(57)【要約】【課題】本発明は、建設機械のアクチュエータに流れる油量を制御する流量制御弁装置に関し、油路を流れる作動油の量を容易に制御できるようにする。【解決手段】流体が流入する入口１１Ｌと、流体が流出する出口１５Ｌとを有する制御弁本体１と、上記制御弁本体１内に変位自在に設けられ、上記制御弁本体１に対する相対変位量に応じて、上記制御弁本体１を流れる流体を流量制御することが可能な流量制御弁体３と、上記流量制御弁体３内に設けられ、上記流量制御弁体３の上記制御弁本体１に対する相対変位量が所定変位量よりも小さい場合において、上記制御弁本体１に対する上記流量制御弁体３の相対変位量に応じて流体の上記入口１１Ｌでの圧力と上記出口１５Ｌでの圧力との間で生じる圧力変動を補償する圧力補償機構とを具備したことを特徴とする。【選択図】　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する入口と、流体が流出する出口とを有する制御弁本体と、
該制御弁本体内に変位自在に設けられ、該制御弁本体に対する相対変位量に応じて、該制御弁本体を流れる流体を流量制御することが可能な流量制御弁体と、
該流量制御弁体内に設けられ、該流量制御弁体の該制御弁本体に対する相対変位量が所定変位量よりも小さい場合において、該制御弁本体に対する該流量制御弁体の相対変位量に応じて流体の該入口での圧力と該出口での圧力との間で生じる圧力変動を補償する圧力補償機構とを具備した
ことを特徴とする、制御弁装置。
【請求項２】
該流量制御弁体がスプールである
ことを特徴とする、請求項１記載の制御弁装置。
【請求項３】
該スプールのランド部に、該流量制御弁本体に対する該スプールの相対変位量が該所定変位量よりも小さい場合に開口して、該圧力補償機構に流体を導入する孔である流量制御孔が形成されて、
該ランド部に、該流量制御弁本体に対する該スプールの相対変位量が該所定変位量よりも大きい場合に該入口と該出口とを連通させる、流量制御用流路が形成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の制御弁装置。
【請求項４】
流量制御用流路は、該ランド部の外周に形成された切欠き状の溝である
ことを特徴とする、請求項３記載の制御弁装置。
【請求項５】
該圧力補償機構は、該スプールに設けられ、該入口と該出口との間の圧力差に応じて該圧力差が大きいほど小さな開口面積で該入口と該出口との間を連通しうる可変オリフィスを備えている
ことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御弁装置。
【請求項６】
該圧力補償機構は、該スプールに形成された中空内部に同軸配置され該スプールに対して軸方向に相対移動可能な圧力補償スプールと、該圧力補償スプールを軸方向の一方に付勢する付勢手段とを備え、
該圧力補償スプールに、軸方向の他方に該入口側の流体圧を受ける入口側受圧面と、該軸方向一方に該出口側の流体圧を受ける出口側受圧面とが設けられ、
該スプールに、該入口側の流体圧を該入口側受圧面に導入する入口側開口と、該出口側の流体圧を該出口側受圧面に導入する出口側開口とが形成されるとともに、
該圧力補償スプールに、該圧力補償スプールが該軸方向他方へ相対移動するほど該出口側開口の開口面積を減少調整しうるランド部が形成され、
該出口側開口が該ランド部で開口面積を調整される該可変オリフィスとして構成されている
ことを特徴とする、請求項５記載の制御弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械のアクチュエータに流れる油量を制御する制御弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油圧ショベル等の建設機械をはじめとした油圧作動機械には、作動油の給排を制御するためのコントロール弁として様々な制御弁装置がもちいられる。以下、制御弁装置を具体的に説明する。なお、図６及び図７ではボディにかかる部分については稜線を描かず断面を示す図とし、スプールにかかる部分については稜線を描き斜視した図とした。
【０００３】
図６はスプールを用いた制御弁装置の代表的な構成図である。この制御弁装置では、図６に示すようにボディ１内のスプール室２にスプール３が移動可能に嵌入されており、ボディ１の両端にはそれぞれリターンスプリング４Ｌ，４Ｒが装着されている。つまりスプール３の両端部には、それぞればね受け５Ｌ，５Ｒが装着されていて、リターンスプリング４Ｌ，４Ｒは、これらのばね受け５Ｌ，５Ｒとカバー６Ｌ，６Ｒとの間に介装されており、スプール３はこのリターンスプリング４Ｌ，４Ｒによりばね受け５Ｌ，５Ｒを介して軸方向中立位置に支持されている。さらに、カバー６Ｌ，６Ｒの中央にはパイロットポート７Ｌ，７Ｒが形成されており、それぞれカバー６Ｌ，６Ｒ内の油室８Ｌ，８Ｒに連通している。
【０００４】
ボディ１には、油圧ポンプ９の吐出口と配管１０を介して接続された第一のポート（入口ポート）１１Ｌ，１１Ｒと、油圧シリンダ１２の油室１３と配管１４Ｌを介して接続された第二のポート１５Ｌと、油圧シリンダ１２の油室１６と配管１４Ｒを介して接続された第三のポート１５Ｒと、タンク１７と配管１８を介して接続された第四のポート１９と、タンク１７と配管２０Ｌを介して接続された第五のポート２１Ｌと、タンク１７と配管２０Ｒを介して接続された第六のポート２１Ｒとが形成され、各ポート１１Ｌ，１１Ｒ，１５Ｌ，１５Ｒ，１９，２１Ｌ，２１Ｒはいずれもスプール室２に連通している。
