JP3805877B2

JP3805877B2 - アクチュエータ作動回路

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Publication number: JP3805877B2
Application number: JP34531597A
Authority: JP
Inventors: 浩柿本; 英次東山
Original assignee: 株式会社加藤製作所
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2017-12-15
Also published as: JPH11173303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーショベルやクレーンなどの建設作業機械のアクチュエータを作動させるアクチュエータ作動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワーショベルやクレーンなどの建設作業機械等に設けられた油圧作動のアクチュエータは、例えば、アクチュエータへの圧油の流れを制御するスプールバルブ（以下、単に制御弁という。）が操作レバーの操作に伴うパイロット圧によって切換えられることにより、その動作が制御される。
【０００３】
このように、操作レバーによって制御弁の切換え制御を行なう場合、操作レバーを速く操作すると、パイロット圧が急激に変化して、制御弁のスプールが速く移動し、アクチュエータが急速に動作される。また、操作レバーをゆっくりと操作すると、パイロット圧もなだらかに変化して、制御弁のスプールがゆっくりと移動し、アクチュエータもゆっくりと動作される。無論、操作レバーがニュートラル位置に保持され、制御弁のスプールがアクチュエータへの圧油の流れを遮断するニュートラル位置に保持された状態では、アクチュエータは動作しない。
【０００４】
ところで、慣性負荷の大きい動作が行なわれている場合において、その動作が急に停止された際には、大きな衝撃が発生する。すなわち、例えば操作レバーの操作によってアクチュエータが速い速度で動作している状態で、不用意に操作レバーを急にニュートラル位置に戻してしまった場合には、制御弁のスプールも急激にニュートラル位置に戻るため、アクチュエータに供給される圧油が急激に遮断されて、慣性体が急激に停止するが、その際に、機体が大きく振動したり、騒音が発生したりする。これは、機械の寿命を低下させ、オペレータに不快感を与える等の不具合を生じさせる。
【０００５】
従来、このような不具合は、例えば図７に示すような回路構成によって低減されている。図中、１０１は慣性負荷１１０を駆動する油圧作動のアクチュエータ（例えば油圧シリンダ）、１０４は第１の油圧ポンプ１０２からアクチュエータ１０１への圧油の流れを制御するパイロット操作方式の制御弁（スプール弁）、１０６は操作レバーの操作量に応じて第２の油圧ポンプ１０３から制御弁１０４のパイロットポートへの圧油の流れを制御する操作弁、１１１，１１２は操作弁１０６を介して流れる圧油を制御弁１０４の２つのパイロットポートへそれぞれ導入するパイロット管路である。この回路構成では、オペレータが操作弁１０６の操作レバーを操作すると、その操作量に応じて、パイロット管路１１１（または１１２）に油圧ポンプ１０３からの圧油が供給され、制御弁１０４が切換位置イ（またはロ）に切換えられる。なお、操作弁１０６は、油圧ポンプ１０３の吐出側を一方のパイロット管路１１１（または１１２）に接続した際、他方のパイロット管路１１２（または１１１）をタンクＴに接続するようになっている。
【０００６】
また、各パイロット管路１１１，１１２の途中には、１方向にのみ自由に圧油を流し且つ他方向への流れを絞って調節するショック低減用の絞り付きチェック弁、いわゆるリストリクタ１１３が介挿されている。このように、各パイロット管路１１１，１１２の途中にリストリクタ１１３を設ければ、操作弁１０６の操作レバーを急操作しても、制御弁１０４のスプールの急激な動作が規制される。すなわち、制御弁１０４から操作弁１０６側に向かう戻り油がリストリクタ１１３のチェック弁によって阻止されて絞りを通じて流れるため、制御弁１０４のスプールの急激な動作が抑制される。したがって、例えばアクチュエータ１０１が速い速度で作動している状態で不用意に操作弁１０６の操作レバーを急激にニュートラル位置に戻しても、制御弁１０４のスプールはリストリクタ１１３の絞り効果によってゆっくりと戻ることができ、アクチュエータ１０１に流れる圧油の急激な変化が規制されて、停止時のショックが低減される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した従来例のように、パイロット管路１１１，１１２の途中にリストリクタ１１３を設ければ、確かに、停止時のショックが低減されるが、その一方で、起動時や操作レバーを一方向からニュートラル位置を介して逆方向に操作した時などに応答遅れが発生する。すなわち、リストリクタ１１３の作用により、操作弁１０６の操作レバーの動きに対して制御弁１０４のスプールの応答が鈍くなり、アクチュエータ１０１の動き始めや方向転換時などにおいてタイムラグが生じる。したがって、機械操作に必要な急レバー操作時にアクチュエータ１０１がシャープに動かなかったり、危険回避のための急作動が行なえないといった不具合が生じる。
【０００８】
また、油圧機器の操作性は油温（作動油の粘性）の影響を受け易く、特に気温の低い冬場などは、応答遅れが目立ち、操作性が悪化してしまう。とりわけ、リストリクタ１１３が設けられたパイロット圧回路は、油に殆ど流れがなく、暖まりにくい部分であるため、冬季においては操作性が非常に悪くなる。
