JPS5936152B2 - 油圧制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧式クレーンのブーム起伏に使用されるシリ
ンダ装置の安全装置及び油圧制御に関するものである。

油圧式のクレーンの場合、ブーム起伏用シリンダは、通
常コントロールバルブとの間のパイピングとして高圧ホ
ース等を使用し、シリンダの揺動にも適応できるよう配
置している。

しかしホース自体の劣化又は損傷等により破断した場合
、又は油圧ポンプの故障等においてはシリンダ装置自体
の過走現象をひき起こし不慮の事故を起こすことが多い
。

したがってこれらの不測の事態に備え、そのシリンダ装
置にはホールディング作用を備えたカウンタバランスバ
ルブ（油圧制御弁）を附設し、安全対策を図る場合が多
い。

またこのカウンタバランスバルブは、シリンダ装置のコ
ンｌ−ロールバルブのインチング操作による微流量供給
時ノ微作動においても、その作用に適応する機能を備え
ることが望ましい。

さらにはこのカウンタバランスバルブはシリンダ装置の
作動に適応したスムーズな作動をすることが望ましい。

例えばシリンダ装置の作動時において、カウンタバラン
スバルブのチャタリング現象の発生等はおきてはならな
いものである。

本発明は上記多面的要求に叶うよう構成された油圧制御
弁（カウンタバランスバルブ）を提供しようとするもの
で、その要旨とするところは、弁本体内に、アクチュエ
ータの負荷側及び非負荷側に連通ずる油路を各々設け、
負荷側に通じる油路中には、常時その油路を閉止するよ
う負荷側方向からバネにより勢力を付与すると共に、そ
の油路が閉止した際に負荷側圧により自閉効果が与えら
れるような弁態な有するスプール弁を設け、このスプー
ル弁に対峙してパイロットピストンを摺動自在に設け、
非負荷側の圧油によりごのパ・イロットピストンを作動
させて前記スプール弁を作動させ、前記油路を開くよう
構成した油圧制御弁において、前記パイロットピストン
の背面部にパイロットスプールを臨ませ、このパイロッ
トスプールを前記スプール弁により閉止された負荷側油
路より導入したパイロット圧により作動させてこのパイ
ロットスプールによりパイロットピストンの背面部を押
すよう構成し、これにより前記パイロットスプールがこ
のパイロットピストンを介して前記スプール弁をその開
口方向に押すよう構成し、さらにこのパイロットスプー
ルの受圧面積をスプール弁の閉止部のシート面積と等し
くなるよう、またパイロットピストンのスプール弁と対
峙する側のこのパ・［ロットピストンの受圧面積（但し
、スプール弁と当接する部分を除く）をスプール弁の閉
止部のシート面積より大きくなるよう構成したことを特
徴とする油圧制御弁にある。

従来において、カウンタバランスバルブはその代表的な
ものとして第１図に示すものがある。

この構成を説明すると、弁本体１内にアクチュエータ２
の負荷側油室２ａ、非負荷側油室２ｂにそれぞれ連通す
る油路３，４を設け、この油路３の途中の油室Ａ及びＢ
内にバネ５で付勢され通常はそれらの油室ＡとＢと遮断
しその油路３を閉じているスプール弁６をポペット７を
介して設ける。

このポペット７は、後述するようにスプール弁６が作動
する際（伸長時）、前記油室Ｂ、Ａを通りアクチュエー
タ２負荷側へ流れる流量を多くとるために設けられるも
ので、その作動時、振動等生じない様比較的弱いバネ８
で前記スプール弁６と目方に付勢されている。

弁本体１内の前記スプール弁６と対峙した位置にパイロ
ットピストン９を摺動自在に設け、後述するようアクチ
ュエータの非負荷側の圧油をパイロット圧としてこのパ
イロットヒストン９の背面に作用させてパイロットピス
トン９を作動させ、それによりスプール弁６をバネ５に
抗して作動させるよう構成する。

アクチュエータ２の非負荷側に連通ずる弁本体１内の油
路４の途中に油室りを設け、この油室りと前記パイロッ
トピストン９の背面部の油室Ｃとの間を連通し、この途
中にオリフィス１０を設ける。

