減圧弁型パイロット弁
【課題】 油圧室の作用による操作レバーの油圧反力の低減機能を損なうことなく、操作レバーのフルストローク操作時に、スプールを迅速に定常状態に復帰させる。
【解決手段】 操作レバー１が急激に操作されて、スプール１１が圧力設定用ばね１５の作用によって、そのストローク端位置を超えてオーバーランしたときに、このスプール１１に形成した連通路２５を介して油圧室１８が出力ポート２１に連通しないようにするために、スプール１１が移動したときに、弁室１０のランド部１０ａにより覆われるノッチ３０内に連通路２５を開口させている。
【解決手段】 操作レバー１が急激に操作されて、スプール１１が圧力設定用ばね１５の作用によって、そのストローク端位置を超えてオーバーランしたときに、このスプール１１に形成した連通路２５を介して油圧室１８が出力ポート２１に連通しないようにするために、スプール１１が移動したときに、弁室１０のランド部１０ａにより覆われるノッチ３０内に連通路２５を開口させている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建設機械に設けられ、操作レバー等の操作手段に連動して油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブの切換操作を行なうための減圧弁型パイロット弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設機械として、例えば油圧ショベルには、油圧シリンダや油圧モータといった油圧アクチュエータが設けられており、これらの油圧アクチュエータによって、掘削作業手段を作動させたり、旋回及び走行を行なわせたりする。これら油圧アクチュエータの作動制御はコントロールバルブにより行なわれるが、コントロールバルブを油圧パイロット方式となし、その油圧パイロット部にパイロット圧を作用させることによりコントロールバルブを切り換えるようにしている。このために、操作レバー等の操作手段により操作される減圧弁型パイロット弁を設けて、このパイロット弁からコントロールバルブを切り換えるための油圧信号を供給するように構成している。
【０００３】
この減圧弁型パイロット弁の構成としては、例えば特許文献１に記載されているものが従来から用いられている。そこで、図１に従来技術による減圧弁型パイロット弁の構成を示す。図中において、１は操作レバー、２はケーシングを示す。操作レバー１は、ケーシング２に対して自在継手３によって図中の矢印方向に傾動可能に連結されている。ケーシング２は、図中において、その上部側が切換作動部２ａ、下部側が弁部２ｂとなっており、操作レバー１を図中において、Ｒ方向またはＬ方向に傾動させることによって、コントロールバルブ４の両端に設けた油圧パイロット部４ａまたは４ｂにパイロット圧を供給して、このコントロールバルブ４の切り換えが行なわれることになる。
【０００４】
操作レバー１にはカム５が連結して設けられており、またケーシング２の切換作動部２ａには、一対のプッシャ６，６が設けられており、これらのプッシャ６はケーシング２の表面から所定量突出している。そして、操作レバー１を操作すると、いずれかのプッシャ６がケーシング２内に押し込まれるようになっており、プッシャ６の押し込み量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ４に供給されるようになっている。
【０００５】
プッシャ６は、弁部２ｂに設けられ、弁室１０内に摺動可能に設けたスプール１１を駆動するものであり、スプール１１には作動ロッド１２が連設されている。この作動ロッド１２はケーシング２内において、弁部２ｂから切換作動部２ａに延在されており、作動ロッド１２の先端近傍位置にはストッパ１３が装着されている。ストッパ１３にはばね受け１４が当接しており、このばね受け１４には圧力設定用ばね１５と復帰ばね１６とが作用している。そして、圧力設定用ばね１５の他端は作動ロッド１２に装着したばね受け１７と当接し、また復帰ばね１６の他端はケーシング２の切換作動部２ａを構成する壁面に当接している。
【０００６】
弁室１０には、スプール１１の軸線方向に向けて３箇所のランド部１０ａ，１０ｂ及び１０ｃが形成されており、スプール１１と、弁室１０におけるこれらのランド１０ａ，１０ｂ，１０ｃとによって、弁室１０は上部側から油圧室１８，タンクポート１９，ポンプポート２０に区画形成されており、また弁室１０の図中における下端部は出力ポート２１となっている。そして、スプール１１の外周部に円環状凹部１１ａが形成されており、この円環状凹部１１ａには出力ポート２１をタンクポート１９またはポンプポート２０と連通するように切り換える切換流路２２が開口している。この切換流路２２は、常時においては、出力ポート２１をタンクポート１９と連通させており、スプール１１を弁室１０に沿って図中下方に摺動変位させると、出力ポート２１はタンクポート１９との連通が遮断され、ポンプポート２０と連通する状態に切り換わることになる。そして、スプール１１における円環状凹部１１ａを形成した部位の上下に位置する大径部分には流路絞り部２３，２４が形成されている。
【０００７】
操作レバー１は、常時においては、両プッシャ６に作用する復帰ばね１６により鉛直状態に保持されており、操作レバー１のこの位置が中立位置であり、図中における左右両側に位置するパイロット弁の出力ポート２１は共にタンクポート１９と連通し、コントロールバルブ４の両側の油圧パイロット部４ａ，４ｂにはパイロット圧が供給されない。従って、コントロールバルブ４は中立位置に保持される。
【０００８】
