(57)【要約】【課題】  制御圧室の圧力変化に対する弁体のリフト量を段階的に変化させることにより、特定範囲の開口面積の制御性を高めることができるようにする。【解決手段】  弁体３７の筒状突出部３８Ｅには、弁部３６Ｄの位置から連通穴２４Ａ内に向けて突出した筒状の第１突出部４４と、第１突出部４４の先端（即ち、段差面部４６の位置）から連通穴２４Ａ内に向けて突出し第１突出部４４よりも小径に形成された第２突出部４５とを設ける。第１突出部４４と第２突出部４５とは、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させる構成としている。これにより、ポペット弁３６の開口面積が中開口領域となる範囲では、制御圧室４２内の圧力変化に対してリフト量Ｘの変化を小さく抑えることができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連通穴を介して互いに連通する第１流路と第２流路とを有し、該第２流路のうち前記連通穴との交差部位にテーパ状のシート部が設けられたハウジングと、
前記第２流路側から前記連通穴内に向けて進退するように前記ハウジングに設けられ、前記シート部に離着座する環状の弁部と先端側が該弁部よりも前記連通穴内に向けて突出した筒状突出部とを有する弁体と、
前記ハウジングと弁体との間に形成され、前記弁体のリフト量を可変に制御するための制御圧が外部から供給される制御圧室と、
該制御圧室内に設けられ、前記弁体を前記シート部に向けて閉弁方向に付勢する弁ばねとを備え、
前記弁体は、前記第１流路と第２流路との間で前記連通穴の開口面積を前記リフト量に応じて変化させ、前記第１流路と前記第２流路との間を流れる流体の流量を制御するポペット弁において、
前記弁体の筒状突出部は、
前記弁部の位置から前記連通穴内に向けて筒状に突出し前記連通穴の穴径よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第１突出部と、
該第１突出部の先端から前記連通穴内に向けて筒状に突出し該第１突出部よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第２突出部とを有し、
前記第１突出部と第２突出部とは、前記第１流路と第２流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる構成としたことを特徴とするポペット弁。
【請求項２】
前記第２突出部の突出長さは、前記第１突出部と第２突出部との半径方向寸法の差よりも大きくなるように形成してなる請求項１に記載のポペット弁。
【請求項３】
前記第２突出部には、その先端側端面を切欠いて形成され該第２突出部の内周面と外周面との間を径方向で連通させる複数の切欠き部を設ける構成としてなる請求項１または２に記載のポペット弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建設機械の油圧回路に設けられ、油液を含む流体の流路を開，閉したり、流量の調整を行ったりするのに好適に用いられるポペット弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の建設機械に用いる油圧回路では、弁ハウジング内の流路を開，閉したり、流量の調整を行ったりするのにポペット弁が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この種の従来技術によるポペット弁では、互いに交差した入口側流路と出口側流路がハウジングに設けられ、前記出口側流路に対する入口側流路の交差部位となる接続端側にはシート部が設けられている。また、前記ハウジング内には、前記シート部に離着座して前記流路間を連通，遮断するポペット型の弁体と、該弁体を常時閉弁方向に付勢する弁ばねとが設けられている。
【０００３】
前記弁体は、前記シート部に着座したときに入口側流路と出口側流路との間を遮断する。一方、前記弁体がシート部から離座したときには、入口側流路と出口側流路との間を連通すると共に、そのリフト量に応じて流体の流量が可変に調整される。前記弁体のリフト量は、入口側流路の圧力、出口側流路の圧力、前記弁ばねが組込まれている制御圧室の圧力および弁ばねの付勢力により決定される。前記制御圧室には、外部指令に応じたパイロット圧（制御圧力）が導かれ、このパイロット圧を変化させることによって、ポペット弁の弁体は、そのリフト量が可変に調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９７８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来技術によるポペット弁では、前記弁体がシート部に着座する全閉位置とシート部から最も離座した全開位置との間でリフト量が変化する。このリフト量は、入口側流路と出口側流路の各部で発生する圧力と弁体の受圧面積の積を足し合わせた開弁方向の力と、弁体がリフトしたときの前記弁ばねの撓み量とばね定数の積、前記制御圧室の圧力と受圧面積の積を足し合せた閉弁方向の力とがバランスした位置によって決められる。
【０００６】
前記制御圧室の圧力は、前記外部指令に応じて制御圧室内に導かれるパイロット圧、または、前記流路から導かれた圧力により変化する。前記制御圧室の圧力を低くすると弁ばねが負担する力が大きくなって、ポペット弁の弁体は開弁方向に移動し、前記制御圧室の圧力を高くすると弁ばねの負担する力が小さくなって、ポペット弁の弁体は閉弁方向に移動する。
【０００７】
従来技術のポペット弁では、前記各圧力の受圧面積が変化しないため、前記弁体のリフト量が制御圧室の圧力に比例して変化することになり、ポペット弁の開口面積は、リフト量に従って増減する。即ち、前記制御圧室の圧力に従って開口面積が変化する。このため、従来技術では、制御圧室の圧力に対して、ある特定の範囲の開口面積を特定の制御圧室の圧力の範囲で制御したい場合、特に、開口面積が中開口領域となる範囲を制御仕様とした場合、弁体の少ないリフト量で必要な開口面積を満たすためには、例えばポペット弁の弁体に複数のノッチを形成する等の対策が必要であり、加工の工数が増加する。また、弁体の形状をノッチ加工を行うに十分な大きさに形成すると、ポペット弁の大型化に繋がってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、制御圧室の圧力変化に対する弁体のリフト量を段階的に変化させることにより、特定範囲の開口面積の制御性を高めることができるようにしたポペット弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため本発明は、連通穴を介して互いに連通する第１流路と第２流路とを有し、該第２流路のうち前記連通穴との交差部位にテーパ状のシート部が設けられたハウジングと、前記第２流路側から前記連通穴内に向けて進退するように前記ハウジングに設けられ、前記シート部に離着座する環状の弁部と先端側が該弁部よりも前記連通穴内に向けて突出した筒状突出部とを有する弁体と、前記ハウジングと弁体との間に形成され、前記弁体のリフト量を可変に制御するための制御圧が外部から供給される制御圧室と、該制御圧室内に設けられ、前記弁体を前記シート部に向けて閉弁方向に付勢する弁ばねとを備え、前記弁体は、前記第１流路と第２流路との間で前記連通穴の開口面積を前記リフト量に応じて変化させ、前記第１流路と前記第２流路との間を流れる流体の流量を制御するポペット弁に適用される。
【００１０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記弁体の筒状突出部は、前記弁部の位置から前記連通穴内に向けて筒状に突出し前記連通穴の穴径よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第１突出部と、該第１突出部の先端から前記連通穴内に向けて筒状に突出し該第１突出部よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された第２突出部とを有し、前記第１突出部と第２突出部とは、前記第１流路と第２流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる構成としたことにある。
【００１１】
また、請求項２の発明によると、前記第２突出部の突出長さは、前記第１突出部と第２突出部との半径方向寸法の差よりも大きくなるように形成する構成としている。
