JP3609012B2 - 油圧アクチュエータシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータによって動作する油圧機器の被動作部の動作を制御するとともに、この被動作部を重力に抗して停止させることができる油圧アクチュエータシステムに関し、さらに詳しくは、たとえば油圧ショベルのアームやブームを、停止状態において自重で動作しないように確実に停止させる油圧アクチュエータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、参考例の油圧アクチュエータシステム１を示す図である。油圧ショベルのアームやブームなどの被動作部２の動作は、この被動作部２の駆動源である油圧シリンダ５への圧油の流れ方向を切換弁３で切換えることによって制御される。また、この被動作部２を停止させるときには、油圧シリンダ５への圧油の給排を切換弁３で停止する。この被動作部２の停止状態において、被動作部２はその自重によって油圧シリンダ５のピストンロッド１１を押し下げる方向に押圧する。したがって、この押圧力によって、油圧シリンダ５と切換弁３との間の油流路１２に保持されている圧油は、切換弁３のスプール孔１０とスプール９との間の僅かな間隙から漏れ出して圧油タンク１７に戻るおそれがあるため、この従来技術の油圧アクチュエータシステム１では、油圧シリンダ５と切換弁３とを接続する油流路１２とシリンダ側ポート１６との間にロック弁４を介在させ、被動作部２を停止させるときには、このロック弁４を閉じて、油流路１２とシリンダ側ポート１６との間の圧油の移動を阻止する。したがって被動作部２の自重によって、油圧シリンダ５および油流路１２内の圧油が、切換弁３側に戻ることが確実に防止され、被動作部２の停止時に、この被動作部２が自重によって動くことが防がれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ロック弁４は、挿通孔８が形成されたハウジング７と、この挿通孔８内に摺動自在に装着される弁体１３とによって構成される。この弁体１３が弁座１４に着座することによって、油流路１２とシリンダ側ポート１６との間で圧油の移動が阻止されて被動作部２が停止し、弁体１３が弁座１４から離反することによって、油流路１２とシリンダ側ポート１６との間で圧油が移動可能になり、被動作部２の動作が可能となる。この油圧アクチュエータシステム１では、被動作部２の停止時に被動作部２の自重によって、油圧シリンダ５、油圧流路１２および圧油室１５内の圧油の圧力が上昇し、たとえば７０〜３５０ｋｇ／ｃｍ^２程度にまで上昇する。したがって、弁体１３が弁座１４から離反したとき、この油圧シリンダ５、油流路１２および圧油室１５内の高圧力の圧油が切換弁３側に急に流れ、これによって瞬間的な圧力降下が生じ、このときの衝撃が油流路内を伝わって、たとえば「ゴツン」という衝撃音が発生する。したがって、油圧ショベルのオペレータが、ゆっくり操作しているにも拘わらず衝撃音がするため、油圧ショベルが故障するのではないかと心配する。
【０００４】
したがって本発明の目的は、被動作部の停止状態を解除したとき、衝撃音が発生することを防止することができる油圧アクチュエータシステムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、油圧アクチュエータへの圧油の給排の動作位置および停止位置を切換える第１切換弁５３と、油圧アクチュエータおよび切換弁を接続する油流路に介在され、油流路を開放および遮断するロック弁５４とを有し、
油圧アクチュエータによって動作する油圧機器の被動作部を重力に抗して停止させるとき、第１切換弁５３を停止位置に切換えるとともに、ロック弁５４を閉じて油流路を遮断し、
被動作部を動作させるとき、第１切換弁５３を動作位置に切換えるとともに、ロック弁を開いて油流路を開放する油圧アクチュエータシステムにおいて、
前記ロック弁は、
（ａ）ハウジング５７であって、このハウジング５７には、
軸線７３を有する挿通孔７４と、
挿通孔７４の前記軸線７３と同一直線上に軸線を有し、円筒状である弁孔８１が形成される弁座６４と、
挿通孔７４の一端部と弁座６４との間に設けられ、油圧アクチュエータに接続される第１油圧室７６と、
挿通孔７４に関して第１油圧室７６とは反対側に設けられる第２油圧室７７とが、形成されるハウジング５７と、
