(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、サージ圧が発生するおそれがあるときには、戻り油を迅速に作動油タンクに流出させ、スプールの両端面に作用する圧力差が小さいときに、ハンチングの発生を防止する。【解決手段】カウンタバランス弁１０の弁ケーシング１１には、スプール１２に付勢力を与えるばね１４を設けた側とは反対側の油室１３Ａを設けた側の端部にグリースを封入した作動流体室３０が付設され、この作動流体室３０の内部に可動隔壁３１を設けて、チャンバＡ，Ｂに区画形成し、絞り通路３５によりチャンバＡ，Ｂ間を連通させ、また可動隔壁３１にはロッド部３２ａ，３２ｂが連設されており、ロッド部３２ａは作動流体室３０のケーシングに設けた透孔３３ａを貫通して延在されて、スプール１２の油室１３Ａに臨む側の端面に連結固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧モータにより負荷を昇降駆動する油圧回路に設けられ、弁ケーシング内にスプールを設けて、この弁ケーシングとスプールとの間に前記油圧モータからの戻り側流路を設けて、この戻り側流路の流路面積を変化させることによって、前記負荷の変動に応じて戻り側保持圧を変化させるようにしたカウンタバランス弁を備えたカウンタバランス装置において、
前記弁ケーシングには、可動隔壁により２つのチャンバに区画形成した作動流体室を接続して設け、
この作動流体室には、内部にビンガム流体が収容され、かつ前記両チャンバ間を絞り通路により連通させ、
前記可動隔壁と前記スプールとの間を連結部材により連結する
構成としたことを特徴とするカウンタバランス装置。
【請求項２】
前記ビンガム流体はグリースであることを特徴とする請求項１記載のカウンタバランス装置。
【請求項３】
前記油圧回路は吊り荷を昇降させるウインチを回転駆動するものであり、前記カウンタバランス弁は、前記油圧モータと、この油圧モータの両ポートを油圧ポンプと作動油タンクとの間に切り換える方向切換弁との間に介装され、前記弁ケーシング内には、前記方向切換弁と前記油圧モータとの間の流路とそれぞれ絞りを介して接続した一対の油室が形成されて、これら各油室には前記スプールの両端面が臨むように配置され、前記弁ケーシング内面と前記スプールとの間には前記油圧モータからの戻り側流路の流路面積を変化させる戻り流路面積可変部を設け、さらに前記スプールに前記戻り流路面積可変部の流路面積を小さくする方向に付勢力を有するばねを設けて、前記連結部材が連結されるのは、前記スプールの前記ばねが作用する面とは反対側の面であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のカウンタバランス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧クレーンの油圧回路のように、油圧モータにより負荷を昇降駆動するに当たり、負荷に応じて動作速度を制御して、所望の保持圧を持たせるためのカウンタバランス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧クレーンはウインチを備えた油圧回路を有するものであって、ウインチは吊り荷を昇降するためのものである。この油圧回路には方向切換弁が設けられており、この方向切換弁を操作することによって、ウインチを駆動する油圧モータを作動させる構成としている。吊り荷の落下を防止するために、この油圧回路にカウンタバランス装置が設けられる。そして、カウンタバランス装置を構成するカウンタバランス弁はウインチの巻き下ろし動作の動作速度を制御するためのものである。
【０００３】
カウンタバランス弁は、弁ケーシング内にスプールを装着して、このスプールの両端はそれぞれ油室に臨ませるようになし、かつ巻き下げ動作時に戻り側となる部位に戻り流路面積可変部を設けるようにしている。さらに、スプールには、この戻り流路面積可変部が閉鎖する方向にばねを作用させている。弁ケーシングの両側の油室は、方向切換弁に接続した一対の流路と絞りを介して接続している。
