前述の第５図（ａ）のパイロット弁６の絞
りＡ、と同等の可変絞りである。

一方、第１の弁要素１１の主弁１５は、基本的には模式
的に描いた第２図に示すものと同等の構成である。すな
わち、弁制御室２６へはパイロツト弁１９の出口圧ＰＣ
が導かれ、また該弁制御室２６は主弁１５に設けた絞り
Ａ、を介して主弁１５の出口ポート２０に連通している
。なお、絞りＡ＋は説明の都合上、この第２図＜ａ＞に
あっては固定絞りとなっている。弁入口圧Ｐ３、弁制御
室圧ＰＣ１弁出口圧Ｐ、と絞りＡｘ、Ａ＋　との関係は
第２図（ｂ）に示す関係にあり、前述した第５図（ｃ）
におけるのと同様に、Ｐｃ／Ｐ、とＡ　ｚ　／　Ａ　＋
　との相関関係を求めると第２図（Ｃ）に示す特性線と
なる。この第２図（ａ）に示すものにあっては、パイロ
ット弁１９を操作しない場合、　Ｐ、−０であるから、
主弁１５は弁制御室２６側に押し付けられており、パイ
ロット弁１９を操作すると、弁制御室２６の圧力Ｐｃは
徐々に増加し、パイロット弁１９の絞りＡ２の開度が十
分に太き（なるとＰｃ＃Ｐ、となる、第２図（Ｃ）に示
すように、前述した第５図に示すものと同様に、主弁１
５がＡ、／ＡＣ＝０．５の場合、主弁１５の油圧バラン
スはＰＣ／Ｐ、＝０．５で得られ、この油圧の関係はＡ
ｘ／Ａ＋＝１で得られる。

模式的に示した第２図（ａ）に示すものは、現実にはオ
ン・オフ的にしか動作しえないが、第１図に示す実施例
にあっては第１の弁要素１１の主弁１５に設けた絞り３
２は、パイロット弁１９の可変絞り３０　（第２図（ａ
）の可変絞りＡ２と同等〕の開度に応じて変化する可変
絞りであるので、主弁１５の変位をパイロット弁１９で
制御することができる。すなわち、パイロット弁１９の
操作により、Ａ！／ＡＩ＞１となったとき主弁１５は出
口ポート２０方向に移動し、また、この移動によって主
弁１５と制御ピストン２７で形成される可変絞り３２の
開度が大きくなり、Ａｔ／Ａ＋＝１の点で静定する。

そして、アクチュエータＬのロッドを例えば伸長させる
ため、パイロット弁１９を操作すると、パイロット弁１
９の第１の可変絞り３０及び第２の可変絞り４２が開孔
するが、このとき第１の可変絞り３０・の開孔に伴って
、ポンプポート２１通路３１、可変絞り３０、通路２９
を介して第１の弁要素１１の主弁１５の弁制御室２６に
圧力媒体が導かれ、一方、第２の可変絞り４２の開口に
伴って、第４の弁要素１４の主弁１８の弁制御室３７の
圧力媒体が、通路４１、可変絞り４２、ドレンポート４
３を介してタンクに導かれる。これにより、第１の弁要
素１１の主弁１５は出口ポート２０方向に移動し、第２
の弁要素１４の主弁１８はカバー３６の方向に移動する
。ここで、圧力バランスが保たれるのは、上述したよう
に第２図（Ｃ）の特性図から、第１の弁要素１１の主弁
１５ではパイロット弁１９の可変絞り３００面積と可変
絞り３２の面積が等しくなる位置であり、また前述した
第５図（ｃ）の特性図から、第４の弁要素１４の主弁１
８ではパイロット弁１９の可変絞り４２の面積と可変絞
り３９の面積が等しくなる位置であり、主弁１５．１８
がそれぞれこの該当する面積位置に達すると静定する。

したがって、第１の弁要素１１の主弁１５及び第４の弁
要素１４の主弁１８は、パイロット弁１９の操作量に応
じた量の変位を得ることができる。そして、第１の弁要
素１１の主弁１５の移動に伴い、ポンプポートＰからの
圧力媒体は、当該主弁１５に設けられた制御オリフィス
４４、出口ポート２０、逆止弁２３、第３の弁要素１３
の入口ポート２２、第１の負荷ポート２４を介してアク
チュエータＬのボトム側に供給され、また第４の弁要素
１４の主弁１８の移動に伴い、アクチュエータＬのロッ
ド側の圧力媒体が、第２の負荷ポート３４、主弁１８の
制御オリフィス４５、タンクポートＴを介してタンクに
戻され、これによりアクチュエータＬのロッドは伸長す
る。

なお、図示しない他のパイロット弁の操作により、上述
と同様にして第２の弁要素１２及び第３の弁要素１３が
作動し、これによりアクチュエータＬのロッドを収縮さ
せることができる。

このように構成しである実施例にあっては、タンクポー
トＴを挟むように配置される第３の弁要素１３及び第４
の弁要素１４をシート弁に設定しであることから、２５
０Ｋｇ／−以上の高圧がかけられた場合にも、圧力媒体
の負荷リーク量を小さくすることができる。

