JP4841369B2

JP4841369B2 - アクチュエータ制御装置

Info

Publication number: JP4841369B2
Application number: JP2006245961A
Authority: JP
Inventors: 一監大嶋
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: JP2008064298A

Description

この発明は、例えば、フォークリフト等におけるリフトシリンダの下降動作を制御するのに適したアクチュエータ制御装置に関する。

この種の装置として本出願人は、特願２００５−３６０７４１号にかかわる発明を特許庁に既に出願している。その内容は図２，３に示すとおりであり、以下には、それを具体的に説明する。この従来の装置は、フォークリフトのリフトシリンダを制御する場合を想定したもので、バルブボディＢには、上記リフトシリンダに接続したアクチュエータポート１と、メインスプールＭＳを摺動自在に組み込むスプール孔２とを形成している。また、このバルブボディＢには、オペレートチェック弁Ｖを組み込むとともに、このオペレートチェック弁Ｖを介して、アクチュエータポート１を供給通路３と戻り通路４とに連通させている。言い換えると、供給通路３と戻り通路４との合流部分にオペレートチェック弁Ｖを設けている。

上記オペレートチェック弁Ｖは、弁体５に設けたポペット部５ａで、バルブボディＢに設けたシート部６を開閉するようにしている。そして、シート部６が開いたときには、アクチュエータポート１が供給通路３および戻り通路４に連通し、シート部６が閉じられたときは、アクチュエータポート１と供給通路３および戻り通路４との連通が遮断される構成にしている。

また、上記オペレートチェック弁Ｖは、上記ポペット部５ａとは反対側に筒部５ｂを設け、この筒部５ｂを圧力室７に臨ませている。そして、この筒部５ｂにはオリフィス８を形成するとともに、このオリフィス８を介して、圧力室７をアクチュエータポート１に常時連通させている。さらに、上記圧力室７にはスプリング９を設け、通常は、このスプリング９のばね力の作用で、ポペット部５ａがシート部６を閉じるようにしている。

そして、上記のようにしたオペレートチェック弁Ｖは、その筒部５ｂの直径を、シート部６の直径よりも大きくしている。したがって、ポペット部５ａがシート部６を閉じているときに、ポペット部５ａの外周に作用する圧力と、筒部５ｂに作用する圧力が等しければ、言い換えると、アクチュエータポート１と圧力室７との圧力が等しければ、ポペット部５ａによってシート部６が閉じられ、オペレートチェック弁Ｖは閉弁状態を保つことになる。

一方、上記メインスプールＭＳには、供給側環状溝１０と戻り側環状溝１１とを形成している。上記供給側環状溝１０は、図示していないポンプに連通したポンプ通路１２と常時連通するとともに、メインスプールＭＳを、図示の中立位置から図面右方向に移動したとき、供給側環状溝１０を介して、上記ポンプ通路１２と供給通路３とを連通させる。また、戻り側環状溝１１は、メインスプールＭＳが図示の中立位置から図面左方向に移動したとき、戻り通路４とタンク通路１３とを連通させるものである。

上記のようにしたメインスプールＭＳには、パイロットスプールＰＳを組み込むとともに、このパイロットスプールＰＳと対応する位置関係に、第１〜３ポート１４〜１６を形成している。上記第１ポート１４は、メインスプールＭＳが、図示の中立位置にあるとき閉じるとともに、メインスプールＭＳが中立位置から図面左方向、すなわちアクチュエータからの流体を戻す方向に移動したとき、流路１７を介して圧力室７に連通するようにしている。

また、上記第２ポート１５は、メインスプールＭＳが図示の中立位置にあるときに閉じるとともに、メインスプールＭＳが上記のように図面左方向に移動すると、スプール孔２の内面に形成した環状溝１８を介してタンク通路１３に連通する。さらに、上記第３ポート１６は、メインスプールＭＳが図示の中立位置にあるとき閉じるとともに、メインスプールＭＳが、上記のように図面左方向に移動したとき、戻り通路４に連通する。

