JP2002061605A - 油圧シリンダの再生切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生状態から再生カット状態へ切換える時に
絞りから流出する油によって生じる流体力によってサブ
スプールのスムーズな移動が妨げられる場合があり、切
換え設定圧近傍での動作が不安定になる。 【解決手段】 本体スプール１にロッド側油室Ｒからの
戻り油を導入する戻り油導入部８を設け、サブスプール
５にこの戻り油導入部８からの戻り油をヘッド側油室Ｈ
へ再生油として供給する戻り油流路７を設け、このサブ
スプール５と本体スプール１との間に、戻り油流路７内
の戻り油を逃す絞り１１を設けるとともに、このサブス
プール５の戻り油導入部８に、絞り１１を開放した時に
生じる流体力と逆方向にほぼ同じ流体力を生じさせる流
体力打消し部材１４を設け、絞り１１が開放した時に生
じる流体力と逆方向の流体力を生じさせて打消すように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、油圧
シリンダのロッド伸長時に、ロッド側油室の油をヘッド
側油室へ再生してロッドの作動速度を速めるようにした
再生切換弁に関し、詳しくは、サブスプールの軸方向に
作用する流体力を打消すようにした再生切換弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、油圧シリンダのピス
トン伸長時にロッド側の油をヘッド側へ再生してロッド
の作動速度を速めようとする技術がある。その一例とし
て、油圧ショベルのアームに設けられた再生回路があ
る。

【０００３】この再生回路は、アーム引き作業のように
負荷が自重のみの空中作動時には、ロッド側油室から排
出する油をヘッド側油室へ供給する油に合流させて再生
し、油圧ポンプからの油量が少なくても再生油量で補っ
てピストンのスピードを上げるように構成されている。
そして、負荷の大きい地上作業時には、ロッド側油室か
らの油は再生カット（停止）され、油圧ポンプからの圧
油のみによってシリンダが駆動される。

【０００４】この種の従来技術として、特公平４−５７
８８１号公報記載の発明がある。図４はこの発明に示さ
れた油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す
図であり、油圧シリンダによるアーム作動は、シリンダ
５１のヘッド側油室５２に圧油を供給する掘削時等と、
ロッド側油室５３に圧油を供給するアーム上昇時等とが
コントロール弁５４によってコントロールされている。

【０００５】そして、このコントロール弁として、図５
の油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図の
ような油圧回路が記載されており、戻りライン５５に設
けられた絞り５６を調整することによって、ロッド側油
室５３からの戻り油をチェック弁５７を介してライン５
８からヘッド側油室５２へ再生するように構成されてい
る。５９はポンプ、６０はタンク、６１はポンプ、６２
は減圧弁である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記コント
ロール弁５４の場合、図５に示す左側スプールに切換わ
っている時の再生状態から、右側のスプールに切換わっ
てロッド側油室５３の油をタンク６０へ逃す再生カット
状態へ切換わる構成であるため、この切換え時には、図
６(a),(b),(c),(d) の再生切換弁に作用する流体力を説
明する再生時の拡大断面図と、同再生カット時の拡大断
面図、同Ａ部拡大断面図、及び同流体力説明図に示すよ
うに、図６(a) の再生状態から、ヘッド側油室５２（図
５）の圧力が所定圧になってサブスプール６３が図の右
方へ移動し、図６(b) のように絞り５６を開放して再生
カットする時には、運動量ゼロの状態の戻り油が絞り５
６から噴流Ｄｏとして噴出するので、図６(c) に示すよ
うに、その開口ｋには、この運動量変化に対する反力と
して流体力Ｆ（フローフォース）が作用することとな
る。

【０００７】この流体力Ｆのスプール軸方向に作用する
流体力Ｆｏ（図６(d) ）の大きさは、流体力Ｆｏ＝ρＱ
ｖ・ｃｏｓθ（ρ：密度、Ｑ：流量、ｖ：速度、θ：流
体力角度）となる。しかも、この流体力Ｆｏは、前記し
たように、サブスプール６３がスライドして絞り５６を
開放した時に、開口ｋを閉じる軸方向にサブスプール６
３をスライドさせようとする。

