JP6918538B2

JP6918538B2 - 多連方向切換弁

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Publication number: JP6918538B2
Application number: JP2017060120A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　仁; 仁岩崎
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: JP2018162835A; WO2018173843A1

Description

本発明は、作業機械に用いられる多連方向切換弁に関する。

油圧ショベル等の作業機械において、ブームやアーム等の重量のある作動部材を駆動するために、この作動部材のアクチュエータとして油圧シリンダ等の油圧アクチュエータが用いられている。

油圧シリンダは、シリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されたピストンとを有しており、シリンダ又はピストンがロッド等を介して作動部材に取り付けられる。シリンダの軸方向の一方側及び他方側の内面には、それぞれ油圧ポンプから供給された油をシリンダ内に導入するためのポートが開口している。そして、油圧ポンプからの油が一方側のポートを介してシリンダ内へ導入されると、この油の圧力によりピストンは他方側へ移動し、油圧ポンプからの油が他方側のポートを介してシリンダ内へ導入されると、この油の圧力によりピストンは一方側へ移動する。このピストンの移動にともなう油圧シリンダの伸縮により、油圧シリンダが取り付けられた作動部材が駆動される。

油圧ポンプからの油の供給先をシリンダの一方側のポートと他方側のポートとの間で切り替えるために、方向切換弁が用いられている。方向切換弁としては、一例としてスプール弁を挙げることができる。スプール弁は、スプール孔が形成された弁本体と、スプール孔内に配置された略円柱状のスプールとを有している。スプールにはその軸方向に沿っていくつかの切欠きが設けられている。スプール孔内においてスプールがその軸方向に移動されると、切欠きの位置も軸方向に移動され、これによりスプール弁内に導入された油の供給路が切り換えられる。とりわけ、作業機械が複数の油圧アクチュエータを有している場合には、複数の方向切換弁を備えた多連方向切換弁が用いられ得る。

方向切換弁には、油の流路をなす、方向切換弁、油圧アクチュエータ、配管及び継手等の破損を防止するために、油の流路内に異常な高圧が作用した場合に、油をタンクに排出して流路内の油の圧力を低下させるリリーフ弁が設けられる。通常、方向切換弁には２つのリリーフ弁が設けられる。２つのリリーフ弁のうちの一方のリリーフ弁は、方向切換弁のスプールとシリンダの一方側のポートとの間の流路に設けられ、他方のリリーフ弁は、スプールとシリンダの他方側のポートとの間の流路に設けられる。

ブームやアーム等の重量のある作動部材を所定の位置で停止させようとした場合、作動部材の自重により、シリンダから方向切換弁に至る流路内に保持された油に高い圧力が生じる。これによりスプールの外面とスプール孔の内面との間の摺動性を確保するためのわずかな隙間から、油が漏出することがある。この場合、シリンダ内の油圧が適切に維持されず、作動部材の姿勢を保持することができなくなる。このため、シリンダとスプールとの間の流路に、スプールへ向かう油の流れを遮断することができるロック弁が設けられる。ロック弁は、少なくとも、作動部材の自重により流路内に保持された油に高い圧力が生じ得る側の流路に１つ設けられる。

したがって、１つの方向切換弁には、少なくとも、２つのリリーフ弁及び１つのロック弁の合計３つの弁が設けられ得る。

ところで、作業機械においては、組み付け作業性の向上や作業機械の燃費向上等のために、多連方向切換弁の小型化が求められている。しかしながら、複数の方向切換弁を備えた多連方向切換弁では、設けられるリリーフ弁及びロック弁の数も増加することから、これらの弁を適切に配置しつつ多連方向切換弁を小型化することは容易ではない。

特許文献１には、スプール弁をそれぞれ組み込んだ２つのスプール弁用ブロックの間に、２つのロック弁を組み込んだロック弁用ブロックを設けた多連方向切換弁が開示されている。この多連方向切換弁では、ロック弁を、スプール弁用ブロックと異なるロック弁用ブロック内に配置することにより、各スプール弁用ブロックが薄型化され、これにより多連方向切換弁全体の大型化の抑制が図られている。

特開平１１−２３０１０６号公報

特許文献１に開示された多連方向切換弁では、各スプール弁用ブロックは薄型化され得るものの、各スプール弁用ブロックとは別にロック弁用ブロックが新たに必要となるため、多連方向切換弁全体を十分に小型化することができなかった。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、簡単な構成により小型化することが可能な多連方向切換弁を提供することを目的とする。

本発明による多連方向切換弁は、
作業機械に用いられる多連方向切換弁であって、
前記多連方向切換弁は、第１方向切換弁、第２方向切換弁及び第３方向切換弁を有し、
前記第２方向切換弁は、前記作業機械のブーム及びアームの一方を駆動するための方向切換弁であり、
前記第３方向切換弁は、前記作業機械のブーム及びアームの他方を駆動するための方向切換弁であり、
前記第２方向切換弁及び前記第３方向切換弁は、それぞれ３つのリリーフ弁及び／又はロック弁を含み、
前記多連方向切換弁は、第１方向に順に配列された第１弁群、第２弁群及び第３弁群をさらに有し、
前記第１弁群は、前記第２方向切換弁の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの２つを含み、
前記第２弁群は、前記第２方向切換弁の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つ、及び、前記第３方向切換弁の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つを含み、
前記第３弁群は、前記第３方向切換弁の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの２つを含む。

