JPS6143228B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流体制御装置、さらに詳しくはクロ
ーズドセンタ型流体制御装置に関する。 以下に述べる説明から、この発明は多くの型式
のクローズドセンタ流体制御装置に用いられる
が、特に静水圧式動力操向システムのクローズド
センタ型操向制御弁と共に用いた場合に有利であ
り、この明細書もこの型式について述べる。 エネルギの有効な利用が増大するという点で、
クローズドセンタ型操向制御弁即ち中立位置にお
いて入口流を阻止する型式のものが普及してき
た。クローズドセンタ操向制御弁は、可変容積型
ポンプ（圧力補償型あるいは圧力および流量補償
型）の使用を可能にし、このポンプは圧力流体に
対する要求がない場合に待機状態で動作でき、こ
れによつてポンプによつて消費された入力を可成
り減少できる。 特に自動車用装置において、１つのシステム内
で静水圧動力操向回路と種々の他の油圧装置たと
えばクレーン、掘削機、前端積込機などのための
補助回路とを組合わせることは通常の方法であ
り、これらのあるものは操向回路と同時に用いら
れ、あるものは用いられていない。 クローズドセンタ操向制御弁の使用と関連して
生ずる問題点は、油圧回路の循環作動流体の温度
に対する操向制御弁自身の温度に関する。 もし油圧回路で加圧が起り、かなり高い流速で
動作するならば、循環する作動油の温度が数分以
内に操向制御弁の温度以上約50〓に上昇すること
が判明した。操向制御弁が開かれるとき、操向制
御弁に入る可成り温い作動油は、弁部材をハウジ
ングよりも一層速かに温め、弁部材とハウジング
との間に熱貯留を生じさせる。 従つてこの発明の目的はクローズドセンタ制御
装置、即ち流体制御装置が中立位置にあるあいだ
中、油圧回路の作動油とほぼ同じ温度を維持でき
る操向制御弁のようなクローズドセンタ型流体制
御装置を提供するにある。 さらに詳細な目的は、弁部材の温度の急速な増
加を最小限に止めるため、中立位置にあるときそ
の弁を通して極めて小量の作動油をバイパスに逃
がす流体制御装置を提供するにある。 多くの油圧システムにおいて、単一のポンプが
流量制御弁によつて他の油圧回路と同様に静水圧
式操向システムに圧力流体を供給する。このこと
は米国特許第3455210号を参照されたい。このシ
ステムにおいて、動力操向回路が中立位置にあ
り、かつ他の油圧回路が加圧されているときは、
流量制御弁を通り動力操向回路への漏洩は、一般
に操向制御弁の入口ポートに圧力を生成させる。
このような圧力上昇は望ましくないものと従来か
ら考えられており、その結果操向回路への漏洩を
最小限にする目的で、制御弁においては極度に緊
密な公差を維持することが一般に行われてきた。 従つて、この発明の他の目的は、制御装置が中
立位置にあるとき、その入口ポートにおいて生起
する圧力上昇の傾向を減ずる流体制御装置を提供
し、これによつて組合わされた流量制御弁内の一
層多量の漏洩を許すような流体制御装置を提供す
るにある。 この発明の上記および他の目的は、流体圧力作
動装置用の改良されたクローズドセンタ型流量制
御弁を提供することによつて達成される。この制
御装置は入口ポート、貯槽に接続されるための戻
りポート、および１対の制御ポートをもつハウジ
ングを有する。弁がハウジング内に配置されて中
立位置を占め、この弁は円筒状の中空弁部材を有
し、ハウジングは入口ポートと連通する入口通路
をもち、さらに弁は入口通路と常時連通する第１
流体通路を具備し、第１流体通路は弁の軸方向一
側に配置されている。この弁は中立位置にあると
き流れ面積がゼロである主流量制御オリフイスを
