JP5948260B2 - 流体圧制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置に関するものである。
油圧作業機器の動作を制御する油圧制御装置として、特許文献１には、ポンプから供給される作動油によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動油の給排を切り換えシリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、シリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路に介装された負荷保持機構と、を備えるものが開示されている。
負荷保持機構は、オペレートチェック弁と、パイロット圧によって動作してオペレートチェック弁の動作を切り換えるメータアウト制御弁と、を備える。
特開２０１０−１０１４００号公報
従来のメータアウト制御弁では、パイロット圧に応じて変化するスプールの開口面積の変化特性が、油圧作業機器の機種に応じた所望の特性となるように、油圧作業機器の機種に合わせてスプールを製造する必要があった。つまり、油圧作業機器の機種毎にスプールを用意する必要があった。
スプールを製造するには、溝加工、熱処理、研磨、及び仕上げ加工を行う必要があるため、油圧作業機器の機種毎にスプールを用意する場合には、製造コストの増加を招く。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、油圧制御装置の製造コストを低減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、前記制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、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、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、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一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して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、前記パイロット弁を通じて導かれるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、前記オペレートチェック弁の作動を切り換える切換弁と、を備え、前記切換弁は、前記パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、前記パイロット室のパイロット圧に応じて移動するスプールと、前記スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、前記パイロット室に着脱自在に装着されるカラーと、前記カラーに摺動自在に挿入され、背面にパイロット圧を受けて前記スプールに前記付勢部材の付勢力に抗する推力を付与するピストンと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、パイロット室に装着されるカラーを変更してピストン径を変更することによって、ピストンがスプールに付与する推力を自由に設定することができるため、スプールを変更することなく、パイロット圧に応じて変化するスプールの開口面積の特性を自由に設定することが可能となる。したがって、油圧作業機器の機種に関係なくスプールを共通化できるため、油圧制御装置の製造コストを低減することができる。
油圧ショベルの一部分を示す図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の負荷保持機構の断面図である。 パイロット圧に応じて変化するスプールの開口面積の変化特性を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の負荷保持機構の断面図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の負荷保持機構の断面図である。
図面を参照して、本発明の実施形態に係る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。
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が搭載され、そのエンジンの動力によって油圧源であるポンプ４及びパイロットポンプ５が駆動する。
ポンプ４から吐出された作動油（作動流体）は、制御弁６を通じてシリンダ２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伴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油によって操作される。
具体的には、パイロット室６ａにパイロット圧が導かれた場合には、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を通じてロッド側圧力室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を通じてタンク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。
一方、パイロット室６ｂにパイロット圧が導かれた場合には、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を通じ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を通じてタンク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。
パイロット室６ａ，６ｂにパイロット圧が導かれない場合には、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、シリンダ２に対する作動油の給排を切り換え、シリンダ２の伸縮動作を制御する。
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には、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。
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。