この状態から、図１に仮想線で示したように、操作レバー１を図中の左方向に傾動させたとする。その結果、操作レバー１に装着したカム５により図中左側のプッシャ６が復帰ばね１６に抗してケーシング２内に押し込まれ、これと共にばね受け１４が下降することになる。ばね受け１４が下降すると、このばね受け１４とスプール１１に連設した作動ロッド１２に設けたばね受け１７との間で圧力設定用ばね１５が圧縮される。これによりスプール１１に図中下方に向けて撓められることになる。このときのばね力によって、スプール１１が下方に変位して、出力ポート２１はタンクポート１９と完全に連通する状態から、流路絞り部２３，２４によりタンクポート１９及びポンプポート２０と連通する状態に切り換わって、出力ポート２１内に圧力が生じることになり、これによってコントロールバルブ４のいずれかの油圧パイロット部４ａまたは４ｂにパイロット圧が供給されて、このコントロールバルブ４が切り換わって、油圧アクチュエータを作動させることができる。そして、スプール１１の連通路２５がタンクポート１９と完全に遮断され、ポンプポート２０とだけ連通する状態がそのストローク端位置である。一方、図中右側では、プッシャ６は静止状態に保持されるので、右側のパイロット弁は切り換わらない。
【０００９】
ここで、出力ポート２１がポンプポート２０に接続されると、この出力ポート２１内に圧力が生じ、この圧力でスプール１１を押し上げる方向に作用する。従って、スプール１１は、出力ポート２１内の圧力と、圧力設定用ばね１５の撓みによるばね力とのバランスが取れた位置に保持されることになる。即ち、操作レバー１の操作による圧力設定用ばね１５の撓みに応じて減圧された圧力が出力ポート２１からコントロールバルブ４に供給されることになる。
【００１０】
ここで、操作レバー１の操作時に、この操作レバー１に作用する反力は、復帰ばね１６の圧縮によるものと、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力とである。油圧室１８を設けたのは、この操作反力を軽減させるためであり、スプール１１には、出力ポート２１を油圧室１８に連通させる絞り流路としての連通路２５が穿設されている。その結果、スプール１１の油圧室１８に臨む受圧面積分がスプール１１を押し下げる方向に作用する。従って、操作レバー１に作用する油圧反力は、出力ポート２１に臨む全受圧面積と、油圧室１８に臨む受圧面積との差分に縮減されることになり、もって操作レバー１を軽い操作力で円滑に操作できる。
【特許文献１】特開２００１−３０４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、前述した従来技術において、操作レバーを急激にフルストローク操作したときには、圧力設定用ばねの作用によってスプールが弁室内を摺動するが、このときにはスプールは最大圧力が出力される位置、つまり本来のストローク端位置をオーバーランして移動することになる。その理由は、ポンプポートに接続した油圧配管内を流れる作動油の流動抵抗や、作動油の弾性、弁室の容積等に起因して、出力ポートにポンプ圧が作用するのが立ち遅れる結果、スプールには圧力設定用ばねの撓みにより生じるばね力による押し下げ方向の力がそれに対向する方向の油圧力より大きくなるためである。そして、出力ポート内の圧力が上昇すると、圧力設定用ばねに抗してスプールが押し上げられるが、この時の慣性力によって、スプールが過剰に押し上げられることになる。その結果、圧力設定用ばねのばね力が勝ることになるので、再度スプールが押し下げられ、この動作が繰り返されて、スプールはある程度の時間が経過した後に、定常状態に至ることになる。
【００１２】
ここで、圧力設定用ばねのばね力でスプールがオーバーランした後、出力ポート内の圧力上昇によりスプールを押し上げる際において、油圧室内に導かれた圧力がこのスプールの押し上げ方向とは反対方向に作用することになる。その結果、圧力設定用ばねのばね力に対向してスプールを押し上げる力が小さくなるので、操作レバーの操作時からスプールが定常状態になるまでの時間が長くなるという不都合が生じる。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、油圧室の作用による操作レバーの油圧反力の低減機能を損なうことなく、操作レバーのフルストローク操作時に、スプールを迅速に定常状態に復帰させるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するために、本発明は、ポンプポート及びタンクポートと、出力ポートとが形成された弁部を有するケーシングと、この弁部内に摺動可能に設けられ、前記出力ポートを前記タンクポートと前記ポンプポートとのいずれかに連通するように切り換えるスプールと、このスプールの切り換えを行なうために、プッシャと、このプッシャにより圧縮される圧力設定ばねとからなる切換作動手段とを備え、前記スプールには前記出力ポート内の圧力を作用させて、この圧力と前記圧力設定ばねの圧縮時のばね力とのバランスが取れる位置にまで前記スプールを変位させるようになし、さらに前記ケーシングに油圧室を設けて、この油圧室を介して前記出力ポートと連通させる絞り流路を前記スプールに形成した減圧弁型パイロット弁であって、前記スプールには、前記切換作動手段により前記スプールが前記出力ポートを前記ポンプポートと連通する方向へのストローク端位置までは前記油圧室を前記絞り流路と連通させ、前記スプールがこのストローク端位置をオーバーランしたときには、前記絞り流路と前記油圧室との連通を遮断する流路開閉部を設ける構成としたことをその特徴とするものである。
【００１５】
