JP2014181802A - 緩衝弁 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのパイロットラインに組み込み可能で、かつ、タンクと直接的に接続できる緩衝弁を提供する。
【解決手段】緩衝弁１は、一対の一次室２５Ａ，２５Ｂおよび一対の二次室２６Ａ，２６Ｂを有するハウジング２を備えている。ハウジング２内には、第１スプール３および一対の第２スプール４Ａ，４Ｂが配置され、それらの間には付勢部材６が配置されている。第１スプール３には、タンクポート２３と連通する第１内部通路３５が形成されている。各第２スプールは、一次室と二次室との間に形成された開口（２７Ａまたは２７Ｂ）を開閉するランド部４３を有し、各第２スプールには、絞り４６を有する第２内部通路４５が形成されている。一方の第２スプールが第１スプール３に向かって移動すると、第１内部通路３５が他方の第２スプール側の二次室と連通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータへの作動油の供給を制御する制御弁と、この制御弁を駆動するパイロット操作弁との間に配設される緩衝弁に関する。

従来、例えば建設機械の油圧回路では、作業者による急操作時のショックを緩和するために、パイロット緩衝弁が用いられる。このパイロット緩衝弁は、例えば作業者のレバー操作により直接的に駆動されるパイロット操作弁と、このパイロット操作弁からレバー操作に応じた圧力のパイロット油が供給される、アクチュエータへの作動油の供給を制御する制御弁との間に配設される。

パイロット緩衝弁には、急操作時に制御弁へのパイロット油の供給を規制するメータイン型のものと、急操作時に制御弁からのパイロット油の排出を規制するメータアウト型のものがある。例えば、特許文献１には、メータアウト型のパイロット緩衝弁が、パイロット操作弁と制御弁とをつなぐ２つのパイロットラインの双方に配設された油圧回路が開示されている。なお、このパイロット緩衝弁は、パイロット操作弁から制御弁へのパイロット油の供給時には一次側と二次側の圧力差に応じて応答遅れを生じさせるように構成されている。

実開昭６２−４４１０５号公報

しかしながら、２つのパイロット緩衝弁を用いて油圧回路を構成した場合には、それらの設置スペースを確保する必要があるとともに、それらの取付に手間がかかる。従って、２つのパイロット緩衝弁を単一の装置とすることが望まれる。

また、パイロット操作弁のレバーが操作されたときには、非操作側のパイロットラインでは、パイロット油がパイロットラインおよびパイロット操作弁を含むパイロット回路を通じてタンクに排出されたりタンクから補給されたりする。しかし、一般にパイロット回路は圧損が高いために、非操作側のパイロットラインではタンクと短絡することが望まれる。

そこで、本発明は、２つのパイロットラインに組み込み可能で、かつ、タンクと直接的に接続できる緩衝弁を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の緩衝弁は、一対の一次ポートと連通する一対の一次室、および前記一対の一次室の内側に一対の二次ポートと連通する一対の二次室を有し、前記一対の二次室の間にタンクポートが形成されたハウジングと、前記一対の二次室に跨って延びる第１スプールであって前記タンクポートと連通する第１内部通路が形成された第１スプールと、前記第１スプールの両側に配置された、各々が、前記一次室と前記二次室との間に形成された開口を開閉するランド部を有する一対の第２スプールであって、各々に、絞りを有する第２内部通路が前記一次室と前記二次室とをつなぐように形成された第２スプールと、前記第１スプールと前記一対の第２スプールのそれぞれとの間に配置された、それらを互いに離間する方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記一対の第２スプールの一方が前記第１スプールに向かって移動したときに、前記第１スプールが中立位置から前記一対の第２スプールの他方に向かって移動して、前記第１内部通路が前記一対の第２スプールの他方側の前記二次室に連通する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、緩衝弁の一次ポートに例えばレバー付のパイロット操作弁が接続され、緩衝弁の二次ポートにアクチュエータへの作動油の供給を制御する制御弁が接続された状態では、付勢部材の付勢力によって第２スプールが待機位置に位置するとともに第１スプールが中立位置に位置する。そして、パイロット操作弁のレバーが傾倒されて一方の第２スプール側の一次室の圧力が高くなると、第２スプールの移動によりその一次室が開口を通じて二次室と連通するとともに、第１スプールの移動により他方の第２スプール側で第１内部通路が他方の二次室と連通する。このため、一次ポートから制御弁へのパイロット油の供給および制御弁からタンクポートへのパイロット油の排出が行われる。一方、パイロット操作弁のレバーが中立位置に戻されると、付勢部材の付勢力によって一方の第２スプールが押し返されてまず開口が閉じられ、ついで第２スプールが待機位置に戻る。開口が閉じられた後は、制御弁から排出されるパイロット油は、絞りを有する第２内部通路を通過してタンクに排出される。パイロット操作弁のレバーが逆に操作された場合でも、緩衝弁は一方の第２スプールと他方の第２スプールが入れ替わるだけで同じように作動する。

