JP2003056514A - 建設機械の油圧シリンダ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無駄な抵抗によるエネルギーの無駄を省き、
油圧回路の構成を簡明にしたストロークエンドにおける
衝撃緩和装置を提供することを課題とする。 【構成】 建設機械のアタッチメントに装着された油圧
シリンダの速度を制御する制御装置において、前記油圧
シリンダのロッド側油路に可変絞り弁を設けると共に、
該油圧シリンダのストロークエンドを検出する機構を設
けて、該検出機構を該可変絞り弁の絞り可動部に連結さ
せて該油圧シリンダのストロークエンドにおける速度を
制限したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械に使用
する油圧シリンダの速度制御装置に関するものである。
具体的には、ストロークエンドにおけるシリンダのピス
トン速度を制限する装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】油圧ショベル等の建設機械に使用される油
圧シリンダにおいては、ピストンがストロークエンドに
近づくと背圧が急激に上昇し、油圧シリンダに衝撃が生
じ、油圧シリンダの故障、破損原因又は周辺接続機器の
破損等の障害を発生するおそれがあった。このために、
従来からストロークエンドにおける衝撃緩和のための技
術が研究、開発されてきた。このように急激な衝撃を生
じさせる原因として、油圧シリンダに接続された負荷の
質量が大きく、ピストン速度をゼロにする操作をしても
大きな負荷の慣性力のために衝撃が生じる場合がある。
この他に、ストロークのエンドにおけるピストン速度を
ストロークの中央部における速度と同じ速度で操作する
ために衝撃が生じる場合がある。

【０００３】前者のように慣性が大きい場合の衝撃防止
方法としては、例えば、公開特許公報、特開２００１−
９９１０６（又は特開平１１−２８７２０６）に開示さ
れている。この従来装置（以下、従来装置１という）
は、負荷の慣性力を検出するセンサと、ピストン伸張時
におけてストロークエンドにおける圧油流量を制限する
可変絞りと、それを制御するコントローラと、緩衝用絞
り（固定絞り）を備えた装置である。従来装置１におい
ては、軽負荷又は通常負荷の場合は緩衝用絞りで衝撃を
緩和し、重負荷の場合に緩衝用絞りと可変絞りとが同時
に作用し衝撃を緩和する。しかし、緩衝用絞りは固定で
あり、常時作用しているのでピストンがストロークエン
ドにないとき（中央部にあるとき）には無駄な抵抗にな
っているという問題がある。

【０００４】また、後者の場合の従来装置としては、例
えば、公開特許公報、特開平２０００−８９１６、特開
平２０００−８９１７に開示されている。この従来装置
（以下、従来装置２という）は、油圧シリンダに作用す
る負荷圧（作動油圧）を検出するセンサと、油圧シリン
ダの制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧
を制御する手段としてリモコン弁及びコントローラとを
具備し、負荷圧が急上昇したときにコントローラが制御
弁を中立位置に戻すように構成している。従来装置２は
負荷圧の急上昇を検出する必要があり、この検出に誤差
が生じる可能性があり、また、油圧回路の構成が複雑に
なるという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事実に
鑑みなされたものであり、従来装置１における無駄な抵
抗によるエネルギーの無駄を省き、また、従来装置２に
おける検出誤差を無くし、油圧回路の構成を簡明にした
ストロークエンドにおける衝撃緩和装置を提供すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するための手段として、油圧シリンダの伸縮におい
て、ストロークエンドの近くでは油圧シリンダがアタッ
チメントに接近するという事実に鑑みて、以下の構成を
採用している。即ち、請求項１に記載の発明は、建設機
械のアタッチメントに装着された油圧シリンダの速度を
制御する制御装置において、前記油圧シリンダのロッド
側又はボトム側油路に可変絞り弁を設けると共に、該油
圧シリンダのストロークエンドの位置を検出する位置検
出機構を設けて、該位置検出機構を該可変絞り弁の絞り
可動部に連結させて該油圧シリンダのストロークエンド
における速度を制限したことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記位置検出機構は、前記油圧
シリンダの外筒部と該油圧シリンダを装着したアタッチ
メントとの間にそれらの間の距離を検出するリンク又は
その他の機構を設けて、該油圧シリンダのストロークエ
ンドの位置を検出する機構であることを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記可変絞り弁は、スプ
ールの直線移動量により流量を調整する絞り弁であるこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記可変絞り弁は、弁部
の回転角度により流量を調整する絞り弁であることを特
徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図に基づ
いて説明する。図１は、本発明をバケットシリンダ（バ
ケットの回動を制御する油圧シリンダ）に適用した実施
形態１の全体外観図を示す。図２は可変絞り弁の取付け
方法を示す組み立て分解図である。図３は可変絞り弁の
構造例を示す。図４はバケットシリンダの油圧回路図を
示す。最初に、図４において、制御弁１０の出力ポート
は油路１１，１２を介してバケットシリンダ１４の油圧
入力ポートに接続されている。ピストンヘッド側油路１
１には可変絞り弁１５が挿入され、可変絞り弁１５はス
トロークエンドの位置検出器１６（以下、ストロークエ
ンド検出器１６という）に接続されており、ストローク
エンドが検出されたときに可変絞り１５の絞り（絞り抵
抗）が大きくなるように接続されている。

