JP6292970B2 - 圧力制御弁および作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等に搭載された油圧アクチュエータを駆動させるための圧力制御弁および、その圧力制御弁を備えた作業機械に関する。

油圧ショベル、ホイールローダ等の作業機械に用いられる油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータは、油圧ポンプから作動油を供給することによって駆動し、その作動油の供給を、方向制御弁等のバルブを閉じて遮断することによって停止する構成とされている。

ところが、例えば油圧ショベルの上部旋回体や、フロント作業機等の稼働部は、自重等により大きな慣性力を有するため、油圧アクチュエータを停止する際に、方向制御弁等のバルブを閉じて作動油の供給を遮断しても、その大きな慣性力によって、油圧アクチュエータの駆動が継続する等してしまい、油圧アクチュエータを即時に停止させることができない。

特に、その油圧アクチュエータが、上部旋回体を旋回させるための油圧モータの場合には、作動油の供給を遮断しても、完全に停止するまでに、旋回駆動時に生じる大きな慣性力によって、作動油が供給されない状態で回転を継続してしまう。このため、作動油を供給していた側の管路の作動油圧が負圧となってしまい、この管路の作動油中に気泡が発生する現象、すなわちキャビテーションが発生するおそれがあり、騒音やエロージョンの原因となる。

また、当該油圧アクチュエータが、フロント作業機を駆動させるための油圧シリンダの場合には、自重が大きなブームをブーム下げ動作させるといった、大きな慣性を伴う動作や、ブーム下げ動作からブーム上げ動作に急激に切り換えるといった、油圧シリンダへ掛かる負荷を急激に逆転させる動作を行った際においても、油圧シリンダ内の作動油圧が負圧となってしまい、キャビテーションが発生するおそれがある。これにより、油圧シリンダ内の作動油中に気泡が混在することとなり、この気泡の混在によって作動油の圧縮性が増加してしまうため、油圧アクチュエータの応答性の低下や、瞬間的に駆動力が低下する息つき、停止時の揺り戻しといった操作性に悪影響を生じさせる原因となる。

この種の操作性の低下を防止する従来技術が、特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、メイクアップ弁を用いて作動油圧を補償してキャビテーションを防止している。メイクアップ弁は、リリーフ弁と一体型とされ小型化されている。リリーフ弁は、油圧アクチュエータに供給される作動油圧が、予め設定したリリーフ設定圧より高くなった場合にリリーフ弁が開動作し、油圧アクチュエータに接続されたアクチュエータ回路から、作動油タンクに接続されたタンク回路に作動油を流して、油圧アクチュエータに供給される作動油圧の急激な上昇を防止している。メイクアップ弁は、油圧アクチュエータに供給される作動油圧が低くなった場合に、タンク回路からアクチュエータ回路へ作動油を流す、いわゆるメイクアップ制御にて、キャビテーションの発生を防止している。

特開平２−９３１７７号公報

上記特許文献１に係る従来技術は、リリーフ弁とメイクアップ弁とのそれぞれがアクチュエータ回路およびタンク回路のそれぞれに接続されている。このため、メイクアップ弁が作動する作動圧や、メイクアップ弁からアクチュエータ回路へ流す作動油流量は、タンク回路の作動油圧に依存している。すなわち、アクチュエータ回路の作動油圧低下に対し、効率良く作動油流量を確保して、キャビテーションの発生を防止するためには、タンク回路の作動油圧が高いことが好ましい。

しかしながら、油圧アクチュエータを駆動させるための油圧回路全体の圧力差を確保する観点や、作動油のエネルギロスを低減させる観点からすると、タンク回路の作動油圧は低いことが好ましく、油圧ショベル等の建設機械においては、一般に、タンク回路の作動油圧を、大気圧程度の圧力に設定している。この場合には、メイクアップ弁の作動圧が、大気圧に近い値となるため、アクチュエータ回路の急激な作動油圧低下に対応できず、アクチュエータ回路の作動油圧が大気圧程度あるいは負圧とならない限り、メイクアップ弁が作動しない可能性がある。

さらに、上述した理由により作動油タンク圧が大気圧程度であると、アクチュエータ回路の作動油圧が急激に低下し、メイクアップ弁が作動する状態になった場合に、アクチュエータ回路とタンク回路との圧力差が小さくなる。このため、メイクアップ弁の作動によって、十分な流量の作動油を素早くアクチュエータ回路へ供給することができず、アクチュエータ回路の負圧状態を素早く解消できない可能性もある。この結果、アクチュエータ回路の作動油圧が急激に低下した場合に、メイクアップ弁が適切に作動せず、アクチュエータ回路内にキャビテーションが発生し、さらに負圧状態の解消に遅れが生じるおそれがある。よって、アクチュエータ回路のエロージョン、騒音、油圧アクチュエータの応答性の低下、息つき、振動等が生じ、作業機械の操作性や信頼性を低下させてしまうおそれがある。

以上から、上記特許文献１に係る従来技術においては、メイクアップ弁とリリーフ弁とを一体型として小型化を実現しているものの、タンク回路の作動油圧を大気圧程度に設定している場合においては、メイクアップ弁の作動圧が大気圧に近い値となり、アクチュエータ回路とタンク回路との圧力差が小さいことから、アクチュエータ回路の作動油圧が急激に低下した場合に、メイクアップ弁が適切に作動せず、メイクアップ弁によるメイクアップ制御を適切に行うことができない。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、小型化を実現しつつ、より適切なメイクアップ制御を可能とする圧力制御弁および作業機械を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係る圧力制御弁は、背圧室と、前記背圧室に連通した第１ないし第３ポートと、前記背圧室に設置され、前記第１ポートの圧力が前記背圧室の圧力より高い場合に動作して、前記第１ポートを前記第２ポートに連通させるメインバルブと、前記背圧室の圧力が前記第２ポートの圧力より高い場合に動作して、前記背圧室を前記第２ポートに連通させるパイロットバルブと、前記第３ポートの圧力が前記背圧室の圧力より高い場合に動作して、前記第３ポートを前記背圧室に連通させる流量補償部と、を備え、前記メインバルブは、前記背圧室を前記第１ポートに連通させる流路を有していることを特徴としている。

