KR101537930B1 - 유압 회로 - Google Patents

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봇슈 렉스로스 가부시키가이샤
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주회로 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우에 있어서의 릴리프 밸브 장치의 감압 작동 응답성 및 감압 작동 신뢰성을 더욱 개선할 수 있는 유압 회로를 제공한다. 유압 펌프를 구비한 유압 회로에 있어서 주회로 압력을 감압하기 위한 릴리프 밸브 장치가 파일럿 스풀 및 파일럿 스프링을 가지고, 스로틀 통로를 개재하여 주회로로부터 공급되는 스로틀압과, 상기 제어 압력 및 상기 파일럿 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 파일럿 스풀의 위치가 결정되고, 상기 스로틀 통로를 개재하여 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈하는 제 1 밸브부와, 밸브 피스톤 및 밸브 스프링을 가지고, 상기 주회로 압력과, 상기 스로틀압 및 상기 밸브 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 밸브 피스톤의 위치가 결정되고, 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈하는 제 2 밸브부를 구비한다.

Description

유압 회로{OIL PRESSURE CIRCUIT}
본 발명은 유압 펌프를 구비한 유압 회로에 있어서의 주회로 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우에 주회로 압력을 감압하기 위한 릴리프 밸브 장치를 구비한 유압 회로에 관한 것이다.
종래, 유압 펌프를 구비한 유압 회로에 있어서의 유압 펌프의 토출 유량(토출 압력)을 조절하기 위한 유량 조절 수단을 구비한 유압 회로에 있어서, 유압 펌프의 토출 유량의 급격한 변동이 발생했을 때에, 주회로 내에 서지압(surge壓)이 나타나고, 유압 기기, 배관, 이음새, 유압 펌프 구동 장치 등이 파손에 이를 우려가 있었다. 그 때에 발생하는 서지압은 순간적인 고압이며, 특정한 개변(開弁) 압력을 설정한 고정 릴리프 밸브가 유압 회로에 설치되어 있다고 해도, 서지압을 제거하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 종래의 유압 회로의 일 구성예를 도시하고 있고, 도 6(a) 내지 도 6(c)는, 각각, 시간축(t)에 대한, 주회로 압력, 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력, 및 유압 펌프의 토출 유량을 도시하고 있다. 도 5에 도시하는 유압 회로는 유압 펌프(81)와, 유압 펌프(81)의 토출 유량을 조절하기 위한 유량 조절 수단(83)과, 유압 펌프(81)의 토출 압력을 설정 압력으로 하기 위해서 유량 조절 수단(83)에 제어 압력을 공급하는 전자 비례 감압 밸브(85)와, 주회로 압력을 감압하기 위한 릴리프 밸브(87)와, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(89)를 개재하여 주회로(91)에 접속된 액추에이터(93)를 구비하고 있다.
이러한 유압 회로에 있어서, 개변 압력이 고정된 고정 릴리프 밸브를 사용한 경우에는, 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 액추에이터(93)를 급정지시키기 위해서 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(89)를 폐변(閉弁)하고자 조작하면, 유압 펌프(81)의 설정 압력이 저하되기 때문에 전자 비례 감압 밸브(85)의 제어 압력이 급격하게 저하되고, 그 결과, 유량 조절 수단(83)이 작동하여 유압 펌프(81)의 토출 유량을 낮추려고 한다. 이 때, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(89)는 신속하게 폐변하지만, 유압 펌프(81)의 토출 유량은 전자 비례 감압 밸브(85)가 응답한 후 유량 조절 수단(83)이 작동하기 때문에 토출 유량이 저하될 때까지 지연이 발생한다. 그러면, 유압 펌프(81)의 토출 유량이 저하되기까지 동안에는, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(89)가 폐변하고 있음에도 불구하고, 주회로(91) 내에는 유압 펌프(81)에 의해 제어유가 토출되기 때문에, 주회로(91) 내에 순간적인 고압인 서지압이 생긴다. 고정 릴리프 밸브(87)는 유압 회로의 안전 밸브로서 설치되어 있고, 개변압이 높은 값으로 설정되어 있기 때문에, 서지압에 대응할 수 없는 것으로 되어 있다.
