JP4642598B2 - 方向切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、破砕機の送込装置を駆動する油圧モータへの作動油の流れを切換える方向切換弁に関するものである。

従来、破砕機として樹木破砕機がある。この樹木破砕機は、被破砕物を破砕する刃を回転軸の外周に取付けた破砕装置と、破砕装置の刃の回転軌跡内に連通し被破砕物を投入口から破砕装置に送込む送込装置と、破砕装置を駆動する回転軸を備えたエンジンと、エンジンの回転軸と破砕装置の回転軸とを連結する動力伝達手段とを備えていた。そして、送込装置を油圧モータで駆動するものであった。

樹木破砕機は、破砕装置に処理量以上の被破砕物が投入された場合、負荷が大きくなり破砕装置の回転数が減少して破砕性能が低下しないように、送込装置の油圧モータを停止し、破砕装置の回転数が復帰すれば、油圧モータを作動させるという制御を取っていた。この制御は、破砕装置の高負荷に伴い、破砕装置やエンジンの回転数が減少することに着目して、破砕装置やエンジンの回転数を電気的に感知して油圧モータに供給する作動油を電磁弁の開閉動作で供給・停止させるものであった。そのため、電気センサー、電気制御回路、電磁弁等高価なものを使用していた。

本発明に係る方向切換弁は、破砕部と、油圧ポンプから供給される作動油で回転する油圧モータで作動し被破砕物を前記破砕部に送込む送込装置とを有し、前記破砕部と油圧ポンプがエンジンやモータ等の単一駆動源にて駆動される破砕機に取付けられ、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を切換える方向切換弁であって、バルブ内の一端側に形成されて作動油がバルブの入力ポートから供給される油溜室と、バルブ内の他端側に配設されたばねと、バルブ内に往復動可能に配設され前記ばねによって前記油溜室側に附勢されたスプールと、前記スプール内に形成された連通路であって、一端が少なくとも二股に分岐してそのうちの第１分岐通路がスプールの端面において前記油溜室に臨んで常時開口し、第２分岐通路がスプールの周面に開口してスプールが前記油溜室側に往動した状態で油溜室に臨んで開口すると共にスプールがばねに抗して復動した状態で閉塞され、かつ、連通路の他端がスプールの周面の所定位置に開口した連通路と、バルブの内周面に連通して形成された第１出力ポートおよび第２出力ポートであって、前記スプールの往動位置と復動位置で前記連通路の他端を第２出力ポートまたは第１出力ポートに択一的に切換連通させるようにしたものである。

本発明に係る破砕機は、上記方向切換弁によって駆動制御する破砕機であって、前記入力ポートを油圧ポンプの吐出口に接続し、前記第１出力ポートを駆動源となる油圧モータに供給接続し、前記第２出力ポートをオイルリザーバを経由して油圧ポンプに環流接続し、前記スプールがばねに抗して復動した状態で前記連通路を第１出力ポートに連通して油圧モータを駆動するようにしたものである。

本発明の方向切換弁によれば、破砕部と、油圧ポンプから供給される作動油で回転する油圧モータで作動し被破砕物を前記破砕部に送込む送込装置とを有し、前記破砕部と油圧ポンプがエンジンやモータ等の単一駆動源にて駆動される破砕機に取付けられ、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を切換える方向切換弁であって、バルブ内の一端側に形成されて作動油がバルブの入力ポートから供給される油溜室と、バルブ内の他端側に配設されたばねと、バルブ内に往復動可能に配設され前記ばねによって前記油溜室側に附勢されたスプールと、前記スプール内に形成された連通路であって、一端が少なくとも二股に分岐してそのうちの第１分岐通路がスプールの端面において前記油溜室に臨んで常時開口し、第２分岐通路がスプールの周面に開口してスプールが前記油溜室側に往動した状態で油溜室に臨んで開口すると共にスプールがばねに抗して復動した状態で閉塞され、かつ、連通路の他端がスプールの周面の所定位置に開口した連通路と、バルブの内周面に連通して形成された第１出力ポートおよび第２出力ポートであって、前記スプールの往動位置と復動位置で前記連通路の他端を第２出力ポートまたは第１出力ポートに択一的に切換連通させるようにしたものである。このことにより、油溜室への作動油の供給量が減少し所定値以下に低下したとき、スプールを往動させて油溜室側へ移動させて第１出力ポートからの作動油の吐出を停止し、第２出力ポートから作動油を吐出する方向に切換え、油溜室への作動油の供給量が増大したときに、ばねの力に抗してスプールを復動させて第１出力ポートから作動油を吐出し、第２出力ポートからの作動油の吐出を停止する方向にスプールを移動させることができる。

