JP2011021625A - 油圧アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 戻り油の一部を再生して油圧アクチュエータの動作速度を速くすることができ、エネルギ効率を向上することができるようにする。
【解決手段】 弁ハウジング７内に設けた再生弁２０を、一対の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間に設けられパイロット圧による差圧が大きくなると油路９Ａ，９Ｂ間を短絡通路１３を介して短絡させるスプール弁２６と、このスプール弁２６に付設され油路９Ａ，９Ｂ間で圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止するスリーブ式逆止弁３２とにより構成する。スプール２７とスリーブ３３とにより、油路９Ａ，９Ｂ間が短絡通路１３を介して連通されたときには、油圧シリンダ３の油室Ａから一方の主管路５Ａを介して排出されてくる戻り油（圧油）を他方の主管路５Ｂ側へと短絡させて再生することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、油圧アクチュエータの出口側から入口側に向けて圧油を再生して供給するのに好適に用いられる油圧アクチュエータ駆動装置に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、例えばアームシリンダ等の油圧シリンダが設けられている。そして、該油圧シリンダの伸長または縮小速度を増速させるために、油圧シリンダの出口側から入口側に向けて圧油を再生して供給する再生回路を備えた油圧アクチュエータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の従来技術による油圧アクチュエータ駆動装置では、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する圧油の方向を切換える方向制御弁と前記油圧シリンダとの間に再生弁を設け、前記油圧シリンダの出口側から戻り油となって排出される圧油を該再生弁により再生し、この再生油を前記油圧シリンダの入口側に還流させるように供給する。

これにより、油圧シリンダの出口側から排出される圧油(戻り油）は、その大部分がタンクに戻されることなく再生弁を介して油圧シリンダの入口側に供給されるため、圧油の無駄な消費を防ぐことができる。しかも、油圧シリンダの入口側には油圧ポンプからの圧油に加えて前記再生油も供給されるので、油圧シリンダの動作速度を再生油の流量分だけ速くすることができる。

特開平８−４０５５号公報

ところで、上述した従来技術では、方向制御弁と油圧シリンダとの間に設ける再生弁を、所謂ポペット弁を用いて構成している。このため、再生弁（ポペット弁）の開弁時には、圧油の流れ方向がポペット弁の前，後でほぼ垂直な方向に変更され、例えば乱流又は乱流に近い流れ状態となって、ポペット弁の前，後での圧力損失が無視できない大きさとなる。

即ち、油圧シリンダの出口側から入口側へと圧油を再生して供給する場合に、再生弁（ポペット弁）の前，後で圧力損失が大きくなると、これに影響されて再生油の流量が低下してしまう。これにより、油圧シリンダの動作速度を速くする上での無駄なエネルギ消費を招き、圧油の再生効率を向上することが難しくなるという問題がある。

一方、タンクへと戻される圧油（戻り油）に対し大なる絞りを用いてタンクに排出される油の流量を減らすようにすれば、前記再生油の流量を相対的に増やすことは可能である。しかし、この場合には、前記絞りの前，後で大きな圧力損失が生じると、これは熱エネルギとして消費されるために、油圧回路全体のエネルギ効率が低下してしまい、有効な圧油の再生回路を実現することができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、チェック弁の機能を備えながら、油圧アクチュエータの動作速度を圧油の再生により速くすることができ、エネルギ効率を向上することができると共に、有効な圧油の再生回路を実現することができるようにした油圧アクチュエータ駆動装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、油圧ポンプから油圧アクチュエータに圧油を供給する一対の主管路と、該各主管路に設けられ前記油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給する圧油の方向を切換える方向制御弁と、該方向制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に設けられ前記油圧アクチュエータから排出される圧油を再生して前記油圧アクチュエータに供給する再生弁と、該再生弁をパイロット圧によって切換制御するため前記油圧アクチュエータと方向制御弁との間で該再生弁の前，後に前記パイロット圧となる差圧を発生させる絞りと、前記油圧アクチュエータと方向制御弁との間に位置して該絞りと並列に接続され前記油圧アクチュエータに向けて圧油が流通するのを許し逆向きの流れを阻止する逆止弁とを備えてなる油圧アクチュエータ駆動装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記再生弁は、前記方向制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に位置して前記各主管路の途中に配設される弁ハウジングと、該弁ハウジング内に設けられ常時は前記一対の主管路間を遮断する閉弁位置となり、前記パイロット圧による差圧が大きくなると開弁位置に切換わって前記各主管路間を途中位置で短絡させるスプール弁と、前記一対の主管路間で前記圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止する逆止弁とを備え、該逆止弁は、前記スプール弁の周囲に摺動可能に取付けられた筒状のスリーブと、前記一対の主管路のうち一方側の主管路で発生した圧力を信号圧として前記スプール弁とは独立して前記スリーブを遮断方向に移動させる第１の信号経路と、前記一対の主管路のうち他方側の主管路で発生した圧力を信号圧として前記スプール弁とは独立して前記スリーブを連通方向に移動させる第２の信号経路とを有したスリーブ式逆止弁として構成したことにある。

また、請求項２の発明によると、前記弁ハウジングには、前記各主管路の一部を構成する一対の油路と、該各油路の間を連通させる短絡通路と、該短絡通路に連通すると共に互いに同軸をなして配置されたスプール摺動穴およびスリーブ摺動穴とを設け、前記スプール弁は、前記弁ハウジングのスプール摺動穴内に挿嵌され前記短絡通路を連通，遮断するための油穴が径方向に貫通して設けられたスプールと、該スプールの両端側に形成され前記絞りの前，後のパイロット圧を受圧する２つの受圧部と、該２つの受圧部のうち一方の受圧部側に設けられ前記スプールを閉弁方向に向けて付勢する弁ばねとを有する構成とし、前記スリーブ式逆止弁は、前記スリーブを前記スプールの外周と前記スリーブ摺動穴との間に挿嵌する構成とし、前記スリーブには、前記スプールの油穴を前記短絡通路に対して連通，遮断する径方向穴を形成する構成としている。

