JP3544173B2 - 油圧シリンダの再生切換弁 - Google Patents
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- F15B13/021—Valves for interconnecting the fluid chambers of an actuator
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、油圧シリンダのロッド伸長時に、ロッド側油室の油をヘッド側油室へ再生してロッドの作動速度を速める再生切換弁に関し、詳しくは、再生と再生カットとを切換える圧力に所定の圧力差を設けた再生切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、油圧シリンダのピストン伸長時にロッド側の油をヘッド側へ再生してロッドの作動速度を速めようとする技術がある。この例として、油圧ショベルのアームに設けられた再生回路がある。
【０００３】
この再生回路は、アーム引き作業のように負荷が自重のみの空中作動時には、ロッド側油室から排出する油をヘッド側油室へ供給する油に合流させて再生し、油圧ポンプからの油量が少なくても再生油量で補ってピストンのスピードを上げるように構成されている。そして、負荷が大きい地上作業時には、ロッド側油室からの油は再生カット（停止）され、油圧ポンプからの圧油のみによってシリンダが駆動されるように構成されている。
【０００４】
この種の従来技術として、特公平４−５７８８１号公報記載の発明がある。図４はこの発明に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図であり、油圧シリンダによるアーム作動は、シリンダ５１のヘッド側油室５２に圧油を供給する掘削時等と、ロッド側油室５３に圧油を供給するアーム上昇時等とがコントロール弁５４によってコントロールされている。
【０００５】
そして、このコントロール弁として、図５の油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図のような油圧回路が記載されている。この油圧回路に設けられたコントロール弁５４のロッド伸長側（左側）には、図のように油圧ポンプ５５でヘッド側油室５２へ圧油を供給するライン５６と、ロッド側油室５３からタンク５７への戻りライン５８と、チェック弁５９を有してこれらのライン５６，５８を連通させるライン６０とが設けられ、戻りライン５８には、パイロットポンプ６１の圧油を所定圧に減圧する減圧弁６２からのパイロット圧で制御される絞り６３が設けられている。
【０００６】
このような再生切換弁による再生原理を、図６に示す油圧回路図を用いて以下に説明する。まず、アーム引きの無負荷時（空で作動している状態）には、油圧ポンプ５５からヘッド側油室５２へ▲１▼の流れで圧油が供給されるが、この圧油は低圧であるため、コントロール弁の再生カットスプール６４は図示する状態（中立）にあり、ロッド側油室５３の油は▲２▼の流れで再生される。この状態が再生状態である。
【０００７】
次に、アーム引きの有負荷時（掘削状態）になると、掘削による抵抗でヘッド側油室５２の圧力ＰＨが上昇する。このＰＨ圧が再生カット設定圧（例えば、１２０ｋｇ／ｃｍ２）よりも低い時は、再生カットスプール６４は中立のままであり、▲２▼の流れで再生状態が維持される。この時のアームシリンダの有効面積はΔＡ＝ＡＨ−ＡＲであり、掘削力はＦ１＝ＰＨ×（ＡＨ−ＡＲ）である。
【０００８】
そして、掘削を続けてヘッド側油室圧力ＰＨが更に上昇して再生カット設定圧（１２０ｋｇ／ｃｍ２）を越えると、再生カットスプール６４が切替わる。この再生カットスプール６４が切替わった状態が再生カット状態であり、ロッド側油室５３の戻り油は▲３▼の流れでタンク５７へ戻るため、ロッド側油室５３の圧力ＰＲが低下する。このロッド側油室５３の圧力ＰＲはタンク５７と連通されてほぼゼロとなるため、アームシリンダ５１が受ける有効面積はヘッド側油室５２のＡＨとなり、再生カットスプール６４が切替わる前よりも低い圧力ＰＨ（この例の場合、１２０ｋｇ／ｃｍ２以下）で掘削が可能となる。この時の掘削力はＦ２＝ＰＨ×ＡＨである。
【０００９】
その後、ヘッド側油室圧力ＰＨが低下して再生カット設定圧（１２０ｋｇ／ｃｍ２）よりも低くなると、再生カットスプール６４が中立へ復帰し、ロッド側油室５３の油が▲２▼の流れでヘッド側油室５２へ流れて再生される。この状態が前記無負荷時の再生状態である。その後、ヘッド側油室５２の圧力ＰＨによって再生状態と再生カット状態とが繰り返される。
【００１０】
図７は、このような再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図であり、縦軸に再生流量、横軸にヘッド側油室圧力を示している。この図にように、前記シリンダの再生回路によれば、シリンダのヘッド側油室圧力ＰＨが設定圧力「ａ点」に達するまではロッド側油室５３の油はヘッド側油室５２へ再生され、ヘッド側圧力ＰＨが「ａ点」に達すると再生カットが始まって再生流量が減少し（この再生量が減少する量は、前記図５の絞り６３の開口面積変化量による）、「ｂ点」に達すると再生カットされて再生流量ゼロの通常のシリンダとして機能することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記再生切換弁では、「ａ点」と「ｂ点」の所定設定圧で再生又は再生カットを切換える構成であるため、この切換えの設定圧に近い圧力での作業を行う場合、再生状態から再生カット状態又は再生カット状態から再生状態への切換わりが頻繁に繰り返される。
【００１２】
このように再生状態と再生カット状態とが頻繁に切換えられると、シリンダの受圧面積が大きくなったり小さくなったり変化しながら作業することとなるため、アームの動作が不安定になってスムーズに操作できないようなハンチング現象を生じてしまう。
【００１３】
