JP2021038803A - 制御弁、油圧回路、油圧機器および建設機械 - Google Patents

制御弁、油圧回路、油圧機器および建設機械 Download PDF

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Abstract

【課題】制御弁の圧力損失を効果的に低減することができる。【解決手段】制御弁30は、スプール孔41並びに前記スプール孔41に通じる少なくとも第1ポート、第2ポート、及び共通ポートが設けられた弁本体40と、前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記スプール孔を介して前記第1ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第1スプール60と、前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記第2ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第2スプール70と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、制御弁、油圧回路、油圧機器および建設機械に関する。
例えば特許文献1に開示されているように、弁本体と、弁本体のスプール孔内に配置されたスプールと、を有する制御弁が知られている。スプールには切欠が設けられており、スプールは、切欠が設けられた切欠形成部において、小径となっている。スプールの切欠形成部がスプール孔に接続した二つのポートの両方に対面することで、二つのポートがスプール孔を介して接続される。一方、スプールの切欠が形成されていないランド部が、スプール孔の二つのポートの間に位置することで、二つのポートの接続が遮断される。
特開平8−170353号公報
従来の制御弁で二つのポートを接続する際、二つのポートを接続するスプール孔にはスプールの切欠形成部が位置している。したがって、二つのポート間を流体が流れる際に、この切欠形成部の存在に起因した圧力損失が生じる。本発明は、以上の点を考慮してなされたものであって、制御弁の圧力損失を低減することを目的とする。
本発明による第1の制御弁は、
スプール孔が設けられた弁本体と、
前記弁本体の前記スプール孔内で移動可能な第1スプール及び第2スプールと、を備える。
本発明による第2の制御弁は、
スプール孔および前記スプール孔に通じる少なくともの二つポートが設けられた弁本体と、
前記弁本体の前記スプール孔内で移動可能であり、少なくとも前記スプール孔を介して前記二つのポートを接続する際に互いから離間する第1スプール及び第2スプールと、を備える。
本発明による第3の制御弁は、
スプール孔および前記スプール孔に通じる少なくともの二つポートが設けられた弁本体と、
前記弁本体の前記スプール孔内で移動可能であり、互いから離間した状態で前記スプール孔を介して前記二つのポートを接続する第1スプール及び第2スプールと、を備える。
本発明による第4の制御弁は、
スプール孔並びに前記スプール孔に通じる少なくとも第1ポート、第2ポート、及び共通ポートが設けられた弁本体と、
前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記スプール孔を介して前記第1ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第1スプールと、
前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記第2ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第2スプールと、
を備える。
本発明による第5の制御弁は、
第1スプール孔及び前記第1スプール孔に通じる第1ポート、第2スプール孔及び前記第2スプール孔に通じる第2ポート、並びに前記第1スプール孔及び第2スプール孔に通じる共通ポート、が設けられた弁本体と、
前記弁本体の前記第1スプール孔を移動可能であり、前記第1スプール孔を介して前記第1ポートと前記共通ポートとを接続可能な第1スプールと、
前記弁本体の前記第2スプール孔を移動可能であり、前記第2ポートと前記共通ポートとを接続可能な第2スプールと、
を備える。
本発明による第1〜5の制御弁において、前記第1スプール及び前記第2スプールは、同期して移動するようにしてもよい。
本発明による第1〜5の制御弁において、前記第1スプール及び前記第2スプールは、非同期で移動するようにしてもよい。
本発明による第1〜5の制御弁において、二つのポートを接続した状態で、前記二つのポートの接続を遮断した状態よりも、前記第1スプール及び前記第2スプールの離間距離が長くなっていてもよい。
本発明による第1〜5の制御弁は、前記第1スプールに設けられた貫通孔を介して前記スプール孔に通じる第1背圧室と、前記第2スプールに設けられた貫通孔を介して前記スプール孔に通じる第2背圧室と、を備えるようにしてもよい。
本発明による第1〜3の制御弁は、前記第1スプールの移動を制御する第1移動制御部と、前記第2スプールの移動を制御する第2移動制御部と、を備えるようにしてもよい。
本発明による第1〜3の制御弁は、前記第1スプールを駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第1移動制御部と、前記第2スプールを駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第2移動制御部と、を備えるようにしてもよい。
本発明による第1〜3の制御弁において、前記第1スプールが一方の側に移動する際、前記第2スプールも一方の側に移動し、前記第1スプールが他方の側に移動する際、前記第2スプールは静止しているようにしてもよい。
本発明による第1〜3の制御弁は、前記第1スプール及び前記第2スプールを駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する移動制御を備えるようにしてもよい。
本発明による油圧回路は、上述した本発明による第1〜3の制御弁のいずれかを備える。
本発明による油圧機器は、
上述した本発明による油圧回路のいずれかと、
前記油圧回路によって制御されるアクチュエータと、を備える。
本発明による建設機械は、上述した本発明による油圧回路のいずれかを備える。
本発明によれば、制御弁の圧力損失を効果的に低減することができる。
