JPS5943271A - カウンタバランス弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は慣性体の慣性負荷が大きな油圧回路に挿入され
て好適なカウンタバランス弁に関するものである。

一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等のように油圧モ
ータによって走行駆動される建設機械においては、走行
停止時に極めて大きな慣性負荷が油圧モータに作用する
ことになる。そこで、この油圧駆動回路にブレーキ装置
を介装し、該ブレーキ装置により前述の如き慣性力を有
効に吸収して確実に車両の制御を行なう構成となってい
る。このブレーキ装置は油圧ポンプからの圧油を切換制
御する方向切換弁と、該油圧ポンプから供給される圧油
により駆動されるアクチュエータとしての油圧モータと
の間に挿入されたカウンタバランス弁と、該カウンタバ
ランス弁の油圧モータ側に配設した一対のオーバーロー
ドリリーフ弁とから形成される。そして、カウンタバラ
ンス弁を安定して作動させ、ブレーキ装置の作動タイミ
ングを良好にするために、該カウンタバランス弁にはダ
ンパ機構が設けられている。

かかるダンパ機構としては、例えばカウンタバランス弁
のケーシングに内装されるスプールの両端部にピストン
を設け、該ピストンの外周面とスプールの内壁との間の
摺動部に形成される隙間を通過する油液の流動抵抗を利
用したものが知られている。

しかし、前述のような従来技術のタンパ機構にあっては
ピストンとスプールとの間に厳格な隙間管理を必要とし
、加工精度や組付精度を向上させなければならない欠点
がある。また、前述の隙間を流れる圧油の流動抵抗は油
液の粘度に大きな影響を受けるから、油温によりダンピ
ング性能が著しく変化し、カウンタパランス弁の作動を
不安定ならしめる欠点もある。

本発明は前述したような従来技術における欠点を解消す
ることを目的としてなされたものであって、ケーシング
には該ケーシングに穿設した連通路によって油圧源側ポ
ートと連通する一対のパイロット室を形成してスプール
の各端面を該各パイロット室に臨ませ、またスプールの
両端部に前記各パイロット室と常時連通する油室を形成
し、一端が該油室内に臨み、他端がパイロット室内に突
出するピストンをスプールの各端部に設け、該各ピスト
ンをスプールの中立位置にはケーシングの連通路開口部
位に所定の間隔をもって対面する状態に設け、該各ピス
トンにオリフィスを穿設することにより、スプールがパ
イロット室を縮小させる方間に変位し、ピストンがケー
シングに当接した後はパイロット室から連通路への油路
の油路面積を減少させることによりスプールに対して大
きな油圧抵抗力を発生させ、これにより円滑かつ安定し
たカウンタバランス作用を行なうカウンタバランス弁を
提供することをその特徴とするものである。

以下、図面に基づき本発明の実施例について説明する。

まず第１図には本発明に係るカウンタバランス弁を挿入
してなる油圧モータの駆動回路が示されている。図中、
１は油圧アクチュエータとしての油圧モータ、２は該油
圧モータ１により駆動される例えば油圧ショベル等の慣
性体、３は前記油圧モータ１に圧油を供給する油圧ポン
プ、４は油圧モータ１からの戻り油を還流させるタンク
、５は油圧ポンプ３から供給される圧油の切換制御を行
なう方向切換弁をそれぞれ示す。

６はカウンタバランス弁を示し、該カウンタバランス弁
６は方向切換弁５の上流側、即ち油圧モータ１側に配設
されている。カウンタバランス弁６には一対の油圧源側
ポート７Ａ、７Ｂが形成され、該各ポート７Ａ、７Ｂと
方向切換弁５のポートＡ、Ｂとの間は配管８Ａ、８Ｂに
より接続されている。一方、油圧モータ１に接続された
配管９Ａ、９Ｂの電端はそれぞれカウンタバランス弁６
に穿設した一対のアクチュエータ側ポート１０Ａ、１０
Ｂに接続されている。

