JP2002081410A - 複数の油圧シリンダを多重作動させる装置 - Google Patents

複数の油圧シリンダを多重作動させる装置

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JP2002081410A JP2001193280A JP2001193280A JP2002081410A JP 2002081410 A JP2002081410 A JP 2002081410A JP 2001193280 A JP2001193280 A JP 2001193280A JP 2001193280 A JP2001193280 A JP 2001193280A JP 2002081410 A JP2002081410 A JP 2002081410A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1油圧シリンダ及び第2油圧シリンダを多重
作動させる装置。 【解決手段】 各シリンダはヘッド側ポートとロッド側
ポートを有している。装置は、タンク、タンクに接続さ
たポンプ及び制御バルブを含み、制御バルブはポンプに
接続された入口ポート、タンクに接続された出口ポート
並びに第１及び第2制御ポートを有する。また、装置
は、その各々が第１及び第２制御ポートのうちの対応す
る少なくとも１つに接続された少なくとも１つのポート
と、第１及び第２油圧シリンダのヘッド側ポート及びロ
ッド側ポートのうちの対応する１つに接続された少なく
とも１つの他のポートとを有し、制御バルブのそれぞれ
の第１及び第２制御ポートから第１及び第２油圧シリン
ダのうちの１つへ作動油を選択的に切換えて流すように
作動可能である少なくとも２つの２位置バルブを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に複数の油
圧シリンダを多重作動させる装置に関し、より詳細には
複数の油圧シリンダを選択的に多重作動させるように作
動油の流れを切換える装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】油圧システムは広範囲の作業遂行に利用
される。例えば、油圧システム、特に電動油圧システム
は、土木作業を行なうために、バックホーローダ、掘削
機、ホイールローダ、履帯式トラクタ等のような機械に
必要な動力を供給するために用いられる。このような機
械は一層複雑で精巧なものになってきている。バックホ
ーローダを例に取れば、油圧動力は複数の機能、例えば
旋回、ブーム操作、突出し、バケット操作、補助作業、
安定化等に利用されている。油圧システムに要求される
出力はシムテムが備えている出力を超過する可能性があ
る。それ故、システムは作動を分割、すなわち多重作動
するように設計されてきた。
【０００３】多重作動油圧システムは、所望のシリンダ
への作動油の流れを制御する手段を必要とする。従っ
て、作動油を所望の位置へ選択的に切換えて流す多くの
バルブが開発されてきた。しかしながら、これらのバル
ブは油圧システムにコスト上昇と複雑さをもたらす。機
械上の問題の発生可能性、及びパーツ交換費用の上昇
は、生産性を最大にし費用を最小にする必要がある装置
作業者にとっては追加の問題を生み出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】それ故、安価で容易に
取り替え可能である切換バルブを備えた油圧多重作動装
置を提供することが望まれる。また、設計または構造上
複雑でなく、従って機械故障が起こりにくい切換バルブ
を提供することが望まれる。本発明は上記の問題の１つ
またはそれ以上を解決しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様にお
いて、第１油圧シリンダ及び第２油圧シリンダを多重作
動させる装置が開示される。各シリンダはヘッド側ポー
トとロッド側ポートを有している。装置は、タンク、タ
ンクに接続さたポンプ及び制御バルブを含み、制御バル
ブはポンプに接続された入口ポート、タンクに接続され
た出口ポート並びに第１及び第2制御ポートを有する。
また、装置は、その各々が第１及び第２制御ポートのう
ちの対応する少なくとも１つに接続された少なくとも１
つのポートと、第１及び第２油圧シリンダのヘッド側ポ
ート及びロッド側ポートのうちの対応する１つに接続さ
れた少なくとも１つの他のポートとを有し、制御バルブ
のそれぞれの第１及び第２制御ポートから第１及び第２
油圧シリンダのうちの１つへ作動油を選択的に切換えて
流すように作動可能である少なくとも２つの２位置バル
ブを含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】図1には、本発明の実施形態の概
略線図を示す。図１に具体化されているシステム１００
