JP5185107B2 - 液圧バルブシステムを備えたツール - Google Patents

Description

この発明は、回転部分と、上記回転部分を駆動するために複動式(double-action)液圧シリンダが接続された液圧バルブシステムとを備えた液圧ツール、特に、救助ツールに関する。

上記ツールの一例は液圧スプレッダである。これは、例えば、自動車事故などの場合、都市環境での捜索・救助活動、産業上の用途および鉄道事故において、自動車や列車、ボート等の物体を拡げる（spread、引きのばす、引き離す等の意味も含む）のに十分以上のスプレッディングフォース（拡げる力）を有するスプレッダを意味している。液圧スプレッダの場合、スプレッダの回転部分（「アーム」とも言う。）は、外部駆動式または内部駆動式の液圧シリンダによって動かされ、これにより非常に大きいスプレッディングフォースを物体に与えることができる。上記ツールの別の例は、物体の部分同士を引き離しておくことのできる液圧スプレッダジャッキである。

たとえば、救助活動団体によって用いられるような液圧スプレッダの場合、チェーンや牽引補助具を用いて部分同士を押し広げるため、あるいは、部分同士を引っ張って近づけるためにスプレッダが力を及ぼすことができるよう、バルブシステムを用いて圧力媒体（例えば、油等の液体）を制御している。このような用途では、安全装置（safety)は重要である。なぜならば、例えば液圧が減少もしくは無くなることによって、負荷を逆行させることができないかもしれないからである。スプレッダの制御によって負荷を下げる(lower)ことを意識的に選択すれば、シリンダのプランジャ／ピストンは動きはするかもしれない。

この種のツールでは、液体の圧力つまり液圧が失われた場合に負荷をブロック（遮断）する機能を有する圧力制御式ノンリターンバルブがこの目的のために用いられる。これらの圧力制御式ノンリターンバルブは小形のピストンによって十分な圧力で押し開くことができるので、負荷を降下させるよう制御することができる。

そのような救助ツールにおいては、十分な力に加えて、スピードも重要な要素である。もし、押し広げるべき負荷が幾らか開いているならば、スプレッディングアームはまず負荷なしで幾らか開かねばならない。これには時間がかかり、犠牲者は時としてそれを待つだけの時間がない。それ故、負荷との接触があるまでアームを迅速に広げることは非常に有利である。さらに、現代の自動車の強度がだんだん増大していることによって、より強力なツールが求められており、それ故、ツールはより大きくかつより重くなってきている。したがって、有効スピードは低下している。なぜならば、ポンプの効率は、重量と寸法とによって制限され、それ故ポンプ容量を大きくできないからである。

複動式シリンダの外向きのプランジャストロークのスピードを上げることができる所謂ディフェレンシャルバルブはそれ自体知られている。そのようなディフェレンシャルバルブの種々の構成は、Werner Gotz, "Hydraulik in Theorie und Praxis", Bosch Automationstechnik, 1997年, 189頁から知られている。

上記のディフェレンシャルバルブの機能は、複動式シリンダの外向きプランジャストロークのスピードを上げることである。この目的のために、プランジャのピストンの上方にある液体の容量が、１以上のバルブによって、ピストン下方に供給される容量に加えられる。これにより、より早くプランジャを外側に移動させることが可能となる。

既知のディフェレンシャルバルブの欠点は、複動式シリンダの圧力による力が大きく減じられることであり、その理由は、ピストンの両側で圧力が等しく、それ故、実効的な力はピストンの面積差のみによって与えられるからである。

しかしながら、両バルブシステムすなわち圧力制御式ノンリターンバルブおよびディフェレンシャルバルブは、互いに組み合わせるのが難しい。なぜならば、それぞれの機能が互いに相手の機能を阻害するものとなり得るからである。それ故に、ディフェレンシャルバルブはこれまで、液体圧力が失われた場合の負荷をブロックする目的で圧力制御式ノンリターンバルブを備えたシリンダには用いられてこなかった。

