JPH0621677B2 - 建設機械用切換弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、建設機械の切換弁に関するものである。

従来の技術 上部旋回体が旋回可能な建設機械、例えば油圧ショベル
は、フロント部にブーム、アーム、バケットなどの作業
アタッチメントを装着して掘削作業を行うものである
が、そのうちアームシリンダ、バケットシリンダなど
へ、圧油を切換えて供給する切換弁には可変再生機能を
そなえたものがある。例えばアーム再生機能とは、アー
ム引込掘削作動完了後、アームシリンダを伸張作動させ
るとき、アームシリンダに作用する負荷は低負荷である
から速く作動させるために、アームシリンダのピストン
ロッド側油室からの戻り油を切換弁のスプールに内蔵し
たチェックポペット開口部を介して、シリンダヘッド側
油室へ追加して送油する機能である。しかしアーム負荷
の高いときには、アーム切換弁のスプール内に設けたピ
ストンの作動により、再生機能をさせることなく、ピス
トンロッド側油室からの戻り油を直接油タンクへ戻すこ
とにより、戻り油路側をアンロードしてアームの引込掘
削力を増大せしめる。したがってアーム切換弁では、前
者の場合には再生を、後者の場合には再生をさせないと
いう切換を、その負荷圧力を検出することによって自動
的に、いわゆる可変再生機能を働かせている。上記目的
を達成するための従来技術として、特開昭５９−２３１
０４号公報記載の油圧制御装置が知られており、さら
に、第７図では他の従来技術の可変再生機能を有するア
ーム切換弁と、旋回モータ切換弁とが油圧源に対して並
列に接続されている方式の油圧回路図である。これら従
来技術のうち、後者を第７図ないし第９図に基づいて詳
述するに、１はアーム操作用リモートコントロール弁
（以下リモコン弁という）２は旋回操作用リモコン弁、
３はアームシリンダ、４は旋回モータ、５′はアーム切
換弁、６は旋回切換弁、７は油圧ポンプ、８はリモコン
弁１，２用パイロットポンプ、９はアーム切換弁５′用
チェックバルブ、１０は旋回切換弁６用チェックバル
ブ、１１はアーム切換弁５′のイ位置セクション内チェ
ックポペット部、１２はサブスプール部、１３′はアー
ム切換弁５′の右側パイロット圧受圧部、１４は旋回切
換弁６の右側パイロット圧受圧部、１５はリモコン弁１
とパイロット圧受圧部１３′とを連通するパイロット油
路、１６はリモコン弁２とパイロット圧受圧部１４とを
連通するパイロット油路、１７は旋回切換弁６の旋回パ
イロット圧導出ポート、１８′はアーム切換弁５′に設
けた旋回パイロット圧導入ポート、１９′は上記旋回パ
イロット圧導出および導入ポート１７および１８′を連
通するパイロット油路、２０，２１，２２は油路、２３
は油タンクである。

第８図および第９図は、第７におけるアーム切換弁５′
をアームシリンダ伸張作動に切換えたときの断面詳細図
で、この第７，第８図および第９図に基づきアーム切換
弁５′の作動機能について述べる。第７図のアーム用リ
モコン弁１をロ位置へ操作すると、リモコン弁１からの
パイロット圧はパイロット油路１５を経てアーム切換弁
５′の右側パイロット圧受圧部１３′へ作用するものと
すると、アーム切換弁５′はイ位置に切換わり、油圧ポ
ンプ７からの吐出圧油は、油路２０，２１、チエックバ
ルブ９、アーム切換弁５′のイ位置を経てアームシリン
ダ３のシリンダヘッド側油室へ供給され、該アームシリ
ンダ３の伸張作動を行わしめる。このとき、アームシリ
ンダ３に作用する負荷が低負荷のときには、第８図の如
くアームシリンダ３のピストンロッド側油室からの戻り
油の一部はアーム切換弁５′のポートＢ′を経由してア
ームスプール２４のノッチ穴２５、チェックポペット２
６の開口絞り部、ノッチ穴２７、ブリッジ油路２８を経
てアームシリンダ３のヘッド側油室に通じるポートＡ′
へ追加送油する。また上記戻り油の他の一部はアームス
プール２４のノッチ穴２５、サブスプール２９の開口絞
り部Ｃ、ノッチ穴３０、タンクポート３１を経て油タン
ク２３へ戻る。しかしアームシリンダ３に高負荷がかか
った場合には、第９図の如くチェックバルブ９を開口し
た吐出圧油がアームスプール２４内のピストンブロック
３２に挿入されたピストン３３に作用して、これを左方
へ移動させるので、サブスプール２９も左方へ移動す
る。それにともないチェックポペット２６は左方へ移動
してアームスプール２４のノッチ穴２７を閉鎖し、一
方、戻り油の通過するノッチ穴３０は全開口し、戻り油
の全量がタンクポート３１を経て油タンク２３へ戻る。
そのために、アームシリンダ３の伸張力、すなわち、そ
れによるアーム掘削力は増大する。

