JP5184299B2 - 流体圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機器を制御する流体圧制御装置に関するものである。

油圧作業機器を制御する油圧制御装置として、特許文献１には、ポンプＰから供給される作動油によって伸縮しアームＡを駆動するシリンダ３と、シリンダ３に対する作動油の給排を切り換えシリンダ３の伸縮動作を制御するコントロールバルブ２と、コントロールバルブ２を中立位置に保ったときに負荷圧が作用するシリンダ３の負荷側圧力室３ａとコントロールバルブ２との間に介装される負荷保持機構Ｆとを備えるものが開示されている。

負荷保持機構Ｆは、パイロットチェック弁７と、パイロットチェック弁７の作動を切り換えるパイロット切換弁１９とを備える。

パイロット切換弁１９のスプール４１は、パイロット室１９ａに収装されパイロット圧が作用するサブスプール４９の推力によって移動する。

また、負荷側圧力室３ａの圧力が所定圧力に達した場合には、サブリリーフ弁２１が開き、パイロット室１９ａに作動油が導かれ、パイロット切換弁１９のスプール４１が移動し、負荷側圧力室３ａの圧力を逃がすべくパイロットチェック弁７が開となる。サブリリーフ弁２１を通じてパイロット室１９ａに導かれる作動油は、パイロット切換弁１９のスプール４１とサブスプール４９との間に導かれる。
特開２００４−１３２４１１号公報

シリンダ３を低速で伸長動作させアームＡを動作させる場合、つまり負荷を低速で下降させる場合には、負荷側圧力室３ａから排出される作動油の流量はコントロールバルブ２によって絞られるため、回路内の圧力が上昇する。この状態で、例えば、バケットが障害物に引っ掛かったような場合には、さらに回路内の圧力が上昇し、サブリリーフ弁２１が開となってしまう場合がある。

ここで、サブリリーフ弁２１を通じてパイロット室１９ａに導かれる作動油は、パイロット切換弁１９のスプール４１とサブスプール４９との間に導かれ、パイロット切換弁１９のスプール４１を移動させるためのサブスプール４９の推力を打ち消すように作用することになる。

したがって、バケットが障害物に引っ掛かった状態で、シリンダ３を伸長動作させるべくパイロットバルブのレバーを操作してパイロット圧を大きくしても、サブリリーフ弁２１が開となってしまった状態では、シリンダ３の伸長速度は思うように速くならない。

また、スプール４１の油漏れを防止するためにスプール４１外周にシール部材を設ける場合には、スプール４１の摺動抵抗が大きくなるため、サブスプール４９の推力を大きくすべくサブスプール４９の径は大きく形成される。しかし、サブスプール４９の径が大きい場合には、サブリリーフ弁２１を通じてパイロット室１９ａに導かれる作動油のサブスプール４９に作用する受圧面積が大きくなるため、サブスプール４９の推力を打ち消す力はより大きくなってしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、負荷を下降させる際にリリーフ弁が開となってもメータアウト制御弁の制御を良好に行うことができる流体圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、前記制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するパイロット弁と、前記制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、前記メイン通路に介装された負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置において、前記負荷保持機構は、前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容すると共に、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して常時導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁と、前記負荷側圧力室の作動流体を前記オペレートチェック弁をバイパスして前記メイン通路へと導くバイパス通路と、前記背圧室の作動流体を前記メイン通路へと導く背圧通路と、前記バイパス通路及び前記背圧通路に介装され、前記パイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、負荷を上昇させる際には流れを遮断し、負荷を下降させる際にはメータアウト側の作動流体の流れを制御するメータアウト制御弁と、前記負荷側圧力室の圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動流体の通過を許容し、前記負荷側圧力室の作動流体を逃がすリリーフ弁と、を備え、前記メータアウト制御弁は、前記バイパス通路及び前記背圧通路に対する前記メイン通路の連通を切り換えるスプールと、前記パイロット弁を通じて前記パイロット圧が供給されると共に、前記リリーフ弁を通過した作動流体が導かれるパイロット室と、前記スプールに対峙して前記パイロット室に収装され、前記パイロット圧によって前記スプールを移動させるピストンと、を備え、前記ピストンは、前記パイロット圧が作用する第１ピストンと、前記第１ピストンと前記スプールの双方に対峙する第２ピストンと、を備え、前記第１ピストン及び前記第２ピストンのいずれかは、双方の本体部と比較して小径な小径部を備え、前記第１ピストンと前記第２ピストンは、前記小径部を介して当接可能であり、前記リリーフ弁を通過した作動流体は、前記小径部の周囲に導かれることを特徴とする。

