JP4382046B2

JP4382046B2 - パイロット弁

Info

Publication number: JP4382046B2
Application number: JP2006023254A
Authority: JP
Inventors: 義雄富樫; 睦森本
Original assignee: Kawasaki Precision Machinery Ltd
Current assignee: Kawasaki Precision Machinery Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007205427A

Description

本願発明は、建設機械や産業機械等に用いられている流量方向切換弁、可変容量形ポンプのレギュレータおよび液圧作動式クラッチのプランジャ等を作動制御する減圧弁型のパイロット弁に関するものである。

従来より、建設機械や産業機械等に用いられている流量方向切換弁を制御するパイロット弁として、操作レバーの操作量に応じて出力圧を変化させるパイロット弁がある。この種パイロット弁は、ケーシングに内蔵されたスプールに出力流路となる二次圧流路と一次圧流路とを開閉する第１切換部と、二次圧流路とタンク流路とを開閉する第２切換部とが設けられている。操作レバーが中立位置にあるとき、二次圧流路は一次圧流路との連通が遮断され、タンク流路に連通しており、出力圧は略零に等しい。操作レバーを所定角度以上に傾けると、スプールの移動により、二次圧流路の圧力が一次的に上昇する。二次側流路の圧力は、スプールの受圧部に作用して、該スプールを圧力設定用ばねの押圧力に抗して二次圧流路と一次圧流路との連通を閉じる方向へ移動せしめ、二次圧流路をタンク流路に連通して二次圧流路の圧力を減圧し、二次圧流路の圧力によるスプール押付力と前記ばねによる押付力がバランスする位置でスプールが静定する。即ち、二次圧流路の圧力は、操作レバーの傾き（操作量）に応じて変化する。

従来のパイロット弁としては、複数に分割されたケーシング内にスプールを挿入してからケーシング全体を組合わせるものがある。この場合、分割された一方のケーシングにスプールを挿入するスプール穴が設けられ、そのスプール穴内にスプールを挿入してから他のケーシングでスプール穴の一端を塞ぐように組合わせている。

しかし、このようなパイロット弁の場合、部品点数が多いので組立作業に時間を要するとともに、複数の部品を製造するためのコストが必要となるので、パイロット弁全体の製造コストが上昇してしまう。

そのため、ケーシングを一体的に製造することにより、パイロット弁全体の製造コスト削減を図ろうとする考えがある。このようにケーシングを一体的に製造した場合、ケーシング内のスプール穴にスプールを装着するためには、スプール穴の開放した側からスプールを挿入することになる。

このような構成の場合、挿入したスプールの端部とスプール穴との間に形成される室を絞りを介してタンクラインと連通し、該室をダンピング圧力室として構成したものがあり、このダンピング圧力室によってスプールが振動現象（ハンチング現象）を生じるのを抑止しようとしている。

なお、この種の従来技術として、スプールによって一次圧流路と二次圧流路とタンク流路とを連通又は遮断するように構成したパイロット弁において、ダンピング圧力室内に溜まったエアを排出してダンピング効果を確実に得ようとしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−３３９３０３号公報

ところで、前記したようにパイロット弁のケーシング内に設けたスプールは、一次圧流路と二次圧流路とを連通又は遮断するので、これらスプールの外径とスプール穴の内径とはほぼ同径に近い精度で仕上げられている。そのため、スプール穴にスプールを挿入する場合、スプールの先端角部がスプール穴の角部に当接して傷付けてしまうおそれがある。

このようにスプール穴の角部が傷つくと、スプール穴の角部とスプールとの間の開口で行う流量制御が安定して行えなくなる。そこで、スプールの先端部には、挿入時にスプール穴の中心へスプールの中心を案内するために先端が縮径したテーパ状ガイドを設ける場合がある。

しかしながら、このようにテーパ状のガイドを設けた場合、図７に示すスプールの縦断面図のように、スプール穴５１に挿入されたスプール５２の端部とスプール穴５１との間に形成されるダンピング圧力室５４の上部のテーパ状ガイド５３の外周部にエアａが残留することがある。この残留したエアａは、スプール５２がスプール穴５１内で移動したとしても抜けるのは困難である。