【００１２】
さらに、請求項３の発明によると、前記第２突出部には、その先端側端面を切欠いて形成され該第２突出部の内周面と外周面との間を径方向で連通させる複数の切欠き部を設ける構成としている。
【発明の効果】
【００１３】
上述の如く、請求項１の発明によれば、弁体の筒状突出部を、第１突出部と、該第１突出部よりも小径な第２突出部とにより構成し、第１突出部と第２突出部とは、第１流路と第２流路とに対する前記弁体の受圧面積を段階的に変化させる。このため、制御圧室内の圧力（制御圧）を変化させるときに、弁体のリフト量を前記制御圧に対し段階的に変化する特性として可変に調整することができる。
【００１４】
請求項２の発明によると、弁体のリフト量を調整し、第１流路から第２流路に向けて連通穴内を流通する流体が弁体の第２突出部に沿って流れるときに、該第２突出部と連通穴との間で流体に絞り効果を与えることができ、このときの流量を弁体のリフト量に応じて調整することができる。
【００１５】
請求項３の発明によると、第２突出部に形成した複数の切欠き部は、弁体のリフト量を第１突出部の位置から第２突出部の位置まで大きくしたときに、第１流路の連通穴と第２流路との間を連通させる通路となり、例えば大開口領域での連通面積を各切欠き部によって制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるポペット弁を油圧ショベルの油圧回路に適用した場合を示す全体構成図である。
【図２】図１中のポペット弁および方向制御弁を示す縦断面図である。
【図３】図２中のポペット弁を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図３中の弁部材と弁保持部材とからなる弁体を拡大して示す縦断面図である。
【図５】図４中の弁部材を単体として示す斜視図である。
【図６】ポペット弁の弁体が小開口の範囲でリフトしている状態を示す図３とほぼ同様な縦断面図である。
【図７】ポペット弁の弁体が中開口の範囲でリフトしている状態を示す図６とほぼ同様な縦断面図である。
【図８】ポペット弁の弁体が大開口の範囲でリフトしている状態を示す図７とほぼ同様な縦断面図である。
【図９】制御圧室の圧力とポペット弁のリフト量との関係を示す特性線図である。
【図１０】制御圧室の圧力とポペット弁の開口面積との関係を示す特性線図である。
【図１１】第２の実施の形態によるポペット弁を示す図８とほぼ同様な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態によるポペット弁を、油圧ショベルの油圧回路に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、該上部旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられた後述の作業装置４とにより構成されている。
【００１９】
４は上部旋回体３の前部に設けられた作業装置で、該作業装置４は、基端側が上部旋回体３に俯仰動可能に取付けられたブーム５と、該ブーム５の先端側に俯仰動可能に取付けられたアーム６と、該アーム６の先端側に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット７と、上部旋回体３とブーム５との間に設けられブーム５を俯仰動させるブームシリンダ８と、ブーム５とアーム６との間に設けられアーム６を俯仰動させるアームシリンダ９と、アーム６とバケット７との間に設けられバケット７を回動させるバケットシリンダ１０等とにより構成されている。
【００２０】
１１は油圧ショベル１に搭載されたメインの油圧ポンプを示し、該油圧ポンプ１１は、タンク１２と共に油圧源を構成し、例えばディーゼルエンジン等の原動機（図示せず）により回転駆動されるものである。そして、油圧ポンプ１１は、タンク１２内の作動油を吸込んでポンプ管路１３およびセンタバイパス管路１４に向けて圧油を吐出し、この圧油は後述のブーム用制御弁１６，アーム用制御弁１８を介してブームシリンダ８，アームシリンダ９に供給される。また、ブーム用制御弁１６，アーム用制御弁１８とタンク１２との間には、例えばブームシリンダ８，アームシリンダ９からの戻り油をタンク１２側に還流させるためのタンク管路１５が設けられている。
【００２１】
ここで、ポンプ管路１３の途中には分岐管路１３Ａ，１３Ｂが設けられ、一方の分岐管路１３Ａは、後述のポペット弁３６を介してアーム用制御弁１８の高圧側ポート（即ち、図２中に示す後述の出口側通路２５）に接続される。他方の分岐管路１３Ｂは、後述するブーム用制御弁１６の高圧側ポートに接続されるものである。なお、ポンプ管路１３とタンク管路１５は、別の分岐管路、別の方向制御弁（いずれも図示せず）等を介してバケットシリンダ１０等にも接続されるものである。
【００２２】
１６はブームシリンダ８用の方向制御弁（以下、ブーム用制御弁１６という）で、該ブーム用制御弁１６は、左，右の油圧パイロット部１６Ａ，１６Ｂを有し、常時は中立位置（イ）に保持される。そして、ブーム用制御弁１６は、左，右の油圧パイロット部１６Ａ，１６Ｂに対して、例えば油圧パイロット式の操作弁（図示せず）からパイロット圧が供給されることにより、中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）に切換えられる。
【００２３】
１７Ａ，１７Ｂはブームシリンダ８とブーム用制御弁１６との間に設けられた一対の主管路で、該主管路１７Ａ，１７Ｂのうち一方の主管路１７Ａは、ブームシリンダ８のボトム側油室（図示せず）をブーム用制御弁１６の一方の圧油流出入ポートに接続するものである。他方の主管路１７Ｂは、ブームシリンダ８のロッド側油室（図示せず）をブーム用制御弁１６の他方の圧油流出入ポートに接続するものである。
【００２４】
ブーム用制御弁１６が中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換えられたときには、油圧ポンプ１１からの圧油が分岐管路１３Ｂ、ブーム用制御弁１６、主管路１７Ａを介してブームシリンダ８の前記ボトム側油室に供給され、前記ロッド側油室内の圧油は主管路１７Ｂ、ブーム用制御弁１６、タンク管路１５を介してタンク１２に排出される。これにより、ブームシリンダ８は前記ボトム側油室に供給された圧油により伸長し、ブーム５を上向きに仰動する。
【００２５】
ブーム用制御弁１６が中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えられたときには、油圧ポンプ１１からの圧油が分岐管路１３Ｂ、ブーム用制御弁１６、主管路１７Ｂを介してブームシリンダ８のロッド側油室に供給され、ボトム側油室内の圧油は主管路１７Ａ、ブーム用制御弁１６、タンク管路１５を介してタンク１２に排出される。これにより、ブームシリンダ８は前記ロッド側油室に供給された圧油により縮小し、ブーム５を下向きに俯動する。
【００２６】
１８はアームシリンダ９用の方向制御弁(以下、アーム用制御弁１８という）で、該アーム用制御弁１８は、左，右の油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂを有し、常時は中立位置（イ）に保持される。そして、アーム用制御弁１８は、左，右の油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂに対して、例えば油圧パイロット式の操作弁（図示せず）からパイロット圧が供給されることにより、中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）に切換えられる。
【００２７】
１９Ａ，１９Ｂはアームシリンダ９とアーム用制御弁１８との間に設けられた一対の主管路で、該主管路１９Ａ，１９Ｂのうち一方の主管路１９Ａは、アームシリンダ９のボトム側油室（図示せず）をアーム用制御弁１８の一方の圧油流出入ポート（即ち、図２中に示す流出入通路２８Ａ）に接続するものである。他方の主管路１９Ｂは、アームシリンダ９のロッド側油室（図示せず）をアーム用制御弁１８の他方の圧油流出入ポート（即ち、図２中に示す流出入通路２８Ｂ）に接続するものである。
【００２８】
