JP6452791B1 - コントロールバルブおよびフォークリフト - Google Patents

Abstract

【課題】ヒステリシス発生時における流量の急激な低下を抑制するコントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトを提供する。【解決手段】ブロック、スプール、ソレノイドを備えたコントロールバルブであって、スプールは、ランド部の外周面に形成された第１ノッチ部および第２ノッチ部を有し、第１ノッチ部の開口面積は、ストロークが第１ストロークＸ１に達するまでは、ストロークが増加するにつれて第１変化率で増加し、第２ノッチ部の開口面積は、ストロークが第２ストロークＸ２に達するまでは、ストロークが増加するにつれて第１変化率よりも小さい第２変化率で増加することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、コントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトに関する。

コントロールバルブとしては、例えば、特許文献１に記載のスプール弁が知られている。特許文献１に記載のスプール弁は、スプールのランド部に、制御用ノッチと流体力補償用ノッチとを有する。流体力補償用ノッチは、ノッチを開く方向に働く力を受けるような寸法に形成されている。したがって、特許文献１に記載のスプール弁は、ノッチを閉じる方向に働く流体力を軽減することができる。

また、フォークリフトで使用されるコントロールバルブとして、ソレノイドでスプールを直接駆動させる直動方式のコントロールバルブが知られている。直動方式のコントロールバルブは、例えば、リフトシリンダやチルトシリンダに供給する作動油の流量を制御する。直動方式のコントロールバルブは、部品点数が少ないため、小型化に適している。

図６に、直動方式のコントロールバルブにおける電流−流量特性の一例を示す。この例では、スプールのフルストローク時に、ソレノイドの電磁コイルに電流値Ｚ３の電流が供給されるものとする。

同図に示すように、直動方式のコントロールバルブは、スプールのストロークをフルストロークから減少させようとしたときに、ヒステリシスが発生することがある。ヒステリシスが発生すると、Ｚ３から所定の電流値までは電流変化に対してスプールの移動が滑らかに反応せず（ストロークがほとんど変化せず）、所定の電流値以下になった途端、スプールが急に移動して（スプールのストロークが急に減少して）、流量が急激に低下してしまう。その結果、荷役作業における操作フィーリングが悪化してしまう。

直動方式のコントロールバルブに、特許文献１に記載の流体力補償用ノッチを設けると、ヒステリシスの発生を低減することができる。しかしながら、特許文献１に記載の流体力補償用ノッチを設けても、ヒステリシスが発生した場合には、流量の急激な低下による操作フィーリングの悪化は避けられない。

特開２００５−１４０２４８号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、ヒステリシス発生時における流量の急激な低下を抑制するコントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るコントロールバルブは、
すべり面が形成されたスプール摺動部と、前記スプール摺動部に連通する作動油の流入路および流出路と、を有するブロックと、
ランド部を有し、前記ランド部の外周面が前記すべり面を摺動するように前記スプール摺動部内に収容されたスプールと、
電磁コイルを有し、前記電磁コイルに供給される電流に応じた推力を前記スプールに付与し、前記スプールのストロークを変化させるソレノイドと、
を備えたコントロールバルブであって、
前記スプールは、前記ランド部の前記外周面に形成された、前記流入路と前記流出路とを連通させる第１ノッチ部および第２ノッチ部を有し、
前記第１ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが第１ストロークに達するまでは、前記ストロークが増加するにつれて第１変化率で増加し、
前記第２ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第１ストロークよりも大きい第２ストロークに達するまでは、前記ストロークが増加するにつれて前記第１変化率よりも小さい第２変化率で増加し、
前記第１ノッチ部は、前記第２ノッチ部よりも先に最大開口面積に達し、
前記第１ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第１ストロークからフルストロークの範囲では、第１面積となり、
前記第２ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第２ストロークから前記フルストロークの範囲では、前記第１面積よりも小さい第２面積となることを特徴とする。