また、本発明の破砕機によれば、上記方向切換弁によって駆動制御する破砕機であって、前記入力ポートを油圧ポンプの吐出口に接続し、前記第１出力ポートを駆動源となる油圧モータに供給接続し、前記第２出力ポートをオイルリザーバを経由して油圧ポンプに環流接続し、前記スプールがばねに抗して復動した状態で前記連通路を第１出力ポートに連通して油圧モータを駆動するようにしたもので、油圧ポンプの流量の変動により、方向切換弁の油溜室の作動油の流量も変動し、この油溜室の作動油の流量でスプールを往復動させて、方向切換弁から吐出される作動油を第２出力ポートと第１出力ポートのどちらか一方に自動的に切換えて、油圧モータの運転、停止を行える。したがって、電気部品等の高価な電気部品を用いることなく、油圧制御で電気制御と同様の制御を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る油圧回路の方向切替弁を図面に基づいて説明する。

油圧回路の方向切換弁１は、中立状態と作動状態とに移動する２位置切換弁である。この方向切換弁１は、図１に示すように、作動油の流入側となる入力ポート２と、作動油の流出側となる第１出力ポート３，および第２出力ポート４と、第１分岐通路５と、第２分岐通路６と、圧縮ばね９とから構成されている。

方向切換弁１は、この実施形態では、図２、図３に示すように、入力ポート２、第１出力ポート３、第２出力ポート４がバルブ７に形成され、バルブ７内の一端側に油溜室８、他端側にばね９を配設して、スプール１０をバルブ７内に往復動可能に配設している。具体的には、この実施形態では、スプール１０を往復動可能に内嵌するバルブ７の内周壁に、図２、図３の左から右へ入力ポート２と連通する第１油室１１、第１出力ポート３と連通する第２油室１２、第２出力ポート４と連通する第３油室１３を設けている。バルブ７の両端はプラグ１４，１５をねじ込んで取付けている。前記油溜室８は、入力ポート２から供給される作動油が溜まる室で、前記プラグ１４とスプール１０の端部間並びにスプール１０の端部側に形成された室８ａ、８ｂ、８ｃ及びバルブ７の空間８ｄで形成されている。スプール１０は、ばね９により油溜室８側に附勢されている。

スプール１０内には、連通路１６が形成されており、一端１６ａが少なくとも二股に分岐してそのうちの第１分岐通路５がスプール１０の端面において前記油溜室８に臨んで常時開口している。また、連通路１６の第２分岐通路６がスプール１０の周面に開口してスプール１０が前記油溜室８側に往動した状態で油溜室８に臨んで開口すると共にスプール１０がばね９に抗して復動した状態でバルブ７の内周壁によって閉塞されるようになっている。また、連通路１６の他端１６ｂにスプール１０の周面の所定位置に開口１７，１８を形成している。開口１７は第２油室１２と連通し、開口１８は第３油室１３と連通する。開口１８は、前記ばね９の挿入用の開口にもなっていて、ばね９の一端が連通路１６内に挿入されている。