アーム用制御弁１８が中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換えられたときには、油圧ポンプ１１からの圧油が分岐管路１３Ａ、後述の入口側通路２４、ポペット弁３６、出口側通路２５、アーム用制御弁１８、主管路１９Ａを介してアームシリンダ９の前記ボトム側油室に供給され、前記ロッド側油室内の圧油は主管路１９Ｂ、アーム用制御弁１８、タンク管路１５を介してタンク１２に排出される。これにより、アームシリンダ９は前記ボトム側油室に供給された圧油により伸長し、アーム６を下向きに俯動する。
【００２９】
アーム用制御弁１８が中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えられたときには、油圧ポンプ１１からの圧油が分岐管路１３Ａ、後述の入口側通路２４、ポペット弁３６、出口側通路２５、アーム用制御弁１８、主管路１９Ｂを介してアームシリンダ９のロッド側油室に供給され、ボトム側油室内の圧油は主管路１９Ａ、アーム用制御弁１８、タンク管路１５を介してタンク１２に排出される。これにより、アームシリンダ９は前記ロッド側油室に供給された圧油により縮小し、アーム６を上向きに仰動する。
【００３０】
２０は設定圧可変式のリリーフ弁で、該リリーフ弁２０は、ポンプ管路１３、センタバイパス管路１４とタンク管路１５との間に設けられている。リリーフ弁２０は、例えばポンプ管路１３内の圧力が設定圧以上に上昇すると開弁し、このときの過剰圧をタンク管路１５側にリリーフするものである。ここで、リリーフ弁２０は、圧力設定用ばね２０Ａおよびパイロット油室２０Ｂ等を有し、外部からパイロット油室２０Ｂに供給されるパイロット圧に従って圧力設定用ばね２０Ａの設定圧力が変化される。これにより、リリーフ弁２０は、そのリリーフ設定圧が低圧設定と高圧設定との間で２段階または３段以上の多段階に調整可能な構成となっている。
【００３１】
２１は後述のポペット弁３６とアーム用制御弁１８とを含んで構成された制御弁装置で、該制御弁装置２１は、図２に示すようにアーム用制御弁１８とポペット弁３６とに共通したハウジングとしての弁ケーシング２２を有している。該弁ケーシング２２には、その左，右方向に貫通して延びたスプール摺動穴２３と、該スプール摺動穴２３から径方向に離間した位置に形成された第１流路としての入口側通路２４と、該入口側通路２４と連通穴２４Ａの位置で交差し全体として逆Ｕ字状に延びて形成された第２流路としての出口側通路２５とが設けられている。
【００３２】
入口側通路２４の連通穴２４Ａは、出口側通路２５を挟んで後述の弁体摺動穴２７と対向する位置に配置され、入口側通路２４を出口側通路２５に対して交差するように連通させるものである。また、出口側通路２５のうち連通穴２４Ａとの交差部位には、後述の弁体３７が離着座する環状弁座としてのテーパ状のシート部２６が設けられている。
【００３３】
また、弁ケーシング２２には、連通穴２４Ａ、出口側通路２５およびシート部２６を挟んで入口側通路２４とは反対側に配置された段付穴からなる弁体摺動穴２７と、出口側通路２５および弁体摺動穴２７を挟んで左，右方向（後述のスプール２９が摺動する矢示Ａ，Ｂ方向）に離間しアーム用制御弁１８の圧油流出入ポートを構成する一対の流出入通路２８Ａ，２８Ｂとが形成されている。前記弁体摺動穴２７は、後述の弁ブロック３４と出口側通路２５との間をスプール摺動穴２３とほぼ直交する方向（スプール摺動穴２３の径方向）に沿って延び、後述の弁体３７は弁体摺動穴２７内に変位可能に挿嵌されている。
【００３４】
スプール摺動穴２３の周壁側には、図２中の左，右方向（矢示Ａ，Ｂ方向）に離間した第１の環状油溝２３Ａ，２３Ｂと、該第１の環状油溝２３Ａ，２３Ｂよりもスプール摺動穴２３の軸方向外側に位置し互いに左，右方向に離間した第２の環状油溝２３Ｃ，２３Ｄと、該第２の環状油溝２３Ｃ，２３Ｄよりもスプール摺動穴２３の軸方向外側に位置し互いに左，右方向に離間した第３の環状油溝２３Ｅ，２３Ｆとが形成されている。
【００３５】
第１の環状油溝２３Ａ，２３Ｂは、全体として逆Ｕ字状に形成された出口側通路２５により互いに連通し、後述のスプール２９が図２に示す中立位置から左，右方向に変位したときに第２の環状油溝２３Ｃ，２３Ｄに対して連通，遮断される。第２の環状油溝２３Ｃ，２３Ｄは、左，右の流出入通路２８Ａ，２８Ｂを介して一対の主管路１９Ａ，１９Ｂに常時連通している。また、第３の環状油溝２３Ｅ，２３Ｆは、各タンク管路１５を介してタンク１２に常時連通している。弁ケーシング２２には、出口側通路２５の途中から分岐した小径の油路からなる分岐通路２５Ａが形成されている。この分岐通路２５Ａは、後述する弁ブロック３４側の通路３４Ｄと常時連通している。
【００３６】
２９はアーム用制御弁１８のスプールで、該スプール２９は、弁ケーシング２２のスプール摺動穴２３内に挿嵌され、外部から油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂに供給されたパイロット圧に従ってスプール摺動穴２３内を左，右方向に摺動変位する。これにより、図１に示すアーム用制御弁１８は、中立位置（イ）から左，右の切換位置（ロ），（ハ）に切換わるものである。
【００３７】
スプール２９は、図２中に示すように第２の環状油溝２３Ｃ，２３Ｄを第１の環状油溝２３Ａ，２３Ｂと第３の環状油溝２３Ｅ，２３Ｆとのいずれか一方に選択的に連通，遮断させる切換ランド２９Ａ，２９Ｂを有している。この切換ランド２９Ａ，２９Ｂには、圧油の流量を微調整するためのノッチ２９Ａ1 ，２９Ｂ1 がそれぞれ複数個、周方向に離間して形成されている。
【００３８】
即ち、スプール２９が図２中の矢示Ａ方向に摺動変位したときには、スプール２９の切換ランド２９Ａが第１の環状油溝２３Ａを第２の環状油溝２３Ｃに連通させ、スプール２９の切換ランド２９Ｂは、第１の環状油溝２３Ｂを第２の環状油溝２３Ｄに対して遮断すると共に、第２の環状油溝２３Ｄを第３の環状油溝２３Ｆに連通させる。これにより、アーム用制御弁１８は、図１に示す中立位置（イ）から左側の切換位置（ロ）に切換わる。
【００３９】
一方、スプール２９が図２中の矢示Ｂ方向に摺動変位したときには、スプール２９の切換ランド２９Ｂが第１の環状油溝２３Ｂを第２の環状油溝２３Ｄに連通させ、スプール２９の切換ランド２９Ａは、第１の環状油溝２３Ａを第２の環状油溝２３Ｃに対して遮断すると共に、第２の環状油溝２３Ｃを第３の環状油溝２３Ｅに連通させる。これにより、アーム用制御弁１８は、図１に示す中立位置（イ）から右側の切換位置（ハ）に切換わる。
【００４０】
３０Ａ，３０Ｂはスプール２９と共にアーム用制御弁１８を構成する左，右の蓋体で、該蓋体３０Ａ，３０Ｂは、スプール摺動穴２３の軸方向（左，右方向）両側に位置して弁ケーシング２２に設けられ、スプール摺動穴２３の両端側を閉塞するものである。また、蓋体３０Ａ，３０Ｂの内側には油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂが設けられ、これらの油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂには、前記操作弁からパイロット圧が供給される。アーム用制御弁１８のスプール２９は、このときのパイロット圧に従ってスプール摺動穴２３内を左，右方向（図２中の矢示Ａ，Ｂ方向）に摺動変位されるものである。
【００４１】
ここで、右側の蓋体３０Ｂは、左側の蓋体３０Ａよりも長尺に形成され、この蓋体３０Ｂ内には、後述のスリーブ３１、ストッパ３２、センタリング用のばね３３等が設けられている。また、蓋体３０Ｂには、図２に示す如くばね３３の端部側が当接する環状の段部３０Ｂ1 が設けられている。
【００４２】
３１は弁ケーシング２２の端面と蓋体３０Ｂとの間に挟持して設けられたスリーブで、該スリーブ３１は、その内径がスプール摺動穴２３の穴径に対応し、蓋体３０Ｂ内でスプール２９を摺動変位可能に支持している。また、スリーブ３１は、スプール２９が図２に示すように中立位置にあるとき、または図２中の矢示Ｂ（左方向）に摺動変位したときに、後述するばね３３のばね力を受承するものである。
【００４３】
３２はスプール２９の右側端部に螺着して設けられたストッパで、該ストッパ３２は、蓋体３０Ｂ内に摺動変位可能に配置され、蓋体３０Ｂ内を軸方向に延びる軸部３２Ａを有している。そして、ストッパ３２は、スプール２９が図２中の矢示Ａ方向（右方向）に摺動変位したときに、スプール２９のストロークエンドを規制するものである。
【００４４】
３３はスプール２９を中立位置に保持するためのセンタリング用のばねで、該ばね３３は、軸部３２Ａの外周側に位置してスプール２９の端面（スリーブ３１の端面）とストッパ３２（蓋体３０Ｂの段部３０Ｂ1 ）との間に予め初期荷重を与えた状態で配設されている。そして、ばね３３は、油圧パイロット部１８Ａ，１８Ｂからのパイロット圧がタンク圧レベルまで低下したときに、スプール２９を中立位置に保持するものである。
