JP6836487B2 - 制御弁 - Google Patents

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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
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    • F15B11/02Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member

Description

本発明は、制御弁に関する。
特許文献1には、スプリットフロータイプの可変容量型ポンプと、ポンプの一対の吐出ポートに接続される一対の回路と、ポンプの一対の吐出ポートの連通と遮断を切り換える走行独立弁と、を備えたロードセンシング回路が記載されている。
このようなロードセンシング回路では、ポンプの吐出圧と、アクチュエータの最高負荷圧との差圧に基づいてポンプの吐出流量が制御される。
特開2013−2241号公報
特許文献1に記載のロードセンシング回路は、一方の回路における複数のアクチュエータのうちの最高負荷圧を伝達する信号伝達油路である第1ラインw1と、他方の回路における複数のアクチュエータのうちの最高負荷圧を伝達する信号伝達油路である第2ラインw2と、を備える。第1ラインw1及び第2ラインw2は、それぞれ捨て絞りV20,V21を介してタンクTに接続される。
このため、走行独立弁V13が合流位置に切り換えられ、一方の回路と他方の回路とが接続されると、2つの捨て絞りV20,V21から作動油がタンクTに排出されることになる。その結果、信号伝達油路の圧力が低下し、操作に対するアクチュエータの追従性が鈍くなるという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アクチュエータの操作性を向上することを目的とする。
第1の発明は、第1流体圧回路に供給される作動流体と、第2流体圧回路に供給される作動流体と、を合流または遮断させる制御弁であって、アクチュエータの作動状態に基づいて駆動するスプールと、スプールが摺動自在に収容されるバルブボディと、を備え、バルブボディは、第1流体圧回路に接続されポンプから吐出される作動流体が供給される第1供給通路と、第2流体圧回路に接続されポンプから吐出される作動流体が供給される第2供給通路と、第1流体圧回路により制御される複数のアクチュエータの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第1負荷圧通路と、第2流体圧回路により制御される複数のアクチュエータの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第2負荷圧通路と、タンクに接続される排出通路と、を有し、第1負荷圧通路には、第1絞りが設けられタンクに接続される第1圧抜き通路が接続され、第2負荷圧通路には、第2絞りが設けられタンクに接続される第2圧抜き通路が接続され、スプールは、第1供給通路と第2供給通路とを連通または遮断する第1ランド部と、第1供給通路と第2供給通路とが連通しているときに、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とを連通し、第1ランド部によって第1供給通路と第2供給通路とが遮断されているときに、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とを遮断する第2ランド部と、第1圧抜き通路が設けられ、第1負荷圧通路と排出通路とを連通または遮断する連通部と、を有し、連通部は、第2ランド部によって第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが遮断されているときに、第1負荷圧通路と排出通路とを第1圧抜き通路を介して連通し、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが連通しているときに、第1負荷圧通路と排出通路とが第1圧抜き通路を介して連通することを遮断することを特徴とする。
第1の発明では、第1流体圧回路の作動流体と第2流体圧回路の作動流体とが合流していないときには、第1負荷圧通路から第1絞りを通じて作動流体がタンクに排出されると共に、第2負荷圧通路から第2絞りを通じて作動流体がタンクに排出される。一方、第1流体圧回路の作動流体と第2流体圧回路の作動流体とが合流しているときには、第1負荷圧通路から第1絞りを通じて作動流体がタンクに排出されることが防止され、第1及び第2負荷圧通路の作動流体は第2絞りを通じてタンクに排出される。
第2の発明は、連通部が、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが連通する連通状態から第2ランド部によって第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが遮断される遮断状態へ移行する際、第2ランド部によって第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが遮断される前に第1負荷圧通路と排出通路とを連通することを特徴とする。
第2の発明では、第1及び第2負荷圧通路が連通状態から遮断状態へ移行する際、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路が遮断されてから第1負荷圧通路と排出通路とが連通することが防止される。これにより、第1負荷圧通路の圧力が一時的に籠もってしまうことを防止できる。
第3の発明は、第2圧抜き通路が、バルブボディに設けられ、第1負荷圧通路と第2負荷圧通路とが連通する連通状態であるか否かにかかわらず、第2負荷圧通路と排出通路とが連通することを特徴とする。
第3の発明では、第2絞りを有する第2圧抜き通路をバルブボディの外側に配置する場合に比べて、制御弁が搭載される装置の小型化を図ることができる。
第4の発明は、連通部が、筒状の筒部と、筒部の内側に着脱自在に装着され第1絞りが設けられるカートリッジ体と、を有することを特徴とする。
第4の発明では、カートリッジ体に第1絞りが設けられているので、第1絞りの仕様を容易に変更することができる。
本発明によれば、アクチュエータの操作性を向上することができる。