もち、この流量制御オリフイスは弁が中立位置か
ら変位されるにつれて漸次流れ面積を増大し、最
大システム流量を通過し得る最大流れ面積をも
つ。ハウジングは戻りポートと連通する戻り通路
をもち、弁は中空弁部材の軸方向他側にむいて該
部材の内部と、戻り通路とを連通する第２流体通
路をもつている。弁は第１流体通路と中空弁部材
の軸方向一側の内部とを連通するバイパス通路を
もつ。このバイパス通路は弁が中立位置にあると
き最大となる流れ面積をもち、弁が中立位置から
変位されるにつれて流れ面積をゼロに減ずる。バ
イパスオリフイスが最大流れ面積のとき、バイパ
ス通路は最大システム流量の約５％以下の流量を
通過し得る。 図面に示す実施例は必ずしもこの発明を限定す
るものではなく、第１図はこの発明を有効に用い
ることができる簡単な油圧回路の概略図である。
この回路は静水圧式動力操向システム１１および
簡単化のため単に可変オリフイス１３として示さ
れている補助回路を有する。システム１１及びオ
リフイス１３には流量・圧力補償可変容積型ポン
プ１５によつて所要に応じて圧力流体が供給さ
れ、このポンプの補償部は箱型囲枠で示され、そ
の動作が当業界では公知であり、しかもこの発明
の部分を形成しない。 可変容積型ポンプ１５からの出力流は流量制御
弁１７に入るが、この弁は前記の米国特許第
3455210号に示された型式のものである。流量制
御弁１７からの出力はクローズドセンタ型操向制
御弁１９に送られ、操向制御弁１９は第２図にそ
の断面を示す。操向制御弁１９は入口流体を操向
ハンドルＷの回転に応答して動力操向シリンダ２
１の右端または左端に向ける。第１図に概示され
た操向制御弁１９の詳細は第２図乃至第５図の後
述説明と関連して説明される。 本文では簡単に述べるだけの操向制御弁１９
は、米国特許第3801239号および第3819307号を参
照することによつて、その一層の詳細を知りかつ
その動作をさらによく理解できる。操向制御弁１
９はハウジング２３、ポート板２５、検量部２
７、端板２９を含む数部分をもつている。これら
の部分はハウジング２３とねじ係合する複数のボ
ルト３１によつて緊密な封止係合状態で合体保持
されている。 ハウジング２３は、入口ポート３３、戻りポー
ト３５、１対の制御流体ポート（第２図には示さ
れていない）をもち、制御流体ポートは第１図に
示すようにシリンダ２１の両端に接続されてい
る。 第１図に概示された弁がハウジング２３によつ
て形成された弁内孔３７内に回転可能に配置さ
れ、該弁は回転主弁部材を構成するスプール３９
およびこれと協働する相対回転可能な追従弁部材
を構成するスリーブ４１を有する。スプール３９
の前端にはスプール３９と操向ハンドルＷとを直
接機械的に結合する内側スプライン４３が設けら
ている。スプール３９およびスリーブ４１につい
ては次に詳細に説明する。 この実施例における検量部２７は内歯ステータ
４５および外歯ロータ４７を含むゼロータをもつ
ている。ロータ４７は内側スプライン４９を具
え、駆動軸５３の後端に形成された外側スプライ
ン５１とスプライン係合し、駆動軸５３は二又に
分れた前端をもち、スプール３９の１対の円周方
向に細長いピン孔５６を貫通するピン５５によつ
て駆動軸５３とスリーブ４１とを結合させる。よ
つてスプール３９の回転に応答して弁を通つて流
れる圧力流体は、検量部２７に流れてステータ４
５内でロータ４７を軌道運動および回転運動させ
る。ロータ４７のこのような運動によつて駆動軸
５３およびピン５５によつてスリーブ４１の追従
運動を行わせて、操向ハンドルＷの特定の回転速
度に対してスプール３９とスリーブ４１との間の
適切な相対移動を維持する。スプール３９のばね
孔５８を貫通する複数の板ばね５７が、スリーブ