すなわち、レバーが傾倒された状態から中立位置に急操作されるときのショックは、パイロット油が第２内部通路の絞りを流れることにより緩和される。そして、緩衝弁は、一対の一次ポート、一対の二次ポートおよびタンクポートを有しているので、２つのパイロットラインに組み込み可能で、かつ、タンクと直接的に接続することができる。

前記第１スプールおよび前記一対の第２スプールが並ぶ方向から見たときに、前記ランド部の投影面積は、前記第１スプールの投影面積よりも大きくてもよい。この構成によれば、アクチュエータの動作が反転するようにパイロット操作弁で切返し操作が行われても、良好な応答性を得ることができる。

例えば、前記開口は円筒面により規定されており、前記開口に摺接する前記ランド部は円盤状であり、前記第１スプールは断面円形状の棒状であり、前記ランド部の直径は、前記第１スプールの最大径よりも大きくてもよい。

前記第１スプールは、その軸方向に分割された２つのスプール体によって形成されていてもよい。この構成によれば、第１スプールを容易に製造することができ、高応答な緩衝弁を容易に実現できる。

本発明によれば、２つのラインに組み込み可能な、簡素な構造の緩衝弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る緩衝弁の断面図である。 パイロット弁の構成図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示す緩衝弁の動作を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示す緩衝弁の動作を示す図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る緩衝弁１を示す。この緩衝弁１は、２つのパイロットラインに組み込み可能で、かつ、タンクと直接的に接続することができるものであり、例えば建設機械の油圧回路に用いられる。具体的に、緩衝弁１は、アクチュエータ（図示せず）への作動油の供給を制御する制御弁８と、パイロット操作弁７との間に配設される。

パイロット操作弁７は、例えばレバー付のパイロット操作弁であり、作業者のレバー操作により直接的に駆動される。ただし、パイロット操作弁７は、レバーの代わりに直動式または回転式のつまみなどの他の操作具を有していてもよい。より詳しくは、パイロット操作弁７は、図２に示すように、油圧源１１およびタンク１２に接続された一対の弁機構７ａと、一対の弁機構７ａから延びる一対の給排通路７ｂを有している。一対の弁機構７ａは、作業者のレバー操作によりいずれか一方が選択的に駆動される。弁機構７ａは、レバー操作により駆動されないときは、給排通路７ｂがタンク１２と連通した状態を維持し、レバー操作により駆動されると、レバー操作に応じた圧力のパイロット油を給排通路７ｂに供給する。