さらに、請求項３の発明によると、前記弁ハウジングには、前記スリーブとスプールとの軸方向変位を許し回転方向の変位を規制する廻止め手段を設ける構成としている。

上述の如く、請求項１の発明によれば、再生弁をスプール弁とスリーブ式逆止弁とにより構成しているので、例えば従来技術で述べたポペット弁のように大きな圧力損失が生じるのを防ぐことができ、再生油の流量低下を抑えることによって、油圧アクチュエータの動作速度を再生油により速くすることができる。この場合、スプール弁は、その前，後のパイロット圧による差圧が大きくなると一対の主管路間を遮断する閉弁位置から開弁位置へと切換り、前記各主管路の間を途中位置で短絡させるため、油圧アクチュエータの出口側から一方の主管路を介して排出されてくる圧油を他方の主管路側へと短絡させて再生することができ、このときの再生油を油圧アクチュエータの入口側へと連続的に供給することができる。

このため、スプール弁の前，後に差圧（パイロット圧）を生じさせる絞りにより、余分な絞り抵抗（圧力損失）を発生させる必要がなくなり、回路全体のエネルギ効率を向上することができる。また、スプール弁に付設された筒状のスリーブからなるスリーブ式逆止弁は、前記一対の主管路間で前記圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止するので、本来の再生方向にのみ圧油を流通させることができ、方向制御弁による圧油の供給方向に従って油圧アクチュエータを安定して駆動することができる。従って、油圧アクチュエータの動作速度を必要に応じて速くすることができ、有効な圧油の再生回路を実現することができる。

また、請求項２に記載の発明によると、スプール弁のスプールには、スプール摺動穴の径方向に貫通して延びる油穴を設け、弁ハウジングの一対の油路間に設けた短絡通路をスプールの油穴により連通，遮断する構成としているので、スプール弁の開弁時には、前記短絡通路とスプールの油穴とを一直線に並べるように連通でき、両者間を流れる圧油の抵抗を小さくでき、圧力損失の発生を最小に抑えることができる。また、スリーブ式逆止弁は、スプールの外周とスリーブ摺動穴との間に筒状のスリーブを挿嵌することにより構成でき、弁ハウジング内で同軸をなすスプール摺動穴とスリーブ摺動穴とにスプールとスリーブとをコンパクト配置することができる。そして、一対の主管路間の圧力差に従ってスリーブを摺動変位させることにより、スリーブ式逆止弁を開，閉することができ、その開弁時にはスリーブに形成した径方向穴により、前記スプールの油穴を前記短絡通路に対して直線的に連通させることができる。

さらに、請求項３の発明によると、弁ハウジングに設けた廻止め手段によりスリーブとスプールとが回転方向に変位するのを規制できる。このため、弁ハウジング内でスリーブとスプールとが回転方向で位置ずれするのを防止でき、開弁時の流路抵抗を小さく抑えた状態に保持することができる。

本発明の実施の形態による油圧アクチュエータ駆動装置が適用された油圧シリンダ駆動用の油圧回路図である。 図１中の再生弁装置等を示す縦断面図である。 再生弁装置を図２中の矢示 III−III 方向から拡大してみた断面図である。 油圧シリンダを伸長方向に駆動するときの再生弁装置を示す図２と同様位置での縦断面図である。 油圧シリンダを縮小方向に駆動し始めたときの再生弁装置を示す図２と同様位置での縦断面図である。 油圧シリンダを縮小方向に駆動して圧油の再生を行っているときの再生弁装置を示す図２と同様位置での縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による油圧アクチュエータ駆動装置を、油圧シリンダ駆動用の油圧回路に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

ここで、図１ないし図６は本発明の実施の形態を示している。図中、１はタンク２と共に油圧源を構成する油圧ポンプで、該油圧ポンプ１は、例えば可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式の油圧ポンプにより構成され、エンジン等の原動機（図示せず）によって回転駆動される。そして、油圧ポンプ１は、タンク２内から吸込んだ油液を圧油として後述の油圧シリンダ３等に向けて吐出する。

また、油圧ポンプ１は、斜板または斜軸等からなる容量可変部１Ａを有し、該容量可変部１Ａはサーボ機構（図示せず）により傾転駆動される。これにより、油圧ポンプ１は、そのポンプ容量（圧油の吐出流量）が容量可変部１Ａの傾転角に応じて増減されるものである。

３は油圧アクチュエータとしての油圧シリンダで、該油圧シリンダ３は、建設機械としての油圧ショベルに設ける作業装置（図示せず）のうち、例えばアームシリンダを構成するものである。そして、油圧シリンダ３は、その外郭をなすチューブ３Ａと、該チューブ３Ａ内に摺動可能に挿嵌され、チューブ３Ａ内をボトム側の油室Ａとロッド側の油室Ｂとに画成したピストン３Ｂと、基端側が該ピストン３Ｂに固着され先端側がチューブ３Ａ外に突出したロッド３Ｃとにより構成されている。

４は油圧ポンプ１、タンク２と油圧シリンダ３との間に設けられた方向制御弁で、該方向制御弁４は、例えば４ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁により構成され、その両側には一対の油圧パイロット部４Ａ，４Ｂが設けられている。そして、方向制御弁４は、一対の流出入ポートが後述の主管路５Ａ，５Ｂを介して油圧シリンダ３の油室Ａ，Ｂに接続されている。

ここで、方向制御弁４は、運転室内に設けた操作レバー装置（図示せず）の手動操作によって発生したパイロット圧が、油圧パイロット部４Ａ，４Ｂに供給されることにより、これに応じて中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）のいずれかに切換えられる。そして、方向制御弁４は、中立位置（イ）にある間は油圧ポンプ１、タンク２と油圧シリンダ３との間を遮断し、圧油の給排を停止させて油圧シリンダ３を停止状態に保持する。

