JP6427221B2 - 流体圧制御装置及びこれを備える作業機 - Google Patents
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Description
本発明は、流体圧制御装置及びこれを備える作業機に関する。
特許文献1には、作業者が運転席に着座していない場合、レバー操作によりアクチュエータが駆動しないように、アンロード弁を開いて油をタンクに戻す機械制御装置が記載されている(特許文献1の段落[0040]参照)。
作動流体がアンロード弁(アンロード装置)を通過する際、その通過抵抗に起因した圧力損失が生じる。このため、アンロード弁を通過する作動流体の流量が大きいと、アンロード弁の前後差圧が大きくなり、その差圧分だけ作動流体圧が高くなってしまう。したがって、特許文献1に記載の機械制御装置では、アンロード弁の圧力損失が大きい場合に、アンロード状態であってもレバーが誤操作されてしまったときには、アクチュエータが意図せずに動作してしまうおそれがある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アンロード装置の圧力損失に起因するアクチュエータの誤作動を防止することを目的とする。
第1の発明は、流体圧制御装置であって、供給通路からアクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断するスプール弁と、スプール弁の上流側の供給通路に接続され、作動流体供給源から吐出される作動流体を排出通路へ逃がすことにより作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態とするアンロード装置と、を備え、スプール弁は、アンロード装置により作動流体供給源からの作動流体圧がアンロード状態とされているときに、アクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断することを特徴とする。
第1の発明では、作動流体供給源からの作動流体圧がアンロード状態とされているときには、アクチュエータ制御弁への作動流体の流れがスプール弁により遮断される。
第2の発明は、アンロード装置が、供給通路と排出通路とを接続する通路を開閉する開閉弁体と、開閉弁体の背面に画成され開閉弁体の上流側の作動流体が導かれる背圧室と、を有するポペット弁と、ポペット弁の背圧室と排出通路とを連通する開位置と、背圧室と排出通路との連通を遮断する閉位置と、に切り換え可能なノーマルオープン型の電磁切換弁と、を有することを特徴とする。
第2の発明では、電磁切換弁によりポペット弁を制御して、ポペット弁により大量の作動流体を排出通路に逃がすことができるので、電磁切換弁のみでアンロード装置を構成する場合に比べて電磁切換弁の小型化を図ることができる。また、電磁切換弁は、ノーマルオープン型なので、エンジン停止時及び故障等により電磁切換弁を制御する信号が途絶えてしまった場合、作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態にすることができる。
第3の発明は、スプール弁が、スプールと、供給通路を遮断する方向にスプールを付勢する付勢部材と、スプール弁の上流側における供給通路の作動流体が導かれる圧力室と、を有し、圧力室の圧力が付勢部材の設定圧以上になると、スプールが付勢部材の付勢力に抗して移動することにより、作動流体供給源とアクチュエータ制御弁とが連通することを特徴とする。
第3の発明では、作動流体供給源からの作動流体圧がアンロード状態とされているときに、スプールを付勢部材により付勢してアクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断することができる。また、スプール弁は、スプール弁の上流側における供給通路の作動流体圧によって制御される構成であるので、電気的に制御する場合に比べて部品点数を低減できる。
第4の発明は、アクチュエータ制御弁が、スプール弁の上流側における供給通路の作動流体が導かれるパイロット圧室を有し、スプール弁が、供給通路を遮断する遮断ポジションと、供給通路を開放する開放ポジションと、通過する作動流体の流れを絞る絞りポジションと、を有し、圧力室の圧力が付勢部材の設定圧未満である場合、遮断ポジションに切り換えられ、圧力室の圧力が付勢部材の設定圧よりも大きい開放圧以上である場合、開放ポジションに切り換えられ、圧力室の圧力が付勢部材の設定圧以上開放圧未満である場合、絞りポジションに切り換えられることを特徴とする。
第4の発明では、スプール弁が開放ポジションに切り換えられている状態においてスプール弁の上流側における作動流体圧が低下した場合に、スプール弁が絞りポジションに切り換えられる。このため、アクチュエータ制御弁に対する十分なパイロット圧を確保することができ、流体圧制御装置の安定性を向上させることができる。
第5の発明は、作動流体供給源が、可変容量ポンプであり、スプール弁の下流側の圧力と、複数のアクチュエータのうちの最も高い負荷圧と、が可変容量ポンプをロードセンシング制御するために用いられることを特徴とする。
第5の発明では、ロードセンシング制御するために、スプール弁の下流側の圧力を用いるので、スプール弁の上流側の圧力を用いる場合に比べて、より正確にポンプの吐出圧の制御を行うことができる。
第6の発明は、作業機であって、運転席に作業者が着座しているか否かを検出する着座検出装置と、着座検出装置による検出結果に基づいて、アンロード装置を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、運転席に作業者が着座していない場合に作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態とし、運転席に作業者が着座している場合に作動流体供給源からの作動流体圧をオンロード状態とするようにアンロード装置を制御することを特徴とする。
第6の発明では、運転席に作業者が着座していない場合に、アンロード装置により作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態とするとともにスプール弁によりアクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断することができる。
