(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２速油圧モータの低速状態と高速状態を切換える自動変切換弁において、前記切換弁はハウジング内に両端が閉じられた大径スプール穴に軸方向に移動可能に嵌合された中空の２速スプールと、２速スプール両端に設けられた第１及び第２の小径スプール穴に軸方向に移動可能に嵌合された第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢと、前記２速スプールの中空穴肩部と前記第２小径スプールＢとの間を離隔する方向に付勢するスプリングと、を有し、前記第１小径スプールＣ及び２速スプールの一方の外方端部には外部パイロット圧力が導かれ、前記外部パイロット圧力と対抗する油圧モータの高圧ポート圧力を常に前記２速スプール内の第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢの各内側面に作用するように前記切換弁のほぼ中央に設けた中央ポートから２速スプールの中央に位置する半径方向穴より中空穴内に導くようにし、前記第２小径スプールＢの径D2を第１小径スプールＣの径D3より大にし、前記高圧ポート圧力( Pab)が第１切替設定圧（ＰHi→LO）より高く前記切換弁が低速状態位置にあるときは、前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室はドレンポート（ＤＲ）に連通され、前記高圧ポート圧力( Pab)が第２切替設定圧（ＰLO→Hi）より低く切換弁が高速状態位置にあるときは前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室は油圧モータの前記高圧ポート圧力( Pab)と連通するようにされ、これにより、前記２速スプールに作用する力( Fab)は、Fab ＝ Pab×π／４×（Ｄ2 2 −Ｄ3 2 ）となり、Ｄ2 ＞Ｄ3 であるから、２速スプールをスプールＣ方向へ押す力となり、前記径D2の面積と径D3の面積の差を、前記２速スプールの中空穴肩部に作用する受圧面積の差として作用させることで、２速スプールをスプールＣ方向へ移動させるようにしたことを特徴とする２速油圧モータの自動変速切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械用のクローラーを駆動するための２速油圧モータにおいて、モータに作用する負荷の大きさにより低速と高速の切換を自動的に行う２速油圧モータの自動変速切換弁に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としての２速油圧モータの自動変速切換弁は例えば特許文献１の図３、図４に記載するものがある。２速モータの低速状態と高速状態を切換えるこの切換弁は、外部からのパイロット圧力を受けて高速側位置へ切換わった状態になっている。油圧モータに作用する負荷が大きくなると、油圧モータの高圧ポートの圧力がシャトル弁を通って切換弁に入って来る。この圧力が、外部からのパイロット圧と対抗しており、所定の圧力以上に大きくなったときに、切換弁は低速側位置に切換わる。又、油圧モータの負荷が小さくなり、シャトル弁を通して切換弁に入って来る圧力が所定の圧力以下になったときに、切換弁は高速位置に切換わるようにされている。この切換弁の２つの切換設定圧力をＰHi→LO（高速→低速）、ＰLO→Hi（低速→高速）とすると、ＰHi→LOとＰLO→Hiの切換圧力の設定はスプール（本発明では２速スプールとして示す）内の隔壁で閉じられたスプールの２個の小径穴に収容された２個の丸棒部材（受圧面積調整部材−本発明では小径スプールとして示す）により調整して、ヒステリシスを設けている。これにより、油圧モータの自動変速の圧力変動に起因するハンチングを防止するものである。この従来技術では、低速・高速の設定切換圧力にヒステリシスがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−２８１０２号公報  図３、図４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の従来技術では、切換弁の２つの切換設定圧力ＰHi→LO（高速→低速）とＰLO→Hi（低速→高速）に大きなヒステリシスがあり、ＰLO→Hiの設定圧力が低く設定されている。切換弁を高速側位置で油圧モータを急駆動させた場合に、油圧モータの圧力が急上昇するために、一担低速側位置に切換わり、次に油圧モータの負荷圧力が下がり高速側位置に戻るが、ＰLO→Hiの切換設定圧力が低いために応答性が悪く、切換弁が低速側から高速側に戻るまでのタイムラグが大きく、スムーズな発進ができない。このため、ＰHi→LOの切換設定圧力はそのままで、ＰLO→Hiの切換設定圧力のみを高くする必要がある。その場合には、スプールの外径を大きくするか、スプリング側の丸棒部材の外径を小さくする必要がある。スプールの外径Ｄ1 を大きくする場合は、弁体が大きくなる。スプリング側の丸棒部材の外径Ｄ2 を小さくする場合は、加工が難しくなる。また、スプリング側の丸棒部材の外径Ｄ2 を小さくすると、ＰLO→Hiの切換設定圧力が大きくなり、それと同時にＰHi→LOの切換設定圧力が大きくなる。そのため、ＰHi→LOを変更せずに、ＰLO→Hiを大きくして、ヒステリシスを小さくする場合、外部パイロット側の丸棒部材の外径Ｄ3 も小さくしなくてはならず、加工が難しくなる。スプール径を大きくする場は弁体が大きくなり、各丸棒部材を小さくする場合は加工が難しくなるなどの課題があった。
