WO2012127804A1

WO2012127804A1 - 操作装置

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Publication number: WO2012127804A1
Application number: PCT/JP2012/001628
Authority: WO
Inventors: 義雄富樫; 紀章井之上; 賢赤松; 中村　健二; 文雄亀山
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-09-27
Also published as: JP2012198587A; JP5438710B2; US8881620B2; CN103299251A; EP2687937B1; EP2687937A1; EP2687937A4; US20140070123A1; CN103299251B

Abstract

　油圧操作弁１は、電磁吸着機構２１と鋼球２４とを備える。電磁吸着機構２１は、電流を流すと、ソレノイド２６に吸着板２５を吸着するようになっており、吸着することで鋼球２４をカムディスク７の外表面に向かって押圧する。カムディスク７の外表面は、２つの段差３１，３２を有し、カムディスク７を時計回り及び反時計回りに夫々回動させると、これら段差３１，３２に押圧された鋼球２４が係合し、カムディスク７がディテントされるようになっている。また、これら２つの段差３１，３２は、前記カムディスク７を中立位置へと戻すことで電磁吸着機構２１の押圧に抗して吸着板２５をソレノイド２６から引き離し、カムディスク７のディテント状態が解除されるようになっている。

Description

操作装置

　本発明は、建設機械等に設けられるアクチュエータを遠隔操作するための操作装置に関する。

　クレーン等の建設機械は、例えばブーム用及びバケット用のアクチュエータをメイン油圧切換弁を介して遠隔操作するための操作装置を備えている。操作装置は、傾動可能なレバーを有し、レバーの傾動量に応じてアクチュエータへの供給油量を制御している。建設機械では、複数の操作装置を連結して設けることが多く、同時に複数の操作装置を操作する場合がある。そのような場合、中立位置から予め定められた傾動量だけ傾動させた中間位置やストロークエンドでレバーを一時的に保持することが求められる。それを実現すべく、操作装置には、レバーを中間位置やストロークエンドで一時的に固定するディテント機構が備わっている。ディテント機構には、例えば、特許文献１に記載のメカ式のディテント機構や、特許文献２に記載の電磁式のディテント機構等がある。

　特許文献１に記載のメカ式のディテント機構は、レバーと一体的に回動するカムディスクを備え、カムディスクの外周面には、鋼球がディテントばねにより押し付けられている。鋼球は、レバーを傾動させると、前記カムディスクに対してその外周面に沿って相対変位するようになっている。カムディスクの外周面には、段差が形成されており、更にレバーを傾動させていくと、鋼球が段差に沿って落ちる。段差から落ちた後に傾動させたレバーを中立方向に戻そうとすると、落ちた鋼球が段差に当たる。鋼球は、ディテントばねによりカムディスクの外周面に押し付けられているため段差と係合し、段差と協働してカムディスクの戻りを阻止する、即ちカムディスクをディテントする。このようにしてディテントされたカムディスクでは、中立位置に戻す方向に解除トルクが加わることによりその状態が解除される。解除するのに必要な解除トルクの調整は、ディテントばねの押さえ代を調整することによって行うことができる。

　特許文献２には、第１及び第２の電磁式のディテント機構が記載されている。操作装置の第１の電磁式のディテント機構は、電磁吸着機構と、戻り止めプレートとを備える。電磁吸着機構は、戻り止めピンを備え、この戻り止めピンにはコイルプレートが取り付けられている。また、電磁吸着機構には、戻り止めピンを囲むように配置された磁気コイルが備わっている。磁気コイルに電流を流すと、コイルプレートが磁気コイルに引き付けられて突出した戻り止めピンの下方への移動を一定の力で拘束する。戻り止めプレートは、レバーと一体的に左右方向に移動するようになっている。レバーを傾動させて戻り止めプレートを予め定められた中間位置まで動かすと、突出した戻り止めピンが戻りプレートに係合するようになっており、係合することで、戻り止めプレートが中間位置でディテントされる。ディテントされた戻り止めプレートもまた、中立位置に戻す方向の解除トルクを加えることにより解除され、解除するのに必要な解除トルクは、電磁吸着機構に流す電流に応じて調整することができるようになっている。

　また、電磁吸着機構には、コイルプレートを磁気コイルに向かって付勢するばねが設けられている。このばねにより、ディテント状態を解除する際に戻り止めピンが押し戻されてもコイルプレートと磁気コイルとの間隔を良好に保つことができる。

　このように構成される電磁吸着機構は、戻り止めプレートの左右両側に１つずつ設けられており、左右両側に設けることで戻り止めプレートが左右どちらの方向に移動しても戻り止めプレートをディテントできるようになっている。

　特許文献２に記載の第２の電磁式のディテント機構が備わる操作装置では、レバーの傾動に合わせて操作ロッドが動いて弁要素（例えば、スプール）を付勢するようになっている。ディテント機構には、電磁吸着機構と摩擦戻り止め部材とが設けられている。電磁吸着機構は、第１の電磁式のディテント機構で採用される電磁吸着機構と同様に構成されており、その先端に戻り止め部材が設けられている。摩擦戻り止め部材は、その中を操作ロッドが挿通するように配置され、電磁吸着機構に電流を流して摩擦戻り止め部材を操作ロッドに押し付けることで、操作ロッドを任意の位置でディテントすることができるようになっている。また、電磁吸着機構に流す電流を止めることにより、摩擦戻り止め部材が操作ロッドから離れ、ディテント状態が解除されるようになっている。

　このように構成される第２の電磁式のディテントもまた、電磁吸着機構を左右両側に有しており、電磁吸着機構毎に操作ロッドを１つずつ設けることで、左右どちらにレバーを傾動してもレバーがディテントされるようになっている。

