| 【発明の名称】 |
作業用機械におけるバルブ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】岩崎 仁
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| 【要約】 |
【課題】重量物の上下動を行う油圧シリンダの排出油路に、重量物の自重降下を防止する機能と、重量物の下降時におけるメータアウト制御機能とを有するバルブ装置を設けるにあたり、該バルブ装置の小型化を図る。
【解決手段】メータアウト制御を行うスプール弁１８に、自重降下防止用の第一チェック弁１９を軸方向移動自在に組込んだ。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 重量物の上下動を行う油圧シリンダを備えた作業用機械において、重量物下降時における油圧シリンダからの排出油路に、重量物の自重による降下を防止するための自重降下防止機能と、重量物の下降時におけるメータアウト制御機能とを有するバルブ装置を設けるにあたり、該バルブ装置は、メータアウト制御を行うスプール弁に、該スプール弁のメータアウト制御時には排出油路を開放するが、非制御時には排出油路を閉鎖する自重降下防止用のチェック弁を軸方向移動自在に組み込んで構成した作業用機械におけるバルブ装置。
【請求項２】 請求項１において、自重降下防止用のチェック弁は、ポペットタイプの弁体を用いて構成されている作業用機械におけるバルブ装置。
【請求項３】 請求項１または２において、バルブ装置には、さらに、油圧シリンダへの重量物上昇側の油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁が設けられている作業用機械におけるバルブ装置。
【請求項４】 請求項１、２または３において、バルブ装置は、油圧シリンダに直付けで装着される作業用機械におけるバルブ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の作業用機械におけるバルブ装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の作業用機械には、例えばブームやアーム等の重量物を上下動させるためのブームシリンダやアームシリンダ等の油圧シリンダが設けられており、そして該油圧シリンダの圧油供給排出制御は、操作具操作に基づいて作動するコントロールバルブにより行われる構成となっている。このものにおいて、作業中に油圧シリンダの圧油供給排出経路に漏れ等のアクシデントが生じてコントロールバルブによる油圧シリンダの制御を行えなくなったような場合、重量物が自重により降下してしまう惧れがある。そこで、従来、油圧シリンダに直付けで装着したバルブ装置に、操作具が下降側に操作されていないときに油圧シリンダの下降側の排出油路を閉鎖するチェック弁を組込み、該チェック弁により重量物の自重降下を防止するように構成していた。しかるに、前記コントロールバルブによる油圧シリンダの制御を行えなくなった場合、前述したチェック弁により重量物の自重降下は防止できるものの、修理等を行うには接地するまで重量物を下降させる必要がある。そこで、重量物が接地するまでの下降制御（メータアウト制御）を行うためのバルブを、前記チェック弁と共にバルブ装置に組込んだものが提唱されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記自重降下防止用のチェック弁と下降制御用のバルブとが組込まれるバルブ装置は、前述したように油圧シリンダに直付けで装着されるものであるから、なるべく小型であることが要求される。しかるに、従来提唱されているものは、自重降下防止用のチェック弁と下降制御用のバルブとが別個のものであるため、どうしてもバルブ装置が大きくなってしまうという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、重量物の上下動を行う油圧シリンダを備えた作業用機械において、重量物下降時における油圧シリンダからの排出油路に、重量物の自重による降下を防止するための自重降下防止機能と、重量物の下降時におけるメータアウト制御機能とを有するバルブ装置を設けるにあたり、該バルブ装置は、メータアウト制御を行うスプール弁に、該スプール弁のメータアウト制御時には排出油路を開放するが、非制御時には排出油路を閉鎖する自重降下防止用のチェック弁を軸方向移動自在に組み込んで構成したものである。そして、この様にすることにより、バルブ装置の小型化を達成できる。このものにおいて、自重降下防止用のチェック弁は、ポペットタイプの弁体を用いて構成することにより、シール性の高いものとすることができる。また、バルブ装置には、さらに、油圧シリンダへの重量物上昇側の油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁を設けることができる。そして本発明のバルブ装置は、油圧シリンダに直付けで装着されるものとして有用である。