이것에 대해, 유압 펌프의 설정 압력을 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력에 의해 조절하고, 이 제어 압력을 파일럿 압력으로서 받는 파일럿식의 가변(可變) 릴리프 밸브를 사용한 유압 회로가 제안되어 있다. 구체적으로, 도 7에 도시하는 바와 같이, 경전각(傾轉角; tilt angel)을 변경하는 서보 피스톤 기구를 구비한 가변 용량식 펌프에 있어서, 서보 피스톤 기구의 서보 대실(大室)(101)로부터 토출 유로(油路)에 이르는 유로에 개설되고, 토출 압력과 제어 압력을 받고 토출 압력과 제어 압력의 차압의 감소에 따라 경전각을 증대시키도록 서보 대실(101)의 유압을 조절하는 차압식 스풀 밸브(102)와, 토출 압력을 받고 토출 압력을 감압하여 솔레노이드 구동 전류에 따른 제어 압력을 발생시키는 전자 비례 감압 제어 밸브(103)와, 토출 압력을 전기 신호로 변환하는 압력 검출 수단(104) 및 토출 유량을 전기 신호로 변환하는 유량 검출 수단(105)과, 상기 양 검출 수단의 출력을 받는 동시에 압력 설정 신호 및 유량 설정 신호를 받고, 압력 설정 신호와 검출 압력의 편차와, 유량 설정 신호와 검출 유량의 편차 중, 경전각이 작아지는 쪽의 편차에 기초하여 솔레노이드 구동 전류를 조정하여 출력하는 제어 수단(제어 장치)(106)과, 토출 유로에 접속되는 동시에 제어 압력을 파일럿압으로서 받고, 설정 압력(개변 압력)을 변경 가능한 파일럿식 릴리프 밸브(107)를 구비한 가변 용량식 펌프의 제어 장치가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 제(평)4-143471호
특허문헌 1에 기재된 가변 용량식 펌프의 제어 장치는, 특별히 명시되어 있지는 않지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 전자 비례 감압 제어 밸브의 제어 압력과 가변 용량식 펌프의 설정 압력의 관계를 나타내는 가변 용량식 펌프의 압력 특성과, 전자 비례 감압 제어 밸브의 제어 압력과 가변 릴리프 밸브의 설정 압력의 관계를 나타내는 가변 릴리프 밸브의 압력 특성과의 차압(ΔP)이 제어 압력에 관계없이 일정해지도록 구성되어 있다고 생각된다. 그러나, 가변 릴리프 밸브의 압력 특성이 이러한 특성으로 되어 있는 경우, 주회로 내의 압력의 변동에 대한 가변 릴리프 밸브의 감압 작동 응답성은 개선되지만, 차압(ΔP)을 작게 설정한 경우에는, 주회로 내의 압력 변화에 대해 가변 릴리프 밸브가 의도하지 않은 개변 동작을 하기 쉬워지는 한편, 차압(ΔP)을 크게 설정한 경우에는, 가변 릴리프 밸브가 개변되기 어려워져 서지압이 커질 우려가 있었다.
그래서, 본원 발명은 주회로 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우에 있어서의 릴리프 밸브 장치의 감압 작동 응답성 및 감압 작동 신뢰성을 더욱 개선할 수 있는 유압 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 유압 펌프를 구비한 유압 회로로서, 상기 유압 펌프의 설정 압력을 설정하기 위한 조작 수단과, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조절하기 위한 유량 조절 수단과, 상기 유압 펌프의 토출 압력을 상기 설정 압력으로 하기 위해서 상기 유량 조절 수단에 제어 압력을 공급하는 제어 수단과, 주회로 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우에 상기 주회로 압력을 감압하기 위한 릴리프 밸브 장치와, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 주회로에 접속된 액추에이터를 구비한 유압 회로에 있어서, 상기 릴리프 밸브 장치가 파일럿 스풀 및 파일럿 스프링을 가지고, 스로틀 통로를 개재하여 주회로로부터 공급되는 스로틀압과, 상기 제어 압력 및 상기 파일럿 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 파일럿 스풀의 위치가 결정되고, 상기 스로틀 통로를 개재하여 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈(release)하는 제 1 밸브부와, 밸브 피스톤 및 밸브 스프링을 가지고, 상기 주회로 압력과, 상기 스로틀압 및 상기 밸브 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 밸브 피스톤의 위치가 결정되고, 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈하는 제 2 밸브부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압 회로가 제공되어, 상기한 바와 같은 문제를 해결할 수 있다.
즉, 본 발명의 유압 회로에 있어서는, 파일럿식의 가변 릴리프 밸브 구조를 갖는 제 1 밸브부와는 별도로 제 2 밸브부를 설치하고, 제 1 밸브부가 개변하는 것에 응답하여 제 2 밸브부도 개변하도록 구성하고 있기 때문에, 유압 펌프의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압(ΔP)을 원하는 크기로 설정하여 감압 작동 신뢰성을 확보할 수 있는 동시에, 감압 속도가 높아져 감압 작동 응답성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 유압 회로를 구성함에 있어서, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스풀이 상기 스로틀압을 일방측으로의 압력으로서 받는 동시에, 상기 제어 압력 및 상기 파일럿 스프링의 가압력을 타방측으로의 압력으로서 받는 것으로서 구성되고, 상기 제 2 밸브부의 상기 밸브 피스톤이 상기 주회로 압력을 일방측으로의 압력으로서 받는 동시에, 상기 스로틀압 및 상기 밸브 스프링의 가압력을 타방측으로의 압력으로서 받는 것으로서 구성되는 것이 바람직하다.
