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【発明の名称】 背圧補償圧力発生弁装置
【発明者】 【氏名】野沢 勇作

【氏名】西村 良純

【氏名】市来 伸彦

【氏名】高橋 欣也
【要約】 【課題】背圧補償圧力発生弁装置において、信号圧力検出弁に安全弁の機能も持たせ機器の簡素化を図りかつ回路全体の自由度を増し、更に小径化を可能とする。

【解決手段】固定絞り８を有する信号圧力発生弁９、スリーブ１１内に収容された小径部２３と大径部２５からなる信号圧力検出弁１０、これら２つの弁９，１０に働く油圧力に対抗する弁ばね１２を設け、信号圧力発生弁９とスリーブ１１の間の背圧室２２にポート６−１の圧力を誘導し、信号圧力検出弁１０の小径部２３を背圧室２２に突出させ、大径部２５と小径部２３とスリーブ１１間で受圧室２７を形成する。背圧室２２の圧力を信号圧力検出弁１０の中心部の受圧室２４ｂに誘導し、入力ポートａと出力ポートｂ及び受圧室２７間をスリット２６−１からなる可変絞りＸ１を介して接続し、受圧室２７ドレンポートｃ間をスリット２６−５からなる可変絞りＸ２を介して接続する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧油が流れる流路上に配置された絞りを有し、この絞りの前後差圧による油圧力が所定レベル以下にあるときには、前記流路を流れる圧油の流量に応じた信号圧力を発生し、前記油圧力が所定レベルを越えると前記流路を開放し、安全弁として機能する背圧補償圧力発生弁装置において、前記流路上に配置され、一端に前記絞りの入側の圧力が作用し、他端に前記絞りの出側の圧力が作用し、当該絞りの前後差圧による油圧力を発生させる信号圧力発生弁と、前記信号圧力発生弁の他端側でこの信号圧力発生弁に分離、当接するよう同軸的に配置され、ストローク位置に応じて外部油圧源の圧力を減圧し、前記信号圧力を生成すると共に、前記信号圧力が前記絞りの前後差圧により前記信号圧力発生弁に働く油圧力と同方向に作用する信号圧力検出弁と、前記絞りの前後差圧により前記信号圧力発生弁に働く油圧力と前記信号圧力により前記信号検出弁に働く油圧力との和が常にある定められた値になるよう、その和の油圧力に対向して設置された付勢手段とを備えることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項２】請求項１記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記信号圧力検出弁に関連して、前記外部油圧源につながる入力ポート、前記信号圧力を出力する出力ポート、タンクにつながるドレンポートの各ポートと、前記入口ポートと出口ポートの間に位置する第１及び第２の２つの絞りとが設けられ、前記第１及び第２絞りの少なくとも一方は、前記信号圧力検出弁のストローク位置に応じて開口面積を変化させる可変絞りであり、この第１絞りと第２絞りとの中間圧力を前記信号圧力として取り出し、前記出力ポートに導きかつ前記信号圧力検出弁に作用させることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項３】請求項２記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記第１及び第２の絞りが両方とも可変絞りであることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項４】請求項２記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記第１の絞りが固定絞りであり、第２の絞りが可変絞りであることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項５】請求項２記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記信号圧力検出弁はスリーブに収容され、かつこのスリーブに前記入力ポート、出力ポート、ドレンポートが形成されると共に、前記信号圧力検出弁はこのスリーブの端部を貫通し前記信号圧力発生弁の他端に当接する小径部と、前記スリーブ内に位置する大径部とを有し、この大径部の端面と小径部の外周面とスリーブの内面とで前記信号圧力が導かれる受圧室を形成し、前記大径部の端面に前記信号圧力を作用させることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項６】請求項５記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記スリーブの前記信号圧力発生弁と反対側の端部はキャップにより閉じられ、このキャップに前記信号圧力検出弁の小径部と同じ径のピストンロッドを突設し、このピストンロッドを前記信号圧力検出弁の大径部に摺動自在に挿入し、前記小径部の中心部に軸方向の貫通孔を形成し、この貫通孔を介して前記絞りの出側の圧力を前記ピストンロッドの端面とこの端面に対向する前記大径部の内面に導いたことを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項７】請求項５記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記付勢手段は、前記信号圧力発生弁と反対側で前記スリーブ内に配置され、前記信号圧力検出弁の大径部を前記信号圧力発生弁に向けて付勢するばねであることを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【請求項８】請求項１記載の背圧補償圧力発生弁装置において、前記信号圧力発生弁は前記一端側に前記流路に開口する穴部を形成するスカート状の壁部を有し、この壁部に前記絞りとなる貫通孔を形成したことを特徴とする背圧補償圧力発生弁装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベル等の建設機械の油圧回路に用いられる背圧補償圧力発生弁装置に係わり、特に可変容量型の油圧ポンプとセンターバイパスを有するオープンセンター型の方向制御弁とを組み合わせた油圧回路において、センターバイパス油通路を流れる圧油の流量に応じた信号圧力を生成し、油圧ポンプの吐出流量を増加させるのに用いる背圧補償圧力発生弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】建設機械の代表例である油圧ショベルの油圧回路として、可変容量型の油圧ポンプとセンターバイパスを有するオープンセンター型の方向制御弁とを組み合わせた油圧回路が数多く用いられている。その代表例として、特公昭４８―３６８７４号公報の第１図に示されるように、方向制御弁が中立位置にある時、油圧ポンプの吐出油量を最低値に保ち、方向制御弁が中立位置からフル位置に操作する過程でアクチュエータへ油圧ポンプの吐出油が流れたことを検出し、この検出信号で油圧ポンプの吐出油量を増加させる油圧回路がある。この油圧回路を図８に示す。
【０００３】図８において、１０１が可変容量型油圧ポンプであり、１０６がセンターバイパス油通路１０８に直列に接続されるセンターバイパスを有する方向制御弁である。センターバイパス油通路１０８と方向制御弁１０６のタンクポートをタンク１１２へつなげる戻り通路１０９との間に圧力発生弁装置として固定絞りＳとリリーフ弁１１０が設けられており、固定絞りＳの上流側から油圧ポンプ１０１の吐出油量を制御するための信号圧力が信号回路１３９で検出されている。
【０００４】方向制御弁１０６が中立位置にある時、油圧ポンプ１０１の吐出油はすべてセンターバイパス油通路１０８を通過する。この吐出油は絞りＳを通過するから、Ｐ＝（Ｑ／（Ｃ×ａ×√２ｇ／γ））2（ここで、Ｃは流量係数、ａは絞りＳの断面積、Ｑは絞りＳを通過する流量、ｇは重力の加速度、γは油の比重）の関係で与えられ圧力が信号回路１３９に発生する。
【０００５】油圧ポンプ１０１の吐出油量が方向制御弁１０６が中立位置にある時に定めた最小流量Ｑminより多いと信号圧力Ｐが大きくなり、レギュレータ１２９は油圧ポンプ１０１の吐出油量を減らそうとし、油圧ポンプ１の吐出油量が当該最小油量Ｑminより少ないと、信号回路１３９に発生する信号圧力Ｐが小さくなり、レギュレータ１２９は油圧ポンプ１０１の吐出油量を増やそうとする。即ち、信号圧力Ｐが定められた値より大きい時は油圧ポンプ１０１の吐出油量を減らし、小さい時は油圧ポンプ１０１の吐出油量を増やす。
【０００６】方向制御弁１０６を中立位置からフル作動位置へと操作する場合、方向制御弁１０６の各油通路は次のように変化する。
【０００７】■油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７とセンターバイパス油通路１０８の間の油通路の面積は次第に減じる；
■油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７とアクチュエータポートＡ又はＢ間の油通路の面積は次第に増え、アクチュエータポートＢ又はＡと戻り通路１０９の間の油通路の面積も次第に増える。
【０００８】この時、油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７の圧力がアクチュエータポートＡ又はＢの負荷圧より高くならないと、アクチュエータ１０５側へ油は流れない。従って、油圧ポンプ１０１の吐出油は最低油量に保たれる。
