JP2005315350A - 制御弁装置及び圧力回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のシート弁タイプの制御弁装置を改良して、入口室側の圧力が出口側の圧力より小さくなってもシート弁体を着座位置に保持して、逆流を防止する制御弁装置と、この制御弁装置を用いた圧力回路を提供する。
【解決手段】第１の通路２８に、入口室２２から可変絞り２７方向への流れのみを許容する第１の弁装置３１を設け、第２の通路３２と第３の通路３３の間に、出口室２３から制御圧力室２５方向への流れのみを許容する第２の弁装置３４を設け、制御弁体３０を閉じている場合、入口室２２内の圧力が高圧の時は第１の弁装置３１を介して圧力媒体が制御圧力室２５に導かれて第２の弁装置３４によって出口室と遮断され、出口室２３内の圧力が高圧の時は第２の弁装置３４を介して圧力媒体が制御圧力室２５に導かれて第１の弁装置３１によって入口室と遮断される構成にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シート弁タイプの制御弁装置に係わり、特に建設機械に好適な制御弁装置、及び建設機械の油圧回路に好適な圧力回路に関する。
従来、シート弁タイプの制御弁装置として、シート型の主弁とパイロット制御弁とを組み合わせて構成されたものがある。この制御弁装置は、例えば建設機械に適用されるもので、圧力源とアクチュエータとの間のメイン回路の結合部に配置され、または、アクチュエータとタンクとの間のメイン回路の結合部に配置され、アクチュエータの作動速度及び運動方向を制御するものである。このような制御弁装置の一例として、特公平４−２７４０１号公報に記載の制御弁装置がある。この制御弁装置は、シート型の主弁の背面側に主弁を閉弁方向に付勢する制御圧力室を設け、主弁の変位に応じて開口量が変化する可変絞りを介して、主弁入口側と制御圧力室を連絡すると共に、パイロット通路を介して制御圧力室を主弁出口側に連絡し、パイロット通路にパイロット弁を配置し、パイロット弁の変位に応じて主弁の変位を制御するようにしたものである。
図１０は従来のシート弁タイプの制御弁装置を示す図である。ハウジング１には円形の弁座２と弁座２から軸線方向に延びた円筒壁３が形成されている。弁体４は円筒壁３の内側で、円筒形プランジャとして壁３に対して摺動する。弁体４の内部の流路５には、絞りが形成されており、弁座２からの弁体４の離接距離が増大するのに伴って開口量が増大する可変絞りとなっている。この流路５は、少なくとも一つの、例えば軸線方向の切欠き又は溝からなっており、弁体４の外壁表面に形成されている。図１０に示す弁体４の閉じ位置において、溝５の弁座２から遠い端縁は、弁体４を囲む円筒壁３の段部、即ち弁座２から最も離れた摺動壁３の端縁６に対して、僅かに外側に位置している。これにより、常に、即ち弁体４が弁座２に当接するときでさえも、入口室７と弁体４の背後の制御圧力室８との間に、小さな連結部９が形成され、それによって、パイロット制御弁１０を完全に閉じているとき、制御圧力室８における圧力が、入口室７内と同じ圧力になる。パイロット制御弁１０を作動させ、パイロット流を通過させると、圧力媒体は、流路５の絞りを通って流れ、それによってシート弁体４は、シート弁体を閉弁方向に付勢するシート弁体４の背後の制御圧力室８内の圧力と、入口室７内の圧力と、出口室１１内の圧力が釣合うために必要とされるだけ、弁座２から離接して移動する。パイロット制御弁１０は、調節可能な絞りとして働き、パイロット制御弁１０を通過するパイロット流量が多くなる程、シート弁体４は弁座２からより大きく移動し、シート弁を通る主要な流量がより大きくなり、パイロット制御弁１０が完全に開かれると、シート弁を通る最大流量が得られる。
図１１は従来の他のシート弁タイプの制御弁装置を示す図である。図１０と同一部分には同一符号を付してある。図１０との違いは、入口室７と出口室１１の位置及び流路５の形状であり、その動作は図１０と同様である。
上記の従来技術では、パイロット制御弁１０を通るパイロット流量は全流量のうちの僅かな流量であるため、パイロット制御弁１０を小さい力で制御することができ、例えば、電気信号等によって弁を遠隔制御することが容易になっている。
特公平４−２７４０１号公報
従来のシート弁タイプの制御弁装置では、図１０に示した制御弁装置を圧力源とアクチュエータとの間のメイン回路の結合部に配置し、圧力源と制御弁装置の入口室７を接続し、出口室１１とアクチュエータを接続した回路で使用した場合、パイロット制御弁１０が閉じた状態であっても、入口室７内の圧力Psが出口室１１内の圧力Prより小さくなるとシート弁４を弁座２に着座した位置に保持することができなかった。以下、この点を詳しく説明する。
シート弁体４の入口室７に位置する環状部４aの有効受圧面積をAs、出口室１１に位置するシート部４bの有効受圧面積をAr、制御圧力室８に位置する摺動部４cの有効受圧面積をAcとし、入口室７内の圧力をPs、出口室１１内の圧力をPr、制御圧力室８内の圧力をPcとすると、シート弁体４の受圧面積As，Ar，Acの釣り合いにより、
Ac＝As＋Ar …(１)
が成り立ち、シート弁体４にかかる圧力の釣り合いより、
Ac・Pc＝As・Ps＋Ar・Pr …(２)
が成り立つ。例えば、圧力源を高圧にしてパイロット制御弁１０を作動させ、圧力媒体をシート弁を通過してアクチュエータに供給している状態から、パイロット制御弁１０を閉じると、入口室７と制御圧力室８は流路５と連通しているため、入口室７内の圧力Psと制御圧力室８内の圧力Pcが等しくなり、
