JP2006336870A - 油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置全体の小型化を図る。
【解決手段】 ボディに、パイロットチェック弁７と、切換弁１９と、リリーフ弁２１とを組み込むとともに、切換弁がノーマル位置にあるとき、上記第切換弁１９の第１〜３ポート３３〜３５のそれぞれを閉じ、リリーフ弁２１の下流側に設けたオリフィス２２の上流側の圧力作用でスプールが移動したとき、第１ポート３３と第３ポート３５とを開いて、それら第１ポート３３と第３ポート３５とを連通させるとともに、切換弁１９におけるパイロット室１９ａのパイロット圧の作用でメインスプール３２が移動したとき、少なくとも第１，３ポート３３，３５を開いて、それらを連通させる構成にした。
【選択図】 図２

Description

この発明は、油圧ショベル等の油圧作業機器を制御するための油圧制御装置に関する。

図７に、従来の油圧制御装置を示す。この油圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器を制御するためのものである。
ポンプ１は、パイロット室２ａ，２ｂのパイロット圧によって切り換わるコントロールバルブ２を介して、シリンダ３に接続しているが、このコントロールバルブ２のパイロット室２ａ，２ｂに導くパイロット圧は、パイロットバルブ４で制御される。すなわち、このパイロットバルブ４は、操作レバーの傾け方向に応じて、パイロット圧を作用させるパイロット室２ａあるいは２ｂを選択するとともに、その傾け角に応じてパイロット圧の大きさを制御するものである。

そして、上記コントロールバルブ２が、図示の中立位置にあるとき、ポンプ１の吐出量の全量をタンクに還流させるとともに、ポンプ１とシリンダ３との連通を遮断する。そして、コントロールバルブ２が図面左側位置である上昇位置ａに切り換わると、ポンプ２とシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとを連通させ、タンクとシリンダのロッド側の圧力室３ｂとを連通させる。

上記コントロールバルブ２を図面右側位置である下降位置ｂに切り換えると、今度は、ポンプ１とシリンダ３のロッド側の圧力室３ｂとを連通させ、タンクとシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとを連通させる。ただし、コントロールバルブ２とシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとを接続する通路過程には、その上流側から順に負荷保持管路５および負荷保持弁機構６を接続している。

そして、負荷保持管路５に接続した上記負荷保持弁機構６は、パイロットチェック弁７、切換弁９およびオーバーロードリリーフ弁１０からなる。このように負荷保持弁機構６を構成するパイロットチェック弁７は、このパイロットチェック弁７の下流側をシリンダ３のボトム側の圧力室３ａに接続し、通常は、コントロールバルブ２から上記ボトム側の圧力室３ａへの流通のみを許容するものである。ただし、このパイロットチェック弁７には切換弁９を接続し、この切換弁９の切り換え位置に応じて、上記ボトム側の圧力室３ａからコントロールバルブ２への流通を許容できるようにしている。

すなわち、切換弁９を図示の左側位置である遮断位置を保っているときには、パイロットチェック弁７とタンクとの連通を遮断し、右側位置である連通位置に切り換えたとき、パイロットチェック弁７とタンクとを連通させる。そして、上記のように切換弁９を上記遮断位置に保っているときには、パイロットチェック弁７は、チェック機能を発揮して、コントロールバルブ２から上記ボトム側の圧力室３ａへの流通のみを許容する。また、切換弁９を上記連通位置に切り換えたときには、パイロットチェック弁７は、そのチェック機能が解除されて、ボトム側の圧力室３ａからコントロールバルブ２への流通を許容する。

上記のようにした切換弁９は、そのパイロット室９ａを、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂに接続している。したがって、コントロールバルブ２を図面右側位置である下降位置ｂに切り換えたとき、それに同期して切換弁９も、遮断位置から連通位置へ切り換わる。

さらに、上記オーバーロードリリーフ弁１０は、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に接続されているが、このようにしたオーバーロードリリーフ弁１０は、負荷Ｗを保持した状態で、その負荷Ｗ側からシリンダ３に外力が加わったときに、上記ボトム側の圧力室３ａの負荷圧が異常に上昇するのを防ぎ、ショックを吸収するためのものである。

次に、上記従来の油圧制御装置の作用を説明する。
図７に示すように、コントロールバルブ２が中立位置にあれば、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａ及びロッド側の圧力室３ｂのいずれにも、ポンプ１の吐出油は導かれない。
このとき、切換弁９のパイロット室９ａにもパイロット圧は導かれず、切換弁９が遮断位置を保つので、パイロットチェック弁７はチェック機能を発揮する。したがって、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａ側からの流れを阻止して、負荷Ｗをしっかりと保持することができる。

負荷Ｗを上昇させたいときは、パイロットバルブ４からパイロット室２ａにパイロット圧を導いて、コントロールバルブ２を、図面左側の上昇位置ａに切り換える。このときも、切換弁９が遮断位置を保つので、パイロットチェック弁７はチェック機能を発揮する。したがって、ポンプ１の吐出圧が適当に上昇したら、その吐出油がパイロットチェック弁７を開いてシリンダ３のボトム側の圧力室３ａに導かれ、また、シリンダ３のロッド側の圧力室３ｂの作動油がタンクに排出され、負荷Ｗを上昇させることができる。

逆に、負荷Ｗを下降させたいときは、パイロットバルブ４からパイロット室２ｂにパイロット圧を導いて、コントロールバルブ２を、図面右側の下降位置ｂに切り換える。このとき、そのパイロット圧がパイロット室９ａにも導かれるので、切換弁９が連通位置に切り換わり、パイロットチェック弁７のチェック機能を解除する。したがって、上記ボトム側の圧力室３ａの作動油は、パイロットチェック弁７を通過して、コントロールバルブ２の開度に応じてタンクに排出されることになり、負荷Ｗを下降させることができる。

