JP4633393B2 - キャビテーション防止油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は油圧回路のキャビテーション防止回路に関する。より詳しくは、本発明は、特にショベル用走行モータや旋回モータに用いられ、油圧ポンプと油圧モータとを連結する給排路において、油圧モータの停止時におけるキャビテーションの発生を防止するようにした油圧回路に関する。

特に、ショベル用走行モータや旋回モータの油圧モータを駆動、停止を行うに当たり、チェック弁およびカウンターバランス弁を一般的に用いている。

このような油圧回路においては、油圧モータの停止時にキャビテーションが発生することを防止するために、高価なリリーフ弁などを用いて油圧モータの停止時のショックやモータ音（キャビテーション音）の低減を図ってきた（例えば、特許文献１の従来例参照）。

また、このようなリリーフ弁を用いない場合でもキャビテーションの発生を防止するためのアンチキャビテーション弁などが使用されている（例えば、特許文献２参照）。

上述したようなリリーフ弁またはアンチキャビテーション弁を用いない場合には、油圧モータの停止時に大きな走行停止音（キャビテーション音）が発生する。

更に、リリーフ弁やアンチキャビテーション弁などを用いると、それらの装着により油圧回路のコストが大幅に高くなる。

特開昭６３−１５８３０２号公報 特開２００１−２１４９０１号公報

本発明は上述のようなリリーフ弁またはアンチキャビテーション弁を用いた油圧回路に付随する問題点を解決して、油圧モータを制御するカウンターバランス弁にキャビテーション防止機能を付加することにより油圧回路を簡単とし、キャビテーションの発生を防止し、しかも、リリーフ弁またはアンチキャビテーション弁を用いないことによりコストを大幅に低減することができるキャビテーション防止油圧回路を提供することを目的とする。

本発明においては上述の課題を、油圧ポンプと油圧モータとを連結する２つの給排路の間に、カウンターバランス弁が設けられ、該カウンターバランス弁は前記油圧ポンプから供給される作動油の圧力とスプリングの反力との差により変位するスプールを具備し、該スプールは、中立位置において前記２つの給排路を遮断する中央ランドおよび該中央ランドから前記スプールの軸方向に間隔を開けて設けられ、給排路の油の流入を許容する凹部を中央ランドとの間に具備した側ランドからなり、更に該側ランドの反中央ランド側に円周溝または面取り部が形成されているとともに該反中央ランド側に形成された円周溝または面取り部に連通し、前記油圧モータのブレーキ時に、前記凹部を該円周溝部または面取り部に接続する小面取り部が前記側ランドに形成されており、前記油圧モータのブレーキ時に、カウンターバランス弁のスプールがモータ作動位置から中立位置に向けて移動し、前記給排路のモータの吸込み側において、前記凹部および前記円周溝部または面取り部を経て該吸込み側給排路と前記油圧モータを強制的に接続して圧油の吸込み性を向上させてキャビテーションの発生を抑制するとともに前記小面取り部を経て前記凹部を前記円周溝部または面取り部に接続するようにしたことを特徴とするキャビテーション防止油圧回路により達成する。

本発明においては上述の構成としたために、油圧モータを停止するため圧油の供給を止め、カウンターバランス弁によるブレーキ状態にした場合に、圧油の吸込み側においてはカウンターバランス弁のスプールの反中央ランド側に設けた円周溝または面取り部により圧油を油圧モータの吸込み側へ効果的に供給することができ、これにより油圧モータの停止時におけるキャビテーションの発生を抑えることができ、従ってモータ停止音を低減させることができる。

更に本発明においては、カウンターバランス弁に側ランドの反中央ランド側に円周溝または面取り部が形成されていることにより、モータを駆動するための供給側からカウンターバランス弁に圧油が流入したときに、この導入された圧油が円周溝部または面取り部を経て供給される毎にカウンターバランス弁内における流体の通過面積を増加させることができ、それに伴いカウンターバランス弁内における圧力損失を従来のカウンターバランス弁よりも減少させることができ、従って圧力損失を小さくすることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１（ａ）は中立状態にある本発明に係る第１実施例のカウンターバランス弁の断面図を示す。図１（ｅ）は図１（ａ）に示すカウンターバランス弁の実施例の駆動状態における断面図である。図２は、図１に示すカウンターバランス弁を配置した油圧駆動回路の回路図を示す。

図２において、油圧駆動ポンプＰ１またはＰ４と油圧モータ２とが一対の給排路４、４′により連結されている。なお、図２においては各給排路４、４′に油圧駆動ポンプＰ１またはＰ４を接続しているが、一対の給排路４、４′に切換弁（図示せず）を介して一台の油圧ポンプを接続し、油圧ポンプから給排路４、４′に供給される油圧を切換弁により切換えるようにしてもよい。油圧モータ２はドレーンＤ１、Ｄ２に接続されている。

