JP2013119358A - 油圧制御装置、及びそれを備える建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 プライオリティ弁を用いることなく、油圧ポンプからの作動油がステアリング装置に優先的に供給可能な油圧制御装置を提供する。
【解決手段】 油圧制御装置１０は、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒ及びブーム用シリンダ２２が並列に接続される油圧ポンプ３０と、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の方向を制御するステアリング用制御弁３４と、中立位置にて油圧ポンプ３０をタンク４８に接続し、オフセット位置にてブーム用シリンダ２２に流れる作動油の方向を制御するブーム用制御弁４４とを備える。更に、油圧制御装置１０は、ステアリング用制御弁３４の可変絞り３７の前後圧に応じてそこに流す流量を増加させるメータインコンペン３３と、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流される作動油の圧力上昇に応じてブーム用制御弁４４に流す流量を減少させ、ステアリング制御回路３１の油圧を予め定められる圧力に保持するブリードオフコンペン４２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステアリング装置及び作業機アクチュエータが並列に接続される油圧ポンプと、前記ステアリング装置に流れる流量を制御するステアリング用制御弁と、前記作業機アクチュエータに流れる流量を制御するアクチュエータ用制御弁とを備える油圧制御装置、及びそれを備える建設機械に関する。

ホイルローダ等の走行可能な建設車両は、ステアリングアクチュエータを備えており、このステアリングアクチュエータに作動油を供給することで、車両本体の進行方向を変えることができるようになっている。ステアリングアクチュエータは、ステアリング用制御弁を介して油圧ポンプに接続されている。ステアリング用制御弁は、ハンドルの操作に応じてステアリング装置に流す作動油の方向を切換えるようになっており、ステアリングアクチュエータに流れる作動油の方向を切換えることでステアリングアクチュエータが伸張又は伸縮して建設車両の進行方向が変わるようになっている。

また、建設車両は、作業機用シリンダを備えており、この作業機用シリンダに作動油を供給することでバケット等の作業機の昇降駆動等ができるようになっている。作業機用シリンダは、作業機用制御弁を介して油圧ポンプと接続されている。作業機用制御弁は、レバーの操作に応じて作業機に流す作動油の方向を切換えるようになっており、作業機用シリンダに流れる作動油の方向を切換えることで作業機が上昇又は下降するようになっている。

この作業機用制御弁は、センターオープン型の流量制御弁が用いられており、中立位置で油圧ポンプとタンクとが絞りを介して接続されるようになっている。油圧ポンプには、可変容量形の油圧ポンプが採用されており、油圧ポンプは、この絞りの上流側に発生する圧力に応じてその吐出量を制御するようになっている。

これらステアリング用制御弁及び作業機用制御弁は、プライオリティ弁に並列に接続され、更にこのプライオリティ弁を介して油圧ポンプに接続されており、プライオリティ弁は、ステアリング装置の駆動時に油圧ポンプからの作動流体をステアリング用制御弁の方へと優先的に供給するようになっている（例えば、特許文献1参照）。

特開２００６−２７３５１号公報

図５は、従来のホイルローダ１Ａ，１Ｂを示す平面図である。図５（ａ）は、プライオリティ弁９をステアリング用制御弁７に一体化させたときのホイルローダ１Ａの図であり、図５（ｂ）は、プライオリティ弁９を作業機用制御弁８に一体化させたときのホイルローダ１Ｂの図である。上記のような建設車両の一例であるホイルローダ１Ａ，１Ｂでは、その車両本体が後側部分のリアシャーシ２と前側部分のフロントシャーシ３とで分かれており、これらシャーシ２，３がセンターピン４により揺動可能に接続されている。

リアシャーシ２には、車両本体を走行駆動するためのエンジンＥがその後側に設けられており、このエンジンＥには、油圧ポンプ５が連結されている。またリアシャーシ２には、運転席６が設けられており、その下方にステアリング用制御弁７が設けられている。他方、フロントシャーシ３には、作業機用制御弁８が設けられている。このようにステアリング用制御弁７及び作業機用制御弁８が配置されるホイルローダ１Ａ，１Ｂにおいて、プライオリティ弁９は、単独、若しくは油圧ポンプ５、ステアリング用制御弁７及び作業機用制御弁８の何れか１つの構成と一体化して配置することが考えられる。

プライオリティ弁９を独立して配置する場合、プライオリティ弁９のケーシングを別途設ける必要があり、リアシャーシ２又はフロントシャーシ３に設置すべく構成が増えてしまう。また、油圧ポンプ５に一体化してユニットとする場合、このユニット化した油圧ポンプ５が専用品となり、この油圧ポンプ５を汎用品の油圧ポンプで代用することができず、油圧ポンプ５の入手性が悪い。

また、ステアリング用制御弁７及び作業機用制御弁８で供給可能な最大流量が異なっている（一般的に作業機用制御弁８の方が多い）ため、油圧ポンプ５からの作動油を分流するプライオリティ弁９では、そこを作動油が通過する際の圧力損失（エネルギーロス）を低減させるために、作業機用制御弁８に供給される最大流量に合わせて、そのスプールがステアリング用制御弁７のスプールよりも大径に形成させるべきである。それ故、プライオリティ弁９及びステアリング用制御弁７のスプールの径が異なることとなり、図５（ａ）に示すようにプライオリティ弁９をステアリング用制御弁７に一体化させる場合、一体化してユニットとして製造する場合、異なる２つ口径のスプール孔を形成しなければ成らない。それ故、プライオリティ弁９とステアリング用制御弁７とを一体化したユニットでは、それら２つのスプール孔を異なる加工装置で加工する必要があり、前記ユニットの製造に大きな労力が必要となる。

