JP3942840B2 - 油圧差動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明は、差動回路を有する油圧装置、すなわち油圧差動装置に関するものである。ここで「差動回路」とは、油圧アクチュエータの戻り側作動油をそのまま供給側作動油に送給するように構成された回路であって、再生回路とも呼ばれる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
油圧装置においては油圧アクチュエータとして油圧シリンダが用いられることが多い。油圧シリンダでは作動油が作用するチューブ側面積が大きく、ロッド側面積が小さい。このため、ロッド側に作動油を供給する場合には油圧シリンダの作動速度は相対的に速くなるが、チューブ側に作動油を供給する場合は作動速度は相対的に遅くなる。
【０００３】
油圧装置によっては、チューブ側に作動油を供給する場合であっても作動速度を速くしたい場合があり、このために従来から油圧装置には差動回路が組み込まれたものがある。この差動回路の概念は、一般に図２に示すようなものであり、たとえば油圧シリンダ１のシリンダロッド２の伸長速度を上げるために、シリンダロッド側ポート３とシリンダチューブ側ポート４とが油圧配管で接続されている。このようにすれば、シリンダロッド２を伸長させるために圧油をシリンダチューブ側ポート４に供給した場合に、同時にシリンダロッド側ポート３から戻される戻り油がシリンダチューブ側ポート４に送給されるから、シリンダロッド２の伸長速度が上がる。
【０００４】
ところで、油圧シリンダ１によって負荷５を移動させる際に、油圧シリンダ１の作動を停止して負荷５を保持したい場合もある。しかし、図２に示すような回路構成では負荷を保持することはできない。このため、従来では図３に示すような回路構成の油圧装置が提供されている。
【０００５】
すなわち、同図に示すように、この油圧装置６では、差動回路７に加えて油圧シリンダ８にカウンタバランス弁ユニット９が配設されており、このカウンタバランス弁ユニット９によって負荷５を保持することができるようになっている。なお、差動回路７を組み込むには、実際は当該回路７を構成する差動回路ユニット（一つの油圧部品）を構成し、これを所要の部位に配設する。
【０００６】
したがって、かかる油圧装置６では、差動回路ユニット７の他に別途カウンタバランス弁ユニット９を独立して設置する必要があり、油圧装置６の構成が複雑になるばかりか、カウンタバランス弁ユニット９の設置スペースや配管スペースを考慮する必要があり、油圧装置６全体が大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、負荷保持機能を備えつつ、簡単かつ小型で安価な油圧差動装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1) 本願発明者は、カウンタバランス弁を内蔵する油圧弁ユニットを構成し、この油圧弁ユニット内に差動回路を一体的に構成することができれば、上記目的を達成することができると考えた。
【０００９】
(2) そこで、本願に係る油圧差動装置は、シリンダチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートを備え、負荷を保持した際にシリンダロッド側ポートに背圧が生じるように配置された油圧シリンダと、オイルタンクに接続された油圧ポンプおよび方向切換弁を備え、油圧ポンプから吐出された作動油を方向切換弁によって上記油圧シリンダに供給すると共に油圧シリンダからの戻り油をオイルタンクに戻す油圧源と、油圧源と上記シリンダロッド側ポートとを接続する第１油圧ラインと、油圧源と上記シリンダチューブ側ポートとを接続する第２油圧ラインと、上記シリンダロッド側ポートとシリンダチューブ側ポートとを接続するように配設された油圧弁ユニットとを有し、当該油圧弁ユニットは、上記シリンダロッド側ポートと油圧的に接続される第１次ポート、上記シリンダチューブ側ポートと油圧的に接続される第２次ポートおよびこれらポート間の通路を開閉する開閉スプールを備え、当該開閉スプールに上記油圧シリンダ内に発生する圧力がパイロット圧として作用し、当該圧力が所定圧力となった状態で上記通路を開状態として上記第１次ポートから第２次ポートへの作動油の流れを許容するカウンタバランス弁と、上記第１油圧ラインの上記油圧源側に配置され、上記油圧源から上記シリンダロッド側ポートへのみ作動油の流れを許容するチェック弁と、上記第１油圧ラインに発生する油圧源圧力を、上記開閉スプールが閉状態となる方向に上記カウンタバランス弁にパイロット圧として作用させるアシストパイロットラインとを備えた油圧作動装置において、上記油圧弁ユニットは、上記第１次ポートに発生する圧力および第２油圧ラインに発生する油圧源圧力を、上記開閉スプールが開状態となる方向に上記カウンタバランス弁にパイロット圧として作用させるパイロットラインを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によれば、負荷を操作する油圧アクチュエータとして油圧シリンダを用いているから、シリンダロッドを伸長させる場合には次のようにして差動回路が働き、油圧シリンダの作動速度を上げることができる。
