JP2002339904A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧シリンダにおける戻り回路の圧力損失を
抑制して油圧シリンダの駆動効率を向上し、作動油の発
熱を防止してヒートバランスを維持する。 【解決手段】 油圧シリンダ１１のボトム側の戻り回路
を第１戻り回路４０と第２戻り回路４１とに二分し、通
常その戻り回路４０，４１の作動油が方向制御弁２０，
３０を経由しオイルクーラ３８を通ってタンク３９に回
収されるように構成するとともに、パイロット圧信号を
受けて、第２戻り回路４１の戻り油を直接タンク３９に
戻すクイックリターン回路４２に切り換えるクイックリ
ターン弁４３を設ける。

Description

【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
建設機械の油圧回路に関し、特に作業機を駆動する油圧
シリンダの戻り回路における圧力損失を抑制する油圧回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械等における油圧システム
の圧力損失を抑制する技術として、本出願人が特開平９
−１５１４８８号公報にて開示した技術がある。

【０００３】前記従来技術における油圧回路１００は、
図５に示されるように、油圧ポンプ１０１が方向切換弁
１０２を介して油圧シリンダ１０３と接続され、操作手
段１０４からのパイロット圧でその方向切換弁１０２を
切換え操作することにより、油圧シリンダ１０３が伸縮
されるように構成されている。また、この従来技術の油
圧回路１００においては、前記油圧シリンダ１０３にお
けるボトム側の戻り油が所定圧力となったときに制御弁
１０９が開位置ａとされ、その戻り油を前記方向切換弁
１０２および制御弁１０９の２つのバルブを経由させて
タンク１０５にドレンさせるように構成されており、そ
の方向切換弁１０２における圧力損失を抑制するように
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術の油圧回路１００では、例えば油圧ショベルのア
ームダンプ時のように、油圧シリンダ（アームシリン
ダ）１０３のボトム側から大量の油が押し出されて戻り
回路を流通すると、油圧シリンダ（アームシリンダ）１
０３やバルブ（方向切換弁１０２、制御弁１０９）、オ
イルクーラ１０６、タンク１０５など各油圧機器で生じ
る圧力損失およびこれら各油圧機器を接続する各管路で
生じる圧力損失が非常に大きなものとなり、これらの圧
力損失を十分に抑制することができないという問題点が
ある。このため、作動油の発熱を招き、ヒートバランス
が悪くなるという問題点がある。また、油圧シリンダ
（アームシリンダ）１０３のヘッド側に押し込む油の圧
力を高くする必要があり、駆動装置（エンジン１０７）
の動力損失が大きいという問題点がある。さらに、この
従来技術では、操作レバー１０８の操作ストローク量に
関わらず、戻り油の圧力によって制御弁１０９が開位置
ａか閉位置ｂかが制御される構成とされており、例えば
アームを微妙に操作するような、所謂ファインコントロ
ールがしにくいという問題点がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、圧力損失を抑制することができる
とともに、ヒートバランスをとることができる建設機械
の油圧回路を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、第１発明による建設機械の油圧回
路は、作業機（６）を駆動する油圧シリンダ（１１）
と、この油圧シリンダ（１１）の作動方向を制御する方
向制御弁（２０）（３０）と、この方向制御弁（２０）
（３０）をパイロット信号によって切換え操作する操作
手段（６５）とを備える建設機械の油圧回路において、
前記油圧シリンダ（１１）のボトム側の戻り回路を二分
し（４０）（４１）、かつ通常その戻り回路（４０）
（４１）の作動油が前記方向制御弁（２０）（３０）を
経由しオイルクーラ（３８）を通ってタンク（３９）に
回収されるように構成するとともに、パイロット信号を
受けて、一方の戻り回路（４１）の作動油を直接タンク
（３９）に戻す回路（４２）に切り換える制御弁（４
３）を設けることを特徴とするものである。

【０００７】本発明によれば、前記制御弁（４３）がパ
イロット信号を受けると、前記油圧シリンダ（１１）の
ボトム側の戻り油の一部はその制御弁（４３）を介して
直接タンク（３９）に回収されるとともに、残りの戻り
油はオイルクーラ（３８）を通じてタンク（３９）に回
収されるので、その油圧シリンダ（１１）のボトム側の
戻り回路（４０）（４１）における圧力損失の抑制を図
ることができるとともに、作動油の発熱が抑えられてヒ
ートバランスをとることができる。また、こうして、戻
り回路（４０）（４１）における圧力損失が抑制される
ことから、例えばエンジン（１６）などの駆動装置の負
荷が軽減され、低燃費化を図ったり、あるいは作業機速
度の向上を図ったりすることができる。

