JPS5947184B2 - カウンタ−バランス弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来から第３図に示すカウンターバランス弁が一般に知
られている。

この従来公知のカウンターバランス弁は次の構成からな
るものである。

すなわち弁本体１に摺動自在に内装したスプール２は、
その中に逆止弁３を介在させるとともに、通常は圧縮ば
ね４の作用でそのテーパ部５を弁本体１の段部６に圧接
させているものである。

そしてこの状態において方向切換弁７を右側ポジション
にセットすると、ポンプ８からの圧油は、一方のボート
１０から弁本体１内に入り、さらに逆止弁３を押し開き
、他方のボート１１を経由してシリンダ１２の室１３に
圧入してシリンダ１２を上昇させる。

また方向切換弁７を左側ポジションにセットすると、ポ
ンプ８からの圧油はシリンダ１２の室１４に圧入する一
方、その圧油の一部はパイロット圧としてオリフィス１
５から弁本体１内のパイロット圧室１６に圧入し、スプ
ール２を圧縮ばね４に抗して移動させる。

スプール２が圧縮ばね４に抗して移動すると、そのテー
パ部５と前記段部６とが離隔するので、シリンダ１２の
室１３内の戻り油はボート１１、テーパ部５と段部６と
の上記離隔部ボート１０および切換弁７を経由してタン
ク１７に戻るものである。

しかしてスプール２が前記のようにばね４に抗して移動
し、そのテーパ部５と前記段部６とが離隔する瞬間は、
シリンダ１２の室１３内の圧力が急激に低下するので、
ポンプ８からの圧油はほとんどシリンダ１２の室１４に
導入され、パイロット圧室１６に供給されない。

このためパイロット圧室１６の圧力が低下してスプール
２が圧縮はね４０作用で前記テーパ部５と段部６との間
隔を閉じる方向に戻る。

このためシリンダ１２０室１３の圧力が高くなり、再び
パイロット圧室１６にもポンプ８からの圧油が供給され
、スプール２を圧縮ばね４に抗して移動する。

この動作を繰り返すと、シリンダ１２の下降が不安定と
なるいわゆるバンチング現象を生じてしまうので、この
従来のカウンターバランス弁においては、オリフィス１
５を設けてそれを防止している。

すなわちスプール２が前記のように戻り側に摺動せんと
するときに、パイロット圧室１６内の油をオリフィス１
５で絞り、ダンピング効果を発揮させている。

そしてこのダンピング効果は、スプール２のパイロット
圧受圧面の面積とオリフィス１５の開口面積との比で決
まるもので、上記パイロット圧受圧面の面積がオリフィ
ス１５の開口面積に対して充分大きいときにその効果は
著しい。

しかし実際には、当該弁口体をあまり大型にできず、し
たがってスプール２の前記パイロット圧受圧面の面積を
大きく散れないので、オリフィス１５の開口面積を小さ
くしなげればならず、極端な場合にはその直径が０．１
〜０．３ｗｒＬ程度になることもある。

ところがオリフィス１５の開口面積を上記のごとく極端
に小さくするということは、工作上はとんど不可能であ
るばかりか、そのように小さくした場合には、油中に異
物が混入しているときなどにその異物がオリフィス１５
に詰り、それを塞いでしまって当該弁口体の作動をも妨
げることになるというように、別の問題を提起するもの
であった。

この発明の目的は、オリフィスの開口面積を太き（取り
つつ光分なダンピング効果を発揮させる構成として、前
記従来の欠点を解消したカウンターバランス弁を提供せ
んとするものである。

以下にはこれを図示の実施例について説明する。

弁本体２１はチューブ２２の一端に枠部体２３を、また
他端にボトム２４をはめ着けている。

この弁本体２１に摺動自在に内装した中空のスプール２
５は、その一端開口部に、端面をパイロット圧受圧面２
６とした凸部２７を有する閉塞部材２８をはめ着けると
ともに、他端側を充実させて閉塞部２９としている。

そしてこのスプール２５の上記突部２７は、前記枠部体
２３に形成のパイロット圧導入孔３０に、また閉塞部２
９はボトム２４の円ｅｔ ３１ ｔｉｃそれぞれ摺動自
在に挿入しているもので、これによってスプール２５の
両端面と弁本体２１との間に室３２ｊ３３を形成してい
る。

このようにして弁本体２１に内装されたスプール２５内
は逆止弁３４によって中空部３５．３６に２分されてい
るもので、この逆止弁３４は中空部３６から中空部３５
方向にのみ圧油の流れを許容する関係に設定されている
。

前記室３２．３３は、上記−万の中空部３５を介してた
がいに連通している。

すなわち一方の室３２は、通路３７およびダンピングオ
リフィス３８を通して上記一方の中空部３５に、また他
方の室３３はダンピングオリフィス３９および通路４０
を通して上記一方の中空部３５に連通しているものであ
る。

しかしてスプール２５は、通常は圧縮はね４の作用で第
１図左方向への勢力が付与され、そテーパ部４２が弁本
体２１０段部４３に圧接しポート４４からポート４５方
向の負荷側通路を断しているものである。

