JP2015218794A - 流体圧制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】切換弁の絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制可能な流体圧制御装置を提供する。【解決手段】流体圧制御装置の負荷保持機構20は、制御弁から負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、チェック弁より負荷側圧力室側の作動流体をチェック弁21を迂回して制御弁側に導くバイパス通路に介装される切換弁22と、を備える。切換弁22は、パイロット室23のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部72を有するスプール56と、スプール56を閉弁方向に付勢する付勢部材36と、スプール56が収容されランド部72の外周が摺接する環状摺接部78を内周に有するスプール孔60aと、ランド部72に設けられスプール56が開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞り37と、を備える。絞り37は、スプール56の軸方向に沿って直列に2段以上設けられる。【選択図】図3

Description

本発明は、流体圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置に関する。
流体圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置として、特許文献1には、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動流体の給排を切り換えシリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、シリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路に介装された負荷保持機構と、を備えるものが開示されている。
負荷保持機構は、オペレートチェック弁と、パイロット圧によって動作してオペレートチェック弁の動作を切り換える切換弁と、を備える。切換弁は、オペレートチェック弁をバイパスするバイパス通路が接続される供給ポートと、制御弁に連通する排出ポートと、を備える。
切換弁は、パイロット圧によって変化するスプールの移動量に応じて、供給ポートと排出ポートとの連通を遮断する遮断位置と、供給ポートと排出ポートとを絞りを介して連通させる連通位置と、に切り換え可能である。
特開2013−204603号公報
切換弁のスプールのランド部外周にはノッチが形成され、このノッチがスプールの移動量に応じて供給ポートと排出ポートとを連通させる。ノッチによって画成される絞りの開口面積は、ノッチの大きさによって規定される。
開口面積は、流体圧作業機器の機種に応じて設定される。特に、シリンダの繊細な動作が要求される流体圧作業機器では、スプールが遮断位置から連通位置へと移動し始め、開口面積が増加し始める際の初期の開口面積の増加率を小さく抑える必要がある。
初期の開口面積の増加率を抑えるためには、ノッチの幅を小さくする必要があるが、ノッチはエンドミル等の工具によって形成され、工具の細さには限界があるので、ノッチの幅をさらに細くすることは難しい。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、切換弁の絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制可能な流体圧制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用するシリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路と、メイン通路に介装され、制御弁が遮断位置の場合に負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置であって、負荷保持機構は、制御弁から負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、チェック弁より負荷側圧力室側の作動流体をチェック弁を迂回して制御弁側に導くバイパス通路に介装され、開弁することでパイパス通路を連通させる切換弁と、を備え、切換弁は、パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、パイロット室のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部を有するスプールと、スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、スプールが収容されランド部の外周が摺接する環状摺接部を内周に有するスプール孔と、ランド部に設けられスプールが開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞りと、を備え、絞りは、スプールの軸方向に沿って直列に2段以上設けられる、ことを特徴とする。