このようにスプール端部のダンピング圧力室５４にエアａが残留した場合、スプール５２が移動した時にエアａのボリューム変化が大きいため、十分な圧力がスプール端部に発生せず、ダンピング効果を得ることができない。このダンピング効果が得られない場合、スプール５２の振動現象の抑制力が不十分となり、スプール５２が振動現象を起こしやすくなる。

本願発明は、ダンピング圧力室内のエアを確実に排出し、確実にダンピング効果が得られるパイロット弁を提供することを目的とする。

そこで、前記目的を達成するために、本願発明は、一次圧流路、タンク流路および二次圧側流路を有するケーシングと、該ケーシング内の上下方向に設けられたスプール穴と、該スプール穴内で上下方向に摺動変位可能に設けられ、前記二次圧流路を一次圧流路とタンク流路とのいずれかに連通させるように移動するスプールと、該スプールを上下方向に摺動変位させるべく、操作レバーによって押圧操作させるプランジャと、該プランジャと前記スプールとの間に配設され、該プランジャの押圧操作量に応じて前記スプールによる二次圧流路側の圧力を設定する設定用ばねと、前記スプールの下端面と前記スプール穴とによってスプール下方に形成されるダンピング圧力室と、前記スプールを貫通して前記タンク流路と前記ダンピング圧力室とを連通させる上下方向のダンピング穴とを備えるパイロット弁において、前記ダンピング圧力室に臨む前記スプールの下端部の外周に、該スプールの軸方向所定位置から下端面に向けて縮径するガイド部を設け、該スプールに、前記ガイド部が始まるスプールの軸方向所定位置の外周部と前記ダンピング穴とを連通させる連通部を形成し、該連通部の合計面積が前記ダンピング穴の面積より大きくなるようにしている。このように、スプールの反操作レバー側端部とスプール穴との間に形成したダンピング圧力室とタンク流路とを連通するダンピング穴をスプールに設け、このダンピング穴とスプールのダンピング圧力室側端部の外周に設けたガイド部とを連通部で連通させることにより、スプールのダンピング穴への挿入を容易にするとともに、ダンピング圧力室内のスプールのガイド部に残留するエアが連通部を介してダンピング穴から排出されるので、残留エアによるダンピング効果の低下を防止することができる。

前記ガイド部が、外周が前記スプールの軸方向所定位置から縮径するテーパ部で形成されていれば、スプールの端部をケーシングのスプール穴に挿入する時のガイド部を容易に形成することができるとともに、安定したガイド機能を発揮することができる。

また、前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて連通する連通穴で形成されていれば、比較的簡単な加工によってダンピング圧力室から残留エアを排出することができる。

さらに、前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて連通する連通溝で形成されていても、比較的簡単な加工によってダンピング圧力室から残留エアを排出することができる。

また、前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて上向き傾斜で形成されていれば、より残留エアがダンピング穴へと抜け易くなるので、ダンピング圧力室から残留エアを容易に排出することができる。

本願発明は、以上説明したような手段により、ダンピング圧力室内にエアが残留しないので、常にダンピング圧力室による安定したダンピング効果を得ることができるパイロット弁を構成することが可能となる。

以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示すパイロット弁の縦断面図であり、図２は図１に示すII部拡大断面図である。以下の説明では、一次圧流路をポンプポート、二次圧流路を出力ポート、タンク流路をタンクポートという。また、図示する左右の構成は同一であるため、同一の構成には同一符号を付して説明する。

図示するように、パイロット弁１のケーシング２には、上部に所定間隔でばね室３が設けられ、その下部には各ばね室３に対応したスプール穴４が設けられている。このスプール穴４は、下端が閉鎖した穴であり、上部がばね室３と連通している。ばね室３は連通しており、このばね室３はタンク５に通じるタンクポート６と連通している。ばね室３の下部には、出力ポート７と連通した二次側圧力室８が各々設けられている。この二次側圧力室８の下部には、ポンプポート９と連通した一次側圧力室１０が設けられている。この実施形態では、これらが設けられたケーシング２が一体的に形成されている。

前記スプール穴４には、スプール１１が図１の上下方向に移動自在に装着されている。この実施形態のスプール１１には、前記スプール穴４の下部に位置する小径の第１穴部１５に挿入する第１スプール部１２と、二次側圧力室８とばね室３との間に位置する大径の第２穴部１６に挿入する第２スプール部１３とが、中間の小径部１４を介して設けられている。第１スプール部１２で一次側圧力室１０と二次側圧力室８との間を連通又は遮断し、第２スプール部１３で二次側圧力室８とばね室３との間を連通又は遮断するように構成されている。