１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ所定のリリーフ設定圧力を有
するオーバーロードリリーフ弁を示し、該各オーバーロ
ードリリーフ弁１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ配管９Ａ、９
Ｂ内の圧力が設定圧を越したときに、該各配管９Ａ、９
Ｂ内の圧油をそれぞれ配管９Ｂ、９Ａ側に逃がすことが
できるようになっている。これらカウンタバランス弁６
およびオーバーロードリリーフ弁１１Ａ、１１Ｂにより
油圧モータ１のブレーキ弁を構成している。

カウンタバランス弁６は前述の油圧源側ポート７Ａ、７
Ｂおよびアクチュエータ側ポート１０Ａ、１０Ｂを形成
してなるケーシング１２内にスプール１３を摺動可能に
設け、該スプール１３を摺動させることによってポート
７Ａと１０Ａおよびポート７Ｂと１０Ｂとの間を連通遮
断することができるように構成されている。また、スプ
ール１３には一対のチェック弁（図示せず）が内装され
ており、このチェック弁により配管８Ａまたは８Ｂが油
圧ポンプ３と接続されたときにはポート７Ａから１０Ａ
にまたはポート７Ｂから１０Ｂに圧油を供給することが
できるようになっている。

またカウンタバランス弁６はスプール１３の両端面に作
用する流体圧の圧力差によって切換わるもので、このた
めにケーシング１２の内部にはパイロット室１４Ａ、１
４Ｂが形成され、該各パイロット室１４Ａ、１４Ｂには
スプール１３の両端に形成されたパイロット部１５Ａ、
１５Ｂが臨んでいる。そして、各パイロット室１４Ａ、
１４Ｂはケーシング１２に穿設した連通路１６Ａ、１６
Ｂにより油圧源側ポート７Ａ、７Ｂと連通せしめられて
いる。該連通路１６Ａ、１６Ｂのパイロット室１４Ａ、
１４Ｂへの開口部は絞り部１７Ａ、１７Ｂとなって、そ
れらの油路面積が狭くなり、此部を通過する油液に比較
的小さな流動抵抗を与えることができるようになってい
る。そして、スプール１３はパイロット室１４Ａ、１４
Ｂ内において、ケーシング１２の内壁とスプール１３に
嵌合したリング状のばね座１８Ａ、１８Ｂとの間に張設
したばね１９Ａ、１９Ｂにより常時には中立位置に位置
決めされている。一方、連通路１６Ａまたは１６Ｂを介
して圧油がパイロット室１４Ａまたは１４Ｂに供給され
たときには、パイロット室１４Ａ、１４Ｂ間の差圧によ
りスプール１３はケーシング１２内を摺動変位して切換
わるように構成されている。

而して、カウンタバランス弁６の作動において、その中
立位置から左右いずれかの切換位置への切換えは確実か
つ安定状態に行ない、ハンチングの発生を防止する必要
がある。一方、切換位置から中立位置への復帰時には、
キャビテーションの発生を防止するために可及的速やか
に復帰を行なわせる必要がある。即ち、カウンタバラン
ス弁６にはスプール１３の一方向への変位時にのみダン
ピング作用を行なうダンパ機構を設ける必要がある。

本発明においてはかかるダンパ機構がパイロット部１５
Ａ、１５Ｂに形成されている。そこで、第２図に基づき
パイロット部１５Ａに形成されたダンパ機構につき説明
する。なお、パイロット部１５Ｂにも同じダンパ機構が
形成されているが、図示は略し、同一の機能部材につい
ては同一参照番号で「Ｂ」の添字を付すものとする。

スプール１３にはその軸方向に凹部が形成され、該凹部
内に有底円筒状のプラグ２０Ａが螺合せしめられている
。該プラグ２０Ａの開口側にはストッパ２１Ａが螺合さ
れ、該ストッパ２１Ａにはその軸方向に貫通孔２２Ａが
穿設されている。２３Ａはピストンを示し、該ピストン
２３Ａはフランジ部２４Ａを有する有底円筒状の部材で
、ストッパ２１Ａの貫通孔２２Ａに摺動自在に嵌入せし
められている。このようにプラグ２０Ａにストッパ２１
Ａおよびピストン２３Ａを設けることにより、該プラグ
２０Ａの内部に油室２５Ａが形成される。

