JP2021067347A - マルチ制御弁ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】主ポンプを駆動する原動機の動力の消費を抑制することができるマルチ制御弁ユニットを提供する。【解決手段】マルチ制御弁ユニット１Ａは、互いに平行な複数のスプール３を内蔵するハウジング２を含む。ハウジング２の内部には、スプール３の両端部と対応する複数のパイロット室３１，３２が形成されている。ハウジング２には、パイロット室３１，３２とそれぞれ接続されるように複数の電磁比例弁４１，４２が取り付けられているとともに、電磁比例弁４１，４２と接続されるように油圧発生装置５が取り付けられている。油圧発生装置５は、電動機およびポンプを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ制御弁ユニットに関する。
従来から、建設機械などでは、複数の油圧アクチュエータへ複数の制御弁を介して油圧ポンプから作動油が供給される。例えば、特許文献１には、それらの制御弁が一体となったマルチ制御弁ユニット（特許文献１では、油圧制御弁群と称呼）が開示されている。
具体的に、マルチ制御弁ユニットは、互いに平行な複数のスプールと、これらのスプールを内蔵するハウジングを含む。各スプールと、ハウジングにおけるそのスプールの周辺部が１つの制御弁を構成する。
特開２０１５−１４８３００号公報
一般的に、各スプールは当該スプールの両端部に作用するパイロト圧により作動する。このため、ハウジングの内部には、複数のスプールの両端部と対応する複数のパイロット室が形成されている。また、パイロット圧が電磁比例弁で調整される場合、ハウジングには、複数のパイロット室とそれぞれ接続されるように複数の電磁比例弁が取り付けられる。
ところで、電磁比例弁には、一次圧を供給する必要がある。多くの油圧回路では、複数の油圧アクチュエータへ作動油を供給するための可変容量型の主ポンプと、電磁比例弁へ一次圧を供給するための固定容量型の副ポンプとが用いられ、主ポンプと副ポンプとが一つの原動機（エンジンまたは電動機）により駆動される。
しかしながら、上記のような構成では、油圧アクチュエータへの作動油の供給が不要となって主ポンプの吐出流量を最小とした場合でも、副ポンプが一定流量の作動油を吐出する。すなわち、副ポンプの駆動に常に原動機の動力が消費される。
そこで、本発明は、主ポンプを駆動する原動機の動力の消費を抑制することができるマルチ制御弁ユニットを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明のマルチ制御弁ユニットは、互いに平行な複数のスプールを内蔵するとともに、前記複数のスプールの両端部と対応する複数のパイロット室が内部に形成されたハウジングと、前記複数のパイロット室とそれぞれ接続されるように前記ハウジングに取り付けられた複数の電磁比例弁と、前記複数の電磁比例弁と接続されるように前記ハウジングに取り付けられた、電動機およびポンプを含む油圧発生装置と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、マルチ制御弁ユニット内で電磁比例弁へ一次圧を供給することができる。このため、マルチ制御弁ユニットを介して複数の油圧アクチュエータへ作動油を供給するための主ポンプを駆動する原動機に副ポンプを付設する必要がない。従って、原動機の動力の消費を抑制することができる。しかも、油圧発生装置の電動機は必要なときに必要な流量分だけ稼働させればよいため、総合的に見ても消費エネルギーを低減することができる。
本発明によれば、主ポンプを駆動する原動機の動力の消費を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係るマルチ制御弁ユニットの断面図である。 図１に示すマルチ制御弁ユニットを含む油圧回路を示す図である。 油圧発生装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマルチ制御弁ユニットの断面図である。 図４に示すマルチ制御弁ユニットを含む油圧回路を示す図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るマルチ制御弁ユニット１Ａを示し、図２に、そのマルチ制御弁ユニット１Ａを含む油圧回路を示す。
