JP2630775B2

JP2630775B2 - 高負荷アクチュエータの優先作動制御装置

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Publication number: JP2630775B2
Application number: JP62168299A
Authority: JP
Inventors: 正晴浅岡
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1987-07-06
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPS6412106A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えば、パワーショベルの旋回モータと
アームシリンダとを制御するのに最適な油圧制御装置に
関する。

このパワーショベルにおける上記アームシリンダは、
その下降時の負荷が極端に低くなるので、その下降時
に、旋回モータを同時操作すると、負荷の低いアームシ
リンダに作動油が優先的に流れてしまい、旋回モータの
旋回速度が遅くなる問題があった。

（従来の技術）この種の問題を解決したものとして、特開昭60−1138
05号公報所載の発明が従来から知られているが、この従
来の回路を示したのが添付図面の第５図である。

この第５図は、パワーショベルの旋回モータ１とアー
ムシリンダ２とを抽出した回路図で、実際のパワーショ
ベルには、この外に、走行モータとブームシリンダ等の
複数のアクチェータを備えている。

上記旋回モータ１に接続した切換弁３と、アームシリ
ンダ２に接続した切換弁４とは、スプールが図示の中立
位置に保持されているとき、それらの中立流路3a、4a
が、ダンデム通路５を介して連通し、ポンプＰからの作
動油を、そのままタンクＴに戻すようにしている。

そして、上流側の切換弁３を左右いずれかに切換える
と、上記タンデム通路５が閉じるので、下流側の切換弁
４が、パラレル通路６を介してポンプＰに連通する。

上記のようにした切換弁４は、第５図右側の切り換え
位置に対応したところに、補助スプール７を設けてい
る。この補助スプール７は、通常は、スプリング８の作
用で、図示のノーマル位置を保持するが、タンデム通路
５側の圧力がこの補助スプール７に作用すると、第２図
左側位置に切り換わる。

そして、上記補助スプール７は、図示のノーマル位置
にあるとき、ロッド側室９に連通するアクチュエータ通
路10と、タンクＴに連通する戻り通路11とを、絞り部12
を介して連通させる。

また、タンデム通路５側の圧力が作用すると、第５図
左側位置に切り換わり、上記アクチュエータ通路10とタ
ンク通路11とを自由流れとする。

したがって、切換弁３を図示の中立位置に保持し、旋
回モータ１を動作していないときには、ポンプＰの吐出
流体がタンデム通路５にも流れるので、この吐出圧が補
助スプール７にも作用し、この補助スプール７を図面左
側位置に切り換え、ロッド側室９からの戻り流体を自由
流れとする。これに対して、旋回モータ１を動作するた
めに切換弁３を切り換えると、タンデム通路５が閉じら
れるので、補助スプール７にポンプＰからの吐出圧が作
用しなくなる。

したがって、補助スプール７が図示のノーマル位置を
保持したままとなる。このためにアームシリンダ２のロ
ッド側室９からの戻り流体は、絞り部12を経由してタン
ク通路11に流れることになる。

つまり、この従来の装置は、旋回モータ１を駆動する
とき、アームシリンダ２の戻り側の流量を絞り部12で制
御することにより、換言すればメータアウト制御をする
ことにより、当該アームシリンダ２の負荷を大きくする
ようにしている。

（本発明が解決しようとする問題点）上記のようにした従来の装置は、あくまでもスプール
バルブを前提にしているものである。したがって、リー
クレスを目的にしたポペットタイプのバルブに、この従
来の装置を適用できないという問題があった。

