JPS6367474A - カウンタバランス弁 - 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、油圧式の建設機械、荷役ｂｔ　１等に使用さ
れるカウンタバランス弁に関するものである。

かかるカウンタバランス弁はカウンタバランス機能ばか
りでなく、ホールディング機能、密閉機能、再生整形機
能等の多面的性能を有することが要求されてきている。

カウンタバランス機能とは、例えば油圧式クレ−ン等の
ブーム起伏シリンダ装置の縮小作動を行う場合において
、起伏シリンダ装置の非負荷側油室への圧油の供給量の
増減にかかわらず起伏シリンダ装置の負荷側油室からの
圧油の排出を安定維持シてスムーズに行わせ、いわゆる
弁自体のチャタリング現象等を生じさせないための機能
であり、ホールディング機能とは、負荷側の圧油を排出
するホース自体が劣化若しくは損傷等により破断した場
合、又は油圧ポンプが故障を起こした場合等において、
シリンダ装置が縮小の過渡現象をひき起こして不慮の事
故を起こすことを未然に防止する安全対策として、ホー
スの破損時またはポンプ故障により供給流量が急停止し
た時に瞬時に閉止してシリンダ装置の負荷側の圧油を保
持する機能である。また、密封機能とは、ブーム起伏シ
リンダ装置にカウンタバランス弁を装着した場合におい
て、ポンプからの圧油を切り換え制御する切換弁を中立
位置としてブーム起伏シリンダ装置の作動を停止させ、
長時間ブームによって吊荷を空中に静止保持させる場合
、例えば建設現場の構造部材の締結ボルトの芯合わせ等
を行う場合等において構造部材の吊下位置がずれないよ
うにシリンダ装置の負荷側油室の圧油を完全に密封する
ための機能である。さらにまた、再生整形機能とは、作
動油が微鉄粉、ごみ等の混入によって汚染されることに
より弁座に微小損傷による粗れが経年的に発生すること
があり、かかる場合に、シリンダ装置に高負荷をかけて
伸長または停止作動を繰返すことにより弁座に当接する
弁体にハンマリング現象を生ぜしめて弁座を整合させて
再生整形する機能である。

（従来の技術） 従来のカウンタバランス弁としては、例えば、昭和５７
年８月２０日（株）大河出版発行の「油圧装置設計の実
際（機械工学全書１０５３）Ｊ第９６および９７頁に記
載されているようにチェック弁を弁体内に設けて油圧回
路の一部を設定圧力に維持して重量または外力を支持す
るよう構成したものが一般的に既知である。かかる構造
のカウンタバランス弁は、カウンタバランス弁の一般的
な機能であるカウンタバランス機能、ホールディング機
能及び密封機能を一応有している。しかしながら密封機
能については、スプリング力のみで負荷側の圧油をシー
ルしているためその効果がいま一つであり、またこの弁
の圧油のシール方式は弁体とスプールとの嵌合による面
シールタイプであり、先に述べた再生整形機能はなく、
むしろ使用すればする程嵌合面が粗くなり、漏洩が多く
なるという問題がある。

また、特公昭５９−３６１５２号公報には、シリンダ装
置の負荷側油室の圧油が高ければ高いほどスプール弁が
弁座に強く着座するという従来構造のカウンタバランス
弁およびこのカウンタバランス弁のカウンタバランス機
能を改善した改良構造が開示されている。この形式の従
来構造は公報に記載の通りホールディング機能、密封機
能および再生整形機能に優れているが、カウンタバラン
ス機能の点に問題があり、また、改良構造では、カウン
タバランス機能を重視してスプール弁がスプリング力の
みにより弁座に着座するよう構成しているため、密封機
能および再生整形機能が低下するという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本願人は、上述したカウンタバランス機能、ホールディ
ング機能および再生整形機能の全てに優れたカウンタバ
ランス弁を提供しようとして、先に、特願昭６０−７３
５９３号により出願したカウンタバランス弁を開発した
。

