JP2003120603A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビテーション防止のためのエネルギー損
失を最小にした油圧回路を提供することを課題とする。 【構成】 アクチュエータの背圧油路を作動油の帰還油
路に接続し、該接続点の下流側に可変差圧弁を設けると
共に、該可変差圧弁に電磁切換弁を接続し、該電磁切換
弁をコントローラに接続し、該コントローラは前記アク
チュエータを操作状態から停止状態に戻したときに該可
変差圧弁の上流側油圧と下流側油圧との差圧を所定圧と
し、それ以外のときは該差圧をゼロ圧となるように該可
変差圧弁を制御するように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、油圧モータ等の
アクチュエータにおけるキャビテーションの発生を防止
する油圧回路の技術分野に関するものである。

【０００２】

【従来技術】建設機械等に使用される油圧ポンプ等のア
クチュエータは操作性を向上させる等の理由からアクチ
ュエータ、例えば油圧ポンプを急回転、急停止させて使
用される場合が多くなっている。油圧ポンプを急停止さ
せた場合には、油圧モータ内で真空に近い低圧が発生
し、それが圧力振動を引き起こすことによりキャビテー
ションが起きる。キャビテーション時に起きる気泡の発
生、炸裂により油圧ポンプの破損劣化が急激に進展する
という問題点が従来から指摘されている。このために、
従来からキャビテーション防止のための多くの技術が開
発され、使用されてきている。なお、キャビテーション
の発生は油圧モータに限られず油圧シリンダ等の油圧ア
クチュエータにも発生する場合がある。

【０００３】このようなキャビテーションを防止する油
圧回路としては、例えば、公開特許公報、特開平７−１
８０１９０には建設機械に使用される旋回用油圧モー
タ、走行用油圧モータにおけるキャビテーション発生防
止の油圧回路（従来装置１という）が開示されている。
図５は同公報に開示されている油圧回路の関連部分を抜
き出した回路図である。以下、この図に基づいて説明す
る。

【０００４】図５において、油圧ポンプ５１のセンタ油
路５８の下流に制御弁群からなるメインバルブ５２が接
続されており、その下流に背圧補償弁５３を接続され、
油タンク５４に接続されている。メインバルブ５２の先
頭（上流側）に旋回用の制御弁５５が接続され、後尾
（下流側）に走行用の制御弁５６が接続されている。旋
回用制御弁５５の出力側ポートには油路５７ａ、５７ｂ
によって（旋回用）油圧モータ５８が接続され、両油路
５７ａ、５７ｂはそれぞれ安全弁５９，チェック弁６０
を介してドレン油路５７ｃに接続されている。ドレン油
路（背圧油路又はメークアップ油路ともいう。）５７ｃ
の油圧を或程度以上の圧力にしておくと、油路５７ａ又
は油路５７ｂの何れか油圧が低下して油中にある気体が
気泡化してキャビテーションが発生する場合でも、ドレ
ン油路５７ｃから圧油が低圧油路５７ａ（又は５７ｂ）
に流れ込み、油圧の低下が緩和されて、キャビテーショ
ンの発生が防止される。

【０００５】図６に背圧補償弁５３の構造を示す。背圧
補償弁５３には３個のポートがあり、Ａポートは油圧ポ
ンプ５１のセンタ油路５８に接続されたメインバルブ５
２の下流に接続され、Ｂポートは油タンク５４に接続さ
れ、Ｃポートは後述するパイロット油路５９に接続され
ている。また、背圧補償弁の本体５３ｂに開口を持つシ
ート（座）５３ａが固設され、シート５３ａのＢポート
側にはポペット５３ｃがばね５３ｄにより押圧されてシ
ート５３ａの開口を閉じるように作用している。ばね５
３ｄの反対側端はピストン５３ｅによってばね力（ばね
長さ）が変化するように構成されている。ピストン５３
ｅの裏側にはパイロット室５３ｆが設けられている。