本発明の目的は、上述の従来技術の問題を解消するツール、特に、救助ツールを提供することにある。

また、負荷をブロックする機能を阻害することなくスピードを上げることができ、シリンダがその有効な力を略保持するツール、特に、救助ツールを提供することも本発明の目的である。

上記目的のために、本発明は、回転部分と、上記回転部分を駆動するために複動式液圧シリンダが接続されると共に第１及び第２チャンバ（Ｖ−１，Ｖ−２）を有する液圧バルブシステムとを備え、
上記液圧バルブシステムは、さらに、
液圧が失われたとき上記複動式液圧シリンダのプランジャをブロックするために、上記第１及び第２チャンバにそれぞれ一端を接続された第１及び第２圧力管に備えられた第１および第２の圧力制御式（Ｃ，Ｄ）ノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）と、
上記第１及び第２圧力管の他端を出力側に接続し、入力側に液圧媒体の供給部（Ｐ）及び液圧媒体の排出部（Ｒ）を接続して、入力側と出力側の間の連通を切り換えるように動作して、上記回転部分を選択的に駆動するスイッチ手段（Ｋ−６）と
を備えた、液圧ツールにおいて、
上記第１および第２の圧力制御式（Ｃ，Ｄ）ノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）は、第１位置においては上記複動式液圧シリンダの外向きプランジャストロークの高スピードを提供し第２位置においては上記複動式液圧シリンダの外向きプランジャストロークの通常のスピードを提供するためのディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）と組み合わせられており、
上記第２チャンバ（Ｖ−２）から上記スイッチ手段（Ｋ−６）への流体の流れをブロックするために、上記スイッチ手段（Ｋ−６）と上記第２の圧力制御式（Ｃ）ノンリターンバルブ（Ｔ−２）との間の上記第２圧力管に配置された第３のノンリターンバルブ（Ｔ−３）と、
上記供給部（Ｐ）から上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）への流体の流れをブロックするために、上記供給部（Ｐ）と上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）の入力側ポートを接続する第３圧力管に配置された第４のノンリターンバルブ（Ｔ−４）と
を備え、
上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）は上記第３のノンリターンバルブの両側で上記第２圧力管に接続されていることを特徴とする液圧ツール。

圧力が部分的あるいは完全に失われた場合には、圧力制御式ノンリターンバルブが上記回転部分を遮断するが、これらの回転部分のスピードを上げることはなおも可能である。これにより、小型軽量の複動式油圧救助ツールのプランジャは、負荷がないとき、より迅速に動くことが可能であり、より重いポンプは不要で、より多くの油を送ることができる。スピードにおける相当の利得はピストン面積に依存しており、２０％まで上り得る。

一実施形態では、プランジャのスピードを上げるディフェレンシャルバルブ要素は手動で操作可能である。しかしながら、好ましい別の実施形態では、このツールは、圧力で自動的に切り替えられるディフェレンシャルバルブ要素を備えている。したがって、本ツールの操作者は、プランジャのスピードを増減するための追加的操作を行う必要がない。上記ディフェレンシャルバルブ要素は、このディフェレンシャルバルブ要素を自動的に作動する作動手段を備えることができ、この作動手段は、実質的に負荷のない使用の場合にのみ外向きプランジャストロークのスピードを上げるようになっている。これにより、実質的に負荷のないときだけ、例えば、スプレッダツールのスプレッディングアームが負荷なしで開く初期段階においてこのツールを使用したときに、スピードは上昇するが、力が上記アームにかかったときには、スピードは自動的に最初の値となる。したがって、操作者、特に、救助隊員によるツールの誤操作を防止できる。

このようなスイッチ手段の一例は、三位置四方バルブによって形成される。ここで、上記三位置四方バルブは、ニュートラル位置においては、上記第１及び第２圧力管と上記供給部および排出部との接続を「開」にするようになっており、第２の位置においては、上記第１および第２圧力管をそれぞれ上記供給部および排出部に接続するようになっており、また、第３の位置においては、上記第１および第２圧力管をそれぞれ上記排出部および供給部に接続するようになっている。