また、方向制御弁４が、中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）のいずれかに切換えられると、油圧ポンプ１から吐出された圧油が油圧シリンダ３の油室Ａ，Ｂに給排される。これにより、油圧シリンダ３は、ロッド３Ｃをチューブ３Ａから伸長する方向、またはロッド３Ｃがチューブ３Ａ内に縮小する方向に伸縮駆動されるものである。

５Ａ，５Ｂは油圧シリンダ３の油室Ａ，Ｂと方向制御弁４との間に接続して設けられた一対の主管路を示している。ここで、一方の主管路５Ａは、油圧シリンダ３の油室Ａと方向制御弁４との間に設けられ、他方の主管路５Ｂは、油圧シリンダ３の油室Ｂと方向制御弁４との間に設けられている。そして、一対の主管路５Ａ，５Ｂの途中には再生弁装置６が設けられている。

次に、本実施の形態で採用した油圧シリンダ３用の再生弁装置６について、図２および図３を参照して説明する。ここで、再生弁装置６は、後述の弁ハウジング７、再生弁２０（スプール弁２６およびスリーブ式逆止弁３２）、絞りとしての絞り通路２１および逆止弁２２等により構成されている。

７は再生弁装置６の本体部分（外殻）を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング７は、図２〜図６に示すように四角形状のブロック体として形成されたハウジング本体８と、後述のプラグ栓１７等とにより構成されている。そして、ハウジング本体８には、後述する一対の油路９Ａ，９Ｂ、スプール摺動穴１０、スリーブ摺動穴１２および短絡通路１３等が設けられている。

９Ａ，９Ｂはハウジング本体８に設けられた一対の油路で、該油路９Ａ，９Ｂは、主管路５Ａ，５Ｂの一部を構成している。ここで、一対の油路９Ａ，９Ｂのうち一方の油路９Ａは、図２に示すようにハウジング本体８内にクランク状なして形成された短尺通路部９Ａ1 、長尺通路部９Ａ2 、これらの通路部９Ａ1 ，９Ａ2 に位置する連絡通路部９Ａ3 により構成されている。

即ち、油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 と長尺通路部９Ａ2 は、ハウジング本体８の幅方向（左，右方向）に離間してハウジング本体８の長さ方向（互いに平行な方向）に延び、短尺通路部９Ａ1 に対して長尺通路部９Ａ2 は、例えば３〜５倍程度に長い直線状通路として形成されている。そして、油路９Ａの連絡通路部９Ａ3 は、短尺通路部９Ａ1 と長尺通路部９Ａ2 とを連通させるため前記長さ方向と直交する横方向（ハウジング本体８の幅方向）に延びて形成されている。

また、他方の油路９Ｂは、ハウジング本体８の長さ方向に直線状に延びる通路として形成され、油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 、長尺通路部９Ａ2 とは左，右方向に離間して平行に延びている。そして、油路９Ｂは、後述のスプール摺動穴１０（スリーブ摺動穴１２）を挟んで一方の油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 とは反対側となる位置に配設されている。

１０はハウジング本体８内に設けられたスプール摺動穴で、該スプール摺動穴１０は、図２、図３中に示すように、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と油路９Ｂとの間に位置してハウジング本体８内を長さ方向に延びる円形穴として形成され、例えば油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 と同軸をなしてほぼ一直線上に延びるように配設されている。そして、スプール摺動穴１０内には後述のスプール２７が挿嵌され、スプール２７とスプール摺動穴１０とは、図３に示すように後述の短絡通路１３よりも大径に形成されている。

ここで、スプール摺動穴１０は、その軸方向一側が円錐形状をなす底部１０Ａ（図３参照）となり、該底部１０Ａと油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 との間には、小径な絞り孔１１が形成されている。そして、この絞り孔１１は、スプール摺動穴１０の一側を短尺通路部９Ａ1 に常時連通させるものである。また、スプール摺動穴１０の軸方向他側は、後述のプラグ栓１７内に形成された有蓋な摺動穴１９により構成されるものである。そして、スプール摺動穴１０（摺動穴１９を含む）は、後述のスプール２７と共にスプール弁２６を構成するものである。

１２はハウジング本体８内に設けられたスリーブ摺動穴で、該スリーブ摺動穴１２は、図２、図３中に示すようにスプール摺動穴１０と同軸上に位置して所定の寸法分だけ大径に形成された円形穴により構成されている。そして、スリーブ摺動穴１２も、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と油路９Ｂとの間に位置してハウジング本体８内を長さ方向に延びて形成されている。

即ち、スプール摺動穴１０とスリーブ摺動穴１２とは、ハウジング本体８内を長さ方向に延びる段付穴として形成され、このうちの大径穴部側がスリーブ摺動穴１２となり、小径穴部側がスプール摺動穴１０を構成するものである。そして、スリーブ摺動穴１２内には、後述のスプール２７との間にスリーブ３３が摺動可能に挿嵌して設けられるものである。

１３はハウジング本体８内に設けられた短絡通路で、この短絡通路１３は、スプール摺動穴１０（スリーブ摺動穴１２）の軸線と直交する方向に延びる横方向通路として形成されている。そして、短絡通路１３は、一対の油路９Ａ，９Ｂ間を途中位置で後述の再生弁２０を介して短絡（連通）させるものである。即ち、短絡通路１３は、その一方側が油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 に連通し、他方側が油路９Ｂに連通している。そして、短絡通路１３は、長さ方向の中間部位がスプール摺動穴１０、スリーブ摺動穴１２と交差するように連通している。