【０００８】そのため、この流体力Ｆｏが作用している
状態で絞り５６を開放させるサブスプール６３は、閉鎖
する方向の流体力Ｆｏを受けながら開放させられること
となる。その上、絞り５６がある程度開いて流体力Ｆｏ
が影響しなくなると、戻り油が開口ｋを開く方向に作用
するので、急に絞り５６が開いて流れが大きくなるとい
う現象も生じてしまう。従って、流体力Ｆｏの影響があ
る状態では絞り５６が計画した通りに開放しない場合や
作動遅れ等を生じる場合がある。

【０００９】しかも、この流体力Ｆｏによって、絞り５
６を開放する再生カットの設定圧力近傍において、この
絞り５６の開き始めに生じる流体力Ｆｏの大きさと、ヘ
ッド側油室５２の圧力と、絞り５６を閉鎖する方向にサ
ブスプール６３を移動させる力とのバランスで、サブス
プール６３を振動させるように絞り５６の開閉を繰り返
す場合がある。そのため、再生又は再生カットの切換え
設定圧力に近い圧力で作業を行うと、再生状態から再生
カット状態、又は再生カット状態から再生状態への切換
わりが頻繁に繰り返されることがある。

【００１０】このように再生又は再生カットの切換えが
繰り返されると、図４に示すような油圧ショベルの場合
には、アームシリンダを介してアームヘッド圧力が変動
し、これによってサブスプール６３に振動を生じて、時
にはハンチング現象を発生させる場合がある。このハン
チング現象を生じると、アームをスムーズに操作するこ
とが困難になる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、この出願に係る発明は、油圧シリンダのロ
ッド側油室とヘッド側油室とに供給する圧油の油路を有
する本体スプールと、該本体スプール内で軸方向に移動
可能なサブスプールとを有し、該本体スプールにロッド
側油室からの戻り油を導入する戻り油導入部を設け、前
記サブスプールに該戻り油導入部からの戻り油をヘッド
側油室へ再生油として供給する戻り油流路を設け、該サ
ブスプールと本体スプールとの間に、該戻り油流路内の
戻り油を逃す絞りを設けるとともに、該サブスプールの
前記戻り油導入部に、該絞りを開放した時に生じる流体
力と逆方向にほぼ同じ流体力を生じさせる流体力打消し
部材を設けている。この流体力打消し部材を、絞りの開
口がゼロではなく、流量が最大の流体力（最大フローフ
ォース）を生じさせる開口点で逆向きの流体力が生じる
位置に設けるのが好ましい。

【００１２】これにより、サブスプールがスライドして
絞りが開放した時に閉鎖する方向の流体力が作用したと
しても、流体力打消し部材によってその流体力と逆方向
にサブスプールを移動させる流体力を生じさせることが
できるので、絞りの開放時に生じる閉鎖方向の流体力を
開放方向の流体力で打消すことができる。そのため、絞
り開放時にサブスプールを計画通りに移動させることが
可能となり、スムーズに再生カットへ移行することがで
きる。

【００１３】前記流体力打消し部材を、絞りで最大流体
力を生じる開口量と、戻り油導入部の絞り側開口量とが
ほぼ同じ開口量となるように配設すれば、絞りに生じる
流体力が小さい時から最大流体力を生じる時までの流体
力を比例的に打消すようにできる。

【００１４】また、流体力打消し部材を、戻り油導入部
のスプール軸方向の両側に戻り油流路と通じる開口を形
成する円環部材で構成すれば、簡単な構成で打消すよう
な流体力打消し部材を形成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示す再生切換弁の再生状態を示す断面図であり、図２は
図１に示す再生状態の要部拡大図で、(a) は拡大断面
図、(b) はその拡大説明図、図３は図１に示す再生切換
弁の再生カット状態の要部拡大図で、(a) は拡大断面
図、(b) はその拡大説明図である。以下の説明では、図
示する状態の上下左右の向きに基づいて説明する。な
お、再生切換弁の向きはこの実施形態に限定されるもの
ではない。また、図２，図３では、説明上、本体スプー
ルとサブスプールとの隙間を誇張して記載している。

