JP2009243669A - ホールディングコントロール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】開口開始ポイントがずれることのない、パイロットチェック弁、切換弁およびリリーフ弁を備える、ホールディングコントロール弁を提供する。
【解決手段】被作動体１の圧力室に連結されるパイロットチェック弁と、パイロット圧の導入によって動作するスプール７０を備えた切換弁７と、リリーフ油の出口側が切換弁７のパイロット圧５ｂの導入部側に連結されるリリーフ弁８とを含む。スプール７０は、パイロット圧５ｂの導入に伴い動作するスプール径よりも大径のピストン７１によってストロークするように構成され、ピストン７１は、パイロット圧５ｂを受圧するパイロットピストン７３と、リリーフ弁８が作動したときに排出されるリリーフ油の圧力を受圧するようスプール７０に近接して配置されたリリーフ作動ピストン７２とに分割され、リリーフ油はパイロットピストン７３とリリーフ作動ピストン７２との間に導入されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、油圧ショベル等の油圧作業機器における被作動体（シリンダ装置）を作動させるための油圧制御回路に用いられるホールディングコントロール弁に関する。

典型的な先行技術は、たとえば特許文献１に示されている。この特許文献１には、前記ホールディングコントロール弁を備えた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回路が開示されている。この油圧制御回路は、ポンプと、ポンプに連通したコントロールバルブと、このコントロールバルブに負荷保持管路を介して接続されるパイロットチェック弁と、圧力室がパイロットチェック弁に接続されるシリンダ装置とを備える。

上記パイロットチェック弁には、シリンダ装置の上記圧力室に連通する背圧室が設けられる。また、上記コントロールバルブは、中立位置にあるとき、シリンダ装置をポンプから遮断し、上昇位置に切換わったとき、シリンダ装置の圧力室にポンプの吐出油を導いて負荷を上昇させ、また、下降位置に切換わったとき、シリンダ装置の圧力室の作動油を排出して負荷を下降させる構成とされている。さらに、上記コントロールバルブを上昇位置あるいは下降位置に切換えるためのパイロット圧を制御するパイロット圧制御手段（操作レバー）を設け、パイロットチェック弁の背圧室の圧力がシリンダ装置の圧力室の負荷圧となっているとき、このパイロットチェック弁によってシリンダ装置の圧力室側からの作動油の流れを阻止し、パイロットチェック弁の背圧室の作動油を排出したとき、このパイロットチェック弁が開いてシリンダ装置の圧力室側からの作動油の流れを許容し得るようになされている。

そして、シリンダ装置の圧力室とパイロットチェック弁との間に接続した連結路と、ノーマル状態で連結路を遮断し、切換わった状態で連結路を開くとともに絞りを介してシリンダ装置の圧力室を負荷保持管路とを連通する第１切換手段と、ノーマル状態で、パイロットチェック弁の背圧室の圧力をシリンダ装置の圧力室の負荷圧に維持し、切換わった状態で背圧室の作動油を排出する第２切換手段とを備え、これら第１、２切換手段を、コントロールバルブを下降位置に切換えるためのパイロット圧によって切換える構成とし、しかも、そのパイロット圧が所定圧以下であれば、第１切換手段だけが切換わり、このパイロット圧が所定圧を超えれば、第１切換手段とともに第２切換手段も切換わるよう構成されている。

前記第１，２切換手段は、コントロールバルブからのパイロット圧の導入によって、スプールをスプリング力（圧）に抗して動作させるようにした切換弁によって構成されている。また、シリンダ装置の圧力室とパイロットチェック弁との連結路から分岐する分岐路にリリーフ弁が配設され、このリリーフ弁は、そのリリーフ油の出口側が絞り部材を介してドレーンタンクに連結されるとともに、絞り部材の上流側において分岐して前記切換弁のパイロット圧の導入部側スプール孔に連通されている。

このような構成において、シリンダ装置の負荷を一定状態に保持しているとき、すなわちコントロールバルブをノーマル状態に維持しているときに、シリンダ装置に外力が加わると、シリンダ装置の圧力室の負荷圧が上昇し、リリーフ弁が作動してリリーフ油がリリーフ弁より流出する。この流出側（出口側）は絞り部材の存在によって、絞り部材の上流側に圧力が発生する。絞り部材の上流側で発生した圧力は、前記スプール孔に導かれる。リリーフ弁からこのスプール孔への導入口は、スプールと、スプールに近接配置されたピストンとの隣接部分に位置しており、スプール孔に導かれた前記リリーフ弁からのリリーフ油による圧力は、この隣接部分においてスプールとピストンとに作用することになる。したがって、スプールとピストンとは互いに離れる方向に移動し、切換弁の第２切換手段が切換って、シリンダ装置の圧力室からの油をコントロールバルブに流すように構成されている。

特許第３９１９３９９号公報

図７は、上記油圧制御回路に組み込まれた切換弁におけるパイロット圧およびリリーフ油の導入部を含む部分の構造を概念的に示す図である。図７において、切換弁Ａのスプール孔Ｂにはその軸線に沿ってスライド可能にスプールＣが嵌挿保持されている。スプール孔Ｂの一端側はプラグＤが螺合されて封止されている。このプラグＤとスプールＣとの間には、スプールＣよりも大径のピストンＥが介在され、ピストンＥとプラグＤとの間がコントロールバルブ（図示せず）から導入されるパイロット圧Ｐの受圧部とされている。また、ピストンＥとスプールＣとの間の空域に、シリンダ装置Ｆに連結されたリリーフ弁Ｇからのリリーフ油Ｇ１が導入され、この空域部がリリーフ作動時の受圧部とされている。ピストンＥには、パイロット圧Ｐの受圧部からリリーフ作動時の受圧部に至る連通路Ｅ１が形成され、該連通路Ｅ１は途中にオリフィスＥ２を備えている。

