JP2020133695A - 電磁弁及び作業機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】シャトル弁が有する流体選択機能をコンパクトに組み込むことができる電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁１は、第１入力ポート３１を有するスプール孔２１と、スプール孔２１に接続し、第２入力ポート３２を有する合流室２２とが設けられた弁本体１１と、スプール孔２１の内部に配置されたスプール１２と、スプール１２を軸方向に移動させる駆動部１３と、合流室２２の内部に配置され、スプール孔２１から合流室２２に向かう流体の圧力が第２入力ポート３２から合流室２２に向かう流体の圧力よりも高い場合に第２入力ポート３２を閉じる移動体１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、励磁電流に応じて供給する流体と他の経路からの流体とを選択的に供給するシャトル弁の機能を具備した電磁弁及びこれを備える作業機械に関する。
シャトル弁は２つの入力ポートと１つの出力ポートとを備え、２つの入力ポートに流入する流体のうち高圧の方の流体を選択的に出力ポートから流出させる弁である。例えば特許文献１にはシャトル弁と電磁比例弁とを備える油圧回路が開示され、この油圧回路では、電磁比例弁の２つの出力ポートから延びる２つの油路がシャトル弁に接続されている。これにより、２つの油路からの圧油のうちの圧力の高い方の圧油が選択的に圧油供給対象（主制御部）に供給される。
特開平５−３９８８４号公報
特許文献１の技術はシャトル弁を内蔵したブロックをスプール式電磁比例弁の径方向外側に配置し、ブロックと電磁比例弁とを一体化させる。このような構造は従来から多用されているが、電磁比例弁とシャトル弁とを含む構造体のサイズが大型化するため、配置自由度の向上や取扱い性の向上に改善の余地がある。
本発明は上記実情を考慮してなされたものであり、励磁電流に応じて流体の供給を制御する基本的な機能を保持しながら、シャトル弁が有する流体選択機能をコンパクトに組み込むことができる電磁弁及び作業機械を提供することを目的とする。
本発明にかかる電磁弁は、
第１入力ポートを有するスプール孔と、前記スプール孔に接続し、第２入力ポートを有する合流室とが設けられた弁本体と、
前記スプール孔の内部に配置されたスプールと、
前記スプールを軸方向に移動させる駆動部と、
前記合流室の内部に配置され、前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力が前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記第２入力ポートを閉じる移動体と、を備える。
前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力が前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記移動体が前記スプール孔と前記合流室との接続を遮断してもよい。
前記スプールは、前記合流室に向けて開口する中空孔並びに前記中空孔に開口する入口孔及び出口孔を有し、前記入口孔を前記第１入力ポートに接続しかつ前記出口孔を遮断する位置と、前記入口孔を遮断する位置とに移動可能でもよい。
前記第２入力ポートは、前記軸方向に沿って前記合流室に開口するとともに前記弁本体の外部に開口してもよい。
前記弁本体は、前記スプール孔を有する第１弁箱部と、前記合流室を有する第２弁箱部とを有し、前記第２弁箱部が前記第１弁箱部に取り付けられてもよい。
本発明にかかる電磁弁は、電磁比例弁として構成されてもよい。
また、本発明にかかる電磁弁は、
第１入力ポートを有するスプール孔と、前記スプール孔に接続し、第２入力ポートを有する合流室とが設けられた弁本体と、
前記スプール孔の内部に配置されたスプールと、
前記スプールを軸方向に移動させる駆動部と、
前記合流室の内部に配置され、前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力が前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記第２入力ポートを閉じる移動体と、を備え、
