JPH11502008A - 流体流失状態での制御を維持できる液圧バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えばホースの破裂により流体が流失する場合に負荷の移動が制御不能になるのを防止し、かつ流体の流失にもかかわらず操作者により負荷を制御して動かすことができる液圧流体流失制御バルブ。この制御バルブは通常の主スプールバルブと負荷に動力を供給するピストン・シリンダ液圧アクチュエータ間に配置される。制御バルブは口径内を相互的に摺動するスプールを有する。スプール上の複数の溝とランドは制御バルブ本体内の通路と結合し、ポンプとアクチュエータ間とアクチュエータと溜部間に交互に流体を通す通路を提供する。スプールが流体通路を提供する位置にあるときのみ、流体はアクチュエータの制御された室から流出可能である。スプール内の通路は入力流体流とスプールの一端の室との間を連通させる。スプール内の第２通路はアクチュエータ室とスプールの他端との間を連通させる。スプールの位置は、操作者の制御の元で、対向する端部室の圧力のバランスにより決まる。

Description

【発明の詳細な説明】 流体流失状態での制御を維持できる液圧バルブ 技術分野 本発明は、たとえば、ホースが破損した場合に生じる下流での流体の流失にか かわらず操作者が負荷の制御を可能にする液圧（油圧）バルブに関する。 背景技術 多くの機械類は液圧力で一つまたは複数の負荷を駆動する。このような機械類 の共通例としてフロントエンドローダやバックホーのような土壌を取り扱う機械 類を含む。このような機械類において、スコップやショベルのような負荷は限定 された液圧流体の力により垂直に支持される（または他方向に移動中に制御され る）。ホースが破裂した場合のように制御されずに流体が流出すると、保護手段 が無い状態で負荷を落下させてしまう（つまり、他方向に非制御状態で移動させ てしまう）。 従来から知られている保護手段の多くは負荷に動力を供給するシリンダー内の ピストンのような液圧アクチュエータに設置された逆止バルブを採用している。 逆止バルブはホースがシリンダから下流で破損した場合流体がシリンダーから流 出するのを防止する。これにより負荷が制御されずに移動するは防止されるが、 負荷をハングアップさせてしまい、操作者によりそれ以上制御できなくなる。 流体流失のようなばあい負荷が非制御状態で移動するのを防止し、かつ負荷が 操作者の制御により移動可能にするための、比較的簡単で経済的な手段が求めら れている。 本発明は、上述の要望を満足させる、改良された液圧（油圧）バルブを提供す ることを目的とする。 発明の開示 このため本発明によれば、液圧流体流失制御装置を提供することにある。この 装置は操作者に制御された流速でソースからの液圧流体を受け、流体を負荷動力 供給アクチュエータの動力供給室に供給する。この装置はまたアクチュエータの 排気室から液圧流体を受け、それを分散させる。 この装置はスプール通路と、前記ソースからの流体を受ける第１流体通路と、 前記装置から排気室流体を分散させる第２流体通路と、前記動力供給室へソース 流体を分散させる第３流体通路と、前記排気室からの流体を受ける第４流体通路 を有する。前記第４流体通路は前記スプール通路と交差している。 中立位置と複数の負荷動力供給位置との間の第１方向と反対の第２方向とに前 記スプール通路内を摺動するスプールを有する。このスプールは軸方向に離間し た第１及び第２端部と軸方向に離間した第１及び第２ラジアル溝部を有する。前 記溝部は前記第１溝部が常に前記第１流体通路内に延長し、前記スプールが前記 負荷動力供給位置の一つにあるときは前記第３流体通路に延長し、前記スプール が中性状態にあるときは前記第３流体通路方向に延長しない。さらに、溝部は前 記第２溝部が常に前記第４流体通路内に延長し、前記スプールが前記負荷動力供 給位置の一つにあるときは前記第２流体通路に延長し、前記スプールが中性状態 にあるときは前記第２流体通路方向に延長しない。 第１パイロット室の圧力が前記スプールを中立位置に動かすように配置された 第１パイロット室がある。かつ前記第１パイロット室が流体を前記第３流体通路 と連通させるように配置された第１パイロット室がある。 第２パイロット室の圧力が前記スプールを前記負荷動力供給位置の一つに動か すように配置された第２パイロット室がある。かつ前記第２パイロット室が流体 を前記第１流体通路と連通させるように配置さ れている。 