（ｂ）弁体６３であって、
挿通孔７４に前記軸線７３と同軸に嵌装され、前記軸線７３に沿って摺動可能であり、一端部が第１油圧室７６に臨み、他端部が第２油圧室７７に臨む円柱状の基部８２と、
基部８２の前記一端部に連なり、第１油圧室７６内に配置され、弁座６４に着座するシート面９１を有する算盤玉状の着座部８３と、
着座部８３の基部８２とは反対側の端部に連なり、弁孔８１に挿通され、弁孔８１との間に絞りとして機能する円環状の間隙９３を形成する円柱状の突部８４とを有する弁体６３と、
（ｃ）前記基部８２を弁座６４に向けて押圧するばね部材９５とを有し、
（ｄ）弁体６３のシート面９１が弁座６４に着座している状態における弁体６３の第１油圧室７６に臨む第１油圧室側受圧面は、第２油圧室７７に臨む第２油圧室側受圧面８９，９０よりも円環状の領域９７の面積差だけ小さく構成され、
第２切換弁７９が設けられ、この第２切換弁７９は、
第１および第２油圧室７６，７７を接続する第１位置と、
第１油圧室７６を遮断し、第２油圧室７７をタンク６７に接続する第２位置とを、切換え可能に有し、
前記被動作部の停止状態を解除するとき、前記第１切換弁５３を動作位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第１位置から第２位置に切換えて、前記弁体を前記弁座から離反する方向に移動させ、弁座と突部との間の間隙を介して圧油を給排することを特徴とする油圧アクチュエータシステムである。
【０００６】
本発明に従えば、油圧アクチュエータによって動作する油圧機器の被動作部を重力に抗して停止させるとき、第１切換弁を停止位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第１位置とし、油圧アクチュエータへの圧油の給排を停止する。ロック弁の弁体は、弁座に着座し、油圧アクチュエータと第１切換弁との間で圧油の移動が阻止される。したがって、油圧アクチュエータとロック弁との間の圧油が漏れることなく保持され、被動作部は重力に抗して確実に停止する。なお、弁体の先端部に設けられた円柱状の突部は、弁座の円筒状の弁孔内に挿通される。
【０００７】
被動作部を動作させるとき、第１切換弁を動作位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第２位置とし、油圧アクチュエータへの圧油の給排を可能な状態にする。弁座に着座している弁体は、弁座から離反する。したがって、被動作部の動作開始時には、油圧アクチュエータには、弁座と突部との間の僅かな間隙が円環状の絞りとして機能し、少量ずつ圧油が給排されることになる。つまり被動作部の停止時に、油圧アクチュエータと切換弁との間に保持されていた圧油は、僅かな間隙を通ってゆっくりと移動することになるので、瞬間的な圧力降下が防止され、これによって衝撃音の発生が阻止される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して、本発明の油圧アクチュエータシステム５１について説明する。図１は、本発明の実施の一形態の油圧アクチュエータシステム５１の全体の構成を示す図であり、図２は図１の仮想線で囲まれる領域６８を拡大して示す図であり、図３は図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。油圧アクチュエータシステム５１は、油圧ショベルのアームやブームなどの被動作部５２を駆動する油圧アクチュエータである油圧シリンダ５５への圧油の給排および停止を制御する第１切換弁５３と、この第１切換弁５３と油圧シリンダ５５との間に介在されるロック弁５４とを含んで構成される。
【０００９】
第１切換弁５３は、３位置３ポート切換弁であって、ハウジング５７に形成されるスプール孔６０と、このスプール孔６０内に摺動自在に嵌装されるスプール５９とによって構成され、スプール５９はスプール孔６０の第１軸線７２に同軸に設けられる。このハウジング５７には、スプール孔６０に臨んで開口するポンプ側ポート７０と、シリンダ側ポート７５と、タンク側ポート７１とが、第１軸線７２に沿って、一方側（図１の左方）から他方側（図１の右方）に、この順番で形成される。このポンプ側ポート７０に油圧ポンプ６９が接続され、タンク側ポート７１に圧油タンク６７が接続される。