本発明によれば、アンロード装置の圧力損失に起因するアクチュエータの誤作動を防止することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る流体圧制御装置100及びこれを備える作業機10Aの構成について説明する。以下では、作業機10Aがフォークリフトである場合を例に説明する。
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る流体圧制御装置100及びこれを備える作業機10Aの構成について説明する。以下では、作業機10Aがフォークリフトである場合を例に説明する。
作業機10Aは、図示しないエンジンまたはモータによって駆動されタンク12に貯留された作動油を吐出する作動流体供給源としてのポンプ11と、フォークを昇降させる高負荷アクチュエータとしてのリフトシリンダ15と、マストの傾斜角を変化させる低負荷アクチュエータとしてのチルトシリンダ16と、リフトシリンダ15及びチルトシリンダ16の動作を制御する流体圧制御装置100と、作業者の操作入力に応じて流体圧制御装置100を制御し、リフトシリンダ15及びチルトシリンダ16の作動状態を制御するコントローラ150と、を備える。
リフトシリンダ15は、シリンダチューブの内部をロッド側室15aと反ロッド側室15bとに区画するピストンを有する単動形シリンダである。リフトシリンダ15は、反ロッド側室15bに作動油が供給されることにより伸長しフォークを上昇させ、フォークの自重により反ロッド側室15bの作動油が排出されることで収縮しフォークを下降させる。
チルトシリンダ16は、シリンダチューブの内部をロッド側室16aと反ロッド側室16bとに区画するピストンを有する複動形シリンダである。チルトシリンダ16は、反ロッド側室16bに作動油が供給されロッド側室16aから作動油が排出されることにより、伸長してマストを前傾させる。チルトシリンダ16は、ロッド側室16aに作動油が供給され反ロッド側室16bから作動油が排出されることにより、収縮してマストを後傾させる。
ポンプ11は、斜板式の可変容量ピストンポンプであり、レギュレータ13により斜板11aの傾きが変更されることで吐出容量が変化する。具体的には、レギュレータ13に導かれるポンプ11の吐出圧と後述の最高負荷圧との差圧が所定の値となるように、いわゆるロードセンシング制御によってポンプ11は制御される。
流体圧制御装置100は、ポンプ11の吐出口に接続されポンプ11から吐出される作動油を各アクチュエータ(15,16)に供給する供給通路21と、タンク12に接続される排出通路22と、供給通路21に第1分岐通路24aを介して接続されリフトシリンダ15に対して給排される作動油の流れを制御する高負荷制御弁としての第1制御弁30と、第1制御弁30よりも下流側において第2分岐通路24bを介して供給通路21に接続されチルトシリンダ16に対して給排される作動油の流れを制御する低負荷制御弁としての第2制御弁40と、供給通路21から第1分岐通路24aが分岐する分岐部よりも上流側の供給通路21に設けられ供給通路21から各制御弁(30,40)への作動油の流れを遮断するスプール弁110と、スプール弁110の上流側において供給通路21と排出通路22とを接続する接続通路51に設けられるリリーフ弁27と、スプール弁110の上流側において供給通路21から分岐するパイロット通路61と、スプール弁110の上流側において供給通路21から分岐するアンロード通路52に設けられるアンロード装置120と、を備える。供給通路21は、スプール弁110よりも上流側の上流側供給通路21aと、スプール弁110よりも下流側の下流側供給通路21bと、を有する。
第1制御弁30は、4ポート3ポジションの切換弁である。第1制御弁30は、リフトシリンダ15への作動油の給排を遮断する中立ポジション30aと、ポンプ11から吐出される作動油をリフトシリンダ15の反ロッド側室15bに導く供給ポジション30bと、リフトシリンダ15の反ロッド側室15bから排出される作動油をタンク12へ導く排出ポジション30cと、を有する。
供給ポジション30bでは、反ロッド側室15bに接続される反ロッド側通路38から分岐された反ロッド側供給通路36と下流側供給通路21bから分岐された第1分岐通路24aとが連通する。このため、供給ポジション30bでは、反ロッド側室15bに作動油が供給されることにより、リフトシリンダ15が伸長する。一方、排出ポジション30cでは、排出通路22に接続される第1排出通路25aと反ロッド側通路38から分岐された反ロッド側排出通路37とが連通する。このため、排出ポジション30cでは、反ロッド側室15b内の作動油が排出通路22へと排出されることにより、リフトシリンダ15が収縮する。
また、中立ポジション30aでは、反ロッド側供給通路36と第1排出通路25aとが部分的に連通する。反ロッド側供給通路36には、反ロッド側室15bに向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁36aが設けられているため、中立ポジション30aにおいて反ロッド側室15b内の作動油が排出通路22へと排出されることが阻止される。通路39は、後述する第1負荷圧通路71の圧抜き用の通路である。
第1制御弁30は、スプールの両端に臨む一対のパイロット圧室32a,32bと、パイロット通路61を通じて導かれる作動油を減圧して一対のパイロット圧室32a,32bにそれぞれ導く比例ソレノイド式の減圧弁33a,33bと、スプールの両端に設けられる一対のセンタリングスプリング34a,34bと、を有する。
操作レバー(不図示)を介して作業者によりフォークの昇降操作が行われると、操作に応じて第1制御弁30のいずれか一方の減圧弁33a,33bが駆動され、一方のパイロット圧室32a,32bに減圧されたパイロット圧が導かれる。これにより、第1制御弁30は、作業者の操作に応じた位置に切り換えられる。
作業者によりフォークの昇降操作が行われていないときには、一対のパイロット圧室32a,32bへのパイロット圧の供給が減圧弁33a,33bによって遮断される。その結果、第1制御弁30は、センタリングスプリング34a,34bの付勢力によって中立ポジション30aに保持される。