【０００５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図面において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロントアタッチメント４等の各部から構成されており、さらに、該フロントアタッチメント４は、基端部が上部旋回体２に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブームの先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該アーム６の先端部に前後揺動自在に支持されるバケット７、これらブーム５、アーム６、バケット７を揺動せしめるためのブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０等の部材装置が設けられているが、本実施の形態では、前記ブームシリンダ８およびアームシリンダ９の油圧回路に本発明が実施されている。
【０００６】前記ブームシリンダ８およびアームシリンダ９の油圧回路は同様のものであるため、ブームシリンダ８を例にとって図２に基づいて説明すると、該図２において、１１はメインポンプ、１２はパイロットポンプ、１３は油タンク、１４はコントロールバルブ、１５はパイロットバルブ、１６はブーム用の操作具であって、これら各部材装置１１〜１６は上部旋回体２に搭載されている。また、１７はロジック弁であって、該ロジック弁１７は、ブームシリンダ８に直付けで装着されている。
【０００７】前記コントロールバルブ１４は、第一〜第四ポート１４ａ〜１４ｄおよび上昇側、下降側のパイロットポート１４ｅ、１４ｆを有する三位置切換弁であって、このものの第一ポート１４ａはメインポンプ１１に、第二ポート１４ｂは油タンク１３に、第三ポート１４ｃは前記ロジック弁１７を経由してブームシリンダ８の上昇側油室８ａに、第四ポート１４ｄはブームシリンダ８の下降側油室８ｂにそれぞれ接続されている。そしてこのコントロールバルブ１４は、両パイロットポート１４ｅ、１４ｆにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８への圧油の供給排出を行わない中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットパート１４ｅにパイロット圧が入力されることにより、メインポンプ１１からの圧油をロジック弁１７を経由してブームシリンダ８の上昇側油室８ａに供給する一方、下降側油室８ｂからの排出油を油タンク１３に流す上昇側位置Ｘに切換り、これによりブームシリンダ８が伸長してブーム５が上昇するように構成されている。また、下降側パイロットパート１４ｆにパイロット圧が入力されたときには、コントロールバルブ１４は、メインポンプ１１からの圧油を下降側油室８ｂに供給する下降側位置Ｙに切換り、これによりブームシリンダ８が縮小してブーム５が下降するように構成されている。尚、ブーム５の下降時における上昇側油室８ａからの排出油は、後述するようにロジック弁１７を経由して油タンク１３に流れる。
【０００８】また、前記パイロットバルブ１５は、上昇側パイロットバルブ１５Ａと下降側パイロットバルブ１５Ｂとから構成されている。そして、操作具１６を上昇側または下降側に操作することにより、該操作された側のパイロットバルブ１５Ａまたは１５Ｂからパイロット圧が出力され、該パイロット圧が前記コントロールバルブ１４の上昇側、下降側パイロットポート１４ｅ、１４ｆにそれぞれ入力されるようになっているが、さらに、下降側パイロットバルブ１５Ｂから出力されたパイロット圧は、後述するように、ロジック弁１７にも入力されるように構成されている。
【０００９】一方、ロジック弁１７について、前記図２および図３〜図８に基づいて説明すると、該ロジック弁１７のハウジング１７ａには、ブーム下降時メータアウト制御用のスプール弁１８、自重降下防止用の第一チェック弁１９、ブーム上昇時用の第二チェック弁２０、これらの弁１８、１９、２０をそれぞれ付勢する第一、第二、第三弾機２１、２２、２３が組込まれると共に、ブームシリンダ８の上昇側油室８ａに接続されるシリンダ側油室１７ｂ、油タンク１３に接続されるタンク側油室１７ｃ、下降側パイロットバルブ１５Ｂに接続されるパイロット油室１７ｄ、油タンク１３に接続されるドレン油室１７ｅ、コントロールバルブ１４の第三ポート１４ｃに接続されるコントロールバルブ側油室１７ｆ、該コントロールバルブ側油室１７ｆに第二チェック弁２０を介して連通される供給油室１７ｇ、該供給油室１７ｇと上記シリンダ側油室１７ｂとのあいだに設けられる連通油室１７ｈ等が形成されている。尚、以下の説明において、上下左右は、図３〜図８における位置や方向を示すものであって、実際の位置や方向を示すものではない。