【００１１】制御弁１０の入力側ポートには油圧ポンプ
１８，油タンク１９が接続されており、制御弁１０のパ
イロットポートにはリモコン弁２０の出力油路が接続さ
れている。次に図１において、アーム２１にバケットシ
リンダ１４の一端部（シリンダ１４ａの底部）が回転自
在に接続されると共に、他端部（ロッド１４ｂの先端）
はリンク２３に回転自在に接続されている。リンク２３
はバケットシリンダ１４の直線運動をバケット２２の回
転運動に変換するためのリンクである。シリンダ１４ａ
の頭部にストロークエンド検出器１６を内蔵した可変絞
り弁１５が装着されている。

【００１２】図２は可変絞り弁を装着する組み立て分解
図である。図２に示すように、可変絞り弁１５はシリン
ダ１４ａの頭部で、可変絞り弁１５の油路の一端ポート
が油圧シリンダ１４のロッド側ポートと連結するように
取り付けられ、可変絞り弁１５の油路の他端ポートには
配油パイプ１１がボルト等２７の手段で接続されてい
る。また、可変絞り弁１５の取付けも４本のボルト２６
によって固定されている。

【００１３】図３は可変絞り弁１５の構造を示す断面図
である。この図において、可変絞り弁１５の油路２６の
略中央にスプール２７が図の上下方向（油路２６と直交
する方向）に摺動自在な縦穴２６ａが設けられている。
スプール２７は縦穴２６ａに挿入されると共に、その上
下の位置により油路２６の連通面積が変化するように太
さ（直径）が異なるように構成されている。また、スプ
ール２７の下端には脚２８が連結されていると共に、ス
プール２７の頭部にはスプール２７を下方に付勢するた
めのばね２９がボルト３０の底部との間に挿入されてい
る。脚２８はその底面がアーム２１の上側表面と接触す
るように構成されている。接触距離（脚２８の底面まで
の距離）が大きくなり、脚２８が伸びた状態（図３に示
す状態）では油路２６の連通面積は最大となる。逆に、
接触距離が小さくなり、脚２８が縮んだ状態では油路２
６の連通面積は最小となる。なお、穴３１は取り付け用
のボルト穴である。

【００１４】実施形態１は以上の様に構成されており、
以下のように機能する。バケットシリンダ１４が中央長
さの状態のとき、即ち、ロッド１４ｂ（又はピストン１
４ｃ）が略中央位置にあり、リンク辺３０が図１に示す
ように立った状態になる。この状態ではシリンダ１４ａ
の頭部とアーム２１との距離が最大となり、スプール２
７の脚２８は下方にのびた状態となり、可変絞り弁１５
の油路２６連通面積は最大となる。従って、ピストン速
度も最大速度となる。