特許３４９３３３８号明細書特公平４－２３１５３号公報

　ディテント機能は、ある作業では必要だが他の作業では不要あるいは使用が規制されている場合がある。特許文献１のようなメカ式のディテント機構であれば、操作装置からディテント機構自体を取外してディテント機能を使用できない状態にしなければならず、その取り外し作業は非常に面倒である。それ故、操作装置からディテント機構自体を予め取外しておくことが考えられる。しかし、作業内容によっては、ディテント機構が必要な場合もあり、この場合、ディテント機構が設けられた建設機械を新たに調達する必要がある。また、ディテント機能が必要な場合に再度取り付けるということも考えられるが、再度ディテント機構を取り付けた際にその位置などを細かに調整する必要があり、その調整は、非常に困難である。

　特許文献２に記載の第１及び第２の電磁式のディテント機構の場合、電磁吸着機構に備わるばねの付勢力を小さくし、電磁吸着機構に流す電流を止めることでディテント機能を無効することができる。それ故、ディテント機能が不要な場合でもディテント機構を取外すことなく、必要に応じて電磁吸着機構に電流を流したり止めたりすることだけでディテント機能の有効及び無効を切換えることができる。

　しかし、第１の電磁式のディテント機構は、操作プレートと別体の戻り止めプレートやそれを水平に保持するためのケーシングと球面回転体など構造が複雑である。また、第２の電磁式のディテント機構は、摩擦式で任意の位置での保持は可能だが、摩擦摺動部の磨耗により保持が不可能になるおそれがある等の問題がある。それ故、実際には、特許文献２に記載されるような操作装置を製造することは極めて困難である。

　そこで本発明は、有効及び無効を切換えることができるディテント機能を備え、且つ製造が簡単な操作装置を提供することを目的としている。

　本発明の操作装置は、カムの回動方向に応じて出力方向を切換え、このカムの回動角度に応じた出力値を発生させる操作装置であって、前記カムの外表面に当接する係合部材と、励磁手段に電流が流されると、前記励磁手段に吸着体を吸着して前記係合部材を前記カムの外表面に向かって押す電磁吸着機構とを備え、前記カムの外表面には、前記カムを回動させた際に前記電磁吸着機構により押された前記係合部材が係合して前記カムをディテントする２つの段差が形成され、前記２つの段差は、前記カムを戻すことで前記電磁吸着機構の押圧に抗して前記吸着体を前記励磁手段から引き離すようになっている。

　本発明に従えば、励磁手段に電流を流すことで係合部材がカムの外表面に押し付けられ、各段差にてカムがディテントされる。その状態からカムを戻すと、吸着体が励磁手段から離され、やがてカムと段差との係合が外れてカムのディテント状態が解除される。これにより、カムを戻すことができるようになる。他方、励磁手段に流す電流を止めると、係合部材のカムの外表面への押し付けがなくなるので、係合部材が各段差に係合しなくなる。即ち、ディテント機能が無効になる。このように、励磁手段に流す電流の有無だけでディテント機能の有効及び無効を切換することができ、例えば作業内容上でディテント機能を使用しない場合、又は法規上でディテント機能の使用が禁止されている場合であっても、簡単にディテント機能を停止することができる。

　また本発明では、カムをディテントする段差がカムの外表面に２つ形成されており、カムを一方に回動させた時に２つの段差のうち一方の段差が係合部材に係合し、カムを他方に回動させた時に他方の段差が係合部材に係合する。即ち、カムを一方及び他方の何れの方向に回動させても１つの係合部材によりディテントすることができ、１つの電磁吸着機構によりディテント機能を達成することができる。それ故、位置精度が要求される構成を減らすことができ、操作装置の製造が簡単になる。

　上記発明において、前記カムの外表面は、前記２つの段差の間にある中央領域と、該中央領域の両側にあって各段差を介して中央領域に繋がる２つの外側領域とを有し、前記２つの段差は、前記係合部材が当接し、且つ隣接する外側領域と成す勾配θが１５０度以上１６５度以下になっている傾斜面を有することが好ましい。

　電磁吸着機構を採用した場合、吸着力が働く範囲が非常に小さいためディント状態が急に解除されてショックが生じる場合がある。上記構成に従えば、前記傾斜面にて係合部材が係合した際にカムをしっかりとディテントしつつ、カムを戻す際に吸着体から励磁手段が急に離されてディテント状態が急に解除されることを防ぐことができる。これによりカムを中間位置でしっかりと保持しつつ、ディテント状態を解除する際の操作フィーリングを良好に維持することができる。

　上記発明において、前記係合部材への押圧力を制御すべく前記電磁吸着機構の励磁手段に流す電流値を調整可能な電流調整装置を更に備えることが好ましい。この構成に従えば、ディテント状態を解除するべくカムを回動させるのに必要な解除トルクの大きさを変更することができる。これにより、ディテント状態を解除する際の操作フィーリングを変更することができる。

　上記発明において、ばね部材により当接部材を付勢し、該当接部材を前記カムの外表面に押し付ける押圧機構を更に備え、前記カムの外表面には、前記カムを回動させる時の基点となる中立位置、及び前記中立位置から一方及び他方側に夫々離れて位置する２つのストロークエンド位置に前記カムがあるときに前記当接部材が夫々係合する３つの溝が形成されていることが好ましい。

　上記構成に従えば、溝と当接部材により中立位置及びストロークエンドでカムを保持することができる。押圧機構では、当接部材をばね部材により付勢して押し付けている構成であるので、押圧機構の加工精度及び位置精度が低くてもそれらを吸収することができる。このような押圧機構を採用することで、電磁吸着機構によるディテント機能の切換と中立位置及びストロークエンドでの保持機能との両方を実現した操作装置を簡単に製造することができる。