また、該油室２５Ａはプラグ２０Ａの周囲に穿設した油
穴２６Ａ、２６Ａ、・・により常時パイロット室１４Ａ
と連通せしめられている。そして、ピストン２３Ａはそ
の基端部に形成されたフランジ部２４Ａがストッパ２１
Ａの端壁に当接することにより位置決めされると共に、
その先端部は貫通孔２２Ａを貫通してパイロット室１４
Ａ内に突出している。プラグ２０Ａの内壁とピストン２
３Ａとの間には微弱なばね力を有するばね２７Ａが張設
されて、ピストン２３Ａはストッパ２１Ａに当接する方
向に常時付勢せしめられ、そして、スプール１３が中立
位置にあるときにはピストン２３Ａは所定の間隔δをも
ってケーシング１２の内壁の絞り部１７Ａに対面した状
態に配置せしめられる。

さらに２８Ａは絞り部１７Ａの油路面積より小さな油路
面積を有するオリフィスで、スプール１３が変位してピ
ストン２３Ａがケーシング１２に当接した後はパイロッ
ト室１４Ａ内の油液は油穴２６Ａ、油室２５Ａを順次介
してオリフィス２８Ａから絞り部１７Ａ、連通路１６Ａ
に流出させることかできるように構成されている。

本発明に係るカウンタバランス弁は前述の構成を有する
もので、次にその作動について説明する。

まず、方向切換弁５が中立位置にあるときには、系内に
は油液の流通はないから油圧モータ１は停止すると共に
、カウンタパランス弁６は中立位置にある。そこで、方
向切換弁５を第１図中右方の切換位置に切換えると、油
圧ポンプ３からの圧油は方向切換弁５、配管８Ｂを介し
てポート７Ｂに供給される。このために、スプール１３
のポート７Ｂ、１０Ｂ間が設けたチェック弁を開弁して
配管９Ｂに圧油が供給される。しかし、ポート１０Ａ、
７Ａ間の連通は遮断されているから、配管９Ａ内の油液
はタンク４には戻されず、このために、油圧モータ１は
回転しない。

一方、パイロット室１４Ｂは連通路１６Ｂを介してポー
ト７Ｂと連通しているから、油圧ポンプ３からの圧油が
該パイロット室１４Ｂ内に流入する。これに対して、パ
イロット室１４Ａは連通路１６Ａ、ポート７Ａ、配管８
Ａを介してタンク４と連通するから、該パイロット室１
４Ａはタンク圧となる。このためにパイロット室１４Ａ
、１４Ｂ間に差圧が生じ、スプール１３はばね１９Ａに
抗して図中左方に変位する。このスプール１３の変位に
よるパイロット室１４Ａへの進入体積分の油液は絞り部
１７Ａを介して連通路１６Ａに流出せしめられる。そし
て、絞り部１７Ａは比較的小さな油路面積を有するもの
であるから、該絞り部１７Ａを通過する油液の抵抗力に
より、パイロット室１４Ａ内の圧力が上昇し、スプール
１３が急激に変位するのが防止される。そして、スプー
ル１３のストロークが間隔δに相当する量となったとき
には、第３図に示したように、ピストン２３Ａの端面が
ケーシング１２の内壁と当接することになる。これ以後
、ピストン２３Ａはケーシング１２の内壁に当接した状
態に保持され、スプール１３は、ストッパ２１Ａをピス
トン２３Ａに摺動させながら変位することになる。この
状態においてはパイロット室１４Ａ内の油液は油穴２６
Ａ、油室２５Ａを介してオリフィス２８Ａから連通路１
６Ａに流出する。該オリフィス２８Ａの油路面積は絞り
部１７Ａの油路面積よりさらに小さいから、パイロット
室１４Ａ内はさらに高圧となってスプール１３の摺動変
位に対する抵抗力が増大し、大きなダンピング作用を発
揮する。このように、スプール１３の変位に対して所定
の抵抗力を発揮させることによって、スプール１３の動
くが安定し、ハンチングの発生等のない円滑な切換えが
行なわれる。