この発明の目的は、ポペットタイプのバルブを用い
て、高負荷アクチュエータの優先作動を目的にするもの
である。

（問題点を解決する手段）この発明は、複数のアクチュエータを同一のポンプで
作動させる装置を前提にする。

そして、負荷が相対的に小さくなるアクチュエータの
流路に、そのアクチュエータの作動を制御するメータイ
ンバルブと、このメータインバルブからアクチュエータ
への流れのみを許容するチェック弁とを設ける。このチ
ェック弁の下流側には、アクチュエータポートからの戻
り流量を制御する一対のメータリングバルブを接続す
る。このメータリングバルブは、バルブケースにメイン
ポペットを摺動自在に設けるとともに、このメインポペ
ットの一方の受圧面を、上記アクチュエータポートに連
通する流入ポート側に臨ませ、他方の受圧面を圧力室に
臨ませ、これら流入ポートと圧力室とを連通させる。し
かも、一方の受圧面に対して他方の受圧面の受圧面積を
大きくして、両受圧面に同一圧力が作用したとき、メイ
ンポペットが閉じ勝手になる構成にしている。かつ、こ
のメータリングバルブには、メインポペットを開弁させ
る方向の力を作用させる第１パイロット室と、メインポ
ペットを閉弁させる方向の力を作用させる第２パイロッ
ト室とを設けている。そして、上記第１パイロット室を
上記メータインバルブのパイロット室に連通し、第２パ
イロット室を負荷が相対的に大きいメータインバルブの
パイロット室に連通させている。

（本発明の作用）この発明は、上記のように構成したので、負荷の小さ
いアクチュエータだけを動作したときには、当該アクチ
ュエータの流路に接続したメータリングバルブの第１パ
イロット室だけに、パイロット圧が作用し、第２パイロ
ット室にはパイロット圧が作用しない。したがって、こ
の場合には、当該メータリングバルブが最大に開口す
る。

これに対して負荷の大きいアクチュエータを動作する
と、上記メータリングバルブの第２パイロット室にもパ
イロット圧が作用する。

上記のように第２パイロット室にもパイロット圧が作
用すると、この第２パイロット室の圧力作用が、上記第
１パイロット室の圧力作用と相殺しあうことになるの
で、第１パイロット室にパイロット圧が作用しても、当
該メータリングバルブは全開しない。

（本発明の効果）この発明の装置によれば、メータリングバルブがメイ
ンポペットを主要素にしているので、メータリングバル
ブとチェック弁とが相まって、アクチュエータの負荷を
確実に保持できる。しかも、このメータリングバルブの
メインポペットは、その一方の受圧面に対して他方の受
圧面の面積を大きくしたので、アクチュエータの負荷保
持時は、確実に閉弁位置を保つ。言い換えれば、その負
荷保持機能が確実に維持されることになる。

また、負荷の小さいアクチュエータに接続したメータ
インバルブにパイロット圧を作用させたときには、その
圧力がメータリングバルブの第１パイロット室にも作用
し、メインポペットを開弁させる方向に動作させる。反
対に、負荷の大きいアクチュエータに接続したメータイ
ンバルブにパイロット圧を作用させたときには、その圧
力がメータリングバルブの第２パイロット室に作用し、
メインポペットを閉弁させる方向に動作させる。

したがって、負荷の小さいアクチュエータと負荷の大
きいアクチュエータとを同時に動作させても、負荷の小
さいアクチュエータに供給流量が偏ることがない。ま
た、負荷の小さいアクチュエータのみを動作していると
きには、回路上の圧力損失を最小限に抑えることができ
る。

（本発明の実施例）第１図は、第２〜４図に示した第１〜３実施例に共通
の回路図で、バルブケースＣにメータインバルブIVを設
けるとともに、このメータインバルブの上流側に、ポン
プポート13とタンクポート14とを形成している。また、
このメータインバルブIVの下流側にはアクチュエータポ
ート15、16を形成し、一方のアクチュエータポート15
を、アームシリンダＳのボトム側室17に連通し、他方の
アクチュエータポート16をロッド側室18に連通してい
る。

上記メータインバルブIVは、そのスプール部の両端を
パイロット室19、20に臨ませているが、このパイロット
室19、20には、パイロットライン21、22からパイロット
圧が導かれるようにしている。

さらに、上記アクチュエータポート15、16のそれぞれ
にチェック弁23、24を設けているが、このチェック弁2
3、24は、メータインバルブIV側からアームシリンダＳ
への流通のみを許容するものである。

上記のようにしたバルブケースＣには、一対のメータ
リングバルブM₁、M₂を設けているが、これらの構成は、
両者とも同一なので、それぞれの構成要素については同
一符号を付して説明する。

このメータリングバルブのメインポペット25は、ガイ
ドプラグ26との間に形成した圧力室27にスプリング28を
作用させるとともに、この圧力室27内の受圧面積A₁を、
シート部29の直径で決まる受圧面積A₂に対してわずかに
大きくしいてる。しかも、この圧力室27は、連通孔30を
介して流入ポート31に連通するとともに、この流入ポー
ト31を、チェック弁23、24の下流側におけるアクチュエ
ータポート15、16に連通している。