【０００９】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、操作レバーの操作に対するアクチュエータの応答性を良好にでき、また、操作レバーの急操作に伴うアクチュエータの急停止を抑制することもできるとともに、油温を操作性の良好な状態に設定し得るアクチュエータ作動回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のアクチュエータ作動回路は、アクチュエータへの圧油の流れを制御するパイロット操作方式の方向制御弁と、方向制御弁にパイロット圧を導入して方向制御弁を切換え制御するパイロット圧回路とを備え、前記パイロット圧回路は、方向制御弁のパイロットポートに接続されたパイロット管路と、パイロット管路に対する圧油の導入出を制御する操作弁と、方向制御弁のパイロットポートと操作弁との間のパイロット管路の部位に設けられた弁機構とを有し、前記弁機構は、弁本体と、弁本体内に摺動可能に配置された第１の弁体と、第１の弁体内に摺動可能に配置された第２の弁体とからなり、前記弁本体は、操作弁側から延びるパイロット管路の管部に接続される第１のポートと、方向制御弁側から延びるパイロット管路の管部に接続される第２のポートと、導入される所定のパイロット圧を第１の弁体に作用させる第３のポートとを有し、前記第１の弁体は、第１のポートと第２のポートとを接続する流通孔を有し、第１の付勢手段によって付勢されて第１のポートの弁座に常時当接され、前記第２の弁体は、絞りを有し、第２の付勢手段によって付勢されて前記流通孔の弁座に常時当接され、第３のポートにパイロット圧が作用していない状態において、第１の弁体は、第１または第２のポートに導入される圧油により第１の付勢手段の付勢力に抗して移動され、これによって、第１のポートと第２のポートとを直接に連通させ、第３のポートにパイロット圧が作用された状態において、第１の弁体は、第１のポートの弁座に対する当接状態が固定され、第２の弁体は、第１のポートに導入される圧油により第２の付勢手段の付勢力に抗して移動されて前記流通孔を通じた第１のポートと第２のポートとの連通を許容し、かつ、第２のポートに導入される圧油を前記絞りを介して第１のポートに流すことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１〜図３は本発明の第１の実施形態を示している。図１に示すように、本実施形態のアクチュエータ作動回路１は、図示しない油圧モータや油圧シリンダ等のアクチュエータへの圧油の流れを制御する方向制御弁２（図７の制御弁１０４と同一）を有している。前記アクチュエータは、例えばパワーショベルやクレーンなどの建設作業機械に設けられた旋回体やブーム等の慣性体を動作させる。また、方向制御弁２は、パイロット圧に伴うスプールの摺動によってその弁方向が切換えられるスプール弁である。
【００１２】
また、アクチュエータ作動回路１は、方向制御弁２にパイロット圧を導入して方向制御弁２を切換え制御するパイロット圧回路Ａを有している。このパイロット圧回路Ａは、リザーバタンクＴから油圧ポンプＰ１を介して圧送される圧油を流すパイロット圧供給管路３と、パイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油を方向制御弁２の２つのパイロットポート２ａ，２ｂに個別に導入する２つのパイロット圧導入管路４，５と、パイロット圧導入管路４，５からの戻り油をタンクＴに戻す戻し管路９と、各管路３，４，５，９の連通状態を切り換える操作弁６とを有している。この場合、操作弁６は、操作レバー６ａが一方向に操作されると、パイロット圧供給管路３をパイロット圧導入管路４に連通させるとともに、パイロット圧導入管路５を戻し管路９を介してタンクＴに連通させる。また、操作弁６は、操作レバー６ａが他方向に操作されると、パイロット圧供給管路３をパイロット圧導入管路５に連通させるとともに、パイロット圧導入管路４を戻し管路９を介してタンクＴに連通させる。さらに、操作弁６は、操作レバー６ａがニュートラル位置にある時には、パイロット圧導入管路４，５の両者を戻し管路９を介してタンクＴに連通させる。また、管路３，４（５），９同志の連通度合いは、操作レバー６ａの操作量によって制御される。
【００１３】
なお、パイロット圧導入管路４，５を通じて方向制御弁２にパイロット圧が作用していない場合には、方向制御弁２がニュートラル位置ハ（図７参照）に保持される。また、パイロット圧導入管路４，５を通じて方向制御弁２にパイロット圧が作用すると、方向制御弁２が２つの切換位置イ，ロ（図７参照）のいずれかに切換わる。
【００１４】
各パイロット圧導入管路４，５の途中にはそれぞれ弁機構１０が設けられている。弁機構１０は、開口形状が円形の３つのポートａ，ｂ，ｃを有するハウジング（弁本体）１２と、ハウジング１２内に摺動可能に配置された筒状の第１のポペット（第１の弁体）１３と、第１のポペット１３内にこれと略同心的に配置され且つ第１のポペット１３に対して摺動可能な筒状の第２のポペット（第２の弁体）１４とから成る。
【００１５】
ハウジング１２の第１のポートａには、操作弁６から延びるパイロット圧導入管路４（５）の管部４ａ（５ａ）が接続され、ハウジングの第２のポートｂには、方向制御弁２から延びるパイロット圧導入管路４（５）の管部４ｂ（５ｂ）が接続されている。
【００１６】
図２に詳しく示すように、第１のポペット１３は、ハウジング１２の第１のポートａと対向する円形の端壁１３ａと、ハウジング１２の第２のポートｂと対向する周壁１３ｂとを有し、端壁１３ａと反対側に位置する開口部が閉塞部材２２によって閉じられている。端壁１３ａには、第１のポートａに向けて開口する円形の第１の流通孔２５が形成され、周壁１３ｂには、第２のポートｂに向けて開口する円形の第２の流通孔２６が形成されている。また、端壁１３ａの周縁部には、テーパ状に切り欠かれたテーパ面２７が形成されている。