減圧弁型パイロット弁においては、スプールは、出力ポートがタンクポートと連通する状態を一方のストローク端位置とし、出力ポートがタンクポートと遮断され、かつポンプポートと完全に連通する状態を他方のストローク端位置として設定し、圧力設定用ばねのばね力と、ポンプポートからの圧力が出力ポートに導かれたときに、この圧力設定用ばねとバランスする位置がそのストローク端位置となる。従って、スプールはこのストローク端位置に規制されれば良いのであるが、スプールの保護、作動の円滑性確保、加工の容易性等の理由で、スプールはストローク端位置をオーバーランすることを許容している。このために、圧力設定用ばねが圧縮されたときにおいて、出力ポートに所定の圧力が作用していないときには、スプールはストローク端位置をオーバーランすることになる。
【００１６】
そこで、スプールがオーバーランしたときにだけ絞り流路と油圧室との連通を遮断するようになし、ストローク端位置、つまりそれ以上スプールが移動しても、出力ポート内の圧力がそれより高くならない位置になったときにおいても、流路開閉部は絞り流路を油圧室と連通状態に確保されるようになし、スプールのオーバーラン時にこの連通を遮断するように設定されている。この流路開閉部はスプールの絞り流路を設けた位置を含むように形成したノッチにより構成することができる。そして、スプールがストローク端位置にあるときに、ノッチの油圧室への開口面積は、絞り流路の流路面積と同じか、それより大きくなるように設定する。
【発明の効果】
【００１７】
以上によって、操作レバーを急激にフルストロークまで操作しても、スプールは迅速に定常状態に移行することになり、スプールの動作の安定性を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図２は減圧弁型パイロット弁の構成を示す。この減圧弁型パイロット弁の基本的な構成及びその作動については、図１に示した従来技術のものと格別の差異はないので、同一または均等な構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、図２においては、コントロールバルブの図示を省略している。
【００１９】
本発明における減圧弁型パイロット弁は、操作レバー１により切り換えられるものであって、この操作レバー１を傾動操作することによって、弁室１０内でスプール１１を摺動させ、出力ポート２１をタンクポート１９と連通する状態から、ポンプポート２０に接続する状態に切り換えられるようになる。これによりコントロールバルブ４の油圧パイロット部４ａ，４ｂのいずれかにパイロット圧が供給される。そして、このコントロールバルブ４には、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力と操作レバー１の操作による圧力設定用ばね１５の撓みとがバランスするように減圧されたパイロット圧が供給される。また、この操作時に操作レバー１に作用する反力は、復帰ばね１６の圧縮に基づくばね力と、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力であるが、その全受圧面積から油圧室１８内に臨む受圧面積との差分に減殺されるようになっている。以上の点については、前述した従来技術において説明したと同様である。
【００２０】
ここで、スプール１１に設けられ、出力ポート２１と油圧室１８とを連通させる連通路２５には、図３に示したように、流路開閉部としてのノッチ３０が形成されており、連通路２５はこのノッチ３０の範囲内に開口している。ノッチ３０は、スプール１１の大径部における外周面に形成され、スプール１１の軸線方向に長軸を向けた概略楕円形の凹部から構成され、スプール１１が弁室１０内を摺動変位して、出力ポート２１内の圧力が最大になったときに、つまり中立位置からスプール１１の凹部１１ａに設けた切換流路２２がポンプポート２０と完全に連通するまでのストロークＳ移動したときにも、図中にＰで示したように、ノッチ３０はこの切換流路２２の流路断面積と実質的に同じか、またはそれより僅かに大きな流路断面積をもって油圧室１８と連通するようになっている。ただし、ノッチ３０は、スプール１１が前述した出力ポート２１内が最大圧力状態の位置よりオーバーランすると、つまり（ストロークＳ＋ノッチ３０の開口Ｐ）に相当する距離以上動いたときに、弁室１０のランド１０ａに乗り上げて、出力ポート２１と油圧室１８との間の連通が遮断されることになる。
【００２１】
本実施の形態は以上のように構成されるものであって、操作レバー１を低速で操作する際においては、その傾動開始から最大傾動位置までの間における作動は、前述した従来技術のものと格別の差異はない。
【００２２】
操作レバー１を中立位置から急激にフルストロークまで操作したときには、圧力設定用ばね１５が直ちに撓められるので、スプール１１はこの圧力設定用ばね１５のばね力により図中下方に向けて摺動することになる。一方、このばね力に対向する力は出力ポート２１内の圧力であり、スプール１１が変位して、出力ポート２１がポンプポート２０と接続されても直ちにポンプポート２０内の圧力が出力ポート２１に導かれるのではなく、出力ポート２１がポンプ圧になるまでに多少の時間遅れが生じる。この時間遅れは、ポンプポート２０に接続したホース等からなる油圧配管内を流れる作動油の流動抵抗及び作動油の弾性、弁室１０の容積等に起因するものであり、ある時間が経過すると出力ポート２１内の圧力が上昇して、圧力設定用ばね１５に抗する方向に油圧力が作用する。ただし、出力ポート２１内の圧力が上昇するまでは、スプール１１に対しては圧力設定用ばね１５のみが作用することから、スプール１１は最大圧力を出力する位置から図中下方にオーバーランすることになる。
【００２３】