したがって、アクチュエータポート15、16内の圧力
は、上記受圧面積A₁とA₂の両方に作用する。そして、こ
れら受圧面積に圧力が作用すれば、上記のようにA₁＞A₂
としているので、圧力室27内の作用力が打ち勝つ。その
ためにメインポペット25には、上記の圧力作用とスプリ
ング28のバネ力とによって、シート部29に圧接する方向
の勢力が付与される。

上記のようにしたメータリングバルブには、第１、２
パイロット室32、33を設けるとともに、第１パイロット
室32の作用力は、メインポペット25を開方向に移動さ
せ、第２パイロット室33の作用力は、当該メインポペッ
トを閉方向に移動させるものである。

したがって、両パイロット室32、33にパイロット圧が
作用したときと、第１パイロット室32だけにパイロット
圧が作用したときとでは、メインポペット25のストロー
クが相違してくる。

そして、上記第１パイロット室32は、メータインバル
ブIVのパイロット室19、20に連通する一方、第２パイロ
ット室33は、図示していない旋回モータ側のメータイン
バルブのパイロット室に連通している。

例えば、いまメータインバルブIVのパイロット室20に
パイロット圧を作用させると、このメータインバルブIV
は右側位置に切り換わる。また、上記パイロット圧はメ
ータリングバルブM₂の第１パイロット室32にも作用する
ので、そのメインポペット25が全開状態になる。

したがって、ポンプポート13に供給された圧力流体
が、チェック弁23からアクチュエータポート15を通って
アームシリンダＳのボトム側室17に供給される。このと
きのロッド側室18内の流体は、アクチュエータポート16
に流出するが、この戻り流体は、メータリングバルブM₂
の流入ポート31→流出ポート34→タンク通路35→タンク
ポート14を経由してタンクに戻される。

上記の状態で図示していない旋回モータを動作する
と、その旋回モータ側のパイロット圧が、メータリング
バルブM₂の第２パイロット室33に作用する。

このときには上記第１パイロット室32の圧力作用と、
この第２パイロット室33の圧力作用とが互いに相殺しあ
うので、メインポペット25の移動量が少くなり、それだ
けシート部29の開口径を小さくする。そのために、アー
ムシリンダＳの戻り流量が制御されるので、当該アーム
シリンダＳの負荷が大きくなる。

このようにアームシリンダの負荷が大きくなれば、旋
回モータを駆動することができるようになる。

上記の構成を具体的に示したのが第２〜４図に示した
第１〜３実施例であるが、これら各実施例は、メータリ
ングバルブを具体化したものである。そして、この具体
化したメータリングバルブは、全体的には第１図のよう
に接続するものである。ただし、以下の実施例の説明で
は、当該メータリングバルブについてだけ説明する。

第２図に示した第１実施例は、バルブケースＣに形成
した弁孔36に、筒状本体37を嵌着するとともに、この筒
状本体37の外側にガイドプラグ38を嵌着して当該筒状本
体37をしっかりと押さえ付け、それが弁孔36から抜ける
のを防止している。

上記筒状本体37には、メインポペット25を内装してい
るが、このメインポペット25は中空にし、その中空部分
を上記ガイドプラグ38のガイド部38aに摺動自在に嵌合
するとともに、このガイド部38aの周囲にピストン室を
区画している。そして、このピストン室にはピストン40
を摺動自在に内装するとともに、このピストン40を境に
して、その外側を、前記回路図で説明した第２パイロッ
ト室33とし、その内側をスプリング室41としている。こ
のスプリング室41におけるメインポペット25とピストン
40との間には、スプリング42を介在させている。さら
に、上記スプリング室41内における筒状本体37の内周に
段部からなるストッパ43を形成し、上記ピストン40の最
大ストローク位置をこのストッパ43の位置に規制してい
る。

なお、上記スプリング室41は、メインポペット25に形
成した通孔44及び筒状本体37との間に形成した流路45を
経由して前記回路図で示した流出ポート34に連通してい
る。

上記のようにしたメインポペット25の外周には、段部
46を形成し、この段部46と、筒状本体37に形成した段部
47とが相まって、前記した第１パイロット室32を形成し
ている。

