JP4601377B2 - 産業機械用ネガティブ制御回路 - 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ネガティブ制御回路に関する。

この種の制御回路として、特許文献１に記載されたもの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。

また、上記作業機系回路にはアクチュエータに対応した複数の切換弁を設けるとともに、それら各切換弁はセンタオープンタイプとしている。したがって、各切換弁を中立位置に保っているときには、ポンプの吐出油が各切換弁のセンタオープン通路を経由してタンクに戻される。
特開２０００−００７３００号公報

上記のようにした従来の制御回路では、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、作業機系回路に接続した切換弁を中立位置に保っているときには、言い換えると、作業機系回路に接続したアクチュエータを作動していないときには、上記余剰流量の全量が作業機系回路を通りタンクに戻されるが、その間で圧力損失が発生し、その分、作動油が発熱し、エネルギーロスが大きくなる。また、エネルギーロスが発生して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。

さらに、各切換弁を中立位置に保っているときでも、固定吐出ポンプの余剰流量分は作業機系回路に流れているので、例えば、切換弁を不用意に切り換えてしまったときには、そこに流れる上記余剰流量によってアクチュエータが動いてしまうという問題も発生していた。
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ネガティブ制御回路を提供することである。

第１の発明は、固定吐出ポンプと、この固定吐出ポンプ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、優先弁の余剰流ポートに接続するとともに複数の切換弁を設けた作業機系回路とを備え、作業機系回路に接続した各切換弁には、中立位置において全開するパイロット流路を形成し、特定の切換弁は、それを切り換えてアクチュエータに圧油を供給する切り換え位置においてパイロット流路を閉じる構成にするとともに、他の切換弁はその切り換え位置においてパイロット流路の開度が絞られる構成にし、最上流の切換弁のパイロット流路は中継通路を介して上記優先弁の上流側に接続し、最下流の切換弁のパイロット流路は絞りを介してタンクに連通する一方、この絞りと最下流のパイロット流路との間を、パイロットラインを介して制御弁のパイロット室に連通してなり、この制御弁は、優先弁の余剰流ポートと最上流の切換弁の流入ポートとの間に接続し、特定の切換弁のパイロット流路が閉じられたときに余剰流ポートからの全流量を作業機系回路に導く全開位置を保ち、パイロット流路が絞られたときに発生するパイロット圧の作用で余剰流ポートからの流量を減少させて作業機系回路に導く絞り位置を保つ構成にした点に特徴を有する。

第１の発明によれば、固定吐出ポンプを用いながら、いわゆるネガティブ制御が可能になり、その分、エネルギーロスを最小限に抑えることができる。このようにエネルギーロスが少ないので、回路の発熱も少なくなり、冷却機構も小型なもので足りるようになる。

図１は、フォークリフトにこの発明の産業機械用ネガティブ制御回路を用いたときの実施形態を示すもので、固定吐出ポンプ１には供給通路２を接続するとともに、この供給通路２は優先弁３の流入ポート４に連通させている。このようにした優先弁３は、その制御流ポート５をステアリング系回路６に接続し、余剰流ポート７を作業機系回路８に接続している。

そして、上記優先弁３はステアリング系回路６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８に供給するが、上記制御流量Ｑ1は制御オリフィス９とスプリング１０とによって決められる。すなわち、上記優先弁３は、その一方のパイロット室３ａに制御オリフィス９の上流側の圧力を導き、他方のパイロット室３ｂに制御オリフィス９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３ｂにスプリング１０を設けている。

このようにした優先弁３は、制御オリフィス９前後の差圧が、スプリング１０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９前後の差圧を一定に保って、ステアリング系回路６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４に流入したときには、その余剰流量Ｑ2を余剰流ポート７から流出するものである。したがって、上記固定吐出ポンプ１は、少なくとも制御流量Ｑ1、余剰流量Ｑ2および後で説明するパイロット流量Ｑ3の合計流量を吐出する能力を備えている。
なお、図中符号１１，１２はダンパーオリフィスである。