なお、図７における前記導入部を含む部分以外の切換弁の構造および油圧制御回路の構成は特許文献１の図２および図１に示される構成と略同様であるので、その説明は省略する。

上記のような構造の切換弁において、導入されたパイロット圧ＰによってピストンＥが押し上げられ、スプールＣは大径のピストンＥによって押圧されて第１切換手段に切換る。さらにパイロット圧力Ｐが上昇して所定圧力を超えれば、第１切換手段とともに第２切換手段も切換わる。また、リリーフ油Ｇ１が導入されても、リリーフ油Ｇ１の油圧が付加されてスプールＣは第２切換手段に切換わる。そして、シリンダ装置Ｆが高負荷（高圧）状態となると、リリーフ弁Ｇが前漏れ（設定圧力以下の圧力で通過流量が増加する現象）を生じ、前記絞り部材による圧力損失が発生する。このような圧力損失の発生によって、パイロット圧と対抗する油圧力が発生することで、パイロット圧に追従せず前記第１および第２切換手段の開口開始ポイントがずれてしまう問題点があった。

図８は、シリンダ装置のボトム側に３０ＭＰａが発生している状態を模擬した状態で、パイロット圧Ｐを負荷した場合のパイロット圧Ｐと、シリンダポート圧と、切換弁およびパイロットチェック弁を通過する流量の関係について実測した結果をグラフにしたものである。図８において実線は切換弁およびパイロットチェック弁を通過する流量の変化を、破線はシリンダポート圧の変化を示している。図８から理解されるとおり、流量増加側は、開口ポイントの設定値１ＭＰａを過ぎても流量変化が少なく、１．６ＭＰａ付近から増加を始め、流量減少側は、１ＭＰａを超えて低下しても０Ｌ／ｍｉｎにならない。このことはパイロット圧Ｐに対する追従性が悪く、上記開口開始ポイントがずれることを意味している。

本発明の目的は、開口開始ポイントがずれることのない、パイロットチェック弁、切換弁およびリリーフ弁を備える、ホールディングコントロール弁を提供することである。

本発明に係るホールディングコントロール弁は、被作動体を作動させるための油圧制御回路に用いられるホールディングコントロール弁であって、
前記被作動体の圧力室に連結されるパイロットチェック弁と、
前記パイロットチェック弁の背圧室の圧力が前記被作動体の圧力室の負荷圧となっているとき、パイロットチェック弁によって被作動体の圧力室側からの作動油の流れを阻止し、パイロットチェック弁の背圧室の作動油を排出したとき、このパイロットチェック弁が開いて被作動体の圧力室側からの作動油の流れを許容するために、パイロット圧の導入によってスプールをスプリング圧に抗して動作させるよう構成された切換弁と、
前記被作動体の圧力室とパイロットチェック弁との連結路から分岐する分岐路に配設され、リリーフ油の出口側が前記切換弁のパイロット圧の導入部側に連結されるリリーフ弁とを含み、
前記スプールは、パイロット圧の導入に伴い動作するスプール径よりも大径のピストンによってストロークするように構成され、
前記ピストンは、パイロット圧を受圧するパイロットピストンと、リリーフ弁が作動したときに排出されるリリーフ油の圧力を受圧するようスプールに近接して配置されたリリーフ作動ピストンとに分割され、前記リリーフ油はパイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入されることを特徴とするホールディングコントロール弁である。

また本発明は、前記リリーフ作動ピストンは、前記スプールと同径とされ、該スプールよりも大径のパイロットピストンに形成された筒部に収容されていることを特徴とする。

また本発明は、前記パイロットピストンの筒部を構成する筒壁に横孔が設けられ、前記リリーフ油はこの横孔を介してパイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入されることを特徴とする。

また本発明は、前記パイロットピストンと、リリーフ作動ピストンとは同径とされ、両者が連なるように配置されていることを特徴とする。

また本発明は、パイロットピストンのパイロット圧を受圧する面から、リリーフ作動ピストンのスプールに対面する側の面にかけて、オリフィスを備えた一連の連通路が形成されていることを特徴とする。

本発明のホールディングコントロール弁によれば、被作動体の圧力室に連結されるパイロットチェック弁において、その背圧室の圧力が前記被作動体の圧力室の負荷圧となっているとき、被作動体の圧力室側からの作動油の流れが阻止される。また、パイロットチェック弁の背圧室の作動油を排出したとき、パイロットチェック弁が開いて被作動体の圧力室側からの流れが許容される。このようなパイロットチェック弁の動作は、コントロールバルブからのパイロット圧によって切換制御される切換弁によってなされる。この切換制御は、パイロット圧の圧力を受けたピストンの押圧作用によってスプールをストローク動作させることによってなされ、しかも、ピストン径がスプール径より大とされているから、この押圧作用がスプールに効果的に付与される。

そして、前記被作動体の圧力室とパイロットチェック弁との連結路から分岐する分岐路に配設されたリリーフ弁が作動したときに排出されるリリーフ油が、切換弁におけるパイロット圧の導入部側に導入されてから、スプールはパイロット圧を受けた動作と、リリーフ油の油圧が付加された動作を行う。この場合、前記ピストンは、パイロット圧を受圧するパイロットピストンと、リリーフ弁が作動したときに排出されるリリーフ油の圧力を受圧するようスプールに近接配置されたリリーフ作動ピストンとに分割され、前記リリーフ油は、パイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入されるように構成される。したがって、リリーフ作動前の前漏れで発生する油圧力は、パイロット圧によってパイロットピストンに作用する油圧力と、スプールを介して対抗するスプリング力とが釣り合っている状態の内力となるので、パイロットチェック弁での開口開始ポイントはずれなくなり、パイロットチェック弁の開動作が円滑になされる。

