JP2019124227A - 油圧回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】適用する油圧装置の大型化及びコストの増大を招来することなくクイックリターン回路及び再生回路を設けること。【解決手段】方向切換弁１０は、ポンプ油路２１がロッド油路２３に接続された場合にボトム油路２２がタンク油路２４に接続されるとともにバイパス油路２６がタンク油路２５に接続された状態となり、かつポンプ油路２１がボトム油路２２に接続された場合にロッド油路２３とバイパス油路２６とが接続された状態となり、パイロット操作チェック弁５０は、方向切換弁１０においてポンプ油路２１がロッド油路２３に接続された場合にロッド油路２３及びボトム油路２２の間の両方の油の流れが許容された状態となり、方向切換弁１０においてポンプ油路２１がボトム油路２２に接続された場合にロッド油路２３からボトム油路２２への油の流れのみが許容された状態となる。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧シリンダを動作させるための油圧回路に関するものである。
建設機械のアームを動作させる際に用いられる片ロッド型の複動油圧シリンダには、いわゆるクイックリターン回路及び再生回路を備えた油圧回路が適用されている。例えば、特許文献１に記載された油圧回路では、ボトム室に接続されたボトム油路に外部タンク油路を接続することによってクイックリターン回路を構成している。このクイックリターン回路を備える油圧回路では、ボトム室から排出された油の一部を直接タンクに排出することによって油圧シリンダのロッドが縮退する際の圧力損失を低減することができる。また、特許文献１の油圧回路では、油圧シリンダのロッド室に接続されたロッド油路と、ボトム油路との間にバイパス油路を設けることによって再生回路を構成している。この再生回路を備える油圧回路では、油圧シリンダのボトム室から排出された油をロッド室に供給することにより、ロッド室の油が不足する事態を防止するようにしている。
特開２０１３−１３７０６２号公報
ところで、上述の油圧回路においては、油圧ポンプから吐出された油が外部タンク油路を通じて直接タンクに戻される事態を防止するため、油の流れを制御する制御弁をクイックリターン回路に設ける必要がある。また、ボトム室に油を供給する場合に油がバイパス油路を通じてロッド室に供給されないようにするため、油の流れを制御する制御弁が再生回路にも必要となる。従って、特許文献１の油圧回路を実現するには、２つの制御弁を設けるためのスペースが必要となり、適用する油圧装置の大型化を招来するとともに、部品点数が増えるためコストが増大する問題を招来することになる。
本発明は、上記実情に鑑みて、適用する油圧装置の大型化及びコストの増大を招来することなくクイックリターン回路及び再生回路を設けることのできる油圧回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧回路は、油圧ポンプ及び油圧シリンダの間に介在し、前記油圧シリンダのボトム室及びロッド室に対して前記油圧ポンプの接続状態を切り換えることにより、前記油圧シリンダを伸縮動作させる方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出口及び前記方向切換弁の間を接続するポンプ油路と、前記油圧シリンダのボトム室及び前記方向切換弁の間を接続するボトム油路と、前記油圧シリンダのロッド室及び前記方向切換弁の間を接続するロッド油路と、タンク及び前記方向切換弁の間を接続する２つのタンク油路と、前記ボトム油路及び前記方向切換弁の間を接続し、途中にパイロット操作制御弁を有したバイパス油路とを備え、前記方向切換弁は、前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合に前記ボトム油路が前記２つのタンク油路のいずれか一方に接続されるとともに前記バイパス油路が前記２つのタンク油路のいずれか他方に接続された状態となり、かつ前記ポンプ油路が前記ボトム油路に接続された場合に前記ロッド油路と前記バイパス油路とが接続された状態となり、前記パイロット操作制御弁は、前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合に前記ボトム油路において前記方向切換弁及び前記ボトム油路の間の両方向の油の流れが許容された状態となり、前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ボトム油路に接続された場合に前記ボトム油路において前記方向切換弁から前記ボトム油路への油の流れのみが許容された状態となることを特徴とする。
本発明によれば、方向切換弁を介してバイパス油路がロッド油路及びタンク油路に選択的に接続されるように構成しているため、バイパス油路に唯一パイロット操作制御弁を設ければ、バイパス油路をクイックリターン回路及び再生回路として択一的に機能させることが可能となる。従って、油圧回路に２つの制御弁を設ける必要がなくなり、適用する油圧装置の大型化を防止することができるとともに、部品点数の増加に伴うコストの増大を抑えることが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１である油圧回路において方向切換弁のスプールが中立位置に配置された状態の図である。 図２は、図１に示した油圧回路において方向切換弁のスプールが縮退位置に配置された状態の図である。 図３は、図１に示した油圧回路において方向切換弁のスプールが伸張位置に配置された状態の図である。 図４は、図１に示した油圧回路によって制御される油圧シリンダを備えた建設機械の側面図である。 図５は、図１に示した油圧回路の変形例１を示す図である。 