第2制御弁40は、6ポート3ポジションの切換弁である。第2制御弁40は、チルトシリンダ16への作動油の給排を遮断する中立ポジション40aと、ポンプ11から吐出される作動油をチルトシリンダ16に導いてチルトシリンダ16を伸縮作動させる作動ポジションと、を有する。作動ポジションには、チルトシリンダ16を伸長させる伸長ポジション40bと、チルトシリンダ16を収縮させる収縮ポジション40cと、が含まれる。
伸長ポジション40bでは、反ロッド側室16bに接続される反ロッド側通路46と下流側供給通路21bから分岐された第2分岐通路24bとが連通するとともに、ロッド側室16aに接続されるロッド側通路47と排出通路22に接続される第2排出通路25bとが連通する。このため、伸長ポジション40bでは、反ロッド側室16bに作動油が供給されるとともに、ロッド側室16a内の作動油が排出通路22へと排出されることにより、チルトシリンダ16が伸長する。
一方、収縮ポジション40cでは、反ロッド側通路46と第2排出通路25bとが連通するとともに、ロッド側通路47と第2分岐通路24bとが連通する。このため、収縮ポジション40cでは、ロッド側室16a内に作動油が供給されるとともに、反ロッド側室16b内の作動油が排出通路22へと排出されることにより、チルトシリンダ16が収縮する。
第2制御弁40は、第1制御弁30と同様に、スプールの両端に臨む一対のパイロット圧室42a,42bと、パイロット通路61を通じて導かれる作動油を減圧してパイロット圧室42a,42bに導く比例ソレノイド式の減圧弁43a,43bと、スプールの両端に設けられる一対のセンタリングスプリング44a,44bと、を有する。
操作レバー(不図示)を介して作業者によりフォークのチルト操作が行われると、操作に応じて第2制御弁40のいずれか一方の減圧弁43a,43bが駆動され、一方のパイロット圧室42a,42bに減圧されたパイロット圧が導かれる。これにより、第2制御弁40は、作業者の操作に応じた位置に切り換えられる。
作業者によりフォークのチルト操作が行われていないときには、一対のパイロット圧室42a,42bへのパイロット圧の供給が減圧弁43a,43bによって遮断される。その結果、第2制御弁40は、センタリングスプリング44a,44bの付勢力によって中立ポジション40aに保持される。
スプール弁110は、供給通路21を開放する開放ポジション110aと、供給通路21を遮断する遮断ポジション110cと、通過する作動油の流れを絞る絞りポジション110bと、を有する切換弁である。
スプール弁110は、スプール110dと、供給通路21を遮断する方向にスプール110dを付勢するばね(付勢部材)110eと、上流側供給通路21aの作動油が導入通路55を通じて導かれる圧力室110fと、を有する。
スプール弁110は、圧力室110fに導かれる作動油の圧力(すなわち圧力室110fの圧力)Pが第1圧力P1未満(たとえば、タンク圧P0)である場合、ばね110eの付勢力により遮断ポジション110cに切り換えられ、供給通路21が遮断される。
スプール弁110は、圧力室110fの圧力Pが増加し、第1圧力P1以上になると、スプール110dがばね110eの付勢力に抗して移動することにより、ポンプ11と各制御弁(30,40)とが連通する。供給通路21が開かれることにより、ポンプ11から吐出される作動油が各制御弁(30,40)に導かれる。
第1圧力P1は、ばね110eにより設定される設定圧である。第1圧力(ばね110eの設定圧)P1は、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧がアンロード状態になっているときにおける圧力室110fの圧力Pよりも大きくなるように設定される。
スプール弁110は、圧力室110fの圧力Pが第1圧力P1以上第2圧力P2未満である場合、ばね110eの付勢力に抗して絞りポジション110bに切り換えられ、作動油の流れが絞り部により絞られる。スプール弁110は、圧力室110fの圧力Pが第2圧力P2以上である場合、ばね110eの付勢力に抗して開放ポジション110aに切り換えられ、供給通路21が開放される。第2圧力P2は、スプール弁110の開口面積を全開とするための圧力(開放圧)であり、第1圧力P1よりも大きい圧力である(P1<P2)。
導入通路55には作動油の流れを絞る絞り55aが設けられ、絞り55aによって導入通路55における作動油の流れが制限される。したがって、圧力室110f内の圧力の急な変化を軽減することができる。つまり、スプール弁110が高速で切り換えられるのを防ぐことができる。
供給通路21からパイロット通路61が分岐する分岐部よりも下流側にスプール弁110が設けられることで、ポンプ11が始動される際に、直ちにパイロット通路61内の圧力が上昇することになる。このように、パイロット圧を供給するパイロットポンプをポンプ11とは別に備えていない場合であっても、始動時において十分なパイロット圧が確保されるため、各制御弁(30,40)を常に安定して作動させることができる。なお、パイロット通路61には図示しない減圧弁が設けられており、パイロット通路61には、上流側供給通路21aの圧力が減圧され所定の圧力となった作動油が供給される。
リリーフ弁27は、弁体の一方に上流側供給通路21a内の圧力による付勢力が作用し、他方に圧力調整ばね27aの付勢力が作用する圧力調整弁である。リリーフ弁27は、上流側供給通路21a内の圧力が所定の圧力に達した場合、すなわち、上流側供給通路21a内の圧力による付勢力が圧力調整ばね27aの設定荷重を超えた場合に接続通路51を開放することで上流側供給通路21a内の圧力が所定の圧力以下となるように作動する。
流体圧制御装置100は、リフトシリンダ15の負荷圧が導かれる第1負荷圧通路71と、チルトシリンダ16の負荷圧が導かれる第2負荷圧通路72と、第1負荷圧通路71に導かれる負荷圧及び第2負荷圧通路72に導かれる負荷圧の高い方の負荷圧を選択するシャトル弁73と、シャトル弁73で選択された負荷圧が導かれる最高負荷圧通路78と、を備える。シャトル弁73は、いわゆる高圧選択弁であり、一対の流入口にそれぞれ接続される第1負荷圧通路71と第2負荷圧通路72とのうち圧力が高い方の通路を、流出口に接続される最高負荷圧通路78と連通させる。