前記リリーフ作動ピストンを前記スプールと同径とし、該スプールよりも大径のパイロットピストンに形成された筒部に収容されているものとすれば、ピストンを軸線方向にコンパクトな構造とすることができる。この場合、前記パイロットピストンの筒部を構成する筒壁に横孔を設け、前記リリーフ油をこの横孔からパイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入するように構成すれば、リリーフ油の導入も無理なくなされる。

また、パイロットピストンと、リリーフ作動ピストンとを同径とし、両者を連なるような配置構造とした場合、両ピストンの構造がシンプルであり、加工コストを低減することができる。

さらに、パイロットピストンのパイロット圧を受圧する受圧面から、リリーフ作動ピストンのスプールに対向する側の受圧面にわたって、オリフィスを備えた一連の連通路が形成されることによって、スプールに対する、パイロット圧を受けたパイロットピストンの押圧作用と、リリーフ油の油圧を受けたリリーフ作動ピストンの押圧作用とがバランスするとともに、これらの押圧作用に対する応答性が良くなり、スプールのストローク動作制御がより的確になされる。

図１は本発明の実施の一形態のホールディングコントロール弁３の一部の断面図であり、図２は図１に示すホールディングコントロール弁３の全体の構成を示す断面図であり、図３はホールディングコントロール弁３に備えられるリリーフ弁８の拡大断面図であり、図４はホールディングコントロール弁３を備える駆動制御装置の油圧回路図である。

本発明のホールディングコントロール弁の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図４は本ホールディングコントロール弁を含み、被作動体を駆動させるために構成された駆動制御装置の油圧回路図を示す。まず、この駆動制御装置について説明する。この駆動制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器を制御するために構成されたものである。被作動体としてのシリンダ装置１に対し、コントロールバルブ２およびホールディングコントロール弁３を介して油圧ポンプ４が接続されている。油圧ポンプ４は、油タンク４ａに貯留された作動油を、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａおよびロッド側圧力室１ｂのいずれかに吐出供給する。

コントロールバルブ２は、パイロット室２ａ，２ｂに導入されるパイロット油の油圧（以下、パイロット圧と言う）によって切換るよう構成されている。操作レバー（パイロットバルブ）５は、油圧ショベル等の場合、操作者によって操作されるものであり、この操作レバー５の操作によって、パイロット室２ａ，２ｂに導入されるパイロット圧５ａ，５ｂの制御がなされる。たとえば、コントロールバルブ２は、パイロット室２ａにパイロット圧５ａを導入すると、パイロット圧５ａの大きさに比例してシリンダ装置１を上昇させるための上昇位置２Ａに切換わる。逆に、パイロット室２ｂにパイロット圧５ｂを導入すると、パイロット圧５ｂの大きさに比例してシリンダ装置１を下降させるための下降位置２Ｂに切換わる。

上記コントロールバルブ２と、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａとの間には、ホールディングコントロール弁３が設けられている。このホールディングコントロール弁３は、パイロットチェック弁６と、切換弁７と、リリーフ弁８とを含む。パイロットチェック弁６は、弁部材６ａを備え、該弁部材６ａの先端が第１受圧面６ｂ、側面が第２受圧面６ｃとされている。この弁部材６ａの背面には背圧室６ｄが設けられるとともに、該背圧室６ｄ内にスプリング６ｅが収納されており、該スプリング６ｅのばね力によって弁部材６ａが弁座６ｇに着座される。背圧室６ｄと第２受圧面６ｃ側の受圧室６ｃａとは絞り通路６ｆを介して連通している。

ホールディングコントロール弁３における第１受圧面６ｂ側の受圧室６ｂａとコントロールバルブ２とは、負荷保持管路９によって接続されている。負荷保持管路９は分岐負荷保持管路９ａを介して切換弁７にも通じている。

また、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａとホールディングコントロール弁３における第２受圧面６ｃ側の受圧室６ｃａとは、連結路１０によって接続され、この連結路１０は、第２受圧面６ｃ側の受圧室６ｃａと切換弁７とを接続する延長路１０ａに連通し、該延長路１０ａを介して切換弁７に通じている。さらに、背圧室６ｄと切換弁６とはパイロット通路１２によって接続されている。

該分岐路１１の途中にリリーフ弁８が配設され、該リリーフ弁８のリリーフ油の出口側分岐路１１ａが切換弁７におけるパイロット圧の導入部（パイロット室）７ａ側に連結されている。切換弁７は、遮断位置７Ａ、第１連通位置７Ｂ、第２連通位置７Ｃの３つの切換位置を備えている。遮断位置７Ａでは、上記連結路１０の延長路１０ａおよびパイロット通路１２の両方が閉じられる。第１連通位置７Ｂでは、パイロット通路１２は閉じられたままであるが、延長路１０ａと上記負荷保持管路９の分岐負荷保持管路９ａとが可変絞り弁７ｂを介して連通する。また、第２連通位置７Ｃでは、パイロット通路１２および延長路１０ａの両方が分岐負荷保持管路９ａに連通する。

切換弁７のパイロット室７ａには、操作レバー５の操作によって発生するパイロット圧５ｂが導入可能とされている。切換弁７は、ノーマル状態では遮断位置にあり、パイロット室７ａに所定圧以下のパイロット圧５ｂが導入されると、第１連通位置７Ｂに切換わる。さらに、パイロット室７ａに所定圧を超えるパイロット圧５ｂが導入され、あるいはこのパイロット圧５ｂに加えて、後記するリリーフ弁８からのリリーフ油による圧力が加わって所定圧を超えると第２連通位置７Ｃに切換わる。図示では、パイロット室７ａへのパイロット圧５ｂの導入は、２箇所よりなされるよう構成されている。前記リリーフ弁８のリリーフ油出口側分岐路１１ａは、さらに２経路１１ａａ，１１ａｂに分岐され、一方の分岐経路１１ａａは切換弁７のパイロット室７ａに導入され、他方の分岐経路１１ａｂは絞り部材７２ｂを介してドレーンタンク１１ｃに通じている。また、前記パイロット室７ａと絞り部材７２ｂの上流側分岐経路１１ａｂとが連結経路７ｃによって連結され、パイロット室７ａも絞り部材７２ｂを介してドレーンタンク１１ｃに通じるよう構成されている。

