JP4711793B2

JP4711793B2 - ブーム起伏用油圧回路

Info

Publication number: JP4711793B2
Application number: JP2005278370A
Authority: JP
Inventors: 操武藤
Original assignee: 株式会社加藤製作所
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007084331A

Description

本発明は、カウンタバランス弁を備えたブーム起伏用油圧回路の改良に関する。

複動型油圧シリンダで駆動されるブームを備えた移動式クレーンの一例を図６に示す。

図６に示される移動式クレーン１００は、概略において、車両部１０１，旋回胴１０２，ブーム１０３によって構成され、図６では、車両部１０１のアウトリガー１０５を接地してバランスを確保した状態で複動型油圧シリンダ１０４のピストンロッド１０４ｃを突出させ、ブーム１０３を揺動限界まで引き起こしてテレスコピック構造のブーム１０３を最大限度に伸長させた状態を示している。
重量物を懸吊するブーム１０３の基部は旋回胴１０２に枢着され、複動型油圧シリンダ１０４の伸縮動作を制御することによってブーム１０３の起伏操作が行われるようになっている。

ここで、ブーム１０３を起伏させる複動型油圧シリンダ１０４を駆動するためのブーム起伏用油圧回路の一般的な構成例を図７に示す。

図７に示されるブーム起伏用油圧回路２００の主要部は、油圧ポンプ２０１から送出される作動油を複動型油圧シリンダ１０４のシリンダボトム側油室１０４ａまたはピストンロッド側油室１０４ｂに対し選択的に供給する方向切換え弁２０２と、方向切換え弁２０２とシリンダボトム側油室１０４ａを接続する管路２０３上に設けられたカウンタバランス弁２０４によって構成される。

カウンタバランス弁２０４は、具体的には、管路２０３上に設けられてシリンダボトム側油室１０４ａから方向切換え弁２０２への作動油の戻りを禁止するチェック弁２０５と、このチェック弁２０５に並列して設けられ、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６内の作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御されるスプリングオフセット式の制御弁２０７によって構成されている。

図７中の符号２０８は複動型油圧シリンダ１０４に供給される作動油の最大圧力を規制するためのメインリリーフ弁であり、また、符号２０９はピストンロッド側油室１０４ｂに供給される作動油の最大圧力を規制するためのポートリリーフ弁である。

管路２０３と管路２０６の間にはシャトル弁２１０が設けられ、その時点で作動油を供給されている管路内の圧力、つまり、ピストンロッド１０４ｃを突出させてブーム１０３を引き起こす場合には管路２０３内の作動油の圧力、また、ピストンロッド１０４ｃを縮退させてブーム１０３を下方に向けて揺動させる場合には、管路２０６内の作動油の圧力がシャトル弁２１０を介して圧力補償弁２１１にフィードバックされ、複動型油圧シリンダ１０４に作用する外部負荷に見合った圧力の作動油が複動型油圧シリンダ１０４に供給されるようになっている。
なお、符号２１２は作動油を回収して油圧ポンプ２０１に循環させるためのタンクである。

以上の構成において、図７に示される中立位置からから方向切換え弁２０２を左側にシフトすると、油圧ポンプ２０１から送出される作動油が方向切換え弁２０２，管路２０３，チェック弁２０５を介してシリンダボトム側油室１０４ａに供給されてピストンロッド１０４ｃが突出し、図６に示されるブーム１０３が引き起こされると共に、ピストンロッド側油室１０４ｂに溜まっていた作動油が管路２０６，方向切換え弁２０２を介して排出されてタンク２１２に回収される。

そして、所望する角度でブーム１０３を停止保持する場合には、方向切換え弁２０２を図７に示される中立位置に戻す。これにより、油圧ポンプ２０１から送出される作動油は方向切換え弁２０２を素通りしてタンク２１２に回収され、また、管路２０３，２０６は、方向切換え弁２０２に内蔵された絞り弁を介してタンク２１１に接続される。
この状態では管路２０３，２０６の何れにも作動油は供給されなくなるので、管路２０６内の作動油の圧力は上昇せず、制御弁２０７が完全な閉鎖状態に保持され、同時に、シリンダボトム側油室１０４ａから方向切換え弁２０２への作動油の戻りがチェック弁２０５によって禁止されるので、ピストンロッド１０４ｃが現位置に固定されてブーム１０３の姿勢が保持される。

