JP5110846B2 - ロードセンシング式油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロードセンシング式油圧制御装置を搭載した建設機械、例えば油圧ショベルの操作性向上に係り、特に複数の油圧アクチュエータを同時操作する場合、最高負荷圧力を決定する１つの油圧アクチュエータに対し、他の油圧アクチュエータ用の補償弁が前記最高負荷圧力により影響され、当該油圧アクチュエータの操作に遅延などの不都合が生じるのを防止することに関する。

ロードセンシング式油圧制御装置の利点は油圧アクチュエータの負荷圧が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又は新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分が出来ることにある。その場合、ロードセンシング機能を有する切換弁群とロードセンシング機能を有しない切換弁群とを共通の可変容量ポンプに接続し、これら各々の切換弁群の切換弁に接続されたアクチュエータが慣性、負荷圧力が異なる場合でもかつ同時に駆動しても、極めて簡単な方法で、それぞれのアクチュエータの特性に応じて非常にスムースな起動特性、操作性を得ることが出来る油圧制御装置が開示されている（特許文献１）。

また、特許文献２の図５には、従来例としてレギュレータバルブ９とアンロード弁１３を備えたロードセンシング式の油圧制御回路が示され、その改良として、切換手段によって切換わる切換弁１５を設けている。そして、この切換弁１５は、レギュレータバルブ９の他方のパイロット室９ｂに、アクチュエータの最高負荷圧を導く第１切換位置１５ａと、レギュレータバルブ９の他方のパイロット室９ｂに、ポンプ圧を導く第２切換位置１５ｂとを有する油圧回路が示されている。

図３は、従来のロードセンシング式油圧制御装置の問題点を説明するため、特許文献１、２のロードセンシングに関わる油圧回路部分を２つの油圧アクチュエータに単純化してその典型的な回路構成を示す。

同図３において、参照符号１０は原動機１２により駆動される可変容量ポンプ、１０Ａは同ポンプ１０の斜板を示し、参照符号１４は斜板１０Ａの傾斜角を調整する油圧シリンダである。参照符号２０、及び３０は可変容量ポンプ１０からの圧油供給ラインＬ１に接続されたクローズセンタ型の切換弁でありこれら切換弁２０、３０には油圧シリンダからなる油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２がそれぞれ接続されている。なお、図示しないが、可変容量ポンプ１０に隣接して原動機１２の出力軸１２Ａにより駆動されるパイロットポンプが設けられている。

又、各切換弁２０、３０と各油圧アクチュエータとの間には補償弁２２、３２が設けられている。これら補償弁２２、３２と切換弁２０、３０との間には負荷圧力検出ラインＳＬ１、ＳＬ２が設けられて、各負荷圧力が取出され、これら取出された負荷圧力は補償弁２２、３２に対して、それぞれバネ２６、３６と共にこれらを開方向に作用すると同時に高圧選択手段４０によって選択された負荷圧力検出ラインＳＬ１又はＳＬ２の圧力がロードセンシング用の信号ラインＳＬ５へ取出され、前記補償弁２２及び３２に対してこれらを絞り方向に作用させている。同時にこの信号ラインＳＬ５の信号圧力はラインＳＬ７として可変容量ポンプ１０の容量調整装置１６に作用している。

又、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１にはアンロード弁１８が接続され、このアンロード弁１８は信号ラインＳＬ６の圧力と可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１との圧力差が、当該アンロード弁１８に設けられたバネ１８Ａの力によって定まる所定圧力を超えると前記圧油供給ラインＬ１をアンロードするようになっている。

上記の構成において、例えば切換弁２０を図中２０Ｂの位置へ操作した場合を想定すると、可変容量ポンプ１０からの圧油は、ラインＬ０、Ｌ１、Ｌ２から切換弁２０内の供給通路２０Ｂ１を経て通路Ｌ４に至り、同通路Ｌ４から補償弁２６、逆止弁２４、ラインＬ５を経て再び切換弁２０に戻りラインＬＡ１を通って油圧アクチュエータＡＣＴ１に与えられ、その戻り側のラインＬＢ１から切換弁２０を経てタンクラインＬ８を介してタンクＴに戻されるようになっている。