図５（ｂ）に示すようにプライオリティ弁９を作業機用制御弁８に一体化させる場合、作業機用制御弁８のスプール径とプライオリティ弁９のスプール径とが略一致しているので、上述のようなユニット化する際の製造に関して、大きな労力が必要とならない。しかし、この構成では、プライオリティ弁９がフロントシャーシ３に設けられるため、油圧ポンプ５とプライオリティ弁９とを繋ぐ配管、及びプライオリティ弁９とステアリング用制御弁７とを繋ぐ配管の２つの配管がセンターピン４を跨ぐことになる。これらの２つ配管は高圧且つ大流量の作動油を流す配管であるため、センターピン４を跨ぐように配設することが困難である。

このように、プライオリティ弁９を用いる場合、車両本体の何れの場所に設けようとも、上述のような種々の不具合が生じてしまう。

そこで本発明は、プライオリティ弁を用いることなく、油圧ポンプからの作動油がステアリング装置に優先的に供給可能な油圧制御装置、及びそれを備える建設機械を提供することを目的としている。

本発明の油圧制御装置は、ステアリング装置及び作業機アクチュエータに、並列に作動油を供給するよう接続される油圧ポンプと、スプールを動かすことで前記ステアリング装置に流れる作動油の方向を制御するステアリング用制御弁と、中立位置にて前記油圧ポンプをタンクに接続し、オフセット位置にて前記作業機アクチュエータに流れる作動油の方向を制御するアクチュエータ用制御弁と、前記ステアリング用制御弁へ供給される作動油の流れを制御し、前記ステアリング用制御弁のスプールの開度に依らず、前記ステアリング用制御弁の上流側と下流側の作動油の差圧を一定に保つメータインコンペンセータと、前記アクチュエータ用制御弁へ供給される作動油の流れを制御し、前記ステアリング用制御弁の下流側の作動油の圧力を一方のパイロット圧として利用し、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を前記一方のパイロット圧に抗する他方のパイロット圧として利用するブリードオフコンペンセータと、を備えるものである。

本発明に従えば、ステアリング用制御弁の上流側と下流側の作動油の差圧がメータインコンペンセータによって補償されることにより、ステアリング用制御弁の開度（スプールの変位量）に応じた流量をステアリング装置に供給することができる。これに加えて、ステアリング用制御弁の下流側の作動油の圧力をブリードオフコンペンセータの一方のパイロット圧として利用することにより、ブリードオフコンペンセータを介して供給される作業機アクチュエータへの作動油の流量にステアリング装置の負荷圧を反映させることができる。これにより、ステアリング装置が必要とする作動油を確保しつつ、作業機アクチュエータにも作動油を供給することができる。

また、メータインコンペンセータとブリードオフコンペンセータの２つの制御弁を設けることにより、これら２つの制御弁をステアリング用制御弁及び作業機用制御弁に夫々合わせて設計することができ、ステアリング用制御弁とメータインコンペンセータとの加工装置及び作業機用制御弁とブリードオフコンペンセータとの加工装置を夫々共有化することができる。また、２つの制御弁を設けることにより、これらメータインコンペンセータとブリードオフコンペンセータを油圧ポンプに並列に接続することができる。これにより、油圧ポンプとステアリング用制御弁及び作業機用制御弁とを繋ぐ配管を互いに独立して配置することができる。従って、ステアリング用制御弁及び作業機用制御弁の各々に高圧且つ大容量の作動油を流すための各配管のレイアウトが簡単になる。

上記発明において、前記ブリードオフコンペンセータは、前記ステアリング装置に供給される作動油の圧力上昇に応じて前記アクチュエータ用制御弁へ供給される作動油の流量を減少させるように、且つ、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を前記ステアリング装置を駆動するために必要な作動油の圧力より高い圧力になるように作動する、ことが好ましい。

本発明に従えば、ブリードオフコンペンセータは、アクチュエータ用制御弁に流す流量を減少させ、前記メータインコンペンセータに流す作動油の圧力を前記ステアリング装置を駆動するために必要な作動圧力より高い圧力にする。これにより、前記ステアリング装置を駆動するために必要な作動圧力より高い圧力の作動油が、ステアリング装置の方へと流れやすくなる。それ故、ステアリング装置の駆動時において、油圧ポンプからの作動油を安定した流量でステアリング装置に優先的に流すことができる。即ち、プライオリティ弁を用いることなく、作動油を安定した流量でステアリング装置に優先的に流すことができる。

上記発明において、前記アクチュエータ用制御弁と前記タンクとの間に介在する絞りを更に備え、前記油圧ポンプは、前記アクチュエータ用制御弁と前記絞りとの間の作動油の圧力に応じて吐出流量を調整する可変容量形ポンプであることが好ましい。

上記構成に従えば、ステアリング装置の駆動時に、作動油をステアリング装置に優先的に流すことで、ブリードオフコンペンセータを通って絞りに流れる作動油の流量が減少し、絞りの上流側で発生する圧力が下降する。油圧ポンプは、その圧力下降に応じて吐出量を増加させ、ステアリング装置の駆動に必要な流量を油圧ポンプからステアリング装置に供給することができる。

上記発明において、前記メータインコンペンセータは、前記ステアリング用制御弁の上流側及び下流側の作動油を互いに抗する２つのパイロット油として利用し、前記下流側の作動油を利用したパイロット油の圧力が所定圧になると、前記下流側の作動油を利用したパイロット油をタンクに排出するステアリング側リリーフ弁を更に備えることが好ましい。