このように構成した本発明は、例えば、油圧ポンプから供給される作動油を油圧アクチュエータへ導くアクチュエータ回路に第１ポートを接続し、油圧アクチュエータから排出される作動油を作動油タンクへ導くタンク回路に第２ポートを接続し、タンク回路の圧力より高い作動油圧とされ作動油タンクに接続されたメイクアップ回路に第３ポートを接続する。この結果、背圧室の圧力が第２ポートの圧力より高い場合にパイロットバルブが動作して、背圧室が第２ポートに連通し、背圧室の作動油圧がタンク回路の作動油圧とされるため、メイクアップ回路の作動油圧をタンク回路の作動油圧より高い状態に維持することができる。

この状態で、油圧アクチュエータ内の作動油圧が急激に低下した場合には、メインバルブの流路から背圧室の作動油がアクチュエータ回路へ供給されていき、第３ポートの圧力が背圧室の圧力より高くなる。すると、流量補償部が動作して、第３ポートが背圧室に連通し、メイクアップ回路から作動油が背圧室、および流路を介してアクチュエータ回路へ供給される。よって、油圧アクチュエータ内の作動油圧が急激に低下した場合に、メイクアップ回路からアクチュエータ回路へ迅速に作動油を補填することができ、油圧アクチュエータにおける負圧の発生を防止することができる。また同時に、油圧アクチュエータ内で過剰な圧力が発生した場合に、第１ポートの圧力が背圧室の圧力より高い場合にメインバルブが動作して、第１ポートが第２ポートに連通し、アクチュエータ回路の作動油を作動油タンクに導くことができる。

以上により、メインバルブ、パイロットバルブおよび流量補償部を備えた１つの圧力制御弁にて、油圧アクチュエータ内の作動油圧の急激な変動に対応することができる。よって、小型化を実現しつつ、油圧アクチュエータに供給される作動油圧がタンク回路の作動油圧よりも低くなった場合に、アクチュエータ回路へ作動油を供給するメイクアップ制御をより適切に行うことができる。

また本発明は、上記発明において、前記メインバルブは、前記流路に開閉可能に取り付けられ前記背圧室の圧力が前記第１ポートの圧力より高い場合に開動作するチェック弁を有し、前記チェック弁には、前記背圧室を前記第１ポートに連通させる絞り流路が設けられ、前記絞り流路は、前記流路の断面積より小さな断面積であることを特徴としている。

このように構成した本発明は、油圧アクチュエータ内の作動油圧が急激に低下した場合に、メインバルブの流路に取り付けられたチェック弁の絞り流路から背圧室の作動油がアクチュエータ回路へ供給される。そして、第３ポートの圧力が背圧室の圧力より高くなると、チェック弁が開動作してメインバルブの流量が開口され、背圧室と第１ポートとの間の流路面積が広げられ、背圧室から第１ポートへ作動油がより流れやすくなり、第３ポートから第１ポートへより迅速に作動油の流量補填を行うことができ、油圧アクチュエータにおける負圧の発生をより迅速かつ確実に防止することができる。

また本発明は、上記発明において、前記第１ポートの圧力が前記第２ポートの圧力より低い場合であって、前記流量補償部が開動作する圧力よりも低い圧力で動作して、前記第１ポートを前記第２ポートに連通させる補助流量補償部を備えていることを特徴としている。

このように構成した本発明は、例えば、油圧アクチュエータが大きな慣性力を有する状態で急停止した場合には、油圧アクチュエータ内の負圧の発生を防止する観点から、メイクアップ回路から供給可能な流量を越える作動油流量を第１ポートに供給する必要が生じる。そこで、第１ポートの圧力が第２ポートの圧力より低い場合であって、流量補償部が開動作する圧力よりも低い圧力で補助流量補償部が動作して第１ポートを第２ポートに連通し、タンク回路からアクチュエータ回路へ作動油を供給させる。この結果、流量補償部による第１ポートへの作動油供給を補助流量補償部にてアシストできるため、アクチュエータ回路の作動油圧の低下を低減でき、作動油圧の変動に基づく油圧アクチュエータに与える影響を低減させることができる。

また本発明は、上記発明において、作動油タンクと、前記作動油タンクから作動油を導く油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される作動油にて駆動される油圧アクチュエータと、前記圧力制御弁と、前記圧力制御弁の第１ポートに接続され、前記油圧ポンプから供給される作動油を前記油圧アクチュエータへ導くアクチュエータ回路と、前記圧力制御弁の第２ポートに接続され、前記油圧アクチュエータから排出される作動油を前記作動油タンクへ導くタンク回路と、前記油圧ポンプとは異なる補助油圧源と、前記補助油圧源から供給される作動油を前記タンク回路の圧力より高い圧力とする圧力付与部と、前記圧力制御弁の第３ポートに接続され、前記圧力付与部を介して前記作動油タンクに接続されたメイクアップ回路と、を具備したことを特徴としている。