【０００８】前記第１発明において、前記油圧シリンダ
（１１）のボトム側配管を分岐して（７１）（７２）前
記方向制御弁（２０）（３０）と接続するのが好ましい
（第２発明）。このようにすれば、前記油圧シリンダ
（１１）のボトム側油室（１１ａ）の作動油をそのボト
ム側油室（１１ａ）から戻り回路（４０）（４１）に押
し出す際の抵抗が軽減されるので、ボトム側油室（１１
ａ）の作動油をスムーズに排出することができ、戻り回
路（４０）（４１）における圧力損失を更に低減するこ
とができるいう効果を奏する。

【０００９】前記第１発明または第２発明において、前
記操作手段（６５）は、操作レバー（６６）を有してな
り、この操作レバー（６６）をその操作ストローク
（Ｓ）の所定量以上操作すると、前記制御弁（４３）が
切り換えられる構成であるのが好ましい（第３発明）。
このようにすれば、前記作業機（６）をフル動作させる
場合にのみ、油圧シリンダ（１１）のボトム側の戻り油
の一部を直接タンク（３９）に戻すことができるので、
ファインコントロール性を確保しつつ、戻り回路（４
０）（４１）における圧力損失を抑制することができる
という効果を奏する。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明による建設機械の油
圧回路の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ
説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明
による建設機械の油圧回路が油圧ショベルのアームシリ
ンダの作動を制御する油圧回路に適用された例である。

【００１１】図１には、本発明の一実施形態に係る油圧
ショベルの側面図が示されている。また、図２には、油
圧ショベルにおけるアームシリンダの作動を制御する油
圧回路図が示されている。

【００１２】本実施形態に係る油圧ショベル１は、下部
走行体２と、この下部走行体２の上部にスイングサーク
ル３を介して旋回自在に設けられ、運転室５および作業
機６を具備する上部旋回体４とを備えて構成されてい
る。前記作業機６は、ブーム７、アーム８およびバケッ
ト９を備え、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１
およびバケットシリンダ１２によりそれぞれ駆動される
ように構成されている。また、前記運転室５内には、作
業機６を操作するための操作手段（図示省略）が設けら
れている。

【００１３】図２に示されるアームシリンダ１１の作動
を制御する油圧回路１５において、エンジン１６により
駆動される油圧ポンプ１７は、第１分岐油路１８から分
岐した各分岐油路１８ａ，１８ｂを介して、３位置方向
切換弁で構成される第１方向制御弁２０のポンプポート
２１および一次側リターンポート２２と接続されてい
る。また、この油圧ポンプ１７は、第２分岐油路２７を
介して、３位置方向切換弁で構成される第２方向制御弁
３０のポンプポート３１と接続されている。

【００１４】前記第１方向制御弁２０の各シリンダポー
ト２５，２６は、アームシリンダ１１のボトム側Ａポー
ト３５およびヘッド側ポート３７にそれぞれ接続されて
いる。一方、前記第２方向制御弁３０の各シリンダポー
ト３３，３４は、アームシリンダ１１のボトム側Ｂポー
ト３６と接続されている。これら第１方向制御弁２０お
よび第２方向制御弁３０において、第１方向制御弁２０
の２次側リターンポート２４、タンクポート２３および
第２方向制御弁３０のタンクポート３２は、それぞれオ
イルクーラ３８を介してタンク３９に接続されている。

【００１５】また、この油圧回路１５において、アーム
シリンダ１１のボトム側の戻り回路は、ボトム側油室１
１ａの作動油がボトム側Ａポート３５から第１方向制御
弁２０のシリンダポート２５、タンクポート２３および
オイルクーラ３８を通ってタンク３９に回収される第１
戻り回路４０と、ボトム側油室１１ａの作動油がボトム
側Ｂポート３６から第２方向制御弁３０のシリンダポー
ト３３、タンクポート３２およびオイルクーラ３８を通
ってタンク３９に回収される第２戻り回路４１とに二分
されている。前記第１戻り回路４０と前記第２戻り回路
４１とのうち、第２戻り回路４１には、この回路を流通
する作動油を直接タンク３９に戻すクイックリターン回
路４２に切り換えるクイックリターン弁４３（本発明に
おける制御弁に対応する。）が設けられている。

