JP2017062010A

JP2017062010A - 流体圧制御装置

Info

Publication number: JP2017062010A
Application number: JP2015188453A
Authority: JP
Inventors: 俊輔久保; Toshisuke Kubo
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: JP6502813B2

Abstract

【課題】シリンダの安定した作動を可能とする。【解決手段】パイロット制御弁９を通じて供給されるパイロット圧によって制御弁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２２と、負荷側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁するリリーフ弁４１と、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ流体をタンクＴへ導くリリーフ排出通路７７と、を備え、切換弁２２は、背面にパイロット圧を受けてスプールに推力を付与するピストンと、スプールとピストンで区画されたドレン室と、ドレン室とスプリング室とをリリーフ排出通路７７へ連通させるドレン通路７６ａ，７６ｂと、を備え、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ流体は、リリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出されて切換弁２２を作動させない。【選択図】図２

Description

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、特許文献１には、シリンダ装置と、シリンダ装置の伸縮作動を制御するコントロールバルブと、シリンダ装置とコントロールバルブの間に設けられた負荷保持弁と、を備えるものが開示されている。負荷保持弁は、パイロットチェック弁と、パイロットチェック弁のチェック機能を解除するための切換弁と、シリンダ装置のボトム側圧力室の負荷圧が上昇した際に開弁するリリーフ弁と、を備える。

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よって移動するスプールと、を備える。パイロット室には、スプールの端部が直接臨むのではなく、スプールに隣接して設けられたサブスプールの端部が臨んでいる。

シリンダ装置のボトム側圧力室の負荷圧が上昇してリリーフ弁が開くと、リリーフ弁の下流に設けられたオリフィスの上流側にリリーフ背圧が発生し、そのリリーフ背圧が切換弁のパイロット室におけるスプールとサブスプールの間に導かれる。これにより、スプールが移動して切換弁が切り換わり、パイロットチェック弁のチェック機能が解除されてボトム側圧力室の圧力が低下する。

特開２０００−２２０６０３号公報

特許文献１に開示された油圧制御装置において、シリンダ装置を収縮作動させる際には、油圧ショベルのオペレータが操作レバーを手動操作することによって、切換弁のパイロット室にパイロット圧が導かれる。そのパイロット圧がサブスプールに作用し、サブスプールがスプールに推力を付与することによってスプールが開き、パイロットチェック弁のチェック機能が解除されてシリンダ装置が収縮作動する。一方、シリンダ装置のボトム側圧力室の負荷圧が上昇してリリーフ弁が開くと、リリーフ弁の下流に設けられたオリフィスの上流側に発生するリリーフ背圧がスプールとサブスプールの間に導かれてスプールに作用し、スプールに推力が付与される。このように、オペレータ操作によりパイロット室にパイロット圧を導いてスプールを移動させる場合には、サブスプールを介してスプールに推力が付与される一方、リリーフ弁の開弁時には、リリーフ背圧が直接スプールに作用する。

ここで、オペレータ操作によりパイロット室にパイロット圧を導いてスプールが開いている状態でリリーフ弁が開弁した場合には、リリーフ背圧はスプールとサブスプールの間に導かれるため、サブスプールがスプールとは反対側に移動してしまい、パイロット圧による推力がサブスプールからスプールへと伝達されない。また、リリーフ背圧が作用するスプールの受圧面積はサブスプールの受圧面積と比較して小さい場合には、リリーフ背圧によってはスプールは閉じ方向へと移動してしまう。

したがって、オペレータがシリンダ装置を収縮作動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁が開弁した場合には、スプールが閉じ方向へと移動してしまい、オペレータが意図するシリンダ装置の収縮速度が得られない事態が生じ得る。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダの安定した作動を可能とする流体圧制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、負荷を駆動するシリンダの伸縮作動を制御する流体圧制御装置であって、制御弁が中立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制御弁とを接続するメイン通路と、メイン通路に設けられる負荷保持機構と、を備え、負荷保持機構は、制御弁から負荷側圧力室への作動流体の流れを許容する一方、背圧に応じて前記負荷側圧力室から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、パイロット制御弁を通じて導か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ための切換弁と、負荷側圧力室の圧力が所定圧力に達した場合に開弁するリリーフ弁と、リリーフ弁から排出されたリリーフ流体をタンクへ導くリリーフ排出通路と、を備え、切換弁は、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、スプールとピストンで区画されたドレン室と、ドレン室とスプリング室とをリリーフ排出通路へ連通させるドレン通路と、を備え、リリーフ弁から排出されたリリーフ流体は、リリーフ排出通路を通じてタンクへ排出されて切換弁を作動させないことを特徴とする。