本発明によれば、パイロット圧によってスプールを移動させるピストンは第１ピストンと第２ピストンとを備え、リリーフ弁を通過した作動流体は第１ピストンと第２ピストンの間に導かれるため、負荷を下降させる際にリリーフ弁が開となった場合には、スプールは、パイロット圧が作用する第１ピストンの推力と、リリーフ弁を通過する作動油の圧力が作用する第２ピストンの推力とを受けることになる。したがって、負荷を下降させる際にリリーフ弁が開となった場合でも、メータアウト制御弁の制御を良好に行うことができる。

図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態の流体圧制御装置について説明する。

流体圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施の形態では、図１に示す油圧ショベルのアーム（負荷）１を駆動するシリンダ２の伸縮動作を制御する場合について説明する。

まず、図２を参照して、油圧制御装置の油圧回路について説明する。図２は油圧制御装置の油圧回路図である。

シリンダ２は、シリンダ２内を摺動自在に移動するピストンロッド３によって、ロッド側圧力室２ａと反ロッド側圧力室２ｂとに画成される。

油圧ショベルにはエンジン（図示せず）が搭載され、そのエンジンに油圧源であるポンプ４及びパイロットポンプ５が接続される。

ポンプ４から吐出された作動油（作動流体）は、シリンダ２に対する作動流体の給排を切り換える制御弁６に供給される。

制御弁６とシリンダ２のロッド側圧力室２ａとは第１メイン通路７によって接続され、制御弁６とシリンダ２の反ロッド側圧力室２ｂとは第２メイン通路８によって接続される。

制御弁６は、油圧ショベルの乗務員が操作レバー１０を手動操作することによって、パイロットポンプ５からパイロット弁９を通じてパイロット室６ａ，６ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。

具体的には、パイロット室６ａにパイロット圧が供給された場合には、制御弁６は位置ａに切り換わり、ポンプ４から第１メイン通路７を介してロッド側圧力室２ａに作動油が供給されると共に、反ロッド側圧力室２ｂの作動油が第２メイン通路８を介してタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は収縮動作し、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。

また、パイロット室６ｂにパイロット圧が供給された場合には、制御弁６は位置ｂに切り換わり、ポンプ４から第２メイン通路８を介して反ロッド側圧力室２ｂに作動油が供給されると共に、ロッド側圧力室２ａの作動油が第１メイン通路７を介してタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は伸長動作し、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。

また、パイロット室６ａ，６ｂにパイロット圧が供給されない場合には、制御弁６は位置ｃに切り換わり、シリンダ２に対する作動油の給排が遮断され、アーム１は停止した状態を保つ。

このように、制御弁６は、シリンダ２を収縮動作させる収縮位置ａ、シリンダ２を伸長動作させる伸長位置ｂ、及びシリンダ２の負荷を保持する遮断位置ｃの３つの切り替え位置を備える。

ここで、図１に示すように、バケット１３を持ち上げた状態で、制御弁６を遮断位置ｃに切り換えアーム１の動きを止めた場合、バケット１３とアーム１等の自重によって、シリンダ２には伸長する方向の力が作用する。このように、アーム１を駆動するシリンダ２においては、ロッド側圧力室２ａが、制御弁６が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。ここで、負荷の下降とは、負荷側圧力室が収縮する方向への移動を指し、負荷の上昇とは、負荷側圧力室が拡張する方向への移動を指す。

なお、ブーム１４を駆動するシリンダ１５においては、反ロッド側圧力室１５ｂが負荷側圧力室となる。

負荷側であるロッド側圧力室２ａに接続された第１メイン通路７には、負荷保持機構２０が介装される。負荷保持機構２０は、制御弁６が遮断位置ｃの場合に、ロッド側圧力室２ａの負荷圧を保持するものであり、図１に示すように、シリンダ２の表面に固定される。

負荷保持機構２０は、第１メイン通路７に介装されたオペレートチェック弁２１と、シリンダ２を伸長動作させアーム１を下降させる際に、メータアウト側となる第１メイン通路７の作動油の流れを制御するメータアウト制御弁２２とを備える。

オペレートチェック弁２１は、第１メイン通路７を開閉する弁体２４と、弁体２４の背面に画成された背圧室２５と、弁体２４に形成されロッド側圧力室２ａの作動油を背圧室２５へと常時導く絞り通路２６とを備える。

第１メイン通路７は、弁体２４によって、ロッド側圧力室２ａとオペレートチェック弁２１とをつなぐシリンダ側第１メイン通路７ａと、オペレートチェック弁２１と制御弁６とをつなぐ制御弁側第１メイン通路７ｂとに分けられる。