上記のようにした第１〜３ポート１４〜１６は、次のような位置関係を保っている。すなわち、メインスプールＭＳを中立位置から図面左方向に移動したとき、先ず、第２ポート１５が環状溝１８に連通し、その次に、第１ポート１４が流路１７を介して圧力室７に連通し、同時に、第３ポート１６が戻り通路４に連通するようにしている。なお、第３ポート１６が戻り通路４に連通した後に、図２，３に示すように、メインスプールＭＳに形成したノッチ１９を介して、戻り通路４とタンク通路１３とが連通する相対関係を保っている。

さらに、メインスプールＭＳに組み込んだパイロットスプールＰＳは、その一端をパイロット室２０に臨ませ、他端をスプリング室２１に臨ませている。そして、このスプリング室２１にはスプリング２２を設け、通常は、このスプリング２２のばね力で、パイロットスプールＰＳが上記パイロット室２０の端面に圧接するようにしている。なお、上記スプリング室２１は、メインスプールＭＳに形成した連通路２３を介して、上記第２ポート１５に常時連通している。したがって、第２ポート１５が環状溝１８に連通したときには、このスプリング室２１も、環状溝１８を介してタンク通路１３に連通することになる。

上記のようにしたパイロットスプールＰＳには、環状凹部２４を形成するとともに、この環状凹部２４は、パイロットスプールＰＳに形成した制御絞り２５を介して、上記パイロット室２０に常時連通している。

そして、パイロットスプールＰＳが、スプリング２２のばね力の作用で、図示のノーマル位置にあるときには、パイロットスプールＰＳに形成した第１ランド部２６で第２ポート１５が閉じられるようにしている。

なお、図中符号２８は、センタリングスプリングで、メインスプールＭＳを図示の中立位置に保つものである。また、符号２９は、供給通路３に設けたロードチェック弁で、ポンプ通路１２からアクチュエータポート１への流通のみを許容するものである。

次に、この実施形態の作用を説明するが、今、メインスプールＭＳが図示の中立位置にあると、供給通路３はポンプ通路１２との連通を遮断され、戻り通路４はタンク通路１３との連通が遮断される。しかも、この状態では、オペレートチェック弁Ｖの圧力室７も、タンク通路１３との連通が遮断される。したがって、アクチュエータポート１に導かれる負荷圧は、弁体５の外周に作用するとともに、圧力室７における筒部５ｂにも作用する。しかし、前記したように、圧力室７内における筒部５ｂの受圧面積が、シート部６を閉じている弁体５の外周の受圧面積よりも大きいので、オペレートチェック弁Ｖは閉弁状態を保つ。

また、メインスプールＭＳを中立位置から図面右方向に移動すると、供給側環状溝１０を介して供給通路３がポンプ通路１２と連通する。したがって、供給通路３に供給された圧力流体は、ロードチェック弁２９を経由するとともに、オペレートチェック弁Ｖを押し開いてアクチュエータポート１からアクチュエータに供給される。

一方、メインスプールＭＳを中立位置から図面左方向に移動すると、最初に第２ポート１５が環状溝１８を介してタンク通路１３に連通する。この状態で、メインスプールＭＳをさらに左方向に移動すると、今度は、第１ポート１４が流路１７を介して圧力室７に連通する。したがって、圧力室７の負荷保持圧が、環状凹部２４および制御絞り２５を介してパイロット室２０に導かれる。

上記のようにパイロット室２０に圧力室７の負荷保持圧が導かれるときには、スプリング室２１がタンク圧に保持されているので、パイロットスプールＰＳは、スプリング２２のばね力に抗して移動する。このようにパイロットスプールＰＳが移動すると、図２に示すように、第１ポート１４と第２ポート１５とが、環状凹部２４を介して連通するので、圧力室７は、流路１７→第１ポート１４→環状凹部２４→第２ポート１５を経由してタンク通路１３に連通する。したがって、オペレートチェック弁Ｖは、弁体５の外周における受圧面積に作用する負荷圧によって開弁し、そのポペット部５ａがシート部６を開き、アクチュエータポート１の作動流体を戻り通路４側に流出させる。