제 1 밸브부 및 제 2 밸브부를 이와 같이 구성함으로써, 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력에 따라 제 1 밸브부의 설정 압력이 변경되는 동시에, 제 1 밸브부의 개변에 의한 스로틀압의 저하에 따라 제 2 밸브부가 개변되게 되어, 릴리프 밸브 장치의 감압 작동 신뢰성 및 감압 작동 응답성이 개선된다.
또한, 본 발명의 유압 회로를 구성함에 있어서, 상기 릴리프 밸브 장치의 압력 특성은, 상기 제어 압력이 높아짐에 따라, 상기 유압 펌프의 설정 압력과 상기 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압이 작아지는 것이 바람직하다.
릴리프 밸브 장치에 이러한 압력 특성을 갖게 함으로써, 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력이 낮을 때는 유압 펌프의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압을 크게, 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력이 높을 때는 유압 펌프의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압을 작게 할 수 있다. 이로 인해, 주회로 압력이 낮을 때에는 감압 동작을 일으키기 어렵게 하는 한편, 주회로 압력이 높을 때에는 감압 동작을 일으키기 쉽게 할 수 있다. 이 때, 주회로 압력이 낮을 때에는 서지압이 높아지기 쉽지만, 주회로 압력 자체가 낮기 때문에, 유압 기기 등의 파손을 야기할 우려는 없다.
또한, 본 발명의 유압 회로를 구성함에 있어서, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스풀에 있어서의 상기 스로틀압의 수압(受壓) 면적을 상기 제어 압력의 수압 면적보다도 작게 하고, 또한, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스프링의 스프링력을 조정함으로써, 상기 유압 펌프의 설정 압력과 상기 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압을 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다.
릴리프 밸브 장치를 이와 같이 구성함으로써, 수압 면적의 차이에 따라, 전자 비례 감압 밸브의 제어 압력이 높아짐에 따라 유압 펌프의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압이 작아지는 특성을 용이하게 실현할 수 있는 동시에, 파일럿 스프링의 스프링력에 따라, 차압의 크기를 원하는 크기로 설정할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 유압 회로의 일 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시형태의 유압 회로에 구비된 릴리프 밸브 장치의 구체적 구성예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시형태의 유압 회로에 있어서 발생하는 서지압에 관해서 설명하기 위해서 도시하는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 유압 회로에 구비된 릴리프 밸브 장치의 압력 특성을 도시하는 도면이다.
도 5는 종래의 고정식 릴리프 밸브를 사용한 유압 회로를 도시하는 도면이다.
도 6은 고정식 릴리프 밸브를 사용한 유압 회로에서 발생하는 서지압에 관해서 설명하기 위해서 도시하는 도면이다.
도 7은 종래의 가변식 릴리프 밸브를 사용한 유압 회로를 도시하는 도면이다.
도 8은 종래의 가변식 릴리프 밸브의 압력 특성을 도시하는 도면이다.
1. 유압 회로의 전체적 구성
본 발명의 실시형태에 따르는 유압 회로의 일 구성예에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 유압 쇼벨 등에 적용되고, 복수의 유압 액추에이터(1a, 1b)의 작동을 제어하는 유압 회로의 일례를 도시하고 있다. 이 유압 회로는 엔진 등의 구동 장치(E)에 접속된 2대의 가변 용량식의 유압 펌프(2a, 2b)와, 1대의 고정 용량식의 유압 펌프(18)를 구비하고 있다. 가변 용량식의 유압 펌프(2a, 2b)는 사판(斜板; swash plate) 등의 펌프 용량 제어 기구를 구비한 액셜 피스톤 펌프 등의 공지의 것이다. 각 액추에이터(1a, 1b)는 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 압력이 도입되는 주회로(3a, 3b)에 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)를 개재하여 접속되어 있다.
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유압 펌프(2a, 2b)의 토출 유량 또는 토출 압력을 조절하기 위한 유량 조절 수단(15)은 컨트롤 밸브(6)와 컨트롤 피스톤(7)을 구비하고 있다. 컨트롤 밸브(6)의 스풀 양단에는 주회로 압력(Preal)과, 스프링(5)의 가압력과, 제어 수단으로서의 전자 비례 감압 밸브(11)에 의해 제어되는 제어 압력(Pc)이 작용하지만, 스풀의 양단에는 적당한 면적차가 주어져 있고, 컨트롤 밸브(6)는 그에 알맞게 그들의 균형에 의해 제어되고 있다.
