JP2013040639A

JP2013040639A - 油圧回路

Info

Publication number: JP2013040639A
Application number: JP2011176932A
Authority: JP
Inventors: Yuta Kumagai; 友太熊谷; Kazunori Ikei; 和則池井
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-02-28

Abstract

【課題】通過流量が小さい場合にも圧力損失を低減すること。
【解決手段】バネ室５４と油タンクＴとの間を連通するタンク油通路５に介在し、操作弁４０からのパイロット圧に応じて切換動作するパイロット切換弁６０と、操作弁４０から出力される操作方向に応じたパイロット圧をパイロット切換弁６０に対して選択的に作用させるシャトル弁７０とを備え、操作弁４０が方向切換弁３０からボトム室１１に向けて油を供給する方向に操作された場合及び操作弁４０がボトム室１１から方向切換弁３０に向けて油を排出する方向に操作された場合にそれぞれシャトル弁７０を介してパイロット切換弁６０を切換動作させてバネ室５４を油タンクＴに連通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧回路に関するもので、方向切換弁から油圧シリンダのボトム室に至るボトム側油通路に、いわゆる降下防止弁を備えた油圧回路に関する。

油圧ショベル等の建設機械では、操作レバーの操作によって方向切換弁を動作させ、油圧シリンダに対する油の供給方向を切り換えることによって油圧シリンダを動作させるようにしている。この種の建設機械では、バケット等の作業機を上方に持ち上げた状態に維持するために操作レバーを中立位置に戻す場合がある。すなわち、操作レバーを中立位置に戻すと、操作弁を介して方向切換弁も中立位置となり、方向切換弁と油圧シリンダとの間で油の流通が遮断されるため、作業機が持ち上がった状態に維持される。

しかしながら、方向切換弁が中立位置となった場合にも、油の通過を完全に遮断することができず、バルブ本体とスプールとの隙間を油が流通し、油圧シリンダが縮退して作業機が降下する恐れがある。このため、この種の油圧回路には、降下防止弁が設けられているのが一般的である。

降下防止弁は、方向切換弁と油圧シリンダのボトム室との間を連通するボトム側油通路に介在してこれを開閉するもので、弁座に対して離接するポペットと、弁座に対してポペットを常時当接する方向に押圧するポペットバネとを有して構成されている。降下防止弁のポペットには、内部に圧力が加えられた場合にポペットを弁座に押し付けるように機能する受圧部が設けられている。受圧部は、絞りを介して油圧シリンダのボトム室に連通されたものである。

上記のように構成された油圧回路では、操作弁を操作し、油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給するように方向切換弁を動作させると、油の供給圧力によりポペットバネの押圧力に抗してポペットが弁座から離隔され、ボトム側油通路が開放される。これにより、ボトム室に油が供給されて油圧シリンダが伸長動作する。

この状態から、操作弁の操作により方向切換弁を中立位置に戻すと、ポペットの受圧部に作用する圧力及びポペットバネの押圧力によりポペットが弁座に当接された状態に維持されるため、ボトム側油通路が閉鎖される。これにより、方向切換弁のバルブ本体とスプールとの間に隙間があったとしても、作業機が降下する事態を招来する恐れがなくなる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２７９９０５号公報

ところで、上述した油圧回路において油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給できるのは、降下防止弁の前後差圧による力がポペットバネの押圧力を上回った場合のみとなる。従って、通過する油の流量が小さい場合には、降下防止弁の前後差圧も小さいものとなるため、ポペットと弁座との開口面積、つまり油の通過面積を十分に確保できず、降下防止弁において大きな圧力損失が招来されることになる。

本発明は、上記実情に鑑みて、通過流量が小さい場合にも圧力損失を低減することのできる油圧回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る油圧回路は、操作弁からの出力信号に応じて動作し、油圧シリンダに対する油の供給方向を切換える方向切換弁と、前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に至るボトム側油通路に介在し、ポペットを弁座に離接させることによって前記ボトム側油通路を開閉する降下防止弁とを備え、前記降下防止弁は、前記弁座に対して前記ポペットを常時当接する方向に押圧するポペットバネと、内部の圧力が前記弁座に対して前記ポペットを当接する方向に作用するように構成し、かつ絞りを介して前記油圧シリンダのボトム室に連通するバネ室とを有したものであり、前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給した場合には油の供給圧力により前記ポペットバネの押圧力に抗して前記ポペットを前記弁座から離隔させて前記ボトム側油通路を開放する一方、前記方向切換弁が中立位置にある場合には前記バネ室に作用する圧力及び前記ポペットバネの押圧力により前記ポペットを前記弁座に当接させた状態に維持して前記ボトム側油通路を閉鎖するようにした油圧回路において、前記バネ室と油タンクとの間に両者を連通するタンク油通路を設けるとともに、このタンク油通路には前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室に油を供給する方向に操作された場合に前記操作弁からの出力信号に応じて切換動作し、前記バネ室を前記油タンクに連通させるパイロット切換弁を配設したことを特徴とする。

