JP3583643B2 - 油圧回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の油圧アクチュエータを同時操作することのある建設機械、例えば油圧ショベルに搭載され、駆動する慣性体の大小に関らず、スムーズな起動特性が得られる油圧回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧回路装置には、ブリードオフ回路を持つセンターバイパス型のコントロール弁を用いるものと、ブリードオフ回路を持たないクローズドセンター型のコントロール弁を用いるものとがあり、後者では、コントロール弁が要求する流量を基本的に供給できるよう油圧ポンプの吐出油量を制御するロードセンシングシステムが採用される。油圧機器の簡素化を目的とする場合は、ブリードオフ回路を持たない分、後者が有利である。しかし、ブリードオフ回路を持たないため、大きな慣性を有する油圧アクチュエータを駆動する時に過渡的に、圧力が急に立ち上がって急激な加速が生じたり、圧力の振動（圧力脈動）がなかなか減衰せず、スムーズな起動特性が得られないという問題がある。
【０００３】
即ち、ロードセンシングシステムではコントロール弁が要求する流量を供給するよう油圧ポンプの吐出油量を制御するため、アクチュエータが駆動する負荷が旋回等の慣性体であって、油圧ポンプが吐出した油量をアクチュエータが消費できない場合は、油圧ポンプの吐出圧は急激に立ち上がり、油圧ポンプの吐出したエネルギーは配管系に貯えられ、その後アクチュエータが加速域を過き、加速圧が必要なくなると、駆動圧の低下に伴って配管系に貯えられていたエネルギーが放出され、アクチュエータはオーバーシュートし、これに伴い更に駆動圧が低下し、その後アクチュエータの速度が低下すると再び駆動圧が上昇するというような変化を示し、過渡的に、圧力の急な立ち上がりが生じ、かつ圧力脈動がなかなか減衰しなくなる。
【０００４】
そこで、駆動圧の上昇に伴いアクチェエータヘの供給流量を減少させ、圧力の急峻な立ち上がりを抑える方法として、特開平４−１９１５０１号公報、特開平５−２６３８０４号公報、特開平１０−８９３０４号公報に記載の方法が提案されている。
【０００５】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の方法は同趣旨であり、スリットを有する比例シート弁の変位をパイロット弁の弁開度で制御するコントロール弁において、アクチュエータの駆動圧に応じてパイロット弁の弁変位を制御し、比例シート弁の弁変位を制御するものである。即ち、油圧モータの入口部から絞りを介して誘導された圧力がパイロット弁に、パイロット弁の操作力に対抗して誘導される。油圧モータの入口部から絞りを介して誘導された圧力は油圧モータの駆動圧に比例して増加する圧力であり、従って、パイロット弁の弁開度は当該駆動圧に比例して減少し、これに伴い比例シート弁の弁開度も減少する。これにより油圧ポンプからの吐出油も減少するよう制御され、圧力の急な立ち上がりの緩和と、圧力脈動の減衰に寄与する。
【０００６】
特開平１０−８９３０４号公報では、ロードセンシングシステムで複合操作を可能とするために設けられた圧力補償弁に負荷圧が増加するに従って補償差圧を小さくする負荷依存性を持たせたものであり、これにより負荷圧が増加するとアクチュエータへの供給流量が減り、油圧ポンプの吐出量が減少するよう制御される。圧力補償弁の負荷依存性は、圧力補償弁の受圧面積のうち、メータインの可変絞りの入側圧力が閉じ方向に作用する受圧面積を、メータイン可変絞りの出側圧力が開け方向に作用する受圧面積より大きくすることにより得ている。このように受圧面積差を設けると、その差分の受圧面積により、負荷圧が増加するに従って大きくなる閉じ方向の油圧力が発生するため、負荷圧に比例してメータインの可変絞りの前後差圧が小さくなるよう制御され、アクチュエータへの供給流量が減少する。このアクチュエータへの供給流量の減少により、ロードセンシング制御される油圧ポンプは吐出流量を減少させ、圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ圧力脈動も早期に減衰するようになる。
【０００７】
一方、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、ポンプ制御手段に設定されたロードセンシング制御の目標差圧を変更することなく、特定の油圧アクチュエータの駆動速度のみを遅くし微速操作を可能とするものとして、特開平２−２９６００２号公報に記載の提案がある。この提案は、負荷圧を検出する逆止弁のバネ力をある強さに設定し、逆止弁部分で圧力損失を与えることにより負荷圧をモジュレイトするものであり、信号圧が負荷圧よりその圧力損失分だけ低下することによりロードセンシング制御される油圧ポンプの吐出圧と負荷圧との差圧も正規の差圧からその圧力損失分だけ低下し、これに応じて制御流量が減少させる。
【０００８】
また、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、分流弁とホールドチェック弁を組み合わせてバルブアセンブリとして構成を簡素化したものとして、国際出願公開公報ＷＯ９８／３１９４０に記載のコントロール弁がある。このものでは、ホールドチェック弁の中空状の弁体に分流弁の弁体を部分的に内蔵させると共に、コントロール弁の負荷圧検出油路を分流弁の内部通路（油路スリット）として形成し、かつその内部通路を利用して逆止弁機能を与えることにより、バルブ要素としての逆止弁を不要とし、コントロール弁全体の構成を簡素化している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の提案や、特開平１０−８９３０４号公報の提案によれば、負荷圧に比例して油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動も早期に減衰するようになり、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。しかし、これら従来技術には次のような問題がある。
【００１０】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の提案は、コントロール弁として比例シート弁の変位をパイロット弁の弁開度で制御するものを使用しており、通常のスプールタイプのコントロール弁を使用してその提案を実施することは構造的に難しい。特に最近のコントロール弁はスプール内部を再生回路を組むための油通路として利用しており、困難さが倍加する。
【００１１】
特開平１０−８９３０４号公報の提案は、スプールタイプのコントロール弁を使用した場合の圧力補償弁の弁構造を示しているが、圧力補償弁に受圧面積に差を持たせるため、組み立て性を考慮すると構造が複雑になり過ぎており、また面積管理も大変である。
【００１２】
特開平２−２９６００２号公報の提案は、特定の油圧アクチュエータの駆動速度のみを遅くし微速操作を可能とすることを目的としている。しかし、油圧ポンプの吐出流量が減るため、結果として油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりの防止や、油圧脈動の早期の減衰が図れる。また、負荷圧を検出する逆止弁部分で圧力損失を与えるだけなので、構造が簡単であるという長所もある。しかし、逆止弁部分で与えられる圧力損失はバネ力で設定されるため、負荷圧に関係無くある一定値であり、慣性体の大きさに応じた制御特性、即ち負荷依存性が得られない。このため、駆動する慣性体の大きさによってはアクチュエータ駆動時に、圧力の急な立ち上がりが生じたり、圧力脈動が早期に減衰しないという問題を生じる。
【００１３】
国際出願公開公報ＷＯ９８／３１９４０に記載のコントロール弁は、分流弁とホールドチェック弁を組み合わせてバルブアセンブリとし、その中に種々の機能を組み込んだので、コントロール弁全体の構成が簡素化される利点がある。しかし、大きな慣性を有するアクチュエータを駆動するときの圧力の急激な立ち上がりや油圧脈動に対する措置は講じられておらず、駆動する慣性体が大きい場合はアクチュエータ駆動時に、圧力の急な立ち上がりが生じたり、圧力脈動が早期に減衰しないという問題を生じる。
【００１４】
本発明の目的は、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、駆動する慣性体の大きさ係わらずスムーズな起動特性が得られ、かつ構成が簡単であり、スプールタイプのコントロール弁であっても容易に適用できる油圧回路装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプと複数のアクチュエータとの間に配置された複数のコントロール弁と、前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づく信号圧が導かれ、第１絞りを介してタンクに接続された信号検出油路と、前記信号圧よりも所定値だけ高くなるよう前記油圧ポンプの吐出圧を制御するポンプ制御手段とを備え、前記複数のコントロール弁は、それぞれ、前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータインの可変絞りを備えた主弁と、この主弁のメータインの可変絞りと前記油圧アクチュエータとの間に配置された、分流弁とホールドチェック弁との組み合わからなるバルブアセンブリとを有し、前記バルブアセンブリのホールドチェック弁は、前記信号検出油路につながる制御室を内部に形成した中空スプール状の弁体を有し、前記バルブアセンブリの分流弁は、少なくとも部分的に前記中空スプール状の弁体内に摺動自在に内装され、かつ一端が入口通路に位置し、他端が前記制御室に位置する弁体を有し、前記制御室の圧力と前記入口通路の圧力とのバランスで前記弁体がストロークし前記入口通路の圧力を制御することにより前記メータインの可変絞りの前後差圧を制御する油圧回路装置において、前記複数のコントロール弁のそれぞれのバルブアセンブリは、前記分流弁の弁体の外周に形成された油路スリットと、前記分流弁の弁体が前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体に対して所定距離以上移動すると前記油路スリットを前記制御室に開口させ、前記分流弁とホールドチェック弁との間の中間室を前記制御室に連通させるラップ部とを有し、前記複数のコントロール弁のうちの特定のコントロール弁のバルブアセンブリは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内部を軸方向に伸びる固定プラグと、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周と前記固定プラグの外周とによって形成される円環状の第２絞りを有するものとする。
【００１６】