【００１０】前記ブーム下降時メータアウト制御用のスプール弁１８は、ハウジング１７ａに軸方向（左右方向）移動自在に支持され、その左側端はパイロット油室１７ｄに対向し、右側端部はドレン油室１７ｅに収納されている。また、このスプール弁１８の上側外周面部には、軸方向を向く凹溝状の第一油路１８ａが形成され、さらに該第一油路１８ａの左方には、周回り方向に凹んだ第二油路１８ｂが形成されている。そして前記スプール弁１８は、パイロット油室１７ｄにパイロット圧が入力されていない状態では、ドレン油室１７ｅに収納された第一弾機２１の付勢力を受けて、フランジ部１８ｃがハウジング１７ａの壁面に接当してこれ以上の左方への移動が規制される最左端位置（該位置を、以下、スプール弁１８の中立位置と称する）に位置していて、後述するメータリング油路１７ｉおよびドレン油路１７ｊを閉じる閉鎖状態となっているが、パイロット圧がパイロット油室１７ｄに入力されることにより、前記第一弾機２１の付勢力に抗して右方に移動して、前記メータリング油路１７ｉおよびドレン油路１７ｊを開くメータリング状態となるように構成されている。ここで、前記メータリング油路１７ｉは、タンク側油室１７ｃと連通油室１７ｈとを、スプール弁１８の第二油路１８ｂを介して連通する油路であって、該メータリング油路１７ｉの開度量は、パイロット油室１７ｄに入力されるパイロット圧、つまり操作具１６の操作に基づいて下降側パイロットバルブ１５Ｂから出力されるパイロット圧に対応して調節される。そして、後述するように、ブーム５の下降時における上昇側油室８ａからの排出油は、上記開度量調節されたメータリング油路１７ｉを通って油タンク１３に流れるようになっており、これにより、ブーム下降時におけるメータアウト制御（排出油の流量制御）が行われる構成になっている。またドレン油路１７ｊは、ドレン油室１７ｅと後述する第二弾機室１７ｋとを、スプール弁１８の第一油路１８ａを介して連通する油路である。
【００１１】一方、自重降下防止用の第一チェック弁１９は、左側にテーパ面部１９ａが形成されたポペットタイプのものであるが、このものは円筒形状をしていて、前記スプール弁１８の外周側に軸方向スライド移動自在に外嵌されている。そして、この第一チェック弁１９の上側にはシリンダ側油室１７ｂが、下側には供給油室１７ｇが、左側には連通油室１７ｈが、また右側には第二弾機室１７ｋがそれぞれ配されているが、該第二弾機室１７ｋには、第一チェック弁１９を左方に向けて付勢する第二弾機２２が収納されている。さらに、第一チェック弁１９の上側外周面部には、軸方向を向く凹溝状の第一油路１９ｂと、該第一油路１９ｂの右端部から連通する状態で第一チェック弁１９の外周側から内周側に貫通する第二油路１９ｃと、第一油路１９ｂの左方に位置して第一チェック弁１９の外周側から内周側に貫通する第三油路１９ｄとが形成されている。そして前記第一チェック弁１９は、テーパ面部１９ａがハウジング１７ａに形成された段差部１７ｍに接当してこれ以上の左方への移動が規制される最左端位置（該位置を、以下、第一チェック弁１９のシール位置と称する）に位置している状態では、シリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈ、および連通油室１７ｈと供給油室１７ｇとをそれぞれシールするシール状態となっているが、該シール位置から右方に移動することにより、上記シリンダ油室１７ｂ、連通油室１７ｈ、供給油室１７ｇを連通する開放状態となるように構成されている。尚、前記第一チェック弁１９の第一油路１９ｂは、第一チェック弁１９がシール位置に位置している状態ではシリンダ側油室１７ｂに連通しているが、第一チェック弁１９が最右端位置まで移動した状態ではシリンダ側油室１７ｂから遮断されるように設定されてる。そして第二油路１９ｃは、前記第一油路１９ｂを介してシリンダ側油室１７ｂに連通するようになっている。また第三油路１９ｄは、第一チェック弁１９がどの位置に位置していてもシリンダ側油室１７ｂと連通するように設定されている。