本実施形態に係る油圧システムの概略構成図である。 インレットブロック、アンロードブロック、バルブブロックの概略油圧回路図である。 インレットブロックの断面図であり、合流制御弁のスプールが連通位置(Y)にある状態を示す。 スプールの端部の拡大断面図であり、スプールが連通位置(Y)にある状態を示す。 スプールの端部の拡大断面図であり、スプールが遮断位置(X)にある状態を示す。
図面を参照して、本発明の実施形態に係る制御弁を備える油圧システム1について説明する。油圧システム1は、建設車両、農業車両、産業車両等の作業車両に搭載される。以下では、油圧ショベルに搭載され油圧ショベルの各種アクチュエータを作動させるための油圧システム1を一例に説明する。
図1に示すように、油圧システム1の油圧回路は、複数のアクチュエータMR,ASを制御する第1油圧回路HC1と、複数のアクチュエータML,BSを制御する第2油圧回路HC2と、を備える。第1油圧回路HC1に供給される作動油と第2油圧回路HC2に供給される作動油とは、後述の合流制御弁21によって合流または遮断される。以下、油圧システム1の構成について、詳細に説明する。
油圧システム1は、エンジン90により駆動され油圧供給源として作動油を吐出するポンプ111と、各アクチュエータMR,AS,ML,BSを制御するバルブユニット10と、作動油を貯留するタンク112と、を備える。
ポンプ111は、スプリットフロー式のピストンポンプであり、レギュレータ113により斜板113aの傾きが変更されることで吐出容量が変化する。ポンプ111の吐出容量は、レギュレータ113に導かれるポンプ111の吐出圧と各アクチュエータMR,AS,ML,BS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制御される。
バルブユニット10は、圧油取り入れ用のインレットブロックIBと、アンロードブロックUBと、各アクチュエータMR,AS,ML,BSを制御するバルブブロックB11,B12,B21,B22と、油排出用のアウトレットブロックOBと、を備える。バルブブロックB11,B12は、第1油圧回路HC1を構成し、バルブブロックB21,B22は、第2油圧回路HC2を構成する。
バルブブロックB11,B12,B21,B22は、制御弁110(110a,110b),120(120a,120b)と、各制御弁110,120と各アクチュエータMR,AS,ML,BSとの間に設けられる圧力補償弁140(図2参照)と、を有する。
本実施形態の油圧システム1では、各制御弁110,120のメータイン絞り部の下流側に圧力補償弁140が設けられたアフターオリフィス型のロードセンシングシステムが採用されている。このようなロードセンシングシステムにあっては、各アクチュエータMR,AS,ML,BSの複数を同時操作したとき、各アクチュエータMR,AS,ML,BS間の負荷の調整として圧力補償弁140が機能する。
圧力補償弁140には、制御弁110,120に設けられたメータイン絞り部の下流側の圧力と、複数のアクチュエータの負荷圧のうちで最も高い負荷圧と、が付与される。圧力補償弁140は、メータイン絞り部の下流側の圧力が、アクチュエータの最高負荷圧よりも所定値だけ高い圧力となるように補償する。したがって、本実施形態に係る油圧システム1では、複数の制御弁110,120を同時に駆動する際、アクチュエータの負荷圧の大小にかかわらず、制御弁110,120のスプールの操作量に応じた流量の圧油を供給することができる。
バルブブロックB11,B12は、ポンプ111の第1吐出口111aに接続され、第1吐出口111aから吐出される作動油を各アクチュエータMR,ASに供給する第1主供給通路121aと、タンク112に接続されるタンク通路122aと、を有する。
バルブブロックB11には、第1主供給通路121aから右側走行モータMRに供給される作動油の流れを制御する制御弁110aが設けられる。右側走行モータMRは、油圧ショベルの右側のクローラ(不図示)を駆動するアクチュエータである。バルブブロックB12には、第1主供給通路121aからアームシリンダASに供給される作動油の流れを制御する制御弁110bが設けられる。アームシリンダASは、油圧ショベルのアーム(不図示)を駆動するアクチュエータである。
バルブブロックB21,B22は、ポンプ111の第2吐出口111bに接続され、第2吐出口111bから吐出される作動油を各アクチュエータML,BSに供給する第2主供給通路121bと、タンク112に接続されるタンク通路122bと、を有する。
バルブブロックB21には、第2主供給通路121bから左側走行モータMLに供給される作動油の流れを制御する制御弁120aが設けられる。左側走行モータMLは、油圧ショベルの左側のクローラ(不図示)を駆動するアクチュエータである。バルブブロックB22には、第2主供給通路121bからブームシリンダBSに供給される作動油の流れを制御する制御弁120bが設けられる。ブームシリンダBSは、油圧ショベルのブーム(不図示)を駆動するアクチュエータである。
なお、バルブユニット10は、油圧ショベルを旋回させる旋回モータ、アームの先端に設けられるバケット、ドーザ等(不図示)を駆動するアクチュエータ(不図示)を制御するバルブブロックも備えるが、図1ではその図示を省略している。
各制御弁110,120は、操作レバー(不図示)の操作に応じて出力されるパイロット圧により切り換えられる。
図2及び図3に示すように、インレットブロックIBのバルブボディ151は、第1主供給通路121aに接続されポンプ111の第1吐出口111aから吐出される作動油が供給される第1供給通路161aと、第2主供給通路121bに接続されポンプ111の第2吐出口111bから吐出される作動油が供給される第2供給通路161bと、第1油圧回路HC1により制御される複数のアクチュエータMR,ASの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第1負荷圧通路162aと、第2油圧回路HC2により制御される複数のアクチュエータML,BSの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第2負荷圧通路162bと、タンク112に接続される排出通路163と、リリーフ通路165と、を有する。
インレットブロックIBのバルブボディ151には、合流制御弁21と第2リリーフ弁27が組み込まれる。
