JP2021169826A - バルブ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの入口流路を使って双方向にアクチュエータを動作させることが可能なバルブ機構を提供する。【解決手段】バルブ機構７では、油によるピストン２１の第２ヘッド１９の押力と経路切替用ばね２９によるピストン２１の第２ヘッド１９の押力との大小関係に基づいてピストン２１を主流路１２内で移動させ、油の流通経路を入口流路９から低圧流路１０又は高圧流路１１のいずれか一方までの経路になるように切り替える。これにより、１つの入口流路を使って双方向にアクチュエータを動作させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、バルブ機構に関する。

従来より、建設機械の油圧ショベルに搭載される走行油圧モータのブレーキ弁として使用されるスプール形切替弁が知られている（例えば特許文献１参照）。このスプール形切替弁は、流体源である油圧ポンプからの油が流入する一対の入口側ポートと、流体アクチュエータである走行油圧モータへ油を排出する一対の出口側ポートとを備えている。

特開２００１−１５９４７０号公報

一般に、設備と治具との間には、油、エア及びクーラントの複数の配管が繋がっており、設備が各配管に圧力をかけることで、治具に含まれるアクチュエータが動作し、センサで状態確認を行っている。しかし、これらの配管の数は設備の大きさや設備の搭載物によって予め決められているため、各設備で動作可能なアクチュエータやセンサの数は限られている。

例えば、クランプの緩め又は締め、もしくはリフタの上昇又は下降などに使用されるアクチュエータは双方向に動作させるので、このアクチュエータは設備が有する２つの油圧ポートを使用する。このため、設備が有する油圧ポートが不足し、他のアクチュエータや他のセンサの使用を制限しなけれればならない場合がある。

本発明の目的は、１つの入口流路を使って双方向にアクチュエータを動作させることが可能なバルブ機構を提供することにある。

上記目的を達成するため、明細書に開示されたバルブ機構は、低圧ポート及び高圧ポートを有するアクチュエータに油を供給するバルブ機構であって、第１管部と前記第１管部よりも大きな断面積を有する第２管部とを含む主流路と、前記低圧ポートと前記第１管部との間を連結する低圧流路と、前記高圧ポートと前記第２管部との間を連結する高圧流路と、前記油の供給源と前記第１管部との間を連結する入口流路と、前記第１管部内に位置し前記第１管部の内径と略等しい直径の第１ヘッド、前記第２管部内に位置し前記第２管部の内径と略等しい直径の第２ヘッド、及び前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとを一体的に連結するロッドを有するピストンと、前記第１管部の終端部と前記第１ヘッドとの間に配置される第１ばねと、前記第２管部の終端部と前記第２ヘッドとの間に配置され、前記第１ばねよりも大きいばね定数を有する第２ばねと、を備え、前記入口流路及び前記主流路の第１接続箇所は、前記低圧流路及び前記主流路の第２接続箇所と、前記高圧流路及び前記主流路の第３接続箇所との間に設けられ、前記ロッドの長さは、前記第３接続箇所から前記第２接続箇所までの距離よりも長く、前記油による前記第２ヘッドの押力と前記第２ばねによる前記第２ヘッドの押力との大小関係に基づいて前記ピストンを前記主流路内で移動させ、前記油の流通経路を前記入口流路から前記低圧流路又は前記高圧流路のいずれか一方までの経路になるように切り替えることを特徴とする。