したがって非負荷側の圧油は、このオリフィス１０を通
ってパイロンＩ・ビスＩ・ン９の背面部に作用し、パイ
ロットピストン９をゆるやかに作動させる。

次にこの作用を説明すると （伸長時） ポンプ１２からの圧油はコントロールバルブ１３の室１
３ａを通過し高圧ホース１６を通り、弁本体１内の油路
３に至り油室Ｂに入る。

油室Ｂの圧油はスプール弁６及びポペット７に作用し、
バネ５，８に抗して油室Ａに入り配管２０を通ってシリ
ンダの伸長側（負荷側）油室２ａに入り、負荷Ｗを押上
げる。

シリンダ装置２の縮少側（非負荷側）油室の油は油路４
、油室りを通ってタンクに戻る。

この回路において油室Ｂの圧油は前述のほか、パイロッ
トピストン９にも作用し、そのパイロットピストンを右
側に押している。

油室Ｃの油はオリフィス１０を通り、前述のシリンダ装
置２の縮少側の排出油と合流してタンクに戻る。

（停止時） コントロールバルブ１３を中立位置１３ｂに切換えてポ
ンプ１２からの圧油の供給をやめると、シリンダ装置２
は停止し、負荷側（伸長側）油室２ａの油はスプール弁
６、ポペット７のチェック作用により逆流を妨げられ、
負荷側油室２ａ及び油室Ａに封じ込まれることになり、
シリンダ装置２を確実に停止保持することになる。

この場合において、シリンダ装置２に作用する負荷Ｗが
大きければ大きい程油室Ａの圧は大きくなる。

（縮少時） コントロールバルブ１３を切換えて室１３ｃにするとポ
ンプ１２からの圧油は高圧ホース１７を通り弁本体１０
油路４を通りシリンダ縮少側（非負荷側）油室２ｂに至
る。

これと同時に油路４を通る非負荷側の圧油がオリフィス
１０を通ってパイロットピストン９の右側に作用し、こ
のパイロットビスＩ・ン９を左側に押すことになる。

それによりスプール弁６が、油室Ａに作用する油圧によ
り該スプール弁６が受ける力とバネ５とに抗して動かさ
れ、油室Ａが油室Ｂに連通されることにより、シリンダ
装置２の負荷側（伸長側）油室２ａは前記油室Ａ、Ｂを
介してタンク１１に連通されシリンダ装置２は縮少する
ことになる。

この場合において、シリンダ装置２に作用する負荷Ｗが
大きければ大きい程、パイロットピストン９を作動させ
るパイロット圧は大きいことが必要である４、なぜなら
シリンダ装置２に作用する荷重が太きければ大きい程油
室Ａの油圧は大きくなり、したがってスプール弁６が油
室Ａを閉じようとする力（自閉効果）が大きくなり、こ
れに打ち勝つためにはそれに応じた油圧をパイロットピ
ストン９の背面の右側油室Ｃにパイロット圧として作用
しなければならないからである。

なおこのパイロット圧のその初期圧力は、スプール弁６
を動かすため油室Ａの油圧に応じた高い圧を必要とする
が、スプール弁６が一度開けば、その圧は小さくなる。

（縮少作動時においては、シリンダ装置２に作用する負
荷Ｗにより、見かけ上シリンダの自走現象が起こるから
）。

これをスプール弁６側から言えば、シリンダ装置２を縮
少し始めようとする際にスプール弁６は最初急激に作動
し油室ＡとＢとを連通ずる油路を急激に開くが、その後
は減衰して一定位置に停止し、油室ＡとＢが一定開口で
連通される。

さてこの従来のカウンタバランスバルブの欠点として次
の点を承げることかできる。

（１） シリンダ縮少時、シリンダ装置２に作用する
負荷が太きければ大きい程スプール弁６を開くためのパ
イロットの初期圧力が大きくなり、スプール弁６の最初
の作動後の減衰がしにくくなる。

したがって時にはそのスプール弁６の変調を起こし円滑
な速度制御が困難になる場合があり、さらにはスプール
弁のチャタリング現象を誘発し、これによりクレーン車
のブーム等のハンチングを起こし、クレーン作業が困難
なばかりか、作業自体が危険となる。

