JP4933299B2 - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧作動の建設機械に使用される、多連型の油圧制御弁に関するもので、特にロ一ドセンシング方式と呼ばれる、流量制御方式の油圧制御弁を有する建設機械の油圧制御装置に関する。

ロードセンシングと称される流量制御方式は１つのポンプで複数の油圧アクチュエータを制御する建設機械の油圧制御装置において、複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧力を検出し、ポンプの吐出圧力が検出圧力より一定の高い圧力になるように制御する方式である。

一般に、このポンプ圧力に対する負荷圧力の差はロードセンシング差圧と称される。複数の油圧アクチェータを作動させるとき最高負荷圧力に応じて作動する圧力補償弁と称される切換弁が各アクチュエータ毎に配置され、この切換弁は低負荷側の油圧アクチュエータを最高負荷圧力にまで昇圧させ、更にポンプ吐出圧力は複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧より高い圧力に制御されるので、各油圧アクチュエータに所定値の圧油の供給が可能となり、必要な圧油のみを供給することで、近年、省エネルギーの制御方式として注目されている。

また、ロードセンシング方式の油圧制御装置の利点は、油圧アクチュエータの負荷圧力すなわち、油圧アクチュエータの駆動圧力が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又は新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分できることにある。

ロードセンシング制御方式の油圧制御弁内に配設された前記圧力補償弁に関し、特許第３６０４５５７号では、その図８に示された従来技術の問題点として、段落０００８〜００１１において、「すなわち、前記従来技術においては、全て油圧ポンプの供給通路とシリンダポートの間において、圧力補償弁が設けられており、かつこれらの圧力補償弁は、加圧流体が作用しない状態では、前述した油圧ポンプの供給通路からシリンダポートへ圧油を供給する通路を遮断するように、ばね力を作用させている。従って、切換スプールが操作され、圧油がシリンダポートへ流入する際には、常にばね力に対向して前記圧力補償弁を開口させなければならない。また、前記圧力補償弁としての機能を持たせるためには、前記ばね力は、微弱ではない値を有しており、従って常にこのばね力に相当する圧力損失を伴うことから、省エネルギー上において問題がある。さらに、前記図８に示す構成からなる油圧制御弁において、プランジャの背室は、適宜絞りを介してタンク回路に接続されているが、切換スプールが非作動状態では、前記圧力補償弁は油圧ポンプの供給通路からシリンダポートへ圧油を供給する通路を遮断している。従って、この油圧制御弁が寒冷地等で使用される際には、作動油の粘度が非常に高い状態で急始動される場合において、前記圧力補償弁の弁室内の作動油は前記絞りを経て外部へ排出されるので、この排出に際して多少の時間を要するため、前記圧力補償弁としてのプランジャが移動してその前後の通路が開口するには、応答遅れが発生する惧れがある。なお、この場合、前記絞りの開度を大きく設定すれば、応答性は改善されるが、前記圧力補償弁に十分な性能を維持させるためには、前記絞りからの排出油が多くなり、システムとしての省エネルギー上において問題がある。しかも、２つのスプールを同時操作する場合には、全ての圧力補償弁が、閉鎖位置と開放位置の中間位置で、それぞれ平衡しなければならないため、相互の影響を受け易く、安定性に対して十分な配慮をする必要がある。」と記載されている。

こうした問題点を解消する課題解決手段として、前記特許の段落００１４には、同特許の図１に典型的に示されるように、「前記目的を達成するため、本発明に係る油圧制御装置は、バルブボディ内に複数の切換スプールと、これら切換スプールの少なくとも一部に対応して逆止弁とを設け、各切換弁に対して共通の圧油供給通路からの圧油を、前記切換スプールの移動によって、この切換スプールが中立位置にある時は閉鎖状態に維持し、中立からの移動に従い開度の調整される前記切換スプールの開口部を介してシリンダポートに供給するように構成すると共に、前記切換スプールの開口部とシリンダポートとの間に前記逆止弁を配置してなる油圧制御装置であって、前記各切換スプールの開口部とシリンダポートとの間に、その間の通路の開度を調整する流量調整手段をそれぞれ設けると共に、これらの流量調整手段を相互に連通接続する連通路を設け、前記各流量調整手段にばね力を作用させて、切換スプールが中立位置にある場合、あるいは単独操作した場合、および複数の切換スプールを同時操作したときに、一方の切換スプールの開口部とシリンダポート間の第１の圧力が、同時操作された他方の切換スプールの開口部とシリンダポート間の第２の圧力より高い場合または等しい場合には、前記切換スプールの開口部とシリンダポートとの間の通路の開度を最大に維持し、前記第１の圧力が同時操作された他方の切換スプールの第２の圧力より低い場合には、前記第２の圧力が前記連通路を介して一方の切換スプールの流量調整手段に対して前記ばね力および第１の圧力に対向して作用し、前記一方の切換スプールの通路の開度を閉方向に調整するように構成する油圧制御装置において、前記各流量調整手段は、その一方を各切換スプールの開口部とシリンダポートとの間に形成した前室に開口すると共に、他方をそれぞれ独立した背室に開口してなるスプールからなり、前記各前室をこの前室への圧油の流れが阻止される向きに設けた逆止弁を介して各連通路および背室に連通接続し、背室には前記スプールを前記切換スプールの開口部とシリンダポートとの間の通路の開度を開放する向きに作用するばね手段を設けた構成とすることができる。」ことが記載されている（特許文献１）。

