JP2009209999A

JP2009209999A - 制御弁装置

Info

Publication number: JP2009209999A
Application number: JP2008052545A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sugano; 剛菅野
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】降下防止弁のポペットやスプリングを組み込みやすくした制御弁装置を提供することである。
【解決手段】降下防止弁Ｖのポペット２４を組み入れる弁穴２２を、バルブハウジング１に形成する。上記弁穴２２はスプール２の軸線に直交する方向に形成し、しかも、この弁穴の開口２２ａを上記連通路３，４が開口する面と同一面に形成する。しかも、この弁穴の開口面側にはサブブロック２８を設けて上記弁穴の開口をふさぐとともに、このサブブロックに、上記連通路に連通するシリンダポート２９，３０を形成し、かつ、背圧制御弁装置Ｓをこのシリンダブロックに組み込んでいる。
【選択図】図２

Description

この発明は、シリンダの降下を防止する降下防止弁をバルブハウジングに組み込んだ制御弁装置に関する。

この種の装置として特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この従来の装置は、バルブハウジングに降下防止弁を組み込む弁穴を設けるとともに、この弁穴は、上記バルブハウジングの側面に開口させている。言い換えると、この弁穴はスプールとほぼ平行で、かつ、シリンダポートとほぼ直交するようにしたものである。
上記のようにした弁穴は、バルブハウジングの側面に設けたサブブロックでふさぐが、このサブブロックにはシリンダの背圧制御弁装置を組み込んでいる。

上記降下防止弁は、ポンプとシリンダポートとを連通する過程に設けたシート部をポペットで開閉するもので、ポペットを挟んで上記シート部とは反対側には背圧室を設けている。そして、上記背圧制御弁装置を介して上記背圧室に負荷圧を導いたり、あるいは背圧室をドレン通路に導いたりする構成にしている。なお、上記背圧室にはスプリングを設け、ノーマル状態ではポペットがシート部を閉じるようにしている。
上記のようにして背圧室に負荷圧が導かれているとき、降下防止弁はポンプからシリンダへの流通を許容し、シリンダからタンクへの流通を阻止する構成にしている。また、上記背圧室がドレン通路に連通しているとき、上記降下防止弁は、シリンダの負荷圧の作用でポペットが上記シート部を開く構成にしている。
特開平１０−２４６２０６号公報

上記のようにした従来の制御弁装置は、バルブハウジングの側面に降下防止弁の弁穴を形成しているので、言い換えると、降下防止弁の弁穴が横穴になっているので、ポペットの中心と弁穴の中心とが完全に一致していないと、シート部に対するシート不良が発生することもある。このようなシート不良の発生を防止するためには、ポペットの外径及び弁穴の内径の寸法管理を厳密にしてその加工精度を上げなければならないという問題があった。

また、上記のようにポペットが弁穴に対して横置きになるということは、背圧室に設けたスプリングも横置きにならざるをえない。しかし、このスプリングは当該制御弁装置の大きさにもよるが、そのコイル径が１０数ミリ前後のものが多い。このように非常に小さなスプリングを正確に横置きすることはかなり難しく、ややもすると当該スプリングの中心線が傾いた状態で組み込まれることがある。スプリングが傾いて組み込まれた状態でポペットが移動すると、このスプリングがポペットと弁穴との間にかみ込み、スプリングが切断されることがある。もし、スプリングが切断したりすると、その破片が流体通路に流れ出て、いろいろなところに傷をつけたり、場合によっては他の機器を損傷してしまうことすらあった。

さらに、この種の制御弁装置は、それをパワーショベル等の建設機械に用いるときには、シリンダポート側を上にし、それとは反対面を建設機械に設置する。このような状況で、バルブハウジングの側面すなわち上記弁穴が開口する側は、スペース的にもあまりゆとりがないことが多いので、上記のようなシート不良が起こったときに、ポペットやスプリングを交換する作業もやり難くなるといった問題があった。
この発明の目的は、降下防止弁のポペットやスプリングを交換しやすくした制御弁装置を提供することである。