【０００９】方向制御弁１０６の操作量が増加するに従い油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７とセンターバイパス油通路１０８の間の油通路の面積は減じるから、同じ油量が通過するためには油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７の圧力は次第に高くなり、油圧ポンプ１０１の吐出油の一部がアクチュエータ１１５側へも流れるようになる。また、方向制御弁１０６の操作量が増加するに従い油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７とセンターバイパス油通路１０８の間の油通路の面積が減じると、センターバイパス油通路１０８の流量が減じ、信号回路１３９に発生する信号圧力Ｐが小さくなり、油圧ポンプ１０１へ吐出油量を増やす信号が与えられる。
【００１０】以上のように、固定絞りＳで発生した信号圧力Ｐを用いて油圧ポンプ１０１の吐出油量を制御することにより、方向制御弁１０６の中立位置での油圧ポンプ１０１の吐出油量は冷却等を考慮した最小油量Ｑminに制御され、省エネ効果がある。また、アクチュエータ１１５へ油が流れるまで油圧ポンプ１０１の吐出油量を増加しないから、この点でも省エネ効果がある。
【００１１】また、方向制御弁１０６の操作量を減らすに従い油圧ポンプ１０１の吐出油路１０７とセンターバイパス油通路１０８の間の油通路の面積は増えるので、センターバイパス油通路１０８の流量が増え、信号回路１３９に発生する信号圧力Ｐが大きくなり、油圧ポンプ１０１へ吐出油量を増やす信号が与えられる。この時、制御の遅れから大量にセンターバイパス油通路１０８に油が流れ込んだ時には、リリーフ弁１１０が作動し、安全弁として機能する。
【００１２】固定絞りＳに代わる提案として、特開平１−２６９７０３号公報の第１図、第２図及び第３図に示す圧力発生弁装置がある。特開平１−２６９７０３号公報の第１図に示す圧力発生弁装置を図９（ａ）に示し、同公報の第２図に示す圧力発生弁装置を図９（ｂ）に示し、同公報の第３図に示す圧力発生弁装置を図９（ｃ）に示す。
【００１３】図９（ａ）において、この提案は、絞り２１２の上流から直接信号圧力を検出するので無く、絞り２１２の前後差圧を弁２１５に作用させ、この差圧力と釣り合う力を作り出し、検出圧として利用している。
【００１４】図９（ｂ）において、この提案は図９（ａ）に示す絞り２１２を弁２１５に組み込んでいる。
【００１５】図９（ａ）、図９（ｂ）の提案とも、絞り２１２の前後差圧に応じた信号圧力を作り出しているから、上記のように油圧ポンプの吐出油量の制御の遅れから大量にセンターバイパス油通路に油が流れ込んだ時の安全弁として、図９（ａ）のリリーフ弁２１３、図９（ｂ）のリリーフ弁２１７が必要である。
【００１６】図９（ｃ）において、この提案は、信号圧力を外部の油圧源２２０を利用して作り出している。この提案では、外部の油圧源２２０側のリリーフ弁２１３で規制される圧力以上の油圧は検出できないから、弁２１５側に安全弁は必要無くなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】図８に示す油圧回路は種々の利点を有しているが、固定絞りＳの出口が戻り通路１０９と連結されているため、油通路１３９に検出される信号圧力Ｐは油通路１０９又は１１１内の背圧の影響を受け、通過流量Ｑに応じた正しい圧力が検出できない欠点がある。即ち、絞りＳを通過する流量Ｑとその差圧Ｐの間に先に示した関係があり、Ｑ＝４０（リットル／min）でＰ＝２０（Ｋｇ／ｃｍ2）の関係にある時、Ｑ＝３５（リットル／min）でＰ＝１５．３（Ｋｇ／ｃｍ2）であるが、もし油通路１０９又は１１１の圧力がＰｈ＝４．７（Ｋｇ／ｃｍ2）であると、検出圧はＰ＝２０（Ｋｇ／ｃｍ2）となり、Ｑ＝４０（リットル／min）とＱ＝３５（リットル／min）の区別がつかなくなる。
【００１８】油通路１０９又は１１１の圧力ＰｈはアクチュエータポートＡ又はＢから戻り通路１０９への戻り油量の大小に依る。なお、油圧ポンプ１０１の吐出油がアクチュエータ１１５側へ流れなくても、Ａ又はＢポートが戻り通路１０９と連通すると戻りの流れが発生する。
【００１９】図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す従来技術では、絞り２１２の前後差圧を弁２１５に作用させ、この差圧力と釣り合う力を作り出し、検出圧として利用しており、この場合、絞り２１２を通過する流量Ｑに対する前後差圧は背圧が変化しても同じであるから、背圧の影響をキャンセル（補償）したことになる。
【００２０】しかし、図９（ａ）、図９（ｂ）の場合、検出信号圧力は自己圧から作り出しているため、弁２１５の入口圧が高くなると検出圧も高くなってしまう。このため、信号圧力検出弁以外に安全弁２１３又は２１７が必要となり、機器の構成が複雑になると同時にコストも高くなる。