一方、ブーム１０３を停止保持した状態から下方に向けて揺動させる場合には、方向切換え弁２０２を図７に示される中立位置からから右側にシフトさせる。これにより、油圧ポンプ２０１から送出される作動油は方向切換え弁２０２，管路２０６を介して直ちにピストンロッド側油室１０４ｂに供給されるが、管路２０６内の作動油の圧力が制御弁２０７のクラッキング圧力（制御弁２０７内を或る一定の量の作動油が流れる程度に制御弁２０７を開くために必要とされるパイロット入力圧）に達するまでの間はシリンダボトム側油室１０４ａの作動油の排出は行われないので、結果的に、ピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の流入によってシリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油が僅かではあるが圧縮され、ピストンロッド１０４ｃが縮退するといった現象が生じる。

特に、図６に示されるようにピストンロッド１０４ｃを大きく突出させてブーム１０３を揺動限界付近まで引き起こしたような状態では、シリンダボトム側油室１０４ａの容積が増大しているので、圧縮される作動油の絶対量も多くなり、ピストンロッド１０４ｃの縮退量が大きくなる問題がある。

このような状況下でピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始すると、瞬間的にピストンロッド１０４ｃが縮退し、まず、ブーム１０３のスパンの長さと慣性質量の関係からブーム１０３の先端を現位置に残すようなかたちでブーム１０３の中央部が一旦下に凸の状態で撓み、これに遅れてブーム１０３の先端が下降し、更に、この反動でブーム１０３の先端が跳ね上がるといった現象が生じる。

そして、管路２０６内の作動油の圧力が制御弁２０７の開動作開始圧力（制御弁２０７の開動作を開始させるために必要とされるパイロット入力圧）に達すると、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７が徐々に開き、この圧力が制御弁２０７のクラッキング圧力に達した時点でシリンダボトム側油室１０４ａの作動油の排出が実質的に許容され、ピストンロッド１０４ｃが円滑に縮退し得る状態、即ち、カウンタバランスの効いた状態となるが、シリンダボトム側油室１０４ａの作動油の排出が許容された後も暫くの間は前述したブーム１０３の先端の下降および跳ね上がり動作が繰り返されてハンチング現象が継続するので、ブーム１０３の操作フィーリングが劣化するといった問題がある。
また、ブーム１０３を建造物等に接近させて作業を行っているような場合では、最初にブーム１０３の中央部が下に凸の状態に撓んだ際に、ブーム１０３の腹が建造物に打ち当てられるといった可能性もある。

図８は、ブーム１０３を図６のように引き起こした状態で方向切換え弁２０２を図７に示される中立位置からから右側にシフトさせた際の方向切換え弁２０２の操作量ｆ１と、管路２０６内の作動油の圧力ｆ２と、ピストンロッド１０４ｃの移動速度ｆ３の関係を示した線図である。
但し、図８中においてｆ３で示す速度は、線図における縦軸の正の向きでピストンロッド１０４ｃの縮退方向の移動速度を表している。

まず、車両部１０１のキャビン内に設けられた遠隔操作レバーを手動操作して方向切換え弁２０２の切換えを開始すると、方向切換え弁２０２の操作量ｆ１に応じて方向切換え弁２０２が徐々に開き、油圧ポンプ２０１から送出される作動油が方向切換え弁２０２，管路２０６を介してピストンロッド側油室１０４ｂに供給され始め、方向切換え弁２０２から送出される作動油の出力が略線形的に増加する。

前述した通り、制御弁２０７が開き始めるまでの間は、シリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油を圧縮しながらピストンロッド側油室１０４ｂに作動油が送り込まれることになるので、管路２０６内の作動油の圧力ｆ２は図８に示されるように急な勾配で立ち上がる。
この際、シリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油の圧縮によりピストンロッド１０４ｃが瞬間的に縮退し、ブーム１０３の先端を現位置に残すようなかたちでブーム１０３の中央部が一旦下に凸の状態で撓み、これに遅れてブーム１０３の先端が揺動するようにして下降し（図８の速度ｆ３における概ねａの区間）、更に、この反動でブーム１０３の先端が跳ね上がるといった現象が生じる（図８の速度ｆ３における概ねｂの区間）。

そして、このようにして管路２０６内の作動油の圧力ｆ２が増大する間に、作動油の圧力が制御弁２０７の開動作開始圧力Ｐ１に達するとカウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７が徐々に開き、当該作動油の圧力が制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２に達した時点でシリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油の実質的な排出が許容されてピストンロッド１０４ｃが円滑に縮退し得る状態となって、ブーム１０３が下方に向けて揺動を開始する（図８の速度ｆ３におけるｃの区間）。
しかし、方向切換え弁２０２の切換えを開始した際に生じたハンチング現象が直ちに収束するわけではないので、ピストンロッド１０４ｃの移動速度ｆ３は、図８に示されるように、ハンチング周期で振動しながら上昇することになり（図８の速度ｆ３におけるｃの区間）、ブーム１０３の起伏操作の操作フィーリングが劣化してしまう。