【０００６】パイロット油圧がＣポートに作用するとピ
ストン５３ｅは距離Ｓだけ右側に移動する。従って、ば
ね５３ｄのばね力がその分（移動距離に対応する分）だ
け、増加する。これによって、Ａポートの油圧が増加さ
れたばね力に打ち勝つ圧力に達するまでは、Ａポートの
油圧が上昇する。即ち、メインバルブ５２が何れも中立
状態にあるときは、Ｃポートにパイロット油圧を作用さ
せることにより、ドレン油路５７ｃに所定の高い油圧を
生じさせることができ、油圧モータ５８のキャビテーシ
ョンの発生を防止することができる。

【０００７】Ｃポートはパイロット油路６１に接続され
ており、旋回モータ用のリモコン弁６２を操作したとき
にシャトル弁６３を介してパイロット油圧が油路６１に
発生する。なお、図５では走行用モータのリモコン弁を
操作したときにもパイロット油圧が発生するようにシャ
トル弁６４が挿入されている。以上の構成から明らかな
ように、旋回モータ用のリモコン弁６２を操作している
ときに、急激に制御弁５５を中立状態にするとドレン油
路５７ｃに所定の高い油圧が得られ、キャビテーション
が防止できる。

【０００８】しかし、上記従来装置におけるキャビテー
ション防止油圧回路においては、制御弁５５を中立状態
にしたときはリモコン弁６２も中立状態になるので、中
立状態への切換時におけるＡポートにおける油圧の応答
速度とＣポートにおける油圧の応答速度が問題となり、
場合によってはキャビテーション防止のための所定の油
圧がドレン油路５７ｃに発生しない可能性もある。ま
た、リモコン弁６２を操作している間はパイロット油圧
がパイロット室５３ｆに作用しており、Ａポートの最低
油圧が制限されるために（即ち、その結果、作動油圧が
一様にその分だけ上乗せされるために）不要なエネルギ
ーを消費することになるという問題点がある。

【０００９】図７は別の従来装置２における油圧回路を
示す。図８において、前記従来装置１と同じ構成要素に
ついては同じ参照番号、同じ名称を使用して、詳細な説
明を省略する。図７で、油圧ポンプ５１のセンタ油路５
８の上流に旋回モータ５８の制御弁５５が接続されてい
る。また、センタ油路５８の下流はネガコン用絞り７０
（負帰還制御用の絞り）を介して油路７１，７２に分岐
している。分岐油路７１はチェック弁７３（例えば、２
気圧のリリーフ弁），オイルクーラ７５を介して油タン
ク５４に接続され、分岐油路はチェック弁７４（例え
ば、３気圧のリリーフ弁）を介して油タンク５４に接続
されている。なお、チェック弁７３，７４のリリーフ圧
はオイルクーラ５７の管路抵抗、各油路の流量比及びキ
ャビテーション防止に必要な背圧等を考慮して定められ
る。分岐油路の上流にドレン油路５７ｃが接続されてい
る。

【００１０】従来装置２ではセンタ油路５８の下流にチ
ェック弁、７３７４（チェック弁７３ではオイルクーラ
の管路抵抗が略１気圧として）による略３気圧の抵抗が
常時作用している。ドレン油路５７ｃの油圧は常時３気
圧程度に維持され、この油圧により油圧モータ５８のキ
ャビテーションの発生が防止される。一方、制御弁５５
等に作用する作動油の油圧は略３気圧程度の圧力が上乗
せされるために無駄なエネルギーが消費されていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来装置ではキャビテ
ーション防止のために無駄なエネルギー消費がなされて
いた。本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、
本発明はキャビテーション防止のためのエネルギー損失
を最小にした油圧回路を提供することを課題とする。