【００１６】図１に示すように、本体スプール１の油路
２が油圧シリンダＳのロッド側油室Ｒと連通され、油路
３がヘッド側油室Ｈと連通されており、これらの油路
２，３から油圧シリンダＳのロッド側油室Ｒとヘッド側
油室Ｈへ供給される圧油によってピストンＰの伸縮が制
御されている。なお、これらの油路２，３へ供給される
油は、本体スプール１の切換えによって図示しないポン
プから供給される。

【００１７】この本体スプール１内には、軸方向（図の
左右方向）に移動可能なサブスプール５が設けられてお
り、このサブスプール５は、図の右端に設けられたスプ
リング４によって左側へ付勢されている。サブスプール
５の中間部には小径部６が形成されており、この小径部
６の外周と本体スプール１の内周との間が戻り油流路７
となっている。この戻り油流路７によって、本体スプー
ル１の油路２と連通する戻り油導入部８と、油路３に連
通する通孔１０とが油路９を介して連通されている。従
って、再生時の戻り油は、戻り油導入部８から戻り油流
路７へ流れて通孔１０から油路９を介して油路３へと流
れる。９ａはチェック弁である。

【００１８】また、本体スプール１の所定位置には絞り
１１が設けられている。この絞り１１は、図１に示す再
生状態ではサブスプール５の絞り部５ａによって戻り油
流路７と連通しない位置にある。この絞り１１の油路１
２は、タンク１３と連通している。

【００１９】一方、サブスプール５のもう一端（図の左
端）には、シリンダＳのヘッド側油室Ｈに作用する油圧
によってサブスプール５をスプリング４側へ移動させる
押圧ピストン１５が設けられている。この押圧ピストン
１５は、本体スプール１内に固定された保持部材１６の
案内孔１６ａに沿って軸方向（図の左右方向）に移動可
能なように構成されている。また、保持部材１６には、
前記ヘッド側油室Ｈの圧油を本体スプール１の導入孔１
７から案内孔１６ａへ導入するための導入孔１６ｂが設
けられており、押圧ピストン１５の左側端面へ圧油を導
入するように構成されている。従って、ヘッド側油室Ｈ
内の圧力が上昇すると、押圧ピストン１５の左側端面に
作用する圧力が上昇し、この押圧ピストン１５でサブス
プール５をスライドさせて、絞り１１を開放するように
構成されている。

【００２０】そして、前記サブスプール５の戻り油導入
部８には、この戻り油導入部８から戻り油流路７へ流れ
る戻り油によって絞り１１を開くように流体力を生じさ
せて、絞り１１に生じる流体力を打消すための流体力打
消し部材１４が設けられている。この流体力打消し部材
１４は、戻り油導入部８の開口範囲内に設けられてお
り、その絞り側の端面１４ａがサブスプール５の絞り部
５ａの端面５ｂから所定距離Ｌとなる位置に設けられて
いる。また、この実施形態では、流体力打消し部材１４
を円環部材で構成することにより、簡単な構成で流体力
打消し部材１４を形成している。

【００２１】この流体力打消し部材１４を設ける位置と
しては、図３(a),(b) に示すように、絞り１１の開口が
ゼロではなく、その流量によって絞り１１で最大の流体
力（最大フローフォース）を生じさせる点において、戻
り油導入部８で逆方向の流体力を生じさせるような位置
に設けるのが好ましく、流体力打消し部材１４の端面１
４ａからサブスプール５の絞り部５ａの端面５ｂまでの
距離Ｌと、絞り１１の開口量Ｗｏと、戻り油導入部８の
開口量Ｗｉとが好ましい寸法に設定される。この位置と
しては、例えば、絞り１１で最大流体力点となる開口量
Ｗｏと同一となるように、戻り油導入部８の開口量Ｗｉ
を同一とすることにより、絞り１１と戻り油導入部８の
両方で最大流体力点となるようにして、互いの流体力を
打消すようにするのが好ましい。なお、これら開口量Ｗ
ｏ，Ｗｉの関係は、絞り１１の最大流体力点や、使用機
械の種類や作業内容等に応じて好ましい関係に設定すれ
ばよい。