【００１２】次に、前記スプール弁１８および第一チェック弁１９の動作について、図４〜図８に基づいて説明すると、まず、操作具１６が操作されていない状態では、図４に示すごとく、スプール弁１８はメータリング油路１７ｉおよびドレン油路１７ｊを閉じる中立位置に位置し、かつ第一チェック弁１９はシリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈとをシールするシール位置に位置しているが、この状態では、第一チェック弁１９の第一、第二油路１９ｂ、１９ｃはシリンダ側油室１７ｂに連通し、さらに、第一チェック弁１９の第二油路１９ｃと第二弾機室１７ｋとは、スプール弁１８の第一油路１８ａを介して連通している。而してシリンダ側油室１７ｂの圧油は、第一チェック弁１９の第一、第二油路１９ｂ、１９ｃ、スプール弁１８の第一油路１８ａを経由して第二弾機室１７ｋに導入されるが、該第二弾機室１７ｋに導入された圧油は、第一チェック弁１９を左方向に押圧する力として作用する。この押圧力は、シリンダ側油室１７ｂの圧油が第一チェック弁１９のテーパ面部１９ａに作用して該第一チェック弁１９を右方向に移動させようとする力よりも大きく、これにより第一チェック弁１９はシール位置に保持される。つまり、操作具１６が操作されていない状態では、スプール弁１８はメータリング油路１７ｉおよびドレン油路１７ｊを閉じる中立位置に位置し、かつ第一チェック弁１９はシリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈとをシールするシール位置に保持されることになるが、この様にシリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈとがシールされており、かつドレン油路１７ｊが閉じている状態では、シリンダ側油室１７ｂからの油の排出路はなく、而してシリンダ側油室１７ｂに接続されるブームシリンダ８の上昇側油室８ａからの圧油の流出を阻止できるように構成されている。
【００１３】一方、操作具１６が下降側に操作されると、下降側パイロットバルブ１５Ｂから出力されたパイロット圧がパイロット油室１７ｄに入力され、これによりスプール弁１８は、図５に示すごとく右方に移動して、メータリング油路１７ｉとドレン油路１７ｊとを開くメータリング状態となる。この状態では、前記第二弾機室１７ｋに導入された圧油がドレン油路１７ｊ、ドレン油室１７ｅを経由して油タンク１３に流れることになって、第一チェック弁１９を左方向に押圧する力がなくなり、而して第一チェック弁１９は、シリンダ側油室１７ｂの圧油が第一チェック弁１９のテーパ面部１９ａに作用する力によって最右端位置まで移動して、シリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈとを連通する開放状態となる。そして該第一チェック弁１９が最右端位置まで移動した状態では、第一、第二油路１９ｂ、１９ｃはシリンダ側油室１７ｂから遮断され、また第三油路１９ｄはスプール弁１８の外周面部によって封止されていて、これら第一〜第三油路１９ｂ〜１９ｄを経由してシリンダ側油室１７ｂの油が第二弾機室１７ｋからドレン油室１７ｅに流れることがないように設定されている。つまり、操作具１６の下降側操作に基づいてスプール弁１８がメータリング状態になると、これに伴って第一チェック弁１９が開放状態となるが、この状態では、シリンダ側油室１７ｂの油は、連通油室１７ｈ、メータリング油路１７ｉを経由してタンク側油室１７ｃに流れることになる。而して、ブーム５の下降時におけるブームシリンダ８の上昇側油室８ａからの排出油は、スプール弁１８によりメータアウト制御された状態で油タンク１３に流れるようになっている。
【００１４】また、前記下降側に操作した操作具１６を中立側に戻すと、パイロット油室１７ｄに入力される圧力が低下して、スプール弁１８は第一弾機２１の付勢力により左方に移動するが、この場合、図６に示すごとく、スプール弁１８が中立位置に戻る少し手前の位置で、まずメータリング油路１７ｉが閉鎖され、次いでドレン油路１７ｊが閉鎖される。この状態からスプール弁１８がさらに左方に移動して中立位置になると、図７に示すごとく、第一チェック弁１９の第三油路１９ｄがスプール弁１８の第一油路１８ａを介して第二弾機室１７ｋに連通する。これにより、シリンダ側油室１７ｂの圧油が第二弾機室１７ｋに導入されるが、該第二弾機室１７ｋに導入された圧油は、ドレン油路１７ｊが閉じているために第一チェック弁１９を左方向に押圧する力として作用して、第一チェック弁１９を左方向、つまりシール位置側に向けて押圧する。そして、第一チェック弁１９が左方に移動して図８に示す位置までくると、今度はシリンダ側油室１７ｂの圧油が第一チェック弁１９の第一、第二油路１９ｂ、１９ｃ、スプール弁１８の第一油路１８ａを経由して第二弾機室１７ｋに導入されて、第一チェック弁１９をさらに左方向に押圧し、而して第一チェック弁１９はシール位置まで移動して、シリンダ側油室１７ｂと連通油室１７ｈとをシールする。そしてこの状態では、前述したように、第一チェック弁１９はシール位置に保持される。