この発明は、バルブハウジングにスプールを摺動自在に組み込むとともに、このスプールの移動位置に応じて、シリンダに連通する一方の連通路をポンプに連通させ、他方の連通路をタンクに連通させる構成にしている。そして、上記他方の連通路には降下防止弁を設け、この降下防止弁は、そのポペットと、このポペットで開閉するシート部と、ポペットを挟んでシート部とは反対側に設けた背圧室と、この背圧室にもうけるとともにポペットをシート部に圧接させる方向の力を付与するスプリングとを備えている。また、上記背圧室に連通させた背圧制御弁装置を介して上記背圧室に負荷圧を導いたり、あるいは背圧室をドレン通路に導いたりし、背圧室に負荷圧が導かれているとき、上記降下防止弁は、ポンプからシリンダへの流通を許容し、シリンダからタンクへの流通を阻止する構成にしている。さらに、上記背圧室がドレン通路に連通しているとき、上記降下防止弁は、シリンダの負荷圧の作用でポペットが上記シート部を開く構成にしている。

この発明は、上記の装置を前提にしつつ、上記降下防止弁のポペットを組み入れる弁穴を、バルブハウジングに形成するとともに、この弁穴はスプールの軸線に直交する方向に形成し、しかも、この弁穴の開口を上記連通路が開口する面と同一面に形成している。一方、この弁穴の開口面側にはサブブロックを設けて上記弁穴の開口をふさぐとともに、このサブブロックに、上記連通路に連通するシリンダポートを形成し、かつ、上記背圧制御弁装置を組み込んだ点に特徴を有する。

この発明によれば、当該制御弁装置をパワーショベル等の建設機械に用いるときには、シリンダポート側を上にし、それとは反対面を建設機械に設置するが、降下防止弁のポペットを組み入れる弁穴をスプールの軸線に直交する方向に形成したので、上記の設置状況では、弁穴の開口が上に向く。このように弁穴の開口が上向きで、しかも弁穴自体がスプールに直交する方向に形成されているので、ポペットと弁穴との間にわずかな隙間があったとしても、ポペットはシート部に正確に密接することになる。

また、降下防止弁の背圧室に組み込むスプリングも横置きにする場合に比べて傾き難くなる。したがって、従来のようにスプリングがポペットと弁穴との間にかみ込み、当該スプリングが切断されるという問題は発生しない。
さらに、この種の制御弁装置は、それをパワーショベル等の建設機械に用いるときには、シリンダポート側を上にし、それとは反対面を建設機械に設置するので、降下防止弁のポペットを組み込むための作業スペースを十分に確保できることになる。

さらに、この発明では、サブブロックにシリンダポートを形成したので、このサブブロックに形成したシリンダポートに配管を接続するようにしたので、何らかの事情、例えば、当該制御弁装置の補修等の事情で、配管を取り外さなければならないときには、サブブロック側のシリンダポートにプラグをはめて、当該配管からの流体の漏れを一時的に防止することができる。配管を取り外す場合に、配管に直接プラグをはめれば、流体の漏れを一時的に防止することができるが、個々の配管にプラグをはめるよりも、サブロックのシリンダポートにプラグをはめる方が、作業的にも簡単になる。

図示の実施形態は、バルブハウジング１にスプール孔１ａを形成し、このスプール孔１ａにスプール２を摺動自在に組み込んでいる。そして、上記バルブハウジング１には、一対の連通路３，４を形成するとともに、これら連通路３，４の外側にタンク通路５を設けている。このようにした連通路３，４は、スプール２を挟んでタンク通路５とは反対側面に開口を形成している。
さらに、上記バルブハウジング１には、ポンプに連通した一対の供給ポート６，７を形成するとともに、これら供給ポート６，７間に導入ポート８を形成している。このようにした供給ポート６，７は、図示していないポンプに連通するとともに、他のロードセンシングバルブの供給ポートと、紙面に対して垂直方向において互いに連通するものである。

そして、上記導入ポート８は、圧力補償弁Ｃを介して供給通路９に連通可能にしているが、この圧力補償弁Ｃは、次のように構成している。すなわち、圧力補償弁Ｃの弁部材１０を円筒形状にするとともに、この円筒形にした弁部材１０内に仕切り壁１０ａを形成し、この仕切り壁１０ａを境にして、導入ポート８側に開口する第１円筒部１０ｂと、最高負荷圧導入室１１側に開口する第２円筒部１０ｃとに区画している。
そして、上記第１円筒部１０ｂには連通ポート１２を形成し、弁部材１０が導入ポート８側の圧力作用で移動したとき、この連通ポート１２が供給通路９に開口する関係にしている。

