JPH0341706B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、与圧された流体を供給するポンプ
と、可動要素と、流体の入口及び出口として交互
に作用するよう構成された少なくとも一つの開口
を有する油圧アクチユエータと、前記ポンプを前
記アクチユエータの開口及びタンクへと接続する
ラインと、前記ポンプと前記アクチユエータ開口
の間において、前記アクチユエータ開口への流体
の供給を遮断し又は許容すべく前記ラインに配置
されたメータイン弁と、タンクへの流体の流れを
許容し又は遮断すべく、前記アクチユエータ開口
と前記タンクの間に接続された排出弁と、前記メ
ータイン弁又は前記排出弁の位置を定めるべくこ
れらの弁に対して高圧又は低圧のパイロツト圧力
流体を印加するパイロツトコントローラと、前記
メータイン弁２７は前記低圧のパイロツト圧力の
下では閉位置にあり前記高圧のパイロツト圧力の
下では開位置にあることからなる油圧制御システ
ムに関する。

このような油圧制御システムは、例えば掘削機
やクレーンのような工事用車両において見いされ
るものであり、油圧シリンダや油圧モータといつ
たアクチユエータを制御するために用いられる。
アクチユエータは通常は２つのポートを有し、そ
れらは入口及び出口として交互に用いられる。

［従来の技術］ 米国特許第4201052号には、上記のようなシス
テムが開示されている。そこに開示のシステムで
は、幾つかの弁が弁本体に収容されており、弁本
体はアクチユエータに直接設けられる。収容され
ている幾つかの弁とは、パイロツト制御されてい
るメータイン弁、一対の負荷降下チエツク弁、一
対の別々にパイロツト制御されている常閉のメー
タアウト弁、一対の負荷圧力応答弁、及び一対の
アンチキヤビテーシヨン弁などである。メータイ
ン弁は、流体をアクチユエータポートの一方又は
他方へと方向付けるように作用する。一対の常閉
のメータアウト弁は、それぞれがアクチユエータ
ポートの一つずつと連結されていて、メータアウ
ト弁が流体を供給しているアクチユエータポート
とは反対側のポートから流体の流れを制御するよ
うになつている。メータアウト弁は可変のオリフ
イスとして機能し、適当なアクチユエータポート
と、リザーバタンクのような低圧力領域との間で
流体を計量する。各々のメータアウト弁には負荷
圧力応答要素が連結されており、これは負荷の圧
力に応じてメータアウト弁に作用して、そのメー
タアウト弁が圧力リリーフとしての保護作用をも
営むことを可能にしている。一対のアンチキヤビ
テーシヨン弁は各々のアクチユエータポートと連
結されており、適当なポートをタンクへと開放す
るように構成されている。

上記の米国特許において、弁本体はアクチユエ
ータポートのマニホルドに直接設けられており、
一本の全量高圧ライン、一対のパイロツト圧力ラ
イン、及び負荷検知ラインからの流体を供給され
ている。各種の弁の作動は、手動で操作される油
圧遠隔制御弁からのパイロツトラインを介して制
御されている。油圧遠隔制御弁からのコマンド信
号がない場合には、メータイン弁は中央位置即ち
中立位置を取り、逆止弁、メータアウト要素、圧
力応答弁及びアンチキヤビテーシヨン弁は、全て
閉位置となる。中立位置においては、バルブシス
テムは負荷の降下が制御不能になることを防止
し、また過走性負荷の場合には、ラインが破損し
た場合でさえも、高圧の流体源からアクチユエー
タへと流体が流れることを防止する。

ある種の使用条件の下では、弁本体を幾つかの
弁と一緒に（つまりバルブシステムを）アクチユ
エータに直接に設けることが可能でないか、又は
望ましくないことがある。このような使用条件
は、アクチユエータ上に空間的な規制があつた
り、又は入れ子式のブームの一番上の部分等に対
して供給ラインやパイロツトラインの数を制限す
ることが望ましい場合、或いはウインチに適用し
た場合等についてアクチユエータとバルブシステ
ムの間にブレーキが必要となる場合などに存在し
得る。これらの条件の下では、バルブシステムは
アクチユエータとは離れた装置上に設けられ、そ
こから一対のラインがアクチユエータのポートマ
ニホルドへと延びる。これらの場合には、通常の
カウンタバランス弁を、アクチユエータのポート
へのラインの一つとバルブシステムの間に設ける
ことが望ましい。カウンタバランス弁は、アクチ
ユエータのポートマニホルドにおいて、負荷の降
下の制御、及び保持を行わしめるものである。