また、本発明は、上述した油圧回路において、前記パイロット切換弁は、前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室から前記方向切換弁に向けて油を排出する方向に操作された場合に前記操作弁からの出力信号に応じて切換動作し、前記バネ室を前記油タンクに連通させることを特徴とする。

また、本発明は、上述した油圧回路において、前記操作弁は、操作方向に応じたパイロット圧を出力信号として前記方向切換弁に出力するものであり、前記パイロット切換弁に対してはシャトル弁を介して操作方向に応じたパイロット圧を選択的に作用させることを特徴とする。

また、本発明に係る油圧回路は、操作弁からのパイロット圧に応じて動作し、油圧シリンダに対する油の供給方向を切換える方向切換弁と、前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に至るボトム側油通路に介在し、ポペットを弁座に離接させることによって前記ボトム側油通路を開閉する降下防止弁とを備え、前記降下防止弁は、前記弁座に対して前記ポペットを常時当接する方向に押圧するポペットバネと、内部の圧力が前記弁座に対して前記ポペットを当接する方向に作用するように構成し、かつ絞りを介して前記油圧シリンダのボトム室に連通するバネ室とを有したものであり、前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給した場合には油の供給圧力により前記ポペットバネの押圧力に抗して前記ポペットを前記弁座から離隔させて前記ボトム側油通路を開放する一方、前記方向切換弁が中立位置にある場合には前記バネ室に作用する圧力及び前記ポペットバネの押圧力により前記ポペットを前記弁座に当接させた状態に維持して前記ボトム側油通路を閉鎖するようにした油圧回路において、前記バネ室と油タンクとの間を連通するタンク油通路に介在し、前記操作弁からのパイロット圧に応じて切換動作するパイロット切換弁と、前記操作弁から出力される操作方向に応じたパイロット圧を前記パイロット切換弁に対して選択的に作用させる前記シャトル弁とを備え、前記操作弁が前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給する方向に操作された場合及び前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室から前記方向切換弁に向けて油を排出する方向に操作された場合にそれぞれ前記シャトル弁を介して前記パイロット切換弁を切換動作させて前記バネ室を前記油タンクに連通させることを特徴とする。

本発明によれば、操作弁が油圧シリンダのボトム室に油を供給する方向に操作された場合に操作弁からの出力信号に応じてパイロット切換弁が動作し、バネ室が油タンクに連通される。従って、通過する油の流量に関わらず、ポペットと弁座との開口面積を十分に確保することができ、降下防止弁での圧力損失を低減することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態を示す油圧回路図である。図２は、図１に示した油圧回路に適用する降下防止弁の具体な構造例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る油圧回路の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態を示す油圧回路図である。ここで例示する油圧回路は、油圧シリンダ１０と、油圧シリンダ１０に対して油圧ポンプ２０からの油の供給方向を切り換える方向切換弁３０とを備え、操作レバー４１の操作により、操作弁４０を介して方向切換弁３０を動作させることによって油圧シリンダ１０の駆動を制御するものである。

方向切換弁３０は、操作レバー４１の操作に伴って操作弁４０から出力されるパイロット圧により動作し、２つの入出力ポートａ，ｂに対する給油ポートｄとドレンポートｃとの接続態様を選択的に切り換えるものである。具体的には、方向切換弁３０が図１に示す中立位置にある場合、２つの入出力ポートａ，ｂと、給油ポートｄ及びドレンポートｃとの間を遮断した状態に維持する。この状態から図１中の左方に移動して方向切換弁３０が伸長位置に切り換わると、第１入出力ポートａと給油ポートｄとの間を接続するとともに、第２入出力ポートｂとドレンポートｃとの間を接続する。これに対して中立位置から図１中の右方に移動して方向切換弁３０が縮退位置に切り換わると、第１入出力ポートａとドレンポートｃとの間を接続するとともに、第２入出力ポートｂと給油ポートｄとの間を接続した状態となる。