【００２１】一方、外部油圧源２２０を用いる図９（ｃ）の提案によれば、弁２１５の入口圧が検出圧以上になると、リリーフ弁２１３のセット圧以上の圧力は検出されないから、信号圧力検出部に安全弁は必要無くなる。しかし、外部油圧源２２０を例えばパイロットリモートコントロール用の油圧源、あるいは油圧ポンプの傾転制御サーボピストン用の油圧源等、他の補器回路の油圧源としても用いた場合、これらの補器回路のリリーフセット圧が信号圧力発生弁回路の安全弁機能の観点のみで決められることにより、他の用途の自由度を損なうことになる。例えば、前記の補器回路で４０（Ｋｇ／ｃｍ2）のリリーフセット圧を必要とし、信号圧力発生弁回路は省エネの観点から３０（Ｋｇ／ｃｍ2）としたい時などのように、信号圧力検出弁側の都合でリリーフ弁１３のセット荷重が決められてしまう回路構成は自由度に乏しいものとなる。
【００２２】また、従来車体重量６ｔｏｎ以下のミニショベルと称される機械の油圧回路では、可変容量型の油圧ポンプが用いられる場合でも、傾転制御は吐出油量と吐出圧の積がエンジン出力を超えないようにする馬力制御が主体であった。この場合中立時の馬力損失はもとより、方向制御弁操作の際アクチュエータが必要としない油を吐出しており、急加速の問題が生じ易かった。これらの問題の解決策の一つが上記のような信号圧力発生弁装置を用い、油圧ポンプの吐出油量を制御する回路である。
【００２３】ところで、このような油圧機械は小型の機種であるから方向制御換弁も小さく、信号圧力発生弁装置も極力小さいものが望ましい。また、この信号圧力発生弁装置はカートリッジ化されていることが望ましく、カートリッジの取り付けネジ部の径寸法を小さくするには、内部に収容される弁装置の径寸法が少しでも小さいことが望ましい。
【００２４】図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す従来技術では、絞り２１２の前後差圧を弁２１５に作用させるのに、弁２１５の外周に拡径部２１５ａを設け、その前後に受圧室を形成しており、その分、弁装置の径寸法が大きくならざるを得なかった。
【００２５】本発明の目的は、信号圧力検出弁に安全弁の機能も持たせ機器の簡素化を図り、かつ回路全体の自由度を増し、更に小径化が可能な背圧補償圧力発生弁装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、圧油が流れる流路上に配置された絞りを有し、この絞りの前後差圧による油圧力が所定レベル以下にあるときには、前記流路を流れる圧油の流量に応じた信号圧力を発生し、前記油圧力が所定レベルを越えると前記流路を開放し、安全弁として機能する背圧補償圧力発生弁装置において、前記流路上に配置され、一端に前記絞りの入側の圧力が作用し、他端に前記絞りの出側の圧力が作用し、当該絞りの前後差圧による油圧力を発生させる信号圧力発生弁と、前記信号圧力発生弁の他端側でこの信号圧力発生弁に分離、当接するよう同軸的に配置され、ストローク位置に応じて外部油圧源の圧力を減圧し、前記信号圧力を生成すると共に、前記信号圧力が前記絞りの前後差圧により前記信号圧力発生弁に働く油圧力と同方向に作用する信号圧力検出弁と、前記絞りの前後差圧により前記信号圧力発生弁に働く油圧力と前記信号圧力により前記信号検出弁に働く油圧力との和が常にある定められた値になるよう、その和の油圧力に対向して設置された付勢手段とを備えるものとする。
【００２７】このように信号圧力発生弁と信号圧力検出弁を分離、当接させた構造とすることにより、必要な受圧室は全て信号圧力発生弁及び信号圧力検出弁の径の範囲内に納めて形成することができる。また、信号圧力発生弁に働く油圧力と信号圧力検出弁に働く油圧力の和と付勢手段の力を対抗させる方式を採用したので、信号圧力発生弁の受圧面積と信号圧力検出弁の受圧面積を一致させる必要がなく、後者の受圧面積を前者の受圧面積より小さくできる。このため、弁装置を小径化できる。
【００２８】また、信号圧力発生弁に働く油圧力と信号圧力検出弁に働く油圧力の和が常にある定められた値になるよう、和の油圧力と対抗して付勢手段を配置することにより、和の油圧力を利用できるから、イ）信号圧力発生弁に働く油圧力が付勢手段の設定値に等しい時、信号圧力検出弁の検出圧（信号圧力）はほぼ零となり、信号圧力検出弁に働く油圧力もほぼ零となる。
【００２９】ロ）センターバイパス流量がほぼ零で信号圧力発生弁に働く油圧力がほぼ零の時、信号圧力検出弁では付勢手段の設定値に等しい信号圧力を検出する。
【００３０】このような機能するから、イ）の状態で安全弁の機能を持たせられる。
【００３１】また、信号圧力検出弁には図９（ｃ）と同様に外部油圧源を用いるが、ロ）の説明から明かなように、信号圧力発生弁に働く油圧力がほぼ零の時、外部油圧源のリリーフ弁の設定圧が本発明の弁装置の付勢手段の設定値より高い場合でも、信号圧力検出弁の減圧作用により付勢手段の設定値に等しい信号圧力を検出圧として出力するから、外部油圧源を含む回路全体の自由度が増す。
