JPH05187410A - 油圧シリンダのキャビテーション防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 従来技術の油圧回路を装備した油圧ショベル
がエンジン回転を低速に落として作業を行うときには、
メイン吐出圧油流量が低減するので、アーム引きの操作
の方法によってはアームシリンダがキャビテーションを
おこし途中で停止することがあった。キャビテーション
が発生すると、油圧ショベルの操作が困難となり、支障
を及ぼしていた。本発明は、上記の問題点を解決する。 ［構成］ 本発明では、アームシリンダ制御用パイロッ
ト切換弁内の戻り油通路に対してポペット，ポペット用
ばね，ピストン付押し棒，ピストン用ばねを有するキャ
ビテーション防止バルブを設け、上記ピストン付押し棒
のピストン前側の油室にアームシリンダの負荷側油室で
あるボトム側油室の圧力を導入するようにし、またホペ
ット背後側の油室と、弁本体内部の戻り油通路とを流路
切換弁を介して連通した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルなど建設
機械，作業車両に装備した油圧シリンダのキャビテーシ
ョン防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、油圧ショベル（図示しない）の
従来技術の要部構成回路図である。図において、１は油
圧ショベルの作業アタッチメント、２は作業アタッチメ
ント１内のアーム、３はアームシリンダ、４はアームシ
リンダ３の負荷側油室であるボトム側油室、５はロッド
側油室、６は作業用操作レバー、７，８はそれぞれパイ
ロット弁、９はアームシリンダ３制御用のパイロット切
換弁、１０，１１はパイロット切換弁９のそれぞれパイ
ロット圧受圧部、１２は弁本体、１３はスプール、１４
はボトム側油室４に通じる弁本体（１２）内部における
負荷操作時の圧油供給通路、１５はロッド側油室５に通
じる弁本体（１２）内部における負荷操作時の戻り油通
路、１６はメインポンプ、１７はパイロット圧油圧源、
１８は油タンクである。

【０００３】次に、従来技術の回路を図４について述べ
る。操作レバー６を中立位置よりイ位置方向又はロ位置
方向に操作すると、操作レバー６の操作量に応じてパイ
ロット弁７又は８よりパイロット二次圧力が導出され
る。そのパイロット二次圧力は、管路１９又は２０を通
じてパイロット圧受圧部１０又は１１に作用する。パイ
ロット切換弁９は右方向又は左方向に切換作動するの
で、アームシリンダ３は伸長作動又は縮小作動を行う。
すなわちアーム２はアーム引き（アーム下げと同じ）又
はアーム押し（アーム上げと同じ）の動きを行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】油圧ショベルが掘削作
業を行っているとき、メインポンプを駆動しているエン
ジンを高速回転させていると、メイン吐出圧油流量が大
であるので、アームシリンダを例にとると、アーム引き
操作時にアームシリンダのボトム側油室にキャビテーシ
ョンは発生しない。しかし油圧ショベルが操作精度を要
する掘削作業を行うときには、エンジン回転を低速に下
げ、作業アタッチメントの作動速度を遅くして作業を行
う。この場合にはメイン吐出圧油流量が低減しているの
で、アーム引きの操作の方法によってはアーム及びバケ
ットの自重によるシリンダ移動ストロークがポンプ供給
油量より大きくなることがある。ポンプ供給油量がアー
ムシリンダの上記伸長作動に追従できないので、アーム
シリンダがキャビテーションをおこし途中で停止するこ
とがあった。そして時間が経過するとキャビテーション
に対す作動油の充填が行われるので、再びアームシリン
ダが動き出し、具合が悪かった。上記のようにキャビテ
ーションが発生すると、油圧ショベルの操作が困難とな
り、作業に支障を及ぼしていた。本発明は、上記の問題
点を解決できるキャビテーション防止装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のキャビテーショ
ン防止装置では、アームシリンダの負荷操作時にそのア
ームシリンダのロッド側油室からの戻り油を通過せしめ
るパイロット切換弁の弁本体内部における戻り油通路に
ポペットを設け、そのポペットの背後側にポペット用ば
ねを配設してポペットが戻り油通路を閉じる方向に付勢
せしめ、また上記ポペットの背後側にピストン付押し棒
を設け、そのピストン付押し棒のピストンの前側の油室
にアームシリンダの負荷側油室であるボトム側油室の圧
力を導入するようにし、また上記ピストンの背後側にピ
ストン用ばねを配設したばね室を形成し、そのばね室と
油圧シリンダ負荷操作側パイロット弁とを連通せしめ、
またポペット背後側の開閉ストローク用油室と、弁本体
内部の戻り油通路とを流路切換弁を介して連通し、かつ
その流路切換弁を負荷側操作と連動して切換作動するよ
うに設定し、油圧シリンダの非操作時には上記ポペット
が戻り油通路を閉口し、油圧シリンダの操作時にその負
荷側油室内圧力が所定の圧力より高圧になったときには
上記押し棒の押付け力及びばねのばね力に抗してポペッ
トが戻り油通路を開口するようにし、また所定の圧力よ
り低圧に下ったときには上記ばね室に作用するパイロッ
ト二次圧力と、ピストン用及びポペット用ばねのばね力
により、ポペットが戻り油通路を絞り込むようにした。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明のキャビテーション防止装
置を示す構成回路図である。図において、従来技術と同
一構成要素を使用するものに対しては同符号を付す。
９’はアームシリンダ（２）制御用パイロット切換弁、
１２’はパイロット切換弁９’の弁本体、１５’はロッ
ド側油室５に通じる弁本体（１２’）内部における負荷
操作時の戻り油通路、２１はキャビテーション防止バル
ブ（以下キャビ防止バルブという）、２２はキャップ部
材、１１’はキャップ部材２２に設けているパイロット
圧受圧部、２３は流路切換弁、２４は流路切換弁２３の
切換用スプールである。図２は、図１のＡ部詳細図であ
る。図において、２５はキャビ防止バルブ２１のバルブ
本体、２６は押し棒、２７は押し棒２６の後端部に形成
したピストン、２８はピストン２７の外周部に嵌着した
シール部材、２９はピストン用ばね、３０はブロック、
３１はブロック３０のパイロットポート、３２はブロッ
ク３０内部側のばね室、３３はピストンストローク室、
３４はアームシリンダ３のボトム側油室４内の圧力を導
入するピストン用油室、３５は押し棒２６の押付け前端
面、３６はポペット、３７はポペット３６の戻り油通路
１５’に対するシート部、３８はポペット用ばね、３９
はポペット３６の開閉ストローク室、４０は弁本体１
２’に形成した負荷圧導入ポート、４１，４２はそれぞ
れ流路切換弁２３に通じるポートである。図３は、図２
におけるポペット３６が開口したときの状態を示す詳細
図である。