本発明のバルブ機構によれば、１つの入口流路を使って双方向にアクチュエータを動作させることができる。

本実施の形態に係るバルブ機構を備えるシステムの構成図である。 （Ａ）は、バルブ機構の構成図である。（Ｂ）及び（Ｃ）は、バルブ機構に含まれるピストンの構成図である。（Ｄ）は、第２管部の変形例の構成図である。 （Ａ）は、低圧時のバルブ機構の状態を示す図である。（Ｂ）は、高圧初期時のバルブ機構の状態を示す図である。（Ｃ）は、高圧収束時のバルブ機構の状態を示す図である。（Ｄ）は、リリース時のバルブ機構の状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係るバルブ機構を備えるシステムの構成図である。図１のシステム１００は、設備１と治具６とを備えている。設備１は、治具６に高圧の油を供給する高圧弁２と、治具６に低圧の油を供給する低圧弁３と、高圧弁２と低圧弁３との動作を切り替え、さらに高圧弁２及び低圧弁３の各々にかかる油圧を解除（リリース）する切替機構４とを備えている。つまり、設備１の切替機構４は、低圧、高圧及びリリースの状態を作り出すことができる。設備１の切替機構４は低圧と高圧の切替の間にリリースの状態を備えることで、治具６内に封じ込められた残圧を抜くことができる。高圧弁２及び低圧弁３の一端は切替機構４に連結され、高圧弁２及び低圧弁３の他端は、１つの出口ポート５に連結されている。

治具６は、本実施の形態に係るバルブ機構７と、アクチュエータ８とを備えている。アクチュエータ８は、バルブ機構７から低圧の油が流入する低圧ポート８Ａと、バルブ機構７から高圧の油が流入する高圧ポート８Ｂとを備える。例えば、アクチュエータ８は不図示のリフタを上昇させ又は下降させるなどの双方向の動作に使用される。例えば、アクチュエータ８は、低圧ポート８Ａから低圧の油が流入した場合には、リフタを下降させ、高圧ポート８Ｂから高圧の油が流入した場合には、リフタを上降させる。

バルブ機構７は、高圧の油又は低圧の油が流入する入口流路９と、低圧の油を排出する低圧流路１０と、高圧の油を排出する高圧流路１１とを備えている。入口流路９は設備１の出口ポート５に連結されている。低圧流路１０は低圧ポート８Ａに連結され、高圧流路１１は高圧ポート８Ｂに連結されている。

設備１の高圧弁２から出口ポート５を介して高圧の油がバルブ機構７に供給された場合には、後述するバルブ機構７内のピストンの移動によって、高圧の油が高圧流路１１から高圧ポート８Ｂに供給される。設備１の低圧弁３から出口ポート５を介して低圧の油がバルブ機構７に供給された場合には、後述するバルブ機構７内のピストンの移動によって、低圧の油が低圧流路１０から低圧ポート８Ａに供給される。このように、バルブ機構７は、設備１から供給される油圧を切り替えることで、１つ入口流路９を使って双方向にアクチュエータ８を動作させることができる。

図２（Ａ）は、バルブ機構７の構成図である。図２（Ｂ）及び（Ｃ）は、バルブ機構７に含まれるピストンの構成図である。図２（Ｄ）は、第２管部の変形例の構成図である。バルブ機構７は、低圧ポート８Ａ及び高圧ポート８Ｂを有するアクチュエータ８に油を供給する。

バルブ機構７は、第１管部１３と第１管部１３よりも大きな断面積を有する第２管部１４とを含む主流路１２と、低圧ポート８Ａと第１管部１３との間を連結する低圧流路１０と、高圧ポート８Ｂと第２管部１４との間を連結する高圧流路１１と、油の供給源である設備１の出口ポート５と第１管部１３との間を連結する入口流路９と、入口流路９と第１管部１３との間を連結する残圧抜き路１５と、入口流路９から第１管部１３に向かう油の流れを阻止する逆止弁１６とを備えている。なお、入口流路９、低圧流路１０、高圧流路１１及び残圧抜き路１５の断面積は同一でもよいし、異なっていてもよい。

さらに、バルブ機構７は、主流路１２内で上下に移動可能なピストン２１を備えている。図２（Ｂ）に示すように、ピストン２１は、前記第１管部１３内に位置し、第１管部１３の内径と略等しい直径の第１ヘッド１８、第２管部１４内に位置し、第２管部１４の内径と略等しい直径の第２ヘッド１９、及び第１ヘッド１８と第２ヘッド１９とを一体的に連結するロッド２０を有する。第２ヘッド１９の直径は第１ヘッド１８の直径よりも大きい。なお、説明の都合上、図２（Ａ）に示すように、第１ヘッド１８と第２ヘッド１９との間に連結されているロッド２０が省略される場合がある。

