WO2014115469A1 - 流体圧制御装置 - Google Patents

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WO2014115469A1
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pilot
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control valve
chamber
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PCT/JP2013/084527
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俊輔 久保
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カヤバ工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid pressure control device that controls the operation of a hydraulic working device.
  • JP2010-101400A As a hydraulic control device that controls the operation of hydraulic work equipment, JP2010-101400A has a cylinder that expands and contracts with hydraulic oil supplied from a pump and drives a load, and switches the supply and discharge of hydraulic oil to and from the cylinder to expand and contract the cylinder.
  • a control valve that includes a control valve to be controlled, and a load holding mechanism that is interposed in a main passage that connects a load side pressure chamber of the cylinder and the control valve.
  • the load holding mechanism includes an operation check valve and a meter-out control valve that operates by a pilot pressure to switch the operation of the operation check valve.
  • the spool is adjusted in accordance with the hydraulic work equipment model so that the change characteristic of the opening area of the spool that changes according to the pilot pressure becomes a desired characteristic according to the hydraulic work equipment model.
  • the present invention aims to reduce the manufacturing cost of the hydraulic control device.
  • a fluid pressure control device wherein a cylinder that is expanded and contracted by a working fluid supplied from a pump to drive a load, and a supply and discharge of the working fluid to and from the cylinder are switched, and an expansion and contraction operation of the cylinder
  • a control valve that controls the control valve, a pilot valve that guides the pilot pressure to the control valve, and a load-side pressure chamber of the cylinder on which a load pressure is applied when the control valve is in a shut-off position and the control valve
  • a main passage, and a load holding mechanism that is interposed in the main passage and holds the load pressure of the load side pressure chamber when the control valve is in the shut-off position, the load holding mechanism from the control valve While allowing the flow of the working fluid to the load side pressure chamber, the control valve is controlled from the load side pressure chamber according to the pressure of the back pressure chamber in which the pressure of the load side pressure chamber is guided through the throttle passage.
  • An operation check valve that allows the flow of the working fluid, and a switching valve that operates in conjunction with the control valve by a pilot pressure guided through the pilot valve and switches the operation of the operation check valve.
  • a pilot chamber through which pilot pressure is guided through the pilot valve, a spool that moves in accordance with the pilot pressure in the pilot chamber, a biasing member that biases the spool in the valve closing direction, and is detachable from the pilot chamber.
  • a piston that is slidably inserted into the collar and receives a pilot pressure on the back surface and applies a thrust force against the biasing force of the biasing member to the spool.
  • FIG. 1 is a diagram showing a part of a hydraulic excavator.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram of the fluid pressure control apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the load holding mechanism of the fluid pressure control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing a change characteristic of the opening area of the spool that changes according to the pilot pressure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the load holding mechanism of the fluid pressure control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the load holding mechanism of the fluid pressure control device according to the embodiment of the present invention.
  • the fluid pressure control device controls the operation of a hydraulic working device such as a hydraulic excavator.
  • the fluid pressure control device controls the expansion / contraction operation of the cylinder 2 that drives the arm (load) 1 of the hydraulic excavator shown in FIG. The case will be described.
  • the cylinder 2 is defined as a rod-side pressure chamber 2a and an anti-rod-side pressure chamber 2b by a piston rod 3 that moves slidably in the cylinder 2.
  • the engine is mounted on the hydraulic excavator, and the pump 4 and the pilot pump 5 which are hydraulic sources are driven by the power of the engine.
  • the hydraulic oil (working fluid) discharged from the pump 4 is supplied to the cylinder 2 through the control valve 6.
  • control valve 6 and the rod side pressure chamber 2 a of the cylinder 2 are connected by a first main passage 7, and the control valve 6 and the anti-rod side pressure chamber 2 b of the cylinder 2 are connected by a second main passage 8.
  • the control valve 6 is operated by pilot pressure oil supplied to the pilot chambers 6a and 6b from the pilot pump 5 through the pilot valve 9 when the crew of the excavator manually operates the operation lever 10.
  • control valve 6 includes three switching positions: a contracted position a for contracting the cylinder 2, an extending position b for extending the cylinder 2, and a shut-off position c for holding the load of the cylinder 2.