【０００７】次に、本発明のキャビテーション防止装置
の構成を図１〜図３について述べる。パイロット切換弁
９’の弁本体１２’内部における戻り油通路１５’にポ
ペット３６を設け、そのポペット３６の背後側にポペッ
ト用ばね３８を配設してポペット３６が戻り油通路１
５’を閉じる方向に付勢せしめ、また上記ポペット３６
の背後側にピストン付押し棒２６を設け、その押し棒２
６のピストン２７の前側の油室３４（図２に示す）にア
ームシリンダ３の負荷側油室であるボトム側油室４の圧
力を導入するようにし、また上記ピストン２７の背後側
にピストン用ばね２９を配設したばね室３２を形成し、
そのばね室３２と油圧シリンダ（アームシリンダ３）負
荷操作側パイロット弁８とを連通せしめ、またポペット
３６の背後側の開閉ストローク用油室３９と、弁本体１
２’内部の戻り油通路１５’とを流路切換弁２３を介し
て連通し、その流路切換弁２３を負荷側操作と連動して
切換作動するように設定し、アームシリンダ３の非操作
時には上記ポペット３６が戻り油通路１５’を閉口し、
アームシリンダ３の操作時にそのボトム側油室４内圧力
が所定の圧力ＰH より高圧になっているときには上記押
し棒２６の押付け力及びばね２９，３８のばね力に抗し
てポペット３６が戻り油通路１５’を開口するように
し、また所定の圧力ＰH より低圧に下ったときには上記
ばね室３２に作用するパイロット二次圧力と、ばね２
９，３８のばね力により、ポペット３６が戻り油通路１
５’を絞り込むようにした。

【０００８】次に、本発明のキャビテーション防止装置
の作用について述べる。まず操作レバー６を中立位置に
しているときすなわちアームシリンダ３の伸縮操作を行
わないときには、パイロット切換弁９’内部のスプール
１３も中立位置にある。この状態の場合にはアーム２及
びバケットなどの自重によりロッド側油室５内に若干圧
力が発生しているが、ボトム側油室４内の圧力は殆どな
い。したがってキャビ防止バルブ２１内のポペット開閉
ストローク用油室３９には圧力が作用していない。それ
によりピストン用ばね２９のばね力により押し棒２６が
その押付け前端面３５でポペット３６背後面を押圧する
とともに、ポペット用ばね３８もポペット３６の背後面
を押圧する。ポペット３６のシート部は相手方弁本体１
２’の弁座に密着し、戻り油通路１５’を閉じている。
しかもポペット３６背後側の開閉ストローク用油室３９
は、流路切換弁２３のニ位置を介してロッド側油室５と
連通している。したがってアームシリンダ３をロック
し、アーム２及びバケットの自然降下を防止することが
できる。