弁体２４には、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が作用する第１受圧面２４ａと、シリンダ側第１メイン通路７ａを通じてロッド側圧力室２ａ側の圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。

背圧室２５には、弁体２４を閉弁方向へと付勢するスプリング２７が収装される。このように、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とは、弁体２４を弁座２８に着座させるように作用する。

弁体２４が弁座２８に着座した状態は、オペレートチェック弁２１が、ロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを遮断する逆止弁としての機能を発揮している状態である。つまり、オペレートチェック弁２１は、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れを防止して負荷圧を保持し、アーム１の停止状態を保持する。

また、負荷保持機構２０は、ロッド側圧力室２ａの作動油をオペレートチェック弁２１をバイパスして第１メイン通路７へと導くバイパス通路３０と、背圧室２５の作動油を第１メイン通路７へと導く背圧通路３１とを備える。

メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０及び背圧通路３１に介装され、パイロット弁９を通じてパイロット室２３に供給されるパイロット圧によって制御弁６と連動して動作し、バイパス通路３０及び背圧通路３１に対する制御弁側第１メイン通路７ｂの連通を切り換える。

メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０に連通する第１供給ポート３２、背圧通路３１に連通する第２供給ポート３３、及び制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４の３つのポートを備える。

また、メータアウト制御弁２２は、遮断位置ｘ、第１連通位置ｙ、第２連通位置ｚの３つの切り換え位置を備える。

パイロット室２３には、制御弁６のパイロット室６ｂにパイロット圧を供給したときに、同時に同じ圧力のパイロット圧が供給される。つまり、制御弁６を伸長位置ｂに切り換えた場合に、メータアウト制御弁２２も第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換えられる。

具体的に説明すると、パイロット室２３にパイロット圧が供給されない場合には、スプリング３６の付勢力によって、メータアウト制御弁２２は遮断位置ｘを保つ。遮断位置ｘでは、第１供給ポート３２及び第２供給ポート３３の双方が遮断される。

パイロット室２３に所定圧力未満のパイロット圧が供給された場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。第１連通位置ｙでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通する。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油はバイパス通路３０から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。このとき、絞り３７によって作動油の流れに抵抗が付与される。なお、第２供給ポート３３は遮断された状態を保つ。

パイロット室２３に所定圧力以上のパイロット圧が供給された場合には、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。第２連通位置ｚでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通すると共に、第２供給ポート３３も排出ポート３４と連通する。これにより、背圧室２５の作動油は背圧通路３１から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。

バイパス通路３０におけるメータアウト制御弁２２の上流には、リリーフ通路４０が分岐して接続される。リリーフ通路４０には、ロッド側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動油の通過を許容し、ロッド側圧力室２ａの作動油を逃がすリリーフ弁４１が介装される。リリーフ弁４１を通過した作動油は、排出通路７６を通じてタンクＴへ排出される。排出通路７６にはオリフィス４２が介装され、オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２３に導かれる。このように、リリーフ弁４１を通過した作動油はパイロット室２３に導かれ、その圧力によってメータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わるように設定される。

また、制御弁側第１メイン通路７ｂには第１メインリリーフ弁４３が接続され、第２メイン通路８には第２メインリリーフ弁４４が接続される。第１メインリリーフ弁４３，第２メインリリーフ弁４４は、アーム１に大きな外力が作用したときに、シリンダ２のロッド側圧力室２ａ，反ロッド側圧力室２ｂに生じる高圧を逃がすためのものである。

次に、主に図３及び図４を参照して、負荷保持機構２０の構成について具体的に説明する。図３及び図４は、油圧制御装置における負荷保持機構２０の断面図である。なお、図３及び図４において、図２で示した符号と同一の符号を付したものは、図２で示した構成と同じ構成のものである。

負荷保持機構２０は、オペレートチェック弁２１、メータアウト制御弁２２、及びリリーフ弁４１を組み込んだボディ６０を備える。

ボディ６０には摺動孔５２（図３参照）が形成され、摺動孔５２には弁体２４が摺動自在に組み込まれる。弁体２４には、制御弁６に連通する制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が作用する第１受圧面２４ａと、ロッド側圧力室２ａに連通するシリンダ側第１メイン通路７ａの圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。

摺動孔５２の開口端はバネ受部材５３によって閉塞され、バネ受部材５３と弁体２４との間で背圧室２５が画成される。背圧室２５内には、弁体２４を閉弁方向へと付勢するスプリング２７が収装される。弁体２４には、ロッド側圧力室２ａの作動油を背圧室２５へと常時導く絞り通路２６が形成される。これにより、弁体２４の背面には背圧室２５の圧力が作用し、弁体２４には閉弁方向の力が作用する。