最高負荷圧通路78は、下流側供給通路21bの圧力を外部へと導く吐出圧通路28とともに、流体圧制御装置100の外部に設けられたレギュレータ13に接続される。最高負荷圧通路78を通じてレギュレータ13に導かれたアクチュエータ(15,16)の最高負荷圧と、吐出圧通路28を通じてレギュレータ13に導かれたスプール弁110の下流側の圧力とは、ポンプ11をロードセンシング制御するために用いられる。
アンロード装置120は、ポンプ11とスプール弁110との間の供給通路21、すなわち上流側供給通路21aにアンロード通路52の入口側通路52aを介して接続され、ポンプ11から吐出される作動油をアンロード通路52の出口側通路52bを通じて排出通路22へ逃がすことによりポンプ11から供給された作動油の圧力をアンロード状態とする。
アンロード装置120は、ポペット弁121と電磁切換弁129とを有する。ポペット弁121は、入口側通路52aを介して上流側供給通路21aに接続され、出口側通路52bを介して排出通路22に接続される。
ポペット弁121は、上流側供給通路21aと排出通路22とを接続するアンロード通路52を開閉する開閉弁体124と、開閉弁体124が着座するシート部128と、開閉弁体124の背面に画成された背圧室125と、開閉弁体124に形成され開閉弁体124の上流側の作動油を背圧室125へと常時導く通路126と、を備える。通路126には絞り126aが設けられる。
背圧室125には、開閉弁体124を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのばね127が収容される。背圧室125の圧力とばね127の付勢力とは、開閉弁体124をシート部128に着座させる方向に作用する。
背圧室125には、排出通路22に接続される背圧通路54が接続される。背圧通路54には、電磁切換弁129が設けられる。
電磁切換弁129は、ポペット弁121の背圧室125と排出通路22とを連通する開位置(O)と、背圧室125と排出通路22との連通を遮断する閉位置(C)とに切り換え可能なノーマルオープン型の電磁切換弁である。電磁切換弁129は、コントローラ150からオン信号が入力されると、ソレノイドが励磁されて閉位置(C)に切り換えられ、コントローラ150からオフ信号が入力されると、ソレノイドが消磁されて開位置(O)に切り換えられる。
電磁切換弁129が開位置(O)に切り換えられると、背圧室125の作動油が背圧通路54を通じて排出通路22に排出される。このため、絞り126aの前後差圧によって、開閉弁体124がばね127の付勢力に抗して移動し、開閉弁体124がシート部128から離間して開状態に切り換わる。
電磁切換弁129が閉位置(C)に切り換えられると、背圧室125から排出通路22への作動油の排出が停止し、上流側供給通路21aから入口側通路52aを通じてポペット弁121に供給される作動油は、通路126を通じて背圧室125に導かれる。このため、背圧室125の圧力とばね127の付勢力とによって開閉弁体124が移動し、開閉弁体124がシート部128に着座して閉状態に切り換わる。
コントローラ150は、中央演算装置(CPU)、読み出しメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ150は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
コントローラ150には、運転席161に作業者が着座しているか否かを検出するシートスイッチ160が接続される。シートスイッチ160は、作業機10Aの運転席161に設けられるリミットスイッチである。シートスイッチ160は、作業者が運転席161に着座していない状態ではオフ状態となり、離座信号(オフ信号)をコントローラ150に出力する。シートスイッチ160は、作業者が運転席161に着座している状態では、作業者の体重が作用することによりオン状態となり、着席信号(オン信号)をコントローラ150に出力する。
コントローラ150は、シートスイッチ160からの信号に基づいて、運転席161に作業者が着座しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、電磁切換弁129を切り換える。コントローラ150は、シートスイッチ160から着座信号(オン信号)が入力されると、運転席161に作業者が着座していると判定し、電磁切換弁129のソレノイドにオン信号を出力する。これにより、電磁切換弁129は閉位置(C)となってポペット弁121が閉状態となり、ポンプ11からの作動油圧がオンロード状態、すなわちポンプ11から供給される作動油の圧力が保持される状態となる。コントローラ150は、シートスイッチ160から離座信号(オフ信号)が入力されると、運転席161に作業者が着座していないと判定し、電磁切換弁129のソレノイドにオフ信号を出力する。これにより、電磁切換弁129は開位置(O)となってポペット弁121が開状態となり、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態、すなわちポンプ11から供給される作動油の圧力を低下させる状態となる。
流体圧制御装置100の動作について説明する。
作業者が運転席161に着座し、イグニッションスイッチ(不図示)をオンすると、作業機10Aが起動する。このとき、作業者は運転席161に着座しているので、電磁切換弁129が閉位置(C)に切り換えられる。ポペット弁121は閉状態に維持されるので、ポンプ11からの作動油圧はオンロード状態となる。
作業者が操作レバー(不図示)を操作すると、操作レバーの操作に応じて各制御弁(30,40)が切り換えられ、リフトシリンダ15及びチルトシリンダ16が駆動される。スプール弁110の上流側の圧力が十分に高い場合、スプール弁110は開放ポジション110aに切り換えられるので、スプール弁110での圧力損失は最小に抑えられる。
