JP2008537069A - 油圧モータ用の切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材を付加することなく上記のような不意の動き（ガタつき）を防止することができる切換弁を提供すること。
【解決手段】荷重を持ち上げる装置における油圧モータ１用の切換弁３において、ばね３３によって付勢された逆止弁３２をスプール弁体２０内に設け、補助溝２８を、第１の径方向孔２９を介して前記逆止弁３２の一端に接続するとともに、第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２３を、第２の径方向孔３１を介して前記逆止弁３２の他端に接続し、前記逆止弁３２を第２の負荷ポートＢにおける圧力により開放可能に形成し、前記補助溝２８を前記第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２３と第２の負荷ポート用溝部２４の間に設けるとともに、該補助溝２８の両側をシーリングシリンダ３５，３６で画成した。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による油圧モータ用の切換弁に関する。この油圧モータは、特にクレーン等における油圧ウインチの駆動に用いられ、このようなウインチにより荷重が昇降せしめられる。

特許文献１には、荷重に拘らず油圧モータを制御可能な切換弁が開示されている。又、特許文献２には、本発明と同様な目的で使用される切換弁が開示されている。
独国特許出願公開第３９４１８０２号明細書 独国特許第４１３６９９１号明細書 H. Ebertshaeuser, "Fluidtechnik von A bis Z", Vereinigte Fachverlage Krauskopf/Ingenieur-Digest, 1. Auflage, 1989, p. 353, 354 Dubbel, "Taschenbuch fuer den Maschinenbau", Springer-Verlag, 19. Auflage, p. H5

しかしながら、通常、ラジアルピストン機械としてではなく、アキシャルピストン機械として形成される油圧モータの作動特性上、その吐出量が一定でなく周期的に脈動してしまう。尚、このことは例えば非特許文献１に記載されている。

又、このような脈動は、油圧モータの回転数が低い場合に特に不快に感じられ、仮に、静荷重を停止状態から上昇させる場合、上昇開始時に幾らか不意の動き（ガタつき）を生じてしまう。そして、これと同じようなことが荷重が目標位置に到達する際にも起こってしまう。このような不意の動き（ガタつき）は非常に不都合なものである。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、構成部材を付加することなく上記のような不意の動き（ガタつき）を防止することができる切換弁を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の特徴により達成される。尚、その他の好ましい実施の形態は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、構成部材を付加することなく荷重の運動開始時及び停止時の不意の動き（ガタつき）を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には油圧モータ１が示されており、該油圧モータ１は、荷重２を昇降させるための不図示のケーブルウインチを駆動する。図中に矢印で示すように、油圧モータ１の回転の正逆を切り換えることにより荷重２が上下する。ここで、油圧モータ１は、第１の負荷ポートＡ、第２の負荷ポートＢ、ポンプポートＰ及びタンクポートＴの流路を切り換える切換弁３により制御されており、該切換弁３と油圧モータ１の間の一方の管路には、荷重２の下降をコントロールする負荷保持切換弁４が設けられている。尚、これらは従来から公知なものである。

而して、“上昇”運転時には、作動油は、切換弁３におけるポンプポートＰから第１の負荷ポートＡを通過し、当該作動油の圧力で開放される負荷保持切換弁４の逆止弁を経て油圧モータ１へ到達し、該油圧モータ１を駆動する。これと同時に、同量の作動油が油圧モータ１から第２の負荷ポートＢを経てタンクポートＴへ排出される。尚、これについては切換弁３の管路図に示されている。

一方、“下降”運転時には、作動油の流通方向が逆転され、負荷保持切換弁４により下降運動が制御される。

そして、このような油圧モータ１は、例えば非特許文献２に示されるようなアキシャルピストンポンプ等の可変容積型機械に使用される。

しかし、このように使用する場合には、このような機械がその動作に相当な脈動度δを有しているためにその吐出量が不均一であるというデメリットがある。しかも、荷重２の上昇を開始する際、即ち油圧モータ１の回転数が非常に低い場合に、荷重２が一瞬下降してしまう。又、これと同様なことが荷重２の停止時にも起こってしまう。従って、この場合、高効率での運転はほぼ不可能であり、危険トルクを生じることになる。