第１の発明では、リリーフ弁から排出されたリリーフ流体はリリーフ排出通路を通じてタンクへ排出されて切換弁を作動させないため、オペレータがシリンダを伸縮作動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁が開弁した場合であっても、スプールが閉じ方向へと移動することはなく、オペレータが意図するシリンダの伸縮速度が得られる。

第２の発明は、ドレン通路に通過する流体に抵抗を付与する絞りが設けられることを特徴とする。

第２の発明では、リリーフ弁の開弁時にリリーフ排出通路にサージ圧が発生した場合であっても、スプリング室及びドレン室にサージ圧が伝播することを抑制することができる。したがって、スプールの誤作動を防止することができる。

第３の発明は、リリーフ弁は、排出されたリリーフ流体によって切換弁を切り換えてオペレートチェック弁を開弁させる場合と比較して排出流量が多いことを特徴とする。

第３の発明では、リリーフ弁は排出流量が多い大容量型であるため、設計の自由度が向上する。

本発明によれば、シリンダの安定した作動が可能となる。

油圧ショベルの一部分を示す図である。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。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。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平面図である。本発明の実施形態の第１変形例に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。本発明の実施形態の第２変形例に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。本発明の実施形態の第３変形例に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。本発明の実施形態の第４変形例に係る流体圧制御装置の油圧回路図である。本発明の実施形態の比較例を示す油圧回路図である。本発明の実施形態の比較例を示す断面図である。

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の伸縮作動を制御する油圧制御装置について説明する。

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、筒状のシリンダチューブ２ｃと、シリンダチューブ２ｃに摺動自在に挿入されシリンダチューブ２ｃ内をロッド側室２ａと反ロッド側室２ｂに区画するピストン２ｄと、一端がピストン２ｄに連結され、他端側がシリンダチューブ２ｃの外部へ延びてアーム１に連結されるロッド２ｅと、を備える。

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流体圧供給源としてのポンプ４及びパイロット圧供給源としてのパイロットポンプ５が駆動する。

油圧制御装置は、ポンプ４からシリンダ２への作動油の供給を制御する制御弁６と、パイロットポンプ５から制御弁６に導かれるパイロット圧を制御するパイロット制御弁９と、を備える。

制御弁６とシリンダ２のロッド側室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、油圧ショベルのオペレータが操作レバー１０を手動操作することに伴ってパイロットポンプ５からパイロット制御弁９を通じてパイロット室６ａ，６ｂに導かれるパイロット圧によって動作する。

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６Ａに切り換わり、ポンプ４から第１メイン通路７を通じてロッド側室２ａに作動油が供給されると共に、反ロッド側室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は収縮作動し、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６Ｂ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室２ｂに作動油が供給されると共に、ロッド側室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は伸長作動し、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６Ｃとなり、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を収縮作動させる収縮位置６Ａ、シリンダ２を伸長作動させる伸長位置６Ｂ、及びシリンダ２の負荷を保持する中立位置６Ｃの３ポジションを有し、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の伸縮作動を制御する。

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を中立位置６Ｃ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、ロッド側室２ａが、制御弁６が中立位置６Ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。

負荷側圧力室であるロッド側室２ａに接続された第１メイン通路７には、負荷保持機構２０が設けられる。負荷保持機構２０は、制御弁６が中立位置６Ｃの場合に、ロッド側室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、反ロッド側室１５ｂに接続されたメイン通路に負荷保持機構２０が設けられる（図１参照）。

負荷保持機構２０は、第１メイン通路７に設けられたオペレートチェック弁２１と、パイロット制御弁９を通じてパイロット室２３に導かれるパイロット圧によって制御弁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ための切換弁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室２ａの作動油を背圧室２５へと常時導く通路２６とを備える。通路２６には絞り２６ａが設けられる。

第１メイン通路７は、ロッド側室２ａとオペレートチェック弁２１を接続するシリンダ側第１メイン通路７ａと、オペレートチェック弁２１と制御弁６を接続する制御弁側第１メイン通路７ｂと、を有する。

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。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は、ロッド側室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。

負荷保持機構２０は、さらに、ロッド側室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。

切換弁２２は、バイパス通路３０及び背圧通路３１に設けられ、制御弁側第１メイン通路７ｂに対するバイパス通路３０及び背圧通路３１の連通を切り換え、シリンダ２を伸長作動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。