前述した時間遅れがあった後、出力ポート２１内に圧力が生じることになる結果、スプール１１が押し戻されることになる。スプール１１を速やかに定常状態に安定させるために、このスプールのオーバーランを最小限に抑制する必要がある。
【００２４】
ここで、スプール１１がオーバーランすると、ノッチ３０が弁室１０のランド１０ａに乗り上げることになる。その結果、連通路２５による出力ポート２１と油圧室１８との連通が遮断されることになる。従って、高圧のポンプポート２０は出力ポート２１と接続されるが、油圧室１８とは遮断された状態となり、スプール１１の全受圧面積分の圧力がスプール１１を圧力設定用ばね１５に抗する方向に作用し、スプール１１は迅速に定常状態となる。このように、スプール１１がオーバーランしたときには、油圧室１８内には圧力が導かれず、実質的にタンク圧の状態に保持されて、圧力設定用ばね１５の付勢方向への圧力は作用しない。ただし、スプール１１が定常状態になると、ノッチ３０が油圧室１８に開口し、この油圧室１８内が出力ポート２１と実質的に同じ圧力状態となるので、スプール１１の全受圧面積のうち、油圧室１８内に臨む受圧面積分がキャンセルされる。従って、操作レバー１の負荷が軽減されることになり、その操作性は良好に保たれる。
【００２５】
そこで、図４に操作レバー１が急激に操作されたときにおけるスプール１１の動きの推移を示す。同図に実線で示した特性はノッチ３０を設けた場合であり、ノッチを設けない場合の特性は、同図に仮想線で示した。この図４から明らかなように、操作レバー１を急激にフルストロークになるように操作したときに、ノッチを設けていない場合には、圧力設定用ばね１５が抵抗なく伸長して、スプール１１はストローク端位置を超えて大きく移動する。そして、出力ポート２１内の圧力が伸長した圧力設定用ばね１５のばね力より大きくなったところで、スプール１１が戻り方向に反転する。このスプール１１の戻り方向に移動させる圧力は、スプール１１における出力ポート２１に臨む全受圧面積から油圧室１８内に臨む受圧面積との差分に減殺されたものとなる。
【００２６】
また、このようにストローク端位置を大きく超えると、圧力ポート２１内に圧力が作用して、スプール１１が戻り方向に変位する際に、その慣性力によって、ストローク端位置より下降することになる。従って、スプール１１への圧力による押動力が圧力設定用ばね１５のばね力より大きくなるために、さらにスプール１１がストローク端位置を超えて変位することになり、その後にスプール１１がストローク端位置に復帰して、定常状態で安定する。そして、この定常状態に至るまでにはＴ１という時間が必要となる。
【００２７】
これに対して、スプール１１のオーバーラン時に、油圧室１８を閉鎖して、この油圧室１８内にポンプポート２０の圧力を導かないようにすることによって、圧力ポート２１にポンプ圧が作用すると、その全受圧面積がポンプ圧を受けることになるので、直ちにスプール１１に対して戻り方向に強い油圧力が作用する。従って、スプール１１のオーバーラン方向への動き量が小さくなるので、スプール１１の定常状態に至るまでの時間Ｔ２が大きく短縮されることになる。勿論、スプール１１のストローク端位置であれ、定常状態になれば、油圧室１８は出力ポート２１と連通状態になるので、操作レバー１に対する油圧反力の軽減という目的が損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術における減圧弁型パイロット弁の断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示す減圧弁型パイロット弁の断面図である。
【図３】図２のポートの切り換えと、ノッチの作動との関係を示す説明図である。
【図４】操作レバーを急激にフルストロークまで操作したときにおけるスプールの動きを、ノッチを形成しない場合と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 操作レバー ５ カム
６ プッシャ １０ 弁室
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ランド
１１ スプール １１ａ 凹部
１２ 作動ロッド １４，１７ ばね受け
１５ 圧力設定用ばね １６ 復帰ばね
１８ 油圧室 １９ タンクポート
２０ ポンプポート ２１ 出力ポート
２５ 連通路 ３０ ノッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建設機械に設けられ、操作レバー等の操作手段に連動して油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブの切換操作を行なうための減圧弁型パイロット弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設機械として、例えば油圧ショベルには、油圧シリンダや油圧モータといった油圧アクチュエータが設けられており、これらの油圧アクチュエータによって、掘削作業手段を作動させたり、旋回及び走行を行なわせたりする。これら油圧アクチュエータの作動制御はコントロールバルブにより行なわれるが、コントロールバルブを油圧パイロット方式となし、その油圧パイロット部にパイロット圧を作用させることによりコントロールバルブを切り換えるようにしている。このために、操作レバー等の操作手段により操作される減圧弁型パイロット弁を設けて、このパイロット弁からコントロールバルブを切り換えるための油圧信号を供給するように構成している。
【０００３】