前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力が前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記移動体が前記スプール孔と前記合流室との接続を遮断し、
前記スプールは、前記合流室に向けて開口する中空孔並びに前記中空孔に開口する入口孔及び出口孔を有し、前記入口孔を前記第１入力ポートに接続しかつ前記出口孔を遮断する位置と、前記入口孔を遮断する位置とに移動可能であり、
前記第２入力ポートは、前記軸方向に沿って前記合流室に開口するとともに前記弁本体の外部に開口し、
前記弁本体は、前記スプール孔を有する第１弁箱部と、前記合流室を有する第２弁箱部とを有し、前記第２弁箱部が前記第１弁箱部に取り付けられており、
電磁比例弁として構成される、電磁弁である。
また、本発明にかかる作業機械は、前記の電磁弁を備える。
本発明にかかる電磁弁によれば、励磁電流に応じて流体の供給を制御する基本的な機能を保持しながら、シャトル弁が有する流体選択機能をコンパクトに組み込むことができる。
本発明の一実施の形態にかかる電磁弁の概略的な断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態にかかる電磁弁１について説明する。図１に示される電磁弁１は、励磁電流に応じて流体としての圧油の供給及びその供給圧を制御する電磁比例弁であり、例えば油圧アクチュエータ等の油圧機器に接続されることで、所望圧の圧油を油圧機器に供給することができる。電磁弁１は、作業車両等の作業機械に組み込まれてもよい。
電磁比例弁には、ポジティブタイプの電磁比例弁と、ネガティブタイプの電磁比例弁とが存在する。励磁電流が増大するに従って、出力される流体の圧力が増大する電磁比例弁はポジティブタイプの電磁比例弁に分類され、出力される流体の圧力が低下する電磁比例弁はネガティブタイプの電磁比例弁に分類される。本発明はポジティブタイプの電磁比例弁及びネガティブタイプの電磁比例弁のいずれにも適用可能であるが、電磁弁１はポジティブタイプのスプール式電磁比例弁として構成されている。
本実施の形態にかかる電磁弁１は、スプール孔２１と合流室２２とを有する弁本体１１と、スプール孔２１の内部にスライド可能に配置された軸状部材であるスプール１２と、スプール１２を電磁力によりスプール孔２１の軸方向Ｃ１に移動させる駆動部１３と、合流室２２の内部に配置された移動体１４と、を備えている。弁本体１１において、合流室２２は軸方向Ｃ１における一方側（図面における下側）からスプール孔２１に流体的に接続している。弁本体１１は、スプール孔２１を有する円筒状の第１弁箱部１１１と、合流室２２を有する第２弁箱部１１２とを有し、第２弁箱部１１２は第１弁箱部１１１に取り付けられている。
軸方向Ｃ１における第１弁箱部１１１の一方側の端部は円筒状であり、当該端部の外周面に第２弁箱部１１２に設けられた嵌込筒部１１２Ａが嵌め込まれることで、第２弁箱部１１２が第１弁箱部１１１に一体化される。合流室２２は、嵌込筒部１１２Ａの内側において開放し、この開放部分を介してスプール孔２１に流体的に接続している。
上述した軸方向Ｃ１における第１弁箱部１１１の一方側の端部の内周面には中央に連絡孔１５Ａを有する円環状の弁座部材１５が圧入状態で設けられ、合流室２２は詳しくは、弁座部材１５の連絡孔１５Ａを介してスプール孔２１内に接続している。ここで、合流室２２内の移動体１４は球体であり、連絡孔１５Ａに嵌まり込むことでスプール孔２１と合流室２２との接続を遮断することが可能となっている。
弁座部材１５の合流室２２側とは反対の側を向く面と、スプール１２との間にはコイルスプリングからなる弾性部材１６が設けられ、弁座部材１５はスプリング座面としても機能している。駆動部１３は軸方向Ｃ１においてスプール１２に対し合流室２２側とは反対の側に配置され、励磁電流に応じてスプール１２を合流室２２側に移動させることが可能となっている。スプール１２が合流室２２側へ移動した際には弾性部材１６が圧縮し、スプール１２を駆動部１３の側に押し戻すための付勢力が弾性部材１６に蓄えられる。
