(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプライン、シリンダポート及びタンクラインを含む複数の油室を備えたハウジングと、
このハウジング内に摺動自在液密的に挿入され前記複数の油室への油の供給を切換える大径部と小径部とを備えるスプールと、
前記ハウジングの前記シリンダポートと前記タンクラインとの間に設けた補助油室と、
を備え、
前記補助油室は、前記シリンダポートとの間、および前記タンクラインとの間のそれぞれの開口面積を前記スプールの移動に応じて変化可能に構成され、前記シリンダポートから前記補助油室、および前記補助油室から前記タンクラインへと圧油が流れるに従い、前記シリンダポートの圧力が逐次低減されて前記タンクラインへと排出されることを特徴とするスプール切換弁。
【請求項２】
前記シリンダポートと前記補助油室間、
および前記補助油室と前記タンクライン間、
の逐次圧力低減手段は、
前記スプールの移動に従いそれぞれの油室間の開口面積を変化させる切欠き部を前記スプールの大径部の肩部に設け、これら切欠き部を直列に配置し、前記シリンダポートからの圧油をこれら切欠き部を通過させる様構成したことを特徴とする請求項１に記載のスプール切換弁。
【請求項３】
前記切欠き部は、
この切欠き部を流体が通過する際の、流体力の反力の合計が零となるように配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスプール切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械のように複数のアクチュエータを有する機械に使用される大容量スプール切換弁に関し、特にその信頼性の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の技術を図を用いて説明する。図３は従来技術に係るスプール切換弁の一端側の断面を模式的に示した図である。図中１はハウジング、２はスプール、３はタンクライン、６Ｂはシリンダポートである。油圧ショベル等に適用されるスプール切換弁にあっては、たとえば油圧ショベルのブームを下降させる場合、ブームの下降速度がブームからの戻り側シリンダポート６Ｂからタンクライン３へ連通する通路の開度によって制御されるよう構成されているものがある。このような切換弁では、スプールの大径部の肩部分に比較的開口面積の大きい切欠き部５−１と比較的開口面積の小さい切欠き部５−２とが隣接して設けられており、スプールの移動につれてタンクライン３へまず開口面積の小さい切欠き部５−２が開口し、ついで開口面積の大きい切欠き部５−１が開口するように、つまりスプールの移動につれて逐次シリンダポート６Ｂからタンクライン３への開口面積が大きくなるように構成されている。
【０００３】
ところが、実際の油圧ショベルを使用した作業においては、油圧ショベルの大きさと、その動作の切換を行う切換弁との性能上のマッチングから、開口面積の小さい切欠き部のみが全開した位置付近にスプールが移動した状態で使用される場合が非常に多い。
【０００４】
このような場合、ブームが下降する際にシリンダポートから開口面積の小さい切欠き部５−２を経てタンクラインへ排出される圧油は、高速噴流となってハウジングの壁部に衝突することになる。しかも、この噴流は、比較的高圧のシリンダポート６Ｂから、背圧（ほとんど０に近い）程度の低い圧力しかないタンクライン３に急激に開放されるので、この圧油の持つエネルギーは非常に大きくなる。したがって、ハウジング１の壁部には、高速でかつ大きな力をもった圧油が衝突することになる。このような流体エネルギの状態を図３に模式的に示している。切欠き部５−２を通過することで速度は急激に低下するが、対照的に運動エネルギは増加し、ｈ１の大きさを有することになる。このｈ１のエネルギがハウジング１の壁部の侵食を引き起こす原因となる。
【０００５】
