(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポペット弁の一端にそのストローク位置に応じて油圧源とアクチュエータを連通する通路断面積を変化させる弁体部を形成し、ポペット弁の他端によってポペット弁が閉弁方向に変位するときに拡大する第二パイロット室を画成し、第二パイロット室を油圧源とタンク側に選択的に連通する弁手段を備え、ポペット弁の外周に形成された第一段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大する第一パイロット室を画成し、第一パイロット室を油圧源に連通する回路を配設し、ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングを介装し、ポペット弁の外周に形成された第二段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大するドレン室を画成し、ドレン室をタンク側に連通する回路を配設したことを特徴とする油圧制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、産業用機械や建設用機械等に用いられる油圧制御弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成型機やプレス機械等の産業用機械や掘削機やクレーン等の建設用機械に用いられる従来の油圧制御弁として、例えば図５に示すようなものがある。
【０００３】
これについて説明すると、油圧ポンプ１１と油圧シリンダ１３を結ぶ油圧通路１２の途中に油圧制御弁１０が介装される。この油圧制御弁１０の制御装置は、ポペット弁２０のストローク位置によって決まる油圧通路１２の開口断面積を制御し、このときのポペット弁２０の上流側と下流側の圧力差から、油圧シリンダ１３に送られる作動油の流量を制御したり、あるいはポペット弁２０の下流の圧力を検出しながら、目標と一致するように、ポペット弁２０を制御する。
【０００４】
油圧制御弁１０は、筒状をしたハウジング３０の内部に円柱状をしたポペット弁２０が摺動可能に介装される。ハウジング３０は油圧ポンプ１１に連通するポート３１と、油圧シリンダ１３に連通するポート３２とを備える。
【０００５】
ポペット弁２０の外周には段付き部２３が形成される。ポペット弁２０は、直径Ｄ1の大径部２４から、環状の段付き部２３を介して、直径Ｄ2の小径部２７へと縮径して形成される。
【０００６】
ポペット弁２０の第一段付き部２３とハウジング３０の間に、第一パイロット室１が画成される。第一パイロット室１が拡大することにより、ポペット弁２０が開弁方向に変位する。
【０００７】
第一パイロット室１を油圧ポンプ１１に連通する回路１４が配設される。
【０００８】
ポペット弁２０の一端とハウジング３０の間に、第二パイロット室２が画成される。第二パイロット室２が拡大することにより、ポペット弁２０が閉弁方向に変位する。
【０００９】
第二パイロット室２に接続した回路１５は、比例電磁弁７を介して油圧ポンプ１１とタンク１７に選択的に連通される。比例電磁弁７は、第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａと、第二パイロット室２をタンク１７に連通するポジションｂと、第二パイロット室２を閉塞するポジションｃとを備える。
【００１０】
ポペット弁２０を閉方向に付勢するリターンスプリング９が介装される。
【００１１】
比例電磁弁７が、第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａに切換えられると、第二パイロット室２に導かれる油圧Ｐ2が上昇し、第二パイロット室２に発生する油圧力（π／４）Ｄ12×Ｐ2とリターンスプリング９の付勢力Ｆｓの合力がポペット弁２０を閉弁方向に付勢する力となる。
【００１２】
このとき、ポペット弁２０を開弁方向に付勢する力は、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧力と、第一パイロット室１に発生する油圧力の合力である。
【００１３】
ポペット弁２０の全開位置付近において、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧と、第一パイロット室１に導かれる油圧は略等しい値Ｐ1になるとすると、ポペット弁２０に働く力の釣り合い式は、Ｆｓ＋（π／４）Ｄ12×Ｐ2＝（π／４）Ｄ12×Ｐ1 …（２）