【０００５】
スプール３にはランドと呼ばれる張り出し部分が形成されていて、各ランド部分におけるスプール３の径の大きさは、スプール室２を塞ぎ得るように、スプール室２の内径に対応した（内径よりも僅かに小さい）大きさに形成されている。いっぽうスプール室２には環状溝が形成されており、このランドと環状溝がスプール弁において流量制御の機能を発揮する。
【０００６】
スプール室２内の、スプール室２と各ポート１１Ｌ，１１Ｒ，１５Ｌ，１５Ｒ，１９，２１Ｌ，２１Ｒとが接続されている部位には、それぞれ環状溝２２Ｌ，２２Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ，２４，２５Ｌ，２５Ｒが形成されている。
スプール３上には、入口ポート１１Ｌとポート１５Ｌとをつなぐ部位にランド２６Ｌが形成され、入口ポート１１Ｒとポート１５Ｒとをつなぐ部位にランド２６Ｒが形成され、ポート１５Ｌとポート２１Ｌとをつなぐ部位にランド２７Ｌが形成され、ポート１５Ｒとポート２１Ｒとをつなぐ部位にはランド２７Ｒが形成されている。また、スプール３上の、スプール３と環状溝２２Ｌ，２２Ｒ，２４とが近接する部位には、それぞれランド２８Ｌ，２８Ｒ，２９が形成されている。
【０００７】
ランド２６Ｌ，２７Ｌにはポート１５Ｌ側に向けてノッチ３０Ｌ，３１Ｌがそれぞれ形成されており、ランド２６Ｒ，２７Ｒにはポート１５Ｒ側に向けてそれぞれノッチ３０Ｒ，３１Ｒが形成されている。なお、ノッチ３１Ｌ，３１Ｒはノッチ３０Ｌ，３０Ｒよりも大きな断面積を有するよう形成されている。
また、ランド２８Ｌ，２８Ｒには、ポート１９側に向けて断面積が大きくなるように形成された楔状ノッチ５４Ｌ，５４Ｒがそれぞれ形成されている。さらに、ポート７Ｌ，７Ｒにパイロット圧が与えられていない状態では、ランド２８Ｌのポート１９側の側面から環状溝２２Ｌのポート１９側の側面までのスプール３の軸方向の距離と、ランド２８Ｒのポート１９側の側面から環状溝２２Ｒのポート１９側の側面までのスプール３の軸方向の距離とは同一となるように形成されている。
【０００８】
また、各ノッチ３０Ｌ，３１Ｒは、ランド２８Ｌのポート１９側の側面と環状溝２２Ｌのポート１９側の側面とが同一平面に位置した場合に、ノッチ３０Ｌのポート１１Ｌ側端部と環状溝２２Ｌのポート１５Ｌ側側面とが同一平面上に位置し、ノッチ３１Ｒのポート２１Ｒ側端部と環状溝２５Ｒのポート１５Ｒ側側面とが同一平面上に位置するように形成されている。
【０００９】
また、同様に各ノッチ３０Ｒ，３１Ｌは、ランド２８Ｒのポート１９側の側面と環状溝２２Ｒのポート１９側の側面とが同一平面に位置した場合に、ノッチ３０Ｒのポート１１Ｒ側端部と環状溝２２Ｒのポート１５Ｒ側側面とが同一平面上に位置し、ノッチ３１Ｌのポート２１Ｌ側端部と環状溝２５Ｌのポート１５Ｌ側側面とが同一平面上に位置するように形成されている。
【００１０】
いま、図６において左側のパイロットポート７Ｌにパイロット圧が与えられると、スプール端に図中右方向の力が加わり、この右方向の力がリターンスプリング４Ｒの抗力と釣り合うまで、スプール３は右へ移動する。
図７はそのときのランド２６Ｌ周辺を拡大して示すものである。図７に示すように、このスプール３の移動によりランド２６Ｌとボディ１との間に開口部３２が形成され、またランド２７Ｒとボディ１との間にも開口部が形成される。このため油圧ポンプ９により吐出された作動油が油圧ポンプ９→配管１０→入口ポート１１Ｌ→スプール室２→ポート１５Ｌ→配管１４Ｌ→油圧シリンダの油室１３の順で流れる。また、油圧シリンダ１２の油室１６からの戻り油は油室１６→配管１４Ｒ→ポート１５Ｒ→スプール室２→ポート２１Ｒ→配管２０Ｒ→タンク１７の順で流れる。この作動油の流れによって油圧シリンダ１２の油室１３，１６間の作動油量が調整されて、油圧シリンダ１２のロッド１２Ａが図中上方に稼動することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、制御弁装置においては、ノッチ３０Ｌ，３０Ｒ，３１Ｌ，３１Ｒ及び楔形ノッチ５４Ｌ，５４Ｒの開口特性が油圧シリンダ１２の所謂スピード制御を行なう上で重要な役割を果たす。なお、開口特性とはパイロットポート７Ｌ，７Ｒに与えられる油圧と各ノッチがボディ１との間に形成する開口部の面積との間の相関関係の特性を言う。
【００１２】
例として、パイロットポート７Ｌにパイロット圧が与えられた時について、この場合に作動油が流れうるノッチ３０Ｌ，３１Ｒ及び楔形ノッチ５４Ｌの開口特性を図８に示して説明する。
図８において、グラフＷはノッチ５４Ｌとボディ１とが形成する開口部の開口特性を表わし、グラフＵはノッチ３１Ｒとボディ１とが形成する開口部の開口特性を、グラフＳはノッチ３０Ｌとボディ１とが形成する開口部の開口特性をそれぞれ表わす。
【００１３】
