JP2015218794A - 流体圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切換弁の絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制可能な流体圧制御装置を提供する。【解決手段】流体圧制御装置の負荷保持機構２０は、制御弁から負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、チェック弁より負荷側圧力室側の作動流体をチェック弁２１を迂回して制御弁側に導くバイパス通路に介装される切換弁２２と、を備える。切換弁２２は、パイロット室２３のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部７２を有するスプール５６と、スプール５６を閉弁方向に付勢する付勢部材３６と、スプール５６が収容されランド部７２の外周が摺接する環状摺接部７８を内周に有するスプール孔６０ａと、ランド部７２に設けられスプール５６が開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞り３７と、を備える。絞り３７は、スプール５６の軸方向に沿って直列に２段以上設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、流体圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置に関する。

流体圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置として、特許文献１には、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動流体の給排を切り換えシリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、シリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路に介装された負荷保持機構と、を備えるものが開示されている。

負荷保持機構は、オペレートチェック弁と、パイロット圧によって動作してオペレートチェック弁の動作を切り換える切換弁と、を備える。切換弁は、オペレートチェック弁をバイパスするバイパス通路が接続される供給ポートと、制御弁に連通する排出ポートと、を備える。

切換弁は、パイロット圧によって変化するスプールの移動量に応じて、供給ポートと排出ポートとの連通を遮断する遮断位置と、供給ポートと排出ポートとを絞りを介して連通させる連通位置と、に切り換え可能である。

特開２０１３−２０４６０３号公報

切換弁のスプールのランド部外周にはノッチが形成され、このノッチがスプールの移動量に応じて供給ポートと排出ポートとを連通させる。ノッチによって画成される絞りの開口面積は、ノッチの大きさによって規定される。

開口面積は、流体圧作業機器の機種に応じて設定される。特に、シリンダの繊細な動作が要求される流体圧作業機器では、スプールが遮断位置から連通位置へと移動し始め、開口面積が増加し始める際の初期の開口面積の増加率を小さく抑える必要がある。

初期の開口面積の増加率を抑えるためには、ノッチの幅を小さくする必要があるが、ノッチはエンドミル等の工具によって形成され、工具の細さには限界があるので、ノッチの幅をさらに細くすることは難しい。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、切換弁の絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制可能な流体圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用するシリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路と、メイン通路に介装され、制御弁が遮断位置の場合に負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置であって、負荷保持機構は、制御弁から負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、チェック弁より負荷側圧力室側の作動流体をチェック弁を迂回して制御弁側に導くバイパス通路に介装され、開弁することでパイパス通路を連通させる切換弁と、を備え、切換弁は、パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、パイロット室のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部を有するスプールと、スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、スプールが収容されランド部の外周が摺接する環状摺接部を内周に有するスプール孔と、ランド部に設けられスプールが開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞りと、を備え、絞りは、スプールの軸方向に沿って直列に２段以上設けられる、ことを特徴とする。

本発明によれば、スプールが開弁方向に移動するほどバイパス通路の開口面積を増大させる絞りが、スプールの軸方向に沿って直列に２段以上設けられるので、全体としての絞りの開口面積である合成開口面積を小さくすることができる。よって、絞りにおける初期の開口面積の増加率を抑制することができる。

油圧ショベルの一部分を示す図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の負荷保持機構の断面図である。 パイロット圧に応じて変化するスプールの開口面積の変化特性を示す図である。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

流体圧制御装置としての油圧制御装置１００は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施形態では、図１に示す油圧ショベルのアーム（負荷）１を駆動するシリンダ２の伸縮動作を制御する場合について説明する。

まず、図２を参照して、油圧制御装置１００の油圧回路について説明する。

シリンダ２は、シリンダ２内を摺動自在に移動するピストンロッド３によって、ロッド側圧力室２ａと反ロッド側圧力室２ｂとに画成される。

油圧ショベルにはエンジンが搭載され、そのエンジンの動力によって油圧源であるポンプ４及びパイロットポンプ５が駆動する。

ポンプ４から吐出された作動油（作動流体）は、制御弁６を通じてシリンダ２に供給される。

制御弁６とシリンダ２のロッド側圧力室２ａとは第１メイン通路７によって接続され、制御弁６とシリンダ２の反ロッド側圧力室２ｂとは第２メイン通路８によって接続される。

制御弁６は、油圧ショベルの乗務員が操作レバー１０を手動操作することに伴ってパイロットポンプ５からパイロット弁９を通じてパイロット室６ａ，６ｂに供給されるパイロット圧油によって操作される。

