JP6190315B2

JP6190315B2 - パイロット式流量制御弁

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Publication number: JP6190315B2
Application number: JP2014092372A
Authority: JP
Inventors: 博明清水; 田中　良和; 良和田中
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: WO2015166628A1; JP2015209932A

Description

本発明は、パイロット式流量制御弁に関する。

従来、電磁力などによってパイロット弁体を作動し、主弁体に作用する流体の圧力差で主弁体を開閉するように構成されたパイロット式弁装置が知られている。このようなパイロット式弁装置の一例として、非特許文献１に示されるような、制御信号に比例した流量制御が可能なパイロット式流量制御弁がある。

図５は、非特許文献１に記載された態様のパイロット式流量制御弁１０２の概略構成を示した図である。パイロット式流量制御弁１０２は、入口ポート２１から出口ポート２２へ作動流体が流れるメイン流路２５に設けられたバルブシート２３に着座可能な主弁体３と、主弁体３をバルブシート２３へ近づく向きに付勢するスプリング４２とを備えている。メイン流路２５は、バルブシート２３に着座した主弁体３によって、入口ポート２１側の一次側流路１１と、出口ポート２２側の二次側流路１２とに分けられている。また、主弁体３は、主弁体３へパイロット圧を付与するパイロット室４３とメイン流路２５との間を仕切っている。主弁体３の周囲にはノッチ３８が形成され、主弁体３の内部にはノッチ３８内とメイン流路２５とを接続するパイロット供給流路３１が形成されている。パイロット供給流路３１とパイロット室４３との間には、主弁体３が挿入されたボディ２の内周面と主弁体３とノッチ３８との協働により、可変絞り３２が設けられている。

パイロット室４３と二次側流路１２とは、パイロット排出流路６０で接続されている。パイロット室４３とパイロット排出流路６０との間にはパイロットバルブシート５７が設けられている。パイロット式流量制御弁１０２は、このパイロットバルブシート５７に着座可能なパイロット弁体５と、パイロット弁体５をパイロットバルブシート５７へ近づく向きへ付勢するスプリング４１と、パイロット弁体５をパイロットバルブシート５７から離れる向きへの通電量に応じた駆動力を付与するソレノイド５０とを、更に備えている。

上記構成のパイロット式流量制御弁１０２において、パイロット弁体５がパイロットバルブシート５７に着座している状態では、主弁体３がバルブシート２３に着座している。このとき、可変絞り３２の開口面積は絞られているが僅かな漏れにより、パイロット室４３の作動流体の圧力と一次側流路１１の作動流体の圧力とが等しい。そして、主弁体３における一次側圧力が作用している面積よりもパイロット圧力が作用している面積が大きいことにより、主弁体３はバルブシート２３に着座した状態で留まっている。

そして、ソレノイド５０への通電によりパイロット弁体５がパイロットバルブシート５７から離れると、パイロット室４３からパイロット排出流路６０へ作動流体の流れが生じ、パイロット室４３の作動流体の圧力が低下する。これにより、主弁体３がバルブシート２３から離れる向きに移動し、メイン流路２５が開放される。

ＥＡＴＯＮ社カタログＥＰＶ１６ Series Valvistor（登録商標） Proportional Flow Controls ４ページ Fig.1 "Basic layout and block diagram of the valve" （1999年10月修正版）

本発明は、パイロット式流量制御弁の性能を向上することを目的とする。

第１の側面から見た本発明に係るパイロット式流量制御弁は、
入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、及び前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路を内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間を仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、
前記パイロット供給流路において前記入口ポートから前記パイロット室へ向かう一方向の流れのみを通過させる逆止弁と、を備えているものである。なお、この明細書及び特許請求の範囲において、「開方向」とあるのは「開く向き」を言い、「閉方向」とは「閉じる向き」を言うこととする。

上記本発明に係るパイロット式流量制御弁では、パイロット弁体が閉位置にあっても、出口ポートの作動流体の圧力が高圧となった場合には、主弁体とボディの隙間から作動流体が出口ポートからパイロット室へ漏れ出る。さらに、パイロット室の作動流体は主弁体とボディの隙間からパイロット供給流路へ漏れ出るが、パイロット供給流路に設けられた逆止弁により、パイロット供給流路から入口ポートへ作動流体が流れることができない。このようにして、パイロット式流量制御弁が閉弁時の場合に、メイン流路の二次側流路から一次側流路への（入口ポートから出口ポートへの）パイロット室を介した作動流体の漏出を抑制することができる。よって、パイロット式流量制御弁の性能を向上させることができる。