４１をスプール３９に対して中立位置に向けて押
す。 第２図から、圧力流体は入口通路５９によつて
入口ポート３３からスリーブ４１に流通され、一
方戻り流体は戻り通路６１によつてスリーブ４１
から戻りポート３５に流通される。 第３，４図にスプール３９およびスリーブ４１
がさらに詳細に示されている。第３，４図に示す
ように、スプール３９およびスリーブ４１は適正
な相対的軸方向位置、即ちそれぞれの右端表面は
同一平面上にある。そのうえスプール３９および
スリーブ４１は、第１図に略示された中立状態を
両者間で形成するように適当な相対回転位置で示
されている。よつて板ばね５７はスリーブ４１の
前端に形成された向合つて配置された孔６３を通
つて半径方向外方へ突出する。 次に主として第４図において、スリーブ４１は
入口通路５９と常時連通される環状溝６５をもつ
ている。複数のポート６７が溝６５と連通状態に
配置され、該ポート６７は中立位置においては、
スプール３９の外側表面によつて溝との間の流通
を阻止され、これによつてスプール３９―スリー
ブ４１をクローズドセンタ状態にさせる。環状溝
６５に隣接して複数の検量ポート７１が設けら
れ、これらのポート７１はハウジング２３に形成
された複数の軸方向内孔７３によつて、弁と検量
部２７の拡大／収縮容積室との間を通過する。第
４図の検量ポート７１の左方には小さい環状溝７
５が配置され、該環状溝７５はハウジング２３に
設けられた負荷感知ポート（図示されていない）
と連通されているから、１つの負荷圧力信号が操
向制御弁１９によつて流量制御弁１７および可変
容積型ポンプ１５の補償部分に提供される。複数
の負荷感知ポート７７が環状溝７５と連通されて
おり、該ポート７７は現在では公知のように、操
向シリンダ２１における操向負荷をあらわす検量
部２７の下流から１つの圧力信号を流通する。ス
リーブ４１はまた複数の流体ポート７９および流
体ポート８１を有し、これらはポート７９がシリ
ンダ２１の一端に検量された流体を流通すると
き、ポート８１がシリンダ２１の他端から戻り流
体を受けるように配置されている。 スリーブ４１はその左端に小径部分８３を有
し、これによつて弁内孔３７とこの小径部分８３
との間に環状通路８５（第２図参照）が形成され
る。小径部分８３は複数の孔８７をもつがその機
能は次に述べる。 第３図において、スプール３９は環状溝８９を
もち、この溝は複数の軸方向溝孔９１と連通して
いる。スプール３９がスリーブ４１に対して中立
位置から移動されると、スリーブ４１のポート６
７はそれぞれ隣接する溝孔９１と協働し始めてそ
れらの間で可変オリフイスを形成し、これら個々
の可変オリフイスの集合したものを第１図におて
主流量制御オリフイス９３として示してある。ゆ
えにここで用いる用語主流量制御オリフイスと
は、単一のオリフイスあるいは複数のオリフイス
の複合体を含むものとする。各溝孔９１はまた検
量ポート７１の１つと連通し、検量部２７から戻
る検量された流体は、別の検量ポート７１を流通
して隣接する軸方向溝孔９５に入り、溝孔９５は
相対回転方向のいかんによつて隣接する流体ポー
ト７９あるいは流体ポート８１のいずれかと連通
する。いずれの場合でも、他のポート７９あるい
は８１を通つてシリンダから戻る流体は、次に各
軸方向溝孔９７を通つて流れ、溝孔９７の左端は
孔８７と連通するから、この戻り流体は環状通路
８５を通り、戻り通路６１を通つて戻りポート３
５に流れ、ここからタンクに流れる（第１図参
照）。 次に第５図において、第３，４図と関連して述
べれば、スリーブ４１はスプール３９およびスリ
ーブ４１の回転軸線にほぼ45゜の角度で向いてい
る第１バイパス通路１０１を具えている。このバ