전자 비례 감압 밸브(11)는 제어 압력(Pc)과, 콘트롤러(16)에 의한 제어 신호에 기초하여 입력되는 제어 전류에 비례하여 가변되는 비례 솔레노이드(12)가 발생하는 힘과의 균형으로 제어된다.
또한, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)는 스풀을 이동시키는 비례 솔레노이드(8a, 8b)를 구비한 것으로, 전기 조이 스틱 등의 조작 수단(9a, 9b)이 조작되면, 조작 수단(9a, 9b)의 경사각에 따라 콘트롤러(16)에 의해 비례 솔레노이드(8a, 8b)가 여자된다. 이것에 의해, 원하는 위치에 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 스풀이 이동하고, 액추에이터 포트(10a, 10b)를 그 이동 거리에 따른 개구 면적으로 제어한다. 그 결과, 개구 면적에 따른 유량의 제어유가 액추에이터(1a, 1b)에 공급된다.
각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)를 조작하기 위한 조작 수단(9a, 9b)의 경사각 등의 지령량, 또는 각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 스풀의 이동량은 센서로 전기적으로 검출되고, 그 지령량 또는 이동량은 각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량에 기초하는 조작량 신호(S)가 된다. 도 1의 예에서는, 조작 수단(9a, 9b)으로부터, 콘트롤러(16)에 의해 생성되는 지령 전기 신호가 조작량 신호(S)로서 사용되도록 되어 있다.
조작 수단(9a, 9b)으로서는, 전기 조이 스틱 이외에도, 예를 들면 유압 조이 스틱을 사용할 수도 있다. 이 경우, 유압 조이 스틱에 의한 파일럿 압력을 압력 센서 등의 압력 검출 수단을 사용하여 검출하거나, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 스풀 이동량을 전기적으로 검출하거나 하여, 이들의 값을 조작량 신호(S)로서 사용할 수 있다.
상기의 조작량 신호(S)는 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력의 설정에 사용된다. 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력에 따라, 콘트롤러(16)로부터 출력되는 전자 비례 감압 밸브(11)의 제어 전류가 결정되고, 제어 전류에 따른 전자 비례 감압 밸브(11)의 제어 압력(Pc)에 의해 유량 조절 수단(15)이 제어됨으로써, 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 압력이 조절된다. 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력은 주회로 압력(Preal)의 목표 압력에 상당한다.
본 실시형태의 유압 회로의 주회로(3a, 3b)에는 릴리프 밸브 장치(20)가 접속되어 있다. 이 릴리프 밸브 장치(20)는 제 1 밸브부(21)와 제 2 밸브부(31)를 구비하고 있다. 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 밸브부(21)는 파일럿 스풀(22)과 파일럿 스프링(23)을 가지고 있다. 파일럿 스풀(22)은 스로틀 통로(19)를 개재하여 주회로(3a, 3b)로부터 공급되는 스로틀압(Ps)을 일방측(도 2(a)의 좌측 방향)으로의 압력으로서 받는 동시에, 전자 비례 감압 밸브(11)에 의해 제어되는 제어 압력(Pc)을 타방측(도 2(a)의 우측 방향)으로의 압력으로서 받는 것으로 되어 있다. 또한, 파일럿 스프링(23)은 파일럿 스풀(22)을 타방측(도 2a의 우측 방향)으로의 압력으로 되어 있다.
스로틀압(Ps)은 기본적으로는 유압 펌프(2a, 2b)의 주회로 압력(Preal)과 동일한 값이 되지만, 스로틀 통로(19)가 형성되어 있기 때문에, 주회로 압력(Preal)이 상승하는 초기에 있어서 스로틀압(Ps)은 주회로 압력(Preal)보다도 작은 값이 되고, 주회로 압력(Preal)이 저하되는 초기에 있어서 스로틀압(Ps)은 주회로 압력(Preal)보다도 큰 값이 된다.
따라서, 스로틀압(Ps)에 의한 일방측으로의 압력과, 제어 압력(Pc)에 의한 압력 및 파일럿 스프링(23)의 가압력의 총 합계인 타방측으로의 압력과의 균형에 의해 파일럿 스풀(22)의 위치가 결정된다. 스로틀압(Ps)으로서 도입되는 주회로 압력(Preal)은 제 1 밸브부(21)의 입구 포트(24a)로도 유도되고 있으며, 파일럿 스풀(22)에 부하되는 일방측으로의 압력이 타방측으로의 압력을 상회하고, 파일럿 스풀(22)이 이동하여 입구 포트(24a)와 출구 포트(24b)가 연통 상태가 되었을 때에, 주회로 압력(Preal)이 탱크로 배출된다.