切換弁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つのポートを有する。また、切換弁２２は、遮断位置２２Ａ、第１連通位置２２Ｂ、第２連通位置２２Ｃの３ポジションを有する。

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６Ｂに切り換えた場合に、切換弁２２も第１連通位置２２Ｂ又は第２連通位置２２Ｃ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、切換弁２２は遮断位置２２Ａを保つ。遮断位置２２Ａ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に第１所定圧力以上第２所定圧力未満のパイロット圧が導かれた場合には、切換弁２２は第１連通位置２２Ｂに切り換わる。第１連通位置２２Ｂ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、ロッド側室２ａの作動油はバイパス通路３０から切換弁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に第２所定圧力以上のパイロット圧が導かれた場合には、切換弁２２は第２連通位置２２Ｃに切り換わる。第２連通位置２２Ｃ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から切換弁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、制御弁６からタンクＴへと排出される。これにより、絞り２６ａ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。

バイパス通路３０における切換弁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、ロッド側室２ａの作動油を逃がすリリーフ弁４１が設けられる。リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油は、リリーフ弁４１とタンクＴを接続するリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出される。

制御弁側第１メイン通路７ｂには、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が所定圧力に達した場合に開弁するリリーフ弁４３が接続される。

次に、主に図３及び４を参照して、切換弁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切換弁２２が遮断位置２２Ａである状態を示す。図４は負荷保持機構２０の平面図である。なお、図３及び４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。

切換弁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によってスプリング室５４が区画される。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を通じて第１ドレン通路７６ａに接続される。第１ドレン通路７６ａはリリーフ排出通路７７に接続される。したがって、スプリング室５４に漏れ込んだ作動油は第１ドレン通路７６ａ及びリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出される。

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が収容される。また、スプリング室５４には、スプール５６の一端面５６ａに端面が当接すると共に中空部にスプール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が区画される。パイロット室２３には、ボディ６０に形成されたパイロット通路５２を通じてパイロット圧が導かれる。パイロット室２３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が摺動自在に収容される。

ピストン孔６０ｂ内には、スプール５６とピストン５０によってドレン室５１が区画される。ドレン室５１は第２ドレン通路７６ｂに接続され、第２ドレン通路７６ｂはリリーフ排出通路７７に接続される。したがって、ドレン室５１に漏れ込んだ作動油は第２ドレン通路７６ｂ及びリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出される。

ピストン５０は、外周面がピストン孔６０ｂ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。

パイロット通路５２を通じてパイロット室２３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。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り、摺動部５０ａの環状背面にパイロット圧が作用するため、ピストン５０は前進可能である。

ピストン５０の一端部はパイロット室２３に臨み、他端部はタンクＴに接続されたドレン室５１に臨んでいるため、パイロット室２３のパイロット圧に基づいて発生するピストン５０の推力は効率良くスプール５６に伝達される。

ドレン室５１及びスプリング室５４のそれぞれは、第１ドレン通路７６ａ及び第２ドレン通路７６ｂを通じてリリーフ排出通路７７に連通する。リリーフ排出通路７７はボディ６０の外面に開口するドレンポート５３に連通して形成される。ドレンポート５３は配管５５（図２参照）を通じてタンクＴに接続される。ドレン室５１とスプリング室５４は双方ともタンクＴに連通するため、切換弁２２が遮断位置２２Ａの際には、スプール５６の両端には大気圧が作用し、スプール５６が意図せずに移動するような事態が防止される。

このように、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油とドレン室５１及びスプリング室５４のドレンとは、合流してドレンポート５３及び配管５５を通じてタンクＴへ排出される。

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の停止位置にて切換弁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を通じて第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、切換弁２２の遮断位置２２Ａ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。

パイロット室２３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、ロッド側室２ａの作動油が、絞り３７を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、切換弁２２の第１連通位置２２Ｂに相当する。

パイロット室２３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、切換弁２２の第２連通位置２２Ｃ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が中立位置６Ｃ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、切換弁２２のパイロット室２３にはパイロット圧が導かれないため、切換弁２２も遮断位置２２Ａ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、パイロット制御弁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６Ａへと切り換わる。制御弁６が収縮位置６Ａへと切り換わると、ポンプ４の吐出圧が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、切換弁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２２Ａ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、パイロット制御弁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６Ｂへと切り換わる。これと同時に、パイロット室２３へもパイロット圧が導かれるため、切換弁２２は、供給されるパイロット圧に応じて第１連通位置２２Ｂ又は第２連通位置２２Ｃに切り換わる。