【００４５】
また、外部から油圧パイロット部１８Ａに供給されたパイロット圧でスプール２９が図２中の矢示Ａ方向（右方向）に摺動変位するときに、スプール２９の端面と蓋体３０Ｂの段部３０Ｂ１ との間でばね３３は圧縮変形される。一方、外部から油圧パイロット部１８Ｂに供給されたパイロット圧でスプール２９が図２中の矢示Ｂ方向（左方向）に摺動変位するときには、スリーブ３１の端面とストッパ３２との間でばね３３は圧縮変形されるものである。
【００４６】
３４は弁ケーシング２２と共にハウジングを構成する弁ブロックで、該弁ブロック３４は、弁ケーシング２２の弁体摺動穴２７を外側から閉塞するように弁ケーシング２２の外側面に衝合して設けられている。弁ブロック３４には、後述するポペット弁３６のキャップ部材４１が嵌合して取付けられる嵌合凹部３４Ａと、後述する圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａ等が収容される弁収容穴３４Ｂと、該弁収容穴３４Ｂと嵌合凹部３４Ａとの間を連通する第１の通路３４Ｃと、弁ケーシング２２の分岐通路２５Ａと弁収容穴３４Ｂとの間を斜めに傾斜して延び圧力調整弁３５により第１の通路３４Ｃに対して連通，遮断される第２の通路３４Ｄと、パイロット圧の給排ポート３４Ｅおよびドレンポート３４Ｆとが設けられている。
【００４７】
３５は弁ブロック３４に設けられた圧力調整弁で、該圧力調整弁３５は、弁ブロック３４の弁収容穴３４Ｂ内に摺動可能に挿嵌して設けられノッチ３５Ａ1 を有した段付のスプール弁体３５Ａと、該スプール弁体３５Ａの一側にばね室を画成する蓋部３５Ｂと、該蓋部３５Ｂとスプール弁体３５Ａとの間に縮装状態で設けられたスプリング３５Ｃとを含んで構成されている。
【００４８】
圧力調整弁３５は、スプリング３５Ｃにより図１中に示す連通位置（ａ）に配置されるときに、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄ間をスプール弁体３５Ａを介して連通させる。このため、後述するポペット弁３６の背圧室（即ち、制御圧室４２）は、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄおよび弁ケーシング２２側の分岐通路２５Ａを介して出口側通路２５と連通し、出口側通路２５とほぼ等しい圧力に保たれる。このとき、ポペット弁３６は、後述の如く全開位置まで開弁される。
【００４９】
一方、圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａは、外部指令用の遠隔操作弁（図示せず）から給排ポート３４Ｅに供給される外部指令圧としてのパイロット圧が予め決められた所定の圧力値以上まで上昇したときに、スプリング３５Ｃに抗して摺動変位し、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄ間を遮断する。これにより、圧力調整弁３５は、図１中に示す連通位置（ａ）から遮断位置（ｂ）にスプリング３５Ｃに抗して切換わるものである。このため、後述の制御圧室４２は、第２の通路３４Ｃ（出口側通路２５）に対して遮断され、弁体３７のリフト量を小さく抑えるように後述の如く作用し、閉弁位置となる。
【００５０】
３６は制御弁装置２１の一部を構成するポペット弁で、該ポペット弁３６は、弁ケーシング２２に設けられた入口側通路２４（連通穴２４Ａ）、出口側通路２５、シート部２６および弁体摺動穴２７と、後述の弁体３７、キャップ部材４１、制御圧室４２および弁ばね４３とを含んで構成されている。そして、ポペット弁３６は、圧力調整弁３５と協働して後述する弁体３７のリフト量（即ち、開口面積）を可変に調整し、これに応じてアーム用制御弁１８を流通する圧油の流量を可変に制御するものである。
【００５１】
３７はポペット弁３６の弁体で、該弁体３７は、図３に示すように弁体摺動穴２７内に挿嵌された段付の弁部材３８と、該弁部材３８の軸方向一側に螺合して設けられ後述のチェック弁体４０を弁部材３８との間で変位可能に保持する弁保持部材３９とにより構成されている。弁保持部材３９は、後述の弁ばね４３をキャップ部材４１との間で縮装状態に支持するばね受部３９Ａと、該ばね受部３９Ａよりも小径な有蓋筒状に形成され弁部材３８（後述する段付穴部３８Ｇの上部側）内に螺入した状態で後述のチェック弁体４０を変位可能に保持する小径な保持筒部３９Ｂとを含んで構成されている。
【００５２】
弁部材３８は、弁体摺動穴２７内に摺動可能に挿嵌された大径部３８Ａと、該大径部３８Ａの軸方向一側に設けられた小径筒部３８Ｂと、大径部３８Ａの軸方向他側に小径な縮径部３８Ｃを介して一体に形成され外周側が弁ケーシング２２のシート部２６に離着座する弁部３８Ｄと、該弁部３８Ｄの他側(先端側）から入口側通路２４の連通穴２４Ａ内に向けて軸方向に突出した筒状突出部３８Ｅとを含んで構成されている。弁部材３８の大径部３８Ａは、図４に示すように外径寸法ｄ1 をもって形成され、外径寸法ｄ1 は弁体摺動穴２７の穴径よりも僅かに（即ち、弁体３７の摺動変位を許す範囲で）小径に形成されている。
【００５３】
また、弁部材３８には、前記筒状突出部３８Ｅの内周側から大径部３８Ａ、小径筒部３８Ｂ内へと軸方向一側(上側)に向けて延び途中部位に後述するチェック弁体４０用の弁座３８Ｆが形成された段付穴部３８Ｇと、該段付穴部３８Ｇの径方向に延びた複数の径方向穴３８Ｈとが設けられている。各径方向穴３８Ｈは、図３に示すように後述の制御圧室４２と連通している。段付穴部３８Ｇは、筒状突出部３８Ｅの内周側を介して入口側通路２４内と連通するものである。
【００５４】
さらに、弁部材３８の筒状突出部３８Ｅは、後述の第１突出部４４と第２突出部４５とを有している。入口側通路２４から連通穴２４Ａを介して出口側通路２５へと流れる圧油の流量（即ち、出口側通路２５に対する連通穴２４Ａの開口面積）は、これらの第１突出部４４と第２突出部４５とにより後述の如く調整されるものである。
【００５５】
４０は弁部材３８と弁保持部材３９との間に収容されたチェック弁体で、該チェック弁体４０は、弁保持部材３９の保持筒部３９Ｂ内に摺動可能に挿嵌され、常時は弁部材３８の弁座３８Ｆに着座するように弱ばね４０Ａにより付勢されている。チェック弁体４０は、弁部材３８の筒状突出部３８Ｅ側から入口側通路２４内の圧力が作用すると、弱ばね４０Ａに抗して弁座３８Ｆから離座するように開弁する。これにより、入口側通路２４内の圧油は、弁部材３８の段付穴部３８Ｇおよび各径方向穴３８Ｈ等を介して後述の制御圧室４２に供給される。
【００５６】
このように、チェック弁体４０は、弁体３７内を入口側通路２４から制御圧室４２に向けて圧油が流通するのを許し、逆向きの流れを阻止する。即ち、チェック弁体４０は、制御圧室４２内の油液が弁部材３８の各径方向穴３８Ｈ等を介して段付穴部３８Ｇ、入口側通路２４に向け流通するのを阻止するものである。
【００５７】
４１はポペット弁３６の一部を構成するキャップ部材で、該キャップ部材４１は、弁ブロック３４の嵌合凹部３４Ａ内に嵌合され、弁ケーシング２２の弁体摺動穴２７を軸方向一側（上側）から弁ブロック３４と共に閉塞している。弁体３７の弁保持部材３９とキャップ部材４１との間には、弁体３７のリフト量を可変に制御するための背圧室としての制御圧室４２が形成され、この制御圧室４２は、弁ブロック３４の第１の通路３４Ｃに常時連通している。
【００５８】
４３は制御圧室４２内に位置して弁保持部材３９とキャップ部材４１との間に配設された弁ばねで、該弁ばね４３は、コイルスプリング等を用いて構成され、弁体３７（弁保持部材３９）を常時閉弁方向に付勢している。弁体３７は、制御圧室４２内に発生する背圧（制御圧）によっても閉弁方向に押圧される。また、弁ばね４３は、例えば外部からの振動等で弁体３７が不用意に開弁するのを防ぐ機能も有している。
【００５９】
弁ばね４３は、ばね定数ｋを調整したものが用いられ、後述の如く予め決められたばね定数ｋb のばねにより構成される。即ち、弁ばね４３は、制御圧室４２内の圧力が決められた規定圧（後述の最低圧力Ｐmin ）のときに、弁体３７のリフト量Ｘが最大（後述の最大変位量Ｘmax ）となるように、ばね定数ｋb が所定値に設定されている。
【００６０】