上記パイロット式流量制御弁が、前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するように前記主弁体内に形成された副パイロット供給流路と、前記副パイロット供給流路において、前記出口ポートから前記パイロット室へ向かう流れのみを通過させる逆止弁とを、更に備えていてもよい。

また、上記パイロット式流量制御弁において、前記ボディが、前記パイロット弁体に前記第２開方向の圧力を作用させるバランス室を更に有し、前記パイロット弁体の前記内部流路が、前記バランス室と接続された分岐路を有し、前記内部流路において前記分岐路の分岐箇所よりも前記パイロット室側に絞りが設けられていてもよい。

第２の側面から見た本発明に係るパイロット式流量制御弁は、
入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、及び前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路と前記パイロット室と前記出口ポートとを接続する副パイロット供給流路とを内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間を仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に可変な前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、
前記副パイロット供給流路において前記出口ポートから前記パイロット室へ向かう一方向の流れのみを通過させる逆止弁とを備えているものである。

上記本発明に係るパイロット式流量制御弁によれば、メイン流路が開放されている状態で一次側流路の圧力が二次側流路の圧力より小さくなったときに、副パイロット供給流路を通じて二次側流路の作動流体がパイロット室へ流入する。これにより、パイロット排出流路と第２可変絞りとを通じて二次側流路の作動流体をパイロット室へ流入させる場合と比較して速やかに、パイロット室の圧力を高めて、主弁体を第１閉方向へ移動させて、メイン流路を閉止することができる。よって、パイロット式流量制御弁の性能を向上させることができる。

第３の側面から見た本発明に係るパイロット式流量制御弁は、
入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路、及びバランス室を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路を内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間及び前記パイロット室と前記バランス室との間をそれぞれ仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するスプール形のパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に可変な前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、を備え、
前記パイロット弁体の前記内部流路が、前記バランス室と接続された分岐路を有し、前記内部流路において前記分岐路の分岐箇所よりも前記パイロット室側に絞りが設けられているものである。

上記本発明に係るパイロット式流量制御弁によれば、メイン流路が開放されている状態で、第２可変絞り前後の圧力差が一定となるようにパイロット弁体が移動し、バランスを保つ。このパイロット弁体の圧力補償機能によって、第２可変絞り前後の圧力差に依存せず、パイロット排出流路の流量を一定に制御することができる。この結果、メイン流路の流量はパイロット排出流路の流量に依存するため、メイン流路の一次側流路の圧力が変動しても、パイロット排出流路の流量を一定に保つことで、メイン流路を通過する作動流体の流量を一定に保持することができる。よって、パイロット式流量制御弁の性能を向上させることができる。

本発明によれば、パイロット式流量制御弁の性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るパイロット式流量制御弁の概略構成を示す図である。図１に示すパイロット式流量制御弁の油圧回路図である。本発明の参考例に係るパイロット式流量制御弁の概略構成を示した図である。図３に示す参考例に係るパイロット式流量制御弁の油圧回路図である。非特許文献１に記載された態様のパイロット式流量制御弁の概略構成を示した図である。

非特許文献１に記載のパイロット式流量制御弁１０２では、パイロット弁体５はポペット弁である。前述の従来のパイロット式流量制御弁１０２において、ポペット形のパイロット弁体５に代えてスプール形のパイロット弁体５を採用すると、例えば、図３及び図４に示すパイロット式流量制御弁１０１のようになる。図３は本発明の参考例に係るパイロット式流量制御弁の概略構成を示した図であり、図４は図３に示す参考例に係るパイロット式流量制御弁の油圧回路図である。

参考例に係るパイロット式流量制御弁１０１は、ボディ２と、ボディ２に挿入された主弁体３と、ボディ２に挿入されたパイロット弁体５と、パイロット弁体５を移動させるソレノイド５０とを備えている。

ボディ２には、入口ポート２１、出口ポート２２、入口ポート２１から出口ポート２２へ作動流体が流れるメイン流路２５、メイン流路２５に形成されたバルブシート２３、パイロット室４３、パイロット排出流路６０などが設けられている。