【００１０】
ロック弁５４は、弁体６３と、ハウジング５７に形成され、上記第１軸線７２に直交する第２軸線７３を有する挿通孔７４とを有し、弁体６３が挿通孔７４に同軸に、摺動自在に嵌装される。
【００１１】
上記挿通孔７４の第２軸線７３方向一方側（図１の下方）には、小径の短円筒状の弁孔８１が連なる。またハウジング５７には、上記挿通孔７４に臨んで開口する第１圧油室７６と第２圧油室７７とが、第２軸線７３に沿って一方側（図１の下方）から他方側（図１の上方）に、この順番で形成される。この第１圧油室７６と第２圧油室７７とが、図２に示す油流路７８および２位置３ポート切換弁７９（以下、第２切換弁７９と称する）を介して接続され、さらに第１圧油室７６は、油流路６６を介して油圧シリンダ５５のシリンダ室８０に接続される。なお、図１では第２切換弁７９は省略して示している。
【００１２】
上記第１圧油室７６の第２軸線７３方向一方側（図１の下方）の壁面に形成される段差が、弁座６４として機能する。すなわち、上記の挿通孔７４側に、弁孔８１が形成された弁座６４が設けられる。
【００１３】
図２に示すように、弁体６３は、第２軸線７３方向一方側端部に、一方側（図２の下方）になるに連れて先細となるテーパ面８５が形成された円柱状の基部８２と、この基部８２の一方側端部に連なる軸部８８と、この軸部８８の一方側端部に連なる算盤玉状の着座部８３と、この着座部８３の一方側端部に連なる円柱状の突部８４とによって構成される。
【００１４】
上記の弁体６３の基部８２は、挿通孔７４に、第２軸線７３に同軸に嵌装され、この第２軸線７３に沿って摺動可能である。この基部８２の凹所９６内には、ばね部材９５が装着され、このばね部材９５は基部８２を第２軸線７３方向一方側（図２の下方）に押圧する。なお上記第２圧油室７７は、基部８２の凹所９６内に臨んで開口する。また、基部８２のテーパ面８５側と、軸部８８と、着座部８３とは、第１圧油室７６内に配置される。また突部８４は、第２軸線７３と同軸に、かつ弁座６４と弁孔８１に臨むハウジング５７の壁面との間に円環状の僅かな間隙９３を開けた状態で、弁孔８１に挿通される。したがって弁孔８１は、前記軸線７３と同一直線上に軸線を有する。
【００１５】
図１に示すように、着座部８３の第２軸線７３方向下方側のシート面９１が、弁座６４に着座すると、第１切換弁５３のシリンダ側ポート７５と、ロック弁５４の第１圧油室７６との間で圧油の移動が阻止される。つまり、第１切換弁５３と油圧シリンダ５５とが遮断される。
【００１６】
上記弁体６３は、第１圧油室７６および第２圧油室７７内の圧油の圧力に基づいて、第２軸線７３に沿って摺動する。さらに詳しく述べると、第１圧油室７６内の圧油は基部８２の第２軸線７３方向下方側のテーパ面８５の円環状の領域９７に作用して、第１押圧力ｆ１で弁体６３を第２軸線７３方向他方側（図２の上方）に押圧する。第２圧油室７７内の圧油は、基部８２の真円状の第１受圧面８９と円環状の第２受圧面９０とに作用して、第２押圧力ｆ２で弁体６３を第２軸線７３方向一方側（図２の下方）に押圧する。つまり、上記の第１押圧力ｆ１と第２押圧力ｆ２との押圧力の差によって、弁体６３が第２軸線７３に沿って変位する。
【００１７】
つまり、第２切換弁７９が図２に示す第１位置にあるとき、第１圧油室７６と第２圧油室７７とが接続され、第１圧油室７６内の圧油が、第２圧油室７７に給送される。したがって、第１圧油室７６の圧力と第２圧油室７７の圧力とが等しくなるので、弁体６３のシート面９１が弁座６４に着座している状態における弁体６３の第１および第２油圧室７６，７７に臨む各受圧面の面積差によって、第２押圧力ｆ２が第１押圧力ｆ１よりも大きくなり、弁体６３は第２軸線７３方向一方側（図２の下方）に変位して、弁座６４に着座する。すなわち弁体６３のシート面９１が弁座６４に着座している状態における弁体６３の第１油圧室７６に臨む第１油圧室７６側受圧面は、第２油圧室７７に臨む第２油圧室７７側受圧面８９，９０よりも面積差９７だけ小さく構成される。このようにして、第１圧油室７６と第１切換弁５３とが遮断される。
【００１８】
