JP5872336B2

JP5872336B2 - 切換弁

Info

Publication number: JP5872336B2
Application number: JP2012053071A
Authority: JP
Inventors: 説与吉田; 明夫松浦
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP2013185680A

Description

この発明は、建設機械のブームシリンダなどを上昇させたり、下降させたりする制御に最適な切換弁に関する。

この種の切換弁で、例えば建設機械のブームシリンダの上昇及び下降を制御するとき、当該ブームシリンダの下降時には、その自重の作用を利用することによってポンプの負荷をなるべく小さくすることが求められるが、この要請に応えるために従来は、スプールの特定のランド部にブリードオフ用のノッチを形成するようにしていた。

特開２００６−２５０２６３号公報

しかし、スプールのランド部にブリードオフ用のノッチを形成した場合には、ランド部の周方向の長さに限界があるために、大きなノッチを形成することができず、十分なブリードオフ流量を確保できなかった。そのために、例えば、ブームシリンダの下降時には、ポンプに必要以上の負荷がかかるという問題があった。
この発明の目的は、十分なブリードオフ流量を確保できる切換弁を提供することである。

この発明は、弁本体にスプールを摺動自在に組み込むとともに、上記弁本体には、少なくとも、ポンプに連通した環状のポンプ連通溝と、上記ポンプ連通溝の両側に設けるとともにタンクに連通した第１，２タンク連通溝とを形成している。
また、上記スプールには、少なくとも、第1ランド部と、上記第1ランド部に対して軸方向両側に設けた第２，３ランド部とを設けている。

そして、第１の発明は、上記第１ランド部には第１のノッチが形成され、上記第３ランド部には第２のノッチが形成され、上記第１のノッチは、上記スプールが中立位置から一方の方向に移動する過程で上記ポンプ連通溝と上記第１タンク連通溝との連通を制御し、上記第２のノッチは、上記スプールが中立位置から上記一方の方向に移動する過程で上記ポンプ連通溝と上記第２タンク連通溝との連通を制御する点に特徴を有する。

第２の発明は、上記第１ランド部に、上記スプールを中立位置から他方の方向に移動したとき、上記ポンプ連通溝と上記第２タンク連通溝との連通を制御する大流量制御ノッチが形成され、上記大流量制御ノッチを介してブリードオフ制御を可能にした点に特徴を有する。

第１の発明によれば、スプールが上記一方の方向に移動したとき、ポンプ連通溝を第１タンク連通溝あるいは第２タンク連通溝に連通させるノッチを、スプールに形成した第１，３ランド部のそれぞれに別々に形成するようにしたので、一つのランド部に複数のノッチを形成するのに比べて、ノッチ形成エリアにゆとりができる。したがって、必要とする制御特性に応じて設計の自由度が飛躍的に大きくなる。

第２の発明によれば、例えばブームシリンダのように容量が大きなシリンダの収縮時には、大流量制御ノッチを介してポンプ吐出量の多くをブリードオフすることができるので、その分、ポンプの負荷を小さくできる。このようにポンプの負荷を小さくできれば、それを駆動するエンジン等の消費エネルギーを小さくでき、省エネルギーを達成できる。

スプールを中立状態に保った全体の断面図である。第２連通凹部を軸線に直交する方向に断面にして大流量制御ノッチを示した断面図である。シリンダを上昇させる方向にスプールを半分ほどストロークさせた状態の部分断面図である。シリンダを上昇させる方向にスプールをフルストロークさせた状態の部分断面図である。シリンダを下降させる方向にスプールを半分ほどストロークさせた状態の部分断面図である。シリンダを下降させる方向にスプールをフルストロークさせた状態の部分断面図である。

図示の実施形態における弁本体１には、建設機械のブームシリンダＣのボトム側室２に連通する第１シリンダポート３と、上記ブームシリンダＣのロッド側室４に連通する第２シリンダポート５とが形成され、スプールＳを摺動自在に組み込むスプール孔６が形成されている。

上記スプール孔６のほぼ中央には、図示していないポンプに連通する環状のポンプ連通溝７が形成され、このポンプ連通溝７の軸方向両側には、図示していないタンクに連通する環状の第１，２タンク連通溝１０，１１が形成されている。
なお、上記ポンプ連通溝７は、ロードチェック弁８を介して、弁本体１に形成したブリッジ通路９に連通する構成にしている。

そして、上記第１，２タンク連通溝１０，１１の軸方向外側に、上記ブリッジ通路９に連通する第１，２環状溝１３，１４が形成され、さらに、これら第１，２環状溝１３，１４の軸方向外側に、第１，２シリンダポート３、５に連通する環状の第１，２ポート連通溝１５，１６が形成され、さらにこれらの第１，２ポート連通溝１５，１６の軸方向外側に環状の第３，４タンク連通溝１７，１８が形成されている。