その場合、油圧アクチュエータＡＣＴ１の負荷圧に対応する通路Ｌ４の圧力は信号ラインＳＬ１を介して検出され、さらに高圧選択手段４０を経て信号ラインＳＬ５上の圧力として検出され、この検出圧力は信号ラインＳＬ６としてバネ１８Ａの力と共にアンロード弁１８に作用し、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１とタンクＴに通じるタンクラインＬ１１との導通を遮断するようになっている。

このとき、前記アンロード弁１８の開閉に関わる圧力は、一方が高圧選択された信号ラインＳＬ６上の圧力（最高負荷圧力）であり、他方は、前記圧油供給ラインＬ１上の圧力であるので、例えば油圧アクチュエータＡＴＣ１の負荷圧力が大きい場合には、これらの圧力は共に高圧であって、アンロード弁１８の開閉は一般に非常に速い。

同様な関係は、切換弁３０、油圧アクチュエータＡＣＴ２を駆動した場合にも該当するがその詳細説明は省略する。

図３に示した従来のロードセンシング式油圧制御装置においては、信号ラインＳＬ３、ＳＬ４は図示のように補償弁２２、３２に与えられているので、一方のアクチュエータＡＣＴ１、例えばアーム用シリンダが切換弁２０を介して駆動されている状態で、他方の油圧アクチュエータＡＣＴ２、例えばバケット用シリンダが切換弁３０を介して同時に駆動される場合、信号ラインＳＬ５にはＳＬ１（＞ＳＬ２）、高圧選択手段４０を介してアーム側の負荷圧力が検出され、信号ラインＳＬ４を介して補償弁３２に与えられる。したがって、油圧アクチュエータＡＣＴ２すなわち、バケット用の補償弁３２には、信号ラインＳＬ４と、バネ３６および信号ラインＳＬ２とがバランスする状態に対応した圧油流量がラインＬ６を経てＬ７へ流れ、バケットを駆動することとなる。

しかしながら、その際、アームの駆動中において信号ラインＳＬ１の検出圧力である最高負荷検出圧力ＳＬ５が非常に大きくなること、例えば油圧アクチュエータＡＣＴ１がそのシリンダストローク限に達した場合には、バケット側の前記補償弁３２への信号ラインＳＬ４も大きくなり流量が絞られるのでラインＬ６にはほとんど圧油が流れなくなり、結果として切換弁３０を介して駆動指令を与えているにもかかわらずバケットが駆動しないか又は、駆動が遅いという操作上の難点があった。

特開２００２−２９５４０５号公報 特開平１０−１０３３０５号公報

本発明者は、上記問題点を解決せんとして鋭意検討した結果、最高負荷検出ラインまたは可変容量ポンプ吐出ラインと各補償弁との間に、減圧機能を有する圧力制御弁を設け、外部信号により減圧された圧油信号を前記各補償弁に与えることで前記問題点は基本的に解決できることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、複数の油圧アクチュエータを同時操作する場合、最高負荷圧力を決定する１つの油圧アクチュエータに対し、他の油圧アクチュエータ用の補償弁が前記最高負荷圧力により影響され、当該油圧アクチュエータの操作に不都合が生じるのを防止するロードセンシング式油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によるロードセンシング式油圧制御装置は、複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの負荷圧力を検出すると共に操作されていない状態では負荷圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、各切換弁と各アクチュエータ又は各切換弁とタンクとの間には各々補償弁を設け、当該補償弁の開方向には各アクチュエータの負荷圧力を、絞り方向へは複数の切換弁が同時操作された場合の最高負荷圧力を選択して作用させるよう構成したロードセンシング式の油圧制御装置において、前記各補償弁の絞り方向に作用する前記選択された最高負荷圧力を減圧する圧力制御弁を設けて、前記圧力制御弁は外部油圧信号の上昇に応じて２次圧力が低減される減圧弁であることにより、外部油圧信号により減圧された圧油信号を前記各補償弁に与え、前記圧力制御弁は、第１の貫通孔を有する第１の弁本体部分と、第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を有する第２の弁本体部分と、前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔内に摺動可能に設けられた可動軸体とを有し、前記第１の弁本体部分の側部には横孔が形成され、この横孔に対しては最高負荷圧力が導かれ、前記可動軸体の中央径太部には前記横孔に対向した溝部が形成され、前記可動軸体の前記第１の貫通孔側の端面には前記溝部に連通して開口された通路が形成され、前記第１の貫通孔には前記第２の貫通孔側の端部に前記可動軸体の中央径太部と同じ内径で前記タンクに連通した第１の油室が形成され、この第１の油室には前記可動軸体の前記第２の貫通孔側径小部に設けられた前記可動軸体を反対方向へ付勢するバネが配設され、前記可動軸体の前記第１の貫通孔側に形成された第１の段部が前記第１の貫通孔に形成された第２の段部に当接した状態で前記外部油圧信号が与えられる第２の油室が形成されるとともに前記横孔と前記溝部がほぼ対向した関係位置となるように構成されたことを特徴とする。