弁本体１１には上述のスプール孔２１及び合流室２２に加え、スプール孔２１に開口する第１入力ポート３１及び排出ポート３３と、合流室２２に開口する第２入力ポート３２及び出力ポート３４と、がさらに設けられている。言い換えると、スプール孔２１は第１入力ポート３１及び排出ポート３３を有しており、合流室２２は第２入力ポート３２及び出力ポート３４を有している。第１入力ポート３１及び排出ポート３３は第１弁箱部１１１に設けられ、それぞれスプール孔２１の径方向に沿ってスプール孔２１に開口するとともに第１弁箱部１１１の外周面から外部に開口している。本実施の形態では、第１入力ポート３１が軸方向Ｃ１において排出ポート３３よりも合流室２２に近い位置に配置されるが、逆の配置態様となっていてもよい。
一方、第２入力ポート３２及び出力ポート３４は第２弁箱部１１２に設けられる。出力ポート３４は、スプール孔２１の径方向に沿って合流室２２に開口するとともに第２弁箱部１１２の外周面から外部に開口している。第２入力ポート３２は、第２弁箱部１１２におけるスプール孔２１を向く側とは反対の側の壁部に設けられ、軸方向Ｃ１に沿って合流室２２に開口するとともに第２弁箱部１１２の外周面から外部に開口している。
第１入力ポート３１は圧油を供給する油圧源Ｐに接続されるようになっており、排出ポート３３は圧油が排出される排液部Ｔに接続されるようになっている。また、出力ポート３４は、圧油の供給対象である例えば油圧機器Ａ１に接続されるようになっており、一方、第２入力ポート３２は、例えば油圧源Ｐとは異なる油圧源や、圧油を圧送する油路に接続されるようになっている。
スプール１２には、軸方向Ｃ１に延在し且つ軸方向Ｃ１における一方側の端部が合流室２２側に向けて開口する中空孔４０と、中空孔４０に開口する入口孔４１及び出口孔４３と、が設けられている。入口孔４１及び出口孔４３は、それぞれスプール孔２１の径方向に沿って中空孔４０に開口するとともにスプール１２の外周面から外部に開口している。
入口孔４１はスプール１２の軸方向Ｃ１における移動位置に応じて、第１入力ポート３１に接続するか、弁本体１１の内周面と対向するか、又は第１入力ポート３１に接続するとともに弁本体１１の内周面に対向する。入口孔４１が第１入力ポート３１に接続した際には、第１入力ポート３１に流入した圧油が、入口孔４１、中空孔４０、スプール孔２１及び連絡孔１５Ａを介して合流室２２に流入し得る。一方、出口孔４３はスプール１２の軸方向Ｃ１における移動位置に応じて、排出ポート３３に接続するか、弁本体１１の内周面と対向するか、又は排出ポート３３に接続するとともに弁本体１１の内周面に対向する。出口孔４３が排出ポート３３に接続した際には、スプール孔２１及び中空孔４０内の圧油が排液部Ｔに流出し得る状態となる。
本実施の形態では、入口孔４１が第１入力ポート３１に接続した際、出口孔４３が弁本体１１の内周面と対向した状態となり、出口孔４３が排出ポート３３に接続した際には、入口孔４１が弁本体１１の内周面と対向した状態となる。したがって、スプール１２は、駆動部１３によって移動される軸方向Ｃ１における位置（移動位置）に応じて、入口孔４１を第１入力ポート３１に接続するとともに出口孔４３を排出ポート３３から遮断する状態と、出口孔４３を排出ポート３３に接続するとともに入口孔４１を第１入力ポート３１から遮断する状態とを切り換え可能となっている。
図１は、ソレノイドアクチュエータによって構成される駆動部１３に対して励磁電流が流されていない非励磁状態を示し、スプール１２が駆動部１３によって合流室２２側に移動されていない。この際、スプール１２は出口孔４３を排出ポート３３に接続するとともに入口孔４１を遮断している。この状態から、スプール１２が合流室２２側に移動することで、入口孔４１が第１入力ポート３１に接続されるとともに出口孔４３が遮断される状態に移行する。
駆動部１３は、軸方向Ｃ１における一方側、すなわち合流室２２側にスプール１２を押圧し、印加される電流（すなわち励磁電流）に応じてスプール１２に対する押圧力が可変である。本実施形態の駆動部１３は、電磁石（図示省略）及びプランジャー５１が組み合わされたソレノイドアクチュエータによって構成されている。但し、このソレノイドアクチュエータの具体的な構成は限定されず、プランジャー５１からスプール１２に加えられる押圧力が励磁電流の大きさに応じて決定される任意のソレノイドアクチュエータにより、駆動部１３は構成され得る。
また、上述したように第２入力ポート３２には例えば油圧源Ｐとは異なる油圧源や、圧油を圧送する油路が接続される。この場合、第１入力ポート３１に流入した圧油が合流室２２に流入するのと同時に、第２入力ポート３２に流入した圧油が合流室２２に流入する状況が生じ得るが、この際、本実施の形態では合流室２２と移動体１４とがシャトル弁としての機能を発揮する。