【００１２】

【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、アクチュエータのキャビ
テーション発生を防止した建設機械の油圧回路におい
て、前記アクチュエータの背圧油路を作動油の帰還油路
に接続し、該接続点の下流側に可変差圧弁を設けると共
に、該可変差圧弁に電磁切換弁を接続し、該電磁切換弁
をコントローラに接続し、該コントローラは前記アクチ
ュエータを操作状態から停止状態に戻したときに該可変
差圧弁の上流側油圧と下流側油圧との差圧を所定圧と
し、それ以外のときは該差圧をゼロ圧となるように該可
変差圧弁を制御するようにしたことを特徴としている。

【００１３】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、前記可変差圧弁の下流側にオイ
ルクーラを挿入して油タンクに接続すると共に、該可変
差圧弁の上流側に分岐油路を設け、該分岐油路にチェッ
ク弁を介して油タンクに接続したことを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記可変差圧弁の下流側にオイルクー
ラを挿入して油タンクに接続すると共に、該オイルクー
ラの上流側に分岐油路を設け、該分岐油路にチェック弁
を介して油タンクに接続したことを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求
項３に記載の発明において、前記可変差圧弁は、上流側
油路と下流側油路を連結する油路に該油路を開閉する弁
体を設け、該弁体の後部と信号ポートとの間に油室を設
けて、該信号ポートに一定の圧油が作用したときに差圧
が前記所定圧に設定され、信号ポートに圧油が作用しな
いときに差圧がゼロ圧となるように構成したことを特徴
とする。

【００１６】

【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、本発明を実施した実施形態の油
圧回路図の全体構成を示す。図２は要部回路の説明図
で、図３及び図は装置の実施例を示す。なお、従来装置
（特に、図７）と同じ構成要素については同じ参照番号
を付して詳細な説明を省略する。

【００１７】図１において、従来装置２ではネガコン用
絞り７０を経由したセンタ油路５８は油路７１と油路７
２に分岐し、分岐油路７１はチェック弁７３、オイルク
ーラ７５を経由して油タンク５４に接続され、分岐油路
７２はチェック弁７４を経由して油タンク５４に接続さ
れていた。本実施形態ではチェック弁７３の代わりにド
レン油圧制御回路１０を挿入している。

【００１８】ドレン油圧制御回路１０の詳細を図２に示
す。図２において、ネガコン絞り７０を経由したセンタ
油路５８に可変差圧弁（パイロットリリーフ弁）１２を
挿入し、可変差圧弁１２のパイロットポートを電磁切換
弁１４の出力側ポートに接続し、電磁切換弁１４の入力
側ポートには油タンク５４、パイロット油圧ポンプ１５
を接続する。なお、可変差圧弁１２は、パイロットポー
トにパイロット圧が作用しているときは差圧を所定圧
（略２気圧）とし、パイロット油圧が作用していないと
きは差圧をゼロとするように構成されている。電磁切換
弁１４のソレノイド１４ｓにはコントローラ１６の出力
側を接続し、コントローラ１６の入力側には圧力スイッ
チ１８を接続する。圧力スイッチ１８はリモコン弁２０
の出力側油路にシャトル弁２１を介して接続されてい
る。なお、リモコン弁２０の出力は旋回用油圧モータ５
８の制御弁５５のパイロットポートに接続されている。

【００１９】コントローラ１６は圧力スイッチ１８のオ
ン状態（パイロット圧が作用している状態）を検出し、
記憶する。この状態からオフ状態（パイロット圧が作用
しない状態）に切換わった瞬間を検出し、同時に制御信
号Ｓを出力する。制御信号Ｓを出力すると電磁切換弁１
４が図の状態「イ」から状態「ロ」に切換わる。また、
コントローラ１６はこれ以外のときは制御信号をゼロと
し、電磁切換弁１４を状態「イ」に維持する。なお、圧
力スイッチ１８は比較的高い圧力でスイッチがオン・オ
フすることが望ましく、これによりドレン油圧制御回路
１０の応答速度を速くすることができる。