主弁体３は、メイン流路２５とパイロット室４３とを仕切るようにボディ２に挿入されており、バルブシート２３に近づく第１閉方向と、バルブシート２３から離れる第１開方向とへ移動することができる。主弁体３はスプリング４２によって第１閉方向に付勢されている。主弁体３がバルブシート２３に着座することによってメイン流路２５が閉止され、主弁体３とバルブシート２３との離間距離に応じてメイン流路２５の開度が変化する。なお、図１では、主弁体３は、ボディ２との摺動部における外径とバルブシート２３との着座部における外径とが異なる、段差面のある段付きの円柱形状となっているが、段差面のない同一外径の円柱形状であっても良い。

主弁体３の外周面にはノッチ３８が設けられており、このノッチ３８内とメイン流路２５の一次側流路１１とがパイロット供給流路３１で接続されている。このパイロット供給流路３１とパイロット室４３との間には、主弁体３の外周面とノッチ３８とボディ２の内周面との協働により可変絞り３２が形成されている。可変絞り３２の開口面積は、主弁体３の第１開方向への移動に伴い増大し、主弁体３の第１閉方向への移動に伴い減少する。

パイロット弁体５は、パイロット室４３とパイロット排出流路６０とを仕切るようにボディ２に挿入されている。パイロット弁体５は、ソレノイド５０から与えられる駆動力Ｆの向きである第２開方向と、この第２開方向と反対向きの第２閉方向とへ移動することができる。パイロット弁体５の第２開方向の面はパイロット室４３に露出している。パイロット弁体５の外周面にはノッチ６８が形成されている。そして、このノッチ６８内とパイロット室４３内とに開口する内部通路６４が、パイロット弁体５内に形成されている。内部通路６４とパイロット排出流路６０の間において、パイロット弁体５の外周面とノッチ６８とボディ２の内周面との協働により可変絞り６３が形成されている。可変絞り６３の開口面積は、パイロット弁体５の第２開方向への移動に伴い増大し、パイロット弁体５の第２閉方向への移動に伴い減少する。

上記構成のパイロット式流量制御弁１０１において、ソレノイド５０の非通電時には、可変絞り６３は開口面積が絞られており、主弁体３がバルブシート２３に着座している。そして、ソレノイド５０への通電によりパイロット弁体５が第２開方向に移動し、可変絞り６３の開口面積が増大すると、パイロット室４３からパイロット排出流路６０へ作動流体の流れが生じ、パイロット室４３の作動流体の圧力が低下する。これにより、主弁体３が第１開方向に移動し、メイン流路２５が開放される。

（第１の課題）
上記参考例に係るパイロット式流量制御弁１０１において、パイロット弁体５がポペット形やスプール形の形式に限らず、主弁体３がバルブシート２３に着座し且つパイロット弁体５が閉位置にあっても、出口ポート２２の作動流体の圧力が高圧となった場合には、主弁体３とボディ２の隙間から作動流体が出口ポート２２からパイロット室４３へ漏れ出る。さらに、ボディ２と主弁体３の隙間を通じてパイロット室４３から一次側流路１１へパイロット供給流路３１を介して作動流体が流出する。そのため、流体圧アクチュエータ１００が停止しているときに、上記のような作動流体漏れが生じると、その停止状態を維持することができない。

（第２の課題）
また、上記参考例に係るパイロット式流量制御弁１０１において、メイン流路２５が開放されて主弁体３の第１開方向への移動が停止した後で、流体圧アクチュエータ１００への作動流体の供給を停止するために、ソレノイド５０をオフにする。ソレノイド５０がオフとなると、パイロット弁体５に作用している駆動力Ｆが解放され、可変絞り６３が閉じられる。このように、メイン流路２５が開放され且つパイロット排出流路６０が閉止されている状態において、二次側流路１２から一次側流路１１へ作動流体の逆流を防止するために、早急にメイン流路２５が閉じられねばならない。