また、第２切換弁７９が第２位置に切換えられると、第１圧油室７６と第２圧油室７７とが遮断され、第２圧油室７７と圧油タンク６７とが接続される。したがって、第２圧油室７７の圧力がタンク圧となるので、第１押圧力ｆ１が第２押圧力ｆ２よりも大きくなり、弁体６３は第２軸線７３方向他方側（図２の上方）に変位して、弁座６４から離反する。すると、第１圧油室７６とシリンダ側ポート７５とが、円環状の僅かな間隙９３を介して連通し、油圧シリンダ５５と第１切換弁５３との間で圧油の移動が可能となる。
【００１９】
次に、油圧アクチュエータシステム５１の動作について説明する。被動作部５２を重力に抗して停止させるとき、第１切換弁５３を停止位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第１位置に切換える。すると、ポンプ側ポート７０およびタンク側ポート７１と、シリンダ側ポート７５とが遮断される。さらに、第１圧油室７６と第２圧油室７７とが接続されるので、第１圧油室７６内の圧油が第２圧油室７７に送られる。したがって、第１圧油室７６と第２圧油室７７との圧力が等しくなり、第２押圧力ｆ２が第１押圧力ｆ１に打ち勝って、弁体６３は第２軸線７３方向一方側（図２の下方）に移動する。これによって、弁体６３の着座部８３のシート面８７が弁座６４に着座し、第１切換弁５３と油圧シリンダ５５との間で圧油の移動が阻止される。したがって、油圧シリンダ５５、第１圧油室７６および第２圧油室７７内の圧油が漏れることなく保持され、被動作部５２は、重力に抗して確実に停止する。なお、図１および図２は、この被動作部５２の停止状態を示している。
【００２０】
被動作部５２を動作させるとき、特に被動作部５２を上昇させるとき、第１切換弁５３を動作位置である給送位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第２位置に切換える。すると、ポンプ側ポート７０とシリンダ側ポート７５とが、スプール５９の小径部９２（図１参照）を介して接続され、シリンダ側ポート７５とタンク側ポート７１とが遮断される。さらに、第１圧油室７６と第２圧油室７７とが遮断され、第２圧油室７７が圧油タンク６７に接続される。すなわち、第２圧油室７７内の圧油が、圧油タンク６７に排出され、第１押圧力ｆ１が第２押圧力ｆ２に打ち勝って、弁体６３は第２軸線７３方向他方側（図２の上方）に移動する。これによって、第１圧油室７６とシリンダ側ポート７５とが、突部８４と弁孔８１との間の僅かな間隙９３を介して、圧油が移動可能に連通する。したがって、この僅かな間隙９３が絞りとして機能するので、油圧ポンプ６９から給送された圧油は、間隙９３、第１圧油室７６および油流路６６を介して、ゆっくりと少量ずつ油圧シリンダ８０に給送される。このようにして、被動作部５２を停止状態から上昇させたとき、急に圧油を給送することに起因する「ゴツン」という衝撃音の発生を防止できる。
【００２１】
被動作部５２を動作させるとき、特に被動作部５２を下降させるとき、第１切換弁５３を動作位置である排出位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第２位置に切換える。すると、タンク側ポート７１とシリンダ側ポート７５とが、スプール５９の小径部９２（図１参照）を介して接続され、シリンダ側ポート７５とポンプ側ポート７０とが遮断される。さらに、第１圧油室７６と第２圧油室７７とが遮断され、第２圧油室７７が圧油タンク６７に接続される。すなわち、第２圧油室７７内の圧油が圧油タンク６７に排出され、第１押圧力ｆ１が第２押圧力ｆ２に打ち勝って、弁体６３は第２軸線７３方向他方側（図２の上方）に移動する。これによって、第１圧油室７６とシリンダ側ポート７５とが、突部８４と弁孔８１との間の僅かな間隙９３を介して、圧油が移動可能に連通する。したがって、この僅かな間隙９３が絞りとして機能するので、油圧シリンダ８０から排出される圧油は、油流路６６、第１圧油室７６および間隙９３を介して、ゆっくりと少量ずつ圧油タンク６７に排出される。このようにして、被動作部５２を停止状態から下降させたとき、急に圧油が排出されることに起因する「ゴツン」という衝撃音の発生を防止できる。
【００２２】