図４に示すような油圧制御回路において、コントロールバルブ２が中立位置にあるときは、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａおよびロッド側圧力室１ｂのいずれにも、油タンク４ａの作動油がポンプ４から吐出供給がされない。また、切換弁７のパイロット室７ａにパイロット圧５ｂは導入されず、切換弁７は遮断位置７Ａにあるので、パイロットチェック弁６の背圧室６ｄの圧力は、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａの負荷圧と拮抗し、この状態に維持される。したがって、背圧室６ｄの負荷圧と、背圧室６ｄ内のスプリング６ｅの弾性力との相乗圧によってパイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇに着座し、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａからの作動油の流出を阻止し、シリンダ装置１に加重される負荷、すなわちシリンダ装置１のロッド１ｃにかかる負荷を確実に保持する。

シリンダ装置１に加重されている負荷を上昇させようとする場合、操作レバー５を操作して、コントロールバルブ２のパイロット室２ａにパイロット圧５ａを導入する。このパイロット圧５ａの導入によって、コントロールバルブ２は、上昇位置２Ａに切換わる。コントロールバルブ２が上昇位置２Ａに切換わると、ポンプ４によって油タンク４ａ内の作動油が負荷保持管路９を経て、パイロットチェック弁６の受圧室６ｂａに吐出供給され、この作動油の吐出圧がパイロットチェック弁６における弁部材６ａの第１受圧面６ｂに作用する。このとき、切換弁７はなお遮断位置７Ａにあるので、パイロットチェック弁６の背圧室６ｄ内の前記相乗圧は、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａの負荷圧に拮抗し、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇに着座した状態にある。しかし、第１受圧面６ｂに作用するポンプ４による吐出油の圧力が、背圧室６ｄ内の前記相乗圧より大きくなると、弁部材６ａが弁座６ｇから離れ、作動油がパイロットチェック弁６および連結路１０を経てシリンダ装置１のボトム側圧力室１ａに供給され、シリンダ装置１が前記負荷に抗して上昇し、これに伴いロッド側圧力室１ｂ内の作動油が油タンク４ａに排出される。

シリンダ装置１に加重されている負荷を下降させようとする場合、操作レバー５を操作して、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂにパイロット圧５ｂを導入する。このパイロット圧５ｂの導入によって、コントロールバルブ２は、下降位置２Ｂに切換わる。コントロールバルブ２が下降位置２Ｂに切換わると、ポンプ４によってシリンダ装置１のロッド側圧力室１ｂに作動油が吐出供給される。ロッド側圧力室１ｂに作動油が供給されることによって、ボトム側圧力室１ａの負荷圧が高められる。このとき、パイロット圧５ｂは、切換弁７のパイロット室７ａにも導入されるので、切換弁７が第１連通位置７Ｂないしは第１連通位置７Ｃに切換わる。すなわち、パイロット室７ａに導入されるパイロット圧５ｂが所定圧に満たない状態では、切換弁７は第１連通位置７Ｂに切換わる。この第１連通位置７Ｂでは、パイロット通路１２は閉じられたままであるので、パイロットチェック弁６の背圧室６ｄの前記相乗圧は、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａの負荷圧と拮抗した状態に維持される。したがって、パイロットチェック弁６の弁部材６ａは、弁座６ｇに着座した状態を保ち、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａからの作動油の流出が阻止される。

しかし、切換弁７が第１連通位置７Ｂにあるときは、パイロットチェック弁６における第２受圧面６ｃ側の受圧室６ｃａと切換弁７とを接続する延長路１０ａが、可変絞り弁７ｂを介して分岐負荷保持管路９ａに連通する。これによって、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内から、パイロットチェック弁６、分岐負荷保持管路９ａおよび負荷保持管路９を介してコントロールバルブ２、さらには油タンク４ａへ通じる経路が確立される。したがって、可変絞り弁７ｂの開度およびコントロールバルブ２の開度を適宜調整することによって、弁部材６ａが弁座６ｇに着座した状態を保ったまま、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内の負荷圧が高められた作動油が分岐負荷保持管路９ａおよび負荷保持管路９を介し油タンク４ａに排出され、シリンダ装置１の下降制御がなされる。この場合の下降は、可変絞り弁７ｂによって作動油の排出が制御された状態でなされるから、ゆっくりとした下降が可能とされる。

コントロールバルブ２の開度を大きくすることによって、切換弁７のパイロット室７ａに導入されるパイロット圧５ｂが所定圧を超えると（後記するリリーフ油の圧力が付加される場合もあり）、切換弁７は第２連通位置７Ｃに切換わる。この第２連通位置７Ｃでは、パイロット通路１２および連結路１０の延長路１０ａの両方が分岐負荷保持管路９ａおよび負荷保持管路９に連通することになるから、パイロットチェック弁６における絞り通路６ｆの前後で差圧が生じ、背圧室６ｄ内の前記相乗圧がこの差圧分だけ小さくなる。この背圧室６ｄ内の相乗圧を、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａの負荷圧によって第２受圧面６ｃに作用する力が上回ると、弁部材６ａが弁座６ｇから離れる。弁部材６ａが弁座６ｇから離れると、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内の作動油は、パイロットチェック弁６、負荷保持管路９およびパイロットバルブ２を経て油タンク４ａに排出される。