【００３２】（２）上記（１）において、好ましくは、前記信号圧力検出弁に関連して、前記外部油圧源につながる入力ポート、前記信号圧力を出力する出力ポート、タンクにつながるドレンポートの各ポートと、前記入口ポートと出口ポートの間に位置する第１及び第２の２つの絞りとが設けられ、前記第１及び第２絞りの少なくとも一方は、前記信号圧力検出弁のストローク位置に応じて開口面積を変化させる可変絞りであり、この第１絞りと第２絞りとの中間圧力を前記信号圧力として取り出し、前記出力ポートに導きかつ前記信号圧力検出弁に作用させる。
【００３３】このように第１及び第２絞りの少なくとも一方を可変絞りとすることにより、信号圧力検出弁のストローク位置に応じて外部油圧源の圧力を減圧し、ストローク位置に応じた信号圧力を生成できる。
【００３４】（３）上記（２）において、例えば、前記第１及び第２の絞りが両方とも可変絞りである。
【００３５】このように第１及び第２の絞りが両方とも可変絞りとすることにより信号圧力検出弁の減圧特性を自由に設定できる。
【００３６】（４）上記（２）において、前記第１の絞りが固定絞りであり、第２の絞りが可変絞りであってもよい。
【００３７】このように第１の絞りを固定絞りとすることにより、ポート間の流路を簡素化でき、弁構造を簡素化できる。
【００３８】（５）また、上記（２）において、前記信号圧力検出弁はスリーブに収容され、かつこのスリーブに前記入力ポート、出力ポート、ドレンポートが形成されると共に、前記信号圧力検出弁はこのスリーブの端部を貫通し前記信号圧力発生弁の他端に当接する小径部と、前記スリーブ内に位置する大径部とを有し、この大径部の端面と小径部の外周面とスリーブの内面とで前記信号圧力が導かれる受圧室を形成し、前記大径部の端面に前記信号圧力を作用させる。
【００３９】このように圧力検出弁をスリーブに収容することにより必要な受圧室を容易に形成でき、弁装置のカートリッジ化が可能となる。
【００４０】（６）上記（５）において、好ましくは、前記スリーブの前記信号圧力発生弁と反対側の端部はキャップにより閉じられ、このキャップに前記信号圧力検出弁の小径部と同じ径のピストンロッドを突設し、このピストンロッドを前記信号圧力検出弁の大径部に摺動自在に挿入し、前記小径部の中心部に軸方向の貫通孔を形成し、この貫通孔を介して前記絞りの出側の圧力を前記ピストンロッドの端面とこの端面に対向する前記大径部の内面に導く。
【００４１】このように絞りの出側の圧力をピストンロッドの端面とこの端面に対向する信号圧力検出弁の大径部の内面に導くことにより、信号圧力検出弁の小径部の端面に働く油圧力は大径部の内面に働く油圧力と相殺され、信号圧力検出弁には信号圧力による油圧力のみが働くようになる。
【００４２】（７）また、上記（５）において、好ましくは、前記付勢手段は、前記信号圧力発生弁と反対側で前記スリーブ内に配置され、前記信号圧力検出弁の大径部を前記信号圧力発生弁に向けて付勢するばねである。
【００４３】このようにばねを設けることにより、絞りの前後差圧により信号圧力発生弁に働く油圧力と信号圧力により信号検出弁に働く油圧力との和が常にある定められた値になるよう、その和の油圧力に対向した力を発生できる。
【００４４】（８）また、上記（１）において、好ましくは、前記信号圧力発生弁は前記一端側に前記流路に開口する穴部を形成するスカート状の壁部を有し、この壁部に前記絞りとなる貫通孔を形成する。
【００４５】このようにスカート状の壁部に貫通孔を形成し、この貫通孔を絞りとすることにより、絞りを流れる圧油により信号圧力発生弁に働く流体力を零にできる。
【００４６】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００４７】図１において、１は可変容量型の油圧ポンプであり、この油圧ポンプ１からの圧油は方向制御弁２−１，２−２を含む方向制御弁群２を介してアクチュエータポートＡ１又はＢ１，Ａ２又はＢ２から図示しないアクチュエータに供給され、アクチュエータからの戻り油はアクチュエータポートＢ１又はＡ１，Ｂ２又はＡ２、方向制御弁２−１，２−２を介して油通路６に集約され、作動油タンク７に戻される。
【００４８】方向制御弁２−１，２−２はセンターバイパス３−１，３−２を有するセンタバイパス型であり、センターバイパス３−１，３−２はセンターバイパス油通路４に直列に接続されている。センタバイパス油通路４は、上流端側４ａが油圧ポンプ１の吐出管路に接続され、下流端側４ｂが本発明の背圧補償圧力発生弁装置５を介して油通路６に接続され、更にタンク７に接続されている。