すなわち、入口孔４１が第１入力ポート３１に接続した際に第１入力ポート３１から中空孔４０及びスプール孔２１を介して合流室２２に向かう圧油の圧力（油圧）が、第２入力ポート３２から合流室２２に向かう圧油の圧力よりも高い場合に、移動体１４は第２入力ポート３２を閉じる。一方、第２入力ポート３２から合流室２２に向かう圧油の圧力が、入口孔４１が第１入力ポート３１に接続した際に第１入力ポート３１から中空孔４０及びスプール孔２１を介して合流室２２に向かう圧油の圧力よりも高い場合に、移動体１４が弁座部材１５に着座して、スプール孔２１と合流室２２との接続を遮断する。
次に、電磁弁１の動作を説明する。
駆動部１３に電流が印加されない場合又は駆動部１３に第１の電流が印加される場合には、スプール１２は図１に示す初期位置に配置される。この場合、スプール孔２１は出口孔４３を介して排出ポート３３に接続し、入口孔４１は第１入力ポート３１に接続せず、スプール孔２１には第１入力ポート３１からの圧油は流入しない。
上記の状態から第１の電流よりも大きな第２の電流が駆動部１３に印加されると、スプール１２は、駆動部１３のプランジャー５１により軸方向Ｃ１において合流室２２側へ押され、入口孔４１が第１入力ポート３１に接続し、スプール孔２１に第１入力ポート３１からの圧油が流入する。
ここで、第２入力ポート３２にも合流室２２に向かう圧油が供給されている際、第１入力ポート３１から中空孔４０及びスプール孔２１を介して合流室２２に向かう圧油の圧力が、第２入力ポート３２から合流室２２に向かう圧油の圧力よりも高い場合には、移動体１４が第２入力ポート３２を閉じる。一方、第２入力ポート３２から合流室２２に向かう圧油の圧力が、第１入力ポート３１から中空孔４０及びスプール孔２１を介して合流室２２に向かう圧油の圧力よりも高い場合には、移動体１４が弁座部材１５に着座して、スプール孔２１と合流室２２との接続を遮断する。これにより、第１入力ポート３１からの圧油及び第２入力ポート３２からの圧油のうちの圧力の高い方の圧油が出力ポート３４から出力されることになる。
以上に説明した本実施の形態では、励磁電流に応じてスプール１２の位置を制御することで第１入力ポート３１からの圧油の供給及び遮断を切り換えることができるとともに、第１入力ポート３１からの圧油を合流室２２に向けて供給する状態において第２入力ポート３２にも合流室２２に向かう圧油が供給されている際には、合流室２２とその内部の移動体１４とがシャトル弁として機能する。これにより、第１入力ポート３１からの圧油及び第２入力ポート３２からの圧油のうちの圧力の高い方の圧油を出力ポート３４から選択的に出力することが可能となる。
ここで、シャトル弁の機能を発揮する合流室２２とその内部の移動体１４は、弁本体１１において弁本体１１及びスプール１２と軸方向Ｃ１において並んで設けられることで、径方向の張り出しが抑制される。これにより、本実施の形態によれば、励磁電流に応じて流体の供給を制御する基本的な機能を保持しながら、シャトル弁が有する流体選択機能をコンパクトに組み込むことができる。
また、第２入力ポート３２は、軸方向Ｃ１に沿って合流室２２に開口するとともに弁本体１１の外部、具体的には第２弁箱部１１２の外部に開口する。この場合、第２入力ポート３２から合流室２２に向かう圧油を直線的なシンプルな油路を通して合流室２２に流入させ、当該圧油を第１入力ポート３１からの圧油と移動体１４を挟んで対向させることが可能となる。これにより、圧油（流体）の経路を複雑化することなく、シャトル弁の機能を実現することができる。
また、弁本体１１はスプール孔２１を有する第１弁箱部１１１と合流室２２を有する第２弁箱部１１２とを有し、第２弁箱部１１２が第１弁箱部１１１に取り付けられている。これにより、第２弁箱部１１２における出力ポート３４及び第２入力ポート３２の形成が容易になるため、電磁弁１の作製効率を向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、上述の実施の形態においては、各種の変更が行われてもよい。
