JPH05302604A - 建設機械用油圧シリンダの再生油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 油圧切換弁からの吐出圧油を油室に供給して
作動する複動式油圧シリンダに、その作動方向と同じ方
向の外力が加わり、上記油室が真空状態になる現象を防
止する。 ［構成］ 油圧切換弁の切換位置において油圧シリンダ
の油室に通じる内部供給油路と内部戻り油路との間に、
内部戻り油路側から内部供給油路側へのみ開口するチェ
ック部を介して連通路を設けるとともに、油圧シリンダ
の作動圧力が所定値以下になると絞り効果が大となる可
変絞り部を上記内部戻り油路に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、油圧ショベルの如き
建設機械のフロントアタッチメントを構成するブーム、
アーム、作業工具作動用の、例えばアーム用油圧シリン
ダ作動時の再生油圧回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械のフロントアタッチメント作動
油の油圧アクチュエータとしては、その大部分は複動式
の油圧シリンダが用いられているのが現状であるが、こ
の油圧シリンダを伸縮させる過程において、当該油圧シ
リンダで回動されるフロントアタッチメントの、負荷荷
重を含めた構成部分の枢支点に対する重心位置の関係か
ら、油圧シリンダが圧油により作動されるべき側の油室
の圧力が正から負に、または負から正へと変化すること
がある。

【０００３】このように、油圧シリンダの作動のみが外
力により先行し、その側の油室に供給されるべき油量が
不足すると、油室は部分的に真空状態となり、次いで、
その作動側油室の圧力が正の圧力になることが要求され
る作動姿勢へ移るとき、上記真空状態の空室に圧油が補
給された後、ようやくその方向への作動を開始すること
となる。

【０００４】上記の現象を、油圧バックホウのアームシ
リンダの場合について、図３、図４に基づいて説明す
る。これらの図において、３１は油圧バックホウの機体
３０前方に枢支されたフロントアタッチメントで、ブー
ム３２、アーム３３、作業工具であるバケット３４およ
びその駆動用リンク機構、ならびにブームシリンダ３
５、アームシリンダ５、バケットシリンダ３６（以下、
単に油圧シリンダと称す）などで構成されている。これ
らの油圧シリンダ３５、５、３６のヘッド側油室、ロッ
ド側油室へは、それぞれの油圧シリンダ専用の油圧切換
弁が接続され、これを切換えることにより一方の油室へ
圧油を供給し、他方の油室からの戻り油を、該油圧切換
弁の切換位置油路を経てタンクへ通じさせ、逆方向に切
換えることにより、油圧シリンダの他方の油室へ圧油を
供給するようにしている。そうして、機体３０の前方の
運転席付近には、上記複数の油圧切換弁を中立位置から
正、逆に切換え可能の操作レバー（図示省略）を配置し
てあるので、この操作レバーを操作することにより油圧
シリンダ３５、５、３６を自在に伸縮させてブーム３２
を上下に、アーム３３を押引方向に、バケット３４を掬
い込み、ダンプ方向に、それぞれ単独または組合わせて
作動させることにより、例えば、地面Ｌ−Ｌを掘削して
ゆき、バケット３４へ掘削土を満載したうえで上方に引
き上げ、機体３０の上部をフロントアタッチメント３１
とともに旋回し、盛土または運搬車への積込みなど、一
連の土工作業を行う。

【０００５】上記したような作動の繰返しにより溝掘削
作業をするとき、図３に示すアーム３３を押し出した状
態では、該アーム３３を含むそれより先端側の構成部材
全体の重心位置Ｇは、ブーム３２の先端への軸支部であ
る回動中心軸０よりも図の左方の離れた位置にあるか
ら、重心位置Ｇが回動中心軸０を通る垂直線Ｘ−Ｘ上に
くるまでは、油圧シリンダ５には、自重による強制的な
伸長力が常に作用することとなる。従って、図３の状態
から油圧シリンダ５を伸長させる方向の操作をしアーム
３３の先端に取付けたバケット３４の刃先を、より正確
に溝底面Ｍにあてがうべく、ゆっくりと作動させようと
すればする程、油圧シリンダ５のヘッド側油室へ圧油が
供給されて該油圧シリンダ５が伸長する速度よりも早い
速度で強制的に伸ばされ、その結果、ヘッド側油室には
真空状態の空隙が発生したり、作動油中に介在するエア
ーが分離したりする傾向となる。

【０００６】次いで、上記状態から引続いて油圧シリン
ダ５の伸長操作を続け、重心位置Ｇが回動中心軸０を通
る垂直線Ｘ−Ｘを越えようとすると、該油圧シリンダ５
には重量による伸長力は作用しなくなり、そのヘッド側
油室には正圧力の圧油の供給が必要となるが、前記のヘ
ッド側油室に残された空隙間を充満させるだけの圧油
が、油圧切換弁を介して補充された後でないとアーム３
３の作動開始はなされない。すなわち、油圧シリンダ５
が伸長する方向へ、油圧切換弁を引続き操作していて
も、アーム３３は、重心位置Ｇが垂直線Ｘ−Ｘを通過す
る位置付近で或る時間だけ停止し、しかる後に作動を再
開するといった作動遅れ現象が発生し、同一の油圧バッ
クホウにおいては、アーム３３の回動動作をゆっくりす
ればする程、またバケット３４などの荷重が作用してい
ればその重量が重いとそれだけ顕著である。

【０００７】このような建設機械のフロントアタッチメ
ントにおける作動遅れ現象が大きいと、近年の如く、建
設工事の大部分が機械化施工の対象となり、しかも、精
度を要する仕上作業に従事したり、補助作業者、他種機
械と混然一体となって施工する機会の多い現場では、単
に作業能率が悪くなるばかりではなく、建設災害の要因
ともなる。

【０００８】以上のような作動遅れ現象は、関節アーム
を油圧シリンダで回動させる形式の機構をもつ機械で、
回動軸を通る垂直線に対し、関節アームを前後に大きく
回転させる油圧シリンダに発生するものであり、その代
表例は先に述べた油圧バックホウのアームシリンダであ
る。この現象をできるだけ少なくする目的で、従来の技
術では、自重または負荷により真空となる傾向の油圧シ
リンダの油室に向け、補給油用の管路を設ける方法が講
じられていた。その一実施例を図２に示す油圧バックホ
ウのアームシリンダの場合について述べる。この図にお
いて、５ａ，５ｂは図３，４におけるアーム用の油圧シ
リンダ５のそれぞれヘッド側油室、ロッド側油室であ
り、該油圧シリンダ５は、油圧切換弁２６、２７、２
８、２９で構成される油圧切換弁群中の油圧切換弁２６
により圧油を供給、排出され伸縮の作動をするものであ
り、アーム３３の作動サイクル中、特にヘッド側油室５
ａが真空状態になり易い側の油室とする。このようなと
き、油圧切換弁２６とヘッド側油室５ａとを接続する管
路１０と、タンク１４へ通じる管路１１との間に分岐管
路２４を設け、該分岐管路２４の途中に、管路１０へ向
けてのみ開口し得るチェック弁２５を設ける。

【０００９】従って、ヘッド側油室５ａの圧力が低下
し、真空状態になろうとすると、管路１１から油が分岐
管路２４およびチェック弁２５を通り管路１０を経て、
上記ヘッド側油室５ａへ油を補給し、空隙が発生するこ
とを防止しようとする。また、油圧切換弁２６からの圧
油が管路１０を通りヘッド側油室５ａへ供給され、油圧
シリンダ５が伸長するとき、負荷抵抗のため管路１０の
圧力が上昇しても、分岐管路２４にはチェック弁２５が
配置されているので、圧油が管路１１へと流失すること
はない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】外力により油圧シリン
ダが、その本来の作動速度以上の速度で伸縮されようと
して真空状態が発生する側に接続する管路と、タンクに
通じる管路との間に、チェック弁を介して補給用の管路
を設けた従来技術により、油圧シリンダの作動遅れを防
止することは或程度可能ではあるが、建設機械の如く比
較的大形の機械に対しては、上記補給用の管路が長くな
ること、油圧シリンダとタンクとの位置の高低差が大き
いこと、補給管路の途中に設けるチェック弁は高圧油が
タンクへ通じる管路へと流出することを完全に防止しな
ければならないのは勿論であるが、このようなチェック
弁によって補給時の油の通過抵抗を皆無にすることは困
難であることなどのため、油室内の圧力は負圧となる傾
向となり、真空状態の空隙または作動油中に介在する少
量のエアーの分離による空隙が発生し、作動遅れ対策が
十分とは云えない。