方向切換弁１の中立状態とは、スプール１０がばね９の力により油溜室８側へ移動している状態で、プラグ１４とスプール１０の端部が当接している。この時、開口１７がバルブ７の内周壁で閉じられており、開口１８と第３油室１３が連通する。また、方向切換弁１の作動状態とは、図３に示すように、作動油の供給量が増大して、第１分岐通路５と第２分岐通路６を通過する流量による圧力差が増大し、スプール１０がばね９の力に抗して反油溜室８側へ移動している状態で、プラグ１５とスプール１０の開口１８の端部が当接して第３油室１３との連通を閉じ、開口１７と第２油室１２が連通する。したがって、スプール１０が中立状態に位置する時には、油溜室８に、第１分岐通路５と第２分岐通路６とで連通し、スプール１０が作動状態に位置する時には、第２分岐通路６をバルブ７の内周壁で閉じて、第１分岐通路５だけを連通する。

次に、方向切換弁１を採用した破砕機として樹木破砕機を例に説明する。樹木破砕装置１０１は、図４に示すように、フレーム１０２の上に、投入口１０３と、破砕装置１０４と、駆動源１０５とを備えている。

フレーム１０２は、この実施形態では、図４に示すように、前進方向に延びており、下部に無端状の走行輪１０６を前進方向に対して左右に備えているとともに、前進方向の最後部に樹木破砕機１０１を操縦するためのハンドル１０７を備えている。

破砕装置１０４は、この実施形態では、図６に示すように、破砕ケース１０８内に軸受１１０で水平方向に軸支された回転軸１０９を取付けている。回転軸１０９の外周には刃１１１が取付けられている。この実施形態では、図４に示すように、回転軸１０９に回転板１１２を取付、この回転板１１２の一側面に被破砕物（例えば、樹木）を破砕する刃１１１を取付けている。破砕ケース１０８の一側面側で、回転軸１０９からやや離れた位置に被破砕物の投入口１０３を連通させて取付けており、被破砕物を回転板１１２にほぼ直角に押しつけて刃１１１でチップ状に破砕するようにしている。この破砕されたチップは、回転板１１２の回転時に発生する風圧でダクト１１３から排出している。この破砕装置１０４は、回転軸１０９の向きを、図４に示すように、樹木破砕機１０１の前進方向と直角にして、回転板１１２を前進方向に沿った面内で回転するようにフレーム１０２上に取付けている。この実施形態では、図５に示すように、前進方向に向ってフレーム１０２の右側に破砕装置１０４を前後方向に配置している。このことにより、図５に示すように、投入口１０３は、前進方向に向かって、フレーム１０２の左側の後部に位置している。

駆動源１０５は、この実施形態では、エンジンで形成され、走行輪１０６や破砕装置１０４等をエンジンで回転駆動するものである。駆動源１０５は前進方向に向かって回転軸１１６を左右方向に配置している（図６参照）。この駆動源１０５の回転軸１１６と、破砕装置１０４の回転軸１０９との間には、駆動ベルト１１７が掛け渡されている。駆動ベルト１１７は、この実施形態では、図４に示すように、回転軸１０９，１１６にプーリ１１８，１１９をそれぞれ取付け、プーリ１１８，１１９間に掛け渡して取付けられ、駆動源１０５の回転力を破砕装置１０４の回転軸１０９に伝える。

また、投入口１０３と破砕装置１０４との間には、投入された被破砕物を破砕装置１０４に送る送込装置１２１（図５参照）を設けている。この実施形態では、送込装置１２１は、被粉砕物を破砕装置１０４の回転板１１２に押しつける送りローラ１２２と、送りローラ１２２を回転させる油圧モータ１２３とから構成している。油圧モータ１２３は、図７に示すように、駆動源１０５に連結された油圧ポンプ１２４から送出される作動油で回転を制御する。油圧ポンプ１２４は、吸込側をオイルリザーバ１２５に接続し、吐出側を油圧モータ１２３の作動油供給管路１２６に接続する。

油圧モータ１２３の作動油供給管路１２６には、図７に示すように、手動切換弁１２７と、方向切換弁１とを設けている。手動切換弁１２７は、３位置切換弁であり、そのレバーを操作することにより、油圧ポンプ１２４からの作動油を油圧モータ１２３の正転側、または逆転側に供給するか、あるいは、戻り管路１２９側へアンロードする。手動切換弁１２７により、油圧モータ１２３の正転、逆転、停止を制御できるようになっている。