その場合、前記の選択された最高負荷圧力の代わりに前記ポンプの吐出圧ラインの圧力を用いることができる。

さらにその場合、圧力制御弁の２次圧力調整用外部信号圧力として電磁比例弁の２次圧力を導入することができる。

本発明によるロードセンシング式の油圧制御装置によれば、各切換弁および該切換弁と接続された油圧アクチュエータに該油圧アクチュエータに流れる圧油流量を前記最高負荷圧力により調整するよう接続された補償弁と、前記油圧アクチュエータに対応する各補償弁と前記最高負荷圧力の検出ラインとの間に設けられ、外部圧油信号により前記検出ラインの圧力を減圧して前記各補償弁の少なくとも１つに供給する圧力制御弁と、を備えるようにしたので、特に複数の油圧アクチュエータを同時操作する場合、最高負荷圧力を決定する１つの油圧アクチュエータに対し、他の油圧アクチュエータ用の補償弁が前記最高負荷圧力により過大に影響され、当該油圧アクチュエータの駆動に遅延が生じるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について添付図面の図１、２を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したロードセンシング式油圧制御装置であって、原動機（図示せず）により駆動される可変容量ポンプ１００およびパイロット圧油ＰＰを供給するパイロットポンプ１０２が設けられている。なお、参照符号１０４は可変容量ポンプ１００の斜板１００Ａを傾転駆動する油圧シリンダである。参照符号ＰＬは前記可変容量ポンプ１００の吐出ラインであり、それぞれラインＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３に分岐され切換弁１１０、１１２および容量調整装置１０６にポンプ１００からの圧油が供給される。図示の切換弁１１０、１１２ではそれぞれの弁のスプール位置がパイロット操作圧信号ａ１、ｂ１およびａ２、ｂ２により操作されて中立位置から偏移し圧油を供給する状態にあることを示している。また、参照符号Ｔはタンクである。

参照符号１１８、１２０は切換弁１１０、１１２に対応して設けられた油圧シリンダであって、例えば油圧ショベルのバケット、アーム駆動用と考えることができる。しかし必ずしもこれらの対応に限定されない。なお、同図１では他の油圧アクチュエータ用の切換弁や油圧シリンダ等は省略してある。参照符号１１４、１１６は補償弁であって、補償弁１１４は油圧シリンダ１１８の戻り側（メータアウト）に設けられ、補償弁１１６は油圧シリンダ１２０の供給側（メータイン）に設けられている。

各補償弁１１４、１１６の左方側からは、それぞれの油圧シリンダ１１８、１２０の負荷圧を検出するライン１２２ａ、１２４ａの圧力が与えられている。一方、各補償弁１１４、１１６の右方側からは、最高負荷圧検出ラインすなわち、破線で示されるロードセンシングラインの圧力ＬＳを外部圧油信号ＰＣにより減圧する圧力制御弁１０８の出力圧Ｓが与えられている。

ロードセンシングラインの圧力ＬＳは逆止弁１２２、１２４を介して前記ライン１２２ａと１２４ａのうち圧力の高い方が選択されることにより生成される。参照符号１０６は容量調整装置であって図３の容量調整装置１６と同等の装置である。なお、逆止弁１２３は、ライン１２２ａが高圧のときタンク側への流れを阻止すると共に、油圧シリンダ１１８の戻り側の圧力が供給側の圧力より高い場合戻り側の油量の一部を逆止弁１２３から供給するよう機能する。これにより可変容量ポンプ１００からの供給油量を少なくし、原動機の消費エネルギを節約することができる。参照符号１２０ａは、例えばアーム駆動用の油圧シリンダ１２０に対する負荷を示す。