ブームを停止保持した状態から下方に向けて揺動させる際に生じるピストンロッドの瞬間的な縮退を防止するための技術としては、特許文献１に開示される起動制御装置が既に公知である。

しかし、この起動制御装置は、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続した管路に設けられた電磁比例リリーフ弁のパイロット圧をキャビン内の遠隔操作レバーの操作に比例させて調整することによって当該管路内の作動油の圧力、つまり、ピストンロッド側油室の作動油の圧力を徐々に増大させてピストンロッドを緩慢に縮退させるものに過ぎない。
また、電磁比例リリーフ弁を操作する必要上、電気的な制御が必要となり、装置全体としての故障因子が増加する可能性がある。

実開平５−１９６０４号公報（段落番号００１７）

そこで、本発明の課題は、電気的な制御を必要とせず、また、ブームを停止保持した状態から下方に向けて揺動させる際のピストンロッド側油室に生じる伏せ作動圧によりシリンダボトム側油室の作動油が圧縮されることによるピストンロッドの瞬間的な縮退と此れに伴うブームのハンチング現象を防止することのできるブーム起伏用油圧回路を提供することにある。

本発明のブーム起伏用油圧回路は、ブームを起伏させる複動型油圧シリンダのシリンダボトム側油室とピストンロッド側油室に対し選択的に作動油を供給する方向切換え弁と、
前記方向切換え弁と前記シリンダボトム側油室を接続する管路上に設けられ、前記シリンダボトム側油室から前記方向切換え弁への作動油の戻りを禁止するチェック弁と、該チェック弁に並列して設けられ、前記方向切換え弁と前記ピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御される制御弁とからなるカウンタバランス弁を備えたブーム起伏用油圧回路であり、前記課題を達成するため、特に、
前記方向切換え弁と前記ピストンロッド側油室を接続する管路上において前記パイロット圧の検出位置よりも前記ピストンロッド側油室寄りの位置に、少なくとも、前記パイロット圧が前記制御弁のクラッキング圧力に達するまでの間、前記方向切換え弁から前記ピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止する抵抗弁を設けたことを特徴とする構成を有する。

以上の構成においてブームの引き起こしを行う場合には、従来と同様に、方向切換え弁とシリンダボトム側油室を接続する管路と、当該管路上でカウンタバランス弁の一部を構成するチェック弁とを介して複動型油圧シリンダのシリンダボトム側油室に作動油を供給し、複動型油圧シリンダのピストンロッドを突出させてブームを引き起こす。
そして、所望する角度にブームを引き起こした時点で方向切換え弁を中立位置に戻すと、シリンダボトム側油室に対する作動油の供給が停止される。この状態では方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力は上昇せず、カウンタバランス弁の一部を構成する制御弁には実質的なパイロット圧は作用しないので、当該制御弁が完全な閉鎖状態に保持され、同時に、シリンダボトム側油室から方向切換え弁への作動油の戻りもカウンタバランス弁の一部を構成するチェック弁によって禁止されるので、複動型油圧シリンダのピストンロッドは縮退せずに現位置に固定され、ブームの姿勢が保持される。
また、ブームを下方に向けて揺動させる際には、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路に作動油を供給する。これにより、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力が徐々に上昇するが、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路上には方向切換え弁からピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止する抵抗弁が設けられているので、この作動油が直ちにピストンロッド側油室に送り込まれることはない。従って、当該管路内の作動油の圧力は更に増大し、この圧力がカウンタバランス弁の一部を構成する制御弁の開動作開始圧力に達すると、この圧力をパイロット圧として制御弁が徐々に開き始め、この圧力が当該制御弁のクラッキング圧力に達した時点で、シリンダボトム側油室から方向切換え弁への作動油の戻りが実質的に許容される。そして、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力が更に増大すると、方向切換え弁からピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止している抵抗弁が徐々に開き、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路を介してピストンロッド側油室に作動油が供給され、複動型油圧シリンダのピストンロッドの縮退動作、つまり、ブームを下方に向けて揺動させるための動作が円滑に開始される。
また、ブームを下方に向けて揺動させるための切換え操作の開始時点でピストンロッド側油室に送り込まれる作動油の圧力でシリンダボトム側油室の作動油が不用意に圧縮されてピストンロッドが瞬間的に縮退するといった問題が解消され、ブームを停止保持した状態から下方に向けて揺動させる際のブームの撓みやブーム先端のハンチング現象が防止されるのでブームの操作フィーリングが向上する。

