JP5715407B2

JP5715407B2 - ショックレスリリーフ弁

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Publication number: JP5715407B2
Application number: JP2010281945A
Authority: JP
Inventors: 輝彦佐竹; 拓広狩野
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP2012127477A

Description

本発明は、クローラ車両などの建設車両を駆動する油圧モータなどに好適に設けられるショックレスリリーフ弁に関する。

ショックレスリリーフ弁は、例えば、慣性で回転し続けようとする油圧モータのモータ機構に対して停止ショックを和らげつつ制動力（ブレーキ力）を付与するためのリリーフ弁である。このようなショックレスリリーフ弁に関する技術としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１に記載のリリーフ弁２４において、ショックレス時間を延ばすには、リリーフ弁２４内の絞りの径を小さくしたり、シリンダ室７３の容量を大きくしたりする必要がある。

実用新案登録第２５８２９１３号公報

しかしながら、リリーフ弁２４内の絞りの径を小さくすると、コンタミ（異物）による弁体の作動不良が発生しやすくなる。また、シリンダ室７３の容量を大きくすると、リリーフ弁２４、ひいてはそれを備える油圧モータが大型化してしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、既存の絞りの径を小さくしたり、シリンダ室の容量を大きくしたりすることなく、ショックレス時間を延ばすことができるショックレスリリーフ弁を提供することである。

本発明は、本体に形成された第１負荷通路と第２負荷通路との間を遮断したり連通させたりする第１弁体と、前記第１弁体を開弁方向に付勢する前記第１負荷通路の圧が導入される第１室と、前記第１弁体を閉弁方向に付勢する前記第１負荷通路の圧が導入される第２室と、前記第２室と前記第１負荷通路との間の通路に配置された第１絞りと、前記第１弁体を閉弁方向に付勢する第１バネと、前記第２室に接続されピストンにより区画された第１シリンダ室と、前記第１シリンダ室を前記第１負荷通路に接続する第１通路と、前記第１通路に設けられ、前記第１シリンダ室から前記第１負荷通路への圧油の流れを許容する第１逆止弁と、前記第１負荷通路と前記第２負荷通路との間を遮断したり連通させたりする第２弁体と、前記第２弁体を開弁方向に付勢する前記第２負荷通路の圧が導入される第３室と、前記第２弁体を閉弁方向に付勢する前記第２負荷通路の圧が導入される第４室と、前記第４室と前記第２負荷通路との間の通路に配置された第３絞りと、前記第２弁体を閉弁方向に付勢する第２バネと、前記第４室に接続され、前記ピストンにより前記第１シリンダ室とは区画された第２シリンダ室と、前記第２シリンダ室を前記第２負荷通路に接続する第２通路と、前記第２通路に設けられ、前記第２シリンダ室から前記第２負荷通路への圧油の流れを許容する第２逆止弁と、を備えたショックレスリリーフ弁であって、前記第１シリンダ室を前記第２負荷通路に接続する遅延通路を有し、前記遅延通路に第２絞りが配置されていることを特徴とする、ショックレスリリーフ弁である。

この構成によると、シリンダ室に導入された第１負荷通路の圧（高圧の流体）が遅延通路（第２絞り）から第２負荷通路へリークすることでピストンの移動速度が遅くなる。その結果、ショックレス時間が延びる。

また本発明において、前記第１シリンダ室と前記第２シリンダ室とが前記遅延通路で接続されていることが好ましい。

この構成によると、１組の遅延通路および第２絞りにより、第１弁体および第２弁体のショックレス時間をいずれも調整することができる。すなわち、第１弁体および第２弁体に、それぞれ、ショックレス時間調整機構を設ける必要がない。また、遅延通路（第２絞り）を介してシリンダ室内の流体が入れ替わるので流体の劣化を防止できる。

