JPS6145247Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、油圧シヨベル等の油圧式建設機械
において、操作レバーの揺動により方向制御弁の
スプールを摺動させて、油圧アクチユエータの作
動方向および速度を制御する方向制御弁の操作装
置に関するものである。

油圧シヨベルなどの操作装置で、油圧アクチユ
エータの作動方向および作動速度を制御する方向
制御弁を手動操作する代表的手段にはつぎの二つ
がある。

(1) 第１図に示すように、操縦席Ｓに対して前後
方向（矢印１２ａ，１２ｂ方向）にのみ揺動で
きる１本の操作レバー１０で１系統のアクチユ
エータを操作する手段。

(2) 第２図に示すように、操縦席Ｓに対して前後
方向（矢印１２ａ，１２ｂ方向）および左右方
向（左側に配置した操作レバー１０の矢印１３
ｂ，１３ａ方向、または右側に配置した操作レ
バー１０の矢印１３ａ，１３ｂ方向）に揺動で
きる１本の操作レバー１０で、レバーの前後方
向、左右方向の操作にそれぞれ対応させた計２
系統のアクチユエータを操作する手段。

まず、従来の前記の(1)の例を第３図により説明
する。

方向制御弁１のスプール２はロツド１１の一端
部に連結されており、ロツド１１の他端部は支軸
３４を中心として揺動できる操作レバー１０の下
端部に連結されている。スプール２のロツド１１
と反対がわの端部には二つのばね受け７Ａ，７Ｂ
が結合されており、両ばね受け７Ａ，７Ｂ間には
スプール２を中立位置に復帰させ、かつ、中立位
置を保持させる保持力を設定するばね８が取付け
られており、それらはカバー６で囲まれている。
スプール２のまわりにおける方向制御弁１の弁本
体の端部にはパツキン９が設けられている。方向
制御弁１のポートは主回路用油圧ポンプ４、アク
チユエータ（油圧シリンダ）３、油タンク５につ
らねられている。

操作レバー１０を矢印１２ａ方向に引き、また
は矢印１２ｂ方向に押すと、ロツド１１を介して
スプール２がばね８の力に抗して変位し、アクチ
ユエータ３の作動方向、作動速度が制御される。

図示はしないが、前記の(2)の場合も、操作レバ
ー１０の前後方向の操作に対しては第３図と同様
に構成され、左右方向の操作に対しては簡単なリ
ンク機構により、操作レバー１０の上端部の左右
方向の運動をレバー下端部の前後方向の運動に変
換するように構成される。

ここで、操作レバー１０の操作力について述べ
る。いま、ばね８によるばね力、パツキン９を主
とする摺動摩擦力、方向制御弁１を主回路の圧油
が通過することにより発生し、スプール２に作用
する流体的な力（フローフオース）などをすべて
含めたスプール操作力をＷ_V、操作レバー１０、
ロツド１１関係の継手部に働く摩擦力の操作レバ
ー下端位置における換算値をＷ_F、操作レバー１
０のレバー比をｉ_L、操作レバー１０の操作力を
Ｆとすれば、 Ｆ＝Ｗ_Ｖ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｆ／ｉ_Ｌ と表わされる。通常、Ｗ_V，Ｗ_F，ｉ_Lは前後方向
操作における引き方向１２ａと押し方向１２ｂ、
あるいは左右方向操作における内側方向（第２図
の矢印１３ａ方向）と外側方向（第２図の矢印１
３ｂ方向）とでほぼ同等である。

このような状態で、実際に操縦者が操作する
と、押し方向より引き方向が重く、また、内側方
向より外側方向が重く感じられる。そこで人間工
学上から運転員の疲労を考慮すれば、レバー操作
力は、引き方向のそれを押し方向のそれより軽
く、また、外側方向のそれを内側方向のそれより
軽くするのが有利であるが、これは従来の装置で
は達成できない。

この考案は、操作レバーの前後方向操作での引
き方向、あるいは左右方向での外側方向の操作力
を軽く設定し得る方向制御弁の操作装置を提供す
ることを目的とするものである。

この考案は、油圧アクチユエータの作動方向お
よび速度を制御する方向制御弁と、方向制御弁の
スプールを摺動させる操作レバーと、操作レバー
を中立位置に復帰させ、かつ、中立位置を保持さ
せる保持力を設定するばねとを備えた油圧式建設
機械における方向制御弁の操作装置において、操
作レバーの前後方向操作での引き方向、あるいは
左右方向操作での外側方向の操作力のみを常に軽
くするための荷重付与機構を設置したことを特徴
とする。

つぎに、第４図に示すこの考案の一実施例につ
いて説明する。同図において第３図と同じものは
同じ符号で表わしてある。

操作レバー１０の支軸３４と下端部との間に
は、操作レバー１０の操作方向１２ａ，１２ｂの
うちの引き方向１２ａにばね力が作用するように
予め張力を持たせた引張ばね１４の一端が連結さ
れており、引張ばね１４の他端は固定部に連結さ
れている。