図1は、一実施の形態を説明するための図であって、建設機械、油圧機器および油圧回路に組み込まれる制御弁の具体例を示す図である。 図2は、図1の制御弁の構成を概略的に示す断面図であり、制御弁の動作を説明するための図である。 図3は、図2に対応する断面図であって、制御弁の動作を説明するための図である。 図4は、図2に対応する断面図であって、制御弁の動作を説明するための図である。 図5は、図1に対応する断面図であって、制御弁の一変形例を説明するための図である。 図6は、図5の制御弁の構成を概略的に示す断面図であり、図5の制御弁の動作を説明するための図である。 図7は、図2に対応する断面図であって、制御弁の他の変形例を説明するための図である。 図8は、図2に対応する断面図であって、制御弁の更に他の変形例を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面に示された具体例を参照しながら説明する。なお、各図面に示される要素には、理解を容易にするために、サイズ及び縮尺等が実際のそれらと異なって示されている要素が含まれ得る。
以下に説明する制御弁30は、圧力を加えられる液体、とりわけ圧油の供給および供給停止を切り換える装置である。制御弁30は、液体の供給通路を含んだ液圧回路、例えば以下に説明する例のように、圧油の供給通路を含んだ油圧回路20に組み込まれて用いられる。液圧回路および油圧回路20は、一例として、建設作業を行うための機械、すなわち建設機械10に適用される。建設機械10としては、ショベルカー、クレーン車、フォークリフト等が例示される。建設機械10に適用される油圧回路20は、ショベル、クレーン、フォークリフト、ハンマー、走行手段等の機械装備13に接続されたアクチュエータ18と、油圧機器15を構成する。油圧回路20は、アクチュエータ18へ圧油を供給し、アクチュエータ18から圧油を排出することで、アクチュエータ18の動作を制御する。アクチュエータ18が動作することで、機械装備13を駆動する。
以下、制御弁30について更に詳述する。図1に示すように、制御弁30は、弁本体40と、弁本体40のスプール孔41内で移動可能な第1スプール60及び第2スプール70と、を有している。弁本体40には、スプール孔41が設けられている。スプール孔41は、細長い孔であって、例えば円柱形状の空間を形成している。第1スプール60及び第2スプール70は、スプール孔41の中心軸線CAに沿って、スプール孔41内で移動可能となっている。
また、本実施の形態における制御弁30において、弁本体40には、スプール孔41に通じる第1ポート47B、第2ポート48B及び共通ポート46Bが設けられている。第1スプール60がスプール孔41内で移動することによって、スプール孔41を介した第1ポート47Bと共通ポート46Bとの接続および遮断を切り換えることができる。また、第2スプール70がスプール孔41内で移動することによって、スプール孔41を介した第2ポート48Bと共通ポート46Bとの接続および遮断を切り換えることができる。
以降において、スプール孔41の中心軸線CAと平行な方向、すなわち第1スプール60及び第2スプール70の移動方向を、軸方向ADと呼ぶ。また、軸方向ADにおける一方の側(図1の紙面における右側)を一側SAとし且つ他方の側(図1の紙面における左側)を他側SBとする。図面間での方向関係を明確化するため、図1〜図7には、軸方向AD、一側SA及び他側SBを、図面間で共通するものとして示している。また、軸方向ADにおける「外側」とは、軸方向ADにおける制御弁30の中心から離間する側のことである。逆に、軸方向ADにおける「内側」とは、軸方向ADにおける制御弁30の中心に近接する側のことである。
弁本体40には、供給通路P及びタンク通路Tが形成されている。供給通路Pは、油圧回路20のポンプ等の圧油圧送手段に通じている。供給通路Pは、通常、高圧に維持された圧油が充填される又は流れている。一方、タンク通路Tは、アクチュエータ18に供給されなかった圧油や、アクチュエータ18から排出された圧油を回収する通路である。タンク通路Tは、通常、タンク(図示せず)に通じている。タンク通路Tを介してタンクに回収された圧油は、圧油圧送手段によって供給通路Pに再度送り込まれる。
弁本体40には、チェック弁CVを介して供給通路Pに通じた第1供給ポート47A及び第2供給ポート(上述した第1ポート)47Bが設けられている。第1供給ポート47A及び第2供給ポート47Bは、スプール孔41に開口し、スプール孔41に通じている。また、弁本体40には、タンク通路Tに通じた第1排出ポート48A及び第2排出ポート(上述した第2ポート)48Bが設けられている。第1排出ポート48A及び第2排出ポート48Bは、スプール孔41に開口し、スプール孔41に通じている。
さらに、弁本体40には、アクチュエータ18に通じた第1アクチュエータポート46A及び第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bが設けられている。第1アクチュエータポート46A及び第2アクチュエータポート46Bは、アクチュエータ18をなす油圧シリンダの互いに異なる室に通じている。図示された例において、第2アクチュエータポート46Bが、ロッドが貫通する側となるロッド室18aに通じている。第1アクチュエータポート46Aは、ロッドが貫通していない側となるピストン室18bに通じている。第1アクチュエータポート46A及び第2アクチュエータポート46Bは、スプール孔41に開口し、スプール孔41に通じている。
図示された例において、第1排出ポート48A、第1アクチュエータポート46A及び第1供給ポート47Aが、軸方向ADにおける一側SAとなる領域において、スプール孔41に通じている。第1排出ポート48A、第1アクチュエータポート46A及び第1供給ポート47Aのスプール孔41への接続位置(開口位置)は、軸方向ADにおける一側SAからこの順番となっている。同様に、図示された例において、第2排出ポート48B、第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47Bが、軸方向ADにおける他側SBとなる領域において、スプール孔41に通じている。第2排出ポート48B、第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47Bのスプール孔41への接続位置(開口位置)は、軸方向ADにおける他側SBからこの順番となっている。
なお、図1に示された例において、弁本体40は、弁ブロック50と、軸方向ADにおける一側SAから弁ブロック50に固定された第1サイドブロック51Xと、軸方向ADにおける他側SBから弁ブロック50に固定された第2サイドブロック51Yと、を有している。図示された例において、上述した各通路P,T及び各ポート46A,46B,47A,47B,48A,48Bは、弁ブロック50に形成されている。一方、スプール孔41は、弁ブロック50を貫通しており、弁ブロック50から第1サイドブロック51X及び第2サイドブロック51Yに延び入っている。
次に、第1スプール60及び第2スプール70について説明する。第1スプール60及び第2スプール70は、別個に設けられた部材である。第1スプール60及び第2スプール70は、棒状の部材である。第1スプール60及び第2スプール70は、スプール孔41の断面形状に対応した断面を有している。そして、第1スプール60又は第2スプール70がスプール孔41内に位置することで、圧油がスプール孔41の当該部分内を軸方向ADへ流れることが規制される。