方向切換弁３０の第１入出力ポートａは、ボトム側油通路１を通じて油圧シリンダ１０のボトム室１１に接続してあり、第２入出力ポートｂは、ヘッド側油通路２を通じて油圧シリンダ１０のヘッド室１２に接続してある。方向切換弁３０の給油ポートｄには、油圧ポンプ２０の吐出口との間を接続する供給油通路３が接続してあり、方向切換弁３０のドレンポートｃには、油タンクＴとの間を接続するドレン油通路４が接続してある。

操作弁４０は、操作レバー４１のレバー中立位置からの操作量に応じたパイロット圧を、操作レバー４１の操作方向に応じた個別のパイロット油通路４２，４３を通じて方向切換弁３０のそれぞれの圧力室３１，３２に出力するものである。

本実施の形態では、操作レバー４１を図１に示すレバー中立位置から、図１中の矢印Ａ方向に操作した場合、伸長側パイロット油通路４２を通じて図１中の右側に位置する圧力室３２にパイロット圧が出力され、方向切換弁３０が中立位置から伸長位置に切り換わる。方向切換弁３０が伸長位置に切り換わると、油圧シリンダ１０のボトム室１１に接続されたボトム側油通路１が、方向切換弁３０の第１入出力ポートａ及び給油ポートｄを介して供給油通路３に接続されるとともに、油圧シリンダ１０のヘッド室１２に接続されたヘッド側油通路２が方向切換弁３０の第２入出力ポートｂ及びドレンポートｃを介してドレン油通路４に接続される。

これとは逆に、操作レバー４１がレバー中立位置から図１中の矢印Ｂ方向に操作された場合には、縮退側パイロット油通路４３を通じて図１中の左側に位置する圧力室３１にパイロット圧が出力され、方向切換弁３０が中立位置から縮退位置に切り換わる。方向切換弁３０が縮退位置に切り換わると、油圧シリンダ１０のボトム室１１に接続されたボトム側油通路１が方向切換弁３０の第１入出力ポートａ及びドレンポートｃを介してドレン油通路４に接続されるとともに、ヘッド室１２に接続されたヘッド側油通路２が方向切換弁３０の第２入出力ポートｂ及び給油ポートｄを介して供給油通路３に接続されることになる。

図１からも明らかなように、方向切換弁３０の第１入出力ポートａと油圧シリンダ１０のボトム室１１との間を接続するボトム側油通路１には、その中間部に降下防止弁５０が設けてある。降下防止弁５０は、図２に示すように、弁本体５１に形成した弁通路５２を連通／遮断することにより、ボトム側油通路１を開閉するものである。

弁通路５２は、弁本体５１の一方の端面から形成し、方向切換弁３０の第１入出力ポートａに接続される第１通路部５２ａと、弁本体５１の他方の端面から形成し、油圧シリンダ１０のボトム室１１に接続される第２通路部５２ｂと、これら第１通路部５２ａ及び第２通路部５２ｂの間を連通させる連絡通路部５２ｃとによって構成したものである。第１通路部５２ａ及び第２通路部５２ｂは、互いに平行となるように延びている。一方、連絡通路部５２ｃは第１通路部５２ａ及び第２通路部５２ｂに対して直角方向に延びたものである。

また、弁本体５１には、第１通路部５２ａと連絡通路部５２ｃとの接続部に弁座５３が形成してあるとともに、第１通路部５２ａに連通する部位にバネ室５４が形成してある。弁座５３は、連絡通路部５２ｃの軸心を中心として形成したもので、第２通路部５２ｂに向けて漸次内径が減少するテーパ状を成している。バネ室５４は、第１通路部５２ａにおいて連絡通路部５２ｃに対向する部位に連通し、かつ第２通路部５２ｂから離隔する方向に延びた空所であり、その内部にポペット５５及びポペットバネ５６を収容している。

ポペット５５は、先端部にテーパ面５５ａを有した柱状を成すもので、テーパ面５５ａを弁座５３に対して離接させる態様で、弁本体５１のバネ室５４に移動可能に配設してある。バネ室５４の内部に圧力が加えられた場合、ポペット５５は、テーパ面５５を弁座５３に当接する方向に移動することになる。このポペット５５には、中心部に絞り通路５７が形成してあるとともに、第１通路部５２ａに位置する部位の外周に段部５５ｂが形成してある。絞り通路５７は、ポペット５５の先端面から基端面に渡る部位に貫通し、バネ室５４と第２通路部５２ｂとの間を常時連通する貫通孔であり、中間部に絞り５７ａを有している。段部５５ｂは、ポペット５５の先端部に比べて基端部を太径に形成することによって構成したものである。第１通路部５２ａの圧力が上昇した場合には、段部５５ｂの円環状の面積に第１通路部５２ａの圧力が作用し、ポペット５５を弁座５３から離隔する方向に移動させるように機能する。