方向切換弁１は、この実施形態では、油圧ポンプ１２４の吐出口と入力ポート２を接続している。そして、方向切換弁１の第１出力ポート３を手動切換弁１２７を介して油圧モータ１２３に接続し、第２出力ポート４を手動切換弁１２７を介してオイルリザーバ１２５へ接続している。

このような樹木破砕機１０１は、図７に示すように、駆動源１０５と破砕装置１０４、油圧ポンプ１２４は連動しており、駆動源１０５の回転軸１１６の回転が速ければ、破砕装置１０４の回転軸１０９の回転速度、油圧ポンプ１２４の回転速度も速くなる。また、破砕装置１０４の回転軸１０９の回転速度が被破砕物を破砕する抵抗等で遅くなれば、駆動源１０５の回転軸１１６の回転も遅くなり、油圧ポンプ１２４の回転も遅くなる。すなわち、駆動源１０５、破砕装置１０４、油圧ポンプ１２４は、連動して回転数が早くなったり、遅くなったりする。

被破砕物を投入していない状態では、駆動源１０５の回転軸１１６を一定回転数で運転すると、駆動ベルト１１７により破砕装置１０４の回転軸１０９は回転数Ｒ１以上で回転して刃１１１を回転する。また、同時に油圧ポンプ１２４も回転させられて作動油を流量Ｑ１以上で吐出する。この回転数Ｒ１により作動油の流量がＱ１以上となると、方向切換弁１の油溜室８に流量Ｑ１が流れて、第１分岐通路５，第２分岐通路６を通過する作動油の流量による圧力差が増大し、ばね９の力に抗してスプール１０を復動させて方向切換弁１を作動状態にする。この結果、油圧ポンプ１２４から流量Ｑ１以上の作動油を油圧モータ１２３に供給して油圧モータ１２３を回転させ、送込装置１２１を作動させる。

そして、この状態で伐採された樹木や剪定された枝などの被破砕物を投入口１０３に投入すると、被破砕物が送込装置１２１によって破砕装置１０４の回転板１１２に押しつけてられ刃１１１によりチップ状に破砕され、ダクト１１３から排出される。

この時、破砕作業時に破砕装置１０４の負荷が増大すると破砕装置１０４と同期して駆動源１０５の回転が落ち、回転軸１１６の回転がＲ２に下がり、油圧ポンプ１２４から吐出される作動油の流量がＱ２以下にまで下がる。作業油の流量がＱ２以下となると、作動油の第１分岐通路５を通過する流量による圧力差が減少し、方向切換弁１のスプール１０を押圧する力が弱くなり、ばね８の力でスプール１０が往動し中立状態に移動する。方向切換弁１が中立状態になると、作動油は方向切換弁１の第２出力ポート４から手動切換弁１２７に流れて、オイルリザーバ１２５へと流れる。この結果、油圧モータ１２３への作動油の供給が停止して、送込装置１２１が一時的に停止する。

送込装置１２１が停止することにより、破砕装置１０４の回転軸１０９の負荷が低下するので、これにより、駆動源１０５の回転軸１１６の回転が上昇に転じて回転数Ｒ１以上に回復すると、油圧ポンプ１２４から流量Ｑ１以上の作動油を方向切換弁１の入力ポート２に吐出する。方向切換弁１の入力ポート２と連通している油溜室８に作動油の流量Ｑ１以上が流入すると、油溜室８から第１分岐通路５，第２分岐通路６、連通路１６、開口１８、第３油室１３、第２出力ポート４へと作動油が流れるが、油溜室８側の第１分岐通路５，第２分岐通路６を通過する作動油の流量による圧力差による力が、ばね９の力よりも大きくなると、スプール１０をばね９の力に抗して復動させ方向切換弁１を再び作動状態にする。