として表される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の油圧制御弁１０にあっては、ポペット弁２０の全開位置付近において、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧と、第一パイロット室１に導かれる油圧、および第二パイロット室２に導かれる油圧が略等しくなると、第二パイロット室２に発生する油圧力（π／４）Ｄ12×Ｐ2が、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧力と、第一パイロット室１に発生する油圧力の合力（π／４）Ｄ12×Ｐ1によって相殺され、ポペット弁２０を閉弁方向に駆動する力は、リターンスプリング９の付勢力Ｆｓのみと小さい。
【００１５】
図３はＰ１とＰ２の差圧ΔＰに対する比例電磁弁７を通過する流量ｑの関係を示す特性図である。比例電磁弁７の励磁電流がｉ1，ｉ2，ｉ3と増大するのに伴って流量ｑが増加するが、この流量ｑの増加特性は非線形となっている。
【００１６】
ポペット弁２０を閉弁方向に駆動する力が、リターンスプリング９の付勢力Ｆｓのみと小さい場合、（２）式よりＰ1とＰ2の差圧ΔＰは、ΔＰ＝Ｐ1−Ｐ2＝Ｆｓｐ／（π／４）Ｄ12 …（３）
として表されるから、ΔＰも小さく、したがって比例電磁弁７を通過する流量ｑが少ないので閉方向速度が遅い。
【００１７】
このため、例えばポペット弁２０が開弁された状態から負荷を保持する目的でポペット弁２０を全閉するときに、ポペット弁２０が完全に閉弁するまでに時間がかかり、応答性が悪いという問題点が考えられる。
【００１８】
本発明は上記の問題点に着目し、油圧制御弁において、閉弁作動時の応答性を高めることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ポペット弁の一端にそのストローク位置に応じて油圧源とアクチュエータを連通する通路断面積を変化させる弁体部を形成し、ポペット弁の他端によってポペット弁が閉弁方向に変位するときに拡大する第二パイロット室を画成し、第二パイロット室を油圧源とタンク側に選択的に連通する弁手段を備え、ポペット弁の外周に形成された第一段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大する第一パイロット室を画成し、第一パイロット室を油圧源に連通する回路を配設し、ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングを介装し、ポペット弁の外周に形成された第二段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大するドレン室を画成し、ドレン室をタンク側に連通する回路を配設する。
【００２０】
【作用】
請求項１記載の油圧制御弁は、ポペット弁に、ポペット弁の弁体部に作用する油圧力と第一パイロット室に発生する油圧力が開方向に働くのに対して、弁手段を介して第二パイロット室に発生する油圧力とリターンスプリングの付勢力が閉方向に働く。
【００２１】
弁手段が第二パイロット室をタンク側に連通させると、第二パイロット室に発生する油圧力が低下し、ポペット弁の弁体部に作用する油圧力および第一パイロット室に発生する油圧力の合力により、リターンスプリングの付勢力に対抗して、ポペット弁を開方向に速やかに変位させる。
【００２２】
弁手段が第二パイロット室を油圧源に連通させると、第二パイロット室に発生する油圧力が上昇し、ポペット弁の弁体部に作用する油圧力および第一パイロット室に発生する油圧力の合力に対抗して、ポペット弁を閉方向に変位させる。
【００２３】
ポペット弁の外周に形成された第二段付き部によってドレン室を画成することにより、ポペット弁の弁体部において油圧力が作用する受圧面積が削減され、その分だけポペット弁を閉弁方向に駆動する力を高められる。この結果、弁手段が第二パイロット室を油圧源に連通させて、第二パイロット室に発生する油圧力が上昇した状態において、ポペット弁が閉弁作動する速度を高められ、ポペット弁の作動応答性を高められる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１、図２に示すように、油圧通路１２は、油圧源として設けられる油圧ポンプ１１と、アクチュエータとして設けられる油圧シリンダ１３を結んでいる。油圧通路１２の途中に介装された油圧制御弁１０は、油圧シリンダ１３に導かれる作動油の圧力と流量を調節する。
【００２６】
油圧制御弁１０は、筒状をしたハウジング３０の内部に円柱状をしたポペット弁２０が摺動可能に介装される。ハウジング３０は油圧ポンプ１１に連通するポート３１と、油圧シリンダ１３に連通するポート３２とを備える。ポート３１はポペット弁２０と同軸上に形成され、ポート３２はこのポート３１と直交して形成される。
【００２７】
ポペット弁２０は、その一端に筒状の弁体部２１が形成され、弁体部２１にはその先端に向けて楔状に開口した切欠き２２が形成される。ポペット弁２０は、その閉弁時に、図２に示すように、弁体部２１がポート３１に嵌合し、油圧通路１２を全閉する。ポペット弁２０はこの全閉位置から開方向に変位するのにしたがって、楔状の切欠き２２がポート３２に開口する断面積が漸次増大し、油圧通路１２の開口断面積を拡大するようになっている。