図６は、図１に示した油圧回路の変形例２を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２である油圧回路において２つのスプールがそれぞれ中立位置に配置された状態の図である。 図８は、図７に示した油圧回路において２つのスプールがそれぞれ縮退位置に配置された状態の図である。 図９は、図７に示した油圧回路において２つのスプールがそれぞれ伸張位置に配置された状態の図である。 図１０は、図７に示した油圧回路の変形例３を示す図である。 図１１は、図７に示した油圧回路の変形例４を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る油圧回路の好適な実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１である油圧回路を示したものである。ここで例示する油圧回路は、油圧ポンプ１から供給された油によって油圧シリンダ２を動作させるためのもので、方向切換弁１０を備えている。油圧ポンプ１は、エンジン３によって駆動される可変容量型のものである。油圧ポンプ１の吐出口には、ポンプ油路２１が接続してある。油圧シリンダ２は、図４に示すように、建設機械３０のブーム３１に対してアーム３２を動作させる際に用いられる片ロッド複動型のものである。この油圧シリンダ２には、図１に示すように、ボトム室２ａにボトム油路２２が接続され、ロッド室２ｂにロッド油路２３が接続してある。
方向切換弁１０は、図１〜図３に示すように、操作弁４０Ａ，４０Ｂから出力されるパイロット圧によって動作するクローズドセンタ型のものである。操作弁４０Ａ，４０Ｂは、操作レバー（電気レバー）４１の操作に伴うコントローラ４２からの制御信号によって動作するものである。図からも明らかなように、方向切換弁１０は、スプール１１を唯一備えたもので、２つの入出力ポート１１ａ，１１ｂに対してポンプポート１１ｃ及び２つのドレンポート１１ｄ，１１ｅの接続状態を選択的に切り換えるとともに、１つのバイパスポート１１ｆに対して入出力ポート１１ｂ及びドレンポート１１ｅの接続状態を選択的に切り換えるように構成してある。
より具体的に説明すると、方向切換弁１０は、図１に示す中立位置からスプール１１が左側に移動して図２に示す縮退位置に配置された場合、一方の入出力ポート（以下、第１入出力ポート１１ａという）が一方のドレンポート（以下、第１ドレンポート１１ｄという）に接続され、かつ他方の入出力ポート（以下、第２入出力ポート１１ｂという）がポンプポート１１ｃに接続された状態となる。また、この縮退位置においては、バイパスポート１１ｆが他方のドレンポート（以下、第２ドレンポート１１ｅという）に接続された状態に維持される。中立位置からスプール１１が右側に移動して図３に示す伸張位置に配置されると、方向切換弁１０は、第１入出力ポート１１ａがポンプポート１１ｃに接続され、かつ第２入出力ポート１１ｂが第１ドレンポート１１ｄ及びバイパスポート１１ｆに分岐接続された状態となる。なお、伸張位置においては、第２ドレンポート１１ｅが閉塞された状態となる。
図１〜図３に示すように、この方向切換弁１０には、第１入出力ポート１１ａにボトム油路２２が接続してあり、第２入出力ポート１１ｂにロッド油路２３が接続してある。ポンプポート１１ｃには、ポンプ油路２１が接続してあり、２つのドレンポート１１ｄ，１１ｅにはそれぞれタンク４に接続された２つのタンク油路２４，２５が接続してある。
また、方向切換弁１０のバイパスポート１１ｆには、バイパス油路２６が接続してある。バイパス油路２６は、ボトム油路２２から分岐したもので、途中にパイロット操作制御弁を有している。本実施の形態１では、パイロット操作制御弁としてパイロット操作チェック弁５０を適用している。パイロット操作チェック弁５０は、操作弁４０Ｂから出力されるパイロット圧によって切り換え動作し、バイパス油路２６において油の流れを制御するものである。
具体的に説明すると、操作弁４０Ｂからのパイロット圧が作用していない場合、パイロット操作チェック弁５０は、背圧油路５２を通じてボトム油路２２の油圧が背圧として作用しているため、バイパス油路２６において方向切換弁１０のバイパスポート１１ｆからボトム油路２２へ向かう油の流れのみを許容する状態となる。これに対して操作弁４０Ｂからパイロット圧が作用した場合、パイロット操作チェック弁５０は、図２に示すように、切換弁要素５１が開くことによって背圧油路５２の油がタンク４にドレンされるため、背圧油路５２からの背圧がゼロとなる。このため、パイロット操作チェック弁５０は、バイパス油路２６においてボトム油路２２と方向切換弁１０のバイパスポート１１ｆとの間の両方向の油の流れを許容した状態となる。すなわち、操作弁４０Ｂからパイロット圧が作用した場合、パイロット操作チェック弁５０は、バイパス油路２６の圧力と内蔵バネ５３の押圧力とのバランスに応じた開口面積で開口し、バイパスポート１１ｆからボトム油路２２へ向かう油の流れ及びボトム油路２２からバイパスポート１１ｆへ向かう油の流れを許容する。
本実施の形態１では、上述した操作弁４０Ｂからのパイロット油路４０ｂが方向切換弁１０においてスプール１１の右側に設けられた圧力室１１ｇにパイロット圧を作用させるように構成してある。つまり、上述の油圧回路では、方向切換弁１０のスプール１１が縮退位置に配置された場合に切換弁要素５１にパイロット圧が作用し、バイパス油路２６において油の流れが両方向に許容されることになる。
上記のように構成した油圧回路では、例えば、図１に示す状態から、油圧シリンダ２を縮退させるように操作レバー４１が操作されると、図２に示すように、コントローラ４２からの制御信号によって操作弁４０Ｂから方向切換弁１０にパイロット圧が出力され、スプール１１が左側に移動して縮退位置となる。従って、油圧ポンプ１から吐出された油がポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給され、かつ油圧シリンダ２のボトム室２ａからボトム油路２２及び一方のタンク油路（以下、単に第１タンク油路２４という）を通じてタンク４に油が排出される。これにより、油圧シリンダ２が縮退することになる。