第1スプール60は、軸方向ADにおける内側を向く第1先端面62と、軸方向ADにおける外側(一側SA)を向く第1基端面63と、を有している。第1スプール60には、第1先端面62と第1基端面63との間を貫通する第1貫通孔61が、設けられている。第1スプール60は、軸方向ADにおける一側SAとなる領域に、拡幅(大径化)した第1膨出部64を有している。第1スプール60は、第1膨出部64において、軸方向ADに垂直な方向に膨出している。第1膨出部64は、軸方向ADにおける一側SAを向く第1一側肩部64Xと、軸方向ADにおける他側SBを向く第1他側肩部64Yと、を形成している。また、第1スプール60は、軸方向ADにおいて第1先端面62と第1膨出部64との間となる領域に、狭幅(小径化)した切欠形成部65を有している。すなわち、第1スプール60は、切欠形成部65において、切欠65Cを形成し、結果として軸方向ADに垂直な方向に凹んでいる。
同様に、第2スプール70は、軸方向ADにおける内側を向く第2先端面72と、軸方向ADにおける外側(他側SA)を向く第2基端面73と、を有している。第2スプール70には、第2先端面72と第2基端面73との間を貫通する第2貫通孔71が、設けられている。図示された例において、第1スプール60は、第2スプール70の軸方向ADにおける一側SAに位置している。そして、第2スプール70の第2先端面72は、第1スプール60の第1先端面62と軸方向ADに対面している。また、第2スプール70は、軸方向ADにおける他側SBとなる領域に、拡幅(大径化)した第2膨出部74を有している。すなわち、第2スプール70は、第2膨出部74において、軸方向ADに垂直な方向に膨出している。第2膨出部74は、軸方向ADにおける一側SAを向く第2一側肩部74Xと、軸方向ADにおける他側SBを向く第2他側肩部74Yと、を形成している。
第1スプール60及び第2スプール70は、スプール孔41内で軸方向ADに移動することで、スプール孔41を介して二つのポートを接続し、又は、スプール孔41を介した二つのポートの接続を遮断する。図示された例において、接続される及び接続を遮断される二つのポートは、軸方向ADにおいて隣り合う位置でスプール孔41に通じている二つのポートとなる。
図示された例において、第1スプール60は、第1アクチュエータポート46Aと第1供給ポート47Aとの接続および遮断を切り換え、且つ、第1アクチュエータポート46Aと第1排出ポート48Aとの遮断および接続を切り換える。上述したように、第1スプール60は、スプール孔41の断面形状に対応した断面を有している。したがって、第1スプール60がスプール孔41内に位置することで、圧油がスプール孔41内で軸方向ADへ流れることが規制される。その一方で、第1スプール60は、切欠形成部65に切欠65Cを形成されている。そして、二つのポートのスプール孔41への接続位置(開口位置)と軸方向ADにおいて重なるように、言い換えると、二つのポートのスプール孔41への接続位置(開口位置)の両方と軸方向ADに垂直な方向に対面するように、切欠形成部65を配置することで、切欠65Cを介して軸方向ADに隣り合う二つのポートが互い接続される。すなわち、切欠65Cを設けられた第1スプール60を軸方向ADに移動させることで、第1アクチュエータポート46Aと第1供給ポート47Aとの接続および遮断を切り換えことができ、且つ、第1アクチュエータポート46Aと第1排出ポート48Aとの遮断および接続を切り換える。
本実施の形態では、第1スプール60の第1先端面62と第2スプール70とを軸方向ADに互いにから離間させることができる。このとき、第1スプール60の第1先端面62と第2スプール70の第2先端面72との間に、空間Sが形成される。この空間Sが、第1スプール60の切欠65Cと同様に機能して、二つのポートの接続および接続遮断を切り換える。具体的には、二つのポートのスプール孔41への接続位置(開口位置)と軸方向ADにおいて重なるように、言い換えると、二つのポートのスプール孔41への接続位置(開口位置)の両方と軸方向ADに垂直な方向に対面するように、空間Sを形成することで、空間Sを介して軸方向ADに隣り合う二つのポートが互い接続される。図示された例において、第1スプール60及び第2スプール70は、空間Sの位置を調節することで、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとの接続および遮断を切り換えることができ、且つ、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2排出ポート(第2ポート)48Bとの遮断および接続を切り換えることができる。
次に、第1スプール60及び第2スプール70を軸方向ADに移動させるための構成について説明する。まず、第1スプール60と弁本体40との間に、第1一側室43AX及び第1他側室43AYが設けられている。第1一側室43AXは、第1スプール60の第1膨出部64の軸方向ADにおける一側SAに形成されている。第1膨出部64の第1一側肩部64Xは、第1一側室43AXを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける一側SAを向く第1一側肩部64Xは、第1一側室43AX内の圧力によって、軸方向ADにおける他側SBに押される。弁本体40には、第1一側室43AXに通じる第1一側通路44AXが設けられている。同様に、第1他側室43AYは、第1スプール60の第1膨出部64の軸方向ADにおける他側SBに形成されている。第1膨出部64の第1他側肩部64Yは、第1他側室43AYを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける他側SBを向く第1他側肩部64Yは、第1他側室43AY内の圧力によって、軸方向ADにおける一側SAに押される。弁本体40には、第1他側室43AYに通じる第1他側通路44AYが設けられている。
図示された例において、第1一側室43AX及び第1他側室43AYは、第1スプール60と第1サイドブロック51Xとの間に形成されている。また、第1一側通路44AX及び第1他側通路44AYは、第1サイドブロック51Xに形成されている。
また、制御弁30は、第1スプール60の軸方向ADへの移動を制御する移動制御部80を更に有している。図示された例において、移動制御部80は、第1一側通路44AX及び第1他側通路44AYへのパイロット圧油の供給および供給の停止を切り換える。このような移動制御部80は、典型的には、切換弁とすることができる。