ところが、図３，４に示される参考例に係るパイロット式流量制御弁１０１では、パイロット弁体５がポペット形やスプール形の形式に限らず、メイン流路２５が開放された状態でパイロット排出流路６０が閉止されると、主弁体３に作用する一次側流路１１の圧力Ｐ₁とパイロット室４３の圧力Ｐ₃とスプリング４２のばね力との関係により主弁体３が第１閉方向へ移動する。ここで、パイロット室４３へ高圧の作動流体が供給される経路はパイロット供給流路３１であるが、その間に可変絞り３２が設けられているため、パイロット室４３に高圧の作動流体が供給され、パイロット室４３の圧力が上昇するには時間を要する。その結果、主弁体３がメイン流路２５を閉止することに時間を要する。そのため、出口ポート２２に接続された流体圧アクチュエータ１００が作業機械のアームを動作させるシリンダである場合には、アームを停止させるためにソレノイド５０をオフにしたときに、アームを所望の位置で停止できないような不都合が懸念される。

（第３の課題）
また、上記参考例に係るパイロット式流量制御弁１０１において、メイン流路２５及びパイロット排出流路６０が開放された状態で、可変絞り６３を通過する作動流体が一定流量である場合、パイロット室４３と二次側流路１２とを繋ぐ流路に存在する可変絞り６３によって、パイロット圧力Ｐ₃は二次側圧力Ｐ₂よりも高く、パイロット弁体５は一定の位置に留まっている。ここで、一次側圧力Ｐ₁が増大すると、パイロット圧力Ｐ₃と二次側圧力Ｐ₂との圧力差が大きくなって、パイロット排出流路６０を通過するパイロット流量が増大することになる。このとき、メイン流路２５のメイン流量はパイロット排出流路６０のパイロット流量に依存するため、メイン流量も増大してしまう。このように、一次側圧力Ｐ₁の変動により、メイン流量が変動してしまうという不都合がある。

〔本発明の実施形態〕
以下、上記第１〜３の課題を解決し得る本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るパイロット式流量制御弁１の概略構成を示す図、図２は図１に示すパイロット式流量制御弁１の油圧回路図である。本実施形態では、パイロット式流量制御弁１を、作業機械において油圧ポンプからの油を作業機用、旋回用、走行用に流量制御するメインコントロールバルブに用いている。但し、パイロット式流量制御弁１の使用形態は上記に限定されない。なお、この明細書では、油圧ショベル、クレーン、ホイールローダ、ブルドーザ等の動力機械類（重機）を総称して「作業機械」という。

先ず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係るパイロット式流量制御弁１の概略構成について説明する。本実施形態に係るパイロット式流量制御弁１は、ボディ２と、ボディ２に挿入されたポペット形の主弁体３と、主弁体３と同軸となるようにボディ２に挿入されたスプール形のパイロット弁体５と、パイロット弁体５を動作させるための駆動力を与える駆動力付加手段であるソレノイド５０とを備えている。なお、ボディ２を複数個に分割された別体として形成し、それぞれのボディ２が主弁体３とパイロット弁体５とを別々に収納するようにしても良い。

ボディ２には、入口ポート２１、出口ポート２２、入口ポート２１から出口ポート２２へ作動流体が流れるメイン流路２５が設けられている。このメイン流路２５には、バルブシート２３が形成されている。入口ポート２１は油圧ポンプなどの油圧源と接続されており、出口ポート２２は流体圧アクチュエータ１００と接続されている。さらに、ボディ２には、パイロット室４３と、バランス室４５と、パイロット排出流路６０が設けられている。

主弁体３は、ボディ２に形成された円筒形滑り面に内接している円柱形状体である。主弁体３は、メイン流路２５とパイロット室４３とを仕切るように、ボディ２に挿入されている。

主弁体３はバルブシート２３に着座可能であって、バルブシート２３へ近づく第１閉方向と、バルブシート２３から離れる第１開方向とに移動可能である。主弁体３が第１閉方向に移動してバルブシート２３に着座するとメイン流路２５が閉止され、主弁体３が第１開方向に移動してバルブシート２３から離れるとメイン流路２５が開放される。主弁体３は、スプリング４２により第１閉方向に付勢されている。バルブシート２３に着座した主弁体３によって、メイン流路２５は一次側流路１１と二次側流路１２とに分けられている。

主弁体３の外周面には、ノッチ３８が形成されている。このノッチ３８と、主弁体３の第１閉方向側の面（以下、「前面」ともいう）とを接続するパイロット供給流路３１が、主弁体３内に形成されている。パイロット供給流路３１は、一次側流路１１とパイロット室４３とを接続し、一次側流路１１からパイロット室４３へ作動流体を供給する流路である。パイロット供給流路３１には、メイン流路２５の一次側流路１１からパイロット室４３へ向かう一方向の流れは通過するが、その逆流は通過させない、逆止弁３３が設けられている。