１４はハウジング本体８内に設けられたパイロット通路で、該パイロット通路１４は、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 を後述の受圧室３１に連通させる横方向の小径な通路として形成されている。そして、パイロット通路１４は、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 に発生した圧力（パイロット圧）を後述の受圧室３１に供給し、スプール２７にパイロット圧を受圧させるものである。

１５はハウジング本体８内に設けられた第２の信号経路を構成するパイロット通路で、該パイロット通路１５は、短絡通路１３とパイロット通路１４との間に位置し、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 を後述の環状油室３６に連通させる横方向の小径な通路として形成されている。そして、パイロット通路１５は、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 に発生した圧力（信号圧としてのパイロット圧）を後述の環状油室３６に供給し、スリーブ３３にパイロット圧を受圧させるものである。

１６はハウジング本体８内に設けられた第１の信号経路を構成するパイロット通路で、該パイロット通路１６は、スリーブ摺動穴１２（後述のスリーブ３３）を挟んでパイロット通路１５とは反対側に位置し、油路９Ｂを後述の環状油室３５に連通させる横方向の小径な通路として形成されている。そして、パイロット通路１６は、油路９Ｂに発生した圧力（信号圧としてのパイロット圧）を後述の環状油室３５に供給し、スリーブ３３にパイロット圧を受圧させるものである。

１７はハウジング本体８と共に弁ハウジング７を構成するプラグ栓で、該プラグ栓１７は、例えばスプール摺動穴１０の軸方向他側（スプール摺動穴１０を挟んで絞り孔１１とは反対側）を閉塞するため、ハウジング本体８に着脱可能に螺着して設けられている。ここで、プラグ栓１７は、例えばスリーブ摺動穴１２の軸方向に延びる挿嵌蓋部１８を有し、該挿嵌蓋部１８の内側中央には、スプール摺動穴１０の一部を構成する有蓋な摺動穴１９が形成されている。そして、プラグ栓１７の摺動穴１９内には、後述のスプール２７が摺動可能に挿嵌されるものである。

２０は弁ハウジング７内に設けられた再生弁で、この再生弁２０は、油圧シリンダ３の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間に介在して設けられた後述のスプール弁２６およびスリーブ式逆止弁３２等により構成されている。そして、再生弁２０は、油圧シリンダ３の油室Ａから油路９Ａ側に戻り油となって排出される圧油の一部（大部分）を、図６中の矢示Ｐa3，Ｐb3方向に沿って再生させ、再生した圧油（再生油）を油路９Ｂ側に短絡通路１３を介して供給する。

これにより、油圧シリンダ３の油室Ａから主管路５Ａ（油路９Ａ）側に排出される圧油は、その大部分がタンク２に戻されることなく再生弁２０、短絡通路１３を介して油圧シリンダ３の主管路５Ｂ（油路９Ｂ）入口側に供給されるため、圧油の無駄な消費を抑えることができる。しかも、油圧シリンダ３の主管路５Ｂ（油路９Ｂ）側には、油圧ポンプ１からの圧油に加えて前記再生油も供給されるので、油圧シリンダ３は、ロッド３Ｃがチューブ３Ａ内に向けて縮小するときの動作速度を再生油の流量分だけ速くできるものである。

２１は油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間に設けられた絞りとしての絞り通路で、該絞り通路２１は、後述の逆止弁体２３に形成された径方向の小孔（複数個）により構成されている。ここで、絞り通路２１は、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間に位置して後述の逆止弁２２と並列に接続される関係（図１参照）に配置されている。そして、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間には、逆止弁２２の閉弁時に絞り通路２１による絞り作用で、その前，後に差圧（再生弁２０を切換えるためのパイロット圧）が発生するものである。

２２は油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間に位置してハウジング本体８に着脱可能に設けられた逆止弁を示している。この逆止弁２２は、図２に示すように逆止弁体２３、弁体カバー２４および弱ばね２５からなり、該弱ばね２５により逆止弁体２３を常時閉弁方向に向けて付勢している。そして、逆止弁体２３は、長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間で油路９Ａの途中部位を開，閉する。

この場合、逆止弁体２３は、油圧ポンプ１から吐出された圧油が油圧シリンダ３の油室Ａに向けて流通（連絡通路部９Ａ3 から長尺通路部９Ａ2 に向けて圧油が流通）するのを許し、逆向きの流れを阻止する。即ち、逆止弁２２は、油路９Ａ内で長尺通路部９Ａ2 から連絡通路部９Ａ3 に向けて圧油が流通するのを、逆止弁体２３により阻止する。

しかし、逆止弁体２３には、その径方向に複数の小孔からなる絞り通路２１が穿設されているので、圧油の一部は絞り通路２１を介して長尺通路部９Ａ2 から連絡通路部９Ａ3 に向けて流通することができる。そして、このときの圧油は、逆止弁２２の閉弁時に絞り通路２１による絞り作用で前，後差圧によるパイロット圧を発生するものである。

２６は弁ハウジング７内に設けられた再生弁２０の主要部を構成するスプール弁で、該スプール弁２６は、ハウジング本体８のスプール摺動穴１０とプラグ栓１７の摺動穴１９内に摺動可能に挿嵌して設けられたスプール２７と、該スプール２７の両端側に形成された後述の受圧室２９，３１と、後述の弁ばね３０とにより構成されている。

この場合、スプール摺動穴１０内に挿嵌されたスプール２７は、図３に示すように短絡通路１３の穴径より大きな外径寸法に形成されている。そして、スプール２７には、その長さ方向（軸方向）中間部位に径方向の貫通穴からなる油穴２８が穿設され、該油穴２８は、図２、図３に示すように短絡通路１３と等しい穴径（または、短絡通路１３よりも大きな穴径）をもって形成されている。