より具体的には、前述の抵抗弁は、方向切換え弁からピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止するチェック弁と該チェック弁に並列して設けられ前記パイロット圧（方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力）で開閉制御される制御弁によって構成することができる。設計上、抵抗弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力はカウンタバランス弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力よりも高く設定するものとする。

このような構成を適用した場合、方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力がカウンタバランス弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力に達した時点でシリンダボトム側油室から方向切換え弁への作動油の戻りが許容され、更に、この圧力が抵抗弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力に達した時点でピストンロッド側油室への作動油の供給が開始されることになる。

あるいは、方向切換え弁からピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止するチェック弁と該チェック弁に並列して設けられた制御弁によって抵抗弁を構成し、この抵抗弁の一部を構成する制御弁の開動作の応答時間がカウンタバランス弁の一部を構成する制御弁の開動作の応答時間よりも長くなるような設計を行ってもよい。

具体的には、抵抗弁の一部を構成する制御弁をスプールタイプとし、スプールの先端外周部をケーシングのシーリング部に重合させると共に、スプールの先端面に絞り弁として機能する絞り部を設けてスプール内部をダンパー室として利用し、この絞り部を介してダンパー室から抜け出る作動油の量が前述の重合量に達するまで当該制御弁における開弁動作を遅らせる構成を適用することによって、抵抗弁の一部を構成する制御弁の開動作の応答時間を長くすることができる。

本発明のブーム起伏用油圧回路は、ブームを起伏させる複動型油圧シリンダのピストンロッドを縮退させてブームを下方に向けて揺動させる際に、シリンダボトム側油室から方向切換え弁への作動油の戻りを許容してからピストンロッド側油室に対する作動油の供給を開始するようにしているので、ブームを下方に向けて揺動させるための切換え操作の開始時点でピストンロッド側油室に送り込まれる作動油の圧力でシリンダボトム側油室の作動油が不用意に圧縮されてピストンロッドが瞬間的に縮退するといった問題が解消される。この結果、ブームを停止保持した状態から下方に向けて揺動させる際のブームの撓みやブーム先端のハンチング現象が防止され、近傍の建造物とブームとの不用意な接触が防止され、ブームの操作フィーリングも向上する。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施形態のブーム起伏用油圧回路１の構成の概略を示した回路図である。

ブーム起伏用油圧回路１の主要部は、油圧ポンプ２０１から送出される作動油を複動型油圧シリンダ１０４のシリンダボトム側油室１０４ａまたはピストンロッド側油室１０４ｂに対し選択的に供給する方向切換え弁２０２と、方向切換え弁２０２とシリンダボトム側油室１０４ａを接続する管路２０３上に設けられたカウンタバランス弁２０４、および、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６上に設けられた抵抗弁２によって構成される。

カウンタバランス弁２０４は、管路２０３上に設けられて方向切換え弁２０２からシリンダボトム側油室１０４ａへの作動油の供給を許容しシリンダボトム側油室１０４ａから方向切換え弁２０２への作動油の戻りを禁止するチェック弁２０５と、このチェック弁２０５に並列して設けられ、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６内の作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御されるスプリングオフセット式の制御弁２０７によって構成されている。

複動型油圧シリンダ１０４で駆動されるブーム１０３の構成は図６を参照して説明した従来例と同様であり、また、複動型油圧シリンダ１０４，油圧ポンプ２０１，方向切換え弁２０２，管路２０３，管路２０６，メインリリーフ弁２０８，ポートリリーフ弁２０９，シャトル弁２１０，圧力補償弁２１１，タンク２１２の構成と機能に関しては、図７を参照して説明した従来例のブーム起伏用油圧回路２００と同様であるので、図１中で共通する符号を付すにとどめ、詳細な説明は省略する。

抵抗弁２は、図１に示される通り、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６上において、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７を制御するためのパイロット圧を取り出す位置（以下、パイロット圧検出位置Ｐという）よりもピストンロッド側油室１０４ｂ寄りの位置に設けられている。

この抵抗弁２は、具体的には、ピストンロッド側油室１０４ｂから方向切換え弁２０２への作動油の戻りを許容し方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止するチェック弁３と、該チェック弁３に並列して設けられ、検出位置Ｐにおける管路２０６内の作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御されるスプリングオフセット式の制御弁４によって構成される。
図１中でチェック弁３と制御弁４に並列して設けられた絞り弁５は、温度変化等に伴って生じる作動油の膨張あるいは収縮に対処して複動型油圧シリンダ１０４を保護するためのものであり、更に、図２に示されるように、これらのものに並列してキャビテーション防止用のチェック弁６を設ける場合もある。絞り弁５とチェック弁６は抵抗弁２の必須の構成要件ではない。