【０００４】
ウインチを巻き上げる際には、ダンピング機能を必要としないので、カウンタバランス弁は格別作用しない。一方、ウインチの巻き下ろし時には、戻り流路面積可変部の流路の戻り流量を制御することによって、油圧モータに背圧を作用させて、ダンピング機能を発揮させ、もってウインチによる吊り荷の落下速度を制御する。
【０００５】
急操作時において、巻き下ろし方向に方向切換弁を操作したときには、スプールを早く動かして、流路面積を素早く大きくしなければ、油圧モータの戻り側に大きなサージ圧が発生して、油圧回路を構成するこの油圧モータを含む機器にダメージを与えるおそれがある。一方、微操作時ときには、カウンタバランス弁のスプールに作用する力の均衡に起因して、弁ケーシング内でスプールの安定性が損なわれ、スプールの微小な往復動作によるハンチング現象が発生するおそれがある。このようにハンチングが発生すると、吊り荷が揺動する等、動作の安定性を欠くことになる。このために、巻き下ろし操作時に、操作条件によって、スプールが臨む油室のうち、ばねが設けられている油室から作動油タンクに向けて流れる作動油の流量を変化させることが望ましい。
【０００６】
ばねを装着した油室に接続したドレン流路に絞り調整装置を設けて、このドレン流路に設けた絞りの流路面積を可変にする構成としたものが特許文献１に開示されている。なお、この特許文献１においては、作動油の粘度に応じて、つまり作動油温に応じて絞り量を変化させるようにしている。従って、これを吊り荷の重量に応じて絞り調整機構として利用することも可能である。
【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】
【０００７】
前述した特許文献１において、作動油温ではなく、油圧回路内に作用する圧力に応じてドレン流路の絞り調整を行うように構成するには、油圧回路内の圧力を検出しなければならない。従って、特許文献１の油圧回路を、ウインチの巻き下ろし方向に方向切換弁を操作したときに吊り荷の重量に応じて戻り側の流量を調整する機構として用いる場合には、可変絞り部と流路調整部とからなる複雑な絞り調整機構を必要とし、かつ油圧モータの戻り側の圧力を検出機構及びその制御装置を設ける等、カウンタバランス装置の構成が著しく複雑になってしまう。
【０００８】
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、簡単な構成によって、サージ圧が発生するおそれがあるときには、戻り油を迅速に作動油タンクに流出させ、スプールの両端面に作用する圧力差が小さいときに、ハンチングの発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明は、油圧モータにより負荷を昇降駆動する油圧回路に設けられ、弁ケーシング内にスプールを設けて、この弁ケーシングとスプールとの間に前記油圧モータからの戻り側流路を設けて、この戻り側流路の流路面積を変化させることによって、前記負荷の変動に応じて戻り側保持圧を変化させるようにしたカウンタバランス弁を備えたカウンタバランス装置であって、前記弁ケーシングには、可動隔壁により２つのチャンバに区画形成した作動流体室を接続して設け、この作動流体室には、内部にビンガム流体が収容され、かつ前記両チャンバ間を絞り通路により連通させ、前記可動隔壁と前記スプールとの間を連結部材により連結する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、ドレン流路に設けた絞り部の開口面積を変化させる可変絞りを用いるのではなく、絞りそのものは固定絞りとしている。そして、弁ケーシングにおいて、戻り側の圧力に応じてスプールの移動速度を変化させる構成としている。これによって、戻り流路面積可変部における戻り流路の面積変化度が制御される。即ち、戻り流路側に過大な背圧が作用したときには、スプールを高速で移動させる。その結果、戻り流路面積可変部の流路面積が迅速に増大するので、油圧モータ等、油圧回路を構成する各機器類にダメージを生じさせるようなサージ圧が発生するのを防止できる。一方、スプールの両側の油室における圧力差が小さいときには、その間の圧力バランスが僅かに崩れても、スプールが切り換ることになり、スプールが頻繁に切り換ることになって、動作の安定性を欠くことになる。このときには、スプールの動きを抑制して、圧力変動に基づきスプールが切り換わるのを抑制し、もってハンチングの発生が防止される。