  • the hydraulic oil supply / discharge is switched to control the expansion / contraction operation of the cylinder 2.
  • the cylinder 2 is moved by its own weight. A force in the direction of extension acts on.
  • the rod-side pressure chamber 2 a becomes a load-side pressure chamber in which the load pressure acts when the control valve 6 is in the cutoff position c.
  • the decrease in load refers to movement in the direction in which the load side pressure chamber contracts
  • the increase in load refers to movement in the direction in which the load side pressure chamber expands.
  • a load holding mechanism 20 is interposed in the first main passage 7 connected to the rod side pressure chamber 2a which is the load side.
  • the load holding mechanism 20 holds the load pressure of the rod side pressure chamber 2a when the control valve 6 is at the cutoff position c, and is fixed to the surface of the cylinder 2 as shown in FIG.
  • the anti-rod side pressure chamber 15b is a load side pressure chamber. Therefore, when the load holding mechanism 20 is provided on the boom 14, the anti-rod side pressure chamber 15b is connected to the anti-rod side pressure chamber 15b. A load holding mechanism 20 is interposed in the main passage (see FIG. 1).
  • the load holding mechanism 20 operates in conjunction with the control valve 6 by the operation check valve 21 interposed in the first main passage 7 and the pilot pressure oil supplied to the pilot chamber 23 through the pilot valve 9. And a meter-out control valve 22 as a switching valve for switching the operation of 21.
  • the operation check valve 21 includes a valve body 24 for opening and closing the first main passage 7, a seat portion 28 on which the valve body 24 is seated, a back pressure chamber 25 defined on the back surface of the valve body 24, and a valve body 24.
  • a throttle passage 26 that is formed and constantly guides the hydraulic oil in the rod-side pressure chamber 2 a to the back pressure chamber 25 is provided.
  • a throttle 26 a is interposed in the throttle passage 26.
  • the first main passage 7 is divided by the valve body 24 into a cylinder side first main passage 7a and a control valve side first main passage 7b.
  • the cylinder side first main passage 7 a connects the rod side pressure chamber 2 a and the operation check valve 21, and the control valve side first main passage 7 b connects the operation check valve 21 and the control valve 6.
  • the valve body 24 has a first pressure receiving surface 24a on which the pressure of the control valve side first main passage 7b acts, a second pressure receiving surface 24b on which the pressure of the rod side pressure chamber 2a acts through the cylinder side first main passage 7a, Is formed.
  • a spring 27 as a biasing member that biases the valve body 24 in the valve closing direction is accommodated in the back pressure chamber 25.
  • the pressure in the back pressure chamber 25 and the urging force of the spring 27 act in the direction in which the valve body 24 is seated on the seat portion 28.
  • the operation check valve 21 functions as a check valve that blocks the flow of hydraulic oil from the rod side pressure chamber 2a to the control valve 6. That is, the operation check valve 21 prevents the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a from leaking, maintains the load pressure, and maintains the arm 1 in a stopped state.
  • the load holding mechanism 20 controls the hydraulic oil in the back pressure chamber 25 and the bypass passage 30 that guides the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a to the control valve side first main passage 7b by bypassing the operation check valve 21.
  • the meter-out control valve 22 is interposed in the bypass passage 30 and the back pressure passage 31, and switches the communication of the control valve side first main passage 7 b to the bypass passage 30 and the back pressure passage 31 to extend the cylinder 2.
  • the flow of hydraulic oil in the first main passage 7 on the meter-out side is controlled.
  • the meter-out control valve 22 includes three supply ports: a first supply port 32 communicating with the bypass passage 30, a second supply port 33 communicating with the back pressure passage 31, and a discharge port 34 communicating with the control valve side first main passage 7b. Provide a port.
  • the meter-out control valve 22 has three switching positions of a cutoff position x, a first communication position y, and a second communication position z.
  • the pilot pressure is introduced into the pilot chamber 23 to the pilot chamber 6b of the control valve 6, the pilot pressure of the same pressure is simultaneously introduced into the pilot chamber 23. That is, when the control valve 6 is switched to the extended position b, the meter-out control valve 22 is also switched to the first communication position y or the second communication position z.