ポペットバネ５６は、ポペット５５の基端部とバネ室５４を閉塞するプラグ５８との間に介在し、弁座５３に対してポペット５５を常時当接する方向に押圧するものである。

さらに、弁本体５１のバネ室５４には、図１に示すように、タンク油通路５が接続してある。タンク油通路５は、油タンクＴとの間を連通するもので、中間部にパイロット切換弁６０を備えている。パイロット切換弁６０は、内蔵バネ６１の押圧力によってタンク油通路５を常時閉塞した状態に維持する一方、圧力室６２に圧力が加えられた場合に降下防止弁５０のバネ室５４を油タンクＴに連通させるものである。パイロット切換弁６０の圧力室６２には、シャトル弁７０を介して操作弁４０の２つのパイロット油通路４２，４３が分岐接続してある。

上記のように構成した油圧回路では、操作レバー４１をレバー中立位置から図１中の矢印Ａ方向に操作した場合、操作弁４０から出力されたパイロット圧が伸長側パイロット油通路４２を通じて図１中の右側に位置する方向切換弁３０の圧力室３２に出力され、方向切換弁３０が中立位置から伸長位置に切り換わる。従って、油圧ポンプ２０から吐出された油が、供給油通路３、方向切換弁３０、ボトム側油通路１及び降下防止弁５０を介して油圧シリンダ１０のボトム室１１に供給されるとともに、ヘッド室１２の油がヘッド側油通路２、方向切換部及びドレン油通路４を介して油タンクＴに排出されることになり、油圧シリンダ１０が伸長動作する。

このとき、操作弁４０から伸長側パイロット油通路４２に出力されたパイロット圧がシャトル弁７０を介してパイロット切換弁６０の圧力室６２にも加えられるため、タンク油通路５を介して降下防止弁５０のバネ室５４が油タンクＴに接続されることになる。従って、油の供給圧力がポペットバネ５６の押圧力を上回りさえすれば、通過する油の流量に関わらず、ポペット５５と弁座５３との開口面積を十分に確保することができ、油圧シリンダ１０を伸長動作させる際の降下防止弁５０での圧力損失を低減することが可能となる。

油圧シリンダ１０が伸長動作した状態から、操作弁４０の操作により方向切換弁３０を中立位置に戻すと、パイロット切換弁６０が内蔵バネ６１によってタンク油通路５を閉鎖した状態に復帰する。従って、弁本体５１のバネ室５４に作用する圧力及びポペットバネ５６の押圧力により、油圧シリンダ１０の負荷圧力に抗してポペット５５が弁座５３に当接された状態に維持され、ボトム側油通路１が閉鎖される。これにより、方向切換弁３０のバルブ本体とスプールとの間に隙間があったとしても、油圧シリンダ１０が縮退して作業機が降下する事態を招来する恐れがなくなる。

さらに、上述の状態から操作レバー４１を図１中の矢印Ｂ方向に操作すると、操作弁４０から出力されたパイロット圧が縮退側パイロット油通路４３を通じて図１中の左側に位置する方向切換弁３０の圧力室３１に出力され、方向切換弁３０が中立位置から縮退位置に切り換わる。

このとき、操作弁４０から縮退側パイロット油通路４３に出力されたパイロット圧がシャトル弁７０を介してパイロット切換弁６０の圧力室６２にも加えられるため、タンク油通路５を介して降下防止弁５０のバネ室５４が油タンクＴに接続されることになり、油圧シリンダ１０の負荷圧力によりポペットバネ５６の押圧力に抗してポペット５５が弁座５３から離隔する。従って、油圧ポンプ２０から吐出された油が、供給油通路３、方向切換弁３０、ヘッド側油通路２を介して油圧シリンダ１０のヘッド室１２に供給されるとともに、ボトム室１１の油がボトム側油通路１、降下防止弁５０、方向切換弁３０及びドレン油通路４を介して油タンクＴに排出されることになり、油圧シリンダ１０が縮退動作する。