背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とによって、弁体２４が弁座２８に着座した状態では、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとの連通が遮断される。

また、ボディ６０には、シリンダ側第１メイン通路７ａに連通し、ロッド側圧力室２ａの作動油が導かれるバイパス通路３０（図４参照）が形成される。

ボディ６０にはスプール孔６０ａが形成され、スプール孔６０ａの内周には略円筒形状のスリーブ６１が挿入される。そして、スリーブ６１の内周には、メータアウト制御弁２２のスプール５６が摺動自在に組み込まれる。

スプール５６の一端部の側方には、キャップ５７によって閉塞されたスプリング室５４が画成される。スプリング室５４には、スプール５６の一端部を付勢するスプリング３６が収装される。なお、スプリング室５４は、図示しない通路を介してタンクＴに連通している。

また、スプール５６の他端部の側方には、キャップ５８によって閉塞されたパイロット室２３が画成される。パイロット室２３は、キャップ５８の円筒部５８ａの中空部と、ボディ６０にスプール孔６０ａと連通して形成されたピストン孔６０ｂとから構成される。パイロット室２３には、キャップ５８の頭部５８ｂに形成された貫通孔５８ｃを通じてパイロット圧が供給される。

パイロット室２３には、背面にパイロット圧が作用すると共に、先端面がスプール５６の他端部に対峙するピストン５９が摺動自在に収装される。

ピストン５９は、キャップ５８の円筒部５８ａ内に摺動自在に収装され、パイロット圧が作用する第１ピストン５０と、ピストン孔６０ｂに摺動自在に収装され、第１ピストン５０とスプール５６の双方に対峙する第２ピストン５１とを備える。このように、ピストン５９は、第１ピストン５０と第２ピストン５１とに分割して構成される。

第１ピストン５０は、背面にパイロット圧が作用する本体部５０Ａと、第２ピストン５１に対峙し、本体部５０Ａと比較して小径な小径部５０Ｂとを備える。

第２ピストン５１は、背面に第１ピストン５０の小径部５０Ｂが当接可能な本体部５１Ａと、スプール５６に対峙し、本体部５１Ａと比較して小径な小径部５１Ｂとを備える。このように、第１ピストン５０と第２ピストン５１は、第１ピストン５０の小径部５０Ｂを介して当接可能である。

第１ピストン５０の小径部５０Ｂは、第２ピストン５１の本体部５１Ａと比較しても小径である。また、第１ピストン５０の本体部５０Ａと第２ピストン５１の本体部５１Ａとは、互いに同一径に形成される。

第１ピストン５０の本体部５０Ａの背面にパイロット圧が作用することによって、第１ピストン５０は前進して、小径部５０Ｂの先端面が第２ピストン５１の背面に当接する。第２ピストン５１は、第１ピストン５０によって押圧されて前進し、スプール５６の他端部に当接してスプール５６を移動させる。このように、スプール５６は、第１ピストン５０に作用するパイロット圧に基づいて発生する第２ピストン５１の推力を受けて移動する。

なお、第１ピストン５０及び第２ピストン５１は、双方とも本体部５０Ａ，５１Ａと小径部５０Ｂ，５１Ｂとを備えるものであるため、双方を同一形状の部材にすることが可能となる。このように構成すれば、第１ピストン５０と第２ピストン５１を共通化することができるため、製造コストを抑えることができる。

また、小径部５０Ｂを、第１ピストン５０の本体部５０Ａに形成するのではなく、第２ピストン５１の本体部５１Ａの背面に形成するようにしてもよい。つまり、第２ピストン５１は、本体部５１Ａの両端にそれぞれ小径部５０Ｂ，５１Ｂが形成される構成とし、第１ピストン５０は本体部５０Ａのみから構成されるようにしてもよい。このように構成しても、第１ピストン５０と第２ピストン５１は、小径部５０Ｂを介して当接可能となる。

スプール５６は、一端部に作用するスプリング３６の付勢力と、他端部に作用するピストン５９の推力とのバランスした位置にて停止し、そのスプール５６の停止位置にてメータアウト制御弁２２の切り換え位置が設定される。

スリーブ６１には、バイパス通路３０に連通する第１供給ポート３２、背圧通路３１（図２参照）に連通する第２供給ポート３３、及び制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４の３つのポートが形成される。