図８に示すように、パイロット圧が、ランド２８Ｌのポート１９側の側面と環状溝２２Ｌのポート１９側の側面とが同一平面上になる位置にスプール３が位置する圧力ＰＰ０になるまでは、ノッチ５４Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積は急激に小さくなる。パイロット圧が圧力ＰＰ０以上になると、ノッチ５４Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積は緩やかに減少し、パイロット圧が、楔状ノッチ５４Ｌの入口ポート１１側端部が環状溝２２Ｌのポート１９側側面と同じ平面に位置する圧力以上になるとノッチ５４Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積はゼロになる。
【００１４】
いっぽう、ノッチ３０Ｌ，３１Ｒとボディ１とが形成する開口部の面積は、パイロットポート７Ｌに与えられるパイロット圧がノッチ３０Ｌ，３１Ｒがそれぞれ開口する位置にスプール３が位置する圧力（即ちＰＰ０以上の圧力）になるまではゼロである。パイロット圧がＰＰ０以上となると、ノッチ３０Ｌ，３１Ｒとボディ１とが形成する開口部の面積は、それぞれパイロット圧が大きくなるにしたがって大きくなる。なお、ノッチ３０Ｌの断面積よりもノッチ３１Ｒの断面積の方が大きいため、ノッチ３１Ｒとボディ１とが形成する開口部の面積はノッチ３０Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積よりも急に大きくなる。
【００１５】
このような開口特性をもつノッチ３０Ｌ，３１Ｒ及び楔形ノッチ５４Ｌでは、入口ポート１１から出口ポート１５に流れる作動油の流量が微小である時には、作動油の流量は、ノッチ３０Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積でコントロールされる。例えば、パイロット圧がＰＰ１である時の作動油の流量は、ノッチ３０Ｌとボディ１とが形成する開口部の面積Ｍ１でコントロールされるのである。
【００１６】
詳しく説明すると、パイロットポート７Ｌに油圧が与えられたとき、スプール室２における油圧はノッチ３０Ｌとボディ１とが形成する開口部３２を境として入口ポート１１Ｌ側のほうがポート１５Ｌ側よりも高くなり、圧力差ΔＰが発生する。
油圧シリンダに流れる作動油の流量Ｑは、ベルヌーイ式により、定数Ｋと開口部３２の開口面積Ａｘを用いて
Ｑ＝Ｋ・Ａｘ・ΔＰ１／２・・・式（１）
であらわされる。
【００１７】
つまり、開口面積Ａｘが大きいほど流量は大きくなり、圧力差ΔＰが大きいほど流量は大きくなる。
作動油の流量が大きくなることは即ち油圧シリンダ１２の作動スピードが大きくなることである。ここで、図９を参照して油圧シリンダ１２の作動スピードとパイロット圧との関係を説明する。
【００１８】
図９に示すように、理想的な油圧シリンダ１２の作動スピードとパイロット圧との相関はグラフＣ１である。
上述のように、開口面積Ａｘはポート７Ｌに与えられる油圧により決定されるが、圧力差ΔＰが何らかの理由、例えば油圧ポンプ９と油圧アクチュエータ１２の負荷の変化等によって大きくなると、作動油の流量がより急激に大きくなるため、油圧シリンダ１２の作動スピードとパイロット圧との相関はグラフＣ２のように急勾配となる。即ち、理想的な挙動をしていた時と同じだけパイロット圧の変化させても、理想的な挙動をしていたときよりも油圧シリンダ１２の挙動も急になってしまう。
【００１９】
ノッチ３０Ｌが開口する瞬間には、ポート１５Ｌ側の圧力はゼロであるために圧力差ΔＰは大きく、したがって、油圧シリンダ１２の動き出しは急になってしまい、微操作性が悪化していた。
また、従来の圧力補償機能の無い制御弁装置においては、制御弁装置内を流れる作動油の流量を前述負荷変動に関係なく、安定して微調節することが困難であった。
【００２０】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、油路を流れる作動油の量を容易に制御できるようにした、制御弁装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の制御弁装置は、流体が流入する入口と、流体が流出する出口とを有する制御弁本体と、上記制御弁本体内に変位自在に設けられ、上記制御弁本体に対する相対変位量に応じて、上記制御弁本体を流れる流体を流量制御することが可能な流量制御弁体と、上記流量制御弁体内に設けられ、上記流量制御弁体の上記制御弁本体に対する相対変位量が所定変位量よりも小さい場合において、上記制御弁本体に対する上記流量制御弁体の相対変位量に応じて流体の上記入口での圧力と上記出口での圧力との間で生じる圧力変動を補償する圧力補償機構とを具備したことを特徴とする（請求項１）。
【００２２】
このとき、上記流量制御弁体をスプールで構成しても良い（請求項２）。
また、上記スプールのランド部に、上記流量制御弁本体に対する上記スプールの相対変位量が上記所定変位量より小さいも場合に開口して、上記圧力補償機構に流体を導入する孔である流量制御孔を形成し、さらに、上記ランド部に、上記流量制御弁本体に対する上記スプールの相対変位量が該所定変位量よりも大きい場合に上記入口と上記出口とを連通させる、流量制御用流路を形成してもよい（請求項３）。