上記構成に従えば、パイロット圧が所定圧力以上になることを防ぐことができる。つまり、メータインコンペンセータからステアリング用制御弁に流れる作動油の圧力が所定圧力以上になることを防ぐことができ、また前記作動流体の流量を所定値未満に抑えることができ、ステアリング装置に所望量の作動油を流すことができるようになる。これにより、メータインコンペンセータを流れる流量に合わせてそのスプール径を小さくすることができる。それ故、例えば、メータインコンペンセータのスプール径をステアリング用制御弁のスプール径に合わせることができ、メータインコンペンセータをステアリング用制御弁に一体化しても、一体化されたユニットの製造が容易である。

本発明の建設機械は、上記の何れかの油圧制御装置を備えるものである。本発明に従えば、上述のような油圧制御装置を備える建設機械を実現することができる。

本発明によれば、油圧ポンプからの作動油がステアリング装置に優先的に供給可能であって、油圧ポンプとステアリング用制御弁及び作業機用制御弁とを繋ぐ配管が簡単にすることができる。

本発明の油圧制御装置を備えるホイルローダを示す平面図である。 油圧制御装置の油圧回路を示す回路図である。 油圧制御装置のステアリング制御回路を拡大して示す回路図である。 油圧制御装置の作業機制御回路を拡大して示す回路図である。 従来のホイルローダを示す平面図であり、（ａ）は、プライオリティ弁をステアリング用制御弁に一体化させたときのホイルローダ１Ａの図であり、（ｂ）は、プライオリティ弁を作業機用制御弁に一体化させたときのホイルローダの図である。

［ホイルローダ］
図１は、本発明の油圧制御装置１０を備えるホイルローダ１１を示す平面図である。以下で示す方向の概念は、ホイルローダ１１に搭乗する運転者が進行方向を向いたときの方向の概念と一致している。ホイルローダ１１は、いわゆる建設機械の一種であり、例えば、その前方にバケット１２が取り付けられ、このバケット１２により土砂及び岩石等をすくい上げることができるようになっている。なお、ホイルローダ１１に取り付けられるものは、バケット１２に限定するものでなく、フォーク及び除雪アタッチメント等のアタッチメントであってもよい。ホイルローダ１１は、その車両本体にエンジンＥ及び４つの車輪１３を備えており、エンジンＥにより車輪１３を回転駆動して走行するようになっている。

また、ホイルローダ１１の車両本体は、その後側に配置されるリアシャーシ１４と、前側に配置されるフロントシャーシ１５とに分かれており、これらの２つのシャーシ１４，１５がセンターピン１６により揺動可能に連結されている。また、２つのシャーシ１４，１５との間には、後述する２つのステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒ（図２参照）が架設されている。ステアリングアクチュエータである２つのステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒは、センターピン１６を挟んで左右に夫々配置されており、２つのステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに作動油を供給して一方を収縮させ、他方を伸張させることで、リアシャーシ１４に対してフロントシャーシ１５を揺動させてホイルローダ１１の進行方向を変えることができるようになっている。

このように構成されるリアシャーシ１４には、その後側にエンジンＥが搭載されており、前側に運転席２０が設けられている。フロントシャーシ１５には、バケット１２を昇降するための２本のブーム２１が左右方向に間隔をあけて設けられている。各ブーム２１は、フロントシャーシ１５に上下方向に揺動可能に設けられており、それらにはブーム用シリンダ２２が夫々設けられている。このブーム用シリンダ２２に作動油を供給することで、ブーム２１が昇降するようになっている。また、フロントシャーシ１５には、バケット１２を上下方向にチルト（傾動）するためのチルトシリンダ２３が設けられている。このチルトシリンダ２３に作動油を供給することで、バケット１２がチルトするようになっている。

このように、ホイルローダ１１は、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒ、ブーム用シリンダ２２及びチルトシリンダ２３に作動油を供給することで、進行方向を変え、またバケット１２を昇降したり、チルトさせたりすることができる。ホイルローダ１１は、これらのシリンダ１８Ｌ，１８Ｒ，２２，２３に作動油を供給して駆動すべく油圧制御装置１０を備えている。

［油圧制御装置］
図２は、油圧制御装置１０の油圧回路を示す回路図である。油圧制御装置１０は、基本的に油圧ポンプ３０と、ステアリング制御回路３１と、作業機制御回路３２とを備える。油圧ポンプ３０は、いわゆる可変容量形の油圧ポンプであり、エンジンＥに連結されている。油圧ポンプ３０は、エンジンＥにより駆動されて高圧の作動油を吐出するようになっている。この油圧ポンプ３０には、ステアリング制御回路３１及び作業機制御回路３２が並列に接続されており、油圧ポンプ３０からの作動油がステアリング制御回路３１及び作業機制御回路３２に並行して流れるようになっている。

［ステアリング制御回路］
図３は、油圧制御装置１０のステアリング制御回路３１を拡大して示す回路図である。以下では、図２も参照しつつ説明する。ステアリング制御回路３１は、基本的に、メータインコンペンセータ（以下、単に「メータインコンペン」ともいう）３３と、ステアリング用制御弁３４とを有する。メータインコンペン３３は、流量制御弁であり、一次ポート３３ａが油圧ポンプ３０に接続されており、二次ポート３３ｂがステアリング用制御弁３４に接続されている。また、メータインコンペン３３は、２つのパイロットポート３３ｃ，３３ｄが形成されている。各パイロットポート３３ｃ，３３ｄには、二次ポート３３ｂの出口圧と、後述するステアリング用制御弁３４の第２のポート３４ｂの出口圧が入力されており、各出口圧を夫々一方及び他方のパイロット圧としている。一方及び他方のパイロット圧は、互いに抗するようにスプール３３ｅに作用しており、一方のパイロット圧は、スプール３３ｅに閉じる方向に作用している。また、メータインコンペンセータ３３には、一方のパイロット圧に抗してスプール３３ｅを付勢するばね部材３３ｆが設けられている。このように構成されるメータインコンペン３３は、一方及び他方のパイロット圧の差圧に応じてスプール３３ｅの開度を調整し、前記差圧に応じた流量の作動油をステアリング用制御弁３４に流すようになっており、前記差圧がばね部材３３の付勢力と等しくなると、予め定められた流量の作動油をステアリング用制御弁３４に流すようになっている。

