JPH0799219B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は液圧機械に備えられるアクチユエータの駆動を
制御する流量制御弁に関する。

＜従来の技術＞ 第２図は従来の流量制御弁を示す断面図である。この図
において、１はケーシング本体、２はこのケーシング本
体１に固定された円筒状スリーブ、３はこのスリーブ２
内に移動可能に設けた主弁、４はケーシング本体１に、
スリーブ２および主弁３により形成される背圧室、５、
６はケーシング本体１に穿設された流体の流入ポート、
流出ポートである。７は主弁３の外周に形成され、背圧
室４と流入ポート５とを連通させ微小幅を有し、可変絞
りを形成する流体溝、８はケーシング本体１に固定され
たサブケーシングである。９、10はサブケーシング８内
に形成した第１圧力室、第２圧力室、11は圧力室９、10
に配置された圧力補償ピストン、12は第２圧力室10内に
収納され、圧力補償ピストン11の端面に当接し、該圧力
補償ピストン11を同第２図の左方に押圧する圧力補償ば
ねである。

上記した第１圧力室９、第２圧力室10、圧力補償ピスト
ン11、および圧力補償ばね12により差圧補償弁が構成さ
れている。

また、13は流入ポート５と第１圧力室９を連通させる第
１流路、14は背圧室４と第２圧力室10を連通させる第２
流路、15はサブケーシング８内に装着されたパイロツト
弁、15aはパイロツト弁15に具備されるコーン状のシー
ト部、16はサブケーシング８に形成したパイロツト弁15
の一次側圧力室、17は二次側圧力室、18はパイロツト弁
15のスプールの一端面と当接し、シート部15aをサブケ
ーシング８に押圧する戻しばね、19は背圧室４と一次側
圧力室16とを圧力補償ピストン11に形成した絞り部11a
を経て連通させる第３流路、20は二次側圧力室17と流出
ポート６とを連通させる第４流路、21はパイロツト弁15
を操作するレバーである。

このように構成した従来の流量制御弁における動作は次
のとおりである。

すなわち、流入ポート５内の流体圧は、流体溝７を経て
背圧室４内に導かれ、さらに第２流路14を経て第２圧力
室10に導かれ、また第１流路13を経て第１圧力室９に導
かれる。また背圧室４内の流体圧は、絞り部11a、第３
の流路19を経てパイロツト弁15の一次側圧力室16内にも
導かれる。このとき、主弁３は背圧室４内の流体圧によ
り発生する力により、スリーブ２の弁座2aを密着してお
り、流入ポート５と流出ポート６をしや断する。なお、
圧力補償ピストン11は圧力室９、10内の流体圧、および
ばね12のばね力のバランスにより同第２図の左方に移動
した状態に保持される。

このような状態において、レバー21を作動させ、パイロ
ツト弁15を下方に押圧すると、シート部15aが開放さ
れ、背圧室４内の流体は絞り部11a、第３流路19、パイ
ロツト弁15の一次側圧力室16を経て二次側圧力室17内に
流出し、第４流路20を経て流出ポート６に流出する。こ
のとき、流入ポート５内の流体が流体溝７を経て背圧室
４内に流入するため、流体溝７によつて生じる絞り抵抗
により、流入ポート５と背圧室４の流体間に圧力差が生
じ、背圧室４内の流体圧は流入ポート５の流体圧に比較
して低下する。背圧室４内の流体圧によつて主弁３の端
面3aに作用する力に流入ポート５内の流体圧によつて主
弁３の端面3bに作用する力が打ち勝つと、主弁３は上昇
し、スリーブ２の弁座2a部分が開放され、流入ポート５
と流出ポート６が連通し、当該流入ポート５の流体は流
出ポート６に流出する。

このとき、パイロツト弁15のシート部15aの設定開度に
比較して主弁３の開度が大きすぎる場合、すなわち流体
溝７を経て背圧室４内に流入する流量がシート部15aを
通過する設定流量よりも多い場合は、背圧室４内の圧力
が上昇し、主弁３の開度は減少する。また、主弁３の開
度がシート部15aの設定開度に比較して小さすぎる場合
には、流体溝７を経て背圧室４内に流入する流量が少な
いため背圧室４内の圧力は低下し、主弁３の開度は増加
する。このように、主弁３の端面3a、3bの面積比、およ
びパイロツト弁15のシート部15a、流体溝７の形状を適
宜設定することにより、パイロツト流量と流体溝７の通
過流量がバランスする位置に主弁３の移動量を制御する
ことができる。したがつて、流入ポート５の圧力を仮に
一定すると、パイロツト弁15の指令操作量に比例した流
量を流入ポート５から流出ポート６に流出させることが
できる。