マルチ制御弁ユニット１Ａは、互いに平行な複数のスプール３と、これらのスプール３を内蔵するハウジング２と、ハウジング２に取り付けられた油圧発生装置５を含む。各スプール３と、ハウジング２におけるそのスプール３の周辺部が１つの制御弁を構成する。図１および図２では、スプール３の数が４つであるが、スプール３の数は複数である限り特に限定されるものではない。
図２に示すように、図略の複数の油圧アクチュエータへは、マルチ制御弁ユニット１Ａを介して主ポンプ８１から作動油が供給される。また、複数の油圧アクチュエータからは、マルチ制御弁ユニット１Ａを介してタンク９１へ作動油が排出される。
主ポンプ８１は、可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。主ポンプ８１は、原動機８０により駆動される。原動機８０は、エンジン（内燃機関）であってもよいし、電動機であってもよい。
本実施形態では、ハウジング２が、スプール３がそれぞれ挿入される複数の貫通穴２５が設けられたハウジング本体２１と、スプール３の軸方向においてハウジング本体２１の両側に配置されたカバー２２および複数のキャップ２３を含む。各スプール３は、対応する貫通穴２５に摺動可能に保持される。
ハウジング本体２１は、２つの端面（図１では上面および下面）および４つの側面（図１では左面および右面、ならびに紙面と直交する方向を向く図略の二面）を有する直方体状である。
カバー２２は、複数の貫通穴２５をスプール３の軸方向の一方から覆うようにハウジング本体２１の側面に固定されている。各キャップ２３は、対応する貫通穴２５をスプール３の軸方向の他方から覆うようにハウジング本体２１の側面に固定されている。
図２に示すように、ハウジング本体２１の１つの側面（図１の紙面と直交する方向を向く面）には、スプール３ごとに一対の給排ポート２ｃが形成されている。給排ポート２ｃは、一対の給排ラインにより対応する図略の油圧アクチュエータと接続されている。
また、ハウジング本体２１の一方の端面には、ポンプポート２ａとタンクポート２ｂが形成されている。ポンプポート２ａは、ポンプライン８２により主ポンプ８１と接続されており、タンクポート２ｂは、タンクライン９２によりタンク９１と接続されている。図２では、タンクライン９２にクラッキング圧が０．０３ＭＰａ〜０．８ＭＰａ程度のチェック弁９３が設けられているが、チェック弁９３は省略可能である。
ハウジング本体２１には、ポンプポート２ａから複数の貫通穴２５に至るポンプ流路７１と、複数の貫通穴２５からタンクポート２ｂに至るタンク流路７２が形成されている。また、ハウジング本体２１には、貫通穴２５ごとに、当該貫通穴２５から対応する給排ポート２ｃに至る一対の給排流路７６が形成されている。
図１に示すように、ハウジング２の内部には、スプール３の一方の端部と対応する複数の第１パイロット室３１と、スプール３の他方の端部と対応する複数の第２パイロット室３２が形成されている。換言すれば、各スプール３の一方の端部は対応する第１パイロット室３１に露出しており、他方の端部は対応する第２パイロット室３２に露出している。本実施形態では、カバー２２が複数の第１パイロット室３１を形成し、複数のキャップ２３がそれぞれ複数の第２パイロット室３２を形成する。
各第２パイロット室３２内には、対応するスプール３を中立位置に維持するためのスプリング３５が配置されている。このスプリング３５は、スプール３が軸方向の一方に移動したときも他方に移動したときも、スプール３を中立位置に戻すように付勢する。なお、この構造は公知であるため、詳細な説明は省略する。
カバー２２には、第１パイロット室３１とそれぞれ接続されるように複数の第１電磁比例弁４１が取り付けられているとともに、第２パイロット室３２とそれぞれ接続されるように複数の第２電磁比例弁４２が取り付けられている。図示は省略するが、第１電磁比例弁４１と第２電磁比例弁４２とは紙面と直交する方向に並んでいる。換言すれば、第１電磁比例弁４１と第２電磁比例弁４２は、二列で配列されている。
図２では、第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２のそれぞれが、指令電流と二次圧が正の相関を示す正比例型であるが、第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２のそれぞれは、指令電流と二次圧が負の相関を示す逆比例型であってもよい。