또한, 제 2 밸브부(31)는 밸브 피스톤(32)과 밸브 스프링(33)을 가지고 있다. 밸브 피스톤(32)은 입구 포트(34a)를 개재하여 주회로 압력(Preal)을 일방측(도 2(a)의 상방측)으로의 압력으로서 받는 동시에, 스로틀 통로(19)를 개재하여 주회로(3a, 3b)로부터 공급되는 스로틀압(Ps)을 타방측(도 2(b)의 하방측)으로의 압력으로서 받는 것으로 되어 있다. 또한, 밸브 스프링(33)은 밸브 피스톤(32)을 타방측(도 2(a)의 하방측)으로의 압력으로 되어 있다.
따라서, 주회로 압력(Preal)에 의한 일방측으로의 압력과, 스로틀압(Ps)에 의한 압력 및 밸브 스프링(33)의 가압력의 총 합계인 타방측으로의 압력과의 균형에 의해 밸브 피스톤(32)의 위치가 결정된다. 그리고, 일방측으로의 압력이 타방측으로의 압력을 상회하여 밸브 피스톤(32)이 이동하여 입구 포트(34a)와 출구 포트(34b)가 연통 상태가 되었을 때에, 주회로 압력(Preal)이 탱크로 배출된다.
2. 릴리프 밸브 장치의 구성예
다음에, 본 실시형태에 따르는 유압 회로에 설치되는 릴리프 밸브 장치(20)의 구체적인 일 구성예에 관해서, 도 2(a) 및 도 2(b)에 기초하여 설명한다.
도 2(a)는 파일럿 스풀(22)의 축 방향을 따라 절단한 릴리프 밸브 장치(20)의 단면도를 도시하고, 도 2(b)는 파일럿 스풀(22)의 축 방향에 직교하는 방향을 따라 절단한 릴리프 밸브 장치(20)의 단면도를 도시하고 있다.
릴리프 밸브 장치(20)에 구비된 제 1 밸브부(21)는 하우징(29)에 형성된 스풀 구멍(28)과, 이 스풀 구멍(28) 내를 축 방향 이동 가능하게 배치된 파일럿 스풀(22)과, 파일럿 스풀(22)의 일단에 있어서 스풀 구멍(28)에 고정 배치된 핀 유지 부재(27)와, 핀 유지 부재(27)에 형성된 핀 슬라이딩 구멍(27a) 내를 축 방향 이동 가능하게 유지되고, 그 선단이 파일럿 스풀(22)의 일단면에 당접하는 핀(26)과, 파일럿 스풀(22)의 타단측에 배치되어 파일럿 스풀(22)을 가압하는 파일럿 스프링(23)을 구비하고 있다.
파일럿 스풀(22)의 축 방향 중앙부는 축경(縮徑)되어 유로(22a)로서 구성되어 있고, 하우징(29)에 형성된 입구 포트(24a) 및 출구 포트(24b)에 연통 가능하게 되어 있다. 입구 포트(24a)는 유로(25a)에 접속되고, 이 유로(25a)에는 스로틀압 도입 포트(24c)도 접속되어 있다. 즉, 입구 포트(24a) 및 스로틀압 도입 포트(24c)에는 동일한 압력이 공급된다. 유로(25a)는 스로틀 통로(19)를 개재하여 주회로(3)에 접속하고 있다(도 2(b)를 참조.). 또한, 출구 포트(24b)는 배출 유로(37)에 연통 하는 유로(25b)에 접속하고 있다.
핀 유지 부재(27)에는 핀 슬라이딩 구멍(27a)에 연속하여 압력 도입실(27b)이 형성되어 있고, 핀(26)의 일단면(도 2(a)의 우측 단면)이 이 압력 도입실(27b) 내에 위치하는 것으로 되어 있다. 압력 도입실(27b)에는 스로틀압 도입 포트(24c)를 개재하여 압력(스로틀압(Ps))이 도입되고, 핀(26)의 우측 단면이 스로틀압(Ps)을 받으면, 핀(26)은 파일럿 스풀(22)을 일방측(도 2(a)의 좌측 방향)으로 가압한다.
또한, 파일럿 스프링(23)이 배치된 스프링실(28a)에는, 제어 압력 도입 포트(24d)를 개재하여, 전자 비례 감압 밸브(11)에 의해 제어되는 제어 압력(Pc)이 도입되고, 파일럿 스풀(22)의 타단면(도 2(a)의 좌측 단면)이 제어 압력(Pc)을 받음으로써, 파일럿 스풀(22)은 파일럿 스프링(23)의 가압력과 더불어 타방측(도 2(a)의 우측 방향)으로 가압된다.