【００１６】前記クイックリターン弁４３は、図３に示
されるように、シリンダポート４４、バルブポート４５
およびタンクポート４６を有する弁本体４７と、前記シ
リンダポート４４と前記バルブポート４５とを繋ぐ流通
路４８を横切って摺動可能に設けられ、その流通路４８
に対して前記タンクポート４６を開閉するピストン主弁
４９とを備えて構成されている。前記弁本体４７内部に
は、前記ピストン主弁４９の背面に位置する油溜まり部
としての２次圧室５０が形成されている。また、前記ピ
ストン主弁４９の内部には、前記２次圧室５０と連通し
途中に絞り５２が設けられてなる流通穴５１が形成され
るとともに、ピストン主弁４９の適宜位置には、その流
通穴５１に前記流通路４８から作動油を導くための貫通
穴５３が形成されている。

【００１７】このクイックリターン弁４３においては、
ピストン主弁４９の先端部が主スプリング５４で弁座５
５に押し付けられることで、前記流通路４８に対してタ
ンクポート４６が閉じた状態とされ、これに対してその
主スプリング５４の押し付け方向とは逆方向にピストン
主弁４９が摺動されるとその先端部がその弁座５５から
離れて、前記流通路４８に対してタンクポート４６が開
いた状態とされる。また、このクイックリターン弁４３
には、前記２次圧室５０の作動油流れを制御する制御機
構５６が設けられている。この制御機構５６は、２次圧
室５０の圧力にてバランスするバランスピストン５７が
スプリング５８でシール５９に押し付けられることで、
２次圧室５０の作動油が弁本体４７に設けられたドレン
ポート６０へ流れないように構成されるとともに、弁本
体４７に設けられたパイロット圧ポート６１を介してそ
のバランスピストン５７にパイロット圧が作用すると、
そのスプリング５８に抗してそのバランスピストン５７
が摺動され、そのシール５９との係合が解除されて２次
圧室５０の作動油がドレンポート６０へ流れるように構
成されている。

【００１８】そして、このクイックリターン弁４３にお
けるシリンダポート４４がアームシリンダ１１のボトム
側Ｂポート３６に、バルブポート４５が第２方向制御弁
３０のシリンダポート３３，３４に、タンクポート４６
がタンク３９にそれぞれ接続されている。

【００１９】本実施形態において、アームシリンダ１１
を操作する操作手段６５は、運転室５内の運転席近くに
配される操作レバー６６と、この操作レバー６６の操作
によって切換え操作されるパイロット弁６７，６８と、
パイロット圧信号回路６９とを備えてなり、前記第１方
向制御弁２０、第２方向制御弁３０およびクイックリタ
ーン弁４３がパイロットポンプ７０によりそのパイロッ
ト弁６７，６８およびパイロット圧信号回路６９を通じ
て供給される圧油によって所望の切換え操作が行われる
ように構成されている。

【００２０】ここで、クイックリターン弁４３は、前記
操作レバー６６を中立位置から縮み方向（図２中Ｄ方
向）に全傾倒させる際のその操作ストローク（図２中矢
印Ｓで示されるストローク。以下、単に「操作ストロー
クＳ」という。）の所定量以上操作すると切り換えら
れ、タンクポート４６が開くようにされている。すなわ
ち、クイックリターン弁４３は、バランスピストン５７
にパイロット圧が作用して作動され、２次圧室５０が通
路６２およびバランス室６３を介してドレンポート６０
と連通されるに伴い、ピストン主弁４９が圧力差によっ
て摺動されてタンクポート４６が開くようにされている
が、そのバランスピストン５７を作動させるパイロット
圧には閾値が設けられており、操作レバー６６をその操
作ストロークＳの所定量（本実施形態では、４０％程度
とされており、好ましくは７０％程度である。）以上操
作したときに、そのバランスピストン５７に作用するパ
イロット圧がその閾値を越える圧力となるようにされて
いる。こうして、微動作領域（操作レバー６６の操作ス
トロークＳの４０％を越えない領域）では、クイックリ
ターン弁４３が閉じた状態とされることでファインコン
トロール性を確保するとともに、アームダンプ時のよう
にアームシリンダのボトム側から大量の戻り油が発生す
るようなフル動作領域（操作レバー６６の操作ストロー
クＳの４０％〜１００％、好ましくは７０％〜１００％
の領域）でのみクイックリターン弁４３を開き、その戻
り油の一部を直接タンク３９に戻すことで、戻り回路に
おける圧力損失の抑制が図られている。