ステアリング用制御弁３４は、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに接続されており、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の方向を切換えることができるようになっている。ステアリング用制御弁３４は、５ポートの方向切換弁であり、第１のポート３４ａがメータインコンペン３３の二次ポート３３ｂに接続されている。第２のポート３４ｂは、パイロット用絞り３５を介してメータインコンペンセータ３３の他方のパイロットポート３３ｄに接続され、第３のポート３４ｃは、タンク３６に接続されている。また、第４及び第５のポート３４ｄ，３４ｅは、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに接続されている。

これら５つのポート３４ａ〜３４ｅは、スプール３４ｆの位置を切換えることによって接続状態が切換わるようになっており、スプール３４ｆは、図示しないステアリングハンドル（以下、単に、「ハンドル」ともいう）を操作することでスプール３４ｆの位置を切換え可能になっている。ステアリング用制御弁３４は、所謂センタークローズ型の方向切換弁であり、スプール３４ｆが中立位置３４Ａにあるときは、第１、第４及び第５ポート３４ａ，３４ｄ，３４ｅが遮断され、第２及び第３ポート３４ｂ、３４ｃが接続される。これにより、他方のパイロットポート３３ｄに導かれていたパイロット油がタンク３６に排出され、メータインコンペン３３の一次及び二次ポート３３ａ，３３ｂが閉じられる。

スプール３４ｆを第１のオフセット位置３４Ｂに切換えると、第１のポート３４ａが逆止弁３８を介して第５のポート３４ｅに接続され、第３のポート３４ｃが第４のポート３４ｄに接続される。この際、スプール３４ｆを動かすことでスプール３４ｆの開度が調整できるように構成されている。これにより、他方のステアリングシリンダ１８Ｒが伸張し、一方のステアリングシリンダ１８Ｌが収縮してフロントシャーシ１５を左方向に向く。このときの第２のポート３４ｂには、第５のポート３４ｅの出口圧が入力される。それ故、メータインコンペンセータ３３は、ステアリング用制御弁３４のスプール３４ｆの開度に応じた流量をステアリング用制御弁３４に流すようになっている。

また、スプール３４ｆを第２のオフセット位置３４Ｃに切換えると、第１のポート３４ａが逆止弁３８を介して第４のポート３４ｄに接続され、第３のポート３４ｃが第５のポート３４ｅに接続される。この際、スプール３４ｆを動かすことでスプール３４ｆの開度が調整できるように構成されている。これにより、一方のステアリングシリンダ１８Ｌが伸張し、他方のステアリングシリンダ１８Ｒが収縮してフロントシャーシ１５を右方向に向く。このときの第２のポート３４ｂには、第４のポート３４ｄの出口圧が入力される。それ故、スプール３４ｆを第２のオフセット位置３４Ｃに切換えたときもまた、メータインコンペンセータ３３は、ステアリング用制御弁３４のスプール３４ｆの開度に応じた流量をステアリング用制御弁３４に流すようになっている。

ステアリング制御回路３１には、更に３つのリリーフ弁３９〜４１が設けられている。第１及び第２のリリーフ弁３９，４０は、第４及び第５のポート３４ｄ，３４ｅに接続されており、第４及び第５のポート３４ｄ，３４ｅとステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒとの間の圧力が、例えば外力等で予め定められた圧力以上になると、作動油をタンク３６に排出するようになっている。

また、第３のリリーフ弁であるサブリリーフ弁４１は、メータインコンペン３３の他方のパイロットポート３３ｄに接続されており、他方のパイロット圧が予め定められた設定圧以上になると、他方のパイロットポート３３ｄに導かれるパイロット油をタンク３６に排出するようになっている。これにより、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに導かれる作動油の圧力が所定圧以上になると、二次ポート３３ｂからステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の流量を制限して前記作動油の圧力上昇を防ぎ、前記作動油の圧力が設定圧に保たれる。

［作業機制御回路］
図４は、油圧制御装置１０の作業機制御回路３２を拡大して示す回路図である。以下では、図２も参照しつつ説明する。作業機制御回路３２は、基本的に、ブリードオフコンペンセータ４２（以下、単に「ブリードオフコンペン」ともいう）と、チルト用制御弁４３と、ブーム用制御弁４４と、作業機側絞り４５とを有する。ブリードオフコンペン４２は、圧力制御弁であり、一次ポート４２ａが油圧ポンプ３０に接続されており、二次ポート４２ｂがチルト用制御弁４３に接続されている。また、ブリードオフコンペン４２は、２つのパイロットポート４２ｃ，４２ｄが形成されている。

一方のパイロットポート４２ｃは、一次ポート４２ａに繋がっており、そこには一次ポート４２ａの入口圧が入力されている。他方のパイロットポート４２ｄには、切換手段である電磁切換弁６０が接続されている。電磁切換弁６０は、一次ポート４２ａ及びメータインコンペン３３の他方のパイロットポート３３ｄに繋がっており、指令に応じて第２パイロットポート４２ｄに入力されるパイロット圧を、一次ポート４２ａの入口圧及びメータインコンペン３３の他方のパイロット圧の何れか一方に切換えるようになっている。一方及び他方のパイロットポート４２ｃ、４２ｄに夫々入力されたパイロット圧は、互いに抗するようにスプール４２ｅに作用しており、一方のパイロット圧は、スプール４２ｅに対して開く方向（具体的には、スプール４２ｅの開度を開く方向）に作用している。また、ブリードオフコンペン４２には、一方のパイロット圧に抗してスプール４２を付勢するばね部材４２ｆが設けられている。