本発明によれば、スプールが開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞りが、スプールの軸方向に沿って直列に2段以上設けられるので、全体としての絞りの開口面積である合成開口面積を小さくすることができる。よって、絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制することができる。
油圧ショベルの一部分を示す図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の負荷保持機構の断面図である。 パイロット圧に応じて変化するスプールの開口面積の変化特性を示す図である。
図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
流体圧制御装置としての油圧制御装置100は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施形態では、図1に示す油圧ショベルのアーム(負荷)1を駆動するシリンダ2の伸縮動作を制御する場合について説明する。
まず、図2を参照して、油圧制御装置100の油圧回路について説明する。
シリンダ2は、シリンダ2内を摺動自在に移動するピストンロッド3によって、ロッド側圧力室2aと反ロッド側圧力室2bとに画成される。
油圧ショベルにはエンジンが搭載され、そのエンジンの動力によって油圧源であるポンプ4及びパイロットポンプ5が駆動する。
ポンプ4から吐出された作動油(作動流体)は、制御弁6を通じてシリンダ2に供給される。
制御弁6とシリンダ2のロッド側圧力室2aとは第1メイン通路7によって接続され、制御弁6とシリンダ2の反ロッド側圧力室2bとは第2メイン通路8によって接続される。
制御弁6は、油圧ショベルの乗務員が操作レバー10を手動操作することに伴ってパイロットポンプ5からパイロット弁9を通じてパイロット室6a,6bに供給されるパイロット圧油によって操作される。
具体的には、パイロット室6aにパイロット圧が導かれた場合には、制御弁6は位置aに切り換わり、ポンプ4から第1メイン通路7を通じてロッド側圧力室2aに作動油が供給されると共に、反ロッド側圧力室2bの作動油が第2メイン通路8を通じてタンクTへと排出される。これにより、シリンダ2は収縮動作し、アーム1は、図1に示す矢印80の方向へと上昇する。
一方、パイロット室6bにパイロット圧が導かれた場合には、制御弁6は位置bに切り換わり、ポンプ4から第2メイン通路8を通じて反ロッド側圧力室2bに作動油が供給されると共に、ロッド側圧力室2aの作動油が第1メイン通路7を通じてタンクTへと排出される。これにより、シリンダ2は伸長動作し、アーム1は、図1に示す矢印81の方向へと下降する。
パイロット室6a,6bにパイロット圧が導かれない場合には、制御弁6は位置cに切り換わり、シリンダ2に対する作動油の給排が遮断され、アーム1は停止した状態を保つ。
このように、制御弁6は、シリンダ2を収縮動作させる収縮位置a、シリンダ2を伸長動作させる伸長位置b、及びシリンダ2の負荷を保持する遮断位置cの3つの切り替え位置を備え、シリンダ2に対する作動油の給排を切り換え、シリンダ2の伸縮動作を制御する。
ここで、図1に示すように、バケット13を持ち上げた状態で、制御弁6を遮断位置cに切り換えアーム1の動きを止めた場合には、バケット13とアーム1等の自重によって、シリンダ2には伸長する方向の力が作用する。このように、アーム1を駆動するシリンダ2においては、ロッド側圧力室2aが、制御弁6が遮断位置cの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。
負荷側であるロッド側圧力室2aに接続されたメイン通路としての第1メイン通路7には、負荷保持機構20が介装される。負荷保持機構20は、制御弁6が遮断位置cの場合に、ロッド側圧力室2aの負荷圧を保持するものであり、図1に示すように、シリンダ2の表面に固定される。
なお、ブーム14を駆動するシリンダ15においては、反ロッド側圧力室15bが負荷側圧力室となるため、ブーム14に負荷保持機構20を設ける場合には、反ロッド側圧力室15bに接続されたメイン通路に負荷保持機構20が介装される(図1参照)。
負荷保持機構20は、第1メイン通路7に介装されたチェック弁としてのオペレートチェック弁21と、パイロット弁9を通じてパイロット室23に供給されるパイロット圧油によって制御弁6と連動して動作し、オペレートチェック弁21の作動を切り換える切換弁としてのメータアウト制御弁22と、を備える。
オペレートチェック弁21は、第1メイン通路7を開閉する弁体24と、弁体24が着座するシート部28と、弁体24の背面に画成された背圧室25と、弁体24に形成されロッド側圧力室2aの作動油を背圧室25へと常時導く絞り通路26と、を備える。絞り通路26には絞り26aが介装される。
