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KR20010086129A - 배관파단제어밸브장치 - Google Patents

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KR20010086129A
KR20010086129A KR1020017007749A KR20017007749A KR20010086129A KR 20010086129 A KR20010086129 A KR 20010086129A KR 1020017007749 A KR1020017007749 A KR 1020017007749A KR 20017007749 A KR20017007749 A KR 20017007749A KR 20010086129 A KR20010086129 A KR 20010086129A
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KR
South Korea
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pilot
variable throttle
flow rate
sub
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KR1020017007749A
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KR100395893B1 (ko
Inventor
가리야마사오
스기야마겐로쿠
Original Assignee
세구치 류이치
히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Publication date
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Abstract

배관파단제어밸브장치(100)의 입출력포트(1)를 유압실린더(102)의 바닥포트에 설치하고, 입출력포트(2)를 엑츄에이터라인(105)을 거쳐 제어밸브(103)의 엑츄에이터포트의 하나에 접속하고, 또한 주밸브로서의 포핏밸브체(5)와, 외부신호인 파일럿압에 의해 작동하여 포핏밸브체(5)를 작동시키는 파일럿가변스로틀부(6a)를 가지는 파일럿밸브로서의 제 1 스풀밸브체(6)와, 파일럿압에 의해 작동하여 서브유량을 제어하는 서브가변스로틀부(50a)를 가지는 제 2 스풀밸브체(50)와, 과부하릴리프밸브의 기능을 가지는 소릴리프밸브(7)를 구비하는 구성으로 한다. 이에 의하여 배관파단제어밸브장치로서 필요한 최저한의 여러가지 기능을 하면서 압력손실을 저감하고, 또한 밸브장치 전체의 소형화 및 제조비용의 저감을 가능하게 함과 동시에 원활한 유량제어특성이 얻어지고, 또한 유량제어특성을 폭 넓게 설정 가능하게 한다.

Description

배관파단제어밸브장치{PIPE BREAKAGE CONTROL VALVE DEVICE}
유압기계, 예를 들면 유압셔블에 있어서는 아암 등의 부하를 구동하는 엑츄에이터인 유압실린더에 압유를 수송하는 호스 또는 강관이 만일 파손한 경우에도 부하의 낙하를 방지할 수 있도록 하고 싶다는 요구가 있고, 이와 같은 요구에 대하여 호스럽쳐드밸브라 불리우는 배관파단제어밸브장치가 설치되어 있다. 종래의 일반적인 배관파단제어밸브장치를 도 14에 유압회로로 나타내고, 그 단면도를 도 15에 나타낸다.
도 14 및 도 15에 있어서 배관파단제어밸브장치(200)는 2개의 입출력포트 (201, 202) 및 탱크포트(203)을 구비한 하우징(204)을 가지고, 입출력포트(201)는 유압실린더(102)의 바닥포트에 직접 설치되고, 입출력포트(202)는 유압배관(105)을 거쳐 제어밸브(103)의 엑츄에이터포트의 하나에 접속되고, 탱크포트(203)는 드레인배관(205)을 거쳐 탱크(109)에 접속되어 있고, 하우징(204)내에는 외부신호인 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압에 의해 작동하는 메인스풀(211), 공급용 체크밸브(212), 메인스풀(211)에 설치된 파일럿부(213)에 의해 제어되는 포핏밸브체(214), 이상압을 개방하는 과부하 릴리프밸브(215)가 설치되어 있다.
이와 같은 종래의 배관파단제어밸브장치(200)에 있어서, 유압실린더(102)의 바닥측에의 압유의 공급은 제어밸브(103)로부터의 압유를 밸브장치(200)내의 공급용 체크밸브(212)를 거쳐 공급함으로써 행하여진다. 또 유압실린더(102)의 바닥측으로부터의 압유의 배출은 밸브장치(200)의 메인스풀(211)을 외부신호인 파일럿압에 의해 작동시켜 먼저 이 메인스풀(211)에 설치된 파일럿부(213)에 의해 제어되는 포핏밸브(214)를 개방상태로 하고, 다시 메인스풀(211)에 설치된 가변스로틀부(211a)를 개구하여 압유의 유량을 제어하면서 탱크(109)에 배출함으로써 행하여진다.
포핏밸브체(214)는 메인스풀(211)과 직렬로 설치되어 유압실린더(102)의 바닥측의 부하압을 유지하는 상태로 누설량을 감소시키는 기능(로드체크기능)을 가지고 있다.
과부하 릴리프밸브(215)는 과대한 외력이 유압실린더(102)에 작용하여 그 바닥측에 공급하는 압유가 고압이 된 경우에 압유를 배출하여 배관의 파손을 방지하는 것이다.
또 제어밸브(103)로부터 입출력포트(202)에 이르는 유압배관(105)이 만일 파손된 경우, 체크밸브(212) 및 포핏밸브체(214)는 폐쇄되어 유압실린더(102)가 지지하는 부하의 낙하가 방지된다. 이 때 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압에 의해 메인스풀(211)을 조작하고, 가변스로틀부(211a)의 개구면적을 조정함으로써 부하의 자중으로 천천히 유압실린더(102)를 수축하여 부하를 안전한 위치로 이동할수 있다.
107a, 107b는 회로내의 최대압력을 제한하는 메인릴리프밸브이다.
또 일본국 특개평3-249411호 공보에는 비례시트밸브를 이용하여 밸브장치 전체의 소형화를 도모한 배관파단제어밸브장치가 개시되어 있다. 도 16에 그 배관파단제어장치를 나타낸다.
도 16에 있어서 배관파단제어밸브장치(300)는 입구포트(320), 워크포트(321) 탱크포트(322)를 구비한 하우징(323)을 가지고, 입구포트(320)는 제어밸브(103)의 엑츄에이터포트의 하나에 접속되고, 워크포트(321)는 유압실린더(102)의 바닥포트에 접속되고, 탱크포트(322)는 드레인배관(205)을 거쳐 탱크(109)에 접속되어 있고, 하우징(323)내에는 공급용 체크밸브(324), 비례시트밸브(325), 과부하 릴리프밸브(326), 파일럿밸브(340)가 설치되어 있다. 파일럿밸브(340)는 외부신호인 수동파일럿밸브(108) (도 14참조)로부터의 파일럿압에 의해 작동하고, 이 파일럿밸브 (340)의 작동에 의해 비례시트밸브(325)가 작동한다. 과부하 릴리프밸브(326)는 비례시트밸브(325)에 조립되어 있다.
유압실린더(102)의 바닥측에의 압유의 공급은, 제어밸브(103)로부터의압유를 밸브장치(300)내의 공급용 체크밸브(324)를 거쳐 공급함으로써 행하여진다. 또 유압실린더(102)의 바닥측으로부터의 압유의 배출은, 밸브장치(300)의 파일럿밸브 (340)를 외부신호인 파일럿압에 의해 작동시켜 비례시트밸브(325)를 개방하여 압유의 유량을 제어하면서 탱크(109)에 배출함으로써 행하여진다. 또 비례시트밸브 (325)는 유압실린더(102)의 바닥측의 부하압을 유지하는 상태에서 누설량을 감소시키는 기능(로드체크기능)을 가지고 있다.
과부하 릴리프밸브(326)는, 과대한 외력이 유압실린더(102)에 작용하고, 그 바닥측에 공급하는 압유가 고압이 되었을 경우에 비례시트밸브(325)를 개방하여 압유를 배출하여 배관의 파손을 방지한다.
또 제어밸브(103)로부터 입구포트(320)에 이르는 배관(105)이 만일 파손된 경우, 체크밸브(324) 및 비례시트밸브(325)는 폐쇄되어 유압실린더(102)가 지지하는 부하의 낙하가 방지된다. 이 때 파일럿압에 의해 파일럿밸브(340)의 스풀(341)을 조작하여 비례시트밸브(325)의 개구면적을 조정함으로써 부하의 자중으로 천천히 유압실린더(102)를 수축하여 부하를 안전한 위치로 이동할 수 있다.