【００１１】
すなわち、一般に油圧シリンダでは、シリンダチューブ側の作動有効面積がシリンダロッド側の作動有効面積よりも大きいから、油圧ポンプから作動油をシリンダチューブ側に供給した場合は、シリンダロッド側に作動油を供給したときよりも作動速度は低下する。つまり、シリンダロッドを伸長させる場合は、縮短させる場合に比べて作動速度が低下する。
【００１２】
しかしながら上記構成の油圧差動装置では、作動油が油圧源からシリンダチューブ側に供給されたときは、油圧シリンダ内に一定の圧力が発生する。この圧力が所定圧力よりも小さい場合はカウンタバランス弁が閉じたままであるから、当該カウンタバランス弁およびチェック弁によってシリンダロッド側ポートからの作動油の流出が規制され、シリンダロッドが伸長することはない。
【００１３】
ところが、油圧シリンダ内部に発生する圧力が所定圧力以上となったときは、この圧力によってカウンタバランス弁の開閉スプールが開かれ、これにより、シリンダロッド側ポートから作動油が流出し、当該カウンタバランス弁の第１次ポートから第２次ポートへ作動油が流れる。一方、チェック弁により、この作動油が油圧源側へ流れることはない。つまり、カウンタバランス弁が開いてシリンダロッド側ポートから流出した作動油は、その全量が油圧シリンダのシリンダチューブ側ポートへ流入し、これにより差動回路が構成される。したがって、シリンダロッドの伸長速度（油圧シリンダの作動速度）が上がる。
【００１４】
一方、シリンダロッドを縮短させる場合には次のように作動油が流れる。すなわち、油圧源から作動油が第１油圧ラインへ送給されると、チェック弁を通過して油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに供給される。このとき、油圧シリンダ内には一定の圧力が発生し、この圧力がカウンタバランス弁にパイロットされるが、アシストパイロットラインによって油圧源圧力が開閉スプールにパイロットされているから開閉スプールが開状態となることはなく、その結果、カウンタバランス弁は常時閉じたままである。
【００１５】
したがって、作動油がカウンタバランス弁を通過することはないから、第１油圧ラインに送給された作動油は、全量がシリンダロッド側ポートに流入し、シリンダロッドが縮短する。これにより、シリンダチューブ側から作動油が流出するが、この作動油は、そのまま油圧源へと戻される。なお、シリンダロッドを縮短させる場合には、油圧シリンダのシリンダロッド側の作動有効面積が小さいので差動回路を作動させなくても、作動速度は速い。
【００１６】
また、シリンダロッドが伸長中に作動油の供給を止めた場合は、油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに負荷による背圧が発生する。この背圧はカウンタバランス弁にパイロットされ、開閉スプールが開く方向に作用する。しかし、通常カウンタバランス弁の開閉スプールは、バネによって所定のばね力で開閉スプールが閉状態となるように付勢されており、カウンタバランス弁の機能を達成するためにこのばね力を当該背圧による力よりも大きく設定されているから、当該背圧によって開閉スプールが開状態となることはない。しかも、第１油圧ラインにはチェック弁が設けられているから、シリンダロッド側に上記背圧が発生したとしても、シリンダロッド側ポートから作動油が流出することはない。したがって、負荷を保持することができる。
【００１７】
さらに、上記カウンタバランス弁およびチェック弁は、単一の油圧弁ユニットとして構成されているから、軽量かつ小型に構成することができ、実際に油圧差動装置として構成する場合であっても、上記単一の油圧弁ユニットを配設するだけのスペースだけがあれば十分となる。
【００１９】
また、シリンダロッドを伸長させるときに、油圧源圧力をカウンタバランス弁が開くためのパイロット圧として利用することができる。したがって、カウンタバランス弁を開くために必要なパイロット圧を低く設定することができ、回路の効率を良くすることができる。
【００２０】
そして、上記油圧弁ユニットは、上記第１次ポートに発生する圧力を、上記開閉スプールが開状態となる方向に上記カウンタバランス弁にパイロット圧として作用させる第２パイロットラインを備えるので、シリンダに過大な外力が作用したときに、カウンタバランス弁を回路保護のための安全弁として機能させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧差動装置の構成を油圧系統図として示したものである。