このように複数のコントロール弁のうちの特定のコントロール弁のバルブアセンブリに円環状の第２絞りを設けることにより、その特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの負荷圧が最高負荷圧であるとき、特定のコントロール弁のバルブアセンブリにおける上記油路スリットが制御室に開口し、負荷圧を中間室と油路スリットを介して制御室に誘導し、円環状の第２絞りが第１絞りと共働し、制御室に誘導された負荷圧をモジュレイトして信号検出油路に誘導するものとなる。このため、特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの負荷圧（最高負荷圧）が高くなるに従い円環状の第２絞りの前後差圧は増し、信号検出油路に誘導される信号圧を減圧する働きが強くなる。ポンプ制御手段は、この信号圧よりも所定値だけ高くなるよう油圧ポンプの吐出圧を制御するので、特定のコントロール弁のメータインの可変絞りの前後差圧は負荷圧が高くなるに従って小さくなり、制御流量を減少する働きが出てくる。このため、特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの起動時、負荷圧に応じて油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００１７】
また、分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の弁体と固定プラグを利用して円環状の第２絞りを追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁の主弁がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環状の第２絞りを追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００１８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記固定プラグは前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリの全てに設けられ、前記分流弁を閉位置に保持するバネ受け部を有する同じバネ支持部材であり、前記特定のコントロール弁のバルブアセンブリの円環状の第２絞りは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状を他のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状と違えることにより、前記弁体の内周と前記バネ受け部の外周との間の円環状の隙間により形成されている。
【００１９】
これにより簡単に特定のコントロール弁のバルブアセンブリ側だけに円環状の第２絞りを形成することができる。
【００２０】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるそれぞれの分流弁の弁体は、前記入口側の受圧面積が前記制御室側の受圧面積より大きい。
【００２１】
これにより複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁で分流弁に働くフローフォースの影響を除去するなど低負荷圧側のコントロール弁の特性も改善され、良好な複合操作が行える。また、上記（１）で述べた高負荷圧側のコントロール弁の特性の改善手段（円環状の第２絞りの設置）と、低負荷圧側のコントロール弁の特性の改善手段（受圧面積を変える）とは相互に独立しており、高負荷圧側の特性の改善と低負荷圧側の特性の改善を独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施形態による油圧回路装置を図１〜図４により説明する。
【００２４】
図１において、本実施形態の油圧回路装置は、固定容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１の全吐出油量を小さなオーバライドでブリードできるブリード弁２とを備え、油圧ポンプ１とブリード弁２との組み合わせで固定ポンプのロードセンシングシステムを構成している。
【００２５】
油圧ポンプ１から吐出された圧油は複数の油圧アクチュエータ３−１，３−２に供給され、油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ３−１，３−２との間には図２に示すようなメータインの可変絞りＭ／Ｉとメータアウトの可変絞りＭ／Ｏを備えたスプールタイプの主弁４ａ−１，４ａ−２を有するコントロール弁４−１，４−２が設置され、主弁４ａ−１，４ａ−２を切り換え操作することで油圧アクチュエータ３−１，３−２に供給される圧油の流れ方向と流量が制御される。本実施形態では、アクチュエータを２つだけ示したが、使用できるアクチュエータの数はこの限りではないことは勿論である。また、図１では図示の都合上、主弁４ａ−１，４ａ−２の片側の切換位置におけるメータインの可変絞りＭ／Ｉとメータアウトの可変絞りＭ／Ｏのみをメータイン側とメータアウト側とで分けて示している。油圧アクチュエータ３−１は油圧アクチュエータ３−２に比べて大きな慣性を有する油圧アクチュエータであり、そのような大きな慣性を有する油圧アクチュエータ３−１に設けられたコントロール弁４−１を本願明細書中では特定のコントロール弁という。
【００２６】
コントロール弁４−１，４−２は、それぞれ、上記のメータインの可変絞りＭ／Ｉ及びメータアウトの可変絞りＭ／Ｏを備えた主弁４ａ−１，４ａ−２に加え、複合操作を可能とする分流弁５−１，５−２とホールドチェック弁６−１，６−２の組み合わせからなるバルブアセンブリ５６−１，５６−２を内臓している。
【００２７】
バルブアセンブリ５６−１，５６−２は、それぞれ、主弁４ａ−１，４ａ−２のメータインの可変絞りＭ／Ｉと油圧アクチュエータ３−１，３−２との間に設置され、分流弁５−１，５−２はバルブアセンブリ５６−１，５６−２の入口通路５６ａ側に位置し、ホールドチェック弁６−１，６−２はバルブアセンブリ５６−１，５６−２の出口通路５６ｂ側に位置している。
【００２８】
コントロール弁４−１において、バルブアセンブリ５６−１のホールドチェック弁６−１は中空スプール状の弁体６０を有し、分流弁５−１は、少なくとも部分的に中空スプール状の弁体６０内に摺動自在に内装され、かつ一端が入口通路５６ａに位置し、他端が制御室７０（後述）に位置するスプール状の弁体５０を有し、弁体５０と弁体６０の間には中間室５６ｃが形成されている。
【００２９】
ホールドチェック弁６−１の弁体６０は、図３に示すように、外径Ｄ２及び内径ｄ２を持つ大径部６１と外径Ｄ３（＜Ｄ２）及び内径ｄ３（＜ｄ２）を持つ小径部６２とを有し、大径部６１の先端にはシート部６３が設けられている。また、大径部６１はケーシング１と摺動自在に嵌合し、小径部６２はケーシング１内に挿入されたスリーブ６４の内径部と摺動自在に嵌合している。大径部６１と小径部６２の境界段部とスリーブ６４の端面間には負荷圧室６５が形成され、大径部６１の外周には出口通路５６ｂから負荷圧を負荷圧室６５へ誘導する複数のスリット６６が形成されている。
【００３０】
また、弁体６０は、基端がスリーブ６４の内側段差部に支持されたバネ７９によりシート部６３が中間室５６ｃと出口通路５６ｂの間のエッジ部分に触座するよう付勢されている。
【００３１】
更に、弁体６０の小径部６２の外径Ｄ３と大径部６１の内径ｄ２（＝分流弁５−１のステム部５３（後述）の外径）は同一寸法に製作されており、これにより制御室７０内の油圧が弁体６０に作用する力の影響を無くしている。
【００３２】
分流弁５−１の弁体５０はメータリングノッチ５１が形成されたランド５２とステム部５３とを有し、ステム部５３がホールドチェック弁６−１の弁体６０の大径部６１に摺動自在に嵌合し、ホールドチェック弁６−１の弁体６０内に分流弁５−１のステム部５３の背部が位置する制御室７０を形成している。分流弁５−１の動作時、制御室７０には分流弁５−１のステム部５３の外周に設けられた油路スリット２０を介して中間室５６ｃの油圧が誘導される（後述）。
【００３３】
制御室７０はホールドチェック弁６−１の小径部６２の背部に位置する、第２の制御室を兼ねるバネ室７２に連通し、バネ室７２はスリーブ６４に設けられた小孔７３を介して信号検出油路９に接続されている。信号検出油路９は更に絞り１４（面積ａｔ）を経てタンクＴへと接続されている。
【００３４】
バネ室７２から弁体６０の小径部６２の内部を通って固定プラグ７５が軸方向に伸びており、固定プラグ７５の基端はスリーブ６４に保持されている。固定プラグ７５は先端付近にフランジ状のバネ受け部７６が設けられたバネ支持部材であり、バネ受け部７６に、分流弁５−１の弁体５０を入口通路５６ａの内壁７７に当たるよう付勢し弁体５０を閉位置に保持するバネ７８の基端が支持されている。また、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周は固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間を狭くするような内径寸法とされ、この円環状の隙間により本発明の特徴である円環絞り１１（面積ａｃ＞ａｔ）が形成されている。
【００３５】
分流弁５−１のステム部５３の外周に形成された上述の油路スリット２０は一端が中間室５６ｃに開口し、他端はステム部５３の途中で切れ、弁体５０が閉位置にあるときは油路スリット２０と制御室７０との間の連通を遮断するラップ量Ｘのラップ部３２が形成され、弁体５０が図示の閉位置からラップ量Ｘ以上ストロークすると油路スリット２０が制御室７０に開口するようになっている。即ち、このラップ部３２は自身が係わる油圧アクチュエータ３−１（図１参照）の負荷圧が最高負荷圧であるときにのみ開口し、中間室５６ｃの圧力（負荷圧）を検出可能とする逆止弁機能を果たす。
【００３６】
このようにラップ部３２が逆止弁機能を果たすことにより、自身が係わる油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧であるときにのみ分流弁５−１とホールドチェック弁６−１との間の中間室５６ｃから負荷圧が検出され、この負荷圧が制御室７０に誘導される。また、制御室７０とバネ室７２との間に円環絞り１１が設けられることにより、この円環絞り１１と信号検出油路９に設けられた絞り１４とが共働して、制御室７０に誘導された負荷圧をモジュレイトし（後述）、このモジュレイトされた負荷圧が信号検出油路９へ誘導される。
【００３７】
また、ラップ部３２のラップ量Ｘは弁体５０の動作時の不感帯として機能し、分流弁５−１のランド５２にはメータリングノッチ２０に対する不感帯Ｙが形成され、Ｙ＜Ｘの関係にある。不感帯Ｘはホールドチェック弁６−１の弁体６０に対しては一定であるが、弁体６０が図示上方に移動すると、不感帯Ｘは弁体６０の位置に応じて変化するため、不感帯Ｘは可変不感帯として機能する。
【００３８】
更に、分流弁５−１の弁体５０のランド５２は流体力低減のためステム部５３の外径ｄ２より大きい外径ｄ１を有し、分流弁５−１の弁体５０の入口通路５６ａ側の受圧面積Ａｉと制御室７０側の受圧面積Ａｃとの間に、Ａｉ＞Ａｃの関係を持たせている。
【００３９】
中間室５６ｃはランド５２の外径ｄ１より大きくホールドチェック弁６−１の大径部６１の外径Ｄ２より小さい内径Ｄ１を有し、ホールドチェック弁６−１が確実にホールドチェック機能を果たせるようになっている。
【００４０】