そのため、このような切換え設定圧に近い圧力で作業を行う場合には、アームをスムーズに操作することが困難となり、細かな制御を行うことができない場合がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、油圧シリンダのロッド側油室とヘッド側油室とに供給する圧油の油路を有する本体スプールと、この本体スプール内でスプリングに抗して軸方向に移動可能なサブスプールとを有し、ロッド側油室からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として供給できるようにした油圧シリンダの再生切換弁において、前記サブスプールの一方にスプリングの付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧作用部を設け、このサブスプールのもう一方にシリンダのヘッド側油室の圧力によってサブスプールをスプリング側に移動させる押圧ピストンを設け、前記サブスプールのパイロット圧作用部に、前記押圧ピストンで移動させるサブスプールで該パイロット圧作用部へ作用させたパイロット圧を閉止するとともに、このパイロット圧作用部の油圧を排出する切換機構を具備させている。
【００１５】
これにより、シリンダのヘッド側油室の圧力でサブスプールを移動させる押圧ピストンを、パイロット圧とスプリングの力によって押圧ピストン側へ付勢する状態と、スプリングの力のみによって付勢する状態とに切換機構で切換えることができるので、再生状態から再生カット状態への切換え圧力と、再生カット状態から再生状態への切換え圧力とに所定の圧力差（ヒステリシス）を設けることができ、この圧力差によって、同一作業時等に再生から再生カット又は再生カットから再生への切換えを頻繁に繰り返すことをなくし、再生切換え設定圧に近い圧力でもスムーズな作業を行うことができるようにしている。
【００１６】
前記パイロット圧作用部を、サブスプールの一端が開放して外周側がスプール内を摺動する筒状に形成し、このパイロット圧作用部に、サブスプールの再生状態ではスプリング付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧導入部を設けるとともに、サブスプールの再生カット状態ではこのパイロット圧導入部を閉止してパイロット圧作用部の内圧を開放する排出部を設けて切換機構を構成すれば、サブスプールの構造によってパイロット圧を作用させる状態と、パイロット圧を閉止する状態とを切換えるようにできる。
【００１７】
また、パイロット圧導入部を、スプール側導入孔とサブスプール側導入孔とで構成し、排出部を、スプール側排出孔とサブスプール側排出孔とで構成し、これら導入孔と排出孔とを、再生状態ではスプール側導入孔とサブスプール側導入孔とが連通し、再生カット状態ではスプール側排出孔とサブスプール側排出孔とが連通するように配設すれば、複数の孔を適切な位置に設けることにより、構造的に、サブスプールの移動によって再生状態と再生カット状態とを切換えて所定の圧力差を有する再生切換弁を構成することができる。
【００１８】
さらに、筒状のパイロット圧作用部をバネ室に形成し、このバネ室内にスプリングを配設すれば、パイロット圧とスプリング力とを同一の箇所からサブスプールへ作用させることができ、サブスプールを付勢する構成を簡単な構造とすることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本願発明の一実施形態を示す再生切換弁の再生状態を示す断面図であり、図２は同再生切換弁の再生カット状態を示す断面図である。なお、以下の説明では、便宜上図示する状態の上下左右に基づいて説明するが、切換弁の向きはこの実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１に示すように、本体スプール１の油路２がシリンダＳのロッド側油室Ｒと連通され、油路３がヘッド側油室Ｈと連通されており、これらの油路２，３から油圧シリンダＳのロッド側油室Ｒとヘッド側油室Ｈへ供給される圧油によってピストンＰの伸縮が制御されている。なお、これらの油路２，３へ供給される油は、本体スプール１の切換えによって図示しないポンプから油路２又は油路３へ供給されている。
【００２２】
この本体スプール１内には、一端にスプリング４が設けられるとともに、このスプリング４に抗した状態で軸方向（図の左右方向）に移動可能なサブスプール５が設けられている。このサブスプール５の移動量は、図の右端に設けられたスプリング４側から付勢されて左端に位置する図１の状態と、このスプリング４側の付勢に抗して右端に位置する図２の状態との間で可能となっている。また、本体スプール１の外周に接するように設けられた油路６はパイロット用ポンプ７と連通するパイロット圧供給路であり、油路８，９はタンク１０に通じるドレンである。
【００２３】
そして、サブスプール５のスプリング側には、スプリング４の付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧作用部Ｆが設けられている。この実施形態では、このパイロット圧作用部Ｆが、端部が開放して外周が本体スプール１内を摺動する筒状に形成されている。この筒状のパイロット圧作用部Ｆには、サブスプール５の再生状態ではスプリング付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧導入部Ｆａが設けられるとともに、サブスプール５の再生カット状態ではパイロット圧導入部Ｆａを閉止してパイロット圧作用部Ｆ内をタンク１０（ドレン）へ開放する排出部Ｆｂが設けられている。
【００２４】
また、この実施形態では、パイロット圧導入部Ｆａが、スプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とで構成され、排出部Ｆｂが、スプール側排出孔１３とサブスプール側排出孔１４とで構成されている。これら導入孔１１，１２と排出孔１３，１４は、サブスプール５が左側に位置する図１の再生状態ではスプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とが連通し、サブスプール５が右側に位置する図２の再生カット状態ではスプール側排出孔１３とサブスプール側排出孔１４とが連通するように配設されている。
【００２５】
