(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
大径のスプールを組み込んだスプール弁と、小径のスプールを組み込んだスプール弁とを用いた弁装置として、特許文献1に記載されたものが従来から知られている。この種の弁装置が異径のスプールを用いたのは、次の理由からである。
例えば、ブームシリンダやアームシリンダのように初期動作から継続動作にかけて大きな力を必要とするとともに慣性力が小さいアクチュエータの場合には、作動流体の供給過程での圧力損失を極力小さくすることが望まれる。したがって、このような場合には、スプール弁のスプール径を相対的に大きくする必要がある。
また、走行モータや旋回モータのように初期の駆動力が発揮されれば、それ以後は大きな慣性力で動作を継続するものについては、作動流体の供給過程での圧力損失は、それほど問題にならない。
【0003】
一方、すべてのスプール弁のスプール径を大きくしてしまうと、弁装置全体が大型化するとともに、コスト的にも不利になるので、それは望まれない。
そこで、圧力損失を問題にするアクチュエータを制御するスプール弁のスプール径を、圧力損失がそれほど問題にならないアクチュエータを制御するスプール弁のスプール径よりも相対的に大きくし、弁装置の大型化及びコストアップを極力抑えながら、圧力損失を小さくする方策が採られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のようにスプール径が大小2種類のスプール弁を混在させた弁装置において、それらスプール弁に導くパイロット圧の圧力源を共通化すると、操作レバーの操作量が同じときでも、言い換えると、パイロット圧が同じときでも、大径のスプールの推力が小径のスプールの推力よりも大きくなってしまう。
このようにパイロット圧が同じであるにもかかわらず、スプールの切り換え量が異なると、オペレータの操作感を惑わすことになる。
【0006】
例えば、スプールに形成したノッチは、径を異にしたいずれのスプールにおいても、そのストロークに対する開口域を同じにするのが通常である。なぜなら、ノッチの開度を制御するインチング操作は、オペレータの微妙な操作感に頼るので、操作レバーの操作量でオペレータが想定したアクチュエータに対する流量特性が相違すると、思い通りの操作ができなくなるからである。
したがって、ノッチの開口域を越えたスプールのストローク位置における圧力損失を考慮してスプール径を大きくしたとしても、操作レバーの操作量と各スプール弁のスプールのストロークとは同じにしなければならない。しかし、上記従来の弁装置は、操作レバーの操作量と各スプール弁のスプールのストロークとを同じにするという対策がされていなかったので、オペレータの操作感を惑わしてしまうという問題があった。
【0007】
また、小径のスプールを用いたスプール弁と、大径のスプールを用いたスプール弁とを用いながら、極力部品の共通化を図るのが、コスト的に有利になるが、従来は、部品の共通化というテーマが達成されていなかった。そのために、異径のスプールを用いたときのコストが上昇するという問題もあった。
この発明の目的は、スプール径が異なるスプール弁を混在させたときにも、オペレータの操作感を惑わすことがなく、しかも、コスト的にも有利な弁装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は、複数のスプール弁を備え、これらスプール弁のボディには、端部をパイロット室に臨ませたスプールを摺動自在に組み込んでいる。そして、これらスプールには、当該スプールを中立位置に保つコイルスプリングのばね力を作用させる。さらに、複数の上記スプール弁のうち、大径のスプールを組み込んだ第2スプール弁と、上記大径のスプールより小径に形成されたスプールを組み込んだ第1スプール弁とを備え、上記第1,2スプール弁の上記パイロット室に導くパイロット圧の圧力源を共通化している。
【0009】
上記弁装置において、第1の発明は、上記第2スプール弁の上記コイルスプリングのばね定数を、上記第1スプール弁の上記コイルスプリングのばね定数よりも大きくし、同じパイロット圧に対して、上記
第2スプール弁の大径のスプールと上記
第1スプール弁の小径のスプールとの推力を同じにしている。
【0010】
第2の発明は、上記各スプール弁のスプールの端部にはスプールエンドを連接し、このスプールエンドを、上記各スプール弁のボディに連接したキャップ内に設けるとともに、上記スプールエンドには一対のスプリングシートが介装され、これらスプリングシート間に上記コイルスプリングを介在