第1メイン通路7は、弁体24によって、シリンダ側第1メイン通路7aと制御弁側第1メイン通路7bとに分けられる。シリンダ側第1メイン通路7aは、ロッド側圧力室2aとオペレートチェック弁21とをつなぎ、制御弁側第1メイン通路7bはオペレートチェック弁21と制御弁6とをつなぐ。
弁体24には、制御弁側第1メイン通路7bの圧力が作用する第1受圧面24aと、シリンダ側第1メイン通路7aを通じてロッド側圧力室2aの圧力が作用する第2受圧面24bとが形成される。
背圧室25には、弁体24を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのスプリング27が収装される。このように、背圧室25の圧力とスプリング27の付勢力とは、弁体24をシート部28に着座させる方向に作用する。
弁体24がシート部28に着座した状態では、オペレートチェック弁21は、ロッド側圧力室2aから制御弁6への作動油の流れを遮断する逆止弁としての機能を発揮する。つまり、オペレートチェック弁21は、ロッド側圧力室2a内の作動油の漏れを防止して負荷圧を保持し、アーム1の停止状態を保持する。
また、負荷保持機構20は、ロッド側圧力室2aの作動油をオペレートチェック弁21をバイパスして制御弁側第1メイン通路7bへと導くバイパス通路30と、背圧室25の作動油を制御弁側第1メイン通路7bへと導く背圧通路31と、を備える。
メータアウト制御弁22は、バイパス通路30及び背圧通路31に介装され、バイパス通路30及び背圧通路31に対する制御弁側第1メイン通路7bの連通を切り換え、シリンダ2を伸長動作させる際にメータアウト側となる第1メイン通路7の作動油の流れを制御する。
メータアウト制御弁22は、バイパス通路30に連通する第1供給ポート32、背圧通路31に連通する第2供給ポート33、及び制御弁側第1メイン通路7bに連通する排出ポート34の3つのポートを備える。
また、メータアウト制御弁22は、遮断位置x、第1連通位置y、第2連通位置zの3つの切り換え位置を備える。
パイロット室23には、制御弁6のパイロット室6bにパイロット圧が導かれたときに、同時に同じ圧力のパイロット圧が導かれる。つまり、制御弁6を伸長位置bに切り換えた場合に、メータアウト制御弁22も第1連通位置y又は第2連通位置zに切り換わる。
具体的に説明すると、パイロット室23にパイロット圧が導かれない場合には、付勢部材としてのスプリング36の付勢力によって、メータアウト制御弁22は遮断位置xを保つ。遮断位置xでは、第1供給ポート32及び第2供給ポート33の双方が遮断される。
パイロット室23に所定圧力未満のパイロット圧が導かれた場合には、メータアウト制御弁22は第1連通位置yに切り換わる。第1連通位置yでは、第1供給ポート32が排出ポート34と連通する。これにより、ロッド側圧力室2aの作動油はバイパス通路30からメータアウト制御弁22を通じて制御弁側第1メイン通路7bへと導かれる。つまり、ロッド側圧力室2aの作動油はオペレートチェック弁21をバイパスして制御弁側第1メイン通路7bへと導かれる。このとき、絞り37によって作動油の流れに抵抗が付与される。第2供給ポート33は遮断された状態を保つ。
パイロット室23に所定圧力以上のパイロット圧が導かれた場合には、メータアウト制御弁22は第2連通位置zに切り換わる。第2連通位置zでは、第1供給ポート32が排出ポート34と連通するとともに、第2供給ポート33が排出ポート34と連通する。これにより、背圧室25の作動油は背圧通路31からメータアウト制御弁22を通じて制御弁側第1メイン通路7bへと導かれる。このときも、第1連通位置の場合と同様に、第1供給ポート32から排出ポート34への作動油の流れには、絞り37によって抵抗が付与される。
バイパス通路30におけるメータアウト制御弁22の上流には、リリーフ通路40が分岐して接続される。リリーフ通路40には、ロッド側圧力室2aの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動油の通過を許容し、ロッド側圧力室2aの作動油を逃がすリリーフ弁41が介装される。リリーフ弁41を通過した作動油は、排出通路76を通じてタンクTへ排出される。排出通路76にはオリフィス42が介装され、オリフィス42の上流側の圧力はパイロット室23に導かれる。メータアウト制御弁22は、リリーフ弁41を通過してパイロット室23に導かれたリリーフ圧油の圧力によって、第2連通位置zまで切り換わるように設定される。
制御弁側第1メイン通路7bには第1メインリリーフ弁43が接続され、第2メイン通路8には第2メインリリーフ弁44が接続される。第1メインリリーフ弁43,第2メインリリーフ弁44は、アーム1に大きな外力が作用したときに、シリンダ2のロッド側圧力室2a、反ロッド側圧力室2bに生じる高圧を逃がすためのものである。
次に、主に図3を参照して、メータアウト制御弁22について詳細に説明する。図3は負荷保持機構20の断面図であり、パイロット室23にパイロット圧が導かれておらずメータアウト制御弁22が遮断位置xである状態を示す。