즉, 스로틀압(Ps)을 받는 핀(26)의 우측 단면의 수압 면적을 A1, 제어 압력(Pc)을 받는 파일럿 스풀(22)의 좌측 단면의 수압 면적을 A2, 파일럿 스프링(23)의 가압력을 Fsp라고 하면, 파일럿 스풀(22)의 우측 단면에 핀(26)을 개재하여 작용하는 일방측으로의 압력(Fa) 및 좌측 단면에 작용하는 타방측으로의 압력(Fb)은 이하의 식으로 표시할 수 있다.
Figure 112013102259131-pct00001
Figure 112013102259131-pct00002
따라서, 일방측으로의 압력(Fa)이 타방측으로의 압력(Fb)을 상회할 때 (Fa>Fb)에, 파일럿 스풀(22)은 일방측(도 2(a)의 좌측)으로 이동하고, 타방측으로의 압력(Fb)이 일방측으로의 압력(Fa) 이상일 때(Fb≥Fa)에, 파일럿 스풀(22)은 타방측(도 2(a)의 우측)으로 이동한다.
Fb≥Fa가 되어, 파일럿 스풀(22)이 핀 유지 부재(27)에 당접한 상태에서는, 유로(22a)는 입구 포트(24a)와만 연통하고, 출구 포트(24b)가 닫히기 때문에, 주회로 압력(Preal)을 제 1 밸브부(21)를 개재하여 탱크로 배출할 수 없다. 한편, Fa>Fb이 되어, 파일럿 스풀(22)이 일방측(도 2(a)의 좌측 방향)으로 이동하면, 유로(22a)는 입구 포트(24a) 및 출구 포트(24b)에 연통하게 되기 때문에, 주회로 압력(Preal)을 제 1 밸브부(21)를 개재하여 탱크로 배출 가능해진다.
또한, 릴리프 밸브 장치(20)에 구비된 제 2 밸브부(31)는 하우징(29)의 삽입 구멍(29a)에 수용된 피스톤 하우징(35)과, 피스톤 하우징(35) 내에 유지된 밸브 피스톤(32)과, 밸브 피스톤(32)을 하방측으로 가압하는 밸브 스프링(33)을 구비하고 있다.
하우징(29)의 삽입 구멍(29a)은 스풀 구멍(28)의 축 방향에 대해 교차하는 방향을 따라 형성되어 있고, 삽입 구멍(29a)과 유로(25a)는 연통로(29b)를 개재하여 연통하고 있다. 피스톤 하우징(35)은 축 방향에 연속하여 형성된 유로 구멍(35a) 및 피스톤 슬라이딩 구멍(35b)을 가지고 있고, 유로 구멍(35a)은 주회로(3)에 연통하고 있다. 따라서, 밸브 피스톤(32)의 하단면은 주회로 압력(Preal)을 받고, 일방측(도 2(a)의 상방측)으로 가압된다. 피스톤 슬라이딩 구멍(35b)에는 유로 구멍(35a)과는 반대측의 단부로부터 스프링 시트(36)가 삽입되어 있다. 이 스프링 시트(36)는 밸브 스프링(33)의 상단을 받는 스프링 시트부(36a)와 밸브 스프링(33)에 끼워 넣어지는 로드부(36b)를 가지고 있다.
밸브 피스톤(32)은 피스톤 하우징(35)의 시트면(35c)에 당접하는 시트부(32a)와, 외주면이 피스톤 슬라이딩 구멍(35b)과 슬라이딩하여 밸브 피스톤(32)의 축 방향 이동을 가이드하는 가이드부(32b)를 가지고 있다. 밸브 스프링(33) 및 로드부(36b)는 가이드부(32b)의 내부에 위치한다. 스프링 시트(36)에는 축 방향으로 관통하는 유로(36c)가 형성되고, 밸브 피스톤(32)의 내부와 연통로(29b)를 연통하고 있다. 따라서, 유로(25a)의 압력(스로틀압(Ps))이 밸브 피스톤(32) 내로 도입되고, 밸브 피스톤(32)은 스로틀압(Ps)을 받음으로써, 밸브 스프링(33)의 가압력과 더불어 타방측(도 2a의 하방측)으로 가압된다.