ここに記載のノンリターンバルブは、好ましくは、このバルブを所定のばね張力の下で閉位置に付勢するためのばね手段を備えたタイプのもので、それ故バルブは比較的低い圧力で閉じた状態を維持する。ノンリターンバルブを開くには、圧力管内の圧力は上記ばね張力に打ち勝たなければならない。

ここに記載の圧力制御式ノンリターンバルブは好ましくは、予め設定された圧力を受けて該バルブを「開位置」に付勢するための駆動手段を備えている。したがって、この駆動手段が接続された圧力管内の圧力を受けてこのバルブは上記ばね張力に逆らって開く。

好ましい実施形態では、上記駆動手段は、
圧力管と、別の圧力管におけるノンリターンバルブとの間の接続ラインと、
小さい液圧ピストン等の操作要素であって、上記圧力管内の圧力を受けて上記別の圧力管におけるノンリターンバルブを開くようになっている操作要素と
を備える。

好ましいさらなる実施形態では、上記ディフェレンシャルバルブ要素の上記作動手段は、
上記供給部に接続された制御圧力管と、
上記制御圧力管に接続された作動要素とを備え、この作動要素により、上記ディフェレンシャルバルブ要素は上記供給部内の圧力を受けて上記第１位置または上記第２位置に置かれることができる。

好ましいさらなる実施形態では、上記ツールは、
上記供給部と上記ディフェレンシャルバルブ要素との間において上記圧力管に配置されたノンリターンバルブと、
上記スイッチ手段と、上記第２チャンバに接続された圧力制御式ノンリターンバルブとの間において上記圧力管に配置されたノンリターンバルブとを備えている。

本発明のさらなる利点、構成、詳細は次に続く実施形態の説明に基づき明らかになるであろう。

図面においては、ヨーロッパスタンダードＥＮ−ＩＳＯ１２１９−２（１９９６）に基づく参照符号、記号が用いられているが、それらの意味については当業者に知られていると考えられる。

図１に示す線図において、スイッチバルブつまり制御バルブ、好ましくは三位置四方バルブの後段に、さらなる二位置三方バルブが配置されている。この二位置三方バルブは、ノンリターンバルブを介して、デリバリーチャネルに接続されている。このさらなるバルブはデリバリーチャネルにおける圧力によって切り替わる。ピストンが押し出されるときには、油はピストンの下側に案内される。これにより、ピストンは動こうとするようになる。この目的のためには、ピストンの上側にある油を排出することができなければならない。しかしながら、このデリバリーチャネルのノンリターンバルブは閉じている。その結果、下側に圧力が生成され、この圧力が駆動ピストンを介して上述のノンリターンバルブを開く。いまや油は逃げることができ、この油は、上記二位置三方バルブおよびノンリターンバルブを介して、ポンプによって供給された油と一緒になるので、最後にはより膨大な容量がシリンダに行く。

デリバリーチャネルの圧力が予め設定された圧力値に達するやいなや、その圧力は二位置三方バルブを切り替える。その時点で、油は直接三位置四方バルブのポートへ流れ、また、このバルブを介して、リターン管を通ってポンプへ戻る。つまり、圧力が発生するやいなや、たとえば、力を作用させなければならないときなど、スイッチは動作不能とされる。これは、力が必要とされるやいなや、動きに対して更なる制御を行えるよう、スピードを小さくしなければならないからである。

図２Ａおよび２Ｂは、圧力が失われた場合つまり圧力が非常に低いか又は完全に失われて負荷をもはや支持できないときのツールのブロックを示している。ツールの制御装置は手動バルブＫ−６を介して作動する。上記手動バルブＫ−６はばねにより常に自動的に０位置に戻される。これは所謂「死人の制御(deadman's control)」である。このバルブのばねは、操作手段が解放された場合に、このバルブが０位置まで動いてすべての動きが直ちに停止することを確実にする。

図２Ａに示すように、０位置では、圧力媒体はＰおよびノンリターンバルブＴ−１を介してシリンダのポートＡへと流れることができる。しかしながら、容量Ｖ−２は流出できない。なぜならば、ノンリターンバルブＴ−２が閉じているからである。したがって、プランジャ／ピストンは動かず、Ｐでの液体流は、最小抵抗の流路を選択し、ポートＲを通ってポンプに戻る。