しかし、上記出願に係るカウンタバランス弁はポペット
弁の閉止端におけるテーパー面とスプール上の弁座のシ
ート面との高い密封度を得るために弁孔内にポペット弁
を液密に摺動可能に嵌合して取付けるとともにスプール
を弁孔および仕切壁中心孔内に液密に摺動可能に嵌合し
て取付け、スプール上の弁座のシート面とポペット弁の
閉止端のテーパー面を摺合せにより所要の密封度にする
構造であるため、弁外匣とスプールとポペット弁との同
心度および嵌合度を機械加工によって高精度に仕上げる
必要があり、製造費が高価になるばかりでなく、使用中
にポペット弁の閉止端とスブ−ル上の弁座との密封度が
損なわれる等の不具合が生じた場合には、弁外匣、スプ
ールおよびポペット弁を交換することとなり、補修費用
が高くなるという問題があった。

これがため、本発明は、上述したカウンタバランス機能
、ホールディング機能および再生整形機能の全てに優れ
、製造および補修費が安価なカウンタバランス弁を提供
しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、第１図に示すように、弁匣１内に切換
弁３側に通じる入口ボート側油室１８と油圧シリンダー
１１の負荷側油室１２に通じる出口ポート側油室１９と
が仕切壁１７を介して設けられ、大径端部２０ａとこれ
より小径の中間軸部２０ｂとさらに小径の小径端部２０
Ｃとを有し、内部に弁通路２５が貫通して設けられた中
空スプール２０がその中間軸部２０ｂを前記仕切壁１７
に液密に貫通して前記入口ポート側油室１８から前記出
口ポート側油室１９に延在して設けられ、入口ポート側
油室１８内に位置する大径端部２０ａが密封用スプリン
グ２４により仕切壁１７の方向に付勢され、前記大径端
１１ｆｆｉ２０ａを前記密封用スプリング２４に抗して
仕切壁１７から離す方向に動かすよう前記油圧シリンダ
装置１１の非負荷側油室１３からパイロット圧を前記大
径端部２０ａに作用させるパイロット油室３２が設けら
れ、前記中空スプール２０の弁通路２５を出口ボート側
油室１８に通じる油路２１の開閉を行う弁座２６が中間
軸部２０ｂと小径端部２０Ｃとの間の肩部に設けられ、
この弁座２６と協働する閉止端２７を有するポペット弁
２８が前記小径端部２Ｏｃ上に軸線方向に摺動自在に取
付けられ、閉止用スプリング２９によりポペット弁２８
の閉止端２７が弁座２６に対し閉合するよう付勢されて
いることを特徴とする。

（作　用） 上述した構成を具えることによって、圧油が入口ポート
２から供給される際、圧油が中空スプー２０の弁通路２
５を経てポペット弁２８に作用し、ポペット弁２８を弁
閉止用スプリング２９の力に抗して中空スプール２０の
小径端部２ＯＣ上に矢ａの方向に動かし、これにより、
゛ポペット弁２８の閉止端２７が中空スプール上の弁座
２６から離間して油路２１を開放し、シリンダ装置１１
の負荷側油室１２に圧油が供給される。入口ポート２か
ら圧油が供給されなくなった際には、弁閉止用スプリン
グ２９によってポペット弁２８の閉止端２７は弁座２６
に瞬時に閉止して逆流を防止する優れたホールディング
機能を行なう。

そして、このポペット弁２８の閉止位置においては、負
荷側の圧油がポペット弁の閉止端２７を弁座２６に対し
て緊密に圧着させる力として作用し、負荷側の油圧が上
昇すれば、それに比例して密封力を増大させ、これによ
り優れた密封機能を発揮する。

また、シリンダ装置１１の負荷側油室１２への圧油の供
給を停止する際、ポペット弁２８は負荷側の圧油の作用
を受けて閉止するから、ポペット弁２８の閉止端２７と
中空スプール２０上の弁座２６との間にハンマリング現
象が生じ、これにより弁座２６を整合させる再生整形機
能が生じる。