【０００９】次に油圧ショベルのエンジンを高速回転さ
せて、操作レバー６を中立位置よりイ位置方向に操作
（アーム引き操作）する。パイロット弁７から導出され
るパイロット二次圧力は、管路４３、４４を経て、パイ
ロット圧受圧部１０に作用する。パイロット切換弁９’
内のスプール１３は右方（図１における矢印ハの方向）
にストローク移動するので、流路切換弁２３は連動して
ニ位置よりホ位置に切換わる。メインポンプ１６からの
圧油は、パイロット切換弁９’の圧油供給通路１４’よ
り管路４５を経て、ボトム側油室４に送油される。ボト
ム側油室４内の圧力は所定の圧力ＰH よりも高圧に上昇
するとともに、ポペット開閉ストローク用油室３９は、
ポート４１、管路４６、流路切換弁２３のホ位置を介し
て、油タンク１８に連通する。一方、ボトム側油室４内
の高圧は、管路４７、負荷圧導入ポート４０を通じて、
ピストン用油室３４に作用する。この場合、パイロット
弁７から導出されているパイロット二次圧力が管路４
３、４８、パイロットポート３１を通じてばね室３２に
作用しているが、ピストン２７はそのばね室３２内のパ
イロット二次圧力、及びピストン用ばね２９のばね力に
抗して移動するので、押し棒２６は図１で上方に押し上
げられる。またポペット開閉ストローク用油室３９には
油圧が作用していないので、ロッド側油室５からの戻り
油は、管路４９（図１に示す）、パイロット切換弁９’
の戻り油通路１５’を通り、図３（図３はポペット３６
が開口して状態を示す図である）のようにポペット３６
の開口通路を矢印ヘの方向に通過し、油タンク１８に戻
る。したがってアームシリンダ３のボトム側油室４内の
圧力が所定の圧力ＰH より高圧のときには、力強いアー
ム引き動作を支障なく行うことができる。

【００１０】次に、油圧ショベルが操作精度を要する作
業を行うためにエンジン回転を低速に落として、アーム
引き操作を行う。この場合にはボトム側油室４に供給す
るメイン吐出圧油流量が少ないので、アーム引き操作の
方法によってはアーム２及びバケットなどの自重によ
り、ボトム側油室４内の圧力がキャビテーションを発生
しそうな所定の圧力ＰH に低下することがある。そのと
きには、キャビ防止バルブ２１内のピストン２７前側の
油室３４内圧力も低下する。そのためにピストン２７が
ピストン用ばね２９を圧縮押圧する力は弱くなる。した
がってポペット３６は、ばね室３２に作用するパイロッ
ト二次圧力と、ピストン用ばね２９のばね力とによる押
し棒２６の押付力、及びポペット用ばね３８のばね力に
より、戻り油通路１５’を絞り込んでしまう。したがっ
てロッド側油室５からの戻り油が排出されないようにな
り、アーム２やバケットなどの自重によりアームシリン
ダが伸長作動するのを妨げるので、キャビテーションの
発生を防止することができる。