前記第１ノッチ部は、複数の第１ノッチで構成され、
前記第２ノッチ部は、前記第１ノッチとは異なる形状の複数の第２ノッチで構成されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明に係るフォークリフトは、
上記いずれかのコントロールバルブを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ヒステリシス発生時における流量の急激な低下を抑制するコントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るコントロールバルブを示す図である。 本発明の一実施形態に係るスプールのランド部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１および第２ノッチの開口面積を示す図であって、（Ａ）はスプールの外周面における開口面積、（Ｂ）はスプールの軸方向の断面における開口面積を示す図である。 本発明の一実施形態に係るスプールのストロークと第１および第２ノッチ部の開口面積との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るコントロールバルブの電流−流量特性を示す図である。 従来のコントロールバルブの電流−流量特性を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るコントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトの実施形態について説明する。

［コントロールバルブ］
図１に、本発明の一実施形態に係るコントロールバルブ１を示す。コントロールバルブ１は、ブロック１０と、スプール２０と、ソレノイド３０と、第１スプリング４１と、第２スプリング４２とを備える。コントロールバルブ１は、ソレノイド３０でスプール２０を直接駆動させる直動方式のコントロールバルブである。

ブロック１０は、スプール２０を摺動可能に収容するスプール摺動部１１と、スプール摺動部１１に連通する作動油の流入路１２と、スプール摺動部１１に連通する作動油の流出路１３とを有する。

スプール摺動部１１は、スプール２０が摺動する円筒形状のすべり面１４を有する。流入路１２と流出路１３は、すべり面１４の一部を挟んで形成されている。流入路１２と流出路１３の間のすべり面１４には、流入路１２側に切欠き１５が形成されている。すなわち、流入路１２の形成面は、切欠き１５を介してすべり面１４に連なっている。

スプール２０は、ランド部２１を有し、ランド部２１の外周面２１ａがすべり面１４を摺動するようにスプール摺動部１１内に収容されている。スプール２０の一端側には、第１スプリング４１およびソレノイド３０が設けられている。スプール２０の他端側には、第２スプリング４２が設けられている。

ソレノイド３０は、電磁コイルを有し、電磁コイルに供給される電流に応じたソレノイド推力（本発明の「推力」に相当）をスプール２０に付与する。スプール２０のストロークは、電磁コイルに供給される電流に比例する。

第２スプリング４２は、ソレノイド推力とは逆の第２方向（流入路１２から流出路１３に向かう方向）に働く第２スプリング力をスプール２０に付与する。

ソレノイド推力がスプリング力（＝第２スプリング力）を超えると、スプール２０のストロークがソレノイド推力に応じて変化する。スプール２０のストロークが所定値（例えば、図３のＸ０）を超えると、流入路１２がランド部２１を介して流出路１３と連通し、流入路１２から流入した作動油がランド部２１を通過して流出路１３に流れる。

ランド部２１の外周面２１ａには、図２に示すように、４つの第１ノッチ２２で構成される第１ノッチ部と、４つの第２ノッチ２３で構成される第２ノッチ部とが形成されている。第１ノッチ２２および第２ノッチ２３は、ランド部２１の流出路１３側の端面２１ｂから軸方向に延びるように形成されている。

第１ノッチ２２と第２ノッチ２３は、図３（Ａ）に示すように、ランド部２１の外周面２１ａにおける形状が異なる。また、第１ノッチ２２と第２ノッチ２３は、図３（Ｂ）に示すように、ランド部２１の端面２１ｂにおける形状、言い換えれば、ランド部２１の軸方向の断面における形状も異なる。

第１ノッチ部と第２ノッチ部は、上記の形状の違いにより、ストロークに対する開口面積（流入路１２と連通する面積）の変化率と、最大開口面積に達するストローク位置とが異なる。

図４に示すように、第１ノッチ部の開口面積は、スプール２０のストロークが所定値Ｘ０を超えると、ストロークが第１ストロークＸ１に達するまでは、ストロークが増加するにつれて第１変化率で増加する。ストロークが第１ストロークＸ１に達すると、第１ノッチ部の開口面積はＹ１になり、ストロークがフルストロークＸ３に達するまでＹ１に維持される。すなわち、第１ノッチ部では、Ｙ１が最大開口面積（本発明の「第１面積」に相当）となる。