본 발명은 유압셔블 등의 유압기계에 설치되어 실린더용 호스의 파단시에 부하의 낙하를 방지하는 배관파단제어밸브장치(호스럽쳐드밸브)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 배관파단제어밸브장치를 이것이 배치되는 유압구동장치와 함께 유압회로로 나타내는 도,
도 2는 도 1에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 포핏밸브체와 제 1 스풀밸브체부분의 구조를 나타내는 단면도,
도 3은 도 1에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 소릴리프밸브부분의 구조를 나타내는 단면도,
도 4는 포핏밸브체의 이동량(스트로크)에 대한 포핏밸브체의 개구면적 및 피드백 슬릿의 개구면적의 관계를 나타내는 도,
도 5는 도 1에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 파일럿압에 대한 파일럿 가변스로틀부의 통과유량(파일럿유량)의 특성, 포핏밸브체의 통과유량(메인유량)의 특성, 서브가변스로틀부의 통과유량(서브유량)의 특성, 그들을 합계한 통과유량의 특성의 관계를 나타내는 도,
도 6은 비교예로서, 선출원 발명의 배관파단제어밸브장치를 이것이 배치되는 유압구동장치와 함께 유압회로로 나타내는 도,
도 7은 도 6에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 파일럿압에 대한 스풀밸브체의 파일럿가변스로틀부의 통과유량(파일럿유량)과 포핏밸브체의 통과유량(메인유량)의 관계를 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 배관파단제어밸브장치를 이것이 배치되는 유압구동장치와 함께 유압회로로 나타내는 도,
도 9는 도 8에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 포핏밸브체와 스풀밸브체부분의 구조를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 배관파단제어밸브장치를 이것이 배치되는 유압구동장치와 함께 유압회로로 나타내는 도,
도 11은 도 10에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 포핏밸브체와 스풀밸브체부분의 구조를 나타내는 단면도,
도 12는 도 10에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 파일럿압에 대한 파일럿가변스로틀부의 통과유량(파일럿유량)의 특성, 포핏밸브체의 통과유량(메인유량)의 특성, 서브가변스로틀부의 통과유량(서브유량)의 특성, 그들을 합계한 통과유량의특성의 관계를 나타내는 도,
도 13은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 배관파단제어밸브장치의 요부의 단면도,
도 14는 종래의 배관파단제어밸브장치를 이것이 배치되는 유압구동장치와 함께 유압회로로 나타내는 도,
도 15는 도 14에 나타내는 배관파단제어밸브장치의 포핏밸브체와 스풀밸브체부분의 구조를 나타내는 단면도,
도 16은 종래의 배관파단제어밸브장치의 포핏밸브체의 이동량(스트로크)에 대한 포핏밸브체의 개구면적 및 피드백 슬릿의 개구면적의 관계를 나타내는 도면이다.
그러나 상기 종래기술에서는 압력손실을 저감하고, 또한 밸브장치 전체를 소형화 및 제조비용의 저감을 도모하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
즉, 도 14 및 도 15에 나타낸 종래기술에서는 공급용 체크밸브(212), 메인스풀(211), 메인스풀(211)에 설치된 파일럿부(213)에 의해 제어되는 포핏밸브(214),및 과부하 릴리프밸브(215)의 각 부품이 각각의 기능에 대응하여 개별로 설치되어 있다. 이 때문에 이들 부품을 한정된 크기의 하우징(204)내에 수납하기 위해서는 각 부품의 크기가 제한된다. 또 제조비용의 저감도 곤란하였다.
한편, 메인스풀(211)에는 유압실린더(102)로부터 배출되는 압유의 전 유량이 통과하기 때문에 큰 지름의 스풀밸브체로 할 필요가 있다. 또 메인스풀(211)과 포핏밸브(214)는 직렬로 설치되어 있고, 그 때문에, 대유량이 이들 2개의 밸브요소를통과하는 것이 된다. 따라서 이들 부품을 한정된 크기의 하우징(204)내에 수납하면, 각 부품의 크기가 작아져 충분한 유로가 확보되지 않고, 압력손실의 상승을 초래하는 경우가 있었다. 또 직렬로 설치된 메인스풀(211)과 포핏밸브(214)의 2개를 대유량이 통과하는 구성이고, 이에 의해서도 압력손실이 불가피하였다.
여기서 배관파단제어밸브장치는 부움실린더의 바닥측이나 아암실린더의 로드측에 설치되고, 부움실린더나 아암실린더가 설치되는 부움이나 아암은 상하방향으로 회동조작되는 작업부재이다. 이 때문에 하우징(204)을 압력손실을 고려한 크기로 하면 부움이나 아암의 작동 중에 암석 등의 장외물에 닿아 파손될 염려가 증대하여 적절한 설계가 곤란하였다.
도 16에 나타낸 일본국 특개평3-249411호 공보에 기재된 종래기술에서는 파일럿밸브(340)로 제어되는 비례시트밸브(325)에 과부하 릴리프밸브(326)를 조립함으로써 비례시트밸브(325)에 상기 종래기술의 메인스풀(211)의 기능 외에 포핏밸브 (214) 및 과부하 릴리프밸브(215)의 기능을 가지게 하고 있다. 이 때문에 상기 종래기술에 비하여 부품개수가 줄어 압력손실을 저감하면서 어느 정도의 소형화가 달성된다. 그러나 이 종래기술에서도 공급용 체크밸브(324)는 여전히 필수부품인 밸브장치의 소형화 및 제조비용의 저감을 위해 또 다른 개선이 요망되고 있다.
이상의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 일본국 특원평10-l10776호(출원일 : 1998년 4월 21일 ; 미국출원 09/294,431, EP출원 99201251.8, 한국출원 1999-13956, 중국출원 99105093.2에 각각 대응)로 다음과 같은 발명을 제안하였다.
「유압실린더의 급배포트와 유압배관의 사이에 설치되고, 외부신호에 따라상기 급배포트로부터 상기 유압배관에 유출하는 압유의 유량을 제어하는 배관파단제어밸브장치에 있어서, 상기 급배포트에 접속되는 실린더접속실, 상기 유압배관에 접속되는 배관접속실 및 배압실을 설치한 하우징에 슬라이딩 자유롭게 배치되고, 상기 실린더접속실과 상기 배관접속실과의 사이를 차단 및 연통 가능하며, 또한 이동량에 따라 개구면적을 변화시키는 주밸브로서의 포핏밸브체와, 상기 배압실과 배관접속실과의 사이를 접속하는 파일럿통로에 설치되어 상기 외부신호에 의해 작동하고, 이동량에 따라 상기 파일럿통로를 흐르는 파일럿유량을 차단 및 제어하는 파일럿밸브로서의 스풀밸브체를 구비하고, 상기 포핏밸브체에 이 포핏밸브체의 차단위치에서 초기개구면적을 가지고, 포핏밸브체의 이동량에 따라 개구면적을 증대시켜 상기 실린더접속실로부터 상기 배압실로 유출하는 상기 파일럿유량의 통과유량을 제어하는 피드백 가변스로틀통로를 설치한 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치」.
이와 같이 구성한 선출원 발명의 밸브장치에 있어서는, 유압실린더의 바닥측에의 압유공급시는 피드백 가변스로틀통로가 초기개구면적을 가지기 때문에 배관접속실의 압력이 상승하여 부하압보다 높아지면 포핏밸브체는 개방하여 유압실린더의 바닥측에 압유가 공급 가능하게 된다(종래의 공급측의 체크밸브기능).
또 유압실린더의 바닥측으로부터 압유를 배출하는 경우는, 스풀밸브체가 외부신호로 작동하여 파일럿밸브체의 이동량에 따른 파일럿유량이 흐르면, 파일럿유량에 따라 포핏밸브체가 개방하고, 또한 그 이동량이 제어되어 유압실린더의 바닥측의 압유의 대부분은 포핏밸브체를 통과하고, 나머지가 피드백 가변스로틀통로,배압실, 스풀밸브체를 통과하여 각각 탱크에 배출된다(종래의 메인스풀기능).
또한 유압실린더의 바닥측의 부하압을 유지하는 경우는 포핏밸브체가 차단위치에 있고, 이 포핏밸브체가 부하압을 유지하여 누설량을 감소시킨다(로드체크기능).
이상과 같이 선출원 발명의 밸브장치에서는 배관파단제어밸브장치로서 필요한 최저한의 여러 기능(공급측의 체크밸브기능, 메인스풀기능 및 로드체크기능)을 하게 한다. 또 선출원 발명의 밸브장치에서는 대유량이 흐르는 유로에 배치되는 부품은 포핏밸브체뿐이고, 압력손실을 저감하고, 또한 밸브장치 전체의 소형화 및 제조 비용의 저감이 도모된다.
본 발명의 목적은 상기 선출원 발명을 개량하고 배관파단제어밸브장치로서 필요한 최저한의 여러 기능을 하면서 압력손실을 저감하고 또한 밸브장치 전체의 소형화 및 제조비용의 저감을 가능하게 함과 동시에 원활한 유량제어특성이 얻어지고, 또한 유량제어특성을 폭 넓게 설정 가능하게 하는 배관파단제어밸브장치를 제공하는 것이다.