一方、ロードセンシング方式の油圧制御弁内に配設された前記圧力補償弁に関し、特許第３７３１１４６号では、同特許の図１に示されるように、圧力補償弁機能を有する流量調整手段２５をメータアウト側に配設し、例えば、切換スプール１３が右方にストロークした状態で、連通路３７からの圧油によりスプール２６の開度Ａが遮断状態のとき、戻り側のポート１２ｂの圧油は圧力補償通路１９へ流れることなく、ノッチ２４ｂからタンクポート２０ｂに至ることが示されている（特許文献２）。

特許文献１では、その図１に示されるように、油圧回路構成上、通路３９は完全に遮断されないことを条件としており、また、逆止弁４４は２個設ける必要があり制御弁の構造がそれだけ複雑である。

ところで、油圧作動の建設機械、例えば油圧ショベルにおいて、ポンプ吐出流量と圧力はポンプを駆動しているエンジンに対しエンストを防止する為エンジンの馬力を超えないように設定されており、圧力が高くなるにつれて流量を減らす構造となっており、ロードセンシング方式を採用した場合、複数の油圧アクチュエータを作動させたときにポンプ吐出圧力は、常に最高負荷圧力で作動する。仮に一つの油圧アクチュエータを駆動するシリンダのピストンがストロークエンドに達したときポンプは更に昇圧させようとし、システム最高圧力となってリリーフ弁が作動し、他の油圧アクチェータの速度が急激に減少することになる。このことは生産性（作業効率）や省エネルギー性の観点からは非常にマイナスである。

また、建設機械では、油圧アクチュエータとして、種々の作業を遂行するため、様々な作業ツール、アタッチメントを取り付けることが求められ、例えばブレーカのように油圧制御弁に対し戻り側の圧油が存在しない作業ツールを一時的に取付けることもある。このような場合には、特許文献２に開示される方式ではメータアウト方式のため対応できないという問題がある。

特許第３６０４５５７号公報 特許第３７３１１４６号公報

本願の発明者等は上記課題を解決せんとして鋭意研究・努力した結果、ロードセンシング制御方式を採用し、メータイン側に配置され最高負荷圧に応じて作動する圧力補償弁を通過する通路に加え、当該圧力補償弁をバイパスする通路を、油圧制御弁の主スプール外周部に設けることで前記問題が基本的に解決できることを見出した。

従って、本発明の目的は、メータイン側に圧力補償弁を配置したロードセンシング制御方式を採用し、特に重負荷と軽負荷とを同時に操作した場合に速度の低下を招かず省エネルギーに配慮し、更に良好な操作性を得られる建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明による建設機械の油圧制御装置は、圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁をロードセンシング装置により制御すると共に前記油圧制御弁にはメータイン側の圧力補償弁を配置した建設機械の油圧制御装置であって、前記油圧制御弁には、前記ポンプからの圧油を当該油圧制御弁の弁本体内に導くポンプポートと、前記ポンプポートに所定間隔を設けて隣接され、前記主スプールの所定量移動により前記ポンプポートと連通すると共に前記ロードセンシング装置の一側に接続された検出ポートと、前記ポンプポートおよび検出ポートに臨み前記弁本体内に摺動可能に配設した主スプールと、前記主スプールのストロークに応じて逆止弁を介し各シリンダポートに連通する第１の圧油供給路と、前記検出ポートと逆止弁との間に形成され前記圧力補償弁がその途中に配設された第２の圧油供給路とを備え、さらに、前記第２の圧油供給路には、前記ロードセンシング装置で検出された最高負荷圧に応じて作動する前記圧力補償弁を通過する第１通路に加え、前記主スプール外周に当該圧力補償弁をバイパスする第２通路を前記主スプールのストロークに応じその開度が変更可能とするように、前記主スプール外周部に４つの等配状の溝を設け、この溝のうちの一組の溝は前記主スプールが一方の軸方向へ移動するにつれて前記検出ポートと第一の圧油供給路と連通接続する場合に対して設けられ、残る一組の溝は前記主スプールが前記軸方向と逆方向へ移動するにつれて前記検出ポートと第一の圧油供給路と連通接続する場合に対して設けられることで、前記最高負荷圧力により前記圧力補償弁の第１通路が閉じても前記第２通路をバイパスして前記第１の圧油供給路を介して前記シリンダポートへ圧油を供給するよう構成する。