次にアームシリンダ３伸張作動中に旋回切換弁６を切換
えて、旋回モータ４とアームシリンダ３伸張作動を同時
操作した場合の作動機能について述べる。第７図内リモ
コン弁２をハ位置に操作すると、リモコン弁２からのパ
イロット圧はパイロット油路１６を経て旋回切換弁６の
パイロット圧受圧部１４に作用するものとすると、旋回
切換弁６はニ位置へ切換わる。旋回モータ４はアームシ
リンダ３と回路が並列に設けられているので、油圧ポン
プ７からの吐出圧油は油路２０，２２、チエック弁１
０、旋回切換弁６のニ位置を経て旋回モータ４を作動さ
せる。それと同時に旋回切換弁６の旋回パイロット圧導
出ポート１７から導出される旋回パイロット圧は、パイ
ロット油路１９′を経てアーム切換弁５′の旋回パイロ
ット圧導入ポート１８′へ導入される。第９図アーム切
換弁５′の断面詳細図により説明すると旋回パイロット
圧導入ポート１８′に導かれたパイロット圧は、アーム
スプール２４のノッチ穴３４、サブスプール前側ばね室
３５を経てサブスプール２９に作用する。そこでサブス
プール２９は、サブスプール前側ばね室３５内のスプリ
ング３６を圧縮して右方へ移動する。その結果、アーム
シリンダ３伸長時の負荷圧力の大小に関係なく、そのピ
ストンロッド側油室からの戻り油は、サブスプール２９
の開口絞り部Ｃにより油路が絞られ流量が減少する。し
たがって油圧ポンプ７からの吐出圧油は旋回モータ４の
負荷圧力が、例え大きくても、その側へ多量に供給され
るので、いわゆる旋回・アーム同時操作時の旋回優先シ
ステムが可能となる。

発明が解決しようとする課題 上部旋回体が旋回可能な建設機械で、例えば油圧ショベ
ルに取付けられているアームシリンダ、バケットシリン
ダなどには、可変再生機能を備えたものが多く、また、
上述のような旋回優先システムを可能ならしめる必要が
ある。従来の再生機能構造は何れもその切換弁のスプー
ル内部中空室にサブスプールを摺動可能に設け、該サブ
スプールによりシリンダのロッド側油室からの戻り油の
流路方向を切換え、戻り油の一部をヘッド側油室の供給
油路側へ追加送油する手段が用いられていた。そのた
め、小径スプールを有する切換弁を使用する場合や切換
弁の小形化をはかり、スプールの直径を小径にする場合
には、中空室内に挿入したサブスプールが障害となり再
生に必要な十分の油量を通過させることができず、効果
的な再生機能を働かせることが困難であった。また、切
換弁のスプールの中空室内にサブスプールを設けること
から、流路が絞られ流体が高速で流通することによりサ
ブスプールにフローフォースが加わり、その移動が円滑
でなくなり確実な再生、アンロードの切換機能が期待で
きない。さらに、油圧ショベルの回路における如く、旋
回、アーム同時操作時の旋回優先システムを可能とする
ため、スプールの一端部に外部信号受診部を設け、同時
操作時に強制的にアンロード解除状態にさせる構造を付
加するときは、さらに、その部分は複雑となり、切換弁
の小形化は期待できなくなる。