ここで引張ばね１４のばね荷重をＷ_S、引張ば
ね１４の着力点に関するレバー比をｉ_Sとし、ま
た、前記のように方向制御弁１のスプール操作力
をＷ_V、操作レバー１０、ロツド１１関係の継手
部に働く摩擦力の操作レバー下端位置における換
算値をＷ_F、操作レバー１０のレバー比をｉ_Lとす
れば、第４図の操作方向１２ａ，１２ｂにおける
操作力Fa、Fbはそれぞれ Fa＝Ｗ_Ｖ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｆ／ｉ_Ｌ−Ｗ_Ｓ／ｉ_Ｓ Fb＝Ｗ_Ｖ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｆ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｓ／ｉ_Ｓ となり、FaとFbとの差２×Ｗ_Ｓ／ｉ_ＳだけFa、すな わち１２ａ方向の操作力が軽くなる。

図示はしないが、ロツド１１に圧縮ばねを予め
撓めて設置し、あるいは方向制御弁１に圧縮ばね
を設置して同様に荷重を与えることができる。

第５図は油圧サーボ機構をそなえた方向制御弁
にこの考案を実施した実施例を示す。同図におい
て、第４図と同じものは同じ符号で表わしてあ
る。

サーボ機構を構成する本体１８のポートは、補
助回路用の油圧ポンプ１５と油タンク１７とに接
続されており、油圧ポンプ１５の吐出側にはリリ
ーフ弁１６が設けられ、油タンク１７への戻り配
管の途中には背圧制御用のリリーフ弁３３が設け
られている。操作レバー１０の下端部には入力ロ
ツド１９の一端部が連結されており、入力ロツド
１９の他端部側は方向制御弁１のスプール２に連
結した出力ロツド２０の軸方向の穴に挿入されて
いる。入力ロツド１９は本体１８に結合した軸受
２１により支えられており、軸受２１の内周壁部
にはパツキン３２が設けられている。入力ロツド
１９の出力ロツド２０側の部分には通路２８が設
けられており、出力ロツド２０には入力ロツド１
９に対してオリフイス２９，３０を形成する穴が
設けられている。出力ロツド２０の左端のフラン
ジ部と軸受２１との間には圧力室２７が形成さ
れ、本体１８内の環状突出壁１８ａと出力ロツド
２０のフランジ部との間には室２５が形成され、
環状突出壁１８ａと本体１８の内周壁との間には
室２６が形成され、入力ロツド１９の右端面と出
力ロツド２０の軸方向の穴の底壁面部との間には
室３１が形成されている。室２５には油圧ポンプ
１５からの圧油が導かれる。

軸受２１にはカバー２４が固定されており、そ
の中には入力ロツド１９に結合させたばね受け２
３Ａ，２３Ｂと両ばね受け間に取付けたばね２２
がおさめられている。

入力ロツド１９はばね２２により中立位置に保
持される。この時、出力ロツド２０は室２５の供
給油圧により左向きの力を受けて左方に変位しよ
うとするが、その結果オリフイス３０が閉じ、オ
リフイス２９が開くので室２７には室２５からの
圧油が導かれ、室２７の圧力が上昇し、出力ロツ
ドに対して右向きの力を与える。この右向きの力
が前記の左向きの力より大きくなると、出力ロツ
ド２０は右方に変位しようとするが、その結果オ
リフイス２９が閉じ、オリフイス３０が開くの
で、室２７の圧油は通路２８、オリフイス３０、
室２６を経て油タンク１７に排出され、室２７の
圧力が下降し、右向きの力が減少する。このよう
にして、結局両 オリフイス２９，３０が閉じた
位置（図示の位置）で左右両方向の力が平衡し、
出力ロツド２０が静止することになる。

アクチユエータ３を作動させるため、操作レバ
ー１０をたとえば矢印１２ａ方向に揺動させる
と、入力ロツド１９が左方に移動し、オリフイス
２９は閉じたままでオリフイス３０が開くので、
室２７の圧油は通路２８、オリフイス３０、室２
６を経て油タンク１７に排出させられ、圧力が低
下する。これにより、出力ロツド２０に働く油圧
力は平衡がくずれて左向きの力が大きくなり、出
力ロツド２０は左方に移動する。同時に出力ロツ
ド２０に連結された方向制御弁１のスプール２も
左方に移動する。最終的には両オリフイス２９，
３０が閉じる位置まで出力ロツド２０が移動して
出力ロツド２０に作用する左右方向の油圧力と、
スプール２を移動させるために必要な荷重とが平
衡するように室２７の圧力が定められ、出力ロツ
ド２０およびスプール２が静止する。