【００４９】背圧補償圧力発生弁装置５は固定絞り８を有し、この固定絞り８の前後差圧による油圧力が所定レベル以下にあるときには、センターバイパス油通路４ｂを流れる圧油の流量に応じた信号圧力を発生し、この圧力信号を油通路１７を介して油圧ポンプ１の吐出量制御器１８に出力し、当該油圧力が所定レベルを越えるとセンターバイパス油通路４ｂをタンク７へ開放し、安全弁として機能する。
【００５０】油圧ポンプ１の吐出量制御器１８は上記信号圧力により作動し、信号圧力が上昇するに従って油圧ポンプ１の吐出量が増大するよう油圧ポンプ１の斜板傾転を制御する。
【００５１】背圧補償圧力発生弁装置５の拡大図を図２に示す。圧力発生弁装置５は、固定絞り８を有する信号圧力発生弁９と、スリーブ１１に収容され、信号圧力を生成しこれを検出圧として出力する信号圧力検出弁１０と、これら２つの弁９，１０に働く油圧力に対抗する弁ばね１２より構成されている。スリーブ１１の信号圧力発生弁９と反対側の端部はこれにネジ結合されたキャップ１４により閉じられ、弁ばね１２が収容されるばね室１２−１を形成している。また、スリーブ１１の外周には取付ネジ部１１ａが形成され、スリーブ１１はこの取付ネジ部１１ａによりバルブ本体ブロックＢにネジ結合され、信号圧力検出弁１０をカートリッジ化している。
【００５２】信号圧力発生弁９は油通路４ｂに開口した、行き止まりの穴部２１を形成するスカート状の壁部９ａを有し、穴部２１は戻り油通路６に接続するポート６−１と固定絞り８を介して常時連通している。固定絞り８は穴部２１に直角に窄孔されている。これにより固定絞り８を流れる圧油により信号圧力発生弁９に作用する流体力を零にできる。信号圧力発生弁９とスリーブ１１の間に背圧室２２が形成され、この背圧室２２には孔２２ａを介してポート６−１の圧力が誘導されている。
【００５３】信号圧力検出弁１０は小径部２３と大径部２５とを有し、小径部２３はスリーブ１１の端部を貫通して背圧室２２に伸び、先端が信号圧力発生弁９の端面に当接している。また、小径部２３と大径部２５の境界部において、大径部２５の端面と小径部２３の外周面とスリーブ１１の内面とで受圧室２７が形成されている。
【００５４】キャップ１４にはピストンロッド１３の一端が収容当接され、ピストンロッド１３の他端側には圧力検出弁１０の小径部２３と同じ径のピストン部分１３ａ，１３ｂが設けられ、ピストン部分１３ａ，１３ｂは信号圧力検出弁１０の大径部２５に摺動自在に挿入されている。
【００５５】信号圧力検出弁１０の小径部２３の中心部には軸方向の貫通孔２４ａが形成され、この貫通孔２４ａを介してポート６−１又は背圧室２２の圧力が信号圧力検出弁１０の中心部の受圧室２４ｂに誘導され、この受圧室２４ｂに誘導された圧力はピストン部分１３ａの端面とこの端面に対向する大径部２５の内面に作用している。これにより、ピストン部分１３ａの端面に働く油圧力はピストンロッド１３をキャップ１４側に押し付け、信号圧力検出弁１０の内面に働く油圧力は背圧室２２内で小径部２３の端面に働く油圧力と相殺し合い、信号圧力検出弁１０には受圧室２７の信号圧力とばね室１２−１の圧力による油圧力のみが作用するようになる。
【００５６】スリーブ１１の外周部には、外部油圧源１５の吐出側の油通路１６に接続する入力ポートａ、油圧ポンプ１の吐出量制御器１８へ信号圧力を伝達する油通路１７に接続する出力ポートｂ及びばね室１２−１の圧力を油通路６の圧力から分離するドレーン油通路１９に接続するドレンポートｃが形成されている。
【００５７】また、信号圧力検出弁１０の大径部２５の外周にポートａ，ｂ間を接続するスリット２６−１が形成され、このスリット２６−１は出力ポートｂ側において大径部２５の端面の手前で終端し、信号圧力検出弁１０の変位（ストローク）に応じて開口面積を変化させる可変絞りＸ１を構成する。出力ポートｂは受圧室２７に連通し、出力ポートｂの検出圧が受圧室２７に誘導される。この受圧室２７に誘導された圧力は信号圧力検出弁１０を押し上げる方向に作用する。更に、受圧室２７は信号検出弁１０の大径部２５に設けられた他のスリット２６−２、大径部２５に設けられた小孔２６−３、大径部２５とピストンロッド１３で形成する油通路２８、大径部２５に設けられた小孔２６−４を介して、大径部２５に設けられたスリット２６−５に連通し、スリット２６−５はドレン油通路１９に通じるドレンポートｃ側において大径部２５の端面の手前で終端し、信号圧力検出弁１０が変位（ストローク）した時ドレンポートｃに連通し、かつ信号圧力検出弁１０の変位（ストローク）に応じて開口面積を変化させる可変絞りＸ２を構成する。
【００５８】以上のポート間の流路を回路図で模式的に示すと、図３のようである。
【００５９】このように構成した圧力発生弁装置５の動作は次のようである。