また、二次側圧力室の流体圧力は、第１スプール部１２の上面および第２スプール部１３の下面に作用するが、双方の受圧面積が異なるため、面積差に応じた押上げ力がスプール１１に作用する。

一方、ケーシング２の上部には、プラグ部材１７に挿入されたプランジャ１８が設けられている。プランジャ１８は、前記スプール１１と同軸上に設けられており、図示する上下方向にスライド自在に設けられている。プラグ部材１７の下部には、プランジャ１８の下面と係合したばね受け部材１９が設けられている。

スプール１１の上端に形成された頭部２０は、ばね受け部材１９に形成された孔から上方に突出してプランジャ１８の収容凹部２１内に位置しており、各頭部２０は、プランジャ１８の収納凹部２１内で上下方向に移動自在な状態で係合している。

ばね受け部材１９の外側のばね座には、ケーシング２に対してばね受け部材１９を上方へ押圧するばね部材２２が設けられている。内側のばね座には、ばね受け部材１９に対してスプール１１を下方へ押圧するばね部材２３が設けられている。これらのばね部材２２，２３はコイルばねで形成されており、図１に示す状態では、外側のばね部材２２でばね受け部材１９を上方へ押圧し、内側のばね部材２３でスプール１１を下方へ押圧している。この内側のばね部材２３の押圧力が、二次側圧力室８からスプール１１に作用する押上げ力に対抗する。

このような構成でスプール１１を設けることにより、スプール１１の第１スプール部１２と第２スプール部１３とに設けたスプール径の差により、その環状受圧面積部で二次側圧力を内側のばね部材２３のスプリング力と対抗させ、この二次側圧力をタンクライン６側に逃がしながら減圧する減圧弁としての機能を持たせている。

また、このケーシング２の中央上部には、ジョイント部２４が設けられており、このジョイント部２４に操作レバー２５の下部が取付けられている。プランジャ１８の上端は、プラグ部材１７から上方に突出してこの操作レバー２５の下部に設けられた操作座部２６と接している。プランジャ１８の操作座部２６と接する部分は、半球状に形成されている。

図１に示す操作レバー２５を中立とした状態がスプール１１の非作用位置であり、外側のばね部材２２による押圧力で押し上げられたばね受け部材１９により、プランジャ１８を介して操作レバー２５が中立位置に保持されている。この状態では、スプール１１の第１スプール部１２によってポンプポート９が閉鎖され、第２スプール部１３はばね室３に位置して出力ポート７とタンクポート６とを連通させた状態となっている。

さらに、各スプール１１の下方には、各スプール１１とスプール穴４とによって形成されるダンピング圧力室２７が形成されている。このダンピング圧力室２７は、スプール１１の中央部軸方向に設けられたダンピング穴２８と、このダンピング穴２８の上端に設けられたオリフィス２９を介してばね室３と連通している。つまり、ダンピング圧力室２７は、オリフィス２９とばね室３を介してタンクポート６と連通している。このオリフィス２９は、ダンピング圧力室２７で好ましいダンピング効果が得られる断面積で形成される。

一方、前記スプール１１の下端には、ケーシング２のスプール穴４に挿入する時のガイド部となるテーパ部３０が設けられている。このテーパ部３０は、スプール１１の下部の所定位置から端部に向けて全体が縮径するテーパ状に形成されている。

そして、図２に示すように、このテーパ部３０の縮径開始部には、外周部とスプール１１の軸方向に設けられたダンピング穴２８とを連通する連通部３１が設けられている。この実施形態では、連通部３１が連通穴（以下、符号３１を付す）で形成されており、テーパ部３０の最大径部からダンピング穴２８に向けて２本が設けられている。この連通穴３１の径は、２個合計したその面積がダンピング穴２８の径の面積よりも大きくなっている。この実施形態では２本の連通穴３１が設けられているが、４本であっても、他の本数であってもよい。

このような連通穴３１を設けることにより、テーパ部３０とスプール穴４との間にエアａが残留したとしても、そのエアａは流体がダンピング圧力室２７からダンピング穴２８へと流出される際、連通穴３１からダンピング穴２８へと排出され、オリフィス２９を介してばね室３からタンクポート６へと排出することができる。