図２Ｂは、例えば負荷を引き離すためにバルブＫ−６を切り替えてオンにしたときに起こることを示している。圧力媒体はＰおよびＴ−１を介してポートＡに流れる。容量Ｖ−２はノンリターンバルブＴ−２を通じて流出できないので、背圧が発生する。その結果、ポンプと容量Ｖ−１にも圧力が生成される。この圧力は、ノンリターンバルブＴ−２への破線で示した接続部Ｃでも生じる。この圧力により、小形の所謂駆動ピストン（図示せず）は、バルブとピストンとの間の正しい面積比に基づきバルブを開くことができ、容量Ｖ−２に対して突然通路がクリア（障害物なし）となる。この容量はいまやノンリターンバルブＴ−２を介しＲを通してポンプのタンクへと流れることができる。これにより、プランジャ／ピストンはスプレッディングアームを開くことができる。この生成圧力が再び低下するやいなや、ノンリターンバルブＴ−２は自動的に再度閉じるので、スプレッディングアームはもう動くことができない。

バルブＫ−６の位置２（図示せず）において、逆のことが起こる。このときは、圧力は破線の制御圧力管Ｄにおいて発生し、ノンリターンバルブＴ−１が押し開かれる。

図３Ａ−３Ｄに概略的に示したものは、本発明に従いスピード調整機能とブロック機能とを併せ持った救助ツールの好ましい実施形態である。この図には、負荷をもたないスプレッディングアームを広げる間のスピードの増加をもたらす部品が加わっている。圧力が生じるやいなや、バルブは完全に自動的にオフに切り替えられるため、プランジャ／ピストンは最大の実効的な力を生成できる。圧力制御式ノンリターンバルブ（これらのバルブは、予期せず圧力が降下した場合には負荷を保持する。）は、なおも完全に機能する。

この液圧図では、さらなるバルブＫ−７および２つのさらなるノンリターンバルブＴ−３，Ｔ−４が追加されている。バルブＫ−７は、小形の制御シリンダＥと制御圧力チャネルＦの圧力により切り替わる二位置三方バルブである。このバルブはばねにより所定の力で停止（レスト）位置に戻る。

図３Ａに示す０位置では、圧力媒体はＰおよびノンリターンバルブＴ−３，Ｔ−２を通ってシリンダのポートＢに流れることができ、Ｔ−４とＫ−７にも到達する。しかし、容量Ｖ−１は流出することができない。なぜならば、ノンリターンバルブＴ−１が閉じているためである。それ故、プランジャ／ピストンは動かず、Ｐでの液体流は、最小抵抗の流路を選択し、ポートＲを通ってポンプに戻る。

図３Ｂは、例えば負荷を引き離すためにバルブＫ−６を切り替えてオン（位置１）にしたときに何が起こるかを示している。圧力媒体はＰおよびＴ−１を介してポートＡに流れる。この圧力媒体はＴ−４へも流れる。しかし、このバルブはこの方向からは閉じている。容量Ｖ−２はノンリターンバルブＴ−２を通じて流出できないので、背圧が発生する。その結果、ポンプと容量Ｖ−１にも圧力が生成される。この圧力は、ノンリターンバルブＴ−２への破線で示した接続部Ｃでも生じる。この圧力により、小形の所謂駆動ピストン（模式的にのみ図示）は、バルブとピストンとの間の正しい面積比に基づきバルブを開くことができ、容量Ｖ−２に対して突然通路がクリア（障害物なし）となる。この容量はいまやノンリターンバルブＴ−２およびバルブＫ−７を介してＰに戻り、このＰで、供給中の容量に加わることができる。これにより、プランジャ／ピストンはスプレッディングアームを開くことができる。例えばバルブＫ−６が再び０位置になり、上記生成圧力が再び低下するやいなや、ノンリターンバルブＴ−１およびＴ−１が再び自動的に閉じるので、スプレッディングアームはもう動くことができない。