【００６０】信号圧力発生弁９の入口圧力、即ちセンターバイパス油通路４ｂの圧力がＰiで、出口圧力、即ちポート６−１の圧力がＰoとする。この出口圧力Ｐoは孔２２ａを介して信号圧力発生弁９の背圧室２２に誘導されている。信号圧力発生弁９のＰi，Ｐoが作用する端面の受圧面積をＡとする。
【００６１】次に、外部油圧源１５のリリーフ弁１５ａにより設定される吐出圧をＰpとし、出力ポートｂから検出される圧力をＰcとすると、圧力Ｐcは信号圧力検出弁１０の大径部２５の受圧室２７に露出した端面に作用する。この端面の面積をＡcとする。また、ドレーン油通路１９の圧力をＰdとすると、この圧力Ｐdは信号圧力検出弁１０の大径部２５の上端に作用する。大径部２５の上端の受圧面積は、信号圧力検出弁１０の小径部２３とピストンロッド１３のピストン部分１３ａ，１３ｂと径が同一に設計されているので、先のＡcに等しい。ドレーン油通路１９を流れる油は非常に少ないから、以下の説明ではＰd＝０とする。
【００６２】更に、弁ばね１２の初期取付荷重をＦs、ばね定数をＫ、信号圧力検出弁１０の変位をＸとする。センターバイパス油通路４ｂを流れて来る流量をＱとすると、固定絞り８で生じる差圧（Ｐi−Ｐo）と流量Ｑの関係は次の式で表される。
【００６３】
Ｑ＝Ｃ×ａ×√（２ｇ／γ）×√（Ｐi−Ｐo） …（１）
（ａは固定絞り（８）の断面積）
流量Ｑに対し、背圧室２２の圧力（背圧）Ｐoが変動しても差圧（Ｐi−Ｐo）は変動しないから、この圧力Ｐi，Ｐoを信号圧力発生弁９に作用させて利用する。
【００６４】信号圧力発生弁９、信号圧力検出弁１０と弁ばね１２との力の釣合関係は次の式で表せられる。
【００６５】
Ａ×（Ｐi−Ｐo）＋Ａc×Ｐc＝Ｆs＋Ｋ×Ｘ …（２）
（上記のように固定絞り８に関し流体力は無視できる構造になっている。）
弁ばね１２の初期取付撓みをＸsとし、このＸsに対し変位Ｘが十分小さくても圧力制御が可能であるとすると、Ｆs＋Ｋ×Ｘ＝Ｋ×（Ｘs＋Ｘ）
＝Ｋ×Ｘs×（１＋Ｘ／Ｘs）
≒Ｋ×Ｘs＝Ｆsとなるから、上記（２）式は、 Ａ×（Ｐi−Ｐo）＋Ａc×Ｐc＝Ｆs＝一定 …（３）
となり、圧力発生弁装置５は差圧（Ｐi−Ｐo）の変化に対し常に油圧力の和が弁ばね１２の力Ｆsに等しくなるような検出圧Ｐcを出力することになる。
【００６６】ここで、信号圧力発生弁９に作用する油圧力Ｆ9＝Ａ×（Ｐi−Ｐo）、信号圧力検出弁１０に作用する油圧力Ｆ10＝Ａc×Ｐcとして、（３）式の関係を図に示すと図４のようになる。
【００６７】検出圧である受圧室２７の圧力Ｐcが外部油圧源１５の吐出圧Ｐpより小さい範囲にあるとき、受圧室２７とドレンポートｃ間が閉じられていると吐出圧Ｐpが受圧室２７に誘導され、信号圧力検出弁１０に作用する油圧力Ｆ10が増加するから、信号圧力検出弁１０が図示上方に変位し、入力ポートａと出力ポートｂ間のスリット２６−１により形成される可変絞りＸ１を絞り、受圧室２７とドレンポートｃ間のスリット２６−５により形成される可変絞りＸ２を開放し、吐出圧Ｐpから信号圧力Ｐcへ減圧する。信号圧力Ｐcが低すぎた場合は、この逆の動作となる。
【００６８】このため、ある流量Ｑで信号圧力発生弁９、信号圧力検出弁１０と弁ばね１２とが力の釣合状態にあるとき、流量Ｑが増大し、信号圧力発生弁９に作用する油圧力Ｆ9が増加すると、信号圧力検出弁１０が図示上方に変位し、出力ポートｂの検出圧、即ち受圧室２７の圧力Ｐcは減圧され、信号圧力検出弁１０に作用する油圧力Ｆ10が減少する。油圧力Ｆ9と油圧力Ｆ10の和が弁ばね１２の力Ｆsに等しくなるまで受圧室２７の圧力Ｐcが減圧されると、再び力の釣合状態が成立し、信号圧力検出弁１０はその位置で停止する。流量Ｑが減少し、信号圧力発生弁９に作用する油圧力Ｆ9が減少した場合は逆の動作になり、受圧室２７の圧力Ｐcは増圧される。
【００６９】このように作動する圧力発生弁装置５の入出力特性、即ちセンターバイパス流量Ｑに対するセンターバイパス油通路４ｂの圧力Ｐi、ポート６−１の圧力Ｐo、外部油圧源１５の吐出圧Ｐp、出力ポートｂの検出圧Ｐcの関係を図に示せば図５のようである。図中、Ｑmaxが方向制御弁２−１，２−２が非操作の中立位置にあるときの状態であり、差圧（Ｐi−Ｐo）は最大で、検出圧Ｐcは最小となっている。方向制御弁２−１又は２−２が操作され、センターバイパス油通路４ｂの流量Ｑが減少すると、それに伴って差圧（Ｐi−Ｐo）が減少し、検出圧Ｐcは増大する。このようにセンターバイパス油通路４ｂの流量Ｑに応じた検出圧Ｐcを得ることができる。
【００７０】また、多量の油がセンターバイパス油通路４ｂに流れて来た時は、（１）式の差圧（Ｐi−Ｐo）は大となり、（２）式の検出圧Ｐcは零となり、この差圧（Ｐi−Ｐo）の油圧力に釣り合うまで弁ばね１２が変位し、信号圧力検出弁９は通路４ｂをポート６−１に開放する。即ち、安全弁の機能を果たす。