Ac・Pc＞As・Ps＋Ar・Pr …(３)
となり、シート弁体４は閉弁し、弁座２に着座した位置に保持され、アクチュエータの負荷圧側の圧力媒体を密閉し、アクチュエータが動作しないように保持することができる。
ところが、例えば圧力源と制御弁装置とを接続するメイン回路の結合部にタンクに連通する切換弁等を配置して圧力源の圧力を下げると、制御圧力室８内の圧力Pcが低下し、
Ac・Pc＜As・Ps＋Ar・Pr …(４)
となり、シート弁体４が開弁してしまい、圧力媒体が逆流してしまう。
また、圧力源の圧力をアクチュエータの負荷圧力以上に保ち、シート弁体４が閉じた状態であっても、何らかの原因でアクチュエータの負荷圧力が急激に高くなると、シート弁体４が開弁してしまい、圧力媒体がシート弁を逆流してしまうことで、アクチュエータを保持できない不具合が発生する。
図１１に示した制御弁装置を圧力源とアクチュエータとの間のメイン回路の結合部に配置し、圧力源と制御弁装置の入口室７を接続し、出口室１１とアクチュエータを接続した回路で使用し、例えば圧力源と制御弁装置とを接続するメイン回路の結合部にタンクに連通する切換弁等を配置した場合にも、上記した図１０の制御弁装置と同様の不具合が発生する。
このような従来の制御弁装置では、出口室側の圧力を保持する回路、例えば建設機械の油圧回路のような、アクチュエータの負荷圧力を保持する必要がある圧力回路、又はアクチュエータの負荷圧力が急激に増大する圧力回路には使用することはできなかった。
本発明の目的は、従来のシート弁タイプの制御弁装置を改良して、入口室側の圧力が出口側の圧力より小さくなってもシート弁体を着座位置に保持して、逆流を防止する制御弁装置と、この制御弁装置を用いた圧力回路を提供することにある。
上述した課題を解決するために、請求項１の発明では、ハウジングに設けた入口室及び出口室と、ハウジング内に摺動自在に設けられ、前記入口室と出口室との間の開口量を制御するシート弁体と、このシート弁体の背面側のハウジングに設けられ、前記シート弁体を閉弁方向に付勢する制御圧力室と、前記シート弁体に設けられ、シート弁体の変位に応じて前記制御圧力室への開口量が変化する可変絞りと、前記入口室とその可変絞りとを連絡する第１の通路と、前記制御圧力室と出口室とを連絡するパイロット通路と、このパイロット通路に設けられたパイロット制御弁体とを備えた制御弁装置において、前記第１の通路に設けられ、前記入口室から前記可変絞り方向への流れのみを許容する第１の弁装置と、前記制御圧力室に連通する第２の通路と、前記出口室に連通する第３の通路と、この第２の通路と第３の通路の間に設けられ、前記出口室から制御圧力室方向への流れのみを許容する第２の弁装置とを備えたことを特徴としている。
このように構成すると、パイロット制御弁を閉じパイロット流量を流さない場合、シート弁体は閉弁し、シート弁体を着座位置に保持し、出口室の圧力が入口室の圧力より高くなっても、出口室の圧力は第２の弁装置を介して制御圧力室に加わり、制御圧力室の圧力は第１の弁装置によって入口室と遮断されるため、制御圧力室の圧力は出口室の圧力とほぼ同じ圧力となり、受圧面積の差によってシート弁体は閉弁状態に保持され、逆流を防止することができる。また、パイロット制御弁を開いてシート弁体が開いている状態にて、出口室の圧力が急激に増大し、入口室の圧力よりも大きくなったときも、シート弁体は閉弁して逆流を防止できる。
また請求項２の発明では、前記シート弁体の前記入口室に面する部分が弁座の半径方向外側に位置し、前記シート弁体の前記出口室に面する部分が弁座の半径方向内側に位置していることを特徴としている。
このように構成すると、シート弁体を通過する圧力媒体がシート弁体に対して流入流れ方向となる場合の主要な流量が調節され、更にパイロット制御弁を閉じパイロット流量を流さない場合、シート弁体は閉弁し、シート弁体を着座位置に保持して、シート弁体に対して流出流れ方向の流れを防止することができる。
また請求項３の発明では、前記シート弁体の前記入口室に面する部分が弁座の半径方向内側に位置し、前記シート弁体の前記出口室に面する部分が弁座の半径方向外側に位置していることを特徴としている。
このように構成すると、シート弁体を通過する圧力媒体がシート弁体に対して流出流れ方向となる場合の主要な流量が調節され、更にパイロット制御弁を閉じパイロット流量を流さない場合、シート弁体は閉弁し、シート弁体を着座位置に保持して、シート弁体に対して流入流れ方向の流れを防止することができる。
また請求項４の発明では、前記第１の弁装置を前記シート弁体の内部に設けたことを特徴としている。
このように構成すると、前記ハウジングに前記第１の通路を備える必要がなく、前記ハウジングの大きさを小さくできる。
また請求項５の発明では、前記第１の通路の一部分と、前記第１の弁装置とハウジング内に設けたことを特徴としている。
このように構成すると、シート弁体の構造を簡単にできるため、前記シート弁体の体積を小さくする軽量化が容易にでき、前記シート弁体の移動速度を速めることができる。
また請求項６の発明では、前記第２の通路と第３の通路のどちらか一方、又は両方を前記パイロット通路の一部と共通の通路としたことを特徴としている。