このように構成した本発明は、１つの圧力制御弁にて、油圧アクチュエータ内の作動油圧の急激な変動に対応することができる。よって、小型化を実現しつつ、より適切なメイクアップ制御が可能な圧力制御弁となり、油圧アクチュエータの応答性の低下、息つき、振動等を低減できるから、作業機械の操作性および信頼性を向上できる。

本発明は、背圧室と、背圧室に連通した第１ないし第３ポートと、背圧室に設置され、第１ポートの圧力が背圧室の圧力より高い場合に動作して、第１ポートを第２ポートに連通させるメインバルブと、背圧室の圧力が第２ポートの圧力より高い場合に動作して、背圧室を前記第２ポートに連通させるパイロットバルブと、第３ポートの圧力が背圧室の圧力より高い場合に動作して、第３ポートを背圧室に連通させる流量補償部と、を備え、メインバルブは、背圧室を第１ポートに連通させる流路を有する構成としている。この構成により本発明は、メインバルブ、パイロットバルブおよび流量補償部を備えた１つの圧力制御弁にて、第１ポート側の急激な圧力変動に対応することができる。よって、小型化を実現しつつ、第１ポート側の圧力が第２ポート側の圧力よりも低くなった場合に、第１ポートへ作動油を供給するメイクアップ制御をより適切に行うことができる。そして、前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁が搭載された作業機械の一例である油圧ショベルを示す概略図である。 上記油圧ショベルに搭載される油圧駆動システムを示す油圧回路図である。 上記油圧駆動システムに用いられた圧力制御弁の概略を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力制御弁を備えた油圧駆動システムを示す油圧回路図である。 上記圧力制御弁の概略を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁が搭載された作業機械の一例である油圧ショベルを示す概略図である。図２は、油圧ショベルに搭載される油圧駆動システムを示す油圧回路図である。図３は、油圧駆動システムに用いられた圧力制御弁の概略を示す断面図である。本第１実施形態は、リリーフ制御およびメイクアップ制御のそれぞれが可能な一体型のメイクアップ機能付リリーフバルブである。

＜全体構成＞
本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁であるメイクアップ付リリーフ弁４０が搭載される作業機械として、油圧ショベル１を例として説明する。油圧ショベル１は、図１に示すように、左右方向の両側にクローラ式の走行装置２ａを備えた下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に取り付けられ本体を構成する上部旋回体３とを備えている。上部旋回体３上には、オペレータが搭乗するキャブ４が設けられている。下部走行体２と上部旋回体３とは、旋回装置５を介して旋回可能とされている。

上部旋回体３の前側には、例えば土砂の掘削作業等を行うための作業装置であるフロント作業機１０の基端部が回動可能に取り付けられている。ここで、前側とは、キャブ４に搭乗する操作者が向く方向（図１中の左方向）をいう。フロント作業機１０は、上部旋回体３の前側に基端部が俯仰動可能に連結されたブーム１１を備えている。ブーム１１は、供給される流体としての作動油（圧油）にて駆動する油圧シリンダであるブームシリンダ１２を介して動作する。ブームシリンダ１２は、ロッド１２ａの先端部がブーム１１に連結され、シリンダチューブ１２ｂの基端部が上部旋回体３に連結されている。

ブームシリンダ１２は、図２に示すように、シリンダチューブ１２ｂの基端側に位置し作動油が供給されることによりロッド１２ａの基端部に取り付けられたピストン１２ｃを押圧して作動油圧による荷重を与えて、ロッド１２ａを伸長移動させる第１作動油室としてのヘッド室１２ｄを備えている。また、ブームシリンダ１２は、シリンダチューブ１２ｂの先端側に位置し作動油が供給されることによりピストン１２ｃを押圧して作動油圧による荷重を与えて、ロッド１２ａを縮退移動させる第２作動油室としてのロッド室１２ｅを備えている。

ブーム１１の先端部には、アーム１３の基端部が俯仰動可能に連結されている。アーム１３は、油圧シリンダであるアームシリンダ１４を介して動作する。アームシリンダ１４は、ロッド１４ａの先端部がアーム１３に連結され、シリンダチューブ１４ｂの基端部がブーム１１に連結されている。アームシリンダ１４は、ブームシリンダ１２と同様に、ピストンを押圧してロッド１４ａを伸長移動させるヘッド室と、ピストンを押圧してロッド１４ａを縮退移動させるロッド室とを備えた構成とされている。

アーム１３の先端部には、バケット１５の基端部が俯仰動可能に連結されている。バケット１５は、油圧シリンダであるバケットシリンダ１６を介して動作する。バケットシリンダ１６は、ロッド１６ａの先端部がバケット１５に連結され、シリンダチューブ１６ｂの基端がアーム１３に連結されている。バケットシリンダ１６もまた、ブームシリンダ１２と同様に、ピストンを押圧してロッド１６ａを伸長移動させるヘッド室と、ピストンを押圧してロッド１６ａを縮退移動させるロッド室とを備えた構成とされている。

なお、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１６のそれぞれは、供給される作動油によって伸縮動作し、この供給される作動油の供給方向に依存して伸縮駆動される。図２に示す油圧駆動システム２１は、図１に示す油圧ショベル１の上部旋回体３の後方に取り付けられたカウンタウエイト６より前側の機械室７に収容されており、油圧ショベル１を駆動させる駆動装置である。カウンタウエイト６は、重量バランスを確保する。

油圧駆動システム２１は、フロント作業機１０を構成するブームシリンダ１２、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１６に加え、旋回装置５および走行装置２ａの駆動に用いられる。旋回装置５および走行装置２ａは、作動油の供給を受け回転駆動する液圧モータを含んでいる。油圧駆動システム２１は、キャブ４内に設置された操作部である操作レバー装置（図示せず）の操作に応じて、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６、旋回装置５および走行装置２ａを駆動させる。