具体的には、パイロット室６ａにパイロット圧が導かれた場合には、制御弁６は位置ａに切り換わり、ポンプ４から第１メイン通路７を通じてロッド側圧力室２ａに作動油が供給されると共に、反ロッド側圧力室２ｂの作動油が第２メイン通路８を通じてタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は収縮動作し、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。

一方、パイロット室６ｂにパイロット圧が導かれた場合には、制御弁６は位置ｂに切り換わり、ポンプ４から第２メイン通路８を通じて反ロッド側圧力室２ｂに作動油が供給されると共に、ロッド側圧力室２ａの作動油が第１メイン通路７を通じてタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は伸長動作し、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。

パイロット室６ａ，６ｂにパイロット圧が導かれない場合には、制御弁６は位置ｃに切り換わり、シリンダ２に対する作動油の給排が遮断され、アーム１は停止した状態を保つ。

このように、制御弁６は、シリンダ２を収縮動作させる収縮位置ａ、シリンダ２を伸長動作させる伸長位置ｂ、及びシリンダ２の負荷を保持する遮断位置ｃの３つの切り替え位置を備え、シリンダ２に対する作動油の給排を切り換え、シリンダ２の伸縮動作を制御する。

ここで、図１に示すように、バケット１３を持ち上げた状態で、制御弁６を遮断位置ｃに切り換えアーム１の動きを止めた場合には、バケット１３とアーム１等の自重によって、シリンダ２には伸長する方向の力が作用する。このように、アーム１を駆動するシリンダ２においては、ロッド側圧力室２ａが、制御弁６が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。

負荷側であるロッド側圧力室２ａに接続されたメイン通路としての第１メイン通路７には、負荷保持機構２０が介装される。負荷保持機構２０は、制御弁６が遮断位置ｃの場合に、ロッド側圧力室２ａの負荷圧を保持するものであり、図１に示すように、シリンダ２の表面に固定される。

なお、ブーム１４を駆動するシリンダ１５においては、反ロッド側圧力室１５ｂが負荷側圧力室となるため、ブーム１４に負荷保持機構２０を設ける場合には、反ロッド側圧力室１５ｂに接続されたメイン通路に負荷保持機構２０が介装される（図１参照）。

負荷保持機構２０は、第１メイン通路７に介装されたチェック弁としてのオペレートチェック弁２１と、パイロット弁９を通じてパイロット室２３に供給されるパイロット圧油によって制御弁６と連動して動作し、オペレートチェック弁２１の作動を切り換える切換弁としてのメータアウト制御弁２２と、を備える。

オペレートチェック弁２１は、第１メイン通路７を開閉する弁体２４と、弁体２４が着座するシート部２８と、弁体２４の背面に画成された背圧室２５と、弁体２４に形成されロッド側圧力室２ａの作動油を背圧室２５へと常時導く絞り通路２６と、を備える。絞り通路２６には絞り２６ａが介装される。

第１メイン通路７は、弁体２４によって、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとに分けられる。シリンダ側第１メイン通路７ａは、ロッド側圧力室２ａとオペレートチェック弁２１とをつなぎ、制御弁側第１メイン通路７ｂはオペレートチェック弁２１と制御弁６とをつなぐ。

弁体２４には、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が作用する第１受圧面２４ａと、シリンダ側第１メイン通路７ａを通じてロッド側圧力室２ａの圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。

背圧室２５には、弁体２４を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのスプリング２７が収装される。このように、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とは、弁体２４をシート部２８に着座させる方向に作用する。

弁体２４がシート部２８に着座した状態では、オペレートチェック弁２１は、ロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを遮断する逆止弁としての機能を発揮する。つまり、オペレートチェック弁２１は、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れを防止して負荷圧を保持し、アーム１の停止状態を保持する。

