JP2019105312A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アタッチメントの誤動作を抑制することが可能な建設機械を提供する。【解決手段】バルブケース４２内に設けられたスプール４４を、外部からの操作量に応じてストロークさせ、スプール４４のストローク方向の位置に応じてパイロット圧を変える油圧パイロットバルブ４０と、バルブケース４２内に設けられて、ストローク方向の一端側においてスプール４４に対向配置されたピストン５１と、ストローク方向にピストン５１を移動させる移動手段と、パイロット圧に基づいて動作するアタッチメントと、を備える。スプール４４には、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油をタンクに戻すリターン通路４４ｂが形成されており、移動手段は、ストローク方向の一端側に移動したスプール４４の端部が嵌合する嵌合位置にピストン５１を移動させることが可能であり、ピストン５１には、絞りが設けられており、ピストン５１とスプール４４とが嵌合した際に、空間Ｓに位置する油は絞りを通ってリターン通路４４ｂに流入する。【選択図】図２

Description

本発明は、外部からの操作量に応じてスプールをストロークさせ、スプールのストローク方向の位置に応じてパイロット圧を変える油圧パイロットバルブを備えた建設機械に関する。

油圧ショベルや油圧クレーン等の建設機械における油圧回路には、油圧パイロットバルブが使用されている。油圧パイロットバルブは、バルブケース内に設けられたスプールをレバー操作によりストロークさせ、レバー操作量に応じてパイロット圧（２次圧）を変えるものである。このパイロット圧に基づいて、建設機械に設けられたブーム、アーム、バケット等のアタッチメントが動作される。

特許文献１には、ケーシング内に、油路により互いに連通するばね室とダンピング室とを設けたパイロットバルブ装置が開示されている。油路に設けた逆止弁で、プッシャが中立位置から操作位置に向けて押圧操作されるときに、ばね室からダンピング室に向けて油液が流れるのを許す一方、プッシャが操作位置から中立位置に向けて戻されるときにダンピング室からばね室に向けて油液が流れるのを抑えている。また、油路に設けた絞りで、ばね室とダンピング室との間を流れる油液の流量を制限している。これにより、プッシャを中立位置に戻すときに揺れ戻し等の発生を抑制している。

また、特許文献２には、リモコンスプールに対し、外部からの操作力Ｆに抵抗する方向の力を選択的に付与する抵抗手段を設けたパイロット弁が開示されている。抵抗手段が備えるピストンは、パイロット弁の二次圧によりリモコンスプールを押圧する。これにより、操作量Ｘに対するパイロット弁の二次圧特性を切替えている。

特開２０１５−５５２８２号公報 特開平１０−１３２１０７号公報

ところで、建設機械の走行中など、建設機械の機械振動によってレバーが振動することで、油圧パイロットバルブが動作する場合がある。このように、油圧パイロットバルブが動作すると、建設機械に設けられたブーム、アーム、バケット等のアタッチメントが意図せずに動いてしまうので、これを抑制する必要がある。

本発明の目的は、アタッチメントの誤動作を抑制することが可能な建設機械を提供することである。

本発明は、バルブケース内に設けられたスプールを、外部からの操作量に応じてストロークさせ、前記スプールのストローク方向の位置に応じてパイロット圧を変える油圧パイロットバルブと、前記バルブケース内に設けられて、前記ストローク方向の一端側において前記スプールに対向配置されたピストンと、前記ストローク方向に前記ピストンを移動させる移動手段と、前記パイロット圧に基づいて動作するアタッチメントと、を備え、前記スプールには、前記スプールと前記ピストンとの間の空間に位置する油をタンクに戻すリターン通路が形成されており、前記移動手段は、前記ストローク方向の一端側に移動した前記スプールの端部が嵌合する嵌合位置に前記ピストンを移動させることが可能であり、前記ピストンおよび前記スプールのどちらかには、絞りが設けられており、前記ピストンと前記スプールとが嵌合した際に、前記空間に位置する油は前記絞りを通って前記リターン通路に流入することを特徴とする。