この減圧弁型パイロット弁の構成としては、例えば特許文献１に記載されているものが従来から用いられている。そこで、図１に従来技術による減圧弁型パイロット弁の構成を示す。図中において、１は操作レバー、２はケーシングを示す。操作レバー１は、ケーシング２に対して自在継手３によって図中の矢印方向に傾動可能に連結されている。ケーシング２は、図中において、その上部側が切換作動部２ａ、下部側が弁部２ｂとなっており、操作レバー１を図中において、Ｒ方向またはＬ方向に傾動させることによって、コントロールバルブ４の両端に設けた油圧パイロット部４ａまたは４ｂにパイロット圧を供給して、このコントロールバルブ４の切り換えが行なわれることになる。
【０００４】
操作レバー１にはカム５が連結して設けられており、またケーシング２の切換作動部２ａには、一対のプッシャ６，６が設けられており、これらのプッシャ６はケーシング２の表面から所定量突出している。そして、操作レバー１を操作すると、いずれかのプッシャ６がケーシング２内に押し込まれるようになっており、プッシャ６の押し込み量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ４に供給されるようになっている。
【０００５】
プッシャ６は、弁部２ｂに設けられ、弁室１０内に摺動可能に設けたスプール１１を駆動するものであり、スプール１１には作動ロッド１２が連設されている。この作動ロッド１２はケーシング２内において、弁部２ｂから切換作動部２ａに延在されており、作動ロッド１２の先端近傍位置にはストッパ１３が装着されている。ストッパ１３にはばね受け１４が当接しており、このばね受け１４には圧力設定用ばね１５と復帰ばね１６とが作用している。そして、圧力設定用ばね１５の他端は作動ロッド１２に装着したばね受け１７と当接し、また復帰ばね１６の他端はケーシング２の切換作動部２ａを構成する壁面に当接している。
【０００６】
弁室１０には、スプール１１の軸線方向に向けて３箇所のランド部１０ａ，１０ｂ及び１０ｃが形成されており、スプール１１と、弁室１０におけるこれらのランド１０ａ，１０ｂ，１０ｃとによって、弁室１０は上部側から油圧室１８，タンクポート１９，ポンプポート２０に区画形成されており、また弁室１０の図中における下端部は出力ポート２１となっている。そして、スプール１１の外周部に円環状凹部１１ａが形成されており、この円環状凹部１１ａには出力ポート２１をタンクポート１９またはポンプポート２０と連通するように切り換える切換流路２２が開口している。この切換流路２２は、常時においては、出力ポート２１をタンクポート１９と連通させており、スプール１１を弁室１０に沿って図中下方に摺動変位させると、出力ポート２１はタンクポート１９との連通が遮断され、ポンプポート２０と連通する状態に切り換わることになる。そして、スプール１１における円環状凹部１１ａを形成した部位の上下に位置する大径部分には流路絞り部２３，２４が形成されている。
【０００７】
操作レバー１は、常時においては、両プッシャ６に作用する復帰ばね１６により鉛直状態に保持されており、操作レバー１のこの位置が中立位置であり、図中における左右両側に位置するパイロット弁の出力ポート２１は共にタンクポート１９と連通し、コントロールバルブ４の両側の油圧パイロット部４ａ，４ｂにはパイロット圧が供給されない。従って、コントロールバルブ４は中立位置に保持される。
【０００８】
この状態から、図１に仮想線で示したように、操作レバー１を図中の左方向に傾動させたとする。その結果、操作レバー１に装着したカム５により図中左側のプッシャ６が復帰ばね１６に抗してケーシング２内に押し込まれ、これと共にばね受け１４が下降することになる。ばね受け１４が下降すると、このばね受け１４とスプール１１に連設した作動ロッド１２に設けたばね受け１７との間で圧力設定用ばね１５が圧縮される。これによりスプール１１に図中下方に向けて撓められることになる。このときのばね力によって、スプール１１が下方に変位して、出力ポート２１はタンクポート１９と完全に連通する状態から、流路絞り部２３，２４によりタンクポート１９及びポンプポート２０と連通する状態に切り換わって、出力ポート２１内に圧力が生じることになり、これによってコントロールバルブ４のいずれかの油圧パイロット部４ａまたは４ｂにパイロット圧が供給されて、このコントロールバルブ４が切り換わって、油圧アクチュエータを作動させることができる。そして、スプール１１の連通路２５がタンクポート１９と完全に遮断され、ポンプポート２０とだけ連通する状態がそのストローク端位置である。一方、図中右側では、プッシャ６は静止状態に保持されるので、右側のパイロット弁は切り換わらない。
【０００９】
ここで、出力ポート２１がポンプポート２０に接続されると、この出力ポート２１内に圧力が生じ、この圧力でスプール１１を押し上げる方向に作用する。従って、スプール１１は、出力ポート２１内の圧力と、圧力設定用ばね１５の撓みによるばね力とのバランスが取れた位置に保持されることになる。即ち、操作レバー１の操作による圧力設定用ばね１５の撓みに応じて減圧された圧力が出力ポート２１からコントロールバルブ４に供給されることになる。
【００１０】
ここで、操作レバー１の操作時に、この操作レバー１に作用する反力は、復帰ばね１６の圧縮によるものと、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力とである。油圧室１８を設けたのは、この操作反力を軽減させるためであり、スプール１１には、出力ポート２１を油圧室１８に連通させる絞り流路としての連通路２５が穿設されている。その結果、スプール１１の油圧室１８に臨む受圧面積分がスプール１１を押し下げる方向に作用する。従って、操作レバー１に作用する油圧反力は、出力ポート２１に臨む全受圧面積と、油圧室１８に臨む受圧面積との差分に縮減されることになり、もって操作レバー１を軽い操作力で円滑に操作できる。
