JP3727750B2 - 油圧制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば単動シリンダを自重で降下させるフォークリフトにおいてその降下速度を制御するのに最適な油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３、図４に示した従来の装置は、油圧ポンプＰと単動シリンダＣとの間に切換弁Ｖを設けている。
上記切換弁Ｖは、その弁本体１に、スプール２を組み込むとともに、単動シリンダＣに連通するシリンダポート３を形成している。
上記スプール２は、その両端をパイロット室４、５に臨ませるとともに、このパイロット室４、５には、弁本体１に組み込んだ比例電磁弁６、７からの圧力を導くようにしている。そして、一方のパイロット室４には、センタリングスプリング８を設け、通常は、スプール２が図示の中立位置を保つようにしている。
この中立位置において、中立流路９が開放されるが、中立流路９が開放されると、油圧ポンプＰからの圧油が、図示していない下流側の切換弁にそのまま流れるか、あるいはタンクＴに戻されることになる（図３参照）。
【０００３】
また、弁本体１には、チェック弁１０を組み込んだ供給流路１１を形成しているが、この供給流路１１は中継溝１２に連通している。
そして、図４においてスプール２が右方向に移動したとき、このスプール２に形成した環状溝１３を介して、中継溝１２とシリンダポート３とが連通する。
なお、上記のようにスプール２が右方向に移動すると、言い換えれば切換弁Ｖが図３の右側位置（ｒ）に切り換わると、上記中立ポート９が閉じて、油圧ポンプＰが、供給流路１１→チェック弁１０→中継溝１２→環状溝１３を介して、シリンダポート３に連通する。
【０００４】
上記弁本体１には、さらにタンク流路１４を形成しているが、このタンク流路１４は、スプール２が、図４において左方向に移動したとき、言い換えれば、切換弁Ｖが図３の左側位置（ｌ）に切り換わったとき、環状溝１３を介してシリンダポート３に連通する構成にしている。このときの連通開度は、環状溝１３とタンク流路１４とのラップ量で決まる。ただし、この環状溝１３にはノッチ１５を形成しているので、このノッチ１５とタンク流路１４とのラップ量で、微少流量制御される。
【０００５】
上記シリンダポート３と単動シリンダＣのボトム側室１６との間に流量制御弁Ｑを設けている。この流量制御弁Ｑは、図３に示すように、スプール１７とオリフィス１８とを備えている。そして、オリフィス１８は、スプール１７とボトム側室１６との間に設けている。
また、上記スプール１７を挟んで、その両側にパイロット室１９、２０を設けている。そして、一方のパイロット室１９には、前記ボトム側室１６とオリフィス１８との間の圧油を導き、他方のパイロット室２０には、オリフィス１８とスプール１７との間の圧油を導くようにしている。しかも、この他方のパイロット室２０にはスプリング２１を設け、そのバネ力をスプール１７に作用させるようにしている。
【０００６】
上記のようにした流量制御弁Ｑは、シリンダポート３から単動シリンダＣのボトム側室１６側への圧油の流れに対しては、それをそのまま通過させる。
ただし、ボトム側室１６からシリンダポート３側への流れに対しては、オリフィス１８前後の差圧が、スプリング２１のバネ力に相当するように制御する。言い換えれば、オリフィス１８前後の差圧を一定に保って、そこを流れる流量を一定に保つ。
そして、上記オリフィス１８の開口面積は、切換弁Ｖのノッチ１５の最大開度よりも大きくなるように設定している。
【０００７】
いま、切換弁Ｖを図示の中立位置から右側位置（ｒ）に切り換えると、油圧ポンプＰの吐出油が、切換弁Ｖの供給流路１１→チェック弁１０→中継溝１２→環状溝１３→シリンダポート３→流量制御弁Ｑを経由して、単動シリンダＣのボトム側室１６に供給される。したがって、単動シリンダＣは図示の負荷Ｗを上昇させる。
上記の状態から切換弁Ｖを図示の中立位置に戻せば、シリンダポート３が油圧ポンプＰに対しても、タンクＴに対しても閉じられるので、その中立位置復帰時の位置で負荷Ｗが保持される。