次に第２図に示すように、シリンダ４６を作してワーク
４７を昇降させるようにした回路中おいて、前記ポート
４４をシリンダ４６の室Ａポート４５を方向切換弁４８
に連通ずるととも前記パイロット圧導入孔３０を、方向
切換弁４とシリンダ４６の室Ｂとを連通ずる通路の分岐
路４９に連通した場合について説明する。

いま方向切換弁４８を第２図右側ポジションセットする
と、ポンプ５０からの圧油はポート４５から弁本体２１
内に流入する。

ポート４５ら流入した圧油は流入孔５１を通って前記他
方中空部３６に入り、さらに逆止弁３４を押し聞流出孔
５２およびポート４４を経由してシリン４６の室Ａに導
入され、シリンダ４６を上昇さる。

シリンダ４６を上記のように上昇させた後に開切換弁４
８を第２図左側ポジションにセットると、ポンプ５０か
らの圧油はシリンダ４６のＢに圧入するとともに、その
一部はパイロット導入孔３０に導かれる。

その導入孔３０に導かた圧力はパイロット圧受圧面２６
に作用してスール２５を圧縮ばね４１に抗して移動させ
るがこのときダンピングオリフィス３８．３９の作でス
プール２５はゆっくりと移動する。

このよにスプール２５が移動するとそのテーパ部４２前
記段部４３から離隔して、ポート４４からホト４５に向
う負荷側通路を開き、シリンダ４６室Ａ内の圧油をタン
ク５３に戻すものである。

上記のようにスプール２５がパイロット圧の用で移動す
る際には、ダンピングオリフィス３：３９が効果を発揮
してスプール２５をゆっくり移動させるので、換言すれ
ばテーパ部４２と段４３とを徐々に離隔させるので、シ
リンダ４６急激に降下することがないものである。

またシンダ４６の室Ａ内の圧力が急に低下してポンプ５
０からの圧油のほとんどがシリンダ４６の室に導入され
、そのためパイロット圧が低下した合に、スプール２５
が圧縮ばね４１の作用で禾するが、このときも室３２．
３３内の油がダンングオリフイス３８，３９で絞り抵抗
を受けて流出するので、いわゆるノ・ンチング現象を防
止しうるものである。

しかしてこの発明の目的が、ダンピングオリフィス３８
．３９の開口面積を太き（取りうるようにすることであ
るが、そのためには以下の条件を満足させなげればなら
ない。

すなわちスプール２５の両端面すなわち室３２゜３３内
におけるスプール２５の受圧面の面積を等しくするとと
もに、凸部２７のパイロット圧受圧面２６の面積を、ス
プール２５の上記受圧面の面積に対して光分小さくしな
げればならない。

いま、室３２，３３の受圧面積をＡｃ 室３２の圧力をＰｃ１ 室３３の圧力をＰｃ２ 圧縮ばね４１の復元力をＦ パイロット圧力をＰｌ 凸部２７のパイロット圧受圧面の面積を Ｐ スプール２５の開弁時のクラッキング圧 力をＰｅｒ とすれば、このカウンターバランス弁の平衡状態は次式
で表わされる。

ＡＰ−Ｐ ＋Ａｃ−Ｐｃ１＝Ａｃ−Ｐｃ２＋ＦそしてＦ
：ＡＰ−Ｐｃｒであるから上式はＡＰ−Ｐｌ ＋Ａｃ
”Ｐｃｌ ＝Ａｃ −Ｐｃ２ ＋ＡＰ−Ｐｅｒとなり さらに ＡＰ−Ｐ−ＡＰ−Ｐｃｒ＝Ａｃ−Ｐｃ −Ａｃ−Ｐｃ１
２ ＡＰ （Ｐｌ −Ｐｃ ｒ ） ＝Ａｃ （Ｐｃ２−Ｐ
ｃ １ ）Ｐ ＡＣ（Ｐｌ−Ｐｅｒ）＝Ｐｃ２−Ｐｃｌ となる。

上記の式からも明らかなように、室３２の圧力Ｐｃ１
と室３３の圧力Ｐｃ２ との差が、ダンピングオリ
フィス３８．３９前後の差圧になる。

つまり、それら画室３２．３３におけるスプール２５の
受圧面積をほぼ等してしているので、スプール２５が移
動するときの画室３２．３３の容積変化の割合が同じに
なる。

このように変化の割合が同じて、しかも、これら画室を
たがいに連通させているので、２つのダンピングオリフ
ィス３８゜３９を設けても、これら両オリフィスを一体
としてとらえることができる。

このように両オリフィス３８，３９を一体と考えれば、
その前後の差圧は、上記両室内の圧力差（Ｐｃ２−Ｐｃ
ｌ ）となる。

したがって、ダンピングオリフィス３８，３９の前後の
差圧（Ｐｃ２−Ｐｃ１ ）は、パイロット圧力Ｐ０ と
クラッキング圧力Ｐｅｒの差の（ＡＰ／Ａ ｃ ）倍で
あり、しかも前記のとおりＡＰはＡｃに対して十分に小
さいので、ダンピングオリフィス３８．３９前後の差圧
は、非常に小さいものとなる。