このように構成されるブリードオフコンペン４２は、油圧ポンプ３０からの作動油が一方及び他方のパイロット圧の差圧がばね部材４２ｆの付勢力に応じた圧力になるように、スプール４２ｅの開度を調整する。具体的には、ブリードオフコンペンセータ４２は、メータインコンペン３３及びブリードオフコンペン４２に流れる作動油の圧力がステアリングシリンダ１８Ｒ，１８Ｌを駆動するために必要な作動圧力よりも高い圧力にする。また、スプール４２ｅの開度が調整されることで、ブリードオフコンペン４２を通る流量が規制される。

アクチュエータ用制御弁の一つであるチルト用制御弁４３は、チルトシリンダ２３に接続されており、ブリードオフコンペン４２からチルトシリンダ２３に流れる作動油の方向を切換えることができるようになっている。チルト用制御弁４３は、６ポートの方向切換弁であり、第１のポート４３ａがブリードオフコンペン４２の二次ポート４２ｂに接続されている。第２のポート４３ｂは、逆止弁４７を介してブリードオフコンペン４２の二次ポート４２ｂに接続され、第３のポート４３ｃは、タンク３６に接続されている。また、第４のポート４３ｄは、ブーム用制御弁４４に接続されており、第５及び第６のポート４３ｅ，４３ｆは、チルトシリンダ２３に接続されている。

これら６つのポート４３ａ〜４３ｆは、スプール４３ｇの位置を切換えることによって接続状態が切換わるようになっており、運転席２０内に設けられるチルトレバー（図示せず）を操作することでスプール４３ｇの位置が切換え可能になっている。チルト用制御弁４３は、所謂センターオープン型の方向切換弁であり、スプール４３ｇが中立位置４３Ａにあるときは、第１のポート４３ａと、第４のポート４３ｄが接続され、その他の４つのポート４３ｂ，４３ｃ，４３ｅ，４３ｆが遮断される。

スプール４３ｇを第１のオフセット位置４３Ｂに切換えると、第１及び第４のポート４３ａ，４３ｄが遮断される。逆に、第２のポート４３ｂは、第６のポート４３ｆに接続され、第３のポート４３ｃは、第５のポート４３ｅに接続される。これにより、チルトシリンダ２３が伸張し、バケット１２が上側にチルトする。また、スプール４３ｇを第２のオフセット位置４３Ｃに切換えると、第１及び第４のポート４３ａ，４３ｄは遮断されたままで、第２のポート４３ｂが第５のポート４３ｅに接続され、第３のポート４３ｃが第６のポート４３ｆに接続される。これにより、チルトシリンダ２３が収縮し、バケット１２が下側にチルトする。

このように構成されるチルト用制御弁４３は、チルトレバーを操作することによりバケット１２を上下方向にチルトさせることができる。他方、チルトレバーが操作されていない状態では、スプール４３ｇが中立位置４３Ａにあるため、チルト用制御弁４３に流れる作動油は、第１及び第４のポート４３ａ，４３ｄを通り抜けてブーム用制御弁４４に導かれる。

アクチュエータ用制御弁の一つであるブーム用制御弁４４は、ブーム用シリンダ２２に接続されており、ブリードオフコンペン４２からブーム用シリンダ２２流れる作動油の方向を切換えることができるようになっている。ブーム用制御弁４４は、６ポートの方向切換弁であり、第１のポート４４ａがチルト用制御弁４３の第４のポート４３ｄに接続されている。第２のポート４４ｂは、逆止弁４９を介してブリードオフコンペン４２の二次ポート４２ｂに接続され、第３のポート４４ｃは、タンク３６に接続されている。また、第４のポート４４ｄは、絞り４５に接続されており、第５及び第６のポート４４ｅ，４４ｆは、２つのブーム用シリンダ２２に接続されている。

これら６つのポート４４ａ〜４４ｆは、スプール４４ｇの位置を切換えることによって接続状態が切換わるようになっており、運転席２０内に設けられる昇降レバー（図示せず）を操作することでスプール４４ｇの位置が切換え可能になっている。ブーム用制御弁４４は、所謂センターオープン型の方向切換弁であり、スプール４４ｇが中立位置４４Ａにあるときは、第１のポート４４ａと第４のポート４４ｄとが接続され、その他の４つのポート４４ｂ，４４ｃ，４４ｅ，４４ｆは遮断される。

スプール４４ｇを第１のオフセット位置４４Ｂに切換えると、第１及び第４のポート４４ａ，４４ｄが遮断される。逆に、第２のポート４４ｂは、第６のポート４４ｆに接続され、第３のポート４４ｃは、第５のポート４４ｅに接続される。これにより、２つのブーム用シリンダ２２が収縮し、バケット１２を下降させることができる。また、スプール４４ｇを第２のオフセット位置４４Ｃに切換えると、第１及び第４のポート４４ａ，４４ｄは遮断されたままで、第２のポート４４ｂが第５のポート４４ｅに接続され、第３のポート４４ｃが第６のポート４４ｆに接続される。これにより、ブーム用シリンダ２２が伸張し、バケット１２を上昇させることができる。