  • the meter-out control valve 22 maintains the cutoff position x by the biasing force of the spring 36. At the blocking position x, both the first supply port 32 and the second supply port 33 are blocked.
  • the meter-out control valve 22 When the pilot pressure less than the predetermined pressure is introduced into the pilot chamber 23, the meter-out control valve 22 is switched to the first communication position y. In the first communication position y, the first supply port 32 communicates with the discharge port 34. As a result, the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a is guided from the bypass passage 30 to the control valve side first main passage 7b through the meter-out control valve 22. That is, the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a is guided to the control valve side first main passage 7b, bypassing the operation check valve 21. At this time, the throttle 37 gives resistance to the flow of hydraulic oil. The second supply port 33 is kept in a blocked state.
  • the meter-out control valve 22 When the pilot pressure equal to or higher than the predetermined pressure is introduced into the pilot chamber 23, the meter-out control valve 22 is switched to the second communication position z. At the second communication position z, the first supply port 32 communicates with the discharge port 34 and the second supply port 33 communicates with the discharge port 34. As a result, the hydraulic oil in the back pressure chamber 25 is guided from the back pressure passage 31 through the meter-out control valve 22 to the control valve side first main passage 7b. At this time, the hydraulic oil in the back pressure chamber 25 is guided to the control valve side first main passage 7b, bypassing the throttle 37.
  • a relief passage 40 is branched and connected upstream of the meter-out control valve 22 in the bypass passage 30.
  • the relief passage 40 is provided with a relief valve 41 that opens when the pressure in the rod-side pressure chamber 2a reaches a predetermined pressure, allows the hydraulic oil to pass, and releases the hydraulic oil in the rod-side pressure chamber 2a.
  • the hydraulic oil that has passed through the relief valve 41 is discharged to the tank T through the discharge passage 76.
  • An orifice 42 is interposed in the discharge passage 76, and the pressure on the upstream side of the orifice 42 is guided to the pilot chamber 23.
  • the meter-out control valve 22 is set so as to switch to the second communication position z by the pressure of the relief pressure oil that has passed through the relief valve 41 and led to the pilot chamber 23.
  • the first main relief valve 43 is connected to the control valve side first main passage 7b, and the second main relief valve 44 is connected to the second main passage 8.
  • the first main relief valve 43 and the second main relief valve 44 are for releasing the high pressure generated in the rod side pressure chamber 2a and the non-rod side pressure chamber 2b of the cylinder 2 when a large external force is applied to the arm 1. is there.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the load holding mechanism 20 and shows a state where the pilot pressure is not guided to the pilot chamber 23 and the meter-out control valve 22 is in the cutoff position x.
  • the same reference numerals as those shown in FIG. 2 denote the same components as those shown in FIG.
  • the meter-out control valve 22 is incorporated in the body 60.
  • a spool hole 60a is formed in the body 60, and a substantially cylindrical sleeve 61 is inserted into the spool hole 60a.
  • a spool 56 is slidably incorporated in the sleeve 61.
  • a spring chamber 54 defined by a cap 57 is defined on the side of the one end surface 56 a of the spool 56.
  • the spring chamber 54 is connected to the tank T through the notch 61a formed in the end surface of the sleeve 61 and the passage 62 formed in the body 60, downstream of the orifice 42 (see FIG. 2).
  • a spring 36 as a biasing member that biases the spool 56 is accommodated in the spring chamber 54.
  • the spring chamber 54 has an end face 45a abutting against one end face 56a of the spool 56 and a pin portion 56c formed to protrude from the one end face 56a of the spool 56 into the hollow part 45b.
  • the member 45 and the second spring receiving member 46 disposed near the bottom of the cap 57 are accommodated.
  • the spring 36 is interposed between the first spring receiving member 45 and the second spring receiving member 46 in a compressed state, and biases the spool 56 in the valve closing direction via the first spring receiving member 45.
  • the axial position of the second spring receiving member 46 in the spring chamber 54 is set by the front end portion of the adjusting bolt 47 that penetrates and is screwed into the bottom portion of the cap 57 abutting against the back surface of the second spring receiving member 46. Is done.
