JP4548494B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

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Description

本発明はリモコン弁からのパイロット圧によりコントロールバルブを操作して油圧アクチュエータを作動させる構成をとる油圧ショベル等の建設機械において、急操作時のパイロット圧の急変によるアクチュエータの飛び出しを防止するようにした油圧回路に関するものである。
この種の建設機械の油圧回路を図６に示す。
図中、１は油圧アクチュエータ（油圧モータを例示している）、２は油圧源としてのメインポンプ、３は油圧アクチュエータ１の作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ、４,５はこのコントロールバルブ３の両側パイロットポートである。
６はコントロールバルブ３を操作するリモコン弁で、一対の減圧弁７,８とこれらを操
作するレバー９とで構成され、両減圧弁７,８の二次側がそれぞれパイロット管路１０,１１を介してコントロールバルブ３の両側パイロットポート４,５に接続されている。
こうして、減圧弁７,８に発生したパイロット圧をパイロット管路１０,１１経由でコントロールバルブ３に伝えるパイロットライン１２,１３（減圧弁７,８、パイロット管路１０,１１、コントロールバルブ３を含めたパイロット圧供給系統の全体をいう）が構成さ
れ、このパイロットライン１２,１３により、リモコン弁６のレバー操作量に応じてコン
トロールバルブ３がストローク作動して油圧アクチュエータ１の作動が制御される。
図中、１４はパイロット油圧源としてのパイロットポンプ、Ｔはタンクである。
この油圧回路において、リモコン弁６が急操作されると、パイロットライン１２,１３
によってコントロールバルブ３に送られるパイロット圧が急変してコントロールバルブ３が急作動し、油圧アクチュエータ１が飛び出してショックが発生するという問題があった。
この問題を解決する技術として、特許文献１,２に記載のものが公知である。
これら公知技術においては、両側パイロットライン１２,１３（パイロット管路１０,１１もしくはコントロールバルブ３のスプール、または減圧弁７,８）にタンクＴに通じる
絞り通路（絞り付きのブリードオフ通路。図６にはパイロット管路１０,１１に分岐接続
した場合を例示している）１５を設け、この絞り通路１５によりパイロット油の一部を絞りながらタンクに戻してパイロット圧の変化を緩和し、油圧アクチュエータ１の飛び出しを防止する緩衝機能を発揮させるようにしている。
特開２００６−１２５６２７号公報 特開２００１−２０８００５号公報
しかし、いずれの公知技術においても、絞り通路１５がコントロールバルブ３の全スプールストロークに亘って開きっ放しとなる構成であるため、パイロット油の洩れ量（ブリードオフ量）が多くなる。従って、この洩れ量が少しでも減るように絞り通路１５の開口面積が小さく制限されるため、急操作時のアクチュエータ動作に対して十分な緩衝効果が
得られ難いという欠点があった。
また、パイロットライン１２,１３での圧力降下だけでなく絞り通路からの洩れ量をも
勘案して、フル操作時にコントロールバルブ３のスプールが確実にストロークエンドするようにパイロット圧を高く設定せざるを得なくなる。この結果、リモコン弁レバー９が最大操作量に達するよりも前にスプールがストロークエンドに達してしまい、レバー操作量が余ってしまって操作性が悪くなるという欠点もあった。
そこで本発明は、急操作時の緩衝機能を確保しながらパイロット油の洩れ量を抑えることができる建設機械の油圧回路を提供するものである。
請求項１の発明は、リモコン弁と、このリモコン弁からのパイロット圧によりスプールがストローク作動する油圧パイロット式のコントロールバルブと、このコントロールバルブによって作動制御される油圧アクチュエータとを備えた建設機械の油圧回路において、上記リモコン弁からのパイロット圧をコントロールバルブに伝えるパイロットラインに、パイロット油の一部を絞りながらタンクに戻す絞り通路を設け、上記コントロールバルブのスプールストロークのうち、上記油圧アクチュエータが動き出すストローク初期から上記絞り通路が開くように構成したものである。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、絞り通路が、コントロールバルブのスプールがストロークエンドに達する前に閉じるように構成したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、絞り通路の開口面積が、スプールストロークの増加に応じて減少するように構成したものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、コントロールバルブのスプールにノッチ、バルブブロックにタンクに通じるタンク通路をそれぞれ設けることによってコントロールバルブの絞り通路を形成したものである。
本発明によると、絞り通路を、コントロールバルブの全スプールストロークで開きっ放しにするのではなく、スプールがストローク作動を開始した後、実際に油圧アクチュエータが動き始めるストローク初期から開くように構成したから、絞り通路によるパイロット油の洩れ量を減少させることができる。
そして、この洩れ量の減少により、絞り通路の開口面積を大きくとることが可能となること、及び急操作によって最もショックが発生するアクチュエータ起動時の緩衝機能を確保できることにより、必要かつ十分な緩衝効果を得ることができる。