【００２２】以上のように構成された再生切換弁Ｖによ
る流体力打消し作用を、図２(a) の拡大断面図と(b) の
拡大説明図、及び図３(a) の拡大断面図と(b) の拡大説
明図に基づいて以下に説明する。

【００２３】まず、再生状態では、図２(a) に示すよう
に、サブスプール５の絞り部５ａによって絞り１１が閉
鎖されているので、戻り油導入部８と連通する戻り油流
路７からヘッド側油室Ｈ（図１）へと戻り油が再生され
る。この時の戻り油の流れは、図２(b) にも示すよう
に、戻り油導入部８の開口量Ｗから戻り油流路７へ流れ
込むが、流体力打消し部材１４の絞り側（右側）には油
の流れがなく、左側の戻り油流路７ａから図１に示す通
孔１０と油路９，３を介してヘッド側油室Ｈへと流れる
のみである。

【００２４】そして、絞り１１が開いた再生カット状態
では、押圧ピストン１５によってサブスプール５が押圧
されて図の右側へ移動して、図３(a) に示すように、流
体力打消し部材１４の絞り１１側の戻り油流路７から絞
り１１へと油が噴出する。この状態での戻り油の流れ
は、図３(b) にも示すように、流体力打消し部材１４の
絞り１１側の戻り油流路７から絞り１１へ流出する流れ
と、戻り油流路７から戻り油流路７へ流入する流れとな
る。

【００２５】この時、上述したように、この戻り油流路
７から絞り１１へと流出する油は、運動量ゼロの状態か
ら噴出することとなるため、油には流体力Ｆが作用し、
その軸方向成分の流体力Ｆｏによって開口ｋを閉鎖する
方向にサブスプール５を移動させようとする力が作用す
る。

【００２６】一方、戻り油導入部８から流体力打消し部
材１４の絞り１１側の戻り油流路７へ流入する戻り油に
も流体力Ｆが作用する。この流体力Ｆは、絞り１１から
油が流出して圧力が低下した戻り油流路７へ圧力の高い
戻り油導入部８から戻り油が流入することとなるので、
図示するように戻り油の流れと同一方向の戻り油導入部
８から戻り油流路７側へと作用することとなる。そのた
め、この流体力Ｆの軸方向成分の流体力Ｆｉが、流体力
打消し部材１４で戻り油導入部８を閉鎖する方向に作用
する。

【００２７】従って、この流体力打消し部材１４を図の
右側へ移動させようとする流体力Ｆｉによって、前記絞
り１１から流出する油でサブスプール５を図の左側へ移
動させようとする流体力Ｆｏを打消すことができる。こ
の時、この実施形態によれば、流体力打消し部材１４に
よる戻り油導入部８の開口量Ｗｉを、絞り１１の流量が
最大流体力点（最大フローフォース点）となる開口量Ｗ
ｏと同一にしているので、絞り１１の開口ｋに生じる流
体力Ｆｏを戻り油導入部８に生じるほぼ等しい流体力Ｆ
ｉで打消すことができる。しかも、この最大流体力点ま
での流体力も、開口量Ｗｏが小さい時には開口量Ｗｉも
小さいので、それぞれの開口に生じる流体力をほぼ等し
い流体力で比例的に打消すことができる。

【００２８】また、このように再生状態から再生カット
状態へ切換わる時に生じる油の流体力を抑止してスムー
ズに移行させることが可能となるので、再生カットへの
切換圧力付近での使用であっても、再生と再生カット間
で頻繁に切換わることなくスムーズな作業を行うことが
でき、油圧ショベルのシリンダに適用してもハンチング
を防止した作業を行うことが可能となる。

