KR19990044400A - 유압제어장치 - Google Patents

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KR19990044400A
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킹야 다까하시
유사쿠 노자와
노부히꼬 이치키
와타루 오쓰
히로시 마쓰자키
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세구찌 류이찌
히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

유압펌프(A)에서 유압실린더(C)에 공급되는 압유(壓油)를 제어하는 밸브장치(B)를 구비한 유압제어장치에 있어서, 밸브장치는 밸브본체(1)에 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어지는 스풀(16)과, 액추에이터통로(19)의 연통을 제어하는 논리크밸브(27)를 가지며, 논리크밸브는 밸브본체에 설치된 시트밸브(41)를 가진 주밸브부(40)와, 엔드커버(31)에 설치된 파일럿포핏밸브(61)를 가진 파일럿제어부(60)로 구성되고, 시트밸브는 파일럿포핏밸브의 개폐도(開度)에 비례하여 제어되는 동시에, 시트밸브에는 유압실린더의 과부하를 방지하는 릴리프밸브(55)가 내장되어 있다. 이로써 논리크밸브는 부하유지기능과 오버로드릴리프 기능을 수행하고, 논리크밸브를 스풀과 2열로 배열함으로써 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있다.

Description

유압제어장치
유압쇼벨 등의 건설기계의 유압제어장치에는 유압펌프로부터의 작동유(作動油)의 통로를 전환하여 목적하는 액추에이터에 동력을 전달하는 수단으로서 스풀형 방향전환밸브를 내장한 밸브장치가 사용되고 있다. 이 밸브장치는 밸브본체에 형성된 스풀 보어에 스풀을 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어져 있고, 이 스풀을 조작함으로써 유압펌프에서 액추에이터에 공급되는 압유(壓油)의 유량이나 압유의 유동방향을 제어하는 것이다.
이 밸브장치에서는 스풀이 밸브본체의 보어내를 슬라이드할 수 있도록 하기 위해 양자 사이에는 적당한 간격이 형성되어 있고, 그로 인해 밸브본체의 스풀 주위의 통로부분, 특히 액추에이터에 연결되는 포트 부분에서 내부 누출이 발생한다. 이 내부 누출은 액추에이터가 고부하(高負荷)를 유지하는 유압실린더인 경우, 부하 유지력의 저하로서 나타난다. 즉, 스풀 주위의 액추에이터 포트 부분에 유압실린더의 부하압(負荷壓)이 봉쇄되면, 스풀 외주부에서 탱크포트로 압유가 내부 리크하여 시간이 경과함에 따라 유압실린더가 조금씩 움직이게 된다.
이 대책으로서, 밸브장치에 논리크밸브를 내장시킨 유압제어장치가 일본국 실공평 7(1995)-47604호 공보에 제안되어 있다.
이 유압제어장치의 밸브장치에 있어서는, 밸브본체내에서 유압실린더에 접속되는 외부 액추에이터 포트와 상기 스풀 주위의 액추에이터포트(내부 액추에이터 포트)를 접속하는 액추에이터 통로에 논리크밸브를 배치한 것이며, 이 논리크밸브는 액추에이터 통로에 위치하는 시트밸브를 가진 주밸브부와, 이 주밸브부의 시트밸브의 개폐를 제어하는 파일럿포핏밸브를 가진 파일럿제어부를 가지며, 스풀이 중립위치에 있을 때는 시트밸브가 닫쳐 내부 리크량을 최소로 하고, 스풀이 조작되면 이에 연동하여 파일럿제어부의 파일럿포핏 밸브를 열고, 주밸브부의 시트밸브를 개방하는 구조로 되어 있다.
또, 고부하를 유지하는 유압실린더에 사용되는 밸브장치에는 일반적으로 오버로드릴리프밸브가 장착되고, 유압실린더에 과부하가 작용하면 이 오버로드릴리프밸브를 열어 고압의 압유를 탱크에 퇴피시켜, 유압실린더의 손상을 방지하도록 되어 있다. 일본국 실공평 7(1995)-47604호 공보에 기재된 밸브장치에도 논리크밸브와는 별도로 오버로드릴리프밸브가 배치되어 있다. 즉, 논리크밸브는 밸브본체내에 있어서 스풀에 평행으로 배열되고, 다시 그 외측에 액추에이터의 과부하를 방지하는 오버로드릴리프밸브가 논리크밸브 및 스풀에 평행으로 배열되어 있다. 또, 오버로드릴리프밸브에는 통상 액추에이터에 공급되는 압유의 부하 발생시에 탱크에서 압유를 보급하는 메이크업 기능이 부가되어 있다.
또, 스풀을 내장한 밸브장치와는 별개인 부하낙하방지밸브장치에, 부하유지기능과 오버로드릴리프기능을 가진 논리크밸브를 내장시킨 것이 일본국 특개평 3(1991)-249411호 공보에 기재되어 있다.
본 발명은 유압쇼벨 등의 건설기계의 유압제어장치에 관한 것이며, 특히 스풀형 방향전환밸브를 내장한 밸브장치에, 액추에이터가 부하를 유지하고 있을 때, 압유(壓油)의 내부 누출을 방지하는 논리크밸브를 더 내장시킨 유압제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 의한 유압제어장치를 나타내는 동시에, 이 유압제어장치의 유압실린더의 위치유지시의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 유압제어장치에 있어서의 밸브장치의 논리크밸브부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 논리크밸브의 시트밸브가 파일럿포핏밸브의 제어량에 비례한 제어량이 얻어지는 것을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 유압제어장치의 유압실린더의 과부하시의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 유압제어장치에 있어서의 밸브장치의 논리크밸브부분의 확대도이다
도 6은 도 1에 나타낸 유압제어장치의 유압실린더의 부하시의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 유압제어장치에 있어서의 밸브장치의 논리크밸브부분의 확대도이다.
도 8은 도 1에 나타낸 유압제어장치의 유압실린더의 수축시의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8에 나타낸 유압제어장치에 있어서의 밸브장치의 논리크밸브부분의 확대도이다.
도10은 도 1에 나타낸 유압제어장치의 유압실린더의 신장시의 동작을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 10에 나타낸 유압제어장치에 있어서의 밸브장치의 논리크밸브 부분의 확대도이다.
일본국 실공평 7(1995)-47604호 공보에 기재된 유압제어장치에서는 논리크밸브의 배치에 의해 밸브장치의 내부 리크량은 감소하고, 액추에이터의 부하유지특성은 향상된다. 그러나, 이 종래의 기술에서는 다음과 같은 문제가 발생한다.
1. 논리크밸브를 구비함으로써 스풀, 논리크밸브, 오버로드릴리프밸브와 3열로 평행으로 배열되어 밸브본체가 커진다.
2. 유압쇼벨 등의 건설기계에 있어서는 붐, 암, 버킷 등의 복수의 피구동부재가 있어, 이에 대응하여 액추에이터도 복수 있고, 밸브장치에도 복수의 스풀이 구비된다. 그러나, 이들 복수의 스풀을 내장한 밸브장치에서는 상기 종래의 기술과 같은 논리크밸브의 사용장소는 한정되어 있고, 중립시의 자중부하가 작용하기 쉬운 붐실린더의 보텀측이나 암실린더의 로드측에 연결되는 액추에이터통로 등, 특정한 액추에이터 통로에 장착되는 것이 통상이다. 그러므로 장착수가 적은 논리크밸브에 의해 밸브본체의 크기가 결정되고, 또 밸브본체의 논리크밸브를 구비하지 않는 부분에 불필요한 스페이스가 생긴다.
일본국 특개평 3(1991)-249411호 공보에 기재된 부하낙하방지밸브장치에 있어서는, 하나의 밸브(논리크밸브)이며, 부하유지 기능과 오버로드릴리프 기능을 수행하고 있다. 그러나, 부하낙하방지밸브장치는 스풀을 내장한 밸브장치와는 별개이고, 스풀을 내장한 밸브장치 자체에 부하유지기능과 오버로드릴리프기능을 부여한 것은 아니다. 그러므로, 스풀을 내장한 밸브장치에 부하유지기능과 오버로드릴리프기능을 부여한 경우의 밸브장치의 콤팩트화는 도모할 수 없다.