メータアウト制御弁22はボディ60に組み込まれる。ボディ60にはスプール孔60aが形成され、スプール孔60aには略円筒形状のスリーブ61が挿入される。スリーブ61内には、スプール56が摺動自在に組み込まれる。
スプール56の一端面56aの側方には、キャップ57によって区画されたスプリング室54が画成される。スプリング室54は、スリーブ61の端面に形成された切り欠き61aとボディ60に形成された通路62を通じてオリフィス42(図2参照)の下流側に連通しタンクTに接続される。
スプリング室54には、スプール56を付勢する付勢部材としてのスプリング36が収装される。また、スプリング室54には、端面45aがスプール56の一端面56aに当接すると共に中空部45bにスプール56の一端面56aに突出して形成されたピン部56cが挿入される環状の第1バネ受部材45と、キャップ57の底部近傍に配置された第2バネ受部材46と、が収装される。スプリング36は、第1バネ受部材45と第2バネ受部材46との間に圧縮状態で介装され、第1バネ受部材45を介してスプール56を閉弁方向に付勢する。
スプリング室54内での第2バネ受部材46の軸方向位置は、キャップ57の底部に貫通して螺合する調節ボルト47の先端部が第2バネ受部材46の背面に当接することによって設定される。調節ボルト47をねじ込むことによって、第2バネ受部材46は第1バネ受部材45に近づく方向に移動する。したがって、調節ボルト47のねじ込み量を調節することによって、スプリング36の初期のスプリング荷重を調整することができる。調節ボルト47はナット48にて固定される。
スプール56の他端面56bの側方には、スプール孔60aと連通して形成されたピストン孔60bと、ピストン孔60bを閉塞するキャップ58とによってパイロット室23が画成される。パイロット室23内には、背面にパイロット圧を受けてスプール56にスプリング36の付勢力に抗する推力を付与するピストン50が摺動自在に挿入される。
パイロット室23は、ピストン50によって、ピストン50の背面に臨む第1パイロット室23aと、ピストン50の前面及びスプール56の他端面56bに臨む第2パイロット室23bと、に区画される。第1パイロット室23aには、ボディ60に形成された通路52を通じてパイロット弁9からのパイロット圧油が供給される。第2パイロット室23bには、排出通路76を通じてリリーフ弁41を通過したリリーフ圧油が導かれる。
ピストン50は、外周面がピストン孔60bの内周面に沿って摺動する摺動部50aと、摺動部50aと比較して小径に形成され、スプール56の他端面56bに対峙する先端部50bと、摺動部50aと比較して小径に形成され、キャップ58の先端面に対峙する基端部50cと、を備える。
通路52を通じて第1パイロット室23a内にパイロット圧油が供給されると、基端部50cの背面と摺動部50aの環状背面とにパイロット圧が作用する。これにより、ピストン50は、前進し、先端部50bがスプール56の他端面56bに当接してスプール56を移動させる。このように、スプール56は、ピストン50の背面に作用するパイロット圧に基づいて発生するピストン50の推力を受け、スプリング36の付勢力に抗して開弁方向に移動する。
排出通路76を通じて第2パイロット室23b内にリリーフ弁41を通過したリリーフ圧油が導かれると、スプール56の他端面56bにリリーフ圧油の圧力が作用する。これにより、スプール56はスプリング36の付勢力に抗して移動し、メータアウト制御弁22は第2連通位置zに切り換わる。この際、リリーフ圧油の圧力はピストン50にも作用するため、ピストン50は後退してキャップ58に当接する。
スプール56は、一端面56aに作用するスプリング36の付勢力と他端面56bに作用するピストン50の推力とがバランスした位置で停止し、そのスプール56の停止位置にてメータアウト制御弁22の切り換え位置が設定される。スプール56は、ピストン50の推力がスプリングの付勢力より大きいとき開弁方向に移動し、スプリングの付勢力がピストン50の推力より大きいとき閉弁方向に移動する。
スプール56の外周面は部分的に環状に切り欠かれ、開弁方向先端側から順に、ポペット部70、ランド部としての第1ランド部72、第2ランド部73、第3ランド部74が形成される。ポペット部70は、第1ランド部72、第2ランド部73及び第3ランド部74より外径が大きく、開弁方向に向かって外径が大きくなるテーパ状に形成される。
スリーブ61の内周面は部分的に環状に切り欠かれ、その切り欠かれた部分とスプール56の外周面とで、開弁方向先端側から順に、第1圧力室64、第2圧力室65、第3圧力室66、及び第4圧力室67が形成される。
スリーブ61にはさらに、バイパス通路30(図2参照)に連通する第1供給ポート32と、背圧通路31(図2参照)に連通する第2供給ポート33と、制御弁側第1メイン通路7bに連通する排出ポート34と、が形成される。
第1圧力室64は、排出ポート34に常時連通している。