【特許文献１】特開２００１−３０４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、前述した従来技術において、操作レバーを急激にフルストローク操作したときには、圧力設定用ばねの作用によってスプールが弁室内を摺動するが、このときにはスプールは最大圧力が出力される位置、つまり本来のストローク端位置をオーバーランして移動することになる。その理由は、ポンプポートに接続した油圧配管内を流れる作動油の流動抵抗や、作動油の弾性、弁室の容積等に起因して、出力ポートにポンプ圧が作用するのが立ち遅れる結果、スプールには圧力設定用ばねの撓みにより生じるばね力による押し下げ方向の力がそれに対向する方向の油圧力より大きくなるためである。そして、出力ポート内の圧力が上昇すると、圧力設定用ばねに抗してスプールが押し上げられるが、この時の慣性力によって、スプールが過剰に押し上げられることになる。その結果、圧力設定用ばねのばね力が勝ることになるので、再度スプールが押し下げられ、この動作が繰り返されて、スプールはある程度の時間が経過した後に、定常状態に至ることになる。
【００１２】
ここで、圧力設定用ばねのばね力でスプールがオーバーランした後、出力ポート内の圧力上昇によりスプールを押し上げる際において、油圧室内に導かれた圧力がこのスプールの押し上げ方向とは反対方向に作用することになる。その結果、圧力設定用ばねのばね力に対向してスプールを押し上げる力が小さくなるので、操作レバーの操作時からスプールが定常状態になるまでの時間が長くなるという不都合が生じる。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、油圧室の作用による操作レバーの油圧反力の低減機能を損なうことなく、操作レバーのフルストローク操作時に、スプールを迅速に定常状態に復帰させるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するために、本発明は、ポンプポート及びタンクポートと、出力ポートとが形成された弁部を有するケーシングと、この弁部内に摺動可能に設けられ、前記出力ポートを前記タンクポートと前記ポンプポートとのいずれかに連通するように切り換えるスプールと、このスプールの切り換えを行なうために、プッシャと、このプッシャにより圧縮される圧力設定ばねとからなる切換作動手段とを備え、前記スプールには前記出力ポート内の圧力を作用させて、この圧力と前記圧力設定ばねの圧縮時のばね力とのバランスが取れる位置にまで前記スプールを変位させるようになし、さらに前記ケーシングに油圧室を設けて、この油圧室を介して前記出力ポートと連通させる絞り流路を前記スプールに形成した減圧弁型パイロット弁であって、前記スプールには、前記切換作動手段により前記スプールが前記出力ポートを前記ポンプポートと連通する方向へのストローク端位置までは前記油圧室を前記絞り流路と連通させ、前記スプールがこのストローク端位置をオーバーランしたときには、前記絞り流路と前記油圧室との連通を遮断する流路開閉部を設ける構成としたことをその特徴とするものである。
【００１５】
減圧弁型パイロット弁においては、スプールは、出力ポートがタンクポートと連通する状態を一方のストローク端位置とし、出力ポートがタンクポートと遮断され、かつポンプポートと完全に連通する状態を他方のストローク端位置として設定し、圧力設定用ばねのばね力と、ポンプポートからの圧力が出力ポートに導かれたときに、この圧力設定用ばねとバランスする位置がそのストローク端位置となる。従って、スプールはこのストローク端位置に規制されれば良いのであるが、スプールの保護、作動の円滑性確保、加工の容易性等の理由で、スプールはストローク端位置をオーバーランすることを許容している。このために、圧力設定用ばねが圧縮されたときにおいて、出力ポートに所定の圧力が作用していないときには、スプールはストローク端位置をオーバーランすることになる。
【００１６】
そこで、スプールがオーバーランしたときにだけ絞り流路と油圧室との連通を遮断するようになし、ストローク端位置、つまりそれ以上スプールが移動しても、出力ポート内の圧力がそれより高くならない位置になったときにおいても、流路開閉部は絞り流路を油圧室と連通状態に確保されるようになし、スプールのオーバーラン時にこの連通を遮断するように設定されている。この流路開閉部はスプールの絞り流路を設けた位置を含むように形成したノッチにより構成することができる。そして、スプールがストローク端位置にあるときに、ノッチの油圧室への開口面積は、絞り流路の流路面積と同じか、それより大きくなるように設定する。
【発明の効果】
【００１７】
以上によって、操作レバーを急激にフルストロークまで操作しても、スプールは迅速に定常状態に移行することになり、スプールの動作の安定性を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図２は減圧弁型パイロット弁の構成を示す。この減圧弁型パイロット弁の基本的な構成及びその作動については、図１に示した従来技術のものと格別の差異はないので、同一または均等な構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、図２においては、コントロールバルブの図示を省略している。
【００１９】