(l) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유압실린더의 급배포트와 유압배관의 사이에 설치되고, 외부신호에 따라 상기 급배포트로부터 상기 유압배관에 유출하는 압유의 유량을 제어하는 배관파단제어밸브장치에 있어서, 상기 급배포트에 접속되는 실린더접속실, 상기 유압배관에 접속되는 배관접속실 및 배압실을 설치한 하우징에 슬라이딩 자유롭게 배치되고, 상기 실린더접속실과 상기 배관접속실 사이를 차단 및 연통 가능하고 또한 이동량에 따라 개구면적을 변화시키는 주밸브로서의 포핏밸브체와, 상기 포핏밸브체에 설치되고 이 포핏밸브체의 차단위치에서 초기개구면적을 가지고, 포핏밸브체의 이동량에 따라 개구면적을 증대시키는 피드백 가변스로틀통로와, 상기 배압실과 배관접속실 사이를 접속하는 파일럿통로에 배치되고, 상기 외부신호로 작동하여 상기 실린더접속실로부터 상기 피드백 가변스로틀통로, 배압실 및 파일럿통로를 통하여 상기 배관접속실에 흐르는 파일럿유량을 차단 및 제어하는 제 1 가변스로틀부와, 상기 실린더접속실과 상기 배관접속실 사이를 접속하는 서브통로에 배치되어 상기 외부신호에 의해 작동하여 상기 서브통로를 흐르는 서브유량을 차단 및 제어하는 제 2 가변스로틀부를 구비하는 것으로 한다.
포핏밸브체와 제 1 가변스로틀부를 설치하여 포핏밸브체에 초기개구면적을 가지는 피드백 가변스로틀통로를 설치하는 것은 선출원 발명과 동일하고, 이에 의하여 배관파단제어밸브장치로서 필요한 최저한의 여러 기능을 하면서 압력손실을 저감하고, 또한 밸브장치 전체의 소형화 및 제조비용의 저감이 가능하게 된다.
또 서브통로에 제 2 가변스로틀부를 배치함으로써 제 2 가변스로틀부에 미조작영역에서의 유량제어기능을 담당하게 하고, 제 2 가변스로틀부에 의한 미조작영역에서의 유량제어와 제 1 가변스로틀부에 의한 포핏밸브체의 제어를 나누어 행할 수 있도록 하게 되어 원활한 유량제어특성이 얻어지고, 또한 유량제어특성이 폭 넓게 설정 가능하게 된다.
(2) 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 외부신호에 의해 상기 제 2 가변스로틀부가 상기 제 1 가변스로틀부보다 빨리 개방되도록 제 1 및 제 2 가변스로틀부의 개구타이밍을 설정한다.
이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 제 2 가변스로틀부에 미조작영역에서의 유량제어기능을 담당시켜, 제 2 가변스로틀부에 의한 미조작영역에서의 유량제어와 제 1 가변스로틀부에 의한 포핏밸브체의 제어를 나누어 행할 수 있게 된다.
(3) 또 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 제 1 가변스로틀부와 제 2 가변스로틀부를 각각 따로따로의 스풀밸브체에 설치한다.
이에 의하여 제 1 가변스로틀부와 제 2 가변스로틀부는, 각각 가변스로틀부의 노치의 위치뿐만 아니고, 스풀밸브체에 작용하는 스프링의 세기에 의해서도 개구타이밍을 바꿀 수 있게 되어 정밀도 좋게 유량제어특성을 설정할 수 있다.
(4) 다시 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1 가변스로틀부와 제 2 가변스로틀부를 동일한 스풀밸브체에 설치한다.
이에 의하여 밸브장치의 부품점수가 적어져 더 한층의 소형화가 가능하게 된다.
(5) 또 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 있어서, 바람직하게는 상기 포핏밸브체의 개방 후에 상기 서브통로를 차단하는 수단을 설치한다.
상기 (1)과 같이 파일럿통로 및 제 1 가변스로틀부에 더하여 서브통로 및 제 2 가변스로틀부를 설치하면 파일럿유량과 서브유량이 배관접속실측에서 합류하기 때문에 합류부 및 그 하류측에서의 유량의 증가에 의한 통로압력손실의 증가나 합류부에서의 분출류에 의해 배압실의 압력이 상승 또는 변동하여 포핏밸브체의 개구면적이 외부신호의 지령대로의 크기까지 개방되지 않아 메인의 유량제어에 영향을 미칠 가능성이 있다.
포핏밸브체의 개방 후에 서브통로를 차단함으로써 서브통로의 차단 후는 파일럿유량 단독의 흐름이 되기 때문에 파일럿유량과 서브유량과의 합류에 의한 통로압력손실의 증가나 분류를 억제하여 메인의 유량제어에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.
(6) 다시 상기 (5)에 있어서, 바람직하게는 상기 서브통로를 차단하는 수단은 상기 제 2 가변스로틀부를 설치한 스풀밸브체에 설치되고, 이 스풀밸브체가 소정거리 이상 이동하면 제 2 가변스로틀부의 유로를 차단하는 랜드부이다.
이에 의하여 스풀밸브체에 랜드부를 추가형성한 것 뿐이므로 간단한 구성으로 서브통로를 차단할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 배관파단제어밸브장치를 유압회로로나타내는 도이고, 도 2 및 도 3은 그 배관파단제어밸브장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 있어서 100은 본 실시형태의 배관파단제어밸브장치이고, 이 밸브장치 (100)가 구비되는 유압구동장치는 유압펌프(101)와, 이 유압펌프(101)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 유압엑츄에이터(유압실린더)(102)와, 유압펌프(101)로부터 유압실린더(102)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제어밸브(103)와, 제어밸브(103)로부터 신장되는 유압배관인 엑츄에이터라인(105, 106)에 접속되고, 회로내의 최대압력을 제한하는 메인의 과부하 릴리프밸브(107a, 107b)와, 수동파일럿밸브 (108)와, 탱크(109)를 가지고 있다.
배관파단제어밸브장치(100)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 2개의 입출력포트(1, 2)를 구비한 하우징(3)을 가지고, 입출력포트(1)는 유압실린더(102)의 바닥측 급배포트(102a)에 직접 설치되고, 입출력포트(2)는 엑츄에이터라인(105)을 거쳐 제어밸브(103)의 엑츄에이터포트(103a, 103b)의 하나(103a)에 접속되어 있다. 엑츄에이터포트(103b)는 엑츄에이터라인(106)을 거쳐 유압실린더(102)의 로드측 급배포트(102b)에 접속되어 있다.
하우징(3)내에는 주밸브로서의 포핏밸브체(5)와, 외부신호인 수동파일럿밸브 (108)로부터의 파일럿압에 의해 작동하여 포핏밸브체(5)를 작동시키는 파일럿밸브로서의 제 1 스풀밸브체(6)와, 이 제 1 스풀밸브체(6)와 동일한 파일럿압으로 작동하여 소유량영역의 유량을 제어하는 제 2 스풀밸브체(50)와, 과부하 릴리프밸브의 기능을 가지는 소릴리프밸브(7)가 설치되어 있다.
하우징(3)내에는 또 입출력포트(1)에 접속되는 실린더접속실(8), 입출력포트(2)에 접속되는 배관접속실(9), 배압실(10)이 설치되고, 주밸브로서의 포핏밸브체(5)는 배압실(10)의 압력을 뒤면에서 받아 실린더접속실(8)과 배관접속실(9)과의 사이를 차단 및 연통하고, 또한 이동량에 따라 개구면적을 변화시키도록 하우징(3)내에 슬라이딩 자유롭게 배치되어 있다. 포핏밸브체(5)내에는 포핏밸브체(5)의 이동량에 따라 개구면적을 증대시키고, 그 개구면적에 따라 실린더접속실(8)로부터 배압실(10)로 유출하는 파일럿유량의 통과량을 제어하는 피드백 가변스로틀통로가되는 피드백 슬릿(11)이 설치되어 있다. 배압실(10)은 플러그(12)에 의해 폐쇄되고(도 2참조), 배압실(10)내에는 포핏밸브체(5)를 도시한 차단위치에 유지하는 스프링(13)이 설치되어 있다.
하우징(3)내에는 또 배압실(10)과 배관접속실(9) 사이를 접속하는 파일럿통로(15a, 15b)가 설치되고, 파일럿밸브로서의 제 1 스풀밸브체(6)는 이 파일럿통로 (15a, 15b) 사이에 설치되어 있다. 여기서 파일럿(15b)은 통로부분(15b1, 15b2)의 2부분으로 이루어지고, 통로부분(15b2)는 서브통로(뒤에서 설명)의 일부를 겸하고 있다.