安定な負荷を操作する場合のような別の状況の
下では、アクチユエータのポートとバルブシステ
ムの間にパイロツト制御逆止弁を設けることが望
ましい。パイロツト制御逆止弁は、負荷の積極的
な保持、つまり負荷をドリフトなしに安定に保持
することを可能にする。

また多くの適用例において、線形油圧シリンダ
がフロート位置を有し、また回転油圧モータが自
由施回又は惰性施回位置を有する必要性が生ず
る。これらの何れの場合にも、シリンダの端部に
ある装置や、ブーム用の施回装置は、システム内
の摩擦力によつて停止するまで惰性走行すること
が許される。

［発明が解決しようとする課題］ 前述した米国特許第4201052号の油圧制御シス
テムは、上述した回路適用例については役に立た
ないものである。即ち、カウンタバランス弁、パ
イロツト制御逆止弁、ブレーキ、及びアクチユエ
ータの自由フロート又は回転の使用などについて
は役に立たない。これは主として、メータアウト
弁が常開状態にあるためである。

そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式の油
圧制御システムであつて、カウンタバランス弁、
パイロツト制御逆止弁、ブレーキ、及び自由フロ
ート又は回転アクチユエータについて使用するも
のを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題は、上記の形式の油圧制御システム
において、排出弁が、低圧のパイロツト圧力の下
では常開の位置にあり高圧のパイロツト圧力の下
ではポンプからの流体がアクチユエータへと印加
される場合に閉位置にある、少なくとも一つの排
出弁を含んでいることによつて達成される。

２つの開口を有しているアクチユエータの場
合、本発明の油圧制御システムには一対の常開排
出弁が設けられ（前述した米国特許における常閉
のメータアウト弁の代わりに）、これらの常開排
出弁はタンクラインとアクチユエータポートの間
に配置されて、メータイン弁が中立位置にある場
合には両方のアクチユエータポートが常開排出弁
を介してタンクラインへと開放され、かくして例
えば自由滑走するブームの場合のように、アクチ
ユエータは自由に動くことができるようになる。
しかしながら、アクチユエータを一方へと移動さ
せるべくメータイン弁に高圧のパイロツト圧力が
印加される場合、このパイロツト圧力は一方の適
当な排出弁にも印加されてこれを閉じ、ポンプか
らタンクへと流体が流れることを禁ずる。この場
合、他方の排出弁はタンクラインへと開いたまま
である。負荷の降下及び保持を制御するためにア
クチユエータの一方の開口に関連してカウンタバ
ランス弁が用いられる場合には、そのアクチユエ
ータ開口とタンクラインの間に１つの常開排出弁
が設けられる。負荷を保持するために外部的にブ
レーキが設けられる場合には、やはり１つの常開
排出弁が、アクチユエータ開口とタンクラインの
間に設けられる。

［実施例］ 第１図を参照すると、本発明を具体化した油圧
制御システムは、アクチユエータ２を含んでい
る。このアクチユエータはここでは線形油圧シリ
ンダとして示されており、可動要素として出力軸
２１を有し、この出力軸は、通常の構造に従つて
負荷検知制御を備えた可変容積型ポンプ２２から
供給される油圧流体によつて、両方向に動かされ
る。本発明の油圧制御システムはまた、図示しな
い手動操作コントローラを含んでいる。このコン
トローラは、パイロツトポート１又は２を介して
バルブシステム２４へと高圧又は低圧のパイロツ
ト圧力を送り、アクチユエータ２０の移動方向を
制御するものである。ポンプ２２から送られる流
体は、供給ライン２５及び２６並びにポンプポー
トＰを通つてメータイン弁２７へと送られ、メー
タイン弁２７は、アクチユエータ２０に接続され
たアクチユエータラインポートＡ又はＢの一方又
は他方に対して油圧流体の流れを方向付けるよう
に制御機能を営む。パイロツトポート１及び２
は、パイロツト制御ライ２８，３０及びパイロツ
ト制御ライ２９，３１のそれぞれを通つて、メー
タイン弁２７の両端へと延びている。メータイン
弁２７の移動方向に応じて、油圧流体はライン３
２，３３及びポートＡ又はＢを通つてアクチユエ
ータ２０の一方又は他方の端部へと通される。