＜油圧駆動システム＞
図２においては、油圧駆動システム２１のうちの、ブームシリンダ１２以外の油圧アクチュエータを駆動するための油圧配管を省略している。油圧駆動システム２１は、例えばエンジンまたは電動モータ等の動力源となる原動機３２を備えている。原動機３２には、主油圧源となる油圧ポンプとしてのメインポンプ３１が機械的に接続されている。メインポンプ３１は、原動機３２にて駆動され、作動油タンク３７から作動油を吸い込んで導いて吐出させる。メインポンプ３１の吐出側には、このメインポンプ３１から吐出された作動油が供給されるメイン回路４２が接続されている。メイン回路４２の下流側は、分岐された油路とされ、一方の油路が方向制御弁３３のセンタバイパス回路に接続され、他方の油路がチェック弁３５を介して方向制御弁３３の供給ポートに接続されている。

方向制御弁３３の排出側には、ブームシリンダ１２を伸縮駆動させるためのアクチュエータ回路４３と、ブームシリンダ１２から排出された作動油を作動油タンク３７へ導くためのタンク回路４４とが接続されている。アクチュエータ回路４３は、メインポンプ３１から供給される作動油をブームシリンダ１２のヘッド室１２ｄへ導く油路と、メインポンプ３１から供給される作動油をブームシリンダ１２のロッド室１２ｅへ導く油路とされている。タンク回路４４は、メインポンプ３１から供給される作動油を作動油タンク３７へ導く油路を有している。タンク回路４４の下流側は、オイルフィルタ３６を介して作動油タンク３７に接続されている。アクチュエータ回路４３の各油路には、リリーフ弁３８の供給側がそれぞれ接続されている。これらリリーフ弁３８は、フロント作業機１０が駆動中に外部に接触したり、駆動中に落石等がフロント作業機１０に当たるなどした際に、アクチュエータ回路４３内の作動油圧が急激に上昇することを防止するためのオーバーロードリリーフ弁である。各リリーフ弁３８の排出側は、タンク回路４４に接続されている。

メインポンプ３１とは別個に、補助油圧源である補助ポンプ４５が設けられている。補助ポンプ４５は、原動機３２にて駆動され、作動油タンク３７から作動油を吸い込んで吐出される。補助ポンプ４５の吐出側は、各メイクアップ弁３９に作動油を供給するためのメイクアップ回路４７に接続されている。メイクアップ回路４７は、アクチュエータ回路４３に作動油の流量補填を行うためのメイクアップ弁３９の供給側と、メイクアップ回路４７の作動油圧を所定の値に確保するための圧力設定部４６の供給側とのそれぞれに接続されている。圧力設定部４６は、排出側が作動油タンク３７に接続されており、メイクアップ回路４７の作動油圧を、タンク回路４４の作動油圧より高い圧力とする圧力付加部である。

さらに、図２に示すように、アクチュエータ回路４３の各油路に接続されたリリーフ弁３８およびメイクアップ弁３９によって、メイクアップ付リリーフ弁４０がそれぞれ構成されている。油圧駆動システム２１は、方向制御弁３３、チェック弁３５および一対のメイクアップ付リリーフ弁４０によって、ブームシリンダ１２の伸縮駆動を制御するためのコントロールバルブ８が構成されている。

＜メイクアップ付リリーフ弁＞
メイクアップ付リリーフ弁４０は、図２に示すリリーフ弁３８によるリリーフ制御と、メイクアップ弁３９によるメイクアップ制御とを有する一体型の圧力制御弁であり、図３に示すように、略円筒状のケーシング５３を備えている。ケーシング５３の上側には、上方に向けて開口した圧力室６１が設けられている。ケーシング５３の下側には、下方に向けて開口した背圧室６０が設けられている。背圧室６０には、軸方向に移動可能にメインバルブとなるメインポペット５１が収容されて取り付けられている。

メインポペット５１には、軸方向に沿って貫通した絞り流路６４が設けられている。背圧室６０には、メインポペット５１を下方に押圧するバネ５６が収容されている。背圧室６０と圧力室６１とを連通する流路６５の圧力室６１側には、パイロットバルブであるパイロットポペット５５が取り付けられている。圧力室６１は、プラグ５４にて上側が閉塞されている。プラグ５４とパイロットポペット５５の間には、パイロットポペット５５を下方に押圧して流路６５のシート部７１に接触させて流路６５を閉塞するためのバネ５７が取り付けられている。ここで、絞り流路６４は、背圧室６０と圧力室６１とを連通する流路６５よりも小さい断面積とされている。

また、ケーシング５３には、流路６７を介して背圧室６０の上側に連通した圧力室６２が設けられている。圧力室６２には、第３ポートであるメイクアップポート５０が開口されており、圧力室６２側から流量補償部としてのチェック弁５９が取り付けらえている。圧力室６２内には、チェック弁５９をメイクアップポート５０側へ押圧してメイクアップポートのシート部７０に接触させてメイクアップポートを閉塞するためのバネ５８が取り付けられている。メイクアップポート５０は、ホース７２を介してメイクアップ回路４７に接続されている。