このように複数の孔１１〜１４を適切な位置に設けることにより、構造的に、パイロット圧を作用させる状態と、パイロット圧を閉止する状態とに油の導通を切換えることができるようにしている。このサブスプール５の移動によってパイロット圧作用部Ｆへのパイロット圧を閉止、又はパイロット圧作用部Ｆの圧油を開放する構成が切換機構Ｇであり、この切換機構Ｇによって、再生状態と再生カット状態とを切換える圧力に、後述するような所定の圧力差（ヒステリシス）を設けている。
【００２６】
さらに、この実施形態では、パイロット圧作用部Ｆを筒状のバネ室に形成し、このバネ室内の軸心にスプリング４が配設されている。この筒状のパイロット圧作用部Ｆからパイロット圧とスプリング力とをサブスプール５の軸心へ作用させている。
【００２７】
一方、サブスプール５のもう一端には、シリンダＳのヘッド側油室Ｈに作用する油圧によってサブスプール５をスプリング４側へ移動させる押圧ピストン１５が設けられている。この押圧ピストン１５は、本体スプール１内に固定された保持部材１６の案内孔１６ａに沿って軸方向（図の左右方向）に移動可能なように構成されている。保持部材１６には、前記ヘッド側油室Ｈの圧油の一部を本体スプール１の導入孔１７から案内孔１６ａへ導入するための導入孔１６ｂが設けられており、押圧ピストン１５の左側に形成された油室１８へ圧油を導入するように構成されている。
【００２８】
この圧油が導入される油室１８側の押圧ピストン１５の端部には段部１５ａが形成されており、油室１８に導入される少ない油量で押圧ピストン１５をサブスプール５側へ移動させるように構成している。この導入孔１６ｂから常に油が導入されているので、図示するように押圧ピストン１５の右端は常にサブスプール５に当接している。
【００２９】
さらに、サブスプール５の中間部には縮径部１９が形成されており、この縮径部１９と本体スプール１との間隙が、本体スプール１に形成された油路２に連通する通孔２０と、油路３に連通する油路２１に通じる通孔２２とを連通させている。２１ａはチェック弁である。
【００３０】
このように構成された再生切換弁Ｖは、図１に示す状態では、前記パイロット圧作用部Ｆのエッジ部が油路８に通じる絞り２３を閉止して再生し、図２に示す状態では、サブスプール５が右側に移動してパイロット圧作用部Ｆのエッジ部が油路８に通じる絞り２３を開放して再生カットする。
【００３１】
以上のように構成された再生切換弁Ｖによる再生状態と再生カット状態との切換えを、前記図１，図２と、図３に示す再生切換弁における再生流量とヘッド側油室圧力との関係を示す線図に基づいて以下に説明する。
【００３２】
すなわち、油圧シリンダＳのピストンＰを伸長させる時に、ヘッド側油室Ｈの油圧が設定圧力（図３に示す「ａ点」）よりも低い場合、図１に示す押圧ピストン１５に作用する油室１８の圧力が低いため、サブスプール５はスプリング４とパイロット圧作用部Ｆ内の圧力によって図の左方へ付勢された状態となる。この状態では、タンク１０へ通じる油路８と連通する絞り２３がサブスプール５のパイロット圧作用部Ｆによって閉止されているため、シリンダＳのロッド側油室Ｒからの戻り油は通孔２０からサブスプール５の縮径部１９と本体スプール１の間隙を通って通孔２２，油路２１を介してヘッド側油室Ｈへ通じる油路３へと流れて再生油として利用される。この状態が再生状態であり、ヘッド側油室Ｈの圧力、すなわち押圧ピストン１５の油室１８内圧力が設定圧（図３に示す「ａ点」の圧力であり、例えば、１２０ｋｇ／ｃｍ２） に達するまではこの状態が維持される。この再生時にサブスプール５に作用する力のバランスは、「ＰＨ×ＡＰ＝Ｐｉ×Ａｓ＋ｋｘ０ 」である（ＰＨ：ヘッド側油室圧力、ＡＰ：押圧スプリング受圧面積、Ｐｉ：パイロット圧、ＡＳ：パイロット圧作用部受圧面積、ｋ：スプリングバネ常数、ｘ０ ：スプリング取付時のタワミ量）。
【００３３】
そして、シリンダＳのピストンＰに外力が作用してその反力でヘッド側油室Ｈの圧力が上昇し、押圧ピストン１５の油室１８内圧力が設定圧「ａ点」を越えると、この押圧ピストン１５がスプリング４とパイロット圧で付勢されているサブスプール５を図の右側へ移動させ始める。この時の圧力は、押圧ピストン１５の受圧面積ＡＰに作用する油圧が、スプリング４の力とパイロット圧作用部Ｆの受圧面積ＡＳに作用するパイロット圧よりも大きくなり、サブスプール５をスプリング４とパイロット圧とに抗して移動させることとなる。サブスプール５が全ストローク移動させられた状態が図２に示す状態（図３の「ｂ点」以上）であり、このようにサブスプール５を移動させると、タンク１０へ通じる油路８に連通した絞り２３を閉止しているパイロット圧作用部Ｆの基部が右方へ移動して絞り２３の縮径部１９側を開放しながら連通することとなる。この絞り２３が縮径部１９の間隙と連通すると、ロッド側油室Ｒの戻り油が油路２から通孔２０，絞り２３，油路８を介してタンク１０へ戻って再生油量が減少し、サブスプール５が最右方まで移動させられた図２の状態では、ロッド側油室Ｒの戻り油は全量が油路８からタンク１０へと戻される。この状態が図３に示す「ｂ点」以上の再生カット状態であり、ロッド側油室Ｒの戻り油はタンクへ戻り、ヘッド側油室Ｈへは図示しないメインのタンクから所定圧の油が供給される。
【００３４】
このように、サブスプール５が右方に移動させられる前の図１の状態では、スプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とが連通してパイロット圧作用部Ｆ内にパイロット圧を作用させ、サブスプール５が右方に移動させられた図２の状態では、スプール側導入孔１１がパイロット圧作用部Ｆの周囲で塞がれてパイロット圧を閉止するとともに、パイロット圧作用部Ｆのサブスプール側排出孔１４とスプール側排出孔１３とが連通してパイロット圧作用部Ｆ内のパイロット油が油路９からタンク１０（ドレン）へと抜けるようにしている。このようにパイロット圧作用部Ｆからパイロット圧が抜けると、スプリング４の力のみによってサブスプール５を左方へ付勢した状態となる。この状態が再生カットしている状態である。この再生カット時にサブスプール５に作用する力のバランスは、「ＰＨ×ＡＰ＝ＰＤｒ×ＡＳ＋ｋ（ｘ０ ＋ｘ）」となる（ＰＤｒ：ドレン圧力、ｘ：サブスプールストローク量）。この例では、ドレン圧力ＰＤｒがほぼゼロとなるため、「ＰＨ×ＡＰ＝ｋ（ｘ０ ＋ｘ）」となる。
【００３５】