上記従来の油圧制御装置では、油圧ショベルでクレーン作業を行ない、目的物を下降させているようなときに、万が一負荷保持管路５が破損すると、その破損部分から上記ボトム側の圧力室３ａの作動油がいっきに排出されて、この目的物が急下降してしまうことになる。この場合、コントロールバルブ２を中立位置に戻せば、切換弁９が遮断位置に復帰するので、パイロットチェック弁７にチェック機能を発揮させて、目的物の下降を止めることはできる。しかし、目的物は急下降するため、コントロールバルブ２を中立位置に戻す前に完全に落下することがあり、その場合には、この目的物が壊れたりするおそれがある。

また、上記従来の油圧制御装置では、負荷Ｗを保持した状態で、その負荷Ｗ側から外力が加わったときのショックを吸収するため、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に、オーバーロードリリーフ弁１０を接続している。
しかし、負荷保持弁機構６はシリンダ３付近に設置されることが多く、この負荷保持弁機構６に内蔵されたオーバーロードリリーフ弁１０も、作業機器本体側から離れたシリンダ３付近に位置することになる。
一方、タンクは作業機器本体側に設置されることが多い。そのため、上記オーバーロードリリーフ弁１０が作業機器本体側から離れると、このオーバーロードリリーフ弁１０をタンクに接続するための配管がそれだけ長くなってしまう。
特に、オーバーロードリリーフ弁１０は、過負荷圧を逃すためのものであるから、上記配管としては、容量の大きなものを用いなければならない。そのため、その配管が長くなれば、コストアップするとともに大型化してしまう。

この発明の第１の目的は、油圧ショベルでクレーン作業を行ない、目的物を下降させているときなどに、負荷保持管路５が損傷したとしても、その目的物が急下降するのを防ぐことのできる油圧制御装置を提供することであり、第２の目的は、オーバーロードリリーフ弁１０をシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に接続する必要がなく、コストダウン及び小型化を図ることのできる油圧制御装置を提供することである。

第１の発明は、ボディに、パイロットチェック弁と、切換弁と、リリーフ弁とを組み込むとともに、上記パイロットチェック弁は、弁部材をボディに摺動自在に組み込み、この弁部材の一方の面を負荷保持管路に連通するポートに臨ませ、他方の面を、スプリングを介在させた背圧室に臨ませ、背圧室の圧力および上記スプリングのバネ力の合計作用力に対して、上記ポートの圧力作用が打ち勝ったときに上記ポートを、シリンダの圧力室に連通するアクチュエータ通路に連通させる構成にする一方、上記切換弁は、パイロットチェック弁における弁部材の一方の面を臨ませたポートに連通する第１ポートと、上記アクチュエータ通路から分岐した分岐通路およびボディに組み込んだリリーフ弁に連通する第２ポートと、パイロットチェック弁の上記背圧室に連通した第３ポートとを設けるとともに、上記ボディに摺動自在に組み込んだスプールを備え、このスプールは、その一端をパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませ、上記パイロット室のパイロット圧の作用で移動するとともに、上記リリーフ弁の下流側に設けたオリフィスの上流側に発生する圧力作用でも移動する構成にしてなり、切換弁がノーマル位置にあるとき、上記第１〜３ポートのそれぞれを閉じ、所定圧以下の上記パイロット圧の作用でスプールが移動したとき、少なくとも第１，２ポートを開いてそれらを連通させ、所定圧以上の上記パイロット圧の作用でスプールが移動したとき、および上記オリフィスの上流側に発生する所定圧以上の圧力の作用でスプールが移動したとき、少なくとも第１ポートと第３ポートとを開いてそれらを連通させる構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、上記パイロットチェック弁が、アクチュエータ通路と背圧室とを、絞り通路を介して連通する構成にした点に特徴を有する。

第３の発明は、上記切換弁が、第１ポートと第２ポートとを連通させたとき可変絞りを構成するノッチをスプールに設けた点に特徴を有する。

第４の発明は、上記切換弁は、上記パイロット室に導かれた所定圧以上のパイロット圧の作用でスプールが移動したとき、および上記オリフィスの上流側に発生する所定圧以上の圧力の作用でスプールが移動したとき、第２ポートを閉じ、第１ポートと第３ポートとを開いてそれらを連通させる構成にした点に特徴を有する。

第５の発明は、上記スプールをメインスプールとサブスプールとに分けてそれらを直列に配置するとともに、メインスプールとサブスプールとの当接面にサブパイロット室を区画し、このサブパイロット室を、上記リリーフ弁の下流側に設けたオリフィスの上流側に連通させた点に特徴を有する。

第１〜５の発明によれば、パイロットチェック弁、切換弁およびリリーフ弁をボディにすべて組み込めるので、装置全体を小型化できる。特に、リリーフ弁をボディに組み込むとともに、このリリーフ弁が開いたとき、シリンダの圧力室の作動油を逃がしてショックの発生を防止できるとともに、メインとなるオーバーロードリリーフ弁を、例えばポンプ側に設けることができる。このようにオーバーロードリリーフ弁をポンプ側に設けられるので、さらに装置全体を小型化できる。さらに、油圧ショベルでクレーン作業を行い、目的物を下降させているようなときに、万が一、負荷保持管路が損傷したとしても、その目的物が急下降するのを防ぐことができる。

特に、第４の発明によれば、スプールが所定圧以上のパイロット圧で移動したとき、分岐通路を遮断するので、背圧室内の圧力が安定し、負荷の下降速度も安定させることができる。