合流制御弁21は、スプール153が連通位置(Y)と遮断位置(X)との間で切り換えられるパイロット式の方向切換弁である。合流制御弁21のスプール153が連通位置(Y)にあるとき、第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2とが連通すると共に第1供給通路161aと第2供給通路161bとが連通する。
つまり、合流制御弁21は、第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2とを接続し、ポンプ111の第1吐出口111aから吐出される作動油と、ポンプ111の第2吐出口111bから吐出される作動油と、を合流させることができる。
合流制御弁21のスプール153が遮断位置(X)にあるとき、第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2との連通が遮断されると共に第1供給通路161aと第2供給通路161bとの連通が遮断される。
本明細書では、合流制御弁21が遮断位置(X)に切り換えられた状態、すなわち第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2とが遮断され、それぞれ独立してアクチュエータを駆動する運転状態を独立運転状態と記す。合流制御弁21が連通位置(Y)に切り換えられた状態、すなわち第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2とが接続され、一体となった油圧回路によってアクチュエータを駆動する運転状態を合流運転状態と記す。
合流制御弁21は、バルブボディ151に形成されたバルブ収容孔152に摺動自在に収容されるスプール153と、スプール153を遮断位置(X)から連通位置(Y)に切り換える方向(図3において右方向)に付勢するばね154と、を備える。
スプール153の一端には、スプール153を遮断位置(X)に切り換えるためのパイロット圧が入力されるパイロット室21bが設けられる。スプール153の他端には、タンク112に接続されるドレン室21aが設けられる。
パイロット室21bは、制御弁110,120のうち、制御弁110a,120aの作動状態を検出する検出用油路(不図示)に接続され、所定の制御弁(110a,120a)の切換位置に応じたパイロット圧が入力される。スプール153は、パイロット室21bに入力されるパイロット圧に応じて軸方向に移動する。
左側走行モータML及び右側走行モータMRの少なくとも一方が操作されると、検出用油路(不図示)の圧力が上昇し、パイロット室21bに設定圧(ばね圧)以上のパイロット圧が入力される。パイロット室21bに設定圧以上のパイロット圧が入力されると、スプール153は遮断位置(X)に切り換えられる。一方、左側走行モータML及び右側走行モータMRのいずれも操作されていない状態では、検出用油路(不図示)はタンク圧となる。このため、スプール153はばね154の付勢力により連通位置(Y)に切り換えられる。
つまり、スプール153は、第1油圧回路HC1のアクチュエータ及び第2油圧回路HC2のアクチュエータの作動状態に基づいて駆動する。なお、スプール153は、オペレータが操作する操作スイッチから出力されるパイロット圧に基づいて駆動する構成としてもよい。
図2に示すように、第2リリーフ弁27は、合流制御弁21が遮断位置(X)にあるときには第2供給通路161bに連通し、合流制御弁21が連通位置(Y)にあるときには第2供給通路161bとの連通が遮断される。
つまり、第2リリーフ弁27は、合流制御弁21が連通位置(Y)にあるときには使用されず、合流制御弁21が遮断位置(X)にあるときには、第2油圧回路HC2の最高圧力を規定する。
図1に示すように、アウトレットブロックOBには、第1主供給通路121aに接続される第1リリーフ弁26が組み込まれる。第1リリーフ弁26は、合流制御弁21が連通位置(Y)にあるときには互いに連通する第1油圧回路HC1及び第2油圧回路HC2の最高圧力を規定し、合流制御弁21が遮断位置(X)にあるときには第1油圧回路HC1の最高圧力を規定する。
アンロードブロックUBには、第1アンロード弁31及び第2アンロード弁32が組み込まれる。第1アンロード弁31は、第1主供給通路121aに接続され、ポンプ111の第1吐出口111aから吐出される作動油をアンロードさせる。第2アンロード弁32は、第2主供給通路121bに接続され、ポンプ111の第2吐出口111bから吐出される作動油をアンロードさせる。
アンロードブロックUBには、吐出圧選択弁34及び負荷圧選択弁35が組み込まれる。吐出圧選択弁34は、ポンプ111の第1吐出口111aから吐出される作動油の圧力である第1ポンプ吐出圧及びポンプ111の第2吐出口111bから吐出される作動油の圧力である第2ポンプ吐出圧のうち、高い方を選択する高圧選択弁である。負荷圧選択弁35には、第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bが接続される。負荷圧選択弁35は、第1油圧回路HC1の最高負荷圧及び第2油圧回路HC2の最高負荷圧のうち、高い方を選択する高圧選択弁である。
吐出圧選択弁34で選択されたポンプ吐出圧は、吐出圧通路34aを通じてレギュレータ113に導かれる。負荷圧選択弁35で選択された最高負荷圧は、最高負荷圧通路35aを通じてレギュレータ113に導かれる。レギュレータ113は、吐出圧通路34aを通じて導かれたポンプ吐出圧と最高負荷圧通路35aを通じて導かれた最高負荷圧との差圧が、所定値に保持されるように、斜板113aの傾斜角度を制御する。
図2に示すように、第1及び第2負荷圧通路162a,162bにはアクチュエータの最高負荷圧が導かれる。ここで、アクチュエータの負荷が上昇してからその負荷が低減した後、第1及び第2負荷圧通路162a,162bの圧力が維持され続けてしまうと、ポンプ111の斜板113aの傾斜角度が大きい状態(吐出容量が大きい状態)が維持されてしまう。
そこで、本実施形態では、第1負荷圧通路162aの圧力が籠もってしまうことを防止するために、第1負荷圧通路162aには第1圧抜き通路164aが接続される。同様に、第2負荷圧通路162bの圧力が籠もってしまうことを防止するために、第2負荷圧通路162bには第2圧抜き通路164bが接続される。第1圧抜き通路164a及び第2圧抜き通路164bは、それぞれ排出通路163を介してタンク112に接続される。なお、第1圧抜き通路164aには、第1負荷圧通路162aの圧力が急激に低下することを防止するための第1絞り131が設けられる。同様に、第2圧抜き通路164bには、第2負荷圧通路162bの圧力が急激に低下することを防止するための第2絞り132が設けられる。
