JPS5911794B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁に関し、更に詳細にのべると、調節用パイロ
ット弁に関するものである。

最近では主制御弁を制御し操作するためにパイロット弁
を使用することは知られている。

パイロット弁による制御の利点の中には制御弁の起動時
に作業者の労力を軽減する外に作業者の操作部を遠隔配
置することができることがある。

パイロット系統に必要とされる容量と圧力とは低いので
遠隔制御はこのパイロット制御によって安価に有利に行
うことができる。

これらと同じ理由で作業者の労力も著しく軽減される。

明らかなことであるが、例えば非常に大きな容量と圧力
とを必要とする流体作動機械は移動に大きな力を必要と
する非常に大きな制御弁を使用する必要があると同時に
その制御作用を達成するためは必然的に大きな運動を行
わなければならない。

これらの原因で流体駆動機械の制御系統にはパイロット
制御が特に望ましい。

このパイロット制御は機械を運転するため大きな圧力と
容量とを必要とする機械においては特に望ましい。

大きな容量と圧力とを必要とする機械の例としてはロー
ダ−１掘削機及び流体クレーンがある。

流体掘削機は流体系統の有効なパイロット制御を特に必
要とする。

この流体系統を操作するのに極めて高い圧力と容量の流
体が通常使用され要求されるのでこのパイロット制御の
必要が特に大きい。

作業室付近に制御弁を設けて典型的なリンク系統によっ
て操作せしめると、多大の費用がかかるのでこのような
設備ではパイロット制御は特に望ましい。

このように制御弁を設けると、非常に高価な導管と取付
具とを必要とし導管系統の複雑な配列を必要とすること
になる。

このような機械にはパイロット運転も望ましい。

その理由は作業者がこの機械の通常運転と共に多数の繰
返しの制御運動を行わなければならないからである。

パイロット運転は流体系統を起動し制御するために作業
者自体が出さなければならない力を著しく軽減すること
ができる。

このため疲労が著しく軽減され、作業者は機械の運転を
長期間維持することができる。

しかし、現在公知のパイロット制御系統は、流体掘削機
に使用するには充分満足すべきものではないという欠点
を有する。

現在公知のパイロット制御系統は作業者にこの機械に必
要とされ或は望まれる精密な制御感覚を与えることがな
い。

掘削機に期待される作業の性質から掘削機は非常に広い
範囲の動力を受けて広い範囲の速度の運動を行うことが
できなければならない。

機械が安全に効率よく使用されるようにするため作業者
の精密で正確な制御を受けてこれらの広範囲内の多数の
機能が行われなければならない。

この必要な制御を達成するためパイロット弁と制御弁と
はそれぞれの流体を有効で精密に制御できる調節を行う
ように設計されなければならない。

制御流体を調節するための多数の弁構造が知られている
。

従来技術は例えば、以下の米国特許、即ち米国特許第２
９７１５３６号、第３４７７２２５号、第３４８６４１
８号及び第３５５６１５５号に例示されている。

これらの特許は主制御弁又は流体モータのいづれかの調
節制御に対する従来技術の問題解決手段を例示している
。

しかし、この問題はそれぞれの場合で異なっている。

流体モータの調節された制御に対する技術はしばしば制
御弁のパイロット制御に適用されるし、またその逆も行
われているが、パイロット制御調節はモータ制御系統に
はみられない独特の問題を有する。

例えば、モータを移動するのに要求される力はこのモー
タに課せられる荷重に基づいて定まるが、主制御弁を移
動するのに必要とされる力はその中心位置に対する位置
に左右されるのが通常である。

従って、パイロット弁は制御弁を位置設定するために変
位されるが、制御弁はその位置設定とは反対のモータ運
動を得る働きを有する。

パイロット制御系統の他の付加的な問題は、作業者が操
作する起動レバーと主制御弁との間の間接的な連結によ
って設備の制御感覚がなくなるということである。

この機械制御感覚がなくなると、機械ががたがたと乱調
に動くことになるのが典型的である。

従って、機械の運転がしばしば危険で効率が悪い。

従って、本発明の主な目的は従来技術の上記問題を解決
するパイロット制御弁を提供することである。

本発明の他の目的は制御弁を精密に制御するように動作
するパイロット弁を提供することである。

本発明の更に他の目的は主制御弁を精密に正確に制御す
る働きを有する適当な調節手段を有するパイロット弁を
提供することである。

本発明の更に他の目的は主制御弁を起動する制御圧力を
精密に段階的に増すように動作するパイロット弁の調節
手段を提供することである。

本発明によれば、主制御弁を起動するパイロット弁は、
主制御弁の位置設定を完全に精密に制御するために制御
圧力を精密に段階的に増すように制御流体を調節する適
当なスロットル手段を備えている。