さらにまたシリンダ装置１１の縮小作動を行う場合にお
いて、シリンダ装置の非負荷側油室１３に圧油を供給す
ると、それと同時にその圧油がパイロット圧として中空
スプール２０の大径端Ｒ２０ａに作用し、中空スプール
を密封用スプリング２４に抗して矢すの方向に動かし中
空スプール２０上の弁座２６をポペット弁２８の閉止端
２７から引き離し、弁座２６が開いて油路２１を開放し
、シリンダ装置１１の負荷側の圧油をタンク側に排出す
る。これにより非負荷側の圧油が低下してパイロット圧
も低下することにより弁座２６が再び閉止し、この結果
、非負荷側の油圧が再び昇圧して弁座２６を開放すると
いう作動が繰返され、このようにしてパイロット圧が一
定になるように自動的に開閉調整を行って安定したカウ
ンタバランス機能を行う機能をも有する。

（実施例） 第１図は、本発明によるカウンタバランス弁の１実施例
を示し、図示の例では、カウンタバランス弁外匣１の一
方の端壁１ａに設けた入口ポート２を切換弁３を介して
油圧ポンプ４またはタンク５に管路６および高圧ホース
７により接続し、弁外匣１の他方の端部で弁外壁に設け
た出口ボート８を管路９により油圧式クレーン１０のブ
ーム起伏用油圧シリンダ装置１１の負荷側油室１２に接
続し、非負荷側油室１３を管路１４および高圧ホース１
５により切換弁３を介して油圧ポンプ４またはタン５に
接続するよう構成している。

弁外匣ｌ内に入口ポート２から出口ポート８に向は軸線
方向に延びる弁孔１６を設け、この弁孔１６内を仕切壁
１７により２個の油室１８および１９に仕切っている。

弁孔１６内には、内部に弁通路２５を有する中空スプー
ル２０を仕切壁１７に貫通させて軸線方向に摺動自在に
設けている。中空スプール２０には大径端部２０ａと、
これより小径の中間軸部２０ｂと、さらに小径の小径端
部２０ｃとを設け、中間軸部２０ｂを仕切壁１７の中心
孔２２にシール２３によって液密に摺動自在に貫通させ
、大径端部２０ａを入口ボート側油室１８内に位置させ
、小径端部２０Ｃを出口ポート側油室１９内に位置させ
る。

入口ポート側油室１８内に位置する大径端部２０ａを密
封用スプリング２４によって仕切壁１７の方向に付勢し
、他方、出口ポート側油室１９内に位置する小径端部２
ＯＣ上にポペット弁２８を軸線方向に摺動自在に嵌装し
、ポペット弁２８の先端３５が仕切壁１７に当接するよ
う閉止用スプリング２９でポペット弁２８を仕切壁１７
の方向に付勢する。ポペット弁２８の閉止端２７を先端
３５より僅か内方に設け、閉止端２７と協働する弁座２
６を中間軸部２０ｂと小径端部２０Ｃとの間の肩部に設
け、中空スプール２０上の弁座２６にポペット弁２８の
閉止端２７が当接してポペット弁２８が閉じることによ
って入口ポート側油室１８から弁通路２５を経て出口ポ
ート側油室８に至る油路２１が閉止されるよう構成する
。

次に、油圧シリンダ装置１１の非負荷側油室１３に圧油
を管路１４を経て供給する際に、負荷側油室１２の圧油
を出口ボート８、出口ボート側油室１９、中空スプール
弁２０の弁通路２５、入口ポート側油室１８、入口ポー
ト２を介してタンク５に戻すため、仕切壁１７、弁外匣
１の内壁、中空スプール２０の大径端部２０ａ　との間
にパイロット油室３２を設け、このパイロット油室３２
にオリフィス３３を経て、非負荷側油室１３への圧油を
管路１４から導入するよう接続し、これにより、非負荷
側油室１３に圧油を供給する際に、パイロット油室３２
内にオリフィス３３を経て圧油を導入し、中空スプール
２０が密封用スプリング２４のばね力に抗して矢すの方
向に移動して弁座２６をポペット弁２８の閉止端２７か
ら離間させ、これによりポペット弁２８を開放し、油路
２１を開くよう構成している。