コントロール弁４−１の等価回路を図４及び図５に示す。図中、図３に示した部分又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
【００４１】
本実施形態のコントロール弁４−１において、分流弁５−１とホールドチェック弁６−１のバルブアセンブリ５６−１は、図４の分離した分流弁５−１及びホールドチェック弁６−１の組み合わせに相当し、円環絞り１１は、図４の絞り１１に相当する。即ち、バルブアセンブリ５６−１は、図４の分流弁５−１とホールドチェック弁６−１と絞り１１の３つのバルブ要素を合理的に集約した構成となっている。また、本実施形態のコントロール弁４−１において、油路スリット２０、制御室７０、バネ室７２は図５の負荷圧検出油路７−１に相当し、ラップ部３２の逆止弁機能は、図５の逆止弁８−１に相当する。即ち、バルブアセンブリ５６−１は、図５に示すコントロール弁の負荷圧検出油路７−１を内部通路として構成し、その内部通路の一部である油路スリット２０を利用して逆止弁８−１の機能を与えている。このようにバルブアセンブリ５６−１には種々の機能が集約されており、これによりコントロール弁４−１全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００４２】
コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２は、円環絞り１１を持たない点を除いてコントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１と同様に構成されている。
【００４３】
即ち、コントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１においては、上記のようにホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周を固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間が狭くなるような内径寸法とし、この円環状の隙間により円環絞り１１（面積ａｃ）が設けられている。これに対し、コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２は、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周を制御室７０側で拡径し、小径部６２の内周と固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間を広げ、絞りのない通路構造としている。これにより同じ固定プラグ（バネ支持部材）を用い、弁体６０の小径部６２の内周形状を変えることにより、容易にバルブアセンブリ５６−１側にだけ円環絞り１１を形成することができる。
【００４４】
ブリード弁２は、弁体２ａと、弁体２ａの閉弁方向の作用端が位置するバネ室２ｂと、このバネ室２ｂに配置され、弁体２ａを閉弁方向に付勢するバネ２ｃとを有し、バネ室２ｂは信号検出油路９に絞り１５を介して接続され、信号検出油路９に検出された信号圧がバネ室２ｂに誘導される。油圧ポンプ１の吐出圧をＰ１、信号検出油路９の信号圧をＰｃとすると、ブリード弁２はＰ１とＰｃの差がバネ２ｃで設定された差圧ΔＰＬ以上になると、油圧ポンプ１からの余剰流をタンクＴへ還流する働きをする。このことは、コントロール弁４−１，４−２に流れる油量により作り出された差圧である、メータインの可変絞りＭ／Ｉの入口圧力（＝Ｐ１）と信号検出油路９の信号圧Ｐｃとの差圧がΔＰＬを越えると、余剰流をタンクＴへ還流することを意味する。
【００４５】
２１は主回路保護のためのメインリリーフ弁、２２は信号回路保護のための補助リリーフ弁である。
【００４６】
以上において、バルブアセンブリ５６−１の円環絞り１１以外の構造、あるいは円環絞りのないバルブアセンブリ５６−２の構造は国際公開公報ＷＯ９８／３１９４０に開示されている「分流弁付き方向制御弁」の分流弁とホールドチェック弁を組み合わせた弁構造と基本的に同じであり、バルブアセンブリ５６−１，５６−２の上記以外の構造の特徴及び下記する以外の動作の特徴は国際公開公報ＷＯ９８／３１９４０に説明されている。
【００４７】
本実施形態の油圧回路装置の動作を説明する。なお、以下の説明では、油圧ポンプ１の吐出圧及び信号検出油路９の信号圧を上記のようにそれぞれＰ１，Ｐｃとし、分流弁５−１の入口通路５６ａの圧力（以下適宜、入口圧という）をＰ２、分流弁５−１の出口通路（中間室５６ｃ）の圧力（以下適宜、出口圧という）をＰ３、制御室７０の圧力（以下適宜、制御圧という）をＰ４とする。また、ホールドチェック弁６−１の弁体６０での圧力損失は微小であり、分流弁５−１の出口圧Ｐ３は油圧アクチュエータ３−１の負荷圧にほぼ等しいとする。
【００４８】
まず、円環絞り１１の検出負荷圧モジュレイト機能について説明する。
【００４９】
円環絞り１１の面積をａｃ、絞り１４の面積をａｔ、絞り１１，１４を通過する流量をｑとすると、制御圧Ｐ４と信号圧Ｐｃの関係は次のようになる。ただし、ａｃ＞ａｔである。また、逆止弁機能を持つラップ部３２での圧力損失は無視できるものとする。
【００５０】
Ｃ：流量係数
ｇ：重力
γ：粘性係数
の関係から、モジュレイトされた検出信号圧力Ｐcは、
Ｐc＝｛ａc２／（ａc２＋ａt２）｝・Ｐ4
となり、
Ｐ4−Ｐc＝｛ａt２／（ａ c ２ ＋ａ t ２ ）｝・Ｐ4 …（１）
の関係から、Ｐ4−Ｐcの差圧、即ち円環絞り１１の前後差圧が定まる。この式から、油圧アクチュエータ３−１の負荷圧（出口圧Ｐ3）が上昇し、制御圧Ｐ4が高くなるに従って円環絞り１１の前後差圧Ｐ4−Ｐcが増し、円環絞り１１による信号圧Ｐcを減圧する作用が強くなることが分かる。即ち、円環絞り１１は、負荷圧（出口圧Ｐ3）に依存して差圧Ｐ4−Ｐcを増大させ、信号圧を減圧するモジュレイト機能を有する。
【００５１】
油圧アクチュエータ３−１の単独操作時、あるいは油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時のコントロール弁４−１の動作を説明する。
【００５２】
分流弁５−１の入口圧Ｐ２と制御室７０の制御圧Ｐ４の差圧をΔＰｂ１とする。この差圧ΔＰｂ１は入口通路５６ａから制御室７０に至る油通路の圧損であり制御流量の関数となるが、極力圧損を下げる工夫をして、流量の影響は少ないものとする。この場合、ΔＰｂ１は微小であり、制御圧Ｐ４は分流弁５−１の出口圧Ｐ３、即ち負荷圧にほぼ等しい。
【００５３】
もし、円環絞り１１が無いとすると、Ｐ4＝Ｐcであり、主弁４ａ−１のメータインの可変絞りＭ／Ｉの前後差圧は、
となる。これに対して、円環絞り１１が挿入されると、円環絞り１１の検出負荷圧モジュレイト機能により信号圧Ｐcは制御圧Ｐ4よりも低くなり、主弁４ａ−１のメータインの可変絞りＭ／Ｉの前後差圧は、
とＰ4−Ｐcの差圧分だけ減少する。
【００５４】
ここで、上記（１）式で表される円環絞り１１のモジュレイト機能により、（３）式で表される差圧Ｐ４−Ｐｃは負荷圧（出口圧Ｐ３）が高くなるに従って増大するから、負荷圧が高くなるに従って制御流量を減少する働きが出てくる。即ち、コントロール弁４−１は、円環絞り１１が設置されているから、図６に示すような負荷圧（出口圧Ｐ３）が上昇すると制御流量Ｑが減少する負荷依存特性を持つ。
【００５５】
円環絞り１１の効果を調べるために行ったシュミレーションの結果を図７に示す。図７において、（ａ）と（ｂ）で油圧アクチュエータ３−１の慣性モーメントを違え、（ａ）に対し（ｂ）は３倍の慣性モーメントを持っている。また、（ａ）及び（ｂ）の上段は油圧ポンプ１の吐出油量Ｑｐと負荷側へ流れる流量Ｑ１とブリード弁２にブリードされる流量Ｑｃとの関係を示している。コントロール弁４−１は０．５秒でフル操作されている。（ａ）及び（ｂ）の中段はポンプ吐出圧Ｐ１、下段は油圧アクチュエータ３−１の角速度ωを示す。円環絞り１１の効果を見るために円環絞り１１の開口面積ａｃと絞り１４の開口面積ａｔの比、ｋ＝ａｃ／ａｔ、をパラメータとして選択した。
【００５６】
１）絞り１１の効果の無いｋ＝２５では、油圧脈動が大きく、特に慣性モーメントが大きい場合いに顕著である。このシュミレーションではメインのリリーフ弁２１が作動しないものとしたため、油圧ポンプ１の吐出圧（駆動圧）Ｐ１が慣性モーメント大でかなり高くなっている。
【００５７】
２）ｋ＝５．７６の場合は過渡的にブリード弁２によるブリード流量が増加し、油圧アクチュエータ３−１の回転もスムーズであり、圧力脈動も直ぐに減衰している。（ｋ＝５．７６は絞りの直径で比較するとｄｔ＝０．５に対しｄｃ＝１．２位の関係にある。）回転速度が一定値になると、駆動圧も低下し、Ｐ４−Ｐｃの値も小さくなり、検出圧をモジュレイトしない場合と同じような回転速度が得られている。
【００５８】
また、本実施形態においては、円環絞り１１を制御室７０とバネ室７２の間に設けたことにより、制御室７０とバネ室７２の間に差圧が発生し、ホールドチェック弁６−１の弁体６０に図示上方の押し上げ力が働き、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の開度が増加するので、高負荷圧側のホールドチェック弁６−１での圧力損失が確実に低減ができる。
【００５９】
ここで、ラップ部３２のラップ量Ｘは上記のように可変不感帯であるため、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の開度が増加すると、分流弁５−１の弁体５０は弁体６０の後を追いかけて移動し、この分だけ分流弁５−１の弁体５０の変位が大きくなり開口面積が増大する。このため、分流弁５−１で生ずる圧力損失も軽減される。
【００６０】
次に、油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁４−２の動作について説明する。
【００６１】
複合操作時に高負荷圧側と低負荷圧側に要求される流量特性に若干の相違がある。複合操作時に低負荷圧側に要求される流量特性の１つとして、低負荷圧側に圧油が多量に流れた方が良い場合いがあることがある。例えば、油圧ショベルのブームと旋回の複合操作では、ブームの伸び駆動圧で旋回を駆動したい要求があり、この場合、分流弁の機能をかなり緩和させた特性が必要となる。２つ目としては、低負荷圧側の分流弁に働くフローフォースの影響の除去がある。分流弁に作用するフローフォースは、
ＦＬ＝２・Ｃ・Ａ（ｘ）・（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ）・ｃｏｓθ
Ｃ：流量係数
Ａ（ｘ）：弁体のストロークｘにより決まる開口面積
Ｐｉｎ：入口圧
Ｐｏｕｔ：出口圧
θ：流れ角