本発明の油圧制御システムはさらに、常開排出
弁３４，３５を含んでいる。これらは各々、ポー
トＡ及びＢと、タンクＴへと延びるタンクライン
３６との間に配置されている。排出弁３４，３５
は、タンクへの戻り流を制御している。

本発明の油圧制御システムはまた、ライン３
２，３３にバネ負荷されたポペツト弁３７，３８
を含み、またライン３２，３３をタンクライン３
６へと開放するよう構成されたアンチキヤビテー
シヨン弁３９，４０を含んでいる。さらに、バネ
負荷されたポペツト弁６１が排出弁３４，３５の
それぞれと連結されており（第５図）、パイロツ
ト制御リリーフ弁として作用するようになつてい
る。排出弁３５は制御ライン４７によつてパイロ
ツト制御ライン２８と接続されており、排出弁３
４は制御ライ４８によつてパイロツト制御ライン
２９と接続されていて、メータイン弁２７の一方
の端部に高圧のパイロツト圧力が印加された場
合、これに応じて一方の適当な排出弁３４又は３
５が閉じられるようになつている。

本発明のシステムはまた、タンクポートＴに接
続され且つ戻りライン即ちタンクラインに連結さ
れた背圧弁４４を含んでいる。背圧弁４４は、負
荷の過走又は降下がアクチユエータ２０を下方へ
と駆動する傾向がある場合にキヤビテーシヨンを
最小限にするよう機能する。ポンプの吸い込み要
求量を越える過剰の流れを取り上げてこれを背圧
弁４４に印加し、かくしてアクチユエータに供給
される流体を補足するために、ポンプ充填リリー
フ弁４５が設けられている。

メータイン弁２７は、スプールが配置されたボ
アを有する。低圧のパイロツト圧力（通常）にお
いては、スプールはバネによつて中立位置に保持
され、供給ライン２６からライン３２，３３への
流体を阻止する。高圧のパイロツト圧力がスプー
ルの何れかの端部に印加されると、この高圧のパ
イロツト圧力とバネ負荷、及び流れの力の間に圧
力の均衡が得られるまでスプールは移動する。こ
の移動の方向は、供給ライン２６からライン３
２，３３何れに与圧された流体が供給されるかを
決定する。

高圧のパイロツト圧力が、排出弁３４又は３５
へとつながるパイロツト制御ライン２８，４７又
は２９，４８の何れかに印加されると、このパイ
ロツト圧力が印加された排出弁は作動されて、与
圧されたライン３２又は３３からタンクライン３
６への流れを阻止する。

以上のことから、メータイン弁２７の開放の方
向を決定し、従つてアクチユエータ２０の作動方
向を決定するのと同じ高圧のパイロツト圧力が、
適当な排出弁３４又は３５を閉じるように作用し
て、流体がアクチユエータ２０へと流れ込めるよ
うにすることが看取される。もう一方の排出弁３
４又は３５はその高圧のパイロツト圧力によつて
は作動されず、従つてタンクライン３６へと開い
たまであり、アクチユエータ２０の反対側の端部
から流体がタンクへと流れるのを許容している。