ここで、上述のようなシリンダ装置１の下降制御において、切換弁７の第１連通位置７Ｂおよび第２連通位置７Ｃへの切換態様と、実際のシリンダ装置１を用いた作業形態との関係について略述する。たとえば、油圧ショベルで目的物を下降させるような作業の場合、ゆっくりと目的物を下降させる必要がある。すなわち、操作レバー５を操作してコントロールバルブ２のパイロット室２ｂおよび切換弁７のパイロット室７ａに導入されるパイロット圧５ｂは、所定圧以下とされる。この操作レバー５の操作によって、コントロールバルブ２は下降位置２Ｂに切換わるが、パイロット圧５ｂの油圧が小さいので下降位置２Ｂの開度は小さく、切換弁７は第１連通位置７Ｂに切換わる。このとき、シリンダ装置１のロッド側圧力室１ｂに吐出供給される作動油の圧力は小さく、また、切換弁７が第１連通位置７Ｂにあるとき、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇに着座した状態を保ったまま、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内の作動油が分岐負荷保持管路９ａおよび負荷保持管路９を介し油タンク４ａに少しずつ排出されるから、この排出による下降制御はゆっくりとなされる。

これに対して、油圧ショベルで地面の掘削作業や地均し作業を行う場合、シリンダ装置１に急激な動きが求められ、これに伴い作動油の吐出流量も大とされる必要がある。そのため、操作レバー５の操作によって、コントロールバルブ２のパイロット室２ｂに導入されるパイロット圧５ｂが所定圧を超え、これによってコントロールバルブ２を下降位置２Ｂに切換える際の開度が大とされる。また、切換弁７のパイロット室７ａに導入されるパイロット圧５ｂも所定圧を超えるから、切換弁７は第２連通位置７Ｃに切換わる。切換弁７が第２連通位置７Ｃに切換わる結果、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇから離れ、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内の作動油は、パイロットチェック弁６、負荷保持管路９およびパイロットバルブ２を経て油タンク４ａに排出される。シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａからの作動油の流出・排出は、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇから離れることによってなされるから大流量であり、ロッド側圧力室１ｂに吐出供給される大流量の作動油およびボトム側圧力室１ａにかかる高負荷に対応し得ることとなる。

また、シリンダ装置１のロッド１ｃに負荷かかった状態で保持している場合、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、この負荷に外力が加わると、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａの負荷圧が上昇する。ボトム側圧力室１ａの負荷圧の上昇によって、連結路１０および分岐路１１を介してボトム側圧力室１ａに通じるリリーフ弁８が開く。リリーフ弁８からリリーフ油がリリーフ油出口側分岐路１１ａに流出するが、このリリーフ油出口側分岐路１１ａの下流側には、絞り部材１１ｂが存在するから、該絞り部材１１ｂの上流側で圧力損失が発生し、この圧力損失による圧力を有するリリーフ油が経路１１ａａより切換弁７のパイロット室７ａに導入される。この場合、リリーフ油による圧力がパイロット圧５ｂに付加されると、前記所定圧を超えるよう設定されており、切換弁７は第２連通位置７Ｃに切換わる。切換弁７が第２連通位置７Ｃに切換わると、上述のように、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇから離れ、シリンダ装置１のボトム側圧力室１ａ内の作動油は、パイロットチェック弁６、負荷保持管路９およびパイロットバルブ２を経て油タンク４ａに排出される。

このように、シリンダ装置１のロッド１ｃに負荷かかった状態で保持している場合に外力が加わった際でも、リリーフ弁８の作動によって、その対応動作が的確になされる。しかし、このような外力の付加による高圧時には、リリーフ弁８の前漏れ（設定圧力以下で通過する流量が増加する現象）によって、絞り圧力損失が発生し、パイロット圧５ｂと対抗する油圧が発生し、パイロット圧５ｂに追随せず、パイロットチェック弁６の弁部材６ａが弁座６ｇから離れる開口開始のタイミングがずれてしまうことが間々ある。本発明はこの問題点を解消するものであるが、この具体的な構成については後記する。

図２および図３は、上記油圧制御回路に組み込まれるホールディングコントロール弁３およびリリーフ弁８の具体的な構造を示す。図２に示すホールディングコントロール弁３は、上述のようにパイロットチェック弁６と、切換弁７と、リリーフ弁８とを主たる構成要素とし、これら構成要素は、その周辺の管路等を含んで１個のボデイ３０に組み付けられている。ボデイ３０に形成されたパイロットチェック弁用の孔３１内に弁部材６ａがスライド自在に収容されている。この弁部材６ａの背面には背圧室６ｄが設けられるとともに、該背圧室６ｄ内にスプリング６ｅを装着するためのスプリング受け部材６ｈがボデイ３０における孔３１の開口部に螺合されている。弁部材６ａは、スプリング６ｅの弾力によって先側（上側）に押圧され、第１孔３１の孔壁に形成された弁座６ｇに着座される。弁部材６ａの先端面は第１受圧面６ｂとされ、受圧室６ｂａを介してボデイ３０に形成された負荷保持管路９に連通している。弁部材６ａの側周面は第２受圧面６ｃとされ、受圧室６ｃａを介して連結路１０に連通している。そして、背圧室６ｄと第２受圧面６ｃ側の受圧室６ｃａとは絞り通路６ｆを介して連通している。これらによって、パイロットチェック弁６が構成されている。