このような重大な問題の少なくとも一部を解決するために、図２に示すように、油圧モータ１の低回転時における不均一な回転運動を少なくするよう油圧モータ１のリターンパイプに弁機構１０を組み込むことが行われた。ここでは、付勢された第１の逆止弁１１と付勢されていない第２の逆止弁１２が互いに並列に第２の負荷ポートＢに接続する管路に設けられている。尚、本出願人は２００１年にこのような弁機構１０を開発している。

そして、このような弁機構１０により、上昇運転中における圧力脈動の一部相殺が可能となった。油圧モータ１から切換弁３へ流通する作動油は、弁機構１０を通過し、第２の逆止弁１２を閉鎖する方向に流れてこれを閉鎖する。そのため、作動油は、その圧力が付勢力より大きい間は第１の逆止弁１１のみを流通する。

従って、油圧モータ１が油圧により予め負荷されるため、低い回転数でも不均一な始動が改善される。即ち、脈動度δが改善される。

しかしながら、上記のような弁機構１０を備えたものは生産上複雑なものであり、コストが大きくなる上、大きな空間を必要とする。そこで、本発明のもう１つの目的は、上記解決策を機能的な面で改良することである。

図３には、ハウジング２１内に配設されたスプール弁体２０が示されている。このスプール弁体２０は、ハウジング２１の空胴部２２内で矢印で示すように左右に摺動する。スプール弁体２０のこのような左右への摺動は、少なくとも１つの電気式、油圧式又は空気圧式の駆動装置により行われる。尚、本実施の形態におけるスプール弁体２０には、駆動装置の数量及び機構は関係がないので、このような駆動装置は図示していない。

而して、通常、このような切換弁１５ではハウジング２１内に空胴部２２へ開口したポートがあり、図３では、右からタンクポートＴ、第１の負荷ポートＡ、ポンプポートＰ、第２の負荷ポートＢ及びタンクポートＴの５つが空胴部２２へ開口している。

又、構造上の理由から２つのタンクポートＴが設けられているが、通常、これらはハウジング２１内で合流するよう構成されている。そして、荷重２の上昇運転及び下降運転を行えるよう、第１及び第２の負荷ポートＡ，ＢはポンプポートＰ或いはタンクポートＴと交互に連通するよう設定されている。

更に、前記５つのポートであるタンクポートＴ、第１及び第２の負荷ポートＡ，Ｂ及びポンプポートＰ間の種々の連通を行うために、スプール弁体２０は特有のリング状の溝部を備えている。即ち、図中左から、第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２３、第２の負荷ポート用溝部２４、ポンプポート用溝部２５、第１の負荷ポート用溝部２６及び第１の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２７が設けられている。尚、これらの機能は通常の切換弁と同様である。

又、図３に示されたスプール弁体２０の空胴部２２内の位置ではポンプポートＰが閉鎖されており、該ポンプポートＰと第１及び第２の負荷ポートＡ，Ｂとの接続はなされていない。従って、油圧ポンプ１は、これに作動油が供給されないため停止した状態である。即ち、油圧ポンプ１はゼロ位置或いは中立位置にある。

而して、本発明によれば、図３に示す油圧モータ１（図１）の切換弁３は第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２３と第２の負荷ポート用溝部２４の間に更に補助溝２８を備えており、該補助溝２８の底部から第１の径方向孔２９が延設されている。この第１の径方向孔２９は軸方向孔３０に連通しており、軸方向孔３０は、この連通した部分と逆側の端部で第２の軸方向孔３１に開口している。そして、この第２の軸方向孔３１は、第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部２３に連通しており、従って、タンクポートＴにも連通している。

本発明における重要な特徴は、ばね３３により付勢された逆止弁３２が軸方向孔３０内に設けられ、且つ、この逆止弁３２が第２の負荷ポートＢからの高い圧力により開放されることである。尚、この効果については後述する。