ここで、片ロッド複合型の油圧シリンダ２にあっては、内部にロッド２ｃが配設されていないボトム室２ａと、内部にロッド２ｃが配設されたロッド室２ｂとで容積が異なり、ロッド室２ｂに供給される油に対してボトム室２ａから排出される油の量が多くなるため、ボトム油路２２の圧力が高くなって圧力損失が生じ得る。
しかしながら、上述の油圧回路によれば、ボトム油路２２と方向切換弁１０のバイパスポート１１ｆとの間にバイパス油路２６が設けてあるとともに、方向切換弁１０に２つのタンク油路２４，２５が接続してある。上述したように、パイロット操作チェック弁５０は、方向切換弁１０のスプール１１が縮退位置に配置され、バイパスポート１１ｆが第２ドレンポート１１ｅに接続された場合に、バイパス油路２６においてバイパスポート１１ｆからボトム油路２２へ向かう油の流れ及びボトム油路２２からバイパスポート１１ｆへ向かう油の流れを許容するように切り換わるものである。従って、ボトム室２ａから多量の油が排出され、バイパス油路２６の圧力が高くなった場合には、バイパス油路２６においてボトム油路２２からバイパスポート１１ｆへ向かう油の流れが生じることになる（クイックリターン回路）。つまり、ボトム室２ａから排出された油は、方向切換弁１０の第１ドレンポート１１ｄに接続した第１タンク油路２４を通じてタンク４に排出されるとともにバイパス油路２６を通過し、方向切換弁１０の第２ドレンポート１１ｅに接続したもう一方のタンク油路（以下、単に第２タンク油路２５という）を通じてタンク４に排出されることになる。従って、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる。
しかも、上述の間にあってもボトム室２ａの圧力が低下した場合には、低下したボトム油路２２の圧力に応じてパイロット操作チェック弁５０の開口面積が減少し、バイパス油路２６を通じた油の流れが制限されることになる。従って、この油圧回路によれば、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム室２ａにキャビテーションが発生する事態を招来するおそれもない。
一方、この油圧回路では、図１に示す状態から、油圧シリンダ２を伸張させるように操作レバー４１が操作されると、図３に示すように、コントローラ４２からの制御信号によって操作弁４０Ａから方向切換弁１０にパイロット圧が出力され、スプール１１が右側に移動して伸張位置となる。従って、油圧ポンプ１から吐出された油がポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給され、かつ油圧シリンダ２のロッド室２ｂからロッド油路２３及び第２タンク油路２５を通じてタンク４に油が排出される。これにより、油圧シリンダ２が伸張することになる。
この間、バイパス油路２６に設けたパイロット操作チェック弁５０は、操作弁４０Ｂからパイロット圧が出力されていないため、バイパス油路２６においてバイパスポート１１ｆからボトム油路２２へ向かう油の流れのみを許容した状態にある。
すなわち、バイパス油路２６において、ボトム油路２２とパイロット操作チェック弁５０との間の圧力が、バイパスポート１１ｆとパイロット操作チェック弁５０との間の圧力よりも高い場合には、パイロット操作チェック弁５０に作用するパイロット圧が、背圧油路５２を介してパイロット操作チェック弁５０に作用する背圧と等しくなる。従って、パイロット操作チェック弁５０は、内蔵バネ５３によって閉じた状態に維持されることになり、ボトム油路２２からバイパスポート１１ｆに向かって油が流れることがない。
これに対し、バイパス油路２６において、ボトム油路２２とパイロット操作チェック弁５０との間の圧力が、バイパスポート１１ｆとパイロット操作チェック弁５０との間の圧力よりも低くなった場合には、パイロット操作チェック弁５０に作用するパイロット圧が背圧油路５２を介して作用する背圧よりも高くなるため、パイロット操作チェック弁５０が開くことになり、バイパスポート１１ｆからボトム油路２２へ向かう油の流れが許容される。
これらの結果、油圧シリンダ２を伸張させる際には、ポンプ油路２１からボトム油路２２に供給された油が、バイパス油路２６を通過することはなく、ボトム油路２２から油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。しかも、ロッド油路２３に対してボトム油路２２の圧力が低下した場合には、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給されることになる。これにより、油圧シリンダ２を伸張させる際にボトム室２ａの油が不足する事態が防止され、建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。
以上説明したように、この油圧回路では、方向切換弁１０のスプール１１が動作することにより、ロッド油路２３及び第２タンク油路２５に対してバイパス油路２６が選択的に接続されるように構成しているため、バイパス油路２６には唯一パイロット操作チェック弁５０を設ければ、バイパス油路２６をクイックリターン回路及び再生回路として択一的に機能させることが可能となる。従って、油圧回路にクイックリターン回路専用の制御弁と、再生回路専用の制御弁とを個別に設ける必要がなくなり、適用する油圧装置の大型化を防止することができるとともに、部品点数の増加に伴うコストの増大を抑えることが可能となる。
（変形例１）