また、洩れ量が減ることで、公知技術と比較してパイロット圧を低めに設定することが可能となるため、スプールが早めにストロークエンドしてしまって無駄なレバーストロークが発生するおそれがなく、操作性を改善することができる。
ここで、絞り通路からの洩れ量は、コントロールバルブに加えられるパイロット圧(リ
モコン弁のレバー操作量＝スプールストローク)に応じて増加し、ストロークエンドで最
大となる。
この点、請求項２の発明によると、コントロールバルブのスプールがストロークエンドに達する前（洩れ量が最大になる前）に絞り通路が閉じるように構成したから、洩れ量を
一層抑えることができる。
また、請求項３の発明によると、スプールストロークの増加に応じて絞り通路の開口面積が減少するように構成したから、洩れ量をさらに減少させることができる。
ところで、絞り通路は、コントロールバルブの外部に設けてもよいし、コントロールバルブ内部に設けてもよい。
この場合、コントロールバルブのスプールにノッチ、バルブブロックにタンク通路をそれぞれ設けることによって絞り通路を形成した請求項４の発明によると、バルブ外に絞り通路を設ける場合と比べて、
（イ） 配管が不要であること、
（ロ） スプールにノッチを追加工するだけでよく、スプールの動きと絞り通路の開口面積とを連動させる手段が不要であること
により、コストを安くできるとともに、緩衝機能のためのスペースを節約できるメリットがある。
さらに、コントロールバルブのノッチとタンク通路によって絞り通路を形成するため、この絞り通路が、パイロットポートからエアをタンクに抜くためのエア抜き通路としても機能する。このため、スプールの加工が一層容易でコストダウンに寄与する。
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
図１に実施形態にかかる油圧回路を示す。この油圧回路の基本的構成は、図６に示す従来の油圧回路のそれと同じであるため、図１において図６と同じ部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
実施形態においては、コントロールバルブ３の内部に、タンクＴに通じる絞り通路１６を設け、油圧アクチュエータ１が動き出すスプールストローク付近からこの絞り通路１６が開くように構成している。
この点の構成を図２によって詳述する。
図２は、図１におけるコントロールバルブ３の右側パイロット部の構造を例示しているが、反対側も同一構成となっている。
同図において、１７はコントロールバルブ３の本体としてのバルブブロック、１８はスプールで、パイロットポート５に加えられるパイロット圧によってこのスプール１８がストローク作動する。
バルブブロック１７にはタンクＴに通じるタンク通路１９、スプール１８には所定のストロークでこのタンク通路１９に連通するノッチ２０をそれぞれ設け、これらによって絞り通路１６を構成している。
スプール１８のストロークと絞り通路１６の開口面積との関係を図３,４によって説明
する。
両図は横軸にスプールストローク（＝パイロット圧）、縦軸にコントロールバルブ３のブリードオフ通路（ブリードオフ制御のための通路）ＰＴ、メータイン通路ＰＣそれに絞
り通路１６の開口面積をとり、スプールストロークに応じたこれら開口面積の変化状況を示す。
なお、区別し易くするために絞り通路１６の開口部分（ノッチ２０とタンク通路１９とが連通する部分）に斜線を付している。また、図では片側作動によるストロークと開口面積の関係のみを示しているが、反対側も同じである。
図１のリモコン弁６の操作に応じて図２のスプール１８が左側にストローク作動し始め、このスプールストロークの増加に従ってブリードオフ通路ＰＴが閉じていく一方、メータイン通路ＰＣが開いていく。
ここで、ブリードオフ通路ＰＴの開口面積(ブリードオフ流量)は、図示のようにストローク開始からあるストロークＳ１まで急激に減少し、変曲点Ｘを作った後、緩やかな傾きで漸減する。
これに対し、メータイン通路ＰＣの開口面積（メータイン流量）は、逆に、ストローク増加に応じて増加するため、変曲点ＸのストロークＳ１を少し過ぎたストロークＳ２から油圧アクチュエータ１が動き出す。
絞り通路１６は、この油圧アクチュエータ１が動き出すストロークＳ２付近（図３ではＳ２を少し過ぎた辺りを示しているが、Ｓ２と同じか少し手前でもよい）のストロークＳ３から開き始め、ストロークエンドＳｅの手前のストロークＳ４で閉じる。
つまり、全スプールストロークＡのうち、油圧アクチュエータ１が動き出してからストロークエンド手前までの区間Ａ１に限って絞り通路１６が開き、パイロット油の一部がこの絞り通路１６を通ってタンクＴに落とされることによって、急操作時のショック、すなわち、パイロット圧の急激な立ち上がりによるコントロールバルブ３の急作動と、これによる油圧アクチュエータ１の飛び出しが防止される。
この構成によると、絞り通路１６を、全スプールストローク区間Ａの一部Ａ１のみで開くように構成したから、この絞り通路１６からタンクＴに逃げるパイロット油量（洩れ量）を減少させることができる。
そして、
（イ） この洩れ量の減少により、絞り通路１６の開口面積を大きくとることが可能となること、
（ロ） 急操作によって最もショックが発生するアクチュエータ動き始めに合わせて絞り通路１６を開くため、起動時の緩衝機能を確保できること
により、必要かつ十分な緩衝効果を得ることができる。