そして、ケーシング５３は、背圧室６０にメインポペット５１を収容させた状態で、ハウジング６８に収容させて取り付けられている。また、ケーシング５３は、メイクアップポート５０をハウジング６８の外側に露出させた状態とされて取り付けられている。ハウジング６８には、背圧室６０の下側に連通する第２ポートであるタンクポート４９と、タンクポート４９に連通する第１ポートであるアクチュエータポート４８とが設けられている。タンクポート４９は、タンク回路４４に接続され、流路６６を介して圧力室６１に連通している。アクチュエータポート４８は、アクチュエータ回路４３に接続され、メインポペット５１がバネ５６にて押圧されアクチュエータポート４８のシート部６９に接触されてメインポペット５１にてタンクポート４９とアクチュエータポート４８との連通を閉塞した状態で、メインポペット５１の絞り流路６４に連通する。

ここで、バネ５７は、アクチュエータポート４８側の圧力Ｐａが、所定の圧力より高くなった場合に、アクチュエータポート４８内の作動油圧Ｐａ（＝背圧室６０の作動油圧Ｐ１）と、圧力室６１の作動油圧Ｐｔとの差圧に基づいて、パイロットポペット５５が押されて開動作して流路６５を開口させる。すなわち、パイロットポペット５５は、背圧室６０とタンクポート４９との間を開閉制御する。また、バネ５６，５８は、バネ５７よりも小さい差圧で押されて開口するように設定されている。

すなわち、メインポペット５１は、アクチュエータポート４８とタンクポート４９との間を開閉制御し、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａが、背圧室６０の作動油圧Ｐ１より高い場合に開動作して、アクチュエータポート４８をタンクポート４９に連通させる。また、チェック弁５９は、メイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍが背圧室６０の作動油圧より高い場合に動作して、メイクアップポート５０を背圧室６０に連通させる。

＜動作＞
次に、上記第１実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁４０の動作について、より詳細に説明する。

（非動作時）
メイクアップ付リリーフ弁４０が動作していない状態は、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａと、背圧室６０および圧力室６２の作動油圧Ｐ１とが等しい圧力であり、かつタンクポート４９側および圧力室６１の作動油圧Ｐｔが等しい圧力となっている。

（リリーフ制御）
アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａが、予め定めた所定の圧力よりも上昇した場合は、アクチュエータポート４８側に供給される作動油が絞り流路６４を介して背圧室６０内に供給される。このため、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａと圧力室６１の作動油圧Ｐｔとの差圧、すなわち流路６５側からパイロットポペット５５に作用する力が、バネ５７の弾性力よりも大きくなる。

すると、背圧室６０の作動油によって、バネ５７の弾性力に抗してパイロットポペット５５が流路６５の上方に押圧され、流路６５が開口される。この結果、背圧室６０の作動油圧Ｐ１と圧力室６１の作動油圧Ｐｔとの差圧によって、背圧室６０内の作動油が流路６５を介して圧力室６１内に供給されていき、この圧力室６１から流路６６を介してタンクポート４９へ作動油が排出されていく。

このとき、背圧室６０と圧力室６１とを連通する流路６５よりも、アクチュエータポート４８と背圧室６０とを連通する絞り流路６４の断面積が小さく設定されているため、背圧室６０から圧力室６１へ供給される作動油流量よりも、アクチュエータポート４８から背圧室６０へ供給される作動油流量が少ない。この結果、背圧室６０内の作動油流量が徐々に減少していき、背圧室６０内の作動油流量の減少に伴って背圧室６０の作動油圧Ｐ１が低下していく。

すなわち、背圧室６０の作動油圧Ｐ１が低下することにより、バネ５７の弾性力に抗して、メインポペット５１をケーシング６８のシール部６９に押え付ける方向に作用する圧力が減少していく。この結果、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａに対する背圧室６０の作動油圧Ｐ１の差圧が徐々に大きくなっていき、この差圧がバネ５７の弾性力よりも大きくなり、メインポペット５１のアクチュエータポート４８側に作用する力が大きくなる。すると、バネ５７の弾性力に抗してメインポペット５１が上方に押圧され、アクチュエータポート４８がタンクポート４９に連通し、アクチュエータポート４８側からタンクポート４９側へ作動油が排出される。

（メイクアップ制御）
アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａがメイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍよりも低くなった場合は、アクチュエータポート４８と背圧室６０とが絞り流路６４にて連通しているため、背圧室６０の作動油圧Ｐ１がアクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａに等しくなるまで低下していく。この結果、圧力室６２の作動油圧Ｐ１も低下していき、メイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍと圧力室６２の作動油圧Ｐ１との差圧、すなわちメイクアップポート５０側からチェック弁５９に作用する圧力が、バネ５８の弾性力よりも大きくなる。

すると、メイクアップポート５０側の作動油によって、バネ５８の弾性力に抗してチェック弁５９が圧力室６２側に押圧され、メイクアップポート５０が開口される。この結果、メイクアップポート５０から圧力室６２および背圧室６０へと作動油が供給されていく。さらに、背圧室６０へ供給された作動油が、絞り流路６４を介してアクチュエータポート４８側へ供給されていく。

＜作用効果＞
以上により、上記第１実施形態においては、ブーム上げ動作またはブーム下げ動作時にフロント作業機１０のいずれかの部分が何等かの障害物に接触する等し、アクチュエータ回路４３の作動油圧が、予め定める所定値を超える圧力に上昇した場合に、メイクアップ付リリーフ弁４０の上記リリーフ制御が作動する。この結果、アクチュエータ回路４３からタンク回路４４に作動油が排出されるため、アクチュエータ回路４３における作動油圧の過大な上昇を防止することができる。したがって、アクチュエータ回路４３の作動油圧の急激な上昇に伴う、ブームシリンダ１２その他の油圧回路構成部品の損傷を防止することができる。