このように、第1油圧回路HC1の作動油と第2油圧回路HC2の作動油とを合流または遮断可能な油圧システム1では、独立運転状態にあるときに、第1圧抜き通路164aと、第2圧抜き通路164bと、を個別に機能させる必要がある。
しかしながら、仮に、合流運転状態にあるときに、第1圧抜き通路164aと第2圧抜き通路164bの双方を機能させてしまうと、互いに連通する第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bから多くの流量の作動油がタンク112に流れ出てしまう。第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bから多くの流量の作動油が排出されると、排出される作動油による圧力損失が大きく、アクチュエータの最高負荷圧としてレギュレータ113に入力される圧力がその分低下してしまうことになる。その結果、ポンプ111の吐出圧が必要圧力に対して低くなり、オペレータの操作に対してポンプ吐出流量が低下してアクチュエータの追従性が鈍くなる。
そこで、本実施形態では、第1絞り131を有する第1圧抜き通路164aを合流制御弁21のスプール153に形成し、スプール153が連通位置(Y)に切り換えられたときに、第1圧抜き通路164aと排出通路163との連通が遮断されるようにした。つまり、本実施形態では、合流運転状態のときに、第1圧抜き通路164a及び第2圧抜き通路164bのうち、第1絞り131を有する第1圧抜き通路164aを機能させないようにした。したがって、合流運転状態のときには、第2圧抜き通路164bのみを通じて、第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bの作動油がタンク112へと導かれる。
図3〜図5を参照して、独立運転状態のときに第1圧抜き通路164aとタンク112とを連通し、合流運転状態のときに第1圧抜き通路164aとタンク112との連通を遮断するインレットブロックIBの具体的な構造について説明する。
図3に示すように、バルブ収容孔152には、第1及び第2供給通路161a,161b、第1及び第2負荷圧通路162a,162b、排出通路163が連通し、スプール153に設けられた複数のランド部171,172,173により、その連通が遮断される。バルブ収容孔152の図示左端側の開口部は、閉止栓159により閉塞される。スプール153は、第1ランド部171と、第2ランド部172と、第3ランド部173と、を有する。
スプール153は、隣接するランド部間に環状溝が形成されることにより、ランド部の外径よりも小さい外径の小径部が設けられ、隣接するランド部間の環状溝を介してバルブボディ151に設けられた隣接する通路同士を連通する。
スプール153の図示右端部には、ばね154に当接するばね受け部155が設けられる。ばね154は、ばね受け部155を介してスプール153を図示右方向へ付勢する。
スプール153の図示左端部には、連通部174が設けられる。連通部174は、有底円筒状の筒部190と、筒部190の内側に着脱自在に装着され第1絞り131が設けられるカートリッジ体180と、を有する。連通部174の詳細については、後述する。
第1ランド部171は、隣接する第1供給通路161aと第2供給通路161bとを連通または遮断する。スプール153が連通位置(Y)にあるときには、第1ランド部171と第2ランド部172との間の環状溝を介して第1供給通路161aと第2供給通路161bとが連通する。スプール153が遮断位置(X)にあるときには、第1ランド部171によって第2供給通路161bとバルブ収容孔152との連通開口部が閉塞され、第1供給通路161aと第2供給通路161bとの連通が遮断される。
また、第1ランド部171は、隣接する第2供給通路161bとリリーフ通路165とを連通または遮断する。スプール153が遮断位置(X)にあるときには、第1ランド部171と第3ランド部173との間の環状溝を介して第1供給通路161aとリリーフ通路165とが連通する。また、スプール153が連通位置(Y)にあるときには、第1ランド部171によって、第1供給通路161aとリリーフ通路165との連通が遮断される。
第2ランド部172は、隣接する第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとを連通または遮断する。スプール153が連通位置(Y)にあるときには、図4に示すように、第2ランド部172と後述の筒部190の大径部191との間の環状溝を介して第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通する。また、スプール153が遮断位置(X)にあるときには、図5に示すように、第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aとバルブ収容孔152との連通開口部が閉塞され、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断される。
図4及び図5を参照して、連通部174について詳しく説明する。連通部174は、第1圧抜き通路164aを有し、隣接する第1負荷圧通路162aと排出通路163とを連通または遮断する。上述したように、連通部174は、筒部190とカートリッジ体180とを有する。
筒部190には、カートリッジ体180が収容される収容穴190aが軸方向に延在するように形成される。収容穴190aの開口部は閉止部材185によって閉止される。
カートリッジ体180は、一端が筒部190の収容穴190aに設けられた段部190bによって係止され、他端が閉止部材185によって係止される。閉止部材185及び段部190bによりカートリッジ体180の位置が規制されるので、カートリッジ体180はスプール153と一体に動作する。
カートリッジ体180は、円柱状部材であり、その内部にカートリッジ内通路181を有する。カートリッジ内通路181は、軸方向に延在する軸方向通路181aと、軸方向通路181aから径方向に延在する複数の径方向通路181bと、を有する。軸方向通路181aには、上述した第1絞り131が設けられる。なお、第1絞り131の作動油入口側にはフィルタ182が設けられる。