なお、第1スプール60には、上述したように第1貫通孔61が形成されている。そして、弁本体40には、第1スプール60の第1貫通孔61を介して、第1先端面62が位置しているスプール孔41に通じる第1背圧室42Aが設けられている。第1スプール60の第1基端面63は、第1背圧室42Aを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける一側SAを向く第1基端面63は、第1背圧室42A内の圧力によって、軸方向ADにおける他側SBに押される。一方、軸方向ADにおける他側SBを向く第1先端面62は、スプール孔41(空間S)内の圧力によって、軸方向ADにおける一側SAに押される。第1背圧室42A内の圧力は、スプール孔41(空間S)内の圧力と、第1貫通孔61を圧油が流れることによって同一に維持される。そして、第1先端面62の面積と第1基端面63の面積とを同一としておくことで、第1先端面62に負荷される力と第1基端面63に負荷される力とを同一とすることができる。したがって、例えば空間Sに高圧の圧油が流れ込んでいる場合であっても、第1スプール60を小さな力で円滑に移動させることが可能となる。
また、弁本体40は、移動のための駆動力を負荷されていない状態、すなわち中立状態の第1スプール60を位置決めするための第1位置決め手段56Aを有している。図示された例において、第1位置決め手段56Aは、第1一側室43AX内に配置された第1一側押し部材57AXと、第1他側室43AY内に配置された第1他側押し部材57AYと、を有している。第1一側押し部材57AXは、弁本体40と第1スプール60の第1一側肩部64Xとの間に配置されている。第1一側押し部材57AXは、第1一側肩部64Xを介して第1スプール60を軸方向ADにおける他側SBに押す。第1他側押し部材57AYは、弁本体40と第1スプール60の第1他側肩部64Yとの間に配置されている。第1他側押し部材57AYは、第1他側肩部64Yを介して第1スプール60を軸方向ADにおける一側SAに押す。第1一側押し部材57AXが第1スプール60を押す力と第1他側押し部材57AYが第1スプール60を押す力とがバランスするようになる軸方向ADの位置に、駆動力を負荷されていない第1スプール60を位置決めすることができる。第1一側押し部材57AX及び第1他側押し部材57AYは、圧縮された状態で第1一側室43AX又は第1他側室43AY内に収容された弾性体、典型的には圧縮ばねとすることができる。
一方、第2スプール70と弁本体40との間に、第2一側室43BX及び第2他側室43BYが設けられている。第2一側室43BXは、第2スプール70の第2膨出部74の軸方向ADにおける一側SAに形成されている。第2膨出部74の第2一側肩部74Xは、第2一側室43BXを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける一側SAを向く第2一側肩部74Xは、第2一側室43BX内の圧力によって、軸方向ADにおける他側SBに押される。弁本体40には、第2一側室43BXに通じる第2一側通路44BXが設けられている。同様に、第2他側室43BYは、第2スプール70の第2膨出部74の軸方向ADにおける他側SBに形成されている。第2膨出部74の第2他側肩部74Yは、第2他側室43BYを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける他側SBを向く第2他側肩部74Yは、第2他側室43BY内の圧力によって、軸方向ADにおける一側SAに押される。弁本体40には、第2他側室43BYに通じる第2他側通路44BYが設けられている。
図示された例において、第2一側室43BX及び第2他側室43BYは、第2スプール70と第2サイドブロック51Yとの間に形成されている。また、第2一側通路44BX及び第2他側通路44BYは、第2サイドブロック51Yに形成されている。
上述した移動制御部80は、第2スプール70の軸方向ADへの移動も制御する。移動制御部80は、第2一側室43BXへのパイロット圧油の供給および供給停止を切り換える。第2一側室43BXへ通じる第2一側通路44BXは、第1一側室43AXへ通じる第1一側通路44AXと通じている。そして、移動制御部80の制御によって、パイロット圧油が第1一側室43AXへ供給される際、パイロット圧油が第2一側室43BXにも供給される。また、移動制御部80の制御によって、パイロット圧油の第1一側室43AXへの供給が停止される際、パイロット圧油の第2一側室43BXへの供給も停止される。
第2スプール70には、第1スプール60と同様に、第2貫通孔71が形成されている。そして、弁本体40には、第2スプール70の第2貫通孔71を介して、第2先端面72が位置しているスプール孔41に通じる第2背圧室42Bが設けられている。第2スプール70の第2基端面73は、第2背圧室42Bを区画する壁部の一部分を構成している。軸方向ADにおける他側SBを向く第2基端面73は、第2背圧室42B内の圧力によって、軸方向ADにおける一側SAに押される。第1スプール60と同様に、第2先端面72の面積と第2基端面73の面積を同一としておくことで、第2先端面72に負荷される力と第2基端面73に負荷される力とを同一とすることができる。したがって、例えば空間Sに高圧の圧油が流れ込んでいる場合であっても、第2スプール70を小さな力で円滑に移動させることが可能となる。
また、弁本体40は、移動のための駆動力を負荷されていない状態、すなわち中立状態の第2スプール70を位置決めするための第2位置決め手段56Bを有している。図示された例において、第2位置決め手段56Bは、第2他側室43BY内に配置された第2他側押し部材57BYを有している。第2他側押し部材57BYは、弁本体40と第2スプール70の第2他側肩部74Yとの間に配置されている。第2他側押し部材57BYは、第2他側肩部74Yを介して第2スプール70を軸方向ADにおける一側SAに押す。図示された例において、第2一側室43BXには、第2一側押し部材が設けられていない。第2他側押し部材57BYが第2スプール70を押すことで、駆動力を負荷されていない第1スプール60を軸方向ADにおける一側SAに位置決めすることができる。すなわち、図示された例において、第2他側通路44BYへのパイロット圧油の供給がなくても、第2位置決め手段56Bによって第2スプール70を軸方向ADにおける一側SAに移動させることができる。第2他側押し部材57BYは、圧縮された状態で第2他側室43BY内に収容された弾性体、典型的には圧縮ばねとすることができる。
次に、以上の構成からなる制御弁30の動作について主に図2〜図4を参照して説明する。ここで図2〜図4は、図1に示された制御弁30の構成要素を概略的に示す断面図である。
図2に示された状態において、移動制御部80は、いずれの通路44AX,44AY,44BX,44BYにもパイロット圧油を供給していない。すなわち、移動制御部80は、各室43AX,43AY,43BX,43BYへのパイロット圧油の供給を停止している。図2に示された制御弁30は、いわゆる中立位置に状態にある。このとき、第1スプール60は、第1位置決め手段56Aによって位置決めされる所定の位置に配置される。同様に、第2スプール70は、第2位置決め手段56Bによって位置決めされる所定の位置に配置される。