一方、このように再生カットしている状態からヘッド側油室Ｈの圧力が低下すると、サブスプール５を押圧している押圧ピストン１５の油室１８内圧力も低下する。この時の押圧ピストン１５によるサブスプール５の押圧力は、前記したようにパイロット圧作用部Ｆ内からパイロット油が抜けた状態であるため、スプリング４の力のみに抗する力となっており、図３に示す「ｃ点」のように、前記サブスプール５を右に移動させて再生カット状態に切換えた圧力「ｂ点」よりも低い圧力「ｃ点」となる。
【００３６】
そのため、ヘッド側油室Ｈの圧力が低下して前記再生カット状態に切換わった圧力「ｂ点」に達してもサブスプール５は左方へ戻らず、スプリング４による付勢力よりも低くなる図３の「ｃ点」に達してから戻り始めることとなる。つまり、再生カット状態からの切換力を再生状態への切換力よりも小さくしている。
【００３７】
そして、ヘッド側油室Ｈの圧力低下に伴って押圧ピストン１５が左方に移動するとともにサブスプール５も移動し、タンク１０へ通じる油路８、すなわち絞り２３がパイロット圧作用部Ｆのエッジ部によって閉められ、所定の圧力「ｄ点」で完全に閉止される。この状態が図１の状態であり、前記した再生状態に切換わった状態である。
【００３８】
このようにロッド側油室Ｒの戻り油をヘッド側油室Ｈへ再生油として供給する再生状態への切換えと、前記したようにタンク１０へ戻す再生カット状態への切換え圧力に所定の圧力差ｅ（ヒステリシス）を設けることにより、この切換え設定圧付近の圧力で油圧シリンダＳを使用する場合でも、再生又は再生カット状態との間で頻繁に切換わらないようにすることができる。この圧力差としては、例えば、再生状態から再生カット状態への切換え圧力「ａ点」を１２０ｋｇ／ｃｍ２ に設定し、再生カット状態から再生状態へ戻る切換え圧力「ｄ点」を８０ｋｇ／ｃｍ２ に設定すれば、４０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力差、つまりヒステリシスを有する切換え回路を形成することができる。
【００３９】
その後、作業によってヘッド側油室Ｈの圧力が所定の圧力「ａ点」に達すると、前記再生状態から再生カット状態へと切換わり、その状態でヘッド側油室Ｈが低下して所定の圧力「ｃ点」に達すると、前記再生カット状態から再生状態へと切換わるが、この切換わりの設定圧に所定の差を設けているので、ヘッド側油室の圧力の変動を受け難くなり、頻繁に切換わることなくスムーズな作業をすることが可能となる。つまり、ハンチングを防止した作業を行うことができる。
【００４０】
なお、再生状態から再生カット状態へ切換わる圧力「ａ点」、および再生カット状態から再生状態へ切換わる圧力「ｄ点」の圧力差は、パイロット圧作用部Ｆへ供給しているパイロット圧を調節することにより容易に変更することができる。これらの圧力は、産業機械の種類や作業内容等に応じて適宜設定すればよい。
【００４１】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００４３】
再生又は再生カットするサブスプールを、パイロット圧とスプリングの力によって付勢する状態と、スプリングの力のみによって付勢する状態とに切換ることにより、再生状態から再生カット状態への切換え圧力と、再生カット状態から再生状態への切換え圧力とに所定の圧力差を設けることができ、この圧力差によって再生状態と再生カット状態との切換えを頻繁に繰り返すことをなくしてスムーズな作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示す再生切換弁の再生状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す再生切換弁の再生カット状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す再生切換弁における再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図である。
【図４】従来の技術に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図である。
【図５】従来の技術に示された油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図である。
【図６】従来の再生切換弁による再生原理を説明するための油圧回路図である。
【図７】従来の再生切換弁による再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１…本体スプール
２，３…油路
４…スプリング
５…サブスプール
６…油路
７…パイロット用ポンプ
８，９…油路
１０…タンク
１１…スプール側導入孔
１２…サブスプール側導入孔
１３…スプール側排出孔
１４…サブスプール側排出孔
１５…押圧ピストン
１５ａ…段部
１６…保持部材
１６ａ…案内孔
１６ｂ…導入孔
１７…導入孔
１８…油室
１９…縮径部
２０，２２…通孔
２１…油路
Ｓ…油圧シリンダ
Ｒ…ロッド側油室
Ｈ…ヘッド側油室
Ｐ…ピストン
Ｆ…パイロット圧作用部
Ｆａ…導入部
Ｆｂ…排出部
Ｇ…切換機構
ＡＰ…押圧スプリング受圧面積
ＡＳ…パイロット圧作用部受圧面積
ＰＤｒ…ドレン圧力
ＰＨ…ヘッド側油室圧力
ＰＲ…パイロット圧力
Ｖ…再生切換弁
【発明の属する技術分野】
本願発明は、油圧シリンダのロッド伸長時に、ロッド側油室の油をヘッド側油室へ再生してロッドの作動速度を速める再生切換弁に関し、詳しくは、再生と再生カットとを切換える圧力に所定の圧力差を設けた再生切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、油圧シリンダのピストン伸長時にロッド側の油をヘッド側へ再生してロッドの作動速度を速めようとする技術がある。この例として、油圧ショベルのアームに設けられた再生回路がある。
【０００３】
この再生回路は、アーム引き作業のように負荷が自重のみの空中作動時には、ロッド側油室から排出する油をヘッド側油室へ供給する油に合流させて再生し、油圧ポンプからの油量が少なくても再生油量で補ってピストンのスピードを上げるように構成されている。そして、負荷が大きい地上作業時には、ロッド側油室からの油は再生カット（停止）され、油圧ポンプからの圧油のみによってシリンダが駆動されるように構成されている。