また、ブームシリンダ１２の駆動を停止させる場合や、大きな慣性力を伴うブーム上げ動作や、ブーム下げ動作からブーム上げ動作に急激に切り換える等の負荷を急激に逆転させる動作を行った際に、アクチュエータ回路４３の作動油圧が低下し、アクチュエータ回路４３の作動油圧がメイクアップ回路４７の作動油圧よりも低くなった場合に、メイクアップ付リリーフ弁４０の上記メイクアップ制御が作動する。この結果、メイクアップ回路４７からアクチュエータ回路４３に作動油が供給されるため、アクチュエータ回路４３の作動油圧の低下を防止することができる。

このとき、圧力設定部４６により、メイクアップ回路４７の作動油圧をタンク回路４４の作動油圧よりも高く設定しているため、タンク回路４４からアクチュエータ回路４３に作動油流量を補填する場合に比べ、より高い作動油圧のメイクアップ回路４７からアクチュエータ回路４３へ作動油流量を補填する構成としている。したがって、アクチュエータ回路４３の作動油圧がタンク回路４４の作動油圧まで低下するよりも早い段階、すなわちアクチュエータ回路４３の作動油圧がメイクアップ回路４７の作動油圧まで低下した段階で、メイクアップ付リリーフ弁４０の上記メイクアップ機能を作動させることができる。

よって、アクチュエータ回路４３の作動油圧変動に対し、より高い応答性でアクチュエータ回路４３の作動油流量を補填でき、アクチュエータ回路４３の急激な作動油圧低下に対応することができる。したがって、タンク回路４４からアクチュエータ回路４３へ作動油流量を補填する場合に比べ、より確実にアクチュエータ回路４３およびブームシリンダ１２内での負圧の発生を防止できるため、アクチュエータ回路４３のエロージョン、騒音、またはブームシリンダ１２の息つき、振動等の油圧ショベル１の操作性や信頼性の低下を防止することができる。

以上により、リリーフ弁３８およびメイクアップ弁３９を備えた一体型のメイクアップ付リリーフ弁４０にて、ブームシリンダ１２内の作動油圧の急激な変動に対応することができる。よって、小型化を実現しつつ、アクチュエータ回路４３の作動油圧が低くなった場合に、アクチュエータ回路４３へ作動油を供給するメイクアップ制御をより適切に行うことができるメイクアップ付リリーフ弁４０を実現することができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。本第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、背圧室６０と圧力室６１とを連通する流路６５よりも小さい断面積の絞り流路６４をメインポペット５１に設けたメイクアップ付リリーフ弁４０に対し、第２実施形態は、メインポペット５１の絞り流路６４の断面積を流路６５より大きくして流路８５とし、この流路８５に、絞り流路８４を有するチェック弁８２を開閉可能に取り付けたメイクアップ付リリーフ弁４０Ａである。なお、本第２実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。

本第２実施形態は、図４に示すように、アクチュエータポート４８と背圧室６０とを連通する流路８５がメインポペット５１に設けられている。流路８５の中間部には、圧力室８６が設けられている。背圧室６０側の流路８５には、圧力室８６側からチェック弁８２が開閉可能に取り付けられている。チェック弁８２は、背圧室６０の作動油圧Ｐ１がアクチュエータポート４８側の作動油圧より高い場合に開動作するチェック弁である。圧力室８６内には、チェック弁８２を上方に押圧して背圧室６０側の流路８５を閉塞するためのバネ８３が取り付けられている。チェック弁８２には、圧力室８６を背圧室６０に連通する絞り流路８４が設けられている。絞り流路８４は、流路８５の断面積より小さな断面積とされている。

＜動作＞
次に、上記第２実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁４０Ａの動作について、より詳細に説明する。

（リリーフ制御）
アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａが、予め定めた所定の圧力よりも上昇した場合は、パイロットポペット５５が上方に押されて流路６５が開口され、背圧室６０内の作動油が流路６５を介して圧力室６１内に供給され、この圧力室６１から流路６６を介してタンクポート４９へ作動油が排出されていく。このとき、アクチュエータポート４８と背圧室６０との間の絞り流路６４によって、背圧室６０の作動油圧Ｐ１が低下していき、バネ５７の弾性力に抗してメインポペット５１が上方に押圧され、アクチュエータポート４８がタンクポート４９に連通し、アクチュエータポート４８側からタンクポート４９側へ作動油が排出される。

（メイクアップ制御）
ブームシリンダ１２内の作動油圧が急激に低下する等し、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａがメイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍよりも低くなった場合は、アクチュエータポート４８と背圧室６０とがチェック弁８２の絞り流路８４にて連通しているため、絞り流路８４から背圧室６０および圧力室６２内の作動油が流出していき、これら背圧室６０および圧力室６２の作動油圧Ｐ１が低下していく。すると、バネ５８の弾性力に抗してチェック弁５９が圧力室６２側に押圧され、メイクアップポート５０が開口され、メイクアップポート５０から圧力室６２および背圧室６０へと作動油が供給されていく。

このとき、メイクアップポート５０から供給される作動油流量が、チェック弁８２の絞り流路８４からアクチュエータポート４８へ排出される作動油流量より大きく設計されているため、背圧室６０の作動油圧Ｐ１が、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａより大きくなっていき、これら背圧室６０の作動油圧Ｐ１と、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａとの間に差圧が生じ、この差圧が、バネ８３の弾性力より大きくなる。すると、背圧室６０内の作動油によって、バネ８３の弾性力に抗してチェック弁８２が圧力室８６側に押圧され、メインポペット５１の流路８５が開口されて、背圧室６０からアクチュエータポート４８へ供給される作動油流量が多くなる。この状態で、背圧室６０から流路８５を介してアクチュエータポート４８側へ作動油が供給されていく。