【０００８】
次に、切換弁Ｖを前記左側位置（ｌ）に切り換えると、シリンダポート３がタンク流路１４に連通する。ただし、この場合に、切換弁Ｖの切り換え量、言い換えればスプール２の移動量に応じて、タンク流路１４に連通する開度が異なる。すなわち、スプール２の移動量が少ないときには、タンク流路１４とノッチ１５とのラップ量によって、その開度が決まる。そして、このノッチ１５を越えて環状溝１３がタンク流路１４とアンダーラップしたとき、シリンダポート３からタンクＴへの戻り経路の開度が最大になる。
上記のように戻り経路の開度が最大になると、今度は流量制御弁Ｑが動作して、その戻り流量を一定に保つように制御する。戻り流量一定ということは、単動シリンダＣの降下速度も一定に制御されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした従来の制御装置では、流量制御弁Ｑは、単動シリンダＣの降下時の戻り流量の最大流量だけを制御する。その最大流量以下の流量は、切換弁Ｖのノッチ１５で制御されることになる。しかし、ノッチ１５を通過する流量は、ノッチ１５の前後の差圧に応じて変化する。例えば、ノッチ１５の開度が同じでも、負荷Ｗが大きくなれば、ノッチ１５を流れる流量も多くなり、その分、単動シリンダＣの降下速度が速くなる。言い換えれば、負荷Ｗが大きくなればなるほど、ノッチ１５によるメータリング範囲が狭くなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、上記のようにノッチ１５の前後の差圧が大きいということは、それだけノッチ１５を通過する油の流速も速くなる。この流速が速くなればなるほど、スプール２に作用する流体力も大きくなるので、その分、スプール２に対する操作力も大きくしなければならなくなる。操作力を大きくするためには、比例電磁弁６を大型化しなければならず、それだけコストアップの要因にもなるという問題があった。
さらに、流量制御弁Ｑを切換弁Ｖと単動シリンダＣとの間に設けているので、単動シリンダＣを上昇させるとき、流量制御弁Ｑのオリフィス１８による圧力損失が、エネルギーロスになってしまう。
この発明の目的は、ノッチ全域でメータリング範囲を一定に保ち、かつ、流体力が小さく、圧力損失も少ない油圧制御装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、油圧ポンプと、単動シリンダと、これら油圧ポンプと単動シリンダとの間に設けた切換弁と、単動シリンダからの戻り流量を制御する流量制御弁とを備え、切換弁の切り換え位置に応じて、単動シリンダにポンプからの圧油を供給したり、単動シリンダの自重による動作で排出される戻り油をタンクに戻したりする一方、この戻り油の最大流量を流量制御弁で制御する油圧制御弁装置を前提にする。
【００１２】
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記単動シリンダから切換弁を経由してタンクに戻される戻り経路であって切換弁とタンクとの間にオリフィスを備えた流量制御弁を設ける一方、この流量制御弁には一方のパイロット室と他方のパイロット室とを設け、この一方のパイロット室には単動シリンダと切換弁との間の圧力を導き、他方のパイロット室には流量制御弁に設けたオリフィスの下流側の圧力を導き、かつ、上記他方のパイロット室には上記一方のパイロット室の圧力作用に対向するスプリングを設け、さらに、上記切換弁には、その切り換え量に応じて戻り経路中の開度を変化させるノッチを設け、このノッチの最大開口面積よりも上記流量制御弁のオリフィスの開口面積を大きく構成した。
そして、上記流量制御弁は、上記切換弁の開度が上記ノッチの最大開度以内のときには切換弁前後の差圧を一定に保つように動作し、上記切換弁の開度がノッチの最大開度以上のときには上記オリフィス前後の差圧を一定に保つように制御する点に特徴を有する。
【００１３】
上記におけるオリフィスの下流側とは、戻り経路の流れの中での下流側を意味する。したがって、切換弁とタンクという流路間では、タンクに向かって下流になる。