さらに、優先弁３の余剰流ポート７に接続した作業機系回路８の最上流には、リフトシリンダ１３を制御する第１切換弁１４を接続し、この第１切換弁１４の下流側には、チルトシリンダ１５を制御する第２切換弁１６を接続し、最下流には、アタッチメント用のアクチュエータを制御する第３切換弁１７を接続している。これら第１，２，３切換弁１４，１６，１７のそれぞれは、それらが中立位置にあるときセンタオープン通路１８〜２０が開き、余剰流ポート７から作業機系回路８に流入した作動流体を、タンク通路２１を介してタンクＴに環流させる。

上記のようにした第１〜３切換弁１４，１６，１７のそれぞれには、上記センタオープン通路１８〜２０とは別のパイロット流路２２〜２４を設けている。これらパイロット流路２２〜２４は、第１〜３切換弁１４，１６，１７が中立位置にあるとき全開する。そして、パイロット流路２２と２３とが連通し、パイロット流路２３と２４とが連通するとともに、最上流の第１切換弁１４のパイロット流路２２を、中継通路２５を介して優先弁３の上流側における供給通路２に接続している。そして、この中継通路２５には流量制御弁２６を接続し、この流量制御弁２６で制御された流量Ｑ3は、この中継通路２５に流入することになる。

さらに、最上流の第１切換弁１４のパイロット流路２２は、第１切換弁１４を図面右側位置に切り換えてリフトシリンダ１３を上昇させるときには全閉する。また、第２，３切換弁１６，１７のパイロット流路２３，２４は、第２，３切換弁１６，１７を中立位置から左右いずれかに切り換えたとき、オリフィス２７，２８として機能するようにしている。そして、最下流の第３切換弁１７におけるパイロット流路２４の下流側は絞り２９を介してタンク通路２１に連通させている。

一方、上記優先弁３の余剰流ポート７と第１切換弁１４の流入ポート１４ａとの間に制御弁Ｖを接続している。この制御弁Ｖは、その一方にスプリング３０のバネ力を作用させ、他方にはパイロット室３１を設けるとともに、このパイロット室３１は、パイロットライン３２を介して上記絞り２９の上流側に接続している。

このようにした制御弁Ｖは、パイロットライン３２からのパイロット圧が、パイロット室３１に作用していないときには、スプリング３０のバネ力の作用で、図示の右側位置ｃすなわち余剰流ポート７からの全流量を作業機系回路８に導く全開位置ｃを保つ。また、第１〜３切換弁１４，１６，１７のすべてを中立位置に保っているときには、各パイロット流路２２〜２４が全開するので、絞り２９に流れる流量が最大すなわちパイロット流量Ｑ3になり、その分、絞り２９の前後の圧力差が大きくなる。言い換えると、パイロットライン３２に発生するパイロット圧が高くなる。このように高いパイロット圧がパイロット室３１に作用すると制御弁Ｖは図面左側位置ａに切り換わる。

制御弁Ｖが上記のように図面左側位置ａに切り換わると、余剰流ポート７からの全流量をタンク通路２１に導くドレン位置ａを保つ。したがって、余剰流ポート７からの全流量はタンク通路２１を介してタンクＴに戻され、作業機系回路８には作動流体が供給されない。

また、第１切換弁１４を中立位置に保ったまま、第２あるいは第３切換弁１６あるいは１７を左右いずれかに切り換えると、それら切換弁のパイロット流路２３あるいは２４はオリフィス２７あるいは２８として機能することになる。このようにオリフィス２７あるいは２８が機能すれば、絞り２９に到達する流量も少なくなるので、その分、絞り２９前後の差圧が小さくなる。したがって、パイロットライン３２およびパイロット室３１に導かれるパイロット圧も、すべてのパイロット流路２２〜２４が全開状態にあるときよりも、相対的に低くなる。このようにパイロット圧が相対的に低くなるので、制御弁Ｖは、前記全開位置ｃとドレン位置ａとの中間位置ｂを保つことになる。

制御弁Ｖが上記の中間位置ｂを保つと、この制御弁Ｖは、余剰流量を作業機系回路８に導く流路と、タンク通路２１に導く流路とに分岐するとともに、それら各流路に絞り抵抗を付与する。したがって、制御弁Ｖが全開位置ｃにあるときよりも作業機系回路８に導かれる流量も少なくなる。このように制御弁Ｖのパイロット室３１に作用するパイロット圧を制御することによって作業機系回路８に供給される流量を制御できるが、このパイロット圧を制御しているのが、第２，３切換弁１６，１７におけるパイロット流路２３，２４に形成されるオリフィス２７，２８の開口面積である。したがって、このオリフィス２７，２８の開口面積を、アクチュエータの目的に応じて調整すれば、当該アクチュエータに必要な最適流量を供給できるようになる。