【００１７】
第１のポペット１３は、ハウジング１２内に設けられたバネ２０（図１参照）によって第１のポートａ側に向けて付勢されており、その端壁１３ａのテーパ面２７が第１のポートａの弁座を形成するハウジング１２の内側縁部１２ａに常時突き当てられている。したがって、この通常の状態において、第１のポートａと第２のポートｂとの連通は流通孔２５および流通孔２６を介してのみ果たされ、また、テーパ面２７は第１のポートａと第２のポートｂの両者に臨んでいる。
【００１８】
一方、第１のポペット１３内に配置された第２のポペット１４は、第１のポペット１３の第１の流通孔２５と対向する端壁１４ａと、第１のポペット１３の第２の流通孔２６と対向する段付きの周壁１４ｂとを有している。端壁１４ａには、第１の流通孔２５に向けて開口する絞り２８が形成され、周壁１４ｂには、第２の流通孔２６に向けて開口する通孔２９が形成されている。また、端壁１４ａの周縁部には、テーパ状に切り欠かれたテーパ面３０が形成されている。
【００１９】
第２のポペット１４は、第１のポペット１３の閉塞部材２２との間に介設されたバネ３１によって第１の流通孔２５側に向けて付勢されており、そのテーパ面３０が第１の流通孔２５の弁座を形成する端壁１３ａの内側縁部３２に常時突き当てられている。したがって、この通常の状態において、第１の流通孔２５と第２の流通孔２６との連通は絞り２８および通孔２９を介してのみ果たされ、テーパ面３０は第１の流通孔２５と第２の流通孔２６の両者に臨んでいる。
【００２０】
なお、本実施形態では、バネ３１のバネ定数がバネ２０のそれよりも大きく設定されている（無論、このように設定されている必要はない）。また、第１の流通孔２５の直径がｄ₁ に設定され、第１のポペット１３の内径がｄ₂ に設定され、第１のポートａの直径がｄ₃ に設定され、第１のポペット１３の外径（第３のポートｃの直径）がｄ₄ （＞ｄ₃ ）に設定されている。
【００２１】
図１に示すように、ハウジング１２の第３のポートｃにはパイロット圧管路３５が接続されている。このパイロット圧管路３５は、切換弁３６を介して油圧ポンプＰ２およびタンクＴに接続されている。切換弁３６はスイッチ３７の開閉操作によって切り換えられる。すなわち、スイッチ３７が開かれた図示の状態では、切換弁３６が第１の位置ホに保持され、パイロット圧管路３５が油圧ポンプＰ２に接続される。したがって、ポンプＰ２からの圧油がパイロット圧管路３５を通じて第３のポートｃに導入される。また、スイッチ３７が閉じられると、切換弁３６が第２の位置ニに切り換えられ、パイロット圧管路３５がタンクＴに接続される。つまり、第３のポートｃがタンクＴに連通される。
【００２２】
また、本実施形態のアクチュエータ作動回路１は、パイロット圧回路Ａを暖める暖機回路Ｂを有している。この暖機回路Ｂは、圧力源５０と、圧力源５０から延びる圧油供給管路５１と、圧油供給管路５１から分岐して各パイロット圧導入管路４，５に接続する接続管路５２，５３とから成る。圧力源５０は、油圧ポンプＰ３と、油圧ポンプＰ３の吐出側に接続された圧油供給管路５１の途中に介挿される絞り５６とから構成される。また、各接続管路５２，５３の途中には、パイロット圧導入管路４，５に向けて開の逆止弁５５が設けられている。
【００２３】
次に、上記構成のアクチュエータ作動回路１の動作について説明する。
まず、スイッチ３７を閉じて切換弁３６を第２の位置ニに切り換えた状態、すなわち、第３のポートｃをタンクＴに連通させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを一方向に操作すると、ポンプＰ１からパイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油がパイロット圧導入管路４の管部４ａを介して弁機構１０の第１のポートａに導入される。第１のポートａに導入された圧油は、バネ２０の付勢力に抗して第１のポペット１３を移動させ、ポペット１３の端壁１３ａを第１のポートａから離間させる（テーパ面２７とハウジング１２の内側縁部１２ａとの当接状態を解除する）。その状態が図３の（ａ）に示されている。この状態では、第１のポートａと第２のポートｂとが、第１のポペット１３の流通孔２５，２６を介することなく、直接に連通される。したがって、第１のポートａに導入された圧油は、第２のポートｂを通じてパイロット圧導入管路４の管部４ｂに流れ込み、方向制御弁２のパイロットポート２ａに導入される。これにより、方向制御弁２のスプールが一方向に移動され、弁位置がイ（図７参照）に切換えられて、アクチュエータが動作される。また、この時、パイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５の管部５ｂを通じて、パイロット圧導入管路５側の弁機構１０の第２のポートｂへと流れ、第１のポペット１３のテーパ面２７に作用する。したがって、第１のポペット１３は、その端壁１３ａが第１のポートａから離間し、第１のポートａへの戻り油の流入を許容する。
【００２４】
すなわち、パイロット圧導入管路４を流れる圧油は、パイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ａに作用するとともに、方向制御弁２のパイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴ側に流される。その結果、方向制御弁２のスプールはタイムラグを生じることなく移動され、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。特に、起動時の応答性は、リストリクタを設けた従来（図７参照）に比べて、格段に向上される。