第1絞り131は、いわゆるベンチュリ形状の絞りである。第1絞り131は、作動油入口側から作動油出口側に向かって径が小さくなる第1テーパ部131aと、第1テーパ部131aによって小径になった絞り部131bと、作動油出口側で次第に拡径する第2テーパ部131cと、を有する。これにより、第1絞り131は、第1負荷圧通路162aから排出通路163へ流れる作動油に抵抗を与える。なお、第1絞り131は、ベンチュリ形状とする場合に限定されず、例えば、オリフィス板によって形成してもよい。
筒部190に着脱自在のカートリッジ体180に第1絞り131を設けたので、カートリッジ体180を交換することにより、第1絞り131の仕様(形状、開口面積、長さ等)を容易に変更することができる。また、カートリッジ体180にすることによりフィルタ182を設けることもでき、フィルタ182のメンテナンスを容易に行うこともできる。
筒部190は、バルブ収容孔152に摺動する大径部191と、大径部191よりも外径が小さい小径部192と、を有する。小径部192は、大径部191と第2ランド部172との間に位置し、大径部191と第2ランド部172との間に環状溝192aが形成される。
筒部190の小径部192には、外周面に開口しカートリッジ内通路181の軸方向通路181aに連通する入口側弁内通路192bが形成される。筒部190の大径部191には、外周面に開口し収容穴190aを介してカートリッジ内通路181の径方向通路181bに連通する出口側弁内通路191bが形成される。
カートリッジ体180のカートリッジ内通路181及び筒部190の入口側弁内通路192b、出口側弁内通路191b及び収容穴190aは、図2に示す第1圧抜き通路164aを構成する。
図5に示すように、スプール153が遮断位置(X)にあるときには、入口側弁内通路192bが、環状溝192aを介して第1負荷圧通路162aに連通し、出口側弁内通路191bが、排出通路163に連通する。なお、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通は、第2ランド部172によって遮断される。
つまり、スプール153が遮断位置(X)にあるときには、連通部174に形成される第1圧抜き通路164aを介して第1負荷圧通路162aと排出通路163とが連通する。
図4に示すように、スプール153が連通位置(Y)にあるときには、筒部190の出口側弁内通路191bの開口端部がバルブ収容孔152の内周面によって閉塞される。つまり、スプール153が連通位置(Y)にあるときには、連通部174によって、第1負荷圧通路162aと排出通路163とが第1圧抜き通路164aを介して連通することが遮断される。
本実施形態では、排出通路163の第1負荷圧通路162a側には、切り欠き溝195が設けられ、第2負荷圧通路162bの第1負荷圧通路162a側には、切り欠き溝196が設けられる。
図4に示すように、スプール153が連通位置(Y)に切り換えられている状態から第2ランド部172が第2負荷圧通路162bの開口部を閉塞するまでの軸方向の移動距離Z1は、出口側弁内通路191bが排出通路163に連通するまでの軸方向の移動距離Z2よりも長い(Z1>Z2)。
これにより、スプール153が連通位置(Y)から遮断位置(X)に切り換えられる際、第1負荷圧通路162aと排出通路163とが連通してから第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが遮断される。
仮に、スプール153が連通位置(Y)から遮断位置(X)に切り換えられる際、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断されてから第1負荷圧通路162aと排出通路163とが連通する場合を考える。この場合、一時的に、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断され、かつ、第1負荷圧通路162aと排出通路163との連通が遮断される状態となる。つまり、一時的に、第1負荷圧通路162aの圧抜きができなくなり、第1負荷圧通路162aの圧力が籠もってしまう状態となる。
これに対して、本実施形態では、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通状態から遮断状態へ移行する際、第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断される前に第1負荷圧通路162aと排出通路163とが連通する。これにより、第1負荷圧通路162aの圧抜きが一時的にできなくなって、圧力が籠もってしまうことを防止できる。
本実施形態では、排出通路163の切り欠き溝195の軸方向長さを調整することにより、出口側弁内通路191bと排出通路163とが連通するタイミングを容易に調整することができる。なお、大径部191における出口側弁内通路191bを設ける位置を調整することでも出口側弁内通路191bと排出通路163とが連通するタイミングを容易に調整することができる。また、第2負荷圧通路162bの切り欠き溝196の軸方向長さを調整することにより、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断されるタイミングを容易に調整することができる。なお、第2ランド部172の軸方向長さを調整することでも第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断されるタイミングを容易に調整することができる。
図3に示すように、インレットブロックIBのバルブボディ151には、絞り部材170が組み込まれる。絞り部材170は、ねじ込みによりバルブボディ151に固定される。
絞り部材170は、第2負荷圧通路162bと排出通路163との間に設けられ、その内部に第2圧抜き通路164bが設けられる。第2圧抜き通路164bには、第2絞り132が形成される。第2絞り132は、第2負荷圧通路162bから排出通路163へ流れる作動油に抵抗を与え、タンク112に流れる作動油の流量を制限する。第2絞り132の形状は、第1絞り131の形状と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通する連通状態であるか否かにかかわらず、第2負荷圧通路162bと排出通路163とを連通する絞り部材170をバルブボディ151に設けた。第2絞り132を有する第2圧抜き通路164bをバルブボディ151に設けることにより、バルブボディ151の外側に第2絞り132を有する第2圧抜き通路164bを設ける場合に比べて、バルブユニット10の小型化を図ることができる。