上記第２円筒部１０ｃの内部を断面円形の弁室１０ｄとし、この弁室１０ｄにシャトル弁１３を摺動自在に組み込んでいる。そして、このシャトル弁１３は多角柱状にするとともに、この多角柱状にしたシャトル弁１３を、内周を円形にした弁室１０ｄに組み込むことによって、シャトル弁１３と弁室１０ｄとの間にすき間が形成される。このようにして形成された隙間は、シャトル弁１３のポペット部１３ａとは反対側に形成した中継室１１ａを介して上記最高負荷圧導入室１１に通じる通路となる。

また、上記弁部材１０の第２円筒部１０ｃの周囲に環状の最高負荷圧導入通路１４を形成しているが、この最高負荷圧導入通路１４は、図示していない他のロードセンシングバルブを含めた複数のロードセンシングバルブに接続したアクチュエータの中の最高負荷圧が導かれるようにしている。このようにした最高負荷圧導入通路１４は、上記第２円筒部１０ｃに形成した貫通孔１５、シャトル弁１３の周囲に形成された上記隙間及び中継室１１ａを介して最高負荷圧導入室１１に連通している。

さらに、上記弁部材１０の第２円筒部１０ｃの開口部分は、プラグ１６でふさいでいるが、上記開口部分内周には雌ネジを形成し、プラグ１６の外周には雄ネジを形成し、これら両ネジを結合してプラグ１６を第２円筒部１０ｃの開口部に固定している。このようにしたプラグ１６にはダンパーオリフィス１７を形成し、上記最高負荷圧導入通路１４に導かれた最高負荷圧が、中継室１１ａ及びダンパーオリフィス１７を経由して最高負荷圧導入室１１に導かれるようにしている。

一方、上記実施形態では、上記シャトル弁１３の一端に、上記仕切り壁１０ａに形成したシート部１０ｅを開閉する円錐形のポペット部１３ａを形成している。そして、上記シート部１０ｅが開かれると、上記供給通路９が、弁室１０ｄ内の上記隙間を介して最高負荷圧導入室１１に連通し、シート部１０ｅが閉じられると、供給通路９と最高負荷圧導入室１１との連通が遮断される。
そして、上記のように弁部材１０にシャトル弁１３を組み込んだ状態で、第２円筒部１０ｃの開口部をプラグ１６でふさいで、当該圧力補償弁Ｃをカートリッジ化している。
また、図中符号１８，１８はロードチェック弁で、連通路３，４側の圧力が逆流するのを防止するためのものである。

上記のようにしたバルブハウジング１に組み込んだスプール２が図示の中立位置にあるとき、このスプール２のほぼ中央に設けた第１環状溝１９が導入ポート８に対応し、導入ポート８と供給ポート６，７との連通が遮断される関係にしている。
さらに、上記スプール２の両側には第２，３環状溝２０，２１を形成しているが、スプール２が図面右方向に移動すると、第２環状溝２０を介して供給通路９と連通路３とが連通し、第３環状溝２１を介して連通路４とタンク通路５とが連通する。また、スプール２が図面左方向に移動すると、第３環状溝２１を介して供給通路９と連通路４とが連通し、第２環状溝２０を介して連通路３とタンク通路５とが連通する。

また、図２に示すように、バルブハウジング１には弁穴２２を形成しているが、この弁穴２２はその中心線をスプール２と直交させるとともに、この弁穴２２の開口２２ａを上記連通路４が開口する面と同一面に形成している。このようにした弁穴２２には、降下防止弁Ｖを組み込んでいるが、この降下防止弁Ｖは、シート部２３とこのシート部２３を開閉するポペット２４とを備えるとともに、このポペット２４を挟んでシート部２３とは反対側に背圧室２５を形成している。そして、上記弁穴２２の開口２２ａはプラグ２６でふさいでいるが、このプラグ２６には流通孔２６ａを形成している。さらに、上記プラグ２６と上記ポペット２４との間にスプリング２７を介在させている。
なお、上記プラグ２６は必ずしも用いなくてもよく、例えば、図４に示すように、スプリング２７をサブブロック２８に直接接触させてもよい。

