カウンタバランス弁、ウインチ装置およびクレーン
【課題】カウンタバランス弁の弁特性の微妙な調整を可能とする。
【解決手段】カウンタバランス弁のばねが介装される油室２５に連通して、バルブボディ１１０に油室４１を形成し、油室４１にケーシング３１とスプール３２を収容する。ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間には、可変絞りとして環状通路４６を形成し、調節ねじ３５の操作によりスプール３２を移動することで、環状通路４６の長さＳ２を変更し、絞り量を調整する。
【解決手段】カウンタバランス弁のばねが介装される油室２５に連通して、バルブボディ１１０に油室４１を形成し、油室４１にケーシング３１とスプール３２を収容する。ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間には、可変絞りとして環状通路４６を形成し、調節ねじ３５の操作によりスプール３２を移動することで、環状通路４６の長さＳ２を変更し、絞り量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カウンタバランス弁、ウインチ装置およびクレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カウンタバランス弁のばね室からの戻り油管路に可変絞りを設け、この可変絞りの絞り量を調整することで、カウンタバランス弁の弁特性（応答性など）を変更するようにした回路が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の回路では、比例ソレノイドにより調整部材を軸方向に押圧し、調整部材とノズルとの間の軸方向の隙間を変化させて、絞り量を調整する。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１５９３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載のように調整部材とノズルとの間の軸方向の隙間を変化させる構成では、調整部材の移動量に対する絞りの変化量の割合が大きくなり、カウンタバランス弁の弁特性を微妙に調整することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるカウンタバランス弁は、油圧源からの圧油によって駆動する油圧アクチュエータの駆動回路に設けられるカウンタバランス弁であって、バルブボディ内の一端側に形成され、油圧源からの圧油が導かれる第１の油室と、第１の油室に対向してバルブボディ内の他端側に形成された第２の油室と、第２の油室に介装されたばねと、第１の油室と第２の油室とにそれぞれ作用する油圧力、およびばねの付勢力に応じてバルブボディ内を移動し、移動量に応じて戻り側管路の通路面積を増減する第１のスプールと、第２の油室からの圧油の排出量を制限する可変絞り手段とを備え、可変絞り手段は、第２の油室を低圧側に接続する環状通路と、環状通路の長さを可変として絞り量を可変とする通路長可変手段とを有することを特徴とする。
本発明によるウインチ装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油によりウインチドラムを駆動する油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する制御弁と、油圧モータの巻下げ駆動時の駆動圧が第１の油室に導かれる上記カウンタバランス弁とを備えることを特徴とする。
本発明によるクレーンは、上述のウインチ装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、環状通路の長さを可変として絞り量を変更するようにしたので、カウンタバランス弁の弁特性の微妙な調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図１６を参照して本発明によるカウンタバランス弁の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図であり、図６は、このウインチ装置が設けられるクレーンの側面図である。図６に示すようにクレーンは、走行体１０１と、旋回装置１０２を介して走行体１０１上に旋回可能に搭載された旋回体１０３と、旋回体１０３の先端部に起伏可能に取り付けられたブーム１０４とを有する。旋回体１０３には巻上ドラム１０５が搭載され、巻上ドラム１０５の駆動により巻上ロープ１０６が巻き取りまたは繰り出され、ブーム先端から吊り下げられたフック１０７を介して吊り荷が昇降する。
【０００８】
図１の油圧回路は、エンジン（不図示）により駆動される油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動する油圧モータ２と、油圧ポンプ１から油圧モータ２への圧油の流れを制御する方向制御弁３と、方向制御弁３と油圧モータ２とを接続する一対の主管路４ａ，４ｂと、ポートｐ１〜ｐ４を介して主管路４ａ、４ｂに介装されたカウンタバランス弁１０とを有する。油圧モータ２の出力軸の回転は巻上ドラム１０５に伝達され、油圧モータ２により巻上ドラム１０５が巻上および巻下駆動される。
【０００９】
図２は、カウンタバランス弁１０の構成を概略的に示す断面図である。カウンタバランス弁１０は、バルブボディ１１と、バルブボディ１１内に摺動可能に収容されたスプール１２とを有する。バルブボディ１１の内周面には周方向に溝１１１〜１１３が形成されている。溝１１１は通路Ｌ３，Ｌ４を介してそれぞれポートＰ３，Ｐ４に連通し、溝１１２は通路Ｌ２を介してポートＰ２に連通し、溝１１３は通路Ｌ１を介してポートＰ１に連通している。
【００１０】
スプール１２は、第１ランド１２１と第２ランド１２２と第３ランド１２３とを有する。第１ランド１２１と第２ランド１２２の間には、溝１１１に対向して周方向にわたって通路２１が形成され、第２ランド１２１と第３ランド１２２の間には、溝１１２に対向して周方向にわたって通路２２が形成されている。また、第３ランド１２３の周囲には溝１１３により通路２３が形成されている。通路２２は、チェック弁１３を介して通路Ｌ１に連通している。
【００１１】
バルブボディ１１内の一端側には、スプール１２の一端面に面して油室２４が形成され、バルブボディ１１内の他端側には、スプール１２の他端面に面して油室２５が形成されている。バブルボディ１１の他端側端面にはバルブボディ１１０が取り付けられ、油室２５はバルブボディ１１０にかけて連設されている。油室２４は、固定絞り１５を介して通路２１に連通し、油室２５は、チェック弁１４を介して通路２３に連通するとともに、バルブボディ１１０内に設けられた可変絞り機構３０を介して通路Ｌ１に連通している。
【００１２】
油室には２５コイルばね１６が介装され、スプール１２はばね力により常時矢印Ａ方向に付勢されている。スプール１２の一端面には油室２４内の油圧力が、他端面には油室２５内の油圧力とばね１６の付勢力がそれぞれ作用し、スプール１２はこれらの力の大小によりバルブボディ１１内を摺動する。図示のようにスプール１２が矢印Ａ方向に最大に移動している状態では、通路２２と通路２３の間の開口部２６が閉塞され、通路２２から通路２３への油の流れが阻止される。スプール１２が矢印Ｂ方向に移動して開口部２６が開口すると、通路２２から通路２３への油の流れが可能となる。
【００１３】
カウンタバランス弁１０の動作を図１の油圧回路により説明する。図１において、方向制御弁３は図示しない操作レバーにより操作される。方向制御弁３が位置ａ側に操作されると、油圧ポンプ１からの圧油は、カウンタバランス弁１０内のチェック弁１３および通路２２を経て油圧モータ２に供給される。これにより油圧モータ２が巻上方向に回転し、ドラム１０５が巻上駆動される。
【００１４】
その後、方向制御弁３が中立位置に戻し操作されると、油圧モータ２の巻上方向の回転が停止する。このとき、スプール１２はばね１６の付勢力によって矢印Ａ方向に押動され、開口部２６が閉塞される。このため、通路２２から通路２３への圧油の流れが阻止され、吊り荷１０８の自重により油圧モータ２が逸走することを防止でき、吊り荷１０８の落下を防ぐことができる。
【００１５】
一方、方向制御弁３が位置ｂ側に操作されると、油圧ポンプ１からの圧油は、カウンタバランス弁１０内の通路２１を経て油圧モータ２に供給される。このとき、スプール１２の一端側の油室２４には絞り１５を介してモータ駆動圧が導かれ、スプール１２はばね１６の付勢力および油室２５内の油圧力に抗して矢印Ｂ方向に移動する。これにより開口部２６が開放されて通路２２から通路２３へと戻り油が流れ、油圧モータ２が巻下方向に回転し、ドラム１０５が巻下駆動される。
【００１６】
この際、油室２５からの油の排出量は可変絞り機構３０によって制限されるが、本実施の形態では可変絞り機構３０の絞り量を調整することでカウンタバランス弁１０の応答性を調整する。例えば、バケット作業のように急な巻下操作を多用する場合には、カウンタバランス弁１０の応答性を高める必要があり、その場合には絞り量を大きめに設定する。一方、ハンチングが問題となるような作業では、応答性を鈍らせる必要があり、その場合には絞り量を小さめに設定する。
【００１７】
ところで、絞り量の設定は、カウンタバランス弁１０の加工公差や油温の変化、あるいはスプール１２の摺動部の磨耗等の経年変化を考慮して適宜行う必要があり、応答性に与える影響を考慮すると、微妙な調整が必要になる。しかし、油室２５内から排出される流量は微小であり、この微小流量を高精度に調整することは難しい。これを容易にするために本実施の形態は、以下のように可変絞り機構３０を構成する。
【００１８】
図３は、可変絞り機構３０の構成を示すバルブボディ１１０の断面図である。なお、図３は、図２のバルブボディ１１０を上下方向に反転して示している。バルブボディ１１０内には、ばね１６が介装される油室２５に対して略平行に油室４１が形成されている。油室４１は通路Ｌ５を介して油室２５に連通するとともに、通路Ｌ６を介して通路Ｌ１（図２）に連通している。
【００１９】
油室４１には略円筒形状のケーシング３１が収容されている。ケーシング３１の内部にはスプール３２が挿入され、スプール３２はばね３３の付勢力により矢印Ａ方向に付勢されている。バルブボディ１１０の端面には油室４１を塞ぐようにキャップ３４が取り付けられ、キャップ３４によりケーシング３１の位置が固定されている。キャップ３１の端面には調節ねじ３５が貫通して取り付けられ、調節ねじ３５とスプール３２の端面の間にシール材３６が介装されている。調節ねじ３５をねじ込み操作すると、ばね３３の付勢力に抗してスプール３２は矢印Ｂ方向に押動される。調節ねじ３５の操作量とスプール３２の移動量は比例関係にある。
【００２０】
ケーシング３１の外周面にはシールリング３７ａ〜３７ｃが装着され、シールリング３７ａ〜３７ｃにより油室４１の内壁面との間がシールされている。ケーシング３１の周面外側には、シールリング３７ａと３７ｂの間およびシールリング３７ｂと３７ｃの間にそれぞれ周方向にわたって通路４２および４３が形成されている。通路４２，４３はそれぞれ通路Ｌ５，Ｌ６に連通している。
【００２１】
図３の要部拡大図である図４に示すように、ケーシング３１の内周面には、周方向にわたって凹部３１１，３１２が形成され、これら凹部３１１，３１２の間に凸部３１３が形成されている。この凹部３１１，３１２と凸部３１３に対向してスプール３２の外周面にもそれぞれ凹部３２１，３２２と凸部３２３が形成されている。
【００２２】
凹部３１１と凹部３２１の間および凹部３１２と凹部３２２の間にはそれぞれ通路４４，４５が形成され、凸部３１３と凸部３２３の間には通路４６が形成されている。通路４６は、径方向に一定長さＳ１の環状隙間を有する環状通路であり、この環状通路４６において絞り面積は最小となっている。図３に示すようにケーシング３１には径方向に複数の貫通穴３１４，３１５が開口され、通路４２と４４および通路４３と４５はそれぞれ貫通穴３１４，３１５を介して連通している。