また、負荷保持機構２０は、ロッド側圧力室２ａの作動油をオペレートチェック弁２１をバイパスして制御弁側第１メイン通路７ｂへと導くバイパス通路３０と、背圧室２５の作動油を制御弁側第１メイン通路７ｂへと導く背圧通路３１と、を備える。

メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０及び背圧通路３１に介装され、バイパス通路３０及び背圧通路３１に対する制御弁側第１メイン通路７ｂの連通を切り換え、シリンダ２を伸長動作させる際にメータアウト側となる第１メイン通路７の作動油の流れを制御する。

メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０に連通する第１供給ポート３２、背圧通路３１に連通する第２供給ポート３３、及び制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４の３つのポートを備える。

また、メータアウト制御弁２２は、遮断位置ｘ、第１連通位置ｙ、第２連通位置ｚの３つの切り換え位置を備える。

パイロット室２３には、制御弁６のパイロット室６ｂにパイロット圧が導かれたときに、同時に同じ圧力のパイロット圧が導かれる。つまり、制御弁６を伸長位置ｂに切り換えた場合に、メータアウト制御弁２２も第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わる。

具体的に説明すると、パイロット室２３にパイロット圧が導かれない場合には、付勢部材としてのスプリング３６の付勢力によって、メータアウト制御弁２２は遮断位置ｘを保つ。遮断位置ｘでは、第１供給ポート３２及び第２供給ポート３３の双方が遮断される。

パイロット室２３に所定圧力未満のパイロット圧が導かれた場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。第１連通位置ｙでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通する。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油はバイパス通路３０からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。つまり、ロッド側圧力室２ａの作動油はオペレートチェック弁２１をバイパスして制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。このとき、絞り３７によって作動油の流れに抵抗が付与される。第２供給ポート３３は遮断された状態を保つ。

パイロット室２３に所定圧力以上のパイロット圧が導かれた場合には、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。第２連通位置ｚでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通するとともに、第２供給ポート３３が排出ポート３４と連通する。これにより、背圧室２５の作動油は背圧通路３１からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。このときも、第１連通位置の場合と同様に、第１供給ポート３２から排出ポート３４への作動油の流れには、絞り３７によって抵抗が付与される。

バイパス通路３０におけるメータアウト制御弁２２の上流には、リリーフ通路４０が分岐して接続される。リリーフ通路４０には、ロッド側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動油の通過を許容し、ロッド側圧力室２ａの作動油を逃がすリリーフ弁４１が介装される。リリーフ弁４１を通過した作動油は、排出通路７６を通じてタンクＴへ排出される。排出通路７６にはオリフィス４２が介装され、オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２３に導かれる。メータアウト制御弁２２は、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれたリリーフ圧油の圧力によって、第２連通位置ｚまで切り換わるように設定される。

制御弁側第１メイン通路７ｂには第１メインリリーフ弁４３が接続され、第２メイン通路８には第２メインリリーフ弁４４が接続される。第１メインリリーフ弁４３，第２メインリリーフ弁４４は、アーム１に大きな外力が作用したときに、シリンダ２のロッド側圧力室２ａ、反ロッド側圧力室２ｂに生じる高圧を逃がすためのものである。

次に、主に図３を参照して、メータアウト制御弁２２について詳細に説明する。図３は負荷保持機構２０の断面図であり、パイロット室２３にパイロット圧が導かれておらずメータアウト制御弁２２が遮断位置ｘである状態を示す。

メータアウト制御弁２２はボディ６０に組み込まれる。ボディ６０にはスプール孔６０ａが形成され、スプール孔６０ａには略円筒形状のスリーブ６１が挿入される。スリーブ６１内には、スプール５６が摺動自在に組み込まれる。

スプール５６の一端面５６ａの側方には、キャップ５７によって区画されたスプリング室５４が画成される。スプリング室５４は、スリーブ６１の端面に形成された切り欠き６１ａとボディ６０に形成された通路６２を通じてオリフィス４２（図２参照）の下流側に連通しタンクＴに接続される。