その場合前記第１の圧油供給路は単一の逆止弁を設ける構成とすることができる。

またその場合、前記ポンプは、ロードセンシングにより検出された最高負荷圧により制御される流量調整機構を備えた可変容量型ポンプで構成されることが好ましい。

本発明による建設機械の油圧制御装置によれば、圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁をロードセンシング装置により制御すると共に前記油圧制御弁にはメータイン側の圧力補償弁を配置した建設機械の油圧制御装置であって、前記油圧制御弁には、前記ポンプからの圧油を当該油圧制御弁の弁本体内に導くポンプポートと、前記ポンプポートに所定間隔を設けて隣接され、前記主スプールの所定量移動により前記ポンプポートと連通すると共に前記ロードセンシング装置の一側に接続された検出ポートと、前記ポンプポートおよび検出ポートに臨み前記弁本体内に摺動可能に配設した主スプールと、前記主スプールのストロークに応じて逆止弁を介し各シリンダポートに連通する第１の圧油供給路と、前記検出ポートと逆止弁との間に形成され前記圧力補償弁がその途中に配設された第２の圧油供給路とを備え、さらに、前記第２の圧油供給路には、前記ロードセンシング装置で検出された最高負荷圧に応じて作動する前記圧力補償弁を通過する第１通路に加え、前記主スプール外周に当該圧力補償弁をバイパスする第２通路を前記主スプールのストロークに応じその開度が変更可能とするように設けるよう構成したので、前記最高負荷圧力により前記圧力補償弁の第１通路が閉じても前記第２通路をバイパスして前記第１の圧油供給路を介して前記シリンダポートへ圧油を供給することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１乃至図４を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される建設機械として代表的な油圧ショベルの概略構成を示す。同図１において、油圧ショベル１０は、油圧モータにより駆動される下部走行体３０の上に旋回機構２８を介して上部旋回体１２が旋回自在に載置されている。上部旋回体１２には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１６が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１６の先端にアーム２０が上下回動自在に取り付けられ、更にアーム２０の先端にバケット２４が取り付けられている。参照符号２６はブーム用の油圧シリンダ、１８はアーム用の油圧シリンダ、２２はバケット用の油圧シリンダである。なお、図示してないが、上部旋回体１２内には原動機と、同原動機により駆動される可変容量型ポンプが搭載され、その斜板の転動角をロードセンシング信号により制御する流量調整機構を備えている。また、油圧アクチュエータである、前記の下部走行体３０および上部旋回体１２用の油圧モータ、ブーム用の油圧シリンダ２６、アーム用の油圧シリンダ１８、バケット用の油圧シリンダ２２にそれぞれ対応した油圧制御弁が多連弁として積層されて配置されている。

図２は、ロードセンシング制御方式を採用する油圧制御装置の多連弁に使用される本発明の油圧制御弁ＣＶの詳細断面を示す。図３は、図２の油圧制御弁ＣＶの油圧回路図であって、図２に示される各要素に対応する部分には同一符号が記載されている。

図２において、油圧制御弁ＣＶのシリンダポートＰＡ、ＰＢには油圧ショベル１０の中の１つの油圧アクチュエータ３２がライン３２ａ、３２ｂを介して接続されている。油圧制御弁ＣＶの弁本体３４の中央部分には、両端部に圧油信号入力ポートａ、ｂを有し左右方向に摺動可能な主スプール３６が設けられている。参照符号３８ａ、３８ｂはリリーフ弁であってシリンダポートＰＡ、ＰＢとの間を接続する流路ＰＡ１、ＰＢ１が設けられている。さらに、リリーフ弁３８ａからの排出油は通路３８ｄを介してタンクポート６４へ与えられる。同様に、リリーフ弁３８ｂからの排出油は通路３８ｅを介してタンクポート６０へ与えられる。参照符号４０はロードチェック部であって、弁本体３４に固定したキャップ４０ａの内側に形成された下方開口部にはバネ６８が設けられ、端部に弁体シート部を有する逆止弁６６を下方に付勢するよう配置されている。