ポンプ11からの作動油圧がオンロード状態とされているときには、各制御弁(30,40)の動作等に起因して上流側供給通路21aの圧力が一時的に低下した場合、スプール弁110が絞りポジション110bに切り換えられる。これにより、各制御弁(30,40)に対する十分なパイロット圧を確保することができるので、各制御弁(30,40)及び各アクチュエータ(15,16)を安定して動作させることができる。
作業を終了した後、作業者が運転席161から離れると、電磁切換弁129が開位置(O)に切り換えられる。これにより、ポペット弁121が開状態に切り換えられるので、ポンプ11から吐出された作動油はポペット弁121を通じてタンク12に排出され、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態となる。
ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態になると、スプール弁110の圧力室110fの圧力が第1圧力P1未満になり、スプール弁110が遮断ポジション110cに切り換わる。つまり、スプール弁110は、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、各制御弁(30,40)への作動油の流れを遮断する。したがって、作業者が運転席161に座っていない状態で、万一、操作レバー(不図示)が誤操作されてしまったとしても、アクチュエータ(15,16)が動作することが防止される。
上述した第1実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
(1)流体圧制御装置100は、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、各制御弁(30,40)への作動流体の流れを遮断するスプール弁110を備えている。このため、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときには、各制御弁(30,40)への作動油の流れがスプール弁110により遮断される。したがって、本実施形態によれば、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、万一、操作レバー(不図示)が誤操作されてしまったとしても、アンロード装置120の圧力損失に起因するアクチュエータ(15,16)の誤作動を防止することができる。
(2)アンロード装置120は、ポペット弁121と、ポペット弁121の開閉状態を制御する電磁切換弁129と、を有する。コントローラ150が電磁切換弁129の開閉を切り換えることによりポペット弁121を制御して、ポペット弁121により大量の作動油をタンク12に逃がすことができる。このため、本実施形態によれば、電磁切換弁のみでアンロード装置を構成する場合に比べて電磁切換弁129の小型化を図ることができる。また、電磁切換弁129は、ノーマルオープン型なので、エンジン停止時及び故障等により電磁切換弁129を制御する信号が途絶えてしまった場合、ポンプ11からの作動油圧をアンロード状態にするとともにスプール弁110により各制御弁(30,40)への作動油の流れを遮断することができる。
(3)スプール弁110は、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)以上になると、スプール110dがばね110eの付勢力に抗して移動することにより、ポンプ11と各制御弁(30,40)とが連通する構成である。これにより、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときには、スプール110dをばね110eにより付勢して各制御弁(30,40)への作動油の流れを遮断することができる。また、スプール弁110は、スプール弁110の上流側における供給通路(上流側供給通路21a)の作動流体圧によって制御される構成であるので、電気的に制御する場合に比べて部品点数を低減できる。
(4)第1制御弁30及び第2制御弁40は、油圧パイロット式の切換弁である。各制御弁(30,40)のパイロット圧室32a,32b,42a,42bには、上流側供給通路21aの作動油がパイロット通路61を通じて導かれる。スプール弁110は、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)以上開放圧(第2圧力P2)未満である場合、絞りポジション110bに切り換えられる。
したがって、スプール弁110が、開放ポジション110aに切り換えられている状態において、スプール弁110の上流側における作動油の圧力Pが低下した場合に、スプール弁110が絞りポジション110bに切り換えられる。このため、各制御弁(30,40)のパイロット圧室32a,32b,42a,42bと上流側供給通路21aとを接続するパイロット通路61において、十分な圧力(パイロット元圧)を確保することができる。その結果、流体圧制御装置100の安定性を向上させることができる。
(5)コントローラ150は、運転席161に作業者が着座していない場合にポンプ11からの作動油圧をアンロード状態とし、運転席161に作業者が着座している場合にポンプ11からの作動油圧をオンロード状態とするようにアンロード装置120を制御する。運転席161に作業者が着座していない場合に、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされるので、燃費の低減を図ることができる。また、運転席161に作業者が着座していない場合に、万一、操作レバー(不図示)が誤操作されてしまったとしても、アクチュエータ(15,16)が動作することが防止される。
(6)スプール弁110の下流側の圧力と、複数のアクチュエータ(15,16)のうちの最も高い負荷圧と、がポンプ11をロードセンシング制御するために用いられる。ロードセンシング制御するために、スプール弁110の下流側の圧力を用いるので、スプール弁110の上流側の圧力を用いる場合に比べて、制御弁(30,40)に近いところでのポンプ11の吐出圧とアクチュエータ(15,16)の最高負荷圧との差圧によりポンプ11の吐出圧を制御できる。このため、スプール弁110の上流側の圧力を用いてロードセンシング制御を行う場合に比べて、より正確にポンプ11の吐出圧の制御を行うことができる。
<第2実施形態>