させている。そして、第2スプール弁は、上記スプリングシートで保持できる範囲内で当該コイルスプリングのコイル径を、上記第1スプール弁の上記コイルスプリングのコイル径よりも大きくし、第2スプール弁のコイルスプリングのばね定数を、第1スプール弁のコイルスプリングのばね定数よりも大きくしている。
【0011】
第3の発明は、
上記各スプール弁の上記スプールの端部にはスプールエンドを連接している。そして、上記第2スプール弁
は、パイロット室に臨ませるスプール端に
、キャップ方向に突出するとともに外径をスプールエンドと同じにした凸部を設け、この凸部にスプールエンドを連結して、上記凸部の突出量分だけ上記キャップ内におけるスプールエンドの長さを見かけ上長くしている。また、上記凸部を含めたスプールエンドに上記一対のスプリングシートを介装するとともに、これら両スプリングシート間に上記コイルスプリングを介在させて、上記コイルスプリングの長さを、第1スプール弁のコイルスプリングの長さよりも長くし、上記第2スプール弁のコイルスプリングのばね定数を、上記第1スプール弁のコイルスプリングのばね定数よりも大きくしている。
【0012】
第4の発明は、上記第1スプール弁のキャップの外径と、上記第2スプール弁のキャップの外径とを、同じにしている。
【発明の効果】
【0013】
第1の発明の弁装置によれば、第2スプール弁に設けたコイルスプリングは、第1スプール弁に設けたコイルスプリングよりも、そのばね定数を大きくしたので、それら両スプール弁間で、操作レバーの操作量とスプール弁のスプールストローク位置とが同じになる。すなわち、大径のスプールを用いたスプール弁は、パイロット圧が作用したとき、スプールを大径にした分、スプールの推力が大きくなるが、スプールの推力に抗するばね力を発揮するコイルスプリングのばね定数を大きくしているので、その推力の増大をキャンセルすることができる。
したがって、第2スプール弁と第1スプール弁とで、パイロット圧が同じなら、大径のスプールと小径のスプールとの推力を同じに保つことができる。このように同一のパイロット圧に対してスプールの推力が同じになるので、オペレータの操作レバーの操作感、特に、インチング操作時の操作に違和感を与えることはない。
【0014】
第2の発明によれば、第
2スプール弁は、上記コイルスプリングのコイル径を、第1スプール弁のコイルスプリングのコイル径よりも大きくして、そのばね定数を大きくしている。しかも、このコイルスプリングのコイル径は、上記のように共通化したスプリングシートで保持できる範囲に維持しているので、径の異なるスプールに対して、スプリングシートを共通化でき、その分、コストダウンを図ることができる。
【0015】
第3の発明によれば、第
2スプール弁のパイロット室におけるスプールエンドの見かけ上の長さを長くしてスプリング長を長くできるようにしたので、例えば、コイルスプリングのコイル径を大きくし、かつ、巻き数を少なくしながら、スプリング長を長くすれば、容易にばね定数を大きくできる。また、第2の発明のコイルスプリングのコイル径を大きくすることと相まって、ばね定数の調整幅が広くなるので、設計の自由度も大きくなる。
【0016】
第4の発明によれば、第2スプール弁と、第1スプール弁とで、キャップの外径を同じもしくはほぼ同じにしたので、これらキャップとボディとの間をシールする例えばOリングを共通化できる。このようにシールを共通化できるので、その分、コストダウンが図れる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図示の実施形態は、ボディ1に小径のスプール2を組み込んだ第1スプール弁V1と、ボディ3に大径のスプール4を組み込んだ第2スプール弁V2とを備えるとともに、これら第1,2スプール弁V1,V2のボディ1,3を連接している。
【0019】
上記第1スプール弁V1は、小径のスプール2の一方の端部に、スプール2とその軸中心を一致させたスプールエンド5を設けるとともに、このスプールエンド5を設けた一方のスプール端を、一方のパイロット室6を構成するキャップ7に臨ませ、他方のスプール端を、他方のパイロット室8を構成する別のキャップ9に臨ませている。
【0020】
上記両キャップ7,9にはパイロットポート10,11を形成するとともに、これらパイロットポート10,11を、パイロット操作弁を介して圧力源に接続している。ただし、これらパイロット操作弁及び圧力源のいずれも図示していない。
そして、上記一方のキャップ7内に設けられ、スプール2と結合したスプールエンド5は、その先端に頭部5aを設けるとともに、この頭部5aがキャップ7内に形成した凹部7a内をストロークできるようにしている。
【0021】
また、上記スプールエンド5には、一対のスプリングシート12,13を摺動自在に設けるとともに、これらスプリングシート12,13間にはコイルスプリング14を介在させている。