スプール５６の外周面は部分的に環状に切り欠かれ、その切り欠かれた部分とスリーブ６１の内周面とで、第１圧力室６４、第２圧力室６５、第３圧力室６６、及び第４圧力室６７が形成される。

第１圧力室６４は、排出ポート３４に常時連通している。

第３圧力室６６は、第１供給ポート３２に常時連通すると共に、スプール５６のランド部７２外周に溝状に形成された複数の絞り３７によって第２圧力室６５に常時連通している。したがって、第２圧力室６５には、ロッド側圧力室２ａの作動油が、バイパス通路３０、第１供給ポート３２、第３圧力室６６、及び絞り３７を介して常時導かれる。

第４圧力室６７は、スプール５６に軸方向に形成された導圧通路６８を介して第２圧力室６５に常時連通している。

パイロット室２３にパイロット圧が供給されない場合には、スプリング３６の付勢力によってスプール５６に形成された弁体７０が、スリーブ６１の内周に形成された弁座７１に押し付けられ、第１圧力室６４と第２圧力室６５との連通が遮断される。したがって、第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通が遮断される。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油が排出ポート３４へと漏れることはなく、弁体７０によってロッド側圧力室２ａの負荷圧が保持される。この状態が、メータアウト制御弁２２の遮断位置ｘに相当する。

また、パイロット室２３にパイロット圧が供給され、スプール５６に作用するピストン５９の推力がスプリング３６の付勢力よりも大きくなった場合には、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して移動する。これにより、弁体７０が弁座７１から離れ、第１圧力室６４と第２圧力室６５とが連通し、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通する。第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通によって、ロッド側圧力室２ａの作動油が、絞り３７を介して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第１連通位置ｙに相当する。

また、パイロット室２３に供給されるパイロット圧が大きくなると、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗してさらに移動し、第２供給ポート３３に第４圧力室６７が連通する。これにより、第２供給ポート３３が、第４圧力室６７、導圧通路６８、第２圧力室６５、及び第１圧力室６４を介して排出ポート３４と連通する。第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通によって、背圧室２５の作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第２連通位置ｚに相当する。

ボディ６０には、第１供給ポート３２に連通するバルブ組付室７５（図４参照）が形成される。バルブ組付室７５にはリリーフ弁４１が収装され、リリーフ弁４１の開弁動作によって、ロッド側圧力室２ａは排出通路７６に接続される。排出通路７６には通過する作動油に対して抵抗を付与するオリフィス４２が介装され、オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２３に導かれる。

具体的には、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれる作動油は、第１ピストン５０と第２ピストン５１の間の領域に導かれる。したがって、第１ピストン５０と第２ピストン５１は互いに離れる方向に移動するため、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力は第２ピストン５１の背面全体に作用する。したがって、リリーフ弁４１の開弁動作時には、スプール５６は、第２ピストン５１の推力を受けてスプリング３６を圧縮する方向へと移動し、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わる。

なお、パイロット室２３における第２ピストン５１の先端側は、通路７７（図３参照）を介して排出通路７６におけるオリフィス４２の下流側に接続される。つまり、大気圧のタンクＴに接続される。したがって、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力に基づいて発生する第２ピストン５１の推力は、効率良くスプール５６に伝達される。

次に、油圧制御装置の動作について説明する。

制御弁６が遮断位置ｃの場合には、ポンプ４が吐出する作動油はシリンダ２に供給されない。また、このとき、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３にはパイロット圧が供給されないため、メータアウト制御弁２２も遮断位置ｘの状態となる。

このため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。ここで、弁体２４における閉弁方向の受圧面積（弁体２４の背面の面積）は、開弁方向の受圧面積である第２受圧面２４ｂの面積よりも大きいため、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とによって、弁体２４は弁座２８に着座した状態となる。このように、オペレートチェック弁２１によって、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れが防止され、アーム１の停止状態が保持される。

操作レバー１０を操作して、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ａへとパイロット圧を供給すると、制御弁６は、パイロット圧に応じた量だけ収縮位置ａへと切り換わる。制御弁６が収縮位置ａへと切り換わると、ポンプ４の吐出する作動油の圧力は、オペレートチェック弁２１の第１受圧面２４ａへと作用する。このとき、メータアウト制御弁２２は、パイロット室２３にパイロット圧が供給されず、遮断位置ｘの状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。このため、第１受圧面２４ａに作用する荷重が、背圧室２５の圧力による弁体２４の背面に作用する荷重とスプリング２７の付勢力との合計荷重よりも大きくなった場合には、弁体２４は弁座２８から離れる。このようにしてオペレートチェック弁２１が開弁すれば、ポンプ４から吐出する作動油は、ロッド側圧力室２ａに供給され、シリンダ２は収縮する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。