また、上記メインポペット25には、リリーフポペット
48を摺動自在に挿入しているが、このリリーフポペット
48には、制御ピストン49を摺動自在に挿入している。さ
らに、この制御ピストン49の中心部分には、通孔50を形
成するとともに、この通孔50の先端にオリフィス51を形
成している。

そして、上記制御ピストン49におけるオリフィス51と
は反対端にフランジ部52を形成し、このフランジ部52と
上記ガイドプラグ38との間にスプリング53を介在させて
いる。

したがって、通常は、上記スプリング53の作用で、フ
ランジ部52がリリーフポペット48に圧接するとともに、
このスプリング力がリリーフポペット48にも作用するの
で、当該リリーフポペット48が、メインポペット25内に
形成したシート部54に圧接し、当該シート部54を閉じる
ようにしている。

なお、上記リリーフポペット48は、その先端に傾斜部
55を形成し、この傾斜部55が上記シート部54に接触する
ようにしている。

上記のようにリリーフポペット48及び制御ピストン49
を内装したメインポペット25は、上記ガイドプラグ38と
の間に圧力室56を形成するが、ガイドプラグ38のガイド
部38aの直径によって決まる圧力室56内の受圧面積A
₁が、流入ポート31側の受圧面積A₂よりもわずかに大き
くなるようにしている。このように圧力室56内の受圧面
積を少し大きくしたのは、アクチュエータポート15、16
側の圧力が当該メインポペット25に作用したとき、シー
ト部29が閉じ勝手になるようにするためである。

また、上記ガイドプラグ38には、中空部57を形成する
とともに、この中空部57には、パイロットポペット58を
設けている。このパイロットポペット58は、スプリング
59の作用で、上記中空部57に形成したシート部60に圧接
し、圧力室56と中空部57との連通を遮断している。そし
て、上記中空部57は、流通孔61→スプリング室41→通孔
44を経由して流出ポート34に連通している。

したがって、旋回モータを動作しているときには、そ
の旋回モータ用のパイロット圧が第２パイロット室33に
作用し、ピストン40をストッパ43に接するまで移動す
る。

そして、アームシリンダＳを動作するためのパイロッ
ト圧をメータインバルブのパイロット室に作用させれ
ば、そのパイロット圧が第１パイロット室32に作用し、
メイポペット25を開方向、すなわち第２図右方向に移動
する。

しかし、上記のようにピストン40がストッパ43に接触
していると、その分、メインポペット25は第２図のl₁し
か移動できなくなる。そのために、シート部29側の開口
も小さくなり、アームシリンダＳからの流出量がそれだ
け規制される。

もし、旋回モータを動作していなければ、第２パイロ
ット室33にパイロット圧が作用しないので、ピストン40
がスプリング42の作用で図示の位置を保持する。このと
きのメインポペット25の最大ストロークは、第２図のl₂
ということになり、上記l₁の場合よりも大きくなる。し
たがって、この場合にはシート部29側の開口が大きくな
る。

上記のようにして当該モータｍを動作させた後、メー
タインバルブIVのパイロット室内の圧力をタンク圧にす
れば、このバルブIVが第１図に示す中立位置に復帰す
る。このようにメータインバルブのパロット圧をタンク
圧にすれば、第１パイロット室32内の圧力もタンク圧に
なるので、メインポペット25も図示の位置に復帰する。

したがって、このときには当該アクチュエータポート
15、16の両者が、チェック弁23、24、メータリングバル
ブのメインポペット25及びリリーフポペット48で閉鎖さ
れることになる。アクチュエータポート15、16がポペッ
トで閉鎖されるので、その部分からの漏れを完全に防止
できる。換言すれば、アクチュエータポート15、16から
のリークを完全に防止できるので、当該負荷を確実に保
持できる。

しかも、前記したように圧力室56の受圧面積A₁を、シ
ート部29側の受圧面積A₂よりも少し大きくしたので、ア
クチュエータポート側の圧力がこれら両受圧面積に作用
したとき、このメインポペット25が、アクチュエータポ
ート側の圧力変化に関係なく、常に閉じ勝手になる。し
たがって、そのメータアウト制御が安定したものにな
る。

また、アクチュエータポート15、16側の圧力が上昇す
ると、それにともなって圧力室56内の圧力も上昇する。
そして、この圧力が設定圧以上になると、ガイドプラグ
38に設けたパイロットポペット58がスプリング59に抗し
て移動し、シート部60を開く。