そして、上記のように第１ポート１４と流路１７とが連通すると同時に、第３ポート１６も戻り通路４に連通するので、パイロット室２０には、戻り通路４の流体が流れ込む。このパイロット室２０に流れ込んだ流体は、制御絞り２５→環状凹部２４→第２ポート１５→環状溝１８を経由してタンク通路１３に流れる。このように制御絞り２５に流れが発生すれば、上記制御絞り２５前後に差圧が発生するとともに、その上流側の圧力がパイロット室２０に作用する。

したがって、パイロットスプールＰＳは、パイロット室２０内の圧力とスプリング２２のばね力とがバランスする位置を保つとともに、このバランス位置において、図３に示すように第２ポート１５の開度が制御される。このようにパイロットスプールＰＳが、上記バランス位置を保つことによって、第２ポート１５の開度が制御されるので、それにともなって圧力室７内の圧力も一定に保たれる。これによって、圧力室７内の圧力が一定に保たれ、オペレートチェック弁Ｖのハンチングが防止される。

また、戻り通路４の圧力を安定的に保った状態で、ノッチ１９を利用してインチング制御をすることができるので、そのインチング制御もスムーズに行えるようになる。また、上記のようにノッチ１９が戻り通路４に開けば、そのノッチ１９の開口に比例した流量をタンク通路１３に戻すことができる。
特願２００５−３６０７４１号明細書

上記のようにした従来の装置では、オペレートチェック弁Ｖに設けたオリフィス８が固定オリフィスなので、そこを流れる流量は、流体の温度や圧力によって変化する。このようにオリフィス８を流れる流量が変化すると、パイロットスプールＰＳの初期動作が安定せず、高い周波数の振動が発生するとともに、その振動が原因となる異音を発生するという問題があったが、その原因は次の通りである。

上記従来の装置において、メインスプールＭＳを図面左側すなわちアクチュエータポート１から流体を戻す方向に移動したとき、パイロットスプールＰＳは、スプリング２２に抗して移動するが、このときには、パイロットスプールＰＳの環状凹部２４によって、第１ポート１４と第２ポート１５との開口バランスを保つようにしている。そして、このときの開口バランスは、オペレートチェック弁Ｖに形成したオリフィス８の開口面積に依存している。すなわち、上記オリフィス８の開口面積が決まれば、少なくとも、そこを流れる理論的な流量が定まるが、このようにして定められた理論値をもとにして、第１ポート１４と第２ポート１５との開口バランスが保たれるようにしている。

しかしながら、上記オリフィス８を流れる流体の流量は、その温度や圧力によって変化する。そのために、上記理論値に基づいて第１，２ポート１４，１５の開口バランスを保つように予め設計したとしても、理論通りには行かなくなることがある。もし、オリフィス８を流れる流量にバラツキが生じれば、上記第１，２ポート１４，１５の開口バランスが、そのときどきの流体の流量に対応しなくなる。このように第１，２ポート１４，１５の開口バランスが、そのときどきの流量に対応しなくなると、パイロットスプールＰＳが高い周波数で振動し、上記したように異音を発生することになる。

この発明の目的は、パイロットスプールの振動を抑制したアクチュエータ制御装置を提供することである。

この発明は、バルブボディにメインスプールを摺動自在に設け、上記メインスプールの移動位置に応じて、上記バルブボディに形成したアクチュエータポートを供給通路に連通したり、あるいは戻り通路に連通したりする一方、上記供給通路と上記戻り通路との合流部分にオペレートチェック弁を設け、上記オペレートチェック弁は、上記供給通路と上記戻り通路との合流部分に設けたシート部と、上記バルブボディに組み込んだ弁体と、上記弁体に形成し、上記シート部を開閉するポペット部と、上記ポペット部とは反対側における上記弁体を臨ませた圧力室と、上記弁体に形成し、上記アクチュエータポートと上記圧力室とを連通させる可変オリフィスと、上記圧力室に設けて上記ポペット部を上記シート部に圧接させる方向のばね力を発揮するスプリングとを備え、しかも、上記シート部の開口径に対して、上記圧力室における上記弁体の直径を大きくし、上記メインスプールの移動位置に応じて上記圧力室をタンク通路に連通したり、あるいはその連通を遮断したりするアクチュエータ制御装置を前提にする。