スプレッディングアームが例えば負荷を移動させなければならないことからこの動作位置で所定の背圧に達するやいなや、ポンプ容量Ｖ−１および制御圧力管Ｆに圧力が起こる。バルブＫ−７のばね圧力に応じて、駆動ピストンＥはバルブＫ−７を図３Ｄに示す他の位置に置く。容量Ｖ−２はもはやＴ−４を介してポートＰに流れないが、今度は自由にバルブＫ−６を介してポートＲに流れることができる。プランジャ／ピストンは今やポンプ容量だけで、したがって通常のスピードで動くので、プランジャ／ピストンの全面積に基づいて最大の力を生成することができる。

制御が再び０位置に置かれるやいなや、ピストンへの油流の供給は停止し、プランジャ／ピストンの動きも止まる。

制御が作動してバルブＫ−６が図３Ｃに示すように位置２に置かれると、ポンプのタンクへの接続は再び閉じるため、圧力媒体はポートＰからＴ−３およびＴ−２を通ってシリンダに流れる。そして、プランジャ／ピストンは、容量がＶ−２に加えられる結果、動こうとする。その結果、圧力がポンプ内およびシリンダ内の容量Ｖ−２で生成される。

この圧力は、ノンリターンバルブＴ−１への破線で示した接続部Ｄでも生じる。この圧力により、小形の所謂駆動ピストン（模式的にのみ図示）は、バルブとピストンとの間の正しい面積比に基づきバルブを開くことができ、容量Ｖ−１に対して突然通路がクリア（障害物なし）となる。この容量はいまやバルブＫ−６を介してポートＲに流れ、ここからポンプのタンクへと流れることができる。

圧力で切り替わるバルブＫ−７を用いることにより、実質的に不負荷でツールが使用されるときにのみスピードの増大が起こるようにできる。ある力が必要となるやいなや所定の圧力が生成され、この圧力によってバルブＫ−７は、圧力が再び降下するまで、オフとなる。

好ましい実施形態では、このバルブを既存の制御バルブに組み込むことにより、ポンプの容量をプランジャ／ピストンの反対側の容量と共に効果的に用いるツールが作られ、ユーザはもはや別の大形のポンプを得る必要がない。

本発明は上述した好ましい実施形態に限られるものではない。求める権利は請求の範囲の請求項によって決められ、その範囲内で多くの変形例が考えられる。

本発明に係る複動式シリンダ付液圧バルブシステムの好ましい実施形態の図。 自動ディフェレンシャルバルブは備えず、ニュートラル位置（０位置）において圧力喪失の場合のブロックを行う液圧バルブシステムを備えた救助ツールの概略図。 広げ位置（spread position)においての図２Ａに対応する概略図。 液圧バルブシステムがニュートラル位置（０位置）にある本発明の好ましい実施形態に係る救助ツールの概略図。 スプレッディングアームが上昇したスピードで外側に動く状況（広げ位置）にある図２Ａの実施形態の概略図。 スプレッディングアームが内側に動く状況にある図２Ａの実施形態の概略図。 スプレッディングアームが普通のスピードで外側に動く状況（広げ位置）にある図２Ａの実施形態の概略図。

Claims (12)