バルブ機構７は、第２管部１４と接続されない第１管部１３の一端である終端部２５と第１ヘッド１８との間に配置される残圧吸収用ばね２６と、残圧吸収用ばね２６の一端に接続される蓋２７と、第１管部１３と接続されない第２管部１４の一端である終端部２８と第２ヘッド１９との間に配置され、残圧吸収用ばね２６よりも大きいばね定数を有する経路切替用ばね２９とを備えている。高圧時又は低圧時から解除（リリース）したときに、経路切替用ばね２９がピストン２１を押し上げるために、経路切替用ばね２９は残圧吸収用ばね２６よりも大きいばね定数を有している。

また、図２（Ｃ）に示すように、第２ヘッド１９の上面に第１管部１３の口径よりも大きな径の凹部５０が形成されていてもよい、及び／又は図２（Ｄ）に示すように、第２管部１４の上端に段差５１が形成されていてもよい。こうすることで、第２ヘッド１９が第２管部１４の上端側に位置するときに、油による第２ヘッド１９の押力が油による第１ヘッド１８の押力よりも大きくなるので、高圧時にピストン２１を押し下げやすくなる。

図２（Ａ）に戻り、入口流路９及び主流路１２の第１接続箇所３０は、低圧流路１０及び主流路１２の第２接続箇所３１と、高圧流路１１及び主流路１２の第３接続箇所３２との間に設けられている。残圧抜き路１５及び主流路１２の第４接続箇所３３は、第２接続箇所３１及び第１管部１３の終端部２５との間に設けられている。ピストン２１のロッド２０の長さは、第３接続箇所３２から第２接続箇所３１までの距離よりも長い。また、第２ヘッド１９が第２管部１４の上側に位置するときに（即ち低圧時）、第１ヘッド１８が第２接続箇所３１よりも上側に位置し、第２ヘッド１９が第２管部１４の下側に位置するときに（即ち高圧収束時）、第１ヘッド１８が第２接続箇所３１よりも下側に位置するように、ピストン２１及びロッド２０の長さは構成されている。

図３（Ａ）は、低圧時のバルブ機構７の状態を示す図である。図３（Ｂ）は、高圧初期時のバルブ機構７の状態を示す図である。図３（Ｃ）は、高圧収束時のバルブ機構７の状態を示す図である。図３（Ｄ）は、リリース時のバルブ機構７の状態を示す図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）中の矢印は、油が流れる方向を示す。

図３（Ａ）に示すように、低圧の油がバルブ機構７に供給された場合には、油による第２ヘッド１９の押力（圧力）が経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力よりも小さいので、ピストン２１の第２ヘッド１９は上側に押され、第２管部１４内の上端の位置をキープする。このため、低圧の油は、入口流路９、第１管部１３及び低圧流路１０を通って、アクチュエータ８の低圧ポート８Ａに流れる。

図３（Ｂ）に示すように、高圧の油がバルブ機構７に供給され始めた場合には、最初は、低圧時の場合と同様に、高圧の油は、入口流路９、第１管部１３及び低圧流路１０を通って、アクチュエータ８の低圧ポート８Ａに流れる。しかし、圧力が所定値を超えると、油による第２ヘッド１９の押力が経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力よりも大きくなり、ピストン２１の第２ヘッド１９は下側に押される。ピストン２１の第２ヘッド１９が高圧流路１１より下がると、高圧の油は、入口流路９、第１管部１３及び高圧流路１１を通って、アクチュエータ８の高圧ポート８Ｂに流れる。

さらに、図３（Ｃ）に示すように、高圧の油がバルブ機構７に供給されてから一定時間経過し、ピストン２１が下側に下がると、蓋２７と第１ヘッド１８との間の空間が低圧流路１０に繋がる。低圧流路１０には高圧の油が充満しているため、上記空間に高圧の油が流れ込み、その油圧で残圧吸収用ばね２６が縮む。残圧吸収用ばね２６が縮むとさらに空間が広がり、この空間内の圧力が下がる。

