(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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。
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【発明の効果】
【0014】
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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
(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。
【0047】
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。