【０００４】
この種の従来技術として、特公平４−５７８８１号公報記載の発明がある。図４はこの発明に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図であり、油圧シリンダによるアーム作動は、シリンダ５１のヘッド側油室５２に圧油を供給する掘削時等と、ロッド側油室５３に圧油を供給するアーム上昇時等とがコントロール弁５４によってコントロールされている。
【０００５】
そして、このコントロール弁として、図５の油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図のような油圧回路が記載されている。この油圧回路に設けられたコントロール弁５４のロッド伸長側（左側）には、図のように油圧ポンプ５５でヘッド側油室５２へ圧油を供給するライン５６と、ロッド側油室５３からタンク５７への戻りライン５８と、チェック弁５９を有してこれらのライン５６，５８を連通させるライン６０とが設けられ、戻りライン５８には、パイロットポンプ６１の圧油を所定圧に減圧する減圧弁６２からのパイロット圧で制御される絞り６３が設けられている。
【０００６】
このような再生切換弁による再生原理を、図６に示す油圧回路図を用いて以下に説明する。まず、アーム引きの無負荷時（空で作動している状態）には、油圧ポンプ５５からヘッド側油室５２へ▲１▼の流れで圧油が供給されるが、この圧油は低圧であるため、コントロール弁の再生カットスプール６４は図示する状態（中立）にあり、ロッド側油室５３の油は▲２▼の流れで再生される。この状態が再生状態である。
【０００７】
次に、アーム引きの有負荷時（掘削状態）になると、掘削による抵抗でヘッド側油室５２の圧力ＰＨが上昇する。このＰＨ圧が再生カット設定圧（例えば、１２０ｋｇ／ｃｍ２）よりも低い時は、再生カットスプール６４は中立のままであり、▲２▼の流れで再生状態が維持される。この時のアームシリンダの有効面積はΔＡ＝ＡＨ−ＡＲであり、掘削力はＦ１＝ＰＨ×（ＡＨ−ＡＲ）である。
【０００８】
そして、掘削を続けてヘッド側油室圧力ＰＨが更に上昇して再生カット設定圧（１２０ｋｇ／ｃｍ２）を越えると、再生カットスプール６４が切替わる。この再生カットスプール６４が切替わった状態が再生カット状態であり、ロッド側油室５３の戻り油は▲３▼の流れでタンク５７へ戻るため、ロッド側油室５３の圧力ＰＲが低下する。このロッド側油室５３の圧力ＰＲはタンク５７と連通されてほぼゼロとなるため、アームシリンダ５１が受ける有効面積はヘッド側油室５２のＡＨとなり、再生カットスプール６４が切替わる前よりも低い圧力ＰＨ（この例の場合、１２０ｋｇ／ｃｍ２以下）で掘削が可能となる。この時の掘削力はＦ２＝ＰＨ×ＡＨである。
【０００９】
その後、ヘッド側油室圧力ＰＨが低下して再生カット設定圧（１２０ｋｇ／ｃｍ２）よりも低くなると、再生カットスプール６４が中立へ復帰し、ロッド側油室５３の油が▲２▼の流れでヘッド側油室５２へ流れて再生される。この状態が前記無負荷時の再生状態である。その後、ヘッド側油室５２の圧力ＰＨによって再生状態と再生カット状態とが繰り返される。
【００１０】
図７は、このような再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図であり、縦軸に再生流量、横軸にヘッド側油室圧力を示している。この図にように、前記シリンダの再生回路によれば、シリンダのヘッド側油室圧力ＰＨが設定圧力「ａ点」に達するまではロッド側油室５３の油はヘッド側油室５２へ再生され、ヘッド側圧力ＰＨが「ａ点」に達すると再生カットが始まって再生流量が減少し（この再生量が減少する量は、前記図５の絞り６３の開口面積変化量による）、「ｂ点」に達すると再生カットされて再生流量ゼロの通常のシリンダとして機能することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記再生切換弁では、「ａ点」と「ｂ点」の所定設定圧で再生又は再生カットを切換える構成であるため、この切換えの設定圧に近い圧力での作業を行う場合、再生状態から再生カット状態又は再生カット状態から再生状態への切換わりが頻繁に繰り返される。
【００１２】
このように再生状態と再生カット状態とが頻繁に切換えられると、シリンダの受圧面積が大きくなったり小さくなったり変化しながら作業することとなるため、アームの動作が不安定になってスムーズに操作できないようなハンチング現象を生じてしまう。
【００１３】
そのため、このような切換え設定圧に近い圧力で作業を行う場合には、アームをスムーズに操作することが困難となり、細かな制御を行うことができない場合がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、油圧シリンダのロッド側油室とヘッド側油室とに供給する圧油の油路を有する本体スプールと、この本体スプール内でスプリングに抗して軸方向に移動可能なサブスプールとを有し、ロッド側油室からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として供給できるようにした油圧シリンダの再生切換弁において、前記サブスプールの一方にスプリングの付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧作用部を設け、このサブスプールのもう一方にシリンダのヘッド側油室の圧力によってサブスプールをスプリング側に移動させる押圧ピストンを設け、前記サブスプールのパイロット圧作用部に、前記押圧ピストンで移動させるサブスプールで該パイロット圧作用部へ作用させたパイロット圧を閉止するとともに、このパイロット圧作用部の油圧を排出する切換機構を具備させている。
【００１５】
これにより、シリンダのヘッド側油室の圧力でサブスプールを移動させる押圧ピストンを、パイロット圧とスプリングの力によって押圧ピストン側へ付勢する状態と、スプリングの力のみによって付勢する状態とに切換機構で切換えることができるので、再生状態から再生カット状態への切換え圧力と、再生カット状態から再生状態への切換え圧力とに所定の圧力差（ヒステリシス）を設けることができ、この圧力差によって、同一作業時等に再生から再生カット又は再生カットから再生への切換えを頻繁に繰り返すことをなくし、再生切換え設定圧に近い圧力でもスムーズな作業を行うことができるようにしている。