【００２３】
また、流量制御用流路として、上記ランド部の外周に切欠き状の溝を形成しても良い（請求項４）。
また、上記圧力補償機構を、上記スプールに設けられ、上記入口と上記出口との間の圧力差に応じて上記圧力差が大きいほど大きな開口面積で上記入口と上記出口との間を連通しうる可変オリフィスを備えるよう構成してもよい（請求項５）。
【００２４】
また、上記圧力補償機構を、上記スプールに形成された中空内部に同軸配置され上記スプールに対して軸方向に相対移動可能な圧力補償スプールと、上記圧力補償スプールを軸方向の一方に付勢する付勢手段とを備え、且つ、上記圧力補償スプールに、軸方向の他方に上記入口側の流体圧を受ける入口側受圧面と、上記軸方向一方に上記出口側の流体圧を受ける出口側受圧面とが設けられ、上記スプールに、上記入口側の流体圧を上記入口側受圧面に導入する入口側開口と、上記出口側の流体圧を上記出口側受圧面に導入する出口側開口とを形成されるとともに、上記圧力補償スプールに、上記圧力補償スプールが上記軸方向他方へ相対移動するほど上記出口側開口の開口面積を減少調整しうるランド部が形成され、上記出口側開口が上記ランド部で開口面積を調整される上記可変オリフィスとなるよう構成してもよい（請求項６）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態としての制御弁装置を示すもので、図１はその模式的断面図、図２は図１の要部拡大図、図３，図４，図５は図２の要部をさらに拡大してその作用を説明する模式的断面図である。図１〜図５において、図６，図７に示した上記従来例の制御弁装置と実質的に同一の部位には同一符号を付して説明する。なお、図１〜図５ではボディにかかる部分については稜線を描かず断面のみを示し、スプールにかかる部分については断面に稜線を付して示す。
【００２６】
本制御弁装置は、例えば油圧ショベルをはじめとした建設機械において、各油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ１２を作動させるために上部旋回体内等に設置される。
図１に示すように、上記従来例で示したものと同様に、制御弁本体としてのボディ１内のスプール室２に流量制御弁体としてのスプール３が移動可能に嵌入されており、ボデイ１に対するスプール２の相対変位量に応じてボディ１内を流れる流体（作動油）の流量を制御するようになっている。また、ボディ１の両端にはそれぞれリターンスプリング４Ｌ，４Ｒが装着されている。つまりスプール２の両端部には、それぞれプラグ３３Ｌ，３３Ｒ及びばね受け５Ｌ，５Ｒが装着されていて、リターンスプリング４Ｌ，４Ｒは、これらのばね受け５Ｌ，５Ｒとカバー６Ｌ，６Ｒとの間に介装されており、スプール３はこのリターンスプリング４Ｌ，４Ｒによりばね受け５Ｌ，５Ｒ及びプラグ３３Ｌ，３３Ｒを介して軸方向中立位置に支持されている。さらに、カバー６Ｌ，６Ｒの中央にはパイロットポート７Ｌ，７Ｒが形成されており、それぞれカバー６Ｌ，６Ｒ内の油室８Ｌ，８Ｒに連通している。
【００２７】
ボディ１には、油圧ポンプ９の吐出口と配管１０を介して接続された入口としての第一のポート（入口ポート）１１Ｌ，１１Ｒと、油圧シリンダ１２の油室１３と配管１４Ｌを介して接続された出口として機能しうる第二のポート１５Ｌと、油圧シリンダ１２の油室１６と配管１４Ｒを介して接続された出口として機能しうる第三のポート１５Ｒと、タンク１７と配管１８を介して接続された第四のポート１９と、タンク１７と配管２０Ｌを介して接続された第五のポート２１Ｌと、タンク１７と配管２０Ｒを介して接続された第六のポート２１Ｒとが形成され、各ポート１１Ｌ，１１Ｒ，１５Ｌ，１５Ｒ，１９，２１Ｌ，２１Ｒはいずれもスプール室２に連通している。
【００２８】
スプール３にはランドと呼ばれる張り出し部分（ランド部）が形成されていて、各ランド部分におけるスプール３の径の大きさは、スプール室２を塞ぎ得るように、スプール室２の内径に対応した（内径よりも僅かに小さい）大きさに形成されている。いっぽうスプール室２には環状溝が形成されており、このランドと環状溝がスプール弁において流量制御の機能を発揮する。
【００２９】
スプール室２内の、スプール室２と各ポート１１Ｌ，１１Ｒ，１５Ｌ，１５Ｒ，１９，２１Ｌ，２１Ｒとが接続されている部位には、それぞれ環状溝２２Ｌ，２２Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ，２４，２５Ｌ，２５Ｒが形成されている。
スプール３上では、入口ポート１１Ｌとポート１５Ｌとを連通する部位にランド２６Ｌが形成され、入口ポート１１Ｒとポート１５Ｒとを連通する部位にランド２６Ｒが形成され、ポート１５Ｌとポート２１Ｌとを連通する部位にランド２７Ｌが形成され、ポート１５Ｒとポート２１Ｒとを連通する部位にはランド２７Ｒが形成されている。
【００３０】
スプール３上の、スプール３と環状溝２２Ｌ，２２Ｒ，２４とが近接する部位には、それぞれランド２８Ｌ，２８Ｒ，２９が形成されている。
ランド２６Ｌ，２７Ｌにはポート１５Ｌ側に向けてノッチ３０Ｌ，３１Ｌがそれぞれ形成されており、ランド２６Ｒ，２７Ｒにはポート１５Ｒ側に向けてそれぞれノッチ３０Ｒ，３１Ｒが形成されている。なお、ノッチ３１Ｌ，３１Ｒはノッチ３０Ｌ，３０Ｒよりも大きな断面積を有するよう形成されている。