また、洩れ量が減ることで、公知技術と比較してパイロット圧を低めに設定することが可能となるため、スプールが早めにストロークエンドしてしまって無駄なレバーストロークが発生するおそれがなく、操作性を改善することができる。
また、この実施形態によると、次の効果を得ることができる。
（ｉ） 絞り通路１６からの洩れ量は、コントロールバルブ３に加えられるパイロット圧(リモコン弁６のレバー操作量＝スプールストローク)に応じて増加し、ストロークエンドで最大となる。
そこでこの実施形態では、図４に示すように絞り通路１６の開き区間Ａ１の終盤でストロークの増加に応じて同通路１６の開口面積が漸減するように構成している。
これにより、ストローク終盤での洩れ量を抑え、全スプールストロークを通じてパイロット油の洩れ量をさらに減少させることができる。
なお、このような特性は、図２に示すスプール１８のノッチ２０を先細り、あるいは先浅にする等の工夫によって簡単に得ることができる。
（ｉｉ） コントロールバルブ３のスプール１８にノッチ２０、バルブブロック１７にタンク通路１９をそれぞれ設けることによって絞り通路１６を形成するため、コントロールバルブ３の外部に絞り通路を設ける場合と比べて、
（イ） 配管が不要であること、
（ロ） スプール１８にノッチ２０を追加工するだけでよく、スプール１８の動きと絞り通路１６の開閉とを連動させる手段が不要であること
により、コストを安くできるとともに、緩衝機能のためのスペースを節約することができる。
さらに、ノッチ２０とタンク通路１９とによってコントロールバルブ３に絞り通路１６を形成したことにより、この絞り通路１６が、パイロットポート５からエアをタンクに抜くためのエア抜き通路としても機能する。このため、スプールの加工が一層容易でコストダウンに寄与する。
他の実施形態
（１） 絞り通路１６とは別に、図５に示すようにストローク終盤からストロークエンドＳｅまでの区間Ａ２でタンクＴに通じるエア抜き専用通路を設けてもよい。同通路は、図２の絞り通路用のノッチ２０とは別のノッチを、上記区間Ａ２でタンク通路１９に連通する状態で設けることによって形成することができる。
こうすれば、絞り通路１６が開く区間Ａ１だけでなくフルレバー操作状態でもエア抜き機能を得ることができる。このため、絞り通路１６のみでエア抜きを行わせる場合のように、フルストローク後、リモコン弁６のレバー９を一旦中立に戻した後、入れ直す手間が不要となる。
（２） 上記実施形態では、絞り通路１６の開き区間Ａ１の終盤のみでストロークの増加に応じて同通路１６の開口面積を漸減させる構成をとったが、同通路１６の開口面積が最大となった時点から同通路１６が閉じるまでの間を通じて開口面積を漸減させるように構成してもよい。
（３） 絞り通路１６をコントロールバルブ３の外部に設け、コントロールバルブ３のストロークに連動して開口制御する構成をとってもよい。具体的には、たとえばパイロット管路１０,１１に可変絞り付きのタンク通路を分岐接続し、可変絞りの開口面積をコン
トロールバルブ３のスプールストロークに応じてコントローラで制御する構成をとることができる。
本発明の実施形態にかかる油圧回路図である。 実施形態におけるパイロット部の断面図である。 実施形態によるコントロールバルブのスプールストロークと各通路の開口面積の関係を示す図である。 図３の一部を拡大して示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図３相当図である。 従来の油圧回路図である。
１ 油圧アクチュエータ
３ コントロールバルブ
４,５ コントロールバルブのパイロットポート
６ リモコン弁
１０,１１ パイロット管路
１２,１３ パイロットライン
１６ 絞り通路
１７ バルブブロック
１８ スプール
１９ バルブブロックのタンク通路
２０ スプールのノッチ
Ｔ タンク
Ａ 全スプールストローク
Ａ１ 絞り通路が開く区間
Ｓ２ 油圧アクチュエータが動き出すストローク
Ｓ３ 絞り通路が開き始めるストローク
Ｓ４ 絞り通路が閉じるストローク
Ｓｅ ストロークエンド

Claims (4)

  1. リモコン弁と、このリモコン弁からのパイロット圧によりスプールがストローク作動する油圧パイロット式のコントロールバルブと、このコントロールバルブによって作動制御される油圧アクチュエータとを備えた建設機械の油圧回路において、上記リモコン弁からのパイロット圧をコントロールバルブに伝えるパイロットラインに、パイロット油の一部を絞りながらタンクに戻す絞り通路を設け、上記コントロールバルブのスプールストロークのうち、上記油圧アクチュエータが動き出すストローク初期から上記絞り通路が開くように構成したことを特徴とする建設機械の油圧回路。
  2. 絞り通路が、コントロールバルブのスプールがストロークエンドに達する前に閉じるように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路。
  3. 絞り通路の開口面積が、スプールストロークの増加に応じて減少するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧回路。
  4. コントロールバルブのスプールにノッチ、バルブブロックにタンクに通じるタンク通路をそれぞれ設けることによってコントロールバルブの絞り通路を形成した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の油圧回路。
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