본 발명의 목적은 스풀을 내장한 밸브장치에 있어서, 하나의 밸브에 부하유지기능과 오버로드릴리프기능을 부여하여 이 밸브를 스풀과 2열로 배열함으로써, 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있는 유압제어장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하는 본 발명의 특징 및 이에 부수되는 특징은 다음과 같다.
(1) 먼저, 본 발명은 유압펌프와 이 유압펌프에서 토출된 압유를 제어하는 밸브장치와, 상기 유압펌프에서 토출되어 상기 밸브장치에 의해 제어된 압유에 의하여 구동되는 유압 액추에이터를 구비하고, 상기 밸브장치는 밸브본체와, 이 밸브본체에 형성되고, 상기 유압펌프에 접속되는 펌프포트 및 상기 액추에이터에 접속되는 1쌍의 외부 액추에이터포트와, 상기 밸브본체에 형성된 스풀보어 및 이 스풀보어의 내주면에 형성된 1쌍의 내부 액추에이터포트 및 1쌍의 탱크포트와, 상기 1쌍의 외부 액추에이터포트를 상기 1쌍의 내부 액추에이터포트에 각각 접속하는 1쌍의 액추에이터 통로와, 상기 스풀보어에 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어지고, 상기 펌프포트와 상기 1쌍의 내부 액추에이터포트 사이의 연통(連通)을 전환 제어하는 스풀과, 상기 밸브본체내의 상기 1쌍의 액추에이터 통로의 적어도 한쪽에 배치되고, 이 액추에이터 통로의 연통을 제어하는 논리크밸브를 가지며, 이 논리크밸브는 상기 한쪽의 액추에이터 통로를 외부 액추에이터포트측의 제1 통로부분과 내부 액추에이터포트측의 제2 통로부분으로 분단하는 시트밸브를 가진 주밸브부와, 이 주밸브부의 시트밸브의 개폐를 제어하는 파일럿포핏밸브를 가진 파일럿 제어부를 가지며, 상기 스풀이 상기 펌프포트와 상기 1쌍의 액추에이터 통로의 다른 쪽에 위치하는 내부 액추에이터포트를 연통시키는 제1의 방향으로 조작되었을 때, 이것에 연동하여 파일럿 제어부의 파일럿포핏밸브를 열고, 상기 주밸브부의 시트밸브를 개방하여 상기 액추에이터통로의 제1 통로부분과 제2 통로부분을 연통시키는 유압제어장치에 있어서, 상기 논리크밸브의 주밸브부는 상기 파일럿포핏밸브의 개폐도에 비례하여 상기 시트밸브의 개폐도를 제어하는 비례제어수단과, 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제1의 통로부분의 압력이 소정 레벨을 초과하면 상기 시트밸브를 개방하는 릴리프밸브 제어수단을 가지며, 상기 논리크밸브의 파일럿제어부는 상기 스풀의 제1의 방향으로의 스트로크에 따라 상기 파일럿포핏밸브의 개폐도를 증가시키는 파일럿조작수단을 가지며, 상기 스풀은 이 스풀이 중립위치에 있을 때와 상기 제1의 방향으로 조작되었을 때는, 상기 한쪽의 액추에이터통로측에 위치하는 내부 액추에이터포트와 이것에 인접한 탱크포트 사이에 미터아웃의 가변스로틀이 없는 연통로를 확보하는 형상을 하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명의 유압제어장치에 설치된 밸브장치의 논리크밸브는 다음의 각 기능을 수행한다.
1. 미터아웃 유량제어 기능
스풀이 제1의 방향으로 조작되었을 때, 논리크밸브의 파일럿제어부에 설치된 파일럿조작수단은 스풀의 제1의 방향으로의 스트로크에 따라 파일럿포핏밸브의 개폐도를 증가시키고, 논리크밸브의 주밸브부에 설치된 비례제어수단은 파일럿포핏밸브의 개폐도에 비례하여 시트밸브의 개폐도를 제어하고, 시트밸브는 스풀의 제1의 방향으로의 스트로크에 따른 개폐도로 된다. 또, 스풀이 제1의 방향으로 조작되었을 때, 상기 한쪽의 액추에이터통로측에 위치하는 내부 액추에이터 포트와 이것에 인접한 탱크포트는 연통로를 통해서만 연통하게 된다.
이와 같이 시트밸브의 개폐도가 제어되고 연통로가 존재하는 결과, 유압액추에이터로부터 되돌아오는 오일은 액추에이터통로를 통과하고, 시트밸브에 의해 유량이 제어되면서 내부 액추에이터포트, 연통로, 탱크포트를 통과하여 탱크에 배출되고, 논리크밸브가 미터아웃의 유량제어를 한다.
2. 유압 액추에이터의 부하유지 기능
스풀이 중립위치에 있을 때는, 파일럿제어부에 설치된 파일럿조작수단 및 주밸브부에 설치된 비례제어수단에 의해 논리크밸브는 시트밸브를 닫은 상태로 있게 된다. 그러므로, 외부 액추에이터포트와 내부 액추에이터포트는 논리크밸브에 의해 차단되고, 유압 액추에이터의 부하가 유지되고, 유압 액추에이터는 같은 위치에 유지된다.
3. 유압액추에이터의 오버로드릴리프 기능
스풀이 중립위치에 있고, 유압 액추에이터에 이상한 과부하가 작용했을 때는, 논리크밸브의 주밸브부에 설치된 릴리프제어수단은 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제1 통로부분의 압력이 소정 레벨을 초과하면 시트밸브를 개방하도록 작동한다. 또, 스풀이 중립위치에 있을 때, 상기 한쪽의 액추에이터통로측에 위치하는 내부 액추에이터포트와 이것에 인접하는 탱크포트는 연통로를 통하여 연통만 하게 되어 있다. 그러므로, 유압 액추에이터의 이상고압은 외부 액추에이터포트, 액추에이터통로, 내부 액추에이터포트, 연통로, 탱크포트를 통과하여 탱크에 방출되어 유압 액추에이터의 손상이 방지된다.
이상과 같이 본 발명의 유압제어장치에 있어서의 밸브장치는 논리크밸브가 미터아웃 유량제어기능을 수행하는 동시에, 유압 액추에이터의 부하유지기능과 오버로드릴리프 기능을 수행하게 되고, 이 논리크밸브를 스풀과 2열로 배열함으로써 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하기로는 상기 주밸브부의 비례제어수단은 상기 시트밸브를 폐쇄방향으로 부세(付勢)하는 배압실(背壓室)과, 상기 시트밸브에 설치되고, 상기 시트밸브를 닫았을 때는 최소 개폐도로 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제1 통로부분을 상기 배압실에 연통시켜, 상기 시트밸브의 개방방향의 스트로크에 따라 상기 개폐도를 증가시키는 비례제어용 가변스로틀을 가지며, 상기 파일럿포핏밸브는 상기 배압실과 저압통로와의 연통을 제어하는 것으로 한다.
이와 같이 비례제어수단을 시트밸브와 배압실과 비례제어용 가변스로틀로 구성하고, 파일럿제어부의 파일럿포핏밸브로 배압실과 저압통로와의 연통을 제어함으로써, 상기 (1)의 1 과 2에서 설명한 미터아웃 유량제어 기능과 부하유지 기능이 얻어진다. 또, 시트밸브를 열었을 때는 최소 개폐도로 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제1 통로부분을 배압실에 연통시키므로, 스풀을 제1의 방향과 반대방향으로 조작했을 때는 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제2 통로부분의 압력으로 시트밸브는 열리게 되고, 스풀에서 미터인 유량제어된 압유는 당해 액추에이터통로를 통과할 수 있다.
또한, 하기 (3)에서 설명하는 바와 같이 배압실에 의한 시트밸브의 위치제어기능을 이용하여 상기 릴리프제어수단을 간단히 실현할 수 있고, 상기 (1)의 3 에서 설명한 유압 액추에이터의 오버로드릴리프 기능이 얻어진다.
또, 유압액추에이터 부하시의 메이크업 기능도 얻어진다.