で与えられ、フローフォースＦＬは分流弁の絞りの前後差圧Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔに応じて大きくなる。分流弁の絞りの前後差圧Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔは低負荷側の分流弁で大きくなる。このため、分流弁に作用するフローフォースの影響は低負荷圧側で大となる。 上述したように、高負荷圧側のコントロール弁４−１には円環絞り１１が設置されているため、負荷圧（出口圧Ｐ３）が増加すると、制御流量Ｑが減少する図３に示すような特性を持つ。低負荷圧側のコントロール弁４−１の分流弁５−２においては、信号検出油路９の信号圧Ｐｃがその制御室７０に誘導されている。高負荷圧側の分流弁５−１の弁体５０が圧力Ｐ２と圧力Ｐ４で釣り合い関係にあるのに対して、低圧側の分流弁５−２の弁体５０は制御室７０に誘導されている信号圧Ｐｃに対して釣り合い関係にあり、この信号圧Ｐｃは検出した負荷圧（出口圧Ｐ３）（＝Ｐ４）を円環絞り１１で減圧した値であるため、低負荷圧側の分流弁５−２の弁体５０はＰ２より低い入口圧Ｐｉｎで釣り合うはずである。しかし、低負荷圧側の分流弁５−２の弁体５０には、弁体５０の絞り（メータリングノッチ５１）の前後差圧Ｐｉｎ−Ｐ５に応じたフローフォースが閉弁方向に作用し、このフローフォースと制御室５０の信号圧Ｐｃにバランスさせるためには、分流弁５−２の入口圧ＰｉｎはＰ２以上の圧力が必要になる。換言すれば、低負荷圧側ではフローフォースの影響により、第１の実施形態で（２）式を引用して説明した分流弁５−２の入口圧Ｐｉｎと制御室７０の制御圧Ｐｃの差圧ΔＰｂ２が無視できなくなる。その結果、図８に点線で示すように、Ｐ３とＰ５の差圧が増大するにしたがって制御流量Ｑが減少する特性になる恐れがある。この場合、高負荷圧側のコントロール弁４−１では、負荷圧が高くなると流量を減らすよう制御されるのに対し、低負荷圧側のコントロール弁４−２はＰ３とＰ５の差圧が増するに従って制御流量が減少し、高負荷圧側の働きをキャンセルすることになる。また、これは高負荷圧側の圧力が一定で低負荷圧側の圧力が低下したとき、低負荷圧側で消費される流量が減少することになり、理に反している。
【００６２】
本実施形態では、この低負荷圧側のコントロール弁４−２の分流弁５−２におけるフローフォースの影響をキャンセルするために、上記のように入口通路５６ａ側の受圧面積Ａｉと制御室７０側の受圧面積Ａｃの間にＡｉ＞Ａｃの関係を持たせ、分流弁５−２の入口圧と出口圧の差圧がＡｉ−Ａｃの面積に働くようにする。これによりフローフォースが差圧Ｐ３−Ｐ５に比例して増大し、弁体５０を閉じ側に働くのに対し、面積Ａｉ−Ａｃに働く弁体５０を開け側に働く力も差圧Ｐ３−Ｐ５に比例して増大するから、フローフォースの影響をキャンセルし、図８に実線で示すように差圧Ｐ３−Ｐ５が増大するにしたがって制御流量Ｑが増大する特性が得られる。
【００６３】
これにより複合操作時の低圧負荷側のコントロール弁４−２においてもフローフォースの影響を除去して特性を改善し、良好な複合操作が行える。また、高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性の改善手段は円環絞り１１を設置するだけであり、低負荷圧側のコントロール弁４−２の特性の改善手段は分流弁５−２の受圧面積を違えるだけであり、両改善手段は相互に全く独立しているため、高負荷圧側の要求性能と低負荷圧側の要求性能を相互に独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００６４】
以上のように本実施形態によれば、油圧アクチュエータ３−１の単独操作時や油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時において、油圧アクチュエータ３−１の起動時に、負荷圧に応じて油圧アクチュエータ３−１への供給流量が減少し、油圧ポンプ１の吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００６５】
また、バルブアセンブリ５６−１の制御室７０とバネ室７２との間に弁体６０と固定プラグ７５を利用して円環絞り１１を追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁４−１の主弁４ａ−１がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環絞り１１を追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００６６】
更に、コントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１は、図４の分流弁５−１とホールドチェック弁６−１と絞り１１の３つのバルブ要素と、図５の負荷圧検出油路７−１、逆止弁８−１の機能を集約した構成となっており、コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２も同様であり、これによりコントロール弁４−１全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００６７】
また、単独及び複合操作時の高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性に負荷依存性を持たせ、コントロール弁４−１の特性を改善するだけでなく、複合操作時の低圧負荷側のコントロール弁４−２においてもフローフォースの影響を除去するなど特性を改善し、良好な複合操作が行える。また、高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性の改善手段は円環絞り１１を設置するだけであり、低負荷圧側のコントロール弁４−２の特性の改善手段は分流弁５−２の受圧面積を違えるだけであり、両改善手段は相互に全く独立している。このため高負荷圧側の要求性能と低負荷圧側の要求性能を相互に独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００６８】
以上に本発明の代表的実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、以上の実施形態では、油圧ポンプとして固定容量型の油圧ポンプを用い、ロードセンシングシステムのポンプ制御手段としてブリード２を用いたが、図９に示すように油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプ１Ａを用い、ロードセンシングシステムのポンプ制御手段として、油圧ポンプ１Ａの吐出圧Ｐ１が信号検出油路９の信号圧Ｐｃよりもバネ２ｄの設定値ΔＰＬだけ高くなるように油圧ポンプ１Ａの傾転制御を行う傾転制御器２Ａを用いてもよい。このようなロードセンシングシステムを持つ油圧回路装置に本発明を適用しても同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧アクチュエータの起動時、負荷圧に応じて油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００７０】
また、分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の弁体と固定プラグを利用して円環状の第２絞りを追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁の主弁がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環状の第２絞りを追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００７１】
更に、分流弁とホールドチェック弁と円環状の第２絞りの３つのバルブ要素を１つのバルブアセンブリに合理的に集約し、かつコントロール弁の負荷圧検出油路をバルブアセンブリの内部通路として構成し、その内部通路の一部である油路スリットを利用して逆止弁の機能を与えたので、コントロール弁全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００７２】
また、複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁で分流弁に働くフローフォースの影響を除去するなど低負荷圧側のコントロール弁の特性も改善され、良好な複合操作が行えると共に、高負荷圧側のコントロール弁の特性の改善と低負荷圧側のコントロール弁の特性の改善を独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による油圧回路装置を示す図である。
【図２】コントロール弁の主弁部の機能を油圧記号で示す図である。
【図３】コントロール弁の分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリを拡大して示す図である。
【図４】コントロール弁の等価回路を示す図である。
【図５】コントロール弁の他の等価回路を示す図である。
【図６】絞りの設置により得られる単独又は複合操作時の高負荷圧側のコントロール弁の負荷依存性を示す図である。
【図７】絞りの負荷依存性による効果を調べるために行ったシュミレーションの結果を示す図である。
【図８】複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁の特性を示す図である。
【図９】可変容量型の油圧ポンプを用いた場合のロードセンシングシステムのポンプ制御手段を示す図である。
【符号の説明】
１ 固定容量型の油圧ポンプ
１Ａ 可変容量型の油圧ポンプ
２ ブリード弁
２Ａ 傾転制御器
３−１，３−２ 油圧アクチュエータ
４−１，４−２ コントロール弁
４ａ−１，４ａ−２ 主弁
５−１，５−２ 分流弁
６−１，６−２ ホールドチェック弁
９ 信号検出油路
１１ 円環絞り（第２絞り）
１４ 絞り（第１絞り）
２０ 油路スリット
３２ ラップ部
５０ 弁体
５１ メータリングノッチ
５２ ランド
５３ ステム部
５６−１，５６−２ バルブアセンブリ
５６ａ 入口通路
５６ｂ 出口通路
５６ｃ 中間室
６０ 弁体
６１ 大径部
６２ 小径部
６３ シート部
６４ スリーブ
６５ 負荷圧室
６６ スリット
７０ 制御室
７２ バネ室
７３ 小孔
７５ 固定プラグ
７６ バネ受け部
７７ 内壁
７８ バネ
７９ バネ
Ｍ／Ｉ 主弁のメータインの可変絞り
Ｍ／Ｏ 主弁のメータアウトの可変絞り
Ｘ ラップ量
Ｔ タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の油圧アクチュエータを同時操作することのある建設機械、例えば油圧ショベルに搭載され、駆動する慣性体の大小に関らず、スムーズな起動特性が得られる油圧回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧回路装置には、ブリードオフ回路を持つセンターバイパス型のコントロール弁を用いるものと、ブリードオフ回路を持たないクローズドセンター型のコントロール弁を用いるものとがあり、後者では、コントロール弁が要求する流量を基本的に供給できるよう油圧ポンプの吐出油量を制御するロードセンシングシステムが採用される。油圧機器の簡素化を目的とする場合は、ブリードオフ回路を持たない分、後者が有利である。しかし、ブリードオフ回路を持たないため、大きな慣性を有する油圧アクチュエータを駆動する時に過渡的に、圧力が急に立ち上がって急激な加速が生じたり、圧力の振動（圧力脈動）がなかなか減衰せず、スムーズな起動特性が得られないという問題がある。
【０００３】