  • the second spring receiving member 46 moves in a direction approaching the first spring receiving member 45. Therefore, the initial spring load of the spring 36 can be adjusted by adjusting the screwing amount of the adjusting bolt 47.
  • the adjusting bolt 47 is fixed with a nut 48.
  • a pilot chamber 23 is defined by a piston hole 60b formed in communication with the spool hole 60a and a cap 58 that closes the piston hole 60b.
  • a cylindrical collar 51 is detachably mounted in the pilot chamber 23. The outer diameter of the collar 51 is substantially the same as the inner diameter of the piston hole 60b, and the collar 51 is fitted in the piston hole 60b.
  • a piston 50 that receives pilot pressure on the back surface and applies thrust to the spool 56 against the urging force of the spring 36 is slidably inserted into the hollow portion of the collar 51.
  • the pilot chamber 23 is partitioned by the piston 50 into a first pilot chamber 23 a that faces the back surface of the piston 50 and a second pilot chamber 23 b that faces the front surface of the piston 50 and the other end surface 56 b of the spool 56. Pilot pressure oil from the pilot valve 9 is supplied to the first pilot chamber 23 a through a passage 52 formed in the body 60. Relief pressure oil that has passed through the relief valve 41 is guided to the second pilot chamber 23 b through the discharge passage 76.
  • annular flange 51a protruding in the radial direction is formed on the outer peripheral surface of the collar 51.
  • the collar 58 is removed along the inner peripheral surface of the piston hole 60b until the cap 58 is removed and the collar portion 51a contacts the stepped portion 63 formed in the body 60. 51 is inserted. Thereafter, the piston 50 is inserted into the hollow portion of the collar 51, and the cap 58 is fastened to the female screw hole 69 formed in the body 60. The cap 58 is screwed until the front end surface comes into contact with the end surface 51 b of the collar 51.
  • the collar 51 is sandwiched between the step portion 63 of the body 60 and the cap 58 and is mounted in the pilot chamber 23 in a state where movement in the axial direction is restricted.
  • a plurality of through holes 51c having openings on the inner and outer peripheral surfaces are formed in the body portion of the collar 51.
  • the pilot pressure oil supplied into the first pilot chamber 23a through the passage 52 flows into the hollow portion of the collar 51 through the through hole 51c. Thereby, the pilot pressure acts on the back surface of the piston 50.
  • the piston 50 has a sliding portion 50 a whose outer peripheral surface slides along the inner peripheral surface of the collar 51, and a tip portion 50 b which is formed with a smaller diameter than the sliding portion 50 a and faces the other end surface 56 b of the spool 56. And a proximal end portion 50c that is formed in a smaller diameter than the sliding portion 50a and faces the distal end surface of the cap 58.
  • pilot pressure oil When pilot pressure oil is supplied into the first pilot chamber 23a through the passage 52, pilot pressure acts on the back surface of the base end portion 50c and the annular back surface of the sliding portion 50a. As a result, the piston 50 moves forward, and the tip end portion 50 b comes into contact with the other end surface 56 b of the spool 56 to move the spool 56. As described above, the spool 56 receives the thrust of the piston 50 generated based on the pilot pressure acting on the back surface of the piston 50 and moves against the urging force of the spring 36. Even when the back surface of the base end portion 50c is in contact with the front end surface of the cap 58, the base end portion 50c has a smaller diameter than the sliding portion 50a and closes the through hole 51c of the collar 51. Therefore, the pilot pressure oil can flow into the hollow portion of the collar 51 through the through hole 51c, and the pilot pressure acts on the annular back surface of the sliding portion 50a.
  • annular groove is formed on the inner peripheral surface of the piston hole 60b as shown in FIG.
  • a seal member 78 may be provided in the groove.
  • the spool 56 stops at a position where the biasing force of the spring 36 acting on the one end face 56 a and the thrust force of the piston 50 acting on the other end face 56 b are balanced, and the meter-out control valve 22 is switched at the stop position of the spool 56.
  • the position is set.
  • the sleeve 61 includes a first supply port 32 communicating with the bypass passage 30 (see FIG. 2), a second supply port 33 communicating with the back pressure passage 31 (see FIG. 2), and the control valve side first main passage 7b. Three ports of the discharge port 34 that communicate with each other are formed.