즉, 스풀이 중립위치에 있고, 유압 액추에이터가 부압(負壓)으로 되면, 주밸브부의 배압실이 부압으로 되고 시트밸브는 열린다. 또, 스풀이 중립위치에 있을 때, 상기 한쪽의 액추에이터통로측에 위치하는 내부 액추에이터 포트와 이것에 인접하는 탱크포트는 연통로를 통해서만 연통하게 되어 있다. 그러므로, 부압으로 변한 유압 액추에이터에는 탱크로부터 탱크포트, 스풀 주위의 연통로, 내부 액추에이터포트, 액추에이터통로, 외부 액추에이터포트를 통과하여 압우가 보급된다.
(3) 또, 상기 (2)에 있어서, 바람직하기로는 상기 릴리프제어수단은 상기 시트밸브의 내부에 형성되고, 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제2 통로부분을 상기 배압실에 연통시키는 내부통로와, 이 내부통로를 개폐하도록 배치된 릴리프포핏밸브와, 상기 제1 통로부분의 압력이 상기 소정 레벨보다 낮을 때는 상기 릴리프포핏 밸브를 폐쇄위치로 유지하고, 상기 압력이 소정 레벨을 초과하면 상기 릴리프포핏 밸브를 여는 작동기구를 구비한다.
이로써 제1 통로부분의 압력이 소정 레벨을 초과하면 릴리프포핏밸브가 열리고, 배압실이 내부통로를 통하여 제2 통로부분에 연통되고, 배압실의 압력저하에 의해 시트밸브가 열린다. 즉, 상기 (1)의 3 에서 설명한 바와 같이, 유압 액추에이터의 오버로드릴리프 기능이 수행된다. 이와 같이 배압실에 의한 시트밸브의 위치제어기능을 이용하여 간단히 오버로드릴리프 기능이 얻어진다.
(4) 또, 상기 (3)에 있어서, 바람직하기로는 상기 릴리프제어수단의 작동기구는 상기 시트밸브에 내장되고, 상기 제1 통로부분의 압력에 의해 구동되어 상기 릴리프포핏밸브를 여는방향으로 압압하는 피스톤과, 상기 시트밸브의 반배압실측(反背壓室側)에 설치된 스프링실에 배치되고, 상기 릴리프포핏밸브를 상기 피스톤의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하는 릴리프용 스프링과, 상기 릴리프포핏밸브와 피스톤 사이에 위치하는 축부(軸部)를 가지며, 이 축부의 주위가 상기 내부통로의 일부를 구성하는 것으로 한다.
이로써 제1 통로부분의 압력이 릴리프용 스프링에 의해 설정된 소정 레벨을 초과하면, 피스톤이 작동하여 릴리프포핏밸브를 열고, 상기 (3)에서 설명한 바와 같이 시트밸브가 열린다.
(5) 또한, 상기 (2)에 있어서, 바람직하기로는 상기 파일럿제어부의 파일럿조작수단은 상기 스풀을 상기 제1의 방향으로 조작하는 파일럿압력에 의해 구동되어 상기 파일럿포핏밸브를 여는방향으로 압압하는 피스톤과, 이 피스톤의 반대측에 설치된 스프링실에 배치되고, 상기 파일럿포핏밸브를 상기 피스톤의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하는 파일럿용 스프링과, 상기 파일럿포핏밸브와 피스톤을 일체(一體)로 연결하는 축부를 가지며, 이 축부의 주위를 상기 주밸브부의 배압실에 연통시키고, 상기 스프링실을 상기 저압통로에 연통시키는 것으로 한다.
이로써 상기 스풀을 제1의 방향으로 조작하는 파일럿압력이 피스톤에 작용하면, 피스톤은 이 파일럿압력에 의해 구동되고, 파일럿포핏밸브가 파일럿용 스프링에 항거하여 개방되는 동시에, 파일럿압력이 높아짐에 따라 스풀의 스트로크가 증가하고, 또한 피스톤의 구동력도 증대하여 파일럿포핏밸브의 개폐도도 증대한다. 즉, 파일럿조작수단은 파일럿포핏밸브의 개폐도를 스풀의 제1의 방향으로의 스트로크에 따라 증가시킨다.
또, 파일럿포핏밸브와 피스톤을 일체로 연결하는 축부의 주위를 주밸브부의 배압실에 연통시키는 구성으로 하였으므로, 상기 (1)의 2 에서 설명한 유압 액추에이터의 부하유지시, 유압 액추에이터의 부하압력이 배압실을 통하여 축부의 주위에 도입되어도, 이 부하압력이 파일럿포핏밸브와 피스톤에 작용하는 힘의 균형이 잡히어, 파일럿포핏밸브가 열리는 일이 없고, 부하유지기능이 확보된다.
(6) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하기로는 상기 밸브본체의 상기 한쪽의 액추에이터통로측의 끝부에 장착되고, 상기 스풀을 중립위치에 유지하는 스프링을 내장하고 또한 상기 스풀을 상기 제1의 방향으로 조작하는 파일럿압력이 도입되는 제1 수압실을 형성한 엔드커버를 더 가지며, 상기 논리크밸브의 파일럿제어부는 상기 엔드커버에 내장되고, 또한 상기 파일럿제어부의 파일럿조작수단은 상기 제1 수압실에 연통하여 상기 파일럿포핏밸브를 조작하는 제2 수압실을 가진 것으로 한다.
이로써, 논리크밸브의 파일럿제어부는 스풀조작용 스프링 및 제1 수압실과 동일한 엔드커버내에 배치되고, 밸브본체측에는 논리크밸브의 주밸브부만이 배치되어, 밸브본체를 콤팩트로 할 수 있다.
(7) 또한, (1) 또는 (6)에 있어서, 바람직하기로는 상기 논리크밸브의 주밸브부와 파일럿제어부는 직렬로 배열되고, 또한 상기 스풀에 대하여 평행으로 배열되는 것으로 한다.
이로써, 논리크밸브는 파일럿제어부도 포함한 전체가 스풀에 대하여 평행으로 2열로 배열되어, 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있다.
(8) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하기로는 상기 스풀은 상기 제1의 방향과 반대인 제2의 방향으로 조작되었을 때, 상기 다른쪽의 액추에이터통로측에 위치하는 내부 액추에이터포트와 이것에 인접한 탱크포트 사이에 미터아웃의 가변스로틀을 확보하는 형상을 하고 있는 것으로 한다.
이로써, 스풀을 제2의 방향으로 조작했을 때는 유압 액추에이터로부터 되돌아오는 오일은 외부 액추에이터포트, 액추에이터통로, 내부 액추에이터통로, 스풀에 설치한 미터아웃의 가변스로틀을 통과하고, 이 가변스로틀에 의해 유량이 제어되면서 탱크포트를 통과하여 탱크에 배출되어, 종래의 밸브장치와 같은 미터아웃 유량제어가 행하여진다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 한 실시형태에 의한 유압제어장치의 구성을 도 1 및 도 2에 따라 설명한다.
도 1에 있어서, 본 실시형태의 유압제어장치는 유압펌프(A)와, 이 유압펌프에서 토출된 압유를 제어하는 밸브장치(B)와, 유압펌프에서 토출되어 밸브장치(B)에 의해 제어된 압유에 의해 구동되는 유압실린더(C)를 포함하는 복수의 액추에이터로 구성되어 있다.
밸브장치(B)는 밸브본체(1)를 가지며, 이 밸브본체(1)에는 유압펌프(A)에 접속되는 펌프통로(2)가 형성되는 동시에, 유압실린더(C)에 관련되는 요소로서, 펌프통로(2)에 연통되는 펌프포트(3), 유압실린더(C)의 로드측 및 보텀측에 각각 접속되는 1쌍의 액추에이터 포트(4),(5)와, 스풀보어(6)가 형성되어 있다. 또, 밸브본체(1)의 스풀보어(6)의 내주면에는 중앙부에 위치하는 입측(入側) 센터바이패스포트(7)와, 이 포트(7)의 양측에 대칭으로 위치하는 1쌍의 출측(出側) 센터바이패스포트(8),(9), 1쌍의 미터인포트(10),(11), 1쌍의 액추에이터포트(12),(13) 및 1쌍의 탱크포트(14),(15)가 형성되고, 스풀(6)에는 이들 각 포트를 전환 제어하는 스풀(16)이 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어져 있다.