ハウジング１は一般的には強靭鋳鉄材料で構成されるため、熱処理等により、その硬度を高くすることが困難である。したがって、この切換弁を長時間使用すると、壁部が噴流により侵食され、最悪の場合には、その侵食がハウジング１の外面にまで貫通してしまうとことさえあった。しかも、このようなハウジング１が侵食される度合いは、その切換弁が搭載される油圧ショベルが大きいほど著しいことがわかっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、操作性に優れ、しかも大型建設機械等の大容量の切換えが必要な条件で使用しても、流体力による構成部品の侵食を抑制することができる信頼性の高い切換弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスプール切換弁は、ポンプライン、シリンダポート及びタンクラインを含む複数の油室を備えたハウジングと、このハウジング内に摺動自在液密的に挿入され前記複数の油室への油の供給を切換える大径部と小径部とを備えるスプールと、前記ハウジングの前記シリンダポートと前記タンクラインとの間に設けた補助油室と、を備え、前記補助油室は、前記シリンダポートとの間、および前記タンクラインとの間のそれぞれの開口面積を前記スプールの移動に応じて変化可能に構成され、前記シリンダポートから前記補助油室、および前記補助油室から前記タンクラインへと圧油が流れるに従い、前記シリンダポートの圧力が逐次低減されて前記タンクラインへと排出されることを特徴とする。
【０００８】
このように構成したスプール切換弁において、従来弁の小さい切欠き部のみがタンクポートに全開した位置にスプールが移動した場合のタンクラインへの排出流量と、同じ位置にスプールが移動した際にシリンダポートから補助油室、および補助油室からタンクラインへの通過流量をほぼ同じになるよう設定すると、アクチュエータの速度制御特性は従来と変わらない上に、タンクラインへ排出される圧油は、シリンダポートから補助油室、および補助油室からタンクラインへ通過する間に十分に圧力が降下しており、タンクラインへ排出される際にハウジングの壁部に高圧で衝突するといったことがない。
【０００９】
また本発明のスプール切換弁は、
シリンダポートと補助油室間、
および補助油室からタンクライン間、
の逐次圧力低減手段を、
スプールの移動に従いそれぞれの油室間の開口面積を変化させる切欠き部をスプールの大径部の肩部に設け、これら切欠き部を直列に配置し、シリンダポートからの圧油をこれら切欠き部を通過させる様構成することができる。
【００１０】
さらに本発明のスプール切換弁は、
この切欠き部を流体が通過する際の、流体力の反力の合力が零となるように、この切欠き部を配置することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るスプール切換弁の断面図である。図中１はハウジング、２はスプール、３，１３はタンクライン、３３は補助油室、４はポンプライン、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｈはスプール２の大径部、２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｊはスプール２の小径部、６はシリンダポートである。スプール２の両端は、キャップ１４Ａ，１４Ｂに収納されるとともに、スプール２の両端とキャップ１４Ａ，１４Ｂとの間で油室８Ａ，８Ｂが形成されている。油室８Ａ，８Ｂには図示しないパイロットバルブからのパイロット圧油が、ポート１０Ａ，１０Ｂを介して供給される。油室８Ａ内には、スプール２を中立に復帰させるバネ９が設けられている。ポンプライン４には、可変容量ポンプ７が接続され、シリンダポート６Ａ，６Ｂにはアクチュエータ１５の各ポートが接続されている。図１はスプールが中立の状態を図示してあり、可変容量ポンプ７からの圧油は、ポンプライン４からスプール２の小径部２Ｅ，２Ｆ、タンクライン１３Ａ，１３Ｂを経てタンクへ排出されている。
【００１３】
スプール２の大径部２Ｄの、小径部２Ｊ側の肩部には、切欠き部５−１，５−２が設けられている。また、スプール２の大径部２Ｈの、小径部２Ｇ側の肩部には、切欠き部５−３，５−４が設けられている。各切欠き部の位置、大きさは、スプール２が図１の右方へ移動する場合、まず最初に切欠き部５−２がタンクライン３に開口し、ついで切欠き部５−４が補助油室３３に開口し、さらにスプール２が右方に移動すると、切欠き部５−２がタンクライン３に開口し、ついで切欠き部５−３が補助油室３３に開口するように構成されている。図２は、スプール２が図中右方へ移動し、切欠き部５−２はタンクライン３に開口し、切欠き部５−４は補助油室３３に開口しているが、切欠き部５−１は未だタンクライン３に開口しておらず、切欠き部５−３も補助油室３３に開口していない状態を示している。
【００１４】