上記のようにしたコイルスプリング14は、スプール2に対してセンタリングスプリングとして機能する。つまり、この実施形態では、コイルスプリング14の最伸長時に、一方のスプリングシート12がパイロット室6と凹部7aとの境界部分に形成された段部7bに圧接し、他方のスプリングシート13がボディ1の側面及びスプール2の端部2aに圧接して、スプール2を図示の中立位置に保つ。
【0022】
そして、一方のパイロットポート10からパイロット室6にパイロット圧が導かれると、スプール2はスプールエンド5とともに、図面右方向に移動する。このとき一方のスプリングシート12は頭部5aに押されてスプールエンド5とともに図面右方向に移動するが、他方のスプリングシート13はボディ1の側面に当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート12,13の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング14が撓んでばね力を発揮する。
【0023】
また、他方のパイロットポート11からパイロット室8にパイロット圧が導かれると、スプール2はスプールエンド5とともに、図面左方向に移動する。このとき他方のスプリングシート13はスプール2の上記端部2aに押されてスプールエンド5とともに図面左方向に移動するが、一方のスプリングシート12は段部7bに当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート12,13の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング14が撓んでばね力を発揮する。
なお、図中符号15,16は、キャップ7、9とボディ1との接触面をシールするOリングである。
【0024】
上記のようにしたスプール2が図示の中立位置にあるとき、図示していないポンプからの作動流体は中立流路17を経由して図示していないタンクに戻される。そして、スプール2が図面右方向に切り換わると、上記中立流路17が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路18及びチェック弁19を経由して中継通路20に導かれる。上記中継通路20に導かれた作動流体は第1環状溝21を経由して一方のアクチュエータポート22から図示していないアクチュエータに供給される。
このとき他方のアクチュエータポート23に導かれたアクチュエータからの戻り作動流体は、第3環状溝25を経由してタンク通路26に戻される。
【0025】
また、スプール2が上記とは反対方向である図面左方向に切り換わると、上記と同様にして上記中立流路17が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路18及びチェック弁19を経由して中継通路20に導かれる。上記中継通路20に導かれた作動流体は第2環状溝24を経由して他方のアクチュエータポート23から上記アクチュエータに供給される。
このとき一方のアクチュエータポート22に導かれたアクチュエータからの戻り流体は、第4環状溝27を経由してタンク通路26に戻される。
【0026】
上記第1スプール弁V1に連接した第2スプール弁V2は、バルブとしての基本的な構成は第1スプール弁V1と同じである。すなわち、スプール4が図示の中立位置にあるとき、上記ポンプからの作動流体は中立流路28を経由して上記タンクに戻される。そして、スプール4が図面右方向に切り換わると、上記中立流路28が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路29及びチェック弁30を経由して中継通路31に導かれる。
【0027】
上記中継通路31に導かれた作動流体は第5環状溝32を経由して一方のアクチュエータポート33から図示していないアクチュエータに供給される。
このとき他方のアクチュエータポート34に導かれたアクチュエータからの戻り流体は、第7環状溝36を経由してタンク通路37に戻される。
【0028】
また、スプール4が上記とは反対方向である図面左方向に切り換わると、上記と同様にして上記中立流路28が閉じられ、上記ポンプからの作動流体は、高圧通路29及びチェック弁30を経由して中継通路31に導かれる。上記中継通路31に導かれた作動流体は第6環状溝35を経由して他方のアクチュエータポート34から上記アクチュエータに供給される。
このとき一方のアクチュエータポート33に導かれたアクチュエータからの戻り流体は、第8環状溝38を経由してタンク通路37に戻される。
【0029】
上記のようにした第2スプール弁V2は第1スプール弁V1のスプール径よりも大きくしている。この第2スプール弁V2は、例えばパワーショベルにおいては、流量の多いブームシリンダあるいはアームシリンダ等を制御する切換弁として用いられる。