【００１６】
前記パイロット圧作用部を、サブスプールの一端が開放して外周側がスプール内を摺動する筒状に形成し、このパイロット圧作用部に、サブスプールの再生状態ではスプリング付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧導入部を設けるとともに、サブスプールの再生カット状態ではこのパイロット圧導入部を閉止してパイロット圧作用部の内圧を開放する排出部を設けて切換機構を構成すれば、サブスプールの構造によってパイロット圧を作用させる状態と、パイロット圧を閉止する状態とを切換えるようにできる。
【００１７】
また、パイロット圧導入部を、スプール側導入孔とサブスプール側導入孔とで構成し、排出部を、スプール側排出孔とサブスプール側排出孔とで構成し、これら導入孔と排出孔とを、再生状態ではスプール側導入孔とサブスプール側導入孔とが連通し、再生カット状態ではスプール側排出孔とサブスプール側排出孔とが連通するように配設すれば、複数の孔を適切な位置に設けることにより、構造的に、サブスプールの移動によって再生状態と再生カット状態とを切換えて所定の圧力差を有する再生切換弁を構成することができる。
【００１８】
さらに、筒状のパイロット圧作用部をバネ室に形成し、このバネ室内にスプリングを配設すれば、パイロット圧とスプリング力とを同一の箇所からサブスプールへ作用させることができ、サブスプールを付勢する構成を簡単な構造とすることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本願発明の一実施形態を示す再生切換弁の再生状態を示す断面図であり、図２は同再生切換弁の再生カット状態を示す断面図である。なお、以下の説明では、便宜上図示する状態の上下左右に基づいて説明するが、切換弁の向きはこの実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１に示すように、本体スプール１の油路２がシリンダＳのロッド側油室Ｒと連通され、油路３がヘッド側油室Ｈと連通されており、これらの油路２，３から油圧シリンダＳのロッド側油室Ｒとヘッド側油室Ｈへ供給される圧油によってピストンＰの伸縮が制御されている。なお、これらの油路２，３へ供給される油は、本体スプール１の切換えによって図示しないポンプから油路２又は油路３へ供給されている。
【００２２】
この本体スプール１内には、一端にスプリング４が設けられるとともに、このスプリング４に抗した状態で軸方向（図の左右方向）に移動可能なサブスプール５が設けられている。このサブスプール５の移動量は、図の右端に設けられたスプリング４側から付勢されて左端に位置する図１の状態と、このスプリング４側の付勢に抗して右端に位置する図２の状態との間で可能となっている。また、本体スプール１の外周に接するように設けられた油路６はパイロット用ポンプ７と連通するパイロット圧供給路であり、油路８，９はタンク１０に通じるドレンである。
【００２３】
そして、サブスプール５のスプリング側には、スプリング４の付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧作用部Ｆが設けられている。この実施形態では、このパイロット圧作用部Ｆが、端部が開放して外周が本体スプール１内を摺動する筒状に形成されている。この筒状のパイロット圧作用部Ｆには、サブスプール５の再生状態ではスプリング付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧導入部Ｆａが設けられるとともに、サブスプール５の再生カット状態ではパイロット圧導入部Ｆａを閉止してパイロット圧作用部Ｆ内をタンク１０（ドレン）へ開放する排出部Ｆｂが設けられている。
【００２４】
また、この実施形態では、パイロット圧導入部Ｆａが、スプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とで構成され、排出部Ｆｂが、スプール側排出孔１３とサブスプール側排出孔１４とで構成されている。これら導入孔１１，１２と排出孔１３，１４は、サブスプール５が左側に位置する図１の再生状態ではスプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とが連通し、サブスプール５が右側に位置する図２の再生カット状態ではスプール側排出孔１３とサブスプール側排出孔１４とが連通するように配設されている。
【００２５】
このように複数の孔１１〜１４を適切な位置に設けることにより、構造的に、パイロット圧を作用させる状態と、パイロット圧を閉止する状態とに油の導通を切換えることができるようにしている。このサブスプール５の移動によってパイロット圧作用部Ｆへのパイロット圧を閉止、又はパイロット圧作用部Ｆの圧油を開放する構成が切換機構Ｇであり、この切換機構Ｇによって、再生状態と再生カット状態とを切換える圧力に、後述するような所定の圧力差（ヒステリシス）を設けている。
【００２６】
さらに、この実施形態では、パイロット圧作用部Ｆを筒状のバネ室に形成し、このバネ室内の軸心にスプリング４が配設されている。この筒状のパイロット圧作用部Ｆからパイロット圧とスプリング力とをサブスプール５の軸心へ作用させている。
【００２７】
一方、サブスプール５のもう一端には、シリンダＳのヘッド側油室Ｈに作用する油圧によってサブスプール５をスプリング４側へ移動させる押圧ピストン１５が設けられている。この押圧ピストン１５は、本体スプール１内に固定された保持部材１６の案内孔１６ａに沿って軸方向（図の左右方向）に移動可能なように構成されている。保持部材１６には、前記ヘッド側油室Ｈの圧油の一部を本体スプール１の導入孔１７から案内孔１６ａへ導入するための導入孔１６ｂが設けられており、押圧ピストン１５の左側に形成された油室１８へ圧油を導入するように構成されている。
【００２８】
