JP2004360751A - 油圧制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】油圧制御装置の制御弁2は、油圧ポンプ1、タンク、アクチュエータに接続され、その主切換スプール50の近傍にはシート弁本体4が配置される。シート弁本体の内部には軸方向の貫通路である内部通路27を形成したパイロットスプール5を摺動自在且つ液密に支持する。パイロットスプールの下方はポンプ通路7に連通している。又その反対側には隣接する2つの油室26、25がピストン35を介して形成配置される。油室26には外部信号圧力が導かれる。一方、パイロットスプールの背室19には、供給通路8の圧力と内部通路の圧力との大きいほうを高圧選択手段15で選択し、絞り17を介して導かれている。前記パイロットスプールの摺動位置は外部信号圧力により定められる。
【選択図】 図1
Description
【産業上の利用分野】
本発明は油圧ショベル等の油圧機械に適用される制御弁に係る油圧制御装置であって、特に制御弁の切換スプールによる流量調整に加え、シート弁に対しても負荷保持機能を持たせつつ、外部信号によりその開度を調整可能とし、且つコンパクトで制御性が良好で信頼性の高い油圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術には例えば、特許第2987279号公報が有る。同公報には弁ボディー内に切換スプール及びこの近傍にシート弁を配置し、当該切換スプールの操作により、シート弁を経てシリンダポートに接続されたアクチュエータに圧油を供給する場合において、シート弁にシリンダポートからポンプ供給通路側への圧油の逆流防止機能を持たせつつ、当該シート弁に対しても、主切換弁の移動による流量調整機能に加えて、補助的な流量調整機能を持たせた例が示されている。
【0003】
この実施態様として、シート弁の背室と外部との接続通路上にパイロットスプールを設け、外部信号によりパイロットスプールを介して前記接続通路の開口面積を制御すると共に、シート弁の外形部に設けた可変絞り部を介してポンプ通路からシート弁の背室を連通し、もって切換スプールの移動による流量調整に加えてシート弁の開度もあわせて調整することによりアクチュエータへの供給油量にさらに自由度を持たせて母機の操作性向上を図るとする技術が開示されている。
【0004】
しかしながら、当該従来技術においては、シート弁本体の開度はシート弁前面に作用する圧油の圧力とシート弁背面の背室の圧力がバランスした状態で安定するが、シート弁前面の圧力はシート弁の開度によっても変化し、しかもフィーダー通路からシート弁背室へのシート弁に設けた可変絞りの開度は、シート弁の位置、つまりシート弁穴に対する相対位置によって一義的に定まるので、パイロットスプール部の信号圧力に対する開度、ポンプ通路からシート弁背室への可変絞りの面積変化量や相対的面積変化量の調整が難しく、且つ、同一のパイロットスプール操作信号であっても負荷や切換弁の操作条件が変化した場合には特性にばらつきが発生し、シート弁の動作が不安定になる等の問題がある。
【0005】
さらに、パイロットスプールをシート弁とは別の固定ブロックに内蔵させているのでスペース上も大きくなり且つ、シート弁との信号圧力の授受上の位置の制約や、配管上当該ブロックの取付け方向にも制限を受ける等の問題がある。
【0006】
【特許文献1】
特許第2987279号公報(特に図6、図9、図11及び図20)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、油圧ショベル等の油圧機械用の油圧制御装置において、負荷圧力の高低に関わらず、外部信号に対応して、当該油圧制御装置の切換弁に接続されたアクチュエータへの最大流量を調整することのできる非常にコンパクト且つ信頼性の高い油圧制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る油圧制御装置は、好適には
制御弁に油圧ポンプ、タンク、アクチュエータを接続し、当該制御弁に含まれる切換弁の主切換スプールの近傍にシート弁を配置し、前記主切換スプールを外部信号により移動させて、前記切換弁の内部に構成された複数の油圧通路間を連通・遮断することにより前記油圧ポンプの圧油を前記アクチュエータへ供給し、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへは前記切換弁のポンプ通路、シート弁、供給通路及びシリンダ通路を経て圧油を供給し、前記シート弁は前記ポンプ通路と前記供給通路の間に設けた油圧制御装置において、前記制御弁が、
前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に前記シート弁と同心且つ一体的に設けた小径部と、
この小径部の内部に、軸方向の貫通路を有するパイロットスプールを摺動自在且つ液密に支持すると共に当該パイロットスプールの一端部に前記ポンプ通路の圧力が作用するよう形成した内径部と、