また、第１図に示す例では、切換弁３には、負荷側油圧
供給位置Ａおよび非負荷側油圧供給位置Ｂと中立ブロッ
ク位置Ｃとの間に絞り位置Ａ′およびＢ′をそれぞれ設
け、負荷側油圧供給時には、先ずＡ′位置として負荷側
への油圧の供給を徐々に行うようにし、また非負荷側油
圧供給時には、先ず、Ｂ′位置として負荷側から圧油を
タンク側に徐々に逃がしながらポペット弁２８を徐々に
動かし、その間にパイロット油室３２内にも圧油を供給
し、その後に続く油圧シリンダ装置１１の縮小作動が連
続的に行われるようにしており、これにより、切換弁３
を中立ブロック位置Ｃから非負荷側供給位置Ｂに直ちに
切換える場合に生ずるおそれのある問題、すなわち、弁
通路２５が直ちにタンク５に通じるために瞬時に中空ス
プール２０が負荷側の圧油が作用しているポペット弁２
８によって押されてポペット弁２８の先端３５が仕切壁
１７の対向面に当たるまでの僅かな間ではあるがシリン
ダ装置１１が一時的に急激に縮小作動を行い、そのシリ
ンダ装置１１の急激な縮小作動のためにパイロット油室
３２内へのパイ０．７　）圧油の供給がおいつかなくな
り、そのパイロット油室３２内にパイロット圧が充満さ
るまでの間シリンダ装置１１の作動がそこで一時的に停
止すると言う問題をなくし、シリンダ装置の縮小作動を
連続的に行うことができるようにするためである。

次に、上述の構成になるカウンクバランス弁の作動を第
１〜５図につき説明する。

（１）フリーフロー状態への作動 第２図に示すように、切換弁３をＡ位置に切換えること
により、油圧ポンプ４から圧油は高圧ホース７、管路６
、入口ポート２、入口ポート側油室１８、弁通路２５を
経てポペット弁２８の底止端３６に圧油が作用し、閉止
用スプリング２９の力に抗してポペット弁２８を出口ポ
ート側室１９内において左側に押し動かし、これにより
閉止端２７を中空スプール２０上の弁座２６から離間さ
せ、ポペット弁２８を開放する。したがって圧油は、弁
通路２５から出口ポート側油室１８、出口ポート８、管
路９を経て油圧シリンダ装置１１の負荷側油室１２内に
供給され、ピストンｌｌａを上方に押し上げ、非負荷側
基油１３内の油は管路１４、高圧ホース１５、切換弁３
−Ａを経てタンク５に戻る。

（２）フリーフロー状態から加圧密封状態への作動第２
図に示すフリーフロー状態から、切換弁３をＣ位置（第
１図参照）に戻すことにより、閉止用スプリング２９の
力によりポペット２８は出口ポート側油室１９内を右側
に押し動かされて閉止端２７が中空スプール２０上の弁
座２６に当接してポペット弁２８を閉じる。そうすると
その時点で負荷側油室１２の圧油はポペット弁２８の閉
止端２７に作用し、その油圧力により閉止端２７は中空
スプール２０上の弁座２６に強く押しつけられ、弁座２
６への着座力が強くなり、負荷側油室１２の圧油はこの
弁座２６で完全に遮断されることになる。これが第１図
に示す加圧密封状態である。

（３）密封状態からシリンダ装置の押し下げ状態への作
動 第１図に示す加圧密封状態から、切換弁３をＢ′位置を
経てＢ位置に切り換えること；こより、先ず、Ｂ′位置
において、第３図に示すように、圧油はポンプ４から切
換弁３−Ｂ’、高圧ホース１５、管路１４を経て油圧シ
リンダ装置１１の非負荷側室１３に流れると同時に、管
路１４からオリフィス３３を経てパイロット油室３２内
に入り、中空スプール２０を密封用スプリング２４のば
ね力に抗して入口ボート側室１８内に右方に押し動かす
ことになるわけであるが、切換弁３−Ｂ′は絞り状態で
あるため、入口ボート２からの油の戻り量は微指に抑え
られ、したがって、出口ポート側油室１９内のポペット
弁２８はその閉止端２７を中空スプール２０上の弁座２
６に圧着されて弁座２６を閉止状態に維持したままポペ
ット弁先端３５が仕切壁１７に当接するまで右側に初期
移動する。この時の初期移動は入口ポート側油室１８内
の油が切換弁３−Ｂ′の絞り抵抗により背圧を与えられ
ているため、ゆるやかに行われ、従ってパイロット油室
３２内へのパイロット圧油はこれに追従しながら充圧さ
れている。