【００１１】さらに、油圧シリンダの伸縮速度が早い場
合、寒冷地での使用の場合などを考慮すると、この補給
管路の内径を大きくしたり、油圧シリンダの油室近くま
で配管したりしなければならないので、その配管スペー
スを確保して配管工事を実施することは容易ではない。
従って、この発明は上述の如き不工合に鑑み、必要に応
じ油圧シリンダの油室へ、外部配管を経由せず、直接半
強制的に補給するようにすることにより、油圧回路組付
時にも容易な作業となることを実現することを課題とす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するため、次のような手段を講じた。すなわち、 イ） 複動式油圧シリンダ作動用油圧切換弁であって、
油圧シリンダの一方の油室へ油圧ポンプからの圧油を供
給する内部供給油路と、他方の油室からの戻り油をタン
クへ通じる管路へ連通する内部戻り油路との、それぞれ
を備えた切換位置において、 ロ） 上記内部供給油路と内部戻り油路との間を接続
し、中間には、内部戻り油路から内部供給油路に向けて
のみ開口可能のチェック部を設けた分岐油路を形成する
とともに、 ハ） 該内部戻り油路の上記分岐油路の分岐点よりも下
流側に設け、受信部に外部から信号が作用すると絞り効
果を増大する機能を有する可変絞り部を設ける。 ニ） 上記可変絞り部の受信部には、前記切換位置に切
換わったとき、外部からの信号用パイロット管路の信号
を受信ポートを経て供給することのできる接続ポートを
油圧切換弁本体に設ける。 ホ） 上記パイロット管路へは、油圧シリンダの上記一
方の油室の圧力を検出し、該検出圧力が所定の正圧以下
になると高圧の信号を出力するが、それ以上になると低
圧の信号を出力する機能の作動圧検出手段の出力管路を
接続する。

【００１３】

【作用】油圧切換弁を切換えて油圧シリンダを作動させ
ているとき、通常の作動状態では低圧信号が絞り部に作
用し、油圧シリンダの作動側油室へ戻り油が僅かに再生
補給されるが、何れかの外力が油圧シリンダの作動方向
に加わり、前記一方の油室の圧力が所定の正圧以下にな
ると、作動圧検出手段は高圧信号を出力管路、パイロッ
ト管路を経て前記受信ポートへ出力する結果、油圧切換
弁の内部戻り油路に設けた絞り部は、絞り効果を発揮す
るので、油圧シリンダの他方の油室からの戻り油の大部
分は、前記分岐油路、チェック部を通り内部供給油路へ
と強制的に再生合流し、一方の油室ヘより大量の圧油が
補給されることとなるので、該一方の油室が真空状態な
どになり空隙を生じ、作動中の作動遅れを発生したりす
ることはなくなる。

【００１４】以下、この発明の構成を図に基づいて詳細
に説明する。図１は、複数の油圧シリンダとそれを制御
する専用の油圧切換弁のうち、或る特定の油圧シリン
ダ、すなわち、例えば図３のアーム用油圧シリンダ５と
それを作動せしめる専用の油圧切換弁４および関連部分
の構成を示す、この発明の油圧回路図である。図におい
て、従来技術の説明で用いた図２ないし図４の構成部品
と同一部品には同一の符号を付し、それぞれの説明は省
略する。図１において、１，２は油圧ポンプ、３はパイ
ロットポンプで、何れもエンジンＭで同時に駆動され、
タンク１４の油を吸入し、それぞれ管路６，７，８へ所
定調整圧力以内の圧油を供給するもので、管路６は図示
を省略した他の油圧切換弁群の、管路７は油圧切換弁４
を含む油圧切換弁群の、管路８はこの発明の信号用パイ
ロット圧ならびに機械全般の操作系用その他の油圧源用
管路となる。