【００７１】以上のように本実施形態によれば、センターバイパス油通路４ｂの流量Ｑに応じた検出圧Ｐcを得ることができると共に、安全弁の機能を果たすことができる。 また、信号圧力検出弁１０には図９（ｃ）と同様に外部油圧源１５を用いるが、信号圧力発生弁９に働く油圧力Ｆ9がほぼ零の時、外部油圧源１５のリリーフ弁１５ａにより設定される吐出圧Ｐpが弁ばね１２の設定値Ｆsの圧力換算値より高い場合でも、信号圧力検出弁１０の減圧作用により弁ばね１２の設定値Ｆsの圧力換算値に等しい信号圧力Ｐcを検出圧として出力するから、外部油圧源１５を含む回路全体の自由度が増す。
【００７２】更に、信号圧力発生弁９と信号圧力検出弁１０を分離、当接させる構造としたので、背圧室２２や受圧室２７は全て信号圧力発生弁９及び信号圧力検出弁１０の径の範囲内に納まり、また、信号圧力発生弁９に働く油圧力Ｆ9と信号圧力検出弁１０に働く油圧力Ｆ10の和と弁ばね１２の力Ｆsを対抗させる方式を採用したので、信号圧力発生弁９の受圧面積Ａと信号圧力検出弁１０の受圧面積Ａcを一致させる必要がなく、Ａ＜Ａcにできる。このため、弁部分を小径化でき、信号圧力検出弁１０をスリーブ１１に収容しカートリッジ化したときのカートリッジの取り付けネジ部１１ａの径寸法を小さくできる。このことは、ミニショベルと称される小型の油圧機械に圧力発生弁装置を用いるのに極めて有利であり、この圧力発生装置を用いることにより小型の油圧機械での油圧ポンプの流量制御が可能となる。
【００７３】本発明の他の実施形態を図６及び図７により説明する。図中、図２に示す部分と同等の部分には同じ符号を付している。
【００７４】図６において、本実施形態の圧力発生弁装置５Ａのキャップ１４にはピストンロッド１３Ａの一端が収容当接され、ピストンロッド１３Ａの他端側には圧力検出弁１０の小径部２３と同じ径のピストン部分１３ｃが設けられ、ピストン部分１３ｃは信号圧力検出弁１０の大径部２５Ａに摺動自在に挿入されている。
【００７５】また、信号圧力検出弁１０の大径部２５Ａには、受圧室２７側の端部部分にスリット２５ａが形成され、かつ図示上方の端部部分を除いた部分にもスリット２５ｂが形成され、更にスリット２５ａとスリット２５ｂとの間に環状溝２５ｃが形成され、環状溝２５ｃはスリット２５ａを介して受圧室２７に連通している。
【００７６】スリーブ１１の外周部には、先の実施形態と同様、外部油圧源１５（図１参照）の吐出側の油通路１６に接続する入力ポートａ、油圧ポンプ１の吐出量制御器１８（図１参照）へ信号圧力を伝達する油通路１７に接続する出力ポートｂ及びばね室１２−１の圧力を油通路６の圧力から分離するドレーン油通路１９に接続するドレンポートｃが形成され、入力ポートａはスリーブ１１に形成された小孔２６を介して環状溝２５ｃに接続され、更にこの環状溝２５ｃとスリット２５ｂを介して出力ポートｂに接続されている。小孔２６は固定絞りＸｃとして機能する。また、スリット２５ｂは、ドレンポートｃ側において大径部２５Ａの端面の手前で終端し、先の実施形態と同様、信号圧力検出弁１０の変位（ストローク）した時ドレンポートｃに連通し、かつ信号圧力検出弁１０の変位（ストローク）に応じて開口面積を変化させる可変絞りＸ２を構成する。
【００７７】以上の流路を回路図で模式的に示すと、図７のようである。
【００７８】以上のように構成した圧力発生弁装置５Ａにおいても、上記上記（１）式〜（３）式が成り立ち、センターバイパス油通路４ｂの流量Ｑに応じた検出圧Ｐcを得ることができると共に、多量の油がセンターバイパス油通路４ｂに流れて来た時は、（１）式の差圧（Ｐi−Ｐo）は大となるから、この差圧（Ｐi−Ｐo）の油圧力に釣り合うまで弁ばね１２が大きく変位し、安全弁の機能を果たす。
【００７９】また、第１の実施形態と同様、外部油圧源１５を含む回路全体の自由度が増しかつ弁部分を小径化できる。
【００８０】更に、本実施形態では、入力ポートａと出力ポートｂ及び受圧室２７との間の絞りを固定絞りＸｃとしたため、信号圧力検出弁１０Ａのポート間の流路がスリット２５ａ，２５ｂと環状溝２５ｃを形成するだけの単純な構成でよくなり、構成の簡素化が図れる。
【００８１】
【発明の効果】本発明によれば、信号圧力検出弁に安全弁の機能も持たせ機器の簡素化が図れると共に、外部油圧源を含む回路全体の自由度を増し、更に弁部分の小径化が可能となり、カートリッジ化したときのカートリッジの取り付けネジ部の径寸法を小さくできる。
【出願人】 【識別番号】０００００５５２２
【氏名又は名称】日立建機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）６月２５日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】春日 讓
【公開番号】 特開平１１−１３７０４
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２２日
【出願番号】 特願平９−１６９０７９