このように構成すると、前記第２の通路と第３の通路のどちらか一方、又は両方を前記パイロット通路の一部と共通の通路とするため、前記ハウジングの大きさを小さくできる。
また請求項７の発明では、前記パイロット制御弁体の内部に、前記第２の弁装置と前記第２の通路及び第３の通路の一部を設け、前記第２の通路及び第３の通路の他の部分は前記パイロット通路と共通の通路としたことを特徴としている。
このように構成すると、前記第２の通路及び第３の通路の一部を前記パイロット通路と共通の通路とするため、前記ハウジングの大きさを小さくできる。
また請求項８の発明では、前記シート弁体を閉弁方向に付勢力を付与する弾性体を備えることを特徴としている。
このように構成すると、前記入口室内の圧力と、前記制御圧力室内の圧力と、前記出口室内の圧力とが等しくなり、即ちシート弁体に作用する開弁力と閉弁力がバランスしたときでも、閉弁方向に付勢力を付与することにより、シート弁体を閉弁することができ、閉弁機能の信頼性が高まる。
また請求項９の発明では、前記入口室が圧力源に接続され、前記出口室が前記アクチュエータの負荷保持側ポートに接続され、前記制御弁装置の閉弁時に前記圧力源の圧力を低下させる手段を備えることを特徴としている。
このように構成すると、前記アクチュエータの負荷が増大して負荷圧力が前記圧力源圧力よりも高くなったときでも、圧力媒体の逆流を防止することができ、ロードチェック機能が果たされる。また、圧力源の圧力が低下したときでも、圧力媒体の逆流を防止することができ、チェック機能が果たされる。
本発明の制御弁装置及び圧力回路は、以上のように構成してあることから、従来の技術では実現できなかった出口室側の負荷圧を保持し、逆流を防止することができる効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態を図１及び図２により説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる制御弁装置を含む油圧システム（圧力回路）を示す図であって、図１は制御弁装置を概略断面図で示し、それ以外の部分を油圧回路図で示す図であり、図２は油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。
図１において、本実施の形態は制御弁装置１００を有し、制御弁装置１００はハウジング２１に摺動自在に挿入されたシート型の主弁即ちシート弁体２４を有し、ハウジング２１に設けた入口室２２と出口室２３との間の開口量を制御する。シート弁体２４の背面側にはシート弁体２４を閉弁方向に付勢する制御圧力室２５が形成されている。制御圧力室２５にはシート弁体２４を閉弁方向に付勢するばね３５が配置され、ばね３５はシート弁体２４とハウジング２１により保持されている。ばね３５はシート弁体２４に対して、シート弁体２４がハウジング２１に設けた弁座２６に着座した位置においてプリセット力を閉弁方向に付与し、シート弁体２４の移動距離が大きくなるに連れて閉弁方向の付勢力が大きくなり、シート弁体２４の移動距離が最大の位置に達するまで、ばね３５は密着せず、シート弁体２４の移動距離に比例して閉弁方向の付勢力が大きくなる。
前記の様に構成すると、シート弁体２４の開閉動作を行う制御力は、シート弁体２４に作用する圧力による力とばね３５の付勢力の合成力となる。また、例えば入口室２２内の圧力及び出口室２３内の圧力と制御圧力室２５内の圧力が等しい時など、シート弁体２４に作用する圧力による開弁力と閉弁力がバランスしている場合でも、ばね３５の閉弁方向の付勢力によりシート弁体２４は閉弁することができ、閉弁機能の信頼性が高まる。
シート弁体２４内には、シート弁体２４の変位に応じて制御圧力室２５への開口量が変化すると共にシート弁体２４が着座した位置でも僅かな開口量を有する可変絞り２７と、入口室２２と可変絞り２７とを連絡する第１の通路２８が設けられているため、制御圧力室２５は入口室２２と連通している。第１の通路２８には、入口室２２から可変絞り２７方向への流れのみを許容する第１の弁装置（チェック弁）３１が設けられている。
前記の様にシート弁体２４が着座した位置でも制御圧力室２５と入口室２２とが連通しているため、出口室２３内の圧力より入口室２２内の圧力が高いとき、制御圧力室２５内の圧力は入口室２２内の圧力から第１の弁装置３１のクラッキング圧力を差し引いた僅かに低い圧力となっており、シート弁体２４における入口室２２内の圧力の受圧面積とシート弁体２４における制御圧力室２５内の圧力の受圧面積との差により、シート弁体２４を閉弁方向に付勢する力が大きく、シート弁体２４を閉弁状態に保持することができる。
制御弁装置１００は、また、パイロット通路２９を有し、パイロット通路２９にはパイロット制御弁体３０が設けられ、パイロット制御弁体３０が開口すると、制御圧力室２５と出口室２３とが連通する。制御圧力室２５と出口室２３とが連通する通路はパイロット通路２９の他に、制御圧力室２５に連通する第２の通路３２と出口室２３に連通する第３の通路３３がある。この第２の通路３２と第３の通路３３の間には、出口室２３から制御圧力室２５方向への流れのみを許容する第２の弁装置（チェック弁）３４が設けられている。この第２の弁装置３４を設けることにより、パイロット制御弁体３０の開閉を問わず、出口室２３内の圧力が制御圧力室２５内の圧力より高い場合、出口室２３から制御圧力室２５方向へ圧力媒体が流入して制御圧力室２５内の圧力を上昇させ、シート弁体２４に付勢する閉弁力が大きくなる。