ボデイ３０には、前記摺動孔３１に平行に切換弁用の貫通孔３２が形成されている。この貫通孔３２には、スプール孔３３を形成するとともに３個のポート３６，３７，３８を備える２個のブッシュ３４，３５が、軸方向に沿って連なり気密的に嵌挿されている。貫通孔３２の下端は、プラグ３９が螺合されて封止され、また、上端はスプリング受け部材４０が螺合されて封止されている。スプール孔３３には１本のスプール７０が摺動可能に嵌挿され、スプール７０の下端とプラグ３９との間の空間がパイロット室７ａとされ、このパイロット室７ａには、スプール７０をストロークさせるためのピストン７１が内蔵されている。このピストン７１は、スプール７０と同径のリリーフ作動ピストン７２と、スプール７０よりも大径のパイロットピストン７３とよりなる分割ピストンによって構成されている。図例では、リリーフ作動ピストン７２がパイロットピストン７３に形成された筒部７３ａに収容されている（図１も参照）。

ボデイ３０には、パイロット圧５ｂの導入口５０が形成され、該導入口５０から導入されるパイロット圧５ｂは、パイロットピストン７３とプラグ３９との間に作用するよう構成されている。また、パイロットピストン７３の外周部には、周溝７３ｂが形成され、前記筒部７３ａの筒壁７３ａａには、周溝７３ｂと筒部７３ａとを連通させるための横孔７３ｃが形成されている（図１も参照）。この周溝７３ｂには、リリーフ弁８のリリーフ油出口側分岐路１１ａから延びる経路１１ａａが連通し、該経路１１ａａから導入されるリリーフ油の圧力が、パイロットピストン７３とリリーフ作動ピストン７２との間に作用するよう構成されている。さらに、パイロット室７ａにおけるスプール７０の下端とピストン７１の上端との間の空域は、絞り部材１１ｂの上流側分岐経路１１ａｂに連結される連結経路７ｃに連通し、これらを介してドレーンタンク１１ｃ（図１および図４参照）に通じている。パイロット室７ａおよびピストン７１の構成および機能の詳細については後記する。

前記スプリング受け部材４０内には、２本のスプリング７４，７５がスプール７０との間に座金部材７６を介して装着され、スプール７０をピストン７１側に弾発的に押圧している。スプール７０は、中実円柱状部材からなり、図に示すように下端側から、パイロット室７ａに望むパイロット圧被作用部７０ａと、環状溝部７０ｂと、該環状溝部７０ｂに連なって形成され、可変絞り部７ｂを構成するノッチ部７０ｃと、ブッシュ３４の内壁と間で流通空間を構成する小径部７０ｄと、前記ポート３８を介しパイロットチェック弁６の受圧室６ｂａに通じる負荷保持管路９を確保するための中継部７０ｅと、スプリング７４，７５の弾力を受けるスプリング圧受部７０ｆと、前記パイロット圧被作用部７０ａの上方部周面から前記小径部７０ｄの上辺周面にかけて連繋するようスプール７０の中実部内に形成された連繋流路７０ｇとを備えている。中継部７０ｅの存在によって実質的に分岐負荷保持管路９ａが形成されることになる。

図示のスプール７０は切換弁７が遮断位置７Ａにあることを示し、この状態では、パイロットチェック弁６の背圧室６ｄに通じるパイロット通路１２と、受圧室６ｃａに通じる延長路１０ａとは、ポート３６、環状溝部７０ｂおよびポート３７を介して連通しているが、パイロット通路１２および延長路１０ａと分岐負荷保持管路９ａとは遮断されている。切換弁７が第１連通位置７Ｂに切換わる際には、スプール７０が少許上昇し、これによってポート３６がパイロット圧被作用部７０ａによって遮断されるとともにポート３７が可変絞り部７ｂを構成するノッチ部７０ｃを介してポート３８に連通する。遮断位置７Ａおよび第１連通位置７Ｂでは前記連繋流路７０ｇの一端はブッシュ３４によって封止されているのでその機能を奏していないが、スプール７０がさらに上昇して切換弁７が第２連通位置７Ｃに切換わると、ポート３６とポート３８とが連繋流路７０ｇを介して連通するとともにポート３７が可変絞り部７ｂを構成するノッチ部７０ｃを介してポート３８に連通する。ポート３６，３７，３８とスプール７０の上記各部との位置関係は、このような切換弁７の切換態様に対応するよう形成されている。なお、スプリング受け部材４０の内部は、スプール７０のスクロール動作を許容し得るよう排出路７ｄを介してドレーンタンク１１ｃに通じている。

次に図３も参照してリリーフ弁８について述べる。ボデイ３０の側部には、リリーフ弁の取付用雌ねじ穴４１が形成され、該雌ねじ穴４１はボデイ３０に形成された分岐路１１に連通している。この雌ねじ穴４１にバルブ本体８ａが螺合固定されている。このバルブ本体８ａ内にはポペット８ｂが組み込まれ、ポペット８ｂはスプリング８ｃの弾力によって弁座８ｄに着座され、延長路１１からのリリーフ油の圧力がスプリング８ｃの弾力を上回るとポペット８ｂが弁座８ｄから離れるように構成されている。

スプリング８ｃはバルブ本体８ａの中空部に摺動自在に内設されたスプリング受け部材８ｅとポペット８ｂとの間に装着されている。スプリング受け部材８ｅの背面には雄ねじ部材からなる押当部材８ｆが配置され、この押当部材８ｆは、ロックナット８ｇ、８ｈの螺合によってバルブ本体８ａに対して位置決め固定されている。押当部材８ｆのロックナット８ｇ、８ｈによる固定位置の調整によってスプリング８ｃのばね力の調整が可能とされている。バルブ本体８ａには排出口８ｉが形成され、ポペット８ｂが弁座８ｄから離れると、リリーフ油は、この排出口８ｉを通じ、ボデイ３０に形成されたリリーフ油出口側分岐路１１ａに流出する。