前記パイロットスプールの他端側に隣接して配置形成され前記貫通路に連通する第1の油室及び同第1の油室とピストンを介して配置形成されると共に外部信号圧力の作用を受けるよう接続された第2の油室と、
前記パイロットスプールをその軸方向に付勢するバネ手段と、
前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に形成された背室と、
前記パイロットスプールの貫通路を介して与えられるポンプ通路の圧力と前記供給通路の圧力を高圧選択手段及び絞りを介して前記背室に導く通路手段と、
前記背室と前記供給通路の間に形成された連通路とからなり、
当該連通路の開度を前記シート弁と前記パイロットスプールの相対移動により調整するよう構成される。
【0009】
その場合、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積と同一に設定することができる。
【0010】
又、その場合、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積より大きく設定することもできる。
【0011】
さらに又、その場合、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積より小さく設定することもできる。
【0012】
また、前記パイロットスプールへ作用させるバネ力は、当該パイロットスプールに作用させる外部信号の上昇に応じてシート弁の開度を低減する向きに作用させることができる。
【0013】
又その場合、前記パイロットスプールへ作用させるバネ力は、当該パイロットスプールに作用させる外部信号の上昇に応じてシート弁の開度を拡大する向きに作用させることもできる。
【0014】
又、油圧制御装置は前記制御弁を1つまたは複数備えて構成されることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図1乃至図4を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明による油圧制御装置の実施例を示す油圧回路図であり、図2は図1の制御弁の拡大断面図、図3は、シート弁本体の一部に油通路として設けた横穴とパイロットスプールの油通路肩部で形成される可変開口部の拡大図である。なお、前記図1、図2ではシート弁本体が中間開口状態に保持された状態を示している。
【0017】
図1において、参照符号1は油圧ポンプ、同2は制御弁であり、この制御弁2の内部にはポンプ通路7、バイパス通路12、供給通路8,8A,8Bならびに一対のシリンダ通路9A,9B及びタンク通路10A,10Bが設けられている。そしてこれら各通路に交差して設けたスプール穴49には切換スプール50が摺動自在且つ液密に支持されている。ポンプ通路7と供給通路8との間にはシート弁本体4がその背部にバネ18の力を受けて、これら両通路を遮断する方向に支持されている。また、シート弁本体4には、先端部に切欠き部33が設けてあり、シート弁本体4が移動した時これら切欠き部33が供給通路8に開口し、油圧ポンプ1から通路59を経てポンプ通路7に供給された圧油を供給通路8へ繋げる。
【0018】
シート弁本体4の背部には小径部70を設けてあり、この小径部70の内部には内径部22を設け、当該内径部22にはパイロットスプール5が摺動自在且つ液密に嵌合している。また、前記小径部70は、シート弁ブロック3のブロック穴71により摺動自在且つ液密に支持されている。
【0019】
パイロットスプール5の一端72はシート弁本体4の内部でポンプ通路7に面しており、また、パイロットスプール5の他端には2つの油室25、26を設け、図中、油室26へはパイロットスプール5の内部に設けた通路27によりパイロットスプール5の一端72の圧油を導いている。なお、油室26はピストン35が摺動自在且つ液密に嵌合しており、当該ピストン35の径部d2の面積は、実施態様として、パイロットスプール5の一端72部の径d1の面積と同じに設定してある。
【0020】
後述するように、ピストン35に対しては油室25へも外部信号圧力を作用させるのでその両端に圧力を受けるが、本発明の実施においては通常油室26の圧力が油室25の圧力に比較し高いので、ピストン35は通常図1、図2に示した状態に維持されるようになっている。
【0021】
また、パイロットスプール5の他端近傍に設けた括れ部29へは、内部通路27、通路28を経て、ポンプ通路7に圧油が導かれており、当該圧油はさらに通路14を経て高圧選択手段15に至り、一方当該高圧選択手段へは通路13を経て供給通路8の圧油も導かれ、これらポンプ通路7と供給通路8のいずれか高いほうの圧力が高圧選択手段で選択され、更に絞り17を経て、シート弁本体4の背部に構成した油室である背室19へ導かれている。
【0022】