パイロット供給流路３１とパイロット室４３との間には、可変絞り３２が設けられている。可変絞り３２は、主弁体３の外周面及びノッチ３８とボディ２の内周面との協働により形成されている。可変絞り３２の開口面積は、主弁体３がバルブシート２３に着座している状態で絞られている（閉じられている）。そして、可変絞り３２の開口面積は、主弁体３の第１開方向の移動に伴って増大し、主弁体３の第１閉方向の移動に伴って減少する。

さらに、主弁体３には、パイロット供給流路３１とは別に、二次側流路１２とパイロット室４３とを接続する副パイロット供給流路３５が形成されている。副パイロット供給流路３５は、主弁体３の第１開方向側の面（以下、「背面」ともいう）と、主弁体３の外周面のメイン流路２５に露出している部分とを接続している。この副パイロット供給流路３５には、二次側流路１２からパイロット室４３への一方向の流れは通過させるが、その逆流は通過させない逆止弁３６が設けられている。

パイロット弁体５は、ボディ２に形成された円筒形滑り面に内接している一端開放の円筒形状体である。パイロット弁体５は、パイロット室４３とパイロット排出流路６０との間、及び、パイロット排出流路６０とバランス室４５との間を仕切るように、ボディ２に挿入されている。

パイロット弁体５には、外周面に設けられたノッチ６８と、内部通路６４とが形成されている。内部通路６４は、ノッチ６８とパイロット室４３とを接続することにより、パイロット室４３とパイロット排出流路６０とを接続している。内部通路６４とパイロット排出流路６０との間には、パイロット弁体５の外周面とノッチ６８とボディ２の内周面との協働により、可変絞り６３が形成されている。パイロット弁体５は、可変絞り６３の開口面積を増大せる向き（以下、「第２開方向」という）と、可変絞り６３の開口面積を減少させる向き（以下、「第２閉方向」という）とへ移動可能である。

内部通路６４は、バランス室４５と接続された分岐路６４ａを有している。分岐路６４ａは、可変絞り６３よりもパイロット室４３側、即ち、ノッチ６８よりもパイロット室４３側で内部通路６４から分岐しているそして、内部通路６４において分岐路６４ａよりもパイロット室４３側に固定絞り６６が形成されている。つまり、パイロット室４３とパイロット排出流路６０とを接続する内部通路６４上に固定絞り６６が形成されている。したがって、内部通路６４（分岐路６４ａを含む、以下同じ。）を介してバランス室４５とパイロット室４３とが連通されており、これらの間に固定絞り６６が存在している。また、内部通路６４を介してバランス室４５とパイロット排出流路６０とが接続されており、これらの間に可変絞り６３が存在している。

パイロット弁体５には、ソレノイド５０により第２開方向の駆動力Ｆが与えられる。駆動力Ｆは、ソレノイド５０に付与される制御信号に応じて可変である。一方、パイロット弁体５は、スプリング４１により、第２開方向と反対の第２閉方向への付勢力が与えられている。可変絞り６３の開口面積は、ソレノイド５０がオフの時に絞られている（閉じられている）。そして、可変絞り６３の開口面積は、ソレノイド５０に与えられた制御信号に比例して、パイロット弁体５の第２開方向への移動に伴い増大し、パイロット弁体５の第２閉方向の移動に伴い減少する。

ソレノイド５０は、パイロット弁体５と接続されたプランジャ５１（可動鉄心）と、プランジャ５１の周囲に設けられたコイル５２とを備えている。プランジャ５１やスプリング４１は、バランス室４５に配置されている。なお、本実施形態ではパイロット弁体５に駆動力を与える駆動力付加手段としてソレノイド５０を採用しているが、駆動力付加手段はこれに限定されず、油圧パイロット式（油圧駆動式）であっても良い。