スプリング室５４には、スプール５６を付勢する付勢部材としてのスプリング３６が収装される。また、スプリング室５４には、端面４５ａがスプール５６の一端面５６ａに当接すると共に中空部４５ｂにスプール５６の一端面５６ａに突出して形成されたピン部５６ｃが挿入される環状の第１バネ受部材４５と、キャップ５７の底部近傍に配置された第２バネ受部材４６と、が収装される。スプリング３６は、第１バネ受部材４５と第２バネ受部材４６との間に圧縮状態で介装され、第１バネ受部材４５を介してスプール５６を閉弁方向に付勢する。

スプリング室５４内での第２バネ受部材４６の軸方向位置は、キャップ５７の底部に貫通して螺合する調節ボルト４７の先端部が第２バネ受部材４６の背面に当接することによって設定される。調節ボルト４７をねじ込むことによって、第２バネ受部材４６は第１バネ受部材４５に近づく方向に移動する。したがって、調節ボルト４７のねじ込み量を調節することによって、スプリング３６の初期のスプリング荷重を調整することができる。調節ボルト４７はナット４８にて固定される。

スプール５６の他端面５６ｂの側方には、スプール孔６０ａと連通して形成されたピストン孔６０ｂと、ピストン孔６０ｂを閉塞するキャップ５８とによってパイロット室２３が画成される。パイロット室２３内には、背面にパイロット圧を受けてスプール５６にスプリング３６の付勢力に抗する推力を付与するピストン５０が摺動自在に挿入される。

パイロット室２３は、ピストン５０によって、ピストン５０の背面に臨む第１パイロット室２３ａと、ピストン５０の前面及びスプール５６の他端面５６ｂに臨む第２パイロット室２３ｂと、に区画される。第１パイロット室２３ａには、ボディ６０に形成された通路５２を通じてパイロット弁９からのパイロット圧油が供給される。第２パイロット室２３ｂには、排出通路７６を通じてリリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油が導かれる。

ピストン５０は、外周面がピストン孔６０ｂの内周面に沿って摺動する摺動部５０ａと、摺動部５０ａと比較して小径に形成され、スプール５６の他端面５６ｂに対峙する先端部５０ｂと、摺動部５０ａと比較して小径に形成され、キャップ５８の先端面に対峙する基端部５０ｃと、を備える。

通路５２を通じて第１パイロット室２３ａ内にパイロット圧油が供給されると、基端部５０ｃの背面と摺動部５０ａの環状背面とにパイロット圧が作用する。これにより、ピストン５０は、前進し、先端部５０ｂがスプール５６の他端面５６ｂに当接してスプール５６を移動させる。このように、スプール５６は、ピストン５０の背面に作用するパイロット圧に基づいて発生するピストン５０の推力を受け、スプリング３６の付勢力に抗して開弁方向に移動する。

排出通路７６を通じて第２パイロット室２３ｂ内にリリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油が導かれると、スプール５６の他端面５６ｂにリリーフ圧油の圧力が作用する。これにより、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して移動し、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。この際、リリーフ圧油の圧力はピストン５０にも作用するため、ピストン５０は後退してキャップ５８に当接する。

スプール５６は、一端面５６ａに作用するスプリング３６の付勢力と他端面５６ｂに作用するピストン５０の推力とがバランスした位置で停止し、そのスプール５６の停止位置にてメータアウト制御弁２２の切り換え位置が設定される。スプール５６は、ピストン５０の推力がスプリングの付勢力より大きいとき開弁方向に移動し、スプリングの付勢力がピストン５０の推力より大きいとき閉弁方向に移動する。

スプール５６の外周面は部分的に環状に切り欠かれ、開弁方向先端側から順に、ポペット部７０、ランド部としての第１ランド部７２、第２ランド部７３、第３ランド部７４が形成される。ポペット部７０は、第１ランド部７２、第２ランド部７３及び第３ランド部７４より外径が大きく、開弁方向に向かって外径が大きくなるテーパ状に形成される。