次に、切換弁３がＢ位置に切換えられると、入口ポート
側油室１８内の背圧はなくなり、したがって管路１４か
らオリフィス３３を経てパイロット油室３２内に入る圧
油によるパイロット圧が中空スプール２０を密閉用スプ
リング２４のばね力に抗して入口ポート側油室１８内に
おいて右方に押し動かし、出口ポート側油室１９内のポ
ペット弁２８はその先端３５が仕切壁１７に当接して右
側への移動を停止していることにより、中空スプール２
０上の弁座２６がポペット閉止端２７のシート面から離
間してポペット弁２８を開き、第４図に示すように油路
を開放する。

これにより、シリンダ装置１１の負荷側油室１２内の油
は管路９、出口ボート８、出口ポート側油室１９、弁座
２６の間を経て弁通路２５に流れ、入口ボート側油室１
８、入口ボート２、管路６、高圧ホース７および切換弁
３−Ｂを経てタンク５に排出される。このように負荷側
油室１２内の油が排出されることにより、シリンダ装置
１１の非負荷側油室１３内に流入する圧油によりピスト
ンｌｌａ　は押し下げられ、非負荷側油室１３の容積の
拡大：二より管路１４内の油圧は圧力降下し、したがっ
て、パイロット油室３２内のパイロット圧も降下し、こ
れｊこより中空スプール２０は密封用スプリング２４の
ばね力により左側に移動し、弁座２６が閉止される。そ
うすると再び管路１４内の油圧が昇圧し、パイロット油
室３２内のパイロット圧も昇圧して弁座２６を開き、′
油路を開くことになる。

このようにして、パイロット圧が一定になるように、ポ
ペット弁２８と中空スプール２０とは自動的に開閉調整
を行って安定したカウンクバランス作用を行なう。

（４）シリンダ装置の押し下げ状態から密封状態への作
動 第４図に示すシリンダｇｆｌｌの押し下げ状態から、切
換弁３をＣ位置に戻すことにより、第５図に示すように
ポペット弁２８の先端３５は閉止用スプリング２９によ
り仕切壁１７に当接しており、ポペット弁２８の閉止端
２７に対し中空スプール２０上の弁座２６が密封用スプ
リング２４により押されてポペット弁２８を閉止し、密
封状態となる。なお、弁座２６と当接する閉止端２７の
シート面径（Ｄ、）と中間軸部２０ｂの軸径（ｎｏ）：
ま略同径に設計構成されているので、出口ボート側油室
１９内の圧油は中空スプール２０の軸方向には微軸力し
か作用せず、したがって中空スプール２０は負荷側の圧
油によって影響を殆ど受けない（第６図）。すなわち、
出口ポート側油室１９内の圧油は密封用スプリング２４
のばね力だけによりシールされていることになる。

本発明のカウンタバランス弁の作動は上述した通りであ
るが、特に、注意すべき点は次の通りである。

シリンダ装置１１の押し上げ作動状態（第２図参照）か
ら切換弁３を中立位置Ｃに戻した場合には、ポペット弁
２８と中空スプール２０との位置関係は第１図に示す密
封状態となる。これに対し、シリンダ装置１１の押し下
げ作動状態（第４図参照）から切換弁３を中立位置Ｃに
戻した場合には、ポペット弁２８と中空スプール２０の
位置関係は第５図に示す密封状態となる。

すなわち、第１図に示す密封状態では、出口ポート側油
室１９の圧油：ま弁座２６で密封しており、シリンダ装
置の負荷側油室１２の油圧が高ければ高い程その密封効
果は大となる利点がある。これに対し、第５図に示す密
封状態では、ポペット弁２８の先端３５が仕切壁１７に
当接しており、出口ボート側油室１９の圧油は同様に閉
止端２７のシート面で密封されるが、その密封力は密封
用スプリング２４のばね力だけである。したがって、第
５図に示す密封状態から、シリンダ装置１１の非負荷側
油室１３に圧油を供給して押し下げ作動する場合には、
パイロット圧は密封用スプリング２４のばね力に略応じ
た圧力であれば良く、安定したカウンタバランス弁能が
得られるという利点がある。