第2圧力室65は、スリーブ61の内周面から内径側に環状に突出する環状突部71にポペット部70が着座することで第1圧力室64と遮断される。
第3圧力室66は、第1供給ポート32に常時連通している。スプール56の第1ランド部72の外周には、スプール56が開弁方向に移動することによって、第3圧力室66と第2圧力室65とを連通する複数の絞り37が形成される。
絞り37は、第1ランド部72の外周に形成されるノッチ77と、スリーブ61の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部78と、から構成され、スプール56の軸方向に直列に2段設けられる。2段の絞り37は、スプール56の閉弁方向側に配置される1段目絞り37aと、スプール56の開弁方向側に配置される2段目絞り37bと、から構成される。
1段目絞り37aのノッチ77は、第1ランド部72の外周に2つ形成され、各ノッチ77は第1ランド部72の周方向に均等な間隔を有するように180度ずれて配置される。2段目絞り37bのノッチ77は、第1ランド部72の外周に2つ形成され、各ノッチ77は第1ランド部72の周方向に均等な間隔を有するように180度ずれて配置される。これにより、各ノッチ77を通過する作動流体によってスプールが軸方向に垂直な方向に受ける力をより均等化することができる。
また、1段目絞り37aのノッチ77と2段目絞り37bのノッチ77とは、第1ランド部72の周方向に90度ずれて配置される。つまり、第1ランド部72の外周には、1段目絞り37a及び2段目絞り37bの合計4つのノッチ77が互いに周方向に90度ずつずれて配置される。
さらに、1段目絞り37aのノッチ77と2段目絞り37bのノッチ77との軸方向の位置は、1段目絞り37aのノッチ77の開弁側先端が1段目絞り37の環状摺接部78を通過するのと同時に、2段目絞り37bのノッチ77の開弁側先端が2段目絞り37bの環状摺接部78を通過するように設定される。つまり、1段目絞り37aと2段目絞り37bとはスプール56の移動に伴って同時に開口する。
なお、1段目絞り37a及び2段目絞り37bのノッチ77の数はこれに限らず、その他の個数であってもよい。この場合も、各ノッチ77は第1ランド部72の周方向に互いに均等な間隔を有して配置されることが好ましい。
第4圧力室67は、スプール56内に軸方向に形成された導通孔68を介して第2圧力室65に常時連通している。導通孔68は、一端が第4圧力室67に開口し、他端が第2圧力室65に開口する。第2供給ポート33は、スプール56が閉弁状態である場合には開口部が第2ランド部73の外周に対向して閉塞され、スプール56が開弁方向に移動することによって第4圧力室67と連通する。
パイロット室23にパイロット圧が導かれない場合には、スプリング36の付勢力によってスプール56に形成されたポペット部70が、スリーブ61の内周に形成された環状突部71に押し付けられ、第2圧力室65と第1圧力室64との連通が遮断される。したがって、第1供給ポート32と排出ポート34との連通が遮断されるとともに第2供給ポート33と排出ポート34との連通も遮断される。これにより、ロッド側圧力室2aの作動油及び背圧室25の作動油が排出ポート34へと漏れることはない。この状態が、メータアウト制御弁22の遮断位置xに相当する。スプリング36の付勢力によってポペット部70が環状突部71に着座した状態では、第1バネ受部材45の端面45aとスリーブ61の端面との間には僅かな隙間が存在するため、ポペット部70は環状突部71に対してスプリング36の付勢力によって確実にシートされる。
第1パイロット室23aにパイロット圧が導かれ、スプール56に作用するピストン50の推力がスプリング36の付勢力よりも大きくなった場合には、スプール56はスプリング36の付勢力に抗して開弁方向に移動する。これにより、ポペット部70が環状突部71から離れると共に、第3圧力室66と第2圧力室65とが1段目絞り37a及び2段目絞り37bを通じて連通するため、第1供給ポート32は第3圧力室66、絞り37、第2圧力室65、及び第1圧力室64を通じて排出ポート34と連通する。第1供給ポート32と排出ポート34との連通によって、ロッド側圧力室2aの作動油が、絞り37を介して制御弁側第1メイン通路7bへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁22の第1連通位置yに相当する。
第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧が大きくなると、スプール56はスプリング36の付勢力に抗してさらに開弁方向に移動し、第4圧力室67に第2供給ポート33が連通する。これにより、第2供給ポート33は、第4圧力室67、導通孔68、及び第1圧力室64を通じて排出ポート34と連通する。第2供給ポート33と排出ポート34との連通によって、背圧室25の作動油が制御弁側第1メイン通路7bへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁22の第2連通位置zに相当する。