そして、切換弁を通過した圧油は、流量制御弁の作用で、その流量を制御されながら、タンクに戻される。しかも、この流量制御弁は、切換弁の開度さえ決まれば、負荷圧の変化に関係なく一定の流量をタンクに流す。タンクに戻される流量が一定ということは、結局、切換弁の開度に応じてそのメータリング範囲が一定になることを意味する。
【００１４】
第２の発明は、上記第１の発明を前提とし、単動シリンダと切換弁とを結ぶ流路過程に、ロードチェック弁を設け、このロードチェック弁と切換弁との間の圧力を、流量制御弁の一方のパイロット室に導く構成にした点に特徴を有する。
このように構成したので、負荷保持時の負荷圧が、流量制御弁のパイロット室に作用しなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図２に示した実施例は、その切換弁Ｖの弁本体１に従来と同様のスプール２を組み込んでいる。そして、このスプール２及び両端のパイロット室などの構成は、従来と同じである。そこで、従来と同一の構成要素については図３、図４と同一符号を用いるとともに、その詳細な説明を省略する。
【００１６】
上記弁本体１に形成したシリンダポート２２には、ロードチェック弁Ｌを設けて、環状溝１３側の第１ポート部２２ａと単動シリンダＣ側の第２ポート部２２ｂとに区分けしている。そして、この第２ポート部２２ｂは、単動シリンダＣのボトム側室１６に連通している。
上記ロードチェック弁Ｌは、そのポペット２３とプラグ２４との間に背圧室２５を形成するとともに、この背圧室２５にスプリング２６を設けている。そして、通常は、このスプリング２６の作用で、ポペット２３がシート部２７に圧接して、第１ポート部２２ａと第２ポート部２２ｂとの連通を遮断する構成にしている。
【００１７】
また、上記ポペット２３には、第２ポート部２２ｂと背圧室２５とを連通させるオリフィス２８を形成している。なお、図中符号２９は弁本体１に形成したオリフィスで、これらオリフィス２８、２９は、第２ポート部２２ｂと背圧室２５との間で並列にしている。
上記背圧室２５は、図２に示すように、弁本体１に形成した通路３０を介して、スプール２を囲む環状凹部３１に連通している。この環状凹部３１は、図２においてスプール２が左方向に移動したとき、スプール２に形成した連通溝３２を介してタンク流路３３に連通する構成にしている。
なお、図中符号３４は、通路３０をタンク流路３３に連通させるための手動開閉弁である。また符号３５はプラグである。
【００１８】
上記のようにしたロードチェック弁Ｌは、スプール２が図示の中立位置にあるとき、ポペット２３でシート部２７を閉じる。このとき環状凹部３１とタンク流路３３との連通も遮断された状態を保つので、このロードチェック弁Ｌでシリンダポート２２が閉鎖される。この状態で単動シリンダＣに負荷Ｗが作用していれば、そのときの負荷圧が背圧室２５に導かれるので、ポペット２７がスプリング２６のバネ力と負荷圧の作用力とでシート部２７に密着し、単動シリンダＣの負荷を確実に保持する。
【００１９】
なお、この実施例のタンク流路３３は、従来の切換弁のタンク流路１４と異なり、シリンダポート２２側には連通させない構成にしている。
ただし、上記シリンダポート２２の第１ポート部２２ａは、スプール２の移動位置に応じて、戻り経路３６に連通する。この戻り経路３６は、図２の弁本体１において環状凹溝３６ａとして現れる。そして、この環状凹溝３６ａは、シリンダポート２２の第１ポート部２２ａよりも外側に位置するとともに、スプール２が図２において左側に移動したとき、環状溝１３あるいはそのノッチ１５を介して上記第１ポート部２２ａに連通する構成にしている。
【００２０】
上記戻り経路３６は、図１に示すように、流量制御弁Ｑを介してタンクＴに連通している。そして、この流量制御弁Ｑは、図１に示すように、スプール３７とオリフィス３８とを備えている。そして、オリフィス３８は、スプール３７と切換弁Ｖとの間に設けている。このオリフィス３８の開口面積は、環状凹溝３６ａに対するスプール２のノッチ１５の最大開口面積よりも大きくしている。