このような図１に示す構成において、図示していないパイロットバルブからの信号圧力を油室８Ａに供給してスプール２を図２に示される位置まで移動させると、ポンプライン４からスプール２の小径部２Ｅを経てタンクライン１３Ａへと連通していた通路は、スプール２の大径部２Ａにより遮断され，さらにポンプライン４からスプール２の小径部２Ｆを経てタンクライン１３Ｂへと連通していた通路は、スプール２の大径部２Ｂにより遮断されるので、可変容量ポンプ７からの圧油は通路１１，１２Ａ、シリンダポート６Ａを経てアクチュエータ１５へ供給される。さらにアクチュエータ１５からの戻り油は、切欠き部５−３，５−４、補助油室３３、切欠き部５−１，５−２を経てタンクライン３へ排出される。
【００１５】
ここで、切欠き部５−３，５−４、補助油室３３、切欠き部５−１，５−２を通過してタンクライン３へ排出される圧油の油量は、従来の切換弁と本発明に係る切換弁のスプール２において、そのスプール２の移動量が同じであれば、シリンダポート６Ｂからタンクライン３へ排出される油量がほぼ同じとなるよう各切欠き部の面積を設定してある。従って、アクチュエータ１５が、たとえば油圧ショベルのブームシリンダであり、このブームを降下させる場合を想定すると、ブームの下降速度は従来と同様に制御することができる。また、従来の切換弁においては、開口面積の小さい切欠き部５−２を通って排出される圧油は、急激な圧力変化のために高速噴流となって噴出した。しかし、本発明に係る切換弁においては切欠き部５−３，５−４、補助油室３３、切欠き部５−１，５−２を通過していく間に、徐々に圧力が降下していくため、切欠き部５−２からタンクライン３へ排出される時点での圧油とタンクライン３の差圧は従来の切換弁と比べてかなり小さくなっている。その結果、ハウジング１の壁部へ衝突する際の流体エネルギが小さくなり、ハウジング１の壁部の侵食を抑制できる。なお、スプール２の材料は鋼材が一般的であり、熱処理により硬度を高くすることが容易にできるので、スプール２内部の侵食は容易に抑制することができる。
【００１６】
ここで、タンクライン３へ流出する流体のもつ圧力エネルギを模式的に図２に示す。本発明に係る切換弁では、切欠き部５−３，５−４を通過して捕縄油室３３に流入する時点で、流体の圧力エネルギはかなり大きく減少し、代わって運動エネルギが増加する。さらに、その後、補助油室３３から切欠き部５−１へ流入するまでの流路においては圧力エネルギ、運動エネルギともにほぼ変化せずに切欠き部５−２へ到る。そして切欠き部５−２を通過する際に、圧力エネルギはほぼ、「０（ゼロ）」近くまで減少し、運動エネルギは若干増加するもその大きさはｈ２であり、従来技術に係る切換弁におけるｈ１よりもはるかに小さい。そのため、本発明に係る切換弁においてはハウジング１の壁部の侵食を抑制できる。
【００１７】
さらに切欠き部５−１，５−２，５−３，５−４を、切欠き部５−１，５−２，５−３，５−４を通過する際の流体力の半径方向分力が釣合う位置に設けるようにすれば、この流体力によってスプール２が曲げられることがなく、スプール２の移動が円滑に行われる。具体的には、たとえば通路２０をスプール２の中心軸に対して対称な位置に設けた２箇所に切欠き部を設ければよい。さらにまた、通路間の角度がそれぞれ１２０度である３箇所に切欠き部を設けたり、角度が９０度である４箇所に設けてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、スプール切換弁において、シリンダポートとタンクラインとの間に補助油室を設け、シリンダポートと補助油室との間、および補助油室とタンクラインとの間のそれぞれの開口面積をスプールの移動に応じて変化可能に構成し、シリンダポートから補助油室、補助油室からタンクラインへと圧油を通過させることで、シリンダポートの圧油を徐々に圧力降下をさせながらタンクラインへ排出することができ、操作性に優れ、しかも信頼性の高いスプール切換弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスプール切換弁の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１におけるスプール２の右端付近の詳細および流体のエネルギ変化を示す図である。
【図３】従来のスプール弁における流体のエネルギ変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  スプール
３，１３  タンクライン
５−１，５−２，５−３，５−４  切欠き部
４  ポンプライン
６  シリンダポート
７  可変容量ポンプ
８  油室
１１，１２  通路
１５  アクチュエータ
３３  補助油室
【図１】
0004138352.tif 000002
【図２】
0004138352.tif 000003
【図３】
0004138352.tif 000004