また、上記中継通路２５には、バイパス通路３３を接続し、中継通路２５はこのバイパス通路３３を介してパイロットライン３２に連通する構成にしている。ただし、このバイパス通路３３電磁弁であるセキュリティバルブ３４を設けている。このセキュリティバルブ３４はそれが非励磁のときに図示の開位置を保ち、励磁したときには閉位置を保つようにしている。そして、作業機系回路８のシリンダ１３，１５等を通常に作動させるときには、上記セキュリティバルブ３４を閉位置に保っておく。

次に、この実施形態の作用を説明する。
セキュリティバルブ３４を閉位置に立つとともに、作業機系回路８の第１〜３切換弁１４，１６，１７を中立位置に保った状態で固定吐出ポンプ１を駆動すると、その吐出量のうちパイロット流量Ｑ3が流量制御弁２６→中継通路２５→第１切換弁１４のパイロット流路２２→第２切換弁１６のパイロット流路２３→第３切換弁１７のパイロット流路２４→絞り２９→タンク通路２１を経由してタンクＴに流れる。このようにして絞り２９に流れが生じると、この絞り２９前後に差圧が発生し、その上流側の圧力がパイロットライン３２を介して制御弁Ｖのパイロット室３１に導かれる。

上記のように第１〜３切換弁１４，１６，１７が中立位置にあるとき、すなわち作業機系回路８のアクチュエータを作動させていないときには、前記したようにパイロット室３１に作用するパイロット圧がもっとも高く保たれるので、この高いパイロット圧で制御弁Ｖは図面左側位置であるドレン位置ａに切り換えられる。したがって、作業機系回路８には余剰流量は供給されず、エネルギーロスもほとんどない。

次にリフトシリンダ１３を上昇させるために第１切換弁１４を図面右側位置である全開位置ｃに切り換えると、パイロット流路２２がふさがれる。このように最上流に位置する第１切換弁１４のパイロット流路２２がふさがれるので、パイロットライン３２にはパイロット圧が発生しない。したがって、制御弁Ｖは、スプリング３０のバネ力で、図示の全開位置ｃを保ち、余剰流量の全量を第１切換弁１４に供給する。そして、リフトシリンダ１３の上昇時とチルトシリンダ１５の作動時とでは、リフトシリンダ１３の上昇時の方が大流量を必要とするので、リフトシリンダ１３の上昇時に、制御弁Ｖが上記全開位置ｃを保つことによって、要求される大流量に応えることができる。

なお、リフトシリンダ１３を下降させるときには、その負荷の自重で下降させることができるので、第１切換弁１４は、リフトシリンダ１３をタンクＴに連通するだけで足りる。したがって、この場合には、パイロット流路２２を全開にしたままにしている。

次に、例えば、第２切換弁１６を左右いずれかに切り換えて、チルトシリンダ１５を操作すると、そのパイロット流路２３がオリフィス２７として機能する。したがって、絞り２９を通過する流量も少なくなり、第１〜３切換弁１４，１６，１７を中立位置に保っているときよりも、パイロット圧が相対的に低くなる。したがって、制御弁Ｖは中間位置ｂを保つことになり、余剰流量を作業機系回路８に導く流路と、タンク通路２１に導く流路とに分岐するとともに、それら各流路に絞り抵抗を付与する。したがって、チルトシリンダ１５に供給される最大流量は、リフトシリンダ１３を上昇させるときよりも少なくなる。つまり、この実施形態では、アクチュエータに応じて最大流量を制御できるので、ここでもエネルギーロスが少なくなる。

また、第１〜３切換弁１４，１６，１７の切り換えいかんにかかわらず、セキュリティバルブ３４を開位置に保てば、パイロット流量Ｑ3の全量を制御弁Ｖのパイロット室３１に導くことができる。このようにパイロット流量Ｑ3の全量をパイロット室３１に導くことによって、制御弁Ｖをドレン位置ａに切り換えられる。