【００１５】油圧切換弁４は通常の３位置形式の方向切
換弁で、中立位置Ｃにあるときは管路７は該油圧切換弁
４のセンタバイパス通路を通過し、他の油圧切換弁に流
入し最終的にはタンク１４に通じる管路１１へと管路１
２を経て通じる。油圧切換弁４の左右に設けたパイロッ
ト油室の何れかにパイロット圧が作用すると、中立位置
Ｃから切換位置ＡまたはＢへと切換えられ、管路７の圧
油は、その内部油路、管路１０または９を通り油圧シリ
ンダ５の油室５ａまたは５ｂへ流入することにより該油
圧シリンダ５を短縮させ、その戻り油は再び管路９また
は１０油圧切換弁４の内部油路を通り、管路１３，１
１、背圧弁２３を経てタンク１４へと戻る。また、この
切換弁４のどちらかの切換位置、すなわち、本実施例図
においては、切換位置Ａにおける内部供給油路４ａと内
部戻り油路４ｂとを連通する分岐油路を設け、該分岐油
路には、上記内部戻り油路４ｂから内部供給油路４ａに
向けてのみ開路するチェック部１５を設け、さらに、内
部戻り油路４ｂにおける前記分岐油路の分岐点よりも下
流側には可変絞り部１６を設け、該可変絞り部１６は受
信ポート１７ａを介してパイロット管路１７から供給さ
れる信号値に比例して、その絞り効果を増減し、常時、
内部供給油路４ａの圧力が所定の正の圧力を下回らない
ように、強制的に内部戻り油路４ｂからチェック部１５
を経て供給する。

【００１６】１９は、スプリングの付勢力で開路してい
るが、受信部に圧力が所定値を超えて作用すると閉路す
る開閉弁２０、一方の入口ポートは上記開閉弁２０の出
口ポートに、絞り２２を介して接続され、他方の入口ポ
ートは背圧弁２３の上流側管路に接続され、出口ポート
はパイロット管路１７に接続されたシャトル弁２１など
から構成した作動圧検出手段である。上記開閉弁２０の
受信部には油圧シリンダ５のヘッド側油室５ａに通じる
管路１０から分岐したパイロット管路１８が、また、入
口ポートには管路８が接続してある。なお、圧力検出手
段１９を構成する絞り２２は、開閉弁２０の急激な作動
に対してもパイロット管路１７の圧力変動を安定させ、
また、背圧弁２３はパイロットポンプ２３の回路圧保持
用のリリーフ弁３７の下流側管路にあり、所定の低圧を
常時保持するようにしてあるので、この低圧油がシャト
ル弁２１を介してパイロット管路１７、受信ポート１７
ａ、可変絞り部１６の受信部に供給されるので、開閉弁
２０が閉路したときも可変絞り部１６に僅かな絞り効果
を付与することにより、油圧切換弁４の内部供給油路４
ａが常時正圧を保持する効果がある。なお、背圧弁２３
は、この実施例の如き位置に設けることを限定するもの
ではなく、その上流側管路から安定した低圧油が得られ
れば、他の油圧源管路に設けてもよい。

【００１７】次に、以上の構成からなるこの発明の作動
について説明する。この実施例において、油圧シリンダ
５が外力により早い速度で作動され、その結果空隙が生
ずる傾向が発生するのはヘッド側油室５ａであるとす
る。油圧切換弁４を中立位置Ｃから切換位置Ａに切換え
油圧シリンダ５を伸長させるとき、伸長に抵抗する負荷
抵抗があれば、ヘッド側油室５ａ、管路１０には所定値
以上の正の圧力が発生し、これがパイロット圧としてパ
イロット管路１８を経て作動圧検出手段１９を構成する
開閉弁２０の受信部に作用し、該弁を閉路するから、管
路８の圧油はここで遮断され、パイロット管路１７、受
信ポート１７ａ、可変絞り部１６の受信部には背圧弁２
３で発生する低圧の圧油のみがシャトル弁２１を介して
作用するから、該可変絞り部１６は所定の開度となる。
従って、油圧ポンプ２の圧油は油圧切換弁４の内部供給
油路４ａ、内部戻り油路４ｂを抵抗なく流通して油圧シ
リンダ４を伸長作動させるほか、内部戻り油路４ｂから
内部供給油路４ａへ、必要に応じ再生補給油を提供す
る。

【００１８】次いで、上述の伸長作動中、油圧シリンダ
４の伸長方向の外力が作用し、その作動速度よりも早い
速度で引張られるような負荷状態になると、当然、ヘッ
ド側油室５ａの圧力は低下し、所定の正の圧力以下とな
るから、パイロット管路１８の高い圧力で閉路状態を維
持していた開閉弁２０は内部油路を開路することとな
り、管路８の圧油は該開閉弁２０、絞り２２、シャトル
弁２１を通りパイロット圧となって、パイロット管路１
７、受信ポート１７ａ、可変絞り部１６の受信部に達
し、該可変絞り部１６の絞り効果が最大となるように作
用する。従って、ロッド側油室５ｂからの戻り油は管路
９を通り油圧切換弁４の内部戻り油路４ｂへと流入する
が、可変絞り部１６の抵抗があるためチェック部１５を
経て内部供給油路４ａ側へと再生合流し、再びヘッド側
油室５ａ流入するから、この油室は真空状態やかみ込み
エアの分離による空隙が生じることを未然に防止するこ
とができる。また、外力で強制的に伸長される速度が早
ければ早い程、チェック部１５を通り再生する油量も多
くなるので、広範囲な作動負荷変動を伴う用途にも十分
対応できる。