尚、上述した実施の形態では、シャトル弁７０を介して操作弁４０からのパイロット圧をパイロット切換弁６０の圧力室６２に択一的に加えるようにしているため、パイロット切換弁６０に伸長側パイロット油通路４２及び縮退側パイロット油通路４３に対して個別に圧力室を設ける必要がない。しかしながら、本発明はこれに限定されず、それぞれのパイロット油通路４２，４３に対して個別の圧力室を備えたパイロット切換弁を適用しても良いし、パイロット切換弁自体を個別に設けるようにしても良い。また、操作弁４０からパイロット圧を出力するものを例示しているが、例えば操作弁４０から操作信号として電気信号を出力し、これに応じて方向切換弁及びパイロット切換弁を動作させるように油圧回路を構成することも可能である。

１ボトム側油通路
５タンク油通路
１０油圧シリンダ
１１ボトム室
２０油圧ポンプ
３０方向切換弁
４０操作弁
４２，４３パイロット油通路
５０降下防止弁
５１弁本体
５２弁通路
５３弁座
５４バネ室
５５ポペット
５６ポペットバネ
５７絞り通路
５７ａ絞り
６０パイロット切換弁
６１内蔵バネ
６２圧力室
７０シャトル弁
Ｔ油タンク

Claims

操作弁からの出力信号に応じて動作し、油圧シリンダに対する油の供給方向を切換える方向切換弁と、
前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に至るボトム側油通路に介在し、ポペットを弁座に離接させることによって前記ボトム側油通路を開閉する降下防止弁と
を備え、前記降下防止弁は、前記弁座に対して前記ポペットを常時当接する方向に押圧するポペットバネと、内部の圧力が前記弁座に対して前記ポペットを当接する方向に作用するように構成し、かつ絞りを介して前記油圧シリンダのボトム室に連通するバネ室とを有したものであり、
前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給した場合には油の供給圧力により前記ポペットバネの押圧力に抗して前記ポペットを前記弁座から離隔させて前記ボトム側油通路を開放する一方、前記方向切換弁が中立位置にある場合には前記バネ室に作用する圧力及び前記ポペットバネの押圧力により前記ポペットを前記弁座に当接させた状態に維持して前記ボトム側油通路を閉鎖するようにした油圧回路において、
前記バネ室と油タンクとの間に両者を連通するタンク油通路を設けるとともに、このタンク油通路には前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室に油を供給する方向に操作された場合に前記操作弁からの出力信号に応じて切換動作し、前記バネ室を前記油タンクに連通させるパイロット切換弁を配設したことを特徴とする油圧回路。
前記パイロット切換弁は、前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室から前記方向切換弁に向けて油を排出する方向に操作された場合に前記操作弁からの出力信号に応じて切換動作し、前記バネ室を前記油タンクに連通させることを特徴とする請求項１に記載の油圧回路。
前記操作弁は、操作方向に応じたパイロット圧を出力信号として前記方向切換弁に出力するものであり、前記パイロット切換弁に対してはシャトル弁を介して操作方向に応じたパイロット圧を選択的に作用させることを特徴とする請求項２に記載の油圧回路。
操作弁からのパイロット圧に応じて動作し、油圧シリンダに対する油の供給方向を切換える方向切換弁と、
前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に至るボトム側油通路に介在し、ポペットを弁座に離接させることによって前記ボトム側油通路を開閉する降下防止弁と
を備え、前記降下防止弁は、前記弁座に対して前記ポペットを常時当接する方向に押圧するポペットバネと、内部の圧力が前記弁座に対して前記ポペットを当接する方向に作用するように構成し、かつ絞りを介して前記油圧シリンダのボトム室に連通するバネ室とを有したものであり、
前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給した場合には油の供給圧力により前記ポペットバネの押圧力に抗して前記ポペットを前記弁座から離隔させて前記ボトム側油通路を開放する一方、前記方向切換弁が中立位置にある場合には前記バネ室に作用する圧力及び前記ポペットバネの押圧力により前記ポペットを前記弁座に当接させた状態に維持して前記ボトム側油通路を閉鎖するようにした油圧回路において、
前記バネ室と油タンクとの間を連通するタンク油通路に介在し、前記操作弁からのパイロット圧に応じて切換動作するパイロット切換弁と、
前記操作弁から出力される操作方向に応じたパイロット圧を前記パイロット切換弁に対して選択的に作用させる前記シャトル弁と
を備え、前記操作弁が前記方向切換弁から前記油圧シリンダのボトム室に向けて油を供給する方向に操作された場合及び前記操作弁が前記油圧シリンダのボトム室から前記方向切換弁に向けて油を排出する方向に操作された場合にそれぞれ前記シャトル弁を介して前記パイロット切換弁を切換動作させて前記バネ室を前記油タンクに連通させることを特徴とする油圧回路。