参照符号４２、４４は圧油供給路５８からの圧油により逆止弁６６が上昇したとき圧油供給路５８の圧油を、矢視ハ、ニで示すように、通路６２ａへ、または６２ｂへ導く圧油供給路である。参照符号４６は圧油供給ポートであって、その右方には所定間隔を隔てて隣接する検出ポート４８が形成され、主スプール３６が右方へストローク移動したとき、矢視イで示すように、圧油供給ポート４６から圧油が供給される。前記検出ポート４８の下端部にはロードセンシング部５２が設けられその一側５２ａに臨んでいる。ロードセンシング部５２の他側の通路５２ｂには、この油圧制御弁ＣＶ以外の他の油圧制御弁（図３でＣＶＧとして示す）の中で最も高い負荷圧である最高負荷圧が常時与えられるようになっている。

さらに、検出ポート４８にはロードセンシング部５２の手前側において圧力補償弁５４のスプール５４ａの左方部分が交差するよう配置されている。圧力補償弁５４のスプール５４ａの左端部にはバネ５４ｄが配置されスプール５４ａを常時右方へ付勢している。通路５２ｂと連通している通路５６上の最高負荷圧はスプール５４ａの右端部側に与えられている。この圧力が前記バネ５４ｄの弾発力より小さいときはスプール５４ａは図示のように右端側に位置しており、矢視ロで示すように、その径小部の通路５４ｃを介して前記圧油供給路５８の下方側に連通接続されるようになっている。なお、参照符号５４ｂは弁本体に固定されたキャップである。

参照符号５０は、前記検出ポート４８と圧油供給路５８に臨んでいる主スプール３６外周部に形成したバイパスである。すなわち、通路５６から与えられる最高負荷圧が、前記バネ５４ｄの弾発力（および、油圧シリンダ３２を駆動するため主スプール３６をＹ方向へ移動させて検出ポート４８から通路５４ｃに与えられる供給圧油に基づくスプール５４ａに対する右方への付勢力）より優勢となった場合、同スプール５４ａは左方へ移動し、通路５４ｃが遮断状態となる。なお、主スプール３６が中立位置の場合は前記通路５４ｃに与えられる供給圧油はないが遮断状態となる。このような遮断状態において、圧油を検出ポート４８から圧油供給路５８へ供給するために主スプール３６が所定量移動したとき前記バイパス５０を介して検出ポート４８と圧油供給路５８とが連通接続される。

前記圧力補償弁５４の油圧シリンダ３２に対する配置は、図示のように、圧油を供給する側すなわち、メータイン側に配置されている。

なお、前記通路４２、４４、６２ａ、６２ｂおよび圧油供給路５８は本発明における第１の圧油供給路を構成しており、また圧油供給ポート４６、検出ポート４８および通路５４ｃ、バイパス５０は本発明における第２の圧油供給路を構成している。

図３は、前述のように、図２に示された油圧制御弁ＣＶの油圧回路図であって、実線で囲まれた部分が対応している。上下方向の破線はロードセンシングラインである。参照符号３６Ｖは主スプール３６に関わる切換弁を示す。鎖線で囲まれた部分ＣＶＧは他の多連制御弁群を示しており、その内部には油圧制御弁ＣＶのタンクラインＴＬ、圧油供給ラインＰＬが延長接続されていることを示す。参照符号１００は可変容量型ポンプであって油圧制御弁ＣＶの圧油供給ポートＰに圧油が供給されている。同ポンプ１００はガソリンエンジン等の原動機１０４で所定回転数に駆動されており、その斜板の転動角は流量調整機構１０２によって制御される。同流量調整機構１０２には最高負荷圧を示すロードセンシングラインＬＳＬが入力されている。

ここで、図２の油圧制御弁ＣＶに対応する油圧シリンダ３２が軽負荷の状態で駆動しているものとし、その状態で図３の他の油圧制御弁群ＣＶＧの１つの油圧制御弁に対応する油圧アクチュエータが重負荷状態で駆動し始めると、図２の油圧制御弁ＣＶのロードセンシング部５２の通路５６には前記重負荷に対応する最高負荷圧が作用し、通路５４ｃを遮断する。バイパス５０がない場合には、それまで油圧シリンダ３２に対し、矢視イ、ロ、ハ、ニで示すように、圧油が供給されていたが前記遮断により圧油の供給が停止するが、バイパス５０を設けたことで油圧シリンダ３２への圧油の供給が行われる。

また、図２において、油圧シリンダ３２に代えてブレーカ等の戻り油を発生しない油圧アクチュエータを取付けた場合でも、圧力補償弁５４がメータイン側に設けられているので、戻り油の有無に関係せず圧油を供給することができる。