本発明による多連方向切換弁において、前記第２方向切換弁及び前記第３方向切換弁に含まれる前記３つのリリーフ弁及び／又はロック弁は、いずれも、２つのリリーフ弁及び１つのロック弁を含む。

本発明による多連方向切換弁において、前記第１方向切換弁は、前記作業機械の旋回モータを駆動するための方向切換弁である。

本発明による多連方向切換弁において、
前記第１方向切換弁は、前記第１方向に直交する方向に延びる中心軸を有する第１スプールを有し、
前記第２方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第２スプールを有し、
前記第３方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第３スプールを有し、
前記第１スプール、前記第２スプール及び前記第３スプールは、前記第１方向に配列されており、
前記第１方向切換弁における第１スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、前記第２方向切換弁における第２スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、前記第３方向切換弁における第３スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、のうち、最大の面積をＳ_ｍａｘとし、最小の面積をＳ_ｍｉｎとしたときに、Ｓ_ｍｉｎのＳ_ｍａｘに対する割合Ｓ_ｍｉｎ／Ｓ_ｍａｘは、０．９５以上である。

本発明によれば、簡単な構成により小型化することが可能な多連方向切換弁を提供することができる。

図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、作業機械の一例としての油圧ショベルを示す図である。図２は、作業機械に組み込まれた多連方向切換弁を概略的に示す図である。図３は、多連方向切換弁の一例を示す正面図である。図４は、図３の多連方向切換弁の左側面図である。図５は、図３の多連方向切換弁の右側面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に対応する多連方向切換弁の断面を示す図である。図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に対応する多連方向切換弁の断面を示す図である。図８は、図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に対応する多連方向切換弁の断面を示す図である。図９は、図３のＩＸ−ＩＸ線に対応する多連方向切換弁の断面を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１及び図２は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、作業機械の一例としての油圧ショベルを示す図であり、図２は、作業機械に組み込まれた多連方向切換弁を概略的に示す図である。

本実施の形態の作業機械１０は油圧ショベルであり、クローラを具備する下部フレーム１１と、下部フレーム１１に対して旋回可能に設けられる上部フレーム１２と、上部フレーム１２に取り付けられるブーム１４と、ブーム１４に取り付けられるアーム１５と、アーム１５に取り付けられるバケット１６とを備える。上部フレーム１２とブーム１４との間、ブーム１４とアーム１５との間、アーム１５とバケット１６との間には、それぞれ油圧シリンダ１８が設けられている。作業機械１０において、上部フレーム１２を旋回させる場合には、旋回モータ１３からの回転駆動力が上部フレーム１２に伝達される。また油圧ショベルを走行させる場合には、走行モータ１７からの回転駆動力が下部フレーム１１のクローラに伝達される。

油圧シリンダ１８は、作動部材としてのブーム１４、アーム１５又はバケット１６を駆動するアクチュエータとして機能する。油圧シリンダ１８は、シリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されたピストンとを有している。シリンダは、油圧シリンダ１８が連結される２つの部材の一方に取り付けられ、ピストンは、ピストンに接続されたロッド等を介して、油圧シリンダ１８が連結される２つの部材の他方に取り付けられる。シリンダの軸方向の一方側及び他方側の内面には、それぞれ図示しない油圧ポンプから供給された油をシリンダ内に導入するためのポートが開口している。油圧ポンプからの油が一方側のポートを介してシリンダ内へ導入されると、この油の圧力によりピストンは他方側へ移動し、油圧ポンプからの油が他方側のポートを介してシリンダ内へ導入されると、この油の圧力によりピストンは一方側へ移動する。このピストンの移動にともなう油圧シリンダ１８の伸縮により、油圧シリンダ１８が連結された作動部材（ブーム１４、アーム１５、バケット１６）が駆動される。

本実施の形態の作業機械１０においては、油圧ポンプからの油の供給先を、旋回モータ１３、走行モータ１７、油圧シリンダ１８等の油圧アクチュエータに設けられた２つのポートの間で切り替える方向切換弁が組み込まれる。とりわけ本実施の形態では、作業機械１０における、旋回モータ１３、走行モータ１７、各油圧シリンダ１８等の複数の油圧アクチュエータを制御するために、複数の方向切換弁を備えた多連方向切換弁２０が作業機械１０に組み込まれる。

図２に示された例では、多連方向切換弁２０は、第１方向切換弁３０、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０を備えている。図示された例では、第２方向切換弁４０は、作業機械１０のブーム１４及びアーム１５の一方を駆動するための方向切換弁であり、第３方向切換弁６０は、ブーム１４及びアーム１５の他方を駆動するための方向切換弁である。より具体的には、第２方向切換弁４０は、作業機械１０のブーム１４及びアーム１５の一方を駆動するための油圧シリンダ１８に油を供給する方向切換弁であり、第３方向切換弁６０は、ブーム１４及びアーム１５の他方を駆動するための油圧シリンダ１８に油を供給する方向切換弁である。また、第１方向切換弁３０は、他の油圧アクチュエータのいずれかを駆動するための方向切換弁である。本実施の形態では、第１方向切換弁３０が旋回モータ１３を駆動し、第２方向切換弁４０がブーム１４を駆動し、第３方向切換弁６０がアーム１５を駆動する例について説明する。なお、これに限られず、第１方向切換弁３０は例えば走行モータ１７を駆動してもよいし、第２方向切換弁４０がアーム１５を駆動し、第３方向切換弁６０がブーム１４を駆動してもよい。