油圧ポンプ１２４から吐出される作動油の流量Ｑは、駆動源１０５の回転軸１１６の回転数の増減により、増減する。このため、方向切換弁１の作動は、図８に示すようになる。

ａ;作動油の流量が増加する場合（回転軸１１６の回転数が上がる場合）

ａ−１；作動油の流量がＱ１未満の場合
作動油は、入力ポート２→第１油室１１→油溜室８→第１分岐通路５，第２分岐通路６→連通路１６→開口１８→第３油室１３→第２出力ポート４へと流れて、手動切換弁１２７を介してオイルリザーバ１２５へ作動油を戻している。この時、第１分岐通路５，第２分岐通路６の圧力損失をＰ１、スプール１０の断面積をＡとすると、Ｐ１×Ａ＜ばね力Ｆｂ１（Ｆｂ１は、方向切換弁１を中立状態に保持するばね９の力）の関係にある。

ａ−２；作動油の流量がＱ１以上の場合
作動油は、入力ポート２→第１油室１１→油溜室８→第１分岐通路５→連通路１６→開口１７→第２油室１２→第１出力ポート３と流れて、手動切換弁１２７を介して油圧モータ１２３→オイルリザーバ１２５へと流れる。この時、第１分岐通路５の圧力損失をＰ２、スプール１０の断面積をＡとすると、Ｐ２×Ａ＞ばね力Ｆｂ２（Ｆｂ２は、方向切換弁１を作動状態から中立状態に戻すばね９の力）の関係にある。
ｂ;作動油の流量が減少する場合（回転軸１１６の回転数が下がる場合）

ｂ−１；作動油の流量がＱ２以上の場合
作動油は、入力ポート２→第１油室１１→油溜室８→第１分岐通路５→連通路１６→開口１７→第２油室１２→第１出力ポート３と流れて、手動切換弁１２７を介して油圧モータ１２３→オイルリザーバ１２５へと流れる。この時、第１分岐通路５の圧力損失をＰ３、スプール１０の断面積をＡとすると、Ｐ３×Ａ＞ばね力Ｆｂ２（Ｆｂ２は、方向切換弁１を作動状態から中立状態に戻すばね９の力）の関係にある。

ｂ−１；作動油の流量がＱ２未満の場合
作動油は、入力ポート２→第１油室１１→油溜室８→第１分岐通路５，第２分岐通路６→連通路１６→開口１８→第３油室１３→第２出力ポート４へと流れて、手動切換弁１２７を介してオイルリザーバ１２５へ作動油を戻している。この時、第１分岐通路５，第２分岐通路６の圧力損失をＰ４、スプール１０の断面積をＡとすると、Ｐ４×Ａ＜ばね力Ｆｂ１（Ｆｂ１は、方向切換弁１を中立状態に保持するばね９の力）の関係にある。

また、方向切換弁１から自動的に作動油を供給している状態の時には、手動切換弁１２７を操作することにより、油圧モータ１２３の正転、逆転、停止の操作をすることができる。

以上説明したように、方向切換弁１は、油溜室８への作動油の供給量が減少し所定値以下に低下したとき、スプール１０を往動させて油溜室８側へ移動させて第１出力ポート３からの作動油の吐出を停止し、第２出力ポート４から作動油を吐出する方向に切換え、油溜室８への作動油の供給量が増大したときに、ばね９の力に抗してスプール１０を復動させて第１出力ポート３から作動油を吐出し、第２出力ポート４からの作動油の吐出を停止する方向にスプール１０を移動させることができるので、電気部品等の高価な電気部品を用いることなく、油圧制御で電気制御と同様の制御を実現することができる。また、エンジンのように負荷によって回転数が変化するような破砕機に方向切換弁１を使用すると、回転数の変動により増減する作動油の流量に応じて自動的に作動油の流れを切換えることができる。