本発明の上記目的と利点及び他の目的と利点は添付図面
に関連してなされた以下の説明から明らかとなる。

さて図面、特に第１図を参照すると、符号１０で総体的
に示されたパイロット弁に適用された本発明の好ましい
実施例が示されている。

図示の実施例はほぼ平行な円筒状の一対の孔１４．１４
’を有するハウジング１２を備え、これらの円筒状の一
対の孔１４ 、１４’には同一の制御スプール１６゜１
６′が往復動可能に設けられている。

これらのスプールによって種々の出口に導かれるように
ポンプ２０から加圧された流体を供給するために、入口
通路１８は両方孔１４ 、１４’と交叉している。

一対の戻り通路２２．２４は入口通路１８の両側に配置
されて油だめ２６に流体を戻すために孔１４ 、１４’
に交叉している。

パイロット制御通路２８．３０と２８’、３０’は主制
御弁にパイロット制御流体を連通ずるため別個の孔１４
、１４’の各各に交叉している。

以後２つのスプールは同じであるので１方のスプールの
みを詳細に説明し、他方のスプールの構造はダッシュを
付した同じ符号で示されている。

スプール１６の各々に環状溝３２．３４が設けられ、こ
れらの環状溝によって中央突出領域３６を形成している
。

他の一対の環状溝３８．４０は前にのべた溝の外側に形
成されてこれらの溝３８４０によって突出領域４２．４
４を形成している。

これらの溝は、後にのべる複数のオリフィスと共に、入
口からパイロット通路と戻り通路への流体の流れを制御
するように動作する。

複数の計量スロット及びオリフィスの形態を有する調節
手段は制御弁の一段階又は多段階の起動を行うように制
御流体を調節するために設けられている。

この計量手段は、環状溝３２と突出領域３６の外面即ち
外径との間を連通ずる第１の固定オリフィス４６と、環
状溝３４と突出領域３６の外面即ち外径との間を連通ず
る第２の固定計量オリフィス４８とから成っている。

横スロット５０，５２の形態を有する手段はスロットの
端部を供給通路に連通ずる所定位置にスプールを移動し
た時オリフィス４６．４８を即座に働かせるために設け
られている。

可変オリフィス５４．５６は上記固定オリフィスに平行
に走っており、溝３２．３４から中央突出領域３６へ延
びているスロットの形態を有する。

可変オリフィス５４．５６のスロットは、固定オリフィ
ス４６．４８が充分に作用した直後に入口１８と出口２
８．３０との間の連通状態が直ちに一定流量の最少値を
とり、その後この最少値から次第に増加してパイロット
弁を完全に開くことになるように形成されている。

他の対の計量オリフィス即ち通路５８．６０が前記計量
オリフィスに直列に設けられ、これらの計量オリフィス
５８．６０は内側の溝３２，３４と外側の溝３８．４０
とを連通ずる。

これらの通路は、弁１６が中立位置にある時に制御通路
２８゜３０のためのパイロット排出路を形成し、また計
量オリフィスが入口１８（！：制御通路２８，３０との
間を連通している期間の少なくとも一部の間、制御通路
２８．３０へのパイロット圧力を部分的に降下する。

これらの通路５８．６０は外側の溝３８．４０が出口通
路２２．２４に連通している時働くが、これらの溝のい
づれかが排出通路外へ移動することによって遮断される
と、直ちに働かなくなる。

パイロット弁スプール１６のオリフィス及び通路には厳
密な整列が必要とされるのでこのスプールの回転を防止
する適当な手段が設けられている。

スプールの回転を防止するこの手段はスプール１６に形
成された平担部６２から成り、栓又はねじ６８の如きも
のζこよって孔６６内に保持されたダボピン６４がこの
平担部６２に係合するように位置決めされている。

スプールの適当な中心決め手段７０が設けられこの手段
は当業界には公知の形態とすることができるが、図示さ
れたようなものが好ましい。

しかし、この中心決め手段は本発明で求められた新しい
結果を得るために弁の他の調節作用と適合するようにそ
の中心決め作用を合わせなければならない。

例えば、好ましい例では第１のばねがスプールを中心決
めし、従って調節作用開始直前の如くある時点では第２
のばねが遊ぶようになっている。

上記パイロット弁は図示の実施例では主制御弁７２を制
御し又は操作するように作動的に連結されている。

パイロット弁はパイロット管路７４゜１６によって圧力
室７８，８０に連結され、これらの圧力室では圧力は制
御スプール８２の端部にかけられてこの制御スプールを
選択された制御位置に移動する。