スリーブ６１の内周面は部分的に環状に切り欠かれ、その切り欠かれた部分とスプール５６の外周面とで、開弁方向先端側から順に、第１圧力室６４、第２圧力室６５、第３圧力室６６、及び第４圧力室６７が形成される。

スリーブ６１にはさらに、バイパス通路３０（図２参照）に連通する第１供給ポート３２と、背圧通路３１（図２参照）に連通する第２供給ポート３３と、制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４と、が形成される。

第１圧力室６４は、排出ポート３４に常時連通している。

第２圧力室６５は、スリーブ６１の内周面から内径側に環状に突出する環状突部７１にポペット部７０が着座することで第１圧力室６４と遮断される。

第３圧力室６６は、第１供給ポート３２に常時連通している。スプール５６の第１ランド部７２の外周には、スプール５６が開弁方向に移動することによって、第３圧力室６６と第２圧力室６５とを連通する複数の絞り３７が形成される。

絞り３７は、第１ランド部７２の外周に形成されるノッチ７７と、スリーブ６１の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部７８と、から構成され、スプール５６の軸方向に直列に２段設けられる。２段の絞り３７は、スプール５６の閉弁方向側に配置される１段目絞り３７ａと、スプール５６の開弁方向側に配置される２段目絞り３７ｂと、から構成される。

１段目絞り３７ａのノッチ７７は、第１ランド部７２の外周に２つ形成され、各ノッチ７７は第１ランド部７２の周方向に均等な間隔を有するように１８０度ずれて配置される。２段目絞り３７ｂのノッチ７７は、第１ランド部７２の外周に２つ形成され、各ノッチ７７は第１ランド部７２の周方向に均等な間隔を有するように１８０度ずれて配置される。これにより、各ノッチ７７を通過する作動流体によってスプールが軸方向に垂直な方向に受ける力をより均等化することができる。

また、１段目絞り３７ａのノッチ７７と２段目絞り３７ｂのノッチ７７とは、第１ランド部７２の周方向に９０度ずれて配置される。つまり、第１ランド部７２の外周には、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂの合計４つのノッチ７７が互いに周方向に９０度ずつずれて配置される。

さらに、１段目絞り３７ａのノッチ７７と２段目絞り３７ｂのノッチ７７との軸方向の位置は、１段目絞り３７ａのノッチ７７の開弁側先端が１段目絞り３７の環状摺接部７８を通過するのと同時に、２段目絞り３７ｂのノッチ７７の開弁側先端が２段目絞り３７ｂの環状摺接部７８を通過するように設定される。つまり、１段目絞り３７ａと２段目絞り３７ｂとはスプール５６の移動に伴って同時に開口する。

なお、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂのノッチ７７の数はこれに限らず、その他の個数であってもよい。この場合も、各ノッチ７７は第１ランド部７２の周方向に互いに均等な間隔を有して配置されることが好ましい。

第４圧力室６７は、スプール５６内に軸方向に形成された導通孔６８を介して第２圧力室６５に常時連通している。導通孔６８は、一端が第４圧力室６７に開口し、他端が第２圧力室６５に開口する。第２供給ポート３３は、スプール５６が閉弁状態である場合には開口部が第２ランド部７３の外周に対向して閉塞され、スプール５６が開弁方向に移動することによって第４圧力室６７と連通する。

パイロット室２３にパイロット圧が導かれない場合には、スプリング３６の付勢力によってスプール５６に形成されたポペット部７０が、スリーブ６１の内周に形成された環状突部７１に押し付けられ、第２圧力室６５と第１圧力室６４との連通が遮断される。したがって、第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通が遮断されるとともに第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通も遮断される。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油及び背圧室２５の作動油が排出ポート３４へと漏れることはない。この状態が、メータアウト制御弁２２の遮断位置ｘに相当する。スプリング３６の付勢力によってポペット部７０が環状突部７１に着座した状態では、第１バネ受部材４５の端面４５ａとスリーブ６１の端面との間には僅かな隙間が存在するため、ポペット部７０は環状突部７１に対してスプリング３６の付勢力によって確実にシートされる。