上記のようにした降下防止弁Ｖは、連通路４の流通過程に設けられ、連通路４を上流側連通路４ａと下流側連通路４ｂとに分けるとともに、これら上流側連通路４ａと下流側連通路４ｂとの分岐点に環状凹部４ｃを形成している。そして、上記降下防止弁Ｖのシート部２３は、環状凹部４ｃにおける上流側連通路４ａの開口部に形成したものである。

また、上記バルブハウジング１であって、連通路３，４の開口面側にはサブブロック２８を設けているが、このサブブロック２８にはシリンダポート２９，３０を形成し、このシリンダポート２９，３０を連通路３，４に連通させている。さらに、バルブハウジング１にサブブロック２８を設けることによって、上記プラグ２６が弁穴２２から抜け出るのを防止できる。

上記のようにしたサブブロック２８には、背圧制御弁装置Ｓを設けているが、この制御弁装置Ｓは、図２，３に示すように、サブブロック２８に形成した横穴状の弁穴３１にスリーブ３２を挿入するとともに、このスリーブ３２は弁穴３１に挿入した筒体３３で止められている。そして、上記筒体３３の開口はプラグ３４でふさがれるとともに、この筒体３３内にパイロットピストン３５を設けている。このパイロットピストン３５は、筒体３３内に設けたスプリング３６のバネ力の作用で、通常は図示の位置を保つが、プラグ３４に形成したポート３７からパイロット圧が導かれると、そのパイロット圧の作用で、スプリング３６に抗して移動するものである。また、このスプリング３６を設けたスプリング室３８は、図１に示すドレン通路３９に連通している。

一方、上記スリーブ３２には弁体４０を摺動自在に設けているが、この弁体４０は、先端に設けたポペット部４０ａと、このポペット部４０ａと一体の筒部４０ｂとからなり、上記ポペット部４０ａはスリーブ３２に形成したシート部４１を開閉する構成にしている。
そして、このポペット部４０ａと上記パイロットピストン３５との間には、スプール部材４２を介在させているが、このスプール部材４２は上記スリーブ３２内に摺動自在に組み込まれている。したがって、パイロットピストン３５がスプリングに抗して移動すると、上記スプール部材４２も移動して弁体４０を押し、ポペット部４０ａをシート部４１から離れる方向に移動させるものである。

上記のようにしたスプール部材４２は、その軸線に沿って連通孔４３を形成しているが、この連通孔４３はシート部４１側において開口するとともに、この連通孔４３には第１通孔４４と第２通孔４５とを連通させている。これら第１，２通孔４４，４５は、スプール部材４２が図示のノーマル位置にあるとき、上記スリーブ３２に形成したポート４６と食い違って、それらの連通が遮断される関係にしている。
また、パイロットピストン３５が上記のようにスプリング３６に抗して移動すると、それにともなってスプール部材４２も移動して弁体４０を押すが、このように弁体４０が押されると、ポペット部４０ａで閉じていたシート部４１が開き、上記第１通孔４４がこの開いたシート部４１側に開口する。しかも、このときには第２通孔４５が上記ポート４６に連通して連通孔４３を、スプリング室３８を介してドレン通路３９に連通させることになる。

さらに、上記弁体４０の筒部４０ｂは、ポペット部４０ａとは反対端を圧力導入室４７に臨ませるとともに、第１ポート４８と第２ポート４９とを形成している。この第１ポート４８は、弁体４０が図示のノーマル位置にあるとき、スリーブ３２に形成した接続ポート５０と連通する。そして、この接続ポート５０は、図２，３に示す通路５１及び図１に示す通路５２を介して下流側連通路４ｂに連通している。したがって、下流側連通路４ｂは、弁体４０が図示のノーマル位置にあるとき、筒部４０ｂを介して圧力導入室４７に連通することになる。
なお、図中符号５３は弁体４０にばね力を作用させるスプリングである。

