WO2000008341A1 - Flow dividing valve - Google Patents

Description

明細書

分流弁

技術分野

本発明は分流弁、 さらに詳しくは、 入口ポートの流量を複数個の出口ポートに 分けて流す流量比率を、 自在に設定することができる分流弁に関する。

背景技術

分流弁は、 入口ポートの流量を複数個の出口ポートに出口ポートそれぞれの圧 力のいかんに拘らず所定の流量比率で分流することができる。 したがって、 1個 の油圧ポンプで複数系統の油圧ァクチユエータに安定した流量を供給することが できるから、 回路を簡素化することができ、 また装置のコス トを低減することが できる。 この分流弁は、 例えば建設機械において、 油圧ァクチユエータを有する 作業装置および作業装置に取り付けられたァタツチメン トを、 1個の油圧ポンプ の吐出油で作動させるときに用いられる。

図 3を参照して説明すると、 全体を番号 2 Gで示す分流弁は、 弁ボデー 2 2に 揷入された流量制御スプール 2 4と、 弁ポデ— 3 の入口ポ一ト Pにつながる流 路に設けられ絞りを形成するニードル 2 6とを備えている。 流量制御スプール 2 4は、 弁ボデー 2 2に形成されたスプール摺動孔 2 2 aに摺動自在に挿入され、 流量制御スプール 2 4の一端側 （図 3において左端側） に配設された圧縮スプリ ング 2 5により他端側に押し付けられて位置付けられている。 スプール摺動孔 2 2 aには、 入口ポート P、 出口ポート Aおよび出口ポート Bがそれぞれ連通して いる。 入口ポー ト Pの流量は、 一部は二—ドル 2 6および流量制御スプール 2 4 を介して出口ポート Bに流れ、 残りは流量制御スプール 2 4を介して出口ポート Aに流れる。 ニードル 2 6の上流と下流では絞り効果により圧力差が発生する。 下流側の圧力は流量制御スプール 2 4の圧縮スプリング 2 5が配設された端に、 上流側の圧力は流量制御スプール 2 4の他端にそれぞれ導かれている。 ニードル 2 6は雄ねじ 2 6 aにより弁ポデ一 2 2に取り付けられている。 ニードル 2 6の ねじ込み量を調整することにより、 絞りの大きさ （開度） が調整される。 ねじ込 み量の調整されたニードル 2 6はロックナッ ト 2 6 bにより固定される。

流量制御スプール 2 4は、 ニードル 2 6の絞り開度によって決まる上流と下流 W の圧力差によってスプール摺動孔 2 2 aの中で摺動され、 出口ポ—ト Aおよび出 口ポート Bへの開口、 それによる流量が調整され分流される。 出口ポート Aおよ び出口ポート Bの圧力が変化した場合は、 流量制御スプール 2 4を通るそれぞれ のポートへの流量が流量制御スプール 2 4を通過する前後の圧力差の変化で変わ るから、 ニードル 2 6に流れる流量も変化し、 ニードル 2 6の上流と下流の圧力 差も変わる。 この圧力差の変化に応じて流量制御スプール 2 4は、 出口ポート A および出口ポ—ト Bの圧力が変化しても、 所定の流量比率を維持するように摺動 する。 したがって、 出口ポート Aおよび出口ポート Bの流量比率はニードル 2 6 の絞り開度によって決められる。

発明の開示

上述したとおりの形態の従来の分流弁には、 次のとおりの解決すべき間題があ つた。 すなわち、 流量比率の設定は、 手動でニードルの開度を調整する構造のた め、 例えばオペレータの意志通りに操作レバ一の操作量に応じて瞬時に任意の設 定にすることができない。 そこで、 流量比率の設定を瞬時に変えられる分流弁が 望まれていた。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、 その技術的課題は、 入口ポートの 流量を複数個の出口ポートに分流する流量比率を、 瞬時にかつ連続的に設定する ことができる分流弁を提供することである。

本発明によれば、 上記技術的課題を解決するために、 入口ポートの流量を出口 ポートの圧力のいかんに拘らず複数個の出口ポ—トに分けて流す分流弁において 、 該入口ポートの流量を所定の流量比率に分流する流量制御スプールと、 該流量 比率を設定して該流量制御スプールを制御する流量比率設定スプールとを備え、 該流量比率設定スプールを外部からの制御信号によつて操作する、 ことを特徴と する分流弁が提供される。