そこで、本発明は上記に鑑み、スプール内にサブスプー
ルや、アンロード強制解除用の受信部を設けない切換弁
を提供することを課題とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために講じた本発明の手段は、 イ．）切換弁のスプール内部に中空室を設け、シリンダ
を伸張させる位置にスプールを移動させたとき、上記中
空室からシリンダヘッド側への油路へ開口する第１のノ
ッチ穴と、ロッド側への油路へ開口する第２のノッチ穴
と、タンク連通路へ開口する第３のノッチ穴を外方へ向
け穿設する。

ロ．）上記中空室の第１のノッチ穴部には中空室から該
ノッチ穴に向けてのみ開口する再生用チェックポペット
を設け、第２のノッチ穴と第３のノッチ穴を設けた中空
室部分の相互は隔壁穴を介して連通させる。

ハ．）第３のノッチ穴側の中空室に嵌装し、常時は閉塞
されている上記隔壁穴を、信号で開路するロジックバル
ブ形式の戻り油路用ポペットを設ける。

ニ．）更に、切換弁本体にはプラグ本体を装着し、プラ
グ本体に設けたパイロット油室にはパイロットピストン
を遊嵌し、該パイロットピストンの一方の側には調整装
置の調整による初期設定および外部指令圧力の大小に応
じて最終的な設定値が増減するスプリングの付勢力を、
他方の側のパイロット油室には、シリンダヘッド側油室
の圧力をパイロット圧として導くとともに、該パイロッ
ト圧の作用力が、そのときのスプリングの付勢力よりも
大きくなると、上記パイロットピストンが定位置から移
動し、前記ロジックバルブ用ポペットが隔壁穴を開路す
る如き信号を供給する油路を設ける。

作 用 イ．シリンダを伸張作動させる場合に、シリンダに作用
する負荷が低負荷のときには、シリンダのロッド側油室
からの戻り油はスプールの戻り油用、すなわち、第２の
ノッチ穴、スプール内部中空室、第１のノッチ穴を経
て、シリンダヘッド側供給油路へ追加送油される。その
場合にスプール内部中空室には障害物がないので、流路
抵抗の少ない有効な再生用流路が確保される。

ロ．シリンダを伸張作動させる場合に、シリンダに作用
する負荷が高負荷であるときには、シリンダヘッド側へ
の供給油圧がプラグ本体内のパイロットピストンに作用
し、その時のスプリングの設定値を越えて該パイロット
ピストンを移動させると、前記ロジックバルブ用ポペッ
トを開路する信号が供給され、該戻り油用ポペットは隔
壁穴を開路する。その結果、ロッド側油室からの戻り油
は、スプールの戻り油用の第２のノッチ穴、内部中空
室、隔壁穴、第３のノッチ穴を経て油タンクへ戻る。そ
の場合にはスプール内部中空室には障害物がないので、
圧力損失の少ない戻り油路が確保される。

ハ．上記ポペットは、スプール内部中空室にあるが、そ
の周囲を流体が通過しない中空室前端部に設けたので、
該ポペットは切換弁内流路のフローフォースの影響を受
けることなく、戻り油用ポペットの開閉が確実に行え
る。

ニ．戻り油用ポペットを開口してアンロードさせる機能
は、シリンダヘッド側供給油路から別通路のパイロット
油路を通じてプラグ本体内のパイロットピストンにパイ
ロット油圧として作用させ、その作用力が所定値を越え
るときに開始するのであるが、上記の所定値は調整装置
のの調整、外部指令圧力の大小などにより任意に初期の
設定値の増減、最終設定値の増減は可能であるから、外
部指令圧力として油圧シヨベルの旋回作動圧力をパイロ
ット圧として導入すると、旋回作動時のみ、アンロード
解除に必要な前記パイロットピストンに作用するパイロ
ット圧は高くなるので、旋回優先システムが可能であ
る。

実施例 以下、本発明の第１発明および第２発明の実施例を図に
基づいて詳細に説明する。

先ず、第１発明より説明する。第１図は油圧ショベルの
アーム切換弁に本発明を適用したときの油圧回路図であ
るが、第７図従来技術油圧回路内アーム切換弁５′の代
りに本発明アーム切換弁５を配置して構成したものであ
る。図において、４１はアーム切換弁５のホ位置セクシ
ヨン内チェックポペットで、通常は第２図に示すよう
に、スプール３７の中空室３８からシリンダヘッド側供
給油路３９へ開口するノッチ穴４０を閉塞している。４
８はロジックバルブ部、４９はリリーフスプール部、５
０は絞り部、５１はロジックバルブ４８へ圧油を作用さ
せるための油圧ポンプ、５２は油圧ポンプ５１の吐出用
油路、５３は油タンク２３へ連通する油路である。