【００２１】次に、アームシリンダ１１の作動について
図２〜図４を参照しつつ説明する。

【００２２】まず、掘削時には、操作レバー６６を伸び
方向（図２中矢印Ｃ方向）に操作することで、パイロッ
ト弁６８が切り換えられ、パイロットポンプ７０からの
パイロット圧油は、第１方向制御弁２０の操作部２０ａ
および第２方向制御弁３０の操作部３０ａに作用して、
第１方向制御弁２０がＡ位置に、第２方向制御弁３０も
Ａ位置に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ１７
から吐出される圧油は、第１油路１８から第１方向制御
弁２０のポンプポート２１、シリンダポート２５を通っ
てアームシリンダ１１のボトム側Ａポート３５に導かれ
てボトム側油室１１ａに供給されるとともに、第２油路
２７から第２方向制御弁３０のポンプポート３１、シリ
ンダポート３４を通ってアームシリンダ１１のボトム側
Ｂポート３６に導かれてボトム側油室１１ａに供給され
る。これと同時に、このアームシリンダ１１のヘッド側
油室１１ｂの作動油は、ヘッド側ポート３７から第１方
向制御弁２０のシリンダポート２６、タンクポート２３
およびオイルクーラ３８を通ってタンク３９に回収され
る。したがって、アームシリンダは伸長する。

【００２３】一方、アームダンプ時には、操作レバー６
６を縮み方向（図２中矢印Ｄ方向）に操作することで、
パイロット弁６７が切り換えられ、パイロットポンプ７
０からのパイロット圧油が第１方向制御弁２０の操作部
２０ｂおよび第２方向制御弁３０の操作部３０ｂに作用
して、第１方向制御弁２０がＢ位置に、第２方向制御弁
３０もＢ位置に切り換えられる。これにより、油圧ポン
プ１７から吐出される圧油は、第１油路１８から第１方
向制御弁２０のポンプポート２１、シリンダポート２６
を通ってアームシリンダ１１のヘッド側ポート３７に導
かれてヘッド側油室１１ｂに供給される。これと同時
に、このアームシリンダ１１のボトム側油室１１ａの作
動油は、ボトム側Ａポート３５から第１方向制御弁２０
のシリンダポート２５、タンクポート２３およびオイル
クーラ３８を通ってタンク３９に回収されるとともに、
ボトム側Ｂポート３６から第２方向制御弁３０のシリン
ダポート３３、タンクポート３２およびオイルクーラ３
８を通ってタンク３９に回収される。したがって、アー
ムシリンダは収縮する。このアームダンプ時において、
操作レバー６６の操作領域が微動作領域である場合に
は、クイックリターン弁４３のバランスピストン５７に
作用するパイロット圧が閾値に満たない圧力であるため
に、クイックリターン弁４３は閉じた状態のままであ
り、アームシリンダ１１のボトム側油室１１ａの作動油
は、今述べたような戻り回路でタンク３９に回収され
る。

【００２４】前記アームダンプ時において、操作レバー
６６の操作領域がフル動作領域である場合には、図３に
示されるクイックリターン弁４３のバランスピストン５
７に作用するパイロット圧が閾値を越える圧力となるた
めに、そのバランスピストン５７が作動されて２次圧室
５０とドレンポート６０とが連通状態となり、２次圧室
５０の作動油がドレンポート６０からタンク３９にドレ
ンされる。このため、ピストン主弁４９の流通穴５１に
流通路４８から２次圧室５０への油の流れが生じ、この
油の流れが絞り５２を通過することによる圧力損失によ
って、その絞り５２を挟んで流通路４８側の方が２次圧
室５０よりも圧力が高い状態となり、ピストン主弁４９
が主スプリング５４に抗して２次圧室５０側に摺動さ
れ、タンクポート４６が流通路４８と連通して開状態と
なる（図４参照）。これにより、図４中矢印Ａで示され
るように、シリンダポート４４からバルブポート４５に
向って戻り油が流通するとともに、同図中矢印Ｂで示さ
れるように、シリンダポート４４からタンクポート４６
に向って戻り油が流通することとなる。したがって、フ
ル動作領域でのアームダンプ操作時においては、アーム
シリンダ１１のボトム側油室１１ａの作動油は、前述し
た微動作領域でのアームダンプ操作時における戻り回路
でタンク３９に回収されるとともに、ボトム側Ｂポート
３６から押し出された作動油の一部は、クイックリター
ン弁４３を経てクイックリターン回路４２により直接タ
ンク３９に回収されることとなる。