方向切換弁３０，４０，６０は、いずれもスプール弁として構成されており、それぞれ略円柱状に形成されたスプールを有している。詳細には、第１方向切換弁３０は第１スプール３２を有し、第２方向切換弁４０は第２スプール４２を有し、第３方向切換弁６０は第３スプール６２を有している。図示された例では、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２は、第１方向ｄ１に配列されている。また、第１スプール３２の中心軸は、第１方向ｄ１に交差する直交する第２方向ｄ２に延びており、第２スプール４２及び第３スプール６２の中心軸は、いずれも第１スプール３２の中心軸と平行に延びている。すなわち、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２の中心軸は、いずれも、第１方向ｄ１に直交する第２方向ｄ２に延びている。なお、ここで、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２が第１方向ｄ１に配列されているとは、第１スプール３２に対して第１方向ｄ１の一方側に第２スプール４２が配置され、第２スプール４２に対して第１方向ｄ１の一方側に第３スプール６２が配置された態様を示す。したがって、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２が第１方向ｄ１に配列されているとは、第２方向ｄ２から見て、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２の中心軸が第１方向ｄ１に沿った一直線上に配置される構成のみならず、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２のいずれかが、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２と直交する第３方向ｄ３（図２の紙面と垂直な方向）へずれて配置されるものも含む。

方向切換弁３０，４０，６０の、スプール３２，４２，６２を収容する弁本体は、各方向切換弁３０，４０，６０において別個に形成されて第１方向ｄ１に積層されてもよい。また、図３〜図６を参照して後述するように、スプール３２，４２，６２を収容する弁本体２５が、一体に形成されていてもよい。

第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０は、それぞれ３つのリリーフ弁及び／又はロック弁を含んでいる。とりわけ本実施の形態では、第２方向切換弁４０は、第１リリーフ弁４３、第２リリーフ弁４５及び第１ロック弁４７を有しており、第３方向切換弁６０は、第３リリーフ弁６３、第４リリーフ弁６５及び第２ロック弁６７を有している。すなわち、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０に含まれる３つのリリーフ弁及び／又はロック弁は、いずれも、２つのリリーフ弁及び１つのロック弁を含んでいる。

リリーフ弁４３，４５，６３，６５は、油の流路内に異常な高圧が作用した場合に、油の流路をなす、方向切換弁、油圧アクチュエータ、配管及び継手等を保護する機能を有する。具体的には、油の流路内に異常な高圧が作用した場合に、油をタンクに排出して流路内の油の圧力を低下させ、高圧の油による流路の破損を防止する。リリーフ弁４３，４５，６３，６５としては、公知のリリーフ弁が特に限定されることなく使用可能である。したがって、ここではリリーフ弁の詳細な構造の説明は省略する。

ロック弁４７，６７は、油の流路における、油圧アクチュエータとスプール４２，６２との間に設けられ、油圧アクチュエータ側からスプール側へ向かう油の流れを遮断し得るように構成される。油の流路にロック弁４７，６７を設けることにより、ブーム１４やアーム１５等の重量のある作動部材を所定の位置で停止させた際に、作動部材の自重により、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ１８）から方向切換弁４０，６０のスプール４２，６２へ至る流路内に保持された油に高い圧力が生じ、スプール４２，６２の外面と、スプール４２，６２が挿入される後述のスプール孔４１，６１の内面と、の間のわずかな隙間から、油が漏出することを防止することができる。ロック弁４７，６７としては、公知のロック弁が特に限定されることなく使用可能である。一例として、ロック弁４７，６７として、上述の特開平１１−２３０１０６号公報（特許文献１）や特開２０００−６５２２８号公報に開示されたロック弁を用いることができる。

なお、本実施の形態の第１方向切換弁３０は、旋回モータ１３、走行モータ１７等を駆動するための方向切換弁であり、作動部材の自重によって油の流路内に高い圧力が生じる虞がないことから、第１方向切換弁３０にはロック弁は設けられていない。また、旋回モータ１３、走行モータ１７は、それぞれモータ内にリリーフ弁を有しているため、第１方向切換弁３０にはリリーフ弁も設けられていない。

図２に示されているように、本実施の形態の多連方向切換弁２０は、第１方向ｄ１に順に配列された第１弁群ＶＧ１、第２弁群ＶＧ２及び第３弁群ＶＧ３を有している。図示された例では、第１弁群ＶＧ１、第２弁群ＶＧ２及び第３弁群ＶＧ３は、いずれも、弁本体２５に対して第２方向ｄ２の一方側に配置されたリリーフ弁又はロック弁と、弁本体２５に対して第２方向ｄ２の他方側に配置されたリリーフ弁又はロック弁と、の２つのリリーフ弁及び／又はロック弁を含んでいる。

第１弁群ＶＧ１は、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの２つを含んでおり、第２弁群ＶＧ２は、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つ、及び、第３方向切換弁６０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つを含んでおり、第３弁群ＶＧ３は、第３方向切換弁６０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの２つを含んでいる。とりわけ図示された例では、第１弁群ＶＧ１は、第２方向切換弁４０の第１リリーフ弁４３及び第２リリーフ弁４５を含んでおり、第２弁群ＶＧ２は、第２方向切換弁４０の第１ロック弁４７及び第３方向切換弁６０の第３リリーフ弁６３を含んでおり、第３弁群ＶＧ３は、第３方向切換弁６０の第４リリーフ弁６５及び第２ロック弁６７を含んでいる。なお、第１弁群ＶＧ１、第２弁群ＶＧ２及び第３弁群ＶＧ３に含まれるリリーフ弁及び／又はロック弁の組み合わせはこれに限られない。