また、上記スプール３７を挟んで、その両側にパイロット室３９、４０を設けている。そして、一方のパイロット室３９には、前記ロードチェック弁Ｌと切換弁Ｖとの間の圧油を導き、他方のパイロット室４０には、オリフィス３８とスプール３７との間の圧油を導くようにしている。しかも、この他方のパイロット室４０にはスプリング４１を設け、そのバネ力をスプール３７に作用させるようにしている。
【００２１】
上記のようにした流量制御弁Ｑは、上記環状凹溝３６ａに対する開度がノッチ１５で制御されている範囲では、このノッチ１５前後の差圧が、スプリング４１のバネ力に相当するように制御する。言い換えれば、ノッチ１５前後の差圧を一定に保って、そこを流れる流量を一定に保つ。
また、環状凹溝３６ａに対する開度が、ノッチ１５の最大開口面積以上になると、今度は、オリフィス３８前後の差圧が、スプリング４１のバネ力に相当するように制御し、この流量制御弁Ｑを流れる流量を一定に保つ。
【００２２】
次に、この実施例の作用を説明する。
切換弁Ｖを図示の中立位置から、スプール２を図２の右方向に移動して、図１の右側位置（ｒ）に切り換えると、従来と同様にして油圧ポンプＰの圧油がシリンダポート２２の第１ポート部２２ａに供給される。この第１ポート部２２ａに供給された圧油の圧力作用で、ロードチェック弁Ｌが開弁するので、その圧油は第２ポート部２２ｂから単動シリンダＣのボトム側室１６に供給される。したがって、単動シリンダＣが伸長して、負荷Ｗを上昇させる。
【００２３】
切換弁Ｖのスプール２を上記とは反対側である左方向に移動して左側位置（ｌ）に切り換えると、まず最初にスプール２に形成した連通溝３２が環状凹部３１に連通する。連通溝３２と環状凹部３１とがこのように連通すれば、ロードチェック弁Ｌの背圧室２５がタンク流路３３に連通する。このようにして背圧室２５がタンク流路３３に連通すれば、背圧室２５側の圧力が低くなるので、ポペット２３はその周囲の受圧面に対する圧力作用で開弁する。
なお、上記のようにノッチ１５が開く前に、背圧室２５の圧力を低くして、ロードチェック弁Ｌを開弁させるようにしたのは、このロードチェック弁Ｌの開弁時のショックをできるだけ小さくするためである。
【００２４】
ロードチェック弁Ｌを開弁してから、スプール２をさらに左方向に移動すると、そのノッチ１５が環状溝３６ａに対して開口する。このようにノッチ１５が開口すれば、単動シリンダＣのボトム側室１６の圧油が、シリンダポートＣ→環状溝１３→ノッチ１５→環状凹溝３６ａ→タンク経路３６→流量制御弁Ｑを経由してタンクＴに戻される。したがって、単動シリンダＣは、負荷Ｗの自重で収縮することになる。
【００２５】
そして、環状凹溝３６ａに対するノッチ１５の開度が、オリフィス３８の開度よりも小さければ、流量制御弁Ｑはノッチ１５前後の差圧を一定に保つように制御する。したがって、ノッチ１５の開度が一定である限り、そこを通過する流量も一定になる。このことは、負荷Ｗの大きさに関係なく、ノッチ１５によるメータリング範囲も一定になり、従来のように負荷の大きさによってメータリング範囲が変化したりしない。
スプール２が上記よりもさらに移動して、そのノッチ１５の開度がオリフィス３８の開口面積よりも大きくなれば、今度は、このオリフィス３８によって戻り流量が制御されることになる。そして、このときにも、流量制御弁Ｑが、オリフィス３８前後の差圧を一定に保つように動作し、負荷Ｗの降下速度を一定に保つ。
【００２６】
この実施例は、上記のように流量制御弁Ｑを戻り経路３６側に設けたので、油圧ポンプＰから単動シリンダＣに圧油を供給するとき、この流量制御弁Ｑが圧力損失の要因になったりしない。したがって、従来の装置に比べて、エネルギー効率が向上する。
また、流量制御弁Ｑで圧力補償する構成にしたので、このノッチ１５を通過する油の流速が、従来の装置に比べて遅くできる。このようにノッチ１５を通過する油の流速を遅くすればするほど、流体力を軽減できるので、この実施例では、従来の装置よりも、スプール２の操作性を向上させることができるし、スプール２を移動するための比例電磁弁７を小型化できる。