ここで、スプール弁２６は、図１中に示す閉弁位置（ａ）と開弁位置（ｂ）との間でパイロット圧に従って切換わり、その開弁位置（ｂ）では、図６に示す如く油穴２８が短絡通路１３と一直線上に並ぶ位置まで、スプール２７がスプール摺動穴１０内を軸方向に変位する。また、スプール２７の外周面には、図３に示すように軸方向に細長く延びる長溝２７Ａが形成され、この長溝２７Ａには後述の廻止めピン３９が挿嵌されている。

また、スプール２７の軸方向一側面は、後述の受圧室２９内に臨む一方側の受圧部２７Ｂとなり、この受圧部２７Ｂは、短尺通路部９Ａ1 内に発生したパイロット圧を受圧するものである。さらに、スプール２７の軸方向他側面は、後述の受圧室３１内に臨む他方側の受圧部２７Ｃとなり、この受圧部２７Ｃは、長尺通路部９Ａ2 内に発生したパイロット圧を受圧するものである。

２９はスプール摺動穴１０の底部１０Ａとスプール２７との間に形成されパイロット圧を受圧する一方の受圧室で、該受圧室２９は、油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 と絞り孔１１を介して連通している。そして、受圧室２９内には、短尺通路部９Ａ1 内に発生した圧力がパイロット圧として供給され、このパイロット圧をスプール２７の受圧部２７Ｂに受圧させるものである。

３０は受圧室２９内に設けられた弁ばねで、該弁ばね３０は、スプール摺動穴１０の底部１０Ａとスプール２７との間に予め撓み変形した状態（プリセット状態）で配設されている。そして、弁ばね３０は、スプール２７を後述の受圧室３１側に向けて常時付勢し、これによりスプール弁２６は、図１に示す閉弁位置（ａ）に保持されるものである。

３１はプラグ栓１７の有蓋な摺動穴１９とスプール２７との間に形成された他方の受圧室で、該受圧室３１は、図２に示すようにパイロット通路１４を介して油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 に常時連通している。そして、受圧室３１内には、長尺通路部９Ａ2 内に発生した圧力がパイロット圧として供給され、このパイロット圧はスプール２７の受圧部２７Ｃで受圧される。

そして、受圧室３１内の圧力（パイロット圧）が大きく上昇したときに、スプール２７は弁ばね３０に抗してスプール摺動穴１０、摺動穴１９内を受圧室２９側に向けて軸方向に変位し、これによりスプール弁２６は、図１に示す閉弁位置（ａ）から開弁位置（ｂ）に切換わるものである。

３２はスプール弁２６と共に再生弁２０を構成するスリーブ式逆止弁を示し、該スリーブ式逆止弁３２は、スプール弁２６に付設された円筒状の筒体からなるスリーブ３３を備えている。そして、該スリーブ３３は、ハウジング本体８のスリーブ摺動穴１２とスプール２７の外周との間に摺動可能に挿嵌して設けられ、両者の間で軸方向に独立して摺動変位するものである。

ここで、スリーブ３３は、スプール２７の油穴２８と等しい穴径（または、油穴２８よりも大きな穴径）をもった一対の径方向穴３４を有し、該各径方向穴３４は、スリーブ３３の軸方向変位によりスプール２７の油穴２８を短絡通路１３に対して連通，遮断させる。これにより、スリーブ３３は、後述の如く逆止弁（スリーブ式逆止弁３２）として働くものである。

そして、スリーブ式逆止弁３２の開弁時には、図６に示す如く径方向穴３４が油穴２８および短絡通路１３と一直線上に並ぶ位置まで、スリーブ３３がスリーブ摺動穴１２内を軸方向に変位する。また、スリーブ３３には、スプール２７の長溝２７Ａ（図３参照）と同様に軸方向に細長く延びるスリット３３Ａが形成され、このスリット３３Ａには後述の廻止めピン３９が挿嵌されている。

３５はスリーブ摺動穴１２の軸方向一側とスリーブ３３との間に形成された一方側の環状油室で、該環状油室３５は、図２に示すようにハウジング本体８内の油路９Ｂにパイロット通路１６を介して連通し、パイロット通路１６と共に第１の信号経路を構成している。そして、環状油室３５内には、油路９Ｂ内に発生した圧力がパイロット圧として供給され、このパイロット圧はスリーブ３３の一側端面で受圧されるものである。

３６は他方側の環状油室を示し、該環状油室３６は、スリーブ摺動穴１２の軸方向他側（プラグ栓１７の挿嵌蓋部１８の先端面）とスリーブ３３との間に環状を成して形成され、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 とパイロット通路１５を介して連通している。環状油室３６は、パイロット通路１５と共に第２の信号経路を構成している。そして、環状油室３６内には、長尺通路部９Ａ2 内に発生した圧力がパイロット圧として供給され、このパイロット圧はスリーブ３３の他側端面で受圧されるものである。

ここで、スリーブ式逆止弁３２のスリーブ３３は、環状油室３５，３６内のパイロット圧を受圧することにより、両油室３５，３６間の圧力差に従ってスリーブ摺動穴１２内を軸方向に変位する。即ち、一対の油路９Ａ，９Ｂのうち油路９Ｂ内の圧力が油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 よりも高い圧力（パイロット圧）のときには、スリーブ式逆止弁３２のスリーブ３３が閉弁位置となり、油路９Ｂから油路９Ａ側に向けて圧油が流通するのを阻止する。

しかし、油路９Ｂ内の圧力よりも油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 側が高い圧力（パイロット圧）となったときには、環状油室３５，３６間の圧力差に従ってスリーブ３３が環状油室３５側に向けて摺動変位する。そして、スリーブ３３の径方向穴３４が、図６に示すようにスプール２７の油穴２８および短絡通路１３と一直線上に並ぶ位置まで、スプール２７とスリーブ３３とが軸方向に変位したときには、スリーブ式逆止弁３２が開弁位置となり、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 側から油路９Ｂ側に向けて圧油が流通するのを許すものである。