第２図、第３図および第４図はアーム切換弁５の断面詳
細図で、第１〜４図に基づきアーム切換弁（以下切換弁
という）５の作動機能について述べる。第２図では切換
弁５が中立位置にあって、油圧ポンプ７からの吐出油は
センタバイパス油路５４を通過しアームシリンダ３は作
動しない。

次いで第１図のアーム用リモコン弁１をロ位置に操作す
ると、リモコン弁１からのパイロット圧は切換弁５のパ
イロット圧受圧部１３に作用し、切換弁５をホ位置に切
換える。これにともない、油圧ポンプ７からの吐出圧油
は油路２０，２１、チェック弁９、切換弁５のホ位置を
経てアームシリンダ３のシリンダヘッド側へ供給され、
該アームシリンダ３の伸張作動を行わしめる。このと
き、アームシリンダ３に作用する負荷が低負荷であれ
ば、ピストンロッド側油室からの戻り油の圧力はシリン
ダヘッド側の圧力に比し、より高い圧力を発揮し得るの
で、第３図の如く切換弁５のポートＢへの戻り油は、ス
プール３７のノッチ穴５５、中空室３８を通過してチェ
ックポペット４１を開口し、シリンダヘッド側油室へ追
加送油される。

しかしアームシリンダ３に高負荷がかかり、シリンダヘ
ッド側供給油路３９の油圧が高くなったときには、第４
図の如く高圧となった供給油路３９の油圧はパイロット
油路４３を通じて、プラグ本体５６内のパイロットピス
トン４２に導かれ、この圧力が所定値を越えると該パイ
ロットピストン４２を移動させるようになっている。第
４図におけるＤ部の詳細図が第５図であり、以下に記載
の各部品の構成により、第１図のロジックバルブ部４
８、リリーフスプール部４９、絞り部５０を構成してい
る。すなわち、プラグ本体５６内にはスプリング５７で
付勢されたリリーフスプール４６と上記パイロットピス
トン４２が挿入してある。また、リリーフスプール４６
には絞り溝部５８が設けてあり、パイロットピストン４
２に上記所定値以上の高圧が作用しないときにはプラグ
本体５６のノッチ穴５９とノッチ穴６０とは遮断され、
パイロットピストン４２に所定値以上の高圧が作用する
とスプリング５７に抗して移動し、絞り溝部５８が上記
ノッチ穴５９と６０とを油タンク２３へ連通せしめる如
くしてある。そしてそのノッチ穴５９と６０には、切換
弁５の本体部側に油路６１と６２がそれぞれ接続されて
いる。一方、スプール３７内ポペット４５の図示左側の
スプリング室６３には、油圧ポンプ５１からの圧油をポ
ート６４、油路６５、スプール３７の絞り部５０を経て
常時導いてある。また上記スプリング室６３は、スプー
ルヘッド６７内の油路６８を経てスプール３７のノッチ
穴６９と連通している。したがって、シリンダヘッド側
の油圧が前記所定の値を越えると、その油圧パイロット
油路４３を通じてパイロットピストン４２に作用する。
そうするとパイロットピストン４２およびリリーフスプ
ール４６はスプリング５７のばね力に抗し、その圧力に
比例して図示左方に移動し、リリーフスプール４６はプ
ラグ本体５６のノッチ穴５９と６０を油タンク２３に短
絡させる。それにともない、ポペット４５前部のスプリ
ング室６３が油路６８、ノッチ穴６９、油路６１、ノッ
チ穴５９、絞り溝部５８、ノッチ穴６０、タンクポート
７０を経て油タンク２３に連通する。その結果ポペット
４５は図示左方へ移動し油路を開口するので、ポートＢ
からの戻り油は戻り油路４４、スプール３７のノッチ穴
５５、中空室３８の左端部、ポペット４５の開口部、ノ
ッチ穴６６、タンク連通路７１を経て油タンク２３へ送
油される。なお、上記プラグ本体５６内構成において、
パイロットピストン４２とリリーフスプール４６は一体
形のものでもよい。また、スプリング５７の初期設定力
は図示の調整ねじを調整し、取付長さを加減することに
より自由に加減できるとともに、プラグ本体５６に摺動
自在に内装され、パイロット油路１９のパイロット圧が
ピストン４７に作用し、スプリング５７の初期設定力に
抗して移動することによっても加減できる。