図２は、図１の圧力制御弁１０８の構造および、同圧力制御弁１０８へ供給される外部圧油信号ＰＣとの関係を示す。

同図の（ａ）において、圧力制御弁１０８は、それぞれ貫通孔Ｈ１、Ｈ２を有する弁本体ＢＤ１とＢＤ２および、貫通孔Ｈ１、Ｈ２内に摺動可能に設けられた可動軸体１０８ａを備えている。さらに、弁本体ＢＤ１の側部には横孔１０８ｂが形成され、同横孔１０８ｂに対しロードセンシングラインの圧力ＬＳまたは可変容量ポンプ１００の吐出ラインの圧力ＰＬが導かれるようになっている。

一方、前記可動軸体１０８ａの中央径太部には前記横孔１０８ｂに対向した溝部１０８ｄが形成されさらに、同溝部１０８ｄに連通し、可動軸体１０８ａの右端面に開口された通路１０８ｅが形成されている。貫通孔Ｈ１の左端部には可動軸体１０８ａの中央径太部と同じ内径でタンクに連通した油室１０８ｆが形成され、同油室１０８ｆには前記可動軸体１０８ａの左側径小部に設けられたバネ１３０が配設されて、可動軸体１０８ａを右方へ付勢している。同図では可動軸体１０８ａの右側段部Ｚが貫通孔Ｈ１側の段部に当接した状態で油室１０８ｃが形成されていることを示す。また、この状態で前記横孔１０８ｂと溝部１０８ｄはほぼ対向した関係位置にある。

前記油室１０８ｃには外部圧油信号ＰＣが与えられる。この外部圧油信号ＰＣは、パイロットポンプ１０２からの圧油ＰＰの供給される電磁比例制御弁１４０の出力として生成される。

図２の（ｂ）には、電磁比例制御弁１４０の入力制御電流Ｉ（ｍＡ）に対する外部圧油信号ＰＣおよび前記圧力制御弁１０８の出力圧Ｓとの関係を示す。同図に示すように、電磁比例制御弁１４０の入力制御電流Ｉが増加すると圧力制御弁１０８の出力圧Ｓは減少する。入力制御電流Ｉはゼロから連続的に増大させる必要はなく、離散的にＩ１、Ｉ２、Ｉ３の如く制御電流を与えた場合でも対応する出力圧Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を生成する。すなわち、同図（ａ）において、外部圧油信号ＰＣが油室１０８ｃに供給されると可動軸体１０８ａはバネ１３０の付勢力に抗して左行し、その結果、前記横孔１０８ｂと溝部１０８ｄとの間の開口面積が減少し横孔１０８ｂに供給されている圧力ＬＳまたはＰＬは絞られるのでこの部分で圧力降下を生ずる。したがって、出力圧Ｓはその圧力降下分だけＬＳまたはＰＬより小さい値となる。

次に図１において作動について説明する。油圧シリンダ１２０の負荷１２０ａが大きくなる、例えばシリンダストローク限に達するとライン１２４ａ、逆止弁１２４を介してロードセンシングラインの圧力ＬＳが大きくなる。このとき、所定の外部圧油信号ＰＣを与えることにより出力圧Ｓ（＜ＬＳ）が補償弁１１４、１１６に供給されるので、その状態で油圧シリンダ１１８を駆動すべく操作圧信号ａ１またはｂ１を与えたとき補償弁１１４は圧力ＬＳよりも小さい値の出力圧Ｓにより絞られているので油圧シリンダ１１８には直ちに圧油が供給される。

一方、補償弁１１６の側では従来の圧力ＬＳであったもの（図３参照）がより小さい出力圧Ｓとなっても油圧シリンダ１２０への圧油の供給になんら実質的な影響を受けることがない。すなわち、ロードセンシングラインの圧力ＬＳを決定している油圧アクチュエータに対応する補償弁の絞り側に減圧された出力圧Ｓが与えられても当該油圧アクチュエータの操作に影響しない。

