JP4279745B2 - 産業機械用制御回路 - Google Patents

Description

この発明は、例えばフォークリフト等の産業機械に用いる産業機械用制御回路に関する。

この種のものとして特許文献１に記載された制御回路が従来から知られている。この従来の制御回路は、固定吐出ポンプに優先弁を接続するとともに、この優先弁の制御流ポートをステアリング系回路に接続し、余剰流ポートを作業機系回路に接続している。
そして、固定吐出ポンプから吐出された流量のうち、一定流量すなわち制御流量は上記制御流ポートを介してステアリング系回路に優先的に供給され、固定吐出ポンプの吐出容量から上記制御流量を差し引いた余剰流量が、常に作業機系回路に供給される。
特開２０００−００７３００号公報

上記のようにした制御回路では、固定吐出ポンプの吐出容量から上記制御流量を差し引いた余剰流量が、常に作業機系回路に供給される。しかし、一般に産業機械用制御回路では、作業機系回路に複数の作業機を接続している場合に、特定の作業機には大流量を供給し、その他の作業機にはそれよりも少ない流量を供給しなければならない場合がある。このような場合に、上記従来の制御回路では対応できないという問題があった。

また、上記従来の制御回路では、作業機系回路に設けた作業機用切換弁のすべてを中立位置に保持しているときには、言い換えると、いずれの作業機も作動していないときには、上記余剰流量の全量がタンクに環流される。このタンクに環流される流量が多ければ多いほど、エネルギーロスが大きくなるという問題があった。

さらに、上記のようにエネルギーロスが発生すると、当然のこととして発熱量も大きくなるが、発熱量が大きくなればそれを冷却するための装置などが必要になるので、当該回路の製造コストが上昇するという問題もあった。
この発明の目的は、エネルギーロスが極端に少ない上に、必要な作業機には必要な流量を供給できるようにした産業機械用制御回路を提供することである。

第１の発明は、レギュレータを備えた可変吐出ポンプ機構と、この可変吐出ポンプ機構に接続された優先弁と、この優先弁の制御流ポートに接続したステアリング系回路と、上記優先弁の余剰流ポートに接続するとともに複数の作業機系切換弁を設けた作業機系回路と、上記レギュレータのパイロット通路と上記優先弁の上流側とを接続する中継通路に設けるとともに、あらかじめ設定した流量を上記パイロット通路に供給するための流量制御弁と、この流量制御弁の下流側に設けるとともに、設定圧制御部の圧力に応じて設定圧を２段階に制御可能にしたパイロット圧制御手段と、上記パイロット通路を上記パイロット圧制御手段の上記設定圧制御部に連通させたり、その連通を遮断したりするパイロット制御弁とを備えている。そして、上記パイロット制御弁は、中立位置にあるとき、上記パイロット通路を、第１制御通路を介して上記設定圧制御部および少なくとも一の作業機系切換弁に連通させるとともに、第２制御通路を介して他の作業機系切換弁に連通させる。また、パイロット制御弁がいずれか一方の位置に切り換わったとき、上記パイロット通路と第１制御通路とを連通させるとともに、上記パイロット通路と第２制御通路との連通を遮断し、いずれか他方の位置に切り換わったとき、上記パイロット通路と第２制御通路とを連通させるとともに、上記パイロット通路と第１制御通路との連通を遮断する構成にしている。さらに、上記作業機系切換弁は、それらが中立位置にあるとき、第１，２制御通路をタンクに連通させる構成にしている。また、上記パイロット制御弁および上記各作業機系切換弁が上記中立位置にあるとき、上記パイロット通路を、作業機系切換弁を介してタンクに連通して上記レギュレータに作用するパイロット圧を最小にし、パイロット制御弁が上記一方の位置に切り換わるとともに上記少なくとも一の作業機系切換弁が中立位置以外の位置に切り換わって第１制御通路とタンクとの連通が遮断されたとき、レギュレータに作用するパイロット圧が上記パイロット圧制御手段の高い設定圧に制御され、上記パイロット制御弁が上記他方の位置に切り換わるとともに上記他の作業機系切換弁が中立位置以外の位置に切り換わって第２制御通路とタンクとの連通が遮断されたとき、レギュレータに作用するパイロット圧が上記パイロット圧制御手段の低い設定圧に制御される構成にしている。