【0030】
上記ブームシリンダあるいはアームシリンダは慣性力が小さいので、作動流体の供給過程での圧力損失を極力小さくすることが望まれる。このような要請に応えるために、第2スプール弁V2のスプール4の径を相対的に大きくし、スプールストロークに対して、上記第5〜8環状溝32,35,36,38等と各ポートとの流路を相対的に拡大している。
【0031】
一方、スプール径を相対的に小さくした第1スプール弁V1は、上記パワーショベルにおいては、慣性力が大きい走行モータや旋回モー
タを制御する切換弁として用いられる。慣性力が大きな走行モータや旋回モータは、初期の駆動力が発揮されれば、それ以後は大きな慣性力で動作を継続するので、作動流体の供給過程での圧力損失はそれほど問題にならない。
【0032】
ただし、すべてのスプール弁のスプール径を大きくしてしまうと、弁装置全体が大型化するとともに、コスト的にも不利になるので、この実施形態のように、必要なスプール弁のスプール径を大きくし、それ以外のスプール弁のスプール径は相対的に小さくしている。
【0033】
上記のようにした第2スプール弁V2のスプール4の一方の端部に、スプール4と軸中心を一致させた凸部4aを設けている。なお、この実施形態においては凸部4aをスプール4と一体にしているが、当該スプール4の端部に別部材を連接して凸部4aとしてもよい。
【0034】
上記のようにした凸部4aには、スプール4と軸中心を一致させかつ上記凸部4aと外径を同じにしたスプールエンド39を連結している。そして、スプールエンド39を設けた一方のスプール端を、一方のパイロット室40を構成するキャップ41に臨ませ、他方のスプール端を、他方のパイロット室42を構成する別のキャップ43に臨ませている。
【0035】
上記両キャップ41,43にはパイロットポート44,45を形成するとともに、これらパイロットポート44,45を、パイロット操作弁を介して上記第1スプール弁V1と共通の圧力源に接続している。
そして、上記一方のキャップ41内に設けられ、スプール4と結合したスプールエンド39は、その先端に頭部39aを設けるとともに、この頭部39aがキャップ41内に形成した凹部41a内をストロークできるようにしている。
【0036】
また、上記スプールエンド39には、一方のスプリングシート46,47を摺動自在に設けるとともに、これらスプリングシート46,47間にはコイルスプリング48を介在させている。そして、このスプリング48のばね力で、一方のスプリングシート46を上記頭部39aに圧接させ、他方のスプリングシート47をボディ3の側面に圧接させる。なお、スプール4が、他方のスプリングシート47がボディ3の側面に圧接している図示の中立位置にあ
るとき、上記スプリングシート47が凸部4aに対応した位置を保持する。
【0037】
上記のようにしたコイルスプリング48は、第1スプール弁V1と同様にスプール4に対してセンタリングスプリングとして機能する。したがって、コイルスプリング48の最伸長時には、一方のスプリングシート46がパイロット室40と凹部41aの境界部分に形成された段部41bに圧接し、他方のスプリングシート47がボディ3の側面及びスプール4の端部4bに圧接して、スプール4を図示の中立位置に保つ。
【0038】
そして、一方のパイロットポート44からパイロット室40にパイロット圧が導かれると、スプール4はスプールエンド39とともに、図面右方向に移動する。このとき一方のスプリングシート46は頭部39aに押されてスプールエンド39とともに図面右方向に移動するが、他方のスプリングシート47はボディ3の側面に当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート46,47の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング48が撓んでばね力を発揮する。
【0039】
また、他方のパイロットポート45からパイロット室42にパイロット圧が導かれると、スプール4はスプールエンド39とともに、図面左方向に移動する。このとき他方のスプリングシート47はスプール4の上記端部4bに押されてスプールエンド39とともに図面左方向に移動するが、一方のスプリングシート46は段部41bに当接してその移動が規制される。したがって、両スプリングシート46,47の対向間隔が狭くなり、その分、コイルスプリング48が撓んでばね力を発揮する。
なお、図中符号49,50は、キャップ41,43とボディ3との接触面をシールするOリングである。
【0040】