緩衝弁１は、図１に示すように当該緩衝弁１の中心に対して対称な構造を有している。具体的に、緩衝弁１は、一次ポート２１Ａ，２１Ｂ、二次ポート２２Ａ，２２Ｂおよびタンクポート２３が形成されたハウジング２を備えている。ハウジング２内には、第１スプール３が配置されているとともに、その両側に一対の第２スプール４Ａ，４Ｂが配置されている。一次ポート２１Ａ，２１Ｂは、一次パイロット管路７１，７２を介してパイロット操作弁７の給排通路７ｂに接続されている。二次ポート２２Ａ，２２Ｂは、二次パイロット管路８１，８２を介して制御弁８のパイロットポートに接続されている。タンクポート２３は、タンク管路１５を介してタンク１２に接続されている。

ハウジング２は、中空の筒状体であり、その両側の開口は蓋５で閉塞されている。なお、ハウジング２の両端面と蓋５との間にはシール部材５１が配置されている。以下では、説明の便宜のために、ハウジング２の軸方向のうちの一方を右方、他方を左方ともいう。

ハウジング２は、中央に第１スプールを摺動可能に保持する第１摺動室２ａを有し、その両側に第２スプール４Ａ，４Ｂを摺動可能に保持する一対の第２摺動室２ｂを有している。第２摺動室２ｂはハウジング２の端面に開口している。また、第１摺動室２ａと各第２摺動室２ｂの間には、内側に二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）、外側に一次室（２５Ａまたは２５Ｂ）が形成されている。換言すれば、第１摺動室２ａ、二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）、一次室（２５Ａまたは２５Ｂ）および第２摺動室２ｂは、ハウジング２の軸方向に沿って中心側からこの順に並んでいる。さらに、二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）と一次室（２５Ａまたは２５Ｂ）の間には、それらを連続させる開口（２７Ａまたは２７Ｂ）が形成されている。

第１スプール３と各第２スプール（４Ａまたは４Ｂ）との間には、それらを互いに離間する方向に付勢する付勢部材６が配置されている。本実施形態では、付勢部材６として、ばねが用いられている。後述するランド部４３によって仕切られる一次室２５Ａ，２５Ｂと二次室２６Ａ，２６Ｂの圧力差がないときには、付勢部材６の付勢力により第２スプール４Ａ，４Ｂが蓋５に当接する待機位置に維持されるとともに、第１スプール３が当該第１スプール３の中央がハウジング２の中央と合致する中立位置に維持される。

本実施形態では、第１スプール３および第２スプール４Ａ，４Ｂのそれぞれが断面円形状の棒状であり、上述した各室の形状がハウジン２の軸方向に延びる円筒状である。また、開口２７Ａ，２７Ｂも、断面円形状であり、円筒面により規定されている。

第１摺動室２ａには、中央に拡径部２４が設けられており、この拡径部２４にタンクポート２３が連通している。また、各二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）には二次ポート（２２Ａまたは２２Ｂ）が連通しており、各一次室（２５Ａまたは２５Ｂ）には一次ポート（２１Ａまたは２１Ｂ）が連通している。

本実施形態では、第１スプール３の直径は、全長に亘って一定である。第１スプール３の長さは、第１摺動室２ａの軸長よりも長く設定されており、第１スプール３は二次室２６Ａ，２６Ｂに跨って延びている。第１スプール３には、拡径部２４を介してタンクポート２３と連通する第１内部通路３５が形成されている。また、第１スプール３の両端面には、付勢部材６の端部を収容するための窪み３３が形成されている。

本実施形態では、第１スプール３は、その軸方向に分割された２つのスプール体３１によって形成されている。これにより、第１スプール３を容易に製造することができる。ただし、第１スプール３は、単一の部品であってもよい。各スプール体３１には、窪み３３の底壁を残すように、中心側の端面に開口する軸穴３２が設けられているとともに、中心側の端部に、軸穴３２から径方向に延びる複数（図例では４つ）の貫通孔３６が設けられている。さらに、各スプール体３１の窪み３３側の端部には、軸穴３２から径方向に延びる複数（図例では４つ）の貫通孔３７が設けられているとともに、これらの貫通孔３７をつなぐ環状溝３８が設けられている。そして、双方のスプール体３１の環状溝３８、貫通孔３７、軸穴３２および貫通孔３６により、第１内部通路３５が構成されている。