【００２５】
また、図３の（ａ）の状態から操作レバー６ａをニュートラル位置に戻すと、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるため、方向制御弁２のスプールはリターンスプリングによって中立位置へと移動される。この時、バネ２０の作用によって第１のポペット１３が初期位置（図２の位置）に戻ろうとするが、パイロットポート２ａから管部４ｂを通じて第２のポートｂに戻される戻り油が第１のポペット１３のテーパ面２７に作用するため、第１のポペット１３は、その端壁１３ａが第１のポートａから離間した図３の（ａ）の状態を維持しつつ、第１のポートａへの戻り油の流入を許容する。したがって、方向制御弁２のスプールはその中立位置に迅速に戻ることができる。すなわち、この場合も、パイロットポート２ａからの戻り油が第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴに戻されるため、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。
【００２６】
したがって、機械操作に必要な急レバー操作時にアクチュエータをシャープに動かすことができる。
なお、操作レバー６ａを他方向に操作した場合も、動作は同様である。ただし、この場合は、ポンプＰ１からパイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油がパイロット圧導入管路５の管部５ａを介して弁機構１０の第１のポートａに導入され、方向制御弁２のスプールが他方向に移動される（圧油がパイロットポート２ｂに導入される）。したがって、弁位置がロ（図７参照）に切換えられ、アクチュエータが逆方向に動作される。
【００２７】
次に、スイッチ３７を開いて切換弁３６を第１の位置ホに切り換えた図１の状態、すなわち、ポンプＰ２を介して第３のポートｃに所定の圧力Ｐを作用させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを操作する場合について説明する。ここで、第３のポートｃに作用される圧力Ｐは、第１のポートａに導入された圧油によって第１のポペット１３が移動されないような値に設定される。
【００２８】
圧力Ｐを第３のポートｃに作用させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを一方向に操作すると、ポンプＰ１からパイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油がパイロット圧導入管路４の管部４ａを介して弁機構１０の第１のポートａに導入される。この時、第１のポートａに導入された圧油は、バネ２０の付勢力と第３のポートｃに作用する力とに抗して第１のポペット１３を移動させることができない。したがって、第１のポートａに導入された圧油は、バネ３１の付勢力に抗して第２のポペット１４を移動させ、ポペット１４の端壁１４ａを第１の流通孔２５から離間させる（テーパ面３０と第１のポペット１３の内側縁部３２との当接状態を解除する）。その状態が図３の（ｂ）に示されている。この状態では、第１のポートａと第２のポートｂとが第１のポペット１３の流通孔２５，２６を介して互いに連通される。したがって、第１のポートａに導入された圧油は、流通孔２５，２６を介して第２のポートｂに流れ、パイロット圧導入管路４の管部４ｂを通じて方向制御弁２のパイロットポート２ａに導入される。すなわち、第１のポートａに導入された圧油は、第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ａに作用する。これにより、方向制御弁２のスプールが良好な操作応答性をもって一方向に移動され、弁位置がイ（図７参照）に切換えられて、アクチュエータが動作される。なお、この場合、パイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５の管部５ｂを通じてパイロット圧導入管路５側の弁機構１０の第２のポートｂへと流れ、第１のポペット１３のテーパ面２７に作用するが、バネ２０の付勢力と第３のポートｃに作用する力とに抗して第１のポペット１３を移動させることができない。すなわち、戻り油は第２のポペット１４の絞り２８を介してタンクＴ側に流される。
【００２９】
また、図３の（ｂ）の状態から操作レバー６ａをニュートラル位置に戻すと、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるため、方向制御弁２のスプールはリターンスプリングによって中立位置へと移動される。この時、図３の（ｃ）に示されるように、第２のポペット１４はバネ３１の付勢力によって押し戻されるが、第１のポペット１３は第３のポートｃに作用される圧力Ｐによって第１のポートａに押し付けられた状態を維持しているため、パイロットポート２ａから管部４ｂを通じて第２のポートｂに戻される戻り油は、第２の流通孔２６から絞り２８を介して第１の流通孔２５および第１のポートａへと流れ出る。したがって、操作レバー６ａを急操作しても、方向制御弁２のスプールの急激な動作が規制され（制御弁２のスプールはゆっくりと中立位置に戻ることができ）、アクチュエータに流れる圧油の急激な変化が規制されて、停止時のショックが低減される。
【００３０】