３７は短絡通路１３の開口端側を閉塞したプラグで、該プラグ３７は、図２に示すようにハウジング本体８の右側面側に着脱可能に螺着され、短絡通路１３を外側から閉塞するものである。

３８は廻止め手段を構成する他のプラグで、該プラグ３８には、図３に示すように廻止めピン３９が一体に設けられている。そして、廻止めピン３９の先端側は、スリーブ３３のスリット３３Ａに径方向外側から挿嵌されると共に、スプール２７の長溝２７Ａにも挿嵌されている。これにより廻止めピン３９は、スリーブ３３がスリーブ摺動穴１２内で回転（自転）方向に変位するのを規制すると共に、スプール２７がスプール摺動穴１０内で回転するのを規制し、スプール２７およびスリーブ３３が軸方向に変位するのを許すものである。

これにより、スプール弁２６とスリーブ式逆止弁３２との開弁時には、図６に示す如く短絡通路１３、油穴２８および径方向穴３４が一直線上に並ぶ位置に配置することができる。即ち、廻止めピン３９は、スプール２７の油穴２８とスリーブ３３の径方向穴３４とが、短絡通路１３の伸長方向（軸線方向）とは異なる方向に配向されるのを防ぐものである。

本実施の形態による再生弁装置６が適用された油圧シリンダ駆動用の油圧回路は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

まず、エンジン等の原動機（図示せず）により油圧ポンプ１を起動した初期状態では、方向制御弁４が図１、図２に示す如く中立位置（イ）に保持される。このため、油圧ポンプ１から油圧シリンダ３側に向けて圧油が供給されることはなく、方向制御弁４が中立位置（イ）にある間は、油圧シリンダ３が停止した状態となる。

次に、方向制御弁４を、図４に示す如く中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換えたときには、油圧ポンプ１から吐出された圧油が弁ハウジング７の油路９Ａ内に向けて矢示Ｐa1方向に供給される。そして、このときの圧油により逆止弁２２の逆止弁体２３は、図４に示す如く弱ばね２５に抗して開弁し、油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 、連絡通路部９Ａ3 から長尺通路部９Ａ2 に向けて圧油が流通する。

このため、油圧ポンプ１から吐出された圧油は、矢示Ｐa1方向に流通することにより主管路５Ａを介して油圧シリンダ３の油室Ａに供給され、油圧シリンダ３のロッド３Ｃは、チューブ３Ａから伸長する方向に駆動される。そして、油圧シリンダ３の油室Ｂからは圧油が戻り油となって主管路５Ｂ側に排出され、このときの戻り油は、弁ハウジング７の油路９Ｂ内を矢示Ｐｂ1方向に向けて流通しつつ、タンク２内へと戻される。

また、油圧シリンダ３のロッド３Ｃが伸長方向に駆動される間では、弁ハウジング７のスリーブ摺動穴１２内に挿嵌して設けたスリーブ３３は、油路９Ｂに連通する一方の環状油室３５が他方の環状油室３６よりも低圧となるので、環状油室３５，３６間の圧力差に従ってスリーブ摺動穴１２内を環状油室３５側に向けて摺動変位する（図４参照）。しかし、この場合には、スプール弁２６のスプール２７が図１、図４に示す如く、受圧室２９，３１間の圧力差と弁ばね３０の付勢力に従って閉弁状態に保持されている。

このため、スリーブ３３の径方向穴３４が短絡通路１３に連通しても、スプール２７によって短絡通路１３は遮断されたままとなり、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と油路９Ｂとが、短絡通路１３を介して連通（短絡）されることはない。従って、油圧シリンダ３の伸長時に圧油の一部が短絡通路１３、スプール弁２６等を介して再生されることはない。

次に、方向制御弁４を、例えば図５に示すように中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えたときには、油圧ポンプ１から吐出された圧油が弁ハウジング７の油路９Ｂ内に向けて矢示Ｐb2方向に供給される。そして、このときの圧油は、矢示Ｐb2方向に流通することにより主管路５Ｂを介して油圧シリンダ３の油室Ｂに供給され、油圧シリンダ３のロッド３Ｃは、チューブ３Ａ内に向けて縮小する方向に駆動される。

また、油圧シリンダ３の油室Ａからは、油液（圧油）が戻り油となって主管路５Ａ側に排出され、このときの戻り油は、弁ハウジング７の油路９Ａ内を矢示Ｐa2方向に向けて流通する。しかし、この場合には、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間が逆止弁２２の逆止弁体２３により遮断されているので、一部の戻り油のみが絞り通路２１を介して連絡通路部９Ａ3 、短尺通路部９Ａ1 側に流れ、タンク２側に排出される。

そして、油圧シリンダ３の油室Ａから油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 内に矢示Ｐa2方向へと戻された戻り油の大部分は、逆止弁２２により長尺通路部９Ａ2 内に堰き止められる。これにより、油路９Ａのうち絞り通路２１よりも上流側に位置する長尺通路部９Ａ2 内には、下流側の短尺通路部９Ａ1 よりも高い圧力（パイロット圧）が発生する。

これにより、スプール弁２６の受圧室３１には、パイロット通路１４を通じて高い圧力のパイロット圧が供給され、油路９Ａの短尺通路部９Ａ1 と絞り孔１１を介して連通している受圧室２９よりも、受圧室３１の方が高圧となる。このため、スプール弁２６のスプール２７は、弁ばね３０に抗して受圧室２９側に摺動変位する。

しかし、方向制御弁４を図５に示すように中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えた初期段階では、油路９Ｂ（環状油室３５）側の圧力が油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 （環状油室３６）側の圧力よりも高い。このため、弁ハウジング７内のスリーブ３３（スリーブ式逆止弁３２）は、環状油室３５，３６間の圧力差に従って閉弁状態に保持され、スリーブ３３の径方向穴３４は、図５に示す如くスプール２７の油穴２８および短絡通路１３からスリーブ摺動穴１２の軸方向に離間した位置に配置されている。これにより、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と油路９Ｂとが短絡通路１３を介して連通（短絡）されることはない。