여기서, 유압실린더(C)에 접속되는 액추에이터포트(4),(5)와 스풀보어(6)의 액추에이터포트(12),(13)는 양자를 구별하기 위해, 본원 명세서중에서는 전자를 외부 액추에이터포트라고 하고, 후자를 내부 액추에이터포트라고 한다.
밸브본체(1)내에는 또 펌프포트(3)를 미터인포트(10),(11)에 접속하는 통로브리지(17)와, 외부 액추에이터포트(4),(5)를 내부 액추에이터포트(12),(13)에 각각 접속하는 1쌍의 액추에이터통로(18),(19)가 형성되어 있다.
펌프포트(3)와 통로브리지(17) 사이에 로드체크밸브(20)가 배치되어 있다. 로드체크밸브(20)는 유압실린더(C)로부터의 압유의 역류를 방지하는 것이다.
액추에이터통로(18),(19)중, 유압실린더(C)의 로드측에 대응하는 액추에이터통로(18)에는 오버로드릴리프밸브(26)가 배치되고, 유압실린더(C)의 보텀측에 대응하는 액추에이터통로(19)에는 논리크밸브(27)가 배치되어 있다. 오버로드릴리프밸브(26)는 유압실린더(C)의 로드측의 과부하를 방지하는 것이며, 유압실린더(C)의 로드측의 압력이 소정 레벨을 초과하면 오버로드릴리프밸브(26)가 열리고, 액추에이터통로(18)를 통로(28)를 통하여 탱크포트(14)에 연통시켜, 액추에이터통로(18)의 압유를 탱크에 퇴피시킨다. 논리크밸브(27)는 후술할 압유의 누출방지기능, 과부하방지기능, 부압보급기능, 미터아웃 유량제어기능의 각 기능을 수행한다.
스풀(16)은 랜드(大徑部)(16a),(16b),(16c),(16d),(16e)를 가지며, 랜드(16b),(16c)의 출측 센터바이패스포트(8),(9)측에는 센터바이패스 가변스로틀용 노치(21),(22)가 형성되고, 랜드(16d),(16e)의 미터인포트(10),(11)측에는 미터인 가변스로틀용 노치(23),(24)가 형성되고, 랜드(16d)의 탱크포트(14)측에는 미터아웃 가변스로틀용 노치(25)가 형성되어 있다.
또, 논리크밸브(27)의 상기 각 기능과의 관련에서, 스풀(16)의 내부 액추에이터포트(13)측의 랜드(16a)는 반대측의 랜드(16d)보다 길이가 단축되고, 스풀(16)이 도시한 좌측방향으로 조작되었을 때, 내부 액추에이터포트(13)와 탱크포트(15) 사이에 미터아웃 가변스로틀이 없는 연통로(29)를 확보하는 형상을 하고 있다.
밸브본체(1)의 양끝에는 엔드커버(30),(31)가 장착되고, 엔드커버(30)내에는 스풀(16)을 도시한 우측방향으로 조작하는 파일럿압력이 도입되는 수압실(受壓室)(32)이 형성되고, 엔드커버(31)내에는 스풀(16)을 중립위치에 유지하는 스프링(33)이 내장되고, 또한 스풀(16)을 도시한 좌측방향으로 조작하는 파일럿압력이 도입되는 수압실(34)이 형성되어 있다.
논리크밸브(27)는 액추에이터통로(19)를 외부 액추에이터포트(5)측의 제1 통로부분(19a)과 내부 액추에이터포트(13)측의 제2 통로부분(19b)으로 분단하는 시트밸브(41)를 가진 주밸브부(40)와, 엔드커버(31)에 내장되고, 주밸브부(40)의 시트밸브(41)의 개폐를 제어하는 파일럿포핏밸브(61)를 가진 파일럿제어부(60)로 구성되어 있다.
또, 논리크밸브(27)의 주밸브부(40)와 파일럿제어부(60)는 직렬로 배열되어 전체적으로 스풀(16)에 대하여 평행으로 배열되어 있다.
논리크밸브(27)의 주밸브(40) 및 파일럿제어부(60)의 상세를 도 2를 참조하여 설명한다.
주밸브부(40)는 상기한 시트밸브(41)와, 이 시트밸브(41)를 닫는방향으로 부세하는 배압실(42)를 가지며, 시트밸브(41)는 시트부(41a)와 서포트부(41b)로 구성되어 있다. 시트부(41a)는 제1 통로부분(19a)의 일부를 구성하는 입구포트(43a)와 제2 통로부분(19b)의 일부를 구성하는 스풀보어(6)와 평행한 출구포트(43b) 사이에 위치하고, 서포트부(41b)는 밸브본체(1)에 스풀보어(6)와 평행으로 형성된 보어(44)에 자유로이 슬라이드할 수 있도록 끼워 맞추어져 있고, 시트밸브(41) 전체가 스풀(16)과 평행으로 배열되어 있다.
또, 시트부(41a)는 통형상을 하고 있으며, 그 출구(43b)측의 연장부분에는 소정의 슬릿폭의 메탈링 오리피스(41c)가 형성되고, 시트부(41a)가 밸브시트(41d)에 접촉하고 있을 때는 입구포트(43a)와 출구포트(43b)와의 연통은 차단되고, 시트부(41a)가 밸브시트(41d)에서 떨어지면 입구포트(43a)는 메탈링 오리피스(41c)를 통하여 출구포트(43b)와 연통한다. 시트부(41a)의 내측의 제2 통로부분(19b)측의 개구부에는 슬리브(50)가 삽입되고, 시트부(41a)의 내측과 이 슬리브(50)로 릴리프용 스프링(51)(후술)이 배치되는 스프링실(52)을 형성하고 있다.
서포트부(41b)에는 입구포트(43a)에 개구하는 통로(45a)와, 이 통로(45a)에 연통하고 또한 배압실(42)에 개구하는 슬릿(46)이 형성되고, 슬릿(46)은 밸브본체(1)의 보어(44)의 내주면과의 사이에 비례제어용 가변스로틀(47)을 형성한다. 이 가변스로틀(47)은, 시트밸브(41)를 닫을 때는 최소 개폐도로 입구포트(43a) (제1 통로부분(19a) )를 배압실(42)에 연통시켜, 시트밸브(41)의 개방방향의 스트로크에 따라 개폐도를 증가시킨다. 배압실(42)내에는 시트밸브(41)의 시트부(41a)를 닫는 위치에 유지하는 스프링(48)이 배치되어 있다.
또, 서포트부(41b)에는 축방향으로 관통하는 중앙공(中央孔)(53)과, 일단(一端)이 이 중앙공(53)에 스프링실(52)측의 개구 부근에서 개구하고, 타단(他端)이 배압실(42)에 개구하는 경사공(54)이 형성되고, 중앙공(53)의 스프링실(52)측의 개구부에는 릴리프포핏밸브(55)가 접촉하는 밸브시트(55a)가 형성되고, 릴리프포핏밸브(55)는 이 밸브시트(55a)에 상기한 릴리프용 스프링(51)에 의해 압압 유지되어 있다. 중앙공(53)의 스프링실(52)측의 개구부분과 경사공(54)은 제2 통로부분(19b)을 배압실(42)에 연통시키는 내부통로(56)를 구성하고, 릴리프포핏밸브(55)는 이 내부통로(56)를 개폐하도록 배치되어 있다.
또, 서포트부(41b)의 중앙공(53)에는 각각 소경(小徑) 축부(57a),(58a)를 가진 피스톤(57),(58)이 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어져 있다. 여기서, 피스톤(57)은 소경 축부(57a)가 포핏밸브(55)에 접촉하도록 배치되고, 피스톤(58)은 소경 축부(58a)가 피스톤(57)측을 향하고, 반소경(反小徑) 축부측의 끝부가 서포트부(41b)의 끝면을 넘어 배압실(42)내에 돌출하고, 엔드커버(31)에 형성된 배압실 벽면(42a)에 닿도록 배치되고, 피스톤(57)의 소경 축부(57a)의 주위는 상기 내부통로(56)의 일부로서 이용되고, 피스톤(57)과 피스톤(58) 사이에는 실린더실(59)이 형성된다. 실린더실(59)은 통로(45b)를 통하여 통로(45a)에 연통하고 있다.