【００２３】
図４（ａ）は、ばね３３の付勢力によりスプール３２がＡ方向に最大に押動された状態、すなわち位置調整前の初期状態を示し、図４（ｂ）は、調節ねじ３５のねじ込みによりスプール３２をＢ方向に所定量押動した状態、すなわち調整後の状態を示している。
【００２４】
図４（ａ）に示すように初期状態では、凸部３１３，３２３の互いに対向する軸方向長さ、すなわち環状通路４６の長さＳ２が最大である。このとき、通路４４から通路４５への油の流れに対する環状通路４６による流れ抵抗が最大となり、可変絞り機構３０の絞り量は最小となる。図４（ｂ）に示すように調整後の状態では、スプール３２が移動した分、環状通路４６の長さＳ２が短くなる。これにより環状通路４６による流れ抵抗が減少し、絞り量は増加する。
【００２５】
ここで、巻下げ駆動時に、図１の油室２４内に作用する油圧力によってスプール１２が矢印Ｂ方向に押動された場合の動作を説明する。この場合、図３に示すように油室２５内の油は、通路Ｌ５、通路４２、および貫通穴３１４を介して通路４４へと流れる。通路４４内の油は、環状通路４６（絞り）を通過して通路４５へと流れ、さらに貫通穴３１５、通路４３、および通路Ｌ６を介して図２の通路Ｌ１へと流れる。
【００２６】
環状通路２６による絞りの設定を変更する場合には、調節ねじ３５を操作し、スプール３２を軸方向に摺動する。この際、調節ねじ３５の操作量とスプール３２の移動量とは比例するため、調節ねじ３５の操作量を調節することで、スプール３２を精度よく移動させることができる。調節ねじ３５の操作によりスプール３２が移動すると、環状通路４６の径方向の長さＳ１（図４）は一定で、軸方向の長さＳ２のみ変化する。このため、スプール３２の移動量に対する絞り量の変化の割合が小さくなり、絞り量を精度よく設定することができ、カウンタバランス弁１０の弁特性を微妙に調整することができる。
【００２７】
図５（ａ）は、スプール３２の初期状態からの移動量と絞り量の関係を示す図である。図中、ｆ１は、環状通路４６により絞りを構成した本実施の形態に係る可変絞り機構３０の特性である。ｆ２は、図５（ｂ）に示すようにケーシング３１０に対して矢印方向に移動するスプール３２０を有するポペット弁によって絞り４６０を構成した本実施の形態の比較例の特性である。
【００２８】
特性ｆ１に示すように、本実施の形態ではスプール３２の移動量の増加に伴い絞り量が直線的に増加し、絞り量の増加の割合が小さい。このため、スプール３２の移動により絞り量を精度よく設定することができ、カウンタバランス弁１０の弁特性の調整が容易である。また、調節ねじ３５の操作量にスプール３２の移動量は比例するため、調節ねじ３５の操作量と絞りの変化量とが良好に対応し、絞り量を精度よく増減できる。すなわちスプール３２の移動量が例えば図のＳａである場合もＳｂである場合も、調節ねじ３５の操作量に対して絞り量を一律に変更することができる。
【００２９】
これに対し、ポペット弁により絞り４６０を構成した場合には、特性ｆ２に示すように、スプール３２０の移動に対する絞り量の増加の割合が大きくなる。このため、調節ねじ３５をわずかに操作しただけでも絞り量は大きく変化し、カウンタバランス弁１０の弁特性の調整が難しい。また、スプール３２の移動量がＳａである場合とＳｂである場合とでは、スプール３２の移動量に対する絞りの変化量の割合が大きく異なるため、弁特性を最適に設定するすることは難しい。
【００３０】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ばね１６が介装される油室２５を環状通路４６を介して低圧側の通路Ｌ１に接続するとともに、調節ねじ３５の操作によりスプール３２を押動して環状通路４６の長さＳ２を変更することで、可変絞り機構３０の絞り量を変更するようにした。これによりスプール３２の移動量に対する絞り量の変化の割合が小さくなり、カウンタバランス弁１０の弁特性を微妙に調整することができる。その結果、カウンタバランス弁１０の加工公差や経時劣化等に拘わらず、バケット作業等を最適に行うことができる。
（２）バルブボディ１１０内の油室４１にケーシング３１とスプール３２を収容し、ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間に環状通路４６を形成するとともに、調節ねじ３５によりスプール３２を押動して通路長さＳ２を変更するようにした。これによりバルブボディ１１とは別のバルブボディ１１０によりケーシング３１とスプール３２と調節ねじ３５を一体に構成することができ、可変絞り機構３０の構成が容易である。
（３）ケーシング３１とスプール３２の互いに対向する周面にそれぞれ凹凸部３１１〜３１３，３２１〜３２３を設け、凸部３１３と凸部３２３の間に環状通路４６を形成するようにしたので、環状通路４６の構成が容易である。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、図７に模式的に示すように調節ねじ３５の操作によりスプール３２の位置を調節し、可変絞り手段としての可変絞り機構３０の絞り量を調整するようにしたが、他の調整手段によりスプール３２の位置を調節するようにしてもよい。例えば図８に示すようにサーボモータ５１により調節ねじ３５を駆動するようにしてもよい。図９に示すようにスプール３２の端部に油室３８を設け、この油室３８に電磁比例減圧弁５２を介して油圧ポンプ５３からの圧油を作用させて、スプール３２を駆動するようにしてもよい。図１０に示すようにスプール３２をソレノイド５４によって押し込むようにしてもよい。
【００３２】
図１１に示すようにダイヤル５５の操作によりカウンタバランス弁１０の弁特性を指令し、この操作量に応じてコントローラ５６がモータ５１の駆動を制御するようにしてもよい。図１２に示すようにコントローラ５６に携帯情報端末５７を接続し、携帯情報端末５７からの指令に応じて電磁比例減圧弁５２を制御するようにしてもよい。図１３に示すようにメーカ側の送信アンテナ５８から通信衛星５９および受信アンテナ６０を介して送信された指令によりソレノイド５４を制御するようにしてもよい。