操作レバー１０を操作して、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ｂへとパイロット圧を供給すると、制御弁６は、パイロット圧に応じた量だけ伸長位置ｂへと切り換わる。また、これと同時に、パイロット室２３へもパイロット圧が供給されるため、メータアウト制御弁２２は、供給されるパイロット圧に応じて第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わる。

パイロット室２３に供給されるパイロット圧が所定圧力未満の場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通は遮断された状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５はロッド側圧力室２ａの圧力に維持され、オペレートチェック弁２１は閉弁状態となる。これにより、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとの連通は遮断される。

しかし、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通するため、ロッド側圧力室２ａの作動油は、バイパス通路３０から絞り３７を介して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。また、反ロッド側圧力室２ｂには、ポンプ４の吐出する作動油が供給されるため、シリンダ２は伸長する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。

ここで、メータアウト制御弁２２を第１連通位置ｙに切り換えるのは、バケット１３に取り付けた搬送物を、目的の位置に下ろすクレーン作業を行う場合が主である。クレーン作業では、シリンダ２を低速で伸長動作させてアーム１を矢印８１の方向へとゆっくりと下降させる必要があるため、制御弁６は、伸長位置ｂにわずかに切り換えられるだけである。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに供給される圧力は小さく、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３に供給されるパイロット圧は所定圧力未満となり、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙまでしか切り換わらない。したがって、ロッド側圧力室２ａの作動油は、絞り３７を介して排出されることになり、アーム１は、クレーン作業に適した低速で下降する。

また、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙの場合において、制御弁側第１メイン通路７ｂが破裂などして作動油が外部へと漏れるような事態が発生しても、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量は絞り３７によって規制されるため、バケット１３の落下速度は速くならない。このため、バケット１３が地面に落下する前に、メータアウト制御弁２２を遮断位置ｘに切り換えることができ、バケット１３の落下を防止することができる。

このように、絞り３７は、オペレートチェック弁２１の閉弁時におけるシリンダ２の下降速度を抑えると共に、制御弁側第１メイン通路７ｂの破裂時におけるバケット１３の落下速度を抑えるためのものである。

パイロット室２３に供給されるパイロット圧が所定圧力以上の場合には、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３が排出ポート３４と連通するため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５の作動油は、背圧通路３１から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。これにより、絞り通路２６の前後にて差圧が発生し、背圧室２５内の圧力が小さくなるため、弁体２４に作用する開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなり、弁体２４が弁座２８から離れ、オペレートチェック弁２１の逆止弁としての機能が解除される。

このように、オペレートチェック弁２１は、制御弁６からロッド側圧力室２ａへの作動油の流れを許容すると共に、背圧室２５の圧力に応じてロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを許容するように動作する。

オペレートチェック弁２１が開弁すると、ロッド側圧力室２ａの作動油は、第１メイン通路７を通り、タンクＴへと排出されるため、シリンダ２は素早く伸長する。つまり、メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えると、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量が多いため、反ロッド側圧力室２ｂに供給される作動油の流量が多くなり、シリンダ２の伸長速度は速くなる。これにより、アーム１は、矢印８１の方向へと素早く下降する。

このように、メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えるのは、掘削作業等を行う場合であり、制御弁６は、伸長位置ｂに大きく切り換えられる。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに供給される圧力は大きく、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３に供給されるパイロット圧は所定圧力以上となり、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚまで切り換わる。

制御弁６が遮断位置ｃに設定され、アーム１の動きが停止しているときに、アーム１に大きな外力が加わった場合には、シリンダ２のロッド側圧力室２ａ又は反ロッド側圧力室２ｂの圧力が上昇する。ロッド側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合には、リリーフ弁４１が開弁動作し、ロッド側圧力室２ａの作動油がオリフィス４２を介して排出される。そして、オリフィス４２の上流側の圧力は、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３に導かれ、第２ピストン５１の背面全体に作用し、メータアウト制御弁２２のスプール５６は、第２ピストン５１の推力を受けてスプリング３６を圧縮する方向へと移動する。これにより、メータアウト制御弁２２は、第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わり、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとが連通する。この連通によって、ロッド側圧力室２ａの高圧が、第１メインリリーフ弁４３を介してタンクＴに排出される。

ここで、従来のメータアウト制御弁では、リリーフ弁から排出された作動油の圧力は、スプールの端部に直接作用するものであった。この場合、スプールには、スプール端部の受圧面積分に相当する推力しか発生しない。