図2の状態において、第1スプール60の切欠65Cを形成された切欠形成部65は、軸方向ADにおいて第1アクチュエータポート46Aとのみ重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、切欠形成部65は、軸方向ADに垂直な方向に第1アクチュエータポート46Aのみと対面しており、他のポートとは対面していない。したがって、第1アクチュエータポート46Aは、第1供給ポート47A及び第1排出ポート48Aのいずれとも通じていない。
同様に、図2の状態において、第1スプール60と第2スプール70との間の空間Sは、軸方向ADにおいて第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bとのみ重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、空間Sは、軸方向ADに垂直な方向に第2アクチュエータポート46Bのみと対面しており、他のポートとは対面していない。したがって、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bは、第2供給ポート(第1ポート)47B及び第2排出ポート(第2ポート)48Bのいずれとも通じていない。別の表現によれば、第1スプール60が、スプール孔41における第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとの間となる部分に位置しており、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとを遮断している。第2スプール70が、スプール孔41における第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2排出ポート(第2ポート)48Bとの間となる部分に位置しており、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2排出ポート(第2ポート)48Bとを遮断している。
次に、図3に示された状態において、移動制御部80は、第1一側通路44AX及び第2一側通路44BXにパイロット圧油を供給している。すなわち、第1一側室43AX及び第2一側室43BXにパイロット圧油が供給される。これにより、第1他側室43AY及び第2他側室43BYからパイロット圧油が排出され、第1スプール60及び第2スプール70は、図2に示された中立位置から、図3に示されているように、軸方向ADにおける他側SBに移動する。
図3の状態において、第1スプール60の切欠65Cを形成された切欠形成部65は、軸方向ADにおいて第1アクチュエータポート46A及び第1供給ポート47Aの両方と重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、切欠形成部65は、軸方向ADに垂直な方向に第1アクチュエータポート46A及び第1供給ポート47Aの両方と対面しており、他のポートとは対面していない。この結果、第1アクチュエータポート46Aは、スプール孔41の切欠65Cが位置している部分を介して第1供給ポート47Aに通じる。そして、供給通路Pから供給される圧油が、第1供給ポート47A及び第1アクチュエータポート46Aを通過して、アクチュエータ18のピストン室18bに流れ込む。
また、図3の状態において、第1スプール60及び第2スプール70の間の空間Sは、軸方向ADにおいて第2アクチュエータポート46B及び第2排出ポート48Bの両方と重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、空間Sは、軸方向ADに垂直な方向に第2アクチュエータポート46B及び第2排出ポート48Bの両方と対面しており、他のポートとは対面していない。この結果、第2アクチュエータポート46Bは、スプール孔41の空間Sが位置している部分を介して第2排出ポート48Bに通じる。そして、アクチュエータ18のロッド室18aから排出される圧油が、第2アクチュエータポート46B及び第2排出ポート48Bを通過して、図示しないタンクに回収される。
別の表現によれば、図3の状態において、第1スプール60が、スプール孔41における第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとの間となる部分に位置しており、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとを遮断している。一方、第2スプール70は、スプール孔41における第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2排出ポート(第2ポート)48Bとの間となる部分よりも第2排出ポート(第2ポート)48B側に位置し、第2排出ポート(第2ポート)48Bをスプール孔41に少なくとも部分的に開口させている。これにより、第2スプール70は、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2排出ポート(第2ポート)48Bとを接続している。
本実施の形態において、第1スプール60及び第2スプール70は、別個の部材である。したがって、図3に二点鎖線で示すような、狭い幅(細い径)の連結部90は、第1スプール60と第2スプール70との間に存在しない。したがって、第2アクチュエータポート46Bから第2排出ポート48Bへ向かう圧油のスプール孔41内における流路を太くすることができる。つまり、第2アクチュエータポート46Bから第2排出ポート48Bへ向かう圧油の流路断面積を大きくすることができる。加えて、第2アクチュエータポート46Bから第2排出ポート48Bへ向かう圧油の摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、連結部90が設けられている場合と比較して、制御弁30内での圧力損失を大幅に低減することができる。
次に、図4に示された状態において、移動制御部80は、第1他側室43AYにパイロット圧油を供給している。すなわち、第1他側室43AYにパイロット圧油が供給される。これにより、第1一側室43AXからパイロット圧油が排出され、第1スプール60は、図2に示された中立位置から、図4に示されているように、軸方向ADにおける一側SAに移動する。
図4の状態において、第1スプール60の切欠65Cを形成された切欠形成部65は、軸方向ADにおいて第1アクチュエータポート46A及び第1排出ポート48Aの両方と重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、切欠形成部65は、軸方向ADに垂直な方向に第1アクチュエータポート46A及び第1排出ポート48Aの両方と対面しており、他のポートとは対面していない。この結果、第1アクチュエータポート46Aは、スプール孔41の切欠65Cが位置している部分を介して第1排出ポート48Aに通じる。そして、アクチュエータ18のピストン室18bから排出される圧油が、第1アクチュエータポート46A及び第1排出ポート48Aを通過して、図示しないタンクに回収される。