パイロット制御弁体３０が閉弁状態でパイロット流量を流さない場合、シート弁体２４は着座位置に保持されている。前述の通り、出口室２３内の圧力より入口室２２内の圧力が高いとき、制御圧力室２５内の圧力は入口室２２内の圧力から第１の弁装置３１のクラッキング圧力を差し引いた僅かに低い圧力となっており、シート弁体２４における入口室２２内の圧力の受圧面積とシート弁体２４における制御圧力室２５内の圧力の受圧面積との差により、シート弁体２４を閉弁方向に付勢する力が大きく、シート弁体２４を閉弁状態に保持することができた。更に、入口室２２内の圧力より出口室２３内の圧力が高いときでも、第２の弁装置３４を介して圧力媒体が制御圧力室２５内に流入し、制御圧力室２５内の圧力媒体は第１の弁装置３１によって入口室２２と遮断されるため、制御圧力室２５内の圧力は出口室２３内の圧力から第２の弁装置３４のクラッキング圧力を差し引いた僅かに低い圧力となっており、シート弁体２４における出口室２３内の圧力の受圧面積とシート弁体２４における制御圧力室２５内の圧力の受圧面積との差により、シート弁体２４を閉弁方向に付勢する力が大きく、シート弁体２４を閉弁状態に保持し、逆流を防止することができる。
前記までに述べてきた機能を有する制御弁装置１００は次のような圧力回路に好適である。入口室２２と圧力源１０１を接続して、圧力源１０１から入口室２２に圧力媒体を供給し、制御弁装置１００が高圧で破壊しないように圧力源１０１から供給される圧力媒体の最高圧力を規制するリリーフ弁装置１０２を設ける。制御弁装置１０３は、制御弁装置１００と連動して制御され、制御弁装置１００が閉弁しているとき、制御弁装置１０３は開弁して圧力源１０１とタンクを連通し、圧力源１０１側の回路内の圧力を低下させる。アクチュエータ１０４を作動させるとき、制御弁装置１０３を絞って回路内の圧力を昇圧しながら制御弁装置１０４の開弁量を調節して圧力媒体を制御する。制御弁装置１００が全開のとき、制御弁装置１０３は閉弁して圧力源１０１からの圧力媒体の全流量を制御弁装置１００に供給する。出口室２３とアクチュエータ１０４の保持圧力側ポートを接続し、制御弁装置１００で制御された圧力媒体を、出口室２３からアクチュエータ１０４の保持圧力側ポートに供給する。
パイロット制御弁体３０を作動させ、パイロット流量を制御すると、シート弁体２４の変位に応じて制御圧力室２５への開口量が変化する可変絞り２７の作用により、パイロット流量に応じたシート弁体２４の移動量が決定される。このため、シート弁体２４の移動量に応じた入口室２２と出口室２３との間の開口量が制御され、主要な流量が調整される。
また、パイロット制御弁３０が開いており、シート弁体２４が開いている状態（したがってアクチュエータ１０４に圧油が供給され、アクチュエータ１０４が動いている状態）で、アクチュエータ１０４の負荷Ｗが急に増加する場合がある。そのような場合の一例として、本実施の形態の制御弁装置１００を油圧ショベルの油圧回路でアーム用の油圧シリンダを駆動するコントロール弁として用い、アームクラウド操作をして掘削作業を行う場合ついて考える。アームクラウド操作をして掘削作業を行うとき、バケットが地面に食い込む前はアーム用の油圧シリンダの負荷（アクチュエータ１０４の負荷Ｗ）は軽く、油圧シリンダは圧油の供給流量に応じた速度で作動する。バケットが地面に食い込むとき、アーム用の油圧シリンダの負荷（アクチュエータ１０４の負荷Ｗ）は急激に増大する。
このようにパイロット制御弁体３０が開弁し、シート弁体２４が開いた状態で、アクチュエータの負荷Ｗが大きくなり、出口室２３内の圧力が入口室２２内の圧力より高くなると、出口室２３内の圧力媒体が入口室２２に逆流しようとするが、出口室２３内の圧力媒体がパイロット通路２９を逆流し、パイロット制御弁体３０及び第２の弁装置３４を介して、制御圧力室２５に供給され、この制御圧力室２５内の圧力媒体は第１の弁装置３１によって遮断されるため、制御圧力室２５内の圧力が上昇し、シート弁体２４は閉弁する。制御圧力室２５内の圧力は出口室２３内の圧力とほぼ同じ圧力となるため、受圧面積の差によって、閉弁状態を保持し、逆流を防止することができ、ロードチェック機能が果たされ、アクチュエータ１０４の戻りを防止することができる。
パイロット制御弁体３０を作動させ、前記の様に主要な流量を調整し、アクチュエータ１０４に圧力媒体を供給している状態から、パイロット制御弁体３０を閉弁させ、シート弁体２４が閉弁した間際の状態では、入口室２２内の圧力と制御圧力室２５内の圧力は等しく、且つ出口室２３内の圧力より大きくなっているが、制御弁装置１０３が開弁して圧力源１０１とタンクを連通し、圧力源１０１側の回路内の圧力が低下し、入口室２２内の圧力が低下すると、入口室２２と制御圧力室２５との圧力差が生じ、ハウジング２１に設けた摺動面３６と、シート弁体２４の摺動面３６との間の僅かな環状隙間を通過して、制御圧力室２５から入口室２２方向へ圧力媒体の漏れを生じてしまう。本発明の実施の形態で示した第２の通路３２と第３の通路３３と第２の弁装置３４とを備えていない従来の制御弁装置の場合、制御圧力室２５から入口室２２方向への圧力媒体の漏れにより制御圧力室２５の圧力が低下し、シート弁体２４の閉弁方向への作用力がシート弁体２４の開弁方向への作用力より小さくなると、シート弁体２４が開弁し、出口室２３内の圧力媒体が入口室２２に逆流して、アクチュエータ１０４を保持できない。本発明の実施の形態では、制御圧力室２５内の圧力が低下し、出口室２３内の圧力より小さくなると、出口室２３内の圧力媒体が第３の通路３３を逆流し、第２の弁装置３４を介して、第２の通路３２を逆流し、制御圧力室２５に供給され、制御圧力室２５の圧力が上昇し、制御圧力室２５の圧力は出口室２３の圧力とほぼ同じ圧力となるため、受圧面積の差によって、シート弁体２４の閉弁方向への作用力がシート弁体２４の開弁方向への作用力より大きい状態を維持している。このため、閉弁状態を保持し、逆流を防止し、アクチュエータ１０４の戻りを防止することができる。