ところで、第２の負荷ポートＢとタンクポートＴの間の流量を制御するための縁部を特別に形成することが望ましい。そして、スプール弁体２０の補助溝２８の両側には短いシリンダ状の部分、即ちシーリングシリンダ３５及び第２のシーリングシリンダ３６が設けられている。尚、該第２のシーリングシリンダ３６から左へ、順に、緩い傾斜を有する第１のテーパ部３７及びきつい傾斜を有する第２のテーパ部３８が設けられている。

そして、図４〜図７にはそれぞれ図３の点線の円で囲んだ部分に相当する部分が示されている。そして、これらの図には、本発明の解決すべき課題の解決手段が示されている。

図４には、シーリングシリンダ３５近傍の範囲における第２の負荷ポートＢの縁部４０が示されている。図示の状態では、第２の負荷ポートＢとタンクポートＴの接続はなされていない（図３）。ここで、内部に第１の径方向孔２９を備えた補助溝２８も前記縁部４０により覆われているので、第２の負荷ポートＢで生じる圧力は第１の径方向孔２９に作用していない。図３に示す状態に相当するこの状態は、ポンプポートＰが第１及び第２の負荷ポートＡ，Ｂに対して連通していない場合に生じ、このとき、油圧モータ１は停止状態即ちゼロ位置或いは中立位置にある。

図５には、スプール弁体２０が、第２の負荷ポートＢにおける圧力が補助溝２８により第１の径方向孔２９に作用する程度縁部４０に対して図中右方に摺動した状態が示されている。この状態においては、スプール弁体２０の図中右方への摺動により作動油がポンプポートＰから第１の負荷ポートＡを通って油圧モータ１へ供給されるため、該油圧モータ１が作動している。

一方、これと同時に油圧モータ１からタンクポートＴへ還流する作動油は、第２のシーリングシリンダ３６により第２の負荷ポートＢからタンクポートＴへの流路が遮断されているため、第２の負荷ポートＢからタンクポートＴへ直接流通することができない。そのため、還流してくる作動油は軸方向孔３０内に設けられた第３の逆止弁３２（図３）を押圧することとなる。これにより、第２の負荷ポートＢ内の圧力は、第３の逆止弁３２のばね３３に応じた所定の圧力に上昇する。

そして、この圧力上昇に伴い油圧モータ１に圧力が負荷され、該油圧モータ１のその低い回転数での不均衡な始動が容易に改善される。従って、脈動度δは油圧モータ１のその低い回転数での始動時に作用しない。これは、高速回転での運転後に低速回転で運転する際にも有効である。

図６には、切換弁３を“上昇”運転へ更に摺動させた状態が示されている。この状態においては、スプール弁体２０の図中右方への摺動により、第１のテーパ部３７が縁部４０の右側に達している。従って、作動油は縁部４０と第１のテーパ部３７の間を流通することとなる。この場合、油圧モータ１（図１）からタンクへ還流する作動油は、第３の逆止弁３２（図３）と、縁部４０と第１のテーパ部３７の間のリング状部分とを通過する。従って、スプール弁体２０が図中右方へ摺動すればするほど縁部４０と第１のテーパ部３７の間を流れる作動油量は増大することとなる。

尚、第１のテーパ部３７が縁部４０付近へ達すると、この第１のテーパ部３７と縁部４０の間の流れが第３の逆止弁３２の付勢力と同じ大きさの動圧を生じるので、第３の逆止弁３２は閉鎖される。

そして、スプール弁体２０は、更に図６における右方へ摺動すると、図７に示す位置に達する。この状態においては、第２のテーパ部３８が縁部４０近傍に達しており、第２のテーパ部３８と縁部４０の間隔が大きいことから、これらの間を流れる作動油の動圧は小さくなり、第３の逆止弁３２（図３）は閉鎖されている。従って、作動油は第１のテーパ部３７及び第２のテーパ部３８と縁部４０の間のみを流通することとなる。それ故、作動油流量、及びこれに伴う油圧モータ１の回転数は、脈動度δが生じない程度に増大される。尚、このような大きな流路断面積により流体抵抗Δｐが減少し、作動油の温度上昇を防止できるというメリットが得られる。