アクチユエータ２０が複数個ある場合にそれら
を制御している複数のバルブシステムの何れが最
大の負荷圧力にあうかを検知し、より高い負荷圧
力を可変容積型ポンプ２２へと印加するために、
７９から８１で示した構成要素が設けられてい
る。即ち、ライン３２及び３３にはシヤトル弁８
２が接続されており、ライン３２及び３３の何れ
の圧力が高いかを検知し、高い方の圧力をライン
８１に伝達している。ライン８１は負荷検知ポー
トLSを通つてシヤトル弁８０まで延びており、
このシヤトル弁８０はライン７９を介して隣接す
るアクチユエータからの負荷圧力を受け取つてい
る。シヤトル弁８０は何れの負荷圧力がより高い
かを検知し、より高い負荷圧力をポンプ２２に印
加するように作用する。複数のバルブシステムは
それぞれが連続してこのシヤトル弁８０，８２を
組み込んでおり、当該バルブシステムにおける負
荷圧力を隣接するバルブシステムにおける負荷圧
力と比較し、より高い圧力を隣接する別のバルブ
システムに伝達し、最終的に最も高い負荷圧力を
ポンプ２２に印加するものである。

単一のメータイン弁２７は、1980年２月４日に
出願された本出願人の米国特許出願第117936号
（特開昭55−149402号）に示されている２つのメ
ータイン弁に取り替えることも可能である。

図示の油圧回路の他の構成要素の好ましい詳細
については、前述した米国特許第4201052号に記
載されている。

本発明によれば、排出弁３４，３５の一方又は
双方が常開の排出弁であり、その点において米国
特許第4201052号のメータイン弁が両方とも常閉
であるのと異なる。第１図及び第２図に示されて
いるように排出弁３４，３５が両方とも常開であ
る場合には、排出弁３４，３５はベントライン４
７ａ又は４８ａを介してブリードされている。第
３図及び第４図に示されているように何れか一方
のみの排出弁３５ｂ，３ｃが常開である場合に
は、かかる常開の排出弁３５ｂ又は３５ｃと、常
開の排出弁、即ちメータアウト弁３４ｂ又は３４
ｃの両方ともが、共通のベントライン２９ａを介
してブリードされている。

かくして第１図に示されているように両方の排
出弁３４，３５が常開であれば、メータイン弁２
７が中立位置にある場合にブームの施回などの場
合にアクチユエータの移動は自在である。しかし
ながら、アクチユエータを一方へと移動するため
に高圧のパイロツト圧力が印加されたならば、そ
のパイロツト圧力はライン４７又は４８にも印加
され、適当な方の排出弁３５又は３４を閉じる。

こうして、高圧のパイロツト圧力がメータイン
弁２７に印加されて（例えばライン２９，３１を
介して）アクチユエータ２０を一方へと動かした
場合、アクチユエータ２０のポートＡに連結され
た排出弁３４はこの高圧のパイロツト圧力によつ
て閉じられる。メータイン弁２７が中立位置に戻
つたならば、排出弁３４は常開位置に戻り、アク
チユエータ２０は線形油圧シリンダの場合にはフ
ロート状態を有することができ、また回転油圧モ
ータの場合には自由施回又は惰性状態を有するこ
とができる。

これまでは本発明を第１図の流量制御バルブシ
ステムに関連して説明してきたが、本発明はま
た、第２図に示されたメータイン弁２７ａを用い
る圧力制御バルブシステムにおいても有用であ
る。このようなメータイン弁２７ａは、ライン３
１からのパイロツト圧力に対抗する帰還圧力ライ
ン８３を有し、またライン３０からのパイロツト
圧力に対抗する帰還圧力ライン８４を有してい
る。これによつて負荷のより円滑な停止及び始動
が可能となり、また負荷のより正確な位置制御も
可能となる。これは、第１図のメータイン弁２７
を用いたバルブシステムでは得られない利点であ
る。

第３図に示されているように、本発明の油圧制
御システムをカウンタバランス弁８５が必要とさ
れる環境の下で使用する場合には、かかるカウン
タバランス弁はアクチユエータの一方のポートと
排出弁３５ｂのポートＢの間に設けられ、その場
合には排出弁３５ｂのみが常開とされる。アクチ
ユエータの他方のポートに連なるポートＡに接続
された他方の排出弁はメータアウト弁３４ｂであ
り、常閉とされる。従つてカウンタバランス弁８
５は、この弁を通る流れを制限することによつ
て、過走性負荷を制御するよう機能することがで
きる。メータイン弁２７がパイロツト制御ライン
２８，３０を介して高圧のパイロツト圧力によつ
て作動され、アクチユエータ２０を上昇するよう
に制御される場合には、流体はカウンタバランス
弁８５の逆止弁を通つてアクチユエータ２０へと
流れるこができる。同時に、制御ライン８７を通
るパイロツト圧力は排出弁３５ｂを閉じる。メー
タアウト弁３４ｂは通常の仕方で作用し、アクチ
ユエータの他方のポートから流体の排出を許容す
る。