４４は弁体３７の筒状突出部３８Ｅを後述の第２突出部４５と共に構成する第１突出部で、該第１突出部４４は、図３〜図５に示すように弁部材３８の筒状突出部３８Ｅのうち弁部３８Ｄ側寄りとなる位置に配置され、連通穴２４Ａ内に摺動可能に挿嵌されている。即ち、第１突出部４４は、弁部３８Ｄの位置から連通穴２４Ａ内に向けて筒状に突出する円筒体として形成されている。第１突出部４４の外径寸法ｄ2 （図４参照）は、連通穴２４Ａの穴径よりも予め決められた寸法（第１突出部４４が連通穴２４Ａ内で摺動変位するのを許す範囲で）だけ僅かに小径に形成されている。第１突出部４４の外径寸法ｄ2 （図４参照）は、大径部３８Ａの外径寸法ｄ1 よりも小径（ｄ2 ＜ｄ1 ）に形成されている。
【００６１】
第１突出部４４の外周面には、複数の切欠きとしてのノッチ４４Ａが周方向に離間して設けられている。図６に示すように、弁体３７のリフト量が小さい小開口領域（図９に示す範囲Ｃ）では、弁体３７の弁部３８Ｄがシート部２６から離座した状態で、入口側通路２４の連通穴２４Ａは第１突出部４４の各ノッチ４４Ａを介して出口側通路２５に連通する。このとき、連通穴２４Ａから出口側通路２５に向けて流れる圧油の流量は、各ノッチ４４Ａによる流路面積（開口面積）の範囲内で相対的に小さな流量に調整される。
【００６２】
４５は弁体３７の筒状突出部３８Ｅを第１突出部４４と共に構成する第２突出部で、該第２突出部４５は、図３〜図５に示すように、第１突出部４４の先端（後述の段差面部４６）から連通穴２４Ａ内に向けて筒状に突出し、第１突出部４４よりも小径な円筒体として形成されている。第２突出部４５は軸方向の突出長さＬを有し、その内径寸法は、第１突出部４４と同一径になっている。しかし、第２突出部４５の外径寸法ｄ3 （図４参照）は、第１突出部４４の外径寸法ｄ2 よりも予め決められた寸法だけ小径（ｄ3 ＜ｄ2 ）に形成されている。
【００６３】
ここで、第１突出部４４と第２突出部４５との半径方向寸法の差δ（以下、径方向隙間δという）は、下記の数１式により求められる。この径方向隙間δは、後述の如く弁体３７のリフト量が中開口領域（図９に示す範囲Ｄ）であるときに、連通穴２４Ａと第２突出部４５との間を流れる圧油に絞り効果を発揮できるような寸法に形成されている。
【００６４】
【数１】
2013257023.tif 000003
【００６５】
また、第２突出部４５の突出長さＬは、径方向隙間δよりも大きく（Ｌ＞δ）なるように形成されている。第２突出部４５は、突出長さＬをより長くすれば、これに従って前記絞り効果を一層に高めることができる。さらに、第２突出部４５には、その先端側端面を断面Ｕ字状に切欠いて形成された複数の切欠き部４５Ａが設けられている。該各切欠き部４５Ａは、第２突出部４５（即ち、筒状突出部３８Ｅ）の周方向に定間隔をもって配置され、第２突出部４５の内周面と外周面との間を径方向に延び両者間を連通させるすり割り溝として形成されている。
【００６６】
４６は第１突出部４４と第２突出部４５との間に配置された環状の段差面部で、該段差面部４６は、弁体３７（筒状突出部３８Ｅ）の周方向に全周にわたって延びる環状の段差面として形成されている。段差面部４６は、図６に示すように弁体３７のリフト量が小さい小開口領域で、入口側通路２４内の圧力を受圧する受圧面となり、図８に示すように弁体３７のリフト量が大きくなった大開口領域では、出口側通路２５内の圧力を受圧する受圧面となる。これにより、段差面部４６は、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させる効果を発揮することができる。
【００６７】
第１の実施の形態によるポペット弁３６を備えた制御弁装置２１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６８】
まず、油圧ポンプ１１から吐出された圧油は、ポンプ管路１３の分岐管路１３Ａから弁ケーシング２２の入口側通路２４、ポペット弁３６の弁体３７と連通穴２４Ａとの間（隙間）を流通して出口側通路２５に流れる。そして、出口側通路２５に流れた圧油は、アーム用制御弁１８を中立位置（イ）から切換位置（ロ）または（ハ）に切換えることにより、一対の主管路１９Ａ，１９Ｂを介してアームシリンダ９に給排される。
【００６９】
アームシリンダ９に供給される圧油の流量は、ポペット弁３６の弁体３７における開口面積と、アーム用制御弁１８のスプール２９（切換ランド２９Ａ，２９Ｂ）による開口面積とによって決められる。また、弁ケーシング２２の入口側通路２４から出口側通路２５に向けた圧油の流れを遮断する場合に、ポペット弁３６の弁体３７は、弁部材３８の弁部３８Ｄを弁ケーシング２２のシート部２６に着座させることにより両通路２４，２５間を遮断する。
【００７０】
そこで、アーム用制御弁１８を通じてアームシリンダ９に供給する圧油の流量を小さく抑える場合には、圧力調整弁３５を連通位置（ａ）から遮断位置（ｂ）の方向に切換えてゆく。即ち、圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａが図２中の矢示Ｂ（左方向）に摺動変位するときには、圧力調整弁３５の開口面積（即ち、スプール弁体３５Ａのノッチ３５Ａ1 による開口面積）が小さくなってゆく。ノッチ３５Ａ1 による開口面積が小さくなると、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄ間に圧力差が発生し、制御圧室４２の圧力は高くなる。これにより、ポペット弁３６の弁体３７は、図６に示すようにリフト量が制御圧室４２内の圧力により小さく抑えられ、小開口領域（図９に示す範囲Ｃ）に設定される。
【００７１】
なお、圧力調整弁３５が連通位置（ａ）から遮断位置（ｂ）に完全に切換わると、ポペット弁３６の制御圧室４２は、圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａにより第２の通路３４Ｄ、分岐通路２５Ａに対して遮断される。これにより、ポペット弁３６の制御圧室４２は、入口側通路２４とほぼ等しい圧力になるために、ポペット弁３６の弁体３７は全閉状態となって閉弁する（図３参照）。
【００７２】
図６に示す小開口領域において、ポペット弁３６の弁体３７は、弁部材３８の弁部３８Ｄがシート部２６から離座し、かつ筒状突出部３８Ｅの第１突出部４４がシート部２６よりも連通穴２４Ａに進入した状態となる。この場合、連通穴２４Ａから出口側通路２５に向けて流れる圧油の流量は、弁体３７の第１突出部４４と連通穴２４Ａとの間に形成される開口面積（例えば、複数のノッチ４４Ａによる開口面積）によって小さな流量に調整される。
【００７３】
一方、圧力調整弁３５を遮断位置（ｂ）から連通位置（ａ）の方向に切換えてゆくと、圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａが図２中の矢示Ａ（右方向）に摺動変位し、スプール弁体３５Ａのノッチ３５Ａ1 による開口面積が漸次大きくなるため、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄ間の圧力差が漸次小さくなって、制御圧室４２の圧力は低下するようになる。これにより、ポペット弁３６の弁体３７は、図７に示すようにリフト量が漸次大きくなり、中開口領域（図９に示す範囲Ｄ）に設定される。
【００７４】
図７に示す中開口領域において、ポペット弁３６の弁体３７は、第１突出部４４と第２突出部４５との間の段差面部４６が連通穴２４Ａとシート部２６との間の境界に達する位置まで開弁し、第２突出部４５はシート部２６よりも連通穴２４Ａに進入した状態となる。この場合、連通穴２４Ａから出口側通路２５に向けて流れる圧油の流量は、弁体３７の第２突出部４４と連通穴２４Ａとの間に形成される開口面積によって中間の流量に調整される。
【００７５】
また、この状態から圧力調整弁３５をさらに連通位置（ａ）の方向に切換えてゆくと、圧力調整弁３５のスプール弁体３５Ａが図２中の矢示Ａ（右方向）に摺動変位し、スプール弁体３５Ａの開口面積（ノッチ３５Ａ1 による開口面積も含む）が漸次大きくなる。このため、第１，第２の通路３４Ｃ，３４Ｄ間の圧力差が漸次小さくなって、制御圧室４２の圧力はさらに低下する。これにより、ポペット弁３６の弁体３７は、リフト量が漸次大きくなり、大開口領域（図９に示す範囲Ｅ）に設定される。図８は、弁体３７のリフト量が最大となり、ポペット弁３６が全開位置まで開弁した状態を示している。
【００７６】