図３〜図５は、連通部の他の例を示す図面であり、図３は図１に示すII部の第２実施形態を示す拡大断面図、図４は同II部の第３実施形態を示す図面であり、(a) は拡大断面図、(b) は(a) に示すIV−IV断面図、図５は同II部の第４実施形態を示す拡大断面図である。

図３に示す第２実施形態の連通部３２は、テーパ部３０からスプール１１に設けられたダンピング穴２８に向けて上向き傾斜の連通穴（以下、符号３２を付す）が設けられたものである。この連通穴３２によれば、テーパ部３０とスプール穴４との間にエアａが残留したとしても、エアａの浮力とダンピング穴２８内に生じる流体の動きによって容易にダンピング穴２８内へと排出され、オリフィス２９を介してばね室３からタンクポート６へと排出することができる。この例の場合、エアａを排出し易いように連通穴３２が傾斜しているので、流体の粘性が高い場合でも容易に残留エアを排出することができる。

図４(a),(b) に示す第３実施形態の連通部３３は、スプール１１の端部に設けられたテーパ部３０の深さ方向にスリット状の連通溝（以下、符号３３を付す）を設けたものである。この連通溝３３によっても、テーパ部３０とスプール穴４との間にエアａが残留しても、エアａは連通溝３３からダンピング穴２８へと排出され、オリフィス２９を介してばね室３からタンクポート６へと排出される。

図５に示す第４実施形態の連通部３４は、図４に示すようにスプール１１のテーパ部３０の深さ方向にスリット状の湾曲した連通溝（以下、符号３４を付す）を設けたものである。この連通溝３４は、中央部が上向きに湾曲するように形成されている。このような連通溝３４を設けることにより、テーパ部３０とスプール穴４との間にエアａが残留したとしても、エアａはダンピング穴２８内に生じる流体の動きによって連通溝３４から容易にダンピング穴２８内へと排出され、オリフィス２９を介してばね室３からタンクポート６へと排出することができる。この例の場合も、流体の粘性が高い場合でも、容易に残留エアを排出することができる。

なお、連通部は、これら図３〜図５に示した連通部３２〜３４や前記連通部３１以外であっても、ダンピング圧力室２７内でデッドスペースとなるガイド部（テーパ部３０）とスプール穴４との間からダンピング穴２８へ流れが生じるような構成であればよい。

図６は図１に示すパイロット弁の操作状態の縦断面図である。上述したパイロット弁１によれば、図示するように、前記中立位置のパイロット弁１の操作レバー２５を矢符Ｖ方向（図１における右方向）に傾動させると、その変位がプランジャ１８、ばね受け部材１９、ばね部材２３を介して、スプール１１を図面下方向へ押圧する。

スプール１１が下方へ移動すると、ばね室３（タンクポート６）が第２スプール部１３で閉じられ、出力ポート７とポンプポート９とが連通し、出力ポート７の圧力（二次圧）が上昇する。

二次圧は、前述のようにスプールに対しばね側への押付力を作用せしめ、この押付力はばね部材２３の押付力に対抗しているから、二次圧が所定値を超えるとばね部材２３が撓んでスプール１１はばね側へ移動し、出力ポート７とポンプポート９との連通を遮断するとともに、出力ポート７とタンクポート６とを連通して二次圧を減圧する。即ち、パイロット弁１は操作レバー２５の操作量に見合うばね荷重と二次側圧力室の流体圧力とをバランスさせつつ、スプール１１を上下に摺動変位させ、出力ポート７の流体圧力を適宜に設定する。このようにばね荷重と二次側流体圧力とが対抗して、スプール１１を上下動させるので、スプール１１に振動現象を起こし易くなるが、スプール１１の端部（下端）のダンピング圧力室２７が、スプール内部の軸方向に設けたダンピング穴２８とスプール軸直角方向に設けたオリフィス２９とでばね室３とつながっているため、スプール１１の上下動に伴いダンピング圧力室２７の流体が前記オリフィス２９を介して排出されることにより発生する圧力がスプール１１のダンピング圧力室側端部に作用し、スプール１１にダンピング効果が与えられて、スプール１１の振動現象を抑制している。