図2を参照して、本発明の第2実施形態に係る流体圧制御装置200及びこれを備える作業機10Bの構成について説明する。以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、図中、上記第1実施形態で説明した構成と同一の構成または相当する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図2を参照して、本発明の第2実施形態に係る流体圧制御装置200及びこれを備える作業機10Bの構成について説明する。以下では、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、図中、上記第1実施形態で説明した構成と同一の構成または相当する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第1実施形態では、第1制御弁30及び第2制御弁40が、それぞれ油圧パイロット式の切換弁である例について説明した。これに対して、第2実施形態では、第1制御弁230及び第2制御弁240が、それぞれ手動式の切換弁である。このため、第2実施形態では、第1実施形態で説明したパイロット通路61が設けられていない。
第2実施形態では、スプール弁210は、開放ポジション110aと遮断ポジション110cとを有する切換弁である。圧力室110fの圧力Pが、第1圧力P1以上になると、スプール110dがばね110eの付勢力に抗して移動することにより、開放ポジション110aに切り換えられ、ポンプ11と各制御弁(230,240)とが連通する。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態で説明した(1)〜(3),(5),(6)と同様の作用効果を奏する。
次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。
(変形例1)
第1実施形態では、スプール弁110に可変絞りを設けてもよい。この場合、圧力室110fの圧力Pが第1圧力P1以上第2圧力P2未満の範囲にあるとき(絞りポジション110bにあるとき)に、可変絞りが、圧力室110fの圧力Pが増加するほど開口面積を大きくする、すなわち作動油の圧力Pが増加するほど絞り量を減少させる。
第1実施形態では、スプール弁110に可変絞りを設けてもよい。この場合、圧力室110fの圧力Pが第1圧力P1以上第2圧力P2未満の範囲にあるとき(絞りポジション110bにあるとき)に、可変絞りが、圧力室110fの圧力Pが増加するほど開口面積を大きくする、すなわち作動油の圧力Pが増加するほど絞り量を減少させる。
(変形例2)
上記実施形態では、スプール弁110,210がスプール弁110の上流側の作動油の圧力に基づいて作動する油圧式の制御弁である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。スプール弁110,210は、コントローラ150からの制御信号に基づいて切り換えられる電気式の制御弁で構成してもよい。
上記実施形態では、スプール弁110,210がスプール弁110の上流側の作動油の圧力に基づいて作動する油圧式の制御弁である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。スプール弁110,210は、コントローラ150からの制御信号に基づいて切り換えられる電気式の制御弁で構成してもよい。
(変形例3)
上記実施形態では、アンロード装置120が、ポペット弁121と電磁切換弁129とを備える例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、開口面積を十分に確保できる大型の電磁切換弁によりアンロード装置を構成し、ポペット弁121を省略してもよい。
上記実施形態では、アンロード装置120が、ポペット弁121と電磁切換弁129とを備える例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、開口面積を十分に確保できる大型の電磁切換弁によりアンロード装置を構成し、ポペット弁121を省略してもよい。
(変形例4)
上記実施形態では、運転席161に作業者が着座しているか否かを検出する着座検出装置として、シートスイッチ160を採用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。赤外線、超音波等を用いた非接触式の人感センサを着座検出装置として採用してもよい。撮像装置を着座検出装置として採用し、コントローラ150が撮像画像に基づき、運転席161に作業者が着座しているか否かを判定してもよい。
上記実施形態では、運転席161に作業者が着座しているか否かを検出する着座検出装置として、シートスイッチ160を採用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。赤外線、超音波等を用いた非接触式の人感センサを着座検出装置として採用してもよい。撮像装置を着座検出装置として採用し、コントローラ150が撮像画像に基づき、運転席161に作業者が着座しているか否かを判定してもよい。
(変形例5)
上記実施形態では、作業機10A,10Bがフォークリフトである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。テレハンドラー、ホイールローダなど、種々の作業機に本発明を適用できる。
上記実施形態では、作業機10A,10Bがフォークリフトである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。テレハンドラー、ホイールローダなど、種々の作業機に本発明を適用できる。
(変形例6)
上記実施形態では、アクチュエータを駆動する作動流体が、作動油である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、作動流体は、水、または水溶液等の非圧縮性流体であってもよい。
上記実施形態では、アクチュエータを駆動する作動流体が、作動油である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、作動流体は、水、または水溶液等の非圧縮性流体であってもよい。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