このように、ポペット弁３６は、制御圧室４２の圧力を変化させることにより弁体３７のリフト量を変化させ、入口側通路２４が連通穴２４Ａを介して出口側通路２５に連通する開口面積を調整できるようにしている。即ち、ポペット弁３６の弁体３７が小開口領域（図９に示す範囲Ｃ）のリフト位置であるときに、入口側通路２４と出口側通路２５とは、第１突出部４４の外周面に設けられた複数のノッチ４４Ａを通じて連通され、その連通面積を各ノッチ４４Ａにより小開口領域の範囲内に制御することができる。
【００７７】
ポペット弁３６の弁体３７が中開口領域（図９に示す範囲Ｄ）のリフト位置であるときに、入口側通路２４と出口側通路２５とは、環状の段差面部４６とシート部２６との間、および第２突出部４５と連通穴２４Ａとの間の開口（隙間）を通じて連通されるようになり、その連通面積を中開口領域の範囲（図１０参照）に制御することができる。
【００７８】
ポペット弁３６の弁体３７が大開口領域（図９に示す範囲Ｅ）のリフト位置にあるときに、入口側通路２４と出口側通路２５とは、第２突出部４５と連通穴２４Ａとの間の隙間、さらに、第２突出部４５に設けられた複数の切欠き部４５Ａにより連通されるようになり、その連通面積を大開口領域の範囲に制御することができる。
【００７９】
ここで、ポペット弁３６の弁体３７のリフト量は、弁ケーシング２２の入口側通路２４と出口側通路２５および制御圧室４２の各圧力と、これらの圧力を受圧する部位での受圧面積と、弁ばね４３の付勢力とにより決まる。弁体３７が制御圧室４２内の圧力Ｐｘを受圧する受圧面積Ｓ１は、前述した大径部３８Ａの外径寸法ｄ1 （図４参照）により下記の数２式で求められる。
【００８０】
【数２】
2013257023.tif 000004
【００８１】
また、図３に示すように閉弁状態の弁体３７が入口側通路２４内の圧力Ｐi を受圧する受圧面積Ｓ２（図４参照）は、第１突出部４４の外径寸法ｄ2 により下記の数３式で求められる。弁体３７の第２突出部４５側での受圧面積Ｓ３は、第２突出部４５の外径寸法ｄ3 により下記の数４式で求められる。
【００８２】
【数３】
2013257023.tif 000005
【００８３】
【数４】
2013257023.tif 000006
【００８４】
また、弁体３７が出口側通路２５内の圧力Ｐo を受圧する受圧面積をＳ４（図示せず）、弁ばね４３のばね定数をｋとし、弁ばね４３の初期荷重（即ち、弁体３７が図３に示す閉弁位置にあるときのばね荷重）をＦ0 、弁体３７のリフト量をＸとしたときに、弁体３７の開弁方向に働く力Ｆａは下記の数５式となり、弁体３７の閉弁方向に働く力Ｆｂは下記の数６式となる。
【００８５】
【数５】
2013257023.tif 000007
【００８６】
【数６】
2013257023.tif 000008
【００８７】
ここで、力Ｆａと力Ｆｂとが釣合ってポペット弁３７が任意の位置に停止するときには、下記の数７式を満たす関係にあり、弁体３７のリフト量Ｘは、下記の数８式、数１０式として纏めることができる。
【００８８】
【数７】
2013257023.tif 000009
【００８９】
【数８】
2013257023.tif 000010
【００９０】
また、数８式のうち力（Ｆａ−Ｆ0 ）は、下記の数９式のように、弁体３７に働く開弁方向の力Ｆ１としても表すことができ、弁体３７のリフト量Ｘは、下記の数１０式として纏めることができる。
【００９１】
【数９】
2013257023.tif 000011
【００９２】
【数１０】
2013257023.tif 000012
【００９３】
この数１０式のうち、開弁方向の力Ｆ１（即ち、前記数５式による力Ｆａ）、弁ばね４３の初期荷重Ｆ0 、ばね定数ｋおよび受圧面積Ｓ１は、予め既知の値として取扱うことが可能である。このため、本発明の比較例において、弁体３７のリフト量Ｘは、前記数１０式から制御圧室４２内の圧力Ｐｘを変数としたリニアな特性線４７により表すことができる。なお、この場合の比較例によるポペット弁は、前記特許文献１による従来技術のように、弁体の先端部（弁体３７の筒状突出部３８Ｅに対応する部位）が受圧面積を段階的に変化させる形状には形成されていないものである。
【００９４】
即ち、図９中に二点鎖線で示す比較例の特性線４７は、制御圧室４２内の圧力Ｐｘを、最低圧力Ｐmin から最高圧力Ｐmax の範囲で調整することにより、弁体３７のリフト量Ｘは、全開位置となる最大変位量Ｘmax から全閉位置まで直線状に変化することを示している。この比較例において、制御圧室４２内の圧力Ｐｘと開口面積との関係は、図１０中に二点鎖線で示す特性線４８により表すことができる。
【００９５】
ところで、弁体３７のリフト量Ｘが制御圧室４２内の圧力Ｐｘに従ってリニアな特性（特性線４７）に沿って変化する比較例の場合には、制御圧室４２内の圧力Ｐｘに対して、ある特定の範囲の開口面積（例えば、図９中の範囲Ｄ）を異なる特性で制御したいという要求を満たすことができない。即ち、ポペット弁３６の開口面積が中開口領域（例えば、開口面積が図１０中の開口面積Ａ１から開口面積Ａ２）での制御性を重視したい場合、この領域では、制御圧室４２内の圧力変化に対してリフト量の変化を小さく抑え、開口面積の変化特性（傾き）を相対的に小さくしたいという要求がある。
【００９６】
そこで、第１の実施の形態では、このような要求を満たすために、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに、弁部３８Ｄの位置から連通穴２４Ａ内に向けて突出した筒状の第１突出部４４と、該第１突出部４４の先端（即ち、段差面部４６の位置）から連通穴２４Ａ内に向けて突出し第１突出部４４よりも小径に形成された第２突出部４５とを設けている。第１突出部４４と第２突出部４５とは、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させる構成としている。
【００９７】
このように、第１の実施の形態では、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに設けた第１突出部４４と第２突出部４５とにより、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させるため、弁体３７のリフト量Ｘを制御圧室４２内の圧力Ｐｘに対して、図９中に実線で示す特性線４９のように変化させることができ、ポペット弁３６の開口面積が中開口領域となる範囲Ｄでは、特性線部４９Ｄのように制御圧室４２内の圧力変化に対してリフト量Ｘの変化を小さく抑えることができる。
【００９８】
即ち、図８に示すように、弁体３７のリフト量Ｘが最大変位量Ｘmax の位置から環状の段差面部４６がシート部２６に接近する位置まで変位する大開口領域（図９に示す範囲Ｅ）では、高圧側の入口側通路２４に対する弁体３７の受圧面積が、図４、図８に示す受圧面積Ｓ２から受圧面積Ｓ３に減少し、低圧側の出口側通路２５に対する弁体３７の受圧面積は、面積（Ｓ２−Ｓ３）に相当する受圧面積分だけ増加することになる。
【００９９】
弁体３７のリフト量Ｘが最大変位量Ｘmax となったときに、制御圧室４２内の圧力Ｐｘは最低圧力Ｐmin であり、最大変位量Ｘmax と最低圧力Ｐmin との関係は、前記数１０式により下記の数１１式で表される。
【０１００】
【数１１】
2013257023.tif 000013
【０１０１】
図９中に二点鎖線で示す特性線４７の比較例では、高圧側の圧力である入口側通路２４の圧力Ｐi を受ける弁体３７の受圧面積がＳ２の場合に、開弁方向の力Ｆ１を力Ｆ1aとし、出口側通路２５の圧力Ｐo を受ける受圧面積Ｓ４を面積Ｓ4aとし、ばね定数ｋをｋa とすると、開弁方向の力Ｆ1aは、前記数５式と数９式に基づいて下記の数１２式により求めることができる。
【０１０２】
【数１２】
2013257023.tif 000014
【０１０３】
一方、第１の実施の形態では、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに第１突出部４４と第２突出部４５とを有しているため、大開口領域（図９に示す範囲Ｅ）において、入口側通路２４の圧力Ｐi を受ける弁体３７の受圧面積Ｓ２が受圧面積Ｓ３に減少する。このとき、開弁方向の力Ｆ１を力Ｆ1bとし、出口側通路２５の圧力Ｐo を受ける弁体３７の受圧面積Ｓ４を面積Ｓ4bとし、ばね定数ｋをｋb とするなら、開弁方向の力Ｆ1bは、前記数５式と数９式に基づいて下記の数１３式により求めることができる。
【０１０４】
【数１３】
2013257023.tif 000015