給排路４、４′にはそれぞれチェック弁３、３′が設けられ、給排路４、４′の間に本発明に係るカウンターバランス弁１が設けられている。

また、この油圧モータ２は、切換弁８により操作され、給排路４、４′の高圧側を選択する高圧選択弁７からの圧油により作動される切替シリンダ５によって、高速度、低速度に切替えられるようになっている。また油圧モータ２の停止時のブレーキ装置６が油圧モータ２に接続されている。

図１（ａ）において、本発明に係るカウンターバランス弁１は油圧ポンプＰ１、Ｐ４と油圧モータ２を連結する一対の給排路４、４′の間に設けられており、この実施例においてはカウンターバランス弁１と平行にチェック弁３、３′が設けられている。

カウンターバランス弁１は油圧ポンプＰ１またはＰ４から供給される作動油の圧力とカウンターバランス弁１のスプール１１の端部に装着されたスプリング１２の反力との差により変位する構造となっている。

スプール１１には図１（ａ）に示すように、その中央部には中立位置において２つの給排路４、４′を遮断する中央ランド１１ａが設けられており、図１（ｂ）に示すように、この中央ランド１１ａからスプール１１の軸方向に間隔を開けて側ランド１１ｂ、１１ｂ′が設けられている。中央ランド１１ａと側ランド１１ｂ、１１ｂ′の間には凹部１１ｃ、１１ｃ′が形成されており、図１（ａ）に示すように、スプール１１が中立位置にあるときにはこの凹部１１ｃ、１１ｃ′への給排路４、４′の油の流入を許容する。なお、この実施例では、各側ランド１１ｂ、１１ｂ′の中央ランド１１ａ側の肩部を面取りしている。

更に、側ランド１１ｂ、１１ｂ′の反中央ランド側１１ａには、図１（ｂ）に示すように、円周方向に一様に掘り下げた円周溝１１ｄ、１１ｄ′（図１（ｂ）参照）、または、周方向の一部に面取り部１１ｅ、１１ｅ′（図１（ｃ）参照）が形成されている。側ランド１１ｂ、１１ｂ′に反中央ランド側に形成された円周溝１１ｄ、１１ｄ′（図１（ｂ）参照）または面取り部１１ｅ、１１ｅ′（図１（ｃ）参照）に連通する小面取り部１１ｆ、１１ｆ′が形成されている。

また、図１（ｄ）に示す実施例では、上述の小面取り部を含んだ軸方向に延在するトラック形状の面取り部１１ｇ、１１ｇ′としている。

図１（ａ）において供給側の油圧ポンプＰ１、Ｐ４から供給される油圧が等しくバランスがとれている場合には、スプール１１に作用する両圧力が等しいために、カウンターバランス弁１のスプール１１は中立位置となっている。

この状態から、例えば、油圧ポンプはＰ１から加圧油が供給されると、この加圧油の圧力は給排路４、４′を通ってチェック弁３を押し拡げ、油圧モータ２へ導かれると同時に、スプール１１の左側の側ランド１１ｂと中央ランド１１ａとの間の形成された凹部１１ｃに伝達され、この圧力によりスプール１１は図１（ｅ）に示すように右方に移動される。

更に、チェック弁３を押し拡げた圧油は左側の側ランド１１ｂの外側の反中央ランド側に形成された円周溝１１ｄまたは面取り部１１ｅに流入し、この円周溝１１ｄまたは面取り部１１ｅに流入した圧油によってスプール１１の右方向移動が更に増加され、油圧モータ２が回転駆動される。

一方、油圧モータ２から排出された油は、右側の側ランド１１ｂ′と中央ランド１１ａの間の凹部１１ｃ′を通り右側の給排路４′に排出される。

これらにより大流量の油が流れて、しかも損失が極めて小さくなるため、カウンターバランス弁１内における圧力損失を従来のカウンターバランス弁１０よりも小さくすることができる。従って、本発明のカウンターバランス弁１によれば効率が極めて高くなり省エネ化を図ることができる。

油圧モータ停止時の作動について図３を参照して説明する。最初に特許文献１の従来例として記載されているリリーフ機構を持たず、チェック弁を持つ構造においては圧油の供給を止めた場合に、カウンターバランス弁に設けたオリフスと端面を制するスプリングの押圧力によってスプールは中立位置へ戻り始める。この時、チェック弁は圧油の供給停止とスプリングの押付け力により閉じる。モータの排出側ではカウンターバランス弁の開口面積が徐々に狭くなることで圧油の排出を抑えブレーキ圧を発生させる。しかし、この場合に油圧モータの吸込み側への油圧の供給が少ないために、キャビテーションによるモータ音が発生し易い。

図３に示す本発明のブレーキ状態においては、圧油の供給停止によりスプール１１はそれまで位置していた右端より左方向へ移動して行く。油圧モータ２の排出側は、スプールの中央ランドにより圧油通路が徐々に狭くなり、これによりブレーキ圧力が発生する。一方、吸込み側はカウンターバランス弁１のスプール１１の円周部に設けられた溝と、その溝に連続して設けられた円周溝部１１ｄ′、１１ｄおよび小面取り部１１ｆまたは面取り部１１ｅ、１１ｅ′および小面取り部１１ｆまたは面取り部１１ｇにより圧油通路を接続し、これにより吸込み側に圧油を供給する。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