上記の如くしてピストンロッド側よりの戻り油はアンロ
ードされるが、その場合に旋回モータ４を同時に操作し
たときの作動機能について述べる。第１図内リモコン弁
２をハ位置に操作すると、旋回切換弁６はニ位置へ切換
わり、旋回モータ４は回転作動する。それと同時に旋回
切換弁６の旋回パイロット圧導出ポート１７より導出さ
れる旋回パイロット圧は、パイロット油路１９を経てア
ーム切換弁５の旋回パイロット圧導入ポート１８へ導入
される。そうするとその旋回パイロット圧は、第５図に
おける切換弁５内プラグ本体５６の旋回パイロット圧導
入ポート１８からピストン４７に作用し、その圧力に比
例する力で、スプリング５７を圧縮し、その設定力を増
大させ、リリーフスプール４６およびパイロットピスト
ン４２がパイロット圧で図示左方へ移動しようとする作
用力に対抗する力を増大させる。その結果、リリーフス
プール４６の絞り溝部５８によりノッチ穴５９と６０と
の連通は、パイロット油路４３の圧力が更に高い所定値
以上にならない限り遮断される。そこでスプール３７内
ポペット４５は中空室３８の前端開口部を閉じる如く保
持し油路を絞り込むので、戻り油路４４よりの戻り油量
は減少する。したがってアームシリンダ３の負荷が小さ
いときにも、油路２１の圧力は上昇し、油圧ポンプ７か
らの吐出圧油は高圧でもって旋回モータ４側へ多分に供
給され、旋回優先システムが可能となる。

次に第２発明について説明する。第２発明は、前述の第
１発明におけるプラグ本体５６に設けてある旋回パイロ
ット圧導入ポート１８とピストン４７を省略したもの
で、それ以外は第１発明と同じである。第２発明におけ
るプラグ本体５６′は第６図に示す如きものである。プ
ラグ本体５６′内にはスプリング５７で付勢されたリリ
ーフスプール４６およびパイロットピストン４２が挿入
してある。それでパイロットピストン４２に旋回モータ
作動圧力など外部信号圧力を作用させることはできない
が、アームシリンダ３が伸張するとき、その負荷が増大
してパイロット油路４３の圧力が所定の値を越えるとピ
ストンロッド側油室よりの戻り油をアンロードさせる機
能は第１発明と同じである。