本実施形態に係る合流制御弁21の動作について説明する。
図2に示すように、パイロット室21bへのパイロット圧の供給が遮断された状態では、ばね154の付勢力によりスプール153は連通位置(Y)にある。スプール153が連通位置(Y)にあるとき、図3に示すように、第1供給通路161aと第2供給通路161bとが連通する。このとき、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bも連通する。
また、スプール153が連通位置(Y)にあるときには、図4に示すように、第1圧抜き通路164aと排出通路163との連通が遮断されているので、第1及び第2負荷圧通路162a,162bの作動油は、図3に示す絞り部材170の第2圧抜き通路164bを通じて排出通路163に排出される。第1及び第2負荷圧通路162a,162bから排出通路163に流れる作動油には、第2絞り132によって抵抗が付与され、タンク112に流れる作動油の流量が制限される。
パイロット室21bに所定値以上のパイロット圧が作用すると、スプール153は、パイロット圧によりばね154の付勢力に抗して移動し、遮断位置(X)に切り換わる。図3に示すスプール153が図示左方向に移動し、遮断位置(X)に切り換えられると、第1供給通路161aと第2供給通路161bとの連通が第1ランド部171によって遮断される。
また、スプール153が遮断位置(X)に切り換えられると、図5に示すように、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が第2ランド部172によって遮断されると共に、第1負荷圧通路162aと排出通路163とが第1圧抜き通路164aを介して連通する。これにより、第1負荷圧通路162aの作動油は、入口側弁内通路192b、カートリッジ内通路181、収容穴190a、出口側弁内通路191bを通じて排出通路163に排出される。第1負荷圧通路162aから排出通路163に流れる作動油には、第1絞り131によって抵抗が付与され、タンク112に流れる作動油の流量が制限される。なお、第2負荷圧通路162bの作動油は、絞り部材170の第2圧抜き通路164bを通じて排出通路163に排出される。
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
スプール153の連通部174は、第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとの連通が遮断されているときに、第1負荷圧通路162aと排出通路163とを連通する。一方、連通部174は、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通しているときに、第1負荷圧通路162aと排出通路163との連通を遮断する。
これにより、第1油圧回路HC1に供給される作動油と第2油圧回路HC2に供給される作動油とが合流していない独立運転状態のときには、第1負荷圧通路162aから第1絞り131を通じて作動油がタンク112に排出されると共に、第2負荷圧通路162bから第2絞り132を通じて作動油がタンク112に排出される。一方、第1油圧回路HC1に供給される作動油と第2油圧回路HC2に供給される作動油とが合流している合流運転状態のときには、第1負荷圧通路162aから第1絞り131を通じて作動油がタンク112に排出されることが防止され、第2負荷圧通路162bから第2絞り132を通じて作動油がタンク112に排出される。
つまり、合流運転状態のときには、互いに接続される第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bの作動油は、第2絞り132を通じてのみタンク112に排出される。これにより、互いに接続される第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bからタンク112に排出される作動油の流量を抑制することができるので、第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bの圧力の低下を抑制できる。
その結果、アクチュエータの最高負荷圧としてレギュレータ113に入力される圧力の低下を抑えることができるので、ポンプ111の吐出容量を精度良く制御することができ、操作に対するアクチュエータの追従性を高めることができる。
また、連通部174は、スプール153に設けられているので、インレットブロックIBの小型化を図ることもできる。
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、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。
(変形例1)
上記実施形態では、第2絞り132をバルブボディ151に設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第2絞り132は、バルブボディ151の外側に設けてもよい。
(変形例2)
上記実施形態では、第1油圧回路HC1及び第2油圧回路HC2のそれぞれに作動油を供給する油圧供給源に、スプリットフロー式のポンプ111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。第1油圧回路HC1に作動油を供給する第1の可変容量型ポンプと、第2油圧回路HC2に作動油を供給する第2の可変容量型ポンプと、を設けた油圧システムに本発明を適用してもよい。
(変形例3)
上記実施形態では、スプール153の一端側にパイロット室21bが設けられ、スプール153の他端側にドレン室21aが設けられる例について説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、スプール153の他端側のドレン室21aに代えて、制御弁110b,120bの作動状態を検出する検出用油路(不図示)に接続される第2のパイロット室を形成してもよい。
この場合、上記実施形態と同様、左側走行モータML及び右側走行モータMRの少なくとも一方が操作されると、制御弁110a,120aの作動を検出する第1の検出用油路(不図示)の圧力が上昇し、第1のパイロット室21bに設定圧(ばね圧)以上のパイロット圧が入力される。第1のパイロット室21bに設定圧以上のパイロット圧が入力されると、スプール153は遮断位置(X)に切り換えられる。