  • the outer peripheral surface of the spool 56 is partially cut out in an annular shape, and the first pressure chamber 64, the second pressure chamber 65, the third pressure chamber 66, and the cutout portion and the inner peripheral surface of the sleeve 61, A fourth pressure chamber 67 is formed.
  • the first pressure chamber 64 is always in communication with the discharge port 34.
  • the third pressure chamber 66 is always in communication with the first supply port 32.
  • a plurality of throttles 37 communicating the third pressure chamber 66 and the second pressure chamber 65 are formed on the outer periphery of the land portion 72 of the spool 56 as the spool 56 moves against the urging force of the spring 36. .
  • the fourth pressure chamber 67 is always in communication with the second pressure chamber 65 via a pressure guiding passage 68 formed in the spool 56 in the axial direction.
  • the spool 56 When the pilot pressure guided to the first pilot chamber 23a increases, the spool 56 further moves against the urging force of the spring 36, and the fourth pressure chamber 67 communicates with the second supply port 33. Accordingly, the second supply port 33 communicates with the discharge port 34 through the fourth pressure chamber 67, the pressure guiding passage 68, the second pressure chamber 65, and the first pressure chamber 64. By the communication between the second supply port 33 and the discharge port 34, the hydraulic oil in the back pressure chamber 25 is guided to the control valve side first main passage 7b. This state corresponds to the second communication position z of the meter-out control valve 22.
  • the back pressure chamber 25 of the operation check valve 21 is maintained at the pressure of the rod side pressure chamber 2a.
  • the pressure receiving area in the valve closing direction of the valve body 24 (the area of the back surface of the valve body 24) is larger than the area of the second pressure receiving surface 24b that is the pressure receiving area in the valve opening direction.
  • the urging force of the spring 27 causes the valve body 24 to be seated on the seat portion 28.
  • the operation check valve 21 prevents the hydraulic oil in the rod-side pressure chamber 2a from leaking, and the arm 1 is kept stopped.
  • the control valve 6 When the operating lever 10 is operated and the pilot pressure is guided from the pilot valve 9 to the pilot chamber 6a of the control valve 6, the control valve 6 is switched to the contracted position a by an amount corresponding to the pilot pressure.
  • the control valve 6 When the control valve 6 is switched to the contracted position a, the pressure of the hydraulic oil discharged from the pump 4 acts on the first pressure receiving surface 24a of the operation check valve 21.
  • the back pressure chamber 25 of the operation check valve 21 is maintained at the pressure of the rod side pressure chamber 2a. .
  • the control valve 6 switches to the extended position b by an amount corresponding to the pilot pressure.
  • the meter-out control valve 22 is switched to the first communication position y or the second communication position z according to the supplied pilot pressure.
  • the meter-out control valve 22 When the pilot pressure guided to the first pilot chamber 23a is less than a predetermined pressure, the meter-out control valve 22 is switched to the first communication position y. In this case, since the communication between the second supply port 33 and the discharge port 34 is blocked, the back pressure chamber 25 of the operation check valve 21 is maintained at the pressure of the rod side pressure chamber 2a, and the operation check valve 21 is The valve is closed.
  • the hydraulic oil in the rod-side pressure chamber 2a is guided from the bypass passage 30 through the throttle 37 to the control valve-side first main passage 7b for control. It is discharged from the valve 6 to the tank T. Further, since the hydraulic oil discharged from the pump 4 is supplied to the non-rod side pressure chamber 2b, the cylinder 2 extends. As a result, the arm 1 is lowered in the direction of the arrow 81 shown in FIG.
  • the meter-out control valve 22 is switched to the first communication position y mainly in the case of carrying out a crane operation for lowering the transported object attached to the bucket 13 to a target position.
  • the cylinder 2 needs to be extended at a low speed and the arm 1 needs to be slowly lowered in the direction of the arrow 81, so that the control valve 6 is only slightly switched to the extended position b.
