JPH0262405A

JPH0262405A - 油圧制御装置

Info

Publication number: JPH0262405A
Application number: JP21056288A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ueno; 勝美上野
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は油圧制御′！Ａ置たとえば複数の油圧アクチュ
エータへの油圧を電磁比例弁を用いて制御する形式の油
圧制御装置に関する。

〔従来の技術とその技術的課題〕

建設機械や農業機械のフロントローダにおいては、少な
くとも２つの油圧アクチュエータを用いてパケットとこ
れを含むブーム全体を動かすようになっている。

このような複数の油圧アクチュエータの作動を制御する
装置として、大きなスプール操作力を確保し、スプール
の作動時間を可変にするため、油圧アクチュエータに対
応する方向切換弁の各メインスプールを電磁弁でパイロ
ット制御する形式のものが汎用されており、とりわけメ
インスプールのリターン機構としてスプリンタを用いた
ものとして、特開昭６０−１７２７８９号公報等が知ら
れている。

この先行技術においては、電磁弁のシリンダポートをメ
インスプールの両端に形成した背圧室に通路により連通
させ、いずれかのシリンダポートから通路を経て一方の
背圧室にパイロット圧を導き、同時に他方の背圧室を１
通路および他方のシリンダポートを介して低圧側に通じ
させるようにする一方１両背圧室にメインスプールを中
立位置に復帰させるためのスプリングをシートさせてい
、る。

周知のように、方向切換弁は、バルブ本体に形成した環
状溝とスプールのランド部・ロンド部との変位で各ボー
トを断接するが、スプールはその切換えを行うストロー
クがほぼ一定（通常１ｍｍ１度）となっている。そして
このストロークがすべて切換え制御ストロークとして用
いられろ訳ではなく、ショック緩和等のためストローク
開始から数ｍｍとストロークエンド数ｍｌ！Ｉに制御に
寄与しない領域が設定される。これを除いた中間のスト
ロークが制御可能域であり、この範囲は、全ストローク
が決まると一義的に決められ、その大きさは一般にスプ
ール全ストロークの５０〜６０％とされている。

従って、この範囲をいかに有効に使用するか、ことに電
磁パイロット弁形式においては、この範囲でいかに使用
電流域を拡大するかが微妙な制御のため重要な課題とな
る。

詳述すると、例えば、第６図において、スプール全スト
ロークとこれに対応するパイロット圧力を横軸に取り、
ばねに抗してスプールを動かすためのスプール荷重とそ
れに対応する電磁弁に対する電流値を縦軸に取ったとす
ると、スプールを７ｍｍストロークするには、スプール
荷重として約２２瞳、パイロット圧力として約１５ｋｇ
／ｃＪ、これを発生させるための電流値としては約０．
９Ａが必要になる。このストロークのうち、ストロ−ク
開始から約２ｎ＋ｍまでとス１−ローク終了の前の約１
ｍｍはいわゆる非有効ゾーンであり、ス１−ローク開始
後約２ｍｍの位置から約６ｍｍの位置までが制御可能域
である。この間でスプールによる絞り等の制御を微妙に
するにはパイロット圧力の範囲と電流値の範囲を拡大す
ることが望ましい訳である。

ところが、先行技術においては、単にスプールの両端を
ばね定数等を同等とするばねで軸線方向に押圧させてい
ただけであった。このため、第６図の１の直線のように
、スプールのストロークに対するスプール荷重の上昇の
度合いが、中立位置からストロークエンドまでリニアに
上昇し、勾配が急である。その結果、制御可能域でのパ
イロット圧力ならびに電流値の範囲が■′の比較的狭い
範囲に限られるという問題があった。