パイロット室２３に導かれるパイロット圧が第１所定圧力以上第２所定圧力未満の場合には、切換弁２２は第１連通位置２２Ｂ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、反ロッド側室２ｂには、ポンプ４から吐出され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、切換弁２２を第１連通位置２２Ｂ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を低速で伸長作動させてアーム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６Ｂ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、切換弁２２のパイロット室２３に導かれるパイロット圧は第１所定圧力以上第２所定圧力未満となり、切換弁２２は第１連通位置２２Ｂまでしか切り換わらない。したがって、ロッド側室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、切換弁２２が第１連通位置２２Ｂ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の落下速度は抑制される。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、切換弁２２を遮断位置２２Ａに切り換えることができ、バケット１３の急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。

パイロット室２３に導かれるパイロット圧が第２所定圧力以上の場合には、切換弁２２は第２連通位置２２Ｃ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を通じて制御弁側第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。これにより、絞り２６ａの前後で差圧が発生し、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、切換弁２２を第２連通位置２２Ｃに切り換えると、ロッド側室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。

切換弁２２を第２連通位置２２Ｃ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６Ｂ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、切換弁２２のパイロット室２３に導かれるパイロット圧は第２所定圧力以上となり、切換弁２２は第２連通位置２２Ｃまで切り換わる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

まず、図９及び１０を参照して、本実施形態の比較例について説明する。図９及び１０において、上記実施形態と同一の構成には、図２〜３と同一の符号を付す。図９及び１０に示す比較例では、リリーフ通路４０に、ロッド側室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して、ロッド側室２ａの作動油を逃がすリリーフ弁９０が設けられる。リリーフ弁９０とタンクＴを接続するリリーフ排出通路７７にはオリフィス９１が設けられる。ロッド側室２ａの圧力が所定圧力に達してリリーフ弁９０が開弁すると、リリーフ弁９０から排出されたオリフィス９１上流側のリリーフ圧油が第２ドレン通路７６ｂを通じてドレン室５１に導かれる。これにより、切換弁２２が第２連通位置２２Ｃに切り換わることによって、オペレートチェック弁２１が開弁し、ロッド側室２ａの作動油の圧力が低下する。

このような比較例において、オペレータ操作によりパイロット室２３にパイロット圧を導いてスプール５６を移動させ、シリンダ２を伸長作動させている状態で、ロッド側室２ａの圧力が上昇してリリーフ弁９０が開弁した場合には、リリーフ弁９０から排出されたオリフィス９１上流側のリリーフ圧油がドレン室５１に導かれる。ドレン室５１に導かれるオリフィス９１上流側のリリーフ背圧は、パイロット室２３に導かれるパイロット圧と比較して大きいため、ピストン５０はスプール５６から離れる方向へと移動してしまう。したがって、パイロット圧によって発生するピストン５０の推力がスプール５６へと伝達されない。また、ドレン室５１の圧力が作用するスプール５６の受圧面積はピストン５０の受圧面積と比較して小さいため、ドレン室５１に導かれるオリフィス９１上流側のリリーフ背圧の大きさによっては、スプール５６はスプリング３６の付勢力によって閉じ方向へと移動してしまう事態が起こり得る。

このように、比較例においては、オペレータがシリンダ２を伸長動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁９０が開弁した場合には、スプール５６が閉じ方向へと移動してしまい、オペレータが意図するシリンダ２の伸長速度が得られない事態が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、図２及び３に示すように、リリーフ弁４１とタンクＴを接続するリリーフ排出通路７７にオリフィスが設けられない。したがって、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油はリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出され、ドレン室５１に高圧が作用することはない。このように、本実施形態では、リリーフ弁４１が開弁しても切換弁２２の作動には影響せず、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油は切換弁２２を作動させない。具体的に説明すると、リリーフ弁４１が開弁すると、第２ドレン通路７６ｂを通じてドレン室５１に若干リリーフ圧油が導かれるが、そのリリーフ圧油は、パイロット圧によって発生するピストン５０の推力に打ち勝ってピストン５０をスプール５６から離れる方向に移動させる程の圧力は有さない。よって、本実施形態によれば、オペレータがシリンダ２を伸長動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁４１が開弁した場合であっても、スプール５６が閉じ方向へと移動することはなく、オペレータが意図するシリンダ２の伸長速度が得られる。