弁７２は適当な形式、例えば図示の形式とすることがで
き、この弁は図示の場合には中立位置を有し、この中立
位置のいづれかの側に移動した時往復動モータを２つの
それぞれの方向へ動作するように加圧流体を供給する働
きを有する。

この主制御弁は典型的には制御流体を調節する公知の手
段を有する。

弁スプレーは、またこの弁スプールを適当にシールする
ために典型的には通常の死相を有する。

死相とは弁スプールを横切る流体流速に増減を与えない
ような弁スプールの移動、つまりは機械の速度を増減し
ないような弁スプールの移動と定義される。

主制御弁スプール８２の運動は第３図において実線によ
りグラフで示されている。

点Ｊから点り迄の主制御弁スプールの運動は死相運動で
あって、このとき供給通路から制御通路への流体の流れ
は弁スプールによって阻止されている。

この運動は約５．６ｍｍ（０，２２インチ）の移動で全
移動量の約３３％に当る。

点りから点Ｍ迄の主制御弁スプールの運動は調節範囲に
相当し、この範囲では入口通路から制御通路への流体の
流れは弁スプールの計量オリフィスによりコントロール
される。

この運動は約５．６ｍｍ（０，２２インチ）から約１１
．９ｍｍ（０，４フインチ）迄の移動で、これもまた全
移動量の約３３％に当る。

点Ｍから点Ｎ迄の主制御弁スプールの運動では、弁スプ
ールの環状溝を通して入口通路が制御通路に全開されて
いる。

この運動は約１１．９ｍｍ（０，４フインチ）から約１
７．５ｍｍ（０，６９インチ）迄の移動でやはり全移動
量の約３３％に当る。

この主制御弁スプールの最後の運動も、それが制御され
る作業装置の速度をほとんど増加させることなく単によ
り邪魔されない流体の流れを与えるだけなので、死相運
動と考えることができる。

第３図において主制御弁スプール８２の移動は実線で示
されているが、パイロット弁スプール１６の移動は点線
で示されている。

このパイロット弁スプール１６を移動させるのに必要と
される相応する手動レバーの動きが第２図において点線
で示されている。

第２図における実線は主制御弁スプール８２のような従
来一般の弁スプール或は制御弁スプール８２と同様な一
般流量特性をもつ従来一般のパイロット弁スプールに取
付けられた手動レバーの動きを示している。

パイロット弁１０の物理的特性のより完全な理解は、パ
イロット弁スプール１６がその全移動量に対応する約７
．９２ｍｍ（０，３１２インチ）の全行程を通して移動
する際に主制御弁スプール８２がシフトされそのとき生
ずる一連の事象についての次の説明から明らかとなる。

パイロット弁スプール１６の最初のＯ〜０．７９ｍｍ（
０，０３１インチ）のいずれかの方向（例えば右方向）
への移動は死相運動であり、このとき入口通路１８とパ
イロット制御通路２８との間の流体の流れは阻止されて
いる。

約Ｏ６７９ｍｍ（０，０３１インチ）弁スプールが移動
したとき（第３図点Ｆ）、横スロット５０が入口通路１
８に対して開き始め、オリフィス４６を通る流体の流れ
が導管７４と圧力室７８とにパイロット圧を供給し始め
る。

横スロット５０は弁スプールの非常にわずかの移動で固
定オリフィス４６のほとんど瞬間的な作用を可能とする
。

第１の固定オリフィスの有効横断面積に対する第２オリ
フイス５８による制限はパイロット圧力を確立する。

圧力室７８内のパイロット圧が約１．４７ｋｇ／ｉ（２
１ｐｓｉ）に至ると、主制御弁スプール８２はばね率の
小さいばねにのみ抗して約３．９６ｍｍ（０，１５６イ
ンチ）（第３図の点Ｊから点に迄非常に迅速に移動する
。

この時点で主制御弁スプールは第２の制御用ばねと接触
する。

パイロット弁スプール１６が０．７９ Ｗｔｍ （０，
０３１インチ）から約１．８に（０，０フインチ）迄（
点Ｆから点り迄）移動すると、横スロット５０が入口通
路１８にさらに開いてスリフイス４６を通る流れを増大
させ、圧力室Ｔ８内のパイロット圧は約３、５ ｋｇ／
ａｒｔ （５０ｐｓｉ ）に増大する。