さらに本発明において、前記遅延通路および前記第２絞りが前記ピストンに形成されていることが好ましい。

この構成によると、遅延通路および第２絞りを形成するための新たなスペースを本体内にとる必要がない。また、ショックレス時間を変更する場合は、絞りの径が異なるピストンに交換することで対応でき、すなわち本体の加工は必要でない。既存機械の改造もピストン交換のみで対応できるので改造が容易である。

本発明によれば、本発明の構成要件、特に、シリンダ室を低圧通路（第２負荷通路）に接続する遅延通路、および当該遅延通路に配置された第２絞りという構成を採用することで、既存の絞りの径を小さくしたり、シリンダ室の容量を大きくしたりすることなく、ショックレス時間を延ばすことができるという、技術的効果が得られる。

本発明の一実施形態に係るショックレスリリーフ弁を備えた油圧モータを示す油圧回路図である。図１に示したショックレスリリーフ弁部分の拡大図である。図１に示したショックレスリリーフ弁のアキュムレータ部分の構造および作動を示す断面図である。図１に示したショックレスリリーフ弁のアキュムレータ部分の構造および作動を示す断面図である。図１に示したショックレスリリーフ弁の変形例を示す油圧回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係るショックレスリリーフ弁は、例えば、油圧ショベルなどの建設車両を駆動する走行用モータに設けられる（組み込まれる）ものである。走行用モータを作動させるための流体としては、一般に油が用いられる。以下、走行用モータ（油圧モータ）について説明しつつ、本発明の一実施形態に係るショックレスリリーフ弁を説明する。

（油圧モータの構成）
図１、２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るショックレスリリーフ弁２を備えた油圧モータ１００について説明する。

図１に示すように、油圧モータ１００は、油圧モータ機構１、カウンターバランス弁３、ショックレスリリーフ弁２、低速モードと高速モードとのいずれかにその運転状態を切り換えるための高低速切換弁４（２速切換弁）、シャトル弁５、第１負荷通路５１、第２負荷通路５２などを具備してなる。

ここで、油圧モータ１００は、圧油を給排制御する方向切換弁１０１と接続されている。この方向切換弁１０１には、油圧モータ１００に圧油を供給するためのポンプ１０４が接続されている。また、油圧モータ１００は、高低速切換弁４にパイロット圧油を供給するパイロットポンプ１０５と、減速機１０３とにも接続されている。油圧モータ機構１と方向切換弁１０１との間は、第１負荷通路５１および第２負荷通路５２により接続されている。

＜ショックレスリリーフ弁＞
ショックレスリリーフ弁２は、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との間に設けられる弁であって、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との圧力差が所定圧となったら、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２とを連通させて油圧の高い通路（高圧通路）側から低い通路（低圧通路）側へ油を流すように形成された両方向に作動する弁である。
なお、第１負荷通路５１が油圧の高い通路（高圧通路）、第２負荷通路５２が油圧の低い通路（低圧通路）となる場合もあるし、逆に、第２負荷通路５２が油圧の高い通路（高圧通路）、第１負荷通路５１が油圧の低い通路（低圧通路）となる場合もある。

ここで、ショックレスリリーフ弁２は、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との間に並列に設けられた第１連通弁８および第２連通弁６と、第１連通弁８と第２連通弁６との間に設けられたアキュムレータ７とを有する。例えば図３にその構造を示すように、アキュムレータ７（そのシリンダ室（１７、１８））は、本体９（バルブ本体）に加工を施すことで本体９に形成されるものである。図示を省略するが、第１負荷通路５１、第２負荷通路５２、第１連通弁８、第２連通弁６なども本体９に加工を施すことで本体９に形成されるものである。なお、本体９は、油圧モータ機構１を構成する部分などに対して例えばボルトで固定される。ボルトが挿入されるボルト孔３６を図３（および図４）に示している。また、図３（および図４）で符号２７、２８、２９を付した部品は、いずれも閉止用プラグである。