なお、図２に示すように、リリーフ排出通路７７は、ボディ６０の外面に開口する第２ドレンポート８６に、通路８７を通じて連通する。第２ドレンポート８６に配管を接続して、その配管を介して第２ドレンポート８６とタンクＴを接続するようにしてもよい。このように構成すれば、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油は、通路８７を通じてもタンクへ排出されるため、ドレン室５１に導かれるリリーフ圧油の流量を減らすことができる。ただ、負荷保持機構２０のボディ６０とタンクＴを接続する配管を減らすために、第２ドレンポート８６には配管を接続せず、第２ドレンポート８６をプラグ８８（図４参照）によって封止するのが好ましい。また、ドレンポート５３をプラグによって封止し、第２ドレンポート８６に配管を接続し、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油とドレン室５１及びスプリング室５４のドレンとを、第２ドレンポート８６を通じてタンクＴへ排出するようにしてもよい。

以上の本実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油はリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出されて切換弁２２を作動させないため、オペレータがシリンダ２を伸縮作動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁４１が開弁した場合であっても、スプール５６が閉じ方向へと移動することはなく、オペレータが意図するシリンダ２の伸縮速度が得られる。よって、シリンダ２の安定した作動が可能となる。

また、本実施形態では、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油は、ドレン室５１及びスプリング室５４のドレンと合流してドレンポート５３及び配管５５を通じてタンクＴへ排出される。したがって、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油をタンクＴへ導く専用の配管を設ける必要がないため、配管の本数を低減することができる。

また、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油はリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出されドレン室５１へはほとんど導かれないため、リリーフ弁４１の開弁時にリリーフ背圧が脈動した場合であっても、その脈動がスプール５６に伝播することが防止される。したがって、振動の発生が抑制される。

また、排出されたリリーフ圧油によって切換弁２２を切り換えてオペレートチェック弁２１を開弁させる比較例のリリーフ弁９０は、切換弁２２のスプール５６を第２連通位置２２Ｃに切り換えるだけの圧力をドレン室５１に導ければ足りるため、排出流量の少ない少容量型リリーフ弁が用いられる。これに対して、本実施形態のリリーフ弁４１は、ロッド側室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して、ロッド側室２ａの作動油をタンクＴへ逃がし、ロッド側室２ａの圧力を低下させる機能を有する必要があるため、比較例のリリーフ弁９０と比較して排出流量が多い大容量型リリーフ弁が用いられる。このように、本実施形態のリリーフ弁４１は、大容量型であるため設計の自由度が向上する。また、リリーフ弁４１は大容量型であるため、ロッド側室２ａの圧力が急激に上昇するようなサージ圧が発生した場合であっても、ロッド側室２ａの圧力を所定圧力に保つことができる。よって、サージ圧によるシリンダ２の破損を防止することができる。

次に、図５〜８を参照して、本実施形態の変形例について説明する。

図５に示す第１変形例では、スプリング室５４に接続される第１ドレン通路７６ａとドレン室５１に接続される第２ドレン通路７６ｂのそれぞれに、通過する作動油に抵抗を付与する絞りとしてのオリフィス８２，８３が設けられる。第１ドレン通路７６ａ及び第２ドレン通路７６ｂのそれぞれにオリフィス８２，８３が設けられることによって、リリーフ弁４１の開弁時にリリーフ排出通路７７にサージ圧が発生した場合であっても、スプリング室５４及びドレン室５１にサージ圧が伝播することを抑制することができる。したがって、スプール５６の誤作動を防止することができる。

図６及び７に示す第２及び第３変形例では、リリーフ排出通路７７に対する第１ドレン通路７６ａ及び第２ドレン通路７６ｂの接続方法が図２及び５に示す実施形態と異なる。このように、リリーフ排出通路７７に対する第１ドレン通路７６ａ及び第２ドレン通路７６ｂの接続方法は、特定の構成に限定されない。

図８に示す第４変形例では、第１ドレン通路７６ａと第２ドレン通路７６ｂが合流した合流ドレン通路７６ｃに、通過する作動油に抵抗を付与する絞りとしてのオリフィス８４が設けられる。このように構成することによって、サージ圧の伝播を抑制するオリフィスを１つのみとすることができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