は、さまざまな作業を行なうのに用いられる電動油圧シ
ステムの代表的な例である。例えば、電動油圧システム
は、所要の作業をおこなうのに大きな力を必要とする、
土工機械、建設機械、製造機械、及びその他の分野に広
範囲に用いられている。ポンプ１０２は、タンク１０４
から作動油を受けて、所要の作業を行なうために作動油
を供給する。油圧ポンプとタンクの構造及び作動はこの
技術ではよく知られており、ここにはこれ以上記述しな
い。
【０００７】制御バルブ１０６、方向制御バルブは、入
口ポート１１８でポンプ１０２からの作動油を受けて、
制御された状態で作業を行なうように作動油を導き、ま
た出口ポート１２０からタンク１０４に作動油を還流す
るのが好ましい。作動油は、制御バルブ１０６から第１
及び第２制御ポート１２２ａ及び１２２bを介して供給
されるのが好ましい。
【０００８】本発明の好ましい実施形態において、制御
バルブ１０６はプログラム可能な制御バルブであり、例
えば、図４〜図６に示しているような、比例圧力補償バ
ルブ１０６ａ〜１０６ｆである。この種のプログラム可
能な制御バルブは、電動油圧システムの負荷要求の関数
として所望の油圧制御特性をもたらすようになってい
る。制御バルブ１０６は、必要に応じて油圧制御特性を
変更するように、マイクロプロセッサによる制御システ
ムなどの電子制御システム（図示せず）によって制御さ
れるのが好ましい。制御バルブ１０６によってもたらさ
れる油圧負荷特性は、下記により詳細に説明する。
【０００９】複数の油圧シリンダ１０８は、制御バルブ
１０６から作動油を受け入れて、それに応答して、この
技術ではよく知られている手段によって、作業機能を行
なう。図１は、３個の油圧シリンダ１０８を示してお
り、すなわち第１油圧シリンダ１１０、及び共に作動で
きるように構成された２つのシリンダ１１２ａ、１１２
bを実際には含む第２油圧シリンダ１１２である。第１
及び第２シリンダ１１０及び１１２は、別個の独自した
作業機能を行なうようになっているのが好ましい。例え
ば、土工作業動作を行なうのに使われるバックホーは、
第１シリンダ１１０を傾斜用シリンダとして、第２シリ
ンダ１１２ａ、１１２ｂを旋回用シリンダとして用いる
ことができる。各々のシリンダ１０８は、作動油の流入
及び流出のためにヘッド側ポート１１４及びロッド側ポ
ート１１６を備えている。
【００１０】バックホーの傾斜用及び旋回用シリンダの
上記の例を参照すると、図1に示す実施形態は、下記に
述べる手段によって第１シリンダ１１０及び第２シリン
ダ１１２ａ、１１２ｂのうちの１つに作動油を供給する
ようになっている。ポンプ１０２及び制御バルブ１０６
によって供給される作動油は、第１シリンダ１１０ある
いは第２シリンダ１１２ａ、１１２ｂのいずれかに導か
れ、同時に双方に導かれることはない。 しかしなが
ら、油圧制御特性は、第１シリンダ及び第２シリンダ１
１０及び１１２間で異ならせることができる。例えば、
一般的なバックホーローダの傾斜用シリンダは、第１の
圧力範囲内での毎分１４８リットル（ｌｐｍ）の最大流
量を必要とし、同一機械の旋回用シリンダは第２の圧力
範囲内での毎分８０リットル（ｌｐｍ）の最大流量を必
要とする可能性がある。それ故に、第１及び第２シリン
ダ１１０及び１１２は、同一の制御バルブ１０６を共用
しているが、特性は一致していない。その結果、制御バ
ルブは、使用しているシリンダに適当な流量及び圧力レ
ベルを供給するために、制御特性を変更するようになっ
ている。図４〜図６の比例圧力補償制御バルブ１０６ａ
〜１０６ｆのようなプログラム可能な制御バルブがこの
場合には適している。
【００１１】制御特性の上記の変更は、作動油の流れが
第１及び第２シリンダ１１０及び１１２で切換わる場合
に、タイミングよく行なわれなければならない。好まし
い実施形態において、切換えは、制御バルブ１０６とシ
リンダ１０８間に位置する少なくとも１つの２位置バル
ブ１２３によって行なわれる。少なくとも１つの２位置
バルブ１２３は、電動油圧バルブであり、制御バルブ１
０６を制御する同一の電気制御システム(図示せず)で制
御され、従って、適時に制御された切換えが得られるこ
とが好ましい。
【００１２】引続き図1を参照すると、複数の２位置２
方向バルブ１２４ａ〜１２４ｄが、制御バルブ１０６か
ら第１及び第２シリンダ１１０及び１１２のうちの１つ
に作動油を切換えて流すようになっている。特に、２方
向バルブ１２４ｂ、１２４ｃ各々は、制御バルブ１０６
の第１制御ポート１２２ａに接続された第１ポート１２
６ｂ、１２６ｃを有し、２方向バルブ１２４ａ、１２４
ｄ各々は、制御バルブ１０６の第２制御ポート１２２b
に接続された第１ポート１２６ａ、１２６dを有してい
る。それに加えて、２方向バルブ１２４aは、シリンダ
１１２ａ、１１２ｂのヘッド側ポート１１４ａ、１１４
ｂに接続された第２ポート１２８ａを有し、２方向バル