【００１１】
この油圧回路は、例えば吊り荷を昇降させるウインチを回転駆動するものとして使用することができる。この場合には、油圧モータと、この油圧モータの両ポートを油圧ポンプと作動油タンクとの間には方向切換弁を設けて、流路の切り換え制御を行うが、この方向切換弁と油圧モータとの間にカウンタバランス弁を介装する。そして、弁ケーシング内には方向切換弁と油圧モータとの間の流路とそれぞれ絞りを介して接続した一対の油室を形成する。これら各油室にはスプールの両端面が臨むように配置し、弁ケーシング内面とスプールとの間に油圧モータからの戻り側流路の流路面積を変化させる戻り流路面積可変部を設ける。また、スプールには、戻り流路面積可変部の流路面積を小さくする方向に付勢力を有するばねを設ける。この場合には、連結部材が連結されるのは、スプールにおけるばねが作用する端面とは反対側の端面とする。
【００１２】
ここで、作動流体室に封入されるビンガム流体は、外力の大きさに応じて粘性が変化する、所謂チキソトロピー性を有する非ニュートン流体であり、代表的なものとしてはグリースがあり、シリコンオイル等を用いることもできる。このビンガム流体が封入され、可動隔壁により２つのチャンバに区画形成した作動流体室において、可動隔壁に対して大きな外力を作用させると、流体はゾル化し、つまり流動化ことになり、流体の剪断速度が大きくなる。可動隔壁の移動に対する抵抗が小さくなり、迅速な移動を可能とする。一方、可動隔壁に作用する外力が小さいと、流体がゲル状態となり、剪断速度が低下する。その結果、可動隔壁の移動に対する抵抗が増大することになる、
【発明の効果】
【００１３】
簡単な構成によって、圧力検出手段や制御装置を設けることなく、サージ圧が発生するおそれがある状況下では、戻り油を迅速に作動油タンク側に流出させるようになし、もってサージ圧の発生を抑制することができ、またスプールの両端面に作用する圧力差が小さいときには、スプールの動作を安定的に保持することができ、ハンチングの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。まず、図１にカウンタバランス装置を構成するカウンタバランス弁を含む油圧回路の一例として、油圧クレーンｎウインチを駆動するための油圧回路の構成を示す。
【００１５】
図中において、１はウインチを示し、このウインチ１にはロープ２が巻着されており、このロープ２の先端には吊り荷３が連結され、ウインチ１にロープ２を巻き込み、またはウインチ１からロープ２を巻き戻すことによって、負荷となる吊り荷３を昇降操作することができるようになっている。そして、吊り荷３は様々なものがあり、重量物である場合もあり、また軽量物の場合もある。
【００１６】
ウインチ１を回転駆動するために油圧モータ４が用いられ、油圧モータ４によりウインチ１を一方向に回転駆動すると、ロープ２が巻き込まれて、吊り荷３を上昇させる（ウインチ１の巻き上げ操作）。また、油圧モータ４をこれとは反対方向に回転駆動すると、ロープ２が巻き戻されて、吊り荷３が下降する（ウインチ１の巻き下げ操作）。油圧モータ４は油圧ポンプ５により駆動されるものであって、油圧モータ４は方向切換弁６を介して油圧ポンプ５と作動油タンク７とに切り換え接続が行われる。ウンタバランス弁１０は油圧モータ４と方向切換弁６との間に介装されている。
【００１７】