又、ばね３３を、その付勢力が約２５ｂａｒとなるように設定すると好ましく、第１のテーパ部３７の角度及び第２のテーパ部３８のテーパ角をスプール弁体２０に対してそれぞれ約１６°及び約２６°に設定すると好ましい。そして、その他の部材の寸法は、切換弁３の大きさに合わせて適宜決定することができる。

本発明は、荷重を持ち上げるための油圧モータを備えた装置に適用可能である。

油圧モータの制御概要図である。 従来技術による“上昇”機能のための弁機構を示す図である。 ハウジング内のスプール弁体を示す図である。 縁部に対するスプール弁体の位置を示す図である。 縁部に対するスプール弁体の位置を示す図である。 縁部に対するスプール弁体の位置を示す図である。 縁部に対するスプール弁体の位置を示す図である。

符号の説明

１ 油圧モータ
２ 荷重
３ 切換弁
４ 負荷保持切換弁
１０ 弁機構（弁アセンブリ）
１１ 第１の逆止弁
１２ 第２の逆止弁
２０ スプール弁体
２１ ハウジング
２２ 空洞部
２３ 第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部
２４ 第２の負荷ポート用溝部
２５ ポンプポート用溝部
２６ 第１の負荷ポート用溝部
２７ 第１の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部
２８ 補助溝
２９ 第１の径方向孔
３０ 軸方向孔
３１ 第２の径方向孔
３２ 第３の逆止弁
３３ ばね
３５ 第１のシーリングシリンダ
３６ 第２のシーリングシリンダ
３７ 第１のテーパ部
３８ 第２のテーパ部
４０ 縁部
Ａ 第１の負荷ポート
Ｂ 第２の負荷ポート
Ｐ ポンプポート
Ｔ タンクポート

Claims (6)

1. 荷重を持ち上げる装置における油圧モータ（１）用の切換弁（３）であって、
   当該切換弁（３）が流路の切換えに使用され、第１の負荷ポート（Ａ）、第２の負荷ポート（Ｂ）、ポンプポート（Ｐ）及びタンクポート（Ｔ）の間の作動油の流れを制御するために、当該切換弁のハウジング（２１）内の空洞部（２２）にスプール弁体（２０）が摺動可能に設けられ、該スプール弁体（２０）が第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部（２３）、第２の負荷ポート用溝部（２４）、ポンプポート用溝部（２５）、第１の負荷ポート用溝部（２６）及び第１の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部（２７）を備えている、前記切換弁において、
   ばね（３３）によって付勢された逆止弁（３２）を前記スプール弁体（２０）内に設け、補助溝（２８）を、第１の径方向孔（２９）を介して前記逆止弁（３２）の一端に接続するとともに、前記第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部（２３）を、第２の径方向孔（３１）を介して前記逆止弁（３２）の他端に接続し、
   前記逆止弁（３２）を前記第２の負荷ポート（Ｂ）における圧力により開放可能に形成し、
   前記補助溝（２８）を前記第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部（２３）と前記第２の負荷ポート用溝部（２４）の間に設けるとともに、該補助溝（２８）の両側をシーリングシリンダ（３５，３６）で画成した
   ことを特徴とする切換弁。
2. 前記ばね（３３）の付勢力を約２５ｂａｒとしたことを特徴とする請求項１記載の切換弁。
3. 前記シーリングシリンダの１つ（３６）の前記第２の負荷ポート−タンクポート間接続用溝部（２３）側に第１のテーパ部（３７）を設けたことを特徴とする請求項２記載の切換弁。
4. 前記第１のテーパ部（３７）のテーパ角を前記スプール弁体（２０）に対して約１６°に設定したことを特徴とする請求項３記載の切換弁。
5. 前記第１のテーパ部（３７）に第２のテーパ部（３８）を付設したことを特徴とする請求項４記載の切換弁。
6. 前記第２のテーパ部（３８）のテーパ角を前記スプール弁体（２０）に対して約２６°に設定したことを特徴とする請求項５記載の切換弁。

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