背室19は、シート弁小径部70に設けた通路31、小径部の内径部22とパイロットスプール5の小径部73によって形成される通路32を経て、パイロットスプール5に設けた通路30に至り、さらに油室20、通路34、通路13を経て供給通路8へ接続されている。なお、通路32から通路30を経て油室20へ至る通路の開度aは、図3(a)、(b)に示すように、シート弁小径部70つまり、シート弁本体4とパイロットスプール5の相対位置によって変化する。又、シート弁小径部70の端部とパイロットスプール段付部に形成される油室24はドレンラインに接続され低圧を維持している。なお、前記通路32、30、油室20、通路34及び通路13は本発明における連通路を構成している。
【0023】
パイロットスプール5の他端側に設けた油室25にはパイロットスプール5に対して、これをシート弁小径部70から引き出す方向、つまり図3(a)における開口面積aを拡大する方向にバネ6の力を作用させてある。更に、油室25へ外部信号圧力を作用させ、パイロットスプール5に対して前記バネ6の力に対抗して図3の開口面積aを縮小する向きに作用させる。尚、この外部信号圧力の作用するパイロットスプール5の面積は直径d3とd2によって形成される環状面積となる。又、シート弁本体4と一体的に構成された小径部70の端部80は油室20に露出している。なお以上の説明で、前記油室26、油室25は、それぞれ本発明における第1の油室、第2の油室を構成している。
【0024】
次に作動について説明する。
【0025】
図1、図2において、切換スプール50の両端に信号圧力が作用していないときは、当該切換スプール50の括れ部82,83がポンプ通路7をバイパス通路12に接続しているので、油圧ポンプ1からの圧油は通路104、ポンプ通路7、バイパス通路12、通路106及び切換弁102のバイパス通路103を経てタンク107へ排出される。この場合、一対のシリンダ通路9A,9B共、他の通路から遮断されている。
【0026】
次に、例えば切換スプール50の左端に外部信号圧力を作用させ、図1、2の状態にこれを移動させた場合、ポンプ通路7は切換スプール50のランド84,86によってバイパス通路12から遮断されるので油圧ポンプ1の圧油はシート弁本体4を開口させ、供給通路8、8Aを経、切換スプール50の括れ部86を経てシリンダ通路9Aに流れ、更に通路64を経てシリンダ室67に流入してピストンを作動させ負荷68を駆動すると共に、他側のピストン室67の油圧油を通路65、他のシリンダ室9B、切換スプール50の括れ部87を経てタンク通路10Bへ戻す。
【0027】
この過程でさらに他の切換弁102の切換スプール112を、例えば入力部113Aに外部信号を与えて操作し、油圧ポンプ1の圧油を、通路105を介して切換弁102、通路108を経てシリンダ油室109へ供給し負荷112を駆動しようとした場合、仮に、切換弁2の負荷圧が切換弁102の負荷圧に比較し低い場合には油圧ポンプ1の圧油は専ら切換弁2側へのみ流れようとする。
【0028】
ところで、本発明においては、パイロットスプール5の一端72と他端に設けた油室26に作用する油圧力は、内部通路27によって連通し、且つd1、d2は等しく設定してある。従って、互いに相殺し、更には油室24がドレンラインに接続されているので、結果的にブロック3に対するパイロットスプール5の位置は、バネ6の力と油室25の油圧力によって定まる。
【0029】
従って、パイロットスプール5は油室25に供給される外部信号圧力の上昇に応じて図中下方へ移動するようになっている。一方、シート弁本体4の背室19へはポンプ通路7と供給通路8のいずれか高い方の圧力が導入されるが、上述した例の場合には、ポンプ通路7の圧油が、通路27、28、29、14、高圧選択手段15、通路34、絞り17を経て導かれている。同時に、シート弁本体4はその前面の直径D1部に作用するポンプ通路7の圧力により力を受け、図中上方へ後退しようとするので、前記背室19内の圧油は通路31、32、30を経て油室20へ流出しようとする。
【0030】
この場合、パイロットスプール5は、油室25に作用する油圧力とバネ6の力が平衡した位置に保持されているので、シート弁本体4が後退すると図3(b)に示す開口面積aが縮小し、最終的には、背室19への絞り17を経て流入する油圧油と、可変開口部aから流出する油圧油がバランスする。
【0031】
シート弁の開度はシート弁本体4の前後に作用する油圧力が平衡した位置で保持される。また、この平衡位置はパイロットスプール5の位置つまり、油室25に作用させる外部信号圧力により容易に調整することができる。
【0032】
本発明の場合は、従来技術のように互いにパイロットスプールとシート弁本体の相対位置関係が独立し、シート弁背室の油圧力調整のみによる流量制御とは異なり、先ず外部信号圧力によりパイロットスプール5の位置を定め、この位置に自動追従させてシート弁本体4の位置を制御するので、極めて安定し且つ高精度の流量制御を遂行することができるものである。
【0033】