カウンタバランス弁１０は弁ケーシング１１内にスプール１２を摺動可能に設けたものから構成される。スプール１２は、その両端面が弁ケーシング１１に設けた油室１３Ａ，１３Ｂに臨んでおり、これら各油室１３Ａ，１３Ｂの圧力が作用する。油室１３Ｂ内にはばね１４が設けられており、このばね１４はスプール１２を油室１３Ａ側方向に押圧するように付勢している。そして、スプール１２には３つのランド部１５，１６，１７が形成されている。これらのランド部１５，１６，１７によって、弁ケーシング１１内にランド部１５，１６間の円環状油路１８と、ランド部１６，１７間の円環状油路１９とが形成されている。
【００１８】
油圧モータ４の２つのポートに接続した流路２０，２１は、それぞれ円環状油路１８，１９に接続されている。また、これら円環状油路１８，１９と方向切換弁６との間は流路２２，２３により接続されている。そして、流路２３の途中には、方向切換弁６側から円環状油路１９に向けての作動油の流通は可能であるが、逆方向への流れを阻止する逆止弁２４が設けられている。従って、流路２３は油圧モータ４に圧油が供給される際にのみ機能するものであり、油圧モータ４からの戻り油はこの流路２３には供給されない。
【００１９】
油圧モータ４からの戻り油は、戻り流路面積可変部２５を介して作動油タンク７に還流するようになっており、このときに戻り流路面積可変部２５の流路面積に応じたダンピング特性が得られる。このために、円環状油室２６がスプール１２のランド部１８の部位に形成されており、この円環状油室２６には方向切換弁６への戻り流路２７が接続されている。また、スプール１２のランド部１８の図中の左側の部位はテーパ状となっており、スプール１２が図中の右方、つまりばね１４を圧縮する方向に摺動変位すると、円環状油室２６への流路面積が変化する。従って、このスプール１２のランド部１８に形成したテーパ状の部分から円環状油室２６への流入部が戻り流路面積可変部２５として機能する。
【００２０】
さらに、スプール１２には円環状油路１８と油室１３Ａとの間と、円環状油路２６と油室１３Ｂとを連通させる絞り流路２８，２９が形成されており、これらの絞り流路２８，２９は、それぞれ固定絞り２８ｔ，２９ｔを有するものである。従って、油室１３Ａ，１３Ｂにはそれぞれ円環状油路１８，２６内の圧力が作用している。
【００２１】
さらに、弁ケーシング１１において、油室１３Ａを設けた側の端部には作動流体室３０が設けられている。この作動流体室３０のケーシング内には可動隔壁３１が設けられており、この可動隔壁３１にはロッド部３２ａ，３２ｂが連設されている。ロッド部３２ａは、作動流体室３０のケーシングに設けた透孔３３ａを貫通して延在されて、スプール１２の油室１３Ａに臨む側の端面に連結固定されている。従って、ロッド部３２ａは可動隔壁３１とスプール１２との間に設けた連結部材を構成している。一方、ロッド部３２ｂは、ロッド部３２ａと同径のもので、作動流体室３０のロッド部３２ａを挿通させた透孔３３ａとは反対側に形成した透孔３３ｂに挿通されている。そして、これら透孔３３ａとロッド部３２ａとの間及び透孔３３ｂとロッド部３２ｂとの間には、それぞれシール部材３４が介装されている。
【００２２】
作動流体室３０内に設けた可動隔壁３１は、この作動流体室３０を２つのチャンバＡ，Ｂに区画形成するものであり、しかも可動隔壁３１にはチャンバＡとチャンバＢとを連通させる絞り通路３５が設けられている。従って、ロッド部３３ａに押し引きする外力が作用すると、可動隔壁３１は作動流体室３０内を摺動変位するようなる。
【００２３】
作動流体室３０内には、チキソトロピー性を有する非ニュートン流体であるビンガム流体としてのグリースが封入されている。図２にグリースとニュートン流体である一般的な作動油（鉱油）との剪断力に対する剪断速度の関係を示す。一般的な作動油は、剪断力の大きさに応じて剪断速度が比例的に変化するのに対して、グリースは剪断力がレベルＬ以下のように小さいときは、剪断速度の変化は小さく、剪断力がレベルＬ以上になると、剪断力に対して剪断速度がほぼ比例的に変化することになる。要するに、グリースに作用する外力が小さいときには、このグリースはゲル化して、流動性が低い状態となる。そして、大きな外力がグリースに作用すると、このグリースはゾルの状態となって、流動性が高くなる。従って、ダンピング特性は作動油等のように比例的な変化とはならない。