即ち、ロードセンシングシステムではコントロール弁が要求する流量を供給するよう油圧ポンプの吐出油量を制御するため、アクチュエータが駆動する負荷が旋回等の慣性体であって、油圧ポンプが吐出した油量をアクチュエータが消費できない場合は、油圧ポンプの吐出圧は急激に立ち上がり、油圧ポンプの吐出したエネルギーは配管系に貯えられ、その後アクチュエータが加速域を過き、加速圧が必要なくなると、駆動圧の低下に伴って配管系に貯えられていたエネルギーが放出され、アクチュエータはオーバーシュートし、これに伴い更に駆動圧が低下し、その後アクチュエータの速度が低下すると再び駆動圧が上昇するというような変化を示し、過渡的に、圧力の急な立ち上がりが生じ、かつ圧力脈動がなかなか減衰しなくなる。
【０００４】
そこで、駆動圧の上昇に伴いアクチェエータヘの供給流量を減少させ、圧力の急峻な立ち上がりを抑える方法として、特開平４−１９１５０１号公報、特開平５−２６３８０４号公報、特開平１０−８９３０４号公報に記載の方法が提案されている。
【０００５】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の方法は同趣旨であり、スリットを有する比例シート弁の変位をパイロット弁の弁開度で制御するコントロール弁において、アクチュエータの駆動圧に応じてパイロット弁の弁変位を制御し、比例シート弁の弁変位を制御するものである。即ち、油圧モータの入口部から絞りを介して誘導された圧力がパイロット弁に、パイロット弁の操作力に対抗して誘導される。油圧モータの入口部から絞りを介して誘導された圧力は油圧モータの駆動圧に比例して増加する圧力であり、従って、パイロット弁の弁開度は当該駆動圧に比例して減少し、これに伴い比例シート弁の弁開度も減少する。これにより油圧ポンプからの吐出油も減少するよう制御され、圧力の急な立ち上がりの緩和と、圧力脈動の減衰に寄与する。
【０００６】
特開平１０−８９３０４号公報では、ロードセンシングシステムで複合操作を可能とするために設けられた圧力補償弁に負荷圧が増加するに従って補償差圧を小さくする負荷依存性を持たせたものであり、これにより負荷圧が増加するとアクチュエータへの供給流量が減り、油圧ポンプの吐出量が減少するよう制御される。圧力補償弁の負荷依存性は、圧力補償弁の受圧面積のうち、メータインの可変絞りの入側圧力が閉じ方向に作用する受圧面積を、メータイン可変絞りの出側圧力が開け方向に作用する受圧面積より大きくすることにより得ている。このように受圧面積差を設けると、その差分の受圧面積により、負荷圧が増加するに従って大きくなる閉じ方向の油圧力が発生するため、負荷圧に比例してメータインの可変絞りの前後差圧が小さくなるよう制御され、アクチュエータへの供給流量が減少する。このアクチュエータへの供給流量の減少により、ロードセンシング制御される油圧ポンプは吐出流量を減少させ、圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ圧力脈動も早期に減衰するようになる。
【０００７】
一方、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、ポンプ制御手段に設定されたロードセンシング制御の目標差圧を変更することなく、特定の油圧アクチュエータの駆動速度のみを遅くし微速操作を可能とするものとして、特開平２−２９６００２号公報に記載の提案がある。この提案は、負荷圧を検出する逆止弁のバネ力をある強さに設定し、逆止弁部分で圧力損失を与えることにより負荷圧をモジュレイトするものであり、信号圧が負荷圧よりその圧力損失分だけ低下することによりロードセンシング制御される油圧ポンプの吐出圧と負荷圧との差圧も正規の差圧からその圧力損失分だけ低下し、これに応じて制御流量が減少させる。
【０００８】
また、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、分流弁とホールドチェック弁を組み合わせてバルブアセンブリとして構成を簡素化したものとして、国際出願公開公報ＷＯ９８／３１９４０に記載のコントロール弁がある。このものでは、ホールドチェック弁の中空状の弁体に分流弁の弁体を部分的に内蔵させると共に、コントロール弁の負荷圧検出油路を分流弁の内部通路（油路スリット）として形成し、かつその内部通路を利用して逆止弁機能を与えることにより、バルブ要素としての逆止弁を不要とし、コントロール弁全体の構成を簡素化している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の提案や、特開平１０−８９３０４号公報の提案によれば、負荷圧に比例して油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動も早期に減衰するようになり、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。しかし、これら従来技術には次のような問題がある。
【００１０】
特開平４−１９１５０１号公報及び特開平５−２６３８０４号公報に記載の提案は、コントロール弁として比例シート弁の変位をパイロット弁の弁開度で制御するものを使用しており、通常のスプールタイプのコントロール弁を使用してその提案を実施することは構造的に難しい。特に最近のコントロール弁はスプール内部を再生回路を組むための油通路として利用しており、困難さが倍加する。
【００１１】
特開平１０−８９３０４号公報の提案は、スプールタイプのコントロール弁を使用した場合の圧力補償弁の弁構造を示しているが、圧力補償弁に受圧面積に差を持たせるため、組み立て性を考慮すると構造が複雑になり過ぎており、また面積管理も大変である。
【００１２】
特開平２−２９６００２号公報の提案は、特定の油圧アクチュエータの駆動速度のみを遅くし微速操作を可能とすることを目的としている。しかし、油圧ポンプの吐出流量が減るため、結果として油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりの防止や、油圧脈動の早期の減衰が図れる。また、負荷圧を検出する逆止弁部分で圧力損失を与えるだけなので、構造が簡単であるという長所もある。しかし、逆止弁部分で与えられる圧力損失はバネ力で設定されるため、負荷圧に関係無くある一定値であり、慣性体の大きさに応じた制御特性、即ち負荷依存性が得られない。このため、駆動する慣性体の大きさによってはアクチュエータ駆動時に、圧力の急な立ち上がりが生じたり、圧力脈動が早期に減衰しないという問題を生じる。
【００１３】
国際出願公開公報ＷＯ９８／３１９４０に記載のコントロール弁は、分流弁とホールドチェック弁を組み合わせてバルブアセンブリとし、その中に種々の機能を組み込んだので、コントロール弁全体の構成が簡素化される利点がある。しかし、大きな慣性を有するアクチュエータを駆動するときの圧力の急激な立ち上がりや油圧脈動に対する措置は講じられておらず、駆動する慣性体が大きい場合はアクチュエータ駆動時に、圧力の急な立ち上がりが生じたり、圧力脈動が早期に減衰しないという問題を生じる。
【００１４】
本発明の目的は、ロードセンシングシステムを備えた油圧回路装置において、駆動する慣性体の大きさ係わらずスムーズな起動特性が得られ、かつ構成が簡単であり、スプールタイプのコントロール弁であっても容易に適用できる油圧回路装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプと複数のアクチュエータとの間に配置された複数のコントロール弁と、前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づく信号圧が導かれ、第１絞りを介してタンクに接続された信号検出油路と、前記信号圧よりも所定値だけ高くなるよう前記油圧ポンプの吐出圧を制御するポンプ制御手段とを備え、前記複数のコントロール弁は、それぞれ、前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータインの可変絞りを備えた主弁と、この主弁のメータインの可変絞りと前記油圧アクチュエータとの間に配置された、分流弁とホールドチェック弁との組み合わからなるバルブアセンブリとを有し、前記バルブアセンブリのホールドチェック弁は、前記信号検出油路につながる制御室を内部に形成した中空スプール状の弁体を有し、前記バルブアセンブリの分流弁は、少なくとも部分的に前記中空スプール状の弁体内に摺動自在に内装され、かつ一端が入口通路に位置し、他端が前記制御室に位置する弁体を有し、前記制御室の圧力と前記入口通路の圧力とのバランスで前記弁体がストロークし前記入口通路の圧力を制御することにより前記メータインの可変絞りの前後差圧を制御する油圧回路装置において、前記複数のコントロール弁のそれぞれのバルブアセンブリは、前記分流弁の弁体の外周に形成された油路スリットと、前記分流弁の弁体が前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体に対して所定距離以上移動すると前記油路スリットを前記制御室に開口させ、前記分流弁とホールドチェック弁との間の中間室を前記制御室に連通させるラップ部とを有し、前記複数のコントロール弁のうちの特定のコントロール弁のバルブアセンブリは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内部を軸方向に伸びる固定プラグと、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周と前記固定プラグの外周とによって形成される円環状の第２絞りを有するものとする。
【００１６】
このように複数のコントロール弁のうちの特定のコントロール弁のバルブアセンブリに円環状の第２絞りを設けることにより、その特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの負荷圧が最高負荷圧であるとき、特定のコントロール弁のバルブアセンブリにおける上記油路スリットが制御室に開口し、負荷圧を中間室と油路スリットを介して制御室に誘導し、円環状の第２絞りが第１絞りと共働し、制御室に誘導された負荷圧をモジュレイトして信号検出油路に誘導するものとなる。このため、特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの負荷圧（最高負荷圧）が高くなるに従い円環状の第２絞りの前後差圧は増し、信号検出油路に誘導される信号圧を減圧する働きが強くなる。ポンプ制御手段は、この信号圧よりも所定値だけ高くなるよう油圧ポンプの吐出圧を制御するので、特定のコントロール弁のメータインの可変絞りの前後差圧は負荷圧が高くなるに従って小さくなり、制御流量を減少する働きが出てくる。このため、特定のコントロール弁に係わる油圧アクチュエータの起動時、負荷圧に応じて油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００１７】