図４は、図３のＺ方向側上方からみた斜視図であって、前記バイパス５０を形成している主スプール３６の外周部に形成された４つの等配状の溝を示す。同図で上下の溝５０ａ、５０ａは、主スプール３６が右方へ移動するにつれ検出ポート４８と圧油供給路５８とが連通接続される場合に対応して設けられ、また、左右の溝５０ｂ、５０ｂは、主スプール３６が左方へ移動するにつれ検出ポート４８と圧油供給路５８とが連通接続される場合に対応して設けられている。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明の精神は、これらに限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。上述した好適な実施例では多連弁は全て図３に例示した油圧回路を有するものとして説明したが、例えば特許文献１、２に示す構成の油圧制御弁を多連弁の一部として組み込むことを排除するものではない。

本発明が適用される建設機械として代表的な油圧ショベルの概略構成を示す。 ロードセンシング制御方式を採用する油圧制御装置の多連弁に使用される本発明の油圧制御弁の詳細断面を示す図である。 図２に示す油圧制御弁の油圧回路図である。 図２のＺ方向側上方からみた斜視図であって、バイパスを形成している主スプール外周部に形成された４つの等配状の溝を示す図である。

符号の説明

１０ 油圧ショベル
１２ 上部旋回体
１４ キャブ
１６ ブーム
１８ アーム用シリンダ
２０ アーム
２２ バケット用シリンダ
２４ バケット
２６ ブーム用シリンダ
２８ 旋回機構
３０ 下部走行体
３２ 油圧シリンダ
３２ａ、３２ｂ ライン
３４ 弁本体
３６ 主スプール
３６Ｖ 切換弁
３８ａ、３８ｂ リリーフ弁
３８ｄ、３８ｅ 通路
４０ ロードチェック部
４２、４４ 圧油供給路
４６ 圧油供給ポート
４８ 検出ポート
５０ バイパス
５０ａ、５０ｂ 溝
５２ ロードセンシング部
５２ａ 一側
５２ｂ 他側
５４ 圧力補償弁
５４ａ スプール
５４ｂ キャップ
５４ｃ 通路
５４ｄ バネ
５６ 通路
５８ 圧油供給路
６０、６４ タンクポート
６２ａ、６２ｂ 通路
６６ 逆止弁
６８ バネ
１００ 可変容量型ポンプ
１０２ 流量調整機構
１０４ 原動機

Claims (3)

1. 圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁をロードセンシング装置により制御すると共に前記油圧制御弁にはメータイン側の圧力補償弁を配置した建設機械の油圧制御装置であって、
   前記油圧制御弁には、
   前記ポンプからの圧油を当該油圧制御弁の弁本体内に導くポンプポートと、
   前記ポンプポートに所定間隔を設けて隣接され、前記主スプールの所定量移動により前記ポンプポートと連通すると共に前記ロードセンシング装置の一側に接続された検出ポートと、
   前記ポンプポートおよび検出ポートに臨み前記弁本体内に摺動可能に配設した主スプールと、
   前記主スプールのストロークに応じて逆止弁を介し各シリンダポートに連通する第１の圧油供給路と、
   前記検出ポートと逆止弁との間に形成され前記圧力補償弁がその途中に配設された第２の圧油供給路とを備え、
   さらに、前記第２の圧油供給路には、
   前記ロードセンシング装置で検出された最高負荷圧に応じて作動する前記圧力補償弁を通過する第１通路に加え、
   前記主スプール外周に当該圧力補償弁をバイパスする第２通路を前記主スプールのストロークに応じその開度が変更可能とするように、
   前記主スプール外周部に４つの等配状の溝を設け、この溝のうちの一組の溝は前記主スプールが一方の軸方向へ移動するにつれて前記検出ポートと第一の圧油供給路と連通接続する場合に対して設けられ、
   残る一組の溝は前記主スプールが前記軸方向と逆方向へ移動するにつれて前記検出ポートと第一の圧油供給路と連通接続する場合に対して設けられることで、
   前記最高負荷圧力により前記圧力補償弁の第１通路が閉じても前記第２通路をバイパスして前記第１の圧油供給路を介して前記シリンダポートへ圧油を供給するよう構成した前記建設機械の油圧制御装置。
2. 前記第１の圧油供給路は単一の逆止弁を設ける構成としたことを特徴とする請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
3. 前記ポンプは、ロードセンシングにより検出された最高負荷圧により制御される流量調整機構を備えた可変容量型ポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載された建設機械の油圧制御装置。

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