【００１９】以上の実施例における構成は、チェック部
１５、可変絞り部１６を切換位置Ａ側に設け、油圧シリ
ンダ５のヘッド側油室５ａへ再生油を合流させる場合を
例示したが、この発明はこれに限定するものではなく、
可変絞り効果を適宜設定してロッド側油室５ｂへ再生油
を合流させたり、チェック部１５、可変絞り部１６を切
換位置Ｂ側またはその両側の内部供給油路、内部戻り油
路部分に設け、それぞれ専用の作動圧検出手段に接続す
ることにより油圧シリンダに作用する外力の方向、作用
形態が多様化したときにも利用できることは言うまでも
ない。

【００２０】

【発明の効果】油圧シリンダを油圧切換弁で作動させる
とき、その作動方向へ何れかの外力が作用し、圧油流入
側油室の外力が所定値以下になると圧力検出手段がこれ
を検出し信号を油圧切換弁に発信し、該油圧切換弁の内
部戻り油路を可変絞り部で絞り内部供給油路へと、チェ
ック部を介して強制的に再生合流せしめるようにしたの
で、油圧シリンダの１ストローク中において、外力の加
わる方向が正負に混在するような用途の油圧作動回路に
おいても、油圧シリンダの油室が真空状態となって、ま
たは異常な低圧となる結果作動油中のかみ込みエアが分
離するなどして空隙を生ずるなどといったことがなくな
るから、油圧シリンダに加わる外力の作用方向が変わる
時点での作動遅れは全くなく、同時に、油圧シリンダの
外力による作動速度に比例して再生合流する油量も増加
するので、広範囲な油圧シリンダ作動回路に適応でき、
能率がよいうえに作動中の危険性は全くない。また、こ
の発明を構成する油圧切換弁は、従来技術のものの内部
部品が１部異なることとパイロット圧の受信ポートが付
加されるのみであるから製作は容易であり、再生時の油
路は油圧切換弁内にあり、さらに、作動圧検出手段は該
油圧切換弁の近くに配置できるから外気温によりその性
能を左右されることもない。作動圧検出手段は既知技術
の油圧部品からなり構造簡単で、該手段と油圧切換弁、
油圧シリンダ作動管路間のパイロット管路などは、すべ
て小径で短くてよく、従来技術の如く大径の管路を必要
としないから、配管のための費用、スペースともに節約
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を示す油圧回路図である。

【図２】従来技術の補給回路を備えた油圧シリンダ作動
用の要部油圧回路である。

【図３】油圧バックホウのアームシリンダ作動状態を説
明する側面図である。

【図４】油圧バックホウのアームシリンダでアームを引
き作動中の説明をする側面図である。

【符号の説明】

４ 油圧切換弁 ５ 油圧シリンダ １５ チェック部 １６ 可変絞り部 １９ 作動圧検出手段 ２０ 開閉弁 ２１ シャトル弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ポンプからの圧油を油圧切換弁で切
   換えて正逆に作動させる複動式油圧シリンダの作動回路
   において、該油圧切換弁の切換位置の内部供給油路と内
   部戻り油路とに両端を接続し中間に、上記内部戻り油路
   から内部供給油路に向けてのみ開口するチェック部を設
   けた分岐油路と、該分岐油路の分岐点よりも下流側の内
   部戻り油路上にあって受信部に外部からの信号が作用す
   ると絞り効果を発揮する可変絞り部と、該可変絞り部へ
   信号を外部から供給することのできる受信ポートとを設
   けるとともに、該受信ポートへは前記油圧切換弁の切換
   位置に連なる油圧シリンダの油室の圧力または所定の一
   定圧力のうち、何れか高い側の圧力を信号として出力す
   る作動圧検出手段の出力部を接続したことを特徴とする
   建設機械用油圧シリンダの再生油圧回路。