過走性負荷を制御するため、第４図に示すよう
に外部的にブレーキ８８が用いられる場合には、
第３図の場合と同様に常開の排出弁３５ｃが１つ
だけ設けられ、ポートＢに接続された回転油圧ア
クチユエータの一方のポートに連結される。他
方、もう一方の排出弁は常閉のメータアウト弁３
４ｃとして設けられて、ポートＡに接続されたア
クチユエータの他方のポートに連結される。ブレ
ーキ８８からはライン８９が延び、ポートＡへと
延びるライン２６，３２に接続されている。油圧
ブレーキ８８は、ポートＡにに流体が供給される
場合にライン８９を介してライン２６，３２から
与圧された流体を受け取る。

各々の常開排出弁３４，３５，３５ｂ，３５ｃ
は同じ構造に係るものである。第５図を参照し
て、一つの排出弁３５についてその構造を説明す
る。

排出弁３５は、面積の異なるボア６０及び７２
を有し、これらのボア内にポペツト６１が、供給
ライン３３とタンクライン３６の間に配置されて
いる。この排出弁は、供給ライン３３からポペツ
トの後ろのチヤンバ６３へと延びる、オリフイス
６２ａを有するライン６２を含んでいる。ポペツ
ト６１内に形成された１又は２以上のライン６４
が、チヤンバ６３からタンクライン３６へと延び
ている。パイロツト圧力ピストン６６の作用の下
にチヤンバ６３とライン６４の間の接続を遮断す
るステム６５が、チヤンバ６９と７１の間に設け
られている。バネ６７は、システム内に圧力が存
在しない場合にステム６５を開放位置に保持し、
第５図に示されているようにしてポペツト６１を
弾性的に付勢する。しかしながら、使用に際して
はこの排出弁は常開の排出弁として機能しなけれ
ばならない。そのため、オリフイス６２ａ、バネ
６７のバネ係数、及びポペツト６６の差動領域、
つまりボア７２の面積分を差し引いたボア６０の
面積を適当に選択して、ライン３３における小さ
な、比較的重要でない圧力によつてポペツト６１
が開放し、ライン３３とタンクライン３６の間に
流路がもたらされるようにされる。ライン６８
は、チヤンバ６９をパイロツトライン２８のパイ
ロツト圧力へと接続している。チヤンバ６９内の
圧力は、ピストン６６の一方の端部に作用してい
る。ピストン６６の他方の端部にあるチヤンバ７
１は前述したようにライン７０を介してブリード
されており、第１図から第４図に示されているよ
うにして適当なベントライン４８ａ又は２９ａと
接続している。