【００２９】なお、上述した実施形態では、開口量Ｗ
ｏ，Ｗｉをほぼ同一量で図示しているが、流体力Ｆｏ，
Ｆｉが流体力角度によって異なるため、これらの開口量
Ｗｏ，Ｗｉは切換弁に応じて設定すればよい。

【００３０】また、上述した実施形態は一実施形態であ
り、この出願に係る発明の要旨を損なわない範囲での種
々の変更は可能であり、この出願に係る発明は上述した
実施形態に限定されるものではない。

【００３１】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００３２】絞りが開放した時にサブスプールに作用す
る流体力を打消すようにできるので、再生状態と再生カ
ット状態との間で絞りを計画通りに開放してスムーズに
移行させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示す再生切換弁の再生
状態を示す断面図である。

【図２】図１に示す再生状態の要部拡大図で、(a) は拡
大断面図、(b) はその拡大説明図である。

【図３】図１に示す再生切換弁の再生カット状態の要部
拡大図で、(a) は拡大断面図、(b) はその拡大説明図で
ある。

【図４】従来の技術に示された油圧ショベルのアームシ
リンダ作動システムを示す図である。

【図５】従来の技術に示された油圧シリンダ作動システ
ムの一例を示す油圧回路図である。

【図６】従来の再生切換弁に作用する流体力を説明する
ための断面図であり、(a) は再生時の拡大断面図、(b)
は再生カット時の拡大断面図、(c) は(b) に示すＡ部拡
大断面図、(d) は同流体力説明図である。

【符号の説明】

１…本体スプール ２，３…油路 ４…スプリング ５…サブスプール ５ｂ…端部 ５ｂ…端面 ５ａ…絞り部 ６…小径部 ７…油流路 ８…油導入部 ９…油路 １０…通孔 １１…絞り １２…油路 １３…タンク １４ａ…端面 １４…流体力打消し部材 １５…押圧ピストン １６ａ…案内孔 １６ｂ…導入孔 １６…保持部材 １７…導入孔 Ｆ,Ｆｏ,Ｆｉ…流体力 Ｈ…ヘッド側油室 Ｌ…距離 Ｗ,Ｗｏ,Ｗｉ…開口量 Ｐ…ピストン Ｒ…ロッド側油室 Ｓ…油圧シリンダ Ｖ…再生切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AC06 BA01 BA02 BA05 BB02 CA02 DA02 3H053 AA35 BA13 BC03 DA11 3H089 AA34 AA42 BB10 CC01 DA02 DB47 DB63 DB65 GG02 JJ02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧シリンダのロッド側油室とヘッド側
   油室とに供給する圧油の油路を有する本体スプールと、
   該本体スプール内で軸方向に移動可能なサブスプールと
   を有し、該本体スプールにロッド側油室からの戻り油を
   導入する戻り油導入部を設け、前記サブスプールに該戻
   り油導入部からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として
   供給する戻り油流路を設け、該サブスプールと本体スプ
   ールとの間に、該戻り油流路内の戻り油を逃す絞りを設
   けるとともに、該サブスプールの前記戻り油導入部に、
   該絞りを開放した時に生じる流体力と逆方向にほぼ同じ
   流体力を生じさせる流体力打消し部材を設けたことを特
   徴とする油圧シリンダの再生切換弁。
2. 【請求項２】 流体力打消し部材を、絞りで最大流体力
   を生じる開口量と、戻り油導入部の絞り側開口量とがほ
   ぼ同じ開口量となるように配設したことを特徴とする請
   求項１記載の油圧シリンダの再生切換弁。
3. 【請求項３】 流体力打消し部材を、戻り油導入部のス
   プール軸方向の両側に戻り油流路と通じる開口を形成す
   る円環部材で構成したことを特徴とする請求項１又は請
   求項２記載の油圧シリンダの再生切換弁。