이와 같은 구성에 의해, 피스톤(57),(58)은 제1 통로부분(19a)의 압력에 의해 구동되어 릴리프포핏밸브(55)를 여는방향으로 압압하는 한편, 스프링실(52)에 배치된 릴리프용 스프링(51)은 릴리프포핏밸브(55)를 피스톤(57)의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하고, 이로써 제1 통로부분(19a)의 압력이 스프링(51)으로 설정되는 소정 레벨보다도 낮을 때는 릴리프포핏밸브(55)를 닫는 위치에 유지하고, 당해 압력이 소정 레벨을 초과하면 릴리프포핏밸브(55)를 여는 작동기구가 구성된다.
파일럿제어부(60)는 엔드커버(31)에 시트밸브(41)의 보어(44)와 직렬로(동축(同軸)적으로), 또한 스플보어(6)와 평행으로 형성된 보어(62)와, 이 보어(62)에 끼워지고 나사가 형성된 플러그(63)로 고정 유지된 슬리브(64)를 가지며, 슬리브(64)의 반(反)플러그(63)측에는 파일럿용 스프링(65)을 배치한 스프링실(66)이 형성되어 있다. 슬리브(64)에는 스프링실(66)에 개구하는 축방향의 중앙공(67)과, 플러그(63)측에 개구하는 실린더실(68)이 형성되고, 중앙공(67)의 스프링실(66)측의 개구부에는 파일럿포핏밸브(61)가 접촉하는 밸브시트(61a)가 형성되고, 파일럿포핏밸브(61)는 이 밸브시트(61a)에 상기한 파일럿용 스프링(65)에 의해 압압 유지되어 있다.
또, 슬리브(64)에 형성된 중앙공(67)에는 소경 축부(69a)를 가진 피스톤(69)이 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어지고, 실린더실(68)에는 피스톤(70)이 자유로이 슬라이드할 수 있게 끼워 맞추어져 있다. 피스톤(69)은 소경 축부(69a)가 포핏밸브(61)에 연결되도록 포핏밸브(61)와 일체로 만들어지고, 소경 축부(69a)의 주위는 소공(小孔)(71)을 통하여 슬리브(64)의 외주부에 형성된 원주(圓周)홈(72)에 연통되고, 다시 엔드커버(31)내에 형성된 통로(73)를 통하여 주밸브부(40)의 배압실(42)에 연통되고 있다. 또 스프링실(66)은 엔드커버(31) 및 밸브본체(1)에 형성된 통로(74)를 통하여 액추에이터통로(19)의 제2 통로부분(19b)에 연통되고 있다. 이로써 포핏밸브(61)가 열려 있을 때는(도시한 좌측으로 이동했을 때), 배압실(42)은 파일럿통로(19)의 제2 통로부분(19b)에 연통하고, 파일럿통로(19)의 제1 통로부분(19a) → 가변스로틀(47) → 배압실(42) → 통로(73) → 원주홈(72) → 소공(71) → 소경 축부(69a)의 주위 → 스프링실(66) → 통로(74) → 제2 통로부분(19b)을 통과하여 압유의 흐름(파일럿 흐름)이 생긴다.
피스톤(69)의 반소경 축부측의 끝부는 실린더실(68)내에 위치하는 피스톤(70)에 닿아 있다. 피스톤(70)의 플러그(63)측에는 피스톤(70)을 도시한 좌측방향(포핏밸브(61)를 여는방향)으로 부세하는 수압실(75)이 형성되고, 이 수압실(75)은 슬리브(64)의 끝면에 형성된 방사홈(76) 및 엔드커버(31)의 슬리브 주위에 형성된 간극(76a) 및 엔드커버(31)에 형성된 통로(77)를 통하여 스풀(16)측의 수압실(34)에 연통되고, 수압실(34)에 도입된 파일럿압력이 수압실(76)에도 동시에 도입되도록 되어 있다. 피스톤(70)의 반플러그(63)측의 수압실(75a)은 슬리브(64)에 형성된 소공(78) 및 원주 홈(78a), 엔드커버(31) 및 밸브본체(1)에 형성된 통로(79)를 통하여 탱크포트(15)에 연통되어 있다. 이로써 피스톤(69),(70)은 스풀(16)을 도시한 좌측방향으로 조작하는 파일럿압력에 의해 구동되고, 파일럿포핏밸브(61)를 여는방향으로 압압된다. 이때, 상기한 파일럿용 스프링(65)은 파일럿포핏밸브(61)를 피스톤(69),(70)의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하고 있다.
이상에 있어서, 주밸브부(40)의 배압실(42)과 가변스로틀(47)은 파일럿제어부(60)의 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도에 비례하여 시트밸브(41)의 개폐도를 제어하는 배례제어수단을 구성하고, 주밸브부(40)의 릴리프용 스프링(51), 릴리프포핏밸브(55), 내부통로(56), 소경부(57a),(58a)를 가진 피스톤(57),(58), 실린더실(59)은 액추에이터통로(19)의 제1 통로부분(19a)의 압력이 스프링(51)으로 설정된 소정 레벨을 초과하면 시트밸브(41)를 개방하는 릴리프 제어수단을 구성하고, 파일럿제어부(60)의 파일럿용 스프링(65), 피스톤(69),(70), 수압실(75), 통로(77)는 스풀(16)의 도시한 좌측방향의 스트로크에 따라 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도를 증가시키는 파일럿조작수단을 구성한다.
이상은 유압실린더(C)에 관한 요소의 설명이며, 밸브장치(B)에는 다른 액추에이터에 관한 요소가 동일하게 장착되어 있다.
여기서 도 3을 참조하여, 논리크밸브(27)의 주밸브부(40)와 파일럿제어부(60)와의 관계, 특히 배압실(42)과 가변스로틀(47)이 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도에 비례하여 시트밸브(41)의 개폐도를 제어하고, 시트밸브(41)에 파일럿포핏밸브(61)의 제어량에 비례한 제어량이 얻어지는 원리에 대하여 상술한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 논리크밸브(27)를 릴리프제어수단에 관한 부분을 생략하여 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 1 및 도 2에 나타낸 부분과 동등한 것에는 동일한 부호를 붙였다.
도 3에 있어서, 밸브본체(1)내에 설치되는 주밸브부(40)의 시트밸브(41)는 입구포트(43a)쪽에 수압면적(As)을 가지며, 출구포트(43b)쪽에 수압면적(Aa)을 가지며, 시트부(41a)의 출구포트(43b)측에는 소정의 슬릿폭의 메탈링 오리피스(41c)가 형성되어 있다. 입구포트(43a)는 서포트부(41b)에 형성된 통로(45a) 및 슬릿(46)에 의해 시트밸브(41)의 배면측에 형성된 배압실(42)과 연통되어 있으며, 슬릿(46)에는 밸브본체(1)와 협동하여 시트밸브(41)의 변위(變位)에 따라 개폐도를 변화시키는 가변스로틀(47)이 형성되어 있다.
배압실(42)은 통로(73)에 의해 파일럿제어부(60)의 파일럿포핏밸브(61)의 입구측과 연통되고, 파일럿포핏밸브(61)의 출구측(스프링실(66) )은 통로(74)에 의해 시트밸브(41)의 출구포트(43b)와 연통되어 있다.
시트밸브(41)는 밸브를 닫았을 때 배압실(42)의 유압에 의해 압압되고, 시트밸브(41)의 입구포트(43a)와 출구포트(43b)는 시트부(41a)와 밸브시트(41d)와의 접촉에 의해 연통이 차단되고, 또 배압실(42)과 출구포트(43b)도 파일럿포핏밸브(61)와 밸브 시트(61a)와의 접촉에 의해 연통이 차단되어 있다.
지금, 파일럿제어부(60)의 피스톤(69),(70)에 파일럿압력을 작용시킴으로써 파일럿포핏밸브(61)를 조작했다고 하자. 그때의 포핏밸브(61)의 조작량(변위)를 x 라고 하면, 포핏밸브(61)를 통과하는 유량(qp)은 하기 식으로 주어진다.