例えば、上記実施の形態における弁本体１１は、第１入力ポート３１及び排出ポート３３が設けられる第１弁箱部１１１と、第２入力ポート３２及び出力ポート３４が設けられる第２弁箱部１１２とを互いに別の部材として有するが、弁本体１１は、一つの部材において、第１入力ポート３１、排出ポート３３、第２入力ポート３２及び出力ポート３４が設けられる構成を有していてもよい。
１…電磁弁
１１…弁本体
１１１…第１弁箱部
１１２…第２弁箱部
１２…スプール
１３…駆動部
１４…移動体
１５…弁座部材
１５Ａ…連絡孔
１６…弾性部材
２１…スプール孔
２２…合流室
３１…第１入力ポート
３２…第２入力ポート
３３…排出ポート
３４…出力ポート
４０…中空孔
４１…入口孔
４３…出口孔
５１…プランジャー
Ｃ１…スプール孔の軸方向

Claims (8)

  1. 第１入力ポートを有するスプール孔と、前記スプール孔に接続し、第２入力ポートを有する合流室とが設けられた弁本体と、
    前記スプール孔の内部に配置されたスプールと、
    前記スプールを軸方向に移動させる駆動部と、
    前記合流室の内部に配置され、前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力が前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記第２入力ポートを閉じる移動体と、を備える電磁弁。
  2. 前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力が前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記移動体が前記スプール孔と前記合流室との接続を遮断する、請求項１に記載の電磁弁。
  3. 前記スプールは、前記合流室に向けて開口する中空孔並びに前記中空孔に開口する入口孔及び出口孔を有し、前記入口孔を前記第１入力ポートに接続しかつ前記出口孔を遮断する位置と、前記入口孔を遮断する位置とに移動可能である、請求項２に記載の電磁弁。
  4. 前記第２入力ポートは、前記軸方向に沿って前記合流室に開口するとともに前記弁本体の外部に開口する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁弁。
  5. 前記弁本体は、前記スプール孔を有する第１弁箱部と、前記合流室を有する第２弁箱部とを有し、前記第２弁箱部が前記第１弁箱部に取り付けられている、請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁弁。
  6. 電磁比例弁として構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁弁。
  7. 第１入力ポートを有するスプール孔と、前記スプール孔に接続し、第２入力ポートを有する合流室とが設けられた弁本体と、
    前記スプール孔の内部に配置されたスプールと、
    前記スプールを軸方向に移動させる駆動部と、
    前記合流室の内部に配置され、前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力が前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記第２入力ポートを閉じる移動体と、を備え、
    前記第２入力ポートから前記合流室に向かう流体の圧力が前記スプール孔から前記合流室に向かう流体の圧力よりも高い場合に前記移動体が前記スプール孔と前記合流室との接続を遮断し、
    前記スプールは、前記合流室に向けて開口する中空孔並びに前記中空孔に開口する入口孔及び出口孔を有し、前記入口孔を前記第１入力ポートに接続しかつ前記出口孔を遮断する位置と、前記入口孔を遮断する位置とに移動可能であり、
    前記第２入力ポートは、前記軸方向に沿って前記合流室に開口するとともに前記弁本体の外部に開口し、
    前記弁本体は、前記スプール孔を有する第１弁箱部と、前記合流室を有する第２弁箱部とを有し、前記第２弁箱部が前記第１弁箱部に取り付けられており、
    電磁比例弁として構成される、電磁弁。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電磁弁を備える作業機械。
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