【００２４】
この油圧差動装置１０は、いわゆる差動機能と負荷保持機能とを有し、これらの機能を達成するためにコンパクトに構成された単一の油圧弁ユニット１１を備えている点が特徴である。油圧差動装置１０の概略構成について説明すると、油圧差動装置１０は、油圧源１２と、油圧源１２から作動油の供給を受け、負荷１３を操作する油圧シリンダ１４と、上記油圧弁ユニット１１とを備えている。
【００２５】
油圧シリンダ１４は、シリンダロッド１９を備え、このシリンダロッド１９により負荷１３が操作される。本実施形態では、油圧シリンダ１４は、シリンダロッド１９が鉛直下方に伸長するように配置されており、負荷１３を保持する際には、シリンダロッド側に背圧が発生するように配置されている。もっとも、図１では模式的に図示したものであるから、実際の油圧差動装置１０では油圧シリンダ１４を図のように配置する必要はない。
【００２６】
すなわち、実際の油圧差動装置１０では、負荷１３としては、搬送等されるワークであってもよいし、駆動される作業用アタッチメントであってもよい。要するに、アクチュエータとしての油圧シリンダ１０によって負荷１３を保持する際に、シリンダロッド側に背圧が発生するような態様で油圧シリンダ１４が配設されていればよい。
【００２７】
また、油圧シリンダ１４は、チューブ側ポート１５およびロッド側ポート１６とを有し、ロッド側ポート１６と油圧源１２とは第１油圧ライン１７により接続され、チューブ側ポート１５と油圧源１２とは第２油圧ライン１８により接続されている。したがって、作動油が第２油圧ライン１８に送給されてチューブ側ポート１５に供給されたときはシリンダロッド１９が伸長し、また、作動油が第１油圧ライン１７に送給されてロッド側ポート１６に供給されたときはシリンダロッド１９が縮短する。なお、第１油圧ライン１７および第２油圧ライン１８は、たとえば鋼管や油圧ホース等により構成することができる。
【００２８】
油圧源１２は、オイルタンク２０と、油圧ポンプ２１と、方向切換弁２２と、安全弁としてのリリーフ弁２３とを備えている。すなわち、油圧源１２は、油圧シリンダ１４へ作動油を供給すると共に油圧シリンダ１４からの戻り油をオイルタンク２０へ戻すためのものである。
【００２９】
油圧源１２は、第１ポート２４および第２ポート２５を有し、方向切換弁２２は、第１ないし第４ポート２６〜２９を有している。方向切換弁２２の第１ポート２６および第２ポート２７は、それぞれ油圧源１２の第１ポート２４および第２ポート２５に連通されている。また、方向切換弁２２の第３ポート２８には油圧ポンプ２１の吐出側が接続され、油圧ポンプ２１の吸込側はオイルタンク２０に接続されている。さらに、方向切換弁２２の第４ポート２９は、オイルタンク２０に接続されている。
【００３０】
方向切換弁２２は、中立モードであるＡモード（図に示すモード）と、ＢモードまたはＣモードに切り換えることができる。この切り換えは、手動で行うようにしてもよいし、電磁力により切り換えるようにしてもよい。Ｂモードに切り換わったときは、作動油は第２油圧ライン１８を経て油圧シリンダ１４のチューブ側ポート１５に送給され、第１油圧ライン１７がオイルタンク２０に連通される。また、Ｃモードに切り換わったときは、作動油は第１油圧ライン１７を経て油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６に送給され、第２油圧ライン１８がオイルタンク２０に連通される。
【００３１】
油圧弁ユニット１１は、カウンタバランス弁３０とチェック弁３１とを備えており、本実施形態では、これらカウンタバランス弁３０およびチェック弁３１が一体的に一つの部品として構成されている。具体的には、たとえば、後述する油圧配管３２等が形成された基板３３を設け、この基板３３に上記カウンタバランス弁３０およびチェック弁３１を組み込んで構成することができる。これらカウンタバランス弁３０およびチェック弁３１は、公知のものである。
【００３２】
この場合、基板３３は、たとえば鋼板等を採用することができ、この基板３３に上記油圧配管３２，３４が形成されている。これら油圧配管３２，３４は、それぞれ上記第２油圧ライン１８，第１油圧ライン１７の一部を構成するものである。
【００３３】
油圧配管３４中に、上記チェック弁３１が組み込まれている。チェック弁３１は、油圧配管３４の油圧源１２側に配置されており、油圧源１２側から油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６側への作動油の流れのみを許容するようになっている。
【００３４】