＜作用効果＞
以上により、上記第２実施形態においては、リリーフ弁３８としての機能を維持しつつ、メイクアップ回路４７からの作動油流量の補填が必要な場合のみ、チェック弁８２が開口し、絞り流路８４による絞りを解除できるメイクアップ付リリーフ弁４０Ａとしている。そして、チェック弁８２の開口によって流路面積が大きくなり、背圧室６０とアクチュエータポート４８との間の開口面積が広げられ、背圧室６０からアクチュエータポート４８へ作動油がより流れやすくなる。

この結果、背圧室６０からアクチュエータポート４８側へより大流量の作動油を補填することが可能となるため、背圧室６０からアクチュエータポート４８へ作動油をより効率良く短時間に供給することができる。したがって、メイクアップ回路４７からアクチュエータ回路４８へ大流量の作動油の補填を必要とするアクチュエータ回路４２の過剰な作動油圧低下に対しても、迅速に作動油流量補填を行うことができ、ブームシリンダ１２およびアクチュエータ回路４３での負圧の発生をより確実に防止することができる。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る圧力制御弁を備えた油圧駆動システムを示す油圧回路図である。図６は、圧力制御弁の概略を示す断面図である。本第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、リリーフ弁３８とメイクアップ弁３９とを備えたメイクアップ付リリーフ弁４０に対し、第３実施形態は、リリーフ弁３８およびメイクアップ弁３９に加え、チェック弁９１を備えたメイクアップ付リリーフ弁４０Ｂである。なお、本第３実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。

本第３実施形態は、図５に示すように、油圧駆動システム２１Ｂのアクチュエータ回路４８の各油路が、メイクアップ弁３９を介してメイクアップ回路４７に接続されていると同時に、リリーフ弁３８およびチェック弁９１のそれぞれを介してタンク回路４４に接続されている。チェック弁９１は、リリーフ弁３８に対して並列であって、アクチュエータ回路４８の各油路とタンク回路４４との間に接続されている。

さらに、図６に示すように、メイクアップ付リリーフ弁４０Ｂのメインポペット５１は、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐｔがタンクポート４９側の作動油圧Ｐｔより低い場合であって、チェック弁５９が開動作する圧力よりも低い圧力で開動作して、アクチュエータポート４８をタンクポート４９に連通させる。具体的に、メインポペット５１は、上側に比べ下側が縮径された形状とされ、その中間部に、上方から下方に向けて内側に直線状に傾斜した補助流量補償部としての受圧面９２が周方向に亘って設けられている。

メインポペット５１の受圧面９２より上側の経大部９３は、ケーシング５３の内径寸法に等しい外径寸法に形成されている。一方、メインポペット５１の受圧面９２より下側の縮径部９４は、ケーシング５３の内径寸法より小さな外径寸法に形成され、ハウジング６８のタンクポート４９に連通し、このタンクポート４９側の作動油圧Ｐｔが受圧面９２に作用する構成とされている。

＜動作＞
次に、上記第３実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁４０Ｂの動作について、より詳細に説明する。

（メイクアップ制御）
アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａがメイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍよりも低くなった場合は、絞り流路６４から背圧室６０および圧力室６２内の作動油が流出していき、チェック弁５９が圧力室６２側に押圧され、メイクアップポート５０が開口される。すると、メイクアップポート５０側の作動油が、圧力室６２、背圧室６０および絞り流路６４を介してアクチュエータポート４８側へ供給されていく。

ところが、メイクアップポート５０からの作動油の供給にて、アクチュエータポート４８側の作動油流量の補填を行っても、アクチュエータポート４８側の作動油圧が低下し続け、メイクアップポート５０からの作動油流量の補填では足りない場合には、アクチュエータポート４８側の作動油圧Ｐａおよび背圧室６０の作動油圧Ｐ１が、メイクアップポート５０側の作動油圧Ｐｍより低くなってしまう。

この場合には、背圧室６０の作動油圧Ｐ１とタンクポート４９側の作動油圧との差圧が、メインポペット５１の受圧面９２等に作用し、バネ５６の弾性力にてメインポペット５１をシート部６９に押し付けている力よりも、メインポペット５１をバネ５６の弾性力に抗して上方に移動させようとする力（作動油圧Ｐ１と作動油圧Ｐｔとの差圧）が大きくなり、メインポペット５１が上方に押されて開動作してタンクポート４９とアクチュエータポート４８とが連通し、タンクポート４９側の作動油がアクチュエータポート４８側へ供給される。

＜作用効果＞
以上により、上記第３実施形態においては、ブームシリンダ１２が大きな慣性力を有する状態で急激に停止する等してメイクアップ回路４７からの作動油流量の補填を越える大流量の作動油をアクチュエータ回路４３に供給する必要が生じた場合においても、タンクポート４９側の作動油圧Ｐｔにてメインポペット５１が受圧面９２にて上方に押され、タンクポート４９がアクチュエータポート４８に連通する。このため、タンク回路４４からアクチュエータ回路４３に作動油を供給でき、チェック弁５９によるアクチュエータポート４８への作動油流量補填をアシストできるため、アクチュエータ回路４３の作動油圧の低下を低減でき、アクチュエータ回路４３の作動油圧の変動、ひいては負圧の発生によるブームシリンダ１２に与える影響を低減させることができる。

［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。本第４実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、メイクアップポート５０をハウジング６８の外側に露出させたメイクアップ付リリーフ弁４０に対し、第４実施形態は、メイクアップポート５０をハウジング６８内に埋設させたメイクアップ付リリーフ弁４０Ｃである。なお、本第４実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。