図１、２に、この発明の油圧制御装置の第１実施例を示す。この第１実施例は、負荷保持弁機構６以外の基本的構成については、上記従来で説明したとほぼ同じである。したがって、以下では、従来の油圧制御装置との相違点を中心に説明するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、上記油圧制御装置の概略を説明するために、図１に示した回路を最初に説明する。

図１に示すように、ポンプ１には、コントロールバルブ２を介して、シリンダ３を接続している。そして、上記コントロールバルブ２とシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとの間には、負荷保持弁機構６を設けている。この負荷保持弁機構６は、パイロットチェック弁７と、切換弁１９と、リリーフ弁２１とからなるものである。なお、これらの構成要素を備えている点は、従来と同様である。

上記のようにして接続したパイロットチェック弁７は弁部材１３を有し、この弁部材１３の先端に第１受圧面１１を形成し、また、側部に第２受圧面１２を形成している。そして、この弁部材１３背面の背圧室１４にスプリング１５を設け、そのスプリング１５の弾性力によって、弁部材１３を弁座１６に着座させている。

弁部材１３が弁座１６に着座した状態では、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａと負荷保持管路５とが遮断される。このとき、弁部材１３の第１受圧面１１には、負荷保持管路５の圧力が作用し、また、第２受圧面１２には、上記ボトム側の圧力室３ａの負荷圧が作用する。そして、上記背圧室１４には、弁部材１３に形成した絞り通路１７を介して、上記のボトム側の圧力室３ａの負荷圧を導いている。
このようにしたパイロットチェック弁７の背圧室１４に、パイロット通路８を接続している。また、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間には、分岐通路１８を接続している。

上記パイロット通路８と分岐通路１８とには、切換弁１９を設けている。この切換弁１９は、負荷保持管路５に連通する第１ポート３３と、分岐通路１８に連通する第２ポート３４と、パイロット通路８に連通する第３ポート３５とを備え、かつ、遮断位置ｘ、第１連通位置ｙ、第２連通位置ｚの３つの位置に切り換えられる構成にしている。そして、遮断位置ｘでは、第１ポート〜第３ポート３３〜３５のすべてを閉じて、パイロット通路８及び分岐通路１８の両方を閉鎖している。また、第１連通位置ｙでは、パイロット通路８を閉じたままであるが、第２ポート３４と第１ポート３３とを開いて、分岐通路１８を可変絞り２０を介して負荷保持管路５に連通する。さらに、第２連通位置ｚでは、第１ポート〜第３ポート３３〜３５を開いて、パイロット通路８及び分岐通路１８の両方を、負荷保持管路５に連通する。

上記切換弁１９は、ノーマル状態で遮断位置ｘにある。そして、パイロット室１９ａに所定圧以下のパイロット圧が導かれると、第１連通位置ｙに切り換わる。さらに、パイロット室１９ａに所定圧を超えるパイロット圧が導かれると、第２連通位置ｚにまで切り換わる。このようにした切換弁１９のパイロット室１９ａには、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂのパイロット圧を導いている。

なお、この第１実施例では、オーバーロードリリーフ弁１０を負荷保持管路５に接続し、従来のようにシリンダ３の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間には接続していない。
そして、負荷保持弁機構６には、オーバーロードリリーフ弁１０に比べて小型のリリーフ弁２１を内蔵し、このリリーフ弁２１を、シリンダ３の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に接続している。さらに、リリーフ弁２１の下流側にオリフィス２２を配置するとともに、このオリフィス２２の上流側の圧力を、上記切換弁１９のパイロット室１９ａ側に導いている。

次に、上記油圧回路の作用を説明する。
図１に示すように、コントロールバルブ２が中立位置にあれば、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａ及びロッド側の圧力室３ｂのいずれにも、ポンプ１の吐出油は導かれない。
このとき、パイロット室１９ａにもパイロット圧は導かれず、切換弁１９が遮断位置ｘを保つ。したがって、パイロットチェック弁７の背圧室１４の圧力は、シリンダ３の圧力室３ａの負荷圧に維持される。背圧室１４がシリンダ３の負荷圧に保たれれば、背圧室１４の負荷圧による圧力作用とスプリング１５の弾性力とによって、弁部材１３が弁座１６に着座した状態を保ち、シリンダ３の圧力室３ａ側からの流れを阻止して、負荷Ｗをしっかりと保持することができる。

負荷Ｗを上昇させたいときは、パイロットバルブ４からパイロット室２ａにパイロット圧を導いて、コントロールバルブ２を、図面左側の上昇位置ａに切り換える。コントロールバルブ２が上昇位置ａに切り換われば、ポンプ１の吐出圧が、パイロットチェック弁７の弁部材１３の第１受圧面１１に作用する。なお、コントロールバルブ２を上記のように上昇位置ａに切り換えたときには、切換弁１９が遮断位置にあるので、パイロットチェック弁７の背圧室１４の圧力は、シリンダ３の負荷圧に維持される。したがって、弁部材１３の第１受圧面１１に作用する圧力作用が、背圧室１４の負荷圧による圧力作用及びスプリング１５の弾性力より大きくなったとき、弁部材１３が弁座１６から離れて、ポンプ１の吐出油をシリンダ３のボトム側の圧力室３ａに導くことになる。

また、コントロールバルブ２が上昇位置ａに切り換われば、シリンダ３の圧力室３ｂの作動油がタンクに排出される。このようにして、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａにポンプの吐出油を導き、かつ、ロッド側の圧力室３ｂの作動油をタンクに排出されるので、負荷Ｗを上昇させることができる。

逆に、負荷Ｗを下降させるときには、パイロットバルブ４からパイロット室２ｂにパイロット圧を導いて、コントロールバルブ２を、図面右側の下降位置ｂに切り換える。このようにコントロールバルブ２を下降位置ｂに切り換えると、パイロット圧がパイロット室１９ａにも導かれるので、コントロールバルブ２の下降位置ｂへの切り換えに同期して切換弁１９も切り換わることになる。