以上本発明の好適な実施例について図１、２により説明したが当業者であれば、本発明の技術的思想を利用して種々の変形を行うことができる。例えば、上記の図１では、補償弁の全てに圧力制御弁１０８からの減圧された出力圧Ｓを供給するものとして説明したが、補償弁１１６には従来のようにロードセンシングラインの圧力ＬＳを与えるようにし、補償弁１１４には図示のように、出力圧Ｓを与えることもできる。勿論、この場合、非常に大きいロードセンシングラインの圧力ＬＳが油圧シリンダ１１８の負荷によって決定されている状態で油圧シリンダ１２０を同時に駆動しようとしたとき、油圧シリンダ１２０の駆動に遅れが生ずることは当然である。

本発明を適用した適用したロードセンシング式油圧制御装置の油圧回路図である。 図１中の圧力制御弁を説明する図であって、（ａ）はその詳細構造を示す断面図、（ｂ）は電磁比例制御弁の入力信号と制御圧力との関係を示すグラフである。 従来のロードセンシング式油圧制御装置の油圧回路図である。

符号の説明

１０ 可変容量ポンプ
１２ 原動機
１４ シリンダ
１６ 容量調整装置
１６Ａ バネ
１８ アンロード弁
１８Ａ バネ
２０、３０ 切換弁
２２、３２ 補償弁
２４、３４ 逆止弁
２６、３６ バネ
１００ 可変容量ポンプ
１０２ パイロットポンプ
１０４ 斜板を傾転駆動する油圧シリンダ
１０６ 容量調整装置
１０８ 圧力制御弁
１０８ａ 可動軸体
１０８ｂ 横孔
１０８ｃ、１０８ｆ 油室
１０８ｅ 通路
１１０、１１２ 切換弁
１１４、１１６ 補償弁
１１８、１２０ 油圧シリンダ
１３０ バネ
１４０ 電磁比例制御弁
ＬＳ ロードセンシングラインの圧力
ＰＣ 外部圧油信号
ＰＬ ポンプ吐出圧
Ｓ 出力圧

Claims (3)

1. 複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの負荷圧力を検出すると共に操作されていない状態では負荷圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、各切換弁と各アクチュエータ又は各切換弁とタンクとの間には各々補償弁を設け、当該補償弁の開方向には各アクチュエータの負荷圧力を、絞り方向へは複数の切換弁が同時操作された場合の最高負荷圧力を選択して作用させるよう構成したロードセンシング式の油圧制御装置において、
   前記各補償弁の絞り方向に作用する前記選択された最高負荷圧力を減圧する圧力制御弁を設けて、前記圧力制御弁は外部油圧信号の上昇に応じて２次圧力が低減される減圧弁であることにより、外部油圧信号により減圧された圧油信号を前記各補償弁に与え、
   前記圧力制御弁は、第１の貫通孔を有する第１の弁本体部分と、第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を有する第２の弁本体部分と、前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔内に摺動可能に設けられた可動軸体とを有し、前記第１の弁本体部分の側部には横孔が形成され、この横孔に対しては最高負荷圧力が導かれ、前記可動軸体の中央径太部には前記横孔に対向した溝部が形成され、前記可動軸体の前記第１の貫通孔側の端面には前記溝部に連通して開口された通路が形成され、前記第１の貫通孔には前記第２の貫通孔側の端部に前記可動軸体の中央径太部と同じ内径で前記タンクに連通した第１の油室が形成され、この第１の油室には前記可動軸体の前記第２の貫通孔側径小部に設けられた前記可動軸体を反対方向へ付勢するバネが配設され、前記可動軸体の前記第１の貫通孔側に形成された第１の段部が前記第１の貫通孔に形成された第２の段部に当接した状態で前記外部油圧信号が与えられる第２の油室が形成されるとともに前記横孔と前記溝部がほぼ対向した関係位置となるように構成されたことを特徴とするロードセンシング式油圧制御装置。
2. 前記の選択された最高負荷圧力の代わりに前記ポンプの吐出圧ラインの圧力を用いることを特徴とする請求項１に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。
3. 圧力制御弁の２次圧力調整用外部信号圧力として電磁比例弁の２次圧力を導入したことを特徴とする請求項３に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。

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