また、図３（Ｄ）に示すように、圧力の解除（リリース）時には、低圧流路１０及び高圧流路１１に充満している油が、入口流路９に向かって逆流する。この際、油による第２ヘッド１９の押力（圧力）が経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力よりも小さくなるので、ピストン２１の第２ヘッド１９は上側に押される、つまり第２管部１４の上端に向かって移動する。低圧流路１０内の油は逆止弁１６を通って入口流路９に戻るので、ピストン２１を上側に戻す動作（経路切替用ばね２９の復元力）を阻害しない。このように、バルブ機構７及びアクチュエータ８に封じ込められた残圧を抜くことによって、バルブ機構７及びアクチュエータ８は確実に次の動作を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかるバルブ機構７では、図３（Ａ）の低圧時及び図３（Ｄ）のリリース時のように、油による第２ヘッド１９の押力が経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力よりも小さくなると、ピストン２１が主流路１２内で第１管部１３の終端部２５に向かって移動し、油の流通経路を入口流路９から低圧流路１０までの経路になるように切り替える。また、図３（Ｂ）（Ｃ）の高圧時のように、油による第２ヘッド１９の押力が経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力よりも大きくなると、ピストン２１が主流路１２内で第２管部１４の終端部２８に向かって移動し、油の流通経路を入口流路９から高圧流路１１までの経路になるように切り替える。

このように、バルブ機構７では、油による第２ヘッド１９の押力と経路切替用ばね２９による第２ヘッド１９の押力との大小関係に基づいてピストン２１を主流路１２内で移動させ、油の流通経路を入口流路９から低圧流路１０又は高圧流路１１のいずれか一方までの経路になるように切り替える。したがって、バルブ機構７は、設備１から供給される油圧を切り替えることで、１つ入口流路９を使って双方向にアクチュエータ８を動作させることができる。アクチュエータを双方向に動作させる場合に必要とする設備の油圧ポート数を従来の２つから１つに減らすことができるので、設備で動作可能なアクチュエータ数を増やすことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 設備、２ 高圧弁、３ 低圧弁、４ 切替機構、６ 治具、７ バルブ機構、８ アクチュエータ、８Ａ 低圧ポート、８Ｂ 高圧ポート、９ 入口流路、１０ 低圧流路、１１ 高圧流路、１２ 主流路、１３ 第１管部、１４ 第２管部、１５ 残圧抜き路、１６ 逆止弁、１８ 第１ヘッド、１９ 第２ヘッド、２０ ロッド、２１ ピストン、２５，２８ 終端部、２６ 残圧吸収用ばね、２９ 経路切替用ばね

Claims (1)

1. 低圧ポート及び高圧ポートを有するアクチュエータに油を供給するバルブ機構であって、
   第１管部と前記第１管部よりも大きな断面積を有する第２管部とを含む主流路と、
   前記低圧ポートと前記第１管部との間を連結する低圧流路と、
   前記高圧ポートと前記第２管部との間を連結する高圧流路と、
   前記油の供給源と前記第１管部との間を連結する入口流路と、
   前記第１管部内に位置し前記第１管部の内径と略等しい直径の第１ヘッド、前記第２管部内に位置し前記第２管部の内径と略等しい直径の第２ヘッド、及び前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとを一体的に連結するロッドを有するピストンと、
   前記第１管部の終端部と前記第１ヘッドとの間に配置される第１ばねと、
   前記第２管部の終端部と前記第２ヘッドとの間に配置され、前記第１ばねよりも大きいばね定数を有する第２ばねと、を備え、
   前記入口流路及び前記主流路の第１接続箇所は、前記低圧流路及び前記主流路の第２接続箇所と、前記高圧流路及び前記主流路の第３接続箇所との間に設けられ、
   前記ロッドの長さは、前記第３接続箇所から前記第２接続箇所までの距離よりも長く、
   前記油による前記第２ヘッドの押力と前記第２ばねによる前記第２ヘッドの押力との大小関係に基づいて前記ピストンを前記主流路内で移動させ、前記油の流通経路を前記入口流路から前記低圧流路又は前記高圧流路のいずれか一方までの経路になるように切り替えることを特徴とするバルブ機構。
   

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