イパス通路１０１は環状溝６５と常時連通されて
いるから、入口ポート３３からの圧力流体は常に
バイパス通路１０１内にある。スプール３９はス
プール３９の壁を通つて半径方向に向いた第２バ
イパス通路１０３をもつている。第５図に示すよ
うに、バイパス通路１０３はその右端と隣接する
中空スプール３９の内部と連通し、バイパス通路
１０１，１０３はスプール３９とスリーブ４１の
界面において可変バイパスオリフイス１０５（第
１図に略示する）を形成する。バイパス通路１０
１，１０３を通つて流れる流体はスプール３９に
入り（第５図の矢印参照）、次いでスプール３９
の内部を軸方向（第２，５図の左方）に流れてそ
の反対端に向う。次にこのバイパス流体はピン孔
５６（各ピン孔５６は溝孔９７と連通する）およ
びばね孔５８から半径方向外方へ流れる。次い
で、バイパス流は孔８７、環状通路８５、戻り通
路６１および最後には戻りポート３５を通つて連
続して外方へ流れる。 入口ポート３３と戻りポート３５との間を連通
するバイパス通路１０１，１０３は、バイパスオ
リフイス１０５を通つて流れるバイパス流の量
が、油圧回路の温度にかなり接近した温度にほぼ
操向制御弁１９を維持し得る最小の流量を有する
から、この発明の操向制御弁をオープンセンタ型
制御器にさせないことが当業者に理解されるであ
ろう。一般にこのバイパス流は最大システム流、
即ち主流量制御オリフイス９３がその最大流量面
積にあるとき、静水圧式動力操向回路１１を通る
流れの約５％以下でなければならない。バオパス
流を発生する際に、それ以上の全システム流れ能
力が必要以上にシステムから分けられることがな
いように、ポンプによる過度の動力消費を避ける
ためにバイパス流を最小ならしめることが重要で
ある。 流れ面積対弁変位（スプールとスリーブとの間
の相対回転角度）関係を示す第６図のグラフにお
いて、この実施例では、バイパスオリフイス１０
５は中立位置において0.5gpm（0.88pm）のバ
イパス流を許し、一方主流量制御オリフイス９３
は最大弁変位状態で、15gpm（54.5pm）の操
向制御弁１９を通る流れを許すことが判る。ゆえ
にこの発明が適用される典型的な市販用操向制御
弁においては、約0.25gpm（0.94pm）乃至
0.50gpm（1.88pm）の範囲のバイパス流で過
剰および無駄をせずに熱の貯留を十分に防ぎ得る
ことが判明した。 この発明の他の重要な特色は、バイパスオリフ
イス１０５の閉じと主流量制御オリフイス９３の
開きのタイミングである。典型的な操向制御弁に
おいて、主流量制御オリフイス９３は中立位置か
ら２゜と６゜との間のある位置で開き始め、さら
にスプール３９およびスリーブ４１が中立位置か
ら少くとも約８゜、しばしば15゜あるいは20゜相
対変位したのち最大オリフイス面積に達する。ス
プール３９およびスリーブ４１は中立位置から変
位されるとき、主流量制御オリフイス９３が開き
始めるとすぐに操向制御弁１９を通る正規の操向
流はその温度が満足に維持されるから、弁の温度
を維持するにはバイパス流は少くてよいことが当
業者には予想できる。さらに、入口ポート３３に
流入するすべての流れが操向機能を遂行するのに
利用できるように操向流に要求される場合、バイ
パス流をなくすことが望ましい。これに反し少く
とも小量の流れが弁変位の全範囲に亘つて許さ
れ、かつ流れが一時的に阻止されることによつて
起る圧力ピークを生じないために、バイパスオリ
フイス１０５が主流量制御オリフイス９３が開き
始める前に閉じないことが望ましい。従つてスプ
ール３９およびスリーブ４１が約３゜乃至６゜の
範囲で中立位置から変位するとき、バイパスオリ
フイス１０５の閉じが起るべきであり、この実施