【００１１】

【発明の効果】従来技術の油圧回路では、油圧ショベル
が操作精度を要する掘削作業を行うとき作業アタッチメ
ントの作動速度を遅くするためにエンジン回転を低速に
下げると、メイン吐出圧油流量が低減するので、アーム
引きの操作の方法によってはアーム及びバケットの自重
によるシリンダ移動ストロークがポンプ供給油量より大
きくなることがある。ポンプ供給油量がアームシリンダ
の上記伸長作動に追従できないので、アームシリンダが
キャビテーションをおこし途中で停止することがあっ
た。そして時間が経過するとキャビテーションに対す作
動油の充填が行われるので、再びアームシリンダが動き
出し、具合が悪かった。上記のようにキャビテーション
が発生すると、油圧ショベルの操作が困難となり、作業
に支障を及ぼしていた。しかし本発明のキャビテーショ
ン防止装置では、アームシリンダの伸縮操作を行わない
ときにはボトム側油室内の圧力がキャビテーション防止
バルブ内油室に殆ど作用しないので、ポペットはポペッ
ト用ばねのばね力と、押し棒を介しピストン用ばねのば
ね力により、戻り油通路を閉じている。しかもポペット
背後側の開閉ストローク用油室は、流路切換弁を介して
ロッド側油室と連通している。したがってアームシリン
ダをロックし、アーム及びバケットの自然降下を防止す
ることができる。次にエンジン回転を高速にしてアーム
引き操作を行うと、アームシリンダのボトム側油室内の
圧力は、所定の圧力よりも高圧に上昇する。その高圧は
キャビテーション防止装置内の油室に作用し、押し棒の
ピストンがピストン用ばねを圧縮してストローク作動す
るので、押し棒のポペットに対する押付け力ははたらか
ないようになる。それによりアームシリンダのロッド側
油室からの戻り油は、ポペット用ばねのばね力に抗して
戻り油通路を開口し、油タンクに戻る。したがってアー
ムシリンダのボトム側油室内の圧力が所定の圧力より高
圧のときには、力強いアーム引き動作を支障なく行うこ
とができる。次に油圧ショベルが操作精度を要する作業
を行うためにエンジン回転を低速に下げて、アーム引き
操作を行う。ここで作業中のアーム操作方法によってア
ームシリンダのボトム側油室内の圧力がキャビテーショ
ンを発生しそうな所定の低圧に低下したとき、キャビテ
ーション防止バルブ内のピストン前側の油室内圧力も低
下する。そのためにピストンがピストン用ばねを圧縮押
圧する力は弱くなるので、ポペットは、ばね室に作用す
るパイロット二次圧力と、ピストン用ばねのばね力とに
よる押し棒の押付力、及びポペット用ばねのばね力によ
り、戻り油通路を絞り込んでしまう。したがって本発明
のキャビテーション防止装置をそなえた油圧ショベルで
は、作業アタッチメントの操作を停止しているときにア
ーム及びバケットの自然降下を防止するとともに、油圧
ショベルの作業中にアームシリンダがキャビテーション
をおこしそうになったとき、敏感かつ正確にキャビテー
ションの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャビテーション防止装置を示す構成
回路図である。

【図２】図１のＡ部詳細図である。

【図３】図２におけるポペットが開口したときの状態を
示す詳細図である。

【図４】従来技術の構成回路図である。

【符号の説明】

２ アーム ３ アームシリンダ ４ ボトム側油室 ５ ロッド側油室 ７，８ パイロット弁 ９，９’ パイロット切換弁 １５，１５’ 戻り油通路 ２１ キャビテーション防止バルブ ２３ 流路切換弁 ２６ 押し棒 ２７ ピストン ２９ ピストン用ばね ３２ ばね室 ３４，３９ 油室 ３６ ポペット ３８ ポペット用ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業用操作レバーの操作量に応じてパイ
   ロット弁よりパイロット二次圧力を導出せしめ、そのパ
   イロット二次圧力を油圧シリンダ制御用パイロット切換
   弁のパイロット圧受圧部に作用させてそのパイロット切
   換弁を切換作動するようにした油圧回路において、所要
   の油圧シリンダの負荷側油室に圧油を供給するときにそ
   の油圧シリンダの戻り油を通過せしめるパイロット切換
   弁の弁本体内部における戻り油通路にポペットを設け、
   そのポペットの背後側にポペット用ばねを配設してポペ
   ットが戻り油通路を閉じる方向に付勢せしめ、また上記
   ポペットの背後側にピストン付押し棒を設け、そのピス
   トン付押し棒のピストンの前側の油室に上記油圧シリン
   ダの負荷側油室の圧力を導入するようにし、また上記ピ
   ストンの背後側にピストン用ばねを配設したばね室を形
   成し、そのばね室と油圧シリンダ負荷操作側パイロット
   弁とを連通せしめ、またポペット背後側の開閉ストロー
   ク用油室と、弁本体内部の戻り油通路とを流路切換弁を
   介して連通し、かつその流路切換弁を負荷側操作と連動
   して切換作動するように設定し、油圧シリンダの非操作
   時には上記ポペットが戻り油通路を閉口し、油圧シリン
   ダの操作時にその負荷側油室内圧力が所定の圧力より高
   圧になったときには上記押し棒の押付け力及びばねのば
   ね力に抗してポペットが戻り油通路を開口するように
   し、また所定の圧力より低圧に下ったときには上記ばね
   室に作用するパイロット二次圧力と、ピストン用及びポ
   ペット用ばねのばね力により、ポペットが戻り油通路を
   絞り込むようにしたことを特徴とする油圧シリンダのキ
   ャビテーション防止装置。