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ため、ブーム１４に負荷保持機構２０を設ける場合には、反ロッド側圧力室１５ｂに接続されたメイン通路に負荷保持機構２０が介装される（図１参照）。
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、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油によって制御弁６と連動して動作し、オペレートチェック弁２１の作動を切り換える切換弁としての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が着座するシート部２８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。絞り通路２６には絞り２６ａが介装される。
第１メイン通路７は、弁体２４によって、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とに分けられる。シリンダ側第１メイン通路７ａは、ロッド側圧力室２ａとオペレートチェック弁２１とをつなぎ、制御弁側第１メイン通路７ｂはオペレートチェック弁２１と制御弁６とをつなぐ。
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を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのスプリング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をシート部２８に着座させる方向に作用する。
弁体２４がシート部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する。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をバイパスして制御弁側第１メイン通路７ｂへと導くバイパス通路３０と、背圧室２５の作動油を制御弁側第１メイン通路７ｂ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、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、シリンダ２を伸長動作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にパイロット圧が導かれたときに、同時に同じ圧力のパイロット圧が導かれる。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に切り換わる。
具体的に説明すると、パイロット室２３にパイロット圧が導かれない場合には、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導かれた場合には、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からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。つまり、ロッド側圧力室２ａの作動油はオペレートチェック弁２１をバイパスして制御弁側第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。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導かれた場合には、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からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。このとき、背圧室２５の作動油は絞り３７をバイパスして制御弁側第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。メータアウト制御弁２２は、リリーフ弁４１を通過してパイロット室２３に導かれたリリーフ圧油の圧力によって、第２連通位置ｚまで切り換わるように設定される。
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を参照して、メータアウト制御弁２２について詳細に説明する。図３は負荷保持機構２０の断面図であり、パイロット室２３にパイロット圧が導かれておらずメータアウト制御弁２２が遮断位置ｘである状態を示す。なお、図３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で示した構成と同一の構成である。
メータアウト制御弁２２はボディ６０に組み込まれる。ボディ６０にはスプール孔６０ａが形成され、スプール孔６０ａには略円筒形状のスリーブ６１が挿入される。スリーブ６１内には、スプール５６が摺動自在に組み込まれる。
スプール５６の一端面５６ａの側方には、キャップ５７によって区画されたスプリング室５４が画成される。スプリング室５４は、スリーブ６１の端面に形成された切り欠き６１ａとボディ６０に形成された通路６２を通じてオリフィス４２（図２参照）の下流側に連通しタンクＴに接続される。
スプリング室５４には、スプール５６を付勢する付勢部材としてのスプリング３６が収装される。また、スプリング室５４には、端面４５ａがスプール５６の一端面５６ａに当接すると共に中空部４５ｂにスプール５６の一端面５６ａに突出して形成されたピン部５６ｃが挿入される環状の第１バネ受部材４５と、キャップ５７の底部近傍に配置された第２バネ受部材４６と、が収装される。スプリング３６は、第１バネ受部材４５と第２バネ受部材４６との間に圧縮状態で介装され、第１バネ受部材４５を介してスプール５６を閉弁方向に付勢する。
スプリング室５４内での第２バネ受部材４６の軸方向位置は、キャップ５７の底部に貫通して螺合する調節ボルト４７の先端部が第２バネ受部材４６の背面に当接することによって設定される。調節ボルト４７をねじ込むことによって、第２バネ受部材４６は第１バネ受部材４５に近づく方向に移動する。したがって、調節ボルト４７のねじ込み量を調節することによって、スプリング３６の初期のスプリング荷重を調整することができる。調節ボルト４７はナット４８にて固定される。
スプール５６の他端面５６ｂの側方には、スプール孔６０ａと連通して形成されたピストン孔６０ｂと、ピストン孔６０ｂを閉塞するキャップ５８とによってパイロット室２３が画成される。パイロット室２３内には、円筒状のカラー５１が着脱自在に装着される。カラー５１の外径はピストン孔６０ｂの内径と略同一であり、カラー５１はピストン孔６０ｂ内に嵌合状態で装着される。カラー５１の中空部内には、背面にパイロット圧を受けてスプール５６にスプリング３６の付勢力に抗する推力を付与するピストン５０が摺動自在に挿入される。