【００１５】次に、制御弁が図４の（ロ）の状態に制御
されて伸張状態にあるとき、即ち、ロッド１４ｂが延長
してストロークエンドに近づいたとき（ピストン１４ｃ
がシリンダの左側端に近づいたとき、以下「第１ストロ
ークエンド」という。）には、リンク辺２３が左側に傾
倒してシリンダ１４ａの頭部とアーム２１との距離（接
触距離）が短くなる。従って、可変絞り弁１５の絞り抵
抗が大きくなり、ピストン速度が制限され、第１ストロ
ークエンドにおける衝撃が緩和できる。この際、オペレ
ータはピストン速度の減少を感じてストロークエンドの
近い状態にあることを知る。或いは、負荷圧等を検出し
てストロークエンドに近いことを報らせる警報手段を設
けることもできる。

【００１６】制御弁が図４の（イ）の状態に制御されて
いる縮小状態にあるとき、即ち、ロッド１４ｂが縮小し
てピストン１４ｃがシリンダ１４のボトムに接近したと
き（以下、「第２ストロークエンド」という。）にはリ
ンク辺３０が右側に傾倒してシリンダ１４ａの頭部とア
ーム２１との距離（接触距離）が短くなる。従って、可
変絞り弁１５の絞り抵抗が大きくなり、ピストン速度が
制限され、この結果、第２ストロークエンドにおける衝
撃も緩和できる。

【００１７】以上に説明したように、この実施形態のよ
うに構成した場合は簡単な装置を付加することにより両
端のストロークエンド（第１ストロークエンドと第２ス
トロークエンド）におけるピストン速度を制限し、衝撃
を緩和できる。しかし、図４に示す油圧回路で第２スト
ロークエンドにおける衝撃を緩和させるため、ピストン
速度を急激にゼロにするとキャビテーションが起こりや
すくなる。従って、第１ストロークエンドにおけるピス
トン速度のみを制限し、衝撃を緩和することが好まし
い。即ち、第２ストロークエンドにおけるピストン速度
を制限する場合は別に装置を追加するか、或いは、第２
ストロークエンドにおけるピストン速度の減少速度を緩
やかにする。第２ストロークエンドにおける速度制限を
無くすためにはリンク２３の各辺の長さを適当に調整
し、ピストン１４ｃが第２ストロークエンドに接近した
状態においてリンク辺３０の右側に傾倒する角度が小さ
くなるように構成すればよい。或いは、以下に説明する
チェック弁３２の並列回路を接続してもよい。

【００１８】また、ピストン１４ｃが第１ストロークエ
ンドにある状態から反対側方向（シリンダが収縮する方
向）への移動速度を通常の大きさの速度（最大速度）に
したい場合は、図４に示すように、可変絞り弁１５にチ
ェック弁３２を並列に接続した回路（図の点線）を付加
すければよい。なお、チェック弁３２を並列に接続した
場合は第２ストロークエンドにおける速度制限は起こら
ない。以上に説明したように、本実施形態の構成によれ
ば、無駄な抵抗によるエネルギーの無駄を省き、また、
ストロークエンドの位置を簡単な機構で検出可能にして
いるので、検出誤差を無くし、油圧回路の構成を簡明に
できるという効果が得られる。

【００１９】以上にスプールが直線移動する可変絞り弁
を使用した場合について説明したが、以下に、弁部が回
転する可変絞り弁４０を使用する場合の実施形態２につ
いて説明する。図５に可変絞り弁４０の構造を示す。図
６は可変絞り弁４０を装着した場合の機能説明図であ
る。図５（Ａ）は正面断面図で、（Ｂ）は上面断面図で
ある。図５（Ａ）、（Ｂ）において、弁本体３３の両端
部（図の左右端）には油路３４，油路３５が設けられて
おり、中間部には円筒形の空室３６が設けられており、
油路３４，油路３５と連通している。円筒形空室３６に
摺動自在に回転する弁部３７が嵌合されている。弁部３
７は図の矢印で示す方向に正逆回転可能に構成されてい
る。更に弁部３７には油路３８が弁部３７を貫通する筒
形に設けられている。図に示す位置で、油路３４と油路
３５とを連通し、この位置から弁部３７が回転すると絞
り抵抗が増大する。

【００２０】弁部３７には回転軸３９が固設されてお
り、弁本体３３から突出するように構成されている。回
転軸３９の突出端部にレバー４３が連結されており、レ
バー４３を回転すると油路３４と油路３５の開閉が可能
に構成されている。弁部３７の上下（前後）にカバー４
１及び４２がビス等で固定されている。なお、油路１１
を構成するパイプ１１のフランジ部がボルト３８で油路
３５に連通するように接続されている。