本発明は前記のような問題点を解消するために研究して
創案されたもので、その目的とするところは、機構上に
限られた制御可能ストローク域において、パイロット圧
力範囲と電流範囲を比較的簡単な構造により大幅に拡大
し、油圧アクチュエータの制御性能を向上できるこの種
電磁比例パイロット操作型の油圧制御装置を提供するこ
とある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、電磁比例パイロット
操作式切換弁とりわけ主弁がスプリングセンタ形のもの
において、リターン用スプリングに左右同等のばね構成
のものを使用し、いずれのばねも背圧室にシートさせて
いた従来の発想を転換したもので、すなわち、油圧アク
チュエータを動かす方向切換弁と、この方向切換弁のス
プール両端を囲む背圧室にパイロット油圧を送る電磁比
例弁とを備えたスプリングセンタ形式の油圧制御ｌにお
いて、前記背圧室に、スプールが申立位置から制御用ス
トロークに達するまで弱い対抗荷重を示しそれ以降のス
トロークで所定の対抗荷重を発揮する２段ばねを配した
ことを特徴とするものである。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１ａ図は本発明を１パツケージ形２連バルブに適用し
た実施例を示している。

１は第１の油圧アクチュエータ１ｏｏの作動を制御する
第１メインバルブ、２は第２の油圧アクチュエータ２０
０の作動を制御する第２メインバルブであり、それぞれ
ダブルアクティング２．３ポジシヨン４ウエイスプリン
グセンタのものが用いられている。

ｌａ、ｌｂは第１メインバルブ１のスプールを操作する
ための一対の電磁比例弁、２ａ、２ｂは第２メインバル
ブ１のスプールを操作するための一対の電磁比例弁、３
は前記第１メインバルブ１のポンプポー＋−ｈ流側に組
み込まれたプライオリティバルブで、制御流量側を前記
電磁比例制御弁ｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂに並列に接続し
、残量側を第１．第２のメインバルブ１，２に接続して
ぃる。

４は前記プライオリティバルブ３の圧力ラインに取付け
た電磁弁であり、すべての電磁比例弁１ａ、ｌｂ、２ａ
、２ｂがオフのときすなわちアンロード時に低圧ライン
と通じ、いずれかの電磁比例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂ
がオンされたときに励磁され、所定のパイロット圧力（
たとえば２゜ｌＣｇ／ａｌ）を発生させるためのもので
ある。５，６はロードチエツク弁である。

第１図ないし第５図は第１ａ図の具体的構成を示してお
り、７はメインバルブ本体、８ａ、８ｂはメインバルブ
本体７の両端に固定されたパイロットハウジングであり
、メインバルブ本体７には、スプール穴７１．７２が形
成され、それらに第１メインバルブ１と第２メインバル
ブ２のメインスプール１０．２ｏが摺動自在に貫挿され
ている。

第１メインバルブ１のスプール穴７１には、第１図と第
２図のように、中央に中立通路７１Ｎ、その両側にシリ
ンダポートＡ、Ｂに通じるそれぞれ一対のシリンダ通路
７１Ａ、７１Ｂ、その両側にロードチエツク弁５を組み
込んだブリッジ通路７１Ｃ，７１Ｃ１そしてその両側に
タンクポートＴに通じる低圧通路７１Ｔ、７１Ｔが環状
溝の形式で形成されている。また、第２スプール穴７２
には、第１図と第３図のように、中央に中立通路７１Ｎ
″その両側にロードチエツク弁６を組み込んだブリッジ
通路７１Ｃ″、７１０″、その両側にシリンダポートＡ
’　、Ｂ’　に通じるそれぞれ一対のシリンダ通路７１
Ａ’　、７１Ｂ’　、その両側にタンクポートＴに通じ
る低圧通路７１Ｔ’　、７１Ｎ’が環状溝の形式で形成
されている。そしてこれら通路に対応して、メインスプ
ール１０．２０には。

オーバラップとアンダラップを形成すべく所定の間隔で
ランド部とロンド部が形成されている。これらは公知の
方向切換弁と同じである。

前記パイロットハウジング８ａ、８ｂは、それぞれメイ
ンスプール１０．２０と同軸上にめくら穴状の背圧室８
１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂを有し、それら各背圧室
８１ａ、８１ｂ、８２ａ。