【００２０】本実施形態は上記の構成により以下のよう
に機能する。即ち、リモコン弁２０を操作するとパイロ
ット油圧が制御弁５５のパイロットポートに作用し、油
圧ポンプ５８が操作方向に回転する。このとき同時に、
圧力スイッチ１８はパイロット油圧を検出し、オン状態
になる。コントローラ１６はそのオン状態をメモリーに
記憶する。なお、この状態では、コントローラ１６は制
御信号をゼロとし、制御信号Ｓは出力しない。次に、こ
の状態からリモコン弁２０を停止状態（中立状態）に操
作すると、パイロット油圧が低下し、タンク油圧にな
る。このとき、圧力スイッチ１８がオフ状態に切換わ
り、そのオフ状態がコントローラ１６に入力される。コ
ントローラ１６はキャビテーションの防止に必要な時間
だけ制御信号Ｓを出力し、この時間経過後は制御信号を
ゼロにすると同時にメモリーの記憶をクリアする。

【００２１】また、コントローラ１６が制御信号Ｓを出
力すると電磁切換弁１４は状態ロに切換わり、可変差圧
弁１２のパイロットポートにパイロット圧を作用させ
る。これによって可変差圧弁１２は差圧を所定圧（略２
気圧）とし、可変差圧弁１２の上流側油圧は２気圧にオ
イルクーラの管路抵抗（略０．５気圧以下）による損失
圧が加算された圧力に上昇する。従って、ドレン油路５
７ｃはキャビテーション防止に十分な圧力まで上昇し、
この高圧油が油圧モータ５８の油路５７ａ、５７ｂの内
の低圧側油路５７ａ（又は５７ｂ）に流れ、キャビテー
ションの発生が阻止される。

【００２２】上記実施形態においては装置を簡略化する
という実用上の観点から圧力スイッチ１８を使用した
が、この代わりに圧力センサーを使用して切換時の操作
速度が遅いときは制御信号をゼロにしておいてもよい。
即ち、コントローラ１６は圧力の切換わり時刻と切換わ
り速度を求め、切換わり速度が所定速度よりも遅いとき
は制御信号Ｓを出力しないようにする。中立状態に戻す
速度が緩慢なときにはキャビテーションは生じないの
で、この場合の無駄な油圧エネルギーの消費も阻止する
ことができる。また、図１に示す油圧回路ではドレン油
路５７ｃがキャビテーション防止のために高圧になると
オイルクーラに作動油が流れなくなる。この場合にもオ
イルクーラに一定割合で作動油を流すようにするため
に、図５に示すように、ドレン油圧制御回路１０を油路
７１，７２の分岐点上流に挿入すればよい。

【００２３】図３は本実施形態に使用する可変差圧弁１
２の構成例を示す。図３において、弁本体２０には３個
のポートＡ，Ｂ，Ｃを持っている略Ｔ字形状の油路２１
が設けられている。また、弁本体２０に内部に連通穴２
２ａを持つスリーブ２２がネジによってポートＣ側に螺
合されている。スリーブ２２の入口側端部に接続用口金
２３がネジによって螺合されている。スリーブ２２の連
通穴２２ａにリリーフ弁体２４が摺動自在に間挿され、
ＡポートとＢポートとの間のＬ油路を開閉可能に設けら
れている。リリーフ弁体２４と接続用口金２３との間に
は油室２５を構成するために隙間が設けられている。接
続用口金２３には油室２５に連通するための連通穴２３
ａ（ポートＣ）が設けられている。

【００２４】ポートＡには分岐油路７１の上流側が接続
され、ポートＢにはオイルタンク７５への油路７１（下
流側）が接続され、ポートＣには電磁切換弁１４の出力
油路が接続されている。また、ポートＡの断面積と油室
２５の断面積の比はポートＣにパイロット圧が作用した
ときにリリーフ圧が所定圧（略２気圧）となるように構
成されている。以上の構成により、ポートＣパイロット
油圧が作用したときに差圧が２気圧となり、油タンク圧
が作用している場合には差圧が略ゼロ圧になる。