【００２１】図６において、可変絞り弁４０がバケット
シリンダ１４のシリンダ１４ａに装着されると共に、レ
バー４３とリンク辺４２とがピン連結されて２節リンク
をなし、リンク辺４２はアーム２１にピン連結されてい
る。図６（Ａ）はピストン１４ｃが略中央に位置してい
る状態を示す。図６（Ｂ）はバケットシリンダ１４を伸
張した場合を示し、図に示すようにバケット２２が反時
計方向（矢印方向）に回転し、リンク辺３０が左側に傾
倒するために油圧シリンダ１４もそれに従って回転し、
アーム２１に接近する。この結果リンク辺４２及びレバ
ー４３が図示の矢印の向き（反時計方向）に回転し、こ
のため弁部３７も反時計方向に回転する。この結果油路
３８の開口面積が絞り抵抗が増大する。

【００２２】以上に説明したように、実施形態２は可変
絞り弁４０の構造が実施形態１の可変絞り弁１５と異な
るのみで、機能は実施形態１の場合と同様である。従っ
て、得られる効果も同様である。

【００２３】以上本発明の実施形態を図面に基づいて詳
述してきたが、本発明の技術的範囲はこれに限られるも
のではなく、例えば、本発明はバケットシリンダ以外の
油圧シリンダにも適用できるものである。また，可変絞
りはロッド側油路に設けてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明ではストロークエンドを簡単な機
構により検出可能とし、該機構と可変絞り弁を連結させ
てストロークエンドにおける衝撃を緩和可能にしている
ので、無駄な抵抗によるエネルギーの無駄を省き、検出
誤差を無くし、油圧回路の構成を簡明にできるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をバケットシリンダに適用した実施形
態１の全体外観図を示す。

【図２】 可変絞り弁の取付け方法を示す組み立て分解
図である。

【図３】 可変絞り弁の構造例を示す。

【図４】 バケットシリンダの油圧回路図を示す。

【図５】 別の可変絞り弁４０の構造を示す。（Ａ）は
正面断面図で、（Ｂ）は上面断面図である。

【図６】 可変絞り弁４０を装着した場合の機能説明図
である。（Ａ）はピストン１４ｃが略中央に位置してい
る状態を示し、（Ｂ）はバケットシリンダ１４を伸張し
た場合を示す。

【符号の説明】

１４ バケットシリンダ（油圧シリンダ） １５ 可変絞り弁（直線移動型） １６ ストロークエンド検出器（ストロー
クエンド位置検出機構） ２０ リモコン弁 ２３ リンク ２７ 直径が変化しているスプール（可変
絞り） ２８ 脚（ストロークエンド位置検出機
構） ４０ 可変絞り弁（回転型） ４２，４３ リンク辺、レバー（ストロークエン
ド位置検出機構）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設機械のアタッチメントに装着された
   油圧シリンダの速度を制御する制御装置において、前記
   油圧シリンダのロッド側又はボトム側油路に可変絞り弁
   を設けると共に、該油圧シリンダのストロークエンドの
   位置を検出する位置検出機構を設けて、該位置検出機構
   を該可変絞り弁の絞り可動部に連結させて該油圧シリン
   ダのストロークエンドにおける速度を制限したことを特
   徴とする建設機械の油圧シリンダ制御装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出機構は、前記油圧シリンダ
   の外筒部と該油圧シリンダを装着したアタッチメントと
   の間にそれらの間の距離を検出するリンク又はその他の
   機構を設けて、該油圧シリンダのストロークエンドの位
   置を検出する機構であることを特徴とする請求項１に記
   載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。
3. 【請求項３】 前記可変絞り弁は、スプールの直線移動
   量により流量を調整する絞り弁であることを特徴とする
   請求項１又は請求項２の何れか１に記載の建設機械の油
   圧シリンダ制御装置。
4. 【請求項４】 前記可変絞り弁は、弁部の回転角度によ
   り流量を調整する絞り弁であることを特徴とする請求項
   １又は請求項２の何れか１に記載の建設機械の油圧シリ
   ンダ制御装置。