第１の発明によれば、作業機系回路に接続した作業機を作動していないとき、可変吐出ポンプ機構は、ステアリング系回路が必要とする制御流量に、あらかじめ設定した流量を加算した流量を吐出する。そして、上記制御流量はステアリング系回路に供給されるとともに、あらかじめ設定した流量はパイロット通路を介してタンクに環流される。

したがって、上記作業機系回路には作動流体が供給されないことになり、その分、従来に比べエネルギーロスが少なくなる。また、エネルギーロスが少ない分、発熱量も少なくなるので、冷却装置などが必要なくなり、当該回路の製造コストも下げることができる。
しかも、第１の発明によれば、特定の作業機に必要な流量を適切に供給することができる。

図１は、フォークリフトにこの発明の産業機械用制御回路を用いたときの第１実施形態を示すもので、可変吐出ポンプ機構Ｐは、可変吐出ポンプ１とレギュレータ２とを備えている。そして、レギュレータ２にはパイロット通路３を接続しているが、このパイロット通路３の圧力がタンク圧のとき、レギュレータ２が可変吐出ポンプ１の吐出量を、あらかじめ設定した最少流量に設定する。パイロット通路３の圧力が上昇すれば、レギュレータ２が可変吐出ポンプ１の吐出量を、上記最少流量以上の流量に増大させる。

上記のようにした可変吐出ポンプ１には供給通路４を接続するとともに、この供給通路４は優先弁５の流入ポート６に連通させている。このようにした優先弁５は、その制御流ポート７をステアリング系回路８に接続し、余剰流ポート９を作業機系回路１０に接続している。

そして、上記優先弁５はステアリング系回路８に制御流量Ｑ1を優先的に供給し、この制御流量Ｑ1以上の余剰流量Ｑ2を作業機系回路１０に供給するが、上記制御流量Ｑ1は制御オリフィス１１とスプリング１２とによって決められる。すなわち、上記優先弁５は、その一方のパイロット室５ａに制御オリフィス１１の上流側の圧力を導き、他方のパイロット室５ｂに制御オリフィス１１の下流側の圧力を導く構成にするとともに、上記他方のパイロット室５ｂにスプリング１２を設けている。

このようにした優先弁５は、制御オリフィス１１前後の差圧が、スプリング１２のバネ力に等しくなるように作動する。言い換えると、制御オリフィス１１前後の差圧を一定に保って、ステアリング系回路８に供給される制御流量Ｑ1を常に一定に保つようにしている。

そして、上記制御流量Ｑ1以上の余剰流量Ｑ2が流入ポート６に流入したときには、その余剰流量Ｑ2を余剰流ポート９から流出するものである。したがって、流入ポート６に流入する流量が制御流量Ｑ1以下であれば、余剰流ポート９から流出される余剰流量Ｑ2はゼロということになる。
なお、図中符号１３，１４はダンパーオリフィスである。

また、上記供給通路４であって、優先弁５の上流側には中継通路１５を接続しているが、この中継通路１５は、供給通路４と前記パイロット通路３とを連通するものである。このようにした中継通路１５には流量制御弁１６を接続するとともに、この流量制御弁１６の下流側に減圧弁１７を接続している。上記流量制御弁１６は、供給通路４に供給された流量のうち、レギュレータ２に対するパイロット圧を発生させるために必要な最少流量をパイロット流量Ｑ3としてパイロット通路３に導くものである。
そして、前記した可変吐出ポンプ機構Ｐは、パイロット通路３の圧力がゼロのとき、最少吐出流量を確保するが、その最少吐出流量は、制御流量Ｑ1＋パイロット流量Ｑ3となるようにあらかじめ設定されている。

一方、上記減圧弁１７は、その一方の側にスプリング１７ａを設けるとともに、このスプリング１７ａのバネ力を調整する制御ピストン１７ｂをピストン室１７ｃに設けている。この制御ピストン１７ｂに圧力が作用したときには、上記スプリング１７ａがたわんでそのバネ力を大きくする。反対に、制御ピストン１７ｂに圧力が作用していないときには、スプリング１７ａが伸びた状態を保ってそのバネ力を弱くする。
また、上記バネ力が強ければ、減圧弁１７の設定圧が高くなり、バネ力が弱ければその設定圧が低くなる。なお、上記スプリング１７ａ、制御ピストン１７ｂおよびピストン室１７ｃでこの発明の設定圧制御部を構成するものである。