【００３３】
図１４に示すように管路４ａ内の油温を油温センサ６１により検出し、油温センサ６１からの信号に応じて電磁比例減圧弁５２を制御することで、油温に拘わらず一定のカウンタバランス弁１０の弁特性を得るようにしてもよい。図１５に示すようにポートｐ２側の管路４ａ内の圧力を圧力センサ６２により検出し、圧力センサ６２からの信号に応じて電磁比例減圧弁５２を制御することで、サージ圧の発生を抑えるようにしてもよい。図１６に示すようにポートｐ２側の管路４ａとスプール３２の端部の油室３８とをリリーフ弁６３を介して接続し、ポートＰ２側の圧力が所定値以上となったときに、リリーフ弁６３を押し開いて油室３８に圧力を作用させ、この油圧力によりスプール３２を押動してサージ圧を低減するようにしてもよい。
【００３４】
バルブボディ１１内にケーシング３１とスプール３２を収容し、ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間に環状通路４６を形成したが、ばね１６が介装された油室２５を低圧側に接続するのであれば、環状通路の形状はいかなるものでもよく、可変絞り弁装置の構成は上述したものに限らない。スプール３２の位置を調整することで、環状通路４６の長さＳ２を変更するようにしたが、通路長可変手段の構成はこれに限らない。第１のスプールとしてのスプール１２の構成、第２のスプールとしてのスプール３２の構成、第１の油室としての油室２４の構成、および第２の油室としての油室２５の構成も上述したものに限らない。
【００３５】
上記実施の形態は、油圧ポンプ１から油圧モータ２への圧油の流れを制御弁としての方向制御弁３により制御するとともに、油圧モータ２の巻下げ駆動時の駆動圧をカウンタバランス弁１０の油室２４に導くようにしたが、本発明のカウンタバランス弁は他の油圧アクチュエータ駆動用の油圧回路にも適用可能である。例えば長尺ブームの駆動用回路に適用することもできる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のウインチ装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。
【図２】図１のカウンタバランス弁の構成を概略的に示す断面図。
【図３】図２の可変絞り機構の構成を示す図。
【図４】図３の要部拡大図。
【図５】図３の可変絞り機構の動作特性を示す図。
【図６】図１のウインチ装置が設けられるクレーンの側面図。
【図７】本発明の実施の形態に係るカウンタバランス弁を模式的に示す図。
【図８】図７の第１の変形例を示す図。
【図９】図７の第２の変形例を示す図。
【図１０】図７の第３の変形例を示す図。
【図１１】図７の第４の変形例を示す図。
【図１２】図７の第５の変形例を示す図。
【図１３】図７の第６の変形例を示す図。
【図１４】図７の第７の変形例を示す図。
【図１５】図７の第８の変形例を示す図。
【図１６】図７の第９の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１ 油圧ポンプ
２ 油圧モータ
３ 方向制御弁
１０ カウンタバランス弁
１２ スプール
１６ ばね
２４，２５ 油室
３０ 可変絞り機構
３１ ケーシング
３２ スプール
３５ 調節ねじ
４６ 環状通路
１１０ バルブボディ
３１３．３２３ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カウンタバランス弁、ウインチ装置およびクレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カウンタバランス弁のばね室からの戻り油管路に可変絞りを設け、この可変絞りの絞り量を調整することで、カウンタバランス弁の弁特性（応答性など）を変更するようにした回路が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の回路では、比例ソレノイドにより調整部材を軸方向に押圧し、調整部材とノズルとの間の軸方向の隙間を変化させて、絞り量を調整する。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１５９３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載のように調整部材とノズルとの間の軸方向の隙間を変化させる構成では、調整部材の移動量に対する絞りの変化量の割合が大きくなり、カウンタバランス弁の弁特性を微妙に調整することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるカウンタバランス弁は、油圧源からの圧油によって駆動する油圧アクチュエータの駆動回路に設けられるカウンタバランス弁であって、バルブボディ内の一端側に形成され、油圧源からの圧油が導かれる第１の油室と、第１の油室に対向してバルブボディ内の他端側に形成された第２の油室と、第２の油室に介装されたばねと、第１の油室と第２の油室とにそれぞれ作用する油圧力、およびばねの付勢力に応じてバルブボディ内を移動し、移動量に応じて戻り側管路の通路面積を増減する第１のスプールと、第２の油室からの圧油の排出量を制限する可変絞り手段とを備え、可変絞り手段は、第２の油室を低圧側に接続する環状通路と、環状通路の長さを可変として絞り量を可変とする通路長可変手段とを有することを特徴とする。
本発明によるウインチ装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油によりウインチドラムを駆動する油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する制御弁と、油圧モータの巻下げ駆動時の駆動圧が第１の油室に導かれる上記カウンタバランス弁とを備えることを特徴とする。