双方のスプール体３１の環状溝３８は、第１スプール３が中立位置に位置しているときに第１摺動室２ａの壁面によって閉塞されるように形成されている。すなわち、第１スプール３が中立位置に位置するときには、第１内部通路３５が双方の二次室２６Ａ，２６Ｂから遮断される。そして、第１スプール３が中立位置から僅かに右方または左方に移動したときには、その移動した方向の環状溝３８が二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）に連通する。

ただし、第１内部通路３５は、中央にタンクポート２３と連通する少なくとも１つの開口を有するとともに、第１摺動室２ａに閉塞され、かつ、二次室２６Ａ，２６Ｂに連通し得る２つの開口を有すればよい。これを満たす限り、第１内部通路３５およびその周囲の構成は適宜変更可能である。例えば、大径部２４を省略してタンクポート２３を第１スプール３まで伸ばし、中心側の複数の貫通孔３６の代わりに、各スプール体３１の中心側の端面に軸穴３２から径方向に延びる１つの切り欠きを設け、双方のスプール体３１の切り欠きによって１つの貫通孔が形成されるようにしてもよい。

各第２スプール（４Ａまたは４Ｂ）は、開口（２７Ａまたは２７Ｂ）に摺接する円盤状のランド部４３と、第２摺動室２ｂと摺接する大径部と、ランド部４３と大径部の間の小径部を有している。上述した付勢部材６は、ランド部４３の第１スプール３に対向する表面で受けられる。本実施形態では、ランド部４３の直径は大径部の直径と等しいが、それらは異なっていてもよい。ただし、ランド部４３の直径は小径部の直径よりも大きく、それらの間には段差が形成されることが好ましい。

各第２スプール（４Ａまたは４Ｂ）が待機位置に位置するときには、ランド部４３が開口（２７Ａまたは２７Ｂ）と所定距離ΔＤだけ重なり合っている。この所定距離ΔＤは、開口がランド部４３により開かれるのに必要な第２スプールの移動距離である。

本実施形態では、ハウジング２の軸方向から見たときに、ランド部４３の投影面積は第１スプール３の投影面積よりも大きく設定されている。具体的には、ランド部４３の直径Ｄ１は、第１スプール３の最大径Ｄ２（本実施形態では、第１スプール３の直径は全長に亘って一定であるためその直径）よりも大きい。

各第２スプール（４Ａまたは４Ｂ）には、絞り４６を有する第２内部通路４５が一次室（２５Ａまたは２５Ｂ）と二次室（２６Ａまたは２６Ｂ）とをつなぐように形成されている。

本実施形態では、各第２スプール（４Ａまたは４Ｂ）は、本体４１と絞り部材４２とを含む。ただし、各第２スプールは、単一の部品であってもよい。本体４１には、ランド部４３の第１スプール３側の表面から小径部に差し掛かる位置まで窪む窪みが設けられており、この窪みに絞り部材４２が嵌め込まれている。また、本体４１には、その中心線上で当該本体４１を貫通する軸孔４７が設けられているとともに、軸孔４７から径方向に延びて小径部の外周面に開口する複数（図例では４つ）の貫通孔４８が設けられている。

絞り部材４２は、管状の部材である。絞り部材４２の内径は、二次室側では相対的に大きく、軸孔４７側では相対的に小さくなっていて絞り４６を規定している。すなわち、絞り部材４２の内部、貫通孔４８、および軸孔４７における貫通孔４８から絞り部材４２側の部分によって第２内部通路４５が構成されている。

さらに、ランド部４３の中心側の表面の周縁部からは、付勢部材６の端部を収容する窪みを形成するように周壁４４が第１スプール３に向かって突出している。この周壁４４には、当該周壁４４が第１スプール３に当接したときでも周壁４４の内側と外側との間でのパイロット油の流通を可能とするための複数の貫通孔４４ａが設けられている。