いま、切換弁１９のパイロット室１９ａに作用するパイロット圧が所定圧以下であれば、切換弁１９は第１連通位置ｙに切り換わるとともに、この第１連通位置ｙにおいてはパイロット通路８を閉じた状態に保つ。このようにパイロット通路８が閉じていれば、パイロットチェック弁７の背圧室１４の圧力は、シリンダ３の負荷圧に維持される。したがって、この背圧室１４の負荷圧による圧力作用とスプリング１５の弾性力とによって、弁部材１３は弁座１６に着座した状態を保ち、パイロットチェック弁７は、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａ側からの流れを阻止する。

ただし、この第１連通位置ｙでは、分岐通路１８を絞り２０を介して負荷保持管路５に連通するので、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａの作動油は、分岐通路１８から、絞り２０を介してコントロールバルブ２ヘと導かれる。したがって、シリンダ３の圧力室３ａの作動油は、絞り２０の開度とコントロールバルブ２の開度とに応じてタンクに排出されることになり、負荷Ｗをゆっくりと下降させることができる。

それに対して、パイロット圧が所定圧を超えていれば、切換弁１９は第２連通位置ｚにまで切り換わる。この第２連通位置ｚでは、パイロット通路８を負荷保持管路５に連通するので、絞り通路１７前後で差圧が発生し、この差圧の分だけ背圧室１４の圧力が低くなる。そのため、背圧室１４の圧力作用によって弁部材１３に与えられる閉じ方向の力が弱くなる。

そして、この背圧室１４による作用力およびスプリング１５の弾性力に、第２受圧面１２にシリンダ３の負荷圧が作用することによって生じる力が打ち勝つと、弁部材１３が弁座１６から離れることになる。このように弁部材１３が弁座１６から離れれば、上記ボトム側の圧力室３ａから戻される作動油のほとんどは、このパイロットチェック弁７を通過して、コントロールバルブ２からタンクに排出されることになる。つまり、切換弁１９が第２連通位置ｚにある状態は、上記従来の油圧制御装置においてパイロットチェック弁７が開いた状態と実質的に同じものとなる。

ここで、パイロット室１９ａに導かれるパイロット圧と、油圧ショベルの作業状況との関係について説明する。
油圧ショベルでクレーン作業を行ない、目的物を下降させるような場合は、ゆっくりと下降させるために、コントロールバルブ２をわずかに下降位置ｂに切り換えるだけである。このようにコントロールバルブ２をわずかに切り換えるためには、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂに導くパイロット圧を、所定圧以下の範囲で発生させることになる。

すなわち、クレーン作業を行ない、目的物を下降させるような場合には、切換弁１９のパイロット室１９ａに導かれるパイロット圧も所定圧以下であり、切換弁１９は、第１連通位置ｙまでしか切り換わらない。そして、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときに、負荷保持管路５が万が一損傷したとしても、その損傷部分よりも上流側に絞り２０があるので、シリンダ３の上記圧力室３ａの作動油が、負荷保持管路５の損傷部分からいっきに排出されるのを防ぐことができる。したがって、目的物が急下降するのを防止して、この目的物が壊れたりするのを防ぐことができる。

それに対して、油圧ショベルで地面の掘削作業や地ならし作業を行なうような場合には、大流量が必要とされるので、コントロールバルブ２を大きく下降位置に切り換える。したがって、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂに導くパイロット圧は、所定圧を超える範囲で発生させることになる。

すなわち、地面の掘削作業や地ならし作業を行なうような場合には、切換弁１９のパイロット室１９ａに導かれるパイロット圧も所定圧を超え、切換弁１９は第２連通位置ｚにまで切り換わることになる。切換弁１９が第２連通位置ｚにあるとき、万が一負荷保持管路５が損傷すると、従来の油圧制御装置と同じく、シリンダ３の圧力室３ａの作動油が、負荷保持管路５の損傷部分からいっきに排出される。ただし、この場合は、地面の掘削作業や地ならし作業に必要とされる力が発揮されなくなるだけで、クレーン作業のように、目的物が急下降するような問題は生じない。

なお、コントロールバルブ２の下降位置ｂにおける開度Ｔと、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときの絞り２０の開度ｔとの関係は、負荷Ｗの下降スピードをどう設定するかによってある程度決められてしまう。そういった中で、これら開度Ｔ、ｔの相対的な大きさの関係については、例えば次のようにして決めてもよい。負荷保持管路５が損傷した場合でも、シリンダ３の圧力室３ａの作動油が排出されるのを防ぐといった意味では、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときの絞り２０の開度ｔを小さくしておくのがよい。すなわち、開度Ｔ≧開度ｔであるのが望ましいといえる。

一方で、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときに、その絞り２０の開度ｔを小さくするということは、ボトム側の圧力室３ａの作動油が、主にこの絞り２０によって制御されることを意味する。そのため、切換弁１９が第２連通位置ｚに切り換わると、第１連通位置ｙでは主に絞り２０の開度ｔで制御されていたボトム側の圧力室３ａが、急にコントロールバルブ２の開度Ｔだけで制御されることになり、流量変動が大きくなってしまう。

以上のことを考慮すれば、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときは、開度Ｔ≧開度ｔとしておき、切換弁１９が第１連通位置ｙから第２連通位置ｚに移行する前の位置で開度Ｔ＜開度ｔとなるような特性を持たせることができれば、最も望ましいといえる。