本実施形態では、アーム１を駆動するシリンダ２の伸縮作動を制御する流体圧制御装置であって、ポンプ４からシリンダ２への作動油の供給を制御する制御弁６と、パイロットポンプ５から制御弁６に導かれるパイロット圧を制御するパイロット制御弁９と、制御弁６が中立位置６Ｃの場合にアーム１による負荷圧が作用するシリンダ２のロッド側圧力室２ａと制御弁６とを接続するメイン通路７と、メイン通路７に設けられる負荷保持機構２０と、を備え、負荷保持機構２０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オペレートチェック弁２１と、パイロット制御弁９を通じて導かれるパイロット圧によって制御弁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ための切換弁２２と、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するリリーフ弁４１と、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ流体をタンクＴへ導くリリーフ排出通路７７と、を備え、切換弁２２は、パイロット制御弁９を通じてパイロット圧が導かれるパイロット室２３と、パイロット室２３のパイロット圧に応じて移動するスプール５６と、スプール５６を閉弁方向に付勢するスプリング３６が収容されたスプリング室５４と、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と、スプール５６とピストン５０で区画されたドレン室５１と、ドレン室５１とスプリング室５４とをリリーフ排出通路７７へ連通させるドレン通路７６ａ，７６ｂと、を備え、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油は、リリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出されて切換弁２２を作動させない。

この構成では、リリーフ弁４１から排出されたリリーフ圧油はリリーフ排出通路７７を通じてタンクＴへ排出されて切換弁２２を作動させないため、オペレータがシリンダ２を伸縮作動させるように操作レバーを操作している最中にリリーフ弁４１が開弁した場合であっても、スプール５６が閉じ方向へと移動することはなく、オペレータが意図するシリンダ２の伸縮速度が得られる。よって、シリンダ２の安定した作動が可能となる。

また、本実施形態では、ドレン通路７６ａ，７６ｂに、通過する作動油に抵抗を付与する絞り８２，８３が設けられる。

この構成では、リリーフ弁４１の開弁時にリリーフ排出通路７７にサージ圧が発生した場合であっても、スプリング室５４及びドレン室５１にサージ圧が伝播することを抑制することができる。したがって、スプール５６の誤作動を防止することができる。

また、本実施形態では、リリーフ弁４１は、排出されたリリーフ圧油によって切換弁２２を切り換えてオペレートチェック弁２１を開弁させる場合と比較して排出流量が多い。

この構成では、リリーフ弁４１は排出流量が多い大容量型であるため、設計の自由度が向上する。

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。

１・・・アーム（負荷）、２・・・シリンダ、２ａ・・・ロッド側圧力室（負荷側圧力室）、４・・・ポンプ（流体圧供給源）、５・・・パイロットポンプ（パイロット圧供給源）、６・・・制御弁、７・・・第１メイン通路、９・・・パイロット制御弁、２０・・・負荷保持機構、２１・・・オペレートチェック弁、２２・・・切換弁、２３・・・パイロット室、４１・・・リリーフ弁、５０・・・ピストン、５１・・・ドレン室、５３・・・ドレンポート、５４・・・スプリング室、５６・・・スプール、７６ａ・・・第１ドレン通路、７６ｂ・・・第２ドレン通路、７７・・・リリーフ排出通路、８２，８３，８４・・・オリフィス（絞り）

Claims

負荷を駆動するシリンダの伸縮作動を制御する流体圧制御装置であって、
流体圧供給源から前記シリンダへの作動流体の供給を制御する制御弁と、
パイロット圧供給源から前記制御弁に導かれるパイロット圧を制御するパイロット制御弁と、
前記制御弁が中立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、
前記メイン通路に設けられる負荷保持機構と、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、背圧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、
前記パイロット制御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ための切換弁と、
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するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁から排出されたリリーフ流体をタンクへ導くリリーフ排出通路と、を備え、
前記切換弁は、
前記パイロット制御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が収容されたスプリング室と、
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、
前記スプールと前記ピストンで区画されたドレン室と、
前記ドレン室と前記スプリング室とを前記リリーフ排出通路へ連通させるドレン通路と、を備え、
前記リリーフ弁から排出されたリリーフ流体は、前記リリーフ排出通路を通じて前記タンクへ排出されて前記切換弁を作動させないことを特徴とする流体圧制御装置。
前記ドレン通路に、通過する流体に抵抗を付与する絞りが設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
前記リリーフ弁は、排出されたリリーフ流体によって前記切換弁を切り換えて前記オペレートチェック弁を開弁させる場合と比較して排出流量が多いことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧制御装置。