＜第１連通弁＞
次に、図２に回路図として示すように、ショックレスリリーフ弁２を構成する第１連通弁８は、両方向に作動する連通弁であって、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との間を遮断したり連通させたりする第１弁体１０と、第１弁体１０を開弁方向に付勢する第１負荷通路５１の圧（圧油）が導入される第１室１１と、第１弁体１０を閉弁方向に付勢する第１負荷通路５１の圧（圧油）が導入される第２室１２と、第２室１２と第１負荷通路５１との間の通路４１に配置された第１絞り１３と、第１弁体１０を閉弁方向に付勢する第１バネ１５と、を有する弁である。なお、第１連通弁８の構造自体は、新規なものではないのでその構造図を省略している（第２連通弁６についても同様）。

＜第２連通弁＞
また、第２連通弁６は、両方向に作動する連通弁であって、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との間を遮断したり連通させたりする第２弁体１９と、第２弁体１９を開弁方向に付勢する第２負荷通路５２の圧（圧油）が導入される第３室２０と、第２弁体１９を閉弁方向に付勢する第２負荷通路５２の圧（圧油）が導入される第４室２１と、第４室２１と第２負荷通路５２との間の通路４２に配置された第３絞り２２と、第２弁体１９を閉弁方向に付勢する第２バネ２３と、を有する弁である。

＜アキュムレータ＞
アキュムレータ７は、ピストン１６と、ピストン１６を収容するシリンダ室（１７、１８）とからなる。シリンダ室（１７、１８）は、ピストン１６により、第１シリンダ室１７と第２シリンダ室１８とに区画されている。

［シリンダ室］
ここで、第１シリンダ室１７は、第１連通弁８の第２室１２に接続されており、第２室１２と第１シリンダ室１７との間の通路４３には絞り１４が配置されている。また、第１シリンダ室１７は、通路４５および逆止弁３０を介して第１負荷通路５１に接続されている。この逆止弁３０は、第１シリンダ室１７から第１負荷通路５１への方向を順方向（第１シリンダ室１７から第１負荷通路５１への圧油の流れを許容する）弁である。

同様に、第２シリンダ室１８は、第２連通弁６の第４室２１に接続されており、第４室２１と第２シリンダ室１８との間の通路４４には絞り２６が配置されている。また、第２シリンダ室１８は、通路４６および逆止弁３１を介して第２負荷通路５２に接続されている。この逆止弁３１は、第２シリンダ室１８から第２負荷通路５２への方向を順方向（第２シリンダ室１８から第２負荷通路５２への圧油の流れを許容する）弁である。

［ピストン］
ピストン１６には、第１シリンダ室１７と第２シリンダ室１８とを接続するための通路２４が形成されており、この通路２４に第２絞り２５が配置されている。通路２４は、本発明における遅延通路に相当する。通路２４は、第１シリンダ室１７を第２負荷通路５２に接続するとともに、第２シリンダ室１８を第１負荷通路５１に接続する通路である。
第１負荷通路５１の圧が第２負荷通路５２の圧よりも高い場合、すなわち、第１負荷通路５１が圧の高い通路（高圧通路）である場合、第１シリンダ室１７へ入った油は、通路２４（第２絞り２５）を経由して第２負荷通路５２へ抜ける。逆に、第２負荷通路５２の圧が第１負荷通路５１の圧よりも高い場合、すなわち、第２負荷通路５２が圧の高い通路（高圧通路）である場合、第２シリンダ室１８へ入った油は、通路２４（第２絞り２５）を経由して第１負荷通路５１へ抜ける。

なお、通路４６および通路４４は、ピストン１６が第２シリンダ室１８側の端に位置したときに（図４の下側の図参照）、通路２４（遅延通路）と遮断される位置に形成されている。同様に、通路４５および通路４３は、ピストン１６が第１シリンダ室１７側の端に位置したときに（図３の上側の図参照）、通路２４（遅延通路）と遮断される位置に形成されている。第２絞り２５の絞り径は、第１絞り１３の絞り径および第３絞り２２の絞り径と同じ径、または、第１絞り１３の絞り径および第３絞り２２の絞り径よりも大きい径であることが望ましい。第２絞り２５を設けることでピストン１６の移動速度を遅くすることができる。