【０１０５】
ここで、開弁方向の力Ｆ1aを、前記数１１式中の力Ｆ１に置き換え、ばね定数ｋをｋa に置き換えると、下記の数１４式の関係となる。開弁方向の力Ｆ1bを、前記数１１式中の力Ｆ１に置き換え、ばね定数ｋをｋb に置き換えると、下記の数１５式の関係となる。
【０１０６】
【数１４】
2013257023.tif 000016
【０１０７】
【数１５】
2013257023.tif 000017
【０１０８】
比較例におけるばね定数ｋa は、前記数１４式から下記の数１６式により表すことができ、第１の実施の形態における弁ばね４３のばね定数ｋb は、前記数１５式から下記の数１７式により表すことができる。
【０１０９】
【数１６】
2013257023.tif 000018
【０１１０】
【数１７】
2013257023.tif 000019
【０１１１】
ここで、受圧面積Ｓ２，Ｓ３は、下記の数１８式の関係にあり、受圧面積Ｓ4a，Ｓ4bは、下記の数１９式の関係にあり、圧力Ｐi ，Ｐo は、下記の数２０式の関係にある。
【０１１２】
【数１８】
2013257023.tif 000020
【０１１３】
【数１９】
2013257023.tif 000021
【０１１４】
【数２０】
2013257023.tif 000022
【０１１５】
このため、第１の実施の形態における開弁方向の力Ｆ1bは、下記の数２１式のように、比較例における開弁方向の力Ｆ1aよりも小さくなる。そして、第１の実施の形態における弁ばね４３のばね定数ｋb は、下記の数２２式のように、比較例におけるばね定数ｋa よりも小さくなる。
【０１１６】
【数２１】
2013257023.tif 000023
【０１１７】
【数２２】
2013257023.tif 000024
【０１１８】
このように、第１の実施の形態では、制御圧室４２の圧力Ｐｘが最低圧力Ｐmin のときに、弁体３７のリフト量Ｘが最大変位量Ｘmax となるようにばね定数ｋb を、比較例の場合（ばね定数ｋa ）に比べて小さく設定することができる。これにより、図９中の範囲Ｅ（即ち、特性線部４９Ｅ）に示すように、比較例の特性線４７に比べて小さい圧力変化で速やかに中開口範囲から最大開口に移ることができる。
【０１１９】
次に、ポペット弁３６は、弁体３７が第２突出部４５の範囲（即ち、図９中に示す範囲Ｄ）にあるとき、制御圧室４２の圧力Ｐc とするなら、図９中の特性線４７による比較例のリフト量Ｘは、前記数１０式中の力Ｆ１を開弁方向の力Ｆ1aとし、ばね定数ｋをｋa に置き換えると、下記の数２３式の関係となる。
【０１２０】
【数２３】
2013257023.tif 000025
【０１２１】
第１の実施の形態によるポペット弁３６、即ち第１，第２突出部４４，４５を備えた弁体３７では、図９中の範囲Ｄにおいて制御圧室４２の圧力Ｐc が大きくなるに従って弁体３７のリフト量Ｘが小さくなるため、入口側通路２４（高圧側）の圧力Ｐi を受ける受圧面積は、面積Ｓ３から面積Ｓ２まで漸次増加することになる。逆に、出口側通路２５（低圧側）の圧力Ｐo を受ける受圧面積は、面積Ｓ4bから面積Ｓ4aまで漸次減少することになる。
【０１２２】
この変化する入口側通路２４（高圧側）の圧力Ｐi を受ける受圧面積をＳ3cとし、出口側通路２５（低圧側）の圧力Ｐo を受ける受圧面積をＳ4cとするなら、弁体３７の開弁方向に働く力Ｆ1cは、前記数５式と数９式の関係から下記の数２４式により求めることができる。
【０１２３】
【数２４】
2013257023.tif 000026
【０１２４】
【数２５】
2013257023.tif 000027
【０１２５】
ここで、弁体３７に働く開弁方向の力Ｆ1cは、前記数２５式の関係にあり、弁体３７のリフト量Ｘが小さくなるにつれて、力Ｆ1cは力Ｆ1bから力Ｆ1aに変化していくことになる。即ち、図９中の範囲Ｄでは、制御圧室４２の圧力Ｐc が大きくなるにつれて閉弁方向に働く力は大きくなるが、開弁方向に働く力Ｆ1cも大きくなっていくことから、制御圧室４２の圧力Ｐc に対するリフト量Ｘの変位は小さくなる。これにより、図９に示す中開口領域の範囲Ｄでは、実線で示す特性線４９の特性線部４９Ｄのように、特性線４７で示す比較例よりも制御圧室４２の圧力Ｐｘの変化に対してリフト量の変化が小さい制御ができるようになる。
【０１２６】
次に、ポペット弁３６の弁体３７が円筒状の第１突出部４４の範囲（即ち、小開口領域の範囲Ｃ）にあるときには、制御圧室４２の圧力Ｐｘを圧力Ｐd とするなら、入口側通路２４（高圧側）の圧力Ｐi を受ける受圧面積はＳ２となる。特性線４７で示す比較例の場合も、同じ受圧面積Ｓ２で入口側通路２４（高圧側）の圧力Ｐi を受ける。このため、両者のリフト量Ｘは、前記数１０式中の力Ｆ１を開弁方向の力Ｆ1aとし、ばね定数ｋをｋa ，ｋb に置き換え、圧力Ｐｘを圧力Ｐd にすると、下記の数２６式の関係となる。
【０１２７】
【数２６】
2013257023.tif 000028
【０１２８】
この場合、第１の実施の形態によるポペット弁３６は、比較例に対してばね定数ｋを、定数ｋaから定数ｋbと小さくすることができる。これにより、制御圧室４２の圧力Ｐｘが変化するときに、第１の実施の形態では、弁体３７のリフト量Ｘが、図９中に示す小開口領域の範囲Ｃ（即ち、特性線４９の特性線部４９Ｃ）のように、比較例（特性線４７）よりも大きく変化することなる。このため、ポペット弁３６の弁体３７を比較例よりも小さい圧力変化（制御圧室４２の圧力Ｐｘの変化）で閉弁位置とすることができるようになる。
【０１２９】
かくして、第１の実施の形態で採用したポペット弁３６は、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに、筒状の第１突出部４４と、該第１突出部４４よりも小径に形成された第２突出部４５とを設け、第１突出部４４と第２突出部４５とは、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させる構成としている。これにより、制御圧室４２の圧力Ｐｘに対するリフト量Ｘの関係を、図９中に実線で示す特性線４９に沿って変化させることができる。
【０１３０】
この結果、制御圧室４２の圧力Ｐｘとポペット弁３６の開口面積の関係は、図１０中に実線で示す特性線５０のような関係とすることができる。即ち、開口面積Ａｘが図１０中の開口面積Ａ１よりも小さくなる小開口領域（図９中の範囲Ｃ）と、開口面積Ａ２よりも大きくなる大開口領域（図９中の範囲Ｅ）とでは、制御圧室４２の圧力Ｐｘに対するリフト量Ｘの変化を大きくし、これにより、開口面積Ａｘの変化も大きく変化することとなる。開口面積Ａ１〜Ａ２の中開口領域（図９中の範囲Ｄ）においては、制御圧室４２の圧力Ｐｘの変化に対するリフト量Ｘの変化が小さくなるため、開口面積Ａｘの変化は緩やかとなる。
【０１３１】
このように、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに円筒状の第１突出部４４と第２突出部４５とを設けることにより、例えば図１０に示す開口面積Ａ１から開口面積Ａ２の範囲の制御性について考える場合、開口面積Ａｘが開口面積Ａ２より大きい場合と開口面積Ａ１より小さい場合の開口を制御する制御圧室４２の圧力範囲を小さくし、開口面積Ａ１から開口面積Ａ２の範囲を制御する制御圧室４２の圧力範囲を広くすることにより、開口面積Ａ１から開口面積Ａ２の範囲の制御性を特に向上させることができる。
【０１３２】
これに対し、特性線４７で示す比較例の場合は、制御圧室４２の圧力変化に対するリフト量Ｘの変化は一定であるため、ある特定の範囲の開口面積の制御性を向上させる場合には、例えば第２突出部４５を設けたポペット弁３６の弁体３７と同じ制御圧室４２の圧力位置で同じ開口面積Ａ１を得ようとした場合、比較例のポペット弁はリフト量が小さいため、複数の切欠きを設ける必要があり、且つ、複数の切欠きを加工できるだけの大きさが必要になるため、ポペット弁の大型化、加工時間の増加によりコストアップにつながってしまう。
【０１３３】
また、比較例において、最大リフト（最大変位量Ｘmax ）での開口面積を得るためには、弁体３７の第２突出部４５に設けた各切欠き部４５Ａのように比較的大きな切欠きを設ける必要があり、比較例においては中開口領域（図９中の範囲Ｄ）のリフト量Ｘに限りがあるため、開口面積Ａ１から開口面積Ａ２の中開口領域を制御できる制御圧室４２の圧力範囲に限りがあった。
【０１３４】