上記のようにした第2スプール弁V2におけるスプールエンド39は、その頭部39aを含めた形状及び寸法のいずれも、第1スプール弁V1のスプールエンド5と同じにしている。しかし、第2スプール弁V2のスプールエンド39は、凸部4aに設けた分、パイロット室40における見かけ上の長さが、パイロット室6における上記スプールエンド5よりも長くなっている。そのために、このスプールエンド39が内部に設けられるキャップ41も、第1スプール弁V1のキャップ7よりも軸方向長さを長くしている。
【0041】
ただし、スプールエンド39の頭部39aがストロークする凹部41aの寸法は、第1スプール弁V1のキャップ7における凹部7aと同一にしている。したがって、第1,2スプール弁V1,V2のスプールエンド5と39のそれぞれを共通化できる。
【0042】
また、スプールエンド39を摺動するスプリングシート46,47も、第1スプール弁V1のスプリングシート12,13と同一寸法にしている。それにもかかわらず、この実施形態では、第2スプール弁V2のコイルスプリング48のコイル径を、第1スプール弁V1のコイルスプリング14のコイル径よりも大きくしている。
このようにスプリングシート12,13及び46,47の寸法を同じにしながら、第2スプール弁V2のコイルスプリング48のコイル径を大きくできたのは、第1スプール弁V1のコイルスプリング14のコイル径に対して、スプリングシート12,13の寸法に多少のゆとりを持たせているからである。
【0043】
したがって、コイルスプリング48のコイル径の拡大は、一対のスプリングシート46,47の寸法限界の範囲でコイル径を大きくしている。言い換えると、スプリングシート12,13と同一寸法にしたスプリングシート46,47で保持できる範囲内でコイルスプリング48を保持するようにしている。
【0044】
上記のようにスプリングシート12,13及び46,47を同一寸法にするとともに、コイルスプリング48は上記スプリングシート46,47で保持できる範囲でコイル径を大きくしたので、キャップ41の外径をキャップ7の外径と同じ
にできる。
このようにキャップ7,41の外径を同じにできるので、これらキャップ7,41とボディ1,3の側面とをシールするOリング15,49の寸法を同じにできる。したがって、それらOリング15,49を共通化でき、その分、コストダウンを図ることができる。
【0045】
また、第2スプール弁V2のパイロット室40におけるスプールエンド39の見かけ上の長さを長くしたので、一対のスプリングシート46,47の対向間隔を大きくでき、その分、コイルスプリング48の長さも長くできる。
このようにコイルスプリング48の長さを長くできるので、例えば、当該コイルスプリング48の巻き数を少なくしながら、スプリング長を長くすれば、容易にばね定数を大きくできる。また、コイルスプリング48のコイル径を大きくすることと相まって、ばね定数の調整幅が広くなるので、設計の自由度も大きくなる。
【0046】
上記のように第2スプール弁V2のコイルスプリング48のばね定数を大きくできるので、第1スプール弁V1のスプール2の外径よりも、第2スプール弁V2のスプール4の外径を大きくしたとしても、第2スプール弁V2コイルスプリング48のばね定数を調整することによって、同じパイロット圧の下でのスプール2,4の推力を同じにできる。
したがって、第1,2スプール弁V1,V2を切り換えるとき、操作レバーの操作量を同じにして、パイロット圧を同じにしたとき、第1,2スプール弁V1,V2の操作感も同じにすることができる。
【0047】
なお、スプールの外径を大きくした第2スプール弁V2は、操作レバーの操作量に対して、アクチュエータに供給される流量が多くなるが、そのことはオペレータに当該機器の特性としてあらかじめ伝えられるので、それは想定の範囲内のものとして操作感にそれほど大きな影響を及ぼさない。
しかし、スプール2,4に形成した図示していないノッチの開度を制御するいわゆるインチング操作のときには、オペレータに微妙な操作が要求されるので、操作感の相違は許されない。
【0048】
そこで、この実施形態では、スプール2,4のストロークに対して、スプール2,4に形成したノッチの開口域を同じにするとともに、スプール径を大きくした第2スプール弁V2のばね定数を大きくして、操作レバーの操作量が同じ時のスプール2,4の推力を同じにし、インチング操作においてもオペレータに違和感を与えないようにしている。
【0049】
なお、上記実施形態では、コイルスプリング48のばね定数を大きくするために、コイル径を大きくするとともにスプリング長も長くしたが、コイル径を大きくするか、あるいはスプリング長を長くするかのいずれか一つで対応することもできる。
ただし、コイル径とスプリング長の両方で対応した方が、ばね定数の調整範囲を広く取れるという利点がある。