本発明によるクレーンは、上述のウインチ装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、環状通路の長さを可変として絞り量を変更するようにしたので、カウンタバランス弁の弁特性の微妙な調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図１６を参照して本発明によるカウンタバランス弁の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図であり、図６は、このウインチ装置が設けられるクレーンの側面図である。図６に示すようにクレーンは、走行体１０１と、旋回装置１０２を介して走行体１０１上に旋回可能に搭載された旋回体１０３と、旋回体１０３の先端部に起伏可能に取り付けられたブーム１０４とを有する。旋回体１０３には巻上ドラム１０５が搭載され、巻上ドラム１０５の駆動により巻上ロープ１０６が巻き取りまたは繰り出され、ブーム先端から吊り下げられたフック１０７を介して吊り荷が昇降する。
【０００８】
図１の油圧回路は、エンジン（不図示）により駆動される油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動する油圧モータ２と、油圧ポンプ１から油圧モータ２への圧油の流れを制御する方向制御弁３と、方向制御弁３と油圧モータ２とを接続する一対の主管路４ａ，４ｂと、ポートｐ１〜ｐ４を介して主管路４ａ、４ｂに介装されたカウンタバランス弁１０とを有する。油圧モータ２の出力軸の回転は巻上ドラム１０５に伝達され、油圧モータ２により巻上ドラム１０５が巻上および巻下駆動される。
【０００９】
図２は、カウンタバランス弁１０の構成を概略的に示す断面図である。カウンタバランス弁１０は、バルブボディ１１と、バルブボディ１１内に摺動可能に収容されたスプール１２とを有する。バルブボディ１１の内周面には周方向に溝１１１〜１１３が形成されている。溝１１１は通路Ｌ３，Ｌ４を介してそれぞれポートＰ３，Ｐ４に連通し、溝１１２は通路Ｌ２を介してポートＰ２に連通し、溝１１３は通路Ｌ１を介してポートＰ１に連通している。
【００１０】
スプール１２は、第１ランド１２１と第２ランド１２２と第３ランド１２３とを有する。第１ランド１２１と第２ランド１２２の間には、溝１１１に対向して周方向にわたって通路２１が形成され、第２ランド１２１と第３ランド１２２の間には、溝１１２に対向して周方向にわたって通路２２が形成されている。また、第３ランド１２３の周囲には溝１１３により通路２３が形成されている。通路２２は、チェック弁１３を介して通路Ｌ１に連通している。
【００１１】
バルブボディ１１内の一端側には、スプール１２の一端面に面して油室２４が形成され、バルブボディ１１内の他端側には、スプール１２の他端面に面して油室２５が形成されている。バブルボディ１１の他端側端面にはバルブボディ１１０が取り付けられ、油室２５はバルブボディ１１０にかけて連設されている。油室２４は、固定絞り１５を介して通路２１に連通し、油室２５は、チェック弁１４を介して通路２３に連通するとともに、バルブボディ１１０内に設けられた可変絞り機構３０を介して通路Ｌ１に連通している。
【００１２】
油室には２５コイルばね１６が介装され、スプール１２はばね力により常時矢印Ａ方向に付勢されている。スプール１２の一端面には油室２４内の油圧力が、他端面には油室２５内の油圧力とばね１６の付勢力がそれぞれ作用し、スプール１２はこれらの力の大小によりバルブボディ１１内を摺動する。図示のようにスプール１２が矢印Ａ方向に最大に移動している状態では、通路２２と通路２３の間の開口部２６が閉塞され、通路２２から通路２３への油の流れが阻止される。スプール１２が矢印Ｂ方向に移動して開口部２６が開口すると、通路２２から通路２３への油の流れが可能となる。
【００１３】
カウンタバランス弁１０の動作を図１の油圧回路により説明する。図１において、方向制御弁３は図示しない操作レバーにより操作される。方向制御弁３が位置ａ側に操作されると、油圧ポンプ１からの圧油は、カウンタバランス弁１０内のチェック弁１３および通路２２を経て油圧モータ２に供給される。これにより油圧モータ２が巻上方向に回転し、ドラム１０５が巻上駆動される。
【００１４】
その後、方向制御弁３が中立位置に戻し操作されると、油圧モータ２の巻上方向の回転が停止する。このとき、スプール１２はばね１６の付勢力によって矢印Ａ方向に押動され、開口部２６が閉塞される。このため、通路２２から通路２３への圧油の流れが阻止され、吊り荷１０８の自重により油圧モータ２が逸走することを防止でき、吊り荷１０８の落下を防ぐことができる。
【００１５】
一方、方向制御弁３が位置ｂ側に操作されると、油圧ポンプ１からの圧油は、カウンタバランス弁１０内の通路２１を経て油圧モータ２に供給される。このとき、スプール１２の一端側の油室２４には絞り１５を介してモータ駆動圧が導かれ、スプール１２はばね１６の付勢力および油室２５内の油圧力に抗して矢印Ｂ方向に移動する。これにより開口部２６が開放されて通路２２から通路２３へと戻り油が流れ、油圧モータ２が巻下方向に回転し、ドラム１０５が巻下駆動される。
【００１６】
この際、油室２５からの油の排出量は可変絞り機構３０によって制限されるが、本実施の形態では可変絞り機構３０の絞り量を調整することでカウンタバランス弁１０の応答性を調整する。例えば、バケット作業のように急な巻下操作を多用する場合には、カウンタバランス弁１０の応答性を高める必要があり、その場合には絞り量を大きめに設定する。一方、ハンチングが問題となるような作業では、応答性を鈍らせる必要があり、その場合には絞り量を小さめに設定する。
【００１７】
ところで、絞り量の設定は、カウンタバランス弁１０の加工公差や油温の変化、あるいはスプール１２の摺動部の磨耗等の経年変化を考慮して適宜行う必要があり、応答性に与える影響を考慮すると、微妙な調整が必要になる。しかし、油室２５内から排出される流量は微小であり、この微小流量を高精度に調整することは難しい。これを容易にするために本実施の形態は、以下のように可変絞り機構３０を構成する。