上記のようにしたスプール孔６に上記スプールＳを摺動自在に組み込み、このスプールＳの両端をパイロット室１９，２０に臨ませている。そして、一方のパイロット室１９にはセンタリングスプリング２１を介在させ、通常は、このセンタリングスプリング２１のばね力で、スプールＳが、図１に示す中立位置を保持するようにしている。

そして、上記スプールＳには、その中央部分に第１ランド部２２が設けられている。この第１ランド部２２は、スプールＳが上記中立位置にあるとき、ポンプ連通溝７に対応する位置を保持する。
また、この第１ランド部２２の軸方向両側には第２，３ランド部２３，２４が設けられている。この第２ランド部２３と上記第１ランド部２２との間を第１連通凹部２５とし、第３ランド部２４と上記第１ランド部２２との間を第２連通凹部２６としている。

そして、上記第１ランド部２２には、一対の大流量制御ノッチ２７が形成されているが、これら一対の大流量制御ノッチ２７は、第１ランド部２２の外周部分をわずかに残すとともに、この第１ランド部２２のその他の部分を軸線に平行な面で切り取って形成して、図２に示すように、それらの底面を互いに平行にしている。
このようにした大流量制御ノッチ２７は、スプールＳが図５，６に示すように他方の方向である右方向に移動したとき、この大流量制御ノッチ２７及び第２連通凹部２６を介して、ポンプ連通溝７と第２タンク連通溝１１とが連通する構成にしている。

また、上記第１ランド部２２には、上記大流量制御ノッチ２７とは反対側に開口する第１のノッチとしての小流量制御ノッチ２８が形成されている。この小流量制御ノッチ２８は、スプールＳが図３に示す一方の方向である左方向に移動する過程でその開度が小さくなるとともに、この小流量制御ノッチ２８及び第１連通凹部２５を介して、ポンプ連通溝７と第１タンク連通溝１０とを連通させるものである。

なお、図３〜６に示した符号２９は、大流量制御ノッチ２７と同じタイミングでポンプ連通溝７と第２タンク連通溝１１とを連通させる制御ノッチであり、符号３０は、小流量制御ノッチ２８と同じタイミングでポンプ連通溝７と第１タンク連通溝１０とを連通させる制御ノッチで、その溝幅をほぼ一定にしている。

一方、上記第３ランド部２４であって、第２連通凹部２６と隣接するエッジ部には、第２のノッチとしての小流量制御ノッチ３１が形成されている。スプールＳが中立位置にあるとき、第３ランド部２４が、その中立位置から図面左方向に移動して、第２連通凹部２６と第２タンク連通溝１１との連通を遮断する過程で、上記小流量制御ノッチ３１がその開度を小さくする構成にしている。

さらに上記第２，３ランド部２３，２４の軸方向外側には、第４，５ランド部３２，３３が形成されるとともに、この第４，５ランド部３２，３３と上記第２，３ランド部２３，２４との間を、第３，４連通凹部３４，３５としている。

そして、スプールＳが図１に示す中立位置にあるときには、第４，５ランド部３２，３３で第１，２シリンダポート３，５とブリッジ通路９との連通が遮断されるが、スプールＳが左右いずれかに移動すると、第１，２シリンダポート３，５とブリッジ通路９とが、第３，４連通凹部３４，３５を介して連通する。

上記第４，５ランド部３２，３３のさらに軸方向外側には、第６，７ランド部３６，３７が形成されるとともに、この第６，７ランド部３６，３７と上記第４，５ランド部３２，３３との間を、第５，６連通凹部３８，３９としている。

そして、スプールＳが、図１に示す中立位置にあれば、ポンプ連通溝７に導かれたポンプ吐出油は、第１，２連通凹部２５，２６を経由して第１，２タンク連通溝１０，１１からタンクに導かれる。このとき、第１，２シリンダポート３，５に連通する第１，２ポート連通溝１５，１６は、第４，５ランド部３２，３３で閉じられているので、シリンダＣは現状の位置を保持する。

上記の状態から図３に示すようにスプールＳを図面左方向に少し移動すると、第１ランド部２２と第３ランド部２４との間でポンプ連通溝７が閉ざされ、ポンプ連通溝７と第１，２タンク連通溝１０，１１との連通が遮断される。したがって、ポンプ連通溝７に導かれたポンプ吐出油はロードチェック弁８を押し開いてブリッジ通路９に導かれる。

一方の第４ランド部３２に形成された制御ノッチ４０と第３連通凹部３４を介して、第１ポート連通溝１５と第１環状溝１３とが連通するので、上記のようにブリッジ通路９に導かれたポンプ吐出油は、第１シリンダポート３を経由してシリンダＣのボトム側室２に供給される。そして、シリンダＣのロッド側室４の戻り油は、第２シリンダポート５から、第２ポート連通溝１６、第６連通凹部３９及び第４タンク連通溝１８を通ってタンクに戻され、シリンダＣは伸長する。