上記カウンタバランス弁３０は、その第１次ポート３５が第１油圧ライン１７に接続され、第２次ポート３６が第２油圧ライン１８に接続されている。すなわち、カウンタバランス弁３０の第１次ポート３５は、油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６と油圧的に接続され、第２次ポート３６は、油圧シリンダ１４のチューブ側ポート１５と油圧的に接続されている。そして、第１次ポート３５の圧力が所定圧力となったときに、カウンタバランス弁３０が開き、第１次ポート３５と第２次ポート３６とが連通される。
【００３５】
また、基板３３には、第１パイロットライン３７および第２パイロットライン３８と、アシストパイロットライン３９が形成されている。これら第１パイロットライン３７および第２パイロットライン３８は、カウンタバランス弁３０の開閉スプール４０を閉状態から開状態へ変位させるためのものである。
【００３６】
すなわち、通常カウンタバランス弁３０は、バネ４１によって開閉スプール４０が閉状態とされているが、カウンタバランス弁３０を開いて上記第１次ポート３５と第２次ポート３６とを連通するためには、パイロット圧を開閉スプール４０に導く必要があり、そのためにこれら第１および第２パイロットライン３７，３８が設けられている。そして、第１パイロットライン３７は、第２油圧ライン１８に発生する圧力を開閉スプール４０にパイロットし、第２パイロットライン３８は、カウンタバランス弁３０の第１次ポート３５に発生する圧力を開閉スプール４０にパイロットするようになっている。
【００３７】
一方、アシストパイロットライン３９は、第１油圧ラインに発生する油圧源１２の圧力を開閉スプール４０にパイロットするものであるが、このパイロット圧が作用する方向は、開閉スプール４０が閉状態となる方向である。
【００３８】
かかる構成の油圧差動装置１０は、つぎのような動作を行う。
【００３９】
方向切換弁２２を操作してＡモードからＢモードに切り換えると、作動油が油圧源１２から第２油圧ライン１８を経て（すなわち油圧弁ユニット１１を経て）油圧シリンダ１４のチューブ側ポート１５に供給される。これにより、油圧シリンダ１４のチューブ側に一定の圧力が発生する。このとき、カウンタバランス弁３０は閉じており、しかもチェック弁３１が配置されているから、油圧シリンダ１４のロッド側にも一定の圧力が発生する。
【００４０】
これらの圧力は、第１および第２パイロットライン３７，３８によってカウンタバランス弁３０の開閉スプール４０にパイロットされるが、このパイロット圧が所定圧力（すなわちカウンタバランス弁３０のバネ４１のばね力に対応する圧力）よりも小さい場合はカウンタバランス弁３０が閉じたままであり、油圧シリンダ１４のシリンダロッド１９が伸長することはない。
【００４１】
しかし、上記パイロット圧がカウンタバランス弁３０のバネ４１のばね力に対応する圧力以上となったときは、この圧力によって開閉スプール４０が開かれ、これにより、油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６から作動油が流出し、カウンタバランス弁３０の第１次ポート３５から第２次ポート３６へ作動油が流れる。しかも、このとき、第１油圧ライン１７にはチェック弁３１が配置されているから、ロッド側ポート１６から流出した作動油が油圧源１２側へ流れることはない。
【００４２】
つまり、カウンタバランス弁３０が開いてロッド側ポート１６から流出した作動油は、その全量が油圧シリンダ１４のチューブ側ポート１５へ流入し、これにより差動回路が構成され、差動機能が達成される。したがって、シリンダロッド１９の伸長速度が上がる。
【００４３】
一方、方向切換弁２２を操作してＡモードからＣモードに切り換えると、作動油が油圧源１２から第１油圧ライン１７を経て（すなわち油圧弁ユニット１１を経て）油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６に供給される。これにより、油圧シリンダ１４のロッド側に一定の圧力が発生する。この圧力は、第２パイロットライン３８によりカウンタバランス弁３０にパイロットされるが、アシストパイロットライン３９によって油圧源１２圧力がカウンタバランス弁３０の開閉スプール４０にパイロットされている。すなわち、この開閉スプール４０は、油圧源１２の圧力およびバネ４１による圧力で閉状態となるように付勢されている。したがって、常にカウンタバランス弁３０は閉じたままとなる。
【００４４】
したがって、作動油がカウンタバランス弁３０を通過することはないから、第１油圧ライン１７に送給された作動油は、全量がロッド側ポート１６に流入してシリンダロッド１９が縮短する。これにより、チューブ側ポート１５から作動油が流出するが、この作動油は、そのまま油圧源１２へと戻される。
【００４５】