更に、ブーム用制御弁４４は、第３のオフセット位置４４Ｄに切換え可能になっている。スプール４４ｇを第３のオフセット位置４４Ｄに切換えると、第１及び第４のポート４４ａ，４４ｄは遮断されるたままで、第２、第３、第５及び第６のポート４４ｂ，４４ｃ，４４ｅ，４４ｆの全てがタンク３６に接続される。これにより、ブーム用シリンダ２２の保持力がなくなり、ブーム２１を自在に動かすことができる。

このように構成されるブーム用制御弁４４は、昇降レバーを操作することによりブーム２１を上下方向に昇降させることができる。昇降レバーが操作されていない状態では、スプール４４ｇが中立位置４４Ａにあり、チルト用制御弁４３からの作動油は、ブーム用制御弁４４を通り抜けて作業機側絞り４５を介してタンク３６に導かれる。作業機側絞り４５を介することで、この作業機側絞り４５の上流側で圧力を発生する。この圧力が傾転指令信号として油圧ポンプ３０に導かれ、油圧ポンプ３０は、この傾転指令信号の圧力に応じて作動油の吐出量を変えるようになっており、傾転指令信号の圧力が大きくなると吐出量を低下させる。これにより、作業機制御回路３２において、ネガティブコントロール制御が実現されている。

また、作業機制御回路３２には、４つのリリーフ弁５０〜５３が設けられている。第１及び第２のリリーフ弁５０，５１は、チルト用制御弁４３の第５及び第６のポート４３ｅ，４３ｆに接続されており、第５及び第６のポート４３ｄ，４３ｆとバケット用シリンダ２２との間の圧力が、外力等により予め定められた圧力以上になると、そこを流れる作動油をタンク３６に排出するようになっている。

また、第３のリリーフ弁５２は、作業機側絞り４５に並列に接続されており、作業機側絞り４５に流れる作動油の圧力が予め定められた圧力以上になると、この作動油をタンク３６に排出するようになっている。これにより、傾転指令信号の圧力が予め定められた圧力以上になることを防ぐことができる。

また、４つ目のリリーフ弁であるメインリリーフ弁５３は、ブリードオフコンペン４２と並列に設けられ、油圧ポンプ３０の吐出圧が予め定められた規定圧以上になると、油圧ポンプ３０からの作動油をタンク３６に排出するようになっている。このメインリリーフ弁５３により、油圧ポンプ３０から作業機制御回路３２に流れる作動油の圧力だけでなく、ステアリング制御回路３１に流れる作動油の圧力も規定圧未満に保つことができる。

［油圧制御装置の動作］
以下では、図２を参照しつつ、油圧制御装置１０の動作について説明する。油圧制御装置１０では、エンジンＥが駆動されると油圧ポンプ３０が作動油を吐出する。作動油は、ステアリング制御回路３１及び作業機制御回路３２に流される。ハンドルが操作されていない状況では、ステアリング用制御弁３４が中立位置３４Ａにある。それ故、ステアリング用制御弁３４からステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒへの作動油の流れが遮断されており、メータインコンペン３３の他方のパイロットポート３３ｄがタンク３６に接続されているため、一次ポート３３ａと二次ポート３３ｂとの間が閉じられている。従って、メータインコンペン３３からステアリング用制御弁３４への作動油の流れが止められている。

この際、電磁切換弁６０によりブリードオフコンペン４２の他方のパイロットポート４２ｄとメータインコンペン３３の他方のパイロットポート３３ｄとが繋がっていると、ブリードオフコンペン４２の他方のパイロットポート４２ｄもタンク３６に接続される。そのため、ブリードオフコンペン４２のスプール４２ｅが開く方向に動き、ブリードオフコンペン４２を作動油が通っていく。このような状況において、チルト用制御弁４３及びブーム用制御弁４４は中立位置４３Ａ，４４Ａに夫々配置されており、ブリードオフコンペン４２を通り抜けた作動油は、チルト用制御弁４３及びブーム用制御弁４４もそのまま通り抜け、作業機側絞り４５を介してタンク３６に流れる。

前述の場合、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒ、ブーム用シリンダ２２及びチルトシリンダ２３に作動油が流れない。そのため油圧ポンプ３０からの作動油は、全量作業機側絞り４５に流れ、作業機側絞り４５の上流側に発生する圧力は高くなる。油圧ポンプ３０は、この圧力を傾転指令信号として受け、傾転指令信号の圧力が予め定めされた圧力に下がるまで吐出量を下げる。これにより吐出量が予め定められた最小流量まで下げられる。

次に、ハンドルが操作されてステアリング用制御弁３４が第１のオフセット位置３４Ｂに切換えられると、ステアリング用制御弁３４からステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに導かれる。これにより、他方のパイロット圧が上昇し、メータインコンペン３３のスプール３３ｅが開く方向（具体的には、スプール４２ｅの開度を開く方向）に動き、メータインコンペン３３からステアリング用制御弁３４を介してステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油が増加する。これにより、ステアリングシリンダ１８Ｒが伸張し、ステアリングシリンダ１８Ｌが収縮して、フロントシャーシ１５が左方向に向く。

その後、メータインコンペン３３は、ステアリング用制御弁３４の可変絞り３７の前後圧の圧力差に応じた流量、即ち、ステアリング用制御弁３４のスプール３４ｇの開度に応じた流量の作動油をステアリング用制御弁３４に流す。即ち、メータインコンペン３３は、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる流量に対して圧力補償を行う。それ故、メータインコンペン３３に流れる作動油の圧力が変動してもハンドルの操作感が変わらないようにすることができる。

ハンドルが操作されてステアリング用制御弁３４が第２のオフセット位置３４Ｃに切換えられた場合も同様に、メータインコンペン３３からステアリング用制御弁３４を介してステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油が増加する。これにより、ステアリングシリンダ１８Ｒが収縮し、ステアリングシリンダ１８Ｌが伸張して、フロントシャーシ１５が右方向に向く。また、メータインコンペン３３によりステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる流量に対する圧力補償がなされ、メータインコンペン３３に流れる作動油の圧力が変動してもハンドルの操作感が変わらないようにすることができる。

このようにステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに作動油が流れることで、ブリードオフコンペン４２の他方のパイロット圧が上昇する。この上昇に伴って、ブリードオフコンペン４２は、そのスプール４２ｅが閉じる方向に動かしてスプール４２ｅの開度を小さくし、ブリードオフコンペン４２に流れる作動油の圧力をステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の圧力よりもばね部材４２ｆの付勢力に応じた圧力だけ高くして、メータインコンペン３３に流す作動油の圧力をステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒを駆動するために必要な作動圧力より高い圧力にする。それと共に、ブリードオフコンペン４２を通る作動油の流量が少なくなる。

このように作動油の圧力を高くして流量を減少させることで、油圧ポンプ３０から安定した流量の作動油がステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒの方に流れやすくなる。即ち、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒの駆動時において、油圧ポンプ３０からの作動油を安定した流量でステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに優先的に流すことができる。即ち、従来のようなプライオリティ弁を用いることなく、作動油を安定した流量でステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに優先的に流すことができる。

また、ブリードオフコンペン４２を通る作動油の流量が少なくなることで、作業機側絞り４５の上流側に流れる流量が少なくなり、前記作業機側絞り４５の上流側で発生する圧力が下がる。つまり、傾転指令信号の圧力が小さくなり、油圧ポンプ３０の吐出量が増加する。これにより、ステアリング制御弁３４が必要とする流量よりも若干多い流量の作動油がポンプから吐出されることになり、安定してステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに作動油が供給される。

さらに、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の圧力が上昇してメータインコンペン３３の他方のパイロット圧が設定圧以上になると、サブリリーフ弁４１が開く。これにより、パイロット油がタンク３６に排出されて、前記他方のパイロット圧が設定圧未満に維持される。他方、一方のパイロット圧は、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の圧力上昇に伴って上昇し続ける。これにより、メータインコンペン３３のスプール３３ｅが閉じる方向に動き、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる流量が制限され、前記作動油の圧力上昇が防がれる。即ち、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油の最高圧は、前記設定圧に応じた所定圧となる。

さらに、サブリリーフ弁４１によりブリードオフコンペン４２の他方のパイロット圧もまた設定圧に維持される。それ故、ブリードオフコンペン４２は、スプール４２ｅが開く方向に動いてスプール４２ｅの開度が大きくなり、ブリードオフコンペン４２を通る作動油の流量が増加する。これにより、ブリードオフコンペン４２を通過する作動油の流量が増加し、油圧ポンプ３０からメータインコンペン３３の方に流れる流量を所定流量未満に制限することができる。

このようにメータインコンペン３３に流れる流量を所定流量未満に制限することにより、油圧ポンプが吐出可能な吐出量に合わせてメータインコンペン３３のスプール３３ｅを大径にする必要がない。即ち、メータインコンペン３３のスプール３３ｅをそこに流れる流量に合わせて小径にすることができ、メータインコンペン３３のスプール径をステアリング用制御弁３４のスプール径に合わせることができる。これにより、メータインコンペン３３とステアリング用制御弁とを一体化したユニットの製造が容易になる。

他方、ブリードオフコンペン４２は、チルト用制御弁４３及びブーム用制御弁４４と同じ流量が流れるため、そのスプール径は、チルト用制御弁４３及びブーム用制御弁４４のスプール径に合わすことが多い。それ故、ブリードオフコンペン４２、チルト用制御弁４３及びブーム用制御弁４４を一体化したユニットの製造は、容易である。

また、油圧ポンプ３０からメータインコンペン３３の方に流れる流量を所定流量未満に制限すべく、ブリードオフコンペン４２のスプール４２ｅの開度が大きくなると、作業機側絞り４５の上流側の圧力が上昇する。これにより、油圧ポンプ３０の吐出量が下げられ、安定した流量が供給される。

ここで、チルトレバーが操作されてチルト用制御弁４３のスプール４３ｇが第１のオフセット位置４３Ｂに切換えられると、作業機側絞り４５への作動油の流れが止まるため作業機側絞り４５の上流側の圧力が下降する。そうすると、油圧ポンプ３０の吐出量が上がる。ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる流量が所定流量に維持されるので、油圧ポンプ３０の吐出量の増加にともない、ブリードオフコンペン４２を通る作動油の流量が増加する。このブリードオフコンペン４２を通る作動油がチルトシリンダ２３に流れることでチルトシリンダ２３が伸張し、バケット１２が上側にチルトする。

チルトレバーが操作されてチルト用制御弁４３のスプール４３ｇが第２のオフセット位置４３Ｃに切換えられた場合、チルトシリンダ２３が収縮することを除き、第１のオフセット位置４３Ｂに切換えられた場合と同様の動作をする。また、昇降レバーが操作されてブーム用制御弁４４のスプール４４ｇの位置を切換えた場合、伸縮するアクチュエータがブーム用シリンダ２２であることを除き、チルトレバーが操作された場合と同様の動作をする。

ハンドルが操作されていない場合、上述の通り油圧ポンプ３０からステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒに流れる作動油は、メータインコンペン３３により遮断される。このときに、チルトレバー又は昇降レバーを操作すると、油圧ポンプ３０からの作動油は、その全量がブリードオフコンペン４２を通り、チルトシリンダ２３、ブーム用シリンダ２２又はそれら２つのシリンダ２２，２３に流れる。これにより、ハンドルと同時にチルトレバー又は昇降レバーを操作する場合よりも、大流量の作動油をチルトシリンダ２３、又はブーム用シリンダ２２に流すことができ、早い速度でチルトシリンダ２３又はブーム用シリンダ２２を動かすことが可能となる。