発明の効果 本発明のかかる可変再生機能を有する切換弁は、従来の
技術で開示した如きスプールの中空室内に直接、再生用
のサブスプールを設けることなく、切換弁のスプール中
空室の中央部分は、再生用油路専用としてのみ確保して
おき、その中空室の両端部にそれぞれ再生用のチェック
ポペットおよびロジックバルブ形式の戻り油用ポペット
を設けたから、スプール内部を通過する再生油の流速で
上記チェックポペットやポペットがフローフォースを受
けることもなく、その作動は確実であり、同一再生油量
を得るためのスプール中央部中空穴径も小さくてよいか
ら、スプール径も小さく設計できる。また、本切換弁が
再生作動中において戻り油用ポペットを開口する、すな
わち、再生中止機能を発揮するのは、油圧シリンダの負
荷圧力による作用力が所定の値を越えたときであり、し
かも、この所定の値である初期設定力はプラグ本体の調
整装置により任意に加減できるから、建設機械の作業内
容に適した再生中止の負荷圧力の選択ができるほか、更
には、上記プラグ本体の初期設定力に加え、外部信号圧
力の大小に応じて最終的な設定力が増大するように構成
したから、上述の可変再生機能の他、実施例油圧回路図
に示すような同一油圧源に対し、例えば、旋回、アーム
作動用切換弁が並列に配置されている回路であっても、
旋回用アクチュエータ作動圧油を旋回パイロット圧とし
て上記プラグ本体の外部信号圧導入ポートに導くこと
と、前記初期設定力をプラグ本体の調整装置により加減
することにより、旋回、アーム同時操作時において、旋
回用油圧モータの負荷圧力が所定値以下、すなわち、相
当の旋回加速が終了しない限り、アームシリンダの再生
状態が解除されず、しかも、この解除条件は調整可能で
あるといった、理想的旋回優先システムを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の切換弁を有する油圧回路図、第２図，
第３図および第４図は本発明切換弁の断面詳細図、第５
図は第４図のＤ部第１発明の断面詳細図、第６図は第４
図のＤ部第２発明の断面詳細図、第７図は従来技術の切
換弁を有する油圧回路図、第８図および第９図は従来技
術切換弁の断面詳細図である。 ３……アームシリンダ ５，５′……アーム切換弁 ２６，４１……チェックポペット ２９……サブスプール ３３……ピストン ３７……スプール ３８……中空室 ４２……パイロットピストン ４３……パイロット油路 ４４……戻り油路 ４５……ポペット ４６……リリーフスプール ５６，５６′……プラグ本体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】再生機能を有する建設機械の油圧シリンダ
   作動用切換弁本体に、中心部には中空室（３８）を有す
   るスプール（３７）を摺動自在に内蔵する切換弁におい
   て、上記中空室（３８）からスプール（３７）の外周に
   向けて第１のノッチ穴（４０）、第２のノッチ穴（５
   ５）および第３のノッチ穴（６６）を穿設し、該ノッチ
   穴の位置はそれぞれ上記スプール（３７）を油圧シリン
   ダが伸長する方向へ移動させたとき、第１のノッチ穴
   （４０）はシリンダのヘッド側油室への供給油路（３
   ９）に開口する如く、第２のノッチ穴（５５）はロッド
   側油室からの戻り油路（４４）に開口する如く、第３の
   ノッチ穴（６６）はタンク連通路へと開口する如く設
   け、さらに上記中空室（３８）には上記第２のノッチ穴
   （５５）と第３のノッチ穴（６６）との中間にあり該ノ
   ッチ穴（５５），（６６）穿設位置の中空室（３８）を
   相互に連通する隔壁穴を有する隔壁と、第１のノッチ穴
   （４０）の近くにあって中空室（３８）から第１のノッ
   チ穴（４０）に向けてのみ自由通路を形成するチエック
   ポペット（４１）と、上記隔壁に対し第３のノッチ穴
   （６６）が穿設された側の中空室（３８）内にあり、そ
   の軸方向に摺動自在に嵌装され通常は所定の圧油の作用
   力でもって前記隔壁穴を閉塞しているが上記作用力が所
   定値以下になると該隔壁穴を開口するロジックバルブ形
   式のポペット（４５）と、切換弁本体内に設けたプラグ
   本体（５６）中心部の油室内に摺動自在に嵌装され、初
   期設定力を任意の外部信号に比例して加減することので
   きるスプリングにより一方向に付勢され、他方向から作
   用する上記油室の圧油の作用力が上記スプリングの設定
   力を超えると、パイロットピストン（４２）とともに作
   動するリリーフスプール（４６）が移動することにより
   前記ポペット（４５）がロジックバルブとして作用して
   前記隔壁穴を開口せしめる如き油路を形成する機能を備
   えた上記プラグ本体（５６）と、該プラグ本体（５６）
   の油室へシリンダヘッド側油室の圧油を導く油路とから
   なることを特徴とする建設機械用切換弁。
2. 【請求項２】プラグ本体（５６′）中心部の油室内に摺
   動自在に嵌装され、調整装置により初期設定力を加減で
   きるスプリングにより一方向に付勢され、他方向から作
   用する上記油室の圧油の作用力が上記スプリングの設定
   力を超えると、パイロットピストン（４２）とともに作
   動するリリーフスプール（４６）が移動することにより
   ポペット（４５）がロジックバルブとして作用して隔壁
   穴を開口せしめる如き油路を形成する機能を備えた上記
   プラグ本体（５６′）と、該プラグ本体（５６′）の油
   室へシリンダヘッド側油室の圧油を導く油路とを備えた
   前記特許請求の範囲第（１）項記載の建設機械用切換
   弁。