ブ１２４ｂは、シリンダ１１２ａ、１１２ｂのロッド側
ポート１１６ａ、１１６ｂに接続された第２ポート１２
８ｂを有し、２方向バルブ１２４ｃは、シリンダ１１０
のロッド側ポート１１６ｃに接続された第２ポート１２
８ｃを有し、２方向バルブ１２４ｄは、シリンダ１１０
のヘッド側ポート１１４ｃに接続された第２ポート１２
８ｄを有している。
【００１３】２方向バルブ１２４ａ〜１２４ｄは、制御
バルブ１０６の第１及び第２制御ポート１２２ａ及び１
２２bから第１ 及び第２シリンダ１１０及び１１２のう
ちの１つに作動油を選択的に切換えて流すように構成す
るのが好ましい。例えば、第１シリンダ１１０へ作動油
を切換えて流す場合、２方向バルブ１２４ｃ、ｄは開
き、１２４ａ、１２４ｄは閉じて、第１シリンダ１１０
へ作動油を供給しかつ第２シリンダ１１２に作動油が供
給されるのを阻止する。
【００１４】２方向バルブ１２４ａ〜１２４ｄは、切換
バルブ組立体１２５にまとめることができ、つまり、２
方向バルブ１２４ａ〜１２４ｄは１つのユニットとして
設けらる１つのハウジングに納められる。しかしなが
ら、２方向バルブ１２４ａ〜１２４ｄは、別個のバルブ
として設けられることができ、つまり、各バルブは組立
てられ別々に設置されることが理解されよう。２方向バ
ルブ１２４ａ〜１２４ｄは、非比例（定形）バルブであ
り、オン及びオフのうちの１つにおいて機能するのが好
ましい。しかしながら、２方向バルブ１２４ａ〜１２４
ｄは、本発明の技術思想から外れることなく、比例バル
ブとすることができる。比例バルブを使用することによ
り、可変流量コンントロール、すなわち調量ができ、な
んらかの特有の目的を達成できる。例えば、シリンダ１
０８への作動油の流れを、同一のシリンダ１０８から出
る作動油の流れより異なる制御をし、重力や作用する負
荷などの外力に対してシリンダ１０８をさらに制御する
ことを可能にする。
【００１５】切換バルブ装置における多数の２方向バル
ブ１２４ａ〜１２４ｄの使用は、単一バルブの使用に優
る特有の利点をもたらす。例えば、各バルブ１２４は、
最初の取付け目的でも、取り替え目的でも、設計および
構造が簡単で、安価である。１つのバルブの故障は、よ
り容易に見付ることができる。バルブが故障しても、他
のバルブは正しく機能しているので、全体のシステムは
依然として機能することができる。
【００１６】図２には、本発明の第２の実施形態の概略
線図を示す。図２の装置１００は、図１に関して説明し
た装置１００と類似している。しかしながら、少なくと
も１つの２位置２方向バルブ１２４は、少なくとも１つ
の２位置４方向バルブ２０２と置き換えられている。
【００１７】４方向バルブ２０２ａ、２０２ｂは、図１
の２方向バルブ１２４ａ〜ｄと同様の作動を行なう。し
かしながら、４方向バルブ２０２ａ、２０２ｂは、違う
構成になっている。特に、第１の４方向バルブ２０２ａ
は、制御バルブの第１制御ポート１２２ａに接続された
第１ポート２０４ａを有し、第２の４方向バルブ２０２
ｂは、制御バルブの第２制御ポート１２２ｂに接続され
た第１ポート２０４ｂを有している。さらに、第１の４
方向バルブ２０２ａは、シリンダ１１２ａ、１１２ｂの
ヘッド側ポート１１４ａ、１１４ｂに接続された第２ポ
ート２０６ａと、シリンダ１１０のヘッド側ポート１１
４ｃに接続された第3ポート２０８ａとを有している。
第２の４方向バルブ２０２ｂは、シリンダ１１２ａ、１
１２ｂのロッド側ポート１１６ａ、１１６ｂに接続され
た第２ポート２０６ｂと、シリンダ１１０のロッド側ポ
ート１１６ｃに接続された第3ポート２０８ｂを有して
いる。
【００１８】作動中、４方向バルブ２０２ａ、２０２ｂ
は、制御バルブ１０６から第２シリンダ１１２ａ、１１
２ｂへの作動油通路を提供するように、図２に示されて
いる。それに代えて、第１シリンダ１１０に作動油を提
供することが望まれる場合には、４方向バルブ２０２
ａ、２０２ｂの位置は、第３ポート２０８ａ、２０８ｂ
が第１ポート２０４ａ、２０４ｂと接続するように切換
えられる。
【００１９】図３には、本発明の第３の実施形態の概略
線図を示す。装置は、２位置６方向バルブ３０２が２方
向あるいは４方向バルブ１２４あるいは２０２の代わり
に用いられていることを除き、図１及び図２と同様であ
る。６方向バルブ３０２は、制御バルブ１０６の第1及び
第２制御ポート１２２ａ及び１２２ｂにそれぞれ接続さ
れた第１及び第２ポート３０４ａ及び３０４ｂを有して
いる。また、６方向バルブ３０２は、第２シリンダ１１
２ａ、１１２ｂのヘッド側ポート１１４ａ、１１４ｂ、
第２シリンダ１１２ａ、１１２ｂのロッド側ポート１１
６ａ、１１６ｂ、第１シリンダ１１０のロッド側ポート
１１６ｃ、及び第１シリンダ１１０のヘッド側ポート１
１４ｃにそれぞれ接続された第３、第４、第５及び第６
ポート３０６ａ〜３０６ｄを有している。
【００２０】６方向バルブ３０２は、図３に示すよう