直列配置した２つのオリフィス４６．５８はパイロット
圧の精密なコントロールを可能とし、横スロット５０が
開き始める時点（点Ｆ）からオリフィス４６が入口通路
１８に完全に開力１れる時点（点Ｄ）迄パイロット圧の
高い上昇率を与える。

圧力室７８内のパイロット圧の上昇はばね率の大きい制
御用ばねを圧縮させ始めかつ主制御弁スプール８２を約
５．６ｍｍ（０，２２インチ）（第３図の点Ｌ）迄移動
させる。

これは調節範囲の始めであり、この時点で主制御弁スプ
ール８２の左端にある計量スロットが図示しない主加圧
流体源に連結された供給通路に対し開き始める。

点Ｊと点りとの間の主制御弁スプールの移動は、供給通
路からの流体の流れが該制御弁スプールにより阻止され
た状態にあるので、死相運動と考えられる。

点り迄のパイロット弁スプールの１．８ｍｍ（０，０フ
インチ）の移動は７、９ｔｔｔｍ（０，３１２インチ）
の全移動量の約１５％から１８％に相当する。

これは、第２図に点線で示したように約１５％から１８
％の手動レバーの移動に対応する。

パイロット弁スプール１６が１．８ｍｍ（０，０フイン
チ）から６．４間（０，２５インチ）迄（点りから点Ｇ
迄）移動されるとき、可変オリフィス５４を通る流体の
流れがオリフィス４６を通る流体の流れに加わり、この
ため圧力室１８に向けられたパイロット圧はパイロット
弁スプールの移動に比例して増大して点Ｇで約１２．３
ｋｇ／ｃｒｔｔ （１７５ｐｓｉ）となる。

その結果主制御弁スプールは点Ｍの約１１．９ｍｍ（０
，４６９インチ）迄移動し、このとき主制御弁スプール
の左端にある環状溝が供給通路に開くので接点Ｍは調節
範囲の終端となる。

点りと点Ｍとの間の調節範囲において主制御弁スプール
に小さい前進率の移動を与えるべく、点りと点Ｇとの間
におけるパイロット圧上昇率は手動レバーの移動に対し
て比較的小さい。

点Ｍは第２図の点Ｅに対応するパイロット弁手動レバー
調節範囲の終端に相当する。

点りからＧ迄のパイロット弁スプール１６の移動は第２
図の点りからＥ迄の手動レバーの動きに対応し、これは
手動レバーの動きの約６５％に相当する。

パイロット弁スプール１６の移動が約６．４１Ｌ７ＩＬ
（０，２５インチ）を超えると、第２の固定オリフィス
或は通路５８が閉じ、このとき圧力室７８内のパイロッ
ト圧は急激に上昇して約２２．８ ｋｇ／ｃｒｉｔ（３
２５ｐｓｉ）の最大圧力（点Ｈ）に到る。

圧力室１８内のパイロット圧の急激な上昇は主制御弁ス
プール８２を約１１．’１ｍ（０，４６９インチ）から
全移動量である１ ７．５ｍｍ（０，６８８インチ）迄
（点Ｍから点Ｎ迄）迅速に移動させる。

このパイロット弁スプールが移動している間の大きな圧
力上昇は第２図の点Ｅから点Ｃに対応する手動レバーの
約１６％の移動により得られ、−力点Ｍと点Ｎとの間で
主制御弁スプールに約１／３の丸帯運動を与える。

第２図の実線は上述した構成の公知の弁スプールを利用
した制御手段における手動レバーの移動率と機械の速度
割合との関係を示しており、そこでは機械の全速度割合
範囲に亘る制御が行われるのは手動レバー移動率の中は
ゾ真中の１／３の範囲である。

すなわち従来の弁は機械の運動が始まる前に零からその
全運動の約３３％（点Ａ）まで移動しなければならない
。

従って調節範囲は機械が動き始める３３％から機械の運
動速度が１００％に達するレバー運動の約６６％（点Ｂ
）までにわたっている。

この点Ｂから１００％（点Ｃ）までの弁の動きは機械の
運動速度の増加を伴うことなしにより多くの妨害されな
い流体の流れが付与される死相運動域をカバーする。

一方上述したように本発明によるパイ田ント制御弁を用
いた場合が破線で示してあり、この破線で示すように前
記丸帯運動は僅か約１５〜１８％（点Ｄ）まで拡がり、
この点で調節が開始し全運動の８０〜８５％（点Ｅ）付
近までわたっている。