本第４実施形態は、図７に示すように、ハウジング６８の内部にメイクアップ回路４７の端部が設けられている。ケーシング５３は、メイクアップ回路４７の端部にメイクアップポート５０が連通して接続されるようにハウジング６８に取り付けられている。

＜作用効果＞
以上により、上記第４実施形態においては、ケーシング５３にメイクアップ回路４７を設ける必要があるものの、ホース７２などの外部配管を用いることなく、メイクアップ付リリーフ弁４０Ｃをハウジング６８に取り付けるだけで、リリーフ弁３８およびメイクアップ弁３９それぞれの効果を得ることができるため、油圧駆動システム２１を設計する際のレイアウト性を向上することができる。

［第５実施形態］
図８は、本発明の第５実施形態に係る圧力制御弁の概略を示す断面図である。本第５実施形態は、第２実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁４０Ａのメインポペット５１に、第３実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁Ｂの受圧面９２を設けたメイクアップ付リリーフ弁４０Ｄである。なお、本第５実施形態において、第１ないし第３実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。

本第５実施形態においては、メインポペット５１の流路８５に取り付けられたチェック弁８２により、背圧室６０からアクチュエータポート４８側へより大流量の作動油を補填することが可能となり、ブームシリンダ１２およびアクチュエータ回路４３での負圧の発生をより確実に防止することができる。同時に、メイクアップ回路４７からの作動油流量の補填を越える大流量の作動油をアクチュエータ回路４３に供給する必要が生じた場合に、タンクポート４９側の作動油圧にてメインポペット５１が受圧面９２にて押されタンクポート４９をアクチュエータポート４８に連通させ、メイクアップポート５０からアクチュエータポート４８への作動油流量補填をアシストでき、アクチュエータ回路４３内の負圧の発生によるブームシリンダ１２に与える影響を低減できる。

［その他］
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するために説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。すなわち、上記各実施形態に係るメイクアップ付リリーフ弁４０〜４０Ｃは、本発明の所望する効果を得ることができる形状であれば、如何なる形状であってもよい。

また、上記各実施形態では、油圧ショベル１のブームシリンダ１２を例に挙げて、その動作を説明したが、本発明はブームシリンダ１２以外の、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６等の油圧シリンダの他、走行装置２ａまたは旋回装置５等の油圧モータなど、様々な油圧アクチュエータについても適用可能である。すなわち、例えば、油圧式クレーン、ホイールローダ、ダンプトラック等で駆動し得る少なくとも１つ以上の油圧アクチュエータを備えた作業機械であれば本発明は適用可能である。

１ 油圧ショベル（作業機械）
１２ ブームシリンダ
１４ アームシリンダ
１６ バケットシリンダ
３１ メインポンプ（油圧ポンプ）
３７ 作動油タンク
３８ リリーフ弁
３９ メイクアップ弁
４０〜４０Ｄ メイクアップ付リリーフ弁（圧力制御弁）
４５ 補助ポンプ（補助油圧源）
４８ アクチュエータポート
４９ タンクポート
５０ メイクアップポート
５１ メインポペット（メインバルブ）
５５ パイロットポペット（パイロットバルブ）
５９ チェック弁（流量補償部）
６０ 背圧室
６４ 絞り流路（流路）
８２ チェック弁
８４ 絞り流路
９２ 受圧面（補助流量補償部）

Claims (4)

1. 背圧室と、
   前記背圧室に連通した第１ないし第３ポートと、
   前記背圧室に設置され、前記第１ポートの圧力が前記背圧室の圧力より高い場合に動作して、前記第１ポートを前記第２ポートに連通させるメインバルブと、
   前記背圧室の圧力が前記第２ポートの圧力より高い場合に動作して、前記背圧室を前記第２ポートに連通させるパイロットバルブと、
   前記第３ポートの圧力が前記背圧室の圧力より高い場合に動作して、前記第３ポートを前記背圧室に連通させる流量補償部と、を備え、
   前記メインバルブは、前記背圧室を前記第１ポートに連通させる流路を有している
   ことを特徴とする圧力制御弁。
2. 請求項１記載の圧力制御弁において、
   前記メインバルブは、前記流路に開閉可能に取り付けられ前記背圧室の圧力が前記第１ポートの圧力より高い場合に開動作するチェック弁を有し、
   前記チェック弁には、前記背圧室を前記第１ポートに連通させる絞り流路が設けられ、
   前記絞り流路は、前記流路の断面積より小さな断面積である
   ことを特徴とする圧力制御弁。
3. 請求項１または２記載の圧力制御弁において、
   前記第１ポートの圧力が前記第２ポートの圧力より低い場合であって、前記流量補償部が開動作する圧力よりも低い圧力で動作して、前記第１ポートを前記第２ポートに連通させる補助流量補償部を備えている
   ことを特徴とする圧力制御弁。
4. 作動油タンクと、
   前記作動油タンクから作動油を導く油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される作動油にて駆動される油圧アクチュエータと、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力制御弁と、
   前記圧力制御弁の第１ポートに接続され、前記油圧ポンプから供給される作動油を前記油圧アクチュエータへ導くアクチュエータ回路と、
   前記圧力制御弁の第２ポートに接続され、前記油圧アクチュエータから排出される作動油を前記作動油タンクへ導くタンク回路と、
   前記油圧ポンプとは異なる補助油圧源と、
   前記補助油圧源から供給される作動油を前記タンク回路の圧力より高い圧力とする圧力付与部と、
   前記圧力制御弁の第３ポートに接続され、前記圧力付与部を介して前記作動油タンクに接続されたメイクアップ回路と、
   を具備したことを特徴とする作業機械。