一方、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 側では、絞り通路２１による絞り作用で戻り油の圧力（パイロット圧）が漸次上昇している。そして、長尺通路部９Ａ2 側の圧力が油路９Ｂ側よりも高くなると、環状油室３５，３６間の圧力差に従ってスリーブ３３が環状油室３５側に向けて摺動変位し、スリーブ３３の径方向穴３４は、図６に示す如くスプール２７の油穴２８および短絡通路１３と一直線上に並ぶ位置まで移動する。

この結果、スリーブ式逆止弁３２が閉弁状態から開弁状態に切換り、既に開弁状態に切換っているスプール弁２６により、油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と油路９Ｂとが短絡通路１３を介して連通（短絡）される。そして、油圧シリンダ３の油室Ａから油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 内に戻された戻り油の大部分は、図６中に示す矢示Ｐa3方向へと短絡通路１３内に向けて還流され、この還流油は、短絡通路１３から油路９Ｂ側へと矢示Ｐb3方向に流れることにより再生される。

このように、スプール弁２６とスリーブ式逆止弁３２とは、油圧シリンダ３の油室Ａ（出口側）から一方の主管路５Ａを介して排出されてくる戻り油（圧油）を他方の主管路５Ｂ側へと短絡させて再生でき、図６中の矢示Ｐa3から矢示Ｐb3方向に短絡して流れる再生油を、油圧シリンダ３の油室Ｂ（入口側）へと連続的に供給することができる。

そして、このときの矢示Ｐb3方向に流れる再生油は、油圧ポンプ１から油路９Ｂ側に供給される圧油と合流し、大流量となって油圧シリンダ３の油室Ｂ内に供給される。このため、油圧シリンダ３の駆動速度を再生油の流量分だけ速くすることができ、油圧シリンダ３のロッド３Ｃをチューブ３Ａ内に向けて縮小させる速度を再生油により増速することができる。

かくして、本実施の形態によれば、弁ハウジング７内に設けた再生弁２０を、一対の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間に設けられ常時は油路９Ａ，９Ｂ間を遮断する閉弁位置（ａ）となり、パイロット圧による差圧が大きくなると開弁位置（ｂ）に切換わって油路９Ａ，９Ｂ間を途中位置で短絡通路１３を介して短絡させるスプール弁２６と、該スプール弁２６に付設され一対の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間で圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止するスリーブ式逆止弁３２とにより構成している。

そして、再生弁２０のスプール弁２６は、その前，後のパイロット圧による差圧が大きくなると、図１に示す閉弁位置（ａ）から開弁位置（ｂ）へと切換り、油路９Ａ，９Ｂの間を途中位置で短絡通路１３を介して短絡させる。このため、油圧シリンダ３の油室Ａ（出口側）から一方の主管路５Ａを介して排出されてくる戻り油（圧油）を他方の主管路５Ｂ側へと短絡させて再生でき、図６中の矢示Ｐa3から矢示Ｐb3方向に還流される再生油を、油圧シリンダ３の油室Ｂ（入口側）へと連続的に供給することができる。

しかも、スプール弁２６のスプール２７には、スプール摺動穴１０の径方向に貫通して延びる油穴２８を設け、弁ハウジング７の一対の油路９Ａ，９Ｂ間に設けた短絡通路１３をスプール２７の油穴２８により連通，遮断する構成としている。このため、スプール弁２６の開弁時には、図６に示すように短絡通路１３とスプール２７の油穴２８とを一直線に並べるように連通でき、両者間を流れる圧油の抵抗を小さくでき、圧力損失の発生を最小に抑えることができる。これにより、例えば従来技術で述べたポペット弁のように大きな圧力損失が生じるのを防ぐことができ、再生油の流量低下を抑えて、油圧シリンダ３の動作速度を再生油により速くすることができる。

また、スプール弁２６に付設された筒状のスリーブ３３からなるスリーブ式逆止弁３２は、一対の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間で圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止するので、本来の再生方向にのみ圧油を流通させることができ、方向制御弁４による圧油の供給方向に従って油圧シリンダ３を安定して駆動することができる。

特に、スリーブ式逆止弁３２は、スプール２７の外周とスリーブ摺動穴１２との間に筒状のスリーブ３３を挿嵌することにより構成でき、弁ハウジング７内で同軸をなすスプール摺動穴１０とスリーブ摺動穴１２とにスプール２７とスリーブ３３とをコンパクトに配置することができる。そして、一対の主管路５Ａ，５Ｂ（油路９Ａ，９Ｂ）間の圧力差に従ってスリーブ３３を摺動変位させることにより、スリーブ式逆止弁３２を開，閉することができ、その開弁時にはスリーブ３３に形成した径方向穴３４により、図６に示す如くスプール２７の油穴２８を短絡通路１３に対して直線的に連通させることができる。

また、弁ハウジング７には、図３に示すように廻止めピン３９を有するプラグ３８を設ける構成としているので、スプール摺動穴１０内のスプール２７とスリーブ摺動穴１２内のスリーブ３３とが回転方向に変位するのを廻止めピン３９により規制することができる。このため、弁ハウジング７内でスプール２７の油穴２８とスリーブ３３の径方向穴３４とが回転方向で位置ずれするのを防止でき、開弁時の流路抵抗（油穴２８と径方向穴３４とを流通する再生油の流路抵抗）を小さく抑えた状態に保持することができる。

従って、本実施の形態によれば、スプール弁２６の前，後（受圧室２９，３１間）に差圧（パイロット圧）を生じさせる絞り、即ち絞り通路２１による絞り抵抗（圧力損失）を必要以上に大きくすることなく、再生油の流量を十分に確保することができ、回路全体のエネルギ効率を向上することができる。