本発明における減圧弁型パイロット弁は、操作レバー１により切り換えられるものであって、この操作レバー１を傾動操作することによって、弁室１０内でスプール１１を摺動させ、出力ポート２１をタンクポート１９と連通する状態から、ポンプポート２０に接続する状態に切り換えられるようになる。これによりコントロールバルブ４の油圧パイロット部４ａ，４ｂのいずれかにパイロット圧が供給される。そして、このコントロールバルブ４には、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力と操作レバー１の操作による圧力設定用ばね１５の撓みとがバランスするように減圧されたパイロット圧が供給される。また、この操作時に操作レバー１に作用する反力は、復帰ばね１６の圧縮に基づくばね力と、スプール１１に作用する出力ポート２１内の圧力であるが、その全受圧面積から油圧室１８内に臨む受圧面積との差分に減殺されるようになっている。以上の点については、前述した従来技術において説明したと同様である。
【００２０】
ここで、スプール１１に設けられ、出力ポート２１と油圧室１８とを連通させる連通路２５には、図３に示したように、流路開閉部としてのノッチ３０が形成されており、連通路２５はこのノッチ３０の範囲内に開口している。ノッチ３０は、スプール１１の大径部における外周面に形成され、スプール１１の軸線方向に長軸を向けた概略楕円形の凹部から構成され、スプール１１が弁室１０内を摺動変位して、出力ポート２１内の圧力が最大になったときに、つまり中立位置からスプール１１の凹部１１ａに設けた切換流路２２がポンプポート２０と完全に連通するまでのストロークＳ移動したときにも、図中にＰで示したように、ノッチ３０はこの切換流路２２の流路断面積と実質的に同じか、またはそれより僅かに大きな流路断面積をもって油圧室１８と連通するようになっている。ただし、ノッチ３０は、スプール１１が前述した出力ポート２１内が最大圧力状態の位置よりオーバーランすると、つまり（ストロークＳ＋ノッチ３０の開口Ｐ）に相当する距離以上動いたときに、弁室１０のランド１０ａに乗り上げて、出力ポート２１と油圧室１８との間の連通が遮断されることになる。
【００２１】
本実施の形態は以上のように構成されるものであって、操作レバー１を低速で操作する際においては、その傾動開始から最大傾動位置までの間における作動は、前述した従来技術のものと格別の差異はない。
【００２２】
操作レバー１を中立位置から急激にフルストロークまで操作したときには、圧力設定用ばね１５が直ちに撓められるので、スプール１１はこの圧力設定用ばね１５のばね力により図中下方に向けて摺動することになる。一方、このばね力に対向する力は出力ポート２１内の圧力であり、スプール１１が変位して、出力ポート２１がポンプポート２０と接続されても直ちにポンプポート２０内の圧力が出力ポート２１に導かれるのではなく、出力ポート２１がポンプ圧になるまでに多少の時間遅れが生じる。この時間遅れは、ポンプポート２０に接続したホース等からなる油圧配管内を流れる作動油の流動抵抗及び作動油の弾性、弁室１０の容積等に起因するものであり、ある時間が経過すると出力ポート２１内の圧力が上昇して、圧力設定用ばね１５に抗する方向に油圧力が作用する。ただし、出力ポート２１内の圧力が上昇するまでは、スプール１１に対しては圧力設定用ばね１５のみが作用することから、スプール１１は最大圧力を出力する位置から図中下方にオーバーランすることになる。
【００２３】
前述した時間遅れがあった後、出力ポート２１内に圧力が生じることになる結果、スプール１１が押し戻されることになる。スプール１１を速やかに定常状態に安定させるために、このスプールのオーバーランを最小限に抑制する必要がある。
【００２４】
ここで、スプール１１がオーバーランすると、ノッチ３０が弁室１０のランド１０ａに乗り上げることになる。その結果、連通路２５による出力ポート２１と油圧室１８との連通が遮断されることになる。従って、高圧のポンプポート２０は出力ポート２１と接続されるが、油圧室１８とは遮断された状態となり、スプール１１の全受圧面積分の圧力がスプール１１を圧力設定用ばね１５に抗する方向に作用し、スプール１１は迅速に定常状態となる。このように、スプール１１がオーバーランしたときには、油圧室１８内には圧力が導かれず、実質的にタンク圧の状態に保持されて、圧力設定用ばね１５の付勢方向への圧力は作用しない。ただし、スプール１１が定常状態になると、ノッチ３０が油圧室１８に開口し、この油圧室１８内が出力ポート２１と実質的に同じ圧力状態となるので、スプール１１の全受圧面積のうち、油圧室１８内に臨む受圧面積分がキャンセルされる。従って、操作レバー１の負荷が軽減されることになり、その操作性は良好に保たれる。
【００２５】
そこで、図４に操作レバー１が急激に操作されたときにおけるスプール１１の動きの推移を示す。同図に実線で示した特性はノッチ３０を設けた場合であり、ノッチを設けない場合の特性は、同図に仮想線で示した。この図４から明らかなように、操作レバー１を急激にフルストロークになるように操作したときに、ノッチを設けていない場合には、圧力設定用ばね１５が抵抗なく伸長して、スプール１１はストローク端位置を超えて大きく移動する。そして、出力ポート２１内の圧力が伸長した圧力設定用ばね１５のばね力より大きくなったところで、スプール１１が戻り方向に反転する。このスプール１１の戻り方向に移動させる圧力は、スプール１１における出力ポート２１に臨む全受圧面積から油圧室１８内に臨む受圧面積との差分に減殺されたものとなる。
【００２６】
また、このようにストローク端位置を大きく超えると、圧力ポート２１内に圧力が作用して、スプール１１が戻り方向に変位する際に、その慣性力によって、ストローク端位置より下降することになる。従って、スプール１１への圧力による押動力が圧力設定用ばね１５のばね力より大きくなるために、さらにスプール１１がストローク端位置を超えて変位することになり、その後にスプール１１がストローク端位置に復帰して、定常状態で安定する。そして、この定常状態に至るまでにはＴ１という時間が必要となる。