そして、このスプール１１の上下動に伴い、スプール端部のダンピング圧力室２７の液体はスプール内部の軸方向に設けたダンピング穴２８を介してオリフィス２９からばね室３へと移動する。その際、スプール端部のテーパ部３０に設けた連通穴３１（３２〜３４）も流体の通り道となるため、連通穴３１を通ってダンピング圧力室２７から排出される流体とともに、スプール端部のテーパ部３０に残留しているエアａも、ダンピング穴２８からばね室３へと抜け、タンクポート６へと排出することができる。

したがって、ダンピング圧力室２７内は残留エアａが全て排出されて流体で満たされた状態となるため、スプール１１の端部によるダンピング圧力室２７でのダンピング効果を安定して発揮し、スプール１１の振動現象を抑止することができる。

なお、前記実施の形態では、ガイド部としてスプール１１の端部にテーパ部３０を設けた例を説明したが、テーパ部３０以外のガイド部であってもよく、スプール１１の角部とスプール穴４の角部とが当接するのを防止できればよい。また、このガイド部は、全周がガイド部に形成されていなくてもよく、ガイド部の構成は、上述した実施形態に限定されるものではない。

さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本願発明は、建設機械や産業機械等において安定したダンピング効果を得ることができるパイロット弁として利用できる。

本願発明の一実施形態を示すパイロット弁の縦断面図である。図１に示すII部拡大断面図である。図１に示すII部の第２実施形態を示す拡大断面図である。図１に示すII部の第３実施形態を示す図面であり、(a) は拡大断面図、(b) は(a) に示すIV−IV断面図である。図１に示すII部の第４実施形態を示す拡大断面図である。図１に示すパイロット弁の操作状態の縦断面図である。従来のパイロット弁におけるスプールの縦断面図である。

符号の説明

１…パイロット弁
２…ケーシング
３…ばね室
４…スプール穴
５…タンク
６…タンクポート（タンク流路）
７…出力ポート（二次圧流路）
８…二次側圧力室
９…ポンプポート（一次圧流路）
１０…一次側圧力室
１１…スプール
１２…第１スプール部
１３…第２スプール部
１４…小径部
１５…第１穴部
１６…第２穴部
１７…プラグ部材
１８…プランジャ
１９…ばね受け部材
２２，２３…ばね部材（設定用ばね）
２４…ジョイント部
２５…操作レバー
２６…操作座部
２７…ダンピング圧力室
２８…ダンピング穴
２９…オリフィス
３０…テーパ部（ガイド部）
３１…連通穴（連通部）
３２…連通穴（連通部）
３３…連通溝（連通部）
３４…連通溝（連通部）
ａ…エア

Claims

一次圧流路、タンク流路および二次圧側流路を有するケーシングと、
該ケーシング内の上下方向に設けられたスプール穴と、
該スプール穴内で上下方向に摺動変位可能に設けられ、前記二次圧流路を一次圧流路とタンク流路とのいずれかに連通させるように移動するスプールと、
該スプールを上下方向に摺動変位させるべく、操作レバーによって押圧操作させるプランジャと、
該プランジャと前記スプールとの間に配設され、該プランジャの押圧操作量に応じて前記スプールによる二次圧流路側の圧力を設定する設定用ばねと、
前記スプールの下端面と前記スプール穴とによってスプール下方に形成されるダンピング圧力室と、
前記スプールを貫通して前記タンク流路と前記ダンピング圧力室とを連通させる上下方向のダンピング穴とを備えるパイロット弁において、
前記ダンピング圧力室に臨む前記スプールの下端部の外周に、該スプールの軸方向所定位置から下端面に向けて縮径するガイド部を設け、
該スプールに、前記ガイド部が始まるスプールの軸方向所定位置の外周部と前記ダンピング穴とを連通させる連通部を形成し、該連通部の合計面積が前記ダンピング穴の面積より大きくなるようにしたことを特徴とするパイロット弁。
前記ガイド部が、外周が前記スプールの軸方向所定位置から縮径するテーパ部で形成されていることを特徴とする請求項１記載のパイロット弁。
前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて連通する連通穴で形成されていることを特徴とする請求項１記載のパイロット弁。
前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて連通する連通溝で形成されていることを特徴とする請求項１記載のパイロット弁。
前記連通部が、前記ガイド部が開始する前記スプールの軸方向所定位置の最外周位置からダンピング穴に向けて上向き傾斜で形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のパイロット弁。