【００２８】
なお、弁体部２１に例えば複数の穴を形成し、ポペット弁２０はこの全閉位置から開方向に変位するのにしたがって、ポート３２に開口する穴の数が増えるように構成していもよい。
【００２９】
ポペット弁２０の外周には第一段付き部２３が形成される。ポペット弁２０は、直径Ｄ1の大径部２４から、環状の第一段付き部２３を介して、直径Ｄ3の中径部２５へと縮径して形成される。
【００３０】
ポペット弁２０の第一段付き部２３とハウジング３０の間に、第一パイロット室１が画成される。第一パイロット室１が拡大することにより、ポペット弁２０が開弁方向に変位する。
【００３１】
第一パイロット室１を油圧ポンプ１１に連通する回路１４が配設される。
【００３２】
ポペット弁２０の一端とハウジング３０の間に、第二パイロット室２が画成される。第二パイロット室２が拡大することにより、ポペット弁２０が閉弁方向に変位する。
【００３３】
第二パイロット室２に接続した回路１５は、比例電磁弁７を介して油圧ポンプ１１とタンク１７に選択的に連通する。比例電磁弁７は、第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａと、第二パイロット室２をタンク１７に連通するポジションｂと、第二パイロット室２を閉塞するポジションｃとを備える。
【００３４】
ポペット弁２０の外周には第二段付き部２６が形成される。ポペット弁２０は、直径Ｄ3の中径部２５から、環状の第二段付き部２６を介して、直径Ｄ2の小径部２７へと縮径して形成される。すなわち、ポペット弁２０は、大径部２４、中径部２５、小径部２７と段階的に縮径して形成され、Ｄ1＞Ｄ3＞Ｄ2の寸法関係になっている。
【００３５】
ポペット弁２０の第二段付き部２６とハウジング３０の間に、ドレン室３が画成される。ドレン室３が拡大することにより、ポペット弁２０が開弁方向に変位する。
【００３６】
ドレン室３をタンク１７に連通する回路１６が配設される。
【００３７】
ポペット弁２０を閉方向に付勢するリターンスプリング９が介装される。リターンスプリング９の一端はポペット弁２０に当接し、他端はハウジング３０側に設けられるリテーナによって支持される。
【００３８】
油圧ポンプ１１の作動停止等により、ポンプ吐出圧が低下する場合、比例電磁弁７が第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａに切換わると、ポペット弁２０はリターンスプリング９の付勢力によって閉弁作動する。
【００３９】
ポペット弁２０のストローク位置を検出する変位センサ４１が設けられる。ポペット弁２０の弁体部２１より上流側と下流側の圧力をそれぞれ検出する２つの圧力センサが設けられる。制御装置は、油圧制御弁により流量と圧力を選択的に制御する。
【００４０】
流量制御時は、ポペット弁２０のストローク位置によって決まる油圧通路１２の開口断面積を制御し、ポペット弁２０の上流側と下流側の検出圧力から油圧シリンダ１３に送られる作動油の流量を目標値に一致させる。
【００４１】
また、圧力制御時は、検出した下流圧力が目標と一致するように、ポペット弁２０の位置を制御する。
【００４２】
比例電磁弁７が、第二パイロット室２をタンク１７に連通するポジションｂに切換えられると、第二パイロット室２に導かれる圧力Ｐ2は低下し、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧力と、第一パイロット室１に発生する油圧力の合力により、ポペット弁２０はリターンスプリング９を圧縮しながら速やかに開方向に変位する。これにより、油圧通路１２の開口断面積を大きくし、油圧シリンダ１３に送られる油圧力または作動油の流量を増大する。
【００４３】
比例電磁弁７が、第二パイロット室２を閉塞するポジションｃに切換えられると、ポペット弁２０のストローク変位が停止される。
【００４４】
比例電磁弁７が、第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａに切換えられると、第二パイロット室２に導かれる油圧Ｐ2が上昇し、第二パイロット室２に発生する油圧力（π／４）Ｄ12×Ｐ2とリターンスプリング９の付勢力Ｆｓの合力がポペット弁２０を閉弁方向に付勢する力となる。
【００４５】
このとき、ポペット弁２０を開弁方向に付勢する力は、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧力と、第一パイロット室１に発生する油圧力と、ドレン室３の油圧力との合力である。
【００４６】