【００１５】また、前記ブーム上昇時用の第二チェック弁２０は、コントロール側油室１７ｆと供給油室１７ｇとの間に配され、コントロールバルブ側油室１７ｆから供給油室１７ｇへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するように構成されている。そしてこの第二チェック弁２０は、コントロール側油室１７ｆに圧油が供給されていない状態では、第三弾機２３の付勢力によりコントロールバルブ側油室１７ｆと供給油室１７ｇとを遮断する遮断位置に位置しているが、操作具１６の上昇側操作に伴い上昇側位置Ｘのコントロールバルブ１４からの圧油がコントロールバルブ側油室１７ｆに供給されることにより、前記第三弾機２３の付勢力に抗して移動して、コントロールバルブ側油室１７ｆからの圧油を供給油室１７ｇに供給する供給位置となるように構成されている。さらに、前記供給位置の第二チェック弁２０を経由して供給油室１７ｇに供給された圧油は、第一チェック弁１９のテーパ面部１９ａに作用して第一チェック弁１９を右方に押圧し、これにより第一チェック弁１９は、シリンダ側油室１７ｂ、連通油室１７ｈ、供給油室１７ｇを連通する開放状態となる。而して、操作具１６の上昇側操作に基づいて上昇側位置Ｘのコントロールバルブ１４から供給された圧油は、コントロール側油室１７ｆ、第二チェック弁２０、供給油室１７ｇ、連通油室１７ｈ、シリンダ側油室１７ｂを経由して、ブームシリンダ８の上昇側油室８ａに供給されるようになっている。
【００１６】叙述の如く構成されたものにおいて、ブーム６の上下動は、操作具１６の操作に基づいて上昇側または下降側パイロットバルブ１５Ａまたは１５Ｂからパイロット圧油が出力され、これによりコントロールバルブ１４が上昇側または下降側位置ＸまたはＹに切換って、該コントロールバルブ１４からの圧油がブームシリンダ８の上昇側油室８ａまたは下降側油室８ｂに圧油が供給されることによりなされるが、このものにおいて、コントロールバルブ１４からブームシリンダ８に至る配管等に漏れ等のアクシデントが生じたりして、コントロールバルブ１４によるブームシリンダ８の制御を行えなくなったような場合であっても、ブームシリンダ８に直付けで装着されるロジック弁１７により、ブーム５の自重降下を防止できると共に、ブーム５の下降制御を行うことができる。つまり、前記ロジック弁１７には、操作具１６が下降側に操作されていない状態でのブームシリンダ８の上昇側油室８ａからの油の排出を阻止する第一チェック弁１９と、操作具１６を下降側に操作することに基づいて上昇側油室８ａからの排出油のメータリングを行うスプール弁１８とが設けられていて、第一チェック弁１９によりブーム５の自重降下を防止できると共に、スプール弁１８によりブーム５の下降時におけるメータアウト制御を行うことができるが、このロジック弁１７は、スプール弁１８の外周側に第一チェック弁１９を軸方向スライド移動自在に組み込んで構成されている。この結果、スプール弁と第一チェック弁とを別個に組み込んだものと比べて、ロジック弁１８の小型化を達成でき、ブームシリンダ８に直付けで装着されるものとして、搭載性に優れる。
【００１７】しかもこのものにおいて、自重降下防止は、密封性の高いポペットタイプの第一チェック弁１９を用いて行い、またメータアウト制御は、制御性の良いスプール弁１８を用いて行う構成になっているので、信頼性の高いバルブ装置とすることができる。尚、本発明は、ブームシリンダやアームシリンダ用のものに限定されることなく、重量物の上下動を行う各種の油圧シリンダ用のバルブ装置に用いることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１９０２９７
【氏名又は名称】新キャタピラー三菱株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月１日（１９９９．４．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５３９４
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 哲夫
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９１６０４（Ｐ２０００−２９１６０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−９５０７２ |
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