次に、緩衝弁１の動作を説明する。まず、図３（ａ）および（ｂ）を参照して、パイロット操作弁７のレバーが右方に傾倒されたときの動作を一例として説明する。ただし、レバーが左方に傾倒されたときも、右側と左側が入れ替わるだけで緩衝弁１が同様の動作をすることは言うまでもない。

パイロット操作弁７のレバーが操作されていない状態では、二次室２７Ａ，２７Ｂは、第２内部通路４５、一次室２６Ａ，２６Ｂおよび一次パイロット管路７１，７２およびパイロット操作弁７を通じてタンク１２に開放されている。従って、緩衝弁１内の全ての室の圧力はゲージ圧では零である。

レバーが右方に傾倒されると、パイロット操作弁７からレバー操作に応じた圧力のパイロット油が、右側の一次パイロット管路７２および右側の一次ポート２１Ｂを通じて右側の一次室２５Ｂに供給される。

一次室２５Ｂへのパイロット油の供給により、一次室２５Ｂの圧力が二次室２６Ｂの圧力よりも所定圧力以上高くなると、右側の第２スプール４Ｂが待機位置から第１スプール３に向かって移動する。この所定圧力は、付勢部材６の付勢力に応じた圧力である。第２スプール４Ｂは、上述した所定距離ΔＤだけ、ランド部４３が開口２７Ｂと重なり合ったままで、すなわちランド部４３により開口２７Ｂが閉じられたままで移動する。さらに第２スプール４Ｂが移動することにより、図３（ａ）に示すように、ランド部４３が開口２７Ｂを開く。これにより、一次ポート２１Ｂから、一次室２５Ｂ、開口２７Ｂ、二次室２６Ｂ、および二次ポート２２Ｂを通じて、制御弁８へのパイロット油の供給が行われる。

第２スプール４Ｂが左方へ移動を開始すると、第１スプール３が付勢部材６を介して第２スプール４Ｂに押されて左側の第２スプール４Ａに向かって移動する。このとき、左側の二次室２６Ａ内のパイロット油は第２スプール４Ｂの第２内部通路４５を通じて二次室２６Ａから一次室２５Ａに導かれる。そして、第１スプール３が僅かに左方に移動すると、第１内部通路３５が左側の二次室２６Ａに連通する。これにより、制御弁８から、二次ポート２２Ａ、二次室２６Ａおよび第１内部通路３５を通じて、タンクポート２３へのパイロット油の排出が行われる。

なお、右側の二次室２６Ｂと左側の二次室２６Ａの圧力差により、通常は、最初に第１スプール３が左側の第２スプール４Ａに当接し、その後に右側の第２スプール４Ｂが第１スプール３に当接する。

一方、図３（ｂ）に示すように、レバーが傾倒された状態から中立位置に戻されると、まず右側の一次室２５Ｂの圧力が直ちに低下し、付勢部材６の付勢力により第２スプール４Ｂが右方に押し返される。これにより、開口２７Ｂがランド部４３により直ちに閉じられ、その後に第２スプール４Ｂが待機位置に戻る。開口２７Ｂが閉じられた後は、制御弁８からのパイロット油は、第２内部通路４５を通じて二次室２６Ｂから一次室２５Ｂに導かれる。すなわち、パイロット油が第２内部通路４５の絞り４６を通過してタンク１２に排出される。なお、左側では、タンクポート２３、第１内部通路３５、二次室２６Ａおよび二次ポート２２Ａを通じてタンク１２から操作弁８にパイロット油が補給される。右側の二次室２６Ｂの圧力が左側の二次室２６Ａの圧力と等しくなったときに、第１スプール３は中立位置に戻る。

このように、本実施形態の緩衝弁１では、制御弁８からのパイロット油の排出時には、パイロット油が第２内部通路４５の絞り４６を通過する。すなわち、レバーが傾倒された状態から中立位置に急操作されるときのショックは、パイロット油が第２内部通路４５の絞り４６を流れることにより緩和される。