そして、 流量制御スプールを制御する流量比率設定スプールを制御信号により 操作して流量比率を設定する。

好適実施形態においては、 該流量比率を連続的に任意の比率に設定することが できる。 また、 該制御信号にパイロッ ト油圧が用いられる。 さらに、 該流量比率 設定スプールは、 該制御信号により調整される可変絞りを備えている。 そして、 制御信号によって流量比率を瞬時にかつ連続的に任意の比率に設定す る。 流量比率は制御信号であるパイロッ ト油圧の大きさに応じて瞬時に設定され る。 さらに、 流量比率は制御信号により調整される可変絞りの絞りの大きさによ り設定される。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に従って構成された分流弁の断面図。

図 2は、 流量比率設定スプールの可変絞りを、 スプール摺動ス トロークと開口 面積の関係で示した特性線図。

図 3は、 従来の分流弁の断面図。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明に従って構成された分流弁の好適実施形態を図示している添付図 面を参照して、 さらに詳細に説明する。

図 1を参照して説明すると、 全体を番号 2で示す分流弁は、 弁ボデ一 4に、 流 量制御スプール 6および流量比率設定スプール 8を備えている。

弁ボデー 4は、 流量制御スプール 6が摺動自在に挿入される軸線方向に延びた スプール摺動孔 7および流量比率設定スプール 8が摺動自在に挿入される軸線方 向に延びたスプール摺動孔 9を備えている。 弁ポデー 4はさらに、 弁ボデー 4の 外からスプ一ル摺勤孔 7およびスプ一ル摺動孔 8に連通する入口ポート P、 スプ —ル摺動孔 7に連通する出口ポート Aおよび出口ポ一ト Bを備えている。 スプ一 ル摺動孔 7の一端 （図 1において左端） にはスプール摺動孔 7よりも大径に形成 された油室 7 aが、 またスプール摺動孔 9の一端 （図 1において左端） にはスプ ール摺動孔 9よりも大径に形成された油室 9 aが備えられている。 スプール摺動 孔 7およびスプール摺動孔 9の間は、 油路 4 aにより結ばれている。 油路 4 aは また、 油路 4 bにより油室 7 aに結ばれている。 油室 9 aは、 油路 4 cにより ド レーンに開放されている。

スプール摺動孔 7およびスプール摺動孔 9それぞれの一端 （油室 7 aおよび油 室 9 a側） は弁ボデー 4に取り付けられたカバ— 1 0により、 また他端はそれぞ れ弁ポデ一 4に取り付けられたカバ一 1 2により、 閉じられている。 一方のカバ ― 1 2にはスプール摺動孔 9に連通する信号ポ—ト Sが形成されている。 流量制御スプール 6は、 摺動することにより出口ポート Aおよび出口ポート B との連通を開閉また開口面積を調整する大怪ランド部 6 aを備えている。 流量制 御スプール 6は、 スプール摺動孔 7の一端の油室 7 aに配設された圧縮スプリン グ 1 4によりスプール摺動孔 7の他端のカバー 1 2に押し付けられ位置付けられ ている （図 1に示す状態） 。 この状態において、 大径ランド部 6 aは出口ポート Aとラップ長 だけオーバラップ （閉口） している。 ラップ長 は圧縮スプ リング 1 4を圧縮する方向に流量制御スプール 6を摺動させると減少してアンダ ラップ （開口） 状態になるように形成されている。 また、 大径ランド部 6 aは出 口ポート Bとラップ長 L ₂ だけ了ンダラップ （開口） している。 ラップ長 L ₂ は 圧縮スプリング 1 4を圧縮する方向に流量制御スプール 6を摺動させると減少す るように形成されている。 なお、 ラップ長は く L ₂ の関係になるように形成 されている。 流量制御スプール 6のカバ一 1 2に当接する端部には、 流量制御ス プール 6の外周部に形成される油室 7 bと入口ポート Pとを結ぶ油路 6 bが形成 されている。

