JP2021120588A - マルチ制御弁ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】スプールを追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換え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１は、互いに平行な複数のスプール５と、ハウジング２を含む。ハウジング２には、スプール５をそれぞれ保持する複数の保持穴５０と、ポンプポート２ａから複数の保持穴５０に至るポンプ流路５１と、ポンプ流路５１から分岐して外部ポート２ｄに至る外部流路６が形成されている。ハウジング２には、外部流路６を開閉するポペット弁体７１が組み込まれているとともに、ポペット弁体７１との間に背圧室７４を形成するように切換弁８が取り付けられている。切換弁８は、背圧室７４の圧力を制御することによりポペット弁体７１を操作する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の制御弁が一体となったマルチ制御弁ユニットに関する。

従来から、建設機械や産業機械などでは、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。一般的に、それらの制御弁は互いに一体となってマルチ制御弁ユニットを構成する。

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それぞれ保持する複数の保持穴が形成されたハウジングを含む。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などが１つの制御弁を構成する。

例えば、特許文献１には、油圧ショベルに搭載されるマルチ制御弁ユニットを含む油圧回路が開示されている。マルチ制御弁ユニットは、特許文献１の図２中に、３つの制御弁を囲む一点鎖線で示されている。また、特許文献１に開示された油圧回路では、マルチ制御弁ユニットの外側にメイン圧回路が形成されており、このメイン圧回路から油圧破砕機へ作動油が供給される。

より詳しくは、特許文献１に開示された油圧回路では、メイン圧回路が第１配管によりロジック弁と接続されており、そのロジック弁が第２配管により油圧破砕機と接続されている。ロジック弁はパイロット開閉弁により制御される。ロジック弁およびパイロット開閉弁は、油圧ショベルのブームに取り付けられる。

特開平６−２２０８９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された油圧回路では、マルチ制御弁ユニットの外側の構成が複雑である。これに対し、特許文献１に開示された油圧回路のロジック弁およびパイロット開閉弁の代わりに、マルチ制御弁ユニットにスプールを１つ追加し、このスプールを利用して油圧破砕機用の制御弁を構成することも考えられる。しかし、この場合にはマルチ制御弁ユニットが大型化する。

そこで、本発明は、スプールを追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換え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、所定方向に沿って一列に並ぶ、互いに平行な複数のスプールと、前記複数のスプールをそれぞれ保持する複数の保持穴、ポンプポートから前記複数の保持穴に至るポンプ流路、および前記ポンプ流路から分岐して外部ポートに至る外部流路が形成されたハウジングと、前記ハウジングに組み込まれ、前記外部流路を開閉するポペット弁体と、前記ポペット弁体との間に背圧室を形成するように前記ハウジングに取り付けられ、前記背圧室の圧力を制御することにより前記ポペット弁体を操作する切換弁と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ハウジングに形成された外部流路を開閉するポペット弁体がハウジングに組み込まれ、そのポペット弁体がハウジングに取り付けられた切換弁により操作されるので、スプールを追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換えることができる。しかも、そのようなポペット弁体および切換弁を含むマルチ制御弁ユニットは、スプールを１つ追加したマルチ制御弁ユニットよりも小型である。

本発明によれば、スプールを追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換えることができるマルチ制御弁ユニットが提供される。

本発明の一実施形態に係るマルチ制御弁ユニットの斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図１のIII−III線に沿って見たときの、マルチ制御弁ユニットを含む油圧回路を示す図である。 変形例のマルチ制御弁ユニットを含む油圧回路を示す図である。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係るマルチ制御弁ユニット１を示し、図３に、そのマルチ制御弁ユニット１を含む油圧回路を示す。

図３に示すように、図略の双方向駆動式の複数の油圧アクチュエータ（油圧シリンダおよび／または油圧モータ）へは、マルチ制御弁ユニット１を介してポンプ１１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１を介してタンクへ作動油が排出される。

本実施形態では、マルチ制御弁ユニット１が油圧ショベルに搭載されるものである。その油圧ショベルは油圧破砕機１５を含み、この油圧破砕機１５へも、ポンプ１１からマルチ制御弁ユニット１を介して作動油が供給される。すなわち、マルチ制御弁ユニット１は、油圧破砕機１５の制御機能も具備する。

マルチ制御弁ユニット１は、所定方向に沿って一列に並ぶ、互いに平行な複数のスプール５と、これらのスプール５をそれぞれ保持する複数の保持穴５０が形成されたハウジング２を含む。また、マルチ制御弁ユニット１は、スプール５の軸方向においてハウジング２の両側に配置されたカバー３１および複数のキャップ４１を含む。ただし、マルチ制御弁ユニット１の構成はこれに限られるものではなく、適宜変更可能である。また、２つのマルチ制御弁ユニット１がスプール５が二列で並ぶように結合されてもよい。