これにより、油圧シリンダ３の動作速度を速くする上での無駄なエネルギ消費を防ぐことができ、圧油の再生効率を向上することができる。そして、油圧シリンダ３の動作速度を再生油の流量分だけ速くすることができ、有効な圧油の再生回路を実現することができる。

なお、前記実施の形態では、逆止弁２２の逆止弁体２３に絞りとしての絞り通路２１を設ける場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図２に示す油路９Ａの長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間に、逆止弁２２（逆止弁体２３）から離間して絞り通路を設ける構成としてもよく、要は、長尺通路部９Ａ2 と連絡通路部９Ａ3 との間に絞りと逆止弁と並列に接続して設ける構成とすればよいものである。

また、前記実施の形態では、油圧シリンダ３を縮小方向に駆動するときに戻り油の一部を再生弁装置６により再生させる構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば油圧シリンダを伸長方向に駆動するときに戻り油の一部を再生させ、油圧シリンダの動作速度を伸長方向で速くする構成としてもよいものである。

また、前記実施の形態では、例えば油圧ショベル等の作業装置に設けるアームシリンダ等の油圧シリンダ３を駆動する油圧回路に、再生弁装置６を適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばブームシリンダまたはバケットシリンダ等の駆動用油圧回路に再生弁装置を適用してもよい。また、油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動する油圧回路に本発明を適用してもよいものである。

さらに、前記実施の形態では、建設機械の代表例として油圧ショベルを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限ものではなく、例えば油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動する油圧回路を備えた種々の建設機械、産業機械等にも適用できるものである。

１ 油圧ポンプ
２ タンク
３ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
３Ａ チューブ
３Ｂ ピストン
３Ｃ ロッド
４ 方向制御弁
５Ａ，５Ｂ 主管路
６ 再生弁装置
７ 弁ハウジング
８ ハウジング本体
９Ａ，９Ｂ 油路
１０ スプール摺動穴
１２ スリーブ摺動穴
１３ 短絡通路
１４，１５，１６ パイロット通路
１５ パイロット通路（第２の信号経路）
１６ パイロット通路（第１の信号経路）
１７ プラグ栓
１９ 摺動穴（スプール摺動穴）
２０ 再生弁
２１ 絞り通路（絞り）
２２ 逆止弁
２３ 逆止弁体
２５ 弱ばね
２６ スプール弁
２７ スプール
２７Ａ 長溝
２７Ｂ，２７Ｃ 受圧部
２８ 油穴
２９，３１ 受圧室
３０ 弁ばね
３２ スリーブ式逆止弁（逆止弁）
３３ スリーブ
３３Ａ スリット
３４ 径方向穴
３５ 環状油室（第１の信号経路）
３６ 環状油室（第２の信号経路）
３８ プラグ（廻止め手段）
３９ 廻止めピン
Ａ，Ｂ 油室

Claims (3)

1. 油圧ポンプから油圧アクチュエータに圧油を供給する一対の主管路と、該各主管路に設けられ前記油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給する圧油の方向を切換える方向制御弁と、該方向制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に設けられ前記油圧アクチュエータから排出される圧油を再生して前記油圧アクチュエータに供給する再生弁と、該再生弁をパイロット圧によって切換制御するため前記油圧アクチュエータと方向制御弁との間で該再生弁の前，後に前記パイロット圧となる差圧を発生させる絞りと、前記油圧アクチュエータと方向制御弁との間に位置して該絞りと並列に接続され前記油圧アクチュエータに向けて圧油が流通するのを許し逆向きの流れを阻止する逆止弁とを備えてなる油圧アクチュエータ駆動装置において、
   前記再生弁は、
   前記方向制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に位置して前記各主管路の途中に配設される弁ハウジングと、
   該弁ハウジング内に設けられ常時は前記一対の主管路間を遮断する閉弁位置となり、前記パイロット圧による差圧が大きくなると開弁位置に切換わって前記各主管路間を途中位置で短絡させるスプール弁と、
   前記一対の主管路間で前記圧油の再生方向とは逆向きに圧油が流れるのを阻止する逆止弁とを備え、
   該逆止弁は、前記スプール弁の周囲に摺動可能に取付けられた筒状のスリーブと、前記一対の主管路のうち一方側の主管路で発生した圧力を信号圧として前記スプール弁とは独立して前記スリーブを遮断方向に移動させる第１の信号経路と、前記一対の主管路のうち他方側の主管路で発生した圧力を信号圧として前記スプール弁とは独立して前記スリーブを連通方向に移動させる第２の信号経路とを有したスリーブ式逆止弁として構成したことを特徴とする油圧アクチュエータ駆動装置。
2. 前記弁ハウジングには、前記各主管路の一部を構成する一対の油路と、該各油路の間を連通させる短絡通路と、該短絡通路に連通すると共に互いに同軸をなして配置されたスプール摺動穴およびスリーブ摺動穴とを設け、
   前記スプール弁は、前記弁ハウジングのスプール摺動穴内に挿嵌され前記短絡通路を連通，遮断するための油穴が径方向に貫通して設けられたスプールと、該スプールの両端側に形成され前記絞りの前，後のパイロット圧を受圧する２つの受圧部と、該２つの受圧部のうち一方の受圧部側に設けられ前記スプールを閉弁方向に向けて付勢する弁ばねとを有する構成とし、
   前記スリーブ式逆止弁は、前記スリーブを前記スプールの外周と前記スリーブ摺動穴との間に挿嵌する構成とし、前記スリーブには、前記スプールの油穴を前記短絡通路に対して連通，遮断する径方向穴を形成してなる請求項１に記載の油圧アクチュエータ駆動装置。
3. 前記弁ハウジングには、前記スリーブとスプールとの軸方向変位を許し回転方向の変位を規制する廻止め手段を設ける構成としてなる請求項１または２に記載の油圧アクチュエータ駆動装置。

Images