第１の実施の形態の変形例を説明する。
図１に示した第１の実施の形態では、第１の通路２８と第１の弁装置３１はシート弁体２４内に設けられているが、これに限らず、第１の通路２８の一部をハウジング２１内に設け、第１の通路２８の一部と第１の弁装置をシート弁体２４内に設けてもよい。この場合、シート弁体２４内の第１の通路２８の一部は入口室２２とは直接接続しておらず、ハウジング２１に設けた摺動面３６により閉鎖されている。他方、一端が入口室２２に接続しているハウジング２１内に設けた第１の通路２８の一部の他端は摺動面３６に開いており、シート弁体２４内の第１の通路２８の一部と常に接続している。又、第１の通路２８の一部と第１の弁装置３１の両方をハウジング２１内に設けてもよい。この場合も、ハウジング２１内に設けた第１の通路２８の一部とシート弁体２４内の第１の通路２８の一部は常に接続する構成となっている。
図１に示したように、第１の通路２８と第１の弁装置３１をシート弁体２４内に設けることで、第１の通路２８をハウジング２１内に設ける必要がなく、ハウジング２１を小さく構成できる。又、上記のように、第１の通路２８の一部と第１の弁装置３１の両方をハウジング２１内に設けることで、シート弁体２４の構造を簡単にできるため、シート弁体２４の体積を小さくする軽量化が容易にでき、シート弁体２４の移動速度を速めることができる。
第１の実施の形態の他の変形例を説明する。
図１に示した第１の実施の形態では、第２の通路３２と第３の通路３３はパイロット通路２９の一部と共通の通路となっているが、これに限らず、パイロット通路２９とは別々に設ける、或いは第２の通路３２とパイロット通路２９の一部を共通の通路として第３の通路３３は別に、又は第３の通路３３とパイロット通路２９の一部を共通の通路として第２の通路３２は別に設けてもよい。
又、図３に示すような変形を行ってもよい。図３中、図１に示した部分と同等の部分には同じ符号を付し、それ以外の部分には、図１の対応する部分に付された符号に添え字Ａを付している。この図３の変形例の制御弁装置１００Ａでは、第２の通路３２と第３の通路３３をパイロット制御弁体３０Ａの内部に設けて第２の弁装置３４Ａを内蔵させている。
図１に示したようにパイロット通路２９と第２の通路３２と第３の通路３３の両方を共通の通路とすること、或いはパイロット通路２９と第２の通路３２、或いは第３の通路３３を共通の通路とすること、或いは図３に示したように第２の弁装置３４Ａをパイロット制御弁体３０Ａの内部に内蔵することで、コンパクト化が容易になり、通路数が少数で済むので、ハウジング２１を小さくでき、ハウジング２１の強度面での信頼性を高め、加工工数の低減、低コスト化が期待される。また、上記のように、パイロット通路２９と第２の通路３２及び第３の通路３３を別々に設けることで、お互いに制約されることがなく、パイロット通路２９、第２の通路３２、及び第３の通路３３の通路断面積をそれぞれ設定でき、パイロット制御弁体３０と第２の弁装置３４の大きさや形状の自由度が高まる。例えば、パイロット通路２９、及びパイロット制御弁体３０のサイズを小さくすることで、少量の圧力媒体でシート弁体２４を制御することになるためシート弁体２４を通過する主要な流量に対するパイロット制御弁体３０を通過するパイロット流量が相対的に小さくて済み利得が大きくなり、又パイロット制御弁体３０の操作力が小さくて済むため、パイロットポート３７にパイロット圧力を導いてパイロット制御弁体３０を駆動する手段の他に、ソレノイドで直接パイロット制御弁体３０を駆動する等の電気制御化が容易になる。また例えば、第２の弁装置３４、第２の通路３２、及び第３の通路３３のサイズを大きくすることで、急激に負荷が増大して出口室２３内の圧力媒体の圧力が入口室２２内の圧力媒体の圧力より高くなったとき、シート弁体２４を閉弁するのに必要な制御圧力室２５内の圧力媒体を出口室２３からサイズの大きい第３の通路３３、第２の弁装置３４、及び第２の通路３２を通じて短時間で供給できるため、シート弁体２４の閉弁時間を短くでき、ロードチェック機能を高応答化できる。
本発明の第２の実施の形態を図４及び図５により説明する。図４は第２の実施の形態に係わる制御弁装置を概略断面図で示し、それ以外の部分を油圧回路図で示す図であり、図５はその制御弁装置を含む油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。図４及び図５中、図１及び図２に示した部分と同等の部分には同じ符号を付し、それ以外の部分には、図１の対応する部分に付された符号に添え字Ｂを付している。図１及び図２と図４及び図５との違いは入口室２２Ｂと出口室２３Ｂの位置及び第１の通路２８Ｂの形状であり、パイロット制御弁体３０が開弁した状態の動作は図１及び図２と同様である。