前述のようにして、カウンタバランス弁６の切換えが行
なわれると、ポート１０Ａ、７Ａ間が連通せしめられ、
配管９Ａがタンク４と接続されることになる。これによ
り油圧ポンプ３から配管９Ｂに供給される圧油により油
圧モータ１が回転せしめられて、その戻り油が配管９Ａ
からタンク４に戻されることになり、慣性体２が駆動さ
れる。

次に、慣性体２の駆動を停止させるべく方向切換弁５を
中立位置に復帰させると、油圧ポンプ３からポート７Ｂ
への圧油の供給が停止される。これによりポート７Ｂ、
１０Ｂ間のチェック弁が閉弁するから、配管９Ｂへの油
液の供給が停止される。この状態において、慣性体２の
慣性力により油圧モータ１が回転せしめられると、該油
圧モータ１がポンプ作用を行ない、配管９Ｂが負圧とな
りキャビテーションの発生原因となる。従って、カウン
タパランス弁６を速やかに中立位置に復帰させてポート
１０Ａ、７Ａ間の連通を遮断する必要がある。

而して、配管８Ｂからの圧油の供給がなくなると、パイ
ロット室１４Ｂ内の圧力が低下し、パイロット室１４Ａ
と等圧になる。このためにばね１９Ａによりスプール１
３は図中右方に変位する。

まず、このスプール１３の変位によりパイロット室１４
Ａ内の圧力が低下する。このときにはピストン２３Ａが
ケーシング１２に当接しているから、オリフィス２８Ａ
を介して連通路１６Ａ内の油路が油室２５Ａからパイロ
ット室１４Ａ内に混入する。そして、このオリフィス２
８Ａを介しての油液の流入量がスプール１３の変位によ
るパイロット室１４Ａの拡張量より小さいときには、該
パイロット室１４Ａの圧力が低下し、連通路１６Ａ内の
圧力がピストン２３Ａの端面に作用して微弱なばね力を
有するばね２７Ａに抗してピストン２３Ａがケーシング
１２から離間する。この結果、大きな油路面積を有する
絞り部１７Ａを介してパイロット室１４Ａに油液が供給
されることになり、スプール１３の迅速な中立位置への
復帰が可能となる。

このようにしてスプール１３が中立位置に復帰すると、
配管９Ａ内の油液が封じ込められることになる。この状
態で油圧モータ１が慣性体２の慣性力により回転せしめ
られると、配管９Ａ内は高圧となり、その圧力がオーバ
ーロードリリーフ弁１１Ａの設定圧を越えたときに、配
管９Ａ内の油液に該リリーフ弁１１Ａを介して配管９Ｂ
側に流入する。そして、リリーフ弁１１Ａを通過する際
に慣性エネルギが熱エネルギに変換され、これにより慣
性体２の慣性負荷が吸収される。

一方、方向切換弁５を第１図中左方の切換位置に切換え
ると、カウンタバランス弁６のスプール１３は図中右方
に変位するが、その作動については前述と同様であるか
ら、説明は省略する。

さらに、パイロット室１４Ａは油室２５Ａと油液２６Ａ
を介して常時連通しており、両室間の油液の漏洩につい
て配慮する必要がないから、ピストン２３Ａとストッパ
２１Ａとの間の摺動部における隙間の厳格な管理を必要
とせず、加工上好都合である。また、ピストン２３Ａと
ケーシング１２内壁との当接部に若干の油洩れがあって
もダンピング性能に格別大きな影響を与えることがない
から、その間のシール性を高めるための加工を不要とす
ることができる。