【００１８】
図３は、可変絞り機構３０の構成を示すバルブボディ１１０の断面図である。なお、図３は、図２のバルブボディ１１０を上下方向に反転して示している。バルブボディ１１０内には、ばね１６が介装される油室２５に対して略平行に油室４１が形成されている。油室４１は通路Ｌ５を介して油室２５に連通するとともに、通路Ｌ６を介して通路Ｌ１（図２）に連通している。
【００１９】
油室４１には略円筒形状のケーシング３１が収容されている。ケーシング３１の内部にはスプール３２が挿入され、スプール３２はばね３３の付勢力により矢印Ａ方向に付勢されている。バルブボディ１１０の端面には油室４１を塞ぐようにキャップ３４が取り付けられ、キャップ３４によりケーシング３１の位置が固定されている。キャップ３１の端面には調節ねじ３５が貫通して取り付けられ、調節ねじ３５とスプール３２の端面の間にシール材３６が介装されている。調節ねじ３５をねじ込み操作すると、ばね３３の付勢力に抗してスプール３２は矢印Ｂ方向に押動される。調節ねじ３５の操作量とスプール３２の移動量は比例関係にある。
【００２０】
ケーシング３１の外周面にはシールリング３７ａ〜３７ｃが装着され、シールリング３７ａ〜３７ｃにより油室４１の内壁面との間がシールされている。ケーシング３１の周面外側には、シールリング３７ａと３７ｂの間およびシールリング３７ｂと３７ｃの間にそれぞれ周方向にわたって通路４２および４３が形成されている。通路４２，４３はそれぞれ通路Ｌ５，Ｌ６に連通している。
【００２１】
図３の要部拡大図である図４に示すように、ケーシング３１の内周面には、周方向にわたって凹部３１１，３１２が形成され、これら凹部３１１，３１２の間に凸部３１３が形成されている。この凹部３１１，３１２と凸部３１３に対向してスプール３２の外周面にもそれぞれ凹部３２１，３２２と凸部３２３が形成されている。
【００２２】
凹部３１１と凹部３２１の間および凹部３１２と凹部３２２の間にはそれぞれ通路４４，４５が形成され、凸部３１３と凸部３２３の間には通路４６が形成されている。通路４６は、径方向に一定長さＳ１の環状隙間を有する環状通路であり、この環状通路４６において絞り面積は最小となっている。図３に示すようにケーシング３１には径方向に複数の貫通穴３１４，３１５が開口され、通路４２と４４および通路４３と４５はそれぞれ貫通穴３１４，３１５を介して連通している。
【００２３】
図４（ａ）は、ばね３３の付勢力によりスプール３２がＡ方向に最大に押動された状態、すなわち位置調整前の初期状態を示し、図４（ｂ）は、調節ねじ３５のねじ込みによりスプール３２をＢ方向に所定量押動した状態、すなわち調整後の状態を示している。
【００２４】
図４（ａ）に示すように初期状態では、凸部３１３，３２３の互いに対向する軸方向長さ、すなわち環状通路４６の長さＳ２が最大である。このとき、通路４４から通路４５への油の流れに対する環状通路４６による流れ抵抗が最大となり、可変絞り機構３０の絞り量は最小となる。図４（ｂ）に示すように調整後の状態では、スプール３２が移動した分、環状通路４６の長さＳ２が短くなる。これにより環状通路４６による流れ抵抗が減少し、絞り量は増加する。
【００２５】
ここで、巻下げ駆動時に、図１の油室２４内に作用する油圧力によってスプール１２が矢印Ｂ方向に押動された場合の動作を説明する。この場合、図３に示すように油室２５内の油は、通路Ｌ５、通路４２、および貫通穴３１４を介して通路４４へと流れる。通路４４内の油は、環状通路４６（絞り）を通過して通路４５へと流れ、さらに貫通穴３１５、通路４３、および通路Ｌ６を介して図２の通路Ｌ１へと流れる。
【００２６】
環状通路２６による絞りの設定を変更する場合には、調節ねじ３５を操作し、スプール３２を軸方向に摺動する。この際、調節ねじ３５の操作量とスプール３２の移動量とは比例するため、調節ねじ３５の操作量を調節することで、スプール３２を精度よく移動させることができる。調節ねじ３５の操作によりスプール３２が移動すると、環状通路４６の径方向の長さＳ１（図４）は一定で、軸方向の長さＳ２のみ変化する。このため、スプール３２の移動量に対する絞り量の変化の割合が小さくなり、絞り量を精度よく設定することができ、カウンタバランス弁１０の弁特性を微妙に調整することができる。
【００２７】
図５（ａ）は、スプール３２の初期状態からの移動量と絞り量の関係を示す図である。図中、ｆ１は、環状通路４６により絞りを構成した本実施の形態に係る可変絞り機構３０の特性である。ｆ２は、図５（ｂ）に示すようにケーシング３１０に対して矢印方向に移動するスプール３２０を有するポペット弁によって絞り４６０を構成した本実施の形態の比較例の特性である。
【００２８】
特性ｆ１に示すように、本実施の形態ではスプール３２の移動量の増加に伴い絞り量が直線的に増加し、絞り量の増加の割合が小さい。このため、スプール３２の移動により絞り量を精度よく設定することができ、カウンタバランス弁１０の弁特性の調整が容易である。また、調節ねじ３５の操作量にスプール３２の移動量は比例するため、調節ねじ３５の操作量と絞りの変化量とが良好に対応し、絞り量を精度よく増減できる。すなわちスプール３２の移動量が例えば図のＳａである場合もＳｂである場合も、調節ねじ３５の操作量に対して絞り量を一律に変更することができる。
【００２９】
これに対し、ポペット弁により絞り４６０を構成した場合には、特性ｆ２に示すように、スプール３２０の移動に対する絞り量の増加の割合が大きくなる。このため、調節ねじ３５をわずかに操作しただけでも絞り量は大きく変化し、カウンタバランス弁１０の弁特性の調整が難しい。また、スプール３２の移動量がＳａである場合とＳｂである場合とでは、スプール３２の移動量に対する絞りの変化量の割合が大きく異なるため、弁特性を最適に設定するすることは難しい。