次に、上記構成のパイロット式流量制御弁１の動作を説明する。ソレノイド５０がオフのとき、パイロット弁体５は可変絞り６３の開口面積が絞られた状態にあり、パイロット排出流路６０が閉止されている。このとき、主弁体３はバルブシート２３に着座しており、メイン流路２５が閉止されている。さらに、可変絞り３２の開口面積が絞られた状態にあり、パイロット供給流路３１が閉止されている。ここで、メイン流路２５の一次側流路１１の作動流体の圧力を一次側圧力Ｐ₁、二次側流路１２の作動流体の圧力を二次側圧力Ｐ₂、パイロット室４３の作動流体の圧力をパイロット圧力Ｐ₃、バランス室４５の作動流体の圧力をバランス圧力Ｐ₄とする。可変絞り３２の開口面積は絞られているが僅かな漏れがあり、一次側圧力Ｐ₁とパイロット圧力Ｐ₃とが等しい。そして、主弁体３の前面より背面の面積が大きいことにより、主弁体３はバルブシート２３に着座した状態で留まっている。また、パイロット弁体５の内部通路６４に流れがないので、パイロット圧力Ｐ₃とバランス圧力Ｐ₄とが等しい。したがって、「一次側圧力Ｐ₁＝パイロット圧力Ｐ₃＝バランス圧力Ｐ₄＞二次側圧力Ｐ₂」の関係が成立している。

一方、ソレノイド５０がオフで、且つ、メイン流路２５及びパイロット排出流路６０が閉止されている状態において、流体圧アクチュエータ１００に外部から負荷が掛かり、二次側流路１２の圧力が上昇した場合を以下に検討する。このとき、可変絞り６３の開口面積は絞られているが、パイロット弁体５の形式に限らず、ボディ２と主弁体３との隙間を通じて二次側流路１２の作動流体がパイロット室４３へ漏れ出る。さらに、主弁体３とボディ２との隙間（可変絞り３２の隙間）を通じて、パイロット室４３の作動流体がパイロット供給流路３１へ漏れ出る。しかし、パイロット供給流路３１に逆止弁３３が設けられていることから、作動流体がパイロット供給流路３１からメイン流路２５の一次側流路１１へ流れることはできない。このようにして、メイン流路２５が閉止されているときの、二次側流路１２から一次側流路１１へのパイロット室４３を介した作動流体漏れが抑制され、パイロット式流量制御弁１の動作が補償されている。例えば、メイン流路２５が閉止されることにより流体圧アクチュエータ１００が停止状態で保持されている場合に、二次側流路１２から一次側流路１１への作動流体漏れが抑制されることにより、流体圧アクチュエータ１００の停止状態が良好に維持される。以上の通り、本実施形態に係るパイロット式流量制御弁１によれば、前述の第１の課題を解決することができる。

ソレノイド５０が通電されると、パイロット弁体５に駆動力Ｆが付与され、パイロット弁体５が第２開方向に移動する。すると、可変絞り６３の開口面積が増加し、パイロット排出流路６０を通じてパイロット室４３から二次側流路１２へ作動流体が流れ出し、パイロット圧力Ｐ₃が低下する。これにより、主弁体３が第１開方向に移動してバルブシート２３から離れ、メイン流路２５が開放される。メイン流路２５の開放に伴い、可変絞り３２が開かれてパイロット供給流路３１も開放される。

主弁体３の第１開方向の移動に伴って可変絞り３２の開口面積が増大し、可変絞り３２を流れる作動流体の流量が増大する。可変絞り３２を通過する作動流体の流量と可変絞り６３を通過する作動流体の流量は常に等しいため、主弁体３の移動量はパイロット弁体５の移動量に依存する。

上記のようにメイン流路２５及びパイロット排出流路６０が開放された状態において、可変絞り６３を通過する作動流体が一定流量である場合を以下に検討する。メイン流路２５の一次側流路１１とパイロット室４３との間には可変絞り３２が存在し、パイロット室４３とパイロット排出流路６０との間には可変絞り６３及び固定絞り６６が存在するため、「一次側圧力Ｐ₁＞パイロット圧力Ｐ₃＞バランス圧力Ｐ₄＞二次側圧力Ｐ₂」の順に低くなり、主弁体３とパイロット弁体５は一定の位置に留まっている。