また、分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の弁体と固定プラグを利用して円環状の第２絞りを追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁の主弁がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環状の第２絞りを追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００１８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記固定プラグは前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリの全てに設けられ、前記分流弁を閉位置に保持するバネ受け部を有する同じバネ支持部材であり、前記特定のコントロール弁のバルブアセンブリの円環状の第２絞りは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状を他のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状と違えることにより、前記弁体の内周と前記バネ受け部の外周との間の円環状の隙間により形成されている。
【００１９】
これにより簡単に特定のコントロール弁のバルブアセンブリ側だけに円環状の第２絞りを形成することができる。
【００２０】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるそれぞれの分流弁の弁体は、前記入口側の受圧面積が前記制御室側の受圧面積より大きい。
【００２１】
これにより複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁で分流弁に働くフローフォースの影響を除去するなど低負荷圧側のコントロール弁の特性も改善され、良好な複合操作が行える。また、上記（１）で述べた高負荷圧側のコントロール弁の特性の改善手段（円環状の第２絞りの設置）と、低負荷圧側のコントロール弁の特性の改善手段（受圧面積を変える）とは相互に独立しており、高負荷圧側の特性の改善と低負荷圧側の特性の改善を独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施形態による油圧回路装置を図１〜図４により説明する。
【００２４】
図１において、本実施形態の油圧回路装置は、固定容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１の全吐出油量を小さなオーバライドでブリードできるブリード弁２とを備え、油圧ポンプ１とブリード弁２との組み合わせで固定ポンプのロードセンシングシステムを構成している。
【００２５】
油圧ポンプ１から吐出された圧油は複数の油圧アクチュエータ３−１，３−２に供給され、油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ３−１，３−２との間には図２に示すようなメータインの可変絞りＭ／Ｉとメータアウトの可変絞りＭ／Ｏを備えたスプールタイプの主弁４ａ−１，４ａ−２を有するコントロール弁４−１，４−２が設置され、主弁４ａ−１，４ａ−２を切り換え操作することで油圧アクチュエータ３−１，３−２に供給される圧油の流れ方向と流量が制御される。本実施形態では、アクチュエータを２つだけ示したが、使用できるアクチュエータの数はこの限りではないことは勿論である。また、図１では図示の都合上、主弁４ａ−１，４ａ−２の片側の切換位置におけるメータインの可変絞りＭ／Ｉとメータアウトの可変絞りＭ／Ｏのみをメータイン側とメータアウト側とで分けて示している。油圧アクチュエータ３−１は油圧アクチュエータ３−２に比べて大きな慣性を有する油圧アクチュエータであり、そのような大きな慣性を有する油圧アクチュエータ３−１に設けられたコントロール弁４−１を本願明細書中では特定のコントロール弁という。
【００２６】
コントロール弁４−１，４−２は、それぞれ、上記のメータインの可変絞りＭ／Ｉ及びメータアウトの可変絞りＭ／Ｏを備えた主弁４ａ−１，４ａ−２に加え、複合操作を可能とする分流弁５−１，５−２とホールドチェック弁６−１，６−２の組み合わせからなるバルブアセンブリ５６−１，５６−２を内臓している。
【００２７】
バルブアセンブリ５６−１，５６−２は、それぞれ、主弁４ａ−１，４ａ−２のメータインの可変絞りＭ／Ｉと油圧アクチュエータ３−１，３−２との間に設置され、分流弁５−１，５−２はバルブアセンブリ５６−１，５６−２の入口通路５６ａ側に位置し、ホールドチェック弁６−１，６−２はバルブアセンブリ５６−１，５６−２の出口通路５６ｂ側に位置している。
【００２８】
コントロール弁４−１において、バルブアセンブリ５６−１のホールドチェック弁６−１は中空スプール状の弁体６０を有し、分流弁５−１は、少なくとも部分的に中空スプール状の弁体６０内に摺動自在に内装され、かつ一端が入口通路５６ａに位置し、他端が制御室７０（後述）に位置するスプール状の弁体５０を有し、弁体５０と弁体６０の間には中間室５６ｃが形成されている。
【００２９】
ホールドチェック弁６−１の弁体６０は、図３に示すように、外径Ｄ２及び内径ｄ２を持つ大径部６１と外径Ｄ３（＜Ｄ２）及び内径ｄ３（＜ｄ２）を持つ小径部６２とを有し、大径部６１の先端にはシート部６３が設けられている。また、大径部６１はケーシング１と摺動自在に嵌合し、小径部６２はケーシング１内に挿入されたスリーブ６４の内径部と摺動自在に嵌合している。大径部６１と小径部６２の境界段部とスリーブ６４の端面間には負荷圧室６５が形成され、大径部６１の外周には出口通路５６ｂから負荷圧を負荷圧室６５へ誘導する複数のスリット６６が形成されている。
【００３０】
また、弁体６０は、基端がスリーブ６４の内側段差部に支持されたバネ７９によりシート部６３が中間室５６ｃと出口通路５６ｂの間のエッジ部分に触座するよう付勢されている。
【００３１】
更に、弁体６０の小径部６２の外径Ｄ３と大径部６１の内径ｄ２（＝分流弁５−１のステム部５３（後述）の外径）は同一寸法に製作されており、これにより制御室７０内の油圧が弁体６０に作用する力の影響を無くしている。
【００３２】
分流弁５−１の弁体５０はメータリングノッチ５１が形成されたランド５２とステム部５３とを有し、ステム部５３がホールドチェック弁６−１の弁体６０の大径部６１に摺動自在に嵌合し、ホールドチェック弁６−１の弁体６０内に分流弁５−１のステム部５３の背部が位置する制御室７０を形成している。分流弁５−１の動作時、制御室７０には分流弁５−１のステム部５３の外周に設けられた油路スリット２０を介して中間室５６ｃの油圧が誘導される（後述）。
【００３３】
制御室７０はホールドチェック弁６−１の小径部６２の背部に位置する、第２の制御室を兼ねるバネ室７２に連通し、バネ室７２はスリーブ６４に設けられた小孔７３を介して信号検出油路９に接続されている。信号検出油路９は更に絞り１４（面積ａｔ）を経てタンクＴへと接続されている。
【００３４】
バネ室７２から弁体６０の小径部６２の内部を通って固定プラグ７５が軸方向に伸びており、固定プラグ７５の基端はスリーブ６４に保持されている。固定プラグ７５は先端付近にフランジ状のバネ受け部７６が設けられたバネ支持部材であり、バネ受け部７６に、分流弁５−１の弁体５０を入口通路５６ａの内壁７７に当たるよう付勢し弁体５０を閉位置に保持するバネ７８の基端が支持されている。また、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周は固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間を狭くするような内径寸法とされ、この円環状の隙間により本発明の特徴である円環絞り１１（面積ａｃ＞ａｔ）が形成されている。
【００３５】
分流弁５−１のステム部５３の外周に形成された上述の油路スリット２０は一端が中間室５６ｃに開口し、他端はステム部５３の途中で切れ、弁体５０が閉位置にあるときは油路スリット２０と制御室７０との間の連通を遮断するラップ量Ｘのラップ部３２が形成され、弁体５０が図示の閉位置からラップ量Ｘ以上ストロークすると油路スリット２０が制御室７０に開口するようになっている。即ち、このラップ部３２は自身が係わる油圧アクチュエータ３−１（図１参照）の負荷圧が最高負荷圧であるときにのみ開口し、中間室５６ｃの圧力（負荷圧）を検出可能とする逆止弁機能を果たす。
【００３６】
このようにラップ部３２が逆止弁機能を果たすことにより、自身が係わる油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧であるときにのみ分流弁５−１とホールドチェック弁６−１との間の中間室５６ｃから負荷圧が検出され、この負荷圧が制御室７０に誘導される。また、制御室７０とバネ室７２との間に円環絞り１１が設けられることにより、この円環絞り１１と信号検出油路９に設けられた絞り１４とが共働して、制御室７０に誘導された負荷圧をモジュレイトし（後述）、このモジュレイトされた負荷圧が信号検出油路９へ誘導される。
【００３７】
また、ラップ部３２のラップ量Ｘは弁体５０の動作時の不感帯として機能し、分流弁５−１のランド５２にはメータリングノッチ２０に対する不感帯Ｙが形成され、Ｙ＜Ｘの関係にある。不感帯Ｘはホールドチェック弁６−１の弁体６０に対しては一定であるが、弁体６０が図示上方に移動すると、不感帯Ｘは弁体６０の位置に応じて変化するため、不感帯Ｘは可変不感帯として機能する。
【００３８】
更に、分流弁５−１の弁体５０のランド５２は流体力低減のためステム部５３の外径ｄ２より大きい外径ｄ１を有し、分流弁５−１の弁体５０の入口通路５６ａ側の受圧面積Ａｉと制御室７０側の受圧面積Ａｃとの間に、Ａｉ＞Ａｃの関係を持たせている。
【００３９】
中間室５６ｃはランド５２の外径ｄ１より大きくホールドチェック弁６−１の大径部６１の外径Ｄ２より小さい内径Ｄ１を有し、ホールドチェック弁６−１が確実にホールドチェック機能を果たせるようになっている。
【００４０】
コントロール弁４−１の等価回路を図４及び図５に示す。図中、図３に示した部分又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
【００４１】
本実施形態のコントロール弁４−１において、分流弁５−１とホールドチェック弁６−１のバルブアセンブリ５６−１は、図４の分離した分流弁５−１及びホールドチェック弁６−１の組み合わせに相当し、円環絞り１１は、図４の絞り１１に相当する。即ち、バルブアセンブリ５６−１は、図４の分流弁５−１とホールドチェック弁６−１と絞り１１の３つのバルブ要素を合理的に集約した構成となっている。また、本実施形態のコントロール弁４−１において、油路スリット２０、制御室７０、バネ室７２は図５の負荷圧検出油路７−１に相当し、ラップ部３２の逆止弁機能は、図５の逆止弁８−１に相当する。即ち、バルブアセンブリ５６−１は、図５に示すコントロール弁の負荷圧検出油路７−１を内部通路として構成し、その内部通路の一部である油路スリット２０を利用して逆止弁８−１の機能を与えている。このようにバルブアセンブリ５６−１には種々の機能が集約されており、これによりコントロール弁４−１全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００４２】
コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２は、円環絞り１１を持たない点を除いてコントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１と同様に構成されている。