【００３１】
また、ランド２８Ｌ，２８Ｒには、ポート１９側に向けて断面積が大きくなるように形成された楔状ノッチ５４Ｌ，５４Ｒがそれぞれ形成されている。さらに、ポート７Ｌ，７Ｒにパイロット圧が与えられていない状態では、ランド２８Ｌのポート１９側の側面から環状溝２２Ｌのポート１９側の側面までのスプール３の軸方向の距離と、ランド２８Ｒのポート１９側の側面から環状溝２２Ｒのポート１９側の側面までのスプール３の軸方向の距離とは同一となるように形成されている。
【００３２】
また、各ノッチ３０Ｌ，３１Ｒは、ランド２８Ｌのポート１９側の側面と環状溝２２Ｌのポート１９側の側面とが同一平面に位置した場合に、ノッチ３０Ｌのポート１１Ｌ側端部と環状溝２２Ｌのポート１５Ｌ側側面とが同一平面上に位置し、ノッチ３１Ｒのポート２１Ｒ側端部と環状溝２５Ｒのポート１５Ｒ側側面とが同一平面上に位置するように形成されている。
【００３３】
また、同様に各ノッチ３０Ｒ，３１Ｌは、ランド２８Ｒのポート１９側の側面と環状溝２２Ｒのポート１９側の側面とが同一平面に位置した場合に、ノッチ３０Ｒのポート１１Ｒ側端部と環状溝２２Ｒのポート１５Ｒ側側面とが同一平面上に位置し、ノッチ３１Ｌのポート２１Ｌ側端部と環状溝２５Ｌのポート１５Ｌ側側面とが同一平面上に位置するように形成されている。
【００３４】
ところで、本実施形態における制御弁装置はランド２９の厚み中心を対称面として、図中左右対称に形成される。ここで、本制御弁装置の図中左側の部分の、本発明による作動油供給路構造を設けた部分を説明すると、スプール３の図中左端からランド２８Ｌまでの部分には、図２に示すように、軸心に沿って圧力補償スプールのための中空として機能する中空部３４Ｌが形成されており、中空部３４Ｌは、スプール３の図中左端に螺入されスプール３とばね受け５Ｌとの間に改装されているプラグ３３Ｌによって蓋をされている。
【００３５】
中空部３４Ｌ内には圧力補償スプール３５Ｌが移動可能に設置され、圧力補償スプール３５Ｌは付勢手段としてのスプリング３６Ｌによって中空部３４Ｌの図中右側内面に押圧されている。これらの中空部３４Ｌと圧力補償スプール３５Ｌとスプリング３６とから、ボディ１の入口と出口との間で生じる圧力変動を補償する圧力補償機構が構成される。
スプリング３６Ｌはプラグ３３Ｌと圧力補償スプール３５Ｌとに介装されており、スプリング３６Ｌが縮みきったときあるいはその直前には圧力補償スプール３５Ｌがプラグ３３Ｌに当たるように調整されている。
【００３６】
スプール３におけるランド２６Ｌとランド２８Ｌとの間の部位には入口側開口としての開口穴３７Ｌが形成され、ランド２６Ｌには流量制御孔としての開口穴３８Ｌが形成され、ランド２６Ｌとランド２７Ｌとの間の部位には出口側開口としての開口穴３９Ｌが形成されていて、各開口穴はいずれもスプール３の内外、即ち、スプール室２と中空部３４Ｌとを連通している。
【００３７】
圧旅行補償スプール３５Ｌには、開口穴３７Ｌと開口穴３８Ｌとの間に相当する部位にランド４０Ｌが形成され、開口穴３８Ｌと開口穴３９Ｌとの間に相当する部位に、可変オリフィスとしての開口穴３９Ｌの開口面積を調整しうる調整ランド部として機能するランド４１Ｌが形成され、開口穴３９Ｌよりも図中左方の部位にランド４２Ｌが形成されている。なお、各ランド４０Ｌ，４１Ｌの部分における圧力補償スプール３５Ｌの径の大きさは、中空部３４Ｌを塞ぎ得るように、中空部３４Ｌの内径に対応した（内径よりも僅かに小さい）大きさに形成されている。
【００３８】
また、圧力補償スプール３５Ｌの軸心部には、一端（プラグ３３Ｌ側）がスプール端面に開口した導通穴４３Ｌが形成され、この導通穴４３Ｌの他端は、導通穴４４Ｌを通じてランド４０Ｌとランド４１Ｌとの間の周面に開口している。
さらに、ランド４０Ｌの図中右側面５２Ｌ及び圧力補償スプール３５Ｌの図中右側の軸端面５５Ｌが、入口ポート１１Ｌ側の油圧を受ける入口側受圧面５８Ｌを形成し、ランド４０Ｌの図中左側面５３Ｌ及び圧力補償スプール３５Ｌの図中左側の軸端面５６Ｌ，５７Ｌがポート１５Ｌ側の油圧を受ける出口側受圧面５９Ｌとして機能する。
【００３９】
また、圧力補償スプール３５Ｌのランド４２Ｌよりも一端（プラグ３３Ｌ）寄りには、導通穴４３Ｌと圧力補償スプール３５Ｌの外周面とを連通するように導通穴４５Ｌが形成されている。また、ランド４１Ｌには軸方向に導通穴４６Ｌが形成されており、導通穴４６Ｌはランド４１Ｌを貫通している。したがって、中空部３４Ｌはランド４０Ｌに隔てられて図中右方の室４７Ｌと図中左方の室４８Ｌとに別けられることになる。
【００４０】
また、開口穴３７Ｌ，３９Ｌ及び導通穴４３Ｌ，４４Ｌ，４５Ｌ，４６Ｌは開口穴３８Ｌよりもそれぞれ十分に大きく形成されており、各開口穴及び導入穴の大きさに変化がなければ開口穴及び導入穴それぞれに作動油が流れても各開口穴及び導入穴の前後で油圧はほとんど変化せず同圧とみなすことができ、また各開口穴及び導通穴の大きさが絞られない限り、開口穴３８Ｌ→導通穴４６Ｌ→開口穴３９Ｌを通って流れる作動油量が、開口穴３８Ｌによって制御される様になっている。
【００４１】