また、上記第１実施例の油圧制御装置では、負荷Ｗを保持しているとき、すなわち、コントロールバルブ２が中立位置にあるときに、その負荷Ｗ側から外力が加わると、シリンダ３の圧力室３ａの負荷圧が上昇して、リリーフ弁２１を開く。したがって、オリフィス２２の上流側に圧力が発生し、その圧力が、切換弁１９のパイロット室１９ａ側に導かれる。

上記のようにパイロット室１９ａ側にオリフィス２２の上流側の圧力が導かれると、上記切換弁１９は第２連通位置ｚにまで切り換わるようセッティングされている。そして、切換弁１９が第２連通位置ｚにまで切り換われば、パイロットチェック弁７を開いて、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａをオーバーロードリリーフ弁１０側に連通させることができる。したがって、オーバーロードリリーフ弁１０を、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に接続しなくても、負荷Ｗ側から外力が加わったときのショックを吸収し、負荷圧が異常に上昇するのを防ぐことができる。

このようにした第１実施例では、リリーフ弁２１を設けたので、オーバーロードリリーフ弁１０を、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間でなく、負荷保持管路５に接続できるので、このオーバーロードリリーフ弁１０を、タンクが設置されている作業機器本体付近に設置することができる。したがって、オーバーロードリリーフ弁１０をタンクに接続するための配管も短くてすみ、コストダウン及び小型化を図ることが可能となる。

もちろん、負荷保持弁機構６に内蔵したリリーフ弁２１を、作業機器本体側に設置されたタンクに接続するための配管は必要となる。ただし、このリリーフ弁２１は、オリフィス２２の上流側に圧力を発生させるためのもので、オーバーロードリリーフ弁１０に比べれば非常に小型のものである。したがって、このリリーフ弁２１をタンクに接続するための配管は容量の小さなものでよく、大型化するのを避けることができる。

図２は、上記第１実施例の回路構成を具体的に示したもので、以下では、図１の回路図で示される構成要素については、同一の符号を付して説明する。

第１ボディ２３には、図１に示した負荷保持管路５に連通するポート２４と、同じく図１に示したシリンダ３のボトム側の圧力室３ａに連通するアクチュエータ通路２５とを形成している。そして、この第１ボディ２３に摺動孔２６を形成し、弁部材１３を摺動自在に組み込んでいる。この弁部材１３の先端には第１受圧面１１を形成し、また、弁部材１３の側部には段部状の第２受圧面１２を形成している。

さらに、摺動孔２６をバネ受け部材２７で閉塞し、弁部材１３背面に背圧室１４を形成している。そして、この背圧室１４に設けたスプリング１５の弾性力を、弁部材１３に作用させ、弁部材１３が弁座１６に着座して、ポート２４とアクチュエータ通路２５とを遮断する構成にしている。この状態では、弁部材１３の第１受圧面１１にポート２４に連通する負荷保持管路５の圧力が作用し、第２受圧面１２には、アクチュエータ通路２５に連通するシリンダ３の圧力室３ａの負荷圧が作用する。

さらに、上記背圧室１４には、弁部材１３に形成した連通路２８を介して、シリンダ３の圧力室３ａの負荷圧を導いているが、この連通路２８の途中には、絞り部材２９を組み込んでいる。すなわち、これら連通路２８と絞り部材２９とが相まって、図１の絞り通路１７を構成する。なお、第１ボディ２３には分岐通路１８を形成し、この分岐通路１８に、シリンダ３の圧力室３ａからアクチュエータ通路２５を経由した圧油が流通するようにしている。

上記第１ボディ２３には、第２ボディ３０を固定している。そして、この第２ボディ３０に、切換弁１９とリリーフ弁２１とを組み込んでいるが、まず、切換弁１９の具体的な構造について説明する。

上記第２ボディ３０にはスプール孔３１を形成し、このスプール孔３１にメインスプール３２を摺動自在に組み込んでいる。そして、上記第２ボディ３０の中央付近に第１ポート３３を形成し、この第１ポート３３を、図１に示すように負荷保持管路５に接続している。また、図２において第１ポート３３の右側には、分岐通路１８に連通する第２ポート３４を形成している。さらに、図２において第１ポート３３の左側には、パイロット通路８に連通する第３ポート３５を形成している。

第２ボディ３０の図面右端にはキャップ３６を組み付け、スプール孔３１の端部にスプリング室３７を形成している。そして、このスプリング室３７に設けたスプリング３８の弾性力を、メインスプール３２に作用させている。なお、このスプリング室３７を、第２ボディ３０に形成したタンク通路３９に連通させている。また、キャップ３６にはアジャスタ４０を組み付けておき、スプリング３８のイニシャル荷重を自由に変更できるようにしている。

第２ボディ３０の図面左端にはキャップ４１を設け、スプール孔３１の端部にパイロット室１９ａを形成している。ただし、このパイロット室１９ａには、メインスプール３２の端部を直接臨ませるのではなく、メインスプール３２に隣接させたサブスプール４２の端部を臨ませている。つまり、メインスプール３２とサブスプール４２とを直列に配置するとともに、このサブスプール４２の端面をパイロット室１９ａに臨ませている。そして、メインスプール３２とサブスプール４２との当接面にはサブパイロット室を区画しているが、このサブパイロット室に圧力が作用したとき、先ずサブスプール４２がキャップ４１方向に移動する。ただし、サブスプール４２の移動量はキャップ４１によって規制される。すなわち、キャップ４１がストッパーの機能を発揮し、サブスプール４２が上記キャップ４１方向にはほとんど移動できないようにしている。このようにしたサブスプール４２は、次の二つの機能を持っている。すなわち、パイロット室１９ａにパイロット圧が導かれたときに、メインスプール３２と一体となって移動する機能と、メインスプール３２とサブスプール４２との当接面に圧力が作用したとき、サブスプール４２がストッパーであるキャップ４１に移動を規制されながら、メインスプール３２をサブスプール４２の移動方向とは反対方向に移動させる機能とである。