この状態で、さらにブームシリンダBS及びアームシリンダASの少なくとも一方が操作されると、制御弁110b,120bの作動を検出する第2の検出用油路(不図示)の圧力が上昇し、第2のパイロット室に所定のパイロット圧が入力される。第1のパイロット室21b及び第2のパイロット室のそれぞれに同等のパイロット圧が作用すると、ばね154の付勢力により、スプール153は合流位置(Y)に切り換えられる。なお、左側走行モータML及び右側走行モータMRのいずれも操作されていない状態では、第1の検出用油路(不図示)はタンク圧となるので、スプール153は連通位置(Y)に切り換えられる。
上記実施形態では、直進走行を行っているときにブームシリンダBS及びアームシリンダASの一方が操作されたときに、左側走行モータML及び右側走行モータMRの一方に対する供給流量が低減することにより、直進性を保つことができなくなるおそれがある。これに対して、本変形例3では、直進走行を行っているときにブームシリンダBS及びアームシリンダASの一方が操作されたときには、第1油圧回路HC1と第2油圧回路HC2とが接続され、左側走行モータML及び右側走行モータMRに均等に作動油を供給して直進性を保つことができる。つまり、本変形例3によれば、走行中にフロント作業装置(ブーム、アーム等)を操作する複合操作時に、走行操作性を向上できる。
(変形例4)
上記実施形態では、連通部174として、第1絞り131が設けられるカートリッジ体180を筒部190の内側に装着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。スプール153の端部に直接、第1絞り131を有する第1圧抜き通路164aを形成して連通部としてもよい。
(変形例5)
上記実施形態では、油圧ショベルの油圧システム1に本発明を適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。クローラクレーン、ホイールローダ、フォークリフト等、種々の作業車両の油圧システムに本発明を適用することができる。
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。
インレットブロックIBは、複数のアクチュエータMR,ASを制御する第1油圧回路HC1に供給される作動油と、複数のアクチュエータML,BSを制御する第2油圧回路HC2に供給される作動油と、を合流または遮断させる制御弁であって、アクチュエータMR,AS,ML,BSの作動状態に基づいて駆動するスプール153と、スプール153が摺動自在に収容されるバルブボディ151と、を備え、バルブボディ151は、第1油圧回路HC1に接続されポンプ111から吐出される作動油が供給される第1供給通路161aと、第2油圧回路HC2に接続されポンプ111から吐出される作動油が供給される第2供給通路161bと、第1油圧回路HC1により制御される複数のアクチュエータMR,ASの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第1負荷圧通路162aと、第2油圧回路HC2により制御される複数のアクチュエータML,BSの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第2負荷圧通路162bと、タンク112に接続される排出通路163と、を有し、第1負荷圧通路162aには、第1絞り131が設けられタンク112に接続される第1圧抜き通路164aが接続され、第2負荷圧通路162bには、第2絞り132が設けられタンク112に接続される第2圧抜き通路164bが接続され、スプール153は、第1供給通路161aと第2供給通路161bとを連通または遮断する第1ランド部171と、第1供給通路161aと第2供給通路161bとが連通しているときに、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとを連通し、第1ランド部171によって第1供給通路161aと第2供給通路161bとが遮断されているときに、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとを遮断する第2ランド部172と、第1圧抜き通路164aが設けられ、第1負荷圧通路162aと排出通路163とを連通または遮断する連通部174と、を有し、連通部174は、第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが遮断されているときに、第1負荷圧通路162aと排出通路163とを第1圧抜き通路164aを介して連通し、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通しているときに、第1負荷圧通路162aと排出通路163とが第1圧抜き通路164aを介して連通することを遮断する。
この構成では、第1油圧回路HC1の作動油と第2油圧回路HC2の作動油とが合流していないときには、第1負荷圧通路162aから第1絞り131を通じて作動油がタンク112に排出されると共に、第2負荷圧通路162bから第2絞り132を通じて作動油がタンク112に排出される。一方、第1油圧回路HC1の作動油と第2油圧回路HC2の作動油とが合流しているときには、第1負荷圧通路162aから第1絞り131を通じて作動油がタンク112に排出されることが防止され、第1及び第2負荷圧通路162a,162bの作動油は第2絞り132を通じてタンク112に排出される。
これにより、互いに接続される第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bからタンク112に排出される作動油の流量を抑制することができるので、第1負荷圧通路162a及び第2負荷圧通路162bの圧力の低下を抑制できる。
その結果、アクチュエータの最高負荷圧としてレギュレータ113に入力される圧力の低下を抑えることができるので、ポンプ111の吐出容量を精度良く制御することができ、操作に対するアクチュエータの追従性を高めることができる。したがって、このような構成によれば、アクチュエータの操作性を向上することができる。
インレットブロックIBは、連通部174が、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通する連通状態から第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが遮断される遮断状態へ移行する際、第2ランド部172によって第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが遮断される前に第1負荷圧通路162aと排出通路163とを連通する。