本実施の形態の第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０は、３つのリリーフ弁及び／又はロック弁を有している。ここで、第２方向切換弁４０に対応する弁本体２５の側方（第２方向ｄ２の一方側及び他方側）に３つのリリーフ弁及び／又はロック弁を配置しようとすると、第２方向ｄ２の一方側又は他方側のいずれかに２つのリリーフ弁及び／又はロック弁を配置する必要がある。この場合、２つのリリーフ弁及び／又はロック弁は、第１方向ｄ１に並べて配置するか、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２と直交する第３方向ｄ３（図２の紙面と垂直な方向）に並べて配置することになる。２つのリリーフ弁及び／又はロック弁を第１方向ｄ１に並べて配置した場合、第２方向切換弁４０、第３方向切換弁６０の第１方向ｄ１に沿った寸法が大きくなる。また、２つのリリーフ弁及び／又はロック弁を第３方向ｄ３に並べて配置した場合、第２方向切換弁４０、第３方向切換弁６０の第３方向ｄ３に沿った寸法が大きくなる。いずれにしても、第２方向切換弁４０、第３方向切換弁６０が大型化し、多連方向切換弁２０の全体が大型化する。

ところで、上述のように、第１方向切換弁３０は、旋回モータ１３、走行モータ１７等を駆動するための方向切換弁であり、リリーフ弁及びロック弁のいずれも有していない。したがって、第１方向切換弁３０に対応する弁本体２５の側方には、リリーフ弁又はロック弁を配置可能な空き領域が存在し得る。本件発明者らはこの点に着目し、第１方向切換弁３０に対応する弁本体２５の側方における空き領域を有効活用することにより、多連方向切換弁２０の全体の小型化を図った。

具体的には、第１方向切換弁３０に対応する弁本体２５の側方に、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの２つを配置する（第１弁群ＶＧ１）。これにより、第２方向切換弁４０の残るリリーフ弁又はロック弁は１つだけとなる。すなわち、第２方向切換弁４０に対応する弁本体２５の側方には、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つだけが配置されることになり、これにより生じた空き領域には、１つのリリーフ弁又はロック弁が配置可能になる。そこで、この第２方向切換弁４０に対応する弁本体２５の側方の空き領域に、第３方向切換弁６０の３つのリリーフ弁及び／又はロック弁のうちの１つを配置する。これにより、第３方向切換弁６０の残るリリーフ弁及び／又はロック弁は２つとなる。第３方向切換弁６０における残った２つのリリーフ弁及び／又はロック弁は、第３方向切換弁６０に対応する弁本体２５の側方に配置できる。以上により、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０のリリーフ弁及び／又はロック弁を効率的に配置して、多連方向切換弁２０の全体を小型化することができる。これにより、多連方向切換弁２０の組み付け作業性を向上することができるとともに、作業機械１０の燃費の向上を図ることができる。

本実施の形態の多連方向切換弁２０においては、第１方向切換弁３０における第１スプール３２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、第２方向切換弁４０における第２スプール４２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、第３方向切換弁６０における第３スプール６２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、のうち、最大の面積をＳ_ｍａｘとし、最小の面積をＳ_ｍｉｎとしたときに、Ｓ_ｍｉｎのＳ_ｍａｘに対する割合Ｓ_ｍｉｎ／Ｓ_ｍａｘは、０．９５以上となっている。この場合、最小面積Ｓ_ｍｉｎを基準として、最大面積Ｓ_ｍａｘが十分に小さくなっているので、多連方向切換弁２０全体が、効果的に小型化され得る。

次に、図３〜図９を参照して、本発明の多連方向切換弁２０の一具体例について説明する。図３は、多連方向切換弁２０の一具体例を示す正面図であり、図４は、多連方向切換弁２０の左側面図であり、図５は、多連方向切換弁２０の右側面図であり、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に対応する多連方向切換弁２０の断面を示す図である。

図３〜図６に示された多連方向切換弁２０は、７つの方向切換弁が一体に形成された多連方向切換弁として構成されている。図示された例では、第１方向ｄ１に沿って下方から順に、走行直進用方向切換弁、第１走行用方向切換弁、第２走行用方向切換弁、旋回用方向切換弁（第１方向切換弁３０）、ブーム用方向切換弁（第２方向切換弁４０）、アーム用方向切換弁（第３方向切換弁６０）及びバケット用方向切換弁を有している。図示された多連方向切換弁２０は、７つの方向切換弁の弁本体が一体として形成された弁本体２５を有しており、弁本体に形成された各スプール孔内に、各方向切換弁のスプールが挿入されている。各方向切換弁は、各スプールを軸方向に移動させることにより、図示しない油圧ポンプから供給された油の供給経路を切り換える。