【００２５】本実施形態によれば、フル動作領域におけ
るアームダンプ時においては、アームシリンダ１１のボ
トム側Ｂポート３６から押し出された作動油の一部がク
イックリターン弁４３を経てクイックリターン回路４２
により直接タンク３９に回収されるので、アームシリン
ダ１１の戻り回路４０，４１における圧力損失を抑制す
ることができる。また、フル動作領域におけるアームダ
ンプ時においても、アームシリンダ１１のボトム側Ａポ
ート３５およびボトム側Ｂポート３６から押し出された
作動油は常にオイルクーラ３８を通ってタンク３９に回
収されるので、作動油の発熱が抑えられ、ヒートバラン
スをとることができる。なお、こうして、戻り回路４
０，４１における圧力損失が抑制されることから、エン
ジン１６の負荷が軽減され、低燃費化を図ったり、ある
いはアームシリンダ１１の作動速度を向上させたりする
ことができるという効果を奏する。

【００２６】また、本実施形態によれば、アームシリン
ダ１１のボトム側Ａポート３５と第１方向制御弁２０の
シリンダポート２５とを接続する管路７１およびボトム
側Ｂポート３６と第２方向制御弁３０のシリンダポート
３３，３４とを接続する管路７２は、アームシリンダ１
１のボトム側油室１１ａに対してパラレル配管されてい
るので、アームシリンダ１１のボトム側油室１１ａから
各方向制御弁２０，３０に至るまでの管路抵抗を著しく
低減することができ、戻り回路４０，４１における圧力
損失の抑制に寄与するという効果を奏する。

【００２７】本実施形態においては、本発明を油圧ショ
ベルに適用した例について述べたが、これに限られず、
ホイールローダやその他の建設機械に本発明を適用する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る油圧ショベ
ルの側面図である。

【図２】図２は、本発明の一実施形態におけるアームシ
リンダの作動油圧回路図である。

【図３】図３は、クイックリターン弁の要部断面概略構
成図である。

【図４】図４は、クイックリターン弁のピストン主弁が
開いた状態図である。

【図５】図５は、従来の技術における油圧回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル ６ 作業機 １１ アームシリンダ ２０ 第１方向制御弁 ３０ 第２方向制御弁 ３８ オイルクーラ ３９ タンク ４０ 第１戻り回路 ４１ 第２戻り回路 ４２ クイックリターン回路 ４３ クイックリターン弁 ６５ 操作手段 ６６ 操作レバー ６９ パイロット圧信号回路 ７１，７２ 管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 公一 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内 (72)発明者 黒柳 治 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AB04 AC06 BA02 BA05 BB02 BB03 CA02 DA03 3H082 AA06 BB14 CC02 DB08 DB21 DB38 EE02 3H089 BB02 BB21 CC01 DA03 DA13 DB49 DC04 EE22 GG02 JJ02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機（６）を駆動する油圧シリンダ
   （１１）と、この油圧シリンダ（１１）の作動方向を制
   御する方向制御弁（２０）（３０）と、この方向制御弁
   （２０）（３０）をパイロット信号によって切換え操作
   する操作手段（６５）とを備える建設機械の油圧回路に
   おいて、 前記油圧シリンダ（１１）のボトム側の戻り回路を二分
   し（４０）（４１）、かつ通常その戻り回路（４０）
   （４１）の作動油が前記方向制御弁（２０）（３０）を
   経由しオイルクーラ（３８）を通ってタンク（３９）に
   回収されるように構成するとともに、パイロット信号を
   受けて、一方の戻り回路（４１）の作動油を直接タンク
   （３９）に戻す回路（４２）に切り換える制御弁（４
   ３）を設けることを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 【請求項２】 前記油圧シリンダ（１１）のボトム側配
   管を分岐して（７１）（７２）前記方向制御弁（２０）
   （３０）と接続する請求項１に記載の建設機械の油圧回
   路。
3. 【請求項３】 前記操作手段（６５）は、操作レバー
   （６６）を有してなり、この操作レバー（６６）をその
   操作ストローク（Ｓ）の所定量以上操作すると、前記制
   御弁（４３）が切り換えられる構成である請求項１また
   は２に記載の建設機械の油圧回路。