【００２７】
さらに、ノッチ１５の開度が一定である限り、そこを通過する流量も一定に保たれるので、ノッチ１５によるメータリング範囲も一定に保てる。例えば、従来の装置の場合には、ノッチ１５の開度が一定でも、単動シリンダＣの負荷Ｗの大きさが異なれば、そこを流れる流量も異なるので、負荷Ｗが大きくなればなるほど、メータリング範囲が狭くなってしまう。しかし、この実施例の場合には、従来のような問題が発生しない。
【００２８】
【発明の効果】
第１の発明は、流量制御弁を、切換弁とタンクとの間における戻り経路に設けたので、次のような効果を期待できる。
まず、単動シリンダの負荷を持ち上げるとき、ポンプと単動シリンダとの間の供給経路中にオリフィスを備えた流量制御弁がないので、供給経路における圧力損失を小さくできる。このように圧力損失が小さい分だけ、油圧ポンプのエネルギー効率を向上させることができる。
また、ノッチ全域にわたり流量制御弁で圧力補償するようにしたので、ノッチを通過する油の流速を遅くできる。このように流速を遅くできれば、その分、流体力も軽減されるので、スプールの操作性が向上するとともに、このスプールを移動するために比例電磁弁を用いた場合には、それを小型化できる。
さらに、切換弁の開度が一定である限り、そこを通過する流量も一定に保たれるので、切換弁によるメータリング範囲も一定に保てる。
【００２９】
第２の発明によれば、負荷を保持しているときに、その負荷圧が流量制御弁の一方のパイロット室に作用しない。もし、負荷保持時に、負荷圧が上記一方のパイロット室に作用すると、このパイロット室から圧油が漏れてしまう可能性がある。特に、パイロット室は、負荷を保持する目的でシール性を維持するような手当をしていないので、パイロット室からの漏れがかなり多くなってしまう。しかし、第２の発明の場合には、このようなことがないので、負荷を確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回路図である。
【図２】切換弁の断面図である。
【図３】従来の装置の回路図である。
【図４】従来の装置の切換弁の断面図である。
【符号の説明】
Ｐ 油圧ポンプ
Ｃ 単動シリンダ
Ｖ 切換弁
Ｑ 流量制御弁
Ｔ タンク
１９ パイロット室
２０ パイロット室
２１ スプリング
Ｌ ロードチェック弁
３６ 戻り経路
３８ オリフィス

Claims (2)

1. 油圧ポンプと、単動シリンダと、これら油圧ポンプと単動シリンダとの間に設けた切換弁と、単動シリンダからの戻り流量を制御する流量制御弁とを備え、切換弁の切り換え位置に応じて、単動シリンダに油圧ポンプからの圧油を供給したり、単動シリンダの自重による動作で排出される戻り油をタンクに戻したりする一方、この戻り油の最大流量を流量制御弁で制御する油圧制御弁装置において、上記単動シリンダから切換弁を経由してタンクに戻される戻り経路であって切換弁とタンクとの間にオリフィスを備えた流量制御弁を設ける一方、この流量制御弁には一方のパイロット室と他方のパイロット室とを設け、この一方のパイロット室には単動シリンダと切換弁との間の圧力を導き、他方のパイロット室には流量制御弁に設けたオリフィスの下流側の圧力を導き、かつ、上記他方のパイロット室には上記一方のパイロット室の圧力作用に対向するスプリングを設け、さらに、上記切換弁には、その切り換え量に応じて戻り経路中の開度を変化させるノッチを設け、このノッチの最大開口面積よりも上記流量制御弁のオリフィスの開口面積を大きく構成し、上記流量制御弁は、上記切換弁の開度が上記ノッチの最大開度以内のときには切換弁前後の差圧を一定に保つように動作し、上記切換弁の開度がノッチの最大開度以上のときには上記オリフィス前後の差圧を一定に保つように制御する油圧制御装置。
2. 単動シリンダと切換弁とを結ぶの流路過程に、ロードチェック弁を設け、このロードチェック弁と切換弁との間の圧力を、流量制御弁の一方のパイロット室に導く構成にした請求項１記載の油圧制御装置。

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