第１パイロット室２３ａにパイロット圧が導かれ、スプール５６に作用するピストン５０の推力がスプリング３６の付勢力よりも大きくなった場合には、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して開弁方向に移動する。これにより、ポペット部７０が環状突部７１から離れると共に、第３圧力室６６と第２圧力室６５とが１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂを通じて連通するため、第１供給ポート３２は第３圧力室６６、絞り３７、第２圧力室６５、及び第１圧力室６４を通じて排出ポート３４と連通する。第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通によって、ロッド側圧力室２ａの作動油が、絞り３７を介して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第１連通位置ｙに相当する。

第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧が大きくなると、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗してさらに開弁方向に移動し、第４圧力室６７に第２供給ポート３３が連通する。これにより、第２供給ポート３３は、第４圧力室６７、導通孔６８、及び第１圧力室６４を通じて排出ポート３４と連通する。第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通によって、背圧室２５の作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第２連通位置ｚに相当する。

次に、主に図２〜図４を参照して、油圧制御装置１００の動作について説明する。

制御弁６が遮断位置ｃの場合には、ポンプ４が吐出する作動油はシリンダ２に供給されない。このとき、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａにはパイロット圧が導かれないため、メータアウト制御弁２２も遮断位置ｘの状態となる。

このため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。ここで、弁体２４における閉弁方向の受圧面積（弁体２４の背面の面積）は、開弁方向の受圧面積である第２受圧面２４ｂの面積よりも大きいため、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とによって、弁体２４はシート部２８に着座した状態となる。このように、オペレートチェック弁２１によって、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れが防止され、アーム１の停止状態が保持される。

操作レバー１０が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ａへとパイロット圧が導かれると、制御弁６は、パイロット圧に応じた量だけ収縮位置ａへと切り換わる。制御弁６が収縮位置ａへと切り換わると、ポンプ４が吐出する作動油の圧力は、オペレートチェック弁２１の第１受圧面２４ａへと作用する。このとき、メータアウト制御弁２２は、パイロット室２３にパイロット圧が導かれず遮断位置ｘの状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。第１受圧面２４ａに作用する荷重が、背圧室２５の圧力による弁体２４の背面に作用する荷重とスプリング２７の付勢力との合計荷重よりも大きくなった場合には、弁体２４はシート部２８から離れる。このようにしてオペレートチェック弁２１が開弁すれば、ポンプ４から吐出された作動油はロッド側圧力室２ａに供給され、シリンダ２は収縮する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。

操作レバー１０が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ｂへとパイロット圧が導かれると、制御弁６はパイロット圧に応じた量だけ伸長位置ｂへと切り換わる。また、これと同時に、第１パイロット室２３ａへもパイロット圧が導かれるため、メータアウト制御弁２２は、供給されるパイロット圧に応じて第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わる。

第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧が所定圧力未満の場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通は遮断された状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５はロッド側圧力室２ａの圧力に維持され、オペレートチェック弁２１は閉弁状態となる。

一方、第１供給ポート３２は排出ポート３４と連通するため、ロッド側圧力室２ａの作動油は、バイパス通路３０から１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂを通過して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。また、反ロッド側圧力室２ｂには、ポンプ４の吐出する作動油が供給されるため、シリンダ２は伸長する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。

ここで、メータアウト制御弁２２を第１連通位置ｙに切り換えるのは、バケット１３に取り付けた搬送物を、目的の位置に下ろすクレーン作業を行う場合が主である。クレーン作業では、シリンダ２を低速で伸長動作させてアーム１を矢印８１の方向へとゆっくりと下降させる必要があるため、制御弁６は、伸長位置ｂにわずかに切り換えられるだけである。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに導かれるパイロット圧は小さく、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧は所定圧力未満となり、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙまでしか切り換わらない。したがって、ロッド側圧力室２ａの作動油は１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂを通過して排出されることになり、アーム１はクレーン作業に適した低速で下降する。

特に、本実施形態では、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂを直列に配置して２段絞りとしたので、絞り全体としての開口面積を小さくすることができる。例えば、１段目絞り３７ａの開口面積をＡ１とし、２段目絞り３７ｂの開口面積をＡ２とすると、絞り全体の合成開口面積Ａは、以下の式で表わされる。