次に、主に図2〜図4を参照して、油圧制御装置100の動作について説明する。
制御弁6が遮断位置cの場合には、ポンプ4が吐出する作動油はシリンダ2に供給されない。このとき、メータアウト制御弁22の第1パイロット室23aにはパイロット圧が導かれないため、メータアウト制御弁22も遮断位置xの状態となる。
このため、オペレートチェック弁21の背圧室25は、ロッド側圧力室2aの圧力に維持される。ここで、弁体24における閉弁方向の受圧面積(弁体24の背面の面積)は、開弁方向の受圧面積である第2受圧面24bの面積よりも大きいため、背圧室25の圧力とスプリング27の付勢力とによって、弁体24はシート部28に着座した状態となる。このように、オペレートチェック弁21によって、ロッド側圧力室2a内の作動油の漏れが防止され、アーム1の停止状態が保持される。
操作レバー10が操作され、パイロット弁9から制御弁6のパイロット室6aへとパイロット圧が導かれると、制御弁6は、パイロット圧に応じた量だけ収縮位置aへと切り換わる。制御弁6が収縮位置aへと切り換わると、ポンプ4が吐出する作動油の圧力は、オペレートチェック弁21の第1受圧面24aへと作用する。このとき、メータアウト制御弁22は、パイロット室23にパイロット圧が導かれず遮断位置xの状態であるため、オペレートチェック弁21の背圧室25は、ロッド側圧力室2aの圧力に維持される。第1受圧面24aに作用する荷重が、背圧室25の圧力による弁体24の背面に作用する荷重とスプリング27の付勢力との合計荷重よりも大きくなった場合には、弁体24はシート部28から離れる。このようにしてオペレートチェック弁21が開弁すれば、ポンプ4から吐出された作動油はロッド側圧力室2aに供給され、シリンダ2は収縮する。これにより、アーム1は、図1に示す矢印80の方向へと上昇する。
操作レバー10が操作され、パイロット弁9から制御弁6のパイロット室6bへとパイロット圧が導かれると、制御弁6はパイロット圧に応じた量だけ伸長位置bへと切り換わる。また、これと同時に、第1パイロット室23aへもパイロット圧が導かれるため、メータアウト制御弁22は、供給されるパイロット圧に応じて第1連通位置y又は第2連通位置zに切り換わる。
第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧が所定圧力未満の場合には、メータアウト制御弁22は第1連通位置yに切り換わる。この場合、第2供給ポート33と排出ポート34との連通は遮断された状態であるため、オペレートチェック弁21の背圧室25はロッド側圧力室2aの圧力に維持され、オペレートチェック弁21は閉弁状態となる。
一方、第1供給ポート32は排出ポート34と連通するため、ロッド側圧力室2aの作動油は、バイパス通路30から1段目絞り37a及び2段目絞り37bを通過して制御弁側第1メイン通路7bへと導かれ、制御弁6からタンクTへと排出される。また、反ロッド側圧力室2bには、ポンプ4の吐出する作動油が供給されるため、シリンダ2は伸長する。これにより、アーム1は、図1に示す矢印81の方向へと下降する。
ここで、メータアウト制御弁22を第1連通位置yに切り換えるのは、バケット13に取り付けた搬送物を、目的の位置に下ろすクレーン作業を行う場合が主である。クレーン作業では、シリンダ2を低速で伸長動作させてアーム1を矢印81の方向へとゆっくりと下降させる必要があるため、制御弁6は、伸長位置bにわずかに切り換えられるだけである。このため、制御弁6のパイロット室6bに導かれるパイロット圧は小さく、メータアウト制御弁22の第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧は所定圧力未満となり、メータアウト制御弁22は第1連通位置yまでしか切り換わらない。したがって、ロッド側圧力室2aの作動油は1段目絞り37a及び2段目絞り37bを通過して排出されることになり、アーム1はクレーン作業に適した低速で下降する。
特に、本実施形態では、1段目絞り37a及び2段目絞り37bを直列に配置して2段絞りとしたので、絞り全体としての開口面積を小さくすることができる。例えば、1段目絞り37aの開口面積をA1とし、2段目絞り37bの開口面積をA2とすると、絞り全体の合成開口面積Aは、以下の式で表わされる。
A=(A1*A2)/(A12+A221/2
特に、A1=A2である場合、A=A1/21/2≒0.7A1となる。
図4は、第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧に応じて変化するスプール56の開口面積の変化特性を示す図であり、破線は絞りが1段の場合を示し、実線は本実施形態のように絞りが2段の場合を示す。
図4に示すように、パイロット圧の増加、すなわちスプール56のストローク量の増加に伴いメータアウト制御弁22の切換位置が遮断位置xから第1連通位置yに切り換わった時、開口面積が増加し始める。このとき、絞りが2段の場合の方が、1段の場合よりも合成開口面積が小さく抑えられるので、開口面積の立ち上がり(増加率)が小さくなる。これにより、シリンダ2を低速で伸長動作させる際、特にシリンダ2の動き始めの挙動をより繊細に調整することができる。