上記のように制御弁Ｖをドレン位置ａに切り換えられるので、作業機系回路８には流体が供給されなくなる。つまり、作業機系回路８への供給流量をゼロに保つことができる。このように作業機系回路８への供給流量をゼロに保つことによって、セキュリティバルブ３４を、安全を維持するためのバルブとして機能させることができる。

例えば、このセキュリティバルブ３４を、オペレータが運転席に着座しているとき閉位置を保ち、オペレータが運転席を離れたときに開位置を保つようにしておけば、オペレータが運転席を離れている状態で、第１〜３切換弁１４，１６，１７のいずれかが何らかの力を受けて切り換わったとしても、アクチュエータが不用意に作動するという危険を回避できる。

また、上記セキュリティバルブ３４は、着座確認用だけでなく、いろいろなセキュリティ用に使えることもちろんである。例えば、フォークリフトなどで、制限重量以上の重量を持ち上げようとしたとき、その重量を電気的に感知してこのセキュリティバルブ３４を開位置に切り換えるようにしてもよい。
さらに、セキュリティバルブ３４は、正常時に開位置に保ち、異常時に閉位置を保つようにしてもよい。
なお、上記実施形態では、第１〜３切換弁１４，１６，１７をセンターオープンタイプにしたが、それらをセンタークローズドタイプにしてもよいこと当然である。

本願発明における実施形態の回路図である。

符号の説明

１ 固定吐出ポンプ
３ 優先弁
５ 制御流ポート
６ ステアリング系回路
７ 余剰流ポート
８ 作業機系回路
１３ リフトシリンダ
１４ 第１切換弁
１５ チルトシリンダ
１６ 第２切換弁
１７ 第３切換弁
Ｔ タンク
２２〜２４ パイロット流路
２５ 中継通路
２９ 絞り
Ｖ 制御弁
ａ ドレン位置
ｃ 全開位置
３１ パイロット室
３２ パイロットライン
３３ バイパス通路
３４ セキュリティバルブ

Claims (3)

1. 固定吐出ポンプと、この固定吐出ポンプ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、優先弁の余剰流ポートに接続するとともに複数の切換弁を設けた作業機系回路とを備え、作業機系回路に接続した各切換弁には、中立位置において全開するパイロット流路を形成し、特定の切換弁は、それを切り換えてアクチュエータに圧油を供給する切り換え位置においてパイロット流路を閉じる構成にするとともに、他の切換弁はその切り換え位置においてパイロット流路の開度が絞られる構成にし、最上流の切換弁のパイロット流路は中継通路を介して上記優先弁の上流側に接続し、最下流の切換弁のパイロット流路は絞りを介してタンクに連通する一方、この絞りと最下流のパイロット流路との間を、パイロットラインを介して制御弁のパイロット室に連通してなり、この制御弁は、優先弁の余剰流ポートと最上流の切換弁の流入ポートとの間に接続し、特定の切換弁のパイロット流路が閉じられたときに余剰流ポートからの全流量を作業機系回路に導く全開位置を保ち、パイロット流路が絞られたときに発生するパイロット圧の作用で余剰流ポートからの流量を減少させて作業機系回路に導く絞り位置を保つ構成にした産業機械用ネガティブ制御回路。
2. 優先弁の上流側に接続した中継通路には、上記切換弁のパイロット流路を経由せずにパイロットラインに連通するバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通路にセキュリティバルブを設け、このセキュリティバルブを開閉可能にする一方、セキュリティバルブを開いて優先弁の上流側の圧力を制御弁のパイロット室に導いたとき、上記制御弁は、余剰流ポートからの余剰流全量をタンクに導く位置に切り換えられる構成にした請求項１記載の産業機械用ネガティブ制御回路。
3. 上記各切換弁のパイロット流路はそれら切換弁が中立位置にあるときに全開して上記絞りを通過するパイロット流量を最大に保つとともに、そのときのパイロットラインに発生するパイロット圧の作用で制御弁が切り換わって、余剰流ポートからの全量をタンクに導く構成にした請求項１または２に記載の産業機械用ネガティブ制御回路。

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