従って、本発明によりパイロット弁を使用すると、制御
レバーの丸帯運動を減少する利点を有し、それと同時に
調節範囲をレバー運動の６５％の付近まで拡げる。

再び第３図を参照すると、制御スプールの移動量に比較
した場合のパイロットスプールの移動量が示してあり、
これらは共にパイロット圧力に対してグラフ化されてい
る。

この図からはまたパイロットスプールの移動による制御
スプールの移動量の倍数を読み取ることができる。

これら２つのグラフを比較すると、本発明によるパイロ
ット系統の利点が図面から判る。

パイロット弁スプールと主制御弁スプールとの相対位置
及び主弁スプールを所定位置へ移動するパイロット圧力
は第３図のグラフの曲線と座標との間で垂直線と水平線
を単に投影することによって所定位置に対し測定するこ
とができる。

例えば、１インチの１／１０のパイロット弁スプールの
移動量に対する主制御弁スプールの移動量を測定するた
めに、まず水平軸線上の２．５４１！！７１（０，１０
インチ）の位置から垂直線をパイロット弁スプールの破
線の曲線に交叉するまで上方へ描く。

次いでこの交点から水平線を主弁スプールの実線曲線に
交叉するまで右方へ描く。

更にその交点から垂直線をグラフの水平軸線と交叉する
まで下方に描き、該水平軸線上の交点より主弁スプール
がパイロット弁スプールの２．５４ｍｍ（０，１インチ
）の移動に対し約６．６ｍｍ（０，２６インチ）移動し
ていることが測定される。

これらの曲線の間の水平線を垂直軸線まで引き延ばすこ
とによって主弁スプールを６．６ｍｍ（０，２６インチ
）移動するためのパイロット圧力の量は約４９２．１９
／ｆｆ１（７０ＰＳＩ）であることが求められる。

上記説明から判ることであるが、主制御弁の調節範囲を
拡げその死相を減少するために段階的な調節された制御
を行う手段を有する新規なパイロット制御弁装置が提供
される。

本発明によれば、パイロット圧力が急激に上昇して主制
御弁を非作用位置、即ち丸帯位置を通って調節が開始す
る点へ変位し、この調節開始点で圧力上昇はパイロット
弁の長い運動範囲にわたって徐々に増加して主弁スプー
ルに広範囲の調節制御を与える。

調節範囲を越えると、パイロット圧力は再び急速に上昇
して主制御弁を急速にその全開位置へ変位する。

本発明を１つの特定の実施例に関してのべたが、本発明
の精神及び範囲から逸脱することなく本発明の部品の構
造及び配列において種々の変形を行うことができること
は理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したパイロット制御弁の概略説明
図、第２図は制御運動に対する機械速度のグラフ、第３
図は弁スプールの移動量に対するパイロット圧力のグラ
フである。 １０・・・・・・パイロット弁、１２・・・・・・ハウ
ジング、１３．１４’・・・・・・円筒孔、１６．１６
’・・・・・・制御スプール、１８・・・・・・入口通
路、２０・・・・・・ポンプ、２２゜２４・・・・・・
戻り通路、２８，２８’、３０，３０’・・・・・・パ
イロット制御通路、３２ 、３４ 、３２’、 ３４’
・・・・・・環状溝、４６．４６’・・・・・・第１の
固定オリフィス、４８．４８’・・・・・・第２の固定
オリフィス、５０゜５２・・・・・・横スロット、５４
，５６・・・・・・可変オリフィス、７２・・・・・・
主制御弁、８２・・・・・・主制御スプール。 １９９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータを運転する流体を制御する主制御弁スプール
   と、加圧されたパイロット制御流体源と、前記主制御弁
   スプールを動作するため前記パイロット流体を導くよう
   に動作するパイロット制御弁とを包含し、前記パイロッ
   ト制御弁は環状溝から突出領域に亘って伸びている軸方
   向の固定オリフィスと、該環状溝から突出領域に亘って
   伸びている可変オリフィスとを有し、該固定オリフィス
   と可変オリフィスとは入口通路からパイロット制御通路
   へパイロット流体を連通させるべく作動する調節手段を
   形成しており、前記環状溝はパイロット制御通路と連通
   しておりかつ前記突出領域は入口通路に面しており、前
   記パイロット制御弁は主制御弁スプールを死帯範囲を通
   して加速運動させるべく前記固定オリフィスが主制御弁
   に加圧流体を供給する第１の位置と、調節範囲に亘り主
   制御弁スプールをパイロット弁の移動に関してはゾ比例
   運動させるべく前記固定オリフィスによる供給に加わえ
   て前記可変オリフィスがパイロット流体を主制御弁に調
   節可能に供給する可変位置とに移動可能な弁装置。