また、メータアウト制御弁22が第1連通位置yの場合において、制御弁側第1メイン通路7bが破裂などして作動油が外部へと漏れるような事態が発生したとしても、ロッド側圧力室2aから排出される作動油の流量は1段目絞り37a及び2段目絞り37bによって制限されるため、バケット13の落下速度は速くならない。この機能をメータリング制御という。このため、バケット13が地面に落下する前に、メータアウト制御弁22を遮断位置xに切り換えることができ、バケット13の落下を防止することができる。
このように、絞り37は、オペレートチェック弁21の閉弁時におけるシリンダ2の下降速度を抑えると共に、制御弁側第1メイン通路7bの破裂時におけるバケット13の落下速度を抑えることができる。
第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧が所定圧力以上になると、メータアウト制御弁22は第2連通位置zに切り換わる。この場合、第2供給ポート33が排出ポート34と連通するため、オペレートチェック弁21の背圧室25の作動油は、背圧通路31から制御弁側第1メイン通路7bへと導かれ、制御弁6からタンクTへと排出される。これにより、絞り通路26の前後にて差圧が発生し、背圧室25内の圧力が小さくなるため、弁体24に作用する閉弁方向の力が小さくなり、弁体24がシート部28から離れ、オペレートチェック弁21の逆止弁としての機能が解除される。
このように、オペレートチェック弁21は、制御弁6からロッド側圧力室2aへの作動油の流れを許容する一方、背圧室25の圧力に応じてロッド側圧力室2aから制御弁6への作動油の流れを許容するように動作する。
オペレートチェック弁21が開弁すると、ロッド側圧力室2aの作動油は第1メイン通路7を通りタンクTへと排出されるため、シリンダ2は素早く伸長する。つまり、メータアウト制御弁22を第2連通位置zに切り換えると、ロッド側圧力室2aから排出される作動油の流量が多くなるため、反ロッド側圧力室2bに供給される作動油の流量が多くなり、シリンダ2の伸長速度は速くなる。これにより、アーム1は矢印81の方向へと素早く下降する。
メータアウト制御弁22を第2連通位置zに切り換えるのは、掘削作業等を行う場合であり、制御弁6は伸長位置bに大きく切り換えられる。このため、制御弁6のパイロット室6bに導かれるパイロット圧は大きく、メータアウト制御弁22の第1パイロット室23aに導かれるパイロット圧は所定圧力以上となり、メータアウト制御弁22は第2連通位置zまで切り換わる。
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
第1ランド部72の外周に形成されるノッチ77と、スリーブ61の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部78と、から構成される絞り37a、37bが、スプール56の軸方向に直列に2段設けられるので、全体としての絞り37の開口面積である合成開口面積を小さくすることができる。これにより、ノッチ77の幅をさらに細くすることなく絞り37における初期の開口面積の増加率を抑制することができる。よって、シリンダ2を低速で伸長動作させる際、特にシリンダ2の動き始めの挙動をより繊細に調整することができる。
さらに、1段目絞り37a及び2段目絞り37bは、第1ランド部72の外周に形成されるノッチ77と、スリーブ61の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部78と、から構成されるので、簡素な構造で絞りを実現することができる。
さらに、1段目絞り37aのノッチ77の開弁側先端が1段目絞り37aの環状摺接部78を通過するのと同時に、2段目絞り37bのノッチ77の開弁側先端が2段目絞り37bの環状摺接部78を通過するように、各ノッチ77の軸方向の位置が設定される。ここで、一方の絞り37が開放する時における他方の絞り37の開口面積が小さいほど、全体として絞り37が開いた直後の合成開口面積を小さくすることができるので、1段目絞り37a及び2段目絞り37bが同時に開放するように位置を設定することで、合成開口面積をより小さくすることができ、シリンダ2の動き始めの挙動をさらに繊細に調整することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、絞り37が1段目絞り37a及び2段目絞り37bの2段の絞りから構成されているが、3段以上の絞りから構成されていてもよい。同じノッチ77を用いる場合には、絞り37の段数が増えるほど、絞り全体としての合成開口面積をより小さく抑えることができる。
さらに、上記実施形態では、負荷保持機構20がオペレートチェック弁21とメータアウト制御弁22とを備える場合について例示したが、オペレートチェック弁21の代わりに単なるチェック弁を設け、ロッド側圧力室2aから制御弁6への流れは常にバイパス通路30を経由するようにしてもよい。この場合には、メータアウト制御弁22の第2供給ポート33を廃止するとともに、第2連通位置zの絞り37を廃止すればよい。