また、弁体４０が図示のノーマル位置からスプール部材４２に押されて移動すると、第１ポート４８と接続ポート５０とが食い違って、それらの連通が遮断されるとともに、ポペット部４０ａがシート部４１を開くので、このときには、上記圧力導入室４７が、第２ポート４９→第１通孔４４→連通孔４３→第２通孔４５→ポート４６→スプリング室３８を経由してドレン通路３９に連通することになる。
なお、上記圧力導入室４７は、サブブロック２８に形成した通路５４及び前記プラグ２６に形成した流通孔２６ａを介して降下防止弁Ｖの背圧室２５に連通している。
また、図中符号５５はサブブロック２８に設けたアンロード弁、５８，５９はリリーフ弁である。

次に、この実施形態の作用を説明する。
スプール２が図示の中立位置にあるとき、このスプール２のほぼ中央に設けた第１環状溝１９が導入ポート８に対応し、導入ポート８と供給ポート６，７との連通が遮断される。したがって、供給ポート６，７に導かれた圧力流体は、導入ポート８には導かれない。
この状態からスプール２が図面右方向に移動すれば、供給ポート７が第１環状溝１９を介して導入ポート８に連通するとともに、第２環状溝２０を介して供給通路９と連通路３とが連通し、第３環状溝２１を介して連通路４とタンク通路５とが連通する。
また、スプール２が図面左方向に移動すると、供給ポート６が第１環状溝１９を介して導入ポート８に連通するとともに、第３環状溝２１を介して供給通路９と連通路４とが連通し、第２環状溝２０を介して連通路３とタンク通路５とが連通する。

いずれにしても、スプール２が切り換れば、一方の連通路３及びそれに連通するシリンダポート２９が図示していないポンプに連通したり、あるいは図示していないタンクに連通したりし、他方の連通路４及びそれに連通するシリンダポート３０も上記ポンプに連通したりタンクに連通したりする。
このようにして図示していないシリンダに圧力流体を供給したり、その戻り流体をタンクに導いたりして、当該シリンダを作動させるが、上記シリンダポート２９はシリンダのロッド側室に連通させ、シリンダポート３０はボトム側室に連通させる。

次に、上記シリンダのボトム側に連通した連通路４側において降下防止弁Ｖがどのように機能するかを説明する。
スプール２を上記のように図面左方向に移動し、連通路４及びシリンダポート３０を介してシリンダのボトム側室に圧力流体を供給するときには、スプール２の一端を臨ませた一方のパイロット室５６にパイロット圧を導く。ただし、このときには、ポート３７にパイロット圧が導かれないようにしている。したがって、パイロットピストン３５及び弁体４０は図示のノーマル位置を保つ。弁体４０がノーマル位置を保っていれば、上記シリンダの負荷圧は、通路５２→通路５１→接続ポート５０→第１ポート４８を介して圧力導入室４７に導かれるとともに、この圧力導入室４７に導かれた負荷圧は、通路５４及び流通孔２６ａを介して背圧室２５にも導かれる。
ただし、このときの負荷圧は上流側連通路４ａに導かれた圧力流体の圧力よりも相対的に低いので、上流側連通路４ａの圧力作用でポペット２４が上昇してシート部２３を開くことになる。したがって、上流側連通路４ａに導かれた圧力流体は、下流側連通路４ｂおよびシリンダポート３０を経由してシリンダのボトム側室に供給される。

上記のようにシリンダのボトム側に圧力流体を供給してから、上記パイロット室５６をタンクに接続して、スプール２を図示の中立位置に復帰させると、シリンダは当該負荷を保持した状態を保つ。このときには、ポート３７にパイロット圧が導かれないので、弁体４０も図示のノーマル位置を保ったままになる。弁体４０がノーマル位置を保っていれば、上記シリンダの負荷圧は、通路５２→通路５１→接続ポート５０→第１ポート４８を介して圧力導入室４７に導かれるとともに、この圧力導入室４７に導かれた負荷圧は、通路５４及び流通孔２６ａを介して背圧室２５にも導かれる。
このように背圧室２５に負荷圧が導かれれば、ポペット２４はシート部２３をシートし、シリンダの負荷を保持し、その降下を防止することになる。