８２ｂの開口側は、メインバルブ本体７の両端面に形成
した浅いリング穴７０ａ、７０ｂに取付けた○リング７
００．７００により油密にシールされている。また、各
背圧室８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂの内部は、第２
図と第３図のように、パイロット通路９１ａ、９１ｂに
より電磁比例弁１ａ。

１ｂと、また、パイロット通路９２ａ、９２ｂにより電
磁比例弁２ａ、２ｂにそれぞれ通じている。

前記メインスプール１０．２０は両端がそれぞれ背圧室
背圧室８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂに突出しており
、それらメインスプール１ｏ、２０の両端は、それぞれ
２個で一組をなすばね受け１５ａ、１６ａ、１５ｂ、１
６ｂとこれに介在された荷重特性の異なるスプリング１
３ａ、１３ｂにより、図示する中立位置に保持されるよ
うになっている。

詳しくは、第２ａ図と第２ｂ図のように、メインスプー
ル１０．２０の両端にはそれぞれスプリングのセット力
調整のためのボルト１４ａ、１４ｂが螺着され、各ばね
受け１５　ａ　、　’、１６　ａ　、　１５ｂ、１６ｂ
は、軸方向端に内フランジ１５０．１６ｏと外フランジ
１５１，１６１が屈曲形成され、一方のばね受け１５ａ
、１６ａの内フランジ１５０．１６０はスプール端面に
係止され、他方のばね受け１５ｂ、１６ｂの内フランジ
１５１，１６１はボルト頭に係止されるようになってい
る。

そして、紙面に対し右側のスプリング１３ａは、左側の
スプリング１３ｂよりも低いぼね定数（たとえば１／８
程度）のものが用いられるとともに。

ボルト１４ａの突出長さが大きく設定され、これに取付
けたばね受け１５ａ、１６ａにスプリング１３ａを介在
させることにより、外フランジ１５１がメインバルブ本
体７のリング穴７０ａに当接し、また、外フランジ１６
１は、背圧室８１ａ。

８２ａの底部に所定のセット力で当接可能となっている
。

一方、左側のボルト１４ｂは突出長さが短く設定され、
このボルト１４ｂにばね受け１５ｂ、１６ｂが取付けら
れ、さらにばね受け１５ｂ、１６ｂ間にスプリング１３
ｂが介装され、そしてこの状態で、ばね受け１５ｂ、１
６ｂの外フランジ１５１．１６１が、背圧室８１ｂ、８
２ｂ内で中空状に浮かされている。その浮き間隔Ｑは、
メインスプール１０．２０が中立位置から制御可能域に
到る所定のストロークと合致している。

次に、プライオリティバルブ３は、第１図と第４図に示
されている。プライオリティバルブ３は第１メインバル
ブ１と平面的に見て平行状に配置され、メインバルブ本
体７に形成された弁穴３０に摺動自在にはめられた筒状
スプール３ａと、これを閉弁方向に付勢するスプリング
３ｂを有しいる。

弁穴３０には、ポンプボートＰに通じる人口環状溝３１
を中心として、右側には第１スプール穴７１の中立通路
７１Ｎと連通ずるメイン環状溝；３２が、左側にはパイ
ロット用（定流用）の環状溝３３が各々形成され、メイ
ン環状溝３２の右側には筒状スプール３ａの後端が位置
する端室３４が、また、パイロット用の環状溝３３の左
側にはダンパー室を兼ねたばね室３５が形成されている
。

スプール３ａは、後端に切欠き３６が設けられると共に
、中立状態においてメイン環状溝３２に望む位Ｉに複数
の入口孔３７が、またパイロット用の環状溝３３に望む
位置に複数の導出孔３８がそれぞれ形成されている。さ
らに、入口孔３７と導出孔３８間のスプール３ａ内には
、フィルタ３９０とオリフィス３９がスナップリングに
より取付けられている。また、導出孔３８よりも左側に
は。

