JP2572937Y2

JP2572937Y2 - 操作弁

Info

Publication number: JP2572937Y2
Application number: JP1991084289U
Authority: JP
Inventors: 義雄富樫
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2006-09-18
Also published as: JPH0527465U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、建設機械などで、たと
えば油圧式のショベルやクレーンを操作するのに使用さ
れる操作弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体圧にて動作する機械の操作手段とし
て最も一般的なものは、流体圧式の操作弁である。同弁
は、レバーやハンドルなどが操作されることにより相応
のパイロット圧力（流体圧信号）を伝え、それによって
制御弁などを駆動する。流体圧機械に対する他の操作手
段としては、レバー等の操作に応じて電気信号を発する
装置もある。これは、上記パイロット圧力に代えて電圧
などの電気信号を発するもので、いわゆるジョイスティ
ック式に構成されることが多い。

【０００３】ところが、流体圧信号のみでは高度な制御
や演算・論理処理を行い難い一方、電気信号は、電源上
のトラブルに弱いうえ、制御弁等を駆動するのに電気・
圧力変換器が必要となる場合があることから、近年、流
体圧信号と電気信号とを同時に出力する操作弁（制御装
置）が見うけられるようになった。特開平２−２１３５
２８号公報の装置は、その代表的な例である。

【０００４】同公報に記載の装置は、レバー操作により
プシュロッドを移動して操作量相当のパイロット圧力を
発生させるとともに、プシュロッドの変位（移動量）で
電気抵抗を変化させ、対応する電圧を信号として取り出
させるものである。つまり、一般的な流体圧式操作弁
に、ポテンショメータを組み込んだ装置だといえる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】上記公報の装置に代表
される従来の操作弁には、つぎの点で改善の余地があっ
た。すなわち、イ ) 電気信号の大きさが、流体圧信号の大きさと正確に
は対応しない。従来の操作弁では、プシュロッドやレバ
ーの変位に基づいて電気信号が発せられるようになって
いるが、変位に基づく電気信号の大きさは、流体圧信号
の大きさと必ずしも対応するとは限らないからである。
流体圧信号は、レバー等の上記変位に対して正確な比例
関係を示さない範囲や不感域などを有することが多いた
め、その変位を仲介にしては電気信号を対応させにくい
のである。また、電気変換部について製作上のバラツキ
も起こりやすい。

【０００６】ロ) 電気変換部に可動部を有するため、耐
久性、とくに耐振動性に関し信頼性が劣る。

【０００７】ハ) 流体圧信号と電気信号との両方を出力
し得る構成にはなっているが、実用上の便宜はほとんど
図られていない。つまり、内蔵された電気（発信）部品
に対するメンテナンスが行いやすいように構成されては
いない。

【０００８】本考案の目的は、流体圧信号と、その大き
さ（圧力）に正確に対応する強さの電気信号とを出力す
るほか、信頼性が高く、製作も容易でコンパクトである
等の特徴をもつ操作弁を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案の操作弁は、レバ
ーやハンドルの操作される量に応じた圧力で複数の流体
圧信号を出し、同時に同数の電気信号をも出力する操作
弁であり、出力部位での各流体圧信号をその圧力に対応
する電気信号に置換する電気信号出力手段（圧力センサ
とそのアンプおよび外部接続用の配線コネクタを含むも
のなど）を組み込み、その（つまり操作弁に組み込ん
だ）電気信号出力手段の全部を、機械的部分（たとえ
ば、レバーやハンドル、さらにはスプール、スプール用
スプリングなど）を含む操作弁本体と分離可能なサブケ
ーシング内に組み込んだものである。

【００１０】

【００１１】

【作用】本考案の操作弁は、そのレバーやハンドルが操
作されるとき、操作量に応じた圧力の流体圧信号（つま
りパイロット圧力）を複数出力する。これは、従来の一
般的な流体圧式操作弁と同様、たとえば、レバー等に連
動する各ロッドや各スプールの変位に基づき、一次圧側
（圧力源側）のポートから二次圧側（出力側）のポート
への流路を開くことなどによりなされ、出力である二次
圧がそれぞれ制御弁などの操作対象に伝えられる。

【００１２】またこの操作弁は、流体圧信号とともに、
つぎのようにして電気信号を出力する。すなわち、電気
信号出力手段が、上記流体圧信号の出力部位において検
出する各流体圧信号を、圧力に対応する電気信号（つま
り、電圧や抵抗値・電流・静電容量など、発信可能な電
気的物理量）にそれぞれ置き換えて出力する。

【００１３】上記に関し注目すべき点の一つは、電気信
号出力手段が検出する対象が、レバーやスプールなどの
変位ではなく流体圧信号そのものであることにある。し
たがって、十分な精度の検出能力がある限りは、出力す
る各電気信号の強さが、同時に出力される前記の各流体
圧信号に正確に対応する。

