(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧シリンダのロッド側油室からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として供給する油路をケーシングとの間に有する制御スプールと、該制御スプール内でスプリングに抗して軸方向に移動するサブスプールとを設け、該制御スプールに、サブスプールをシリンダのヘッド側油室の圧力によって制御スプール内でスプリング側に移動させる押圧ピストンを設け、該押圧ピストンでサブスプールをスプリング側に移動させると再生油を逃す絞り部を該サブスプールと制御スプールとの間に設け、さらに前記制御スプールをケーシング内で移動させるパイロット信号付加手段を設けるとともに、該パイロット信号付加手段のパイロット信号によって移動させる制御スプールの油路をヘッド側油室へ通じる油路と連通させる再生絞り部を該制御スプールとケーシングとの間に設けた再生油量コントロール弁を、再生機能を有するアームスプールと並列的に前記油圧シリンダに設けることによりアームスプールによる再生油量と再生油量コントロール弁による任意の再生油量とによって油圧シリンダの制御スピードを制御できるようにしたことを特徴とする油圧シリンダの再生油量コントロール弁。
【請求項２】
制御スプールにロッド側油室と連通する油路を設けるとともに、ロッド側油室の戻り油をタンクへ逃す通孔を設け、サブスプールに該油路と連通する油路を設け、該サブスプールの移動によってサブスプールの油路と通孔とを連通させて戻り油を逃す絞り部を設けたことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダの再生油量コントロール弁。
【請求項３】
パイロット信号の大きさを、油圧シリンダを駆動する駆動機のエンジン回転数と比例させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の油圧シリンダの再生油量コントロール弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、油圧シリンダのロッド伸長時に、ロッド側油室の油をヘッド側油室へ再生するコントロール弁に関し、詳しくは、再生時の再生油量をコントロールできる再生油量コントロール弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、油圧シリンダのピストン伸長時にロッド側の油をヘッド側へ再生してロッドの作動速度を速めようとする技術がある。その一例として、油圧ショベルのアームに設けられた再生回路がある。
【０００３】
この再生回路は、アーム引き作業のように負荷が自重のみの空中作動時には、ロッド側油室から排出する油をヘッド側油室へ供給する油に合流させて再生し、油圧ポンプからの油量が少なくても再生油量で補ってピストンのスピードを上げるように構成されている。そして、負荷が大きい地上作業時には、ロッド側油室からの油は再生カット（停止）され、油圧ポンプからの圧油のみによってシリンダが駆動されるように構成されている。
【０００４】
この種の従来技術として、特公平４−５７８８１号公報記載の発明がある。図４はこの発明に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図であり、油圧シリンダによるアーム作動は、シリンダ５１のヘッド側油室５２に圧油を供給する掘削時等と、ロッド側油室５３に圧油を供給するアーム上昇時等とがコントロール弁５４によってコントロールされている。
【０００５】
そして、このコントロール弁として、図５の油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図のような油圧回路が記載されており、戻りライン５５に設けられた絞り５６を調整することによって、ロッド側油室５３からの戻り油をチェック弁５７からライン５８を介してヘッド側油室５２へ再生するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記コントロール弁の場合、再生中における再生油量はそのスプールに内蔵された再生スプールの設計によって決まってしまい、常に再生スプールの絞りによる一定の増減量となってしまう。そのため、このコントロール弁を油圧ショベルに用いた場合には、負荷や作業形態の変化に応じて十分な再生通路面積を得ることができない場合があり、この場合には、再生油が再生通路を流れる時の大きな圧損が動力ロスとなって、再生時の再生油量不足を生じてアーム振り下ろしスピードが不足して、迅速な作業を行うことが困難となる。
【０００７】
また、このようなコントロール弁の場合、所定の設定圧で再生又は再生カットを切換える構成であるため、この切換えの設定圧に近い圧力での作業を行う場合、再生状態から再生カット状態、又は再生カット状態から再生状態への切換わりが頻繁に繰り返される。このように再生状態と再生カット状態とが頻繁に切換えられると、シリンダの受圧面積が大きくなったり小さくなったり変化しながら作業することとなるため、アームの動作が不安定になってスムーズに操作できない、いわゆるハンチング現象を生じてしまう。この場合、アームをスムーズに操作することが困難となり、細かな制御を行うことができない場合がある。