例において、主流量制御オリフイス９３は弁変位
３゜において開き始め、バイパスオリフイス１０
５は弁変位約４゜において閉じ終る。 下記の表はこの発明によるバイパス流の有利な
効果を示すために記入されたものである。制御圧
力欄は流量制御オリフイス９３にかかる概略の圧
力降下を示し、温度流体欄は油圧回路における流
体温度、またSCU欄は操向制御弁１９の温度を
示す。温度の読みは定常温度状態と考え得る状態
の下で動作後数分経つてからとられた。 これらの資料は制御圧力によつて２つの群に分
けられ、各群に対して各群中のこの発明に利用し
ない１例（即ちゼロバイパス流）を除き、温度差
は極めて低く満足できるものであつた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によつて造られた流体制御装
置を含む簡単な油圧回路の概要図、第２図はこの
発明の実施例の縦断正面図、第３図は同上の一部
の正面図、第４図は第２図のものの他の一部の正
面図、第５図は第３，４図のものの組合つた状態
の一部を示す断面図、第６図は第１図の幾つかの
オリフイスについての流量対弁変位の関係を示す
グラフである。 １１…静水圧動力操向システム、１５…可変容
積型ポンプ、１７…流量制御弁、１９…操向制御
弁、２１…動力操向シリンダ、２３…ハウジン
グ、２７…流体検量部、３３…入口ポート、３５
…戻りポート、３９…スプール、４１…スリー
ブ、４５…内歯ステータ、４７…外歯ロータ、５
３…駆動軸、５９…入口通路、６１…戻り通路、
６５…環状溝、６７…ポート、７１…検量ポー
ト、８１…流体ポート、９１…溝孔、９３…主流
量制御オリフイス、９７…軸方向溝孔、１０１…
第１バイパス通路、１０３…第２バイパス通路、
１０５…バイパスオリフイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a)入口ポート、貯槽に接続されるための戻り
   ポート、および流体圧力作動装置に接続される１
   対の制御ポートをもつハウジングと、 (b)ハウジング内に配置されて中立位置を占め、か
   つ円筒状の中空弁部材からなる弁とを有し、 (c)ハウジングは入口ポートと連通している入口通
   路をもち、弁は入口通路と常時流通する第１流体
   通路をもち、第１流体通路は弁の軸方向一側に配
   置され、(d)弁は中立位置にあるとき、流れ面積が
   ゼロである可変主流量制御オリフイスをもち、こ
   の主流量制御オリフイスは弁が中立位置から変位
   されるにつれて漸次増大する流れ面積と、最大シ
   ステム流量を通過させる最大流れ面積とをもち、
   (e)ハウジングは戻りポートと連通する戻り通路を
   もち、弁は軸方向他側において、弁の内部と戻り
   通路との間で常時連通状態にある第２流体通路を
   もち、(f)弁は軸方向一側において、第１流体通路
   と弁の内部とを連通するバイパス通路をもち、こ
   のバイパス通路は弁が中立位置にあるとき最大と
   なり、弁が中立位置から変位されるにつれて漸次
   ゼロに向つて減少する流れ面積をもつバイパスオ
   リフイスをもち、(g)バイパスオリフイスが最大流
   れ面積にあるとき、バイパス通路が最大システム
   流量の約５パーセントを超えない流量を流すこと
   ができるようになつていることを特徴とするクロ
   ーズドセンタ型流量制御装置。 ２ 前記中空弁部材が回転主弁部材およびこれと
   協働して相対回転する追従弁部材とからなり、主
   弁部材および追従弁部材が相互で中立位置を占め
   るようになつている特許請求の範囲第１項に記載