パイロット室２３は、ピストン５０によって、ピストン５０の背面に臨む第１パイロット室２３ａと、ピストン５０の前面及びスプール５６の他端面５６ｂに臨む第２パイロット室２３ｂと、に区画される。第１パイロット室２３ａには、ボディ６０に形成された通路５２を通じてパイロット弁９からのパイロット圧油が供給される。第２パイロット室２３ｂには、排出通路７６を通じてリリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油が導かれる。
カラー５１の外周面には、径方向に突出する環状の鍔部５１ａが形成される。カラー５１及びピストン５０をパイロット室２３内に組み込む際には、キャップ５８を取り外し、ボディ６０に形成された段部６３に鍔部５１ａが当接するまで、ピストン孔６０ｂの内周面に沿ってカラー５１を挿入する。その後、カラー５１の中空部内にピストン５０を挿入し、キャップ５８をボディ６０に形成された雌ねじ穴６９に締結する。キャップ５８は、先端面がカラー５１の端面５１ｂに当接するまでねじ込む。このように、カラー５１は、ボディ６０の段部６３とキャップ５８とに挟まれ、軸方向の移動が規制された状態でパイロット室２３内に装着される。
カラー５１の胴部には、内外周面に開口部を有する複数の貫通孔５１ｃが形成される。通路５２を通じて第１パイロット室２３ａ内に供給されたパイロット圧油は、貫通孔５１ｃを通じてカラー５１の中空部内に流入する。これにより、ピストン５０の背面にパイロット圧が作用する。
ピストン５０は、外周面がカラー５１の内周面に沿って摺動する摺動部５０ａと、摺動部５０ａと比較して小径に形成され、スプール５６の他端面５６ｂに対峙する先端部５０ｂと、摺動部５０ａと比較して小径に形成され、キャップ５８の先端面に対峙する基端部５０ｃと、を備える。
通路５２を通じて第１パイロット室２３ａ内にパイロット圧油が供給されると、基端部５０ｃの背面と摺動部５０ａの環状背面とにパイロット圧が作用する。これにより、ピストン５０は、前進し、先端部５０ｂがスプール５６の他端面５６ｂ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、ピストン５０の背面に作用するパイロット圧に基づいて発生するピストン５０の推力を受け、スプリング３６の付勢力に抗して移動する。なお、基端部５０ｃの背面がキャップ５８の先端面に当接している場合であっても、基端部５０ｃは摺動部５０ａと比較して小径であってカラー５１の貫通孔５１ｃを閉塞しないため、パイロット圧油は貫通孔５１ｃを通じてカラー５１の中空部内に流入可能であり、摺動部５０ａの環状背面にパイロット圧が作用する。
排出通路７６を通じて第２パイロット室２３ｂ内にリリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油が導かれると、スプール５６の他端面５６ｂにリリーフ圧油の圧力が作用する。これにより、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して移動し、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。この際、リリーフ圧油の圧力はピストン５０にも作用するため、ピストン５０は後退してキャップ５８に当接する。
カラー５１の外周面とピストン孔６０ｂの内周面との間の作動油の漏れを防止するために、図５に示すように、ピストン孔６０ｂの内周面に環状溝を形成し、その環状溝にシール部材７８を設けるようにしてもよい。
スプール５６は、一端面５６ａに作用するスプリング３６の付勢力と他端面５６ｂに作用するピストン５０の推力とがバランスした位置で停止し、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（図２参照）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に常時連通している。スプール５６のランド部７２の外周には、スプール５６がスプリング３６の付勢力に抗して移動することによって、第３圧力室６６と第２圧力室６５を連通する複数の絞り３７が形成される。
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にパイロット圧が導かれない場合には、スプリング３６の付勢力によってスプール５６に形成されたポペット弁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２圧力室６５と第１圧力室６４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い。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。スプリング３６の付勢力によってポペット弁７０が弁座７１に着座した状態では、第１バネ受部材４５の端面４５ａとスリーブ６１の端面との間には僅かな隙間が存在するため、ポペット弁７０は弁座７１に対してスプリング３６の付勢力によって確実にシートされる。
第１パイロット室２３ａにパイロット圧が導かれ、スプール５６に作用するピストン５０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、ポペット弁７０が弁座７１から離れると共に、第３圧力室６６と第２圧力室６５が複数の絞り３７を通じて連通するため、第１供給ポート３２は第３圧力室６６、第２圧力室６５、及び第１圧力室６４を通じて排出ポート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。
第１パイロット室２３ａに導か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は、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を通じて排出ポート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。