　本発明によれば、有効及び無効を切換えることができるディテント機能を備え、且つ製造が簡単な操作装置を実現することができる。

　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施形態の一例である油圧操作弁の一部を示す断面図である。図１の油圧操作弁の一部を拡大して示す断面図である。油圧操作弁に備わるカムディスクを拡大して示す正面図である。図２の油圧操作弁のカムディスク周辺を更に拡大して示す断面図である解除トルクと電磁吸着機構に印加される電圧との関係を示すグラフである。カムディスクを回動させるのに必要なトルクとカムディスクの回動角度との関係を示すグラフである。

　以下では、上述するような図面を参照しながら、本発明の実施形態の操作装置について説明する。なお、以下に示す方向の概念は、建設機械に搭乗する運転者が進行方向を見たときの方向の概念と略一致している。但し、以下に示す方向の概念は単なる一例に過ぎず、以下のような方向の概念に限定するものではない。

　図１に示すような操作装置の一例である油圧操作弁１は、例えばクレーン等の建設機械の運転席に設けられ、図示しないアクチュエータ、例えばブームシリンダ及びバケットシリンダに流れる作動油の方向及び流量を制御できるようになっている。油圧操作弁１は、例えば運転席のコンソールに固定されるハウジング２を備え、ハウジング２には、第１及び第２プッシュロッド３，４が上下方向に変位可能に収容されている。第１及び第２プッシュロッド３，４は、下方に変位することで図示しない２つのスプールを夫々押下げるようになっている。これら２つのスプールは、いずれもハウジング２と共に方向切換弁を夫々構成し、押下げられることでメイン油圧切換弁を介してアクチュエータの対応するポートに作動油を夫々流すようになっている。

　第１及び第２プッシュロッド３，４は、ばね５，６により上方に付勢されて基準位置に戻るようになっている。方向切換弁では、第１及び第２プッシュロッド３，４を基準位置から押下げることで、その押下げた量に応じた出力値としての二次圧を発生するようになっている。このように構成される第１及び第２プッシュロッド３，４は、基準位置にて上端部がカムディスク７の下端面７ｊに当たるようになっている。

　カムディスク７は、前記軸線Ｌ１を中心にして回動するようにハウジング２内に設けられている。カムディスク７は、上下端面が略平行であって、且つ前面及び後面が軸線Ｌ１を中心とする円弧を成す板状の部材である。カムディスク７の上端面７ｉには、レバー８が一体的に設けられている。レバー８は、カムディスク７の上端面７ｉと直交する方向に延在しており、レバー８が鉛直方向に延在している状態がカムディスク７の自然状態であり、このときのカムディスク７の位置を中立位置としている。この中立位置では、カムディスク７の下端面７ｊが第１及び第２プッシュロッド３，４の上端部に当接しており、この位置からレバー８を前方（図１の左方）に傾動させてカムディスク７を右上がりに傾けることで第１プッシュロッド３が下方に押下げられ、逆に、レバー８を後方（図１の右方）に傾動させてカムディスク７を左上がりに傾けることで第２プッシュロッド４が下方に押下げられる。この際、第１又は第２プッシュロッド３，４は、レバー８の傾動角度、即ちカムディスク７の回動角度に応じた押下げ量だけ押下げられており、方向切換弁では、その押下げ量に応じた二次圧を発生する。即ち、油圧操作弁１は、カムディスク７の回動角度に応じたに応じた二次圧を発生するようになっている。

　このように構成される油圧操作弁１は、２つのディテント機構１１，１２を備えている。２つのディテント機構１１，１２は、カムディスク７を傾いたままの状態で保持し、カムディスク７が中立位置に戻ることを阻止するための機構である。２つのディテント機構１１，１２は、ハウジング２の中心を通る軸線に対して回転対称な位置に配置されるようにハウジング２に設けられている。２つのディテント機構１１，１２のうち一方のディテント機構は、機械式のディテント機構１１であり、他方のディテント機構は、電磁式のディテント機構１２である。

　まず、図１及び２を参照しながら機械式のディテント機構１１について説明する。押圧機構である機械式のディテント機構１１は、大略的筒状の保持筒１３を有し、保持筒１３の一方の開口端部には、そこを塞ぐように蓋体１４が螺合されている。また保持筒１３内には、可動片１５が収容されており、可動片１５は、保持筒１３の軸線に沿って移動するようになっている。可動片１５の先端部は、保持筒１３の他方側の開口端部から突出し、その先端部には、当接部材である鋼球１６が一部分を表出して埋没している。また、可動片１５の基端部と蓋体１４との間には、第１ばね部材１７が設けられており、可動片１５が第１ばね部材１７により付勢されている。

　このように構成される機械式のディテント機構１１は、保持筒１３をハウジング２の側面に螺合することでハウジング２に設けられており、保持筒１３は、ハウジング２を貫通している。保持筒１３内に収容された可動片１５の先端部がカムディスク７の前面７ａ（図１の左側の面）に対向し、先端部に設けられる鋼球１６がカムディスク７の前面７ａに当たっている。鋼球１６は、可動片１５が第１ばね部材１７により付勢されるため、カムディスク７の前面７ａに押し付けられている。鋼球１６を前面７ａに押し付ける際の押圧力は、第１ばね部材１７の付勢力を変えることで調整することができ、第１ばね部材１７の付勢力は、蓋体１４を回して保持筒１３との相対位置に変えることにより調整することができるようになっている。