（２）クレーン作業の場合、ｂ）荷の重量が一定であっ
てもその個々の作業位置においてはブーム起伏用シリン
ダ装置に作用する負荷が変化する。

したがってシリンダ装置の負荷側圧も変化し、それによ
りシリンダ縮少時、パイロット圧を変えることが必要と
なり、それによりスプール弁６が変調を起こしチャタリ
ングを誘発する事がある。

（３）シリンダ伸長時、パイロットピストン９は油室Ｂ
の圧油により右側に移動し、又その後のシリンダの停止
時においてもそのまま右側に位置している。

したがってその後のシリンダ縮少時においては、非負荷
側のパイロット圧によりパイロットピストン９を左側に
移動さぜスプール弁６を開くのであるが、その場合パイ
ロットピストン となり、コントロールバルブ１３の操作よりタイムラグ
を生じてシリンダが縮少作動することになる。

このことはオペレータに操作」一応答性の悪い感覚を与
え、通常の操作感覚とは違った感じとなり、インチング
操作等においては困難をきたし、ひいては操作ミスを誘
発することにもなりかねない。

そのため本発明は次のように構成したものである。

すなわちパイロットピストン９の背面側の弁本体１内に
油室Ｆを設け、この油室Ｅと油室Ａとを油路２２で連通
し、油室Ｅ内にパイロットスプール２３の一端部を前記
パイロン（・ヒストン９の背面部に臨ませて挿入し、油
室Ａからの圧油をパイロットスプール２３に作用させ、
パイロットピストン パイロットスプール２３の受圧面積とスプール弁６のシ
ート面積（ポペットγの内孔のシート面積）とを同値に
設計する。

そうすることによりシリンダ装置２の停止時、シリンダ
負荷側の圧油を有する油室Ａの圧油を油路２２を介して
バイロン）・スプール２３に作用させ、それによりパイ
ロットピストン その開口方向に押すので、スプール弁６に作用する油室
Ａと油室Ｂとを連通ずる油路な閉じようとするシリンダ
装置２に作用する負荷の大きさに比例した力が、パイロ
ットスプール２３に作用する力により相殺され、結局ス
プール弁６が油室Ａと油室Ｂとを連通ずる油路を閉じよ
うとする力はバネ５の力だけとなる。

したがってシリンダ縮少時において、スプール弁６を開
口するためにパイロットピストン プール弁をその閉じ方向に付勢しているバネ５に抗した
力のパイロット圧力であればよく、シリンダ装置２に作
用する負荷Ｗには左右されない。

なお、この油室Ｃに導入されるパイロット圧はバネ５を
抗し得る程度の油圧力でよいわけであるが、この圧は実
際値としては１〜３ｋｇ／ｃｆｇ．程度であり、パイロ
ットスプール２３に作用する負荷圧（実際値としてはク
レーン等に用いられるこの種のカウンターバランス弁に
おいては１７５〜２１０ ｋｇ／ｃ４が一般的）に比べ
極めて小さいので、このパイロット圧がパイロットスプ
ール弁２３におよぼす影響はないものと考えてよく、ス
プール弁６の開［［」時においては、パイロットスプー
ル２３がパイロットピストン９に当接した状態で移動す
ることになる。

即ち、このことは、シリンダ縮少時においてはシリンダ
装置２に作用する負荷Ｗに関係なく、常にほぼ一定のパ
イロット圧テソの縮少作動をなしつるということである
。

また本発明においては、パイロットピストン９の油室Ｂ
側の受圧面積（スプール弁６と当接する部分を除く）を
スプール弁６の閉１」一部のシート面積より大きくして
、スプール弁が開口したらまたすぐに閉じるような機能
を持たせている。

即ち、スプール弁６はパイロットピストン９により左方
に押されて開口するが、開１−］シた後油室Ｂ内に流入
した圧油はこの面積差によりパイロットピストン９を右
方に押すよう作動し、スプール弁６はまたすぐに閉じる
よう作動する。

このことはパイロットピストン９を作動させるためのパ
イロット圧の低下、即ちこのパイロット圧の変動をなく
して安定した速度制御を行い得るよう考慮しているもの
である。