流量比率設定スプール 8は、 摺動することにより出口ポート Bにつながる油路 4 aと入口ポ一ト Pとの連通を開閉また開口面積を調整する大径ランド部 8 aお よび大径ランド部 8 aに設けられた複数個のスロッ ト 8 bを備えている。 流量比 率設定スプール 8は、 スプール摺動孔 9の一端の油室 9 aに配設された圧縮スプ リ ング 1 6によりスプール摺動孔 9の他端のカバ一 1 2に押し付けられて位置付 けられている （図 1に示す状態） 。 この状態において、 大径ランド部 8 aのスロ ッ ト 8 bは、 入口ポート Pと油路 4 aとを連通していない。 流量比率設定スプ一 ル 8を圧縮スプリ ング 1 6を圧縮する方向 （図 1において左方） に信号ポー ト S からの制御信号のパイ口ッ ト油圧 （制御信号については後に詳述する） により摺 動させると、 ス πッ ト 8 bは油路 4 aに開口し、 開口面積は摺動量に応じて増加 する。 すなわち、 スロ ッ ト 8 bにより可変絞りが形成されている。 この可変絞り は、 流量比率設定スプール 8の摺動ス トロ一ク L ₃ の増加にともない、 スロ ッ ト 8 bの開口面積 A x が、 図 2に示すように、 零から徐々に増加するように形成さ れている。

流量比率設定スプール 8を摺動させる制御信号として、 信号ポート Sからパイ 口ッ ト油圧 PP が導かれる。 パイ口ッ ト油圧としては、 油圧源の圧油が操作自在 に形成された減圧弁 （図示していない） を介して導かれる。 減圧弁は、 油圧源の 圧油を、 零からその操作量に応じた圧力まで上昇するように減圧して出力するも のであり、 手動操作減圧弁、 あるいは電磁操作減圧弁等が用いられる。

図 1を参照して上述したとおりの分流弁 2の作用を説明する。

制御信号のパイ口ッ ト油圧 PP により流量比率設定スプール 8がその圧力の大 きさに応じた位置に摺動し、 可変絞り 8 bが油路 4 aに開口したときの入力ポー ト Pに流入する流量を G 、 可変絞り 8 bを流れる流量を C 、 可変絞り 8 の 前後の圧力を P i P₂ 、 可変絞り 8 bの開口部面積を A_x とすると、 次の式 （ 1 ) が成り立つ。

流量制御スプール 6の一端のスプリング 1 4が配設された油室 7 aには油路 4 bを介して圧力 P₂ が、 他端の油室 7 bには流量制御スプール 6の油路 6 bを介 して圧力 がそれぞれ負荷される。 このとき流量制御スプール 6の軸線方向の 力のつりあいは次の式 （2) のようになる。

So - P₂ +F= So • P ₁ から F= (P i -P₂ ) - So (2)

でヽ

F ：圧縮スプリ ング 1 4の力

So ：流量制御スプール 6の断面積

流量制御スプール 6が圧縮スプリ ング 1 4を圧縮する方向に 摺動したとき のスプリング力を F, とすると、 次の式 （3) が成り立つ。

= Fo +k · し = ΔΡ ! · So (3)

乙ヽ

Fo ：流量制御スプール 6中立時スプリ ング力

k ： スプリ ング 1 4のばね定数

△ P ₁ ： スロッ ト 8 b前後差圧 （P i — P ₂ )

流量制御スプール 6がスプリング 1 4を圧縮する方向に L ₂ 摺勖するときの差 圧を ΔΡ₂ とすると、 次の式 （4) が成り立つ。

F₀ +k - L₂ = AP₂ - So (4) 式 （3) および式 （4) より、 次の式 （5) が成り立つ。

A P ₂ = k (L₂ — L₁ ) /S_Q +AP ₁ =—定 （5) すなわち、 入力ポート Pより流量 Q。 が流入し、 可変絞り 8 bに流れると、 式 (1 ) 〜式 （3) にしたがって、 可変絞り 8 bの前後差圧が ΔΡ。 を越えた瞬間 、 可変絞り 8 bが開き、 出力ポート Bに流れ出す。