제 1 스풀밸브체(6)는 파일럿통로(15a, 15b)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 파일럿가변스로틀부(6a)를 가지고, 제 1 스풀밸브체(6)의 밸브폐쇄방향작동단부에는 파일럿가변스로틀부(6a)의 초기 밸브개방력을 설정하는 스프링(16)이 설치되고, 제 1 스풀밸브체(6)의 밸브개방방향 작동단부에는 상기 외부신호인 파일럿압이 도입되는 수압실(17)이 설치되고, 이 수압실(17)에 도입되는 파일럿압(외부신호)에 의한 제어력과 스프링(16)의 가세력에 의해 제 1 스풀밸브체(6)의 이동량이 결정되고, 이 이동량에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 개구면적이 변화하여 파일럿통로(15a, 15b)를 흐르는 파일럿유량을 차단 및 제어한다. 스프링(16)은 스프링받이(18)로 지지되고, 이 스프링받이(18)에는 스프링(16)의 초기설정력(파일럿가변스로틀부(6a)의 초기 밸브개방력)을 조정 가능하게 하는 나사부(19)가 설치되어 있다. 스프링(16)이 배치되는 스프링실(20)은 제 1 스풀밸브체(6)의 움직임을 원활하게 하기 위하여 드레인통로(21)를 거쳐 탱크에 접속되어 있다.
하우징(3)내에는 다시 실린더접속실(8)과 배관접속실(9) 사이를 접속하는 서브통로(15c, 15d)가 설치되고, 제 2 스풀밸브체(50)는 이 서브통로(15c, 15d) 사이에 배치되어 있다. 서브통로(15d)는 파일럿통로(15b)의 부분(15b2)을 거쳐 배관접속실(9)에 접속되어 있다. 즉 통로부분(15b2)은 파일럿겸 서브통로로 되어 있다.
제 2 스풀밸브체(50)는 서브통로(15c, 15d)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 서브가변스로틀부(50a)를 가지고, 제 2 스풀밸브체(50)의 밸브폐쇄방향 작동단부에는 서브가변스로틀부(50a)의 초기 밸브개방력을 설정하는 스프링(51)이 설치되고, 제 2 스풀밸브체(50)의 밸브개방방향 작동단부에는 상기 외부신호인 파일럿압이 도입되는 수압실(52)이 설치되고, 이 수압실(52)에 도입되는 파일럿압에 의한 제어력과 스프링(51)의 가세력에 의해 제 2 스풀밸브체(50)의 이동량이 결정되고, 이 이동량에 따라 서브가변스로틀부(50a)의 개구면적이 변화하여 서브통로 (15c, 15d)를 흐르는 서브유량을 차단 및 제어한다. 스프링(51)은 스프링받이(53)로 지지되고, 이 스프링받이(53)에는 스프링(51)의 초기 설정력 [서브가변스로틀부 (50a)의 초기 밸브개방력]을 조정 가능하게 하는 나사부(54)가 설치되어 있다. 스프링(51)이 배치되는 스프링실(55)은 제 2 스풀밸브체(50)의 움직임을 원활하게 하기 위하여 드레인통로(21)를 거쳐 탱크에 접속되어 있다.
하우징(3)내에는 또 소릴리프밸브(7)의 입구측에 위치하는 릴리프통로(15e)와 출구측에 위치하는 드레인통로(15f)가 설치되고, 릴리프통로(15e)는 실린더접속실(8)에 접속되고, 드레인통로(15f)는 드레인통로(21)를 거쳐 탱크에 접속되어 있다. 또 드레인통로(15f)에는 압력발생수단인 스로틀(34)이 설치되어 소릴리프밸브(7)와 스로틀(34) 사이에서 신호통로(36)가 분기되어 있다.
상기한 제 1 스풀밸브체(6)의 밸브개방방향 작동단부에는 파일럿압(외부신호)이 도입되어 수압실(17)에 가해지고, 또 하나의 수압실(35)이 설치되어 이 수압실(35)에 신호통로(36)를 접속하여 스로틀(34)에서 발생한 압력을 제 1 스풀밸브체 (6)에 외부신호인 파일럿압과 동일한 측의 구동력으로서 작용시키는 구성으로 되어있다.
수압실(17, 35)의 구체적 구성을 도 3에 나타낸다. 제 1 스풀밸브체(6)는 가변스로틀부(6a)를 형성한 주스풀부(6b)와, 반스프링(16)측에서 주스풀부(6b)에 접하는 피스톤부(6c)로 분할되고, 수압실(17)은 피스톤부(6c)의 반주스풀부(6b)측의 단부에 설치되어 수압실(35)은 주스풀부(6b)와 피스톤부(6c)가 접하는 부분에 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 수압실(17)에 도입되는 파일럿압과 수압실 (35)에 도입되는 스로틀(34)에서 발생한 압력이 함께 가변스로틀부(6a)의 개방방향으로 작용한다.
도 4는 포핏밸브체(5)의 이동량(스트로크)에 대한 포핏밸브체(5)의 개구면적및 피드백슬릿(11)의 개구면적의 관계를 나타내는 도면이다. 포핏밸브체(5)가 차단위치에 있을 때, 피드백슬릿(11)은 소정의 초기 개구면적(A0)을 가지고 있고, 포핏밸브체(5)가 차단위치로부터 개방되기 시작하여 이동량이 증대함에 따라 포핏밸브체(5) 및 피드백슬릿(11)의 개구면적은 비례적으로 증대한다. 피드백슬릿(11)이 초기 개구면적(A0)을 가짐으로써 포핏밸브체(5)가 종래의 공급용 체크밸브의 기능을하고 있다(뒤에서 설명).
도 5는 외부신호인 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압에 대한 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량(파일럿유량)과 포핏밸브체(5)의 통과유량(메인유량)과의 관계, 이들과 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부 (50a)의 통과유량(서브유량)과의 관계, 나아가서는 이들과 밸브장치(100)의 총통과유량과의 관계를 나타내는 도면이고, X1은 파일럿가변스로틀부(6a)의 유량제어의 특성선, X2는 포핏밸브체(5)의 유량제어의 특성선, X3은 서브가변스로틀부(50a)의 유량제어의 특성선, X4는 그것들을 합계한 유량제어의 특성선, 즉 밸브장치(100)의 유량제어의 특성선이다.
도 5에 있어서, 파일럿압이 0 내지 P2가 되기 까지의 범위는 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 불감대이고, 이 사이는 파일럿압이 상승하여도 제 1 스풀밸브체(6)는 스프링(16)의 초기 설정력으로 정지하고 있거나 이동하였다하여도 파일럿가변스로틀부(6a)가 개방되기 까지의 오버랩영역이고, 파일럿가변스로틀부(6a)는 차단상태에 있다. 파일럿압이 P2에 도달하면 특성선(X1)으로 나타내는 바와 같이 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)는 개방되기 시작하고, 파일럿압이 P2를 초과하여 상승함에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 개구면적이 증대하고 이에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량, 즉 파일럿통로(15a, 15b)를 흐르는 파일럿유량도 증대한다.
또 파일럿압이 P3( > P2)으로 파일럿유량이 소정유량이 되기 까지의 범위는포핏밸브체(5)의 불감대이고, 이 동안은 파일럿유량이 생겨도 피드백슬릿(11)에 의한 배압실(10)의 압력저하가 불충분하여 포핏밸브체(5)는 스프링(13)의 초기 설정력에 의해 차단위치에 유지되어 있다. 파일럿압이 P3에서 파일럿유량이 소정유량에 도달하면 특성선(X2)으로 나타내는 바와 같이 포핏밸브체(5)는 개방되기 시작하고 파일럿압이 P3를 초과하여 상승함에 따라 포핏밸브체(5)의 개구면적이 증대하고, 이에 따라 포핏밸브체의 통과유량, 즉 메인의 유량도 증대한다.
다시 파일럿압이 0 내지 P1이 될때 까지의 범위는 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 불감대이고, 그 사이는 파일럿압이 상승하여도 제 2 스풀밸브체(50)는 스프링(51)의 초기 설정력으로 정지하고 있거나, 이동하였다 하여도 서브가변스로틀부(50a)가 개방되기 까지의 오버랩영역이고, 서브가변스로틀부 (50a)는 차단상태에 있다. 파일럿압이 P1에 달하면 특성선(X3)으로 나타내는 바와 같이 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)는 개방되기 시작하고, 파일럿압이 P1을 초과하여 상승함에 따라 서브가변스로틀부(50a)의 개구면적이 증대하고, 이에 따라 서브가변스로틀부(50a)의 통과유량, 즉 서브통로(15c, 15d)를 흐르는 서브유량도 증대한다.
또 P1 < P2 이고, 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)는 상기 파일럿압에 의해 개방될 때, 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)보다도 빨리 개방되도록 개구타이밍이 설정되어 서브가변스로틀부(50a)에 미조작영역에서의유량제어기능을 담당하게 하고 있다.
이상과 같이 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a), 포핏밸브체(5),제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 통과유량이 변화하는 결과, 밸브장치(100)의 총통과유량은 특성선(X4)으로 나타내는 바와 같이 변화한다.