一方、本制御弁装置の図中右側の部分は、先に述べたように、ランド２９の厚み中心を対称面として図中左右で全く対称に構成されている。ここでは、図中右側の構成を示す符号としては、図中左側の部分と実質的に同じ部分の番号にＲをつけた符号を用いて表わす。
【００４２】
本発明の一実施形態としての制御弁装置は、上述のように構成されているので、ランド２９の厚み中心を対称面として図中左右対称に構成されており、左右それぞれに作動油の油圧変化を補償する圧力補償機構を形成することになる。
【００４３】
図中左右対称に２つの作動油供給路が形成されうるが、まず油圧ポンプ９→配管１０→入口ポート１１Ｌ→室４８Ｌ→ポート（以下、出口ポートという）１５Ｌ→配管１４Ｌ→油圧シリンダの油室１３の順に作動油が流れる作動油供給路について説明する。なお、このような経路で作動油が流れる際には出口ポート１５Ｌは本発明にかかる出口としての役割を果たす。
【００４４】
パイロットポート７Ｌにパイロット圧が与えられるとスプール３は図中右方へ移動し、それに伴いランド２６Ｌも図中右方へ移動して開口穴３８Ｌが開通する。図３は開口穴３８Ｌの開口部４９Ｌ近辺を拡大して模式的に示したもので、図３に示すように入口ポート１１Ｌに流入した作動油は入口ポート１１Ｌ→スプール室２→開口部４９Ｌ→開口穴３８Ｌ→室４８Ｌ→開口穴３９Ｌ→スプール室２→出口ポート１５Ｌの順に流れる。
【００４５】
作動油が上記経路で流れるとき、開口部４９Ｌを境としてスプール室２の入口ポート１１Ｌ側の油圧Ｐ１１Ｌは室４８Ｌ内の油圧Ｐ４８Ｌよりも大きくなり、油圧Ｐ１１Ｌと油圧Ｐ４８Ｌとの間に圧力差ΔＰが発生する。したがって、ランド４０Ｌの図中右側面５２Ｌ及び圧力補償スプール３５Ｌの図中右側の軸端面５５Ｌが、入口ポート１１Ｌ側の油圧を受ける入口側受圧面５８Ｌを形成し、ランド４０Ｌの図中左側面５３Ｌ及び圧力補償スプール３５Ｌの図中左側の軸端面５６Ｌ，５７Ｌが出口ポート１５Ｌ側の油圧を受ける出口側受圧面５９Ｌとして機能する。
【００４６】
開口部４９Ｌの開口面積をＡｘ１とすると、開口部４９Ｌを流れる作動油の流量Ｑｃは定数Ｋを用いてベルヌーイ式により
Ｑｃ＝Ｋ・Ａｘ１・ΔＰ１／２・・・式（２）
で表される。つまり、開口部４９Ｌの開口面積Ａｘ１が大きいほど流量Ｑｃは大きくなり、圧力差ΔＰが大きいほど流量Ｑｃは大きくなる。
【００４７】
何らかの原因でスプール室２の入口ポート１１Ｌ側の油圧Ｐ１１Ｌ及び／又はスプール室２の出口ポート１５Ｌ側の油圧Ｐ１５Ｌが変化し、圧力差ΔＰが大きくなると、開口穴３７Ｌの前後の室４７Ｌ内の油圧Ｐ４７Ｌとスプール室２の入口ポート１１Ｌ側の油圧Ｐ１１Ｌとは同圧となっており、また開口穴３９Ｌの前後の油圧Ｐ４８Ｌとスプール室２の出口ポート１５Ｌ側の油圧Ｐ１５Ｌとは同圧となっているので、室４７Ｌ内の油圧Ｐ４７Ｌは室４８Ｌ内の油圧Ｐ４８Ｌよりも大きくなる。このため図４に示すように、圧力補償スプール３５Ｌは図中左方に移動し、ランド４１Ｌも図中左方へ移動して開口穴３９Ｌはランド４１Ｌにより部分的に塞がれることになり、開口穴３９Ｌにおいて形成される開口部５０Ｌは狭められる。
【００４８】
いま、スプリング３６Ｌは、開口部５０Ｌの開口面積Ａｘ２と開口部４９Ｌの開口面積Ａｘ１とが等しいとき、圧力補償スプール３５Ｌの各受圧面５８Ｌ，５９Ｌの面積をＵ３５Ｌとして、そのときのスプリング３６Ｌの付勢力Ｆ３６Ｌが
Ｆ３６Ｌ＝Ｕ３５Ｌ・（Ｐ１１Ｌ−Ｐ４８Ｌ）＝Ｕ３５Ｌ・ΔＰ・・・式（３）
となるよう設定されているものとする。
【００４９】
式（３）に示すように、入口ポート１１Ｌ側の油圧Ｐ１１Ｌが大きくなり、且つ／又は、室４８Ｌ内の油圧Ｐ４８が小さくなって、圧力差ΔＰが大きくなると式（２）により流量Ｑｃが大きくなろうとする。
ところが、式（３）よりＦ３６Ｌ＜Ｕ３５Ｌ・ΔＰとなるため、圧力補償スプール３５Ｌが図中左方に移動するとともに付勢力３６Ｌが適当に増大していき、この結果、作動油が開口部５０Ｌで絞られることになり、室４８Ｌ内の油圧Ｐ４８Ｌが大きくなる。
【００５０】
一方、室４８Ｌ内の圧力Ｐ４８が大きくなると、圧力差ΔＰが小さくなるため、式（３）よりＦ３６Ｌ＞Ｕ３５Ｌ・ΔＰとなって、圧力補償スプール３５Ｌは図中右方へ押し戻される。こうして圧力補償スプール３５Ｌは、開口部４９Ｌ前後の圧力差を一定に保つよう移動することになる。
したがって、開口穴３９Ｌは本発明にかかる可変オリフィスとしての役割を果たすことになり、中空部３４Ｌと圧力補償スプール３５Ｌとスプリング３６Ｌと入口側受圧面５８Ｌと出口側受圧面５９Ｌと開口穴３７Ｌとランド４１Ｌと開口穴３９Ｌとは作動油の油圧変化を補償する圧力補償機構を形成することになる。
【００５１】
パイロットポート７Ｌに与えられるパイロット圧がさらに大きくなると、スプール２は図中右方へさらに移動し、ランド２６Ｌが環状溝２２Ｌの形成される部分に侵入して、ランド２６Ｌはボディ１の内面から離れる。その際のランド２６Ｌ周辺の断面図を図５に示す。
図５に示すように、ボディ１とスプール３の間に新たな開口部５１Ｌができる。開口部５１Ｌは開口穴３８Ｌの総面積よりも大きく開くので、作動油の殆どは開口部５１Ｌからノッチ３０Ｌを通過し、従来例と同様の経路で作動油の流路が構成される。つまり、開口部５１Ｌが開口することで、ノッチ３０Ｌは流量制御用流路としての切欠き状の溝となる。これにより、作動油が大量にボディ１に流れ込んでも圧力補償機構を経由する油量は少なくなり、そのため圧力補償機構による圧力損失、すなわちエネルギーロスは低く抑えられる。