図２に示された例と同様に、第１弁群ＶＧ１は、ブーム用方向切換弁（第２方向切換弁４０）の第１リリーフ弁４３及び第２リリーフ弁４５を含んでおり、第２弁群ＶＧ２は、ブーム用方向切換弁の第１ロック弁４７及びアーム用方向切換弁（第３方向切換弁６０）の第３リリーフ弁６３を含んでおり、第３弁群ＶＧ３は、アーム用方向切換弁の第４リリーフ弁６５及び第２ロック弁６７を含んでいる。なお、図３〜図６に示された例においても、第１弁群ＶＧ１、第２弁群ＶＧ２及び第３弁群ＶＧ３に含まれるリリーフ弁及び／又はロック弁の組み合わせはこれに限られない。

図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に対応する多連方向切換弁２０の断面を示す図であり、とりわけ旋回用方向切換弁（第１方向切換弁３０）の第１スプール３２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面を示す。図８は、図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に対応する多連方向切換弁２０の断面を示す図であり、とりわけブーム用方向切換弁（第２方向切換弁４０）の第２スプール４２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面を示す。図９は、図３のＩＸ−ＩＸ線に対応する多連方向切換弁２０の断面を示す図であり、とりわけアーム用方向切換弁（第３方向切換弁６０）の第３スプール６２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面を示す。

第１方向切換弁３０は、弁本体２５に形成された第１スプール孔３１と、この第１スプール孔３１内において軸方向（図７では第２方向ｄ２）にスライド可能に設けられる第１スプール３２と、を有する。第１スプール３２のスライド駆動方式は特に限定されない。例えば、機械式、油圧パイロット式又は電磁式の駆動構造を採用することにより、第１スプール３２を第１スプール孔３１内でスライドさせて所望位置に配置させることができる。第１スプール３２は、第１スプール孔３１に挿入される略円柱状の部材であり、軸方向へ相互に離間して配置される複数のランド部と、ランド部間に設けられる複数の切欠部とを有する。各ランド部の外周径は第１スプール孔３１の内周径とほぼ一致する。各切欠部の外周径は第１スプール孔３１の内周径よりも小さい。各ランド部は、第１スプール孔３１に開口する後述の通路間に配置された場合、これらの通路間の第１スプール孔３１を塞いで作動油の流れを遮断する。一方、各切欠部は、第１スプール孔３１に開口する後述の通路間に配置された場合、これらの通路同士をつなぐ流路を形成し、作動油の流れを許容する。第１スプール３２は、このように通路同士の接続及び遮断（すなわち接続の有無）を切り換えることができるだけでなく、通路間の流路開度（すなわち弁開度）を調整することもできる。

弁本体２５には、第１アンロード通路３３、第１供給通路３４、第１ブリッジ通路３５、第１アクチュエータ通路３７及び第１タンク通路３８を有している。これらの各通路には油（圧油）が通流される。

第１アンロード通路３３及び第１供給通路３４は、図示しない油圧ポンプに連通されている。具体的には、油圧ポンプから延びる油路が途中で分岐し、それらの油路の１つが第１アンロード通路３３を構成し、他の油路の１つが第１供給通路３４を構成する。第１アンロード通路３３は、上流側第１アンロード通路３３ａ及び下流側第１アンロード通路３３ｂを有している。上流側第１アンロード通路３３ａは、第１スプール孔３１よりも上流側（すなわち油圧ポンプ側）の通路であり、下流側第１アンロード通路３３ｂは、第１スプール孔３１よりも下流側（すなわち図示しないタンク側）の通路である。第１アンロード通路３３は、油圧ポンプから供給された油を、油圧アクチュエータ（旋回モータ１３）に供給せずにタンクに戻すための通路である。

第１供給通路３４は、油圧ポンプから供給された油を、油圧アクチュエータ（旋回モータ１３）に供給するための通路である。第１供給通路３４は、第１スプール孔３１に対して直接的には接続せず、第１ブリッジ通路３５を介して第１スプール孔３１に接続されている。

第１ブリッジ通路３５は、ブリッジ状に形成されるとともに第１スプール孔３１に開口し、第１供給通路３４と第１スプール孔３１との間に介在する。第１ブリッジ通路３５は、第１スプール孔３１及び第１アクチュエータ通路３７を介して油圧アクチュエータに油を供給するための通路である。第１ブリッジ通路３５が第１スプール３２のランド部により塞がれた場合、第１スプール孔３１及び第１アクチュエータ通路３７と第１ブリッジ通路３５との間の連通が遮断されたり弁開度が制限されたりする。

第１アクチュエータ通路３７は、第１スプール孔３１に開口し、油圧アクチュエータとしての旋回モータ１３に連通される。図７に示された第１方向切換弁３０は、一方側第１アクチュエータ通路３７ａ及び他方側第１アクチュエータ通路３７ｂを有する。一方側第１アクチュエータ通路３７ａは、旋回モータ１３に設けられた２つの圧油導入ポートのうちの一方に連通され、他方側第１アクチュエータ通路３７ｂは、旋回モータ１３に設けられた２つの圧油導入ポートのうちの他方に連通される。

上述の構成を有する第１方向切換弁３０において、第１スプール３２は、第１スプール孔３１における配置位置（すなわちストローク位置）に応じて、第１ブリッジ通路３５と第１アクチュエータ通路３７との間の連通状態及び遮断状態を変更し、油の流動方向を変えることができる。

第１スプール３２が中立位置に配置されている場合、第１スプール３２のランド部は、第１ブリッジ通路３５と第１アクチュエータ通路３７との間を遮断する。これにより、油圧ポンプから供給された油は、第１ブリッジ通路３５から第１スプール孔３１を介して第１アクチュエータ通路３７に流入しないため、旋回モータ１３は作動しない。