  • the pilot pressure led to the pilot chamber 6b of the control valve 6 is small, the pilot pressure led to the first pilot chamber 23a of the meter-out control valve 22 becomes less than a predetermined pressure, and the meter-out control valve 22 is in the first communication position. Only switches to y. Accordingly, the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a is discharged through the throttle 37, and the arm 1 is lowered at a low speed suitable for crane work.
  • the meter-out control valve 22 when the meter-out control valve 22 is in the first communication position y, even if a situation occurs such that the control valve side first main passage 7b ruptures and hydraulic fluid leaks to the outside, the rod side pressure chamber Since the flow rate of the hydraulic oil discharged from 2a is limited by the throttle 37, the falling speed of the bucket 13 does not increase. This function is called metering control. For this reason, before the bucket 13 falls to the ground, the meter-out control valve 22 can be switched to the cutoff position x, and the bucket 13 can be prevented from falling.
  • the throttle 37 is for suppressing the descending speed of the cylinder 2 when the operation check valve 21 is closed, and suppressing the falling speed of the bucket 13 when the control valve side first main passage 7b is ruptured. .
  • the meter-out control valve 22 is switched to the second communication position z.
  • the hydraulic oil in the back pressure chamber 25 of the operation check valve 21 is guided from the back pressure passage 31 to the control valve side first main passage 7b, and is controlled. It is discharged from the valve 6 to the tank T.
  • a differential pressure is generated before and after the throttle passage 26, and the pressure in the back pressure chamber 25 is reduced. Therefore, the force in the valve closing direction acting on the valve body 24 is reduced, and the valve body 24 is moved to the seat portion 28. The function as the check valve of the operation check valve 21 is released.
  • the operation check valve 21 allows the flow of hydraulic oil from the control valve 6 to the rod-side pressure chamber 2a, while depending on the pressure in the back pressure chamber 25, the rod-side pressure chamber 2a to the control valve 6 Operates to allow hydraulic fluid flow.
  • the operation check valve 21 When the operation check valve 21 is opened, the hydraulic oil in the rod side pressure chamber 2a passes through the first main passage 7 and is discharged to the tank T, so that the cylinder 2 extends quickly. That is, when the meter-out control valve 22 is switched to the second communication position z, the flow rate of the hydraulic oil discharged from the rod side pressure chamber 2a increases, so the flow rate of the hydraulic oil supplied to the non-rod side pressure chamber 2b As the number increases, the extension speed of the cylinder 2 increases. As a result, the arm 1 quickly descends in the direction of the arrow 81.
  • the meter-out control valve 22 is switched to the second communication position z when excavation work or the like is performed, and the control valve 6 is largely switched to the extended position b. For this reason, the pilot pressure led to the pilot chamber 6b of the control valve 6 is large, the pilot pressure led to the first pilot chamber 23a of the meter-out control valve 22 becomes a predetermined pressure or higher, and the meter-out control valve 22 is in the second communication position. Switch to z.
  • the spool 56 moves against the urging force of the spring 36 according to the pilot pressure in the first pilot chamber 23a, and its opening area changes.
  • the change characteristic of the opening area of the spool 56 that changes in accordance with the pilot pressure in the first pilot chamber 23a (hereinafter simply referred to as “opening area change characteristic of the spool 56”) varies depending on the size and model of the hydraulic excavator. .
  • opening area change characteristic of the spool 56 In order to make the opening area change characteristic of the spool 56 a desired characteristic according to the size and model of the hydraulic excavator, conventionally, it has been necessary to adjust the shape of the spool and the pressure receiving diameter of the piston. At that time, the body 60 also has to be manufactured according to the shape of the spool and the pressure receiving diameter of the piston.
  • the outer diameter of the piston 50 that is, the pressure receiving area on which the pilot pressure acts, is obtained by using the collar 51 having a different inner diameter.
  • the thrust of the piston 50 applied to the spool 56 can be set freely by using the collars 51 having different inner diameters. Therefore, it is possible to freely set the opening area change characteristic of the spool 56 by changing only the collar 51 and the piston 50 without changing the spool 56 and the body 60. Therefore, since the spool 56, the sleeve 61, and the body 60 can be made common regardless of the size and model of the hydraulic excavator, the manufacturing cost of the hydraulic control device can be reduced.