【００３０】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ばね１６が介装される油室２５を環状通路４６を介して低圧側の通路Ｌ１に接続するとともに、調節ねじ３５の操作によりスプール３２を押動して環状通路４６の長さＳ２を変更することで、可変絞り機構３０の絞り量を変更するようにした。これによりスプール３２の移動量に対する絞り量の変化の割合が小さくなり、カウンタバランス弁１０の弁特性を微妙に調整することができる。その結果、カウンタバランス弁１０の加工公差や経時劣化等に拘わらず、バケット作業等を最適に行うことができる。
（２）バルブボディ１１０内の油室４１にケーシング３１とスプール３２を収容し、ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間に環状通路４６を形成するとともに、調節ねじ３５によりスプール３２を押動して通路長さＳ２を変更するようにした。これによりバルブボディ１１とは別のバルブボディ１１０によりケーシング３１とスプール３２と調節ねじ３５を一体に構成することができ、可変絞り機構３０の構成が容易である。
（３）ケーシング３１とスプール３２の互いに対向する周面にそれぞれ凹凸部３１１〜３１３，３２１〜３２３を設け、凸部３１３と凸部３２３の間に環状通路４６を形成するようにしたので、環状通路４６の構成が容易である。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、図７に模式的に示すように調節ねじ３５の操作によりスプール３２の位置を調節し、可変絞り手段としての可変絞り機構３０の絞り量を調整するようにしたが、他の調整手段によりスプール３２の位置を調節するようにしてもよい。例えば図８に示すようにサーボモータ５１により調節ねじ３５を駆動するようにしてもよい。図９に示すようにスプール３２の端部に油室３８を設け、この油室３８に電磁比例減圧弁５２を介して油圧ポンプ５３からの圧油を作用させて、スプール３２を駆動するようにしてもよい。図１０に示すようにスプール３２をソレノイド５４によって押し込むようにしてもよい。
【００３２】
図１１に示すようにダイヤル５５の操作によりカウンタバランス弁１０の弁特性を指令し、この操作量に応じてコントローラ５６がモータ５１の駆動を制御するようにしてもよい。図１２に示すようにコントローラ５６に携帯情報端末５７を接続し、携帯情報端末５７からの指令に応じて電磁比例減圧弁５２を制御するようにしてもよい。図１３に示すようにメーカ側の送信アンテナ５８から通信衛星５９および受信アンテナ６０を介して送信された指令によりソレノイド５４を制御するようにしてもよい。
【００３３】
図１４に示すように管路４ａ内の油温を油温センサ６１により検出し、油温センサ６１からの信号に応じて電磁比例減圧弁５２を制御することで、油温に拘わらず一定のカウンタバランス弁１０の弁特性を得るようにしてもよい。図１５に示すようにポートｐ２側の管路４ａ内の圧力を圧力センサ６２により検出し、圧力センサ６２からの信号に応じて電磁比例減圧弁５２を制御することで、サージ圧の発生を抑えるようにしてもよい。図１６に示すようにポートｐ２側の管路４ａとスプール３２の端部の油室３８とをリリーフ弁６３を介して接続し、ポートＰ２側の圧力が所定値以上となったときに、リリーフ弁６３を押し開いて油室３８に圧力を作用させ、この油圧力によりスプール３２を押動してサージ圧を低減するようにしてもよい。
【００３４】
バルブボディ１１内にケーシング３１とスプール３２を収容し、ケーシング３１の内周面とスプール３２の外周面との間に環状通路４６を形成したが、ばね１６が介装された油室２５を低圧側に接続するのであれば、環状通路の形状はいかなるものでもよく、可変絞り弁装置の構成は上述したものに限らない。スプール３２の位置を調整することで、環状通路４６の長さＳ２を変更するようにしたが、通路長可変手段の構成はこれに限らない。第１のスプールとしてのスプール１２の構成、第２のスプールとしてのスプール３２の構成、第１の油室としての油室２４の構成、および第２の油室としての油室２５の構成も上述したものに限らない。
【００３５】
上記実施の形態は、油圧ポンプ１から油圧モータ２への圧油の流れを制御弁としての方向制御弁３により制御するとともに、油圧モータ２の巻下げ駆動時の駆動圧をカウンタバランス弁１０の油室２４に導くようにしたが、本発明のカウンタバランス弁は他の油圧アクチュエータ駆動用の油圧回路にも適用可能である。例えば長尺ブームの駆動用回路に適用することもできる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のウインチ装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。
【図２】図１のカウンタバランス弁の構成を概略的に示す断面図。
【図３】図２の可変絞り機構の構成を示す図。
【図４】図３の要部拡大図。
【図５】図３の可変絞り機構の動作特性を示す図。
【図６】図１のウインチ装置が設けられるクレーンの側面図。
【図７】本発明の実施の形態に係るカウンタバランス弁を模式的に示す図。
【図８】図７の第１の変形例を示す図。
【図９】図７の第２の変形例を示す図。
【図１０】図７の第３の変形例を示す図。
【図１１】図７の第４の変形例を示す図。
【図１２】図７の第５の変形例を示す図。
【図１３】図７の第６の変形例を示す図。
【図１４】図７の第７の変形例を示す図。
【図１５】図７の第８の変形例を示す図。
【図１６】図７の第９の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１ 油圧ポンプ
２ 油圧モータ
３ 方向制御弁
１０ カウンタバランス弁
１２ スプール
１６ ばね
２４，２５ 油室
３０ 可変絞り機構
３１ ケーシング
３２ スプール
３５ 調節ねじ
４６ 環状通路
１１０ バルブボディ
３１３．３２３ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧源からの圧油によって駆動する油圧アクチュエータの駆動回路に設けられるカウンタバランス弁であって、