この構成では、第1及び第2負荷圧通路162a,162bが連通状態から遮断状態へ移行する際、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bが遮断されてから第1負荷圧通路162aと排出通路163とが連通することが防止される。これにより、第1負荷圧通路162aの圧力が一時的に籠もってしまうことを防止できる。
インレットブロックIBは、第2圧抜き通路164bが、バルブボディ151に設けられ、第1負荷圧通路162aと第2負荷圧通路162bとが連通する連通状態であるか否かにかかわらず、第2負荷圧通路162bと排出通路163とが連通することを特徴とする。
この構成では、第2絞り132を有する第2圧抜き通路164bをバルブボディ151の外側に配置する場合に比べて、制御弁としてのインレットブロックIBが搭載される装置(バルブユニット10)の小型化を図ることができる。
インレットブロックIBは、連通部174が、筒状の筒部190と、筒部190の内側に着脱自在に装着され第1絞り131が設けられるカートリッジ体180と、を有することを特徴とする。
この構成では、カートリッジ体180に第1絞り131が設けられているので、第1絞り131の仕様を容易に変更することができる。
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。
111・・・ポンプ、112・・・タンク、131・・・第1絞り、132・・・第2絞り、151・・・バルブボディ、153・・・スプール、161a・・・第1供給通路、161b・・・第2供給通路、162a・・・第1負荷圧通路、162b・・・第2負荷圧通路、163・・・排出通路、164a・・・第1圧抜き通路、164b・・・第2圧抜き通路、171・・・第1ランド部、172・・・第2ランド部、174・・・連通部、180・・・カートリッジ体、190・・・筒部、AS・・・アームシリンダ(アクチュエータ)、BS・・・ブームシリンダ(アクチュエータ)、HC1・・・第1油圧回路(第1流体圧回路)、HC2・・・第2油圧回路(第2流体圧回路)、IB・・・インレットブロック(制御弁)、ML・・・左側走行モータ(アクチュエータ)、MR・・・右側走行モータ(アクチュエータ)

Claims (4)

  1. 複数のアクチュエータを制御する第1流体圧回路に供給される作動流体と、複数のアクチュエータを制御する第2流体圧回路に供給される作動流体と、を合流または遮断させる制御弁であって、
    前記アクチュエータの作動状態に基づいて駆動するスプールと、
    前記スプールが摺動自在に収容されるバルブボディと、を備え、
    前記バルブボディは、
    前記第1流体圧回路に接続されポンプから吐出される作動流体が供給される第1供給通路と、
    前記第2流体圧回路に接続されポンプから吐出される作動流体が供給される第2供給通路と、
    前記第1流体圧回路により制御される前記複数のアクチュエータの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第1負荷圧通路と、
    前記第2流体圧回路により制御される前記複数のアクチュエータの負荷圧のうち最も高い負荷圧が導かれる第2負荷圧通路と、
    タンクに接続される排出通路と、を有し、
    前記第1負荷圧通路には、第1絞りが設けられ前記タンクに接続される第1圧抜き通路が接続され、
    前記第2負荷圧通路には、第2絞りが設けられ前記タンクに接続される第2圧抜き通路が接続され、
    前記スプールは、
    前記第1供給通路と前記第2供給通路とを連通または遮断する第1ランド部と、
    前記第1供給通路と前記第2供給通路とが連通しているときに、前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とを連通し、前記第1ランド部によって前記第1供給通路と前記第2供給通路とが遮断されているときに、前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とを遮断する第2ランド部と、
    前記第1圧抜き通路が設けられ、前記第1負荷圧通路と前記排出通路とを連通または遮断する連通部と、を有し、
    前記連通部は、前記第2ランド部によって前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが遮断されているときに、前記第1負荷圧通路と前記排出通路とを前記第1圧抜き通路を介して連通し、前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが連通しているときに、前記第1負荷圧通路と前記排出通路とが前記第1圧抜き通路を介して連通することを遮断する
    ことを特徴とする制御弁。
  2. 請求項1に記載の制御弁において、
    前記連通部は、前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが連通する連通状態から前記第2ランド部によって前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが遮断される遮断状態へ移行する際、前記第2ランド部によって前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが遮断される前に前記第1負荷圧通路と前記排出通路とを連通する
    ことを特徴とする制御弁。
  3. 請求項1または請求項2に記載の制御弁において、
    前記第2圧抜き通路は、前記バルブボディに設けられ、前記第1負荷圧通路と前記第2負荷圧通路とが連通する連通状態であるか否かにかかわらず、前記第2負荷圧通路と前記排出通路とを連通する
    ことを特徴とする制御弁。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の制御弁において、
    前記連通部は、
    筒状の筒部と、
    前記筒部の内側に着脱自在に装着され前記第1絞りが設けられるカートリッジ体と、を有する
    ことを特徴とする制御弁。
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