また、上記のようにパイロット弁１９が可変絞りを有し
、第１〜第４の弁要素１１〜１４のそれぞれが主弁の移
動に応じて開度が変化する可変絞りを有し、パイロット
弁１９等の開孔面積と各弁要素１１〜１４の可変絞りの
対応する開孔面積が等しくなった位置で各弁要素１１〜
１４の主弁が静定するので、パイロット弁１９等の操作
量に応じた量の各弁要素１１〜１４の主弁１５〜１８の
変位を得ることができ、したがって、アクチュエータＬ
の速度制御をおこなうことができる。

また、弁本体１０内に設けられる４つの弁要素１１〜１
４のうち、第１の弁要素１１、及び第２の弁要素１２は
シートリングを要しない構造になっており、したがって
、シートリングに伴う高精度加工や煩雑なセンタリング
作業等を必要とすることがなく、全体の製作及び組み立
てを簡単におこなうことができ、製造原価を安くするこ
とができる。

また、１つのパイロット弁１９で第１の弁要素１１と第
４の弁要素１４を操作でき、図示しない他の１つのパイ
ロット弁で第２の弁要素１２と第３の弁要素１３を操作
できる構造であるので、機器の簡素化を図ることができ
る。

また、パイロット弁１９の第１の可変絞り３０と第２の
可変絞り４２に働く媒体圧力は互いに逆方向となるので
、このパイロット弁１９の操作に対する媒体圧力の影響
を軽減でき、パイロット弁１９の操作を良好におこなわ
せることができる。

〈発明の効果〉 本発明の方向制御弁は、以上のように構成しであるので
、高圧力がかけられた場合でも負荷リーク量を小さくす
ることができるとともに、パイロット弁の操作量に応じ
た量の主弁の変位を得ることができ、当該方向制御弁に
よって駆動されるアクチュエータの速度制御を実現させ
ることができ、従来に比べて汎用性に優れた効果がある
。

また、製作が簡単で組み立てが容易であることから従来
に比べて製造原価を低減できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方向制御弁の一実施例を示す要部断面
図、第２図（ａ）は第１図に示す方向制御弁に備えられ
る第１の弁要素を模式的に描いた説明図、第２図（ｂ）
は第２図（ａ）に示す第１の弁要素の機能を例示する説
明図、第２図（Ｃ）は第２図（ａ）に示す第１の弁要素
において得られる特性図、第３図は従来のスプール形式
の方向制御弁を示す説明図、第４図は４つの弁要素を有
する従来の方向制御弁を示す説明図、第５図（ａ）は第
４図に示す方向制御弁に備えられる弁要素の動作原理を
示す説明図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）に示す弁要素
の機能を例示する説明図、第５図（Ｃ）は第５図（ａ）
に示す弁要素において得られる特性図である。 １０・・・・・・・・・弁本体、１１・・・・・・・・
・第１の弁要素、１２・・・・・・・・・第２の弁要素
、１３・・・・・・・・・第３の弁要素、１４・・・・
・・・・・第４の弁要素、１５，１６，１７゜１８・・
・・・・・・・主弁、１９・・・・・・・・・パイロッ
ト弁、２４・・・・・・・・・第１の負荷ポート、２７
．３８・・・・・・・・・制御ピストン、３０・・・・
・・・・・第１の可変絞り、３２．３９・・・・・・・
・・可変絞り、３４・・・・・・・・・第２の負荷ポー
ト、４２・・・・・・・・・第２の可変絞り。 ＩＱ　：　ｈ　半に４　　　　　　　　　　　　　２４
　：　稟１　ｆＩ御荷＋Ｍ＋第２区 （ｂ） （Ｃ） Ａ２／Ａ。 第３図 り 第４図 ！ 第５図 ｒσノ Ｃ （ｂ） （Ｃ） Ａ２／Ａ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポンプポートと、タンクポートと、第１の負荷ポ
   ート及び第２の負荷ポートとを有するとともに、パイロ
   ツト弁の操作量に応じて、それぞれの主弁が作動する第
   １の弁要素、第２の弁要素、第３の弁要素、及び第４の
   弁要素の４つの弁要素を備え、アクチユエータの駆動を
   制御する方向制御弁において、上記４つの弁要素のうち
   の、上記第１の負荷ポートとタンクポート間に配置され
   る第３の弁要素、及び上記第２の負荷ポートとタンクポ
   ート間に配置される第４の弁要素の２つの弁要素のみを
   シート弁に設定するとともに、上記４つの弁要素のそれ
   ぞれの主弁に対して相対的移動可能な制御部材を設け、
   これらの制御部材と上記主弁のそれぞれの互いに対応す
   るものによつて可変絞りを形成したことを特徴とする方
   向制御弁。
2. （２）制御部材が４つの弁要素のそれぞれの内部に配置
   される制御ピストンであることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の方向制御弁。
3. （３）第１の弁要素と第４の弁要素を作動させる第１の
   パイロツト弁と、第２の弁要素と第３の弁要素を作動さ
   せる第２のパイロツト弁とを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の方向制御弁。
4. （４）第１のパイロツト弁及び第２のパイロツト弁のそ
   れぞれが、第１の可変絞り及び第２の可変絞りを有する
   とともに、これらの第１の可変絞りと第２の可変絞りに
   働く媒体圧力の向きが互いに逆方向となるように設定し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載
   の方向制御弁。