図４（ａ）は中立位置にある本発明に係る第２実施例のカウンターバランス弁の断面図を示す。図４（ｂ）は図４（ａ）に示すカウンターバランス弁の駆動状態における断面図である。図５は第２実施例のカウンターバランス弁を具備した油圧回路図である。図６は第２実施例のカウンターバランス弁のブレーキ作動状態を示す断面図である。

第２実施例のカウンターバランス弁は第１実施例のカウンターバランス弁からチェック弁を無くした形態であって、その他は第１実施例のカウンターバランス弁と同じである。第２実施例のカウンターバランス弁のスプール１１形状も第２実施例のカウンターバランス弁のスプール１１形状と同じである。

第２実施例のカウンターバランス弁は、油圧駆動ポンプＰＩまたはＰ４から供給され一対の供排路４、４′に流入した圧油が、スプール１１の左右動後にスプール１１の小面積部ｌｌｆ、ｌｌｆ′および円周溝ｌｌｄ、ｌｌｄ′または面取り部ｌｌｅ、ｌｌｅ′またはｌｌｇ、ｌｌｇ′を介して、油圧モータ２へ供給される。その他の動作は、第１実施例のカウンターバランス弁の動作と同じであるので、省略する。

このように本発明においては、モータの吸込み側と給排管とを強制的に接続することで圧油の吸込み性を向上させ、キャビテーションの発生の防止（抑止効果）が図られ、ブレーキ音の低減が図れる。

更に本発明においては、カウンターバランス弁１に設ける通路面積（ｌｌｄ、ｌｌｄ′）を従来のチェック弁に設ける通路面積と同等以上とし、更に反中央ランド側の円周溝（ｌｌｄ′、ｌｌｄ）または面取り部（１１ｆ）をモータ排出側に設けている溝部（１１ｂ′、１１ｂ）より大きくすることで、チェック弁機能を完全にカウンターバランス弁に移行することが可能になる。円周溝ｌｌｄ、ｌｌｄ′は、溝部１１ｂ、１１ｂ′の１．５倍以上の通路面積とするのが好ましい。このようにチェック弁を無くすことにより、カウンターバランス弁１として大幅なコスト低減ができる。

なお、キャビテーション防止、停止ショック性から従来から使用しているリリーフ機構を付加してもよい。

本発明に係るカウンターバランス弁の実施例を示し、（ａ）は、スプールが中立位置にある状態の本発明に係るカウンターバランス弁の実施例の断面図であり、（ｂ）はそのスプールの一実施例の外観図であり、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ他のスプールの実施例の外観図である。（ｅ）は駆動状態における本発明に係るカウンターバランス弁の実施例の断面図である。 本発明に係るカウンターバランス弁を具備した油圧駆動回路図である。 上述した実施例におけるカウンターバランス弁のブレーキ作動状態を示す断面図である。 本発明に係る第２実施例のカウンターバランス弁を示し、（ａ）はスプールが中立位置にあるカウンターバランス弁の断面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示すカウンターバランス弁の駆動状態における断面図である。 第２実施例のカウンターバランス弁を具備した油圧回路図である。 第２実施例のカウンターバランス弁のブレーキ作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１ カウンターバランス弁
２ 油圧モータ
３、３′ チェック弁
４、４′ 給排路
１１ スプール
１１ａ 中央ランド
１１ｂ、１１ｂ′ 側ランド
１１ｃ、１１ｃ′ 凹部
１１ｄ 円周溝
１１ｅ、１１′ｅ、１１ｇ、１１ｇ′ 面取り部
１１ｆ、１１ｆ′ 小面取り部
１２ スプリング
Ｐ１、Ｐ４ 油圧駆動ポンプ

Claims (1)

1. 油圧ポンプと油圧モータとを連結する２つの給排路の間に、カウンターバランス弁が設けられ、該カウンターバランス弁は前記油圧ポンプから供給される作動油の圧力とスプリングの反力との差により変位するスプールを具備し、該スプールは、中立位置において前記２つの給排路を遮断する中央ランドおよび該中央ランドから前記スプールの軸方向に間隔を開けて設けられ、給排路の油の流入を許容する凹部を中央ランドとの間に具備した側ランドからなり、更に該側ランドの反中央ランド側に円周溝または面取り部が形成されているとともに該反中央ランド側に形成された円周溝または面取り部に連通し、前記油圧モータのブレーキ時に、前記凹部を該円周溝部または面取り部に接続する小面取り部が前記側ランドに形成されており、前記油圧モータのブレーキ時に、カウンターバランス弁のスプールがモータ作動位置から中立位置に向けて移動し、前記給排路のモータの吸込み側において、前記凹部および前記円周溝部または面取り部を経て該吸込み側給排路と前記油圧モータを強制的に接続して圧油の吸込み性を向上させてキャビテーションの発生を抑制するとともに前記小面取り部を経て前記凹部を前記円周溝部または面取り部に接続するようにしたことを特徴とするキャビテーション防止油圧回路。

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