図4の状態において、第1スプール60と第2スプール70との間の空間Sは、軸方向ADにおいて第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47Bの両方と重なり、他のポートとは軸方向ADにずれている。言い換えると、空間Sは、軸方向ADに垂直な方向に第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47Bの両方と対面しており、他のポートとは対面していない。この結果、第2アクチュエータポート46Bは、スプール孔41の空間Sが位置している部分を介して第2供給ポート47Bに通じる。そして、供給通路Pから供給される圧油が、第2供給ポート47B及び第2アクチュエータポート46Bを通過して、アクチュエータ18のロッド室18aに流れ込む。
別の表現によれば、図4の状態において、第1スプール60は、スプール孔41における第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとの間となる部分よりも第2供給ポート(第1ポート)47側に位置し、第2供給ポート(第1ポート)47Bをスプール孔41に少なくとも部分的に開口させている。これにより、第1スプール60は、第2アクチュエータポート(共通ポート)46Bと第2供給ポート(第1ポート)47Bとを接続している。
なお、図示された例において、移動制御部80は、図4の状態で第1一側室43AX及び第2他側室43BYにパイロット圧油を供給しない。このとき、第2スプール70は、第2位置決め手段56Bの第2他側押し部材57BYによって、位置決めされている。すなわち、図4に示された状態において、第1スプール60は、図2に示された状態から軸方向ADに沿って一側SAに移動しているが、第2スプール70は、図2に示された状態と軸方向ADにおいて同一の位置に位置している。すなわち、第1スプール60及び第2スプール70は、非同期で移動していることになる。
そして、二つのポート(具体的には、第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47B)を接続した図4の状態での第1スプール60及び第2スプール70の軸方向ADに沿った離間距離LDは、二つのポートの接続を遮断した図2の状態での第1スプール60及び第2スプール70の軸方向ADに沿った離間距離LDよりも長くなっている。結果として、接続される二つのポートの少なくとも一方をより大きくスプール孔41に露出させることができる。図示された例において、第2アクチュエータポート46Bのスプール孔41への接続箇所が、第2スプール70によって塞がることなく、スプール孔41に大きく開口している。すなわち、上述した連結部90を取り除くことに加えて、更に第1スプール60と第2スプール70との間の離間距離LDを長くして空間Sを広げることによって、制御弁30内での圧力損失を更に大幅に低減することができる。
上述してきた一実施の形態において、制御弁30は、スプール孔41が設けられた弁本体40と、弁本体40のスプール孔41に移動可能に設けられた第1スプール60及び第2スプール70と、を有している。このような制御弁30によれば、スプール孔41を介してスプール孔41に通じた二つのポートを接続する際に、スプール孔41内において第1スプール60及び第2スプール70を互いから離間させることができる。したがって、接続すべき二つのポートのスプール孔41への開口位置(接続位置)の間となるスプール孔の領域外へ、第1スプール60及び第2スプール70を移動させることができる。これにより、スプール孔41の二つのポートを接続する領域にスプールの狭い幅(細い径)の部分90(図3参照)が残ることによる断面積の減少や、当該部分90の表面での摩擦を回避することができる。結果として、制御弁30での圧力損失を効果的に低減することができる。
また上述してきた一実施の形態において、制御弁30は、スプール孔41並びにスプール孔41に通じる少なくとも第1ポート(第2供給ポート)47B、第2ポート(第2排出ポート)48B、及び共通ポート(第2アクチュエータポート)46Bが設けられた弁本体と、弁本体40のスプール孔41を移動可能であり、スプール孔41を介して第1ポート(第2供給ポート)47Bと共通ポート(第2アクチュエータポート)46Bとを接続可能にする第1スプール60と、弁本体40のスプール孔41を移動可能であり、第2ポート(第2排出ポート)48Bと共通ポート(第2アクチュエータポート)46Bとを接続可能にする第2スプール70と、を有している。このような制御弁30によれば、スプール孔41を介してスプール孔41に通じた二つのポートを接続する際に、スプール孔41内において第1スプール60及び第2スプール70を互いから離間させることができる。したがって、接続すべき二つのポートのスプール孔41への開口位置(接続位置)の間となるスプール孔41の領域外へ、第1スプール60及び第2スプール70を移動させることができる。これにより、スプール孔41の二つのポートを接続する領域にスプールの狭い幅(細い径)の部分90(図3参照)が残ることによる断面積の減少や、当該部分90の表面での摩擦を回避することができる。結果として、制御弁30での圧力損失を効果的に低減することができる。
上述してきた一実施の形態の一具体例において、第1スプール60及び第2スプール70は、非同期で移動する。すなわち、第1スプール60及び第2スプール70を独立して移動させることができる。このような例によれば、圧力損失をより効果的に低減することができる。
上述してきた一実施の形態の一具体例において、二つのポート(例えば、第2アクチュエータポート46B及び第2供給ポート47B)を接続した状態での第1スプール60及び第2スプール70の離間距離LDは、二つのポートの接続を遮断した状態での第1スプール60及び第2スプール70の離間距離LDよりも長くなる。このような例によれば、二つのポートを接続する際に、圧力損失をより効果的に低減することができる。また、二つのポートの接続を遮断する際に、意図しない圧油の漏れを効果的に防止することができる。
上述してきた一実施の形態の一具体例において、制御弁30は、第1スプール60に設けられた第1貫通孔61を通じてスプール孔41に通じる第1背圧室42Aと、第2スプール70に設けられた第2貫通孔71を通じてスプール孔41に通じる第2背圧室42Bと、を含んでいる。このような例によれば、第1スプール60の駆動に必要となる駆動力を大幅に低減することができる。また、第2スプール70の駆動に必要となる駆動力を大幅に低減することができる。これにより、制御弁30の構成を単純化して、制御弁30の小型軽量化を図ることができる。