ここで、パイロット弁体５の内部通路６４上に固定絞り６６が形成されているため、パイロット室４３に面したパイロット弁体５のパイロット弁体前面にはパイロット圧力Ｐ₃が作用し、バランス室４５に面したパイロット弁体５のパイロット弁体背面にはバランス圧力Ｐ₄が作用する。また、パイロット弁体背面には、スプリング４１によるバネ力、及び、ソレノイド５０による駆動力Ｆも作用する。これにより、パイロット弁体５は、パイロット弁体前面に作用する力（パイロット圧力Ｐ₃）とパイロット弁体背面に作用する力（バランス圧力Ｐ₄、バネ力、駆動力Ｆ）とが釣り合う位置に移動することになる。つまり、固定絞り６６の前後に生じる圧力差（パイロット圧力Ｐ₃とバランス圧力Ｐ₄との圧力差）は、スプリング４１によるバネ力及びソレノイド５０による駆動力Ｆに基づいて定まる所定値となる。そのため、固定絞り６６を通過する作動流体の流量は、一次側圧力Ｐ₁等の圧力変動の影響を受けることなく、所定値となる。また、固定絞り６６を通過する流量と可変絞り６３を通過する流量とは等しいので、可変絞り６３の後流のパイロット排出流路６０を通過するパイロット流量も所定値となる。更に言えば、固定絞り６６を通過する流量と可変絞り６３を通過する流量と可変絞り３２を通過する流量は等しく、以下では、これらの流量をパイロット流量と呼ぶ。なお、メイン流路２５の流量はパイロット排出流路６０のパイロット流量に依存するため、メイン流路２５の一次側流路１１の圧力が変動しても、パイロット排出流路６０の流量を一定値に保つことで、メイン流路２５を通過する作動流体の流量を一定値に保持することができる。よって、パイロット式流量制御弁の性能を向上させることができる。

上記の通り、パイロット弁体５の内部通路６４に固定絞り６６が設けられることによって、固定絞り６６の前後に生じる圧力差が一定となるようにパイロット弁体５が移動する。このように、圧力補償スプールとして動作するパイロット弁体５によって、パイロット式流量制御弁１に圧力補償機能を備えることができる。固定絞り６６を通過するパイロット流量は、一次側圧力Ｐ₁又は二次側圧力Ｐ₂の変化に関わらず、スプリング４１によりパイロット弁体５へ与えられるバネ力及びソレノイド５０によりパイロット弁体５へ与えられる駆動力Ｆに応じたものとなる。即ち、固定絞りやその下流のパイロット排出流路６０を通過するパイロット流量はソレノイド５０によるパイロット弁体５の操作量に応じたものとなり、メイン流路２５の流量はパイロット流量に依存するため、メイン流路２５の流量をパイロット流量に対応した値に保持することができる。以上の通り、本実施形態に係るパイロット式流量制御弁１によれば、前述の第３の課題を解決することができる。

また、メイン流路２５が開放されている状態において、二次側圧力Ｐ₂より一次側圧力Ｐ₁が低くなることがある。このとき、二次側圧力Ｐ₂よりもパイロット圧力Ｐ₃が低いために、副パイロット供給流路３５を通じて二次側流路１２からパイロット室４３へ作動流体が流れ込む。これにより、パイロット排出流路６０及び可変絞り６３を通ってパイロット室４３へ作動流体を流入させる場合と比較して速やかに、パイロット圧力Ｐ₃を増大させて、主弁体３を第１閉方向へ移動させて、メイン流路２５を閉止することができる。なお、メイン流路２５を閉止するために、二次側流路１２からパイロット室４３へ高圧が導入される際に、パイロット排出流路６０と副パイロット供給流路３５の両方を通じて作動流体がパイロット室４３へ供給されてもよいし、副パイロット供給流路３５のみから作動流体がパイロット室４３へ供給されてもよい。上記の通り、二次側圧力Ｐ₂より一次側圧力Ｐ₁が低くなったときにメイン流路２５が速やかに閉止されるので、例えば、二次側流路１２に接続された流体圧アクチュエータ１００が作業機械のアームを動作させるシリンダである場合には、アーム上昇動作時に作動流体の圧力が低下することによってアームが一瞬降下するような事態を防ぐことができる。以上の通り、本実施形態に係るパイロット式流量制御弁１によれば、前述の第２の課題を解決することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記パイロット式流量制御弁１の構成は例えば以下のように変更することができる。

例えば、第１の課題を解決する観点では、パイロット式流量制御弁１は、主弁体３に設けられた副パイロット供給流路３５及び逆止弁３６を備えていなくてもよい。同様に、パイロット式流量制御弁１は、パイロット弁体５の内部通路６４に設けられた固定絞り６６を備えていなくてもよい。更に、パイロット式流量制御弁１は、パイロット弁体５がポペット式であっても良い。