上記の装置を前提にしつつ、この発明は、上記メインスプールに形成した第１導入ポートは上記環状凹部と常時連通する構成にし、しかも、上記パイロットスプールの一端を上記メインスプール内に設けたパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませるとともに、上記パイロット室は、上記メインスプールに形成した第２導入ポートと常時連通し、しかも、上記パイロット室は、上記パイロットスプールに形成した連通路を介して上記環状凹部に連通し、上記環状凹部は制御オリフィスを介して上記スプリング室に常時連通し、かつ、上記スプリング室に設けたスプリングのばね力の作用で、上記パイロットスプールがノーマル位置を保持しているとき上記スプリング室と上記タンク通路との連通が遮断される一方、上記メインスプールを中立位置に保っているとき、上記第１導入ポートと上記圧力室、上記スプリング室と上記タンク通路、上記第２導入ポートと上記戻り通路とのそれぞれの連通が遮断される構成にし、上記メインスプールを中立位置から、上記第１導入ポートを上記圧力室に連通する流路に対して開口させる方向に移動したとき、上記スプリング室が上記タンク通路に連通し、上記第１導入ポートが上記圧力室に連通し、上記第２導入ポートが上記戻り通路に連通する構成にし、上記パイロットスプールは、上記制御オリフィス前後の差圧が上記スプリング室のばね力相当分に保たれるように、上記第１導入ポートの開度を制御する構成にした点に特徴を有する。

この発明によれば、オペレートチェック弁パイロットスプールを流れる流量を一定に保てるので、従来のようにパイロットスプールが高い周波数で振動し、異音を発生したりしなくなる。

この実施形態は、そのオペレートチェック弁Ｖ及びパイロットスプールＰＳの構造と、その機能とが、従来と異なるもので、その他の構成は従来と同一である。そこで、次に、従来と異なる点を中心に説明する。

上記オペレートチェック弁Ｖは、アクチュエータポート１に常時連通する流通ポート３０を弁体５に形成するとともに、この弁体５には、ガイド筒部材３１を固定している。このガイド筒部材３１は、その一端を閉塞して圧力室７内に臨ませ、他端を流通ポート３０側に開放している。

上記のようにしたガイド筒部材３１には、制御スプール３２を摺動自在に組み込むとともに、この制御スプール３２とガイド筒部材３１の上記閉塞部分との間にスプリング室３３を区画形成し、このスプリング室３３にスプリング３４を設けている。さらに、この制御スプール３２には、上記流通ポート３０に常時連通する制御オリフィス３５と、この制御オリフィス３５に常時連通する連通路３６を形成するとともに、これら制御オリフィス３５及び連通路３６が相まって、制御スプール３２の中心部分を貫通する構成にしている。

また、上記制御スプール３２には可変オリフィス３７を形成しているが、この可変オリフィス３７は、ガイド筒部材３１に形成した制御ポート３８との相対位置に応じてその開度を可変にしている。つまり、制御スプール３２が図示のノーマル位置にあるとき、上記制御ポート３８と相対位置が一致してその開度を最大に保つ。そして、制御スプール３２がスプリング３４に抗して移動したときに、可変オリフィス３７と制御ポート３８との相対位置がずれて、可変オリフィス３７の開度が小さくなる関係にしている。

なお、オペレートチェック弁Ｖの弁体５の構成は、従来とまったく同じである。すなわち、圧力室７内における筒部５ｂの受圧面積が、シート部６を閉じている弁体５の外周の受圧面積よりも大きくしている。