【０００５】
本発明の課題はかかる従来技術の課題を解決した、油圧モータの２つの切換圧力（高速→低速、低速→高速）の設定において、ヒステリシスを小さくでき、かつスプール（２速スプール）の径を大きくすることなく、又、各丸棒部材（各小径スプール）の径を小さくすることなくヒステリシスを小さくした２速油圧モータの自動変速切換弁を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】
このため本発明によると、２速油圧モータの低速状態と高速状態を切換える自動変切換弁において、前記切換弁はハウジング内に両端が閉じられた大径スプール穴に軸方向に移動可能に嵌合された中空の２速スプールと、２速スプール両端に設けられた第１及び第２の小径スプール穴に軸方向に移動可能に嵌合された第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢと、前記２速スプールの中空穴肩部と前記第２小径スプールＢとの間を離隔する方向に付勢するスプリングと、を有し、前記第１小径スプールＣ及び２速スプールの一方の外方端部には外部パイロット圧力が導かれ、前記外部パイロット圧力と対抗する油圧モータの高圧ポート圧力を常に前記２速スプール内の第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢの各内側面に作用するように前記切換弁のほぼ中央に設けた中央ポートから２速スプールの中央に位置する半径方向穴より中空穴内に導くようにし、前記第２小径スプールＢの径D2を第１小径スプールＣの径D3より大にし、前記高圧ポート圧力( Pab)が第１切替設定圧（ＰHi→LO）より高く前記切換弁が低速状態位置にあるときは、前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室はドレンポート（ＤＲ）に連通され、前記高圧ポート圧力( Pab)が第２切替設定圧（ＰLO→Hi）より低く切換弁が高速状態位置にあるときは前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室は油圧モータの前記高圧ポート圧力( Pab)と連通するようにされ、これにより、前記２速スプールに作用する力( Fab)は、Fab ＝ Pab×π／４×（Ｄ2 2 −Ｄ3 2 ）となり、Ｄ2 ＞Ｄ3 であるから、２速スプールをスプールＣ方向へ押す力となり、前記径D2の面積と径D3の面積の差を、前記２速スプールの中空穴肩部に作用する受圧面積の差として作用させることで、２速スプールをスプールＣ方向へ移動させるようにしたことを特徴とする２速油圧モータの自動変速切換弁によって上述した本発明の課題を解決した。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の構成により、外部パイロット圧力と対抗する油圧モータの高圧ポート圧力を常に前記２速スプール内の第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢの各内側面に作用させたので、２速スプールに作用する圧力の受圧面積は切換弁がどの位置にあっても常に同じであり、切換弁のヒステリシスを小さくすることができる。これにより、２つの切換設定圧力（高速→低速、低速→高速）の設定において、ヒステリシスを小さくでき、特に低速側位置から負荷力が下がり、高速側位置に戻るまでの応答性がよく、油圧モータの発進時などに於いてタイムラグがなく、スムーズな発進が可能となる。かつ主スプールの径を大きくすることなく、又各小径スプールの径を小さくすることなく、ヒステリシスを小さくした２速油圧モータの自動変速切換弁を提供するものとなった。
【０００８】
好ましくは、前記高圧ポート圧力が第１切替設定圧力より高く前記切換弁が低速状態位置にあるときは、前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室はドレンに連通され、前記油圧モータの高圧ポート圧力が第２切替設定圧力より低く前記切換弁が高速状態位置にあるときは、前記油圧モータの速度切替コントロールピストンの加圧室は前記油圧モータの高圧ポート圧力と連通するようにされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の２速油圧モータの自動変速切換弁が低速側位置にあるときの概略断面図を含む油圧回路図、図２は同切換弁が高速側位置にあるときの概略断面図を含む油圧回路図を示す。
図１に示すように、２速油圧モータ１の低速状態と高速状態を切換える自動変切換弁７は、点線で一部を示すハウジング４内に両端がプラグ５、６により閉じられた大径スプール穴15に軸方向に移動可能に嵌合された中空の２速スプール10と、２速スプール10両端に設けられた第１及び第２の小径スプール穴 16、17に軸方向に移動可能に嵌合された第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢと、２速スプール10の中空穴肩部19と第２小径スプールＢとの間を離隔する方向に付勢するスプリング８と、を有する。