さらに、優先弁５の余剰流ポート９に接続した作業機系回路１０には、リフトシリンダ１８を制御する第１作業機系切換弁１９と、チルトシリンダ２０を制御する第２作業機系切換弁２１と、アタッチメントであるアクチュエータを制御する第３作業機系切換弁２２とを備えている。これら第１，２，３作業機系切換弁１９，２１，２２のそれぞれは、センターオープンタイプで、それらが図示の中立位置にあるとき、余剰流ポート９から流出した作動流体をタンクＴに環流させる。

上記第１作業機系切換弁１９にはパイロットポート２３を設けているが、このパイロットポート２３は、この切換弁１９が中立位置およびリフトシリンダ１８を下降させる下降位置にあるときタンクＴに連通し、リフトシリンダ１８を上昇させる上昇位置においてフルストロークしたとき、そのパイロットポート２３を閉じる構成にしている。そして、このパイロットポート２３は、第１制御通路２４を介して前記減圧弁１７のピストン室１７ｃに連通している。さらにこの第１制御通路２４は、パイロット制御弁２５に接続しているが、このパイロット制御弁２５の構成は次の通りである。

上記パイロット制御弁２５は、パイロット通路３に連通する第１ポート２５ａと、上記第１制御通路２４に連通する第２ポート２５ｂと、第２作業機系切換弁２１のパイロットポート２６に第２制御通路２７を介して連通する第３ポート２５ｃとを備えている。
また、パイロット制御弁２５の両端には、パイロット室２５ｄ，２５ｅを設けるとともに、この両パイロット室２５ｄ，２５ｅのそれぞれにはセンタリングスプリング２８を設けている。そして、上記一方のパイロット室２５ｄには上記した第１制御通路２４の圧力が導かれ、他方のパイロット室２５ｅには第２作業機系切換弁２１に通じる第２制御通路２７の圧力が導かれる構成にしている。

上記のようにしたパイロット制御弁２５は、そのセンタリングスプリング２８の作用で図示のノーマル位置にあるとき、第１〜３ポート２５ａ〜２５ｃを開口させ、パイロット通路３と第１制御通路２４およびパイロット通路３と第２制御通路２７とを連通させる。また、一方のパイロット室２５ｄの圧力作用で、パイロット制御弁２５が図面右側位置に切り換わると、第１ポート２５ａと第２ポート２５ｂとが開口して、パイロット通路３と第１制御通路２４とを連通させるとともに、第３ポート２５ｃを閉じてパイロット通路３と第２制御通路２７との連通を遮断する。

反対に、他方のパイロット室２５ｅの圧力作用で、パイロット制御弁２５が図面左側位置に切り換わると、第１ポート２５ａと第３ポート２５ｃとが開口して、パイロット通路３と２７とを連通させるとともに、第２ポート２５ｂを閉じて、パイロット通路３と第１制御通路２４との連通を遮断する。

また、第２作業機系切換弁２１のパイロットポート２６は、その切換弁２１が図示の中立位置にあるときに開口するとともに、それを第３作業機系切換弁２２のパイロットポート２９に連通させる。そして、第２作業機系切換弁２１が図示の中立位置から左右いずれかの制御位置に切り換えられたとき、このパイロットポート２６が閉じられる構成にしている。

また、上記第３作業機系切換弁２２のパイロットポート２９も、その切換弁２２が図示の中立位置にあるとき開口してこのポート２９をタンクＴに連通させる。第３作業機系切換弁２２が図示の中立位置から左右いずれかの制御位置に切り換えられたとき、このパイロットポート２９が閉じられる構成にしている。
なお、図中符号３０はメインリリーフ弁、３１はステアリング系回路８のリリーフ弁である。