本発明によれば、嵌合位置に移動されたピストンに、スプールの端部が嵌合する。そして、ピストンおよびスプールのどちらかには、絞りが設けられている。スプールとピストンとが嵌合していないときには、スプールとピストンとの間の空間に位置する油は、そのままリターン通路に流入する。一方、スプールとピストンとが嵌合すると、スプールとピストンとの間の空間に位置する油は絞りを通ってリターン通路に流入する。このとき、タンクに戻る油が絞りを通過することで、スプールにダンピング効果が生じる。これにより、スプールが動きにくくなるので、油圧パイロットバルブが誤動作しにくくなる。よって、アタッチメントの誤動作を抑制することができる。

建設機械を横から見た図である。 油圧パイロットバルブの断面図である。 図２の要部Ａの拡大図であって、スプールが嵌合解除位置に位置した状態を示す図である。 図２の要部Ａの拡大図であって、スプールが嵌合位置に移動する途中の状態を示す図である。 図２の要部Ａの拡大図であって、スプールが嵌合位置に位置した状態を示す図である。 走行用油圧パイロットバルブの油圧回路図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（建設機械の構成）
本実施形態の建設機械１は、図１に示すように、アタッチメント２０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。建設機械１は、下部走行体１１と、上部旋回体１３と、アタッチメント２０と、シリンダ３０と、を備えている。

下部走行体１１は、建設機械１を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体１３は、下部走行体１１に旋回装置を介して旋回自在に取り付けられる。

アタッチメント２０は、上部旋回体１３に取り付けられる。アタッチメント２０は、ブーム２１と、アーム２３と、バケット２５と、を備える。ブーム２１は、上部旋回体１３に回転自在（起伏自在）に取り付けられる。アーム２３は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。バケット２５は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。バケット２５は、作業対象（土砂など）の、掘削、ならし、すくい、などの作業を行う部分である。

シリンダ３０は、アタッチメント２０を作動させる。シリンダ３０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ３０は、ブームシリンダ３１と、アームシリンダ３３と、バケットシリンダ３５と、を備える。

ブームシリンダ３１は、上部旋回体１３に対してブーム２１を回転駆動させる。ブームシリンダ３１の基端部は、上部旋回体１３に回転自在に取り付けられる。ブームシリンダ３１の先端部は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。

アームシリンダ３３は、ブーム２１に対してアーム２３を回転駆動させる。アームシリンダ３３の基端部は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。アームシリンダ３３の先端部は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。

バケットシリンダ３５は、アーム２３に対してバケット２５を回転駆動させる。バケットシリンダ３５の基端部は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。バケットシリンダ３５の先端部は、バケット２５に回転自在に取り付けられたリンク部材に、回転自在に取り付けられる。

（油圧パイロットバルブの構成）
建設機械１は、油圧パイロットバルブを備えている。油圧パイロットバルブは、外部からの操作量に応じてスプールをストロークさせ、スプールのストローク方向の位置に応じてパイロット圧を変えるものである。このパイロット圧により、図示しないコントロールバルブが切り換わり作動することで、アタッチメント２０の作動が制御される。

油圧パイロットバルブ４０は、断面図である図２に示すように、バルブケース４２と、スプリング座４３と、スプール４４と、を有している。

バルブケース４２の図中中央の上部には、レバー取付部４５が図中左右方向に回動可能に取り付けられている。このレバー取付部４５には、図示しないレバーが取り付けられている。レバー取付部４５の周囲には、カム板４６が固定されている。

スプリング座４３は、円盤状であって、バルブケース４２の内部に配置されている。スプリング座４３の中央には、スプール４４が挿通されている。スプリング座４３の図中上方には、プッシュロッド４７が配置されている。このプッシュロッド４７は、レバーが回動された際に、その操作量に応じた高さだけ、カム板４６により図中下方向に押し下げられる。プッシュロッド４７が押し下げられると、スプリング座４３は、プッシュロッド４７により押し下げられて、図示する原点位置から図中下方向に移動する。

スプール４４は、バルブケース４２の内部に設けられて、図中上下方向に沿って配置されている。スプール４４の上部４４ａは、スプリング座４３を挿通する部分よりも大径であって、上方からスプリング座４３に当接している。

スプール４４とスプリング座４３との間には、スプリング４８が設けられている。スプリング座４３が下方に移動すると、スプール４４はスプリング４８に押されて図示する原点位置から図中下方向に移動する。

スプール４４が下方に移動すると、バルブケース４２の下部の入力ポート５０から供給される１次圧の一部が、図示しない出力ポートから２次圧（パイロット圧）として出力される。２次圧は、スプール４４の位置に応じて変化する。