여기서 도 5에 있어서 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 특성선(X1)의 기울기는 파일럿가변스로틀부(6a)의 노치의 크기를 바꿈으로써 조정할 수 있고, 특성선(X1)의 개시단, 즉 파일럿가변스로틀부(6a)의 개구타이밍은 스프링 (16)의 세기(초기 설정력) 또는 파일럿가변스로틀부(6a)의 노치의 위치를 조절 함으로써 조정할 수 있다. 또 이와 같이 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부 (6a)의 특성선(X1)의 기울기나 개구타이밍을 바꿈으로써 파일럿유량이 소정유량이 되는 파일럿압이 변하여 포핏밸브체(5)의 개구타이밍[특성선(X2)의 개시단]을 조정할 수 있다. 또한 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 특성선(X3)의 기울기는 서브가변스로틀부(50a)의 노치의 크기를 바꿈으로써 조정할 수 있고, 특성선(X3)의 개시단, 즉 서브가변스로틀부(50a)의 개구타이밍은 스프링(51)의 세기 (초기 설정력) 또는 가변스로틀부(50a)의 노치의 위치를 조절함으로써 조정할 수 있다.
다음에 이상과 같이 구성한 배관파단제어밸브장치(100)의 동작을 설명한다.
먼저, 엑츄에이터라인(105)이 파단되고 있지 않은 통상 시의 동작을 설명한다.
1) 유압실린더(102)의 바닥측에의 압유공급시
수동파일럿밸브(108)의 조작레버를 도시 A방향으로 조작하여 제어밸브(103)를 도시 왼쪽의 위치로 전환하면 유압펌프(101)의 압유가 제어밸브(103)를 거쳐 밸브장치(100)의 배관접속실(9)에 공급되어 이 배관접속실(9)의 압력이 상승한다. 이 때 밸브장치(100)의 실린더접속실(8)의 압력은 유압실린더(102)의 바닥측의 부하압으로 되어 있고, 피드백슬릿(11)이 상기한 바와 같이 초기개구면적(A0)을 가지기 때문에 배압실(10)의 압력도 그 부하압으로 되어 있고, 이 때문에 배관접속실 (9)의 압력이 부하압보다 낮은 동안은 포핏밸브체(5)는 차단위치에 유지되나, 배관접속실(9)의 압력이 부하압보다 높아지면, 즉시 포핏밸브체(5)는 도면에 나타낸 위쪽으로 이동하여 실린더접속실(8)에 압유가 유입 가능하게 되고, 유압펌프(101)의 압유는 유압실린더(102)의 바닥측에 공급된다. 또한 포핏밸브체(5)가 위쪽으로 이동하는 동안 배압실(10)의 압유는 피드백슬릿(11)을 통하여 실린더접속실(8)로 이동하고, 포핏밸브체(5)의 밸브개방은 원활하게 행하여진다. 유압실린더(102)의 로드측으로부터의압유는 제어밸브(103)를 거쳐 탱크(109)에 배출된다.
2) 유압실린더(102)의 바닥측으로부터 압유를 제어밸브(103)에 배출하는 경우
수동파일럿밸브(108)의 조작레버를 도시 B방향으로 조작하고, 제어밸브(103)를 도시 오른쪽의 위치로 전환하면 유압펌프(101)의 압유가 제어밸브(103)를 거쳐 유압실린더(102)의 로드측에 공급된다. 이와 동시에 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압이 제 1 스풀밸브체(6)의 수압실(17)에 도입되어 파일럿압에 의해 제 1 스풀밸브체(6)가 이동하고, 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)가 그 이동량에 적합한 개구면적이 된다. 이 때문에 상기한 바와 같이 파일럿통로(15a, 15b에 그 파일럿압에 따른 파일럿유량이 흐르고, 이 파일럿유량에 따라 포핏밸브체(5)가 개방하고, 또한 그 이동량이 제어된다. 또 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압이 제 2 스풀밸브체(50)의 수압실(2)에도 도입되어 파일럿압에 의해 제 2 스풀밸브체(50)가 이동하고, 제 2 스풀밸브체(50)의 파일럿가변스로틀부(50a)가 그 이동량에 알맞은 개구면적이 되어 상기한 바와 같이 서브통로(15c, 15d)에 해당 파일럿압에 따른 서브유량이 흐른다. 이 때문에 유압실린더(102)의 바닥측의 압유는 밸브장치(100)의 포핏밸브체(5), 제 1 스풀밸브체(6), 제 2 스풀밸브체(50)에 제어되면서 제어밸브(103)로 배출되고, 다시 탱크(109)로 배출된다.
3) 유압실린더(102)의 바닥측의 부하압의 유지
제어밸브(103)의 중립위치에서 매달은 하물을 유지하는 경우와 같이, 유압실린더(102)의 바닥측의 부하압이 고압이 되는 상태에서는 차단위치에 있는 포핏밸브체 (5)가 종래의 로드체크밸브와 마찬가지로 부하압을 유지하여 누설량을 감소시키는 기능(로드체크기능)을 한다.
4) 과대한 외력이 유압실린더(102)에 작용한 경우
유압실린더(102)에 과대한 외력이 작용하여 실린더접속실(8)이 고압이 되면 릴리프통로(15e)의 압력이 상승하여 소릴리프밸브(7)가 개방되어 스로틀(34)을 설치한 드레인통로(15f)에 압유가 흘러 들어 간다. 그 결과 신호통로(36)의 압력이 상승하고, 제 1 스풀밸브체(6)를 이동시켜 파일럿가변스로틀부(6a)를 개방하여 파일럿통로(15a, 15b)에 파일럿유량이 흐른다. 이에 의하여 포핏밸브체(5)도 개방되어 외력에 의해 생긴 고압의 압유를 엑츄에이터라인(105)에 접속된 과부하 릴리프밸브 (107a)에 의해 탱크(109)로 배출하여 기기의 파손을 방지한다. 이 때 소릴리프밸브(7)를 통과하는 압유는 소유량이기 때문에 종래의 과부하릴리프밸브와 동등한 기능을 소형의 소릴리프밸브(7)로 실현할 수 있다.
또 만일 엑츄에이터라인(105)이 파단되었을 때는 상기한 매달은 하물을 유지하는 경우와 마찬가지로 차단위치에 있는 포핏밸브체(5)가 로드체크밸브(홀딩밸브)로서 기능하여 유압실린더(102)의 바닥측의 압유의 유출을 저지하여 부움의 낙하를 방지한다. 또 그 상태에서 부움을 안전한 위치까지 내릴 때는 수동파일럿밸브 (108)의 조작레버를 도시 B방향으로 조작하면 상기한 바와 같이 수동파일럿밸브 (108)로부터의 파일럿압이 스풀밸브체(6)의 수압실(17)에 도입되어 파일럿압에 의해 스풀밸브체(6)가 개방되어 포핏밸브체(5)를 개방하기 때문에 유압실린더(102)의 바닥측의 압유를 유량제어하면서 배출할 수 있어 부움을 천천히 내릴 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면 유압실린더(102)에 급배되는 압유의 전유량이 통과하는 유로에 포핏밸브체(5)를 설치하는 것만으로 종래의 배관파단제어밸브장치의 공급용의 체크밸브, 로드체크밸브, 과부하릴리프밸브의 기능을 하게 하기 때문에 압력손실이 적은 밸브장치를 구성할 수 있어 에너지손실이 적은 효율좋은 운전이 가능하게 된다. 또 밸브장치(100)는 종래의 배관파단제어밸브장치에 비교하여 소형화할 수 있기 때문에 작업상에서의 파손의 기회가 감소하고, 설계상의 자유도도 증가한다. 또한 부품점수가 적기 때문에 고장의 빈도가 저감되어 신뢰성을향상할 수 있음과 동시에, 저비용으로 제조할 수 있다.
또 과대한 외력에 의해 생긴 고압의 압유를 소릴리프밸브(7)에 작용시킴으로써 포핏밸브체(5)를 개방하여 메인의 과부하릴리프밸브(107a)로부터 탱크에 개방할때, 소릴리프밸브(7)를 통과하는 압유는 소유량이 되기 때문에 종래의 과부하릴리프밸브와 동등한 기능을 소형의 소릴리프밸브(7)로 실현할 수 있다. 또한 소릴리프밸브(7)로부터 탱크에 개방되는 압유는 종래 있었던 드레인라인과 동등한 드레인통로(21)를 거쳐 이루어지기 때문에 밸브장치(100)의 과부하릴리프밸브 전용의 드레인배관은 불필요하게 되어 밸브장치(100) 주위의 배관의 배선을 간소화할 수 있다.
이상의 효과는 본 출원인의 선출원인 일본국 특원평10-l10776호의 발명에 의해서도 얻어지는 효과이다.