抵抗弁２に必要とされる機能は、パイロット圧検出位置Ｐにおける管路２０６内の作動油の圧力、つまり、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７の開閉制御に利用されるパイロット圧が、制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２（制御弁２０７内を或る一定の量の作動油が流れる程度に制御弁２０７を開くために必要とされるパイロット入力圧）に達するまでの間、方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止することである。
この機能は、具体的には、制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３（制御弁４内を或る一定の量の作動油が流れる程度に制御弁４を開くために必要とされるパイロット入力圧）を制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２よりも高く設定すること、または、同じパイロット圧に対する制御弁４の開動作の応答時間が制御弁２０７の開動作の応答時間よりも長くなるように制御弁４の構成を特定すること、あるいは、これらの構成を組み合わせることによって実現され得る。

まず、制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３を制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２よりも高く設定した構成を適用した場合のブーム起伏用油圧回路１の動作について図３の線図を参照して説明する。

図３は、ブーム１０３を図６のように引き起こした状態で方向切換え弁２０２を図１に示される中立位置からから右側にシフトさせた際の方向切換え弁２０２の操作量ｆ１と、方向切換え弁２０２と抵抗弁２の間の管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２と、抵抗弁２とピストンロッド側油室１０４ｂの間の管路２０６ｂ内の作動油の圧力ｆ４と、ピストンロッド１０４ｃの移動速度ｆ３の関係を示した線図である。
但し、図３中においてｆ３で示す速度は、線図における縦軸の正の向きでピストンロッド１０４ｃの縮退方向の移動速度を表している。

図１に示されるようにしてシリンダボトム側油室１０４ｂ内の作動油の戻りをカウンタバランス弁２０４で禁止し、ブーム１０３を引き起こした状態を保持したまま方向切換え弁２０２を図１の中立位置からから右側にシフトすると、方向切換え弁２０２の操作量ｆ１に応じて方向切換え弁２０２が徐々に開き、油圧ポンプ２０１から送出される作動油が方向切換え弁２０２を介して管路２０６ａに供給され始める。

これにより管路２０６ａ内の作動油の圧力が略線形的に増加するが、管路２０６ａと管路２０６ｂの間には方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止する抵抗弁２が設けられているので、少なくとも、管路２０６ａ内の作動油の圧力が制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３に達するまでの間は、この作動油が直ちにピストンロッド側油室１０４ｂに送り込まれることはない。従って、この段階ではピストンロッド側油室１０４ｂ内の作動油の圧力は上昇しない（図３のＡの区間）。

抵抗弁２の一部を構成する制御弁４が開き始めるまでの間、管路２０６ａが抵抗弁２によって封止された状態で当該管路２０６ａに作動油が送り込まれることになるので、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２は図３に示されるように急な勾配で立ち上がる（図３のＡの区間）。

そして、このようにして管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が増大する間に、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が制御弁２０７の開動作開始圧力（制御弁２０７の開動作を開始させるために必要とされるパイロット入力圧）Ｐ１に達すると、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７が徐々に開き始める（図３のＢの区間）。

次いで、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２に達した時点でシリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油の排出が実質的に許容され、ピストンロッド１０４ｃが外部負荷およびピストンロッド１０４ｃの自重により円滑に縮退し始める（図３のＣの区間）。

更に、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が抵抗弁２の一部を構成する制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３（Ｐ３＞Ｐ２）に達すると、方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止している制御弁４が徐々に開いて、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６ａ，２０６ｂを介してピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給が開始され、複動型油圧シリンダ１０４のピストンロッド１０４ｃの縮退動作、つまり、ブーム１０３を下方に向けて揺動させるための動作が円滑に続けられる（図３のＤの区間）。

より厳密には、ピストンロッド１０４ｃの縮退動作が開始されるのは、図３に示される通り、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２がカウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２に達した時点である。
この段階では、抵抗弁２の一部を構成する制御弁４は開いていないが、長尺のブーム１０３を支えるピストンロッド１０４ｃには強い外力が作用しているため、ピストンロッド側油室１０４ｂに作動油が供給されない状態であっても、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７が開き始めてシリンダボトム側油室１０４ａからの作動油の排出が許容され始めた時点でピストンロッド１０４ｃが微小速度ｆ３で縮退動作を始め、ブーム１０３の先端が微小な移動速度で下降を開始する（図３のＣの区間）。
この際、制御弁２０７はゆっくりと開いていくので、少なくとも、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２に達した直後の時点では、制御弁２０７からピストンロッド１０４ｃに強い背圧が与えられることになり、仮に、ブーム１０３で重量物を懸吊しているような場合であっても、ピストンロッド１０４ｃが瞬時に縮退するといったことはない（図３のＣの区間）。