上述してきた一実施の形態の一具体例において、第1スプール60が一方の側に移動する際(例えば、図2に示された状態から図3に示された状態のように軸方向ADに沿って他側SBに移動する際)、第2スプール70も一方の側に移動し、その一方で、第1スプール60が他方の側に移動する際(例えば図2に示された状態から図4に示された状態のように軸方向ADに沿って一側SAに移動する際)、第2スプール70は静止している。このような例によれば、第2スプール70を駆動するための構成および制御を簡易とすることができる。また、第2スプール70を静止した状態で、第1スプール60のみを移動させることで、空間Sによって形成される圧油の流路を大きく確保することが可能となり、圧力損失をより効果的に低減することも可能となる。
上述してきた一実施の形態の一具体例において、制御弁30は、第1スプール60及び第2スプール70を駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する移動制御部(圧油供給制御部、圧油供給制御弁)80を有している例を示した。一つの移動制御部80によって、第1スプール60の移動と第2スプール70の移動との両方を制御するようにした。このような例によれば、一つの駆動部(圧油供給制御部、圧油供給制御弁)80によって第1スプール及び第2スプールの位置を制御することができるので、方向切り換え弁の小型軽量化を図ることができる。
具体例を参照しながら一実施の形態を説明してきたが、上述した具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加を行うことができる。
以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
まず、第1スプール60及び第2スプール70が、軸方向ADにおけるいずれの側に移動する際にも、同期して移動するようにしてもよい。このような例によれば、簡単な制御および構成により、圧力損失を効果的に低減することが可能となる。
具体的には、次のように制御弁30を構成してもよい。まず、第2位置決め手段56Bが、第2他側押し部材57BYに加えて、第2一側室43BX内に第2一側押し部材を更に有するようにする。この第2一側押し部材が、弁本体40と第2スプール70の第2一側肩部74Xとの間に配置され、第2一側肩部74Xを介して第2スプール70を軸方向ADにおける他側SBに押す。中立位置にある第2スプール70は、第2他側押し部材57BYからの力と第2一側押し部材からの力がバランスする位置に配置されるようになり、中立位置から軸方向ADにおける両側に移動することができる。
また、移動制御部80は、第2一側室43BXに加えて、第2他側室43BYへのパイロット圧油の供給および供給停止も切り換える。具体的には、第2他側室43BYへ通じる第2他側通路44BYを、第1他側室43AYへ通じる第1他側通路44AYと接続してもよい。この例によれば、移動制御部80の制御によって、パイロット圧油が第1他側室43AYへ供給される際、パイロット圧油が第2他側室43BYにも供給される。また、移動制御部80の制御によって、パイロット圧油の第1他側室43AYへの供給が停止される際、パイロット圧油の第2他側室43BYへの供給も停止される。
このような例によれば、第1スプール60及び第2スプール70を同期して移動させることができる。この例によれば、簡単な制御および構成により、圧力損失を効果的に低減することができる。
また、上述した例において、一つの移動制御部80によって、第1スプール60の移動と第2スプール70の移動との両方を制御するようにした。しかしながら、この例に限られず、方向切換弁30が、第1スプール60の移動を制御する第1移動制御部80Aと、第2スプール70の移動を制御する第2移動制御部80Bと、を別個に有するようにしてもよい。この例によれば、第1スプール60及び第2スプール70の移動を独立して制御することができる。したがって、圧力損失をより効果的に低減することができる。
このような変形の一例として、図5に示された制御弁30は、第1スプール60を駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第1移動制御部(第1圧油供給制御部)80Aと、第2スプール70を駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第2移動制御部(第2圧油供給制御部)80Bと、を別個に有するようにしてもよい。このような例によれば、簡易な構成および簡易な制御によって、第1スプール60及び第2スプール70の移動を独立して制御することができる。
図5に示された例において、第1移動制御部80A及び第2移動制御部80Bは、上述した移動制御部80と同様に、例えば流路を切り換える切換弁によって構成され得る。例えば図6に示された状態は、図2に示された中立状態から、第1スプール60及び第2スプール70を共に軸方向ADに沿って他側SBに移動させている。ただし、第2スプール70の軸方向ADに沿った一側SAへの移動量は、第1スプール60の軸方向ADに沿った一側SAへの移動量よりも長くなっている。この結果、二つのポート(第2アクチュエータポート46B及び第2排出ポート48B)を接続した図6の状態での第1スプール60及び第2スプール70の軸方向ADへの離間距離LDは、二つのポートの接続を遮断した図2の状態での第1スプール60及び第2スプール70の離間距離LDよりも長くなっている。このような例によれば、圧力損失をより効果的に低減することができる。なお、図6における第1スプール60の位置は、図3における第1スプール60の位置と同一となっており、図6に二点鎖線で示した第2スプール70の位置は、図3における第2スプール70の位置と同一となっている。そして、二つのポート(第2アクチュエータポート46B及び第2排出ポート48B)を接続した図3の状態での第1スプール60及び第2スプール70の軸方向ADへの離間距離LDは、二つのポートの接続を遮断した図2の状態での第1スプール60及び第2スプール70の離間距離LDと同一となっている。
一方、図5に示された制御弁30において、第1スプール60を軸方向ADに沿って一側SAに移動させる際、第2移動制御部80Bは、図4に示された例のように、第2スプール70を静止させたままとしてもよいし、第1スプール60の移動量も少ない移動量だけ第2スプール70を軸方向ADに沿って一側SAに移動させるようにしてもよい。
ところで、駆動対象となるアクチュエータの種類によっては、単動式やハンマータイプ等と呼ばれる制御手法によって、当該アクチュエータへの圧油の給排を制御する。通常の制御手法であれば、アクチュエータへの圧油の供給とアクチュエータからの圧油の排出との両方を、一つの制御弁内の二系統の通路にて、同時に行う。アクチュエータへの圧油の供給量とアクチュエータからの圧油の排出量は、スプールを駆動する比例弁の制御によって、バランスされる。しかしながら、単動式やハンマータイプ等と呼ばれる制御手法では、アクチュエータへの圧油の供給は通常通りスプールの駆動によって実現されるが、アクチュエータからの圧油の排出経路は全開または一定量開放された状態に維持される。例えば、ハンマー等の機械装備は、供給された圧油圧力が所定値を超えた場合に圧油が排出される。したがって、制御弁を介したアクチュエータへの圧油の供給量と、圧油の排出量が大きく異なる。このような圧油の排出を制御弁から行うと、制御弁を破損してしまう可能性がある。したがって、単動式やハンマータイプ等と呼ばれる制御手法では、制御弁を通過しない専用の排出経路を別途に設ける必要があり、油圧回路が複雑化し且つ油圧機器が大型化していた。