また、上記パイロット室１９ａは、キャップ４１に形成したパイロットポート４３を介してパイロット圧を導くが、このパイロットポート４３は、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂに連通させている。したがって、このパイロット室１９ａには、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂのパイロット圧が導かれることになる。
いま、図２に示すように、メインスプール３２がノーマル状態にあれば、第１ポート３３と第２ポート３４、および第１ポート３３と第３ポート３５との連通が遮断される。この状態では、パイロット通路８及び分岐通路１８の両方が閉じられて、切換弁１９が遮断位置ｘに保たれる。

上記ノーマル状態から、パイロット室１９ａにパイロット圧が導かれると、そのパイロット圧がサブスプール４２の端面に作用する。したがって、このサブスプール４２に押される恰好でメインスプール３２がスプリング３８に抗して移動し、ノッチ４４を介して第１ポート３３と第２ポート３４とが連通する。そして、第１ポート３３と第２ポート３４とがノッチ４４を介して連通するということは、図１の回路図においては、分岐通路１８が絞り２０を介して負荷保持管路５に連通するということであり、切換弁１９が第１連通位置ｙに切り換わったことになる。

さらにメインスプール３２が移動すると、第１ポート３３が、第２ポート３４だけでなく、環状溝４５を介して第３ポート３５にも連通する。そして、第１ポート３３と第３ポート３５とが連通するということは、パイロット通路８が負荷保持管路５に連通するということであり、切換弁１９が第２連通位置ｚにまで切り換わったことになる。

次に、リリーフ弁２１の具体的な構造について説明する。
第２ボディ３０には組み付け孔４６を形成し、この組み付け孔４６を上記第２ポート３４に連通させている。そして、この組み付け孔４６に、バルブ保持部材４７を挿入固定するとともに、このバルブ保持部材４７の内部には、ポペット４８を組み込んでいる。そして、ポペット４８にスプリング４９の弾性力を作用させて、このポペット４８を、バルブ保持部材４７内に形成した弁座５０に着座させている。

また、第２ボディ３０には、ポペット４８の背面側の圧力を上記タンク通路３９に導く第１連絡通路５１を形成し、この第１連絡通路５１の途中に、オリフィス２２を構成する絞り部材５２を設けている。さらに、この第２ボディ３０には、上記組み付け孔４６を挟んで第１連絡通路５１と反対側に、第２連絡通路５３を形成するとともに、この第２連絡通路５３の一端を第１連絡通路５１に連通させ、他端をスプール孔３１に開放させている。そして、メインスプール３２がノーマル状態にあるとき、図２に示すように、第２連絡通路５３の開口部分に、メインスプール３２とサブスプール４２との当接部分であるパイロット室が位置するようにしている。

前述したように、負荷Ｗを保持しているとき、すなわち、コントロールバルブ２がノーマル状態にあるときに、その負荷Ｗ側から外力が加わると、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａの負荷圧が上昇する。したがって、分岐通路１８の圧力が上昇して、その圧力作用によってポペット４８が弁座５０から離れる。そして、ポペット４８が弁座５０から離れると、分岐通路１８の作動油がポペット４８の背面側に流れるとともに、第１連絡通路５１に導かれて、絞り部材５２の上流側に圧力が発生する。

上記のようにして絞り部材５２の上流側に発生した圧力は、第２連絡通路５３から前記サブパイロット室に導かれて、サブスプール４２とメインスプール３２との両方に作用する。したがって、サブスプール４２とメインスプール３２とは、互いに離れる方向に移動して、メインスプール３２が、第１ポート３３と第３ポート３５とを連通する第２連通位置ｚにまで切り換わることになる。

上記のようにした第１実施例においては、リリーフ弁２１が開いて絞り部材５２に設けたオリフィス２２の上流側に圧力が発生したとき、その圧力がメインスプール３２に直接作用する。しかし、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂにおけるパイロット圧、言い換えるとパイロット室１９ａに導かれたパイロット圧は、サブスプール４２を介してメインスプール３２に作用することになる。

上記のようにした図２に示した具体的な構成において、前記図１において説明した作用効果をすべて達成することができる。

図３，４に示した第２実施例は、次の点で第１実施例と異なるのみである。すなわち、この第２実施例では、第１実施例の絞り通路１７を可変絞り通路５７とする一方、切換弁１９の第２連通位置ｚにおいて可変絞り５８を介して第３ポート３５と第１ポート３３とを連通させ、かつ、パイロットチェック弁７の弁部材１３にノーズ部６５を設けたことが第１実施例と異なる点である。上記以外の構成は第１実施例と同様である。

そして、図３に示すように、パイロットチェック弁７は、その背圧室１４とシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとを、可変絞り通路５７を介して連通している。この可変絞り通路５７の具体的構成は、図４に示すとおりである。すなわち、パイロットチェック弁７の弁部材１３の摺動面には、軸方向溝５９と、この軸方向溝５９に連通するテーパ溝６０とを形成し、このテーパ溝６０と、摺動孔２６の上部に形成した段部６１とが相まって可変絞り６２を構成している。そして、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａの作動油を、アクチュエータ通路２５から軸方向溝５９および可変絞り６２を介して背圧室１４に導くようにしている。つまり、この可変絞り６２は図３の回路図における可変絞り通路５７を構成するものである。

上記可変絞り６２の開度は、図示するように、弁部材１３を弁座１６に押しつけた状態で最小となり、弁部材１３が上方に押し上げられるにしたがって大きくなるようにしている。つまり、パイロットチェック弁７の開度に応じて可変絞り６２の開度も大きくなるようにしている。このように可変絞り６２の開度をパイロットチェック弁７の開度に対応させたのは、パイロットチェック弁７が一気に開かないようにするためである。その理由を以下に説明する。