一方、切換弁2を操作した後、切換弁102を並行して操作した場合であって、負荷68の駆動圧力が負荷120の駆動圧力に比較し高い場合には、切換弁102の操作によりそれまで切換弁2へ流れていた圧油は、軽負荷側の切換弁102へ流れるのでポンプ通路7の圧力は供給通路8の圧力より低下し、このためシリンダ室67の圧油は通路64、シリンダ通路9A、括れ部89、供給通路8を経てポンプ通路7側へ逆流しようとする。しかし、この場合には供給通路8の圧油は背室19、油室20に面するシート弁本体4に対してこれを図中下方に作用するので通常の逆止弁と同様、確実にシリンダ通路から油圧ポンプへの逆流を防止することができる。
【0034】
以上は、外部信号圧力の上昇に応じてシート弁の開度を制限する実施例を示したが、図4に示すように、上述例に対し、ドレン配管と、外部信号圧力の配管を入れ替え、パイロットスプールに対するバネ力の作用方向を逆向きに設定することにより、外部信号圧力の上昇に応じてシート弁の開度を拡大する方向にも制御することができる。
【0035】
更には、図1,2におけるパイロットスプール5の一端の径d1に対して他端のピストン35の径d2を若干大きくすることによりポンプ通路7の圧力上昇に従い、前記d1、d2の面積差により発生する力が次第に上昇するので、同一の外部信号圧力に対してもパイロットスプールにはこの面積差による力の分バネ6において、作用する力が増加し、パイロットスプール5は、シート弁の開度をより低減する位置で保持される。
【0036】
従って、例えば複数のアクチュエータを有し、これらを同時に操作する場合であって本発明におけるシート弁をより軽負荷のアクチュエータ例えばシリンダに適用すれば、そのシート弁の開度はポンプ圧力の上昇にしたがって低減されるので、前記シリンダへ供給される油量は略圧力補償されることとなり、負荷圧力に関わらず略一定のシリンダ速度を得ることができ、簡単な方法で機械の操作性を向上させることが可能である。
【0037】
一方、上述した場合とは逆に、図1、2におけるパイロットスプール5の一端の径d1に対して他端のピストン35の径d2を若干小さくすることにより、ポンプ通路7の圧力上昇に伴い、d1、d2の面積差により発生する力が次第に上昇するので、同一の外部信号圧力に対してもパイロットスプール5にはこの面積差による力の分バネ6に作用する力が減少し、パイロットスプール5は、シート弁の開度をより拡大する位置で保持されることとなる。従って、例えば複数のアクチュエータを有し、これらを同時に操作する場合であって本発明におけるシート弁を高負荷側のアクチュエータ、たとえばシリンダに適用すれば、シート弁の開度はポンプ圧力の上昇にしたがって拡大されるので、前記シリンダへ供給される油への抵抗がより軽減されることになり、高負荷荷重操作時においても、圧力損失が低減され、機械の効率が大幅に向上する。
【0038】
以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明は上記の実施形態例に限定されることなく、当業者がその精神から逸脱しない範囲で種々の設計変更、変形を行うことができることはもちろんである。
【0039】
【発明の効果】
本発明による油圧制御装置は、
制御弁に油圧ポンプ、タンク、アクチュエータを接続し、当該制御弁に含まれる切換弁の主切換スプールの近傍にシート弁を配置し、前記主切換スプールを外部信号により移動させて、前記切換弁の内部に構成された複数の油圧通路間を連通・遮断することにより前記油圧ポンプの圧油を前記アクチュエータへ供給し、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへは前記切換弁のポンプ通路、シート弁、供給通路及びシリンダ通路を経て圧油を供給し、前記シート弁は前記ポンプ通路と前記供給通路の間に設けた油圧制御装置であって、前記制御弁が、
前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に前記シート弁と同心且つ一体的に設けた小径部と、この小径部の内部に、軸方向の貫通路を有するパイロットスプールを摺動自在且つ液密に支持すると共に当該パイロットスプールの一端部に前記ポンプ通路の圧力が作用するよう形成した内径部と、前記パイロットスプールの他端側に隣接して配置形成され前記貫通路に連通する第1の油室及び同第1の油室とピストンを介して配置形成されると共に外部信号圧力の作用を受けるよう接続された第2の油室と、前記パイロットスプールをその軸方向に付勢するバネ手段と、前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に形成された背室と、
前記パイロットスプールの貫通路を介して与えられるポンプ通路の圧力と前記供給通路の圧力を高圧選択手段及び絞りを介して前記背室に導く通路手段と、前記背室と前記供給通路の間に形成された連通路とからなり、当該連通路の開度を前記シート弁と前記パイロットスプールの相対移動により調整するよう構成されており、