以上により、前記スプールが前記負荷動力供給位置の一つにあると、前記排気 室からの流体が前記装置から分散され、前記スプールの前記位置が操作者による 前記ソースから前記装置に流れる流体の流速の制御により決定される。 本発明の別の態様において、スプールは内部に少なくとも第３流体通路と第１ パイロット室間で流体を連通させる第１パイロット通路または第１流体通路と第 ２パイロット室間で流体を連通させる第２パイロット通路を持っている。 発明の別の態様において、第１及び第２パイロット室の少なくとも一つはスプ ールの両端の一方の近傍であり、流体がスプールの両端の一方と通じている。 本発明は流体が流失した場合負荷により制御不能な動作を防止するものであり 、操作者が制御を維持し、負荷を操作者の制御の元で動かすことを可能にする。 特許請求された本発明はいくつかの利点を有することがわかる。遅延時間や立 ち上がり沈着問題が負荷検出圧力補償バルブ内の流体を遠隔のポンプ流入口から 分離し負荷圧力情報をポンプ流入口に伝達する回路及び構造体で実質的に緩和さ れる。逆流は流れが圧力補償逆止バルブ介して逆に流れるのを防止する回路兼構 造体により実質的に減少する。 本発明のこれら及び他の特徴、および様態、および利点は本発明の好ましい実 施例の後述する記載および図面を参照してより理解されるであろう。しかしなが ら、本発明は実施例に制限されるものではない。 図面の簡単な説明 第１図は中立モードの特許請求された流体流失制御バルブの断面図を例示し、 かつバルブとともに使用される部品等を概略的に示す図である。 第２図は、バルブが負荷上昇モードにある以外は、第１図と同様である図であ る。 発明を実施するための最良の形態 第１図および第２図において、操作者に制御される主バルブ（概略的に図示） ４と負荷８を上下に動かす液圧アクチュエータ（概略的に図示）６との間に配置 された液圧回路の流体流失制御バルブ２が例示されている。（ここで使用される ように、方向に関する用語は第１図及び第２図の向きから引き出されるが、他の 向きで展開されている実施例では他の方向を含んでいる。） 液圧アクチュエータ６はピストン１０がシリンダ１２を二つの可変容量室（上 室１４、下室１６）に分割する型のアクチュエータである。可変室の各々は液圧 流体の流入および流出を可能にするポート（口）（上室口１８と下室口２０）を 有する。負荷８はピストン１０に取り付けられたロッド２２に取り付けられてい る。 主バルブ４はポンプ２８及び溜３０に接続された第１及び第２下流ポート２４ および２５、および第１及び第２上流ポート２６および２７を有する。第１図に おいて、主バルブ４がポンプポート２８を溜部３０につなぐ中央中立位置に概略 的に示される。第２図は第１及び第２上流ポート２６及び２７をポンプ２８及び 溜部３０につなぐ”負荷下降”位置にある主バルブ４を示す。”負荷上昇”位置 （図示せず）において、主バルブ４が第１及び第２上流ポート２６および２７を 溜部３０およびポンプ２８に個別的に接続する。操作者はポンプ２８から主バル ブ４を介して流体流失制御バルブ２への流体流速を制御できる。 流体流失制御バルブ２は後述する口径及び通路を有する本体３２からなる。 流体制御バルブ２は主バルブ４から遠隔的に配置されているので、本体３２は 代表的にはホースまたは同様な導管であるライン３８およ び４０により主バルブ４の第１及び第２上流ポート２６および２７に接続された 第１及び第２制御バルブポート３４および３６を有する。流体流失バルブ２は、 流体流失制御バルブ２が液圧アクチュエータ６にまたは上に配置されるので典型 的には直接接続器である、ライン４６及び４８により上室ポート１８と下室ポー ト２０に個別的に接続された第３及び第４制御バルブポート４２および４４を有 する。 流体流失制御バルブ２の本体３２はスプール５２が長手方向に摺動する長方向 スプール口径５０を有する。スプール口径５０の右端は空洞化された右側プラグ ５４により広げらかつ閉じられる。プラグ５４の空洞はスプリング保持器６０を スプール５２の右端に隣接させかつスプール５２を左側に押しつけるスプリング ５８を含む第１パイロット室５６を画成する。スプール口径５０の左端は閉鎖さ れた左側プラグ６２により閉鎖される。プラグ６２に対して、スプール５２の左 端が通常時にはスプリング５８の押しつけにより隣接する。スプール５２の左端 は第２パイロット室６４を左端プラグ６２及び本体３２で画成するように空洞化 されている。スプール５２は軸方向に離間した第１及び第２溝部６６および６８ により半径方向に刻みが形成されている。