이 식에 있어서, Cp 는 유량계수, Wp 는 파일럿포핏밸브(61)의 등가(等價) 오리피스폭, g 는 중력가속도, r 은 액체의 비중, Pc 는 배압실(42)의 압력, Pa 는 시트밸브(41)의 출구포트(43b)의 압력이다.
이때, 시트밸브(41)가 y 만큼 변위했다고 하면, 슬릿(46)에 형성한 가변 오리피스(47)를 통과하는 유량(qc)은 하기 식으로 주어진다.
이 식에 있어서, Cc 는 유량계수, Wc 는 슬릿(46)의 폭, Ps 는 시트밸브(41)의 입구포트(43a)의 압력이다.
시트밸브(41)가 정정(靜定)된 상태에서는 qp = qc 의 관계에 있으므로 파일럿포핏밸브(61)의 조작량(x)에 대한 시트밸브(41)의 변위(y)를 구하면, 하기 (3)식으로 된다.
그런데, 일본 기계학계 논문집 (B) 53권 4910호 (1987-6) P1750 ∼ 1755) 등에 의하면, 도 3에 나타낸 밸브구조에 있어서는 시트밸브(41)에 작용하는 유체력(流體力)은 매우 작고, 시트밸브(41)의 유압밸런스는 하기 (4)식으로 주어진다.
AsPs ＋ AaPa = AcPc … (4)
한편, 수압면적 As, Aa, Ac 사이에는 (5)식의 관계가 있다.
Aa = Ac - As … (5)
이 관계를 (4)식에 대입하고, As/Ac = Kam 로 놓고 정리하면 하기 (6)식이 얻어진다.
Kam·Ps ＋ (1 - Kam) Pa = Pc … (6)
이 (6)식의 관계를 이용하여 (3)식의 (Pc-Pa) 및 (Ps-Pc)를 구하면, 하기(7) 및 (8)식이 얻어진다.
(Pc - Pa) = Kam(Ps - Pa) … (7)
(Ps - Pc) = (1 - Kam)(Ps - Pa) … (8)
이 (7) 및 (8)식을 사용하여 (3)식을 고쳐 쓰면 (9)식이 얻어진다.
(9)식에서 이해되는 바와 같이, 시트밸브(41)의 변위(y)는 파일럿포핏밸브(61)의 조작량(변위)(x)에 따라 비례 제어된다.
이상에서, 주밸브부(40)의 배압실(42)과 가변스로틀(47)이 파일럿제어부(60)의 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도에 비례하여 주밸브부(40)의 시트밸브(41)의 개폐도를 제어하고, 시트밸브(41)에 파일럿포핏밸브(61)의 제어량에 비례한 제어량이 얻어진다는 것이 이해된다.
다음에, 도 1, 도 2, 도 4 ∼ 도 11 에 따라 본 실시형태의 유압제어장치의 동작에 대하여 설명한다.
1. 스풀(16)이 중립일 때(도 1, 도 2, 도 4 ∼ 도 7)
a) 유압실린더(C)의 부하유지(도 1, 도 2)
도 1 및 도 2를 참조하여, 스풀(16)이 중립위치에 있을 때, 유압실린더(C)의 부하가 유지되는 것을 설명한다.
스풀(16)이 중립위치에 있을 때는, 유압실린더(C)의 보텀측에 작용하는 부하의 유지압은 외부 액추에이터(5) → 액추에이터통로(19)의 제1 통로부분(19a)(입구포트(43a) ) → 슬릿(46) → 가변스로틀(47) → 배압실(42) → 통로(73) → 원주홈(72) → 소공(71)을 지나 파일럿포핏밸브(61)와 일체인 피스톤(69)의 소경 축부(69a)의 주위에 작용한다. 그러나, 이때 스풀(16)은 중립이고, 스풀(16)측의 수압실(34)의 압력은 대략 탱크압이고, 파일럿측의 수압실(75)도 탱크압이므로, 피스톤(70)에는 파일럿포핏밸브(61)를 구동하는 힘은 생기지 않는다. 또, 피스톤(69)의 소경 축부(69a)는 파일럿포핏밸브(61)에 일체로 연결되어 있으므로, 소경 축부(69a)의 주위에 배압실(42)을 거쳐 유압실린더(C)의 보텀측의 부하압력이 작용해도, 이 부하압력이 파일럿포핏밸브(61)와 피스톤(69)에 작용하는 힘의 균형이 잡혀, 부하압력에 의해서도 파일럿포핏밸브(61)가 열리지 않는다. 그러므로, 파일럿핏밸브(61)는 닫힌상태로 유지되고, 논리크밸브(27)의 시트밸브(41)의 시트부(41a)는 폐쇄위치를 유지한다.
이와 같이, 스풀(16)이 중립위치에 있을 때는 논리크밸브(27)의 시트밸브(41)에 의해 외부 액추에이터포트(5)와 내부 액추에이터포트(13)는 차단되어, 유압실린더(C)에 부하압력이 작용해도 압유의 누설은 생기지 않으며, 유압실린더(C)를 같은 위치에 유지할 수 있다. 즉, 논리크밸브(27)는 부하유지기능을 수행한다.
b) 유압실린더(C)가 과부하일 때(도 4, 도5)
도 4 및 도 5를 참조하여, 스풀(16)이 중립위치에 있을 때, 유압실린더(C)가 과부하일 때의 동작에 대하여 설명한다. 도면중, 단선 화살표는 압유의 흐름을 나타내고, 2중선 화살표는 시트밸브(41)의 동작을 나타낸다.
스풀(16)이 중립위치에 있을 때, 유압실린더(C)에 있어서 외부 액추에이터 포트(5)에 아래쪽으로 이상 과부하가 작용하면, 외부 액추에이터포트(5)의 고압은 제1 통로부분(19a)(입구포트(43a) ) → 통로(45a),(45b) → 실린더실(59)을 지나 피스톤(57)에 작용한다. 그로 인해, 릴리프포핏밸브(55)가 피스톤(57)에 의해 눌려 릴리프용 스프링(51)에 항거하여 도시한 좌측방향으로 이동하고, 배압실(42)의 고압이 내부통로(56) → 스프링실(52) → 제2 통로부분(19b) → 내부 액추에이터포트(13) → 연통로(29) → 탱크포트(15)를 지나 탱크(D)에 방출된다.
이 방출에 의해 가변스로틀(47)의 전후압력, 즉 외부 실린더포트(5)와 배압실(42)에 압력차가 생겨, 시트밸브(41)의 압력밸런스가 무너지고, 시트밸브(41)는 도시한 우측방향으로 이동하고, 시트부(41a)가 개방상태로 된다.
그 결과, 유압실린더(C)의 고압은 외부 액추에이터(5) → 액추에이터통로(19) → 내부 액추에이터포트(13) → 연통로(29) → 탱크포트(15)를 지나 탱크(D)에 방출되어, 유압실린더(C)의 과부하에 의한 손상을 방지할 수 있다. 즉, 논리크밸브(27)는 오버로드릴리프 기능을 수행한다.
c) 유압실린더(C)가 부하일 때(도 6, 도 7)
도 6 및 도 7을 참조하여 스풀(16)이 중립위치에 있을 때, 유압실린더(C)가 부압일 때의 동작에 대하여 설명한다. 도면중, 단선 화살표는 압유의 흐름을 나타내고, 2중선 화살표는 시트밸브(41)의 동작을 나타낸다.
스풀(16)이 중립위치에 있을 때, 유압실린더(C)가 위쪽 방향으로 끌어 당겨지고 보텀측이 부압이 되면 배압실(42)도 부압이 되고, 배압실(42)에서 탱크포트(15)에 연통하는 내부 액추에이터포트(13)의 유압쪽이 상대적으로 높아진다. 이로 인해, 시트밸브(41)의 압력밸런스가 무너지고, 시트밸브(41)는 도시한 우측방향으로 이동하고, 시트부(41a)가 개방상태로 된다.