これに対して、本実施の形態では、リリーフ弁４１の開弁動作時には、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力は、スプール５６と比較して径の大きい第２ピストン５１に作用し、スプール５６は第２ピストン５１の推力を受けて移動する。このように、スプール５６は、径の大きい第２ピストン５１を介して移動するものであるため、スプール５６の移動量及び移動速度を従来と比較して大きくすることができる。したがって、ロッド側圧力室２ａの圧力が異常に上昇した場合でも、その圧力上昇を確実に防止することが可能となる。

また、反ロッド側圧力室２ｂの圧力が所定圧力に達した場合には、第２メインリリーフ弁４４が開弁動作し、反ロッド側圧力室２ｂの高圧が、第２メインリリーフ弁４４を介してタンクＴに排出される。

以上のように、メータアウト制御弁２２は、パイロット圧によって制御弁６と連動して動作し、アーム１を上昇させる際には遮断位置ｘに設定されて作動油の流通を遮断し、アーム１を下降させる際には第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わりメータアウト側である第１メイン通路７の作動油の流れを制御する。

次に、シリンダ２を低速で伸長動作させてアーム１を動作させる場合について詳しく説明する。

シリンダ２を低速で伸長動作させてアーム１を動作させる場合、例えば、バケット１３を地面に食い込ませ水平方向にゆっくりと引く場合には、上述のように、制御弁６は伸長位置ｂにわずかに切り換えられるだけであり、また、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに設定される。このため、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量は、メータアウト制御弁２２の絞り３７及び制御弁６によって絞られる。

このため、バケット１３を地面に食い込ませ水平方向にゆっくりと引く間、ロッド側圧力室２ａの圧力が上昇する。この状態で、バケット１３が障害物に引っ掛かったような場合には、さらにロッド側圧力室２ａの圧力が上昇し、リリーフ弁４１が開弁動作してしまう場合がある。

リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれる作動油は、第１ピストン５０と第２ピストン５１の間の領域に導かれる。ここで、パイロット室２３内では、第１ピストン５０がパイロット圧を受けて小径部５０Ｂが第２ピストン５１の背面に当接して、第２ピストン５１がスプリング３６の付勢力に抗してスプール５６を押圧している状態である。そのため、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれた作動油は、第１ピストン５０の本体部５０Ａと第２ピストン５１の間である小径部５０Ｂの周囲に導かれる。したがって、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれた作動油の圧力は、第１ピストン５０の本体部５０Ａの環状の先端面５０ａに作用し、第１ピストン５０を後退させる方向の力として作用することになる。このように、リリーフ弁４１が開弁動作することによって、第１ピストン５０が第２ピストン５１を押圧する推力は減少してしまう。

しかし、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれる作動油の圧力は、第２ピストン５１の背面における小径部５０Ｂが当接していない環状面５１ａにも作用し、第２ピストン５１を前進させる方向の推力として作用する。したがって、スプール５６は、パイロット圧が作用する第１ピストン５０の推力と、リリーフ弁４１を通過する作動油の圧力が作用する第２ピストン５１の推力とを受けることになる。

このため、シリンダ２を低速で伸長動作させているときに、バケット１３が障害物に引っ掛かってリリーフ弁４１が開弁動作してしまうような状態が発生しても、ピストン５９の推力は、スプール５６に確実に作用するため、メータアウト制御弁２２の制御性は良好に保たれる。したがって、バケット１３が障害物に引っ掛かった状態でも、シリンダ２を引き続き伸長させることができる。つまり、リリーフ弁４１を通過した作動油の圧力によってピストン５９の推力が打ち消されて、最悪の場合には、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙから遮断位置ｘに戻ってしまい、シリンダ２の動作が不能になってしまうような事態を防止することができる。

ここで、第１ピストン５０の本体部５０Ａと第２ピストン５１とは同一径であるため、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力が作用する第１ピストン５０の先端面５０ａと第２ピストン５１の環状面５１ａとは同じ面積となる。したがって、リリーフ弁４１から排出された作動油が及ぼす第１ピストン５０を後退させる方向の力と第２ピストン５１を前進させる方向の力とは同一ということになる。このため、スプール５６に作用するピストン５９の推力は、第１ピストン５０に作用するパイロット圧に基づく推力とみなすことができる。したがって、シリンダ２を低速で伸長動作させているときに、バケット１３が障害物に引っ掛かってリリーフ弁４１が開弁動作してしまうような状態が発生しても、メータアウト制御弁２２は、リリーフ弁４１を通過する作動油の圧力には関係なく、パイロット圧に基づいて制御される。