第２溝部６８の右端はより浅い計量ノ ッチ７０である。スプール５２の刻まれていない部分は、二つの溝部６６および ６８により軸方向に分離された、第１、第２及び第３ランド７２、７４、７６で ある。 スプール口径５０と交差しかつスプール口径５０以上に内側に延長する４流体 通路（第１、第２、第３及び第４通路７８、８０、８２、および８４）が第１、 第２、第３及び第４制御バルブポート３４、３６、４２、４４から流体流失制御 バルブ２の本体３２に延長している。第１及び第３流体通路７８および８２の内 側端部は開放すると第３及び第１制御バルブポート４２および３４（”上室逆止 バルブ流体通路”）間の流体連通を可能にする通常は閉鎖された第１逆止バルブ ８６に接続される。同様に、第２及び第４流体通路８０および８４の内側端部は 開放すると第２及び第４制御バルブポート３６および４４ （”下室逆止バルブ流体通路”）間の流体連通を可能にする通常は閉鎖された第 ２逆止バルブ８８に接続される。 ４流体通路７８、８０、８２、８４が本体３２に配置されているので、スプー ル５２が左側中立位置（第１図）であると、第１及び第４流体通路７８及び８４ は第１及び第２スプール溝部６６および６８のみに個別的に開放し、かつ第２及 び第３流体通路８０及び８２は第３及び第２スプールランド７６および７４のみ に個別的に開放する。溝部６６および６８並びにランド７２、７４、７６は一定 のサイズに作成されるので、スプール５２が少なくとも右手に最小距離（第２図 ）移動し、第１溝部６６は第１及び第３流体通路７８および８２に延長し、両者 間に流体通路（”上室溝部流体通路”）を形成し、かつ第２溝部６８の計量ノッ チ７０は第２及び第４流体通路８０および８４に延長し両者間に流体通路（”下 室溝部流体通路”）を形成する。 スプール５２が内部に二つのパイロット通路９０および９２を与えるように穴 開けされる。第１パイロット通路９０は第１パイロット室５６に開放し、第３ラ ンド７６と第２溝６８下のスプール５２の右端から左側に延長し、第２ランド７ ４内のスプール５２から横方向に現れる（第３流体通路８２に開放している）。 第２パイロット通路９２は第１ランド７２下で第２パイロット室６４から右方向 に延長し、第１溝部６６内でスプール５２から横方向に現れる（第１流体通路７ ８に開放する）。 この装置は第１図に例示された中立状態にあると、アクチュエータシリンダー １２の上室１４の圧力下での流体は第３流体通路８２、第１パイロット通路９０ 、および第１パイロット室５６を占領する。第１パイロット室５６の圧力および スプリング５６が制御バルブスプール５８を左側に保持するので、第２パイロッ ト室６４が閉鎖された左側プラグ６２に隣接する。 操作者が負荷を下降させる作用を開始すると、主バルブが第２図の位置にシフ トし、それによりポンプ２８を第１制御バルブポート３４ に接続し、溜部３０を第２制御バルブポート３６に接続する。この動作が生じる と、ポンプ２８からの流体が（第１逆止バルブ８６により阻止された）第１流体 通路７８、第２パイロット通路９２、第２パイロット室６４を占領する。第２パ イロット室６４内の圧力を増加させることによる力がスプリング５８の対抗力お よび第１パイロット室５６内の上室圧力を超過すると、制御バルブスプール５２ が右方向に移動し始める。この動作が継続すると、第１溝部６６が、第２図に例 示されているように、第３流体通路８２に延長し始める。この動作により、流体 がポンプ２８から第１制御バルブポート３４、（上述の）上室溝部流体通路、第 ３制御バルブポート４２を介して、アクチュエータ６の上室１４に流れることを 可能にする。ほぼ同時に、第２溝部６８の計量ノッチ７０が、第２図に例示され るように、第２流体通路８０に延長し始める。この動作により、流体がアクチュ エータシリンダー１２の下室１６から第４制御バルブポート４４、（上述の）下 室溝部流体通路、第２制御バルブポート３６を介して溜部３０に流入することを 可能にする。結果として、アクチュエータピストン１０および負荷８が下方に移 動する。 この負荷下降モードにおいて、アクチュエータ６の下室１６からの流体の流速 は、後述のように、スプール５２の位置により決定される。第２の流体通路８０ に延びる計量ノッチ７０の部分は第１溝オリフィス９４を形成する。第１溝部オ リフィス９４が増大すればするほど、下室１６から溜部３０への流体流が増大す る。もし計量ノッチ７０が第２流体通路８０に延長しないと、溝オリフィス９４ がなく、したがって流体流は存在しない。 