また、本実施形態では、暖機回路Ｂによってパイロット圧回路Ａを暖めることができる。すなわち、常時もしくは必要に応じて圧力源５０から圧油を供給すれば、絞り５６によって絞られてその抵抗によって暖められた圧油が、接続管路５２，５３を通じてパイロット圧導入管路４，５に導入され、操作弁６を介してタンクＴ側に流れる。これにより、パイロット圧回路Ａが暖まり、気温の低い冬場における応答遅れ（操作性の悪化）を防止し得る。
【００３１】
なお、本実施形態では、第１のポペット１３がバネ２０の付勢力によって第１のポートａ側に押し付けられているが、第１のポペット１３をその自重によって第１のポートａ側に押し付けても良い。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ作動回路１は、スイッチ３７の開閉操作によって（第３のポートｃに作用させる圧力を変化させることによって）、絞り２８の全くない回路状態と絞り２８をきかせた回路状態とに切り換えられる。したがって、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性を良好にでき、また、操作レバー６ａの急操作に伴うアクチュエータの急停止を抑制することもできる。すなわち、急激なレバー操作に伴うアクチュエータの停止時のショックを防止する必要がある場合には、絞り２８をきかせた回路状態にセットすることができ、逆に、ショック低減よりも操作上の応答性を重視したい場合には、絞り２８のない回路状態にセットすることができる。
【００３３】
また、本実施形態のアクチュエータ作動回路１は、油に殆ど流れがなく暖まりにくいパイロット圧回路Ａを暖機回路Ｂによって積極的に暖めることができるため、気温の低い冬場における応答遅れを防止して操作性を良好に保つことができる。
【００３４】
図４〜図６は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態のアクチュエータ作動回路１´は第１の実施形態の変形例であるため、以下、第１の実施形態と異なる部分のみ説明し、同一の構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態のアクチュエータ作動回路１´の弁機構１０´において、ハウジング１２は、第１〜第３のポートａ，ｂ，ｃ以外に、第４のポートｄを有している。また、パイロット圧導入管路４の途中からは分岐管路６０が分岐しており、この分岐管路６０はパイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第４のポートｄに接続されている。同様に、パイロット圧導入管路５の途中からも分岐管路６１が分岐しており、この分岐管路６１はパイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０´の第４のポートｄに接続されている。また、図５に詳しく示すように、第３のポートｃの直径（第１のポペット１３の底部の外径）ｄ₅ は、第１のポペット１３の外径（第１のポペット１３の本体の外径）ｄ₄ （＞ｄ₃ ）よりも大きく設定されている。
【００３６】
また、油圧ポンプＰ２を介して圧送される圧油を流すパイロット圧供給管路３と、パイロット圧導入管路４，５からの戻り油をタンクＴに戻す戻し管路９とが操作弁６に接続されている。また、パイロット圧回路Ａを暖める暖機回路Ｂは、油圧ポンプＰ２から延びる圧油供給管路５１と、圧油供給管路５１から分岐して各パイロット圧導入管路４，５に接続する接続管路５２，５３とから成る。圧油供給管路５１の途中には絞り５６が介挿されている。また、各接続管路５２，５３の途中には、パイロット圧導入管路４，５に向けて開の逆止弁５５が設けられている。なお、それ以外の構成は第１の実施形態と同一である。
【００３７】
次に、上記構成のアクチュエータ作動回路１´の動作について説明する。
まず、スイッチ３７を閉じて切換弁３６を第２の位置ニに切り換えた状態、すなわち、第３のポートｃをタンクＴに連通させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを一方向に操作すると、ポンプＰ２からパイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油は、パイロット圧導入管路４の管部４ａを介して弁機構１０´の第１のポートａに導入される。この場合、第１のポートａに導入された圧油は、バネ２０の付勢力に抗して第１のポペット１３を移動させ、ポペット１３の端壁１３ａを第１のポートａから離間させる。その状態が図６の（ａ）に示されている。この状態では、第１のポートａと第２のポートｂとが、第１のポペット１３の流通孔２５，２６を介することなく、直接に連通される。したがって、第１のポートａに導入された圧油は、第２のポートｂを通じてパイロット圧導入管路４の管部４ｂに流れ込み、方向制御弁２のパイロットポート２ａに導入される。また、この時、パイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５の管部５ｂを通じて、パイロット圧導入管路５側の弁機構１０の第２のポートｂへと流れ、第１のポペット１３のテーパ面２７に作用する。また、第２のポートｂを通じてパイロット圧導入管路４の管部４ｂに流れ込んだ圧油の一部は、分岐管路６０を介してパイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第４のポートｄに導入され、第１のポペット１３に力Ｆ（＝｛（ｄ₅ ／２）² ×π−（ｄ₄ ／２）² ×π｝×（ポートｄに作用する圧力））を作用させる。したがって、第１のポペット１３は、第２および第４のポートｂ，ｄに作用する力によって、その端壁１３ａが第１のポートａから離間し、第１のポートａへの戻り油の流入を許容する。