バルブボディ内の一端側に形成され、前記油圧源からの圧油が導かれる第１の油室と、
前記第１の油室に対向して前記バルブボディ内の他端側に形成された第２の油室と、
前記第２の油室に介装されたばねと、
前記第１の油室と前記第２の油室とにそれぞれ作用する油圧力、および前記ばねの付勢力に応じて前記バルブボディ内を移動し、移動量に応じて前記戻り側管路の通路面積を増減する第１のスプールと、
前記第２の油室からの圧油の排出量を制限する可変絞り手段とを備え、
前記可変絞り手段は、
前記第２の油室を低圧側に接続する環状通路と、
前記環状通路の長さを可変として絞り量を可変とする通路長可変手段とを有することを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項２】
請求項１に記載のカウンタバランス弁において、
前記環状通路および前記通路長可変手段は、それぞれ前記第２の油室に接続される可変絞り弁装置内に設けられ、
前記可変絞り弁装置は、ケーシングと、前記ケーシング内を移動可能な第２のスプールとを有し、
前記環状通路は、前記ケーシングの内周面と前記第２のスプールの外周面との間に形成され、
前記通路長可変手段は、前記第２のスプールの位置を調整可能な調整手段を有することを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項３】
請求項２に記載のカウンタバランス弁において、
前記ケーシングの内周面および前記第２のスプールの外周面にはそれぞれ凹凸部が設けられ、
前記環状通路は、前記ケーシングの内周面から内径側に突出する凸部と前記第２のスプールの外周面から外径側に突出する凸部との間に形成されることを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項４】
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によりウインチドラムを駆動する油圧モータと、
前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する制御弁と、
前記油圧モータの巻下げ駆動時の駆動圧が前記第１の油室に導かれる請求項１〜３のいずれか１項に記載のカウンタバランス弁とを備えることを特徴とするウインチ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のウインチ装置を備えるクレーン。
【請求項１】
油圧源からの圧油によって駆動する油圧アクチュエータの駆動回路に設けられるカウンタバランス弁であって、
バルブボディ内の一端側に形成され、前記油圧源からの圧油が導かれる第１の油室と、
前記第１の油室に対向して前記バルブボディ内の他端側に形成された第２の油室と、
前記第２の油室に介装されたばねと、
前記第１の油室と前記第２の油室とにそれぞれ作用する油圧力、および前記ばねの付勢力に応じて前記バルブボディ内を移動し、移動量に応じて前記戻り側管路の通路面積を増減する第１のスプールと、
前記第２の油室からの圧油の排出量を制限する可変絞り手段とを備え、
前記可変絞り手段は、
前記第２の油室を低圧側に接続する環状通路と、
前記環状通路の長さを可変として絞り量を可変とする通路長可変手段とを有することを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項２】
請求項１に記載のカウンタバランス弁において、
前記環状通路および前記通路長可変手段は、それぞれ前記第２の油室に接続される可変絞り弁装置内に設けられ、
前記可変絞り弁装置は、ケーシングと、前記ケーシング内を移動可能な第２のスプールとを有し、
前記環状通路は、前記ケーシングの内周面と前記第２のスプールの外周面との間に形成され、
前記通路長可変手段は、前記第２のスプールの位置を調整可能な調整手段を有することを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項３】
請求項２に記載のカウンタバランス弁において、
前記ケーシングの内周面および前記第２のスプールの外周面にはそれぞれ凹凸部が設けられ、
前記環状通路は、前記ケーシングの内周面から内径側に突出する凸部と前記第２のスプールの外周面から外径側に突出する凸部との間に形成されることを特徴とするカウンタバランス弁。
【請求項４】
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によりウインチドラムを駆動する油圧モータと、
前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する制御弁と、
前記油圧モータの巻下げ駆動時の駆動圧が前記第１の油室に導かれる請求項１〜３のいずれか１項に記載のカウンタバランス弁とを備えることを特徴とするウインチ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のウインチ装置を備えるクレーン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１４４８２３（Ｐ２０１０−１４４８２３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２２４１８（Ｐ２００８−３２２４１８）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５０３０３２９４６）日立住友重機械建機クレーン株式会社 (104)
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５０３０３２９４６）日立住友重機械建機クレーン株式会社 (104)
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
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