スプール５２の位置（ここでは下室１６から溜部３０への流速）は第２パイロ ット室６４内の圧力により生じたスプール５２に対する右方向の力とスプリング ５８により生じた左方向の力間の平衡と、第１パイロット室５６内の圧力とによ り決定される。第２パイロット室６４内の圧力は（操作者の制御中の）ポンプ出 力流体流により決定され、 かつ第１パイロット室５６内の圧力は上室圧力で決定される。これらの圧力差は （第１溝部６６が第３流体通路８２に延長する程度である）第２溝オリフィス９ ６間の圧力低下として現れる。ポンプ出力流体流の増加は前述の圧力低下を増加 させ、結果として第２溝部オリフィス９６を介して上室１４への流速を増加させ る。この動作が上室圧力を増加させ、第１パイロット室５６内の圧力を増加させ 、それによりスプール５２を左端に移動させ第２溝オリフィス９６を減少させる 傾向にある。しかしながら、アクチュエータピストン１０が下方に移動すると、 アクチュエータ上室１４および第１パイロット室５６内の圧力が減少するので、 スプール５２を右方向に移動させ、従って第２溝オリフィス９６を増加させる傾 向にある。 操作者が要望する、スプール５２がポンプ２８からアクチュエータ上室１４へ 流れる流体の流速を可能にする平衡位置が達成される。 ピストン１０が下方に移動する速さは第１溝オリフィス９４が開放する程度に より決定される。これは、後述のように、操作者のポンプ出力流体流の操作によ り最終的に制御されるスプール５２の位置により決定される。第２制御バルブポ ート３６と主バルブ４間のライン４において流体の流失がある場合連続的に制御 を可能にするのが特徴である。 流体流失制御バルブ２が典型的にはアクチュエータ６に取り付けられ、主バル ブ４は、例えば、この装置の運転室内のある距離に配置される。これらのバルブ ２および４は（図においてライン３０及び４０で示される）ホースにより接続さ れる。本発明が欠けている場合（すなわち、他の保護構造の場合）、ライン４０ が破裂すると負荷８を制御不能で落下させてしまう。本発明では、ライン４０内 の流体が流失してもアクチュエータ下部室１６から流体を排出させない。流体は 、下室溝部流路が第１溝オリフィス９４を介して開放する程度においてのみ、下 室１６から排出される。上述のように、流体は完全に操作者の制御の元にある。 実際、操作者はライン４０の破裂にもかかわらず、 第１溝オリフィス９４を操作することにより、負荷８を地面に静かに降ろすこと ができる。このバルブは、負荷の落下を防止して、ホースの破裂の際負荷８を上 昇した位置で保持するために逆止バルブに依存した米国特許３、６８５、５４０ に記載された（７欄、４９ー５７行目参照）バルブを含む既知の装置より明らか に有利である。 負荷８を上昇させるため、操作者は主バルブ４を負荷上昇位置（図示せず）に 移動させる。この位置ではポンプ２８が主バルブ４の第２上流ポートに接続され 、かつ制御バルブ２の第２制御バルブポート３６と第２流体通路８０に接続され る。第２逆止バルブ８８が開放すると、ポンプ流体は（上述の）下室逆止流体通 路を介してアクチュエータ６の下室１６に流れることを可能にする。負荷上昇位 置において、主バルブ４は溜部３０を主バルブ４の第１上流ポートおよび第１制 御バルブポート３４につながる。アクチュエータ６の上室１４の圧力を上昇させ ることにより、第１逆止バルブ８６を開放して、流体が上室１４から（上述の） 上室逆止バルブ流体通路を介して溜部３０に流れる。このモードでは、第２パイ ロット室６４が溜部３０に対して開放し右方向に力を及ぼさないので、流体流失 制御バルブ２のスプール５２は（第１図に示すように）左方向位置にある。もし ライン４０が負荷上昇モードで破裂しても、第２逆止バルブ８８は閉鎖し（従っ て、下室逆止バルブ流体通路を閉鎖する）、かつ計量ノッチ７０が第２流体通路 ８０内に延長しない（従って、下室溝通路を閉鎖する）ので、流体はアクチュエ ータ下室１６から流出しない。 本発明の好ましい実施例の上述の記載はその利点を示している。主バルブ４と 液圧アクチュエータ６間の流体ライン６に漏れまたは破裂が生じると、本発明で は操作者は負荷８が落下するのを防止し、かつ負荷を選択された停止位置に静か に下降させることができる。この利点は液圧アクチュエータ６に直接取付可能な 比較的簡単で、経済的な装置をで達成される。 本発明の好ましい実施例が上述のごとく開示されたが、特許請求さ れた発明は実施例に限定されるものではない。