ポペット弁２０の全開位置付近において、ポペット弁２０の弁体部２１に作用する油圧と、第一パイロット室１に導かれる油圧は略等しい値Ｐ1になるものとし、またドレン室３の圧力をゲージ圧で０とすると、ポペット弁２０に働く力の釣り合い式は、Ｆｓ＋（π／４）Ｄ12×Ｐ2＝（π／４）｛Ｄ12−（Ｄ32−Ｄ22）｝×Ｐ1…（１）として表される。
【００４７】
従来装置におけるポペット弁２０に働く力の釣り合い式（２）に比べて、ポペット弁２０を閉方向に付勢する力は、（π／４）（Ｄ32−Ｄ22）×Ｐ1だけ大きくなる。
【００４８】
すなわち、ポペット弁２０の外周に形成された第二段付き部２６によってドレン室３を画成することにより、ポペット弁２０の弁体部２１において油圧力が作用する受圧面積は第二段付き部２６に相当する分が削減され、その分だけポペット弁２０を閉弁方向に駆動する力を高められる。
【００４９】
図３はＰ１とＰ２の差圧ΔＰに対する比例電磁弁７を通過する流量ｑの関係を示す特性図である。比例電磁弁７の励磁電流がｉ1，ｉ2，ｉ3と増大するのに伴って流量ｑが増加するが、この流量ｑの増加特性は非線形となっている。比例電磁弁７が、第二パイロット室２を油圧ポンプ１１に連通するポジションａに切換えられた状態で、比例電磁弁７を通過する流量ｑが、Ｐ１とＰ２の差圧ΔＰが大きくなることにより増大し、ポペット弁２０が閉弁作動する速度を高められ、ポペット弁２０の作動応答性を高められる。
【００５０】
次に、図４に示す他の実施例について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を用いて説明する。
【００５１】
ポペット弁２０の外周には第一段付き部２３と第二段付き部２６がそれぞれ形成される。ポペット弁２０は、直径Ｄ1の大径部２４から、環状の第一段付き部２３を介して、直径Ｄ3の中径部２５へと縮径し、中径部２５から、環状の第二段付き部２６を介して、直径Ｄ2の小径部２７へと縮径して形成される。すなわち、ポペット弁２０は、大径部２４、中径部２５、小径部２７と段階的に縮径して形成され、Ｄ1＞Ｄ3＞Ｄ2の寸法関係になっている。
【００５２】
第一段付き部２３とハウジング３０の間に、ドレン室３が画成される。ドレン室３が拡大することにより、ポペット弁２０が開弁方向に変位する。ドレン室３をタンク１７に連通する回路１６が配設される。
【００５３】
第二段付き部２６とハウジング３０の間に、第一パイロット室１が画成される。第一パイロット室１が拡大することにより、ポペット弁２０が開弁方向に変位する。第一パイロット室１を油圧ポンプ１１に連通する回路１４が配設される。
【００５４】
この場合、ポペット弁２０の外周に形成された第一段付き部２３によってドレン室３を画成することにより、ポペット弁２０の弁体部２１において油圧力が作用する受圧面積は第二段付き部２６に相当する分が削減され、その分だけポペット弁２０を閉弁方向に駆動する力を高められる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明は、ポペット弁の一端にそのストローク位置に応じて油圧源とアクチュエータを連通する通路断面積を変化させる弁体部を形成し、ポペット弁の他端によってポペット弁が閉弁方向に変位するときに拡大する第二パイロット室を画成し、第二パイロット室を油圧源とタンク側に選択的に連通する弁手段を備え、ポペット弁の外周に形成された第一段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大する第一パイロット室を画成し、第一パイロット室を油圧源に連通する回路を配設し、ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングを介装し、ポペット弁の外周に形成された第二段付き部によってポペット弁が開弁方向に変位するときに拡大するドレン室を画成し、ドレン室をタンク側に連通する回路を配設したため、段付き部によってドレン室を画成する分だけポペット弁を閉弁方向に駆動する力を高められ、ポペット弁が閉弁作動する応答性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す油圧制御弁の構成図。
【図２】同じく油圧制御弁の断面図。
【図３】同じく油圧制御弁の流量特性図。
【図４】他の実施例を示す油圧制御弁の構成図。
【図５】従来例を示す油圧制御弁の構成図。
【符号の説明】
１ 第一パイロット室
２ 第二パイロット室
３ ドレン室
７ 比例電磁弁
９ リターンスプリング
１１ 油圧ポンプ
１２ 油圧通路
１３ 油圧シリンダ
１４ 回路
１５ 回路
１７ タンク
２０ ポペット弁
２１ 弁体部
２６ 第二段付き部
３０ ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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