次に、この実施形態の作用を説明する。
今、作業機系回路１０の第１，２，３作業機系切換弁１９，２１，２２を中立位置に保って、リフトシリンダ１８、チルトシリンダ２０および図示していないアタッチメント用アクチュエータを作動していないときには、各切換弁１９，２１，２２のパイロットポート２３，２６および２９のそれぞれがタンクＴに連通する。

上記のように、パイロットポート２３，２６および２９のそれぞれがタンクＴに連通していれば、パイロット制御弁２５のパイロット室２５ｄおよび２５ｅには圧力が立たないので、パイロット制御弁２５は図示の中立位置を保ち、第１〜３ポート２５ａ〜２５ｃを開口する。したがって、パイロット通路３もタンクＴに連通することになる。

このようにパイロット通路３がタンクＴに導かれるので、パイロット通路３内はタンク圧に保たれる。パイロット通路３がタンク圧に保たれた状態では、レギュレータ２が可変吐出ポンプ１の吐出量を最少に保つが、このときの最少吐出流量は制御流量Ｑ1＋パイロット流量Ｑ3に設定されていること前記したとおりである。

したがって、この状態で可変吐出ポンプ１から吐出された流量のうち、制御流量Ｑ1が優先弁５を経由してステアリング系回路８に供給され、パイロット流量Ｑ3が流量制御弁１６を経由してパイロット通路３に供給される。このように可変吐出ポンプ１の全吐出量（Ｑ1＋Ｑ3）がステアリング系回路８とパイロット通路３に供給されるので、作業機系回路１０には作動流体が供給されないことになる。

上記のように、作業機系回路１０の作業機を作動していないときには、可変吐出ポンプ機構Ｐの傾転角が最少に保たれるので、この作業機系回路１０に作動流体が供給されず、その分、エネルギーロスが少なくなる。エネルギーロスが少ないので、この作業機系回路１０において発熱もなくなる。したがって、作業機系回路１０を冷却する装置なども必要なくなる。

なお、流量制御弁１６を経由してパイロット通路３に流入したパイロット流量Ｑ3は、上記したようにタンクＴに導かれる。そのために多少の圧力損失が発生するが、パイロット流量Ｑ3を十分に少なく設定すれば、その圧力損失はほとんど無視してもよい微小なものとなる。

上記の状態から、例えば、第１作業機系切換弁１９を図面右側であるリフトの上昇位置に切り換えるとともにそれをフルストロークすると、パイロットポート２３が閉じられる。このようにパイロットポート２３が閉じられると、第１制御通路２４はパイロット通路３と同圧になる。

一方、第２制御通路２７側はパイロットポート２６，２９を介してタンクＴに流通している。言い換えると、第１ポート２５ａと第３ポート２５ｃとの流通過程では流体の流れによる圧力損失が発生するので、パイロット通路３側の圧力が第２制御通路２７側の圧力よりも高くなる。したがって、パイロット通路３側と同圧である上記第１制御通路２４側の圧力が、第２制御通路２７側の圧力よりも相対的に高くなる。

上記のように、第１制御通路２４側の圧力が高くなるので、パイロット制御弁２５のパイロット室２５ｄ側の圧力も相対的に高くなる。したがって、パイロット制御弁２５は図面右側位置に切り換わり、第１，２ポート２５ａ，２５ｂを連通し、第３ポート２５ｃを閉じる。これによって、パイロット通路３の圧力が、第１ポート２５ａ→第２ポート２５ｂ→第１制御通路２４を介して、減圧弁１７のピストン室１７ｃに導かれる。

上記のようにピストン室１７ｃに導かれた圧力が制御ピストン１７ｂに作用すると、それにともなって制御ピストン１７ｂが移動してスプリング１７ａをたわませ、そのバネ力を強くするとともに、当該減圧弁１７の設定圧力を相対的に高くする。減圧弁１７の設定圧力が高くなれば、それにともなって中継通路１５を経由してパイロット通路３に導かれる圧油の圧力も上昇するので、レギュレータ２に作用するパイロット圧も相対的に高くなって、可変吐出ポンプ１をフルに傾転させる。

このように可変吐出ポンプ１がフルに傾転すれば、それにともなって可変吐出ポンプ１は相対的に大きな吐出量を維持する。つまり、リフトシリンダ１８を上昇させるときに、その切換弁１９をフルストロークすれば、可変吐出ポンプ１の吐出量を多く設定することができる。そして、この増加分の流量は余剰流量Ｑ2としてそのすべてがリフトシリンダ１８に供給されることになる。