パイロットチェック弁７は、可変絞り６２の前後に生じる差圧によって開くものであるが、この差圧というのは、可変絞り６２の開度に反比例する。そのため、パイロットチェック弁７を開くときに、可変絞り６２の開度が増加するようにしておけば、パイロットチェック弁が開けば開くほど、可変絞り６２の前後の差圧が小さくなって、パイロットチェック弁７を開こうとする力が弱くなる。
したがって、上記したように、パイロットチェック弁７が一気に開いたりせず、その開口面積は、緩やかに増加することになる。このようにパイロットチェック弁の開口面積が、緩やかに増加すれば、アクチュエータ通路２５側からポート２４側に大流量が一気に流れ込んだりしない。

一方、図３に示すように、切換弁１９は、その第２連通位置ｚにおいて、負荷保持管路５とシリンダ３のボトム側の圧力室３ａとを可変絞り５８を介して連通するようにしている。ただし、この可変絞り５８の開口面積は、背圧室１４と負荷保持管路５とを連通する絞り２０の開口面積よりも小さくしている。なぜなら、可変絞り５８は、可変絞り通路５７の前後に、所定の差圧を発生させるだけの流量を流すことができればいいからである。これに対して絞り２０は、その開度があまり小さいと、シリンダ３の下降速度が極端に遅くなってしまうので、ある程度の大きさを必要としている。

また、上記可変絞り５８は、図４に示すように、切換弁１９のメインスプール３２のランド部６３に形成したノッチ６４によって構成している。このノッチ６４は、図示のノーマル状態からメインスプール３２が図面右方向に移動すると、第１ポート３３と第３ポート３５とを連通して、背圧室１４の圧油を、第１ポート３３に連通する負荷保持管路５に導く。

さらに、図４に示すように、パイロットチェック弁７の弁部材１３の先端には、内部に流路６５ａを備えた円筒形のノーズ部６５を設けている。このノーズ部６５の基端側には、上記流路６５ａに連通する開口面積の小さい小孔６６を複数形成し、ノーズ部６５の先端側には、上記流路６５ａに連通する開口面積の大きい大孔６７を複数形成している。

上記のように孔６６，６７を備えたノーズ部６５は、図示の状態から弁部材１３が押し上げられると、この弁部材１３と一体的に上方に移動して、最初に小孔６６をアクチュエータ通路２５側に開口し、次に大孔６７をアクチュエータ通路２５側に開口する。つまり、弁部材１３の押し上げ量が多いほど、ポート２４とアクチュエータ通路２５との連通面積が大きくなり、ポート２４とアクチュエータ通路２５とを通過する流量も増える。

そして、この弁部材１３の押し上げ量というのは、シリンダ３を下降させるとき、すなわち可変絞り通路５７前後の差圧でパイロットチェック弁７が開くときに、小孔６６だけがアクチュエータ通路２５に開口するように設定し、シリンダ３を上昇させるとき、すなわち第１受圧面１１にポンプ圧が作用したときに、小孔６６および大孔６７がアクチュエータ通路２５に開口するようにしている。

そして、この第２実施例では、上記したように可変絞り通路５７前後の差圧が、パイロットチェック弁７が開けば開くほど小さくなるようにしたので、このパイロットチェック弁７の開口面積は緩やかに増加する。したがって、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａから、大量の作動油がパイロットチェック弁７を介して負荷保持管路５側に一気に流れ込むのを防止できる。このようにボトム側の圧力室３ａの作動油が一気に流れ込むのを防止すれば、パイロットチェック弁７が開くときに生じるショックもなくなる。つまり、この第２実施例によれば、パイロットチェック弁７が一気に開くのを規制できるので、それが開くときに生じやすかったショックを緩和できる。

また、上記のようにシリンダ３を下降させる場合、図４に示すノーズ部６５の小孔６６だけがアクチュエータ通路２５側に開口するので、この状況で負荷保持管路５が損傷したとしても、ボトム側の圧力室３ａから排出される流量は、小孔６６の開口面積分に抑えることができる。このようにボトム側の圧力室３ａから排出される流量を少なく抑えることで、シリンダ３に設けた負荷Ｗが急激に落下するのを防ぐことができる。

なお、コントロールバルブ２を上昇位置ａに切換えた場合には、上記したように大孔６７もアクチュエータ通路２５側に開口するように弁部材１３の押し上げ量を設定しているので、ポンプ１からの圧油は、小孔６６の開口面積と大孔６７の開口面積とを合計した分の流量がボトム側の圧力室３ａに供給されることになる。したがって、シリンダ３の負荷Ｗを、素早く上昇させることができる。

図５，６に示した第３実施例は、上記第２実施例における切換弁１９の第２連通位置ｚの構成を変えたものであり、その他の構成については第２実施例と全く同じである。そして、図５に示すように、この第３実施例では、切換弁１９を第２連通位置ｚに切り換えると、パイロットチェック弁７の背圧室１４と負荷保持管路５とを、図６に示したノッチ６９からなる可変絞り５８を介して連通する一方で、分岐通路１８を遮断するようにしている。

また、上記切換弁１９の第２連通位置ｚは、図６に示すように、メインスプール３２のランド部６８に形成したノッチ６９を、環状溝７１側に連通させないことで構成している。すなわち、このノッチ６９は、図示するノーマル状態から図面右方向に移動すると、第１ポート３３と第２ポート３４とを連通するが、さらにメインスプール３２が右方向に移動すると、ランド部６８によって第１ポート３３と第２ポート３４との連通が遮断される。このように第１ポート３３と第２ポート３４との連通が遮断されたときには、図面左側のノッチ６４を介して第１ポート３３と第３ポート３５とが連通するようにしている。