各スプール５は、対応する保持穴５０に摺動可能に保持される。各スプール５と、ハウジング２におけるそのスプール５の周辺部と、カバー３１におけるそのスプール５と対応する部分と、そのスプール５と対応するキャップ４１が１つの制御弁を構成する。本実施形態では、スプール５の数が４つであるが、スプール５の数は複数である限り特に限定されるものではない。

ハウジング２は、前記所定方向であるスプール５の並び方向を向く２つの端面２５，２６（図１では上面および下面）と、スプール５の軸方向を向く２つの側面（本発明の第１側面に相当）２１，２３と、スプール５の軸方向およびスプール５の並び方向と直交する方向を向く２つの側面（本発明の第２側面に相当）２２，２４を有する略直方体状である。換言すれば、側面２２，２４は、端面２５，２６および側面２１，２３と直交する。以下、説明の便宜上、スプール５の並び方向の一方を上方、他方を下方ともいう。

カバー３１は、全ての保持穴５０をスプール５の軸方向の一方から覆うようにハウジング２の側面２３に固定されている。カバー３１は複数の第１パイロット室３２を形成しており、各第１パイロット室３２に、対応するスプール５の一方の端部が露出している。

各キャップ４１は、対応する保持穴５０をスプール５の軸方向の他方から覆うようにハウジング２の側面２１に固定されている。各キャップ４１は第２パイロット室４２を形成しており、各第２パイロット室４２に、対応するスプール５の他方の端部が露出している。

本実施形態では、各第２パイロット室４２内に、対応するスプール５を中立位置に維持するためのスプリング４３が配置されている。このスプリング４３は、スプール５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５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。

ただし、スプリング４３に代えて、第１パイロット室３２および第２パイロット室４２内にスプール５を両側から付勢する一対のスプリングを配置してもよい。この場合、複数のキャップ４１の代わりに、カバー３１と同様に構成された、複数の第２パイロット室４２を形成するカバーがハウジング２の側面２１に固定されてもよい。あるいは、カバー３１の代わりに、キャップ４１と同様に構成された、それぞれが第１パイロット室３２を形成する複数のキャップが側面２３に固定されてもよい。

さらに、本実施形態では、カバー３１に、複数の第１パイロット室３２へそれぞれ二次圧を出力する複数の第１電磁比例弁３３と、複数の第２パイロット室４２へそれぞれ二次圧を出力する複数の第２電磁比例弁３４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３３および第２電磁比例弁３４は、図２の紙面と直交する方向に並ぶように互いに平行に配置されている。ただし、本発明は、電磁比例弁を具備しないマルチ制御弁ユニットにも適用可能である。

ハウジング２の上側の端面２５にはポンプポート２ａが形成されており、このポンプポート２ａは、ポンプライン１２によりポンプ１１と接続される。また、ハウジング２の下側の端面２６にはタンクポート２ｂが形成されており、このタンクポート２ｂは、タンクライン１３によりタンクと接続される。

さらに、ハウジング２の側面２４には、スプール５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る。なお、給排ポート２ｃは、側面２４と反対側の側面２２に形成されてもよい。

ハウジング２には、ポンプポート２ａから複数の保持穴５０に至るポンプ流路５１と、複数の保持穴５０からタンクポート２ｂに至るタンク流路５２が形成されている。また、ハウジング２には、保持穴５０ごとに、当該保持穴５０から対応する給排ポート２ｃに至る一対の給排流路５４が形成されている。

さらに、本実施形態では、ハウジング２に、ポンプポート２ａから全ての保持穴５０を経由してタンクポート２ｂに至るセンターバイパス流路５３が形成されている。このセンターバイパス流路５３の上流側部分は、ポンプ流路５１の上流側部分と合流して共通の流路となっており、センターバイパス流路５３の下流側部分は、タンク流路５２の下流側部分と合流して共通の流路となっている。ただし、センターバイパス流路５３は形成されなくてもよい。

また、ハウジング２の側面２２には外部ポート２ｄが形成されている。そして、ハウジング２には、ポンプ流路５１から分岐して外部ポート２ｄに至る外部流路６が形成されている。外部ポート２ｄは、破砕機ライン１４により油圧破砕機１５と接続される。油圧破砕機１５は、タンクライン１７によりタンクと接続される。