【００３８】
すなわち、パイロット圧導入管路４を流れる圧油は、パイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ａに作用するとともに、方向制御弁２のパイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴ側に流される。その結果、方向制御弁２のスプールはタイムラグを生じることなく移動され、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。特に、起動時の応答性は、リストリクタを設けた従来（図７参照）に比べて、格段に向上される。
【００３９】
また、図６の（ａ）の状態から操作レバー６ａをニュートラル位置に戻すと、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるため、方向制御弁２のスプールはリターンスプリングによって中立位置へと移動される。この時、バネ２０の作用によって第１のポペット１３が初期位置（図４の位置）に戻ろうとするが、パイロットポート２ａから管部４ｂを通じて第２のポートｂに戻される戻り油が第１のポペット１３のテーパ面２７に作用するため、第１のポペット１３は、その端壁１３ａが第１のポートａから離間した図６の（ａ）の状態を維持しつつ、第１のポートａへの戻り油の流入を許容する。したがって、方向制御弁２のスプールはその中立位置に迅速に戻ることができる。すなわち、この場合も、パイロットポート２ａからの戻り油が第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴに戻されるため、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。
【００４０】
したがって、機械操作に必要な急レバー操作時にアクチュエータをシャープに動かすことができる。
なお、操作弁６の操作レバー６ａを他方向に操作した場合にあっても、弁機構１０´の動作および圧油の流れは同様である。
【００４１】
また、操作レバー６ａを一方向に操作してアクチュエータを作動させている状態（図６の（ａ）の状態）から、操作レバー６ａをニュートラル位置を介して逆方向に操作すると、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるとともに、ポンプＰ２からパイロット圧供給管路３を通じてパイロット圧導入管路５に圧油が圧送される。この時、パイロット圧導入管路４側の第１のポペット１３は第１のポートａ側に向かって戻ろうとするが、パイロット圧導入管路５から分岐する分岐管路６１を通じて第４のポートｄに圧油が導入されるとともに、パイロットポート２ａから管部４ｂを通じて第２のポートｂに戻される戻り油が第１のポペット１３のテーパ面２７に作用するため、第１のポペット１３は、その端壁１３ａが第１のポートａから離間した図６の（ａ）の状態を維持する。
【００４２】
したがって、パイロット圧導入管路５を流れる圧油は、パイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ｂに導入されるとともに、方向制御弁２のパイロットポート２ａからの戻り油は、パイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴ側に流れる。つまり、アクチュエータの作動方向を変換する場合（操作レバー６ａを一方向からニュートラル位置を介して逆方向に操作する場合）においても、タイムラグが生じることなく、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。
【００４３】
一方、スイッチ３７を開いて切換弁３６を第１の位置ホに切り換えた図４の状態、すなわち、ポンプＰ２を介して第３のポートｃに所定の圧力Ｐ´を作用させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを操作した場合の動作は以下のようになる。なお、第３のポートｃに作用される圧力Ｐ´は、第１の実施形態において作用される圧力Ｐよりも小さく、以下の式（１）を満足する値に設定される。
｛（ｄ₄ ／２）² ×π−（ｄ₃ ／２）² ×π｝×（ポートｂに作用する最大圧）
＝（ｄ₅ ／２）² ×π×Ｐ´ ……式（１）
圧力Ｐ´を第３のポートｃに作用させた状態で、操作弁６の操作レバー６ａを一方向に操作すると、ポンプＰ２からパイロット圧供給管路３を通じて圧送される圧油は、パイロット圧導入管路４の管部４ａを介して弁機構１０´の第１のポートａに導入される。この時、例えば、第１のポートａに作用する圧油の力がバネ２０の付勢力と第３のポートｃに作用する力（（ｄ₅ ／２）² ×π×Ｐ´）との和よりも小さい場合には、第２のポペット１４が第１のポートａに導入された圧油によって移動される（図６の（ｂ）参照）。そして、操作レバー６ａの操作量が大きくなって第１のポートａに作用する圧油の力がバネ２０の付勢力と第３のポートｃに作用する力との和よりも大きくなると、第１のポペット１３が第１のポートａに導入された圧油によって移動される（図６の（ａ）参照）。いずれにしても、第１のポートａに導入された圧油は、絞り２８を介すことなく第２のポートｂに流れ、パイロット圧導入管路４の管部４ｂを通じて方向制御弁２のパイロットポート２ａに導入される。無論、第２のポートｂを通じてパイロット圧導入管路４の管部４ｂに流れ込んだ圧油の一部は、分岐管路６０を介してパイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第４のポートｄに導入され、この弁機構１０´の第１のポペット１３を移動させる（後述する式（２）参照）。すなわち、パイロット圧導入管路４を流れる圧油は、パイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ａに作用するとともに、方向制御弁２のパイロットポート２ｂからの戻り油は、パイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴ側に流される。その結果、方向制御弁２のスプールはタイムラグを生じることなく移動され、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。特に、起動時の応答性は、リストリクタを設けた従来（図７参照）に比べて、格段に向上される。