に、第１シリンダ１１０に作動油を供給するように位置
している。それに代えて、第２シリンダ１１２に作動油
を提供することが望まれる場合には、６方向バルブ３０
２は別の位置に切換えられる。図４〜図６は、油圧シス
テムが土工作業作動用のバックホーローダに配置されて
使われている３つの実施形態の概略線図を示す。一般的
なバックホーローダは、多数の仕事を行なういくつかの
油圧シリンダ１０８ａ〜１０８ｍを有している。例え
ば、シリンダの使用の例は、昇降、傾斜、旋回、突出
し、バケット操作、ブーム操作、安定化、及び補助機能
である。
【００２１】図４は、作動油を選択的に切換えて流すた
めに用いられる複数の２方向バルブ１２４について示し
ている。図５は、複数の４方向バルブ２０２に関して、
図６は複数の６方向バルブ３０２について示している。
他の点については、図４〜図６は互いに違いはない。5
個の比例圧力補償制御バルブ１０６ａ〜１０６ｅが、5
つのセットの２位置バルブ１２３ａ〜１２３ｅを介して
10個のシリンダ機能へ作動油を供給する。さらに、第６
の比例圧力補償制御バルブ１０６ｆが、シリンダ１０８
ｍへ作動油を供給する。２位置バルブ１２３ａ〜１２３
ｅがない場合には、１１個の制御バルブ１０６が必要と
なる。
【００２２】
【産業上の利用可能性】本発明を適用する例として、バ
ックホーローダのような油圧作動機械が、多くの作業行
なうために油圧装置を用いている。図４〜図６に示すよ
うに、各機能要素は、制御バルブで順次制御される1つ
あるいはそれ以上のシリンダによって動力を供給れる。
各制御バルブは、おそらくプログラム可能な圧力補償の
ような精巧な特徴を持つバルブをそなえるプログラム可
能な形態となるであろうから、複雑で高価となる可能性
がある。即ち、制御バルブは、異なった適用の機能とし
て油圧圧力を補償することができるものとなる可能性が
ある。本発明は、安価な２位置切換バルブを組込むこと
によって、１つより多いプログラム可能な制御バルブの
使用が可能となり、おそらく他のシリンダが同一の制御
バルブで多重作動されるのに比し、特有の作動要求を持
つことになるであろう多数のシリンダのうちの所望の１
つに作動油及び圧力を供給することが可能になる。本発
明のその他の態様、目的、及び特徴は、図面、説明、及
び添付の特許請求の範囲の精査によって理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施形態の概略線図である。
【図２】本発明の第2の実施形態の概略線図である。
【図３】本発明の第3の実施形態の概略線図である。
【図４】本発明の適用を示す第1の実施形態の概略線図
である。
【図５】本発明の適用を示す第２の実施形態の概略線図
である。
【図６】本発明の適用を示す第３の実施形態の概略線図
である。
【符号の説明】
１０２ ポンプ １０４ タンク １０６ 制御バルブ １０８ 油圧シリンダ １１０ 第１シリンダ １１２ 第２シリンダ １１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ シリンダのヘッド側ポ
ート １１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ シリンダのロッド側ポ
ート １１８ 入口ポート １２０ 出口ポート １２２ａ、１２２ｂ 制御ポート １２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ ２位置バル
ブ １２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ ２方向バル
ブ １２５ 切換バルブ １２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ 第１ポート １２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄ 第２ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー エイチ ニッパート アメリカ合衆国 イリノイ州 61615− 9787 ピオーリア イースト モスヴァイ ル ロード 710 (72)発明者 マーク ディー シェイン アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27529−7735 ガーナー モーニング グ ローリー ドライヴ 309 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AA02 AB03 AB04 BA02 BB02 CA02 DA04 3H089 AA61 BB27 CC01 CC12 DB32 DB44 DB46 DB48 EE36 JJ01 JJ02 JJ07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々がヘッド側ポート及びロッド側ポー