さらに、ハウジング２には、外部流路６を開閉するポペット弁体７１が組み込まれている。本実施形態では、ポペット弁体７１が、スプール５の軸方向およびスプール５の並び方向と直交する方向に摺動可能となるように、ハウジング２の側面２２から窪む有底穴内に配置されている。

ハウジング２の側面２２には、ポペット弁体７１との間に背圧室７４を形成するように切換弁８が取り付けられている。つまり、背圧室７４は、上記の有底穴の開口側部分である。切換弁８は、背圧室７４の圧力を制御することによりポペット弁体７１を操作する。

外部流路６は、より詳しくは、中間室６２と、ポンプ流路５１と中間室６２とを接続する第１流路６１と、中間室６２と外部ポート２ｄとを接続する第２流路６３を含む。中間室６２は、上述した有底穴の底部であり、ポペット弁体７１は、中間室６２と背圧室７４とを仕切っている。

第１流路６１は中間室６２の底面に開口しており、第２流路６３は中間室６２の周面に開口している。中間室６２の底面には、第１流路６１の開口の周囲に、ポペット弁体７１用の弁座が形成されている。

背圧室７４内には、ポペット弁体７１を中間室６２に向かって付勢するスプリング７５が配置されている。ポペット弁体７１には、中間室６２と背圧室７４とを連通する連通路７２が形成されている。この連通路７２には、絞り７３が設けられている。

上述した切換弁８は、本実施形態では、タンクライン１６によりタンクと接続されている。切換弁８は、背圧室７４をタンクと連通させるかタンクから遮断するかを切り換える。

本実施形態では、切換弁８がパイロットポートを有し、このパイロットポートに導入されるパイロット圧に応じて作動する。ただし、切換弁８は、電気信号に応じて作動してもよい。

油圧ショベルの操縦者が図略の入力装置により油圧破砕機１５の稼働を選択しなければ、切換弁８は背圧室７４をタンクから遮断する。このとき、背圧室７４の圧力は第１流路６１の圧力と等しくなるため、ポペット弁体７１はスプリング７５の付勢力により外部流路６を閉じる（弁座に当接する）。

一方、操縦者が図略の入力装置により油圧破砕機１５の稼働を選択すると、切換弁８のパイロットポートに高いパイロット圧が導入され、切換弁８が背圧室７４をタンクと連通させる。これにより、ポペット弁体７１に形成された連通路７２に作動油が流れ、絞り７３の作用により背圧室７４の圧力が第１流路６１の圧力よりも小さくなる。この圧力差によって、ポペット弁体７１がスプリング７５の付勢力に抗して作動し、外部流路６を開く（弁座から離間する）。

以上説明したように、本実施形態のマルチ制御弁ユニット１では、ハウジング２に形成された外部流路６を開閉するポペット弁体７１がハウジング２に組み込まれ、そのポペット弁体７１がハウジング２に取り付けられた切換弁８により操作されるので、スプール５を追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換えることができる。しかも、そのようなポペット弁体７１および切換弁８を含むマルチ制御弁ユニット１は、スプール５を１つ追加したマルチ制御弁ユニットよりも小型である。さらには、ポペット弁体７１を用いた流路構成は、スプール５を用いた流路構成に比べてシンプルで設計自由度が高い。

（変形例）
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、ポペット弁体７１が上下方向に摺動可能となるように、ハウジング２の端面２５，２６のどちらかから窪む有底穴内に配置され、その端面に切換弁８が取り付けられてもよい。ただし、前記実施形態のように切換弁８がハウジング２の側面２２に取り付けられていれば、ハウジングの端面（２５または２６）に切換弁８を取り付けた場合に比べて、マルチ制御弁ユニット１の搭載スペースを小さくすることができる。あるいは、切換弁８は、スプール３の軸方向を向く側面（２１または２３）に取り付けられてもよい。

また、図４に示すように、切換弁８は、当該切換弁８の内部およびハウジング２の内部に形成された内部流路１８により第２流路６３と接続されてもよい。この場合、切換弁８は、背圧室７４を第２流路６３と連通させるか第２流路６３から遮断するかを切り換える。図４に示す構成では、切換弁８に接続されるタンクラインを不要とすることができる。