【００１４】

【００１５】またこの請求項１の操作弁では、電気信号
出力手段の全部がサブケーシング内に組み込まれてお
り、操作弁本体（他の、弁としての機械的部分）からそ
のサブケーシングごと分離され得るため、同手段のうち
の電気部品を製作およびメンテナンスしやすい。たとえ
ば電気関係の異常があった場合、サブケーシングを分離
するだけで電気部品を取り出すことができるうえ、それ
を機械的部分と分けて専門の業者に手渡せば、各部品の
点検や交換、さらには可能な範囲の調整作業等が効率的
になされ得るからである。製作する際も、電気的な部分
をモジュールとして製作できる。電気信号出力手段は、
複数の流体圧信号を各圧力に対応する複数の電気信号に
それぞれ置換するもので、圧力センサ等の部品を、流体
圧信号の数（すなわち電気信号の数）に相当する数だけ
含んでいる。かかる電気信号出力手段の全部をサブケー
シング内に組み込んでいるため、この操作弁では、電気
部品を機械的部分と分けて点検等しやすいという上記の
メリットがとくに顕著である。また、電気信号出力手段
の全部をまとめてサブケーシング内におさめるため、各
部品が個別に配置される場合よりも操作弁はコンパクト
に構成されやすい。

【００１６】

【実施例】図１および図２に、本考案の一実施例である
遠隔式の操作弁を示す。

【００１７】主として建設機械に搭載される図示の操作
弁は、パワーショベルなどを駆動する複数の油圧アクチ
ュエータ（図示せず）を遠隔操作するためのもので、ア
クチュエータへの油圧を切り換える幾つかの制御弁（図
示せず）に、四つの二次圧出力ポート２１Ａ・２１Ｂ・
２１Ｃ・２１Ｄから二次圧（パイロット圧力）を送るこ
とを第一の機能とする。圧力信号を出力するというこの
第一の機能のために、本操作弁はつぎの構成を有する。

【００１８】図１に基づいて説明すると、まず、ケーシ
ング１（後述の１ａ・１ｂ・１ｃ）の内部に、四本のス
プール１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ・１１Ｄ（１１Ｂおよび
１１Ｃは、それぞれ１１Ａ・１１Ｄの陰にあって図１に
現れない）が平行に配置されている。スプールはそれぞ
れ、スプリングａによって図の上方へ押し上げられてお
り、上端部の各ロッドｂがケーシング１の上部に突出し
ている。

【００１９】ケーシング１の上部には、直角な二方向に
通されたピン２ａを支点にして自在な方向に傾けられる
よう操作レバー２が取り付けられている。レバー２は、
四本のスプール１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ・１１Ｄの配置
の中央にあり、それぞれのロッドｂに接するツバ３を基
部に備えているため、このレバー２が任意の方向に傾け
られると、その方向にある一または二のスプールがスプ
リングａに抗して下方に押し下げられる。

【００２０】各スプールのランド部ｃが、一次圧を受け
るＰポート１５（図２）に通じる流路１５ａと、二次圧
出力ポート２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄ（２１Ｂ・
２１Ｃは図１に現れない。図２参照）のそれぞれとの間
に位置しているため、あるスプールが上記のように押し
下げられると、それに対応する出力ポートに二次圧が伝
わるようになる。図のように、スプール１１Ａ…１１Ｄ
のそれぞれに対応するポートは、同じＡ…Ｄを付した各
ポート２１Ａ…２１Ｄである。そして、出力される二次
圧（つまり圧力信号）は、ランド部ｃ（したがって各ス
プール）の変位量に応じた（ほぼ比例する）大きさとな
る。なお、図２における符号１８は戻りポートをさし、
図１の符号１８ａは、その戻りポート１８への流路であ
る。

【００２１】さてこの操作弁は、上記圧力信号ととも
に、その圧力に対応する強さの電気信号を出力するとい
う第二の機能を有している。出力される電気信号は、油
圧ポンプの駆動源であるエンジンやモータの回転数制御
をはじめ、パイロット圧力以外による各種の制御に使用
され、また前記した複数のアクチュエータについて動作
の優先順位を定めるなど、論理処理や演算を含めた高度
な制御を可能にする。このような第二の機能のために、
本操作弁にはつぎの構成を施している。

【００２２】すなわち、二次圧を検出する圧力センサ３
１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄと、電源の安定化や信号
増幅のためのアンプ３４およびプリント基板３５、さら
にそれらの間および外部への電気信号や電源の授受のた
めの配線３６と外部接続用の配線コネクタ３７を、内部
に組み込んでいる。またそれに関連して、ケーシング１
を、主ケーシング１ａと中間プレート１ｂ・サブケーシ
ング１ｃとの三部分により形成している。以下、これら
について説明する。