Ａ＝（Ａ１＊Ａ２）／（Ａ１²＋Ａ２²）^1/2
特に、Ａ１＝Ａ２である場合、Ａ＝Ａ１／２^1/2≒０．７Ａ１となる。

図４は、第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧に応じて変化するスプール５６の開口面積の変化特性を示す図であり、破線は絞りが１段の場合を示し、実線は本実施形態のように絞りが２段の場合を示す。

図４に示すように、パイロット圧の増加、すなわちスプール５６のストローク量の増加に伴いメータアウト制御弁２２の切換位置が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わった時、開口面積が増加し始める。このとき、絞りが２段の場合の方が、１段の場合よりも合成開口面積が小さく抑えられるので、開口面積の立ち上がり（増加率）が小さくなる。これにより、シリンダ２を低速で伸長動作させる際、特にシリンダ２の動き始めの挙動をより繊細に調整することができる。

また、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙの場合において、制御弁側第１メイン通路７ｂが破裂などして作動油が外部へと漏れるような事態が発生したとしても、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量は１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂによって制限されるため、バケット１３の落下速度は速くならない。この機能をメータリング制御という。このため、バケット１３が地面に落下する前に、メータアウト制御弁２２を遮断位置ｘに切り換えることができ、バケット１３の落下を防止することができる。

このように、絞り３７は、オペレートチェック弁２１の閉弁時におけるシリンダ２の下降速度を抑えると共に、制御弁側第１メイン通路７ｂの破裂時におけるバケット１３の落下速度を抑えることができる。

第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧が所定圧力以上になると、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３が排出ポート３４と連通するため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５の作動油は、背圧通路３１から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。これにより、絞り通路２６の前後にて差圧が発生し、背圧室２５内の圧力が小さくなるため、弁体２４に作用する閉弁方向の力が小さくなり、弁体２４がシート部２８から離れ、オペレートチェック弁２１の逆止弁としての機能が解除される。

このように、オペレートチェック弁２１は、制御弁６からロッド側圧力室２ａへの作動油の流れを許容する一方、背圧室２５の圧力に応じてロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを許容するように動作する。

オペレートチェック弁２１が開弁すると、ロッド側圧力室２ａの作動油は第１メイン通路７を通りタンクＴへと排出されるため、シリンダ２は素早く伸長する。つまり、メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えると、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量が多くなるため、反ロッド側圧力室２ｂに供給される作動油の流量が多くなり、シリンダ２の伸長速度は速くなる。これにより、アーム１は矢印８１の方向へと素早く下降する。

メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えるのは、掘削作業等を行う場合であり、制御弁６は伸長位置ｂに大きく切り換えられる。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに導かれるパイロット圧は大きく、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａに導かれるパイロット圧は所定圧力以上となり、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚまで切り換わる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第１ランド部７２の外周に形成されるノッチ７７と、スリーブ６１の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部７８と、から構成される絞り３７ａ、３７ｂが、スプール５６の軸方向に直列に２段設けられるので、全体としての絞り３７の開口面積である合成開口面積を小さくすることができる。これにより、ノッチ７７の幅をさらに細くすることなく絞り３７における初期の開口面積の増加率を抑制することができる。よって、シリンダ２を低速で伸長動作させる際、特にシリンダ２の動き始めの挙動をより繊細に調整することができる。

さらに、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂは、第１ランド部７２の外周に形成されるノッチ７７と、スリーブ６１の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部７８と、から構成されるので、簡素な構造で絞りを実現することができる。

さらに、１段目絞り３７ａのノッチ７７の開弁側先端が１段目絞り３７ａの環状摺接部７８を通過するのと同時に、２段目絞り３７ｂのノッチ７７の開弁側先端が２段目絞り３７ｂの環状摺接部７８を通過するように、各ノッチ７７の軸方向の位置が設定される。ここで、一方の絞り３７が開放する時における他方の絞り３７の開口面積が小さいほど、全体として絞り３７が開いた直後の合成開口面積を小さくすることができるので、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂが同時に開放するように位置を設定することで、合成開口面積をより小さくすることができ、シリンダ２の動き始めの挙動をさらに繊細に調整することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、絞り３７が１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂの２段の絞りから構成されているが、３段以上の絞りから構成されていてもよい。同じノッチ７７を用いる場合には、絞り３７の段数が増えるほど、絞り全体としての合成開口面積をより小さく抑えることができる。