このようにシート部60が開くと、この圧力室56内の流
体が、流出ポート34から流出するので、制御ピストン49
に形成したオリフィス51に流れが発生して、その前後に
圧力差が生じる。この圧力差によって、制御ピストン49
とともにリリーフポペット48も移動し、シート部54を開
いて、アクチュエータポートを流出ポートに連通し、ア
クチュエータポート側の圧力を設定圧以下に抑える。

また、アクチュエータポート側の圧力が負圧になる
と、流出ポート34側の圧力がリリーフポペット48の傾斜
部55に作用し、当該リリーフポペットをスプリング53に
抗して移動させ、シート部54を開くので、流出ポート側
の流体がアクチュエータポート側に供給されることにな
る。

したがって、この実施例では、メータリングバルブ
が、メータアウト制御をすることはもちろん、リリーフ
弁及びサクション弁としても機能するものである。

第３図に示した第２実施例は、上記ピストン40を省略
するとともに、メインポペット25の周囲に、第１パイロ
ット室32に対抗する第２パイロット室33を形成したもの
である。そして、この第１パイロット室32の受圧面積
は、第２パイロット室33の受圧面積よりも大きくしてい
る。

したがった、第１パイロット室32のみにパイロット圧
が作用したときには、そのパイロット圧に応じて、当該
メインポペット25が移動し、シート部29の開口径を決め
る。

これに対して、両パイロット室32、33にパイロット圧
が作用すると、メインポペット25が開方向に移動する
が、この第１パイロット室32内の作用力は、第２パイロ
ット室33内の作用力によって、相対的に弱くなる。その
ために第パイロット室32にだけにパイロット圧が作用し
ているときよりも、メインポペット25の移動量が少くな
り、それだけシート部29の開度も小さくなる。

したがって、上記第１実施例の場合と同様に、当該ア
ームシリンダを旋回モータと同時に駆動するときには、
このアームシリンダ側の負荷が大きくなり、旋回モータ
を優先的に駆動することができる。

第４図に示した第３実施例は、第１実施例のピストン
40を省略するとともに、スプリング室41にパイロット圧
を導く流入ポート63に第１オリフィス64を形成するとと
もに、このスプリング室41を流出ポート34に連通する通
孔44に第２オリフィス65を形成したものである。

したがって、上記流入ポート63からパイロット流量が
流入すると、第１オリフィス64と第２オリフィス65との
間、すなわちスプリング室41内に圧力が発生し、この圧
力が上記第１パイロット室32の作用力に対抗することに
なる。そこで、この第３実施例では、上記スプリング室
41が第２パイロット室を構成することになる。

なお、上記以外の構成は、第２実施例と同様である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図はこの発明の各実施例に共通の回路図、第２
〜４図はこの発明の第１〜３実施例のメータリングバル
ブの断面図、第５図は従来の装置の回路図である。Ｓ…アクチュエータとしてのアームシリンダ、M₁、M₂…
メータリングバルブ、25…メインポペット、32…第１パ
イロット室、33…第２パイロット室。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアクチュエータを同一のポンプで作
動させる装置において、負荷が相対的に小さくなるアク
チュエータの流路に、そのアクチュエータの作動を制御
するメータインバルブと、このメータインバルブからア
クチュエータへの流れのみを許容するチェック弁とを設
けるとともに、このチェック弁の下流側に接続し、アク
チュエータポートからの戻り流量を制御する一対のメー
タリングバルブを設けてなり、このメータリングバルブ
は、バルブケースにメインポペットを摺動自在に設ける
とともに、このメインポペットの一方の受圧面を、上記
アクチュエータポートに連通する流入ポート側に臨ま
せ、他方の受圧面を圧力室に臨ませ、これら流入ポート
と圧力室とを連通させ、しかも、一方の受圧面に対して
他方の受圧面の受圧面積を大きくして、両受圧面に同一
圧力が作用したとき、メインポペットが閉じ勝手になる
構成にし、かつ、このメータリングバルブには、メイン
ポペットを開弁させる方向の力を作用させる第１パイロ
ット室と、メインポペットを閉弁させる方向の力を作用
させる第２パイロット室とを設け、上記第１パイロット
室を上記メータインバルブのパイロット室に連通し、第
２パイロット室を負荷が相対的に大きいメータインバル
ブのパイロット室に連通してなる高負荷アクチュエータ
の優先作動制御装置。