一方、パイロットスプールＰＳを組み込んだメインスプールＭＳには、第１導入ポート３９と第２導入ポート４０とを形成している。
上記第１導入ポート３９は、メインスプールＭＳが図示の中立位置にあるとき、前記流路１７との連通が遮断される。言い換えると、メインスプールＭＳが中立位置にあるとき、第１導入ポート３９は圧力室７との連通が遮断される。そして、メインスプールＭＳが図面左方向すなわち作動流体を戻す方向に移動すると、流路１７に開口して圧力室７と連通することになる。

上記第２導入ポート４０は、パイロット室２０に常時連通するとともに、メインスプールＭＳが図示の中立位置にあるとき、戻り通路４との連通が遮断されるが、メインスプールＭＳが図面左方向すなわち作動流体を戻す方向に移動すると、戻り通路４に開口する。そして、第２導入ポート４０が戻り通路４に連通するタイミングと、上記のように第１導入ポート３９が流路１７に開口するタイミングはほぼ同じにしている。

さらに、上記パイロットスプールＰＳは、第１ランド部２６と第２ランド部２７との間に環状凹部２４を形成している点は従来と同じであるが、この実施形態では、パイロット室２０と環状凹部２４とを連通させる過程には絞り機能を発揮する要素を特別に設けず、連通路４１を介してパイロット室２０と環状凹部２４とを連通させている。そして、上記第２ランド部２７はパイロットスプールＰＳの移動位置に応じて、第１導入ポート３９の開度を制御するもので、これら第１導入ポート３９と第２ランド部２７とが相まって可変オリフィスを構成するものである。

また、パイロットスプールＰＳには、環状凹部２４に常時開口する制御オリフィス４２を形成しているが、環状凹部２４は、この制御オリフィス４２を介してスプリング室２１に常時連通する関係にしている。
なお、上記以外の構成は、従来の装置と全て同じである。

次に、この実施形態の作用を説明する。先ず、メインスプールＭＳを図面左方向に移動すると、従来と同様に、先ず連通路２３が環状溝１８に開口し、スプリング室２１をタンク通路１３に連通する。この状態から、メインスプールＭＳをさらに図面左方向に移動すると、第１導入ポート３９が流路１７に開口し、第２導入ポート４０が戻り通路４に開口する。

上記のように第１導入ポート３９が流路１７に開口すれば、圧力室７が、流路１７→第１導入ポート３９→環状凹部２４→制御オリフィス４２→スプリング室２１を経由してタンク通路１３に連通する。したがって、オペレートチェック弁Ｖの制御オリフィス３５にも流れが発生するが、この流れによってそこに圧力損失が発生する。したがって、制御オリフィス３５よりも上流側の圧力が、制御スプール３２の一端すなわちスプリング室３３とは反対端に作用する。この制御スプール３２の一端に作用した圧力によって、制御スプール３２は、スプリング３４に抗して移動し、可変オリフィス３７の開度を制御する。すなわち、制御スプール３２は、制御オリフィス３５前後の差圧が、スプリング３４のばね力に等しくなるように可変オリフィス３７の開度を制御する。このようにして上記制御オリフィス３５の前後の差圧が常に一定に保たれるので、この制御オリフィス３５を通過する流量も一定に制御される。言い換えると、作動流体の温度や圧力に関係なく、制御オリフィス３５を流れる流量を一定に保つことができる。

上記のようにして制御された一定の流量は、上記したように制御オリフィス４２を経由してタンク通路１３に流れる。このように制御オリフィス４２に流れが発生すれば、そこに圧力損失が発生し、制御オリフィス４２の上流側の圧力がパイロット室２０に作用する。したがって、制御スプール３２は、スプリング２２に抗して移動するとともに、その第２ランド部２７によって第１導入ポート３９の開度を制御する。すなわち、制御オリフィス４２前後の差圧が一定になるように、第１導入ポート３９の開度が制御される。