【００４４】
また、図６の（ａ）（ｂ）の状態から操作レバー６ａをニュートラル位置に戻すと、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるため、方向制御弁２のスプールはリターンスプリングによって中立位置へと移動される。この時、第１のポペット１３が図６の（ａ）に示されるように移動されている場合には、第１のポペット１３がバネ２０の付勢力と第３のポートｃに作用する力とによって図６の（ｃ）に示されるように初期位置に戻される。また、第２のポペット１４が図６の（ｂ）に示されるように移動されている場合には、第２のポペット１４がバネ３１の付勢力によって図６の（ｃ）に示されるように初期位置に戻される。そして、この状態は、式（１）を満たす力関係によって維持されるため、パイロットポート２ａから管部４ｂを通じて第２のポートｂに戻される戻り油は、第２の流通孔２６から絞り２８を介して第１の流通孔２５および第１のポートａへと流れ出る。したがって、操作レバー６ａを急操作しても、方向制御弁２のスプールの急激な動作が規制され（制御弁２のスプールはゆっくりと中立位置に戻ることができ）、アクチュエータに流れる圧油の急激な変化が規制されて、停止時のショックが低減される。
【００４５】
また、操作レバー６ａを一方向に操作してアクチュエータを作動させている状態（図６の（ａ）（ｂ）の状態）から、操作レバー６ａをニュートラル位置を介して逆方向に操作すると、パイロット圧導入管路４がタンクＴに連通されるとともに、ポンプＰ２からパイロット圧供給管路３を通じてパイロット圧導入管路５に圧油が圧送される。この時、パイロット圧導入管路４側の第１のポペット１３および第２のポペット１４は前述したように第１のポートａ側に向かって戻ろうとするが、パイロット圧導入管路５から分岐する分岐管路６１を通じて第４のポートｄに圧油が導入されるため、第４のポートｄには力Ｆ（＝｛（ｄ₅ ／２）² ×π−（ｄ₄ ／２）² ×π｝×（ポートｄに作用する圧力））が作用し、第１のポペット１３はその端壁１３ａが第１のポートａから離間した状態（図６の（ａ）の状態）に維持される。これは、式（１）で示した力関係によって以下の式（２）の力関係が成立するためである。
｛（ｄ₄ ／２）² ×π−（ｄ₃ ／２）² ×π｝×（ポートｂに作用する最大圧）＋Ｆ＞（ｄ₅ ／２）² ×π×Ｐ´ ……式（２）
したがって、パイロット圧導入管路５を流れる圧油は、パイロット圧導入管路５に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなく方向制御弁２のパイロットポート２ｂに導入されるとともに、方向制御弁２のパイロットポート２ａからの戻り油は、パイロット圧導入管路４に介挿された弁機構１０´の第２のポペット１４の絞り２８を介すことなくタンクＴ側に流れる。つまり、アクチュエータの作動方向を変換する場合（操作レバー６ａを一方向からニュートラル位置を介して逆方向に操作する場合）においても、タイムラグが生じることなく、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ作動回路１´は、第１の実施形態と同様、スイッチ３７の開閉操作によって、絞り２８の全くない回路状態と絞り２８をきかせた回路状態とに切り換えられる。したがって、操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性を良好にでき、また、操作レバー６ａの急操作に伴うアクチュエータの急停止を抑制することもできる。特に、本実施形態の場合は、絞り２８をきかせた回路状態であっても、アクチュエータの動き始めや方向転換時などにおいてタイムラグを生じることがないため、第１の実施形態に比べて操作レバー６ａの操作に対するアクチュエータの応答性が良好となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第３のポートｃに作用させる圧力Ｐ´を変化可能に構成すれば、操作レバー６ａに対するアクチュエータの応答性を任意に変化させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアクチュエータ作動回路によれば、操作レバーの操作に対するアクチュエータの応答性を良好にでき、また、操作レバーの急操作に伴うアクチュエータの急停止を抑制することもできるとともに、油温を操作性の良好な状態に設定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ作動回路の構成図である。
【図２】図１のアクチュエータ作動回路のパイロット圧回路に設けられた弁機構の断面図である。
【図３】図２の弁機構の作動状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ作動回路の構成図である。
【図５】図４のアクチュエータ作動回路のパイロット圧回路に設けられた弁機構の断面図である。