リリーフ油出口側分岐路１１ａは、さらに２経路１１ａａ，１１ａｂに分岐され、一方の分岐経路１１ａａは切換弁７のパイロット室７ａに導入され、他方の分岐経路１１ａｂは絞り部材１１ｂを介してドレーンタンク１１ｃに通じている（図４参照）。したがって、リリーフ弁８から流出したリリーフ油は、絞り部材１１ｂの上流側で圧力損失が発生し、この圧力損失による圧力を有するリリーフ油が経路１１ａａより切換弁７のパイロット室７ａに導入される。

図１は、前記切換弁７におけるパイロット室７ａとその周辺部分を概念的に示している。ボデイ３０に形成された貫通孔３２の下端はプラグ３９によって封止され、プラグ３９の上部のパイロット室７ａには、上面が開口した有底筒形のパイロットピストン７３が上下動可能に嵌着されている。パイロットピストン７３の下面はパイロット圧を受圧する面とされ、該下面には、プラグ３９の上面との間にパイロット油の溜空間となる凹部７３ｄが形成されている。この凹部７３ｄにパイロット圧５ｂが導入されるようになされている。パイロットピストン７３の筒部７３ａの内径は、リリーフ作動ピストン７２の外径と略同じないしは若干大きく形成され、この筒部７３ａ内にスプール７０と略同径のリリーフ作動ピストン７２を上下動可能に収容している。パイロットピストン７３の外周部には、周溝７３ｂが形成され、筒部７３ａの筒壁７３ａａには周溝７３ｂと筒部７３ａとを連通させるための横孔７３ｃが形成されている。この周溝７３ｂには、リリーフ弁８のリリーフ油出口側分岐路１１ａから延びる経路１１ａａが連通している。

リリーフ作動ピストン７２の下面はリリーフ油の油圧を受圧する面とされ、該下面には、パイロットピストン７３の内底面との間にリリーフ油の溜空間となる凹部７２ａが形成されている。この凹部７２ａにリリーフ弁８から経路１１ａａ、周溝７３ｂおよび横孔７３ｃを介してリリーフ油が導入されるようになされている。さらに、パイロットピストン７３の凹部７３ｄと筒部７３ａとの間にオリフィスを備えた流路（オリフィス流路）７３ｅが形成され、リリーフ作動ピストン７２の凹部７２ａと上面との間にもオリフィスを備えた流路（オリフィス流路）７２ｂが形成され、これら２個のオリフィス流路７３ｅ，７２ｂによって、パイロットピストン７３のパイロット圧５ｂを受圧する面から、リリーフ作動ピストン７２のスプール７０に対面する側の面にかけての一連の連通路が構成されている。さらに、パイロット室７ａにおけるスプール７０の下端とリリーフ作動ピストン７２の上面との間の空域は、上流側分岐経路１１ａｂに連結される連結経路７ｃに連通し、これらを介してドレーンタンク１１ｃに通じている。

このような構成において、パイロットピストン７３にパイロット圧５ｂが作用すると、パイロットピストン７３がリリーフ作動ピストン７２とともに押し上げられ、スプール７０をストローク動作させる。パイロット圧５ｂが所定圧以下である場合は、スプール７０のストローク量が小さく、切換弁７は第１連通位置７Ｂに切換わり、上述の各ポートの連通がなされる。また、パイロット圧５ｂが所定圧を超えると、スプール７０のストローク量が大きくなり、切換弁７は第２連通位置７Ｃに切換わる。さらに、リリーフ弁８からのリリーフ油の油圧がリリーフ作動ピストン７２に作用してパイロット圧５ｂとの合計圧力が所定圧を超えると、スプール７０のストローク量が大きくなり、切換弁７は第２連通位置７Ｃに切換わる。このような動作は、ピストン７１の径がスプール７０の径より大であることによって、効果的になされる。

上記のようにピストン７１を、パイロット圧５ｂを受圧するパイロットピストン７３と、リリーフ作動時のリリーフ油の油圧を受圧するリリーフ作動ピストン７２とに分割した結果、リリーフ弁８が作動すると、リリーフ弁８から流出するリリーフ油は、パイロットピストン７３の横孔７３ｃを通過し、凹部７２およびオリフィス流路７２ｂからリリーフ作動ピストン７２の上面に達し、連結経路７ｃよりドレーンタンク１１ｃに排出される。リリーフ弁８に前漏れが生じ、絞り部材１１ｂの圧力損失によってリリーフ作動ピストン７２に油圧力が作用した状態で、パイロットピストン７３にパイロット指令圧５ｂによる油圧力が作用すると、リリーフ油による油圧力（両ピストン７２，７３間に作用する油圧力）は、パイロットピストン７３に作用する油圧力と、スプール７０を介して対抗するスプリング７４，７５の弾力とがつり合っている状態の内力となるので、パイロット圧５ｂに対抗する力とならない。したがって、リリーフ弁８に前漏れが発生する程度の高圧状態でも、パイロットチェック弁６の開口開始ポイントはパイロット圧５ｂに追従させることができ、シリンダ装置１の負荷状態によらず安定した操作性を得ることができる。そして、この実施形態のように、リリーフ作動ピストン７２をパイロットピストン７３の筒部７３ａに収容するようにすれば、軸方向にコンパクトな構造とすることができる。

図５は、シリンダ装置のボトム側に３８ＭＰａが発生している状態を模擬した状態で、パイロット圧Ｐを負荷した場合のパイロット圧Ｐと、シリンダポート圧と、切換弁およびパイロットチェック弁を通過する流量との関係について実測した結果をグラフにしたものである。図５において実線は切換弁およびパイロットチェック弁を通過する流量の変化を、破線はシリンダポート圧の変化を示している。図５から理解されるとおり、流量増加側は、開口ポイントの設定値１ＭＰａから流量が増加を始め、流量減少側は、１ＭＰａで０Ｌ／ｍｉｎとなっている。このことはパイロット圧Ｐに対する追従性が良く、上記開口開始ポイントがずれていないことを意味している。