流体圧制御装置100,200は、アクチュエータ(15,16)の動作を制御する流体圧制御装置100,200であって、ポンプ11から吐出される作動油をアクチュエータ(15,16)に供給する供給通路21と、作動油が貯留されるタンク12に接続される排出通路22と、アクチュエータ(15,16)に給排される作動油の流れを制御するアクチュエータ制御弁(30,40,230,240)と、供給通路21からアクチュエータ制御弁(30,40,230,240)への作動油の流れを遮断するスプール弁110,210と、スプール弁110,210の上流側の供給通路(21a)に接続され、ポンプ11から吐出される作動油を排出通路22へ逃がすことによりポンプ11からの作動油圧をアンロード状態とするアンロード装置120と、を備え、スプール弁110,210は、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、アクチュエータ制御弁(30,40,230,240)への作動油の流れを遮断する。
この構成では、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときには、アクチュエータ制御弁(30,40,230,240)への作動油の流れがスプール弁110,210により遮断される。このため、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、万一、操作レバー(不図示)が誤操作されてしまったとしても、アンロード装置120の圧力損失に起因するアクチュエータ(15,16)の誤作動を防止することができる。
流体圧制御装置100,200は、アンロード装置120が、供給通路21と排出通路22とを接続するアンロード通路52を開閉する開閉弁体124と、開閉弁体124の背面に画成され開閉弁体124の上流側の作動油が導かれる背圧室125と、を有するポペット弁121と、ポペット弁121の背圧室125と排出通路22とを連通する開位置(O)と、背圧室125と排出通路22との連通を遮断する閉位置(C)と、に切り換え可能なノーマルオープン型の電磁切換弁129と、を有する。
この構成では、電磁切換弁129によりポペット弁121を制御して、ポペット弁121により大量の作動油を排出通路22に逃がすことができるので、電磁切換弁のみでアンロード装置120を構成する場合に比べて電磁切換弁129の小型化を図ることができる。また、電磁切換弁129は、ノーマルオープン型なので、エンジン停止時及び故障等により電磁切換弁129を制御する信号が途絶えてしまった場合、ポンプ11からの作動油圧をアンロード状態にすることができる。
流体圧制御装置100,200は、スプール弁110,210が、スプール110dと、供給通路21を遮断する方向にスプール110dを付勢するばね110eと、スプール弁110,210の上流側における供給通路(21a)の作動油が導かれる圧力室110fと、を有し、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)以上になると、スプール110dがばね110eの付勢力に抗して移動することにより、ポンプ11とアクチュエータ制御弁(30,40,230,240)とが連通する。
この構成では、ポンプ11からの作動油圧がアンロード状態とされているときに、スプール110dをばね110eにより付勢してアクチュエータ制御弁(30,40,230,240)への作動油の流れを遮断することができる。また、スプール弁110,210は、スプール弁110,210の上流側における供給通路(21a)の作動油の圧力Pによって制御される構成であるので、電気的に制御する場合に比べて部品点数を低減できる。
流体圧制御装置100は、アクチュエータ制御弁(30,40)が、スプール弁110の上流側における供給通路(21a)の作動油が導かれるパイロット圧室32a,32b,42a,42bを有し、スプール弁110が、供給通路21を遮断する遮断ポジション110cと、供給通路21を開放する開放ポジション110aと、通過する作動油の流れを絞る絞りポジション110bと、を有し、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)未満である場合、遮断ポジション110cに切り換えられ、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)よりも大きい開放圧(第2圧力P2)以上である場合、開放ポジション110aに切り換えられ、圧力室110fの圧力Pがばね110eの設定圧(第1圧力P1)以上開放圧(第2圧力P2)未満である場合、絞りポジション110bに切り換えられる。
この構成では、スプール弁110が開放ポジション110aに切り換えられている状態においてスプール弁110の上流側における作動油の圧力Pが低下した場合に、スプール弁110が絞りポジション110bに切り換えられる。このため、アクチュエータ制御弁(30,40)に対する十分なパイロット圧を確保することができ、流体圧制御装置100の安定性を向上させることができる。
流体圧制御装置100,200は、ポンプ11が、可変容量ポンプであり、スプール弁110,210の下流側の圧力と、複数のアクチュエータ(15,16)のうちの最も高い負荷圧と、がポンプ11をロードセンシング制御するために用いられる。
この構成では、ロードセンシング制御するために、スプール弁110,210の下流側の圧力を用いるので、スプール弁110,210の上流側の圧力を用いる場合に比べて、より正確にポンプ11の吐出圧の制御を行うことができる。
作業機10A,10Bは、流体圧制御装置100,200と、運転席161に作業者が着座しているか否かを検出するシートスイッチ160と、シートスイッチ160による検出結果に基づいて、アンロード装置120を制御するコントローラ150と、を備え、コントローラ150は、運転席161に作業者が着座していない場合にポンプ11からの作動油圧をアンロード状態とし、運転席161に作業者が着座している場合にポンプ11からの作動油圧をオンロード状態とするようにアンロード装置120を制御する。