본 발명의 밸브장치(100)는 선출원 발명의 밸브장치에 대하여 서브통로(15c, 15d) 및 제 2 스풀밸브체(50)를 추가하고 있어 이에 의하여 원활한 유량제어특성이 얻어지고, 또한 유량제어특성이 폭 넓게 설정 가능하게 된다. 이하 이점에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 6에 비교예로서 선출원 발명의 밸브장치를 나타내고, 이 밸브장치를 설명한다. 도면에 있어서 도 1에 나타낸 부재와 동등한 것에는 동일부호를 붙이고 있다.
도 6에 있어서, 200 이 선출원 발명의 밸브장치이고, 이 밸브장치(200)는 하우징(203)내에 도 1에 나타낸 서브통로(15c, 15d) 및 제 2 스풀밸브체(50)가 없고,릴리프통로(15e)를 실린더접속실(8)이 아닌 배압실(10)에 접속하고 있는 점을 제외하고, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 밸브장치(100)와 동일하다.
릴리프통로(15e)의 접속위치의 상위점에 관하여 릴리프통로(15e)를 실린더접속실(8)이 아닌 배압실(10)에 접속함으로써도 유압실린더(102)의 고압은 피드백슬릿(11), 배압실(10)을 거쳐 릴리프통로(15e)에 전달되기 때문에 동일한 과부하릴리프기능이 얻어진다. 단, 이 경우는 유압실린더(102)와 릴리프통로(15e) 사이에 피드백슬릿(11)(스로틀)이 개재하기 때문에 소릴리프밸브(7)의 동작이 동적으로 불안정하게 될 가능성이 있다. 도 1에 나타낸 본 실시형태의 밸브장치(100)에서는 유압실린더(102)의 고압을 직접 릴리프통로(15e)에 도입하고 있기 때문에 소릴리프밸브(7)를 응답좋게 동작시켜 안정된 릴리프기능이 얻어진다.
도 7은 도 6에 나타낸 밸브장치(200)에서의 외부신호인 파일럿압에 대한 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량(파일럿유량)과 포핏밸브체(5)의 통과유량(메인유량)과의 관계 및 이들과 밸브장치(200)의 총 통과유량과의 관계를 나타내는 도면이고, Y1은 파일럿가변스로틀부(6a)의 유량제어의 특성선, Y2는 포핏밸브체(5)의 유량제어의 특성선, Y3은 그들을 합계한 유량제어의 특성선, 즉 밸브장치 (200)의 유량제어의 특성선이다.
도 7에 있어서, 파일럿압이 0 내지 P11이 되기 까지의 범위는 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 불감대이고, 그 사이는 파일럿압이 상승하여도 스풀밸브체(6)는 스프링(16)의 초기 설정력으로 정지하고 있거나 이동하였다 하여도 파일럿가변스로틀부(6a)가 개방되기 까지의 오버랩영역으로 파일럿가변스로틀부 (6a)는 차단상태에 있다. 파일럿압이 P11에 달하면 특성선(Y1)으로 나타내는 바와 같이 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)는 개방되기 시작하여 파일럿압이 P12를 초과하여 상승함에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 개구면적이 증대하고, 이에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량, 즉 파일럿통로(15a, 15b)를 흐르는 파일럿유량도 증대한다.
또 파일럿압이 P12( > P11) 에서 파일럿유량이 소정유량이 되기 까지의 범위는 포핏밸브체(5)의 불감대이고, 그 사이는 파일럿유량이 생겨도 피드백슬릿 (11)에 의한 배압실(10)의 압력저하가 불충분하여 포핏밸브체(5)는 스프링(13)의 초기 설정력에 의해 차단위치에 유지되어 있다. 파일럿압이 P12에서 파일럿유량이 소정유량에 도달하면 특성선(Y2)으로 나타내는 바와 같이 포핏밸브체(5)는 개방되기 시작하여 파일럿압이 P12를 초과하여 상승함에 따라 포핏밸브체(5)의 개구면적이 증대하고, 이에 의하여 포핏밸브체의 통과유량, 즉 메인유량도 증대한다.
이상과 같이 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a), 포핏밸브체(5)의 통과유량이 변화하는 결과, 밸브장치(200)의 총통과유량은 특성선(Y3)으로 나타내는 바와 같이 변화된다.
그러나 상기 선출원 발명의 밸브장치(200)에서는 미조작영역 [수동파일럿밸브(108)의 레버조작량이 작고 파일럿압이 낮은 영역]에서의 유량제어와 포핏밸브체(5)의 제어를 스풀밸브체(6)의 동일한 파일럿가변스로틀부(6a)에서 행하고 있기 때문에 미조작영역에서의 유량제어특성을 바꾸면 전체의 유량제어폭이 변화하여 원활한 유량제어특성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
예를 들면 선출원 발명의 밸브장치(200)에서 미조작영역에서의 조작성(미조작성)을 좋게 하기 위하여 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 유량제어특성을 변경하여 특성선을 Y1 내지 Y4와 같이 작은 기울기로 바꾸면 포핏밸브체(5)의 개구타이밍이 P12점 으로부터 P13점으로 어긋나고, 포핏밸브체(5)의 유량제어의 특성선은 Y2 으로부터 Y5로 변화하여 밸브장치(200)의 총통과유량의 특성은 Y6과 같이 변화된다. 이 경우 특성선(Y4)의 기울기가 작기 때문에 미조작성은 좋아지나, 밸브장치(200)를 통과하는 최대유량(풀레버조작한 최고 파일럿압시의 유량)이 감소하기 때문에 전체의 유량제어폭이 작아져 원활한 유량제어특성이 얻어지지 않는다. 또 스풀밸브체(6)의 개구타이밍을 P11점으로부터 어긋나게 한 경우도 포핏밸브체 (5)의 개구타이밍이 P12점으로부터 마찬가지로 어긋나기 때문에 유량제어폭이 작아져 원활한 유량제어특성이 얻어지지 않는다.
이에 대하여 도 1에 나타낸 본 실시형태의 밸브장치(100)에서는 제 2 스풀밸브체(50)를 더 설치하고, 이 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)를 포핏밸브체(5)의 파일럿통로(15a, 15b)와는 다른 서브통로(15c, 15d)에 배치하고 있다. 이 때문에 서브가변스로틀부(50a)의 유량제어특성을 바꾸어도 파일럿통로(15a, 15b)의 파일럿유량은 변하지 않고, 포핏밸브체(5)의 개구타이밍은 변화하지 않는다. 또 파일럿압의 상승에 대하여 서브가변스로틀부(50a)가 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)보다도 빨리 개방되도록 개구타이밍을 설정하고, 서브파일럿 가변스로틀부(50a)에 미조작영역에서의 유량제어기능을 담당시키고 있다. 즉 본 실시형태에서는 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)를 추가함으로써 미조작영역에서의 유량제어와 포핏밸브체(5)의 제어를 분담시킨 것이다.
이와 같이 미조작영역에서의 유량제어와 포핏밸브체(5)의 제어를 분담시킴으로써 미조작영역의 유량제어에 관계없이 포핏밸브체(5)의 개구타이밍을 설정할 수 있게 되어 미조작영역에서의 유량제어특성을 바꾸어도 전체의 유량제어폭은 변화하지 않아 미조작영역에서의 조작성을 좋게 하기 위하여 유량제어의 특성선의 기울기를 작게 한 경우에도 원활한 유량제어특성이 얻어진다.
예를 들면 도 5에 있어서 도 2의 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 특성선이 파선인 X5인 경우, 이것을 본 실시형태의 X3에 기울기가 작아지도록 변경하여도 포핏밸브체(5)의 개구타이밍의 P3점은 변하지 않기 때문에 포핏밸브체(5)의 유량제어특성도 변하지 않아 밸브장치(100)의 총통과유량의 특성은 X6 로부터 X4로 변화한다. 즉 미조작영역에서의 유량제어특성은 변화하나, 밸브장치(100)를 통과하는 최대 유량의 변화는 약간이어서 전체의 유량제어폭은 거의 변화하지 않는다. 또 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 개구타이밍을 P1점으로부터 어긋나게 한 경우도 마찬가지이고, 포핏밸브체(5)의 개구타이밍은 P3점으로부터 변화하지 않아 전체의 유량제어폭은 거의 변화하지 않는다.
또 반대로 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 특성[특성선(X)이 기울기나 개구타이밍]을 바꾸어 포핏밸브체(5)의 유량제어특성을 바꾸어도 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)에 의한 미조작영역에서의 유량제어특성은 변하지 않는다.
이상과 같이 미조작영역의 유량제어특성과 포핏밸브체(5)의 유량제어특성을 개별적으로 설정할 수 있어 미조작영역에서의 유량제어특성을 바꾸더라도 전체의 유량제어폭은 거의 변화하지 않기 때문에 미조작영역에서의 조작성을 좋게 하기 위하여 유량제어의 특성선의 기울기를 작게 한 경우에도 원활한 유량제어특성이 얻어진다.