そして、上記のようにパイロツト弁15に一定の指令操作
量を与え、流入ポート５から流出ポート６に一定の流量
が流出している場合において、流入ポート５の流体圧が
上昇すると、第１圧力室９内に導かれる圧力により発生
する力と、流入ポート５、流体溝７、背圧室４、第２流
路14を経て第２圧力室10に導かれる圧力により発生する
力と、ばね12のばね力とのつり合いにより、圧力補償ピ
ストン11は同第２図の右方に移動する。これにより、背
圧室４とパイロツト弁15の一次側圧力室16を連通する第
３の流路19を通過する流体は、圧力補償ピストン11の絞
り部11aによつて絞られる。この結果、背圧室４内の圧
力は上昇し、主弁３の開度は減少し、流体溝７を通過す
る流量とパイロツト弁15のシート部15aを通過する流量
がバランスする位置に主弁３は制御される。

このように、この従来の流量制御弁にあつては、流入ポ
ート５から流出ポート６に流れる流体の流量を、差圧の
変化にかかわらず一定に保持させることができる。そし
て、流出ポート６から流出した流体は図示しないアクチ
ユエータに導かれ、当該アクチユエータを駆動する。

なお、上記した第２図に示した流量制御弁と同等の技術
が特許出願公表昭58−501781号公報に開示されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上記した従来の流量制御弁にあつては、
主弁３がケーシング１内に配置され、圧力補償ピストン
11およびパイロツト弁15がサブケーシング８内に配置さ
れ、パイロツト弁15を駆動するレバー21、すなわちパイ
ロツト弁駆動装置がサブケーシング８に装着されてお
り、これらの主弁３、圧力補償ピストン11、パイロツト
弁15、レバー21等の主要部材の配置が分散しており、こ
のため全体構造が複雑で、製作工数がかかるとともに、
メンテナンス性が劣り、装置の大型化を招く不具合があ
る。

本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、構造が簡単な流量制御弁を提
供することにある。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的を達成するために本発明は、外殻を形成する本
体と、流入ポートと流出ポート間に配置され、これらの
流入ポートと流出ポートとを連通、しや断する主弁と、
この主弁を作動させるパイロツト弁と、このパイロツト
弁のスプールを駆動するパイロツト弁駆動装置とを備え
るとともに、圧力補償ピストンを備えた流量制御弁にお
いて、上記主弁、上記圧力補償ピストン、上記パイロツ
ト弁のスプール、および上記パイロツト弁駆動装置のそ
れぞれの軸心を一軸上に配置するとともに、上記圧力補
償ピストンを上記主弁と上記パイロツト弁の間に配置し
た構成にしてある。

＜作用＞ 本発明の流量制御弁は、上記のように主要部材を一軸上
に配置した構成にしてあることから、当該主要部材の配
置の集約化が図られ、全体構造を簡単にすることができ
る。

＜実施例＞ 以下、本発明の流量制御弁を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

この第１図に示す実施例にあつては、外殻を形成すケー
シング本体１内に流入ポート５と流出ポート６を形成し
てあり、これらの流入ポート５と流出ポート６との間に
主弁３を配置してある。主弁３はケーシング本体１の弁
体取付孔23に着脱可能な円筒状カートリツジ24内部に形
成された主シリンダ室25内を移動可能に設けられ、この
主弁３には流体溝７と中央部に形成した副シリンダ室26
と副シリンダ室26内に摺動可能に嵌装され一端を背圧室
27に突出しているピストン28が設けられている。主弁３
の背圧室27は流体溝７を介して流入ポート５に連通して
おり、また副シリンダ室26は流路29を介して流入ポート
５に連通している。