さらに、上記実施形態では、負荷保持機構２０がオペレートチェック弁２１とメータアウト制御弁２２とを備える場合について例示したが、オペレートチェック弁２１の代わりに単なるチェック弁を設け、ロッド側圧力室２ａから制御弁６への流れは常にバイパス通路３０を経由するようにしてもよい。この場合には、メータアウト制御弁２２の第２供給ポート３３を廃止するとともに、第２連通位置ｚの絞り３７を廃止すればよい。

さらに、上記実施形態では、１段目絞り３７ａ及び２段目絞り３７ｂが第１ランド部７２の外周に形成されるノッチ７７とスリーブ６１の内周面から内径側に環状に突出する環状摺接部７８とから構成されているが、ノッチ７７の代わりに、第１ランド部７２を外径が徐々に縮径されるテーパ状に形成してもよいし、その他の構造を採用してもよい。

さらに、上記実施形態では、１段目絞り３７ａと２段目絞り３７ｂとが同時に開口するように１段目絞り３７ａのノッチ７７と２段目絞り３７ｂのノッチ７７との軸方向の位置が設定されているが、所望の開口面積の立ち上がり特性を得ることができるのであれば、１段目絞り３７ａと２段目絞り３７ｂとが同時に開口しなくてもよい。

２ シリンダ
２ａ ロッド側圧力室（負荷側圧力室）
４ ポンプ
６ 制御弁
７ 第１メイン通路（メイン通路）
９ パイロット弁
２０ 負荷保持機構
２１ オペレートチェック弁（チェック弁）
２２ メータアウト制御弁（切換弁）
２３ パイロット室
２５ 背圧室
２６ 絞り通路
３０ バイパス通路
３１ 背圧通路
３６ スプリング（付勢部材）
３７ 絞り
３７ａ １段目絞り
３７ｂ ２段目絞り
５６ スプール
６０ａ スプール孔
７２ 第１ランド部（ランド部）
７７ ノッチ
７８ 環状摺接部
１００ 油圧制御装置（流体圧制御装置）

Claims (4)

1. ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、
   前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、
   前記制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、
   前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、
   前記メイン通路に介装され、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、
   を備える流体圧制御装置であって、
   前記負荷保持機構は、
   前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容するチェック弁と、
   前記チェック弁より前記負荷側圧力室側の作動流体を前記チェック弁を迂回して前記制御弁側に導くバイパス通路に介装され、開弁することで前記パイパス通路を連通させる切換弁と、を備え、
   前記切換弁は、
   前記パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、
   前記パイロット室のパイロット圧に応じて開弁方向に移動するとともにランド部を有するスプールと、
   前記スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   前記スプールが収容され前記ランド部の外周が摺接する環状摺接部を内周に有するスプール孔と、
   前記ランド部に設けられ前記スプールが開弁方向に移動するほど前記バイパス通路の開口面積を増大させる絞りと、を備え、
   前記絞りは、前記スプールの軸方向に沿って直列に２段以上設けられる、
   ことを特徴とする流体圧制御装置。
2. 前記チェック弁は、前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容する一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁であり、
   前記背圧室の作動流体を前記切換弁へと導く背圧通路をさらに備え、
   前記切換弁は、前記バイパス通路及び前記背圧通路を遮断する遮断位置と、前記背圧通路を遮断したまま前記バイパス通路を連通させる第１連通位置と、前記バイパス通路及び前記背圧通路を連通させる第２連通位置と、に切り換え可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
3. 前記絞りは、前記ランド部の外周に形成されるノッチと前記環状摺接部とから構成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体圧制御装置。
4. 直列に設けられる２段以上の前記絞りは、前記スプールの開弁方向への移動に応じて同時に開口する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の流体圧制御装置。

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