カバー２２には、各第１電磁比例弁４１の二次圧ポートから対応する第１パイロット室３１に至る第１パイロットライン４３が形成されている。なお、図２では、制御弁の油圧記号の関係で第１パイロット室３１がハウジング本体２１内に描かれているが、第１パイロット室３１の位置は、図１に示す通りハウジング本体２１の外である。この点は、第２パイロット室３２でも同様である。
また、ハウジング本体２１およびカバー２２には、各第２電磁比例弁４２の二次圧ポートから対応する第２パイロット室３２に至る第２パイロットライン４４が形成されている。より詳しくは、第２パイロットライン４４は、貫通穴２５と平行にハウジング本体２１を貫通している。
上述した油圧発生装置５は、第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２と接続されるようにカバー２２に取り付けられている。具体的に、油圧発生装置５は、吸入ポート５ａと吐出ポート５ｂを有する。
ハウジング本体２１およびカバー２２には、上述したタンク流路７２から吸入ポート５ａに至る吸入流路７３が形成されている。また、カバー２２には、吐出ポート５ｂから第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２の一次圧ポートに至る一次圧流路７４が形成されている。さらに、ハウジング本体２１およびカバー２２には、第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２のタンクポートから上述したタンク流路７２に至るタンク流路７５が形成されている。
油圧発生装置５は、図３に示すように、ポンプ５１と、このポンプ５１を駆動する電動機５２を含む。本実施形態では、油圧発生装置５が、ポンプ５１を挟んで電動機５２と反対側に配置されたマニホールド５３を含み、マニホールド５３、ポンプ５１および電動機５２が一体となったカートリッジ式のものである。
本実施形態では、ポンプ５１が斜板ポンプである。ただし、ポンプ５１は斜軸ポンプあってもよい。あるいは、ポンプ５１は、ギヤポンプやベーンポンプなどの、アキシャルポンプ以外のポンプであってもよい。
具体的に、ポンプ５１は、電動機５２の出力軸と連結された回転軸６０と、回転軸６０に固定された、複数のピストン（図示せず）を保持するシリンダブロック６２と、シリンダブロック６２と摺動するバルブプレート６１と、ピストンに取り付けられたシュー（図示せず）と摺動する斜板６３と、斜板６３を支持する支持台６４を含み、これらの要素がケース６５に収容されている。
マニホールド５３には中間にフランジ５４が設けられており、フランジ５４よりも先端側部分がカバー２２に形成された凹部に挿入される。そして、この先端側部分に上述した吸入ポート５ａおよび吐出ポート５ｂが設けられている。フランジ５４は、図略のボルトによってカバー２２に固定される。
また、マニホールド５３内には、バルブプレート６１に設けられた吸入穴と吸入ポート５ａとを連通する吸入流路６ａと、バルブプレート６１に設けられた吐出穴と吐出ポート５ｂとを連通する吐出流路６ｂとが形成されている。
以上説明したような構成のマルチ制御弁ユニット１Ａでは、当該マルチ制御弁ユニット１Ａ内で第１電磁比例弁４１および第２電磁比例弁４２へ一次圧を供給することができる。このため、主ポンプ８１を駆動する原動機８０に副ポンプを付設する必要がない。従って、原動機８０の動力の消費を抑制することができる。例えば、原動機８０がエンジンである場合、原動機８０の燃費が向上する。しかも、油圧発生装置５の電動機５２は必要なときに必要な流量分だけ（すなわち、ポンプ５１が必要な流量分だけ作動油を吐出するように）稼働させればよいため、総合的に見ても消費エネルギーを低減することができる。
ところで、主ポンプを駆動する原動機に副ポンプを付設する従来の油圧回路では、主ポンプと副ポンプとが同軸上に配置されることが多い。このような構成では、ポンプと原動機を含む駆動ユニットが長尺となり、駆動ユニットの設置に比較的に広いスペースが必要である。これに対し、本実施形態のマルチ制御弁ユニット１Ａでは、駆動ユニットが副ポンプを含まない分短くなる。従って、駆動ユニットの設置にそれほど広いスペースは必要ない。