図６は、本発明の他の実施形態のホールディングコントロール弁の一部の断面図である。本実施の形態は、図１に示す前述の実施形態とはピストン７１の構造が異なる。すなわち、パイロットピストン７３と、リリーフ作動ピストン７２とは同径でかつともにスプール７０の径より大とされ、両者が貫通孔３２の軸方向（スプール７０の軸方向）に連なるように配置されている。パイロットピストン７３の下面には、上記と同様、プラグ３９の上面との間にパイロット油の溜空間となる凹部７３ｄが形成され、この凹部７３ｄにパイロット圧５ｂが導入されるようになされている。リリーフ作動ピストン７２は、パイロットピストン７３の上に置かれ、両ピストン７２，７３間に、リリーフ弁８からのリリーフ油が経路１１ａａを経て導入されるようになされている。また、両ピストン７２，７３には、オリフィス流路７２ｂ，７３ｅが形成され、これらオリフィス流路７２ｂ，７３ｅによって、パイロットピストン７３のパイロット圧５ｂを受圧する面から、リリーフ作動ピストン７２のスプール７０に対面する側の面にかけての一連の連通路が構成されている。

この実施形態の場合も、ピストン７１がリリーフ作動ピストン７２およびパイロットピストン７３によって構成されるから、リリーフ弁８に前漏れが発生する程度の高圧状態でも、パイロットチェック弁６の開口開始ポイントはパイロット圧５ｂに追従させることができ、シリンダ装置１の負荷状態によらず安定した操作性を得ることができる。また、リリーフ作動ピストン７２およびパイロットピストン７３の構造がともにシンプルであり、加工コストが嵩む懸念がない。その他の構成は上記の実施形態と同様であるから、共通部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。

なお、上記の実施形態では、被作動体が油圧ショベル等のような油圧作業機器におけるシリンダ装置である場合について述べたが、その他の油圧作業機器に組み込まれる被作動体であっても良い。また、図２に示すホールディングコントロール弁の構造は図示のものに限定されず、図４に示す制御回路図の構成が反映されるものであれば、他の構造のものであっても良い。

本発明の実施の一形態に係るホールディングコントロール弁３の一部の断面図である。 ホールディングコントロール弁３の全体の構成を示す断面図である。 ホールディングコントロール弁３におけるリリーフ弁８の拡大断面図である。 ホールディングコントロール弁３を備える駆動制御装置の油圧回路図である。 シリンダ装置のボトム側に３８ＭＰａが発生している状態を模擬した状態で、パイロット圧Ｐを負荷した場合のパイロット圧Ｐと、シリンダポート圧と、切換弁およびパイロットチェック弁を通過する流量との関係について実測した結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態のホールディングコントロール弁の一部の断面図である。 従来の切換弁のパイロット圧およびリリーフ油導入部の構造を示す図１と同様図である。 同従来の切換弁においてリリーフ弁からリリーフした状態でパイロット圧を負荷した場合のパイロット圧と出口圧力および流量との関係について実測した結果を示すグラフである。

符号の説明

１ シリンダ装置
１ａ ボトム側圧力室
１ｂ ロッド側圧力室
３ ホールディングコントロール弁
６ パイロットチェック弁
５ａ，５ｂ パイロット圧
６ｄ 背圧室
７ 切換弁
７ａ パイロット室
８ リリーフ弁
１０ 連結路
１１ 分岐路
７０ スプール
７１ ピストン
７２ リリーフ作動ピストン
７２ｂ，７３ｅ オリフィス流路
７３ パイロットピストン
７３ａ 筒部
７３ａａ 筒壁
７４，７５ スプリング

Claims (5)

1. 被作動体を作動させるための油圧制御回路に用いられるホールディングコントロール弁であって、
   前記被作動体の圧力室に連結されるパイロットチェック弁と、
   前記パイロットチェック弁の背圧室の圧力が前記被作動体の圧力室の負荷圧となっているとき、パイロットチェック弁によって被作動体の圧力室側からの作動油の流れを阻止し、パイロットチェック弁の背圧室の作動油を排出したとき、このパイロットチェック弁が開いて被作動体の圧力室側からの作動油の流れを許容するために、パイロット圧の導入によってスプールをスプリング圧に抗して動作させるよう構成された切換弁と、
   前記被作動体の圧力室とパイロットチェック弁との連結路から分岐する分岐路に配設され、リリーフ油の出口側が前記切換弁のパイロット圧の導入部側に連結されるリリーフ弁とを含み、
   前記スプールは、パイロット圧の導入に伴い動作するスプール径よりも大径のピストンによってストロークするように構成され、
   前記ピストンは、パイロット圧を受圧するパイロットピストンと、リリーフ弁が作動したときに排出されるリリーフ油の圧力を受圧するようスプールに近接して配置されたリリーフ作動ピストンとに分割され、前記リリーフ油はパイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入されることを特徴とするホールディングコントロール弁。
2. 前記リリーフ作動ピストンは、前記スプールと同径とされ、該スプールよりも大径のパイロットピストンに形成された筒部に収容されていることを特徴とする請求項１に記載のホールディングコントロール弁。
3. 前記パイロットピストンの筒部を構成する筒壁に横孔が設けられ、前記リリーフ油はこの横孔を介してパイロットピストンとリリーフ作動ピストンとの間に導入されることを特徴とする請求項２に記載のホールディングコントロール弁。
4. 前記パイロットピストンと、リリーフ作動ピストンとは同径とされ、両者が連なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホールディングコントロール弁。
5. パイロットピストンのパイロット圧を受圧する面から、リリーフ作動ピストンのスプールに対面する側の面にかけて、オリフィスを備えた一連の連通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のホールディングコントロール弁。

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