【００２４】
以上のように、カウンタバランス弁１０の弁ケーシング１１に作動流体室３０を付設して、この作動流体室３０から延在させた可動隔壁３１のロッド部３２ａをスプール１２に連結・固着して、作動流体室３０にビンガム流体としてのグリースを封入することによって、ウインチ１の巻き下げ時における吊り荷３の重量に応じて、最適なダンピング特性を発揮するようになる。ここで、油圧モータ４の流路２１を戻り側、つまりロープ２に吊り荷３が吊下されているときにポンプ機能を発揮する流出側である。
【００２５】
今、方向切換弁６が中立位置にあるときには、スプール１２の両端が臨む油室１３Ａ，１３Ｂがほぼ同じ圧力状態となるので、ばね１４の作用によりスプール１２は図中の左方に変位することになる。このときに、ロープ２の先端にある重量の吊り荷３が吊下されていると、油圧モータ４には吊り荷３の自重による荷重が作用し、流路２１内の圧力が上昇する。しかしながら、作動油タンク７に接続されている流路２３には逆止弁２４が設けられており、また戻り流路面積可変部２５は閉鎖されているので、油圧モータ４が直ちに回転することはない。従って、吊り荷３はその位置で保持される。
【００２６】
吊り荷３を巻き上げる際には、方向切換弁６を位置（イ）に切り換える。その結果、油圧ポンプ５からの圧油が方向切換弁６により流路２３，円環状油路１９及び流路２１から油圧モータ４に供給され、また油圧モータ４に接続したもう一つの流路２０は、円環状油路１８及び流路２２から作動油タンク７に連通するので、油圧モータ４が回転駆動されることになり、ロープ２がウインチ１に巻き込まれて、吊り荷３が巻き上げられる。
【００２７】
方向切換弁６を位置（ロ）に切り換えると、流路２２から円環状油路１８及び流路２０を介して油圧モータ４の一方のポートに圧油が供給され、また逆止弁２４を設けた流路２３及び戻り流路２７は作動油タンク７と接続される。しかしながら、流路２３は逆止弁２４の作用により油圧モータ４からの戻り油を流出させない。一方、戻り流路２７は戻り流路面積可変部２５を介して油圧モータ４と接続されており、スプール１２が図１の右方に移動しない限り、流路が開かない。
【００２８】
スプール１２の両端が臨む油室１３Ａ，１３Ｂにおいては、油室１３Ａ側はポンプ圧となり、油室１３Ｂ側がタンク圧となるので、スプール１２はばね１４の付勢力に抗して図１の右方に摺動変位することになり、その結果、戻り流路面積可変部２５が開くことになり、油圧モータ４に接続されている他方の流路２１は円環状油路１９，戻り流路面積可変部２５，戻り流路２７を順次介して作動油タンク７に接続されて、タンク圧となる。従って、ウインチ１は吊り荷３を巻き下げる方向に回転することになる。
【００２９】
ここで、ウインチ１の巻き下げ方向への作動時において、油圧モータ４の作動が開始するためには、戻り流路面積可変部２５が開くことが必要であり、このためにはスプール１２が弁ケーシング１１に沿って図１の右方に摺動変位しなければならない。スプール１２の変位は油室１３Ａ，１３Ｂ間の差圧に基づくものであり、油室１３Ａは固定絞り２８ｔを有する絞り流路２８を介して円環状油路１８と接続しており、また油室１３Ｂは固定絞り２９ｔを有する絞り流路２９を介して円環状油室２６と接続されている。従って、これら固定絞り２８ｔ，２９ｔの通路面積に基づいて方向切換弁６の操作に対するウインチ１の作動の応答性が決定され、戻り流路面積可変部２５の流路面積の変化特性によりウインチ１の回転速度が決定される。
【００３０】