＜速度可変機構＞
また、油圧モータ１００は、低速モードと高速モードとのいずれかにその運転状態を切り換えるための速度可変機構を備えており、この速度可変機構は、傾転シリンダ３５と、高低速切換弁４（２速切換弁）と、シャトル弁５とから構成される。

（油圧モータの作動）
次に、油圧モータ１００の作動について説明する。ここで、油圧モータ１００に接続される方向切換弁１０１は、３位置弁であり、油圧モータ機構１を正回転（または逆回転）させるときは第１切換位置１０１ａとされ、油圧モータ機構１を逆回転（または正回転）させるときは第２切換位置１０１ｃとされ、油圧モータ機構１を停止させるときは中立位置１０１ｂとされる。

ここでは、方向切換弁１０１を中立位置１０１ｂから第１切換位置１０１ａに切り換えて、油圧モータ機構１を回転させた後、方向切換弁１０１を中立位置１０１ｂに戻して油圧モータ機構１を停止させる（ブレーキをかける）場合を例にとって説明する。この場合、第１負荷通路５１が高圧通路となり、第２負荷通路５２は低圧通路となる。

なお、方向切換弁１０１を第２切換位置１０１ｃに切り換えて油圧モータ機構１を回転させた後に中立位置１０１ｂに戻して油圧モータ機構１を停止させる場合については、同様の説明となるので割愛する。この場合、第２負荷通路５２が高圧通路となり、第１負荷通路５１は低圧通路となる。

（油圧モータ機構１の駆動）
方向切換弁１０１を中立位置１０１ｂから第１切換位置１０１ａに切り換えると、ポンプ１０４からの圧油が第２負荷通路５２を介して油圧モータ機構１に供給されるとともに、カウンターバランス弁３が中立位置３ｂから第１切換位置３ａに切り換わる。カウンターバランス弁３が第１切換位置３ａに切り換わると、通路５３を介して油圧モータ機構１の圧力室へも圧油が供給され、これにより油圧モータ機構１のブレーキ３２（パーキングブレーキ）が解除される。一方、カウンターバランス弁３が第１切換位置３ａに切り換わると、油圧モータ機構１から吐出した圧油は、第１負荷通路５１、カウンターバランス弁３、および方向切換弁１０１を経由してタンク１０２へ排出される。これら一連の作動により、油圧モータ機構１は、所定の回転数で回転する。このとき、第１負荷通路５１の圧のほうが、第２負荷通路５２の圧よりも高いので、図３の上側の図に示したように、ピストン１６は、第１シリンダ室１７側の端で姿勢保持した状態となる（状態Ａ）。

（油圧モータ機構１の停止）
次に、油圧モータ機構１を停止させる場合の作動について説明する。方向切換弁１０１を第１切換位置１０１ａから中立位置１０１ｂに戻すと、ポンプ１０４はタンク１０２と連通した状態となり、ポンプ１０４から吐出する油の圧力が下がる。これにより、カウンターバランス弁３は、第１切換位置３ａから中立位置３ｂに戻る。一方で、油圧モータ機構１は慣性で回転し続けようとする。カウンターバランス弁３が中立位置３ｂに戻ると、第１負荷通路５１と方向切換弁１０１との間が遮断されるため、慣性で回転し続けようとする油圧モータ機構１から吐出した圧油は、タンク１０２に戻ることができず、第１負荷通路５１は高圧通路となる。これに対して、第２負荷通路５２は低圧通路となる。