（まとめ）
本発明のマルチ制御弁ユニットは、所定方向に沿って一列に並ぶ、互いに平行な複数のスプールと、前記複数のスプールをそれぞれ保持する複数の保持穴、ポンプポートから前記複数の保持穴に至るポンプ流路、および前記ポンプ流路から分岐して外部ポートに至る外部流路が形成されたハウジングと、前記ハウジングに組み込まれ、前記外部流路を開閉するポペット弁体と、前記ポペット弁体との間に背圧室を形成するように前記ハウジングに取り付けられ、前記背圧室の圧力を制御することにより前記ポペット弁体を操作する切換弁と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ハウジングに形成された外部流路を開閉するポペット弁体がハウジングに組み込まれ、そのポペット弁体がハウジングに取り付けられた切換弁により操作されるので、スプールを追加することなく外部への作動油の供給のオンオフを切り換えることができる。しかも、そのようなポペット弁体および切換弁を含むマルチ制御弁ユニットは、スプールを１つ追加したマルチ制御弁ユニットよりも小型である。

前記ハウジングは、前記所定方向を向く端面と、前記複数のスプールの軸方向を向く第１側面と、前記端面および前記第１側面と直交する第２側面を含み、前記切換弁は、前記第２側面に取り付けられてもよい。この構成によれば、ハウジングの端面に切換弁を取り付けた場合に比べて、マルチ制御弁ユニットの搭載スペースを小さくすることができる。

例えば、前記外部流路は、中間室と、前記ポンプ流路と前記中間室とを接続する第１流路と、前記中間室と前記外部ポートとを接続する第２流路を含んでもよい。

例えば、前記ポペット弁体は前記中間室と前記背圧室とを仕切り、前記背圧室内には、前記ポペット弁体を前記中間室に向かって付勢するスプリングが配置されており、前記ポペット弁体には、前記中間室と前記背圧室とを連通する連通路が形成されてもよい。

例えば、前記切換弁は、前記背圧室をタンクと連通させるか前記タンクから遮断するかを切り換えてもよい。

あるいは、前記切換弁は、前記背圧室を前記第２流路と連通させるか前記第２流路から遮断するかを切り換えてもよい。この構成によれば、切換弁に接続されるタンクラインを不要とすることができる。

前記マルチ制御弁ユニットは、油圧ショベルに搭載されるものであり、前記外部ポートは、油圧破砕機と接続されてもよい。この構成によれば、マルチ制御弁ユニットに油圧破砕機の制御機能を具備することができる。

１ マルチ制御弁ユニット
１５ 油圧破砕機
２ ハウジング
２ａ ポンプポート
２ｄ 外部ポート
２１，２３ 側面（第１側面）
２２，２４ 側面（第２側面）
２５，２６ 端面
５ スプール
５０ 保持穴
６ 外部流路
６１ 第１流路
６２ 中間室
６３ 第２流路
７１ ポペット弁体
７２ 連通路
７３ 絞り
７４ 背圧室
７５ スプリング

Claims (7)

1. 所定方向に沿って一列に並ぶ、互いに平行な複数のスプールと、
   前記複数のスプールをそれぞれ保持する複数の保持穴、ポンプポートから前記複数の保持穴に至るポンプ流路、および前記ポンプ流路から分岐して外部ポートに至る外部流路が形成されたハウジングと、
   前記ハウジングに組み込まれ、前記外部流路を開閉するポペット弁体と、
   前記ポペット弁体との間に背圧室を形成するように前記ハウジングに取り付けられ、前記背圧室の圧力を制御することにより前記ポペット弁体を操作する切換弁と、
   を備える、マルチ制御弁ユニット。
2. 前記ハウジングは、前記所定方向を向く端面と、前記複数のスプールの軸方向を向く第１側面と、前記端面および前記第１側面と直交する第２側面を含み、
   前記切換弁は、前記第２側面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. 前記外部流路は、中間室と、前記ポンプ流路と前記中間室とを接続する第１流路と、前記中間室と前記外部ポートとを接続する第２流路を含む、請求項１または２に記載のマルチ制御弁ユニット。
4. 前記ポペット弁体は前記中間室と前記背圧室とを仕切り、前記背圧室内には、前記ポペット弁体を前記中間室に向かって付勢するスプリングが配置されており、
   前記ポペット弁体には、前記中間室と前記背圧室とを連通する連通路が形成されている、請求項３に記載のマルチ制御弁ユニット。
5. 前記切換弁は、前記背圧室をタンクと連通させるか前記タンクから遮断するかを切り換える、請求項１〜４の何れか一項に記載のマルチ制御弁ユニット。
6. 前記切換弁は、前記背圧室を前記第２流路と連通させるか前記第２流路から遮断するかを切り換える、請求項３または４に記載のマルチ制御弁ユニット。
7. 前記マルチ制御弁ユニットは、油圧ショベルに搭載されるものであり、
   前記外部ポートは、油圧破砕機と接続される、請求項１〜６の何れか一項に記載のマルチ制御弁ユニット。

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