したがって、この実施形態によれば、オペレートチェック弁Ｖの制御オリフィス３５を流れる流量が一定に保たれるとともに、その一定の流量に対して、パイロットスプールＰＳがまた一定の流量をタンク通路１３に戻すようになるので、設計上は、常に、一定の制御流量を前提にすることができる。このように一定の制御流量を前提にできれば、設計上、パイロットスプールＰＳの動きを安定化させるのが簡単になる。したがって、パイロットスプールＰＳの移動を安定させることができ、従来のようにパイロットスプールＰＳが高い周波数で振動することも防止することができる。

なお、オペレートチェック弁Ｖ側の制御スプール３２で制御する流量Ｑ1と、メインスプールＭＳ側のパイロットスプールＰＳで制御する流量Ｑ2との間で、いずれの流量を多くするのが適切かは、実機の取り付け条件や制御条件等に応じて異なるが、一般的に考えられるのは、Ｑ1≧Ｑ2である。

メインスプールを中立位置に保った状態の断面図である。従来の装置を示すもので、メインスプールを中立位置に保った状態の断面図である。従来の装置において、メインスプールを図面左側位置に切り換えた状態の断面図である。

符号の説明

Ｂバルブボディ
１アクチュエータポート
ＭＳメインスプール
Ｖオペレートチェック弁
３供給通路
４戻り通路
５弁体
５ａポペット部
６シート部
７圧力室
９スプリング
１３タンク通路
ＰＳパイロットスプール
２０パイロット室
２１スプリング室
２４環状凹部
２５制御絞り
３９第１導入ポート
４０第２導入ポート
４１連通路
４２制御オリフィス

Claims

バルブボディにメインスプールを摺動自在に設け、上記メインスプールの移動位置に応じて、上記バルブボディに形成したアクチュエータポートを供給通路に連通したり、あるいは戻り通路に連通したりする一方、上記供給通路と上記戻り通路との合流部分にオペレートチェック弁を設け、上記オペレートチェック弁は、上記供給通路と上記戻り通路との合流部分に設けたシート部と、上記バルブボディに組み込んだ弁体と、上記弁体に形成し、上記シート部を開閉するポペット部と、上記ポペット部とは反対側における上記弁体を臨ませた圧力室と、上記弁体に形成し、上記アクチュエータポートと上記圧力室とを連通させる可変オリフィスと、上記圧力室に設けて上記ポペット部を上記シート部に圧接させる方向のばね力を発揮するスプリングとを備え、しかも、上記シート部の開口径に対して、上記圧力室における上記弁体の直径を大きくし、上記メインスプールの移動位置に応じて上記圧力室をタンク通路に連通したり、あるいはその連通を遮断したりするアクチュエータ制御装置において、上記メインスプールには環状凹部を形成したパイロットスプールを組み込むとともに、上記メインスプールに形成した第１導入ポートは上記環状凹部と常時連通する構成にし、しかも、上記パイロットスプールの一端を上記メインスプール内に設けたパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませるとともに、上記パイロット室は、上記メインスプールに形成した第２導入ポートと常時連通し、しかも、上記パイロット室は、上記パイロットスプールに形成した連通路を介して上記環状凹部に連通し、上記環状凹部は制御オリフィスを介して上記スプリング室に常時連通し、かつ、上記スプリング室に設けたスプリングのばね力の作用で、上記パイロットスプールがノーマル位置を保持しているとき上記スプリング室と上記タンク通路との連通が遮断される一方、上記メインスプールを中立位置に保っているとき、上記第１導入ポートと上記圧力室、上記スプリング室と上記タンク通路、上記第２導入ポートと上記戻り通路とのそれぞれの連通が遮断される構成にし、上記メインスプールを中立位置から、上記第１導入ポートを上記圧力室に連通する流路に対して開口させる方向に移動したとき、上記スプリング室が上記タンク通路に連通し、上記第１導入ポートが上記圧力室に連通し、上記第２導入ポートが上記戻り通路に連通する構成にし、上記パイロットスプールは、上記制御オリフィス前後の差圧が上記スプリング室のばね力相当分に保たれるように、上記第１導入ポートの開度を制御する構成にしたアクチュエータ制御装置。