そして、オリフィスによるダンパ効果は、パイロット圧
力変動に対するスプールの移動速度によって決まるので
、本発明の場合、単位時間当りのオリフィス通過流量に
よって決まる。

この通過流量は、当該オリフィス前後の差圧の平方根に
比例する。

したがって、この実施例においては、オリフィス前後に
発生する差圧が小さいので、このダンピングオリフィス
３８．３９を通過する単位時間当りの流量が少な（なる
。

つまり、この実施例は、ダンピングオリフィス３８．３
９前後の差圧を小さくして、そこを通過する単位時間当
りの流量が少なくなるような構成にしたので、スプール
２５が急激に移動することがな（、ハンチング防止効果
が大となる。

そして、前記第３図に示した従来のカウンターバランス
弁では、オリフィス１５前後の差圧が、次のようになる
。

すなわち、オリフィス１５前後の差圧は、パイロット圧
をＰｌ、室１６の内圧をＰｃとすると、（ＰｌＰ ｃ
）そのものになる。

また、上記Ｐｃは、Ｐ ｃ ＝Ｆ／Ａｐ ＝ Ｐ ｃ
ｒとなる。

この式において、へはパイロット圧室１６におけるスプ
ール２の受圧面積、Ｆは圧縮ばねのばね力である。

このように、室１６の内圧Ｐｃが、Ｆ／ＡＰ＝Ｐｅｒと
なるので、上記オリスイス１５前後の差圧は、結局（Ｐ
ｌ −Ｐｅｒ ）となる。

このように差圧が大きいので、オリフィス１５を通過す
る単位時間当りの流量が多くなる。

したがって、このオリフィス１５の開口面積を十分に小
さくしないと、ダンパ効果を発揮しないことになる。

これに対して、この発明のダンピングオリフィス前後の
差圧は、上記（Ｐｌ −Ｐｅｒ ）を、ＡＰ／Ａｃ倍し
たものとなるので、上記第３図に示した従来のものより
、その差圧を小さくでき、その差圧を小さい分だけダン
ピングオリフィス３８゜３９０開口面積を大きくできる
。

なお、前記したようにこの実施例では、室３２と３３内
におげろ受圧面積を等しくしているが、両者の受圧面積
を多少相違させても十分機能する。

特に製作上の寸法誤差を考慮すれば、両者の受圧面積が
多少相違するのが通常となろう。

以上の説明から明らかなように、この発明の構成は、弁
本体に摺動自在に内装されかつ通常は負荷圧側の通路を
遮断する方向の勢力が付与されたスプールの両端側と、
前記弁本体との間に室を形成し、これら画室をたがいに
連通させ、その連通路を通過する流れに対して、絞り抵
抗を付与するダンピングオリフィスをこの通路に設け、
さらに前記スプールに形成のパイロット圧受圧面を、前
記弁本体に形成のパイロット圧導入孔に臨ませてなり、
前記画室におけるスプールの受圧面積をほぼ等しくする
とともに、その両受正面積に対して前記パイロット圧受
圧面の面積を十分小さくした点に特徴を有する。

上記のように構成したので、ダンピングオリフィス前後
の差圧を小さくでき、その分当該オリフィスの単位時間
当りの通過流量を少なくできる。

ダンピングオリフィスの単位時間当りの通過流量を少な
くできるので、このオリフィスの開口面積を極端に小さ
くしな（でも、十分なダンパ効果を発揮する。

つまり、パイロット圧が太き（変化したとしても、スプ
ールが急激に変動することがない。

しかも、当該オリフィスの開口面積を上記のように極端
に小さくしな（でもよいので、このオリフィスに異物が
詰まるおそれもなくなる。

【図面の簡単な説明】

図面筒１，２図はこの発明の１実施例を示すもので、第
１図は縦断面図、第２図は回路図、第３図は従来のカウ
ンターバランス弁を示す原理図である。 ２１は弁本体、２５はスプール、３２．３３は室、３８
ｊ ３９はダンピングオリフィス、２６はパイロット圧
受圧面、３０はパイロット圧導入孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁本体に摺動自在に内装されかつ通常は負荷圧側の
   通路を遮断する方向の勢力が付与されたスプールの両端
   側と、前記弁本体との間に室を形成し、これら両室をた
   がいに連通させ、その連通路を通過する流れに対して、
   絞り抵抗を付与するダンピングオリフィスをこの連通路
   に設け、さらに前記スプールに形成のパイロット圧受圧
   面を、前記弁本体に形成のパイロット圧導入孔に臨ませ
   てなり、前記両室におけるスプールの受圧面積をほぼ等
   しくするとともに、その両受正面積に対して前記パイロ
   ット圧受圧面の面積を十分小さくしてなることを特徴と
   するカウンターバランス弁。