また、例えば、第２の課題を解決する観点では、パイロット式流量制御弁１は、主弁体３に設けられたパイロット供給流路３１に逆止弁３３を備えていなくてもよい。同様に、パイロット式流量制御弁１は、パイロット弁体５の内部通路６４に設けられた固定絞り６６を備えていなくてもよい。更に、パイロット式流量制御弁１は、パイロット弁体５がポペット式であっても良い。

また、例えば、第３の課題を解決する観点では、パイロット式流量制御弁１は、主弁体３に設けられたパイロット供給流路３１に逆止弁３３を備えていなくてもよい。同様に、パイロット式流量制御弁１は、主弁体３に設けられた副パイロット供給流路３５及び逆止弁３６を備えていなくてもよい。

１パイロット式流量制御弁
２ボディ
２１入口ポート
２２出口ポート
２３バルブシート
２５メイン流路
１１一次側流路
１２二次側流路
３主弁体
３１パイロット流路
３２可変絞り（第１可変絞り）
３３，３６逆止弁
３５副パイロット供給流路
３８ノッチ
５パイロット弁体
４１スプリング（第２スプリング）
４２スプリング（第１スプリング）
４３パイロット室
４５バランス室
５０ソレノイド
５１プランジャ
５２コイル
６０パイロット排出流路
６３可変絞り（第２可変絞り）
６４内部通路
６４ａ分岐路
６６固定絞り
６８ノッチ
１００流体圧アクチュエータ

Claims

入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、及び前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路を内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間を仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、
前記パイロット供給流路において前記入口ポートから前記パイロット室へ向かう一方向の流れのみを通過させる逆止弁と、を備えているパイロット式流量制御弁。
前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するように前記主弁体内に形成された副パイロット供給流路と、
前記副パイロット供給流路において、前記出口ポートから前記パイロット室へ向かう流れのみを通過させる逆止弁とを、更に備えている請求項１に記載のパイロット式流量制御弁。
前記ボディが、前記パイロット弁体に前記第２開方向の圧力を作用させるバランス室を更に有し、
前記パイロット弁体の前記内部流路が、前記バランス室と接続された分岐路を有し、
前記内部流路において前記分岐路の分岐箇所よりも前記パイロット室側に絞りが設けられている、
請求項１又は２に記載のパイロット式流量制御弁。
入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、及び前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路と前記パイロット室と前記出口ポートとを接続する副パイロット供給流路とを内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間を仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に可変な前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、
前記副パイロット供給流路において前記出口ポートから前記パイロット室へ向かう一方向の流れのみを通過させる逆止弁と、を備えているパイロット式流量制御弁。
入口ポート、出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートを繋ぐメイン流路、前記メイン流路の一次側流路と二次側流路との間に設けられたバルブシート、パイロット室、前記パイロット室と前記出口ポートとを接続するパイロット排出流路、及びバランス室を有するボディと、
前記バルブシートに近づく第１閉方向と前記バルブシートから離れる第１開方向とへ移動可能であって、前記メイン流路と前記パイロット室との間を仕切り、前記第１開方向へ移動して前記メイン流路と前記パイロット室の間に形成された第１可変絞りの開口面積を増大させ、前記第１閉方向へ移動して前記第１可変絞りの開口面積を減少させるように前記ボディに挿入された主弁体であって、前記パイロット室と前記入口ポートとを接続するパイロット供給流路を内部に有する主弁体と、
前記主弁体に前記第１閉方向の付勢力を与える第１スプリングと、
前記パイロット室と前記パイロット排出流路との間及び前記パイロット室と前記バランス室との間をそれぞれ仕切り、前記パイロット室と前記パイロット排出流路の間に形成された第２可変絞りの開口面積を増大させる第２開方向と前記第２可変絞りの開口面積を減少させる第２閉方向とへ移動可能に前記ボディに挿入されたパイロット弁体であって、前記パイロット室と前記パイロット排出流路とを接続する内部流路を有するスプール形のパイロット弁体と、
前記パイロット弁体に可変な前記第２開方向の駆動力を与える駆動力付加手段と、
前記パイロット弁体に前記第２閉方向の付勢力を与える第２スプリングと、を備え、
前記パイロット弁体の前記内部流路が、前記バランス室と接続された分岐路を有し、前記内部流路において前記分岐路の分岐箇所よりも前記パイロット室側に絞りが設けられている、
パイロット式流量制御弁。