第１スプール３２が第１スプール孔３１において中立位置から軸方向の一方側（図７では第２方向の左側）に移動された場合、第１ブリッジ通路３５と他方側第１アクチュエータ通路３７ｂとの間には第１スプール３２の切欠部が配置され、第１ブリッジ通路３５と一方側第１アクチュエータ通路３７ａとの間には第１スプール３２のランド部が配置される。これにより第１スプール３２は、第１スプール孔３１を介して第１ブリッジ通路３５を他方側第１アクチュエータ通路３７ｂに連通させつつ、第１ブリッジ通路３５と一方側第１アクチュエータ通路３７ａとの間を遮断する。したがって、油圧ポンプから供給され、第１供給通路３４及び第１ブリッジ通路３５を通流した油が、第１スプール孔３１を介して他方側第１アクチュエータ通路３７ｂへ流入する。これにより、旋回モータ１３は一方側に駆動され、上部フレーム１２を下部フレーム１１に対して一方側へ旋回させる。なお、旋回モータ１３から第１アクチュエータ通路３７を介して第１方向切換弁３０に戻った油は、タンク通路を介してタンクに回収される。

第１スプール３２が第１スプール孔３１において中立位置から軸方向の他方側（図７では第２方向の右側）に移動された場合、第１ブリッジ通路３５と一方側第１アクチュエータ通路３７ａとの間には第１スプール３２の切欠部が配置され、第１ブリッジ通路３５と他方側第１アクチュエータ通路３７ｂとの間には第１スプール３２のランド部が配置される。これにより第１スプール３２は、第１スプール孔３１を介して第１ブリッジ通路３５を一方側第１アクチュエータ通路３７ａに連通させつつ、第１ブリッジ通路３５と他方側第１アクチュエータ通路３７ｂとの間を遮断する。したがって、油圧ポンプから供給され、第１供給通路３４及び第１ブリッジ通路３５を通流した油が、第１スプール孔３１を介して一方側第１アクチュエータ通路３７ａへ流入する。これにより、旋回モータ１３は他方側に駆動され、上部フレーム１２を下部フレーム１１に対して他方側へ旋回させる。

第２方向切換弁４０は、弁本体２５に形成された第２スプール孔４１と、この第２スプール孔４１内において軸方向（図８では第２方向ｄ２）にスライド可能に設けられる第２スプール４２と、を有する。弁本体２５には、第２アンロード通路５３、第２供給通路５４、第２ブリッジ通路５５及び第２アクチュエータ通路５７を有している。第２アンロード通路５３は、上流側第２アンロード通路５３ａ及び下流側第２アンロード通路５３ｂを有している。第２アクチュエータ通路５７は、一方側第２アクチュエータ通路５７ａ及び他方側第２アクチュエータ通路５７ｂを有する。ここで、第２アンロード通路５３、上流側第２アンロード通路５３ａ、下流側第２アンロード通路５３ｂ、第２供給通路５４、第２ブリッジ通路５５、第２アクチュエータ通路５７、一方側第２アクチュエータ通路５７ａ及び他方側第２アクチュエータ通路５７ｂは、それぞれ第１方向切換弁３０の第１アンロード通路３３、上流側第１アンロード通路３３ａ、下流側第１アンロード通路３３ｂ、第１供給通路３４、第１ブリッジ通路３５、第１アクチュエータ通路３７、一方側第１アクチュエータ通路３７ａ及び他方側第１アクチュエータ通路３７ｂと同様に構成され同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。

第２方向切換弁４０は、第１リリーフ弁４３、第２リリーフ弁４５（図７参照）及び第１ロック弁４７（図８参照）を有している。第１リリーフ弁４３は、一方側第２アクチュエータ通路５７ａに配置されており、一方側第２アクチュエータ通路５７ａに異常な高圧が作用した場合に、一方側第２アクチュエータ通路５７ａ内の油を、タンク通路を介してタンクに排出する。第２リリーフ弁４５は、他方側第２アクチュエータ通路５７ｂに配置されており、他方側第２アクチュエータ通路５７ｂに異常な高圧が作用した場合に、他方側第２アクチュエータ通路５７ｂ内の油を、タンク通路を介してタンクに排出する。

第２方向切換弁４０が作動させるべき油圧アクチュエータは、ブーム１４用の油圧シリンダ１８である。第２方向切換弁４０の一方側第２アクチュエータ通路５７ａへ流入した油は、油圧シリンダ１８へ送られ、これにより油圧シリンダ１８はブーム１４を下方へ移動させる。第２方向切換弁４０の他方側第２アクチュエータ通路５７ｂへ流入した油は、油圧シリンダ１８へ送られ、これにより油圧シリンダ１８はブーム１４を上方へ移動させる。したがって、ブーム１４を所定の位置で停止させた際には、ブーム１４の自重により、油圧シリンダ１８から他方側第２アクチュエータ通路５７ｂを介して第２方向切換弁４０の第２スプール孔４１へ至る流路に油の高い圧力が生じ得る。

