JP2010210071A - 操作レバー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型のデテント機構を実現して装置全体を小型化することができる操作レバー装置を提供すること。
【解決手段】ピストン２０と、一端側に２次油圧を受けるとともに他端側からピストン２０の押圧力を受けて弁本体６内のスプール孔３０ｈ内を移動し、ピストン２０の移動量に応じて、入力される１次油圧を前記２次油圧に変換して出力するスプール３０とを有した制御弁１０，１１と、ピストン２０の移動をガイドするガイド部材４０と、ピストン２０の他端側に当接して前記押圧力を生成させピストン２０の移動量を操作する操作レバー３と、を備え、ガイド部材４０とピストン２０とのガイド面近傍に段差部４４と押圧機構４５とからなるデテント機構を設けた。
【選択図】 図２

Description

この発明は、所望のデテント位置で操作レバーに負荷を与え、操作者に現操作状態あるいは次の操作状態を教えるデテント機能を有した操作レバー装置に関し、特にパイロット油圧を発生するＰＰＣ弁を操作する操作レバー装置に関するするものである。

一般に、建設機械や産業機械等では、油圧シリンダの制御や変速機の制御などを操作するためにＰＰＣ弁を操作する操作レバー装置が用いられている。この操作レバー装置は、ＰＰＣ弁では、操作レバーの操作量をパイロット油圧に減圧変換して出力している。

特許文献１には、操作レバーの操作量を油圧に変換して出力するものであり、スプールを作動させるためのカム部材と、このカム部材を回動させるための操作レバーとを有し、複数の作業位置に対応したデテント溝をカム部材に持たせることによってデテント機構を実現している。

特開平１０−２５２９３７号公報 特開２００２−１６８２０５号公報

しかしながら、従来の操作レバー装置では、操作者に操作レバーの現操作状態を教えるためのデテント機構を有するものの、カム部材の回動によってデテント機構を実現しているため、デテント機構が大きくなり、操作レバー装置全体の小型化を阻害するという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型のデテント機構を実現して装置全体を小型化することができる操作レバー装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる操作レバー装置は、ピストンと、一端側に２次油圧を受けるとともに他端側から前記ピストンの押圧力を受けて弁本体内の孔内を移動し、前記ピストンの移動量に応じて、入力される１次油圧を前記２次油圧に変換して出力するスプールとを有した制御弁と、前記ピストンの移動をガイドするガイド部材と、前記ピストンの他端側に当接して前記押圧力を生成させ前記ピストンの移動量を操作する操作レバーと、を備え、前記ガイド部材と前記ピストンとのガイド面にデテント機構を設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記ガイド部材側のガイド面に段差を設け、前記ピストン側のガイド面に前記ガイド部材側を押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記デテント機構は、前記ピストン側のガイド面に段差を設け、前記ガイド部材側のガイド面に前記ピストン側を押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記押圧機構は、前記ガイド面に対して垂直な方向に形成された孔と、前記孔内に配置され前記ガイド面に対して垂直な方向に伸張する伸張部材と、前記伸張部材の一端に設けられ、前記孔内に突没可能で、対向するガイド面に当接する球と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記押圧機構は、前記ガイド面に対して垂直な方向に形成された孔と、前記孔内に配置され前記ガイド面に対して垂直な方向に伸張する伸張部材と、前記伸張部材の一端に設けられ、前記孔内に突没可能で、対向するガイド面に当接する球と、を備え、前記孔は、貫通孔であり、前記球は、前記伸張部材の両端に設けられたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記２次油圧を前記ピストン側に伝達する導通路を有し、該導通路を介した２次油圧によって前記ピストンの押圧力をアシストする操作力アシスト機構を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる操作レバー装置は、上記の発明において、前記操作レバーは、前記弁本体とユニバーサルジョイントで連結され、該ユニバーサルジョイントまわりに、前記制御弁と前記ガイド部材と前記デテント機構とを有した弁機構が複数設けられ、前記操作レバーは、１以上の前記ピストンを移動させて１以上の前記制御弁を操作することを特徴とする。

この発明によれば、スプールに押圧力を与えるピストンのガイド部材と前記ピストンとのガイド面にデテント機構を設けているので、小型のデテント機構が実現され、結果的に操作レバー装置全体を小型化することができる。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態である操作レバー装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる操作レバー装置であって操作レバーが中立状態のときの操作レバー装置の構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した操作レバー装置のＡ−Ａ線断面図である。さらに、図３は、操作レバーがフルストローク状態のときの操作レバー装置の構成を示す断面図である。この操作レバー装置１は、たとえばバケット等の建設機械の油圧シリンダの方向切換弁などの４つのＰＰＣ弁を２軸で制御するためのものである。