【０００８】
なお、前記したアーム振り下ろしスピードを確保するために、仮に、再生通路の断面積を大きくした場合、多くの再生油量が流れる再生状態から再生カット状態への切換時に大きな断面変化を生じるので、より大きなハンチング現象を生じるおそれがある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、油圧シリンダのロッド側油室からの戻り油をヘッド側油室へ再生油として供給する油路をケーシングとの間に有する制御スプールと、該制御スプール内でスプリングに抗して軸方向に移動するサブスプールとを設け、該制御スプールに、サブスプールをシリンダのヘッド側油室の圧力によって制御スプール内でスプリング側に移動させる押圧ピストンを設け、該押圧ピストンでサブスプールをスプリング側に移動させると再生油を逃す絞り部を該サブスプールと制御スプールとの間に設け、さらに前記制御スプールをケーシング内で移動させるパイロット信号付加手段を設けるとともに、該パイロット信号付加手段のパイロット信号によって移動させる制御スプールの油路をヘッド側油室へ通じる油路と連通させる再生絞り部を該制御スプールとケーシングとの間に設けた再生油量コントロール弁を、再生機能を有するアームスプールと並列的に前記油圧シリンダに設けることによりアームスプールによる再生油量と再生油量コントロール弁による任意の再生油量とによって油圧シリンダの制御スピードを制御できるようにしている。
【００１０】
このようにロッド側油室からの戻り油を再生油としてヘッド側油室へ供給する間に、パイロット信号によって戻り油の再生通路面積を変化させる制御スプールを設けることにより、パイロット信号を制御することによって再生油量を任意に調整することができ、油圧シリンダのピストンスピードをコントロールすることが可能となる。例えば、油圧シリンダによって駆動する油圧ショベルのアームであれば、そのアーム速度を制御することが可能となる。このパイロット信号付加手段とは、パイロット信号によって制御スプールを任意に移動させることができる手段であればよく、例えば、流体圧によって制御スプールを軸方向に移動させるとともに、この制御スプールを逆方向に戻す弾性部材とを有する手段をいう。この弾性手段としては、移動量の範囲内で安定した反力を発揮するコイルスプリングが好ましい。しかも、これらの再生油量コントロール弁を、再生機能を有するアームスプールと並列的に油圧シリンダに設けたので、アームスプールによる再生油量と再生油量コントロール弁による任意の再生油量とによって油圧シリンダの制御スピードを制御することができる。
【００１１】
また、制御スプールにロッド側油室と連通する油路を設けるとともに、ロッド側油室の戻り油をタンクへ逃す通孔を設け、サブスプールに該油路と連通する油路を設け、該サブスプールの移動によってサブスプールの油路と通孔とを連通させて戻り油を逃す絞り部を設ければ、再生油量の制御と再生カットを行う構成を同軸上に設けることが容易にできる。
【００１２】
さらに、パイロット信号の大きさを、油圧シリンダを駆動する駆動機のエンジン回転数と比例させれば、駆動機の回転数に比例して油圧シリンダの制御速度を制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示す再生油量コントロール弁の無制御状態を示す断面図であり、図２は図１に示す再生油量コントロール弁の制御状態である再生時を示す断面図、図３は図２に示す再生油量コントロール弁の制御状態における再生カット時を示す断面図である。なお、以下の説明では、図示する状態の上下左右に基づいて説明するが、再生油量コントロール弁の向きはこの実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１に示すように、油圧シリンダＳのロッド側油室Ｒとヘッド側油室Ｈは、油路２，３によってアームスプール１と連結され、このアームスプール１の切換えによってロッド側油室Ｒとヘッド側油室Ｈがタンク４又は油圧ポンプ５と連通するように構成されている。このアームスプール１の切換えによってピストンＰの伸縮が制御される。このアームスプール１は、従来と同様の再生機能を有しており、ヘッド側油室Ｈの設定圧力に応じてロッド側油室Ｒの戻り油を再生油としてヘッド側油室Ｈへ供給する。
【００１６】
そして、このアームスプール１と並列的に別置きの再生油量コントロール弁Ｖが設けられている。この再生油量コントロール弁Ｖは、ケーシング６内で軸方向（上下方向）に移動（スライド）可能な制御スプール７と、この制御スプール７内で同一軸方向（上下方向）に移動（スライド）可能なサブスプール８とを有している。この制御スプール７は、制御ロッド９の先端と連結具１０によって連結されており、制御ロッド９に作用させるパイロット信号Ｅによってロッド移動量と同一の移動量でケーシング６内をスライドするように構成されている。
【００１７】