（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態に係るマルチ制御弁ユニット１Ｂを示し、図５に、そのマルチ制御弁ユニット１Ｂを含む油圧回路を示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態では、ハウジング２が、第１実施形態で説明したカバー２２を第１カバー２２として含む。さらに、ハウジング２は、複数のキャップ２３の代わりに、第２カバー２４を含む。
第２カバー２４は、第１カバー２２と同様に構成されている。すなわち、第２カバー２４は、複数の貫通穴２５をスプール３の軸方向の他方（一方は第１カバー２２側）から覆うようにハウジング本体２１の側面に固定されている。
また、第２カバー２４は、複数の第２パイロット室３２を形成する。そして、複数の第２電磁比例弁４２は、第１カバー２２ではなく、第２カバー２４に、第２パイロット室３２とそれぞれ接続されるように取り付けられている。第２カバー２４には、各第２電磁比例弁４２の二次圧ポートから対応する第２パイロット室３２に至る第２パイロットライン４４が形成されている。
また、本実施形態では、第１カバー２２に形成された一次圧流路７４が油圧発生装置５の吐出ポート５ｂから第１電磁比例弁４１の一次圧ポートに至り、ハウジング本体２１および第１カバー２２に形成されたタンク流路７５が第１電磁比例弁４１のタンクポートからタンク流路７２に至る。
さらに、本実施形態では、第１カバー２２、ハウジング本体２１および第２カバー２４に、一次圧流路７４から分岐して第２電磁比例弁４２の一次圧ポートに至る一次圧流路７７が形成されている。すなわち、一次圧流路７７の上流側部分は、ハウジング本体２１を貫通している。さらに、ハウジング本体２１および第２カバー２４には、第２電磁比例弁４２のタンクポートからタンク流路７２に至るタンク流路７８が形成されている。
また、本実施形態では、第１パイロット室３１内と第２パイロット室３２内に、スプール３を中立位置に維持するためのスプリング３６，３７がそれぞれ配置されている。ただし、スプリング３６，３７の代わりに、図１に示すように構成されたスプリング３５が第１パイロット室３１と第２パイロット室３２のどちらかに配置されてもよい。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態では、第１実施形態のように第２パイロットライン４４をハウジング本体２１に設ける必要がないため、第１実施形態に比べてハウジング本体２１を小型化することができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、油圧発生装置５は、必ずしもカバー２２に取り付けられる必要はなく、ハウジング本体２１に取り付けられてもよい。ただし、前記実施形態のように油圧発生装置５が第１電磁比例弁４１と共にカバー２２に取り付けられれば、油圧発生装置５Ａの吐出ポート５ｂから第１電磁比例弁４１に至る一次圧流路をカバー２２の内部だけで容易に構成することができる。特に、第１実施形態のように、第２電磁比例弁４２もカバー２２に取り付けられれば、油圧発生装置５Ａの吐出ポート５ｂから全ての電磁比例弁に至る一次圧流路をカバー２２の内部で構成することができる。
（まとめ）
本発明のマルチ制御弁ユニットは、互いに平行な複数のスプールを内蔵するとともに、前記複数のスプールの両端部と対応する複数のパイロット室が内部に形成されたハウジングと、前記複数のパイロット室とそれぞれ接続されるように前記ハウジングに取り付けられた複数の電磁比例弁と、前記複数の電磁比例弁と接続されるように前記ハウジングに取り付けられた、電動機およびポンプを含む油圧発生装置と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、マルチ制御弁ユニット内で電磁比例弁へ一次圧を供給することができる。このため、マルチ制御弁ユニットを介して複数の油圧アクチュエータへ作動油を供給するための主ポンプを駆動する原動機に副ポンプを付設する必要がない。従って、原動機の動力の消費を抑制することができる。しかも、油圧発生装置の電動機は必要なときに必要な流量分だけ稼働させればよいため、総合的に見ても消費エネルギーを低減することができる。