ここで特許請求された発明の範囲 内で他の実施例がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 操作者に制御された流速でソースから液圧流体を受け、負荷に動力を供給 するアクチュエータの動力供給室に液圧流体を供給するための、さらにアクチュ エータの排気室から追加の液圧流体を受け、かつ装置から追加の液圧流体を分散 させるための液圧流体流失制御装置において、前記液圧流体流失制御装置が (a) スプール通路と、前記ソースからの流体を受ける第１流体通路と、前 記装置から排気室流体を分散させる第２流体通路と、前記動力供給室へソース流 体を分散させる第３流体通路と、前記排気室からの流体を受ける第４流体通路を 有し、前記第４流体通路が前記スプール通路と交差している本体と； (b) 中立位置と複数の負荷動力供給位置との間の第１方向と反対の第２方 向とに前記スプール通路内を摺動し、かつ軸方向に離間した第１及び第２端部と 軸方向に離間した第２ラジアル第１及び第２溝部とを有し、前記溝部は前記第１ 溝部が常に前記第１流体通路内に延長し、前記スプールが前記負荷動力供給位置 の一つにあるときは前記第３流体通路に延長し、前記スプールが中性状態にある ときは前記第３流体通路方向に延長せず、かつ前記第２溝部が常に前記第４流体 通路内に延長し、前記スプールが前記負荷動力供給位置の一つにあるときは前記 第２流体通路に延長し、前記スプールが中性状態にあるときは前記第２流体通路 方向に延長しない、スプールと； (c) 第１パイロット室の圧力が前記スプールを中立位置に動かすように、 かつ前記第１パイロット室が流体を前記第３流体通路と連通させるように配置さ れた第１パイロット室と； (d) 第２パイロット室の圧力が前記スプールを前記負荷動力供給位置の一 つに動かすように、かつ前記第２パイロット室が流体を前記第１流体通路と連通 させるように配置された第２パイロット室と； (e) 以上により、前記スプールが前記負荷動力供給位置の一つにあると、 前記排気室からの流体が前記装置から分散され、前記スプールの前記位置が操作 者による前記ソースから前記装置に流れる流体の流速の制御により決定されるこ とを特徴とする液圧流体流失制御装置。 ２． 前記スプールが前記第３流体通路と第１パイロット室間の流体連通を提供 する少なくとも前記第１のパイロット通路、または前記第１流体通路と前記第２ パイロット室間の流体通路を提供する第２パイロット通路を有することを特徴と する請求項１記載の液圧流体流出制御装置。 ３． 前記第１のパイロット通路と第２パイロット通路の少なくとも一つが前記 スプールの両端の一方の近傍にあり、かつ前記スプールの両端の一方と流体連通 状態にあることを特徴とする請求項１記載の液圧流体流失制御装置。 ４． 前記スプールが前記第３流体通路と第１パイロット室間の流体連通を提供 する少なくとも前記第１のパイロット通路、または前記第１流体通路と前記第２ パイロット室間の流体通路を提供する第２パイロット通路を内部に有することを 特徴とする請求項４記載の液圧流体流失制御装置。 ５． 前記スプールが前記第３流体通路と第１パイロット室間の流体連通を提供 する少なくとも前記第１のパイロット通路、および前記第１流体通路と前記第２ パイロット室間の流体通路を提供する第２パイロット通路を内部に有することを 特徴とする請求項１記載の液圧流体流失制御装置。 ６． 前記第１流体通路が第１接続部で前記第３流体通路と連通し、かつ前記第 ２流体通路が第２接続部で前記第４流体通路と連通し、さらに前記第１接続部に 配置され、前記第３通路から前記第１通路にのみ流体を連通させる第１逆止バル ブと、前記第２接続部に配置され、前記第２通路から前記第４通路にのみ流体を 連通させる第２逆止バル ブを有することを特徴とする請求項５記載の液圧流体流失制御装置。 ７． さらに、前記本体に配置され、前記第３通路から前記第１通路にのみ流体 を連通させる逆止バルブを有することを特徴とする請求項１記載の液圧流体流失 制御装置。 ８． さらに、前記本体に配置され、前記第２通路から前記第４通路にのみ流体 を連通させる逆止バルブを有することを特徴とする請求項１記載の液圧流体流失 制御装置。 ９． さらに、前記本体に配置され、前記第３通路から前記第１通路にのみ流体 を連通させる第１逆止バルブと、前記本体に配置され、前記第２通路から前記第 ４通路にのみ流体を連通させる第２逆止バルブを有することを特徴とする請求１ 記載の液圧流体流失制御装置。