上述したように、本発明の油圧アクチュエータシステム５１は、弁体６３の着座部８３に連なって円柱状の突部８４を形成するだけの簡単な構成で、衝撃音の発生を防止することができる。したがって、部品点数がほとんど増加することがなく、コストの増加も抑えて、衝撃音の発生を防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧アクチュエータによって動作する油圧機器の被動作部を重力に抗して停止させるとき、第１切換弁を停止位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第１位置とし、ロック弁の弁体を弁座に着座させて、油圧アクチュエータと第１切換弁との間で圧油の移動を阻止する。したがって、油圧アクチュエータとロック弁との間で圧油が漏れることなく保持され、被動作部は重力に抗して確実に停止する。被動作部を動作させるとき、第１切換弁を動作位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第２位置とし、ロック弁の弁座に着座している弁体を弁座から離反させる。すると、被動作部の動作開始時には、油圧アクチュエータには、弁座と突部との間の僅かな間隙を通過して、少量ずつ圧油が給排され、瞬間的な圧力降下が防止される。これによって衝撃音の発生が阻止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の油圧アクチュエータシステム５１の全体の構成を示す図である。
【図２】図１の仮想線で囲まれる領域６８を拡大して示す図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】参考例の油圧アクチュエータシステム１を示す図である。
【符号の説明】
５１ 油圧アクチュエータシステム
５２ 被動作部
５３ 第１切換弁
５４ ロック弁
５５ 油圧シリンダ
６３ 弁体
６４ 弁座
７４ 挿通孔
８１ 弁孔
８３ 突部
９３ 間隙

Claims (1)

1. 油圧アクチュエータへの圧油の給排の動作位置および停止位置を切換える第１切換弁５３と、油圧アクチュエータおよび切換弁を接続する油流路に介在され、油流路を開放および遮断するロック弁５４とを有し、
   油圧アクチュエータによって動作する油圧機器の被動作部を重力に抗して停止させるとき、第１切換弁５３を停止位置に切換えるとともに、ロック弁５４を閉じて油流路を遮断し、
   被動作部を動作させるとき、第１切換弁５３を動作位置に切換えるとともに、ロック弁を開いて油流路を開放する油圧アクチュエータシステムにおいて、
   前記ロック弁は、
   （ａ）ハウジング５７であって、このハウジング５７には、
   軸線７３を有する挿通孔７４と、
   挿通孔７４の前記軸線７３と同一直線上に軸線を有し、円筒状である弁孔８１が形成される弁座６４と、
   挿通孔７４の一端部と弁座６４との間に設けられ、油圧アクチュエータに接続される第１油圧室７６と、
   挿通孔７４に関して第１油圧室７６とは反対側に設けられる第２油圧室７７とが、形成されるハウジング５７と、
   （ｂ）弁体６３であって、
   挿通孔７４に前記軸線７３と同軸に嵌装され、前記軸線７３に沿って摺動可能であり、一端部が第１油圧室７６に臨み、他端部が第２油圧室７７に臨む円柱状の基部８２と、
   基部８２の前記一端部に連なり、第１油圧室７６内に配置され、弁座６４に着座するシート面９１を有する算盤玉状の着座部８３と、
   着座部８３の基部８２とは反対側の端部に連なり、弁孔８１に挿通され、弁孔８１との間に絞りとして機能する円環状の間隙９３を形成する円柱状の突部８４とを有する弁体６３と、
   （ｃ）前記基部８２を弁座６４に向けて押圧するばね部材９５とを有し、
   （ｄ）弁体６３のシート面９１が弁座６４に着座している状態における弁体６３の第１油圧室７６に臨む第１油圧室側受圧面は、第２油圧室７７に臨む第２油圧室側受圧面８９，９０よりも円環状の領域９７の面積差だけ小さく構成され、
   第２切換弁７９が設けられ、この第２切換弁７９は、
   第１および第２油圧室７６，７７を接続する第１位置と、
   第１油圧室７６を遮断し、第２油圧室７７をタンク６７に接続する第２位置とを、切換え可能に有し、
   前記被動作部の停止状態を解除するとき、前記第１切換弁５３を動作位置に切換えるとともに、第２切換弁７９を第１位置から第２位置に切換えて、前記弁体を前記弁座から離反する方向に移動させ、弁座と突部との間の間隙を介して圧油を給排することを特徴とする油圧アクチュエータシステム。

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