前記複数のパイロット室は、前記複数のスプールの一方の端部と対応する複数の第１パイロット室と、前記複数のスプールの他方の端部と対応する複数の第２パイロット室を含み、前記複数の電磁比例弁は、前記複数の第１パイロット室とそれぞれ接続される複数の第１電磁比例弁と、前記複数の第２パイロット室とそれぞれ接続される複数の第２電磁比例弁と、を含み、前記ハウジングは、前記複数のスプールがそれぞれ挿入される複数の貫通穴が設けられたハウジング本体と、前記複数の貫通穴を前記複数のスプールの軸方向の一方から覆うように前記ハウジング本体に固定された、前記複数の第１パイロット室を形成するカバーと、を含み、前記複数の第１電磁比例弁および前記油圧発生装置は、前記カバーに取り付けられてもよい。この構成によれば、油圧発生装置から第１電磁比例弁に至る一次圧流路をカバーの内部だけで容易に構成することができる。
例えば、前記ハウジング本体には、ポンプポートから前記複数の貫通穴に至るポンプ流路と、前記複数の貫通穴からタンクポートに至るタンク流路が形成されており、前記油圧発生装置は、吸入ポートと吐出ポートを有し、前記ハウジング本体および前記カバーには、前記タンク流路から前記吸入ポートに至る吸入流路が形成されており、前記カバーには、前記吐出ポートから前記複数の第１電磁比例弁に至る一次圧流路が形成されてもよい。
前記カバーは、第１カバーであり、前記ハウジングは、前記複数の貫通穴を前記複数のスプールの軸方向の他方から覆うように前記ハウジング本体に固定された、前記複数の第２パイロット室を形成する第２カバーを含み、前記複数の第２電磁比例弁は、前記第２カバーに取り付けられてもよい。この構成によれば、１つのカバーに第１電磁比例弁および第２電磁比例弁を取り付ける場合に比べ、ハウジング本体を小型化することができる。
１Ａ，１Ｂ マルチ制御弁ユニット
２ ハウジング
２ａ ポンプポート
２ｂ タンクポート
２１ ハウジング本体
２２ カバー、第１カバー
２４ 第２カバー
２５ 貫通穴
３ スプール
３１ 第１パイロット室
３２ 第２パイロット室
４１ 第１電磁比例弁
４２ 第２電磁比例弁
５ 油圧発生装置
５ａ 吸入ポート
５ｂ 吐出ポート
５１ ポンプ
５２ 電動機
７１ ポンプ流路
７２ タンク流路
７３ 吸入流路
７４，７７ 一次圧流路

Claims (4)

  1. 互いに平行な複数のスプールを内蔵するとともに、前記複数のスプールの両端部と対応する複数のパイロット室が内部に形成されたハウジングと、
    前記複数のパイロット室とそれぞれ接続されるように前記ハウジングに取り付けられた複数の電磁比例弁と、
    前記複数の電磁比例弁と接続されるように前記ハウジングに取り付けられた、電動機およびポンプを含む油圧発生装置と、
    を備える、マルチ制御弁ユニット。
  2. 前記複数のパイロット室は、前記複数のスプールの一方の端部と対応する複数の第１パイロット室と、前記複数のスプールの他方の端部と対応する複数の第２パイロット室を含み、
    前記複数の電磁比例弁は、前記複数の第１パイロット室とそれぞれ接続される複数の第１電磁比例弁と、前記複数の第２パイロット室とそれぞれ接続される複数の第２電磁比例弁と、を含み、
    前記ハウジングは、前記複数のスプールがそれぞれ挿入される複数の貫通穴が設けられたハウジング本体と、前記複数の貫通穴を前記複数のスプールの軸方向の一方から覆うように前記ハウジング本体に固定された、前記複数の第１パイロット室を形成するカバーと、を含み、
    前記複数の第１電磁比例弁および前記油圧発生装置は、前記カバーに取り付けられている、請求項１に記載のマルチ制御弁ユニット。
  3. 前記ハウジング本体には、ポンプポートから前記複数の貫通穴に至るポンプ流路と、前記複数の貫通穴からタンクポートに至るタンク流路が形成されており、
    前記油圧発生装置は、吸入ポートと吐出ポートを有し、
    前記ハウジング本体および前記カバーには、前記タンク流路から前記吸入ポートに至る吸入流路が形成されており、
    前記カバーには、前記吐出ポートから前記複数の第１電磁比例弁に至る一次圧流路が形成されている、請求項２に記載のマルチ制御弁ユニット。
  4. 前記カバーは、第１カバーであり、
    前記ハウジングは、前記複数の貫通穴を前記複数のスプールの軸方向の他方から覆うように前記ハウジング本体に固定された、前記複数の第２パイロット室を形成する第２カバーを含み、
    前記複数の第２電磁比例弁は、前記第２カバーに取り付けられている、請求項２または３に記載のマルチ制御弁ユニット。
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