ばね室３５に対して開孔する今一つのオリフィス３５０
が設けられている。

前記パイロット用の環状溝３３には、第４図のように通
路孔３３０の一端が通じており、この通路孔３３０はメ
インバルブ本体７を貫き、第１図のようにエンドプレー
ト８ｂ内を平面り状に伸び、第５図のように電磁弁４の
弁室４０下端に到る一方。

第１図のように中間から分岐路３３１が分岐され、この
分岐路３３１は、第１図ないし第３図のように各電磁比
例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂの後記する高圧ボート孔１
２１に到っている。

前記電磁弁４の弁室４０は、第５図のように、上側がド
レーン通路４１によりドレーンボートＤｒに通じており
、電磁弁４は弁室４０に突出するスプール４ａと、これ
を開放側すなわち左側に押圧するばね４ｂ、およびスプ
ール４ａをばね４ｂの力とパイロット用油との合力に抗
して移動させ、パイロット圧力を調整するためのソレノ
イド４Ｃとを備えている。

そしてドレーン通路４１には、第１図のように低圧通路
４２が分岐され、該低圧通路４２は、各電磁比例弁１ａ
、ｌｂ、２ａ、２ｂの先端側の後記する低圧ボート１２
２に通じている。

電磁比例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂは、第１゜第２メイ
ンバルブ１，２と平行状にパイロットハウジング８ａ、
８ｂに挿着されている。それら電磁比例弁１ａ、ｌｂ、
２ａ、２ｂの構造は任意であるが、実施例では、第２ａ
図で一つのものを代表して示すように、弁穴１２に嵌着
された弁体１２ａと、この内部で摺動されるスプール１
２ｂと、スプール１２ｂを軸線方向に動かすソレノイド
１２ｃとを備えている。

弁体１２ａには長手方向中央に前記背圧室に対するパイ
ロット通路（たとえば９１ａ）と通じる７径方向孔１２
０が形成され、これよりも弁穴入口側位置には１前記パ
イロツト用の分岐路３３１と通じる高圧ボート孔１２１
が半径方向に複数個形成されている。また、弁穴奥側位
置には＾；ｊ記低圧通路４２に通じる低圧ボート孔１２
２が半径方向に複数個形成されている。

これに対し、スプール１２ｂは、自由端側から軸線方向
に固定絞り１２５を有する通孔１２４が穿設され１通孔
１２４は高圧ボート孔１２］よりも弁穴入口寄りの弁体
内に形成したスプリング室１２６に開口され、ここに配
したスプリング１２７と協働してスプール１２ｂを閉弁
方向に付勢している。

そして、スプール１２ｂの外周にはソレノイド１２ｃの
非励磁時に低圧ボート孔１２２と半径方向孔１２０を連
通させる溝１２９と、ソレノイド１２ｃの励磁時に低圧
ボート孔１２２と半径方向孔＋２０の連通を遮断し、高
圧ポート孔１２１と半径方向孔１２０とを連通させる切
欠き１２８を有している。

なお、本発明は必ずしも２連弁である場合にのみ適用さ
れるものではなく、また、配管が複雑になるが、電磁比
例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂ、プライオリティバルブ３
、電磁弁４を別置きとしてもよい。さらに電磁弁４は、
２位置電磁弁とリリーフバルブの組合せや、電磁リリー
フ弁タイプのものも使用できる。またプライオリティバ
ルブ３も他の形式のものでもよい。

〔実施例の作用〕

次に実施例の作動と作用を説明する。

右端側の弱いスプリング１３ａは、ばね受け１５ａ、１
６ａとボルト１４ｂ、１４ｂによって第６図に示す荷重
にセットされており、背圧室での軸方向の隙間Ｑ’（第
２ａ図参照）はほぼゼロとなっている。