図１〜図３において、この操作レバー装置１は、ユニバーサルジョイント２を中心に回動する操作レバー３を有し、操作レバー３の一端は、操作者が把持する図示しない取手が設けられ、操作レバー３の他端は、プラグ４およびディスク５を介してユニバーサルジョイント２に接続される。ユニバーサルジョイント２は、弁本体６の上部に設けられ、弁本体６の両側部には、ユニバーサルジョイント２を上部で囲むように、４つのＰＰＣ弁である制御弁１０〜１３が設けられる。操作レバー３は、設置板５０の全周に対して傾斜することが可能である。その結果、操作レバー３は、１つまたは２つの制御弁を同時かつ個別の操作量で操作することができる。

たとえば、制御弁１０は、ブームを上昇させるＰＰＣ弁であり、方向Ｆａは、ブームの上昇操作であり、制御弁１３は、ブームを下降させるＰＰＣ弁であり、方向Ｆｂは、ブームの下降操作である。また、制御弁１１は、バケットを掘削させるＰＰＣ弁であり、方向Ｆｃは、バケットの掘削操作であり、制御弁１２は、バケットをダンプするＰＰＣ弁であり、方向Ｆｄは、バケットのダンプ操作である。この操作レバー装置１では、２つの操作を同時に行うことができ、たとえば方向Ｆ１側に操作すると、１つの操作レバー３の操作で、バケットの掘削操作とブームの上昇操作とを同時かつ個別の操作量で行うことができる。なお、制御弁１０〜１３は、図２に示すように、中立位置の操作レバー３の軸まわりに対称配置され、動作は同じであるので、制御弁１０の構造および操作レバー３を方向Ｆａに倒した場合の動作について説明する。

制御弁１０は、ピストン２０およびスプール３０を有し、ピストン２０の±Ｚ方向の上下動に対応して±Ｚ方向に上下動するスプール３０の連通孔３１の開度が調整されることによって、入力ポートＰＴ１から入力されるポンプ油圧である１次油圧が減圧調整されたパイロット油圧である２次油圧として出力ポートＰＴ２から変換出力される。

ピストン２０は、上端部２１と下端部２２とを有する。上端部２１は、弁本体６の上部に設けられる設置板５０の上部に設けられたガイド部材４０のガイド孔４０ｈ内、およびオイルシール５１が形成する上端孔２１ｈ内を摺動し、上端が球状をなしてディスク５に当接する。下端部２２は、上端孔２１ｈの下部に連接して形成されたタンクである下端孔２２ｈ内を摺動する。ここで、下端部２２の径は、上端部２１の径に比して大きく、下端孔２２ｈの長さは、ピストン２０の上下動の最大ストロークＳを規制するため、下端部２２の長さに比して最大ストロークＳと同じ長さＳｂ（＝Ｓａ＝Ｓ）分、長く形成されている。また、上端部２１が下端部２２に比して細径になるため、設置板５０の下部であって上端孔２１ｈの周縁には、上述したオイルシール５１がスリーブ２１ｓを介して設けられる。なお、スリーブ２１ｓは、下端孔２２ｈの上部側を形成する。

上端部２１の下端内部と下端部２２の内部には、スプール３０が内挿される円柱空間が形成され、上端部２１と下端部２２との間には段差部２３が形成される。この段差部２３の内壁には、リテーナ２４が設けられる。スプール３０の上端部には、最大ストロークＳとほぼ同じ長さの細径部３２が形成され、この細径部３２がリテーナ２４の中心に設けられた孔を貫通する。このため、スプール３０は、リテーナ２４に対する相対上下動が規制される。

リテーナ２４と下端孔２２ｈの下端面との間には、操作力用バネ２５が設けられる。操作力用バネ２５は、ピストン２０の押下量（操作量）に比例した反力を生成する。一方、スプール３０の中央部には、段差部３３が形成され、この段差部３３とリテーナ２４との間には、スプール３０の外周であって操作力用バネ２５の内周に、減圧用バネ２６が設けられる。減圧用バネ２６は、スプール３０の上方への移動量に比例した反力を生成する。ここで、スプール３０の下端部には、連通孔３１および出力ポートＰＴ２に連通する円柱空間である出力孔３４が形成される。このため、減圧用バネ２６は、出力孔３４の２次油圧によるスプール３０の上方への移動力の増大に比例した反力を生成し、スプール３０は、２次油圧と減圧用バネ２６の圧力とがバランスされた上下位置に設定される。