   のクローズドセンタ型流量制御装置。 ３ 前記主流量制御オリフイスが主弁部材と追従
   弁部材との界面に形成され、流量制御オリフイス
   の流れ面積が主弁部材と追従弁部材の相対回転に
   よつて変化するようになつている特許請求の範囲
   第２項に記載のクローズドセンタ型流量制御装
   置。 ４ 前記主流量制御オリフイスが、主弁部材およ
   び追従弁部材が少くとも８゜だけ中立位置から相
   対的に変位されたときに最大流れ面積をもつよう
   になつている特許請求の範囲第３項に記載のクロ
   ーズドセンタ型流量制御装置。 ５ 前記主流量制御オリフイスが、主弁部材およ
   び追従弁部材が中立位置から約２゜乃至約６゜の
   範囲で相対的に変位されたときに開き始めるよう
   になつている特許請求の範囲第４項に記載のクロ
   ーズドセンタ型流量制御装置。 ６ 前記バイパスオリフイスが主弁部材と追従弁
   部材の界面に形成され、主弁部材および追従弁部
   材が中立位置から約３゜乃至約６゜の範囲で相対
   的に変位されたとき、流れ面積がゼロに減ずるよ
   うになつている特許請求の範囲第５項に記載のク
   ローズドセンタ型流量制御装置。 ７ 前記追従弁部材は、入口通路と連通する環状
   溝を外側表面上にもち、またこの環状溝と主弁部
   材との間を連通する複数のポートをももつている
   特許請求の範囲第２項に記載のクローズドセンタ
   型流量制御装置。 ８ 前記バイパス通路が、追従弁部材に形成され
   て回転軸線に対して傾斜し、かつ環状溝と追従弁
   部材の内部とを連通する少くとも１つの第１バイ
   パス通路と、主弁部材に形成されて第１バイパス
   通路と主弁部材の内部とを連通する第２バイパス
   通路とをもつている特許請求の範囲第７項に記載
   のクローズドセンタ型流量制御装置。 ９ (a)入口ポート、貯槽に接続されるための戻り
   ポート、および流体圧力作動装置に接続される１
   対の制御ポートをもつハウジングと、(b)ハウジン
   グ内に配置されて回転主弁部材、およびこれと協
   働して相対回転する追従弁部材とからなり、両弁
   部材が相互間で中立位置を占め、主弁部材が円筒
   状でかつ中空である弁とを有し、(c)ハウジングは
   入口ポートと連通している入口通路をもち、主弁
   部材および追従弁部材は協働して入口通路と常時
   連通する第１流体通路を形成し、(d)第１流体通路
   は主弁部材および追従弁部材が中立位置にあると
   き、流れ面積がゼロである可変主流量制御オリフ
   イスをもち、この主流量制御オリフイスの流れ面
   積が主弁部材および追従弁部材が中立位置から変
   位するにつれて漸次増加して、最大システム流量
   を通すことができる最大となり、(e)ハウジングは
   戻りポートと連通する戻り通路をもち、主弁部材
   および追従弁部材は協働して主弁部材の内部と戻
   り通路との間を常時連通する第２流体通路を形成
   し、(f)主弁部材および追従弁部材が協働して第１
   流体通路と主弁部材の内部とを連通するバイパス
   通路を形成し、このバイパス通路が主弁部材と追
   従弁部材との界面に形成された可変バイパスオリ
   フイスをもち、このバイパスオリフイスが主弁部
   材および追従弁部材が中立位置にあるとき最大の
   流れ面積をもち、この流れ面積が主弁部材および
   追従弁部材が中立位置から変位するにつれてゼロ
   に向つて漸次に減少し、バイパス通路が約
   0.25gpm（0.94pm）乃至約0.5gpm（1.88
   pm）の範囲で流通を許すようになつていること
   を特徴とするクローズドセンタ型流量制御装置。