なお、上述した実施の形態１では、パイロット操作制御弁としてパイロット操作チェック弁５０を用いた油圧回路を例示しているが、パイロット操作制御弁としては、図５に示す変形例１のように、接続位置と遮断位置とに切り換わるパイロット操作切換弁６０を用いることも可能である。このパイロット操作切換弁６０を適用する場合には、ボトム油路２２及びロッド油路２３にそれぞれ圧力計６１，６２を設け、各圧力計６１，６２の検出結果をコントローラ４２に出力すれば良い。
すなわち、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給し、油圧シリンダ２を縮退する場合には、コントローラ４２からパイロット操作切換弁６０を開放するように制御信号が出力される。これにより、ボトム室２ａから排出された油の一部がバイパス油路２６を通過してタンク４に排出されることになる。従って、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる（クイックリターン回路）。この間、ボトム油路２２の圧力が所定の閾値よりも低下した場合には、コントローラ４２からパイロット操作切換弁６０の開口面積を減少させるように制御信号を出力し、油圧シリンダ２のボトム室２ａにおいてキャビテーションが発生することを未然に防止することが好ましい。
一方、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給し、油圧シリンダ２を伸張させる場合には、コントローラ４２においてボトム油路２２の圧力とロッド油路２３の圧力とが比較される。ロッド油路２３の圧力に対してボトム油路２２の圧力が低い場合、コントローラ４２は、パイロット操作切換弁６０を開放するように制御信号を出力する。これにより、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給されることになる。従って、油圧シリンダ２のボトム室２ａに対しては、ポンプ油路２１からボトム油路２２に供給された油に対して、バイパス油路２６からの油がプラスされた状態で供給されることになり、建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。
これに対し、ロッド油路２３の圧力に対してボトム油路２２の圧力が高い場合、コントローラ４２は、パイロット操作切換弁６０を閉じた状態に維持する。これにより、この油圧回路においては、油圧ポンプ１からポンプ油路２１を介してボトム油路２２に供給された油がバイパス油路２６を通過することはなく、ボトム油路２２から油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。
なお、上述した変形例１では、圧力計６１によって検出されるボトム油路２２の圧力と圧力計６２によって検出されるロッド油路２３の圧力との比較結果に基づいて油圧シリンダ２を縮退させる際にパイロット操作切換弁６０の開口面積を制御するようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、油圧シリンダ２に設けられたストロークセンサ（図示せず）によって検出されるロッド２ｃの変位量からロッド２ｃの移動速度を演算するとともに、操作レバー４１の操作信号からロッド２ｃの目標速度を演算し、両者の速度差に応じてパイロット操作切換弁６０の開口面積が変化するように制御信号を出力するようにしても良い。具体的には、ロッド２ｃの目標速度に対して実際のロッド２ｃの移動速度が早い場合には、両者の速度差が大きくなるに従ってパイロット操作切換弁６０の開口面積が減少するようにコントローラ４２から制御信号を出力すれば良い。
（変形例２）
また、上述した実施の形態１では、上流側の圧力が高くなった場合に開放状態となるパイロット操作チェック弁５０を適用しているが、図６に示す変形例２のように、コントローラ４２から制御信号が与えられた場合にのみボトム油路２２からバイパスポート１１ｆへ向かう油の流れを許容するパイロット操作チェック弁７０を適用しても良い。
すなわち、この変形例２では、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給する場合にコントローラ４２から操作弁４０Ｂに制御信号が出力され、パイロット操作チェック弁７０にパイロット圧が作用する。パイロット操作チェック弁７０にパイロット圧が作用した場合には、バイパス油路２６においてボトム油路２２から方向切換弁１０のバイパスポート１１ｆへの油の流れが許容されるため、ボトム室２ａから排出された油の一部がバイパス油路２６を通過してタンク４に排出される。これにより、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる（クイックリターン回路）。
一方、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給する場合には、コントローラ４２から操作弁４０Ｂに制御信号が出力されず、パイロット操作チェック弁７０に対してもパイロット圧が作用しない。従って、この場合には、バイパスポート１１ｆとパイロット操作チェック弁７０との間の圧力に比べてボトム油路２２の圧力が低い場合にのみパイロット操作チェック弁７０が開放する。このため、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給され、ボトム室２ａの油が不足する事態が防止されて建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。バイパスポート１１ｆとパイロット操作チェック弁７０との間の圧力に比べてボトム油路２２の圧力が高い場合には、パイロット操作チェック弁７０が閉じた状態に維持されるため、油圧ポンプ１からポンプ油路２１を介してボトム油路２２に供給された油がバイパス油路２６を通過することはなく、油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。