【００２３】まず、上記四つの圧力センサ３１Ａ・３１
Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄは、四つの二次圧出力ポートの各圧
力を検出するよう、同じＡ…Ｄを付した二次圧出力ポー
ト２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄにそれぞれ連通させ
てサブケーシング１ｃ内に配置した。各圧力センサはセ
ラミックス製の圧電素子（圧力を電圧に置きかえる）
で、サブケーシング１ｃ内に装着している。また、二次
圧出力ポートのそれぞれから中間プレート１ｂにミゾを
ほることによって連通路２５Ａ・２５Ｂ・２５Ｃ・２５
Ｄを形成した。したがって、たとえば、スプール１１Ａ
が押し下げられてポート２１Ａに二次圧がたつと、連通
路２５Ａから圧力センサ３１Ａにその圧力が伝わり、そ
れに相当する電圧をセンサ３１Ａが発するのである。

【００２４】そしてサブケーシング１ｃ内の、上記圧力
センサを付けた裏側（図の下側）の位置にプリント基板
３５を設け、それに各圧力センサを付けるとともにアン
プ３４を取り付けている。またサブケーシング１ｃの側
部に配線コネクタ３７を取り付け、それらを配線３６で
接続した。コネクタ３７は、外部の制御機器につながる
制御線とアンプ３４への給電用の電源線とを含む相手側
のコネクタ（図示せず）が、ワンタッチで差し込めるよ
うになったものである。上記のように圧力センサが発し
た電圧は、アンプ３４にて増幅等の処理を施されたう
え、コネクタ３７より外部へ出力される。なお、図１の
うち、符号３９は裏ブタ（図２はこれを取り去って示し
ている）である。圧力センサやアンプ３４をはじめとす
る電気部品を、堅牢なサブケーシング１ｃ内に収めたう
え裏ブタ３９でもカバーしていることは、外力を受けて
も、また粉塵等の多い環境下に置かれても操作弁の電気
的機能が損なわれないというメリットをももたらす。

【００２５】主ケーシング１ａと中間プレート１ｂ・サ
ブケーシング１ｃの三者はシール部材１ｄをはさみ、複
数のボルト（図示せず）によって組み付けているが、ケ
ーシング１をこのように分離可能に構成した理由はつぎ
のとおりである。すなわち、圧力センサ３１Ａ・３１Ｂ
・３１Ｃ・３１Ｄをはじめ、アンプ３４や基板３５・配
線３６・コネクタ３７といった、電気信号を出力するた
めの手段のすべてをサブケーシング１ｃ内に組み込むこ
とにより、電気関係の製作・メンテナンスと機械（油
圧）関係の保全とがそれぞれ実施しやすくなる。また、
さらに中間プレート１ｂをはさみ込むようにすれば、圧
力信号をセンサに伝える連通路２５Ａ・２５Ｂ・２５Ｃ
・２５Ｄを、前記のとおり容易に形成できるのである。
なお符号１ｘの部分は、主ケーシング１ａに形成した取
付用フランジで、本操作弁はこの部分を利用して建設機
械などに設置される。

【００２６】以上、一実施例を紹介したが、本考案はこ
の例のみに限らず広く実施できる。たとえば圧力センサ
として、上記のタイプ以外にも各種のものが使用可能
で、構造や原理の面から、ダイヤフラム式や歪みゲージ
式・水晶振動子感圧式・半導体式などが選択でき、また
圧力換算の物理量の面から、電圧式のほかに抵抗値式・
電流式・静電容量式・発信周波数式などが使用できるか
らである。ただし現実的には、動作部分がなくて長寿命
な小型のセンサが好ましい。そのほか、上記実施例と異
なり、電源安定化の機能がアンプに必要ないケースも、
それぞれ実現可能である。

【００２７】

【考案の効果】本考案の操作弁は、複数の流体圧信号と
それぞれに対応する強さの複数の電気信号とを同時に出
力するため、流体圧による信頼性の高い制御と電気信号
による複雑で高度な制御との両立を可能にするが、これ
に関連して、 1) 各流体圧信号の強さ（圧力）と正確に対応する強さ
をもつ電気信号を出力する、 2) 動作量を電気信号に変換するのではないため、振動
等に対しての信頼性が高い − といった利点を有する。

【００２８】またこの操作弁には、 3) 電気信号出力手段（つまり圧力センサやアンプ・配
線コネクタなどの電気部品）と操作弁本体の機械的部分
とのそれぞれを、製作およびメンテナンスしやすい、 4) 電気信号出力手段の全部をまとめてサブケーシング
内におさめるためコンパクトに構成されやすい、という
利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例としての操作弁の縦断面図で
ある。

【図２】図１の操作弁に関するII−II矢視図（裏ブタ３
９は除く）である。

【符号の説明】

１ケーシング１ｃサブケーシング２レバー２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄ二次圧（流体圧）出
力ポート３１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄ圧力センサ３４アンプ３７配線コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 37/00 E02F 3/43 F15B 13/042

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レバーやハンドルの操作される量に応じ
た圧力で複数の流体圧信号を出し、同時に同数の電気信
号をも出力する操作弁であって、出力部位での各流体圧信号をその圧力に対応する電気信
号にそれぞれ置換する電気信号出力手段を組み込み、その電気信号出力手段の全部を、機械的部分を含む操作
弁本体と分離可能なサブケーシング内に組み込んだこと
を特徴とする操作弁。