  • the spool 56 since it is necessary to perform groove processing, heat treatment, polishing, and finishing to manufacture the spool 56, the spool 56 requires a long lead time for manufacturing. Therefore, in the method of adjusting the opening area change characteristic of the spool 56 with the shape of the spool 56, it is necessary to have a stock of the spool 56 for each size and model of the hydraulic excavator in order to cope with a short delivery time. However, in this embodiment, since the spool 56 can be made common regardless of the size and model of the hydraulic excavator, there is an advantage that it is not necessary to have the spool 56 in stock.
  • FIG. 4 is a graph showing the change characteristics of the opening area of the spool 56.
  • the horizontal axis represents the pilot pressure in the first pilot chamber 23a
  • the vertical axis represents the opening area of the spool 56. Since the thrust of the piston 50 applied to the spool 56 can be freely set, as shown in FIG. 4, the inclination of the change in the opening area of the spool 56 with respect to the pilot pressure in the first pilot chamber 23a is freely set. be able to. Therefore, it becomes possible to deal with various types of hydraulic excavators.
  • the pilot pressure range in which the opening area of the spool 56 is 0 corresponds to the cutoff position x
  • the pilot pressure range in which the opening area is greater than 0 and equal to or less than S is the first communication position y.
  • the pilot pressure range in which the opening area exceeds S corresponds to the second communication position z.
  • the meter-out control valve 22 is set to switch to the second communication position z by the pressure of the relief pressure oil that has passed through the relief valve 41.
  • the spring constant of the spring 36 or the initial spring load is set small so that the spool 56 moves to the second communication position z by the pressure of the relief pressure oil that has passed through the relief valve 41.
  • the operation check valve 21 is opened when the relief valve 41 is opened.
  • the opening area of the operation check valve 21 is sufficiently larger than the opening area of the spool 56, and the main flow of hydraulic fluid discharged from the rod side pressure chamber 2 a passes through the operation check valve 21. Therefore, even if the spool 56 oscillates due to the pressure pulsation of the relief valve 41, the pulsation of the flow of hydraulic oil passing through the meter-out control valve 22 is suppressed, and the vibration of the fuselage is also suppressed.
  • the spring constant of the spring 36 or the initial spring load small, it is possible to suppress the vibration of the airframe.
  • the spring constant of the spring 36 or the initial spring load is set to be small, the opening area change characteristic of the spool 56 changes.
  • the thrust of the piston 50 applied to the spool 56 can be freely set.
  • the spring constant of the spring 36 or the initial spring load can be set small to suppress the vibration of the airframe. became.
  • the second communication position z has a larger opening area than the first communication position y. Therefore, there is an effect that it is easy to release the surge pressure when the relief valve 41 is opened.
  • the collar 51 has a configuration in which the collar portion 51a is sandwiched and fixed between the step portion 63 of the body 60 and the cap 58.
  • the collar 51 is not provided on the outer peripheral surface of the collar 51, and both end portions of the collar 51 are sandwiched and fixed between the stepped portion 77 formed on the body 60 and the cap 58. It may be.
  • an oil passage 51d for guiding the relief pressure oil that has passed through the relief valve 41 to the second pilot chamber 23b needs to be formed in the body portion of the collar 51.

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Abstract

　パイロット弁を通じて供給されるパイロット圧によって制御弁と連動して動作しオペレートチェック弁の作動を切り換える切換弁を備え、切換弁は、パイロット圧が導かれるパイロット室と、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、スプールを閉弁方向に付勢する付勢部材と、パイロット室に着脱自在に装着されるカラーと、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スプールに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。

Description

流体圧制御装置
　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、ＪＰ２０１０－１０１４００Ａ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。
　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、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。
　本発明のある態様によれば、流体圧制御装置であって、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、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。
図１は、油圧ショベルの一部分を示す図である。 図２は、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。 図３は、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４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を示すグラフ図である。 図５は、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６は、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。
　本願は２０１３年１月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－０１１３８６に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
 

Claims (2)

  1. 　流体圧制御装置であって、
    　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、
    　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、
    を備える流体圧制御装置。
  2. 　請求項１に記載の流体圧制御装置であって、
    　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流体圧制御装置。
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