このとき、ショックレスリリーフ弁２が作動する。ショックレスリリーフ弁２の作動により、第１負荷通路５１の圧油が第２負荷通路５２に流れ、そして油圧モータ機構１へ戻っていくことになる。ショックレスリリーフ弁２の抵抗が、制動力（ブレーキ力）となって、油圧モータ機構１は、所定の時間が経過後停止するのである。

第１負荷通路５１と第２負荷通路５２との圧力差が所定圧となったら、第１連通弁８の第１弁体１０および第２連通弁６の第２弁体１９が作動して、第１負荷通路５１と第２負荷通路５２とが連通する。一方で、第１シリンダ室１７の圧力と、第２シリンダ室１８の圧力とが逆転しているので、図３の下側の図に示したように、第２シリンダ室１８側の端へ向けてピストン１６が移動を開始し、第１シリンダ室１７に圧油が導入される（状態Ｂ）。このピストン１６の移動中、第１シリンダ室１７から第２シリンダ室１８へ通路２４（第２絞り２５）から圧油がリークし、このリークした圧油は、通路４６を介して第２負荷通路５２へ流れる。その結果、通路２４がない場合に比べてピストン１６の移動速度が遅くなる。シリンダ室内をピストン１６が移動しているときは、第１シリンダ室１７に圧油が導入されるので、第１連通弁８の第２室１２の圧（閉弁圧）は比較的小さい。すなわち、第１弁体１０を閉弁方向に付勢する圧が小さくなっているので、制動力（ブレーキ力）は、比較的小さい。この制動力（ブレーキ力）が小さい状態を長くすると（ショックレス時間を長くすると）、制動距離は長くなり停止ショックは緩和される。

このように、本実施形態では、通路２４（遅延通路）および第２絞り２５をピストン１６に形成することで、既存の絞りの径を小さくしたり、シリンダ室の容量を大きくしたりすることなく、ピストン１６の移動完了までの時間、すなわち、ショックレス時間を延ばすことができている。

次に、図４の下側の図に状態Ｃとして示したように、第２シリンダ室１８側の端にピストン１６が達すると、ピストン１６の移動が停止するとともに、通路４６および通路４４から通路２４（遅延通路）が遮断されるので、第１シリンダ室１７に圧油が導入されなくなり、第１連通弁８の第２室１２の圧が高くなる。すなわち、第１弁体１０を閉弁方向に付勢する圧が高くなるので、制動力（ブレーキ力）が大きくなる。ピストン１６で通路４６を遮断することにより、ブレーキ作動の後半に制動力（ブレーキ力）が大きくなり、無意味に制動距離が長くなることを防止できる。

以上説明したように、本発明によれば、シリンダ室（１７または１８）を、低圧通路（第２負荷通路５２または第１負荷通路５１）に接続する通路２４（遅延通路）を設けるとともに、この通路２４に第２絞り２５を配置するという構成を採用することにより、既存の絞りの径を小さくしたり、シリンダ室の容量を大きくしたりすることなく、ショックレス時間を延ばすことができる。
別の観点では、従来と同等のショックレス時間でよい場合には、シリンダ室（１７、１８）の容量を小さくでき、その結果、ショックレスリリーフ弁２を小型化することができる。

また、本実施形態のように、第１シリンダ室１７と第２シリンダ室１８とを通路２４（遅延通路）および第２絞り２５で接続すると、１組の通路２４および第２絞り２５により、第１弁体１０および第２弁体１９のショックレス時間をいずれも調整することができる。すなわち、第１弁体１０および第２弁体１９に、それぞれ、ショックレス時間調整機構を設ける必要がない。また、通路２４を介して第１シリンダ室１７の油と第２シリンダ室１８の油とが入れ替わるので油の劣化を防止できる。

さらに、本実施形態では、通路２４および第２絞り２５がピストン１６に形成されている。この構造によると、通路２４および第２絞り２５を形成するための新たなスペースを本体９内に確保する必要がない。また、ショックレス時間を変更する場合は、絞りの径が異なるピストンに交換することで対応可能となり、すなわち本体９の加工は必要でない。既存の油圧モータの改造もピストン交換のみで対応できるので改造が容易である。