以上の本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

制御弁６が遮断位置ｃに設定されアーム１の動きが停止しているときに、アーム１に大きな外力が加わり、反ロッド側圧力室２ｂの圧力が上昇し、リリーフ弁４１が開弁動作した場合には、第１ピストン５０にはパイロット圧が作用していなため、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力によって、第１ピストン５０と第２ピストン５１は互いに離れる方向に移動する。したがって、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力は第２ピストン５１の背面全体に作用し、スプール５６は、第２ピストン５１の推力を受けてスプリング３６を圧縮する方向へと確実に移動する。

また、制御弁６が伸長位置ｂで、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙに設定され、シリンダ２を低速で伸長動作させているときに、リリーフ弁４１が開弁動作してしまうような状態が発生した場合には、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力によって、第１ピストン５０が第２ピストン５１を押圧する推力は減少してしまう。しかし、リリーフ弁４１から排出された作動油の圧力は、第２ピストン５１を前進させる方向の推力として作用する。したがって、シリンダ２を低速で伸長動作させているときに、リリーフ弁４１が開弁動作してしまうような状態が発生しても、メータアウト制御弁２２の制御を良好に行うことができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、油圧ショベルの油圧制御装置に適用することができる。

油圧ショベル一部分を示す図である。 本発明の実施の形態の油圧制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施の形態の油圧制御装置における負荷保持機構の断面図である。 本発明の実施の形態の油圧制御装置における負荷保持機構の断面図である。

符号の説明

１ アーム（負荷）
２ シリンダ
２ａ ロッド側圧力室
２ｂ 反ロッド側圧力室（負荷側圧力室）
３ ピストンロッド
６ 制御弁
６ａ，６ｂ パイロット室
７ 第１メイン通路
７ａ シリンダ側第１メイン通路
７ｂ 制御弁側第１メイン通路
８ 第２メイン通路
９ パイロット弁
２０ 負荷保持機構
２１ オペレートチェック弁
２２ メータアウト制御弁
２３ パイロット室
２４ 弁体
２５ 背圧室
２６ 絞り通路
３０ バイパス通路
３１ 背圧通路
３２ 第１供給ポート
３３ 第２供給ポート
３４ 排出ポート
３６ スプリング
３７ 絞り
４１ リリーフ弁
４２ オリフィス
５０ 第１ピストン
５０Ａ 本体部
５０ａ 先端面
５０Ｂ 小径部
５１ 第２ピストン
５１ａ 環状面
５４ スプリング室
５６ スプール
５７，５８ キャップ
５９ ピストン
６１ スリーブ
７６ 排出通路

Claims (3)

1. ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、
   前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、
   前記制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するパイロット弁と、
   前記制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、
   前記メイン通路に介装された負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置において、
   前記負荷保持機構は、
   前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容すると共に、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して常時導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁と、
   前記負荷側圧力室の作動流体を前記オペレートチェック弁をバイパスして前記メイン通路へと導くバイパス通路と、
   前記背圧室の作動流体を前記メイン通路へと導く背圧通路と、
   前記バイパス通路及び前記背圧通路に介装され、前記パイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、負荷を上昇させる際には流れを遮断し、負荷を下降させる際にはメータアウト側の作動流体の流れを制御するメータアウト制御弁と、
   前記負荷側圧力室の圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動流体の通過を許容し、前記負荷側圧力室の作動流体を逃がすリリーフ弁と、を備え、
   前記メータアウト制御弁は、
   前記バイパス通路及び前記背圧通路に対する前記メイン通路の連通を切り換えるスプールと、
   前記パイロット弁を通じて前記パイロット圧が供給されると共に、前記リリーフ弁を通過した作動流体が導かれるパイロット室と、
   前記スプールに対峙して前記パイロット室に摺動自在に収装され、前記パイロット圧によって前記スプールを移動させるピストンと、を備え、
   前記ピストンは、
   前記パイロット圧が作用する第１ピストンと、
   前記第１ピストンと前記スプールの双方に対峙する第２ピストンと、を備え、
   前記第１ピストン及び前記第２ピストンのいずれかは、双方の本体部と比較して小径な小径部を備え、
   前記第１ピストンと前記第２ピストンは、前記小径部を介して当接可能であり、
   前記リリーフ弁を通過した作動流体は、前記小径部の周囲に導かれることを特徴とする流体圧制御装置。
2. 前記第１ピストン及び前記第２ピストンの前記本体部は互いに同一径であることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
3. 前記パイロット室における前記第２ピストンの先端側は、タンクに接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧制御装置。

Images