図１及び図２に示した第１の実施の形態では、シート弁体２４の入口室２２に面する部分は弁座２６の半径方向外側に位置し、シート弁体２４の出口室２３に面する部分は弁座２６の半径方向内側に位置している。これに対し、図４及び図５に示した本実施の形態では、シート弁体２４Ｂの入口室２２Ｂに面する部分は弁座２６の半径方向内側に位置し、シート弁体２４Ｂの出口室２３Ｂに面する部分は弁座２６の半径方向外側に位置している。
第１の実施の形態では、前記のようにパイロット制御弁体３０を作動させ、主要な流量を調整し、アクチュエータ１０４に圧力媒体を供給している状態から、パイロット制御弁体３０を閉弁させ、シート弁体２４が閉弁した間際の状態から、時間が経過すると、制御圧力室２５から入口室２２方向へ圧力媒体の漏れを生じ、制御圧力室２５内の圧力が低下する問題を解決した。しかし、第１の実施の形態において圧力媒体の漏れを生じたハウジング２１に設けた摺動面３６とシート弁体２４の摺動面３６との間の僅かな環状隙間は、第２の実施の形態においては、出口室２３Ｂと制御圧力室２５とに連絡しているため、圧力差は小さく、制御圧力室２５から出口室２３Ｂ方向へ圧力媒体の漏れによる制御圧力室２５内の圧力低下は出口室２３Ｂ内の圧力以上で止まるため、問題にならず、逆に制御圧力室２５内の圧力が出口室２３Ｂ内の圧力より低い場合には、出口室２３Ｂから制御圧力室２５方向への圧力媒体の漏れにより制御圧力室２５内の圧力低下を抑制する方向に働く。但し、パイロット制御弁体３０の摺動部の環状隙間からの圧力媒体の漏れにより、制御圧力室２５内の圧力が低下するため、出口室２３Ｂ内の圧力媒体が第３の通路３３を逆流し、第２の弁装置３４を介して、第２の通路３２を逆流し、制御圧力室２５に供給することで、シート弁体２４Ｂの閉弁状態を保持し、逆流を防止し、アクチュエータ１０４の戻りを防止することができる。
本発明の第３の実施の形態を図６により説明する。本発明の第３の実施の形態は第１の実施の形態の変形であり、図６は図２と同様、第３の実施の形態に係わる油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。図２と図６との違いは制御弁装置１００以外の油圧回路の構成であり、制御弁装置１００の動作は図２と同様である。
入口室２２とアクチュエータ１０４の一方のポートを接続し、出口室２３が同一のアクチュエータ１０４の他方のポートに接続している。定常的には負荷Ｗによりアクチュエータ１０４の入口室２２と接続されたポートに負荷圧力が発っており、制御弁装置１００を開弁してアクチュエータ１０４を作動させ、制御弁装置１００を閉弁してアクチュエータ１０４を保持することができる。更に、負荷Ｗの姿勢が変化する等で、アクチュエータ１０４に対して引張方向の作用力が働き、アクチュエータ１０４の負荷保持側が、出口室２３側に接続されたポートに反転したときでも、圧力媒体の逆流を防止するチェック機能が働き、アクチュエータ１０４を保持することができる。アクチュエータ１０４の２つのポートは図示しない開閉弁を介して接続されており、アクチュエータ１０４が負荷Ｗにより最下端位置まで作動した後は、開閉弁を開けて負荷Ｗを引き上げることで、アクチュエータ１０４を元の位置に戻すことができる。
本発明の第４の実施の形態を図７により説明する。本発明の第４の実施の形態は第２の実施の形態の変形であり、図７は図５と同様、第４の実施の形態に係わる油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。図５と図７との違いは制御弁装置１００Ｂ以外の油圧回路の構成であり、制御弁装置１００Ｂの動作は図５と同様である。
また、制御弁装置１００Ｂ以外の圧力回路構成は図６と同じであり、圧力回路の動作は図６に示した本発明の第３の実施の形態の動作と同様である。つまり、定常的にはアクチュエータ１０４には負荷Ｗにより入口室２２Ｂと接続されたポートに負荷圧力が発っており、制御弁装置１００Ｂを開弁してアクチュエータ１０４を作動させ、制御弁装置１００Ｂを閉弁してアクチュエータ１０４を保持することができる。更に、負荷Ｗの姿勢が変化する等で、アクチュエータ１０４に対して引張方向の作用力が働き、アクチュエータ１０４の負荷保持側が、出口室２３Ｂ側に接続されたポートに反転したときでも、圧力媒体の逆流を防止するチェック機能が働き、アクチュエータ１０４を保持することができる。アクチュエータ１０４の２つのポートは図示しない開閉弁を介して接続されており、アクチュエータ１０４が負荷Ｗにより最下端位置まで作動した後は、開閉弁を開けて負荷Ｗを引き上げることで、アクチュエータ１０４を元の位置に戻すことができる。
本発明の第５の実施の形態を図８により説明する。本発明の第５の実施の形態は第１の実施の形態の変形であり、図８は図２と同様、第５の実施の形態に係わる油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。図２と図８との違いは制御弁装置１００以外の油圧回路の構成であり、制御弁装置１００の動作は図２と同様である。
入口室２２とアクチュエータ１０４の一方のポートを接続し、出口室２３が同一のアクチュエータ１０４の他方のポートに接続している。アクチュエータ１０４と制御弁装置１００を接続する回路とは別に、アクチュエータ１０４の両方のポートとコントロールバルブ１０５を介して圧力源１０１とタンク１０６とを接続する回路が設けられている。圧力回路の動作は次のようである。