第１ロック弁４７は、他方側第２アクチュエータ通路５７ｂに配置されており、油圧シリンダ１８から他方側第２アクチュエータ通路５７ｂを介して第２方向切換弁４０の第２スプール孔４１へ向かう油の流れを遮断し得るように構成されている。これにより、ブーム１４を所定の位置で停止させた際に、ブーム１４の自重により、油圧シリンダ１８から他方側第２アクチュエータ通路５７ｂへ至る流路に油の高い圧力が生じたとしても、第１ロック弁４７が、油圧シリンダ１８から他方側第２アクチュエータ通路５７ｂを介して第２方向切換弁４０の第２スプール孔４１へ向かう油の流れを遮断し、これにより、第２スプール４２の外面と第２スプール孔４１の内面との間のわずかな隙間から油が漏出し、ブーム１４の姿勢が維持できなくなることを、防止することができる。

第３方向切換弁６０は、弁本体２５に形成された第３スプール孔６１と、この第３スプール孔６１内において軸方向（図９では第２方向ｄ２）にスライド可能に設けられる第３スプール６２と、を有する。弁本体２５には、第３アンロード通路７３、第３供給通路７４、第３ブリッジ通路７５及び第３アクチュエータ通路７７を有している。第３アンロード通路７３は、上流側第３アンロード通路７３ａ及び下流側第３アンロード通路７３ｂを有している。第３アクチュエータ通路７７は、一方側第３アクチュエータ通路７７ａ及び他方側第３アクチュエータ通路７７ｂを有する。ここで、第３アンロード通路７３、上流側第３アンロード通路７３ａ、下流側第３アンロード通路７３ｂ、第３供給通路７４、第３ブリッジ通路７５、第３アクチュエータ通路７７、一方側第３アクチュエータ通路７７ａ及び他方側第３アクチュエータ通路７７ｂは、それぞれ第１方向切換弁３０の第１アンロード通路３３、上流側第１アンロード通路３３ａ、下流側第１アンロード通路３３ｂ、第１供給通路３４、第１ブリッジ通路３５、第１アクチュエータ通路３７、一方側第１アクチュエータ通路３７ａ及び他方側第１アクチュエータ通路３７ｂと同様に構成され同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。

また、第３方向切換弁６０は、第３リリーフ弁６３（図８参照）、第４リリーフ弁６５及び第２ロック弁６７（図９参照）を有している。第３リリーフ弁６３及び第４リリーフ弁６５は、それぞれ第２方向切換弁４０の第１リリーフ弁４３及び第２リリーフ弁４５と同様に構成され同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。

第３方向切換弁６０が作動させるべき油圧アクチュエータは、アーム１５用の油圧シリンダ１８である。第３方向切換弁６０の一方側第３アクチュエータ通路７７ａへ流入した油は、油圧シリンダ１８へ送られ、これにより油圧シリンダ１８はアーム１５を上方へ移動させる。第３方向切換弁６０の他方側第３アクチュエータ通路７７ｂへ流入した油は、油圧シリンダ１８へ送られ、これにより油圧シリンダ１８はアーム１５を下方へ移動させる。したがって、アーム１５を所定の位置で停止させた際には、アーム１５の自重により、油圧シリンダ１８から一方側第３アクチュエータ通路７７ａを介して第３方向切換弁６０の第３スプール孔６１へ至る流路に油の高い圧力が生じ得る。

第２ロック弁６７は、一方側第３アクチュエータ通路７７ａに配置されている。第２ロック弁６７は、第２方向切換弁４０の第１ロック弁４７と同様に構成され同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の多連方向切換弁２０は、作業機械１０に用いられる多連方向切換弁２０であって、多連方向切換弁２０は、第１方向切換弁３０、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０を有し、第２方向切換弁４０は、作業機械１０のブーム１４及びアーム１５の一方を駆動するための方向切換弁であり、第３方向切換弁６０は、作業機械１０のブーム１４及びアーム１５の他方を駆動するための方向切換弁であり、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０は、それぞれ３つのリリーフ弁４３，４５，６３，６５及び／又はロック弁４７，６７を含み、多連方向切換弁２０は、第１方向ｄ１に順に配列された第１弁群ＶＧ１、第２弁群ＶＧ２及び第３弁群ＶＧ３をさらに有し、第１弁群ＶＧ１は、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁４３，４５及び／又はロック弁４７のうちの２つを含み、第２弁群ＶＧ２は、第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁４３，４５及び／又はロック弁４７のうちの１つ、及び、第３方向切換弁６０の３つのリリーフ弁６３，６５及び／又はロック弁６７のうちの１つを含み、第３弁群ＶＧ３は、第３方向切換弁６０の３つのリリーフ弁６３，６５及び／又はロック弁６７のうちの２つを含む。

また、本実施の形態の多連方向切換弁２０は、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０に含まれる３つのリリーフ弁４３，４５，６３，６５及び／又はロック弁４７，６７は、いずれも、２つのリリーフ弁４３，４５，６３，６５及び１つのロック弁４７，６７を含む。

このような多連方向切換弁２０によれば、第２方向切換弁４０及び第３方向切換弁６０のリリーフ弁４３，４５，６３，６５及び／又はロック弁４７，６７を効率的に配置して、多連方向切換弁２０の全体を小型化することができる。これにより、多連方向切換弁２０の組み付け作業性を向上することができるとともに、作業機械１０の燃費の向上を図ることができる。