また、主弁３の上方のカートリツジ24内にはサブカート
リツジ30が軸方向に固定され、このサブカートリツジ30
に圧力補償ピストン32が設けられている。この圧力補償
ピストン32はサブカートリツジ30内を摺動可能に設けら
れ、主弁３方向に突出し、ピストン28に当接し、またシ
ート部を形成するポペツト部32aを有している。この圧
力補償ピストン32を挟むように、第１圧力室33、第２圧
力室34が設けられ、第１圧力室33はポペツト部32aを介
して背圧室27に連通している。また第２圧力室34はサブ
カートリツジ30の図示上端部に形成された第３圧力室35
と隔壁部材36によつて分離されている。この隔壁部材36
と圧力補償ピストン32間には圧力補償バネ47が備えら
れ、圧力補償ピストン32を主弁３方向に付勢している。
また、上述した第２圧力室34、及び第３圧力室35はサブ
ケーシング30に形成した流路42、45を介して前述の背圧
室27に連通している。

また、カートリツジ24の上方にフランジ31が設けられ、
ケーシング本体１にネジ等により締結されて一体化され
ている。このフランジ31にはパイロツト弁のスプール37
が軸心方向に摺動可能に嵌装されている。このパイロツ
ト弁のスプール37はサブカートリツジ30側にコーン状の
シート部を形成するポペツト部37aが設けられている。
またパイロツト弁のスプール37は第３圧力室35内に設け
られポペツト部37aに当接するパイロツトバネ48によつ
て上方に付勢されている。またパイロツト弁のスプール
37のポペツト部37aの付近には第４圧力室38が形成さ
れ、パイロツト弁のスプール37の図示上端部には第５圧
力室40が形成されている。また、フランジ31とカートリ
ツジ24の接合面部には流体室41が形成され、この流体室
41はフランジ31に形成された流路43、及びカートリツジ
に形成された流路44を介して第４圧力室38、流出ポート
６にそれぞれ連通している。また第５圧力室40はフラン
ジ31に形成した流路46を介して第３圧力室35に連通して
いる。

また、フランジ31の上方には比例電磁弁39を連設してお
り、この比例電磁弁39の出力軸39aをパイロツト弁のス
プール37の端面、すなわち、第５圧力室40内に位置する
パイロツト弁のスプール37の端面に当接させてある。こ
の比例電磁弁39の出力軸39a、パイロツト弁のスプール3
7、圧力補償ピストン32、および主弁３が一軸上に位置
するように、それぞれ配置してある。

このように構成した実施例における動作はつぎのとおり
である。

すなわち、比例電磁弁39の入力指令が無い場合、流入ポ
ート５内の圧力流体は、主弁３の流体溝７を介して背圧
室27に導かれ、さらに流路42を介して第３圧力室35に導
かれる。さらに第３圧力室35内の流体圧は流路46を介し
て第５圧力室40内に導かれる。したがつて、パイロツト
弁のスプール37はパイロツトバネ48の力により第１図の
上方に付勢され、そのポペツト部37aはフランジ31の内
壁と密着シートする。この状態において、主弁３は、そ
の端面3a、3bの面積差により第１図の下方に押圧され、
シート面24aでシートされ、流入ポート５から流出ポー
ト６への流体を遮断する。また、背圧室27内の流体圧は
流路45を介して第２圧力室34内にも導かれており、圧力
補償ピストン32は圧力補償バネ47の力により第１図の下
方に押圧され、そのポペツト部32aの開度は十分に得ら
れている。

ここで、比例電磁弁39に一定電流を与えパイロツトバネ
48の初期バネ力に打ち勝つ力を与えると、パイロツト弁
のスプール37は図示下方に移動し、ポペツト部37aのシ
ートは開放される。このとき、流入ポート５内の流体
は、主弁３の流体溝７、背圧室27、第１圧力室33、流路
42、第３圧力室35、第４圧力室38、流路43、流体室41、
流路44を経て流出ポート６に流出する。ここで、流入ポ
ート５内の流体が流体溝７を経て背圧室27内に流出する
ため、流体溝７によつて生じる絞り抵抗により背圧室27
内の流体圧は流入ポート５内の流体圧よりも低下する。
そして、主弁３の端面3aに作用する力に、端面3bに作用
する力が打ち勝つと、主弁３は図示上方に移動し、流入
ポート５と流出ポート６とが連通し、流入ポート５の流
体は流出ポート６に流出する。このとき、ポペツト部37
aの設定開度に比較し、主弁３の開度が大きすぎる場
合、すなわち、流入ポート５から、流体溝７を経て背圧
室27内に流入する流量が、ポペツト部37aを通過する設
定流量よりも多い場合、背圧室27内の圧力が上昇し、主
弁３は下方に移動して開度を減少させる。また、主弁３
の開度がポペツト部7aの設定開度に比較し、小さすぎる
場合には、流体溝７を経て背圧室27内流入する流量が少
ないため、背圧室27内の圧力は低下し、主弁３は上方に
移動して開度を増加させる。このように、端面3a、3bの
面積比およびポペツト部37a、流体溝７の形状を適宜設
定することにより、パイロツト弁のスプール37の流量と
流体溝７の通過流量がバランスする位置に主弁３のリフ
ト量すなわち開度を制御することができる。そして、流
入ポート５内の圧力を一定とすると、比例電磁弁39の入
力指令値（電流）に比例した、流入ポート５から流出ポ
ート６への流出量が得られる。