또 제 2 스풀밸브체(50)의 서브가변스로틀부(50a)의 특성의 변경과 제 1 스풀밸브체(6)의 파일럿가변스로틀부(6a)의 특성의 변경[포핏밸브체(5)의 특성의 변경]을 임의로 조합시킴으로써 유량제어특성의 폭 넓은 설정이 가능하게 된다. 이 때문에 설계의 자유도가 증가하므로 요구유량제어특성이 다른 많은 종류의 엑츄에이터(유압실린더)에 적용할 수 있다.
또 본 실시형태에서는 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)를 각각 따로따로의 스풀밸브체(6, 50)에 설치하였기때문에 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)는 각각 노치의 위치뿐만 아니라 제 1 및 제 2 스풀밸브체 (6, 50)에 작용하는 스프링(16, 51)의 세기에 의해서도 개구타이밍을 바꿀 수 있어 정밀도 좋게 유량제어특성을 설정할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태를 도 8 및 도 9에 의해 설명한다. 도면 중, 도 1및 도 2에 나타내는 부재와 동등한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 8 및 도 9에 있어서 100A는 본 실시형태의 배관파단제어밸브장치이고, 이 밸브장치(100A)의 하우징(3A)내에는 외부신호인 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압에 의해 작동하는 단일의 스풀밸브체(60)가 배치되고, 이 스풀밸브체(60)가 제 1 실시형태의 제 1 스풀밸브체(6)와 제 2 스풀밸브체(50)를 겸하는 구성으로 되어있다.
즉 스풀밸브체(60)는 피스톤부(6c)와 주스풀부(6d)로 분할되고, 주스풀부 (6d)은 파일럿통로(15a)와 파일럿겸 서브통로(15h)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 파일럿가변스로틀부(6a)와, 서브통로(15c)와 파일럿겸 서브통로(15h)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 서브가변스로틀부(50a)를 가지고, 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)와의 사이에는 파일럿겸 서브통로(15h)가 접속되는 공통의 유출포트(58)가 설치되어 있다. 또 주스풀부(6d)의 밸브폐쇄방향작동단부에는 파일럿가변스로틀부(6a) 및 서브가변스로틀부(50a)의 초기 밸브개방력을 설정하는 스프링(16A)이 설치되고, 피스톤부(6c)의 밸브개방방향 작동단부에는 상기 외부신호인 파일럿압이 도입되는 수압실(17)이 설치되고, 이 수압실(17)에 도입되는 파일럿압(외부신호)에 의한 제어력과 스프링(16A)의 가세력에 의해 스풀밸브체(60)의 이동량이 결정되고, 이 이동량에 따라 파일럿가변스로틀부(6a) 및 서브가변스로틀부(50a)의 개구면적을 변화시켜 파일럿통로(15a)와 파일럿겸 서브통로 (15h)를 흐르는 파일럿유량 및 서브통로(15c)와 파일럿겸 서브통로(15h)를 흐르는 서브유량을 차단 및 제어한다. 또 주스풀부(6d)와 피스톤부(6c)가 접하는 부분에는 수압실(35)이 설치되어 소릴리프밸브(7)의 작동시, 스로틀(34)에서 발생한 압력이 수압실(35)에 도입되어 과부하릴리프기능에 기여한다.
여기서 파일럿가변스로틀부(6a), 포핏밸브체(5), 서브가변스로틀부(50a)에 의한 유량제어특성은 제 1 실시형태의 도 5에 나타낸 것과 동일하고, 서브가변스로틀부(50a)는 파일럿가변스로틀부(6a)보다도 빨리 개방되도록 개구타이밍이 설정되어 서브가변스로틀부(50a)에 미조작영역에서의 유량제어를 담당하게 하고 있다.
밸브장치(100A)의 그 외의 구성은 제 1 실시형태의 밸브장치(100)와 실질적으로 동일하다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 있어서도, 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)의 각각의 노치의 크기와 스프링(16A)의 세기 및 노치의 위치를 조절함으로써 미조작영역에서의 유량제어에 관계없이 포핏밸브체(5)의 개구타이밍을 조정할 수 있다. 이 때문에 미조작영역의 유량제어특성과 포핏밸브체(5)의 유량제어특성을 개별적으로 설정할 수 있어 미조작영역에서의 유량제어특성을 바꾸어도 전체의 유량제어폭은 거의 변화하지 않고, 미조작영역에서의 조작성을 좋게 하기 위하여 유량제어의 특성선의 기울기를 작게 한 경우에도 원활한 유량제어특성이 얻어진다. 또 유량제어특성의 폭 넓은 설정이 가능하게 되어 설계의 자유도가 증가하고, 요구유량제어특성이 다른 많은 종류의 엑츄에이터(유압실린더)에 적용할 수있다.
또 본 실시형태에서는 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)를 동일한 스풀밸브체(60)에 설치하였기 때문에 제 1 실시형태에 비하여 부품점수가적어 밸브장치를 더욱 소형화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명의 제 3 실시형태를 도 10 내지 도 12에 의해 설명한다. 도면 중, 도 1, 도 2, 도 8 및 도 9에 나타내는 부재와 동등한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 10 및 도 11에 있어서, 100B는 본 실시형태의 배관파단제어밸브장치이고, 이 밸브장치(100B)의 하우징(3A)내에는 외부신호인 수동파일럿밸브(108)로부터의 파일럿압에 의해 작동하는 단일의 스풀밸브체(60B)가 배치되고, 이 스풀밸브체 (60B)도 제 2 실시형태의 스풀밸브체(60)와 마찬가지로 제 1 실시형태의 제 1 스풀밸브체(6)와 제 2 스풀밸브체(50)를 겸하는 구성으로 되어 있다.
즉, 본 실시형태에 있어서의 스풀밸브체(60B)는 피스톤부(6c)와 주스풀부 (6e)로 분할되고, 주스풀부(6e)는 파일럿통로(15a)와 파일럿겸 서브통로(15h)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 파일럿가변스로틀부(6a)와, 서브통로(15c)와 파일럿겸 서브통로(15h)를 연통 가능한 복수의 노치로 이루어지는 서브가변스로틀부(50a)를 가지고 있다. 또 주스풀부(6e)에는 서브가변스로틀부(50a)의 유출측에 랜드부(61)가 설치되어 있다. 이 랜드부(61)는 서브통로의 차단수단으로서 기능하는 것이고, 주스풀부(6e)가 도시한 비작동위치(중립위치)에 있을 때는 랜드부(61)는 파일럿겸 서브통로(15h)가 접속되는 유출포트(58)내에 위치하고, 외부신호인 파일럿압에 의해 주스풀부(6e)가 밸브개방방향(도시 아래쪽)으로 소정거리 이동하면 랜드부(61)는 하우징(3A)의 스풀구멍에 끼워 넣어져 서브가변스로틀부(50a)의 유출포트 (58)측의 유로를 폐쇄한다. 여기서 랜드부(61)가 서브가변스로틀부(50a)의유로를 폐쇄하는 소정거리란, 주스풀부(6e)가 이동하여 파일럿가변스로틀부(6a)를 개구하고 포핏밸브체(5)를 개구한 후의 주스풀부(6e)의 스트로크거리이다.
도 12에 외부신호인 파일럿압에 대한파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량(파일럿유량)의 특성(X1), 포핏밸브체(5)의 통과유량(메인유량)의 특성(X2), 서브가변스로틀부(50a)의 통과유량(서브유량)의 특성(X3B), 그들을 합계한 통과유량의 특성 (X4)의 관계를 나타낸다.
도 12에 있어서 파일럿압이 P1이 되면 서브가변스로틀부(50a)가 개방되기 시작하고 파일럿압이 P1을 초과하여 상승함에 따라 서브가변스로틀부(50a)의 개구면적이 증대하고, 이에 의하여 서브가변스로틀부(50a)의 통과유량, 즉 서브통로(15c) 및 파일럿겸 서브통로(15h)를 흐르는 서브유량도 증대한다.
파일럿압이 P2에 달하면 이번은 파일럿가변스로틀부(6a)가 개방되기 시작하여 파일럿압이 P2를 초과하여 상승함에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 개구면적이 증대하고, 이에 따라 파일럿가변스로틀부(6a)의 통과유량, 즉 파일럿통로(15a) 및 파일럿겸 서브통로(15h)를 흐르는 파일럿유량도 증대한다.
파일럿압이 다시 상승하여 P3에 도달하면 포핏밸브체(5)는 개방되기 시작하고, 파일럿압이 P3을 초과하여 상승함에 따라 포핏밸브체(5)의 개구면적이 증대하고, 이에 따라 포핏밸브체(5)의 통과유량, 즉 메인유량도 증대한다.