今、切換弁１９を第２連通位置ｚに切り換えたときに、もし、第１連通位置ｙのように絞り２０を介して分岐通路１８が連通したままであれば、ボトム側の圧力室３ａからの作動油は、分岐通路１８とパイロットチェック弁７とを介して排出される。しかし、絞り２０の開度は、上記したように可変絞り５８の開度よりも大きいため、この絞り２０を作動油が流れる際に生じる圧力損失分が、パイロットチェック弁７の背圧室１４に背圧として作用する。そのため、背圧室１４内の圧力が不安定になる。

しかも、背圧室１４内の圧力は、パイロットチェック弁７の開度を決める要素の１つなので、背圧室１４の圧力が不安定だと、パイロットチェック弁７の開度も安定しない。パイロットチェック弁７の開度が安定しないと、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａから排出される流量も一定ではないので、負荷Ｗの下降速度が不安定になるという不都合が生じる。

しかし、この第３実施例のように、切換弁１９の第２連通位置ｚで、分岐通路１８を遮断すれば、背圧室１４内の圧力が安定するので、負荷Ｗの下降速度が変化するという問題がなくなる。

なお、上記第２，３実施例でも、前記第１実施例と同様に、切換弁１９が第１連通位置ｙにあるときに、万が一負荷保持管路５が損傷したとしても、その損傷部分よりも上流側に絞り２０があるので、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａの作動油が、負荷保持管路５の損傷部分からいっきに排出されるのを防ぐことができる。したがって、目的物が急下降するのを防止して、この目的物が壊れたりするのを防ぐことができる。

また、保持している負荷Ｗに外力が加わったとしても、パイロットチェック弁７およびオーバーロードリリーフ弁１０の機能によって、回路内に生じるショックを吸収できる。
さらに、オーバーロードリリーフ弁１０を、シリンダ３のボトム側の圧力室３ａとパイロットチェック弁７との間に接続しなくてよいので、装置のコストダウン及び小型化を図ることができる。

第１実施例の油圧制御装置を示す回路図である。 第１実施例の断面図である。 第２実施例の油圧制御装置を示す回路図である。 第２実施例の断面図である。 第３実施例の油圧制御装置を示す回路図である。 第３実施例の断面図である。 従来の油圧制御装置を示す回路図である。

符号の説明

１ ポンプ
３ シリンダ
３ａ ボトム側の圧力室
５ 負荷保持管路
７ パイロットチェック弁
１４ 背圧室
１８ 分岐通路
１９ 切換弁
１９ａ パイロット室
２１ リリーフ弁
２２ オリフィス
２３ 第１ボディ
２４ ポート
２５ アクチュエータ通路
３０ 第２ボディ
３２ メインスプール
３３〜３５ 第１〜３ポート
３７ スプリング室
４２ サブスプール
４４ ノッチ
５７ 可変絞り通路
６４ ノッチ

Claims (5)

1. ボディに、パイロットチェック弁と、切換弁と、リリーフ弁とを組み込むとともに、上記パイロットチェック弁は、弁部材をボディに摺動自在に組み込み、この弁部材の一方の面を負荷保持管路に連通するポートに臨ませ、他方の面を、スプリングを介在させた背圧室に臨ませ、背圧室の圧力および上記スプリングのバネ力の合計作用力に対して、上記ポートの圧力作用が打ち勝ったときに上記ポートを、シリンダの圧力室に連通するアクチュエータ通路に連通させる構成にする一方、上記切換弁は、パイロットチェック弁における弁部材の一方の面を臨ませたポートに連通する第１ポートと、上記アクチュエータ通路から分岐した分岐通路およびボディに組み込んだリリーフ弁に連通する第２ポートと、パイロットチェック弁の上記背圧室に連通した第３ポートとを設けるとともに、上記ボディに摺動自在に組み込んだスプールを備え、このスプールは、その一端をパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませ、上記パイロット室のパイロット圧の作用で移動するとともに、上記リリーフ弁の下流側に設けたオリフィスの上流側に発生する圧力作用でも移動する構成にしてなり、切換弁がノーマル位置にあるとき、上記第１〜３ポートのそれぞれを閉じ、所定圧以下の上記パイロット圧の作用でスプールが移動したとき、少なくとも第１，２ポートを開いてそれらを連通させ、所定圧以上の上記パイロット圧の作用でスプールが移動したとき、および上記オリフィスの上流側に発生する所定圧以上の圧力の作用でスプールが移動したとき、少なくとも第１ポートと第３ポートとを開いてそれらを連通させる構成にした油圧制御装置。
2. 上記パイロットチェック弁は、アクチュエータ通路と背圧室とを、絞り通路を介して連通する構成にした請求項１記載の油圧制御装置。
3. 上記切換弁は、第１ポートと第２ポートとを連通させたとき可変絞りを構成するノッチをスプールに設けてなる請求項１または２記載の油圧制御装置。
4. 上記切換弁は、上記パイロット室に導かれた所定圧以上のパイロット圧の作用でスプールが移動したとき、および上記オリフィスの上流側に発生する所定圧以上の圧力の作用でスプールが移動したとき、第２ポートを閉じ、第１ポートと第３ポートとを開いてそれらを連通させる構成にした請求項１〜３のいずれか１に記載の油圧制御装置。
5. 上記スプールをメインスプールとサブスプールとに分けてそれらを直列に配置するとともに、メインスプールとサブスプールとの当接面にサブパイロット室を区画し、このサブパイロット室を、上記リリーフ弁の下流側に設けたオリフィスの上流側に連通させた請求項１〜４のいずれか１に記載の油圧制御装置。

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