バルブケース４２とスプリング座４３との間には、スプリング４９が設けられている。レバーが操作されなくなると、下方に移動していたスプリング座４３が、スプリング４９の付勢力によって押し上げられ、原点位置に戻る。その際に、スプール４４の上部４４ａがスプリング座４３により押し上げられることで、スプール４４が原点位置に戻る。このように、スプール４４は、外部からの操作量に応じてストロークされる。

（ピストン）
また、建設機械１は、ピストン５１を有している。このピストン５１は、バルブケース４２内に設けられている。ピストン５１は、スプール４４のストローク方向に沿って配置されるとともに、ストローク方向の下端（一端）側においてスプール４４に対向配置されている。ピストン５１は、ストローク方向の下端（一端）側に移動したスプール４４の端部が嵌合する嵌合位置に移動可能である。具体的には、ピストン５１は、バルブケース４２に設けられた供給ポート５２から供給される圧油によってスプール４４の方に移動されることで、図示する嵌合解除位置から嵌合位置まで移動可能である。

スプール４４には、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油を図示しないタンクに戻すリターン通路４４ｂが形成されている。また、スプール４４の下端（一端）側の端部には、リターン通路４４ｂに連通する窪み４４ｃが形成されている。

ピストン５１は、窪み４４ｃに嵌ることが可能な突起部５１ａを有している。突起部５１ａは、ピストン５１が嵌合位置に移動された際に、窪み４４ｃに嵌る。

図２の要部Ａの拡大図である図３Ａに示すように、ピストン５１には、ピストン５１の内部において、突起部５１ａの側面から突起部５１ａの先端にかけて流路５１ｂが設けられている。また、ピストン５１には、絞り５１ｃが設けられている。具体的には、ピストン５１の流路５１ｂの中程に絞り５１ｃが設けられている。ピストン５１の突起部５１ａがスプール４４の窪み４４ｃに嵌合した際に、空間Ｓからリターン通路４４ｂに流入する油は、この絞り５１ｃを通る。

ピストン５１の上方および下方には、止め輪５３およびワッシャ５４がそれぞれ設けられている。止め輪５３およびワッシャ５４は、ピストン５１が嵌合解除位置と嵌合位置との間で移動されるように、その移動量を規制している。

（ピストン復帰スプリング）
また、建設機械１は、スプール４４とピストン５１との間に配置されたピストン復帰スプリング（スプリング）５５を有している。スプール４４の方に移動したピストン５１は、ピストン５１の移動が解除された後に、ピストン復帰スプリング５５の付勢力によって、嵌合解除位置に復帰する。

（走行用油圧パイロットバルブ）
また、走行用油圧パイロットバルブ６０の油圧回路図である図４に示すように、建設機械１は、走行用油圧パイロットバルブ（移動手段）６０を有している。走行用油圧パイロットバルブ６０は、建設機械１の走行時に、建設機械１を走行させる走行用パイロット圧を出力する。具体的には、走行用油圧パイロットバルブ６０は、ポンプＰからの１次圧の一部を、２次圧（走行用パイロット圧）として出力する。走行用パイロット圧は、図示しないコントロールバルブの切り替えに使用される。

走行用油圧パイロットバルブ６０は、スプール４４のストローク方向にピストン５１を移動させる。そして、走行用油圧パイロットバルブ６０は、嵌合位置にピストン５１を移動させることが可能である。走行用油圧パイロットバルブ６０は、油圧パイロットバルブ４０の外部からの油圧でピストン５１を嵌合位置に移動させる。より具体的には、走行用油圧パイロットバルブ６０は、自身が出力する圧油で、ピストン５１を嵌合位置に移動させる。すなわち、走行用油圧パイロットバルブ６０が出力する圧油の一部は、供給ポート５２に供給される。この圧油により、建設機械１の走行時に、ピストン５１が嵌合位置に移動される。

図３Ａに示すように、ピストン５１が嵌合解除位置に位置して、スプール４４に嵌合していないとき、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油は、そのままリターン通路４４ｂに流入する。