然るに、第１の実施の形態では、弁体３７の筒状突出部３８Ｅに円筒状の第１突出部４４と第２突出部４５とを設け、特に、開口面積Ａ１から開口面積Ａ２の中開口領域で制御圧室４２の圧力Ｐｘに対するリフト量Ｘの変化を小さくすることにより、中開口領域の制御に使用可能な制御圧室４２の圧力範囲を広くすることができ、特定範囲の開口面積の制御性を向上することができる。
【０１３５】
このため、図１に示す油圧ポンプ１１からの圧油をポペット弁３６、アーム用制御弁１８を介してアームシリンダ９に給排し、作業装置４のアーム６を俯仰動させるときに、ポペット弁３６の特定範囲の開口面積の制御性、即ち中開口領域での制御性を高めることができ、例えば作業装置４による地均し作業時の操作性を向上することができる。
【０１３６】
次に、図１１は本発明の第２の実施の形態を示し、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。然るに、第２の実施の形態の特徴は、第１突出部４４の先端側に設ける第２突出部５１を、段付の突出部として形成したことにある。
【０１３７】
ここで、第２突出部５１は、第１突出部４４の先端から連通穴２４Ａ内に向けて筒状に突出し第１突出部４４よりも予め決められた寸法だけ小径に形成された中径突出部５１Ａと、該中径突出部５１Ａの先端から連通穴２４Ａ内に向けて筒状に突出し中径突出部５１Ａよりも予め決められた寸法だけ小径に形成された小径突出部５１Ｂとを有している。第１突出部４４と第２突出部５１（中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂ）は、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を３段階以上で段階的に変化させる構成としている。
【０１３８】
また、第２突出部５１には、その先端側端面を断面Ｖ字状に切欠いて形成された複数の切欠き部５１Ｃが設けられている。該各切欠き部５１Ｃは、第１の実施の形態で述べた切欠き部４５Ａと同様に周方向に定間隔をもって配置され、第２突出部５１（即ち、中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂ）の内周面と外周面との間を径方向に延び両者間を連通させるすり割り溝として形成されている。
【０１３９】
第１突出部４４と第２突出部５１との間には、第１の実施の形態で述べた環状の段差面部４６と同様な段差面部５２が形成されている。第２突出部５１には、中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂとの間に他の段差面部５３が形成されている。この段差面部５３は、第２突出部５１の周方向に延びる環状の段差面として形成され、その周方向途中箇所は切欠き部５１Ｃの位置で複数個（例えば、切欠き部５１Ｃが４個の場合には、４個の段差面部５３）に分離されている。また、各段差面部５３は、図１１中に示すように、弁体３７の軸線に対して垂直な面から僅かに斜めに傾斜した段差面として形成されている。
【０１４０】
かくして、このように構成される第２の実施の形態でも、第１突出部４４と第２突出部５１（中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂ）とにより、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を段階的に変化させることができ、第１の実施の形態とほぼ同様な効果を奏する。特に、第２の実施の形態では、第１突出部４４の先端側に設ける第２突出部５１を、中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂとからなる段付の突出部として形成している。
【０１４１】
このため、第２突出部５１の中径突出部５１Ａと第１突出部４４との間に形成した環状の段差面部５２に加えて、中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂとの間に形成した他の段差面部５３によっても、入口側通路２４内の圧力を受圧することができ、入口側通路２４と出口側通路２５とに対する弁体３７の受圧面積を３段階以上で段階的に変化させ、中開口領域の制御に使用可能な制御圧室４２の圧力範囲を一層に広くすることができる。
【０１４２】
なお、前記第２の実施の形態では、第２突出部５１を中径突出部５１Ａと小径突出部５１Ｂとにより２段の段付き形状とする場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、第２突出部を３段以上の段付き形状に形成してもよい。また、図１１中に示す如く、段差面部５３が斜めに傾斜した段差面として形成されているように、段差面部は必ずしも水平な環状段差面により構成する必要はない。
【０１４３】
また、前記第２の実施の形態では、第２突出部５１に断面Ｖ字状の切欠き部５１Ｃを形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、このような切欠き部の形状は、ポペット弁の開弁時に要求される流量（開口面積）を満たす形状であればよく、第１の実施の形態で述べた第２突出部４５のように、断面Ｕ字状の切欠き部４５Ａと同様な形状、または他の形状を採用してもよい。この点は、第１の実施の形態についても同様である。
【０１４４】
また、第１の実施の形態では、各切欠き部４５Ａを、第２突出部４５の内周面と外周面との間を径方向に延びるすり割り溝として形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明では、例えば図９中に示す範囲Ｄにおいて制御圧室４２の圧力変化に対する弁体３７のリフト量変化を小さくしたことにより、中開口領域（範囲Ｄ）に影響を与えない範囲で、第２突出部４５の各切欠き部４５Ａを第１突出部４４の位置まで軸方向（図４中の上向き）に延ばして形成することも可能である。
【０１４５】
また、前記各実施の形態では、アーム用制御弁１８からアームシリンダ９に向けて給排される圧油の流量を調整するポペット弁３６を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばブーム用制御弁１６からブームシリンダ８に給排する圧油の流量調整を行う場合のポペット弁に適用してもよく、バケットシリンダまたはこれ以外の油圧アクチュエータに方向制御弁を通じて圧油を給排する場合のポペット弁にも適用することができる。
【０１４６】
さらに、本発明によるポペット弁は、弁体のリフト量に応じて流体の流量を小流量から大流量へと可変に制御する構成のものであればよく、例えば油圧ショベル等の建設機械に適用範囲が限られるものではなく、広い範囲のポペット弁にも適用できるものである。
【符号の説明】
【０１４７】
４  作業装置
５  ブーム
６  アーム
７  バケット（作業具）
８  ブームシリンダ
９  アームシリンダ
１０  バケットシリンダ
１１  油圧ポンプ
１２  タンク
１３  ポンプ管路
１４  センタバイパス管路
１５  タンク管路
１６  ブーム用制御弁（方向制御弁）
１８  アーム用制御弁（方向制御弁）
２０  リリーフ弁
２１  制御弁装置
２２  弁ケーシング（ハウジング）
２３  スプール摺動穴
２４  入口側通路（第１流路）
２４Ａ  連通穴
２５  出口側通路（第２流路）
２６  シート部
２７  弁体摺動穴
２９  スプール
３４  弁ブロック（ハウジング）
３５  圧力調整弁
３６  ポペット弁
３７  弁体
３８  弁部材
３８Ｄ  弁部
３８Ｅ  筒状突出部
３８Ｆ  弁座
３８Ｇ  段付穴部
４０  チェック弁体
４２  制御圧室
４３  弁ばね
４４  第１突出部
４５，５１  第２突出部
４５Ａ，５１Ｃ  切欠き部
４６，５２  段差面部
Ｌ  突出長さ
δ  径方向隙間（半径方向寸法の差）
【図１】
2013257023.tif 000029
【図２】
2013257023.tif 000030
【図３】
2013257023.tif 000031
【図４】
2013257023.tif 000032
【図５】
2013257023.tif 000033
【図６】
2013257023.tif 000034
【図７】
2013257023.tif 000035
【図８】
2013257023.tif 000036
【図９】
2013257023.tif 000037
【図１０】
2013257023.tif 000038
【図１１】
2013257023.tif 000039