その後、管路２０６ａ内の作動油の圧力ｆ２が抵抗弁２の一部を構成する制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３に達すると、方向切換え弁２０２とピストンロッド側油室１０４ｂを接続する管路２０６ａ，２０６ｂを介してピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給が開始され、管路２０６ｂ内の作動油の圧力ｆ４、つまり、ピストンロッド側油室１０４ｂ内の作動油の圧力ｆ４が徐々に増大していくが、前述した通り、この段階では未だ制御弁２０７からピストンロッド１０４ｃに強い背圧が与えられているので、このピストンロッド１０４ｃに、ブーム１０３からの荷重に加え、管路２０６ａ，２０６ｂを介して供給される作動油の圧力が重畳して作用し始めても、ピストンロッド１０４ｃが瞬間的に縮退するといったことはなく、ピストンロッド１０４ｃの縮退方向の移動速度ｆ３は、図３に示される通り、指数関数的な立ち上がりで滑らかに上昇することになる（図３のＤの区間）。

このように、シリンダボトム側油室１０４ａからの作動油の排出を許容してからピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始する必要があるので、抵抗弁２の一部を構成する制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３はカウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７のクラッキング圧力Ｐ２よりも高く設定することが必須の要件となるが、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７は、図４に示されるように、パイロット圧の増加に応じて略線形的にスプールの移動ストロークを変化させ、この移動ストロークに応じて開口面積を指数関数的に増大させるように構成されているので、制御弁２０７からピストンロッド１０４ｃに十分な背圧が与えられることが保証される期間、つまり、ピストンロッド１０４ｃに対する負荷変動が生じても不用意にピストンロッド１０４ｃが縮退しないことが保証されている期間内に、ピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始することが望ましい。
このため、本実施例においては、図４に示されるように、制御弁２０７の開口面積が小さく、かつ、管路２０６ａ内の作動油の圧力の増加に応じて相対的に低い増加率で制御弁２０７の開口面積が増加するパイロット圧力の範囲内に制御弁４のクラッキング圧力Ｐ３を設定するようにしている。

これにより、ブーム１０３からの荷重に加えて管路２０６ｂからの作動油の圧力がピストンロッド１０４ｃに作用し始める時点でのピストンロッド１０４ｃの不自然な縮退を完全に防止することが可能となる（図３のＣの区間からＤの区間への移行過程）。

以上に述べた通り、シリンダボトム側油室１０４ａからの作動油の排出を許容してからピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始してシリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油の圧縮を防止すること、更には、制御弁２０７からピストンロッド１０４ｃに十分な背圧が与えられている期間内にピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始して負荷変動に伴うピストンロッド１０４ｃの不自然な縮退を防止することにより、ブーム１０３を下方に向けて揺動させるための切換え操作の開始時点で生じるブーム１０３の撓みやブーム１０３の先端のハンチング現象が確実に防止され、図３に示す通り、ピストンロッド１０４ｃの縮退方向の移動速度ｆ３を指数関数的な立ち上がりで滑らかに上昇させることができるようになる（図３のＣ，Ｄの区間）。

次に、抵抗弁の一部を構成する制御弁の開動作の応答時間がカウンタバランス弁の一部を構成する制御弁の開動作の応答時間よりも長くなるように抵抗弁の一部である制御弁の構成を特定することによって同様の目的を達成した実施例について簡単に説明する。

ブーム起伏用油圧回路１の構成に関しては図１のものと同様であるので回路に関する説明は省略し、図１の抵抗弁２に代えて用いる抵抗弁２’の構成と其の機能および動作について図５を参照して説明する。

この抵抗弁２’は、図５に示される通り、ピストンロッド側油室１０４ｂから方向切換え弁２０２への作動油の戻りを許容し方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止するチェック弁３’と、該チェック弁３’に並列して設けられ、管路２０６ａ（検出位置Ｐ）における作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御される制御弁４’によって構成される。

前記と同様、これらに並列して設けられた絞り弁５’は必須の構成要件ではない。また、チェック弁３’の構造については既に公知であるので具体的な説明は省略する。

抵抗弁２’の一部を構成する制御弁４’の主要部は、図５に示される通り、その先端外周部をケーシング７のシーリング部８に重合させたスプール９と、スプール９に内嵌された小径ピストン１０、および、スプール９と小径ピストン１０の間に介装され、方向切換え弁２０２から供給される作動油の圧力に抗してスプール９を閉鎖方向（図５中で左から右に向かう方向）に向けて付勢するスプリング１１と、スプール９の先端面の中央部に穿設された盲穴１２に交差してスプール９の先端内部を径方向に貫通する油路１３，１４、ならびに、ダンパー室として機能するスプール９の内部空間１６と盲穴１２とを連絡して設けられた絞り部１５によって構成される。