　このように鋼球１６が押し付けられている前面７ａは、複数の溝を有しており、以下では、図１及び２に加えて図３も参照しつつ前面７ａについて説明する。前面７ａは、３つの凹溝１８，１９，２０を有する。３つの凹溝１８，１９，２０は、カムディスク７の半径方向内側へと没入するＶ字状の溝である。これら３つの凹溝１８，１９，２０は、前面７ａに等間隔をあけて形成されており、真ん中に形成される凹溝１８は、カムディスク７が中立位置にある時に鋼球１６が嵌まり込んで係合するようになっており、鋼球１６が凹溝１８に係合することで、カムディスク７が中立位置にて保持される。

　保持されたカムディスク７は、レバー８によりカムディスク７を回動させ、凹溝１８から鋼球１６を外すことで保持状態が解除される。解除する際、レバー８には所定の解除トルクを作用させる必要があり、この解除トルクを小さくするべく凹溝１８の溝幅を小さくしている。これにより、凹溝１８に嵌まり込む鋼球１６の部分が少なくなって解除トルクが小さくなり、中立位置にあるカムディスク７を小さな解除トルクで動かすことができるようになる。

　このように形成された凹溝１８付近の中央領域７ｂは、カムディスク７の上下端に直交する仮想平面と平行するように形成され、平坦になっている。それ故、鋼球１６がこの中央領域７ｂに押し付けられると、中立位置に戻すようなトルクがカムディスク７に作用するようになっており、カムディスク７を中立位置に戻りやすくしている。

　凹溝１８を除く２つの凹溝１９，２０は、凹溝１８から周方向に予め定められた規制角度θ_１だけ離れた位置に形成されており、カムディスク７が中立位置から規制角度±θ_１（中立位置から反時計回りの方向の回動角度が正である）回動した時に鋼球１６が嵌まり込むようになっている。鋼球１６が凹溝１９又は凹溝２０に嵌り込むことで、中立位置から規制角度θ_１又は－θ_１傾いた状態（第１及び第２ストロークエンド位置）でカムディスク７がディテントされ、且つカムディスク７の規制角度θ_１又は－θ_１以上回動を規制している。このようにカムディスク７の回動を規制することで、第１及び第２プッシュロッド３，４のストロークエンドが規定され、各凹溝１９，２０に鋼球１６が嵌まり込むことで、第１及び第２プッシュロッド３，４がストロークエンドにて保持されることになる。

　このようにディテントされたカムディスクは、中立位置の方向へとカムディスク７を回動させるべくレバー８を傾動させて鋼球１６を凹溝１９，２０から外すことで、そのディテント状態が解除される。解除する際に必要な解除トルクは、２つの凹溝１９，２０の幅及び深さを真ん中の凹溝１８に比べて広くし、且つ深くすることで、凹溝１８から外す時よりも大きくしている。

　次に、電磁式のディテント機構１２について、図１及び２を参照しつつ説明する。電磁式のディテント機構１２は、電磁吸着機構２１を備え、電磁吸着機構２１は、ケーシング２２を備えている。ケーシング２２は、大略筒状を成し、筒状部２２ａ及びソレノイド収容部２２ｂの開口部同士を螺合することによって構成される。ケーシング２２内には、ロッド２３が収容されており、ロッド２３は、筒状部２２ａに摺動可能に支持されている。ロッド２３は、円柱状を成しており、その先端部には、係合部材である鋼球２４が一部分を表出して埋没している。また、ロッド２３の基端部は、ソレノイド収容部２２ｂの開口部から外方に突出し、基端部には吸着板２５が設けられている。

　吸着体である吸着板２５は、強磁性材料からなる円板状の部材であり、ソレノイド収容部２２ｂより外側に配置され、ソレノイド収容部２２ｂには、大略円筒状のソレノイド２６が収容されている。励磁手段であるソレノイド２６は、ロッド２３を囲むように配置され、その一端部が吸着板２５に対向するように配置されている。ソレノイド２６には、電流調整装置３０が電気的に接続されており、電流調整装置３０からソレノイド２６に電流を流すことで吸着板２５がソレノイド２６に吸着され、電流調整装置３０により電流値を調整することで吸着板２５を吸着する吸着力を調整することができる。

　また、ソレノイド収容部２２ｂには、その開口部を塞ぐようにキャップ部材２７が設けられており、キャップ部材２７と吸着板２５との間には、第２ばね部材２８が設けられている。第２ばね部材２８は、吸着板２５をソレノイド２６に向かって付勢しており、その付勢力は、第１ばね部材１７よりも小さく設定されている。

　このように構成される電磁式のディテント機構１２は、筒状部２２ａがハウジング２の側面に螺合されることでハウジング２に設けられており、ケーシング２２は、ハウジング２を貫通している。ケーシング２２に収容されるロッド２３の先端部は、カムディスク７の後面７ｃ（図１の右側の面）に対向し、先端部に設けられる鋼球２４が後面７ｃに臨んでいる。

　以下では、図１、２及び３を参照しつつ、後面７ｃの形状について説明する。後面７ｃは、前述したように大略的に円弧状に形成されており、その中央領域７ｄがカムディスク７の半径方向の外方に突出している。中央領域７ｄは、平坦になっており、前面７ａの中央領域７ｂと略平行になっている。カムディスク７が中立位置にある状態では、鋼球２４がこの中央領域７ｄに着座しており、第２ばね部材２８により付勢されたロッド２３により鋼球２４がカムディスク７の中央領域７ｄに押圧されている。これによりカムディスク７に中立位置に戻すようなトルクが作用し、カムディスク７を中立位置に戻りやすくしている。なお、この状態では、吸着板２５は、ソレノイド２６から僅かであるが離れている。