1. 回転部分と、上記回転部分を駆動するために複動式液圧シリンダが接続されると共に第１及び第２チャンバ（Ｖ−１、Ｖ−２）を有する液圧バルブシステムとを備え、
   上記液圧バルブシステムは、さらに、
   液圧が失われたとき上記複動式液圧シリンダのプランジャをブロックするために、上記第１及び第２チャンバ（Ｖ−１、Ｖ−２）にそれぞれ一端を接続された第１及び第２圧力管に備えられた第１および第２の圧力制御式（Ｃ、Ｄ）ノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）と、
   上記第１及び第２圧力管の他端が出力側に接続され、入力側に液圧媒体の供給部（Ｐ）及び液圧媒体の排出部（Ｒ）が接続されて、入力側と出力側の間の連通を切り換えて、上記回転部分を選択的に駆動するようになっているスイッチ手段（Ｋ−６）と
   を備えた、液圧ツールにおいて、
   上記第１および第２の圧力制御式（Ｃ、Ｄ）ノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）は、第１位置においては上記複動式液圧シリンダの外向きプランジャストロークの高スピードを提供し第２位置においては上記複動式液圧シリンダの外向きプランジャストロークの通常のスピードを提供するためのディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）と組み合わせられており、
   上記第２チャンバ（Ｖ−２）から上記スイッチ手段（Ｋ−６）への流体の流れをブロックするために、上記スイッチ手段（Ｋ−６）と上記第２の圧力制御式（Ｃ）ノンリターンバルブ（Ｔ−２）との間の上記第２圧力管に配置された第３のノンリターンバルブ（Ｔ−３）と、
   上記供給部（Ｐ）から上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）への流体の流れをブロックするために、上記供給部（Ｐ）と上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）の入力側ポートを接続する第３圧力管に配置された第４のノンリターンバルブ（Ｔ−４）と
   を備え、
   上記ディフェレンシャルバルブ要素（Ｋ−７）は上記第３のノンリターンバルブの両側で上記第２圧力管に接続されていることを特徴とする液圧ツール。
2. 請求項１に記載の液圧ツールにおいて、
   上記ディフェレンシャルバルブ要素は圧力で自動的に切り替えられることを特徴とする液圧ツール。
3. 請求項１または２に記載の液圧ツールにおいて、
   圧力制御ノンリターンバルブは、所定のばね張力の下で該バルブを閉位置に付勢するためのばね手段と、予め設定された圧力を受けて該バルブを開位置に付勢するための駆動手段とを備えたことを特徴とする液圧ツール。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液圧ツールにおいて、
   上記ディフェレンシャルバルブ要素を作動する作動手段を備え、
   上記作動手段は、
   上記供給部（Ｐ）に接続された制御圧力管（Ｆ）と、上記制御圧力管（Ｆ）に接続された作動要素（Ｅ）とを備え、
   上記作動要素により、上記ディフェレンシャルバルブ要素は上記供給部（Ｐ）内の圧力を受けて上記第１位置または上記第２位置に置かれて、実質的に負荷のない使用の場合にのみ外向きプランジャストロークのスピードを上げるようになっていることを特徴とする液圧ツール。
5. 請求項４に記載の液圧ツールにおいて、
   上記作動要素は制御シリンダ（Ｅ）を備えたことを特徴とする液圧ツール。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の液圧ツールにおいて、
   上記ディフェレンシャルバルブ要素が二位置三方バルブを備えたことを特徴とする液圧ツール。
7. 請求項１に記載の液圧ツールにおいて、
   上記スイッチ手段は三位置四方バルブを備え、
   上記三位置四方バルブは、ニュートラル位置においては、上記第１及び第２圧力管と上記供給部および排出部との接続を開にするようになっており、第２の位置においては、上記第１および第２圧力管をそれぞれ上記供給部および排出部に接続するようになっており、また、第３の位置においては、上記第１および第２圧力管をそれぞれ上記排出部および供給部に接続するようになっていることを特徴とする液圧ツール。
8. 請求項７に記載の液圧ツールにおいて、
   上記三位置四方バルブは、ばね張力の下でこのバルブをニュートラル位置に付勢するためのばね手段を備えたことを特徴とする液圧ツール。
9. 請求項３に記載の液圧ツールにおいて、
   上記駆動手段は、
   圧力管と、別の圧力管におけるノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）との間の接続ライン（Ｃ，Ｄ）と、
   上記圧力管内の圧力を受けて上記別の圧力管におけるノンリターンバルブ（Ｔ−１，Ｔ−２）を開くようになっている操作要素と
   を備えたことを特徴とする液圧ツール。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つに記載の液圧ツールにおいて、
    上記ツールは液圧スプレッダであり、この液圧スプレッダの上記回転部分はスプレッディングアームによって形成されていることを特徴とする液圧ツール。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の液圧ツールにおいて、
    上記ディフェレンシャルバルブ要素は上記スイッチ手段と一体化されていることを特徴とする液圧ツール。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の救助ツール。

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