さらに、上記実施形態では、1段目絞り37a及び2段目絞り37bが第1ランド部72の外周に形成されるノッチ77とスリーブ61の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部78とから構成されているが、ノッチ77の代わりに、第1ランド部72を外径が徐々に縮径されるテーパ状に形成してもよいし、その他の構造を採用してもよい。
さらに、上記実施形態では、1段目絞り37aと2段目絞り37bとが同時に開口するように1段目絞り37aのノッチ77と2段目絞り37bのノッチ77との軸方向の位置が設定されているが、所望の開口面積の立ち上がり特性を得ることができるのであれば、1段目絞り37aと2段目絞り37bとが同時に開口しなくてもよい。
2 シリンダ
2a ロッド側圧力室(負荷側圧力室)
4 ポンプ
6 制御弁
7 第1メイン通路(メイン通路)
9 パイロット弁
20 負荷保持機構
21 オペレートチェック弁(チェック弁)
22 メータアウト制御弁(切換弁)
23 パイロット室
25 背圧室
26 絞り通路
30 バイパス通路
31 背圧通路
36 スプリング(付勢部材)
37 絞り
37a 1段目絞り
37b 2段目絞り
56 スプール
60a スプール孔
72 第1ランド部(ランド部)
77 ノッチ
78 環状摺接部
100 油圧制御装置(流体圧制御装置)

Claims (4)

  1. ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、
    前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、
    前記制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、
    前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、
    前記メイン通路に介装され、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、
    を備える流体圧制御装置であって、
    前記負荷保持機構は、
    前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、
    前記チェック弁より前記負荷側圧力室側の作動流体を前記チェック弁を迂回して前記制御弁側に導くバイパス通路に介装され、開弁することで前記パイパス通路を連通させる切換弁と、を備え、
    前記切換弁は、
    前記パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、
    前記パイロット室のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部を有するスプールと、
    前記スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、
    前記スプールが収容され前記ランド部の外周が摺接する環状摺接部を内周に有するスプール孔と、
    前記ランド部に設けられ前記スプールが開弁方向に移動するほど前記バイパス通路の開口面積を増大させる絞りと、を備え、
    前記絞りは、前記スプールの軸方向に沿って直列に2段以上設けられる、
    ことを特徴とする流体圧制御装置。
  2. 前記チェック弁は、前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容する一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁であり、
    前記背圧室の作動流体を前記切換弁へと導く背圧通路をさらに備え、
    前記切換弁は、前記バイパス通路及び前記背圧通路を遮断する遮断位置と、前記背圧通路を遮断したまま前記バイパス通路を連通させる第1連通位置と、前記バイパス通路及び前記背圧通路を連通させる第2連通位置と、に切り換え可能である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の流体圧制御装置。
  3. 前記絞りは、前記ランド部の外周に形成されるノッチと前記環状摺接部とから構成される、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の流体圧制御装置。
  4. 直列に設けられる2段以上の前記絞りは、前記スプールの開弁方向への移動に応じて同時に開口する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の流体圧制御装置。
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