なお、第１作業機系切換弁１９を図面左側位置である下降位置に切り換えると、リフトシリンダ１８をタンクに連通させるので、リフトシリンダ１８は自重の作用で下降するとともに、このときには、パイロットポート２３がタンクＴに連通する。このようにパイロット通路３がパイロットポート２３を介してタンクＴに連通するので、レギュレータ２にはそれほど高い圧力が作用しない。そのために、可変吐出ポンプ機構Ｐは最少傾転角を保ち、そのエネルギーロスを最少にする。

一方、第２作業機系切換弁２１あるいは第３作業機系切換弁２２をフルストロークすると、パイロットポート２６あるいはパイロットポート２９が閉じられるので、第２制御通路２７側の圧力が上昇する。このように第２制御通路２７側の圧力が上昇することによって、パイロット制御弁２５のパイロット室２５ｅ側の圧力が相対的に高くなる。
したがって、パイロット制御弁２５は図面左側位置に切り換わり、第１，３ポート２５ａ，２５ｃを連通し、第２ポート２５ｂを閉じる。このように第２ポート２５ｂが閉じられるので、ピストン室１７ｃには圧力が作用しない。

そのため、減圧弁１７はそのスプリング１７ａをたわませることなく、通常の設定圧に保たれる。減圧弁１７が通常の設定圧に保たれるので、可変吐出ポンプ１は上記設定圧にあった吐出量、すなわちリフトシリンダ１８を上昇させるときよりも相対的に少ない吐出量に維持される。
なお、上記減圧弁１７は、この発明のパイロット圧制御手段を構成するもので、このパイロット圧制御手段は、レギュレータ２に対するパイロット圧を２段階に制御できることが、最大の特徴である。

図２はフォークリフトの第２実施形態を示すもので、特に、パイロット圧制御手段が、第１実施形態と相違するもので、その他は第１実施形態と同一である。したがって、この第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については同一符号を付するとともに、それら同一構成要素の詳細な説明を省略する。

この第２実施形態におけるパイロット圧制御手段は、流量制御弁１６とパイロット圧制御用リリーフ弁３２とからなる。上記流量制御弁１６はその流出ポート側をパイロット通路３に連通する一方、流量制御弁１６とパイロット通路３との連通過程に上記パイロット圧制御用リリーフ弁３２を接続したものである。そして、このリリーフ弁３２は、その流出ポート側をタンクＴに連通している。

上記のようにしたパイロット圧制御用リリーフ弁３２は、その一方の側にスプリング３２ａを設けるとともに、このスプリング３２ａのバネ力を調整する制御ピストン３２ｂをピストン室３２ｃに設けている。そして、制御ピストン３２ｂに圧力が作用したときには、上記スプリング３２ａがたわんでそのバネ力を大きくする。

反対に、制御ピストン３２ｂに圧力が作用していないときには、スプリング３２ａが伸びた状態を保ってそのバネ力を弱くする。上記バネ力が強ければ、パイロット圧制御用リリーフ弁３２の設定圧が高くなり、バネ力が弱ければその設定圧が低くなる。そして、上記ピストン室３２ｃは、第１実施形態と同じ第１制御通路２４に連通している。
なお、上記スプリング３２ａ、ピストン３２ｂおよびピストン室３２ｃでこの発明の設定圧制御部を構成するものである。

したがって、第１作業機系切換弁１９をフルストロークしたとき、パイロット通路３の圧力が上記ピストン室３２ｃに導かれて制御ピストン３２ｂに作用する。このように制御ピストン３２ｂにパイロット圧が作用すれば、スプリング３２ａをたわませるので、パイロット圧制御用リリーフ弁３２の設定圧が高くなる。
そのため、この高く設定された圧力が、パイロット制御弁２５の第１ポート２５ａ→第２ポート２５ｂ→第１制御通路２４を介して、レギュレータ２に作用し、可変吐出ポンプ１の吐出量を増大させる。