（変形例１）
なお、第１シリンダ室１７と第２シリンダ室１８とを接続する通路２４および第２絞り２５をピストン１６ではなく、本体９を加工して本体９自体に設けてもよい。

（変形例２）
また、第１シリンダ室１７と第２シリンダ室１８とを通路２４（第２絞り２５）で接続する必要は必ずしもなく、第１シリンダ室１７と第２負荷通路５２との間、および第２シリンダ室１８と第１負荷通路５１との間を、それぞれ、絞り付きの通路で直接接続してもよい。なお、これらの通路および絞りは、本体９を加工して本体９自体に設けることになる。

（変形例３）
また、変形例に係るショックレスリリーフ弁２を備えた油圧モータ１０１を図５に示したように、ショックレスリリーフ弁２を構成する第１連通弁３４、第２連通弁３３は、両方向に作動する連通弁ではなく、片方向にのみ作動する連通弁であってもよい。

１：油圧モータ機構
２：ショックレスリリーフ弁
３：カウンターバランス弁
６：第２連通弁
７：アキュムレータ
８：第１連通弁
９：本体
１０：第１弁体
１１：第１室
１２：第２室
１３：第１絞り
１５：第１バネ
１６：ピストン
１７：第１シリンダ室
１８：第２シリンダ室
１９：第２弁体
２０：第３室
２１：第４室
２２：第３絞り
２３：第２バネ
２４：通路（遅延通路）
２５：第２絞り
５１：第１負荷通路（高圧通路）
５２：第２負荷通路（低圧通路）
１００：油圧モータ
１０１：方向切換弁

Claims

本体に形成された第１負荷通路と第２負荷通路との間を遮断したり連通させたりする第１弁体と、
前記第１弁体を開弁方向に付勢する前記第１負荷通路の圧が導入される第１室と、
前記第１弁体を閉弁方向に付勢する前記第１負荷通路の圧が導入される第２室と、
前記第２室と前記第１負荷通路との間の通路に配置された第１絞りと、
前記第１弁体を閉弁方向に付勢する第１バネと、
前記第２室に接続されピストンにより区画された第１シリンダ室と、
前記第１シリンダ室を前記第１負荷通路に接続する第１通路と、
前記第１通路に設けられ、前記第１シリンダ室から前記第１負荷通路への圧油の流れを許容する第１逆止弁と、
前記第１負荷通路と前記第２負荷通路との間を遮断したり連通させたりする第２弁体と、
前記第２弁体を開弁方向に付勢する前記第２負荷通路の圧が導入される第３室と、
前記第２弁体を閉弁方向に付勢する前記第２負荷通路の圧が導入される第４室と、
前記第４室と前記第２負荷通路との間の通路に配置された第３絞りと、
前記第２弁体を閉弁方向に付勢する第２バネと、
前記第４室に接続され、前記ピストンにより前記第１シリンダ室とは区画された第２シリンダ室と、
前記第２シリンダ室を前記第２負荷通路に接続する第２通路と、
前記第２通路に設けられ、前記第２シリンダ室から前記第２負荷通路への圧油の流れを許容する第２逆止弁と、
を備えたショックレスリリーフ弁において、
前記第１シリンダ室を前記第２負荷通路に接続する遅延通路を有し、
前記遅延通路に第２絞りが配置されていることを特徴とする、ショックレスリリーフ弁。
請求項１に記載のショックレスリリーフ弁において、
前記第１シリンダ室と前記第２シリンダ室とが前記遅延通路で接続されていることを特徴とする、ショックレスリリーフ弁。
請求項２に記載のショックレスリリーフ弁において、
前記遅延通路および前記第２絞りが前記ピストンに形成されていることを特徴とする、ショックレスリリーフ弁。