この圧油が導入される油室１８側の押圧ピストン１５の端部には段部１５ａが形成されており、油室１８に導入される少ない油量で押圧ピストン１５をサブスプール５側へ移動させるように構成している。この導入孔１６ｂから常に油が導入されているので、図示するように押圧ピストン１５の右端は常にサブスプール５に当接している。
【００２９】
さらに、サブスプール５の中間部には縮径部１９が形成されており、この縮径部１９と本体スプール１との間隙が、本体スプール１に形成された油路２に連通する通孔２０と、油路３に連通する油路２１に通じる通孔２２とを連通させている。２１ａはチェック弁である。
【００３０】
このように構成された再生切換弁Ｖは、図１に示す状態では、前記パイロット圧作用部Ｆのエッジ部が油路８に通じる絞り２３を閉止して再生し、図２に示す状態では、サブスプール５が右側に移動してパイロット圧作用部Ｆのエッジ部が油路８に通じる絞り２３を開放して再生カットする。
【００３１】
以上のように構成された再生切換弁Ｖによる再生状態と再生カット状態との切換えを、前記図１，図２と、図３に示す再生切換弁における再生流量とヘッド側油室圧力との関係を示す線図に基づいて以下に説明する。
【００３２】
すなわち、油圧シリンダＳのピストンＰを伸長させる時に、ヘッド側油室Ｈの油圧が設定圧力（図３に示す「ａ点」）よりも低い場合、図１に示す押圧ピストン１５に作用する油室１８の圧力が低いため、サブスプール５はスプリング４とパイロット圧作用部Ｆ内の圧力によって図の左方へ付勢された状態となる。この状態では、タンク１０へ通じる油路８と連通する絞り２３がサブスプール５のパイロット圧作用部Ｆによって閉止されているため、シリンダＳのロッド側油室Ｒからの戻り油は通孔２０からサブスプール５の縮径部１９と本体スプール１の間隙を通って通孔２２，油路２１を介してヘッド側油室Ｈへ通じる油路３へと流れて再生油として利用される。この状態が再生状態であり、ヘッド側油室Ｈの圧力、すなわち押圧ピストン１５の油室１８内圧力が設定圧（図３に示す「ａ点」の圧力であり、例えば、１２０ｋｇ／ｃｍ２） に達するまではこの状態が維持される。この再生時にサブスプール５に作用する力のバランスは、「ＰＨ×ＡＰ＝Ｐｉ×Ａｓ＋ｋｘ０ 」である（ＰＨ：ヘッド側油室圧力、ＡＰ：押圧スプリング受圧面積、Ｐｉ：パイロット圧、ＡＳ：パイロット圧作用部受圧面積、ｋ：スプリングバネ常数、ｘ０ ：スプリング取付時のタワミ量）。
【００３３】
そして、シリンダＳのピストンＰに外力が作用してその反力でヘッド側油室Ｈの圧力が上昇し、押圧ピストン１５の油室１８内圧力が設定圧「ａ点」を越えると、この押圧ピストン１５がスプリング４とパイロット圧で付勢されているサブスプール５を図の右側へ移動させ始める。この時の圧力は、押圧ピストン１５の受圧面積ＡＰに作用する油圧が、スプリング４の力とパイロット圧作用部Ｆの受圧面積ＡＳに作用するパイロット圧よりも大きくなり、サブスプール５をスプリング４とパイロット圧とに抗して移動させることとなる。サブスプール５が全ストローク移動させられた状態が図２に示す状態（図３の「ｂ点」以上）であり、このようにサブスプール５を移動させると、タンク１０へ通じる油路８に連通した絞り２３を閉止しているパイロット圧作用部Ｆの基部が右方へ移動して絞り２３の縮径部１９側を開放しながら連通することとなる。この絞り２３が縮径部１９の間隙と連通すると、ロッド側油室Ｒの戻り油が油路２から通孔２０，絞り２３，油路８を介してタンク１０へ戻って再生油量が減少し、サブスプール５が最右方まで移動させられた図２の状態では、ロッド側油室Ｒの戻り油は全量が油路８からタンク１０へと戻される。この状態が図３に示す「ｂ点」以上の再生カット状態であり、ロッド側油室Ｒの戻り油はタンクへ戻り、ヘッド側油室Ｈへは図示しないメインのタンクから所定圧の油が供給される。
【００３４】
このように、サブスプール５が右方に移動させられる前の図１の状態では、スプール側導入孔１１とサブスプール側導入孔１２とが連通してパイロット圧作用部Ｆ内にパイロット圧を作用させ、サブスプール５が右方に移動させられた図２の状態では、スプール側導入孔１１がパイロット圧作用部Ｆの周囲で塞がれてパイロット圧を閉止するとともに、パイロット圧作用部Ｆのサブスプール側排出孔１４とスプール側排出孔１３とが連通してパイロット圧作用部Ｆ内のパイロット油が油路９からタンク１０（ドレン）へと抜けるようにしている。このようにパイロット圧作用部Ｆからパイロット圧が抜けると、スプリング４の力のみによってサブスプール５を左方へ付勢した状態となる。この状態が再生カットしている状態である。この再生カット時にサブスプール５に作用する力のバランスは、「ＰＨ×ＡＰ＝ＰＤｒ×ＡＳ＋ｋ（ｘ０ ＋ｘ）」となる（ＰＤｒ：ドレン圧力、ｘ：サブスプールストローク量）。この例では、ドレン圧力ＰＤｒがほぼゼロとなるため、「ＰＨ×ＡＰ＝ｋ（ｘ０ ＋ｘ）」となる。
【００３５】
一方、このように再生カットしている状態からヘッド側油室Ｈの圧力が低下すると、サブスプール５を押圧している押圧ピストン１５の油室１８内圧力も低下する。この時の押圧ピストン１５によるサブスプール５の押圧力は、前記したようにパイロット圧作用部Ｆ内からパイロット油が抜けた状態であるため、スプリング４の力のみに抗する力となっており、図３に示す「ｃ点」のように、前記サブスプール５を右に移動させて再生カット状態に切換えた圧力「ｂ点」よりも低い圧力「ｃ点」となる。
【００３６】
そのため、ヘッド側油室Ｈの圧力が低下して前記再生カット状態に切換わった圧力「ｂ点」に達してもサブスプール５は左方へ戻らず、スプリング４による付勢力よりも低くなる図３の「ｃ点」に達してから戻り始めることとなる。つまり、再生カット状態からの切換力を再生状態への切換力よりも小さくしている。
【００３７】
そして、ヘッド側油室Ｈの圧力低下に伴って押圧ピストン１５が左方に移動するとともにサブスプール５も移動し、タンク１０へ通じる油路８、すなわち絞り２３がパイロット圧作用部Ｆのエッジ部によって閉められ、所定の圧力「ｄ点」で完全に閉止される。この状態が図１の状態であり、前記した再生状態に切換わった状態である。
【００３８】