次に、主に図２及び図３を参照して、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。このとき、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａにはパイロット圧が導かれないため、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はシート部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が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ａへとパイロット圧が導かれると、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が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にパイロット圧が導かれず遮断位置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。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はシート部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から吐出された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が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ｂへとパイロット圧が導かれると、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、第１パイロット室２３ａへもパイロット圧が導かれるため、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。
第１パイロット室２３ａに導か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。
一方、第１供給ポート３２は排出ポート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を通過して制御弁側第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に導かれるパイロット圧は小さく、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａに導か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を通過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たとしても、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によって制限されるため、バケット１３の落下速度は速くならない。この機能をメータリング制御という。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。
第１パイロット室２３ａに導か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に作用する閉弁方向の力が小さくなり、弁体２４がシート部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一方、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くなるため、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。
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に導かれるパイロット圧は大きく、メータアウト制御弁２２の第１パイロット室２３ａに導か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。
次に、主に図３を参照して、本実施形態の作用効果について説明する。
スプール５６は第１パイロット室２３ａのパイロット圧に応じてスプリング３６の付勢力に抗して移動し、その開口面積が変化する。第１パイロット室２３ａのパイロット圧に応じて変化するスプール５６の開口面積の変化特性（以下、単に「スプール５６の開口面積変化特性」と称する。）は、油圧ショベルのサイズや機種に応じて異なる。スプール５６の開口面積変化特性を、油圧ショベルのサイズや機種に応じた所望の特性とするためには、従来は、スプールの形状やピストンの受圧径を調整する必要があった。その際、ボディ６０もスプールの形状やピストンの受圧径に合わせて製造する必要があった。
しかし、本実施形態では、カラー５１がパイロット室２３に着脱自在に装着されるものであるため、内径の異なるカラー５１を用いることによって、ピストン５０の外径、すなわち、パイロット圧が作用する受圧面積を自由に設定することができる。つまり、内径の異なるカラー５１を用いることによって、スプール５６に付与されるピストン５０の推力を自由に設定することができる。したがって、スプール５６及びボディ６０は変更することなく、カラー５１及びピストン５０のみを交換するだけで、スプール５６の開口面積変化特性を自由に設定することが可能となる。よって、油圧ショベルのサイズや機種に関係なくスプール５６、スリーブ６１、及びボディ６０を共通化できるため、油圧制御装置の製造コストを低減することができる。
また、スプール５６を製造するには、溝加工、熱処理、研磨、及び仕上げ加工を行う必要があるため、スプール５６は製造に要するリードタイムが長い。そのため、スプール５６の開口面積変化特性をスプール５６の形状にて調整する方法では、短納期対応するためには、油圧ショベルのサイズや機種毎にスプール５６の在庫を持つ必要があった。しかし、本実施形態では、スプール５６は油圧ショベルのサイズや機種に関係なく共通化することができるため、スプール５６の在庫を持つ必要がないという利点もある。
図４は、スプール５６の開口面積変化特性を示すグラフ図であり、横軸は第１パイロット室２３ａのパイロット圧、縦軸はスプール５６の開口面積である。スプール５６に付与されるピストン５０の推力を自由に設定することができるため、図４に示すように、第１パイロット室２３ａのパイロット圧に対するスプール５６の開口面積の変化の傾きを自由に設定することができる。したがって、多機種の油圧ショベルに対応することが可能となる。なお、図４における特性Ａでは、スプール５６の開口面積が０となるパイロット圧の範囲が遮断位置ｘに相当し、開口面積が０より大きくＳ以下となるパイロット圧の範囲が第１連通位置ｙに相当し、開口面積がＳを超えるパイロット圧の範囲が第２連通位置ｚに相当する。