なお、ピストン２０の下端部２２の上部周縁外径は、下端孔２２ｈ内径に比して若干小さく、スリーブ２１ｓとの間で溝２７が形成される。そして、この溝２７と出力ポートＰＴ２とを連通し、溝２７に２次油圧を出力する導通路２８を有する。２次油圧は、導通路２８を介して溝２７に出力され、溝２７を形成するリング状の段差部２７ａを押し下げる。この段差部２７ａによる押下力は、２次油圧の大きさに比例し、ピストン２０の押下力（操作力）をアシストする。すなわち、ピストン２０の押下量に伴って大きくなる押下力を生成する。

ここで、この実施の形態１では、上端部２１に、ガイド孔４０ｈに垂直な方向に貫通孔４１が形成され、この貫通孔４１内に伸張バネ４２が挿入され、伸張バネ４２の両端に、貫通孔４１の径とほぼ同じ径の球４３が嵌め込まれ、球４３がガイド孔４０ｈに対して押圧して突没可能な押圧機構４５を有する。ここで、ガイド孔４０ｈの内壁面および上端部２１の外周面は、それぞれガイド面を形成している。ガイド孔４０ｈの上端側の内径は、段差部４４まで上端部２１の径に比して若干大きく形成され、球４３は、段差部４４までは、ガイド孔４０ｈに対して上端部２１側面から突出した状態となる。なお、連通孔４１に替えて、２つの孔を個別に設けるようにしてもよい。この場合、球４３は、各孔の開口側にそれぞれ１つ設けられる。また、押圧機構４５は、対称構造であることが好ましいが、対称構造でなくてもよい。たとえば、一端側を押圧する押圧機構であってもよい。

なお、取付面を形成する設置板５０とプラグ４との間には、ディスク５、ユニバーサルジョイント２、ピストン２０の上端部２１などを覆うブーツ７が設けられ、取付面上における防塵・防滴措置を施している。

つぎに、この実施の形態１の動作について説明する。まず、操作レバー３を例えば方向Ｆａに傾けると、その傾斜角θに対応して、略水平方向（ＸＹ平面）に延びるディスク５の円板状部分によってピストン２０の上端が押下され、その傾斜角θに応じてピストン２０は、下方に移動する。ピストン２０が下方に移動すると、操作力用バネ２５が圧縮され、傾斜角θに応じた反力が操作力にかかる。

一方、ピストン２０の下方移動に伴って、スプール３０は、細径部３２を有するものの、リテーナ２４が下方移動するために減圧用バネ２６が圧縮され、この減圧用バネ２６の伸張力によって下方移動する。スプール３０が下方移動すると、入力ポートＰＴ１と出力ポートＰＴ２との間が連通孔３１を介して連通し始め、入力ポートＰＴ１側から出力ポートＰＴ２側に油が流れ始め、スプール３０の下方移動量によってこの連通孔３１の開度が調整され、圧力制御がなされる。

ここで、出力ポートＰＴ２の２次油圧は、スプール３０を上方に移動させる力を生成し、上述したように、減圧用バネ２６のバネ圧とこの２次油圧とのバランスとによってスプール３０の上下位置がバランス設定される。このバランス設定を行いつつ、さらに傾斜角θが大きくしていくと、傾斜角θに対応して連通孔３１の開度が大きくなり、傾斜角θに応じた２次油圧を生成出力する。

なお、上述したように、導通路２８を介して２次油圧が段差部２７ａに供給されることから、傾斜角θの大きさに応じた２次油圧が段差部２７ａに供給され、操作レバー３の操作力をアシストし、操作者に対する操作レバー３の軽操作力を実現している。

一方、この実施の形態１では、上述したガイド部材４０と、ピストン２０の上端部２１に設けられた押圧機構４５とによって、デテント機構を実現している。すなわち、操作レバー３を操作する際、出力圧（２次油圧）が所定圧となる位置で、押圧機構４５の球４３が段差部４４を乗り越えるようにし、段差部４４を乗り越えるときに一時的に操作レバー３に大きな操作力を与えるようにしている。