（発明の効果） 本発明によれば、カウンタバランス弁機能ばかりでなく
、ホールディング機能、密封機能および再生整形機能、
サーボ圧リリーフ機能の全てに優れたカウンタバランス
弁を簡単な構造で小型かつ安価に提供し得るという効果
が得られる。

また、本発明によれば、ポペット弁の閉止端とスプール
上の弁座との摺合せに、弁口が無関係となったことによ
って、弁口の孔部が回想加工等の精度を必要としなくな
り、また、補修に際しては、ポペット弁とスプールの交
換で済み、これにより製造および補修費を安価になし得
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカウンタバランス弁を油圧式クレ
ーンのブーム起伏シリンダ装置に用いた場合の回路を示
す概路線図、 第２図は第１図に示すカウンタバランス弁をフリーフロ
ー状態で示す概路線図、 第３図は第１図に示す状態から第４図に示すカウンタバ
ランス排出状態への過渡状態を示す概路線図、 第４図はカウンタバランス排出状態を示す概路線図、 第５図は第４図に示す状態において切換弁を中立ブロッ
ク位置に切換える際に生ずる密封状態を示す概路線図、 第６図は第５図の要部を拡大して示す断面図である。 １・・・弁外匣　　　　　　１ａ、ｌｂ・・・端板２・
・・入口ボート　　　　３・・・切換弁４・・・ポンプ
　　　　　　　５・・・タンク６・・・管路　　　　　
　　７・・・高圧ホース訃・・出口ボート　　　　９・
・・管路１０・・・クレーン １１・・・ブーム起伏シリンダ装置 １２・・・負荷側油室　　　　１３・・・非負荷側油室
１４・・・管路　　　　　　　１５・・・高圧ホース１
６・・・弁孔　　　　　　　１７・・・仕切壁１８・・
・入口ポート側油室　１９・・・出口ポート側油室２０
・・・中空スプール　　　２０ａ・・・大径端部２０ｂ
・・・中間軸部　　　　２０Ｃ・・・小径端部２１・・
・油路　　　　　　　２２・・・仕切壁中心孔２３・・
・シール　　　　　　２４・・・密封用スプリング２５
・・・弁通路　　　　　　２６・・・弁座２７・・・閉
止端　　　　　　２８・・・ポペット弁２９・・・閉止
用スプリング ３２・・・パイロット油室　　３３・・・オリフィス３
５・・・ポペット弁先端

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弁匣（１）内に、切換弁（３）側に通じる入口ポー
   ト側油室（１８）と、油圧シリンダ（１１）の負荷側油
   室（１２）に通じる出口ポート側油室（１９）とが仕切
   壁（１７）を介して設けられ、大径端部（２０ａ）とこ
   れより小径の中間軸部（２０ｂ）とさらに小径の小径端
   部（２０ｃ）とを有し内部に弁通路（２５）が貫通して
   設けられた中空スプール（２０）がその中間軸部（２０
   ｂ）を前記仕切壁（１７）に液密に貫通して前記入口ポ
   ート側油室（１８）から前記出口ポート側油室（１９）
   に延在して設けられ、入口ポート側油室（１８）内に位
   置する大径端部（２０ａ）が密封用スプリング（２４）
   により仕切壁（１７）の方向に付勢され、前記大径端部
   （２０ａ）を前記密封用スプリング（２４）に抗して仕
   切壁（１７）から離す方向に動かすよう前記油圧シリン
   ダ装置（１１）の非負荷側油室（１３）からパイロット
   圧を前記大径端部（２０ａ）に作用させるパイロット油
   室（３２）が設けられ、前記中空スプール（２０）の弁
   通路（２５）を出口ポート側油室（１８）に通じる油路
   （２１）の開閉を行う弁座（２６）が中間軸部（２０ｂ
   ）と小径端部（２０ｃ）との間の肩部に設けられ、この
   弁座（２６）と協働する閉止端（２７）を有するポペッ
   ト弁（２３）が前記小径端部（２０ａ）上に軸線方向に
   摺動自在に取付けられ、閉止用スプリング（２９）によ
   り、ポペット弁（２８）の閉止端（２７）が弁座（２６
   ）に対し閉合するよう付勢されていることを特徴とする
   カウンタバランス弁。