이상의 유량은 제 1 및 제 2 실시형태의 것과 동일하다. 본 실시형태에서는스풀밸브체(60B)의 서브가변스로틀부(50a)의 유출측에 랜드부(51)가 설치되어 있고, 이 랜드부(61)는 파일럿압이 P3부근에 달하면 서브가변스로틀부(50a)의 유출포트(58)측의 유로를 폐쇄하기 시작하여 파일럿압이 P3을 초과하여 증대함에 따라 상기 유로의 개구면적을 줄이고 파일럿압이 P4에 달하면 그 유로를 완전히 차단한다. 이 때문에 서브가변스로틀부(50a)의 통과유량, 즉 서브유량은 파일럿압이 P3부근에 달하면 감소하기 시작하고, 파일럿압이 P3을 초과하여 증대함에 따라 감소하고, 파일럿압이 P4에 도달하면 0가 된다.
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의하면 파일럿가변스로틀부(6a)와 서브가변스로틀부(50a)를 동일한 스풀밸브체(60B)에 설치하였기 때문에 제 2 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
또 본 실시형태에서는 스풀밸브체(60B)에 서브통로의 차단수단으로서 기능하는 랜드부(51)를 설치하였기 때문에 다음의 효과가 얻어진다.
제 1 및 제 2 실시형태와 같이 파일럿통로 및 파일럿가변스로틀부(6a)에 더하여 서브통로 및 서브가변스로틀부(50a)를 설치한 경우는, 파일럿유량과 서브유량이 배관접속실측, 예를 들면 제 1 실시형태에서는 통로(15b2), 제 2 실시형태에서는 유출포트(58)에서 합류하기 때문에 합류부 및 그 하류측에서 유량이 증가하고, 그에 따라 통로에서의 압력손실이 증가한다. 또 파일럿유량과 서브유량의 합류부에서는 2개의 흐름이 충돌하여 분류(噴流)가 생긴다. 이와 같은 통로압력손실의증가나 합류부에서의 분류는 배압실(10)에 압력의 상승 또는 변동을 초래하여 포핏밸브체 (5)의 개구면적이 외부신호의 지령대로의 크기까지 개방되지 않아 메인의 유량제어에 영향을 미칠 가능성이 있다.
본 실시형태에서는 상기한 바와 같이 포핏밸브체(5)의 개방 후에 랜드부(61)에 의해 서브통로를 차단하기 때문에 서브통로의 차단 후는 파일럿유량 단독이 흐르게 되기 때문에 파일럿유량과 서브유량과의 합류에 의한 통로압력손실의 증가나 분류를 억제하여 메인의 유량제어에 대한 영향을 저감할 수 있어 원활한 메인의 유량제어가 가능하게 된다. 또한 압력손실이 감소하기 때문에 합류통로를 가늘게 할수 있어 밸브장치의 더 한층의 소형화가 가능하게 된다. 또 스풀밸브체(60B)[주 스풀부(6e)]에 랜드부(61)를 추가형성하였을 뿐이기 때문에 간단한 구성으로 서브통로를 차단할 수 있다.
상기한 제 3 실시형태는, 파일럿가변스로틀부와 서브가변스로틀부와 동일한 파일럿밸브체에 설치한 제 2 실시형태를 변경하고, 그 파일럿밸브체에 서브가변스로틀부의 유로의 차단수단을 설치하였으나, 파일럿가변스로틀부와 서브가변스로틀부와 각각의 파일럿밸브체에 설치한 제 1 실시형태에도 동일한 변경을 가할 수 있다. 도 13은 제 1 실시형태에 그와 같은 변경을 가한 경우의 제 2 스풀밸브체 부분의 확대도이다.
도 13에 있어서 제 2 스풀밸브체(50C)의 서브가변스로틀부(50a)의 유입측에 있어서 서브통로(15c)가 접속되는 유입포트(59)의 부분에 랜드부(61C)가 설치되어 있다. 이 랜드부(61C)는 제 2 스풀밸브체(50C)가 도시한 비작동위치(중립위치)에있을 때는 유입포트(59)내에 위치하고, 외부신호인 파일럿압에 의해 제 2 스풀밸브체 (50C)가 밸브개방방향(도시 아래쪽)으로 소정거리 이동하여 포핏밸브체(5)(도 1참조)가 개구하면 하우징(3)의 스풀구멍에 끼워 넣어져 서브가변스로틀부(50a)의 유입포트(59)측의 유로를 폐쇄하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 있어서도 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어짐과 동시에 포핏밸브체의 개방 후에 랜드부(61C)에 의해 서브통로를 차단하기때문에 서브통로의 차단 후는 파일럿유량 단독이 흐름이 되기 때문에 파일럿유량과 서브유량과의 합류에 의한 통로압력손실의 증가나 분류를 억제하여 메인의 유량제어에 대한 영향을 저감할 수 있어 원활한 메인의 유량제어가 가능하게 된다. 또 압력손실이 감소하기 때문에 합류통로[도 1에 나타낸 통로(15b)]를 가늘게 할 수 있수 있어 밸브장치의 더 한층의 소형화가 가능하게 된다.
본 발명에 의하면 배관파단제어밸브장치로서 필요한 여러가지 기능을 하면서 압력손실을 저감하고 또한 밸브장치 전체의 소형화 및 제조비용의 저감이 가능하게 된다. 또 서브통로에 제 2 가변스로틀부를 설치하는 것만으로 원활한 유량제어특성이 얻어짐과 동시에 유량제어특성을 폭 넓게 설정가능하게 하여 설계상의 자유도가 증가하여 여러 종류의 엑츄에이터(유압실린더)에 적용시킬 수 있다.
또 본 발명에 의하면 서브통로를 차단하는 수단을 설치함으로써, 합류통로의 압력손실이나 합류부의 분류에 의한 포핏이동량에의 영향을 저감할 수 있어 정밀도가 좋은 원활한 메인의 유량제어가 가능하게 됨과 동시에, 합류통로를 가늘게 할수 있어 밸브장치의 더 한층의 소형화가 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. 유압 실린더(102)의 급배포트(102a)와 유압배관(105)의 사이에 설치되고, 외부신호에 따라 상기 급배포트로부터 상기 유압배관에 유출하는 압유의 유량을 제어하는 배관파단제어밸브장치(100;100A;100B)에 있어서,
    상기 급배포트(102a)에 접속되는 실린더접속실(8), 상기 유압배관(105)에 접속되는 배관접속실(9) 및 배압실(10)을 설치한 하우징(3)에 슬라이딩 자유롭게 배치되고, 상기 실린더접속실과 상기 배관접속실과의 사이를 차단 및 연통 가능하고, 또한 이동량에 따라 개구면적을 변화시키는 주밸브로서의 포핏밸브체(5)와,
    상기 포핏밸브체에 설치되고, 상기 포핏밸브체의 차단위치에서 초기개구면적을 가지고, 포핏밸브체의 이동량에 따라 개구면적을 증대시키는 피드백 가변스로틀통로(11)와,
    상기 배압실과 배관접속실과의 사이를 접속하는 파일럿통로(15a, 15b;15a, 15h)에 배치되고, 상기 외부신호에 의해 작동하여 상기 실린더접속실로부터 상기 피드백 가변스로틀통로, 배압실 및 파일럿통로를 통하여 상기 배관접속실로 흐르는 파일럿유량을 차단 및 제어하는 제 1 가변스로틀부(6a)와,
    상기 실린더접속실과 상기 배관접속실과의 사이를 접속하는 서브통로(15c, 15d;15c, 15h)에 배치되고, 상기 외부신호에 의해 작동하여 상기 서브통로를 흐르는 서브유량을 차단 및 제어하는 제 2 가변스로틀부(50a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외부신호에 의해 상기 제 2 가변스로틀부(50a)가 상기 제 1 가변스로틀부(6a)보다 빨리 개방되도록 제 1 및 제 2 가변스로틀부의 개구타이밍을 설정한 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가변스로틀부(6a)와 제 2 가변스로틀부(50a)를 각각 따로따로의 스풀밸브체(6, 50)에 설치한 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가변스로틀부(6a)와 제 2 가변스로틀부(50a)를 동일한 스풀밸브체 (60;60B)에 설치한 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포핏밸브체(5)의 밸브개방 후에 상기 서브통로(15c, 15h)를 차단하는 수단(61)을 설치한 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 서브통로(15c, 15h)를 차단하는 수단(61)은, 상기 제 2 가변스로틀부(50a)를 설치한 스풀밸브체(60B, 6e)에 설치되고 이 스풀밸브체가 소정거리 이상이동하면 상기 제 2 가변스로틀부의 유로를 차단하는 랜드부(61)인 것을 특징으로 하는 배관파단제어밸브장치.
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