　中央領域７ｄにより、後面７ｃには、中央領域７ｄの両側に段差３１，３２が形成され、中央領域７ｄは、これら段差３１，３２を介して後面７ｃの下側にある下側領域７ｅ、及び上側にある上側領域７ｆに繋がっている。下側及び上側の段差３１，３２は、下側傾斜面３１ａ及び上側傾斜面３２ａを有している。下側領域７ｅと中央領域７ｄとは、下側傾斜面３１ａにより繋がっており、また、上側領域７ｆと中央領域７ｄとは、上側傾斜面３２ａにより繋がっている。

　下側及び上側傾斜面３１ａ，３２ａは、下側及び上側領域７ｅ，７ｆとそれぞれ勾配θ_２，θ_３を成している。なお、下側傾斜面３１ａと下側領域７ｅとが成す勾配θ_２とは、下側領域７ｅと下側傾斜面３１ａとの交点７ｇにおける接線３３と下側傾斜面３１ａとが成す角度であり、上側傾斜面３２ａと上側領域７ｆとが成す勾配θ_３とは、上側領域７ｆと上側傾斜面３２ａとの交点７ｈにおける接線３４と上側傾斜面３２ａとが成す角度である。

　後面７ｃをこのような形成することで、カムディスク７が回動して下側又は上側段差３１，３２が鋼球２４に達すると、第２ばね部材２８の付勢力（ソレノイド２６に電流が流れている場合、吸着力も付加される）によりロッド２３がカムディスク７の方に移動し、鋼球２４が下側又は上側傾斜面３１ａ，３２ａに沿って中央領域７ｄから落ちる。鋼球２４がある程度落ちてくると、吸着板２５がソレノイド２６に吸着されてロッド２３の動きが止まる。この状態では、鋼球２４は、下側又は上側領域７ｅ，７ｆに面しているがその領域７ｅ，７ｆに接しておらず、その領域７ｅ，７ｆに対して僅かであるが隙間ｄが生じている（図４参照）。

　鋼球２４が段差３１，３２を越えた後にレバー８の傾動を止めると、第１又は第２プッシュロッド３，４によりカムディスク７が中立位置の方へと戻され、やがて鋼球２４が下側又は上側傾斜面３１ａ，３２ａに当たる。この際、ソレノイド２６に電流が流れていないと、カムディスク７がそのまま回動し、鋼球２４がロッド２３を押し戻しながら下側又は上側傾斜面３１ａ，３２ａ上を相対移動する。やがて、鋼球２４が中央領域７ｂ，７ｄに乗り上げ、カムディスク７が中立位置に戻される。

　ソレノイド２６に電流が流されていると、その電流に応じた吸着力により吸着板２５がソレノイド２６に吸着され、ロッド２３がその位置で保持される。それ故、鋼球２４が下側又は上側傾斜面３１ａ，３２ａに当たってもロッド２３が押し戻されることなく、鋼球２４によりカムディスク７がディテントされる。なお、中間位置におけるカムディスク７の回動角度、即ち中間角度±θ_４は、その絶対値が規制角度θ_１より小さく設定されており、規制角度θ_１の半分程度である。

　ディテントされた状態で中立位置に戻す方向にレバー８を動かして下側又は上側傾斜面３１ａ，３２ａに沿って鋼球２４を相対移動させると、ソレノイド２６から吸着板２５を離すようにロッド２３が押し戻され、やがて鋼球２４が中央領域７ｄに乗り上げる。これにより、カムディスク７のディテント状態が解除され、カムディスク７を中立位置に戻すことができるようになる。

　このように、２つの段差３１，３２を係止することで、カムディスク７を反時計回り及び時計回りの何れの方向に回動させても、カムディスク７をディテントすることができる。即ち、１つの電磁吸着機構２１により反時計回り及び時計回りのディテント機能を達成することができる。それ故、高い位置精度が要求される構成を減らすことができ、油圧操作弁１の製造が簡単になる。

　ところで、前述するようにカムディスク７のディテント状態を解除するためには、鋼球２４を下側及び上側傾斜面３１ａ，３２ａを相対移動させて、第２ばね部材２８の付勢力及びソレノイド２６の吸着力に抗してソレノイド２６から吸着板２５を引き離すことが必要である。即ち、カムディスク７のディテント状態を解除するためには、ソレノイド２６の吸着力に応じた解除トルクをレバー８に作用させる必要がある。解除トルクは、ソレノイド２６の吸着力だけでなく、下側及び上側傾斜面３１ａ，３２ａの勾配θ_２，θ_３の影響も受ける。これら勾配θ_２，θ_３を変化させたときのソレノイド２６に電流値を変えるために印加させた電圧と解除トルクとの関係を図５に示す。

　図５では、勾配θ_２，θ_３が角度１５３度である場合の解除トルク（Ｎ・ｍ）を実線で示し、勾配θ_２，θ_３が角度１６５度である場合の解除トルク（Ｎ・ｍ）を破線、勾配θ_２，θ_３が角度１５０度である場合の解除トルク（Ｎ・ｍ）を一点鎖線、勾配θ_２，θ_３が角度１３５度である場合の解除トルク（Ｎ・ｍ）を二点鎖線で示している。勾配θ_２，θ_３が大きくなるほど解除トルクが小さくなる。なお、機械式のディテント機構の場合、勾配θ_２，θ_３が角度１３５度であることが好ましい。

　図５に示すように、勾配θ_２，θ_３の角度が大きくなるほど、またソレノイド２６に印加される電圧が小さくなるほど必要な解除トルクが小さくなる。また、勾配θ_２，θ_３の角度による解除トルクの差は、ソレノイド２６に印加される電圧が大きくなるほど、大きく現れる。特に、工業用製品における定格電圧である２４Ｖの電圧を印加した場合、その差が顕著に現れる。