流量制御スプール 6の圧縮スプリ ング 1 4を圧縮する方向 （図 1において左方 向） への摺動量を Lとすると、 ≤L≤L₂ の状態で、 流量制御スプール 6の 軸線方向の力のつりあいは次の式 （6) のようになる。

Fo +k · L= (P , —P₂ ) · S。 （6) 出力ポート Aの圧力を P_A 、 出力ポート Bの圧力を P_B とし、 P_A ≤P_B の場 合、 入力ポ一ト Pより流入した流れは圧力の低い出力ポ一ト A側にたくさん流れ ようとし、 逆に出力ポート B側には流れにく くなろうとする。 しかし、 式 （1) より GU が小さくなると （P , — P₂ ) が小さくなるために、 式 （2) より乙が 小さくなる方向、 すなわち L , に近いボイントでつりあうように流量制御スプ一 ル 6が作動する。 したがって、 出力ポート Aへの流量 Q₂ は流量制御スプール 6 により規制される。

逆に P_A > PB の場合、 流れは出力ポート B側にたくさん流れようとし、 出力 ポート A側には流れにく くなろうとするが式 （1 ) より が大きくなると （P ！ - ? 2 ) も大きくなるため、 式 （6) より、 Lが大きくなる方向すなわち L₂ に近いボイ ントでつりあうように流量制御スプール 6が作動する。 したがって、 出力ポート Bへの流量 Ch は流量制御スプール 6により規制される。

したがって、 出力ポート Aおよび出力ポート Bの圧力のいかんに拘わらず式 （ 1) 、 式 （2) 、 式 （4) および式 （5) より、 可変絞り 8 bを流れる流量 は、 次の式 （7) のようになる。

K · A · (ΔΡ i ) ^1/2 く く K · A · (ΔΡ₂ ) ^1/2 (7) すなわち、 可変絞り 8 bを流れる流量 は、 ある一定の値に出力ポート Aお よび出力ポ一ト Bの圧力のいかんに拘らず保たれる。

流量比率設定スプール 8をパイロッ ト油圧 P_P の大きさを制御し変えることに より、 可変絞り 8 bの開口面積 A_x を連続的に変化させて、 圧力補償された流量 P T/JP 03303 を自在に出力ポート Aおよび出力ポート Bより取り出すことができる。

例えば、 建設機械の油圧ショベルのァタ ツチメ ン ト回路に本発明による分流弁 を用い、 出力ポート Bをアタ ッチメ ン ト回路に、 出力ポート Aをを標準作業装置 回路に接続することによって、 標準作業装置回路およびァタツチメント回路の圧 力いかんに拘らずパイ σッ ト圧 Ρ Ρ により制御される、 圧力補償された任意の流 量をそれぞれに供給することができ、 安定した了クチユエ一タの動きを実現する ことができる。

以上、 本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明したが、 本発明は上記の実施 の形態に限定されるものではなく、 本発明の範囲内においてさまざまな変形ある いは修正ができるものである。 例えば、 本実施の形態においては、 流量比率設定 スプールを操作する制御信号にパイロッ ト油圧を用いたが、 電気信号によりソレ ノィ ドを作動させその出力で流量比率設定スプールを操作してもよい。 また、 本 実施の形態においては、 2個の出口ポート （ポート Αおよびポート Β ) の形態が 示されているが、 出口ポートは 2個に限定されるものではない。

本発明に従って構成された分流弁によれば、 入口ポートの流量を複数個の出口 ポートに分流する流量比率を、 瞬時にかつ連続的に設定することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入口ポートの流量を出口ポートの圧力のいかんに拘らず複数個の出口ポート に分けて流す分流弁において、

該入口ポートの流量を所定の流量比率に分流する流量制御スプールと、 該流量 比率を設定して該流量制御スプールを制御する流量比率設定スプールとを備え、 該流量比率設定スプ一ルを外部からの制御信号によつて操作する、 ことを特徴と する分流弁。

2 . 該流量比率を連続的に任意の比率に設定することができる、 請求項 1記載の 分流弁。

3 . 該制御信号にパイロッ ト油圧が用いられる、 請求項 1または 2記載の分流弁

4 . 該流量比率設定スプールは、 該制御信号により調整される可変絞りを備えて いる、 請求項 1から 3までのいずれかに記載の分流弁。