ここで、シリンダロッド１９が伸長している最中に作動油の供給を止めた場合は、油圧シリンダ１４のロッド側ポート１６に負荷１３による背圧が発生する。この背圧は、第２パイロットライン３８によりカウンタバランス弁３０にパイロットされ、開閉スプール４０が開く方向に作用する。しかし、カウンタバランス弁３０のバネ４１を所定のばね力（当該背圧による力よりも大きく）に設定しておくことにより、当該背圧によって開閉スプール４０が開状態となることはない。しかも、第１油圧ライン１７には上記チェック弁３１が設けられているから、油圧シリンダ１４のロッド側に上記背圧が発生したとしても、ロッド側ポート１６から作動油が流出することはない。このことは、シリンダロッド１９が伸長している最中に作動油の供給を止めた場合であっても、確実に負荷１３を保持することを意味する。
【００４６】
このように本実施形態に係る油圧差動装置１０では、差動機能および負荷保持機能を発揮でき、しかも、これらの機能を達成するためのカウンタバランス弁３０およびチェック弁３１が単一の油圧弁ユニット１１として構成されているから、軽量かつ小型で安価に構成することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第２油圧ライン１８に発生する高圧の油圧源１２の圧力を、開閉スプール４０を開くためのパイロット圧として利用するから、回路全体の作動圧力を低く設定することができ、効率を良くすることができる。
【００４８】
特に本実施形態では、第２油圧ライン１８に発生する高圧の油圧源１２の圧力を開閉スプール４０に導くだけでなく、カウンタバランス弁３０の第１次ポート３５に発生する圧力を、開閉スプール４０を開くためのパイロット圧として利用するから、過大な外力が油圧シリンダ１４に作用した場合であっても、シリンダカウンタバランス弁３０が回路を保護するための安全弁として機能するという利点もある。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本願発明によれば、カウンタバランス弁およびチェック弁を単一の油圧弁ユニットとしてコンパクトに構成することができるから、大きな配管スペースや設置スペースを必要とすることなく、構造が簡単かつ小型であり、しかも安価な油圧差動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧差動装置の構成を油圧系統図として示したものである。
【図２】差動回路の概念を示す模式図である。
【図３】従来の油圧差動装置の構成を油圧系統図として示したものである。
【符号の説明】
１０ 油圧差動回路
１１ 油圧弁ユニット
１２ 油圧源
１３ 負荷
１４ 油圧シリンダ
１５ チューブ側ポート
１６ ロッド側ポート
１７ 第１油圧ライン
１８ 第２油圧ライン
１９ シリンダチューブ
２０ オイルタンク
２１ 油圧ポンプ
２２ 方向切換弁
３０ カウンタバランス弁
３１ チェック弁
３５ 第１次ポート
３６ 第２次ポート
３７ 第１パイロットライン
３８ 第２パイロットライン
３９ アシストパイロットライン
４０ 開閉スプール
４１ バネ

Claims (1)

1. シリンダチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートを備え、負荷を保持した際にシリンダロッド側ポートに背圧が生じるように配置された油圧シリンダと、
   オイルタンクに接続された油圧ポンプおよび方向切換弁を備え、油圧ポンプから吐出された作動油を方向切換弁によって上記油圧シリンダに供給すると共に油圧シリンダからの戻り油をオイルタンクに戻す油圧源と、
   油圧源と上記シリンダロッド側ポートとを接続する第１油圧ラインと、
   油圧源と上記シリンダチューブ側ポートとを接続する第２油圧ラインと、
   上記シリンダロッド側ポートとシリンダチューブ側ポートとを接続するように配設された油圧弁ユニットとを有し、
   当該油圧弁ユニットは、
   上記シリンダロッド側ポートと油圧的に接続される第１次ポート、上記シリンダチューブ側ポートと油圧的に接続される第２次ポートおよびこれらポート間の通路を開閉する開閉スプールを備え、当該開閉スプールに上記油圧シリンダ内に発生する圧力がパイロット圧として作用し、当該圧力が所定圧力となった状態で上記通路を開状態として上記第１次ポートから第２次ポートへの作動油の流れを許容するカウンタバランス弁と、
   上記第１油圧ラインの上記油圧源側に配置され、上記油圧源から上記シリンダロッド側ポートへのみ作動油の流れを許容するチェック弁と、
   上記第１油圧ラインに発生する油圧源圧力を、上記開閉スプールが閉状態となる方向に上記カウンタバランス弁にパイロット圧として作用させるアシストパイロットラインとを備えた油圧作動装置において、
   上記油圧弁ユニットは、
   上記第１次ポートに発生する圧力および第２油圧ラインに発生する油圧源圧力を、上記開閉スプールが開状態となる方向に上記カウンタバランス弁にパイロット圧として作用させるパイロットラインを備えていることを特徴とする油圧差動装置。

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