　電磁吸着機構２１等では、吸着板２５を僅かに離すだけですぐに吸着力が失われるため、解除トルクが大きい場合、中間位置でディテント状態が急に解除されることになり、これがディテント状態を解除する際に運転者に大きなショックを与える場合がある。また、解除トルクが小さいと、ソレノイド２６に電流を流しても、鋼球２４が段差３１，３２としっかりと係合せず、ディテント機能を充分に達成することができなくなる。

　このような不都合を考慮すべく、勾配θ_２，θ_３は、機械式のディテント機構で採用される勾配と大きく異なる１５０°≦θ_２，θ_３≦１６５°の範囲を満たすようになっており、これにより、本実施形態では、解除トルクが例えば３Ｎ・ｍ以上８Ｎ・ｍ以下の範囲内になる。前述のように電磁式のディテント機構１２では、電圧と勾配θ_２，θ_３を適切に組み合わせて解除トルクを望む範囲にすることで、前記下側及び上側傾斜面３１ａ，３２ａに鋼球２４がしっかりと係合してカムディスク７がしっかりとディテントされ、カムディスク７を中立位置に戻す際に吸着板２５からソレノイド２６が急に離されてディテント状態が急に解除されることを防ぐことができる。これによりカムディスク７を中間位置でしっかりと保持しつつ、ディテント状態を解除する際の操作フィーリングを良好に維持することができる。但し、勾配θ_２，θ_３は、上述のような範囲に限定されるものでなく、それ以外の範囲であってもよい。

　以下では、レバー８を前方又は後方に傾動させたときの油圧操作弁１の動作、及びレバー８を傾動させるのに必要なトルクについて、図１、２、４及び６を参照しつつ説明する。なお、図６では、レバー８の傾動角度、即ちカムディスク７の回動角度と回動に必要なトルクの関係を細い実線で示しており、カムディスク７の回動角度と方向切換弁で発生する二次圧との関係を太い実線で示している。図６では、カムディスク７の回動角度及び解除トルクについて、中立位置から反時計回りの方向を正の方向とし、時計回り方向を負の方向としている。また、方向切換弁で発生する二次圧について、回動角度が正の領域では、第１プッシュロッド３を押下げることにより発生する二次圧を示し、負の領域では、第２プッシュロッド４を押下げることにより発生する二次圧を示している。

　まず、第１プッシュロッド３を押し下げるべくレバー８を前方に押す。レバーを押してレバー８に作用するトルクが解除トルクＦ１になると、鋼球１６が凹溝１８から外れる。これにより、中立位置にて保持されたカムディスク７の保持状態が解除され、第１プッシュロッド３から受けるトルクに抗してレバー８を傾動させることで、カムディスク７を反時計回りに動かすことができるようになる。

　そのまま、レバー８を前方に傾動させてカムディスク７を反時計回りに動かしていくと、カムディスク７により第１プッシュロッド３が押し下げられる。これにより、一方の方向切換弁では、第１プッシュロッド３の押し下げられた量に応じてスプールを移動させて発生する二次圧を上げる。つまり、一方の方向切換弁では、カムディスク７の反時計周り回動角度（即ち、レバー８の前方への傾動量）に応じて発生する二次圧を上昇させる。

　この間、２つのディテント機構１１，１２に備わる鋼球１６，２４は、カムディスク７の中央領域７ｂ，７ｄ上を相対移動し、やがて、電磁式のディテント機構１２の鋼球２４が下側の段差３１に達する。更にレバー８を傾動させると、鋼球２４が下側傾斜面３１ａ上を相対移動しながら段差３１を落ちていく。その際、電磁吸着機構２１に電流が流されていると、ロッド２３により鋼球２４が下側傾斜面３１ａに押し付けられることで、カムディスク７が付勢されて反時計回りに回される（中間角度θ_４の直前）。更にレバー８を傾動させると、鋼球２４が下側傾斜面３１ａから離れていく。それ故、カムディスク７に作用する付勢力が小さくなっていき、カムディスク７の回動角度が中間角度θ_４になった時点で鋼球２４が下側傾斜面３１ａから離れて押付ける力がなくなり、カムディスク７が反時計回りに付勢されなくなる。

　そのままレバー８を前方へと傾動させると、機械式のディテント機構１１の鋼球１６が凹部１９に近づいていき、やがて回動角度が規制角度θ_１になると鋼球１６が凹部１９に嵌まり込む。この際、鋼球１６は、Ｖ字状に形成された凹部１９の壁面に沿って嵌まり込むため、カムディスク７を反時計回りに付勢する。それ故、カムディスク７が第１ストロークエンド位置に案内される。この第１ストロークエンド位置（カムディスク７の傾きが規制角度θ_１となる位置）にカムディスク７が達することで、カムディスク７がディテントされて第１プッシュロッド３がストロークエンドで保持される。

　このようにしてストロークエンドに保持された第１プッシュロッド３を基準位置に戻すべくレバー８を後方に引っ張ると、レバー８に作用するトルクが解除トルク－Ｆ２になった時点で鋼球１６が凹部１９から外れてカムディスク７のディテント状態が解除される。これにより、レバー８を後方に傾動させてカムディスク７を時計回りに動かすことができるようになる。なお、本実施形態において、解除トルク－Ｆ２は、約－４Ｎ・ｍであり、それに併せて凹部１９の形状が設計されている。そのまま、レバー８を後方へと傾動させていくと、第１プッシュロッ３がばね部材５により押し戻され、それに応じてスプールが移動して方向切換弁の二次圧が下降していく。つまり、二次圧がカムディスク７の回動角度（即ち、レバー８の傾動量）に応じて下降する。