（実施の形態２）
図７〜図９は、本発明の実施の形態２である油圧回路を示したものである。ここで例示する油圧回路は、実施の形態１と同様、油圧ポンプ１から供給された油によって油圧シリンダ２を動作させるためのもので、方向切換弁８０が２つのスプールを備えている点で実施の形態１と相違している。以下、主として実施の形態２について実施の形態１と相違する構成について説明し、実施の形態１と同様の構成については一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
方向切換弁８０の２つのスプール８１，８２は、それぞれ個別の操作弁４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆから出力されるパイロット圧によって動作するクローズドセンタ型のものである。操作弁４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆは、操作レバー（電気レバー）４１の操作に伴ってコントローラ４２から出力される制御信号によって動作するものである。
図７において左方に示す第１のスプール８１は、１つの入出力ポート８１ａに対してポンプポート８１ｂ及びドレンポート８１ｃの接続状態を選択的に切り換えるように構成してある。
より具体的に説明すると、第１のスプール８１は、図７に示す中立位置からスプールが左側に移動して図８に示す縮退位置に配置された場合、入出力ポート８１ａがドレンポート８１ｃに接続され、かつポンプポート８１ｂが閉塞した状態に維持される。中立位置からスプールが右側に移動して図９に示す伸張位置に配置された場合、第１のスプール８１は、入出力ポート８１ａがポンプポート８１ｂに接続され、かつドレンポート８１ｃが閉塞した状態に維持される。この第１のスプール８１には、入出力ポート８１ａにボトム油路２２が接続してある。ポンプポート８１ｂには、ポンプ油路２１が接続してあり、ドレンポート８１ｃには、タンク４に接続された第１タンク油路２４が接続してある。
図７において右方に示す第２のスプール８２は、１つの入出力ポート８２ａに対してポンプポート８２ｂ及びドレンポート８２ｃの接続状態を選択的に切り換えるとともに、１つのバイパスポート８２ｄに対して入出力ポート８２ａ及びドレンポート８２ｃの接続状態を選択的に切り換えるように構成してある。
より具体的に説明すると、第２のスプール８２は、図７に示す中立位置からスプールが左側に移動して図８に示す縮退位置に配置された場合、入出力ポート８２ａがポンプポート８２ｂに接続され、かつバイパスポート８２ｄがドレンポート８２ｃに接続された状態に維持される。中立位置からスプールが右側に移動して図９に示す伸張位置に配置された場合、第２のスプール８２は、入出力ポート８２ａがドレンポート８２ｃ及びバイパスポート８２ｄに分岐接続されるとともにポンプポート８２ｂが閉塞した状態に維持される。この第２のスプール８２には、入出力ポート８２ａにロッド油路２３が接続してある。ポンプポート８２ｂには、ポンプ油路２１が接続してあり、ドレンポート８２ｃにはタンク４に接続された第２タンク油路２５が接続してある。つまり、方向切換弁８０には、スプール８１，８２は、異なるものの合計２つのタンク油路２４，２５が接続してある。
また、図７に示すように、第２のスプール８２のバイパスポート８２ｄには、バイパス油路２６が接続してある。バイパス油路２６は、ボトム油路２２から分岐したもので、途中にパイロット操作チェック弁５０を有している。パイロット操作チェック弁５０は、操作弁４０Ｆから出力されるパイロット圧によって切り換え動作し、バイパス油路２６において油の流れを制御するものである。実施の形態２で適用するパイロット操作チェック弁５０は、実施の形態１と同様の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態２では、上述した操作弁４０Ｆからのパイロット油路４０ｆが第２のスプール８２の右側に設けられた圧力室８２ｅにパイロット圧を作用させるように構成してある。つまり、上述の油圧回路では、第２のスプール８２が縮退位置に配置された場合に切換弁要素５１にパイロット圧が作用することになる。
上記のように構成した油圧回路では、例えば、図７に示す状態から、油圧シリンダ２を縮退させるように操作レバー４１が操作されると、図８に示すように、コントローラ４２からの制御信号によって操作弁４０Ｄ，４０Ｆから２つのスプール８１，８２にパイロット圧が出力され、それぞれのスプールが左側に移動して縮退位置となる。従って、油圧ポンプ１から吐出された油がポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給される一方、油圧シリンダ２のボトム室２ａからボトム油路２２及び第１タンク油路２４を通じてタンク４に油が排出される。これにより、油圧シリンダ２が縮退することになる。
この間、操作弁４０Ｆから切換弁要素５１にパイロット圧が作用するため、バイパス油路２６に設けたパイロット操作チェック弁５０がバイパス油路２６においてボトム油路２２と方向切換弁８０において第２のスプール８２のバイパスポート８２ｄとの間の両方向の油の流れを許容した状態となる。つまり、方向切換弁８０のバイパスポート８２ｄからボトム油路２２へ向かう油の流れ及びボトム油路２２からバイパスポート８２ｄへ向かう油の流れを許容する状態となる。このため、ボトム室２ａから排出された油の一部がバイパス油路２６を通過し、第２のスプール８２のドレンポート８２ｃに接続した第２タンク油路２５を通じてタンク４に排出されることになる（クイックリターン回路）。従って、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる。