図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、１つの第１ノッチ２２で考えると、ストロークがＸ０未満の場合、外周面２１ａにおける第１ノッチ２２の開口面積Ａ１はゼロ（外周面２１ａにおける第１ノッチ２２の面積＝非開口面積Ｂ１）になる。ストロークがＸ０以上、Ｘ１未満の場合、開口面積Ａ１は、軸方向の断面における第１ノッチ２２の開口面積Ｃ１よりも小さい正の値になる。このため、第１ノッチ部の開口面積は、ストロークがＸ０以上、Ｘ１未満の場合、外周面２１ａにおける第１ノッチ部の開口面積に依存して、第１変化率で変化する。

ストロークがＸ１の場合、外周面２１ａにおける第１ノッチ２２の開口面積Ａ１は、軸方向の断面における第１ノッチ２２の開口面積Ｃ１と同じ値になる。ストロークがＸ１を超えた場合、開口面積Ａ１は、開口面積Ｃ１よりも大きい値になる。このため、第１ノッチ部の開口面積は、ストロークがＸ１以上の場合、軸方向の断面における第１ノッチ部の開口面積に依存して、Ｙ１（＝最大開口面積）で頭打ちになる。

一方、第２ノッチ部の開口面積は、スプール２０のストロークが所定値Ｘ０を超えると、ストロークが第２ストロークＸ２（Ｘ２＞Ｘ１）に達するまでは、ストロークが増加するにつれて第２変化率（第２変化率＜第１変化率）で増加する。ストロークが第２ストロークＸ２に達すると、第２ノッチ部の開口面積はＹ２（Ｙ２＜Ｙ１）になり、ストロークがフルストロークＸ３に達するまでＹ２に維持される。すなわち、第２ノッチ部では、Ｙ２が最大開口面積（本発明の「第２面積」に相当）となる。

１つの第２ノッチ２３で考えると、ストロークがＸ０未満の場合、外周面２１ａにおける第２ノッチ２３の開口面積Ａ２はゼロ（外周面２１ａにおける第２ノッチ２３の面積＝非開口面積Ｂ２）になる。ストロークがＸ０以上、Ｘ２未満の場合、開口面積Ａ２は、軸方向の断面における第２ノッチ２３の開口面積Ｃ２よりも小さい正の値になる。このため、第２ノッチ部の開口面積は、ストロークがＸ０以上、Ｘ２未満の場合、外周面２１ａにおける第２ノッチ部の開口面積に依存して、第２変化率で変化する。

ストロークがＸ２の場合、外周面２１ａにおける第２ノッチ２３の開口面積Ａ２は、軸方向の断面における第２ノッチ２３の開口面積Ｃ２と同じ値になる。ストロークがＸ２を超えた場合、開口面積Ａ２は、開口面積Ｃ２よりも大きい値になる。このため、第２ノッチ部の開口面積は、ストロークがＸ２以上の場合、軸方向の断面における第２ノッチ部の開口面積に依存して、Ｙ２（＝最大開口面積）で頭打ちになる。

図５に、コントロールバルブ１の電流−流量特性を示す。電流Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、それぞれストロークＸ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のときにソレノイド３０に供給される電流である。

電流Ｚ０からＺ１の範囲では、第１ノッチ部および第２ノッチ部の双方の開口面積が変化するので、ランド部２１を通過する作動油の流量変化は大きくなる。電流Ｚ１から電流Ｚ２の範囲では、変化率小の第２ノッチ部の開口面積のみが変化するので、作動油の流量変化は抑制されて小さくなる。電流Ｚ２から電流Ｚ３の範囲では、開口面積は変化しないので、作動油の流量変化はゼロ（作動油の流量は一定）になる。