一方、このような単動式やハンマータイプ等と呼ばれる制御手法にも、本実施の形態は極めて好適である。例えば、図6に示すように、第1スプール60の位置を制御することでアクチュエータ18への圧油供給量を制御することができる。その一方で、第2スプール70を所定の位置に維持することで、例えば、第2スプール70が第2排出ポート48Bを全開する位置に維持されることで、第1スプール60の位置によらず、所定量の圧油を常に排出可能な圧油排出経路を制御弁30内に確保することができる。したがって、別途の排出経路を設ける必要を排除して、油圧回路20の単純化および油圧機器15の小型軽量化を図ることができる。
さらに、上述した具体例において、移動制御部80,80A,80Bが、パイロット圧油の供給および供給停止を切り換える圧油供給制御部(例えば、圧油供給制御弁)を用いて構成される例を示したが、この例に限られず、その他の手段、例えばモータ等を用いてもよい。
また、上述してきた例において、一直線状のスプール孔41内に、第1スプール60及び第2スプール70の両方が配置される例を示した。この例において、第1スプール60の一部分と第2スプール70の一部分とが、スプール孔41内の同一の位置に配置され得る。しかしながら、上述してきた例に限られない。例えば、図7及び図8に示すように、第1スプール孔41A内で第1スプール60を移動可能とし、第2スプール孔41B内で第2スプール70を移動可能としてもよい。図7及び図8に示された例において、第1スプール孔41Aの中心軸線CA1と第2スプール孔41Bの中心軸線CA2は、ずれており、一直線上に位置していない。
図7及び図8に示された例において、制御弁30は、第1スプール孔41A及び第1スプール孔41Aに通じる第1ポート(第2供給ポート47B)、第2スプール孔41B及び第2スプール孔41Bに通じる第2ポート(第2排出ポート48B)、並びに第1スプール孔41A及び第2スプール孔41Bに通じる共通ポート(第2アクチュエータポート46B)、が設けられた弁本体40と、弁本体40の第1スプール孔41Aを移動可能であり、第1スプール孔41Aを介して第1ポート(第2供給ポート47B)と共通ポート(第2アクチュエータポート46B)とを接続可能な第1スプール60と、弁本体40の第2スプール孔41Bを移動可能であり、第2ポート(第2排出ポート48B)と共通ポート(第2アクチュエータポート46B)とを接続可能な第2スプール70と、を有している。この制御弁40によっても上述の一実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、以上において上述した一実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
10 建設機械
15 油圧機器
20 油圧回路
30 制御弁
40 弁本体40
41、41A、41B スプール孔
42A 第1背圧室
42B 第2背圧室
46A 第1アクチュエータポート
46B 第2アクチュエータポート
47A 第1供給ポート
47B 第2供給ポート
48A 第1排出ポート
48B 第2排出ポート
60 第1スプール
70 第2スプール
80 移動制御部
80A 第1移動制御部
80B 第2移動制御部

Claims (12)

  1. スプール孔並びに前記スプール孔に通じる少なくとも第1ポート、第2ポート、及び共通ポートが設けられた弁本体と、
    前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記スプール孔を介して前記第1ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第1スプールと、
    前記弁本体の前記スプール孔を移動可能であり、前記第2ポートと前記共通ポートとを接続可能にする第2スプールと、
    を備える制御弁。
  2. 第1スプール孔及び前記第1スプール孔に通じる第1ポート、第2スプール孔及び前記第2スプール孔に通じる第2ポート、並びに前記第1スプール孔及び前記第2スプール孔に通じる共通ポート、が設けられた弁本体と、
    前記弁本体の前記第1スプール孔を移動可能であり、前記第1スプール孔を介して前記第1ポートと前記共通ポートとを接続可能な第1スプールと、
    前記弁本体の前記第2スプール孔を移動可能であり、前記第2ポートと前記共通ポートとを接続可能な第2スプールと、
    を備える制御弁。
  3. 前記第1スプール及び前記第2スプールは、同期して移動する請求項1又は2に記載の制御弁。
  4. 前記第1スプール及び前記第2スプールは、非同期で移動する請求項1又は2に記載の制御弁。
  5. 前記第1ポートと前記共通ポートとを接続した状態で、前記第1ポートと前記共通ポートとの接続を遮断した状態よりも、前記第1スプール及び前記第2スプールの離間距離が長くなる請求項1、2又は4に記載の制御弁。
  6. 前記第1スプールに設けられた貫通孔を介して前記スプール孔に通じる第1背圧室と、前記第2スプールに設けられた貫通孔を介して前記スプール孔に通じる第2背圧室と、を備える請求項1に記載の制御弁。
  7. 前記第1スプールの移動を制御する第1移動制御部と、前記第2スプールの移動を制御する第2移動制御部と、を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の制御弁。
  8. 前記第1スプールを駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第1移動制御部と、前記第2スプールを駆動するためのパイロット圧油の供給を制御する第2移動制御部と、を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の制御弁。
  9. 前記第1スプールが一方の側に移動するとき、前記第2スプールも一方の側に移動し、
    前記第1スプールが他方の側に移動するとき、前記第2スプールは静止している請求項1〜8のいずれか一項に記載の制御弁。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の制御弁を備える油圧回路。
  11. 請求項10に記載の油圧回路と、
    前記油圧回路によって制御されるアクチュエータと、を備える油圧機器。
  12. 請求項10に記載の油圧回路を備える建設機械。
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