例えば、このような方向切換弁１を樹木破砕機１０１に採用することにより、破砕装置１０４の負荷が増大し、油圧ポンプ１２４からの作動油の流量がＱ２以下に減少したときは、油圧モータ１２３への作動油の供給を停止し、破砕装置１０４の負荷を軽減する。破砕装置１０４の負荷が軽減されると、駆動源１０５の回転軸１１６の負荷も軽減されて、回転軸１１６の回転数が上昇し、この回転数の上昇が所定値Ｒ１以上となると、方向切換弁１２８の油溜室８の作動油の流量がＱ１以上となってばね９の力に抗してスプール１０を切換えて、油圧モータ１２３へ作動油を流量Ｑ１以上で供給して、油圧モータ１２３を回転させる。したがって、破砕装置１０４の破砕性能低下を防止でき、安定した破砕ができる。

以上、本発明の一実施形態に係る樹木破砕機を説明したが、本発明に係る樹木破砕機は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

例えば、実施形態では、油圧制御式送り装置として、送込装置１２１，油圧モータ１２３，油圧ポンプ１２４、作動油供給回路１２６より構成したが、送込装置１２１は、送りローラ１２２に限定されるものでない。また、破砕装置１０４の回転軸１０９を駆動源１０５の回転軸１１６で回転させたが、油圧ポンプ１２４の作動油で回転する油圧ポンプの回転軸と破砕装置１０４の回転軸１０９を動力伝達手段で連結することもできる。また、送込装置１２１を送りローラと油圧モータで構成したが、コンベアと油圧モータで構成してもよい。また、方向切換弁１において、分岐通路を一つにしてバネ力を2段階に変化させてもよし、分岐通路を細長い通路で断面積を変化させてもよい。

方向切換弁の記号回路図である。 方向切換弁の中立状態を示す断面図である。 方向切換弁の作動状態を示す断面図である。 樹木破砕機の概略側面図である。 樹木破砕機の概略平面図である。 樹木破砕機の概略背面図である。 樹木破砕機のシステム概要図である。 油圧ポンプに流れる作動油の流量と駆動源回転軸の回転数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 方向切換弁
２ 入力ポート
３ 第１出力ポート
４ 第２出力ポート
５ 第１分岐通路
６ 第２分岐通路
８ 油溜室
９ ばね
１０ スプール
１６ 連通路
１０１ 樹木破砕機
１０４ 破砕装置
１０５ 駆動源
１２１ 送込装置
１２３ 油圧モータ
１２４ 油圧ポンプ

Claims (2)

1. 破砕部と、油圧ポンプから供給される作動油で回転する油圧モータで作動し被破砕物を前記破砕部に送込む送込装置とを有し、前記破砕部と油圧ポンプがエンジンやモータ等の単一駆動源にて駆動される破砕機に取付けられ、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を切換える方向切換弁であって、
   バルブ内の一端側に形成されて作動油がバルブの入力ポートから供給される油溜室と、
   バルブ内の他端側に配設されたばねと、
   バルブ内に往復動可能に配設され前記ばねによって前記油溜室側に附勢されたスプールと、
   前記スプール内に形成された連通路であって、一端が少なくとも二股に分岐してそのうちの第１分岐通路がスプールの端面において前記油溜室に臨んで常時開口し、第２分岐通路がスプールの周面に開口してスプールが前記油溜室側に往動した状態で油溜室に臨んで開口すると共にスプールがばねに抗して復動した状態で閉塞され、かつ、連通路の他端がスプールの周面の所定位置に開口した連通路と、
   バルブの内周面に連通して形成された第１出力ポートおよび第２出力ポートであって、前記スプールの往動位置と復動位置で前記連通路の他端を第２出力ポートまたは第１出力ポートに択一的に切換連通させるようにしたことを特徴とする方向切換弁。
2. 請求項１の方向切換弁によって駆動制御する破砕機であって、前記入力ポートを油圧ポンプの吐出口に接続し、前記第１出力ポートを駆動源となる油圧モータに供給接続し、前記第２出力ポートをオイルリザーバを経由して油圧ポンプに環流接続し、前記スプールがばねに抗して復動した状態で前記連通路を第１出力ポートに連通して油圧モータを駆動するようにしたことを特徴とする破砕機。