또한, 피스톤 하우징(35)에는 출구 포트(34b)가 되는 배출 구멍(35d)이 형성되고, 밸브 피스톤(32)의 시트부(32a)가 피스톤 하우징(35)의 시트면(35c)으로부터 떨어졌을 때에, 입구 포트(34a)로서의 유로 구멍(35a)에 도입되는 주회로(3)의 주회로 압력(Preal)을 배출 유로(37)로 유도하도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 본 실시형태에 따르는 릴리프 밸브 장치(20)에 있어서, 주회로 압력(Preal)이 안정된 상태에 있어서는, 주회로 압력(Preal), 전자 비례 감압 밸브(11)의 제어 압력(Pc), 및 파일럿 스프링(23)의 가압력(Fsp)의 균형에 의해, 파일럿 스풀(22)의 일방측으로의 압력(Fa)이 타방측으로의 압력(Fb)보다도 작고(Fb≥Fa), 제 1 밸브부(21)의 입구 포트(24a)와 출구 포트(24b)는 차단된 상태가 된다. 이 때, 유로(25a) 내의 스로틀압(Ps)은 주회로 압력(Preal)과 동등한 압력이 되기 때문에, 밸브 스프링(33)의 가압력만큼 밸브 피스톤(32)을 하방측으로 가압하는 힘이 우수하여, 제 2 밸브부(31)도 열리는 경우는 없다.
한편, 주회로 압력(Preal)이 급격하게 상승하기 시작하면, 파일럿 스풀(22)의 일방측으로의 압력(Fa)이 타방측으로의 압력(Fb)을 상회하고(Fa>Fb), 파일럿 스풀(22)이 핀(26)에 가압되어, 입구 포트(24a)와 출구 포트(24b)가 연통하고, 개변 상태가 된다. 그 결과, 유로(25a)에 공급되는 주회로 압력(Preal)이 유로(25b) 및 배출 유로(37)를 개재하여 외부(탱크)로 배출된다.
이 때, 스로틀 통로(19)가 형성되어 있음으로써, 유로(25a) 내의 스로틀압(Ps)은 밸브 피스톤(32)의 하단면이 받는 주회로 압력(Preal)보다도 낮아진다. 그렇게 하면, 밸브 피스톤(32)을 하방측으로 가압하는 힘이 약해지고, 밸브 피스톤(32)은 밸브 스프링(33)의 가압력을 이겨내고 상방으로 이동하여, 개변 상태가 된다. 이것에 의해, 주회로(3) 내의 주회로 압력(Preal)이, 유로 구멍(35a), 배출 구멍(35d), 및 배출 유로(37)를 개재하여, 외부(탱크)로 배출된다. 이와 같이, 본 실시형태에 따르는 릴리프 밸브 장치(20)에서는, 파일럿식의 가변 릴리프 밸브 구조를 갖는 제 1 밸브부(21)가 개변함에 따라, 제 2 밸브부(31)도 개변하도록 구성되어 있다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 실시형태에 따르는 유압 회로에 있어서 주회로 압력(Preal)을 감압하는 경우에서의, 주회로 압력(Preal), 전자 비례 감압 밸브(11)의 제어 압력(Pc), 및 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 유량의 시간축(t)에서의 변화를 각각 도시하고 있다. 전자 비례 감압 밸브(11)의 제어 압력(Pc) 및 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 유량은 기본적으로 도 6의 것과 같이 되어 있다.
이 도 3(a) 내지 3(b)로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따르는 유압 회로는 제 1 밸브부(21)의 개변에 따라 개변하는 제 2 밸브부(31)가 설치되어 있기 때문에, 감압 작동 응답성이 양호한 것이 되어, 서지압이 낮게 억제되어 있다.
특히, 본 실시형태에 따르는 릴리프 밸브 장치(20)에서는, 제 1 밸브부(21)에 있어서, 스로틀압(Ps)을 받는 핀(26)의 수압 면적 A1을 제어 압력(Pc)을 받는 파일럿 스풀(22)의 수압 면적 A2보다도 작게 하고 있다. 제 1 밸브부(21)는 상기의 수학식 1로 표시되는 압력(Fa)이 수학식 2로 표시되는 압력(Fb)을 상회했을 때에 개변한다. 따라서, 릴리프 밸브 장치(20)의 압력 특성은, 제어 압력(Pc)이 높아짐에 따라서, 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치(20)의 설정 압력(개변 압력)의 차압(ΔP)이 작아지는 것으로 되어 있다.
구체적으로, 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 따르는 릴리프 밸브 장치(20)의 압력 특성, 및, 유압 펌프(2a, 2b)의 압력 특성에 관해서, 전자 비례 감압 밸브(11)에 의해 제어되는 제어 압력(Pc)에 대한 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력의 값, 및 릴리프 밸브 장치(20)의 설정 압력의 값을 도시하고 있다. 이 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따르는 릴리프 밸브 장치(20)의 압력 특성의 기울기는 유압 펌프(2a, 2b)의 압력 특성의 기울기보다도 작고, 제어 압력(Pc)이 높아짐에 따라서, 차압(ΔP)이 작게 되어 있다.