まず、本発明の第３及び第４の実施の形態の動作と同様に、定常的にはアクチュエータ１０４には負荷Ｗにより入口室２２と接続されたポートに負荷圧力が発っており、制御弁装置１００を開弁してアクチュエータ１０４を作動させ、制御弁装置１００を閉弁してアクチュエータ１０４を保持することができ、負荷Ｗの姿勢が変化する等で、アクチュエータ１０４に対して引張方向の作用力が働き、アクチュエータ１０４の負荷保持側が、出口室２３側に接続されたポートに反転したときでも、圧力媒体の逆流を防止するチェック機能が働き、アクチュエータ１０４を保持することができる。
また、制御弁装置１００を開弁してアクチュエータ１０４を作動させる場合は、コントロールバルブ１０５と制御弁装置１００を同時に作動させる。つまり、アクチュエータ１０４を負荷Ｗとは反対方向に縮める場合、制御弁装置１００を作動して連通させ、アクチュエータ１０４の負荷保持側ポートの圧力媒体をアクチュエータ１０４の他方のポートに送ることで、負荷保持の圧力エネルギを再生利用してアクチュエータ１０４を作動させることができる。但し、制御弁装置１００の単独作動だけでは、片ロッドシリンダのアクチュエータ１０４では、シリンダ内の圧力媒体の受圧面積及び容量が両ポート間で異なるため、負荷Ｗに応じたアクチュエータ１０４の推力に相当するアクチュエータ１０４内の圧力となる位置で停止するため、更にアクチュエータ１０４を作動させるために、制御弁装置１００と同時にコントロールバルブ１０５を作動させ、アクチュエータ１０４の少なくとも一方のポートから圧力媒体をタンク１０６へ戻す。
また、制御弁装置１００を開弁してアクチュエータ１０４を作動させる場合は、制御弁装置１００と同時にコントロールバルブ１０５を作動させ、入口室２２と接続しているアクチュエータ１０４の負荷保持側のポートから圧力媒体をタンク１０６へ戻し、出口室２３と接続しているアクチュエータ１０４の他方のポートに圧力源１０１の圧力媒体を供給することで、より高速にアクチュエータ１０４を作動させることができる。
一方、アクチュエータ１０４を負荷Ｗ方向に伸ばす場合は、コントロールバルブ１０５を作動させ、負荷保持圧力より高圧に制御した圧力源１０１の圧力媒体をアクチュエータ１０４の一方のポートに供給すると共に、アクチュエータ１０４の他方のポートからタンク１０６へ圧力媒体を戻すことで、アクチュエータ１０４の伸び動作を実現することができる。
本発明の第６の実施の形態を図９により説明する。本発明の第６の実施の形態は第２の実施の形態の変形であり、図９は図５と同様、第６の実施の形態に係わる油圧システム（圧力回路）全体を油圧回路図で示す図である。図５と図９との違いは制御弁装置１００Ｂ以外の油圧回路の構成であり、制御弁装置１００Ｂの動作は図５と同様である。
また、制御弁装置１００Ｂ以外の圧力回路構成は図８と同じであり、圧力回路の動作は図８に示した本発明の第５の実施の形態の動作と同様である。
上記第５及び第６の実施の形態において、図８及び図９では、圧力源１０１及びタンク１０６とアクチュエータ１０４とを繋ぐ回路は、アクチュエータ１０４の両方のポートに直接接続しているが、これに限らず、この圧力源１０１及びタンク１０６とアクチュエータ１０４とを繋ぐ回路が、アクチュエータ１０４のポートの手前で、制御弁装置１００又は１００Ｂとアクチュエータ１０４とを繋ぐ回路と結合して、合流及び分岐した回路であってもよい。
また、上記第１〜第６の実施の形態において、パイロット制御弁３０を駆動する手段は、図１〜図５に示したように、パイロット圧力をパイロット圧力ポート３７に導く構成にしたが、本発明はこれに限られず、例えば、手動のレバーで直接、パイロット制御弁３０を推す手段で構成されていてもよい。また、パイロット制御弁３０を通るパイロット流量は制御弁装置１００又は１００Ａ又は１００Ｂを通過する全流量の一部の少ない流量であるため、パイロット制御弁体３０を小サイズで構成でき、小さい力で制御することができるため、例えば、ソレノイドで直接、パイロット制御弁体３０を推す手段で構成されていてもよく、電気信号等によって弁を遠隔制御することも考えられる。
なお、上記第１〜第６の実施の形態は、圧力回路として圧力媒体が油圧である油圧システムに本発明を適用した例であり、本発明はこれに限られず、圧力媒体が水圧、空気圧のいずれの圧力回路にも適用可能である。
また、上記第１〜第６の実施の形態において、圧力源１０１とはポンプ、アキュームレータ、慣性負荷圧力源、負荷が作用しているシリンダ等の総称であり、定圧、可変圧力、或いは定容、可変容量を問わず、どれか１つに限定したものではない。
図１は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第１の実施の形態を示す図であって、制御弁装置を概略断面図で示し、その他の部分を油圧回路図で示す図である。 図２は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第１の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図３は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第１の実施の形態の変形例を示す図であって、制御弁装置を概略断面図で示し、その他の部分を油圧回路図で示す図である。 図４は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第２の実施の形態を示す図であって、制御弁装置を概略断面図で示し、その他の部分を油圧回路図で示す図である。 