　その後もレバー８を後方へと傾動させていき、カムディスク７の回動角度が中間角度θ_４になると、電磁式のディテント機構１２の鋼球２４が下側傾斜面３１ａに当って段差３１と係合する。これにより、カムディスク７が第１中間位置（カムディスクの傾きが中間角度θ_４となる位置）にてディテントされ、第１プッシュロッド３が中間ストロークにて保持される。

　ディテント状態を解除すべくレバー８に作用させるトルクを上げながらレバー８を後方に傾動させると、レバー８に作用するトルクが解除トルク－Ｆ３になった時点で鋼球２４がロッド２３を押し戻しながら下側傾斜面３１ａ上を相対移動し始める。なお、解除トルクＦ３は、ソレノイド２６に吸着板２５を密着させて使用する電磁吸着機構２１を採用しているため、電磁吸着機構２１の加工精度及び位置精度の製品毎のバラツキがあっても前後のディテント解除力の差を小さくすることができる。また、鋼球２４を下側領域７ｅから離しているので、ソレノイド２６と吸着板２５とを確実に密着させることができ、これによってバラツキを更に防いでいる。

　やがて、鋼球２４が下側傾斜面３１ａを登りきって段差３１を乗り越え、鋼球２４が中央領域７ｄに達する。これにより、第１中間位置でのディテント状態が解除される。なお、本実施形態では、ソレノイド２６に印加される電圧が２２Ｖになるように、電流調整装置にてソレノイド２６に流す電流を調整しており、それにより解除トルク－Ｆ３が約－５Ｎ・ｍになっている。即ち、中間位置でのディテント解除に必要な解除トルクは、ストロークエンド位置での解除トルクに近いトルクとなっている。即ち、機械式のディテント機構１１と変わらないフィーリングでディテントを解除することができる。

　中間位置でのディテント状態が解除されると、レバー８を後方へと傾動させることができるようになり、カムディスク７を中央位置へと戻すことができるようになる。なお、ディテント状態が解除されると、鋼球１６，２４が中央領域７ｂ，７ｄに押圧されるため、カムディスク７に中央位置に向かうトルクが作用する。それ故、中間位置でのディテント状態が解除されると、レバー８に作用するトルクが大きくなくとも、カムディスク７が中立位置へと戻すことができる。

　このようにソレノイド２６に電流が流されている場合、第１中間位置にてカムディスク７がディテントされる。これに対して、ソレノイド２６に電流が流れていない場合、鋼球２４をカムディスク７の外表面に押圧する力が小さいため、鋼球２４は、第２ばね部材２８に抗してロッド２３を持ち上げながら下側傾斜面３１ａ上を相対移動していく。即ち、鋼球２４は段差３１と係合せず、カムディスク７をストロークエンド位置から中立位置へと一気に戻すことができるようになる。このように電磁吸着機構２１に流す電流を止めることにより、第１中間位置でのディテント機能が無効になる。つまり、流す電流を止めるだけでディテント機能を停止することができ、例えば作業内容上でディテント機能を使用しない場合、又は法規上でディテント機能の使用が禁止されている場合であっても、ディテント機構１２の取り外し等することなく簡単にディテント機能を停止することができる。

　第２プッシュロッド４を押し下げる場合、レバー８を傾動させる方向、カムディスク７がディテントされる位置等が異なることを除き、第１プッシュロッド３を押し下げる場合と作用効果が略同じである。以下では、第２プッシュロッド４を押し下げる場合について簡単に説明する。

　第２プッシュロッド４を押し下げるべくレバー８を後方に引っ張ると、レバー８に作用するトルクが解除トルクＦ４（＝解除トルク－Ｆ１）になった時点で鋼球１６が凹溝１８から外れる。外れた後も第２プッシュロッド４から受けるトルクに抗してレバー８を傾動させることで第２プッシュロッドが押し下げられ、方向切換弁で押し下げられた量に応じた二次圧が発生する。

　そのまま、レバー８を傾動させ続けると、鋼球２４が上側傾斜面３２ａ上を移動しながら段差３２を落ちる。やがて、カムディスク７が第２ストロークエンド位置（カムディスク７の傾きが規制角度－θ_１となる位置）に達して鋼球２４が凹溝２０に嵌まり込み、カムディスク７が第２ストロークエンド位置にてディテントされる。即ち、第２プッシュロッド４がストロークエンドにて保持される。

　第２プッシュロッド４を基準位置に戻すべくレバー８を後方に引っ張ると、レバー８に作用するトルクが解除トルクＦ５（＝解除トルク－Ｆ２）になった時点で鋼球１６が凹部１９から外れ、ディテント状態が解除される。そのまま、レバー８を後方へと傾動させていくと、第２プッシュロッド４がばね部材５により押し戻され、押し戻された量に応じた分だけ二次圧が下降する。

　その後もレバー８を後方へと傾動させていき、カムディスク７の回動角度が中間角度－θ_４になると、電磁式のディテント機構１２の鋼球２４が上側傾斜面３２ａに当って段差３２と係合し、第２中間位置（カムディスクの傾きが中間角度－θ_４となる位置）にてカムディスク７がディテントされる。即ち、第２プッシュロッド４が中間ストロークにて保持される。