［発明の効果］ 以上の如く本発明によれば、例えば米国特許第
4201052号に示されているようなシステムとは異
なり、アクチユエータとタンクラインとの間に
は、少なくとも一つの常開排出弁が設けられてい
る。これによつて本願発明のバルブシステムを組
み込んだ場合には、アクチユエータが線形油圧シ
リンダの場合にはフロート状態を有することがで
き、また回転油圧モータの場合には自由施回又は
惰性状態を有することができる。さらに過走性負
荷の制御、カウンタバランス弁又は油圧ブレーキ
などを用いる場合にも有効に対処することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの開口を有するアクチユエータに
ついての本発明の実施例による油圧制御システム
の概略図、第２図は第１図のシステムの修正に係
る別の実施例の油圧制御システムの概略図、第３
図はカウンタバランス弁を有する別の実施例の油
圧制御システムの概略図、第４図は油圧ブレーキ
を有する別の実施例の油圧制御システムの概略
図、第５図は本発明の油圧制御システムで用いら
れる排出弁の部分断面図である。 ２０：アクチユエータ、２１：出力軸、２２：
ポンプ、２４：バルブシステム、２５，２６，３
２，３３，３６，８９：ライン、２７：メータイ
ン弁、２８，２９，３０，３１：パイロツト制御
ライン、３４，３５；３４ｂ，３５ｂ；３４ｃ，
３５ｃ：排出弁、３７，３８：ポペツト弁、８
５：カウンタバランス弁、８８：油圧ブレーキ、
Ｐ：ポンプポート、Ｔ：タンクポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 与圧された流体を供給するポンプ２２と、可
   動要素２１と、流体の入口及び出口として交互に
   作用するよう構成された少なくとも一つの開口を
   有する油圧アクチユエータ２０と、 前記ポンプ２２を前記アクチユエータの開口及
   びタンクへと接続するライン２６，３２，３３，
   ３６と、 前記ポンプと前記アクチユエータ開口の間にお
   いて、前記アクチユエータ開口への流体の供給を
   遮断し又は許容すべく前記ラインに配置されたメ
   ータイン弁２７と、 タンクへの流体の流れを許容し又は遮断すべ
   く、前記アクチユエータ開口と前記タンクの間に
   接続された排出弁３４，３５；３４ｂ，３５ｂ；
   ３４ｃ，３５ｃと、 前記メータイン弁２７又は前記排出弁の位置を
   定めるべくこれらの弁に対して高圧又は低圧のパ
   イロツト圧力流体を印加するパイロツトコントロ
   ーラと、前記メータイン弁２７は前記低圧のパイ
   ロツト圧力の下では閉位置にあり前記高圧のパイ
   ロツト圧力の下では開位置にあることからなる、
   油圧制御システムにおいて、 前記排出弁が、前記低圧のパイロツト圧力の下
   では常開の位置にあり前記高圧のパイロツト圧力
   の下では前記ポンプ２２からの流体が前記アクチ
   ユエータ２０へと印加される場合に閉位置にあ
   る、少なくとも一つの排出弁３４，３５，３５
   ｂ，３５ｃを含んでいることを特徴とするシステ
   ム。 ２ 前記アクチユエータ２０が２つのアクチユエ
   ータ開口と、２つの常開排出弁３４，３５とを有
   し、これらの排出弁は各々がパイロツト制御され
   ており且つ前記アクチユエータ開口の一つと連結
   されている、特許請求の範囲第１項に記載の油圧
   制御システム。 ３ 前記アクチユエータ開口の一つと該開口に連
   結された常開排出弁３５ｂの間にカウンタバラン
   ス弁８５が接続されている、特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の油圧制御システム。 ４ 前記アクチユエータによつて駆動されている
   負荷に連結された油圧ブレーキ８８を含み、前記
   アクチユエータが常閉排出弁３４ｃと連結された
   別の開口を有し、前記常閉排出弁３４ｃは、前記
   常開排出弁３５ｃがパイロツト制御されて閉じら
   れる場合に開放するようパイロツト制御されてお
   り、前記油圧ブレーキ８８は前記別の開口に流体
   が供給される場合に前記ライン２６，３２へとラ
   イン８９を介して接続されて与圧された流体を受
   け取る、特許請求の範囲第１項に記載の油圧制御
   システム。 ５ 前記メータイン弁２７及び前記排出弁３４，
   ３５，３４ｂ，３５ｂ，３４ｃ，３５ｃは、ポペ
   ツト弁３７，３８及びアンチキヤビテーシヨン弁
   ３９，４０と共に配置されて、アクチユエータの
   運動方向を制御するバルブシステム２４を形成し
   ており、該バルブシステム２４はポンプポートＰ
   と、タンクポートＴと、パイロツトポート１，２
   及びアクチユエータラインポートＡ，Ｂとを有し
   て前記アクチユエータ２０から離れた装置に設け
   られており、前記アクチユエータ開口と前記バル
   ブシステム２４とは一対のラインで接続されてい
   る、特許請求の範囲第１項から第４項の何れか一
   つに記載の油圧制御システム。