このような構成を有する抵抗弁２’を図１の抵抗弁２に代えて利用した場合、図１に示されるようにしてシリンダボトム側油室１０４ｂ内の作動油の戻りをカウンタバランス弁２０４で禁止し、ブーム１０３を引き起こした状態を保持したまま方向切換え弁２０２を図１の中立位置からから右側にシフトすると、前記と同様、方向切換え弁２０２の操作量に応じて方向切換え弁２０２が徐々に開き、油圧ポンプ２０１から送出される作動油が方向切換え弁２０２を介して管路２０６ａに供給され始める。

この作動油は抵抗弁２’の一部を構成する制御弁４’のポート１７に進入するが、作動油の供給が開始され始めた初期の段階では、内部空間１６内の作動油の圧力とポート１７内の作動油の圧力が等しく、かつ、ポート１７内の作動油がスプール９の先端面を押圧する力はスプリング１１の付勢力よりも小さいのでスプール９は移動しない。

そして、ポート１７の作動油の圧力が上昇し、スプリング１１の付勢力を上回ると、スプール９の内部空間１６における作動油の受圧面積がポート１７側における作動油の受圧面積よりも小さいため（スプール９に小径ピストン１０が内嵌されているため）、内部空間１６における作動油の圧力がポート１７側の作動油の圧力を超え、内部空間１６内の作動油がポート１７側に流れ出し、スプール９が開弁方向（図５中で右から左に向かう方向）に移動する。

以上に述べた通り、図５に示した構成例では、重合量Ｓを超えてスプール９が開放方向に移動するためには、内部空間１６内の作動油が重合量Ｓの容積に相当する分だけ絞り部１５を通ってポート１７側に排出される必要がある。
従って、重合量Ｓ，絞り部１５の穴径，ポート１７側の受圧面積および小径ピストン１０側の受圧面積，スプリング１１のバネ定数を適切に設定すれば、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７の開動作開始圧力よりも制御弁４’の開弁圧を低く設定しても、制御弁２０７の開動作に要する応答時間に比べて制御弁４’の開動作に要する応答時間を長くすることができる。

従って、結果としては、前述した実施例１の場合と同様、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７を先行的に開動作させてシリンダボトム側油室１０４ａからの作動油の排出を許容してからピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始することが可能であり、これにより、ブーム１０３を下方に向けて揺動させる際に生じるシリンダボトム側油室１０４ａ内の作動油の圧縮を防止し、ブーム１０３の不用意な撓みやブーム１０３の先端のハンチング現象を確実に防止することができる。

また、このような構成を適用した場合においては、ダンパー室として機能するスプール９の内部空間１６の容積やスプール９の先端外周部とケーシング７のシーリング部８との重合量Ｓを諸々の条件に合わせて適正に設計し、制御弁４’の開動作に要する応答時間を適正化することによって、前記と同様に、制御弁２０７からピストンロッド１０４ｃに十分な背圧が与えられている期間内にピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の供給を開始して負荷変動に伴うピストンロッド１０４ｃの不自然な縮退を防止することが可能である。

この実施例では、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７の開動作開始圧力Ｐ１に相当する圧力の作動油が管路２０６ａに供給され始めた時点を基準として制御弁２０７の応答時間よりも制御弁４’の応答時間を遅らせる場合について述べたが、必ずしも、制御弁２０７と制御弁４’が同時に開動作もしくは開動作のための準備動作が開始される必要はなく、実施例１で述べた制御弁４のクラッキング圧力と制御弁２０７のクラッキング圧力の設定を利用したタイミング調整と併用して図５の構成を適用することも可能であり、最終的に、管路２０６ａ内の作動油の圧力、つまり、カウンタバランス弁２０４の一部を構成する制御弁２０７の開閉制御に利用されるパイロット圧が、制御弁２０７のクラッキング圧力に達するまでの間、方向切換え弁２０２からピストンロッド側油室１０４ｂへの作動油の進入を禁止することさえできれば、ハードウェア上の構成は問わない。

実施例１および実施例２ではブーム１０３を１本の複動型油圧シリンダで駆動する場合の例について述べたが、２本以上の複動型油圧シリンダでブーム１０３を駆動する場合にも前記と同様の技術手段の適用が可能である。