なお本発明においては、シリンダ装置の停止時において
は、パイロットピストン９はパイロットスプール２３に
より押されてスプール弁６に接して左側に位置している
ものであり、その状態からコントロールバルブ１３を切
換えてシリンダ縮少側に操作するときスプール弁はただ
ちに開口し、前述したようなタイムラグがない。

またシリンダ伸長時においては、パイロットピストン９
は油室Ｂの圧油により右側に押されるとともにパイロッ
トスプール２３により左側に押されるが、油室Ｂ側の受
圧面積がパイロットスプール２３の受圧面積よりも大き
いため、結局右側に移動している。

その後の停止時、縮少時においては前述したとおりであ
る。

なお本願においては、ポペット７は伸長時においてアク
チュエータ側へ流れる流量を多く取るためのものである
が、第３図に示すようにこのポペット７をスプール弁６
と別々に設けることにより、伸長時における圧油の圧損
を小さくすることができる。

即ち、ポペット７中に同心的にスプール弁６を設けた第
２図の例においては、伸長時においてこの油路を開口す
るためにはスプール弁６を付勢するバネ５の力に打勝つ
圧油が必要であり、このバネ５は縮少時におけるスプー
ル弁６の制御の巾を広く取るために一般に強いバネ力が
与えられているからである。

従って第３図に示すように伸長時においてポペット７の
みが圧油により押し開かれるようにすれば、このポペッ
ト７は単にチェック弁の機能を有すればいいわけである
のでバネ８の付勢力は小さくでき、伸長時における圧損
を小さくできることになる。

従って伸長時における圧損及び通過流量の減少の不利益
を甘受すれば本願においては必ずしもポペット７は必要
ではなし・０次に本発明が従来のものと比べて優れてい
る点を列挙すると、 ■ シリンダ装置に附加される負荷（又は吊荷）が種々
異っても、又クレーン作業時の個々の作業位置によるシ
リンダ負荷値が変化しても、パイロット圧が一定値にて
スプール弁６の開開ができる。

（負荷圧力の影響を受けない。）■ パイロット圧が一
定であるのでスプール弁６の開（」面積も一定となり安
定した速度制御が得られる。

■ シリンダ作動停止時、パイロットピストン９はパイ
ロットスプール２３によりスプール弁６に対峙した状態
の端面密着状態で常時左側に押されている。

従ってシリンダ縮少時であるスプール弁の開放作動時に
タイムラグがなく応答性に優れている。

このことはインチラグ操作機能を発揮しやすい構造であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の油圧制御弁の断面図、第２図は本発明に
係る油圧制御弁の断面図、第３図は本発明の他の実施例
である。 １・・・・・・弁本体、２・・・・・・シリンダ装置、
５，８・・・・・・バネ、６・・・・・・スプール弁、
７・・・・・・ポペット、９・・・−・・パイロットピ
ストン、２３・・・・・・パイロットスプール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁本体内に、アクチュエータの負荷側及び非負荷側
   に連通ずる油路な各々設け、負荷側に通じる油路中には
   、常時その油路を閉止するよう負荷側方向からバネ５に
   より勢力を付与すると共に、その油路が閉止した際に負
   荷側圧により自閉効果が与えられるような弁態を有する
   スプール弁６を設け、このスプール弁に対峙してパイロ
   ットピストン９を摺動自在に設け、非負荷側の圧油によ
   りこのパイロットピストンを作動させて前記スプール弁
   を作動させ、前記油路３を開くよう構成した油圧制御弁
   において、前記パイロットピストン９の背面部にパイロ
   ットスプール２３を臨ませ、このパイロットスプールを
   前記スプール弁により閉止された負荷側油路より導入し
   たパイロット圧により作動させてこのパイロットスプー
   ルによりパイロットピストンの背面部を押すよう構成し
   、これにより前記ハイロットスプールがこのパイロット
   ピストンを介して前記スプール弁をその開口方向に押す
   よう構成し、さらにこのパイロットスプールの受圧面積
   をスプール弁の閉止部のシート面積と等しくなるよう、
   またパイロットピストンのスプール弁と対峙する側のこ
   のパイロットピストンの受圧面積（但し、スプール弁と
   当接する部分を除く）をスプール弁の閉止部のシート面
   積より大きくなるよう構成したことを特徴とする油圧制
   御弁。