【図６】図５の弁機構の作動状態を示す断面図である。
【図７】従来のアクチュエータ作動回路の構成図である。
【符号の説明】
１，１´…アクチュエータ作動回路
２…方向制御弁
４，５…パイロット圧導入管路（パイロット管路）
６…操作弁
１０，１０´…弁機構
１２…ハウジング（弁本体）
１３…第１のポペット（第１の弁体）
１４…第２のポペット（第２の弁体）
２０，３１…バネ（付勢手段）
２５，２６…流通孔
２８…絞り
Ａ…パイロット圧回路
Ｂ…暖機回路

Claims

アクチュエータへの圧油の流れを制御するパイロット操作方式の方向制御弁と、
方向制御弁にパイロット圧を導入して方向制御弁を切換え制御するパイロット圧回路とを備え、
前記パイロット圧回路は、方向制御弁のパイロットポートに接続されたパイロット管路と、パイロット管路に対する圧油の導入出を制御する操作弁と、方向制御弁のパイロットポートと操作弁との間のパイロット管路の部位に設けられた弁機構とを有し、
前記弁機構は、弁本体と、弁本体内に摺動可能に配置された第１の弁体と、第１の弁体内に摺動可能に配置された第２の弁体とからなり、
前記弁本体は、操作弁側から延びるパイロット管路の管部に接続される第１のポートと、方向制御弁側から延びるパイロット管路の管部に接続される第２のポートと、導入される所定のパイロット圧を第１の弁体に作用させる第３のポートとを有し、
前記第１の弁体は、第１のポートと第２のポートとを接続する流通孔を有し、第１の付勢手段によって付勢されて第１のポートの弁座に常時当接され、
前記第２の弁体は、絞りを有し、第２の付勢手段によって付勢されて前記流通孔の弁座に常時当接され、
第３のポートにパイロット圧が作用していない状態において、第１の弁体は、第１または第２のポートに導入される圧油により第１の付勢手段の付勢力に抗して移動され、これによって、第１のポートと第２のポートとを直接に連通させ、
第３のポートにパイロット圧が作用された状態において、第１の弁体は、第１のポートの弁座に対する当接状態が固定され、第２の弁体は、第１のポートに導入される圧油により第２の付勢手段の付勢力に抗して移動されて前記流通孔を通じた第１のポートと第２のポートとの連通を許容し、かつ、第２のポートに導入される圧油を前記絞りを介して第１のポートに流す、
ことを特徴とするアクチュエータ作動回路。
アクチュエータへの圧油の流れを制御するパイロット操作方式の方向制御弁と、
方向制御弁にパイロット圧を導入して方向制御弁を切換え制御するパイロット圧回路とを備え、
前記パイロット圧回路は、方向制御弁の第１のパイロットポートに接続された第１のパイロット管路と、方向制御弁の第２のパイロットポートに接続された第２のパイロット管路と、これらパイロット管路に対する圧油の導入出を制御する操作弁と、操作弁と第１のパイロットポートとの間の第１のパイロット管路の部位に設けられた第１の弁機構と、操作弁と第２のパイロットポートとの間の第２のパイロット管路に設けられた第２の弁機構とを有し、
前記第１および第２の弁機構は、弁本体と、弁本体内に摺動可能に配置された第１の弁体と、第１の弁体内に摺動可能に配置された第２の弁体とからなり、
第１の弁機構の弁本体は、操作弁側から延びる第１のパイロット管路の管部が接続される第１のポートと、方向制御弁側から延びる第１のパイロット管路の管部が接続される第２のポートと、導入される所定のパイロット圧を第１の弁体に作用させる第３のポートと、第２のパイロット管路から分岐する分岐管路が接続される第４のポートとを有し、
第２の弁機構の弁本体は、操作弁側から延びる第２のパイロット管路の管部が接続される第１のポートと、方向制御弁側から延びる第２のパイロット管路の管部が接続される第２のポートと、導入される所定のパイロット圧を第１の弁体に作用させる第３のポートと、第１のパイロット管路から分岐する分岐管路が接続される第４のポートとを有し、
前記第１の弁体は、第１のポートと第２のポートとを接続する流通孔を有し、第１の付勢手段によって付勢されて第１のポートの弁座に常時当接され、
前記第２の弁体は、絞りを有し、第２の付勢手段によって付勢されて前記流通孔の弁座に常時当接され、
第３のポートにパイロット圧が作用していない状態において、第１の弁体は、第１、第２、第４のポートのうちの少なくとも１つのポートに導入される圧油により第１の付勢手段の付勢力に抗して移動され、これによって、第１のポートと第２のポートとを直接に連通させ、
第３のポートにパイロット圧が作用された状態において、第１の弁体は、第１のポートに導入される圧油により第１の付勢手段の付勢力に抗する方向に移動でき、あるいは、第２および第４のポートに導入される圧油により第１の付勢手段の付勢力に抗する方向に移動されて、第１のポートと第２のポートとを直接に連通させ、また、第２のポートに導入される圧油のみによっては第１のポートの弁座に対する当接状態が固定され、
第３のポートにパイロット圧が作用された状態において、第２の弁体は、第１のポートに導入される圧油により第２の付勢手段の付勢力に抗する方向に移動して前記流通孔を通じた第１のポートと第２のポートとの連通を許容し、かつ、第１の弁体が第１のポートの弁座に当接している状態では第２のポートに導入される圧油を前記絞りを介して第１のポートに流す、
ことを特徴とするアクチュエータ作動回路。
前記パイロット圧回路を暖機する暖機回路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ作動回路。
前記第１の付勢手段が第１の弁体の自重であり、前記第２の付勢手段が第２の弁体の自重であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ作動回路。