次に、図３（ａ）に示すレバーを右方に傾倒した状態から図４（ａ）に示すレバーを左方に傾倒した状態に切り替える切返し操作を行った場合の緩衝弁１の動作を説明する。

切返し操作を行った場合には、図３（ｂ）に示す状態が一瞬であるために、右側の二次室２６Ｂ内のパイロット油が抜け切らず、二次室２６Ｂ内の圧力が十分に低くなる前に、左側の一次室２５Ａにパイロット油が供給されることがある。このとき、第１スプール３は中立位置よりも左側に位置するため、図４（ａ）に示すように左側の第２スプール４Ａが、左側の開口２７Ａ（図４（ｂ）参照）が開かれる前に第１スプール３に当接することがある。これに対し、本実施形態では、ランド部４３の直径Ｄ１が第１スプール３の最大径Ｄ２よりも大きく設定されているので、開口２７Ａが開かれる前に左側の第２スプール４Ａが第１スプール３に当接しても、図４（ｂ）に示すように第１スプール３を強制的に右方に移動させることができる。すなわち、本実施形態の緩衝弁１によれば、アクチュエータの動作が反転するようにパイロット操作弁８で切返し操作が行われても、良好な応答性を得ることができる。

なお、所定距離Ｄの設定によっては、ランド部４３の直径Ｄ１を第１スプール３の最大径Ｄ２と等しくすることも可能である。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、第１スプール３および第２スプール４Ａ，４Ｂの断面形状は、必ずしも円形状である必要はなく、多角形状やスプライン状であってもよい。

本発明の緩衝弁は、建設機械だけでなく種々の機械の油圧回路に効果的に用いることができる。

１ 緩衝弁
２ ハウジング
２１Ａ，２１Ｂ 一次ポート
２２Ａ，２２Ｂ 二次ポート
２３ タンクポート
２５Ａ，２５Ｂ 一次室
２６Ａ，２６Ｂ 二次室
２７Ａ，２７Ｂ 連通路
３ 第１スプール
３５ 第１内部通路
４Ａ，４Ｂ 第２スプール
４３ ランド部
４５ 第２内部通路
４６ 絞り
６ 付勢部材

Claims (4)

1. 一対の一次ポートと連通する一対の一次室、および前記一対の一次室の内側に一対の二次ポートと連通する一対の二次室を有し、前記一対の二次室の間にタンクポートが形成されたハウジングと、
   前記一対の二次室に跨って延びる第１スプールであって前記タンクポートと連通する第１内部通路が形成された第１スプールと、
   前記第１スプールの両側に配置された、各々が、前記一次室と前記二次室との間に形成された開口を開閉するランド部を有する一対の第２スプールであって、各々に、絞りを有する第２内部通路が前記一次室と前記二次室とをつなぐように形成された第２スプールと、
   前記第１スプールと前記一対の第２スプールのそれぞれとの間に配置された、それらを互いに離間する方向に付勢する付勢部材と、を備え、
   前記一対の第２スプールの一方が前記第１スプールに向かって移動したときに、前記第１スプールが中立位置から前記一対の第２スプールの他方に向かって移動して、前記第１内部通路が前記一対の第２スプールの他方側の前記二次室に連通する、緩衝弁。
2. 前記第１スプールおよび前記一対の第２スプールが並ぶ方向から見たときに、前記ランド部の投影面積は、前記第１スプールの投影面積よりも大きい、請求項１に記載の緩衝弁。
3. 前記開口は円筒面により規定されており、前記開口に摺接する前記ランド部は円盤状であり、
   前記第１スプールは断面円形状の棒状であり、
   前記ランド部の直径は、前記第１スプールの最大径よりも大きい、請求項２に記載の緩衝弁。
4. 前記第１スプールは、その軸方向に分割された２つのスプール体によって形成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の緩衝弁。

Images