一方、図２の要部Ａの拡大図である図３Ｂに示すように、建設機械１の走行時に、ピストン５１がスプール４４の方に移動されて、嵌合位置に位置すると、ピストン５１の突起部５１ａがスプール４４の窪み４４ｃに嵌合する。この状態で、レバーが操作されて、スプール４４が下方向に移動すると、図２の要部Ａの拡大図である図３Ｃに示すように、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓ（図３Ｂ参照）に位置する油は、流路５１ｂを通り、絞り５１ｃを通ってリターン通路４４ｂに流入する。このとき、タンクに戻る油が絞り５１ｃを通過することで、スプール４４にダンピング効果が生じる。これにより、スプール４４が動きにくくなるので、走行中の機械振動で油圧パイロットバルブ４０が誤動作するのが抑制される。これにより、建設機械１の走行時に、アタッチメント２０の誤動作が抑制される。特に、走行中の機械振動によるレバーの揺れは、人による通常の操作よりも十分に早いが、絞りの性質上、スプール４４の端部には絞り５１ｃを通過する油の流速の二乗に比例する圧力が生じるため、スプール４４はより動きにくくなる。

（切替バルブ）
また、図４に示すように、建設機械１は、切替バルブ（切替装置）７０を有している。切替バルブ７０は、走行用油圧パイロットバルブ６０と油圧パイロットバルブ４０との間に設けられている。切替バルブ７０は、走行用油圧パイロットバルブ６０によるピストン５１の移動の許可と禁止とを切り替える。具体的には、切替バルブ７０は、走行用油圧パイロットバルブ６０と供給ポート５２とを連通させる状態（図中の下位置）と、走行用油圧パイロットバルブ６０と供給ポート５２とを連通させない状態（図中の上位置）とを切り替える。

切替バルブ７０は、通常時は、走行用油圧パイロットバルブ６０と供給ポート５２とを連通させている。図示しないコントローラは、走行用油圧パイロットバルブ６０によるピストン５１の移動を禁止するタイミングで、切替バルブ７０に信号を出力する。切替バルブ７０は、コントローラから信号を受信すると、図中の上位置に切り替わる。これにより、走行用油圧パイロットバルブ６０から出力された圧油が供給ポート５２に供給されなくなる。その結果、建設機械１の走行時であっても、油圧パイロットバルブ４０は通常通りに動作するので、アタッチメント２０を通常通り動作させることができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る建設機械１によれば、嵌合位置に移動されたピストン５１に、スプール４４の端部が嵌合する。そして、ピストン５１には、絞り５１ｃが設けられている。スプール４４とピストン５１とが嵌合していないときには、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油は、そのままリターン通路４４ｂに流入する。一方、スプール４４とピストン５１とが嵌合すると、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油は絞り５１ｃを通ってリターン通路４４ｂに流入する。このとき、タンクに戻る油が絞り５１ｃを通過することで、スプール４４にダンピング効果が生じる。これにより、スプール４４が動きにくくなるので、油圧パイロットバルブ４０が誤動作しにくくなる。よって、アタッチメント２０の誤動作を抑制することができる。

また、油圧パイロットバルブ４０の外部からの油圧によって、ピストン５１を嵌合位置に好適に移動させることができる。

また、建設機械１の走行時に、走行用油圧パイロットバルブ６０が出力する圧油で、ピストン５１を嵌合位置に移動させる。これにより、スプール４４とピストン５１とが嵌合し、スプール４４にダンピング効果が生じる。その結果、スプール４４が動きにくくなるので、走行中の機械振動で油圧パイロットバルブ４０が誤動作するのを抑制することができる。よって、建設機械１の走行時に、アタッチメント２０が誤動作するのを抑制することができる。

また、スプール４４とピストン５１との間にピストン復帰スプリング５５を配置する。これにより、スプール４４の方に移動したピストン５１を、ピストン復帰スプリング５５の付勢力で、元の位置に復帰させることができる。

また、ピストン５１の突起部５１ａに設けた流路５１ｂに、絞り５１ｃが設けられている。これにより、スプール４４とピストン５１とが嵌合した際に、スプール４４とピストン５１との間の空間Ｓに位置する油が絞りを好適に通過する。これにより、スプール４４にダンピング効果を好適に生じさせることができる。