第１小径スプールＣ及び２速スプールの一方の外方端部にはパイロット圧力室21が形成され、外部パイロット圧力Ppが導かれ、外部パイロット圧力Ppと対抗する油圧モータ１の高圧ポート圧力 Pabを常に２速スプール10内の第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢの各内側面に作用するように、切換弁７のほぼ中央に設けた中央ポート A.Bから２速スプール10の中央に位置する半径方向穴18より中空穴内20に油圧モータ１の高圧ポート圧力 Pabを導くようにし、第２小径スプールＢの径D2を第１小径スプールＣの径D3より大にしたものである。高圧ポート圧力 Pabが第１切替設定圧ＰHi→LOより高く切換弁７が低速状態位置にあるときは油圧モータ１の速度切替コントロールピストン２の加圧室はドレンポートＤＲに連通され、高圧ポート圧力 Pabが第２切替設定圧ＰLO→Hiより低く切換弁７が高速状態位置にあるときは油圧モータ１の速度切替コントロールピストン２の加圧室は油圧モータ１の高圧ポート圧力 Pabと連通するようにされている。
【００１０】
次に作動について説明すると、図１は油圧モータ１に作用する負荷高圧ポート圧力 Pabが第１切替設定圧ＰHi→LOより高く、切換弁７が低速側位置にある場合を示し、油圧ポンプ13の圧油は、方向切替弁12、高圧ポートの圧力 Pabが、カウンターバランス弁11を通って中央ポート A.Bから２速スプール10の半径方向穴18より中空穴内20に流入し、スプールＢを図１でみて右方向へ、スプールＣを同左方向へ押し付けている。これにより、２速スプール10に作用する力( Fab)は、Fab ＝ Pab×π／４×（Ｄ2 2 −Ｄ3 2 ）となり、Ｄ2 ＞Ｄ3 であるから、２速スプールを左方向（スプールＣ方向）へ押す力となり、径D2の面積と径D3の面積の差を、２速スプール10の中空穴肩部19に作用する受圧面積の差として作用させることで、２速スプールを左方向（スプールＣ方向）へ移動させるようにした。一方外部パイロット圧力Ppは２速スプール10の左端ポートPpからパイロット圧力室21に導かれており、２速スプール10に作用する力はFp＝Pp・π／４×（Ｄ1 2 −Ｄ3 2 ）となり、Ｄ1 ＞Ｄ3 であるから、２速スプール10を右方向へ押す力となる。又スプリング８は２速スプール10を左方向へ押す力 Fspとなっている。図１の場合は、油圧モータ１に作用する負荷が大きく（＝ Pabが大きい）、２速スプール10に作用する力Fp＜Fab ＋Fsp となり２速スプール10が左方向へ押し付けられる。この時油圧モータ１のコントロールピストン２の加圧室内圧力 Pcpはシャトル弁３を介して切換弁７のポート A''又はポート B''からＤＲポートへ通じており、油圧モータ１は低速側位置になる。
【００１１】
図２は油圧モータ１に作用する高圧ポート圧力 Pabが第２切替設定圧ＰLO→Hiより低く切換弁７が高速側位置にある場合を示し、高圧ポート圧力 Pabが、カウンターバランス弁11を通って中央ポート A.Bから２速スプール10の半径方向穴18より中空穴内20に流入する。高速側位置にある２速スプール10に作用する力Fp＝Fab ＋Fsp となり、２速スプール10が右へ押し付けられている。この時コントロールピストン２内圧力 Pcpはシャトル弁３を介して切換弁７のポート A''又はポート B''から、A'ポート又はポートB'へ通じている。これにより、油圧モータ１の高圧ポートの圧力 Pabである負荷圧力P'a 又はP'b が切換弁７とシャトル弁３を通してコントロールピストン２へ流入し、１点鎖線で示すように、油圧モータ１は高速側位置となる。以上より２速スプール10に作用する力のつり合い式は常に、「Fp＝Fab ＋Fsp 」で表され、切換弁のヒステリシスはスプリング定数と２速スプール10の図示しないオーバーラップ量により設けられるが、いずれも微少であり、従来技術で問題となるタイムラグがなく、２つの切換圧力（高速→低速、低速→高速）の設定において油圧モータ１のスムーズな発進が可能となる。
【００１２】
〔発明の実施の形態の効果〕本発明の実施の形態によれば、高圧ポートの圧力 Pabを常に２速スプール内の第１小径スプールＣ及び第２小径スプールＢの各内側面に作用させたので、２速スプール10に作用する圧力の受圧面積は切換弁がどの位置にあっても常に同じであり、２つの切換設定圧力（高速→低速、低速→高速）の設定において、２速スプール10（主スプール）の径を大きくすることなく、又、各小径スプール（各丸棒部材）の径を小さくすることなく切換弁のヒステリシスを小さくすることができる。これにより、特に低速側位置から油圧モータの負荷圧力が下がり、高速側位置に戻るまでの応答性がよく、油圧モータの発進時のタイムラグがなく、スムーズな発進が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の２速油圧モータの自動変速切換弁が低速側位置にあるときの概略断面図を含む油圧回路図を示す。
【図２】同切換弁が高速側位置にあるときの概略断面図を含む油圧回路図。
【符号の説明】
１・・２速油圧モータ  ２・・コントロールピストン  ３・・シャトル弁
４・・ハウジング      ７・・自動変切換弁          ８・・スプリング
10・・２速スプール    15・・大径スプール穴  16・・第１の小径スプール穴
17・・第２の小径スプール穴    19・・２速スプールの中空穴肩部
20・・２速スプールの中空穴    21・・パイロット圧力室
Ｂ・・第２小径スプール        Ｃ・・第１小径スプール
D2・・第２小径スプールＢの径  D3・・第１小径スプールＣの径
【図１】
0004160862.tif 000002
【図２】
0004160862.tif 000003