그 결과, 부압으로 된 유압실린더(C)의 보텀측에 탱크(D)에서 탱크포트(15) → 연통로(29) → 내부 액추에이터포트(13) → 액추에이터통로(19) → 외부 액추에이터포트(5)를 지나 압유가 보급되어, 캐비테이션 등에 의한 유압실린더(C)의 손상을 방지할 수 있다. 즉 논리크밸브(27)는 메이크업 기능을 수행한다.
2. 유압실린더(C)가 동작할 때(도 8 ∼ 도 11)
a) 유압실린더(C)가 수축할 때(도 8, 도9)
도 8 및 도 9를 참조하여, 유압실린더(C)가 수축할 때의 동작에 대하여 설명한다. 도면중, 단선 화살표는 압유의 흐름을 나타내고, 2중선 화살표는 시트밸브(41) 및 피스톤(70)의 동작을 나타낸다.
스풀(16)을 도시한 좌측방향으로 작동시키기 위해, 도시되어 있지 않은 유압 파일럿밸브를 조작하면 파일럿압력이 수압실(34)에 도입되고, 이 파일럿압력에 의해 스풀(16)이 압압되어 스풀(16)은 도시한 좌측방향으로 이동한다. 이로 인해, 스풀(16)의 미터인 가변스로틀(23)이 내부 액추에이터포트(12)에 열리고, 유압펌프(A)에서 토출된 압유는, 이 미터인 가변스로틀(23)을 지나 그 개구면적에 따라 유량이 제어되면서, 유압실린더(C)의 로드측에 공급된다.
유압실린더(C)의 보텀측에서 되돌아오는 오일은 외부 액추에이터포트(5)→ 액추에이터통로(19)의 제1 통로부분(19a)(입구포트(43a) ) → 슬릿(46)→ 가변스로틀(47) → 배압실(42) → 통로(73) → 원주홈(72) → 소공(71)을 지나 파일럿포핏밸브(61)와 일체인 피스톤(69)의 소경 축부(69a)의 주위에 작용한다. 이때, 스풀(16)을 이동시키기 위한 상기 파일럿압력은 통로(77)를 지나 논리크밸브의 파일럿제어부(60)의 수압실(75)에도 작용하고 있으며, 이 파일럿압에 의해 피스톤(70)은 스프링(65)에 항거하여 파일럿포핏밸브(61)를 압압하여 도시한 좌측방향으로 이동시킨다. 이로 인해, 파일럿포핏밸브(61)와 일체인 소경 축부(69a) 주위의 압유가 스프링실(66) → 통로(74) → 액추에이터통로(19)의 제1 통로부분(19b) → 내부 액추에이터포트(13) → 연통로(29) → 탱크포트(15)를 지나 탱크(D)에 유출된다. 이 압유의 흐름(파일럿흐름)에 의해 가변스로틀(47)의 전후압력, 즉 외부 액추에이터포트(5)와 배압실(42) 사이에 압력차가 생겨 시트밸브(41)의 압력밸런스가 무너지고, 시트밸브(41)는 도시한 우측방향으로 균형이 잡히는 위치까지 이동하고, 시트부(41a)는 개방상태로 된다.
그 결과, 외부 액추에이터포트(5)와 내부 액추에이터포트(13)는 연통되고, 유압실린더(C)의 보텀측에서 되돌아오는 오일은 액추에이터통로(19)를 지나 탱크(D)에 배출된다.
여기서, 파일럿압력과 파일럿포핏밸브(61)의 이동량에는 비례관계에 있고, 또 앞서 설명한 바와 같이, 파일럿포핏밸브(61)와 시트밸브(41)의 이동량도 비례관계에 있으므로, 시트밸브(41)는 파일럿압력에 따른 개폐도로 제어된다. 이로인해, 유압실린더(C)의 보텀측의 되돌아오는 오일은 논리크밸브(27)의 시트밸브(41)에 유량이 제어되면서 탱크(D)에 방출된다. 즉 논리크밸브(27)가 미터아웃의 유량제어를 하고, 스풀(16)측은 단지 압유가 연통로(29)를 통과만 하게 된다.
b) 유입실린더(C)가 신장할 때(도 10, 도 11)
도 10 및 도 11을 참조하여 유압실린더(C)가 신장할 때의 동작에 대하여 설명한다. 도면중, 단선 화살표는 압유의 흐름을 나타내고, 2중선 화살표는 시트밸브(41)의 동작을 나타낸다.
스풀(16)을 도시 우측방향으로 작동시키기 위해, 도시되어 있지 않은 유압 파일럿밸브를 조작하면, 파일럿압력이 수압실(32)에 도입되고, 이 파일럿압력에 의해 스풀(16)이 압압되어 스풀(16)은 도시한 우측방향으로 이동한다. 이로 인해, 스풀(16)의 미터인 가변스로틀(24)이 내부 액추에이터포트(13)에 열리고, 유압펌프(A)에서 토출되는 압유는 펌프통로(2) → 펌프포트(3) → 통로브리지(17) → 미터인포트(11) → 미터인 가변스로틀(24) → 내부 액추에이터포트(13)를 지나, 미터인 가변스로틀(24)의 개구면적에 따라 유량이 제어되면서, 액추에이터통로(19)의 제2 통로부분(19b)에 공급되고, 시트밸브(41)의 출구포트(43b)에 도달한다.
여기서, 시트밸브(41)는 출구포트(43b)에 유압펌프(A)의 토출압력이 작용하면, 그 압력이 시트밸브를 도시한 우측방향으로 미는 힘이 배압실(42)의 시트밸브(41)를 도시한 우측방향으로 미는 힘보다 커져서, 시트밸브(41)는 도시한 우축방향으로 이동하고, 시트부(41a)는 개방상태로 된다. 이로 인해, 미터인 가변스로틀(24), 내부 액추에이터포트(13)를 지나 액추에이터통로(19)의 제2 통로부분(19b)에 공급된 압유는 다시 제1 통로부분(19a), 외부 액추에이터포트(5)를 지나 유압실린더(C)의 보텀측에 공급된다.
이와 동시에, 스풀(16)의 미터아웃 가변스로틀(25)이 탱크포트(14)에 열리고, 유압실린더(C)의 로드측에서 되돌아오는 오일은 외부 액추에이터포트(4) → 액추에이터통로(18)→ 내부 액추에이터포트(12) → 미터아웃 가변스로틀(25) → 탱크포트(14)를 지나, 미터아웃 가변스로틀(25)의 개구면적에 따라 유량이 제어되면서 탱크(D)에 유출된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 논리크밸브(27)가 미터아웃 유량제어기능을 수행하는 동시에, 유압실린더(C)의 부하유지 기능과 오버로드릴리프 기능, 나아가서는 액추에이터 부압시의 메이크업 기능을 수행하므로, 논리크밸브를 스풀과 2열로 배열함으로써 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있다.
이상, 본 발명의 한 실시형태를 설명하였으나, 이 실시형태는 본 발명의 정신의 범위내에서 다양한 변경이 가능하다. 예를들면, 상기 실시형태에서는 파일럿통로(19)측에만 본 발명에 의한 논리크밸브(27)를 설치하고, 파일럿통로(18)측에는 종래의 오버로드릴리프밸브(26)를 설치하였지만 파일럿통로(18)측에도 논리크밸브(27)와 동일한 논리크밸브를 설치해도 된다. 이 경우에는 스풀(16)에 있어서도 랜드(16d)를 랜드(16e)와 동일한 형상으로 하고, 내부 액추에이터포트(12)와 탱크포트(14) 사이에 연통로(29)와 동일한 영통로를 확보한다.
또, 상기 실시형태에서는 스풀조작용 스프링(33)을 배치하고, 수압실(34)을 형성한 엔드커버(31)에 논리크밸브(27)의 파일럿제어부(60)를 배치하였지만, 엔드커버(31)는 종래의 엔드커버와 동일한 스풀 전용으로 하고, 이것과 별도로 파일럿제어부(60)용 엔드커버를 설치해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 파일럿제어부(60)의 스프링실(65)을 통로(74)를 통해서 파일럿통로의 제2 통로부분(19b)에 연통시켰으나, 파일럿포핏밸브(61)가 밸브를 열었을 때, 제2 통로부분(19b)은 저압통로로서 기능하므로 스프링실(65)을 제2 통로부분(19b) 이외의 저압통로, 예를들면 탱크포트(15)에 연통시켜도 된다.