上記の状態から、スプール２を図面右方向に移動し、連通路４を介してシリンダのロッド側室に圧力流体を供給するときには、スプール２の一端を臨ませた他方のパイロット室５７にパイロット圧を導く。
このときには、ポート３７にも上記パイロット圧が導かれるようにしている。したがって、パイロットピストン３５にパイロット圧が作用し、パイロットピストン３５をスプリング３６に抗して移動させる。パイロットピストン３５が移動すると、それに押されてスプール部材４２も移動し、弁体４０をスプリング５３に抗して移動させる。
上記のようにスプール部材４２が移動すれば、ポペット部４０ａがシート部４１を開くとともに、その開いたシート部４１側に第１通孔４４が開口する一方、第２通孔４５がポート４６と一致する。また、このときには弁体４０に形成した第１ポート４８とスリーブ３２に形成した接続ポート５０との連通が断たれる。

したがって、圧力導入室４７は、第２ポート４９→第１通孔４４→連通孔４３→第２通孔４５→ポート４６→スプリング室３８を経由してドレン通路３９に連通するので、降下防止弁Ｖの背圧室２５もタンク圧になる。背圧室２５がタンク圧に保たれれば、環状凹部４ｃに導かれた負荷圧の作用でポペット２４がスプリング２７に抗して移動し、シート部２３を開く。したがって、シリンダのボトム側室からの戻り流体は、シリンダポート３０→下流側連通路４ｂ→環状凹部４ｃ→シート部２３→上流側連通路４ａを経由してタンク通路５に導かれることになる。

上記のようにした実施形態の制御弁装置は、通常、シリンダポート２９，３０を形成した側を上にし、それとは反対側面を下にして建設機械等に取り付けるものである。このような状況の中で、降下防止弁Ｖを組み込む弁穴２２の中心を、スプール２の軸線に直交させるとともに、この弁穴２２の開口２２ａを連通路３，４が開口する側面に形成しているので、上記弁穴２２の開口２２ａが上に向けられることになる。このように開口２２ａが上に向けられているので、そこに降下防止弁Ｖを組み入れるときの作業が簡単になる。
また、ポペット２４は上記開口２２ａから落とし込むだけで、シート部２３に接触しながら必然的に中心が保たれることになる。さらに、スプリング２７もそれを縦にした状態で組み込めるので、当該スプリング２７が斜めになったりしない。

この実施形態の断面図である。降下防止弁及び背圧制御機構の部分を断面にした部分断面図である。降下防止弁及び背圧制御機構の部分を拡大した断面図である。他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１バルブハウジング
２スプール
３，４連通路
Ｖ降下防止弁
２２弁穴
２２ａ弁穴の開口
２３シート部
２４ポペット
２５背圧室
２７スプリング
２８サブブロック
２９，３０シリンダポート
３９ドレン通路

Claims

バルブハウジングにスプールを摺動自在に組み込むとともに、このスプールの移動位置に応じて、シリンダに連通する一方の連通路をポンプに連通させ、他方の連通路をタンクに連通させる構成にし、上記他方の連通路には降下防止弁を設け、この降下防止弁は、ポペットと、このポペットで開閉するシート部と、ポペットを挟んでシート部とは反対側に設けた背圧室と、この背圧室にもうけるとともにポペットをシート部に圧接させる方向の力を付与するスプリングとを備え、上記背圧室に連通させた背圧制御弁装置を介して上記背圧室に上記シリンダの負荷圧を導いたり、あるいは背圧室をドレン通路に導いたりし、背圧室に負荷圧が導かれているとき、上記降下防止弁は、ポンプからシリンダへの流通のみを許容し、上記背圧室がドレン通路に連通しているとき、上記降下防止弁は、上記シリンダの負荷圧の作用でポペットが上記シート部を開く構成にした制御弁装置において、上記降下防止弁のポペットを組み入れる弁穴を、バルブハウジングに形成するとともに、この弁穴はスプールの軸線に直交する方向に形成し、しかも、この弁穴の開口を上記連通路が開口する面と同一面に形成する一方、この弁穴の開口面側にはサブブロックを設けて上記弁穴の開口をふさぐとともに、このサブブロックに、上記連通路に連通するシリンダポートを形成し、かつ、上記背圧制御弁装置を組み込んだ制御弁装置。