ただし、上記のようにポンプ連通溝７から圧油がシリンダＣのボトム側室２に供給される過程、特に、スプールＳの移動初期の過程では、小流量制御ノッチ２８及び３１を介して、ポンプ連通溝７に導かれたポンプ吐出油がブリードオフされるとともに、スプールＳがさらに移動する過程では、第３ランド部２４の小流量制御ノッチ３１が先に閉じ、その後に第１ランド部２２の小流量制御ノッチ２８が閉じる構成にしている。したがって、これら両小流量制御ノッチ２８，３１の機能が相まって、スプールＳのストロークに応じたブリードオフ特性が決められることになる。

なお、上記のようにスプールＳの移動過程では、制御ノッチ３０も小流量制御ノッチ２８とともに開くが、この制御ノッチ３０はその開度が一定に保たれる。
さらに、スプールＳが上記左方向にフルストロークすると、図４に示すように、小流量制御２８，３０、３１が閉じるので、ブリードオフ流量がゼロになり、シリンダＣの伸長速度が最大になる。

一方、スプールＳが図５に示すように右方向に移動した初期の過程では、第１タンク連通溝１０は第２ランド部２３によってふさがれるとともに、ポンプ連通溝７と第２タンク連通溝１１とが、大流量制御ノッチ２７、制御ノッチ２９及び第２連通凹部２６を介して連通するので、ポンプ連通溝７に導かれたポンプ吐出油のほとんどが、第２タンク連通溝１１からブリードオフされ、残りの一部がブリッジ通路９から、第２環状溝１４、第４連通凹部３５、第５ランド部３３に形成した制御ノッチ４２、第２ポート連通溝１６及び第２シリンダポート５を経由してシリンダＣのロッド側室４に導かれる。

一方、第１ポート連通溝１５と第３タンク連通溝１７とは、第４ランド部３２に形成した制御ノッチ４１を介して連通するので、シリンダＣのボトム側室２の戻り油が、第１シリンダポート３、第１ポート連通溝１５、制御ノッチ４１、第５連通凹部３８及び第３タンク連通溝１７を経由してタンクに導かれる。このときには、シリンダＣがほとんど自重でゆっくりと下降するので、ポンプの負荷は小さくてすむ。

そして、スプールＳが上記右方向にフルストロークすると、図６に示すように、制御ノッチ４１及び４２の開度が大きくなるので、シリンダＣのロッド側室４に供給される流量が相対的に多くなるとともに、ボトム側室２からの戻り流量も多くなるので、シリンダＣの収縮速度が速くなる。

上記したようにこの実施形態によれば、第１ランド部２２と第３ランド部２４との両方に小流量制御ノッチ２８，３１を形成したので、これら両小流量制御ノッチ２８，３１の合成特性によって、シリンダＣの伸長時のブリードオフ流量を決めることができる。
また、第１ランド部２２に大流量制御ノッチ２７を形成したので、シリンダＣが収縮するときのポンプの負荷を小さくでき、その分、省エネルギーを達成できる。

しかも、上記小流量制御ノッチ２８，３１を第１，３ランド部２２，２４に別々に設けたので、この実施形態のように、第１ランド部２２に大流量制御ノッチ２７を形成したとしても、第１ランド部２２にスペース的にゆとりを持って小流量制御ノッチ２８を形成することができる。

建設機械に用いるブームシリンダの制御に最適である。

１弁本体
Ｃシリンダ
２ボトム側室
３第１シリンダポート
４ロッド側室
５第２シリンダポート
Ｓスプール
６スプール孔
７ポンプ連通溝
１０，１１第１，２タンク連通溝
１３，１４第１，２環状溝
１５，１６第１，２ポート連通溝
１７，１８第３，４タンク連通溝
２２〜２４第１〜３ランド部
２５，２６第１，２連通凹部
２７大流量制御ノッチ
２８小流量制御ノッチ
３１小流量制御ノッチ
３２，３３第４，５ランド部
３４，３５第３，４連通凹部
３６，３７第６，７ランド部
３８，３９第５，６連通凹部

Claims

弁本体にスプールを摺動自在に組み込むとともに、上記弁本体には、少なくとも、ポンプに連通した環状のポンプ連通溝と、上記ポンプ連通溝の両側に設けるとともにタンクに連通した第１，２タンク連通溝とを形成し、上記スプールには、少なくとも、第1ランド部と、上記第１ランド部に対して軸方向両側に設けた第２，３ランド部とを設けた切換弁であって、
上記第１ランド部には第１のノッチが形成され、上記第３ランド部には第２のノッチが形成され、上記第１のノッチは、上記スプールが中立位置から一方の方向に移動する過程で上記ポンプ連通溝と上記第１タンク連通溝との連通を制御し、上記第２のノッチは、上記スプールが中立位置から上記一方の方向に移動する過程で上記ポンプ連通溝と上記第２タンク連通溝との連通を制御することを特徴とする切換弁。
上記第１ランド部には、上記スプールが中立位置から他方の方向に移動したとき、上記ポンプ連通溝と上記第２タンク連通溝との連通を制御する大流量制御ノッチが形成され、上記大流量制御ノッチを介してブリードオフ制御を可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の切換弁。