本実施の形態の多連方向切換弁２０では、第１方向切換弁３０は、作業機械１０の旋回モータ１３を駆動するための方向切換弁である。

このような多連方向切換弁２０によれば、第１方向切換弁３０は、リリーフ弁及びロック弁のいずれも有していないので、第１方向切換弁３０に対応する弁本体２５の側方に、リリーフ弁又はロック弁を配置可能な空き領域を形成することができ、ここに隣接する第２方向切換弁４０の３つのリリーフ弁４３，４５及び／又はロック弁４７のうちの２つを配置することが可能となる。

本実施の形態の多連方向切換弁２０では、第１方向切換弁３０は、第１方向ｄ１に直交する方向に延びる中心軸を有する第１スプール３２を有し、第２方向切換弁４０は、第１スプール３２の中心軸と平行に延びる中心軸を有する第２スプール４２を有し、第３方向切換弁６０は、第１スプール３２の中心軸と平行に延びる中心軸を有する第３スプール６２を有し、第１スプール３２、第２スプール４２及び第３スプール６２は、第１方向ｄ１に配列されており、第１方向切換弁３０における第１スプール３２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、第２方向切換弁４０における第２スプール４２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、第３方向切換弁６０における第３スプール６２の中心軸を含んで第１方向ｄ１に直交する断面の面積と、のうち、最大の面積をＳ_ｍａｘとし、最小の面積をＳ_ｍｉｎとしたときに、Ｓ_ｍｉｎのＳ_ｍａｘに対する割合Ｓ_ｍｉｎ／Ｓ_ｍａｘは、０．９５以上である。

このような多連方向切換弁２０によれば、最小面積Ｓ_ｍｉｎを基準として、最大面積Ｓ_ｍａｘが十分に小さくなっているので、多連方向切換弁２０全体を効果的に小型化することができる。

１０作業機械
１１下部フレーム
１２上部フレーム
１３旋回モータ
１４ブーム
１５アーム
１６バケット
１７走行モータ
１８油圧シリンダ
２０多連方向切換弁
２５弁本体
３０第１方向切換弁
３１第１スプール孔
３２第１スプール
４０第２方向切換弁
４１第２スプール孔
４２第２スプール
４３第１リリーフ弁
４５第２リリーフ弁
４７第１ロック弁
６０第３方向切換弁
６１第３スプール孔
６２第３スプール
６３第３リリーフ弁
６５第４リリーフ弁
６７第２ロック弁
ＶＧ１第１弁群
ＶＧ２第２弁群
ＶＧ３第３弁群

Claims

作業機械に用いられる多連方向切換弁であって、
前記多連方向切換弁は、第１方向切換弁、第２方向切換弁及び第３方向切換弁を有し、
前記第２方向切換弁は、前記作業機械のブーム及びアームのどちらかを駆動するための方向切換弁であり、
前記第３方向切換弁は、前記作業機械のブーム及びアームのうち前記第２方向切換弁で駆動されないものを駆動するための方向切換弁であり、
前記第１方向切換弁は、リリーフ弁及びロック弁のいずれも含まず、
前記第２方向切換弁及び前記第３方向切換弁は、それぞれリリーフ弁及び／又はロック弁を合わせて３つ含み、
前記多連方向切換弁は、第１方向に順に配列された第１弁群、第２弁群及び第３弁群をさらに有し、
前記第１弁群は、前記第２方向切換弁の前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁のうちの２つを含み、
前記第２弁群は、前記第２方向切換弁の前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁のうちの１つ、及び、前記第３方向切換弁の前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁のうちの１つを含み、
前記第３弁群は、前記第３方向切換弁の前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁のうちの２つを含む、多連方向切換弁。
前記第２方向切換弁及び前記第３方向切換弁は、いずれも、２つのリリーフ弁及び１つのロック弁を含む、請求項１に記載の多連方向切換弁。
前記第１方向切換弁は、前記作業機械の旋回モータを駆動するための方向切換弁である、請求項１又は２に記載の多連方向切換弁。
前記第１方向切換弁は、前記第１方向に直交する方向に延びる中心軸を有する第１スプールを有し、
前記第２方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第２スプールを有し、
前記第３方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第３スプールを有し、
前記第１スプール、前記第２スプール及び前記第３スプールは、前記第１方向に配列されており、
前記第１方向切換弁における第１スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、前記第２方向切換弁における第２スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、前記第３方向切換弁における第３スプールの中心軸を含んで前記第１方向に直交する断面の面積と、のうち、最大の面積をＳ_ｍａｘとし、最小の面積をＳ_ｍｉｎとしたときに、Ｓ_ｍｉｎのＳ_ｍａｘに対する割合Ｓ_ｍｉｎ／Ｓ_ｍａｘは、０．９５以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の多連方向切換弁。
前記第１方向切換弁は、前記第１方向に直交する方向に延びる中心軸を有する第１スプールを有し、
前記第２方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第２スプールを有し、
前記第３方向切換弁は、前記第１スプールの中心軸と平行に延びる中心軸を有する第３スプールを有し、
前記第１スプール、前記第２スプール及び前記第３スプールは、前記第１方向に配列されており、
前記第１方向に直交するいずれかの方向から見たときに、
前記第１弁群に含まれる前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁の少なくとも一部は、前記第１スプールの少なくとも一部と重なり、
前記第２弁群に含まれる前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁の少なくとも一部は、前記第２スプールの少なくとも一部と重なり、
前記第３弁群に含まれる前記リリーフ弁及び／又は前記ロック弁の少なくとも一部は、前記第３スプールの少なくとも一部と重なる、請求項１〜４のいずれかに記載の多連方向切換弁。