図４において、導通路２８を用いた２次油圧のアシスト機構をもたない操作レバー装置では、操作力は、ストローク量Ｓに対して曲線Ｌ１のように、ストローク量Ｓ１で２次油圧（出力圧）が発生しはじめると、大きな操作力を必要とする。このため、たとえばバケットなどの作業機が実際に動き始める出力圧Ｐ１に対応したストローク量Ｓ２にデテント機構を持たせると、曲線Ｌ３のような操作力曲線になり、ストローク量Ｓ２で一時的に大きな操作力を必要とするが、このときの操作力自体が大きいため、ストローク量Ｓ２の位置を認識しづらい。

これに対し、導通路２８を用いたアシスト機構を持たせると、曲線Ｌ２のような操作力曲線となり、操作者は、小さな操作力で操作レバー３を操作することができる。このような場合に、たとえばストローク量Ｓ２の位置にデテント機構を持たせると、小さな操作力で、しかも操作位置を容易に知ることができ、操作性が格段に向上することになる。なお、このようなデテント機構は、複数設けてもよい。この場合、段差部４４に対応した複数の段差部を設ければよい。また、デテント機構による一時的な操作力の大きさは、段差部の段差量を加減すればよい。

この実施の形態１では、導通路２８を用いたアシスト機構を用いて軽操作性を実現した操作レバー装置であっても、実際の出力圧が所定値となる作業位置をデテント機構によって教えるようにしているので、操作性が格段に向上する。特に、このデテント機構は、ピストン２０がディスク５によって押圧されるピストン２０の上端近傍で、ピストン２０の上下動の摺動面近傍に設けるようにしているので、操作レバー装置１全体に影響を与えずにデテント機構を小型化することができ、結果的に操作レバー装置１全体を小型化することができる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、ピストンに押圧機構４５を設けたデテント機構であったが、この実施の形態２では、ピストンをガイドするガイド部材側に押圧機構を設けたデテント機構としている。

図５は、この発明の実施の形態２である操作レバー装置の構成を示す断面図である。また、図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。さらに、図７は、図５のＣ−Ｃ線断面図である。図５〜図７において、弁本体６に対応する弁本体１０６には、制御弁１０〜１３に対応する４つの制御弁１１０〜１１３が並列配置される。各制御弁１１０〜１１３は、制御弁１０〜１３と同様に、ピストン２０に対応するピストン１２０の上下動に対応してスプール３０が上下動することによって連通孔３１の開口が制御され、入力ポートＰＴ１の１次油圧を２次油圧に減圧変換制御して出力ポートＰＴ２から出力される。また、導通路２８を介した出力圧によって操作力がアシストされ、軽操作力を実現している。

この実施の形態２では、上述したようにデテント機構が実施の形態１と異なる。この実施の形態２では、ガイド部材４０側に設けた段差部４４に替えて、ピストン１２０側に溝１４４を設けるとともに、ピストン２０側に設けた押圧機構４５をガイド部材１４０側に設けている。

すなわち、ピストン１２０の摺動側面であってデテント位置に対応する位置に溝１４４を形成しておき、ガイド部材１４０側には、ピストン１２０の摺動側面を両側面から押圧する一対の押圧機構１４５を設ける。押圧機構１４５は、ピストン１２０の摺動面に対して垂直な方向に形成され、ピストン１２０の摺動面側が開口した孔１４１を設け、この孔１４１に伸張バネ１４２を挿入し、摺動面側に球１４３を突没可能に設ける。なお、孔１４１は、貫通孔とし、一端部をプラグで蓋をしている。もちろん、孔１４１は、プラグに替えて底部を有した孔を直接形成したものであってもよい。これにより、ピストン１２０が上下動する場合、溝１４５を越える際に大きな操作力を一時的に生成することができる。

ここで、押圧機構１４５をガイド部材１４０側に設けても、押圧機構１４５の押圧方向は、操作レバー３の傾斜方向とは異なるように設置することができるため、装置の小型化を阻害しない。たとえば、装置の小型化を実現するためには、押圧機構１４５の押圧方向を周方向とするのが好ましい。