　更に、ディテント状態を解除すべくレバー８に作用するトルクを上げながらレバー８を後方に傾動させると、レバー８に作用するトルクが解除トルクＦ６（＝解除トルク－Ｆ３）になった時点で鋼球２４がロッド２３を押し戻しながら下側傾斜面３２ａ上を相対移動し始める。やがて、鋼球２４が上側傾斜面３２ａを登りきって中央領域７ｄに達し、鋼球２４が段差３２を乗り越えると、ディテント状態が解除される。そして、レバー８を前方へと傾動させることで、中立位置へと戻される。

　このように構成される油圧操作弁１は、機械式のディテント機構１１により中立位置、並びに第１及び第２ストロークエンド位置でのディテント機能を達成し、電磁式のディテント機構１２により第１及び第２中間位置でのディテント機能を達成している。電磁式のディテント機構１２では、鋼球２４が段差３１，３２と係合している際、吸着板２５がソレノイド２６に吸着されており、鋼球２４が段差３１，３２とソレノイド２６とによって拘束されている。それ故、電磁式のディテント機構１２の鋼球２４を下側領域７ｅ及び上側領域７ｆに押圧させると過剰拘束となるが、鋼球２４と下側領域７ｅ及び上側領域７ｆの間で隙間ｄを開けることで、第１及び第２中間位置にて鋼球２４が過剰拘束されることを防げる。

　また、鋼球２４が下側領域７ｅ及び上側領域７ｆに接していないため、鋼球２４の磨耗を抑制することができる。それ故、鋼球２４の耐久性を向上することができる。また、鋼球２４が磨耗することで、鋼球２４が変形して鋼球２４と段差３１，３２との係合力が小さくなって解除トルクが小さくなることを抑えることができる。即ち、第１及び第２中間位置でのディテント機能の低下を抑えることができ、長時間使用することによる操作フィーリングの変化を抑えることができる。

　他方、機械式のディテント機構１１の場合、鋼球１６が第１ばね部材１７によって押し付けられる。第１ばね部材１７による押付力は、ソレノイドによる押付力に比べて急激に変化することがないので、機械式のディテント機構１１は、加工精度及び位置精度が異なっていても、それらを吸収することができる。このような機械式のディテント機構１１を電磁式のディテント機構１２と共に採用することで、ディテント機能の切換えと、中立位置、第１及び第２中間位置、並びに第１及び第２ストロークエンド位置の全ての位置で良好なディテント機能との両方を実現した油圧操作弁１を簡単に製造することができる。

　また、油圧操作弁１は、電流調整装置３０によりソレノイド２６に流す電流値を変えることにより、第１及び第２中間位置での解除トルクＦ３，Ｆ６を切換えて、ディテント状態を解除する際の操作フィーリングを変えることができる。このように、ソレノイド２６に流す電流値を変えるだけで解除トルクＦ３，Ｆ６を変えることができるので、解除トルクＦ３，Ｆ６を変えるために第２ばね部材２８を変える必要がなく、解除トルクＦ３，Ｆ６の調整が容易である。

　本実施形態では、中立位置、並びに第１及び第２ストロークエンド位置でカムディスク７をディテントするために機械式のディテント機構１１を採用しているが、電磁式のディテント機構１２を採用してもよい。また、カムディスク７は、必ずしも板状の部材である必要はなく、ブロック状の部材であってもよい。

　なお、前述の例では、レバーの傾動量に応じて出力値として２次圧を発生する油圧操作弁に適用した場合を述べたが、電流値や電圧値を出力する操作装置に適用する場合も同様である。即ち、この操作装置は、カムの回動方向に応じて信号（電流又は電圧）を出力する機器（つまり、出力方向）を切換え、カムの回動角度に応じて信号の強さ（電流値又は電圧値）を変えるようなっており、その他、カムディスクやディテント機構等、前述する油圧操作弁１と同様の構成を有している。

　また、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　１　油圧操作弁
　７　カムディスク
　７ａ　前面
　７ｃ　後面
　７ｆ　上側領域
　７ｅ　下側領域
　１１　ディテント機構
　１２　ディテント機構
　１６　鋼球
　１８　凹溝
　２１　電磁吸着機構
　２４　鋼球
　２５　吸着板
　２６　ソレノイド
　３０　調整装置
　３１　段差
　３２　段差

Claims

　カムの回動方向に応じて出力方向を切換え、このカムの回動角度に応じた出力値を発生させる操作装置であって、
　前記カムの外表面に当接する係合部材と、
　励磁手段に電流が流されると、前記励磁手段に吸着体を吸着して前記係合部材を前記カムの外表面に向かって押す電磁吸着機構とを備え、
　前記カムの外表面には、前記カムを回動させた際に前記電磁吸着機構により押された前記係合部材が係合して前記カムをディテントする２つの段差が形成され、
　前記２つの段差は、前記カムを戻すことで前記電磁吸着機構の押圧に抗して前記吸着体を前記励磁手段から引き離すようになっている、
　ことを特徴とする操作装置。
　前記カムの外表面は、前記２つの段差の間にある中央領域と、該中央領域の両側にあって各段差を介して中央領域に繋がる２つの外側領域とを有し、
　前記２つの段差は、前記係合部材が当接し、且つ隣接する外側領域と成す勾配θが１５０度以上１６５度以下になっている傾斜面を有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
　前記係合部材への押圧力を制御すべく前記電磁吸着機構の励磁手段に流す電流値を調整可能な電流調整装置を更に備える、
　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。
　ばね部材により当接部材を付勢し、該当接部材を前記カムの外表面に押し付ける押圧機構を更に備え、
　前記カムの外表面には、前記カムを回動させる時の基点となる中立位置、及び前記中立位置から一方及び他方側に夫々離れて位置する２つのストロークエンド位置に前記カムがあるときに前記当接部材が夫々係合する３つの溝が形成されている、
　ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の操作装置。