次に、圧力補償ピストン32の作用について、説明する。
いま、比例電磁弁39に一定の電流を与え、流入ポート５
から流出ポート６に一定の流量が流出している場合にお
いて、流入ポート５の流体圧が上昇すると圧力補償ピス
トン32は図示上方に移動する。なぜなら、圧力補償ピス
トンは、背圧室27から流路45を経て第２圧力室34内に導
かれた流体圧により生じる力および圧力補償バネ47のバ
ネ力と、第１圧力室33内の流体圧により生じる力および
副シリンダ室26内の流体圧によりピストン28に生じる力
（この力はポペツト部32aを介して圧力補償ピストン32
に発生する）とのつり合いにより上下動する。これによ
り背圧室27から第１圧力室33に流入する流体は、ポペツ
ト部32aによつて絞られることになる。この結果、背圧
室27内の圧力は上昇し主弁３は下方に移動し開度は減少
し、流体溝７を通過する流量とポペツト37aを通過する
流量がバランスする位置に主弁３は制御される。このよ
うに比例電磁弁39の入力電流に比例し、流入ポート５と
流出ポート６内の流体差圧に無関係に、流入ポート５か
ら流出ポート６への流出流量が得られる。

このように構成した実施例にあつては、上述のように流
入ポート５と流出ポート６内の流体差圧の変化に無関係
に比例電磁弁39の入力電流に比例した所望の流量が得ら
れ、しかも、主弁３、圧力補償ピストン32、パイロツト
弁のスプール37および比例電磁弁39等の主要部材のそれ
ぞれの軸心を、一軸上に配置した構成にしてあることか
ら、これらの主要部材の配置の集約化が図られ、全体構
造を簡単にでき、したがつて製作工数の抑制による製造
原価の低減と、メンテナンス性の向上と、装置の小型化
を実現させることができる。

また、上記実施例ではパイロツト弁駆動手段として比例
電磁弁39を使用したが、本発明はこれに限られず、ステ
ツピングモータ等の駆動手段を設ける構成とすることも
できる。

＜発明の効果＞ 本発明は、以上のように、主弁、圧力補償ピストン、パ
イロツト弁のスプールおよびパイロツト弁駆動装置等の
主要部材のそれぞれの軸心を、一軸上に配置した構成に
してあることから、これらの主要部材の配置の集約化が
図られ、全体構造を簡単にでき、したがつて製作工数の
抑制による製造原価の低減と、メンテナンス性の向上
と、装置の小型化を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量制御弁の一実施例を示す断面図、
第２図は従来の流量制御弁を示す断面図である。 １……ケーシング本体、３……主弁、５……流入ポー
ト、６……流出ポート、７……流体溝、24……カートリ
ツジ、32……圧力補償ピストン、37……パイロツト弁の
スプール、39……比例電磁弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 英世 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 野沢 勇作 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭59−13174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−83803（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−188084（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外殻を形成する本体と、流入ポートと流出
   ポート間に配置され、これらの流入ポートと流出ポート
   とを連通、しや断する主弁と、この主弁を作動させるパ
   イロツト弁と、このパイロツト弁のスプールを駆動する
   パイロツト弁駆動装置とを備えるとともに、圧力補償ピ
   ストンを備えた流量制御弁において、 上記主弁、上記圧力補償ピストン、上記パイロツト弁の
   スプール、および上記パイロツト弁駆動装置のそれぞれ
   の軸心を一軸上に配置するとともに、 上記圧力補償ピストンを上記主弁と上記パイロツト弁の
   間に配置したことを特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】上記主弁、上記パイロツト弁のスプール、
   および上記パイロツト弁駆動装置を、本体に着脱可能な
   カートリツジ内に収納するとともに、 上記圧力補償ピストンを、上記カートリツジ内に設けた
   副カートリツジの内部に配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の流量制御弁。