この実施の形態２でも、１つの操作レバーで４つの制御弁を制御する場合であって、導通路２８を用いたアシスト機構を用いて軽操作性を実現した操作レバー装置であっても、実際の出力圧が所定値となる作業位置をデテント機構によって教えるようにしているので、操作性が格段に向上する。特に、このデテント機構は、ピストン１２０がディスク５によって押圧されるピストン１２０の上端近傍で、ピストン１２０の上下動の摺動面近傍に設けるようにしているので、操作レバー装置１０１全体に影響を与えずにデテント機構を小型化することができ、結果的に操作レバー装置１０１全体を小型化することができる。

なお、上述した実施の形態１，２では、いずれも２軸制御の操作レバー装置であったが、これに限らず、１軸制御の操作レバー装置であってもよい。

この発明の実施の形態１である操作レバー装置の中立位置における構成を示す断面図である。 図１に示した操作レバー装置のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の実施の形態１である操作レバー装置の最大ストローク量位置における構成を示す断面図である。 操作レバーのストローク量に対応する操作力および出力圧の状態ならびにデテント機構の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２である操作レバー装置の中立位置における構成を示す断面図（図６のＣ−Ｃ線断面図）である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 図６のＣ−Ｃ線断面図であり、操作レバー装置を最大ストローク量位置にした状態を示す図である。

１，１０１ 操作レバー装置
２，１０２ ユニバーサルジョイント
３ 操作レバー
４ プラグ
５ ディスク
６，１０６ 弁本体
７ ブーツ
１０〜１３，１１０〜１１３ 制御弁
２０，１２０ ピストン
２１ 上端部
２１ｈ 上端孔
２１ｓ スリーブ
２２ 下端部
２２ｈ 下端孔
２３，３３，４４ 段差部
２４ リテーナ
２５ 操作力用バネ
２６ 減圧用バネ
２７，１４４ 溝
２８ 導通路
３０ スプール
３０ｈ スプール孔
３１ 連通孔
３４ 出力孔
４０，１４０ ガイド部材
４０ｈ ガイド孔
４１ 貫通孔
４２，１４２ 伸張バネ
４３，１４３ 球
４５，１４５ 押圧機構
５０，１５０ 設置板
５１ オイルシール
１４１ 孔
ＰＴ１ 入力ポート
ＰＴ２ 出力ポート

Claims (7)

1. ピストンと、一端側に２次油圧を受けるとともに他端側から前記ピストンの押圧力を受けて弁本体内の孔内を移動し、前記ピストンの移動量に応じて、入力される１次油圧を前記２次油圧に変換して出力するスプールとを有した制御弁と、
   前記ピストンの移動をガイドするガイド部材と、
   前記ピストンの他端側に当接して前記押圧力を生成させ前記ピストンの移動量を操作する操作レバーと、
   を備え、
   前記ガイド部材と前記ピストンとのガイド面にデテント機構を設けたことを特徴とする操作レバー装置。
2. 前記デテント機構は、
   前記ガイド部材側のガイド面に段差を設け、
   前記ピストン側のガイド面に前記ガイド部材側を押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の操作レバー装置。
3. 前記デテント機構は、
   前記ピストン側のガイド面に段差を設け、
   前記ガイド部材側のガイド面に前記ピストン側を押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の操作レバー装置。
4. 前記押圧機構は、
   前記ガイド面に対して垂直な方向に形成された孔と、
   前記孔内に配置され前記ガイド面に対して垂直な方向に伸張する伸張部材と、
   前記伸張部材の一端に設けられ、前記孔内に突没可能で、対向するガイド面に当接する球と、
   を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の操作レバー装置。
5. 前記押圧機構は、
   前記ガイド面に対して垂直な方向に形成された孔と、
   前記孔内に配置され前記ガイド面に対して垂直な方向に伸張する伸張部材と、
   前記伸張部材の一端に設けられ、前記孔内に突没可能で、対向するガイド面に当接する球と、
   を備え、
   前記孔は、貫通孔であり、
   前記球は、前記伸張部材の両端に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の操作レバー装置。
6. 前記２次油圧を前記ピストン側に伝達する導通路を有し、該導通路を介した２次油圧によって前記ピストンの押圧力をアシストする操作力アシスト機構を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の操作レバー装置。
7. 前記操作レバーは、前記弁本体とユニバーサルジョイントで連結され、
   該ユニバーサルジョイントまわりに、前記制御弁と前記ガイド部材と前記デテント機構とを有した弁機構が複数設けられ、
   前記操作レバーは、１以上の前記ピストンを移動させて１以上の前記制御弁を操作することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の操作レバー装置。

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