【００２５】本実施形態は上記した構成及び機能から明
らかなように以下の効果が得られる。即ち、ドレン油圧
制御回路１０の応答速度を速めておくことにより、安定
したキャビテーション防止のための背圧が得られる。ま
た、キャビテーションが発生するおそれのあるときのみ
ドレン油路５７ｃを高圧にしていること及び可変差圧弁
１２の差圧がゼロ圧となるように構成していることか
ら、圧力損失により油圧エネルギーが消費されるのを最
小限に押さえている。これによって、燃料消費量が少な
くなるだけでなく、作動油の温度上昇も防ぐことができ
るという効果が得られる。また、可変差圧弁１２は従来
装置（図７に示す）と異なり、ばねを使用していないこ
とから構成が簡単で、故障も少なくなるという効果も得
られる。

【００２６】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
のではない。例えば、本発明は油圧ポンプに限られず、
油圧シリンダでキャビテーションが発生する場合、例え
ばアーム閉じの動作を急激にした場合等にも利用できる
ものである。

【００２７】

【発明の効果】キャビテーション発生防止のための背圧
の上昇を最低限度に抑えていることから、圧力損失によ
り油圧エネルギー消費が少なくなり、これによって、燃
料消費量が少なくなるという効果が得られる。同時に、
作動油の温度上昇も防ぐことができるという効果が得ら
れる。また、請求項４では、さらに、可変差圧弁がばね
を使用していないことから構成が簡単で、故障も少なく
なるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の全体回路図を示す。

【図２】 本実施形態の要部回路図を示す。

【図３】 本実施形態の可変差圧弁の構成例を示す。

【図４】 本実施形態の変更例を示す。

【図５】 従来装置の油圧回路構成を示す。

【図６】 従来装置の背圧補償弁の構成を示す。

【図７】 別の従来装置の油圧回路図を示す。

【符号の説明】

１０ ドレン油圧制御回路 １２ 可変差圧弁（パイロットリリーフ弁） １４ 電磁切換弁 １６ コントローラ １８ 圧力スイッチ ２０ リモコン弁（旋回油圧モータ用） ５５ 制御弁（旋回油圧モータ用） ５７ｃ ドレン油路（背圧油路、メークアップ油
路） ５８ 油圧モータ ７４ チェック弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータのキャビテーション発生
   を防止した建設機械の油圧回路において、前記アクチュ
   エータの背圧油路を作動油の帰還油路に接続し、該接続
   点の下流側に可変差圧弁を設けると共に、該可変差圧弁
   に電磁切換弁を接続し、該電磁切換弁をコントローラに
   接続し、該コントローラは前記アクチュエータを操作状
   態から停止状態に戻したときに該可変差圧弁の上流側油
   圧と下流側油圧との差圧を所定圧とし、それ以外のとき
   は該差圧をゼロ圧となるように該可変差圧弁を制御する
   ようにしたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 【請求項２】 前記可変差圧弁の下流側にオイルクーラ
   を挿入して油タンクに接続すると共に、該可変差圧弁の
   上流側に分岐油路を設け、該分岐油路にチェック圧弁を
   介して油タンクに接続したことを特徴とする請求項１に
   記載の建設機械の油圧回路。
3. 【請求項３】 前記可変差圧弁の下流側にオイルクーラ
   を挿入して油タンクに接続すると共に、該オイルクーラ
   の上流側に分岐油路を設け、該分岐油路にチェック弁を
   介して油タンクに接続したことを特徴とする請求項１に
   記載の建設機械の油圧回路。
4. 【請求項４】 前記可変差圧弁は、上流側油路と下流側
   油路を連結する油路に該油路を開閉する弁体を設け、該
   弁体の後部と信号ポートとの間に油室を設けて、該信号
   ポートに一定の圧油が作用したときに差圧が前記所定圧
   に設定され、信号ポートに圧油が作用しないときに差圧
   がゼロ圧となるように構成したことを特徴とする請求項
   １〜請求項３の何れか１に記載の建設機械の油圧回路。