しかも、上述の間にあってもボトム室２ａの圧力が低下した場合には、低下したボトム油路２２の圧力に応じてパイロット操作チェック弁５０の開口面積が減少し、バイパス油路２６を通じた油の流れが制限されることになる。従って、この油圧回路によれば、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム室２ａにキャビテーションが発生する事態を招来するおそれもない。
一方、この油圧回路では、図７に示す状態から、油圧シリンダ２を伸張させるように操作レバー４１が操作されると、図９に示すように、コントローラ４２からの制御信号によって操作弁４０Ｃ，４０Ｅから２つのスプール８１，８２にパイロット圧が出力され、それぞれのスプールが右側に移動して伸張位置となる。従って、油圧ポンプ１から吐出された油がポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給される一方、油圧シリンダ２のロッド室２ｂからロッド油路２３及び第２のタンク油路２５を通じてタンク４に油が排出される。これにより、油圧シリンダ２が伸張することになる。
この間、バイパス油路２６に設けたパイロット操作チェック弁５０がバイパスポート８２ｄからボトム油路２２へ向かう油の流れのみを許容した状態となる。このため、油圧シリンダ２を伸張させる際には、ポンプ油路２１からボトム油路２２に供給された油が、バイパス油路２６を通過することはなく、ボトム油路２２から油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。しかも、ロッド油路２３に対してボトム油路２２の圧力が低下した場合には、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給されることになる。これにより、油圧シリンダ２を伸張させる際にボトム室２ａの油が不足する事態が防止され、建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。
以上説明したように、この油圧回路では、第２のスプール８２の動作によってバイパス油路２６がロッド油路２３及び第２タンク油路２５に選択的に接続されるように構成しているため、バイパス油路２６には唯一パイロット操作チェック弁５０を設ければ、バイパス油路２６をクイックリターン回路及び再生回路として択一的に機能させることが可能となる。従って、油圧回路にクイックリターン回路専用の制御弁と、再生回路専用の制御弁とを個別に設ける必要がなくなり、適用する油圧装置の大型化を防止することができるとともに、部品点数の増加に伴うコストの増大を抑えることが可能となる。
しかも、この実施の形態２の油圧回路では、方向切換弁８０として２つのスプール８１，８２を備えたものを適用しているため、油圧シリンダ２に対してメータインとメータアウトとを独立して制御することが可能となる。これにより、制御対象とする油圧シリンダ２の操作性が良好となり、適用する建設機械３０の作業効率を向上させることが可能となる。
（変形例３）
なお、上述した実施の形態２では、パイロット操作制御弁としてパイロット操作チェック弁５０を用いた油圧回路を例示しているが、パイロット操作制御弁としては、図１０に示す変形例３のように、接続位置と遮断位置とに切り換わるパイロット操作切換弁６０を用いることも可能である。このパイロット操作切換弁６０は、変形例１と同様の構成を有したものであり、ボトム油路２２及びロッド油路２３にそれぞれ圧力計６１，６２を設ける点も変形例１と同様である。
すなわち、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給し、油圧シリンダ２を縮退する場合には、コントローラ４２からパイロット操作切換弁６０を開放するように制御信号が出力される。これにより、ボトム室２ａから排出された油の一部がバイパス油路２６を通過してタンク４に排出されることになる。従って、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる（クイックリターン回路）。この間、ボトム油路２２の圧力が所定の閾値よりも低下した場合には、コントローラ４２からパイロット操作切換弁６０の開口面積を減少させるように制御信号を出力し、油圧シリンダ２のボトム室２ａにおいてキャビテーションが発生することを未然に防止することが好ましい。
一方、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給し、油圧シリンダ２を伸張させる場合には、コントローラ４２においてボトム油路２２の圧力とロッド油路２３の圧力とが比較される。ロッド油路２３の圧力に対してボトム油路２２の圧力が低い場合、コントローラ４２は、パイロット操作切換弁６０を開放するように制御信号を出力する。これにより、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給されることになる。従って、油圧シリンダ２のボトム室２ａに対しては、ポンプ油路２１からボトム油路２２に供給された油に対して、バイパス油路２６からの油がプラスされた状態で供給されることになり、建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。
これに対し、ロッド油路２３の圧力に対してボトム油路２２の圧力が高い場合、コントローラ４２は、パイロット操作切換弁６０を閉じた状態に維持する。これにより、この油圧回路においては、油圧ポンプ１からポンプ油路２１を介してボトム油路２２に供給された油がバイパス油路２６を通過することはなく、ボトム油路２２から油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。