따라서, 제어 압력(Pc)이 낮을 때, 즉, 주회로내 압력(Preal)이 낮을 때에는 감압 동작을 일으키기 어렵게 하는 한편, 주회로 압력(Preal)이 높을 때에는 감압 동작을 일으키기 쉽게 할 수 있다. 그 결과, 주회로(3) 내에 보다 높은 서지압이 발생하는 것에 의한 유압 기기의 파손 등을 저감시킬 수 있다.
또한, 릴리프 밸브 장치(20)의 설정 압력과, 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력의 차압(ΔP)의 크기에 관해서는, 제 1 밸브부(21)의 파일럿 스프링(23)의 스프링력을 변경함으로써 조절할 수 있는 것으로 되어 있다. 따라서, 원하는 차압(ΔP)을 용이하게 얻을 수 있다.
3. 효과
이상 설명한 본 실시형태에 따르는 유압 회로에 의하면, 파일럿식의 가변 릴리프 밸브 구조를 갖는 제 1 밸브부(21)와는 별도로 제 2 밸브부(31)를 설치하고, 제 1 밸브부(21)가 개변하는 것에 응답하여 제 2 밸브부(31)도 개변하도록 구성하고 있기 때문에, 유압 펌프(2a, 2b)의 설정 압력과 릴리프 밸브 장치(20)의 설정 압력의 차압(ΔP)을 원하는 크기로 설정하여 감압 작동 신뢰성을 확보할 수 있는 동시에, 감압 속도가 높아져 감압 작동 응답성을 개선할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르는 유압 회로에 있어서, 릴리프 밸브 장치(20)는 감압 작동 응답성 뿐만 아니라, 비작동시에 있어서의 주회로 압력(Preal) 또는 토출 유량을 유지하기 위해서, 가능한 한 적은 리크량이 요구되지만, 제 1 밸브부(21)의 구성 부품을 작게 할 수 있기 때문에 우수한 응답성이 얻어지는 동시에, 제 2 밸브부(31)를 시트식의 밸브로 하고 있기 때문에 리크량이 적고, 또한, 개변시의 개구 게인이 커서 순간적으로 대유량의 제어유를 통과시킬 수 있다. 따라서, 주회로(3) 내에 발생하는 서지압을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 유압 펌프를 구비한 유압 회로로서, 상기 유압 펌프의 설정 압력을 설정하기 위한 조작 수단과, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조절하기 위한 유량 조절 수단과, 상기 유압 펌프의 토출 압력을 상기 설정 압력으로 하기 위해서 상기 유량 조절 수단에 제어 압력을 공급하는 제어 수단과, 주회로 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우에 상기 주회로 압력을 감압하기 위한 릴리프 밸브 장치와, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 주회로에 접속된 액추에이터를 구비한 유압 회로에 있어서,
    상기 릴리프 밸브 장치가,
    파일럿 스풀 및 파일럿 스프링을 가지고, 스로틀 통로를 개재하여 주회로로부터 공급되는 스로틀압과, 상기 제어 압력 및 상기 파일럿 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 파일럿 스풀의 위치가 결정되고, 상기 스로틀 통로를 개재하여 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈(release)하는 제 1 밸브부와,
    밸브 피스톤 및 밸브 스프링을 가지고, 상기 주회로 압력과, 상기 스로틀압 및 상기 밸브 스프링의 가압력의 균형에 의해 상기 밸브 피스톤의 위치가 결정되고, 상기 주회로 압력을 외부로 릴리즈하는 제 2 밸브부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스풀이 상기 스로틀압을 일방측으로의 압력으로서 받는 동시에, 상기 제어 압력 및 상기 파일럿 스프링의 가압력을 타방측으로의 압력으로서 받는 것으로서 구성되고,
    상기 제 2 밸브부의 상기 밸브 피스톤이 상기 주회로 압력을 일방측으로의 압력으로서 받는 동시에, 상기 스로틀압 및 상기 밸브 스프링의 가압력을 타방측으로의 압력으로서 받는 것으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 릴리프 밸브 장치의 압력 특성은, 상기 제어 압력이 높아짐에 따라, 상기 유압 펌프의 설정 압력과 상기 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압이 작아지는 것을 특징으로 하는 유압 회로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스풀에 있어서의 상기 스로틀압의 수압 면적을 상기 제어 압력의 수압 면적보다도 작게 하고, 또한, 상기 제 1 밸브부의 상기 파일럿 스프링의 스프링력을 조정함으로써, 상기 유압 펌프의 설정 압력과 상기 릴리프 밸브 장치의 설정 압력의 차압을 조정 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 유압 회로.
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