ポンプの吐出油がポンプポートＰに流入すると、まずプ
ライオリティバルブ３により流量分割される。すなわち
、吐出油は入口環状溝３１に位置している入口孔３７か
らスプール３ａ内に入り、左右に分かれて一方は端室３
４に流入し、他方はフィルタ３９０を通り、オリフィス
３９で流量を絞られ、導出孔３８からパイロット用の環
状溝３３に流入する。そしてポンプポートＰからの流量
が増すと、スプリング３ｂのばね力に抗してスプール３
ａは左方に移動し、これによりスプール端の切欠き３６
がメイン環状溝３２に通じ、ポンプ吐出油は第１、第２
のメインバルブ１，２の中立流路７１Ｎ、７１Ｎ’から
キャリオーバポートＮに流れる。

前記入プール３ａへの流入量が増せばオリフィス３９を
通過して環状溝３３に対する流入量も増すが、このとき
、オリフィス３９の前後の圧力差が大きくなり、スプー
ル３ａはスプリング３ｂに抗して左方に移動し、環状溝
３３の左端エツジとスプール３８′との通路が狭くなり
、これにより流量が絞られ、油量が減少するように働く
ので、環状溝３３からの流出量は常に一定となるように
制限される。従って、メイン環状溝３２にはこの一定流
量と入口流量の差に相当する残量が供給される。

パイロット用の環状溝３３に送られた一定流量のパイロ
ット油は通路孔３３０および分岐路３３１を通って各電
磁比例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂの高圧ポート孔１２１
に流入する。このとき、通路孔３３０のパイロット油は
電磁弁４の弁室４０にも流入するが、電磁比例弁１ａ、
ｌｂ、２ａ、２ｂが作動していない状態では電磁弁４に
は通電されないため、スプール４ａはばね４ｂとパイロ
ット油との合力により開弁され、弁室４０は低圧側に開
放されており、パイロット油はドレーンポーＩ−Ｄ　ｒ
からタンクに戻される。

第１、第２メインバルブ１，２を作動するには、左右で
組をなす′Ｆ、磁比例弁１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂを選択
的に作動させるもので、たとえば第１メインバルブ１の
メインスプール１ｏを左方に動かすときには、電磁比例
弁１ａのソレノイド１２ｃに通電するとともに、電磁弁
４のソレノイド４Ｃに通電する。

すると、７Ｉ！磁弁４のスプール４ａは第５図の状態か
ら右方に動き、弁室４０と通路孔３３０とのクリアラン
スを縮める。この結果、パイロン１〜油のドレーンポー
トＤｒへの流出量が減り、パイロット油は所定の圧力が
立ち、これが分岐路３３１から電磁比例弁１ａの高圧ポ
ート孔１２１に送られる。

この状態で電磁比例弁１ａのソ・レノイド１２ｃに通電
されると、スプール１２ｂは第２ａ図において左方に移
動し、切欠き１２８を介して高圧ポート孔１２１と半径
方向孔１２０とが連通し始め、パイロット通路９１ａを
通して背圧室８１ａにパイロット圧力が付与される。こ
のパイロット圧力は、ソレノイド１２ｃに対する電流値
に比例して大きくなる。

前記のように背圧？ｆ８１ａにパイロット圧力が加わる
とメインスプール１０には軸線方向の推力が生ずる。こ
のとき、左方の背圧室８１ｂ内のスプリング１３ｂは右
方の背圧室８１ａのスプリング１３ａよりもばね定数は
大きいが、背圧室８１ｂの壁にシートされず中空状に浮
いており、右方の弱いばね力のスプリング１３ａだけが
背圧室壁にシートされている。このため、メインスプー
ル１０は、この弱いばね力のスプリング１３ａを押し縮
め得るだけの極く低いパイロット圧力でストローフを開
始する。左方の背圧室８１ｂ内の油は、電磁比例弁１ｂ
が作動していない関係から、パイロット通路９１ｂ−半
径方向孔１２０−溝１２９−低圧ボート孔１２２−低圧
通路４２の経路で排出される。