固定絞り２８ｔ，２９ｔの通路面積を小さくすると、方向切換弁６の操作に対するスプール１２の応答性が遅くなるから、吊り荷３が重量物であると、油圧モータ４に過大な負荷、つまりサージ圧が作用する。このサージ圧を低減させるには、固定絞り２８ｔ，２９ｔの通路面積を大きくすれば良いことになるが、軽量の吊り荷３が吊下されているときには、油室１３Ａ，１３Ｂ間の差圧が小さくなるために、スプール１２が安定せず、チャタリングを生じさせて、吊り荷３が揺れる等の事態を発生させることになる。要するに、吊り荷３の巻き下げ時に、吊り荷３が重量物である場合と、軽量物である場合とでは、油圧モータ４に作用する負荷が異なってくる。
【００３１】
そこで、カウンタバランス弁１０に作動流体室３０を付設して、ダンピング動作時におけるサージ圧の低減とチャタリングの発生防止とを図るようにしている。スプール１２に連結・固着したロッド部３２ａは作動流体室３０内に設けた可動隔壁３１に連結されており、スプール１２の動きに連動して可動隔壁３１が移動する。作動流体室３０内には、ビンガム流体であるグリースが封入されており、可動隔壁３１が作動流体室３０内で摺動すると、グリースはこの可動隔壁３１に設けた絞り通路３５を介してチャンバＡ，Ｂ間を移動することになり、このときに流動抵抗が発生する。
【００３２】
グリースは図２に示した特性を有するから、可動隔壁３１に作用する外力が小さいときには、つまり吊り荷３が軽量物であるときには、油室１３Ａと絞り流路２８を介して接続されている円環状油路１８の圧力はあまり高くならないので、スプール１２を図１の右方に移動させようとする力が小さいために、作動流体室３０内のグリースには小さい剪断力しか作用しない。このために、グリースの剪断速度が抑制されることになり、スプール１２の移動に対する抵抗が大きくなる。従って、油室１３Ａ，１３Ｂ間において、瞬間的な差圧が生じても、スプール１２は移動することはない。このように、スプール１２のチャタリングの発生がなくなるので、油圧モータ４は安定して作動することになり、吊り荷３が揺動する等のおそれはない。
【００３３】
一方、吊り荷３が重量物であるときに、ウインチ１の巻き下げ操作を行うと、油圧モータ４の戻り側に高い圧力が作用するので、この場合には迅速に戻り流路面積可変部２５を開放する必要がある。つまり、スプール１２を迅速に移動させなければならない。このスプール１２が臨む油室１３Ａにはポンプ圧が作用し、他方の油室１３Ｂはタンク圧となっているので、スプール１２の両端に作用する大きな差圧に基づいて、大きな駆動力が作用することになる。この駆動力はロッド部３２ａを介して可動隔壁３１にまで伝達されることから、可動隔壁３１に強力な外力が作用することになる。このために、可動隔壁３１が高速移動することになり、スプール１２が迅速に移動して、サージ圧の発生を抑制することができる。その結果、油圧回路を構成する各部品等に対してダメージを与えるおそれはない。
【００３４】
このように、作動流体室３０はウインチ１を巻き下げ操作を行う際におけるダンピング特性の最適化、つまりサージ圧の低減と、スプール１２のチャタリング発生防止のために有効であるが、作動流体室３０はウインチ１の巻き下げ時だけに作用するものではなく、巻き上げ時にも作用する。作動流体室３０内に封入されているのは、粘性流体ではあるものの、流動性を有するものであるから、ウインチ１の巻き上げ動作時にも、また停止時にも格別の影響を与えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の一形態を示すクレーンの油圧回路の構成説明図である。
【図２】ビンガム流体の剪断力と剪断速度との関係を、鋼油の場合と比較して示す線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ウインチ
３  吊り荷
４  油圧モータ
５  油圧ポンプ
１０  カウンタバランス弁
１１  弁ケーシング
１３Ａ，１３Ｂ  油室
２５  戻り流路面積可変部
２８，２９  絞り流路
３０  作動流体室
３１  可動隔壁
３２ａ，３２ｂ  ロッド部
３５  絞り通路
【図１】
2010031983.tif 000003
【図２】
2010031983.tif 000004