なお、上述した変形例３では、圧力計６１によって検出されるボトム油路２２の圧力と圧力計６２によって検出されるロッド油路２３の圧力との比較結果に基づいて油圧シリンダ２を縮退させる際にパイロット操作切換弁６０の開口面積を制御するようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、油圧シリンダ２に設けられたストロークセンサ（図示せず）によって検出されるロッド２ｃの変位量からロッド２ｃの移動速度を演算するとともに、操作レバー４１の操作信号からロッド２ｃの目標速度を演算し、両者の速度差に応じてパイロット操作切換弁６０の開口面積が変化するように制御信号を出力するようにしても良い。具体的には、ロッド２ｃの目標速度に対して実際のロッド２ｃの移動速度が早い場合には、両者の速度差が大きくなるに従ってパイロット操作切換弁６０の開口面積が減少するようにコントローラ４２から制御信号を出力すれば良い。
（変形例４）
また、上述した実施の形態２では、上流側の圧力が高くなった場合に開放状態となるパイロット操作チェック弁５０を適用しているが、図１１に示す変形例４のように、コントローラ４２から制御信号が与えられた場合にのみボトム油路２２からバイパスポート８２ｄへ向かう油の流れを許容するパイロット操作チェック弁７０を適用しても良い。このパイロット操作チェック弁７０は、変形例２と同様の構成を有したものである。
すなわち、この変形例４では、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びロッド油路２３を通じて油圧シリンダ２のロッド室２ｂに供給する場合にコントローラ４２から操作弁４０Ｆに制御信号が出力され、パイロット操作チェック弁７０にパイロット圧が作用する。パイロット操作チェック弁７０にパイロット圧が作用した場合には、バイパス油路２６においてボトム油路２２から方向切換弁８０のバイパスポート８２ｄへの油の流れが許容されるため、ボトム室２ａから排出された油の一部がバイパス油路２６を通過してタンク４に排出される。これにより、油圧シリンダ２を縮退させる際にボトム油路２２の圧力が低くなり、圧力損失が生じる事態を防止することが可能となる（クイックリターン回路）。
一方、油圧ポンプ１から吐出された油を、ポンプ油路２１及びボトム油路２２を通じて油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給する場合には、コントローラ４２から操作弁４０Ｆに制御信号が出力されず、パイロット操作チェック弁７０に対してもパイロット圧が作用しない。従って、この場合には、バイパスポート８２ｄとパイロット操作チェック弁７０との間の圧力に比べてボトム油路２２の圧力が低い場合にのみパイロット操作チェック弁７０が開放する。このため、油圧シリンダ２のロッド室２ｂから排出された油の一部がバイパス油路２６を通じてボトム油路２２に供給され、ボトム室２ａの油が不足する事態が防止されて建設機械３０のアーム３２を素早く動作させることが可能となる（再生回路）。バイパスポート８２ｄとパイロット操作チェック弁７０との間の圧力に比べてボトム油路２２の圧力が高い場合には、パイロット操作チェック弁７０が閉じた状態に維持されるため、油圧ポンプ１からポンプ油路２１を介してボトム油路２２に供給された油がバイパス油路２６を通過することはなく、油圧シリンダ２のボトム室２ａに対して確実に供給される。
なお、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、建設機械３０のアーム３２を動作させるための油圧回路を例示しているが、その他の油圧シリンダを動作させるものにももちろん適用することが可能である。
また、上述した実施の形態１及び実施の形態２の油圧回路では、方向切換弁１０，８０が伸張位置に配置された場合に、ロッド油路２３を第２タンク油路２５に接続させるようにしているが、必ずしもロッド油路２３を第２タンク油路２５に接続する必要はなく、ロッド室２ｂから排出された油の全量を油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給するように構成しても良い。例えば、実施の形態１においては、第１入出力ポート１１ａがポンプポート１１ｃに接続され、かつ第２入出力ポート１１ｂがバイパスポート１１ｆに接続された場合に第１ドレンポート１１ｄ及び第２ドレンポート１１ｅがそれぞれ閉塞されるように構成すれば、ロッド室２ｂから排出された油の全量を油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給することが可能となる。また、実施の形態２においては、第２のスプール８２において入出力ポート８２ａがバイパスポート８２ｄに接続された場合に、ポンプポート８２ｂ及びドレンポート８２ｃがそれぞれ閉塞されるように構成すれば、ロッド室２ｂから排出された油の全量を油圧シリンダ２のボトム室２ａに供給することが可能となる。
さらに、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、操作弁４０Ｂ，４０Ｆからパイロット圧が供給された場合に、バイパス油路２６において方向切換弁１０，８０及びパイロット操作チェック弁５０の間の圧力と、内蔵バネ５３の押圧力とのバランスに応じてパイロット操作チェック弁５０の開口面積が変化するように構成しているが、本発明は必ずしもこれに限らない。例えば内蔵バネ５３としてバネ定数の大きなものを適用すれば、パイロット操作チェック弁５０がバイパス油路２６を全開状態と全閉状態との２位置に切り換わるように構成することも可能である。