【００４３】
即ち、コントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１においては、上記のようにホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周を固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間が狭くなるような内径寸法とし、この円環状の隙間により円環絞り１１（面積ａｃ）が設けられている。これに対し、コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２は、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の小径部６２の内周を制御室７０側で拡径し、小径部６２の内周と固定プラグ７５のバネ受け部７６の外周との間の円環状の隙間を広げ、絞りのない通路構造としている。これにより同じ固定プラグ（バネ支持部材）を用い、弁体６０の小径部６２の内周形状を変えることにより、容易にバルブアセンブリ５６−１側にだけ円環絞り１１を形成することができる。
【００４４】
ブリード弁２は、弁体２ａと、弁体２ａの閉弁方向の作用端が位置するバネ室２ｂと、このバネ室２ｂに配置され、弁体２ａを閉弁方向に付勢するバネ２ｃとを有し、バネ室２ｂは信号検出油路９に絞り１５を介して接続され、信号検出油路９に検出された信号圧がバネ室２ｂに誘導される。油圧ポンプ１の吐出圧をＰ１、信号検出油路９の信号圧をＰｃとすると、ブリード弁２はＰ１とＰｃの差がバネ２ｃで設定された差圧ΔＰＬ以上になると、油圧ポンプ１からの余剰流をタンクＴへ還流する働きをする。このことは、コントロール弁４−１，４−２に流れる油量により作り出された差圧である、メータインの可変絞りＭ／Ｉの入口圧力（＝Ｐ１）と信号検出油路９の信号圧Ｐｃとの差圧がΔＰＬを越えると、余剰流をタンクＴへ還流することを意味する。
【００４５】
２１は主回路保護のためのメインリリーフ弁、２２は信号回路保護のための補助リリーフ弁である。
【００４６】
以上において、バルブアセンブリ５６−１の円環絞り１１以外の構造、あるいは円環絞りのないバルブアセンブリ５６−２の構造は国際公開公報ＷＯ９８／３１９４０に開示されている「分流弁付き方向制御弁」の分流弁とホールドチェック弁を組み合わせた弁構造と基本的に同じであり、バルブアセンブリ５６−１，５６−２の上記以外の構造の特徴及び下記する以外の動作の特徴は国際公開公報ＷＯ９８／３１９４０に説明されている。
【００４７】
本実施形態の油圧回路装置の動作を説明する。なお、以下の説明では、油圧ポンプ１の吐出圧及び信号検出油路９の信号圧を上記のようにそれぞれＰ１，Ｐｃとし、分流弁５−１の入口通路５６ａの圧力（以下適宜、入口圧という）をＰ２、分流弁５−１の出口通路（中間室５６ｃ）の圧力（以下適宜、出口圧という）をＰ３、制御室７０の圧力（以下適宜、制御圧という）をＰ４とする。また、ホールドチェック弁６−１の弁体６０での圧力損失は微小であり、分流弁５−１の出口圧Ｐ３は油圧アクチュエータ３−１の負荷圧にほぼ等しいとする。
【００４８】
まず、円環絞り１１の検出負荷圧モジュレイト機能について説明する。
【００４９】
円環絞り１１の面積をａｃ、絞り１４の面積をａｔ、絞り１１，１４を通過する流量をｑとすると、制御圧Ｐ４と信号圧Ｐｃの関係は次のようになる。ただし、ａｃ＞ａｔである。また、逆止弁機能を持つラップ部３２での圧力損失は無視できるものとする。
【００５０】
ｇ：重力
γ：粘性係数
の関係から、モジュレイトされた検出信号圧力Ｐcは、
Ｐc＝｛ａc２／（ａc２＋ａt２）｝・Ｐ4
となり、
Ｐ4−Ｐc＝｛ａt２／（ａ c ２ ＋ａ t ２ ）｝・Ｐ4 …（１）
の関係から、Ｐ4−Ｐcの差圧、即ち円環絞り１１の前後差圧が定まる。この式から、油圧アクチュエータ３−１の負荷圧（出口圧Ｐ3）が上昇し、制御圧Ｐ4が高くなるに従って円環絞り１１の前後差圧Ｐ4−Ｐcが増し、円環絞り１１による信号圧Ｐcを減圧する作用が強くなることが分かる。即ち、円環絞り１１は、負荷圧（出口圧Ｐ3）に依存して差圧Ｐ4−Ｐcを増大させ、信号圧を減圧するモジュレイト機能を有する。
【００５１】
油圧アクチュエータ３−１の単独操作時、あるいは油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時のコントロール弁４−１の動作を説明する。
【００５２】
分流弁５−１の入口圧Ｐ２と制御室７０の制御圧Ｐ４の差圧をΔＰｂ１とする。この差圧ΔＰｂ１は入口通路５６ａから制御室７０に至る油通路の圧損であり制御流量の関数となるが、極力圧損を下げる工夫をして、流量の影響は少ないものとする。この場合、ΔＰｂ１は微小であり、制御圧Ｐ４は分流弁５−１の出口圧Ｐ３、即ち負荷圧にほぼ等しい。
【００５３】
もし、円環絞り１１が無いとすると、Ｐ4＝Ｐcであり、主弁４ａ−１のメータインの可変絞りＭ／Ｉの前後差圧は、
【００５４】
ここで、上記（１）式で表される円環絞り１１のモジュレイト機能により、（３）式で表される差圧Ｐ４−Ｐｃは負荷圧（出口圧Ｐ３）が高くなるに従って増大するから、負荷圧が高くなるに従って制御流量を減少する働きが出てくる。即ち、コントロール弁４−１は、円環絞り１１が設置されているから、図６に示すような負荷圧（出口圧Ｐ３）が上昇すると制御流量Ｑが減少する負荷依存特性を持つ。
【００５５】
円環絞り１１の効果を調べるために行ったシュミレーションの結果を図７に示す。図７において、（ａ）と（ｂ）で油圧アクチュエータ３−１の慣性モーメントを違え、（ａ）に対し（ｂ）は３倍の慣性モーメントを持っている。また、（ａ）及び（ｂ）の上段は油圧ポンプ１の吐出油量Ｑｐと負荷側へ流れる流量Ｑ１とブリード弁２にブリードされる流量Ｑｃとの関係を示している。コントロール弁４−１は０．５秒でフル操作されている。（ａ）及び（ｂ）の中段はポンプ吐出圧Ｐ１、下段は油圧アクチュエータ３−１の角速度ωを示す。円環絞り１１の効果を見るために円環絞り１１の開口面積ａｃと絞り１４の開口面積ａｔの比、ｋ＝ａｃ／ａｔ、をパラメータとして選択した。
【００５６】
１）絞り１１の効果の無いｋ＝２５では、油圧脈動が大きく、特に慣性モーメントが大きい場合いに顕著である。このシュミレーションではメインのリリーフ弁２１が作動しないものとしたため、油圧ポンプ１の吐出圧（駆動圧）Ｐ１が慣性モーメント大でかなり高くなっている。
【００５７】
２）ｋ＝５．７６の場合は過渡的にブリード弁２によるブリード流量が増加し、油圧アクチュエータ３−１の回転もスムーズであり、圧力脈動も直ぐに減衰している。（ｋ＝５．７６は絞りの直径で比較するとｄｔ＝０．５に対しｄｃ＝１．２位の関係にある。）回転速度が一定値になると、駆動圧も低下し、Ｐ４−Ｐｃの値も小さくなり、検出圧をモジュレイトしない場合と同じような回転速度が得られている。
【００５８】
また、本実施形態においては、円環絞り１１を制御室７０とバネ室７２の間に設けたことにより、制御室７０とバネ室７２の間に差圧が発生し、ホールドチェック弁６−１の弁体６０に図示上方の押し上げ力が働き、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の開度が増加するので、高負荷圧側のホールドチェック弁６−１での圧力損失が確実に低減ができる。
【００５９】
ここで、ラップ部３２のラップ量Ｘは上記のように可変不感帯であるため、ホールドチェック弁６−１の弁体６０の開度が増加すると、分流弁５−１の弁体５０は弁体６０の後を追いかけて移動し、この分だけ分流弁５−１の弁体５０の変位が大きくなり開口面積が増大する。このため、分流弁５−１で生ずる圧力損失も軽減される。
【００６０】
次に、油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁４−２の動作について説明する。
【００６１】
複合操作時に高負荷圧側と低負荷圧側に要求される流量特性に若干の相違がある。複合操作時に低負荷圧側に要求される流量特性の１つとして、低負荷圧側に圧油が多量に流れた方が良い場合いがあることがある。例えば、油圧ショベルのブームと旋回の複合操作では、ブームの伸び駆動圧で旋回を駆動したい要求があり、この場合、分流弁の機能をかなり緩和させた特性が必要となる。２つ目としては、低負荷圧側の分流弁に働くフローフォースの影響の除去がある。分流弁に作用するフローフォースは、
ＦＬ＝２・Ｃ・Ａ（ｘ）・（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ）・ｃｏｓθ
Ｃ：流量係数
Ａ（ｘ）：弁体のストロークｘにより決まる開口面積
Ｐｉｎ：入口圧
Ｐｏｕｔ：出口圧
θ：流れ角
で与えられ、フローフォースＦＬは分流弁の絞りの前後差圧Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔに応じて大きくなる。分流弁の絞りの前後差圧Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔは低負荷側の分流弁で大きくなる。このため、分流弁に作用するフローフォースの影響は低負荷圧側で大となる。 上述したように、高負荷圧側のコントロール弁４−１には円環絞り１１が設置されているため、負荷圧（出口圧Ｐ３）が増加すると、制御流量Ｑが減少する図３に示すような特性を持つ。低負荷圧側のコントロール弁４−１の分流弁５−２においては、信号検出油路９の信号圧Ｐｃがその制御室７０に誘導されている。高負荷圧側の分流弁５−１の弁体５０が圧力Ｐ２と圧力Ｐ４で釣り合い関係にあるのに対して、低圧側の分流弁５−２の弁体５０は制御室７０に誘導されている信号圧Ｐｃに対して釣り合い関係にあり、この信号圧Ｐｃは検出した負荷圧（出口圧Ｐ３）（＝Ｐ４）を円環絞り１１で減圧した値であるため、低負荷圧側の分流弁５−２の弁体５０はＰ２より低い入口圧Ｐｉｎで釣り合うはずである。しかし、低負荷圧側の分流弁５−２の弁体５０には、弁体５０の絞り（メータリングノッチ５１）の前後差圧Ｐｉｎ−Ｐ５に応じたフローフォースが閉弁方向に作用し、このフローフォースと制御室５０の信号圧Ｐｃにバランスさせるためには、分流弁５−２の入口圧ＰｉｎはＰ２以上の圧力が必要になる。換言すれば、低負荷圧側ではフローフォースの影響により、第１の実施形態で（２）式を引用して説明した分流弁５−２の入口圧Ｐｉｎと制御室７０の制御圧Ｐｃの差圧ΔＰｂ２が無視できなくなる。その結果、図８に点線で示すように、Ｐ３とＰ５の差圧が増大するにしたがって制御流量Ｑが減少する特性になる恐れがある。この場合、高負荷圧側のコントロール弁４−１では、負荷圧が高くなると流量を減らすよう制御されるのに対し、低負荷圧側のコントロール弁４−２はＰ３とＰ５の差圧が増するに従って制御流量が減少し、高負荷圧側の働きをキャンセルすることになる。また、これは高負荷圧側の圧力が一定で低負荷圧側の圧力が低下したとき、低負荷圧側で消費される流量が減少することになり、理に反している。
【００６２】