本発明を適用した一実施形態のブーム起伏用油圧回路の構成を示した回路図である。同実施形態のブーム起伏用油圧回路の抵抗弁にキャビテーション防止用のチェック弁を併設した構成例である。ブームを倒す方向に操作する場合の方向切換え弁の操作量ｆ１と、方向切換え弁と抵抗弁の間の管路内の作動油の圧力ｆ２と、抵抗弁とピストンロッド側油室の間の管路内の作動油の圧力ｆ４と、ピストンロッドの縮退方向の移動速度ｆ３の関係を示した線図である。カウンタバランス弁の一部を構成する制御弁に作用するパイロット圧とスプールの移動ストロークと開口面積との関係を示した線図である。制御弁の開動作の応答時間を調整してシリンダボトム側油室からの作動油の排出とピストンロッド側油室への作動油の供給のタイミングをとるようにした実施例について示した断面図である。複動型油圧シリンダで駆動されるブームを備えた移動式クレーンの一例を簡略化して示した図である。ブームを起伏させる複動型油圧シリンダの伸縮動作を制御するためのブーム起伏用油圧回路の一般的な構成例を示した図である（従来例）。ブームを倒す方向に操作する場合の方向切換え弁の操作量ｆ１と、ピストンロッド側油室の作動油の圧力ｆ２と、ピストンロッドの縮退方向の移動速度ｆ３の関係を時系列で示した線図である（従来例）。

符号の説明

１ブーム起伏用油圧回路
２抵抗弁
２’ 抵抗弁
３チェック弁
３’ チェック弁
４制御弁
４’ 制御弁
５絞り弁
５’ 絞り弁
６チェック弁
７ケーシング
８シーリング部
９スプール
１０小径ピストン
１１スプリング
１２盲穴
１３，１４油路
１５絞り部
１６内部空間（ダンパー室）
１７，１８ポート
１００移動式クレーン
１０１車両部
１０２旋回胴
１０３ブーム
１０４複動型油圧シリンダ
１０４ａシリンダボトム側油室
１０４ｂピストンロッド側油室
１０４ｃピストンロッド
１０５アウトリガー
２００ブーム起伏用油圧回路（従来例）
２０１油圧ポンプ
２０２方向切換え弁
２０３方向切換え弁とシリンダボトム側油室を接続する管路
２０４カウンタバランス弁
２０５カウンタバランス弁の一部を構成するチェック弁
２０６方向切換え弁とピストンロッド側油室を接続する管路
２０６ａ方向切換え弁と抵抗弁の間の管路
２０６ｂ抵抗弁とピストンロッド側油室の間の管路
２０７カウンタバランス弁の一部を構成する制御弁
２０８メインリリーフ弁
２０９ポートリリーフ弁
２１０シャトル弁
２１１圧力補償弁
２１２タンク
Ｐパイロット圧検出位置
Ｐ１開動作開始圧力
Ｐ２カウンタバランス弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力
Ｐ３抵抗弁の一部を構成する制御弁のクラッキング圧力
ｆ１方向切換え弁の操作量
ｆ２方向切換え弁と抵抗弁の間の管路内の作動油の圧力
ｆ３ピストンロッドの移動速度
ｆ４抵抗弁とピストンロッド側油室の間の管路内の作動油の圧力
Ｓ重合量

Claims

ブームを起伏させる複動型油圧シリンダのシリンダボトム側油室とピストンロッド側油室に対し選択的に作動油を供給する方向切換え弁と、
前記方向切換え弁と前記シリンダボトム側油室を接続する管路上に設けられ、前記シリンダボトム側油室から前記方向切換え弁への作動油の戻りを禁止するチェック弁と、該チェック弁に並列して設けられ、前記方向切換え弁と前記ピストンロッド側油室を接続する管路内の作動油の圧力をパイロット圧として開閉制御される制御弁とからなるカウンタバランス弁を備えたブーム起伏用油圧回路であって、
前記方向切換え弁と前記ピストンロッド側油室を接続する管路上において前記パイロット圧の検出位置よりも前記ピストンロッド側油室寄りの位置に、少なくとも、前記パイロット圧が前記制御弁のクラッキング圧力に達するまでの間、前記方向切換え弁から前記ピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止する抵抗弁を設けたことを特徴とするブーム起伏用油圧回路。
前記抵抗弁が、前記方向切換え弁から前記ピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止するチェック弁と該チェック弁に並列して設けられ前記パイロット圧で開閉制御される制御弁によって構成され、該制御弁のクラッキング圧力が前記制御弁のクラッキング圧力よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１記載のブーム起伏用油圧回路。
前記抵抗弁が、前記方向切換え弁から前記ピストンロッド側油室への作動油の進入を禁止するチェック弁と該チェック弁に並列して設けられ前記パイロット圧で開閉制御される制御弁によって構成され、該制御弁の開動作の応答時間が前記制御弁の開動作の応答時間よりも長くなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のブーム起伏用油圧回路。