またさらに、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、操作弁４０Ｂ，４０Ｆからパイロット圧が供給された場合に背圧油路５２の油をすべてタンク４にドレンするようにしているが、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、切換弁要素５１として開口面積が変化するものを適用し、パイロット圧が供給された場合に背圧油路５２からタンク４にドレンされる油の量を制限すれば、同じ内蔵バネ５３を適用した場合にもパイロット操作チェック弁５０が開く際のバイパス油路２６の圧力を変更することが可能となる。なお、パイロット操作チェック弁５０が開く際のバイパス油路２６の圧力を変更する方法としては、操作弁４０Ｂ，４０Ｆから出力されるパイロット圧を直接パイロット操作チェック弁５０の背圧として作用させるように構成することも可能である。
１ 油圧ポンプ、２ 油圧シリンダ、２ａ ボトム室、２ｂ ロッド室、２ｃ ロッド、４ タンク、１０ 方向切換弁、２１ ポンプ油路、２２ ボトム油路、２３ ロッド油路、２４ 第１タンク油路、２５ 第２タンク油路、２６ バイパス油路、４１ 操作レバー、４２ コントローラ、５０ パイロット操作チェック弁、６０ パイロット操作切換弁、７０ パイロット操作チェック弁、８０ 方向切換弁、８１ 第１のスプール、８２ 第２のスプール

Claims (7)

  1. 油圧ポンプ及び油圧シリンダの間に介在し、前記油圧シリンダのボトム室及びロッド室に対して前記油圧ポンプの接続状態を切り換えることにより、前記油圧シリンダを伸縮動作させる方向切換弁と、
    前記油圧ポンプの吐出口及び前記方向切換弁の間を接続するポンプ油路と、
    前記油圧シリンダのボトム室及び前記方向切換弁の間を接続するボトム油路と、
    前記油圧シリンダのロッド室及び前記方向切換弁の間を接続するロッド油路と、
    タンク及び前記方向切換弁の間を接続する２つのタンク油路と、
    前記ボトム油路及び前記方向切換弁の間を接続し、途中にパイロット操作制御弁を有したバイパス油路と
    を備え、
    前記方向切換弁は、
    前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合に前記ボトム油路が前記２つのタンク油路のいずれか一方に接続されるとともに前記バイパス油路が前記２つのタンク油路のいずれか他方に接続された状態となり、かつ前記ポンプ油路が前記ボトム油路に接続された場合に前記ロッド油路と前記バイパス油路とが接続された状態となり、
    前記パイロット操作制御弁は、
    前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合に前記ボトム油路において前記方向切換弁及び前記ボトム油路の間の両方向の油の流れが許容された状態となり、
    前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ボトム油路に接続された場合に前記ボトム油路において前記方向切換弁から前記ボトム油路への油の流れのみが許容された状態となる
    ことを特徴とする油圧回路。
  2. 前記方向切換弁は、前記油圧シリンダのボトム室及び前記油圧ポンプの間に介在する第１のスプールと、前記油圧シリンダのロッド室及び前記油圧ポンプの間に介在する第２のスプールとを備え、
    前記第２のスプールが前記ポンプ油路を前記ロッド油路に接続された場合に、前記第１のスプールが前記ボトム油路を前記２つのタンク油路のいずれか一方に接続されるとともに前記バイパス油路が前記２つのタンク油路のいずれか他方に接続された状態となり、
    前記第１のスプールが前記ポンプ油路を前記ボトム油路に接続された場合に、前記第２のスプールが前記ロッド油路を前記バイパス油路に接続された状態となる
    ことを特徴とする請求項１に記載の油圧回路。
  3. 前記方向切換弁は前記ポンプ油路が前記ボトム油路に接続された場合に前記ロッド油路が前記２つのタンク油路の少なくとも一方に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油圧回路。
  4. 前記パイロット操作制御弁は、パイロット操作チェック弁によって構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の油圧回路。
  5. 前記パイロット操作制御弁は、パイロット操作切換弁によって構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の油圧回路。
  6. 前記パイロット操作制御弁は、前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合、前記ボトム油路の圧力が低下するに従って開口面積が減少することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の油圧回路。
  7. 操作レバーの操作に応じて前記方向切換弁を動作させるとともに、前記パイロット操作制御弁に制御信号を出力するコントローラをさらに備え、
    前記コントローラは、前記方向切換弁によって前記ポンプ油路が前記ロッド油路に接続された場合、前記操作レバーの操作信号に基づいてロッドの目標速度を演算するとともに、前記ロッドのストローク量から実際の移動速度を演算し、前記ロッドの目標速度に対して実際の移動速度が早い場合には、両者の速度差が大きくなるに従って前記パイロット操作制御弁の開口面積が減少するように制御信号を出力することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の油圧回路。
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