【００５２】
一方、パイロットポート７Ｒにパイロット圧が与えられ、スプール３が図中左方に移動すると油圧ポンプ９→配管１０→入口ポート１１Ｒ→スプール室２→開口穴３８Ｒ→室４８Ｒ→ポート（以下、出口ポートという）１５Ｒ→配管１４Ｒ→油圧アクチュエータの油室１６という作動油供給路が形成され、上述と同様にして中空部３４Ｒと圧力補償スプール３５Ｒとスプリング３６Ｒと入口側受圧面５８Ｒと出口側受圧面５９Ｒと開口穴３７Ｒとランド４１Ｒと開口穴３９Ｒとは作動油の油圧変化を補償する圧力補償機構を形成することになる。
【００５３】
また、パイロットポート７Ｒに与えられるパイロット圧がさらに大きくなると、上述と同様にしてランド２６Ｒがボディ１から離れ、ノッチ３０Ｒがボディ１とスプール３との間の新たな作動油の流路となるため、作動油が大量にボディ１に流れ込んでも圧力補償機構を経由する油量は少なくなり、圧力補償機構による圧力損失、すなわちエネルギーロスは低く抑えられる事となる。
【００５４】
上記のようにして構成された作動油供給路構造を建設機械に設置することにより、建設機械の微操作性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５５】
たとえば、スプリング３６Ｌとスプリング３６Ｒとを互いに強さのを異なるものにして、油圧アクチュエータ１２が一方に稼動するときと他方に稼動する時の微操作性に変化を持たせることができる。
また、油圧アクチュエータ１２が一方に稼動するときに形成される作動油供給路には圧力補償機構を設置して、油圧アクチュエータ１２が他方に稼動するときに形成される作動油供給路には圧力補償機構を設置しない構成としても良い。
【００５６】
また、制御弁装置は、ランド２９の厚み中心を対称面として、左右対称なものに限らず、左右非対称に形成してもよい。
また、本発明の制御弁装置においてスプールを移動させる力は油圧に限らず、アームにより直接押して移動させてもよい。
また、スプリング３６Ｌ，３６Ｒに代わる付勢手段としては、例えばゴム等の弾性体のように、スプリング以外の手段を用いても良い。
【００５７】
また、本構成はスプール弁に限らず、流体の流路の開口面積によって流体の流量を制御している他の弁装置に適用することが可能である。
そのほか、本発明における制御弁装置を、建設機械のほか、各種製造機械や産業機械に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の制御弁装置によれば、流体が流入する入口と、流体が流出する出口とを有する制御弁本体と、上記制御弁本体内に変位自在に設けられ、上記制御弁本体に対する相対変位量に応じて、上記制御弁本体を流れる流体を流量制御することが可能な流量制御弁体と、上記流量制御弁体内に設けられ、上記流量制御弁体の上記制御弁本体に対する相対変位量が所定変位量よりも小さい場合において、上記制御弁本体に対する上記流量制御弁体の相対変位量に応じて流体の上記入口での圧力と上記出口での圧力との間で生じる圧力変動を補償する圧力補償機構とを具備しているために、制御弁装置内の圧力変化によって作動油の流量が変動することがなくなり、このため制御弁装置内を流れる作動油の流量を安定させ、制御弁装置内を流れる作動油の流量を容易に制御することができる。
【００５９】
請求項２記載の本発明の制御弁装置によれば、請求項１記載の構成において、流量制御弁体がスプールであるため、請求項１の効果に加えて、確実に作動油の流量を制御することができる。
請求項３記載の本発明の制御弁装置によれば、請求項２記載の構成において、スプールのランド部に、流量制御弁本体に対するスプールの相対変位量が所定変位量より小さいも場合に開口して、圧力補償機構に流体を導入する孔である流量制御孔を形成し、さらに、ランド部に、流量制御弁本体に対するスプールの相対変位量が所定変位量よりも大きい場合に入口と出口とを連通させる、流量制御用流路が形成されているため、所定量以上作動油が流れるようにパイロット圧が与えられた際に作動油の大部分が上記圧力補償機構を通らず流量制御用流路を通ることができ、したがって請求項２の効果に加え、大量の作動油が制御弁装置内を流れても、作動油が圧力補償機構を通過することにより生じる圧力損失を抑制することができる。
【００６０】
請求項４記載の本発明の制御弁装置によれば、請求項３記載の構成において、流量制御用回路がランド部に形成された切欠き状の溝として形成されているので、請求項３記載の効果に加え、簡単な構造で確実に大量の作動油が制御弁装置内を流れた際に作動油が圧力補償機構を通過することにより生じる圧力損失を抑制することができる。
【００６１】