このようにチルトシリンダ２３又はブーム用シリンダ２２を駆動している際、ブリードオフコンペン４２に流れる作動油の圧力が規定圧以上になると、メインリリーフ５３がブリードオフコンペン４２に流れる作動油をタンク３６に排出する。これにより、チルトシリンダ２３又はブーム用シリンダ２２に流れる作動油の最高圧を規定圧にすることができる。それ故、作業機制御回路３２を流れる作動油の最高圧とステアリング制御回路３１を流れる作動油の最高圧と別々に設定することができる。

このように動作する油圧制御装置１０において、ブリードオフコンペン４２の他方のパイロットポート４２ｄに入力されるパイロット圧を電磁切換弁６０により一次ポート４２ａの入口圧、つまりポンプ圧に切換えた場合について以下で説明する。パイロット圧を切換えると、ブリードオフコンペン４２のスプール４２ｅの両端部に同じ荷重が作用し、ハンドル、チルトレバー及び昇降レバーに対する操作に関係なく、ブリードオフコンペン４２のスプール４２ｅが閉位置にて保持される。これにより、ポンプ３０から吐出された作動油は、メインリリーフ弁５３を通ってタンク３６に戻る。これにより、ポンプ３０の吐出圧は、メインリリーフ弁５３の予め定められた設定圧まで上昇し、エンジンＥの負荷を高くすることができる。また、油圧制御装置１０では、このようにエンジンＥの強制的に高くした場合でも、ハンドルを操作すると、メータインコンペン３３によりステアリングシリンダ１８Ｒ，１８Ｌに安定した流量の作動油を流すことができる。それ故、エンジンＥの強制的に高くした場合でも、ステアリングシリンダ１８Ｒ，１８Ｌを任意に駆動させることができる。

つまり、電磁切換弁６０によりブリードオフコンペン４２の他方のパイロットポート４２ｄにポンプ圧を入力することで、エンジンＥの負荷を強制的に上げることができる。また、メータインコンペン３３とブリードオフコンペン４２とが別体に構成されているので、エンジンＥの負荷を強制的に上げた場合でも、ステアリングシリンダ１８Ｌ，１８Ｒを動作させることができる。

本実施形態では、油圧制御装置１０，１００がホイルローダ１１に搭載されている場合について説明したが、ブルドーザ等であってもよく、建設機械であればよい。また、油圧制御装置１０，１００が駆動するアクチュエータは、ブーム用シリンダ２２及びチルト用シリンダ２３の２つのアクチュエータであったが、何れか１つのアクチュエータだけであってもよく、また３つ以上のアクチュエータを備えるようにして、それらのアクチュエータを駆動させるようにしもよい。また、ステアリング装置及びアクチュエータの種類も、シリンダに限定するものではなく、油圧モータであってもよい。

なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

１０ 油圧制御装置
１１ ホイルローダ
１８Ｌ，１８Ｒ ステアリングシリンダ
２２ ブーム用シリンダ
２３ チルトシリンダ
３０ 油圧ポンプ
３３ メータインコンペンセータ
３４ ステアリング用制御弁
３６ ステアリング側タンク
４１ サブリリーフ弁
４２ ブリードオフコンペンセータ
４３ チルト用制御弁
４４ ブーム用制御弁
４５ 作業機側絞り
４８ 作業機側タンク
５３ メインリリーフ弁

Claims (5)

1. ステアリング装置及び作業機アクチュエータに、並列に作動油を供給するよう接続される油圧ポンプと、
   スプールを動かすことで前記ステアリング装置に流れる作動油の方向を制御するステアリング用制御弁と、
   中立位置にて前記油圧ポンプをタンクに接続し、オフセット位置にて前記作業機アクチュエータに流れる作動油の方向を制御するアクチュエータ用制御弁と、
   前記ステアリング用制御弁へ供給される作動油の流れを制御し、前記ステアリング用制御弁のスプールの開度に依らず、前記ステアリング用制御弁の上流側と下流側の作動油の差圧を一定に保つメータインコンペンセータと、
   前記アクチュエータ用制御弁へ供給される作動油の流れを制御し、前記ステアリング用制御弁の下流側の作動油の圧力を一方のパイロット圧として利用し、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を前記一方のパイロット圧に抗する他方のパイロット圧として利用するブリードオフコンペンセータとを備える、油圧制御装置。
2. 前記ブリードオフコンペンセータは、前記ステアリング装置に供給される作動油の圧力上昇に応じて前記アクチュエータ用制御弁へ供給される作動油の流量を減少させるように、且つ、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を前記ステアリング装置を駆動するために必要な作動油の圧力より高い圧力になるように作動する、請求項１に記載の油圧制御装置。
3. 前記アクチュエータ用制御弁と前記タンクとの間に介在する絞りを更に備え、
   前記油圧ポンプは、前記アクチュエータ用制御弁と前記絞りとの間の作動油の圧力に応じて吐出流量を調整する可変容量形ポンプである、請求項１又は２に記載の油圧制御装置。
4. 前記メータインコンペンセータは、前記ステアリング用制御弁の上流側及び下流側の作動油を互いに抗する２つパイロット油として利用し、
   前記下流側の作動油を利用したパイロット油の圧力が所定圧になると、前記下流側の作動油を利用したパイロット油をタンクに排出するステアリング側リリーフ弁を更に備える、請求項１乃至３の何れか１つに記載の油圧制御装置。
5. 請求項1乃至４の何れか1つに記載の油圧制御装置を備える、建設機械。

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