    トを有する、第１油圧シリンダ及び第２油圧シリンダを
    多重作動させる装置であって、 タンクと、 前記タンクに接続されたポンプと、 前記ポンプに接続された入口ポート、前記タンクに接続
    された出口ポート、並びに第１及び第２制御ポートを有
    する制御バルブと、 各々が、前記第１及び第２制御ポートのうちの対応する
    少なくとも１つに接続された少なくとも１つのポート
    と、前記第１及び第２油圧シリンダの前記ヘッド側ポー
    ト及びロッド側ポートのうちの対応する１つに接続され
    た少なくとも１つの他のポートとを有し、前記制御バル
    ブの前記それぞれの第１及び第２制御ポートから前記第
    １及び第２油圧シリンダのうちの１つへ作動油を選択的
    に切換えて流すように作動可能である少なくとも２つの
    ２位置バルブと、を含むことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記第１及び第２油圧シリンダのうちの
    少なくとも１つは、複数のシリンダを含むことを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記制御バルブは、プログラム可能なバ
    ルブであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記制御バルブは、前記第１油圧シリン
    ダへ第１のセットの油圧制御特性を与え、前記第２油圧
    シリンダへ第２のセットの油圧制御特性を与えることを
    特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２のセットの圧力制御特
    性は、前記それぞれの第１及び第２油圧シリンダの負荷
    要求の関数として決定されることを特徴とする請求項４
    に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも２つの２位置バルブは、
    複数の２位置２方向バルブ含み、前記２方向バルブの第
    １の部分の各々は、前記第１及び第２制御ポートのうち
    の１方に接続された第１ポートを有し、前記２方向バル
    ブの第２の部分の各々は、前記第１及び第２制御ポート
    のうちの他方に接続された第１ポートを有し、前記２方
    向バルブの第１の部分の各々は、前記複数のシリンダの
    前記ヘッド側及びロッド側ポートのうちの１方に接続さ
    れた第２ポートを有し、前記２方向バルブの第２の部分
    の各々は、前記複数のシリンダの前記ヘッド側及びロッ
    ド側ポートのうちの他方に接続された第２ポートを有
    し、前記複数の２方向バルブは、前記制御バルブの前記
    それぞれの第１及び第２制御ポートから前記複数のシリ
    ンダのうちの所望の少なくとも１つへ作動油を選択的に
    切換えて流すように作動可能であることを特徴とする請
    求項２に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記複数の２位置２方向バルブは、切換
    バルブ組立体で構成されていることを特徴とする請求項
    ６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも２つの２位置バルブは、
    複数の２位置４方向バルブ含み、前記４方向バルブの第
    １の部分の各々は、前記第１及び第２制御ポートのうち
    の１方に接続された第１ポートを有し、前記４方向バル
    ブの第２の部分の各々は、前記第１及び第２制御ポート
    のうちの他方に接続された第１ポートを有し、前記４方
    向バルブの第１の部分の各々は、前記複数のシリンダの
    前記ヘッド側及びロッド側ポートのうちの対応する１つ
    に接続された第２ポート及び第３ポートを有し、前記４
    方向バルブの第２の部分の各々は、前記複数のシリンダ
    の前記ヘッド側及びロッド側ポートのうちの前記対応す
    る他方に接続された第２ポート及び第３ポートを有し、
    前記複数の２方向バルブは、前記制御バルブの前記それ
    ぞれの第１及び第２制御ポートから前記複数のシリンダ
    のうちの所望の少なくとも１つへ作動油を選択的に切換
    えて流すように作動可能であることを特徴とする請求項
    ２に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記複数の２位置４方向バルブは、切換
    バルブ組立体で構成されていることを特徴とする請求項
    ８に記載の装置。
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