また、走行用油圧パイロットバルブ６０によるピストン５１の移動の許可と禁止とを切り替える。走行中のように、アタッチメント２０の誤動作を抑制したい場合であっても、アタッチメント２０を通常通り動作させたい場合もある。このような場合に、走行用油圧パイロットバルブ６０によるピストン５１の移動を禁止することで、スプール４４にダンピング効果を生じさせない。これにより、油圧パイロットバルブ４０は通常通りに動作するので、アタッチメント２０を通常通り動作させることができる。一方、アタッチメント２０の誤動作を抑制したい場合に、走行用油圧パイロットバルブ６０によるピストン５１の移動を許可することで、スプール４４にダンピング効果を生じさせる。これにより、油圧パイロットバルブ４０が誤動作しにくくなるので、アタッチメント２０の誤動作を好適に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、ピストン５１を移動させる動力は、油圧に限定されず、水圧や空気圧であってもよい。また、ボールねじや電磁力によってピストン５１を移動させてもよい。

また、アタッチメント２０の誤動作を抑制するタイミングは、建設機械１の走行時に限定されない。独立した油圧源から圧油を供給することで、どのようなタイミングでもアタッチメント２０の誤動作を抑制することができる。

また、ピストン５１の突起部５１ａがスプール４４の窪み４４ｃに嵌合する構成に限定されない。スプール４４が備える凸部に、ピストン５１が備える凹部が嵌合する構成であって、スプール４４の凸部の側面に、リターン通路４４ｂに連通する絞りが設けられている構成であってもよい。

１ 建設機械
１１ 下部走行体
１３ 上部旋回体
２０ アタッチメント
２１ ブーム
２３ アーム
２５ バケット
３０ シリンダ
３１ ブームシリンダ
３３ アームシリンダ
３５ バケットシリンダ
４０ 油圧パイロットバルブ
４２ バルブケース
４３ スプリング座
４４ スプール
４４ｂ リターン通路
４４ｃ 窪み
４５ レバー取付部
４６ カム板
４７ プッシュロッド
４８ スプリング
４９ スプリング
５０ 入力ポート
５１ ピストン
５１ａ 突起部
５１ｂ 流路
５１ｃ 絞り
５２ 供給ポート
５５ ピストン復帰スプリング（スプリング）
６０ 走行用油圧パイロットバルブ（移動手段）
７０ 切替バルブ（切替装置）

Claims (7)

1. バルブケース内に設けられたスプールを、外部からの操作量に応じてストロークさせ、前記スプールのストローク方向の位置に応じてパイロット圧を変える油圧パイロットバルブと、
   前記バルブケース内に設けられて、前記ストローク方向の一端側において前記スプールに対向配置されたピストンと、
   前記ストローク方向に前記ピストンを移動させる移動手段と、
   前記パイロット圧に基づいて動作するアタッチメントと、
   を備え、
   前記スプールには、前記スプールと前記ピストンとの間の空間に位置する油をタンクに戻すリターン通路が形成されており、
   前記移動手段は、前記ストローク方向の一端側に移動した前記スプールの端部が嵌合する嵌合位置に前記ピストンを移動させることが可能であり、
   前記ピストンおよび前記スプールのどちらかには、絞りが設けられており、
   前記ピストンと前記スプールとが嵌合した際に、前記空間に位置する油は前記絞りを通って前記リターン通路に流入することを特徴とする建設機械。
2. 前記移動手段は、前記油圧パイロットバルブの外部からの油圧で前記ピストンを前記嵌合位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記移動手段は、前記建設機械を走行させる走行用パイロット圧を出力する走行用油圧パイロットバルブであり、
   前記走行用油圧パイロットバルブは、自身が出力する圧油で、前記ピストンを前記嵌合位置に移動させることを特徴とする請求項２に記載の建設機械。
4. 前記移動手段は、前記建設機械の走行時に、前記ピストンを前記嵌合位置に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械。
5. 前記スプールと前記ピストンとの間に配置されたスプリングを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械。
6. 前記スプールの前記端部には、前記リターン通路に連通する窪みが形成されており、
   前記ピストンは、
   前記窪みに嵌ることが可能な突起部と、
   前記ピストンの内部において、前記突起部の側面から前記突起部の先端にかけて設けられた流路と、
   を有し、
   前記絞りは、前記流路に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械。
7. 前記移動手段による前記ピストンの移動の許可と禁止とを切り替える切替装置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械。

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