このようにロッド側油室Ｒの戻り油をヘッド側油室Ｈへ再生油として供給する再生状態への切換えと、前記したようにタンク１０へ戻す再生カット状態への切換え圧力に所定の圧力差ｅ（ヒステリシス）を設けることにより、この切換え設定圧付近の圧力で油圧シリンダＳを使用する場合でも、再生又は再生カット状態との間で頻繁に切換わらないようにすることができる。この圧力差としては、例えば、再生状態から再生カット状態への切換え圧力「ａ点」を１２０ｋｇ／ｃｍ２ に設定し、再生カット状態から再生状態へ戻る切換え圧力「ｄ点」を８０ｋｇ／ｃｍ２ に設定すれば、４０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力差、つまりヒステリシスを有する切換え回路を形成することができる。
【００３９】
その後、作業によってヘッド側油室Ｈの圧力が所定の圧力「ａ点」に達すると、前記再生状態から再生カット状態へと切換わり、その状態でヘッド側油室Ｈが低下して所定の圧力「ｃ点」に達すると、前記再生カット状態から再生状態へと切換わるが、この切換わりの設定圧に所定の差を設けているので、ヘッド側油室の圧力の変動を受け難くなり、頻繁に切換わることなくスムーズな作業をすることが可能となる。つまり、ハンチングを防止した作業を行うことができる。
【００４０】
なお、再生状態から再生カット状態へ切換わる圧力「ａ点」、および再生カット状態から再生状態へ切換わる圧力「ｄ点」の圧力差は、パイロット圧作用部Ｆへ供給しているパイロット圧を調節することにより容易に変更することができる。これらの圧力は、産業機械の種類や作業内容等に応じて適宜設定すればよい。
【００４１】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００４３】
再生又は再生カットするサブスプールを、パイロット圧とスプリングの力によって付勢する状態と、スプリングの力のみによって付勢する状態とに切換ることにより、再生状態から再生カット状態への切換え圧力と、再生カット状態から再生状態への切換え圧力とに所定の圧力差を設けることができ、この圧力差によって再生状態と再生カット状態との切換えを頻繁に繰り返すことをなくしてスムーズな作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示す再生切換弁の再生状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す再生切換弁の再生カット状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す再生切換弁における再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図である。
【図４】従来の技術に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図である。
【図５】従来の技術に示された油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図である。
【図６】従来の再生切換弁による再生原理を説明するための油圧回路図である。
【図７】従来の再生切換弁による再生流量とヘッド圧力との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１…本体スプール
２，３…油路
４…スプリング
５…サブスプール
６…油路
７…パイロット用ポンプ
８，９…油路
１０…タンク
１１…スプール側導入孔
１２…サブスプール側導入孔
１３…スプール側排出孔
１４…サブスプール側排出孔
１５…押圧ピストン
１５ａ…段部
１６…保持部材
１６ａ…案内孔
１６ｂ…導入孔
１７…導入孔
１８…油室
１９…縮径部
２０，２２…通孔
２１…油路
Ｓ…油圧シリンダ
Ｒ…ロッド側油室
Ｈ…ヘッド側油室
Ｐ…ピストン
Ｆ…パイロット圧作用部
Ｆａ…導入部
Ｆｂ…排出部
Ｇ…切換機構
ＡＰ…押圧スプリング受圧面積
ＡＳ…パイロット圧作用部受圧面積
ＰＤｒ…ドレン圧力
ＰＨ…ヘッド側油室圧力
ＰＲ…パイロット圧力
Ｖ…再生切換弁
Claims (4)
- 油圧シリンダのロッド側油室とヘッド側油室とに供給する圧油の油路を有する本体スプールと、該本体スプール内でスプリングに抗して軸方向に移動可能なサブスプールとを有し、ロッド側油室からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として供給できるようにした油圧シリンダの再生切換弁において、
前記サブスプールの一方にスプリングの付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧作用部を設け、該サブスプールのもう一方にシリンダのヘッド側油室の圧力によってサブスプールをスプリング側に移動させる押圧ピストンを設け、前記サブスプールのパイロット圧作用部に、前記押圧ピストンで移動させるサブスプールで該パイロット圧作用部へ作用させたパイロット圧を閉止するとともに、該パイロット圧作用部の油圧を排出する切換機構を具備させたことを特徴とする油圧シリンダの再生切換弁。 - パイロット圧作用部を、サブスプールの一端が開放して外周側がスプール内を摺動する筒状に形成し、該パイロット圧作用部に、サブスプールの再生状態ではスプリング付勢方向にパイロット圧を作用させるパイロット圧導入部を設けるとともに、サブスプールの再生カット状態では該パイロット圧導入部を閉止してパイロット圧作用部の内圧を開放する排出部を設けて切換機構を構成したことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダの再生切換弁。
- パイロット圧導入部を、スプール側導入孔とサブスプール側導入孔とで構成し、排出部を、スプール側排出孔とサブスプール側排出孔とで構成し、これら導入孔と排出孔とを、再生状態ではスプール側導入孔とサブスプール側導入孔とが連通し、再生カット状態ではスプール側排出孔とサブスプール側排出孔とが連通するように配設したことを特徴とする請求項２記載の油圧シリンダの再生切換弁。
- 筒状のパイロット圧作用部をバネ室に形成し、該バネ室内にスプリングを配設したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の油圧シリンダの再生切換弁。
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