ここで、制御弁６が遮断位置ｃに設定されてアーム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、シリンダ２のロッド側圧力室２ａの圧力が上昇して所定圧力に達した場合には、リリーフ弁４１が開弁動作する。リリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油は第２パイロット室２３ｂに導かれるため、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して移動する。この際、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙまでしか切り換わらない場合には、リリーフ弁４１の圧力脈動によりスプール５６が発振し、メータアウト制御弁２２を通過する作動油の流れも脈動し、機体が振動してしまう。しかし、本実施形態では、メータアウト制御弁２２はリリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油の圧力によって第２連通位置ｚまで切り換わるように設定される。具体的には、リリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油の圧力によってスプール５６が第２連通位置ｚまで移動するように、スプリング３６のバネ定数又は初期のスプリング荷重が小さく設定される。
リリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油の圧力によってメータアウト制御弁２２が第２連通位置ｚまで切り換わることによって、リリーフ弁４１が開弁動作した際には、オペレートチェック弁２１が開弁するため、スプール５６の開口面積と比較してオペレートチェック弁２１の開口面積が十分に大きくなり、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油のメインの流れはオペレートチェック弁２１を通過することになる。したがって、リリーフ弁４１の圧力脈動によりスプール５６が発振しても、メータアウト制御弁２２を通過する作動油の流れの脈動が抑制され、機体の振動も抑制される。
このように、スプリング３６のバネ定数又は初期のスプリング荷重を小さく設定することによって、機体の振動を抑制することが可能となる。スプリング３６のバネ定数又は初期のスプリング荷重を小さく設定した場合には、スプール５６の開口面積変化特性が変化してしまう。しかし、本実施形態によれば、カラー５１及びピストン５０のみを交換することによって、スプール５６の開口面積変化特性が変化しないように調整することができる。このように、スプール５６に付与されるピストン５０の推力を自由に設定することができる結果として、スプリング３６のバネ定数又は初期のスプリング荷重を小さく設定して機体の振動を抑制することが可能となった。
また、リリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油の圧力によってメータアウト制御弁２２が第２連通位置ｚまで切り換わる効果として、第２連通位置ｚは第１連通位置ｙと比較して開口面積が大きいため、リリーフ弁４１が開弁した際のサージ圧力を逃がし易いという効果もある。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、カラー５１は、鍔部５１ａがボディ６０の段部６３とキャップ５８とで挟まれて固定される構成である。この構成に代わり、図６に示すように、カラー５１の外周面に鍔部５１ａを設けず、カラー５１の両端部をボディ６０に形成された段部７７とキャップ５８とで挟んで固定するようにしてもよい。この場合、カラー５１の胴部に、リリーフ弁４１を通過したリリーフ圧油を第２パイロット室２３ｂに導くための油路５１ｄを形成する必要がある。
１ アーム（負荷）
２ シリンダ
２ｂ 反ロッド側圧力室（負荷側圧力室）
６ 制御弁
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（切換弁）
２３ パイロット室
２３ａ 第１パイロット室
２３ｂ 第２パイロット室
２５ 背圧室
３０ バイパス通路
３１ 背圧通路
３６ スプリング
４１ リリーフ弁
５０ ピストン
５１ カラー
５６ スプール
６０ ボディ
６１ スリーブ

Claims (2)

  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、
    前記制御弁にパイロット圧を導くパイロット弁と、
    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、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、
    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一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して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、
    前記パイロット弁を通じて導かれるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、前記オペレートチェック弁の作動を切り換える切換弁と、を備え、
    前記切換弁は、
    前記パイロット弁を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室と、
    前記パイロット室のパイロット圧に応じて移動するスプールと、
    前記スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、
    前記パイロット室に着脱自在に装着されるカラーと、
    前記カラーに摺動自在に挿入され、背面にパイロット圧を受けて前記スプールに前記付勢部材の付勢力に抗する推力を付与するピストンと、
    を備えることを特徴とする流体圧制御装置。
  2. 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、をさらに備え、
    前記切換弁は、前記バイパス通路及び前記背圧通路に介装され、
    前記切換弁は、前記リリーフ弁を通過して前記パイロット室に導かれた作動流体の圧力によって、前記スプールが前記背圧通路と前記メイン通路とを連通させる連通位置まで前記付勢部材の付勢力に抗して移動するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
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