なお前述の実施例においては本発明に係るカウンタバラ
ンス弁を油圧モータ１のブレーキ弁として使用するもの
として述べたが、油圧シリンダ等他のアクチュエータの
ブレーキ弁として使用できるのは勿論である。また、油
圧源側ポート７Ａ、７Ｂとパイロット室１４Ａ、１４Ｂ
との間を連通する連通路１６Ａ、１６Ｂに比較的油路面
積の小さな絞り部１７Ａ、１７Ｂを形成するものとして
述べたが、カウンタバランス弁６の作動初期において格
別のダンピング作用を必要としない場合にはかかる絞り
部を形成する必要はなく、また、該絞り部１７Ａ、１７
Ｂは連通路１６Ａ、１６Ｂの途中に設ける構成としても
よい。

本発明に係るカウンタバランス弁は以上詳細に述べた如
くであって、下記各項の諸効果を奏する。

（１）カウンタバランス弁が切換位置側に変位するとき
にはピストンがケーシングに当接することにより、ピス
トンに設けたオリフィスを弁してパイロット室内の油液
を流出させるように構成したから、スプールに対するダ
ンピング作用を良好に発揮させることができ、スプール
のハンチングの発生を有効に防止し得る。また、切換位
置から中立位置への復帰時にはピストンが速やかにケー
シングから離間するから、大きな油路面責をもってパイ
ロット室に油液の補給を行なうことができ、スプールの
迅速な復帰が可能となり、系内におけるキャビテーショ
ンの発生が防止できる。このため、油圧駆動回路におけ
るカウンタバランス作用が円滑かつ確実となる。

（２）パイロット室と油室とを常時ほぼ等圧とする構成
としたから、ピストンの摺動部における厳格な隙間管理
を不安とすることができ、またピストンとケーシングと
の当接面に若干の油液の漏洩があってもダンピング作用
上格別問題とはならないから、カウンタバランス弁の加
工および組付けが容易となり、安価に製造することがで
きる。

（３）ダンピング作用を行なわせるために、オリフィス
を介して油液を流通させる構成としたから、此部を流れ
る油液の油温によりダンピング性能が変化することがな
く、安定したダンピング作用を発揮させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るカウンタバランス弁をそれに接続
される油圧回路と共に湿す縦断面図、第２図は第１図の
要部拡大断面図、第３図は異なる作動状態を示す第２図
と同様の断面図である。 ６・・・カウンタバランス弁、７Ａ、７Ｂ・・・油圧源
側ポート、１０Ａ、１０Ｂ・・・アクチュエータ側ポー
ト、１２・・・ケーシング、１３・・・スプール、１４
Ａ、１４Ｂ・・・パイロット室、１５Ａ、１５Ｂ・・・
パイロット部、１６Ａ、１６Ｂ・・・連通路、１７Ａ、
１７Ｂ・・・絞り部、２３Ａ（２３Ｂ）・・・　ピスト
ン、２５Ａ（２５Ｂ）・・・油室、２６Ａ（２６Ｂ）・
・・油穴、２８Ａ（２８Ｂ）・・オリフィス。 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧源側ポートとアクチュエータ側ポートとを有
   するケーシングと、該ケーシング内に摺動可能に設けら
   れたスプールと、前記ケーシングに穿設した連通路によ
   り前記油圧源側ポートと連通し、前記スプールの各端面
   が臨むパイロット室と、前記スプールの両端部にそれぞ
   れ形成され、常時前記パイロット室に連通する油室と、
   一端が該油室内に臨み他端が前記スプール端面から前記
   パイロット室内に突出させて設けられ、前記スプールの
   中立位置においては前記ケーシングの連通路開口部位に
   所定の間隔をもって対面するピストンと、該ピストンに
   設けられ、該ピストンの端面が前記ケーシングに当接後
   前記パイロット室から連通路への油路面積を絞るオリフ
   ィスとからなるカウンタバランス弁。
2. （２）前記ケーシングの連通路開口部位または前記連通
   路の途中に比較的油路面積の大きな絞り部を形成してな
   る特許請求の範囲（１）項記載のカウンタバランス弁。