スプール２０のストロークをフルストロークＸ３から減少させようとしたときに、ヒステリシスが発生したとしても、電流Ｚ３から電流Ｚ１の範囲では、ランド部２１を通過する作動油の流量は、変化量が抑制されるか、または一定になる。したがって、本実施形態に係るコントロールバルブ１によれば、ヒステリシス発生時における流量の急激な低下を抑制することができる。

［フォークリフト］
コントロールバルブ１は、例えば、フォークリフトの油圧システムに使用される。油圧システムは、コントロールバルブ１と、作動油が貯められたタンクと、タンク内の作動油をコントロールバルブ１に供給するポンプと、コントロールバルブ１に接続されたリフトシリンダおよびチルトシリンダとを備える。コントロールバルブ１は、リフトシリンダやチルトシリンダに供給する作動油の流量を制御する。

コントロールバルブ１を備えたフォークリフトによれば、コントロールバルブ１においてヒステリシス発生時における流量の急激な低下が抑制されるので、荷役作業における操作フィーリングの悪化を抑制することができる。

以上、本発明に係るコントロールバルブおよび当該コントロールバルブを備えたフォークリフトの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

第１ノッチ部の開口面積が第１変化率で変化し、第２ノッチ部の開口面積が第１変化率よりも小さい第２変化率で変化し、かつ第１ノッチ部の開口面積が第２ノッチ部の開口面積よりも先に頭打ちになる（最大開口面積に達する）のであれば、第１ノッチ２２と第２ノッチ２３の数および／または形状は、適宜変更できる。

本発明のブロックは、すべり面が形成されたスプール摺動部と、スプール摺動部に連通する作動油の流入路および流出路とを有するのであれば、適宜構成を変更できる。

本発明のスプールは、第１ノッチ部および第２ノッチ部が形成されたランド部を有し、ランド部の外周面がすべり面を摺動するようにスプール摺動部内に収容されるのであれば、適宜構成を変更できる。

本発明のソレノイドは、電磁コイルを有し、電磁コイルに供給される電流に応じた推力を本発明のスプールに付与し、スプールのストロークを変化させるのであれば、適宜構成を変更できる。

１ コントロールバルブ
１０ ブロック
１１ スプール摺動部
１２ 流入路
１３ 流出路
１４ すべり面
１５ 切欠き
２０ スプール
２１ ランド部
２２ 第１ノッチ
２３ 第２ノッチ
３０ ソレノイド
４１ 第１スプリング
４２ 第２スプリング

Claims (3)

1. すべり面が形成されたスプール摺動部と、前記スプール摺動部に連通する作動油の流入路および流出路と、を有するブロックと、
   ランド部を有し、前記ランド部の外周面が前記すべり面を摺動するように前記スプール摺動部内に収容されたスプールと、
   電磁コイルを有し、前記電磁コイルに供給される電流に応じた推力を前記スプールに付与し、前記スプールのストロークを変化させるソレノイドと、
   を備えたコントロールバルブであって、
   前記スプールは、前記ランド部の前記外周面に形成された、前記流入路と前記流出路とを連通させる第１ノッチ部および第２ノッチ部を有し、
   前記第１ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが第１ストロークに達するまでは、前記ストロークが増加するにつれて第１変化率で増加し、
   前記第２ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第１ストロークよりも大きい第２ストロークに達するまでは、前記ストロークが増加するにつれて前記第１変化率よりも小さい第２変化率で増加し、
   前記第１ノッチ部は、前記第２ノッチ部よりも先に最大開口面積に達し、
   前記第１ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第１ストロークからフルストロークの範囲では、第１面積となり、
   前記第２ノッチ部の開口面積は、前記ストロークが前記第２ストロークから前記フルストロークの範囲では、前記第１面積よりも小さい第２面積となる
   ことを特徴とするコントロールバルブ。
2. 前記第１ノッチ部は、複数の第１ノッチで構成され、
   前記第２ノッチ部は、前記第１ノッチとは異なる形状の複数の第２ノッチで構成されることを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブ。
3. 請求項１または２に記載のコントロールバルブを備えた
   ことを特徴とするフォークリフト。

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