図５は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第２の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図６は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第３の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図７は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第４の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図８は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第５の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図９は、本発明の制御弁装置及び油圧システム（圧力回路）の第６の実施の形態を示す図であって、油圧システム全体を油圧回路図で示す図である。 図１０は、従来の制御弁装置を示す図である。 図１１は、従来の制御弁装置を示す図である。
符号の説明
１００；１００Ａ；１００Ｂ 制御弁装置
１０１ 圧力源
１０２ リリーフ弁装置
１０３ 制御弁装置
１０４ アクチュエータ
１０５ コントロールバルブ
１０６ タンク
１ ハウジング
２ 弁座
３ 摺動面
４ シート弁体
５ 流路
６ 端縁
７ 入口室
８ 制御圧力室
９ 小さな連結部
１０ パイロット制御弁体
１１ 出口室
２１ ハウジング
２２；２２Ｂ 入口室
２３；２３Ｂ 出口室
２４；２４Ｂ シート弁体
２５ 制御圧力室
２６ 弁座
２７ 可変絞り
２８；２８Ｂ 第１の通路
２９ パイロット通路
３０；３０Ａ パイロット制御弁体
３１ 第１の弁装置
３２ 第２の通路
３３ 第３の通路
３４；３４Ａ 第２の弁装置
３５ ばね
３６ 摺動面
３７ パイロット圧力ポート

Claims (9)

  1. ハウジングに設けた入口室及び出口室と、ハウジング内に摺動自在に設けられ、前記入口室と出口室との間の開口量を制御するシート弁体と、このシート弁体の背面側のハウジングに設けられ、前記シート弁体を閉弁方向に付勢する制御圧力室と、前記シート弁体に設けられ、シート弁体の変位に応じて前記制御圧力室への開口量が変化する可変絞りと、前記入口室とその可変絞りとを連絡する第１の通路と、前記制御圧力室と出口室とを連絡するパイロット通路と、このパイロット通路に設けられたパイロット制御弁体とを備えた制御弁装置において、
    前記第１の通路に設けられ、前記入口室から前記可変絞り方向への流れのみを許容する第１の弁装置と、
    前記制御圧力室に連通する第２の通路と、
    前記出口室に連通する第３の通路と、
    この第２の通路と第３の通路の間に設けられ、前記出口室から制御圧力室方向への流れのみを許容する第２の弁装置とを備えたことを特徴とする制御弁装置。
  2. 請求項１記載の制御弁装置において、前記シート弁体の前記入口室に面する部分が弁座の半径方向外側に位置し、前記シート弁体の前記出口室に面する部分が弁座の半径方向内側に位置していることを特徴とする制御弁装置。
  3. 請求項１記載の制御弁装置において、前記シート弁体の前記入口室に面する部分が弁座の半径方向内側に位置し、前記シート弁体の前記出口室に面する部分が弁座の半径方向外側に位置していることを特徴とする制御弁装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の制御弁装置において、前記第１の弁装置を前記シート弁体の内部に設けたことを特徴とする制御弁装置。
  5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の制御弁装置において、前記第１の通路の一部分と、前記第１の弁装置とをハウジング内に設けたことを特徴とする制御弁装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の制御弁装置において、前記第２の通路と第３の通路のどちらか一方、又は両方を前記パイロット通路の一部と共通の通路としたことを特徴とする制御弁装置。
  7. 請求項１〜５のいずれか１項記載の制御弁装置において、前記パイロット制御弁体の内部に、前記第２の弁装置と前記第２の通路及び第３の通路の一部を設け、前記第２の通路及び第３の通路の他の部分は前記パイロット通路と共通の通路としたことを特徴とする制御弁装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の制御弁装置において、前記シート弁体を閉弁方向に付勢力を付与する弾性体を備えることを特徴とする制御弁装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の制御弁装置を用いた圧力回路において、前記入口室が圧力源に接続され、前記出口室がアクチュエータの負荷保持側ポートに接続され、前記制御弁装置の閉弁時に前記圧力源の圧力を低下させる手段を備えることを特徴とする圧力回路。
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