【００２７】
これに対して、スプール１１のオーバーラン時に、油圧室１８を閉鎖して、この油圧室１８内にポンプポート２０の圧力を導かないようにすることによって、圧力ポート２１にポンプ圧が作用すると、その全受圧面積がポンプ圧を受けることになるので、直ちにスプール１１に対して戻り方向に強い油圧力が作用する。従って、スプール１１のオーバーラン方向への動き量が小さくなるので、スプール１１の定常状態に至るまでの時間Ｔ２が大きく短縮されることになる。勿論、スプール１１のストローク端位置であれ、定常状態になれば、油圧室１８は出力ポート２１と連通状態になるので、操作レバー１に対する油圧反力の軽減という目的が損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術における減圧弁型パイロット弁の断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示す減圧弁型パイロット弁の断面図である。
【図３】図２のポートの切り換えと、ノッチの作動との関係を示す説明図である。
【図４】操作レバーを急激にフルストロークまで操作したときにおけるスプールの動きを、ノッチを形成しない場合と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 操作レバー ５ カム
６ プッシャ １０ 弁室
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ランド
１１ スプール １１ａ 凹部
１２ 作動ロッド １４，１７ ばね受け
１５ 圧力設定用ばね １６ 復帰ばね
１８ 油圧室 １９ タンクポート
２０ ポンプポート ２１ 出力ポート
２５ 連通路 ３０ ノッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプポート及びタンクポートと、出力ポートとが形成された弁部を有するケーシングと、この弁部内に摺動可能に設けられ、前記出力ポートを前記タンクポートと前記ポンプポートとのいずれかに連通するように切り換えるスプールと、このスプールの切り換えを行なうために、プッシャと、このプッシャにより圧縮される圧力設定ばねとからなる切換作動手段とを備え、前記スプールには前記出力ポート内の圧力を作用させて、この圧力と前記圧力設定ばねの圧縮時のばね力とのバランスが取れる位置にまで前記スプールを変位させるようになし、さらに前記ケーシングに油圧室を設けて、この油圧室を介して前記出力ポートと連通させる絞り流路を前記スプールに形成した減圧弁型パイロット弁において、
前記スプールには、前記切換作動手段により前記スプールが前記出力ポートを前記ポンプポートと連通する方向へのストローク端位置までは前記油圧室を前記絞り流路と連通させ、前記スプールがこのストローク端位置をオーバーランしたときには、前記絞り流路と前記油圧室との連通を遮断する流路開閉部を設ける
構成としたことを特徴とする減圧弁型パイロット弁。
【請求項２】
前記流路開閉部は、前記スプールの前記絞り流路を設けた位置を含むように形成したノッチで構成したことを特徴とする請求項１記載の減圧弁型パイロット弁。
【請求項３】
前記前記スプールが前記ストローク端位置にあるときに、前記ノッチの前記油圧室への開口面積は、前記絞り流路の流路面積と同じか、それより大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２記載の減圧弁型パイロット弁。
【請求項１】
ポンプポート及びタンクポートと、出力ポートとが形成された弁部を有するケーシングと、この弁部内に摺動可能に設けられ、前記出力ポートを前記タンクポートと前記ポンプポートとのいずれかに連通するように切り換えるスプールと、このスプールの切り換えを行なうために、プッシャと、このプッシャにより圧縮される圧力設定ばねとからなる切換作動手段とを備え、前記スプールには前記出力ポート内の圧力を作用させて、この圧力と前記圧力設定ばねの圧縮時のばね力とのバランスが取れる位置にまで前記スプールを変位させるようになし、さらに前記ケーシングに油圧室を設けて、この油圧室を介して前記出力ポートと連通させる絞り流路を前記スプールに形成した減圧弁型パイロット弁において、
前記スプールには、前記切換作動手段により前記スプールが前記出力ポートを前記ポンプポートと連通する方向へのストローク端位置までは前記油圧室を前記絞り流路と連通させ、前記スプールがこのストローク端位置をオーバーランしたときには、前記絞り流路と前記油圧室との連通を遮断する流路開閉部を設ける
構成としたことを特徴とする減圧弁型パイロット弁。
【請求項２】
前記流路開閉部は、前記スプールの前記絞り流路を設けた位置を含むように形成したノッチで構成したことを特徴とする請求項１記載の減圧弁型パイロット弁。
【請求項３】
前記前記スプールが前記ストローク端位置にあるときに、前記ノッチの前記油圧室への開口面積は、前記絞り流路の流路面積と同じか、それより大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２記載の減圧弁型パイロット弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−９８８２（Ｐ２００６−９８８２Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８５９２５（Ｐ２００４−１８５９２５）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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