본 발명에 의하면, 시트밸브를 가진 주밸브부와 파일럿포핏밸브를 가진 파일럿제어부로 이루어지는 논리크밸브가 미터아웃 유량제어기능을 수행하는 동시에, 유압 액추에이터의 부하유지 기능과 오버로드릴리프 기능을 수행하므로, 이 논리크밸브를 스풀과 2열로 배열함으로써 밸브장치를 콤팩트로 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 유압펌프(A)와, 이 유압펌프에서 토출된 압유를 제어하는 밸브장치(B)와, 상기 유압펌프에서 투출되어 상기 밸브장치에 의해 제어된 압유에 의하여 구동되는 유압 액추에이터(C)를 구비하고, 상기 밸브장치(B)는 밸브본체(1)와, 이 밸브본체에 형성되어, 상기 유압펌프(A)에 접속되는 펌프포트(3) 및 상기 액추에이터(C)에 접속되는 1쌍의 외부 액추에이터포트(4),(5)와, 상기 밸브본체에 형성된 스풀보어(6) 및 이 스풀보어의 내주면에 형성된 1쌍의 내부 액추에이터포트(12),(13) 및 1쌍의 탱크포트(14),(15)와, 상기 1쌍의 외부 액추에이터포트를 상기 1쌍의 내부 액추에이터포트에 각각 접속하는 1쌍의 액추에이터통로(18),(19)와, 상기 스풀보어에 자유로이 슬라이드할 수 있도록 끼워 맞추어져 있고, 상기 펌프포트와 상기 1쌍의 내부 액추에이터포트 사이의 연통을 전환 제어하는 스풀(16)과, 상기 밸브본체 내의 상기 1쌍의 액추에이터통로의 적어도 한쪽(19)에 배치되고, 이 액추에이터통로의 연통을 제어하는 논리크밸브(27)를 가지며, 이 논리크밸브는 상기 한쪽의 액추에이터통로(19)를 외부 액추에이터포트(5)측의 제1 통로부분(19a)과 내부 액추에이터포트(13)측의 제2 통로부분(19b)으로 분단하는 시트밸브(41)를 가진 주밸브부(40)와, 이 주밸브부의 시트밸브의 개폐를 제어하는 파일럿포핏밸브(61)를 가진 파일럿제어부(60)를 가지며, 상기 스풀(16)이 상기 펌프포트(3)와 상기 1쌍의 액추에이터통로의 다른쪽(18)에 위치하는 내부 액추에이터포트(12)를 연통시키는 제1의 방향으로 조작되었을 때, 이것에 연동하여 파일럿제어부(60)의 파일럿포핏밸브(61)를 열고, 상기 주밸브부(40)의 시트밸브(41)를 개방하여 상기 액추에이터통로의 제1 통로부분(19a)과 제2 통로부분(19b)을 연통시키는 유압제어장치에 있어서,
    상기 논리크밸브(27)의 주밸브부(40)는 상기 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도(開度)에 비례하여 상기 시트밸브(41)의 개폐도를 제어하는 비례제어수단(42),(47)과, 상기 한쪽의 액추에이터통로의 제1의 통로부분(19a)의 압력이 소정 레벨을 초과하면 상기 시트밸브를 개방하는 릴리프제어수단(51),(55),(57),(58),(57a), (58a),(59)을 가지며, 상기 논리크밸브(27)의 파일럿제어부(60)는 상기 스풀(16)의 제1의 방향으로의 스트로크에 따라 상기 파일럿포핏밸브(61)의 개폐도를 증가시키는 파일럿조작수단(65),(69),(70),(75),(77)을 가지며,
    상기 스풀(16)은 이 스풀이 중립위치에 있을 때와 상기 제1의 방향으로 조작되었을 때는, 상기 한쪽의 액추에이터통로(19)측에 위치하는 내부 액추에이터 포트(13)와 이것에 인접한 탱크포트(15) 사이에 미터아웃의 가변스로틀이 없는 연통로(29)를 확보하는 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주밸브부(40)의 비례제어수단은 상기 시트밸브(41)를 폐쇄방향으로 부세(付勢)하는 배압실(背壓室)(42)과, 상기 시트밸브와 상기 밸브본체(1)와의 사이에 설치되고, 상기 시트밸브의 밸브를 닫았을 때는 최소 개폐도로 상기 한쪽의 액추에이터통로(19)의 제1 통로부분(19a)을 상기 배압실(42)에 연통시켜, 상기 시트밸브의 개방방향의 스트로크에 따라 상기 개폐도를 증가시키는 비례제어용 가변스로틀(47)을 가지며, 상기 파일럿제어부(60)의 파일럿포핏밸브(61)는 상기 배압실(42)과 저압통로(19b)와의 연통을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주밸브부(40)의 상기 릴리프제어수단은 상기 시트밸브(41)의 내부에 형성되고, 상기 한쪽의 액추에이터통로(19)의 제2 통로부분(19b)을 상기 배압실(42)에 연통시키는 내부통로(56)와, 이 내부통로를 개폐하도록 배치된 릴리프포핏밸브(55)와, 상기 제1 통로부분(19a)의 압력이 상기 소정 레벨보다 낮을 때는 상기 릴리프포핏밸브를 폐쇄위치로 유지하고, 상기 압력이 소정 레벨을 초과하면 상기 릴리프포핏밸브를 여는 작동기구(51),(57),(58),(57a),(58a),(59)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 릴리프제어수단의 작동기구는 상기 시트밸브(41)에 내장되고, 상기 제1 통로부분(19a)의 압력에 의해 구동되어 상기 릴리프포핏밸브(55)를 여는방향으로 누르는 피스톤(57, 58)과, 상기 시트밸브의 반배압실측(反背壓室側)(42)측에 설치된 스프링실(52)에 배치되고, 상기 릴리프포핏밸브를 상기 피스톤의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하는 릴리프용 스프링(51)과, 상기 릴리프포핏밸브(55)와 피스톤(57) 사이에 위치하는 축부(軸部)(57a)를 가지며, 이 축부의 주위가 상기 내부통로(56)의 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 파일럿제어부(60)의 파일럿조작수단은 상기 스풀(16)을 상기 제1의 방향으로 조작하는 파일럿압력에 의해 구동되어 상기 파일럿포핏밸브(61)를 여는방향으로 압압하는 피스톤(69, 70)과, 이 피스톤의 반대측에 설치된 스프링실(66)에 배치되고, 상기 파일럿포핏밸브(61)를 상기 피스톤의 압압력에 항거하여 항상 닫는방향으로 부세하는 파일럿용 스프링(65)과, 상기 파일럿포핏밸브(61)와 피스톤(69)을 일체(一體)로 연결하는 축부(69a)를 가지며, 이 축부의 주위를 상기 주밸브부(40)의 배압실(42)에 연통시키고, 상기 스프링실(66)을 상기 저압통로(19b)에 연통시킨 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밸브본체(1)의 상기 한쪽의 액추에이터통로(19)측의 끝부에 장착되고, 상기 스풀(16)을 중립위치에 유지하는 스프링(33)을 내장하고, 또한 상기 스풀을 상기 제1의 방향으로 조작하는 파일럿압력이 도입되는 제1 수압실(34)을 형성한 엔드커버(31)를 더 가지며, 상기 논리크밸브(27)의 파일럿제어부(60)는 상기 엔드커버(31)에 내장되고, 또한 상기 파일럿제어부(60)의 파일럿조작수단(65),(69),(70),(75),(77)은 상기 제1 수압실(34)에 연통하여 상기 파일럿포핏밸브(61)를 조작하는 재2 수압실(75)을 가진 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 논리크밸브(27)의 주밸브부(40)와 파일럿제어부(60)는 직렬로 배열되고, 또한 상기 스풀(16)에 대하여 평행으로 배열되는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스풀(16)은 상기 제1의 방향과 반대인 제2의 방향으로 조작되었을 때, 상기 다른쪽의 액추에이터통로(18)측에 위치하는 내부 액추에이터포트(12)와 이것에 인접한 탱크포트(14) 사이에 미터아웃의 가변스로틀(25)을 확보하는 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 유압제어장치.
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