請求項５記載の本発明の制御弁装置によれば、請求項２〜４のいずれか１項に記載の構成において、圧力補償機構が、スプールに設けられ、入口と出口との間の圧力差に応じて圧力差が大きいほど大きな開口面積で入口と出口との間を連通しうる可変オリフィスを備えて構成されているために、入口と出口との間の圧力差が大きいと可変オリフィスの開口面積が増大し、入口と出口との間の圧力差が減少し、逆に、入口と出口との間の圧力差が小さいと、可変オリフィスの開口面積が減少して入口側から出口側への流体の流れが減少し、入口と出口との間の圧力差が増大する。これにより、請求項２〜４のいずれかに記載の効果に加え、入口と出口との間の圧力差に変動が生じても制御弁装置内を流れる流体の流量を一定範囲内に保つことができる。
【００６２】
請求項６記載の本発明の制御弁装置によれば、請求項５記載の構成において、圧力補償機構が、スプールに形成された中空内部に同軸配置されスプールに対して軸方向に相対移動可能な圧力補償スプールと、圧力補償スプールを軸方向の一方に付勢する付勢手段とを備え、圧力補償スプールに、軸方向の他方に入口側の流体圧を受ける入口側受圧面と、軸方向一方に出口側の流体圧を受ける出口側受圧面とが設けられ、スプールに、入口側の流体圧を入口側受圧面に導入する入口側開口と、出口側の流体圧を出口側受圧面に導入する出口側開口とが形成されるとともに、圧力補償スプールに、圧力補償スプールが軸方向他方へ相対移動するほど出口側開口の開口面積を減少調整しうるランド部が形成され、出口側開口がランド部で開口面積を調整される可変オリフィスとして構成されているため、圧力補償スプールは、スプールに対して入口側受圧面に受ける入口側の流体圧と、出口側受圧面に受ける出口側の流体圧及び付勢手段による付勢力とがバランスした位置をとり、この位置に応じて、圧力補償スプールのランド部が、スプールの出口側開口の開口面積を調整する。したがって、出口側開口は、入口側受圧面に受ける入口側の流体圧と、出口側受圧面に受ける出口側の流体圧との圧力差に応じて、開口面積が変化する可変オリフィスとして構成され、請求項５記載の効果に加え、この圧力差に変動が生じても、制御弁装置内を流れる流体の流量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての制御弁装置を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態としての制御弁装置の要部を拡大して示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態としての制御弁装置の要部を拡大して示す模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態としての制御弁装置の要部を拡大して示す模式的断面図である。
【図５】本発明の一実施形態としての制御弁装置の要部を拡大して示す模式的断面図である。
【図６】従来例としての制御弁装置を示す模式的断面図である。
【図７】従来例としての制御弁装置の一部を示す模式的断面図である。
【図８】従来例にかかるノッチの開口特性を示すグラフである。
【図９】従来例の油圧シリンダの作動スピードとパイロット圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　ボディ（制御弁本体）
２　スプール室
３　スプール
４Ｌ，４Ｒ　リターンスプリング
５Ｌ，５Ｒ　ばね受け
６Ｌ，６Ｒ　カバー
７Ｌ，７Ｒ　パイロットポート
８Ｌ，８Ｒ　カバー内の油室
９　油圧ポンプ
１０，１４Ｌ，１４Ｒ，１８，２０Ｌ，２０Ｒ　配管
１１Ｌ，１１Ｒ　入口ポート
１２　油圧シリンダ
１３，１６　油圧シリンダの油室
１５Ｌ，１５Ｒ，１９，２１Ｌ，２１Ｒ　ポート
１７　タンク
２２Ｌ，２２Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ，２４，２５Ｌ，２５Ｒ　環状溝
２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒ，２９　ランド
３０Ｌ，３０Ｒ，３１Ｌ，３１Ｒ　ノッチ
３２　開口部
３３Ｌ，３３Ｒ　プラグ
３４Ｌ，３４Ｒ　中空部
３５Ｌ，３５Ｒ　圧力補償スプール
３６Ｌ，３６Ｒ　スプリング（付勢手段）
３７Ｌ，３７Ｒ　開口穴（入口側開口）
３８Ｌ，３８Ｒ　開口穴（流量制御孔）
３９Ｌ，３９Ｒ　開口穴（可変オリフィスとなる出口側開口）
４０Ｌ，４０Ｒ，４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒ　ランド（ランド部）
４３Ｌ，４３Ｒ，４４Ｌ，４４Ｒ，４５Ｌ，４５Ｒ，４６Ｌ，４６Ｒ　導通穴
４７Ｌ　中空部３４Ｌ内においてランド４０Ｌよりも図中右方の室
４８Ｌ　中空部３４Ｌ内においてランド４０Ｌよりも図中左方の室
４９Ｌ，５０Ｌ，５１Ｌ　開口部
５２Ｌ　ランド４０Ｌの図中右側面
５３Ｌ　ランド４０Ｌの図中左側面
５４Ｌ，５４Ｒ　楔形ノッチ
５５Ｌ　圧力補償スプール３５Ｌの図中右側端面
５６Ｌ，５７Ｌ　圧力補償スプール３５Ｌの図中左側端面
５８Ｌ　入口側受圧面
５９Ｌ　出口側受圧面
【図１】
2004084879.tif 000003
【図２】
2004084879.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004084879.tif 000008
【図７】
2004084879.tif 000009
【図８】
2004084879.tif 000010
【図９】
2004084879.tif 000011