上記のように、第５図に示す油圧サーボ機構で
は、オリフイス２９，３０の開閉動作により、常
に出力ロツド２０に働く左右両方向の油圧力とス
プール２による力とが平衡するように室２７の圧
力が制御され、入力ロツド１９と出力ロツド２０
とは、オリフイス２９，３０が双方とも閉じた図
示の相対位置関係を保持する。すなわち、出力ロ
ツド２０は油圧力により入力ロツド１９に常に追
随して変位することになり、入力ロツド１９には
スプール２を操作するための力は伝わらない。

そこで、入力ロツド１９を操作するために必要
な力は、ばね２２によるばね力、パツキン３２を
主とする摺動摩擦力、オリフイス２９，３０を圧
油が通過することにより発生して入力ロツド１９
に作用する流体的な力（フローフオース）の三者
を合計した力（Ｗ_V′とする）と、室３１の圧力が
入力ロツド１９の端面に作用することにより発生
する力（Ｗ_Pとする）とを加えたものになる。室
３１の圧力をＰ、入力ロツド１９端面の受圧面積
をＡとすればＷ_P＝Ａ×Ｐである。

したがつて、前記と同様に、レバー関係の継手
部に働く摩擦力の操作レバー下端位置における換
算値をＷ_F、レバー比をｉ_Lとすれば、第５図にお
ける矢印１２ａ，１２ｂ方向の操作力Fa，Fbは
それぞれ Fa＝Ｗ_Ｖ′／ｉ_Ｌ−Ｗ_Ｐ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｆ／ｉ_Ｌ Fb＝Ｗ_Ｖ′／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｐ／ｉ_Ｌ＋Ｗ_Ｆ／ｉ_Ｌ となり、FaとFbとの差２×Ｗ_Ｐ／ｉ_ＬだけFa、すなわ ち１２ａ方向の操作力が軽くなる。

しかし、操作力を上記のように重くしない通常
のサーボ機構では、リリーフ弁３３は設けられて
いないので、室３１の圧力はタンク圧、すなわち
大気圧にほぼ等しく、Ｗ_Pは無視できる程度に小
さい。この考案の実施例では、リリーフ弁３３に
より、室３１の圧力を任意の一定値に保持し、力
Ｗ_Pを任意に設定することができる。

また、図示はしないが、油タンク１７を密閉構
造とし、同タンク内を加圧する構造でも室３１の
圧力を任意の一定値に保持することもできる。

なお、この考案の実施例では、操作力を軽くし
たい側に操作レバーを操作したときにその操作力
を軽くする荷重付与機構を設置するように説明し
たが、逆に前後方向操作での押し方向あるいは左
右方向操作での内側方向に操作レバーを操作した
ときにその操作力を重くする荷重付与機構を設置
してもその作用、効果は変らないことはもちろん
である。

以上説明したこの考案によれば、操作レバーの
操作方向により操作力を変え得ることから、前後
操作方向での引き方向、あるいは左右操作方向で
の外側方向の操作力を軽くし、操縦者の疲労を軽
減できる。特にレバー操作力が小さい場合に効果
が大きい。また、操作レバーを傾けて設置する場
合、レバー重心の水平位置が支点から離れ、レバ
ー自重による影響が生じ、さらにパツキンの摩擦
力等が加わりレバーが中立位置復帰用ばねによる
ばね力では中立位置に復帰できない状態が生じる
が、このレバー自重をこの考案の荷重付与機構に
より補償することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は操作レバーの操作方向を平面
図により示す説明図、第３図は従来の方向制御弁
の操作装置の一例を示す側面図、第４図はこの考
案の一実施例を示す側面図、第５図はこの考案の
他の実施例を示す断面側面図である。 １……方向制御弁、２……スプール、３……ア
クチユエータ、４……油圧ポンプ、５……油タン
ク、７Ａ，７Ｂ……ばね受け、８……ばね、１４
……引張ばね、１５……補助回路用油圧ポンプ、
１６……リリーフ弁、１７……油タンク、１８…
…本体、１９……入力ロツド、２０……出力ロツ
ド、２２……ばね、２３Ａ，２３Ｂ……ばね受
け、２９……オリフイス、３０……オリフイス、
３３……リリーフ弁、３４……支軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 油圧アクチユエータの作動方向および速度を制
   御する方向制御弁と、方向制御弁のスプールを摺
   動させる操作レバーと、操作レバーを中立位置に
   復帰させ、かつ、中立位置を保持させる保持力を
   設定するばねとを備えた油圧式建設機械における
   方向制御弁の操作装置において、操作レバーの前
   後方向操作での引き方向、あるいは左右方向操作
   での外側方向の操作力のみを常に軽くするための
   荷重付与機構を設置したことを特徴とする方向制
   御弁の操作装置。