前記メインスプール１０が移動すると、左方の背圧室８
１ｂのばね受け１５ｂ、１６ｂおよびスプリング１３ｂ
も浮き間隔Ｑの間だけ一体に移動する。この間隔４が第
２図においてＳで示すオーバラップ、アンダラップ領域
であり、浮き間隔Ｑに達するとばね受け１６ｂの外フラ
ンジ１６１が背圧室８１ｂの底面に接しシートされる。

この瞬間から左方のスプリング１３ｂも対抗荷重機能を
発揮し、すなわちメインスプール１０はそれら左右のス
プリング１３ａ、１３ｂの合力に抗して動かされること
になる。これにより制御可能域に入り、中立流路７１Ｎ
→７１Ｎ′への通路が閉じられ、プライオリティバルブ
３で分流された浦は、中立流路７１Ｎからロードチエツ
クバルブ５を押し上げてシリンダ通路７１Ｂに流れ、シ
リンダポートＢからアクチュエータ１００に送られる。

また、シリンダボートＡからの戻り油は中立流路７１Ｎ
′に流れる。

なお、メインスプール１０を右方に動かす場合は、左方
の電磁比例弁１ｂを作動させるもので、このときにも右
方のスプリング１３ａだけがス１−ローク開始時に対抗
荷重として働き１次いで両スプリング１３ａ、１３ｂが
対抗荷重として働くことは前記したところと同じである
。

このように本発明においては、第６図の■で示すように
、メインスプール１０のストロークが制御可能域に達す
るまでの対抗荷重が低く抑えられ、制御可能域に達して
から対抗荷重はリニアに上昇する。この結果、第６図の
■′のように所要パイロット圧力の範囲およびこれを発
生されるための電流値範囲が実質的に拡大し、したがっ
て限られたストロークの間で微妙なスイッチング動作や
絞り動作を創成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によるときには、油圧アクチュエー
タを動かす方向切換弁と、この方向切換弁のスプール両
端を囲む背圧室にパイロット油圧を送る電磁比例弁とを
備えたスプリングセンタ形式の油圧制御装置において、
前記背圧室に、リターンスプリングとして、スプールが
申立位置から制御用ストロークに達するまで片方のばね
による弱い対抗荷重を示し、それ以降のストロークで両
方のばねにより所定の対抗荷重を発揮する２段ばねを配
したので、機構上に限られた制御可能ストローク域にお
いてパイロット圧力範囲と電流範囲を大幅に拡大でき、
これにより方向切換弁の制御性能を向上することができ
、しかも構造が比較的簡単で、メインスプールやメイン
バルブ本体はそのまままでよいため安価に実施できる等
のすぐれた効果が得られる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による油圧制御装置の一実施例を示す横
断面図、第１ａ図は回路図、第２図は第１図■−■線に
沿う断面図、第２ａ図と第２ｂ図は第２図の一部拡大図
、第３図は第１図ｍ−ｍ、線に沿う断面図、第４図は第
１図ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は第１図■−■
線に沿う断面図、第６図は本発明と従来の電磁パイロッ
ト式切換弁のメインスプールストローク−荷重−パイロ
ット圧カー電流値の関係を示す線図である。１・・・第１メインバルブ、ｌａ、ｌｂ・・・電磁比例
弁、２・・・第２メインバルブ、２ａ、２ｂ・・・電磁
比例弁、１０．２０・＝メインスプール、１３ａ、１３
　ｂ　・・・スプリング、８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８
２ｂ・・背圧室特許出願人　ヂーゼル機器株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

　油圧アクチュエータを動かす方向切換弁と、この方向
切換弁のスプール両端を囲む背圧室にパイロット油圧を
送る電磁比例弁とを備えたスプリングセンタ形式の油圧
制御装置において、前記背圧室に、スプールが中立位置
から制御用ストロークに達するまで弱い対抗荷重を示し
それ以降のストロークで所定の対抗荷重を発揮する２段
ばねを配したことを特徴とする油圧制御装置。