本実施形態では、この低負荷圧側のコントロール弁４−２の分流弁５−２におけるフローフォースの影響をキャンセルするために、上記のように入口通路５６ａ側の受圧面積Ａｉと制御室７０側の受圧面積Ａｃの間にＡｉ＞Ａｃの関係を持たせ、分流弁５−２の入口圧と出口圧の差圧がＡｉ−Ａｃの面積に働くようにする。これによりフローフォースが差圧Ｐ３−Ｐ５に比例して増大し、弁体５０を閉じ側に働くのに対し、面積Ａｉ−Ａｃに働く弁体５０を開け側に働く力も差圧Ｐ３−Ｐ５に比例して増大するから、フローフォースの影響をキャンセルし、図８に実線で示すように差圧Ｐ３−Ｐ５が増大するにしたがって制御流量Ｑが増大する特性が得られる。
【００６３】
これにより複合操作時の低圧負荷側のコントロール弁４−２においてもフローフォースの影響を除去して特性を改善し、良好な複合操作が行える。また、高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性の改善手段は円環絞り１１を設置するだけであり、低負荷圧側のコントロール弁４−２の特性の改善手段は分流弁５−２の受圧面積を違えるだけであり、両改善手段は相互に全く独立しているため、高負荷圧側の要求性能と低負荷圧側の要求性能を相互に独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００６４】
以上のように本実施形態によれば、油圧アクチュエータ３−１の単独操作時や油圧アクチュエータ３−１の負荷圧が最高負荷圧である複合操作時において、油圧アクチュエータ３−１の起動時に、負荷圧に応じて油圧アクチュエータ３−１への供給流量が減少し、油圧ポンプ１の吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００６５】
また、バルブアセンブリ５６−１の制御室７０とバネ室７２との間に弁体６０と固定プラグ７５を利用して円環絞り１１を追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁４−１の主弁４ａ−１がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環絞り１１を追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００６６】
更に、コントロール弁４−１のバルブアセンブリ５６−１は、図４の分流弁５−１とホールドチェック弁６−１と絞り１１の３つのバルブ要素と、図５の負荷圧検出油路７−１、逆止弁８−１の機能を集約した構成となっており、コントロール弁４−２のバルブアセンブリ５６−２も同様であり、これによりコントロール弁４−１全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００６７】
また、単独及び複合操作時の高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性に負荷依存性を持たせ、コントロール弁４−１の特性を改善するだけでなく、複合操作時の低圧負荷側のコントロール弁４−２においてもフローフォースの影響を除去するなど特性を改善し、良好な複合操作が行える。また、高負荷圧側のコントロール弁４−１の特性の改善手段は円環絞り１１を設置するだけであり、低負荷圧側のコントロール弁４−２の特性の改善手段は分流弁５−２の受圧面積を違えるだけであり、両改善手段は相互に全く独立している。このため高負荷圧側の要求性能と低負荷圧側の要求性能を相互に独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【００６８】
以上に本発明の代表的実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、以上の実施形態では、油圧ポンプとして固定容量型の油圧ポンプを用い、ロードセンシングシステムのポンプ制御手段としてブリード２を用いたが、図９に示すように油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプ１Ａを用い、ロードセンシングシステムのポンプ制御手段として、油圧ポンプ１Ａの吐出圧Ｐ１が信号検出油路９の信号圧Ｐｃよりもバネ２ｄの設定値ΔＰＬだけ高くなるように油圧ポンプ１Ａの傾転制御を行う傾転制御器２Ａを用いてもよい。このようなロードセンシングシステムを持つ油圧回路装置に本発明を適用しても同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧アクチュエータの起動時、負荷圧に応じて油圧アクチュエータへの供給流量が減少し、油圧ポンプの吐出流量が減少するため、油圧アクチュエータ駆動時の圧力の急な立ち上がりが避けられ、かつ油圧脈動の早期の減衰も図れ、駆動する慣性体の大小に係わらずスムーズな起動特性が得られる。
【００７０】
また、分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の弁体と固定プラグを利用して円環状の第２絞りを追加形成しただけであるから、極めて構成は簡単であり、コントロール弁の主弁がスプールタイプであっても容易に適用できる。また、円環状の第２絞りを追加しただけなので誤動作の恐れも無い。
【００７１】
更に、分流弁とホールドチェック弁と円環状の第２絞りの３つのバルブ要素を１つのバルブアセンブリに合理的に集約し、かつコントロール弁の負荷圧検出油路をバルブアセンブリの内部通路として構成し、その内部通路の一部である油路スリットを利用して逆止弁の機能を与えたので、コントロール弁全体の構成をコンパクト化、簡素化できる。
【００７２】
また、複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁で分流弁に働くフローフォースの影響を除去するなど低負荷圧側のコントロール弁の特性も改善され、良好な複合操作が行えると共に、高負荷圧側のコントロール弁の特性の改善と低負荷圧側のコントロール弁の特性の改善を独立した手段で達成でき、機器の選択自由度が大幅に増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による油圧回路装置を示す図である。
【図２】コントロール弁の主弁部の機能を油圧記号で示す図である。
【図３】コントロール弁の分流弁とホールドチェック弁のバルブアセンブリを拡大して示す図である。
【図４】コントロール弁の等価回路を示す図である。
【図５】コントロール弁の他の等価回路を示す図である。
【図６】絞りの設置により得られる単独又は複合操作時の高負荷圧側のコントロール弁の負荷依存性を示す図である。
【図７】絞りの負荷依存性による効果を調べるために行ったシュミレーションの結果を示す図である。
【図８】複合操作時の低負荷圧側のコントロール弁の特性を示す図である。
【図９】可変容量型の油圧ポンプを用いた場合のロードセンシングシステムのポンプ制御手段を示す図である。
【符号の説明】
１ 固定容量型の油圧ポンプ
１Ａ 可変容量型の油圧ポンプ
２ ブリード弁
２Ａ 傾転制御器
３−１，３−２ 油圧アクチュエータ
４−１，４−２ コントロール弁
４ａ−１，４ａ−２ 主弁
５−１，５−２ 分流弁
６−１，６−２ ホールドチェック弁
９ 信号検出油路
１１ 円環絞り（第２絞り）
１４ 絞り（第１絞り）
２０ 油路スリット
３２ ラップ部
５０ 弁体
５１ メータリングノッチ
５２ ランド
５３ ステム部
５６−１，５６−２ バルブアセンブリ
５６ａ 入口通路
５６ｂ 出口通路
５６ｃ 中間室
６０ 弁体
６１ 大径部
６２ 小径部
６３ シート部
６４ スリーブ
６５ 負荷圧室
６６ スリット
７０ 制御室
７２ バネ室
７３ 小孔
７５ 固定プラグ
７６ バネ受け部
７７ 内壁
７８ バネ
７９ バネ
Ｍ／Ｉ 主弁のメータインの可変絞り
Ｍ／Ｏ 主弁のメータアウトの可変絞り
Ｘ ラップ量
Ｔ タンク
Claims (3)
- 油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプと複数のアクチュエータとの間に配置された複数のコントロール弁と、前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づく信号圧が導かれ、第１絞りを介してタンクに接続された信号検出油路と、前記信号圧よりも所定値だけ高くなるよう前記油圧ポンプの吐出圧を制御するポンプ制御手段とを備え、
前記複数のコントロール弁は、それぞれ、前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータインの可変絞りを備えた主弁と、この主弁のメータインの可変絞りと前記油圧アクチュエータとの間に配置された、分流弁とホールドチェック弁との組み合わからなるバルブアセンブリとを有し、
前記バルブアセンブリのホールドチェック弁は、前記信号検出油路につながる制御室を内部に形成した中空スプール状の弁体を有し、
前記バルブアセンブリの分流弁は、少なくとも部分的に前記中空スプール状の弁体内に摺動自在に内装され、かつ一端が入口通路に位置し、他端が前記制御室に位置する弁体を有し、前記制御室の圧力と前記入口通路の圧力とのバランスで前記弁体がストロークし前記入口通路の圧力を制御することにより前記メータインの可変絞りの前後差圧を制御する油圧回路装置において、
前記複数のコントロール弁のそれぞれのバルブアセンブリは、前記分流弁の弁体の外周に形成された油路スリットと、前記分流弁の弁体が前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体に対して所定距離以上移動すると前記油路スリットを前記制御室に開口させ、前記分流弁とホールドチェック弁との間の中間室を前記制御室に連通させるラップ部とを有し、
前記複数のコントロール弁のうちの特定のコントロール弁のバルブアセンブリは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内部を軸方向に伸びる固定プラグと、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周と前記固定プラグの外周とによって形成される円環状の第２絞りを有することを特徴とする油圧回路装置。 - 請求項１記載の油圧回路装置において、前記固定プラグは前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリの全てに設けられ、前記分流弁を閉位置に保持するバネ受け部を有する同じバネ支持部材であり、前記特定のコントロール弁のバルブアセンブリの円環状の第２絞りは、前記ホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状を他のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるホールドチェック弁の中空スプール状の弁体の内周形状と違えることにより、前記弁体の内周と前記バネ受け部の外周との間の円環状の隙間により形成されていることを特徴とする油圧回路装置。
- 請求項１記載の油圧回路装置において、前記複数のコントロール弁のバルブアセンブリにおけるそれぞれの分流弁の弁体は、前記入口側の受圧面積が前記制御室側の受圧面積より大きいことを特徴とする油圧回路装置。
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