この構成では、運転席161に作業者が着座していない場合に、アンロード装置120によりポンプ11からの作動油圧をアンロード状態とするとともにスプール弁110,210によりアクチュエータ制御弁(30,40,230,240)への作動油の流れを遮断することができる。したがって、運転席161に作業者が着座していない場合に、万一、操作レバーが誤操作されてしまったとしても、アンロード装置120の圧力損失に起因するアクチュエータ(15,16)の誤作動を防止できる信頼性の高い作業機10A,10Bを提供することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
10A,10B・・・作業機、11・・・ポンプ(作動流体供給源)、12・・・タンク、15・・・リフトシリンダ(アクチュエータ)、16・・・チルトシリンダ(アクチュエータ)、21・・・供給通路、22・・・排出通路、30,230・・・第1制御弁(アクチュエータ制御弁)、32a,32b・・・パイロット圧室、40,240・・・第2制御弁(アクチュエータ制御弁)、42a,42b・・・パイロット圧室、100,200・・・流体圧制御装置、110,210・・・スプール弁、110a・・・開放ポジション、110b・・・絞りポジション、110c・・・遮断ポジション、110d・・・スプール、110e・・・ばね(付勢部材)、110f・・・圧力室、120・・・アンロード装置、121・・・ポペット弁、124・・・開閉弁体、125・・・背圧室、126・・・通路、129・・・電磁切換弁、150・・・コントローラ(制御装置)、160・・・シートスイッチ(着座検出装置)、161・・・運転席
Claims (6)
- アクチュエータの動作を制御する流体圧制御装置であって、
作動流体供給源から吐出される作動流体を前記アクチュエータに供給する供給通路と、
作動流体が貯留されるタンクに接続される排出通路と、
前記アクチュエータに給排される作動流体の流れを制御するアクチュエータ制御弁と、
前記供給通路から前記アクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断するスプール弁と、
前記スプール弁の上流側の前記供給通路に接続され、前記作動流体供給源から吐出される作動流体を前記排出通路へ逃がすことにより前記作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態とするアンロード装置と、を備え、
前記スプール弁は、前記アンロード装置により前記作動流体供給源からの作動流体圧がアンロード状態とされているときに、前記アクチュエータ制御弁への作動流体の流れを遮断する
ことを特徴とする流体圧制御装置。 - 請求項1に記載の流体圧制御装置において、
前記アンロード装置は、
前記供給通路と前記排出通路とを接続する通路を開閉する開閉弁体と、前記開閉弁体の背面に画成され前記開閉弁体の上流側の作動流体が導かれる背圧室と、を有するポペット弁と、
前記ポペット弁の前記背圧室と前記排出通路とを連通する開位置と、前記背圧室と前記排出通路との連通を遮断する閉位置と、に切り換え可能なノーマルオープン型の電磁切換弁と、を有する
ことを特徴とする流体圧制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の流体圧制御装置において、
前記スプール弁は、
スプールと、
前記供給通路を遮断する方向に前記スプールを付勢する付勢部材と、
前記スプール弁の上流側における前記供給通路の作動流体が導かれる圧力室と、を有し、
前記圧力室の圧力が前記付勢部材の設定圧以上になると、前記スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動することにより、前記作動流体供給源と前記アクチュエータ制御弁とが連通する
ことを特徴とする流体圧制御装置。 - 請求項3に記載の流体圧制御装置において、
前記アクチュエータ制御弁は、前記スプール弁の上流側における前記供給通路の作動流体が導かれるパイロット圧室を有し、
前記スプール弁は、
前記供給通路を遮断する遮断ポジションと、
前記供給通路を開放する開放ポジションと、
通過する作動流体の流れを絞る絞りポジションと、を有し、
前記圧力室の圧力が前記付勢部材の設定圧未満である場合、前記遮断ポジションに切り換えられ、
前記圧力室の圧力が前記付勢部材の設定圧よりも大きい開放圧以上である場合、前記開放ポジションに切り換えられ、
前記圧力室の圧力が前記付勢部材の設定圧以上前記開放圧未満である場合、前記絞りポジションに切り換えられる
ことを特徴とする流体圧制御装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の流体圧制御装置において、
前記作動流体供給源は、可変容量ポンプであり、
前記スプール弁の下流側の圧力と、複数の前記アクチュエータのうちの最も高い負荷圧と、が前記可変容量ポンプをロードセンシング制御するために用いられる
ことを特徴とする流体圧制御装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の流体圧制御装置と、
運転席に作業者が着座しているか否かを検出する着座検出装置と、
前記着座検出装置による検出結果に基づいて、前記アンロード装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記運転席に作業者が着座していない場合に前記作動流体供給源からの作動流体圧をアンロード状態とし、前記運転席に作業者が着座している場合に前記作動流体供給源からの作動流体圧をオンロード状態とするように前記アンロード装置を制御する
ことを特徴とする作業機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017082312A JP6427221B2 (ja) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | 流体圧制御装置及びこれを備える作業機 |
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