従って、非常にコンパクトで、信頼性、制御性に優れ、逆止弁としての機能を兼ね備え、外部信号圧力により調整可能なシート弁及び当該シート弁を使用した油圧制御装置を提供でき、このような油圧制御装置を搭載した油圧機械・装置の操作性向上、適用範囲の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による油圧制御装置の実施例を示す油圧回路図である。
【図2】図1における制御弁の拡大断面図である。
【図3】シート弁本体の一部に油通路として設けた横穴とパイロットスプールの油通路肩部で形成される部分を示す図であって、であって、(a)は肩部近傍の拡大図、(b)は(a)のZ矢視であって可変開口部の拡大図である。
【図4】図2の外部信号圧力とドレンとの接続管路を入れ替えた場合を示す図である。
【符号の説明】
1 油圧ポンプ
2 制御弁
3 ブロック
4 シート弁本体
5 パイロットスプール
6 バネ
7 ポンプ通路
8 供給通路
8A,8B 供給通路
9A,9B シリンダ通路
10A,10B タンク通路
12 バイパス通路
13,14,16 通路
15 高圧選択手段
17 絞り
18 バネ
19 背室
20,24 油室
22 内径部
25 油室
26 油室
27 内部通路
28 通路
29 括れ部
30,31,32,34 通路
33 切欠き部
35 ピストン
49 スプール穴
50 切換スプール
51,52,53,54,55,56,57,58 切欠き
59 通路
64,65 通路
67 ピストン室
68 負荷
70,73 小径部
71 ブロック穴
72 一端
81 入力部
82,83,87,89 括れ部
84,85,86 ランド
102 切換弁
103 バイパス通路
104,105,106,108 通路
107 タンク
112 切換スプール
113A,113B 入力部
120 負荷
Claims (7)
- 制御弁に油圧ポンプ、タンク、アクチュエータを接続し、当該制御弁に含まれる切換弁の主切換スプールの近傍にシート弁を配置し、前記主切換スプールを外部信号により移動させて、前記切換弁の内部に構成された複数の油圧通路間を連通・遮断することにより前記油圧ポンプの圧油を前記アクチュエータへ供給し、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへは前記切換弁のポンプ通路、シート弁、供給通路及びシリンダ通路を経て圧油を供給し、前記シート弁は前記ポンプ通路と前記供給通路の間に設けた油圧制御装置において、前記制御弁は、
前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に前記シート弁と同心且つ一体的に設けた小径部と、
この小径部の内部に、軸方向の貫通路を有するパイロットスプールを摺動自在且つ液密に支持すると共に当該パイロットスプールの一端部に前記ポンプ通路の圧力が作用するよう形成した内径部と、
前記パイロットスプールの他端側に隣接して配置形成され前記貫通路に連通する第1の油室及び同第1の油室とピストンを介して配置形成されると共に外部信号圧力の作用を受けるよう接続された第2の油室と、
前記パイロットスプールをその軸方向に付勢するバネ手段と、
前記シート弁の前記ポンプ通路に面する側と反対側に形成された背室と、
前記パイロットスプールの貫通路を介して与えられるポンプ通路の圧力と前記供給通路の圧力を高圧選択手段及び絞りを介して前記背室に導く通路手段と、
前記背室と前記供給通路の間に形成された連通路とからなり、
当該連通路の開度を前記シート弁と前記パイロットスプールの相対移動により調整するよう構成した油圧制御装置。 - 請求項1において、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積と同一に設定したことを特徴とする油圧制御装置。
- 請求項1において、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積より大きく設定したことを特徴とする油圧制御装置。
- 請求項1において、前記パイロットスプールの他端に設けられポンプ通路の圧力の作用する油室の作用面積は、これと対抗して一端側に供給圧力の作用する作用面積より小さく設定したことを特徴とする油圧制御装置。
- 請求項1乃至4において、前記パイロットスプールへ作用させるバネ力は、当該パイロットスプールに作用させる外部信号の上昇に応じてシート弁の開度を低減する向きに作用させることを特徴とする油圧制御装置。
- 請求項1乃至4において、前記パイロットスプールへ作用させるバネ力は、当該パイロットスプールに作用させる外部信号の上昇に応じてシート弁の開度を拡大する向きに作用させることを特徴とする油圧制御装置。
- 請求項1記載の制御弁を1つまたは複数備えて構成された油圧制御装置。
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