一方、第２あるいは第３作業機系切換弁２１あるいは２２をフルストロークすると、第１実施形態と同様に、パイロット通路３と第１制御通路２４との連通が遮断されるので、ピストン室３２ｃには圧力が作用しない。したがって、このリリーフ弁３２はそのスプリング３２ａをたわませることなく、相対的に低い設定圧に保たれる。したがって、この相対的に低く設定された圧力がレギュレータ２に作用し、可変吐出ポンプ１は相対的に少ない吐出量を維持する。

この発明の第１実施形態の回路図である。 この発明の第２実施形態の回路図である。

符号の説明

Ｐ 可変吐出ポンプ機構
２ レギュレータ
３ パイロット通路
５ 優先弁
７ 制御流ポート
８ ステアリング系回路
９ 余剰流ポート
１０ 作業機系回路
１５ 中継通路
１６ 流量制御弁
１７ パイロット圧制御手段である減圧弁
１７ａ 設定圧制御部を構成するスプリング
１７ｂ 設定圧制御部を構成する制御ピストン
１７ｃ 設定圧制御部を構成するピストン室
１９ 第１作業機系切換弁
２１ 第２作業機系切換弁
２２ 第３作業機系切換弁
２５ パイロット制御弁
３２ パイロット圧制御手段であるリリーフ弁
３２ａ 設定圧制御部を構成するスプリング
３２ｂ 設定圧制御部を構成する制御ピストン
３２ｃ 設定圧制御部を構成するピストン室
Ｔ タンク

Claims (3)

1. レギュレータを備えた可変吐出ポンプ機構と、この可変吐出ポンプ機構に接続された優先弁と、この優先弁の制御流ポートに接続したステアリング系回路と、上記優先弁の余剰流ポートに接続するとともに複数の作業機系切換弁を設けた作業機系回路と、上記レギュレータのパイロット通路と上記優先弁の上流側とを接続する中継通路に設けるとともに、あらかじめ設定した流量を上記パイロット通路に供給するための流量制御弁と、この流量制御弁の下流側に設けるとともに、設定圧制御部の圧力に応じて設定圧を２段階に制御可能にしたパイロット圧制御手段と、上記パイロット通路を上記パイロット圧制御手段の上記設定圧制御部に連通させたり、その連通を遮断したりするパイロット制御弁とを備え、上記パイロット制御弁は、中立位置にあるとき、上記パイロット通路を、第１制御通路を介して上記設定圧制御部および少なくとも一の作業機系切換弁に連通させるとともに、第２制御通路を介して他の作業機系切換弁に連通させ、いずれか一方の位置に切り換わったとき、上記パイロット通路と第１制御通路とを連通させるとともに、上記パイロット通路と第２制御通路との連通を遮断し、いずれか他方の位置に切り換わったとき、上記パイロット通路と第２制御通路とを連通させるとともに、上記パイロット通路と第１制御通路との連通を遮断する構成にし、かつ、上記作業機系切換弁は、それらが中立位置にあるとき、第１，２制御通路をタンクに連通させる構成にし、上記パイロット制御弁および上記各作業機系切換弁が上記中立位置にあるとき、上記パイロット通路を、作業機系切換弁を介してタンクに連通して上記レギュレータに作用するパイロット圧を最小にし、パイロット制御弁が上記一方の位置に切り換わるとともに上記少なくとも一の作業機系切換弁が中立位置以外の位置に切り換わって第１制御通路とタンクとの連通が遮断されたとき、レギュレータに作用するパイロット圧が上記パイロット圧制御手段の高い設定圧に制御され、上記パイロット制御弁が上記他方の位置に切り換わるとともに上記他の作業機系切換弁が中立位置以外の位置に切り換わって第２制御通路とタンクとの連通が遮断されたとき、レギュレータに作用するパイロット圧が上記パイロット圧制御手段の低い設定圧に制御される構成にした産業機械用制御回路。
2. 上記パイロット圧制御手段は、上記パイロット通路と上記中継通路に設けた上記流量制御弁との連通過程に設けた減圧弁からなる請求項１記載の作業機械用制御回路。
3. 上記パイロット圧制御手段は、上記パイロット通路と上記中継通路に設けた上記流量制御弁との連通過程に接続したパイロット圧制御用リリーフ弁からなる請求項１記載の作業機械用制御回路。

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