この制御ロッド９は、サブケーシング１１内に設けられており、コイルスプリング１２によってパイロット信号作用側（図の上方向）へ付勢されている。また、サブケーシング１１内の制御スプール７側には当接部材１３が設けられており、制御ロッド９の移動量が制限されている。従って、制御ロッド９にパイロット信号Ｅとして、例えば所定の油圧が作用させられると、この制御ロッド９がスプリング１２を押圧して当接部材１３側（下方向）へ移動させられ、その移動量と同一量で制御スプール７が下向きにスライドさせられる。
【００１８】
前記ケーシング６には、油路１４によってタンク４と連通する油室ａと、油路１５によってシリンダＳのロッド側油室Ｒと連通する油室ｂと、油路１６によってヘッド側油室Ｈと連通する油室ｃと、油路１７によってヘッド側油室Ｈと連通する油室ｄが設けられている。油路ｃには、チェック弁１６ａが設けられて油の流れ方向が規制されている。
【００１９】
前記制御スプール７には、小径部７ａが形成されており、この小径部７ａの外周とケーシング６との間に形成される油路７ｂは油室ｂと連通している。また、油室ｄと連通する通孔７ｃも設けられている。この小径部７ａの端部（図の下端）における制御スプール外周部は、油室ｃとの間で再生絞り部１８を形成しており、図１では再生絞り部１８を閉鎖した状態を示し、図２では再生絞り部１８を開放した状態を示している。この再生絞り部１８の開放量は、制御スプール７のスライド量、すなわちパイロット信号の大きさによって制御される。
【００２０】
前記サブスプール８は、一端にスプリング１９が設けられており、このスプリング１９によって常に軸方向（図の下方向）に付勢されている。このサブスプール８は、図１に示す状態と、図３に示すように上端が連結具１０に当接した状態との間で移動（スライド）可能となっている。また、サブスプール８の中間部には小径部８ａが形成されており、この小径部８ａの外周と制御スプール７の内周との間に形成される油路８ｂが、制御スプール７の油室７ｂと通孔７ｄによって連通している。
【００２１】
さらに、このサブスプール８の小径部８ａの端部（図の上端）におけるサブスプール外周部と、制御スプール７の通孔７ｅとの間に絞り部２０が形成されており、図１では絞り部２０を閉鎖した状態を示し、図３では絞り部２０を開放した状態を示している。この絞り部２０の開放量は、サブスプール８の上下方向移動量によって決まる。
【００２２】
一方、サブスプール８のもう一端（図の下側）には、シリンダＳのヘッド側油室Ｈに作用する油圧によってサブスプール８を、図１から図３のようにスプリング１９側へ移動させる押圧ピストン２１が設けられている。この押圧ピストン２１は、制御スプール７内に固定された保持部材２２の案内孔２２ａに沿って軸方向（図の上下方向）に移動可能なように構成されている。この保持部材２２には、前記ヘッド側油室Ｈの圧油を制御スプール７の通孔７ｃから案内孔２２ａへ導入するための導入孔２２ｂが設けられており、押圧ピストン２１の下側に形成された油室２３へ圧油を導入するように構成されている。この油室２３には、導入孔２２ｂからヘッド側油室Ｈの油圧が作用しているので、図示するように押圧ピストン２１の上端はサブスプール８に当接している。
【００２３】
以上のように構成された再生油量コントロール弁Ｖによる再生油量を制御する方法と、油量制御中における再生カット状態への切換えを、前記図１〜図３に基づいて以下に説明する。
【００２４】
まず、図１に示すように、コントロール弁Ｖの無制御状態では、制御ロッド９にパイロット信号Ｅが作用していないので、シリンダＳのロッド側油室Ｒに通じる油路１５からの戻り油は、油室ｂから制御スプール７の小径部７ａとサブスプール８の小径部８ａへ導かれるが、これらの油路７ｂ、８ｂは閉鎖された空間であるため油に流れはなく、再生油量コントロール弁Ｖは機能しない。
【００２５】
次に、図２に示すように、制御ロッド９にパイロット信号Ｅが作用させられると、この信号（圧力）によって制御ロッド９が連結具１０を介して制御スプール７を下方へ移動させる。この移動によって制御スプール７の小径部７ａと油室ｃとの間の再生絞り部１８が連通されるので、油室ｂから制御スプール７の小径部に導かれたロッド側油室Ｒの戻り油がその再生絞り部１８の通路面積（開放量）に応じた再生油量として油室ｃへと流れ、油路１６からヘッド側油室Ｈへ再生される。
【００２６】
この状態が再生状態であり、パイロット信号Ｅ（外部指令）の大きさを調整して制御スプール７の移動量を制御することにより、再生絞り部１８の通路面積を変化させることができるので、パイロット信号の大きさを調整することによってヘッド側油室Ｈへの再生油量を任意に調整してピストンＰのロッドスピードを調整することができる。このパイロット信号Ｅの制御として、エンジン回転数の高さに比例して開放量が大きくなるように連動させれば、例えば油圧ショベルであれば、エンジン回転数に応じたアームの振り下ろし速度に調整することができる。
【００２７】
一方、この再生状態から、図３に示すように、ヘッド側油室Ｈの圧力が上昇して油室ｄから油室２３に導入されている圧油によって押圧ピストン２１が上方に移動させられると、サブスプール８と制御スプール７との間に形成された絞り部２０が開いてサブスプール８の小径部８ａと油室ａとの通孔７ｅとを連通させるので、ロッド側油室Ｒから制御スプール７の油路７ｂと通孔７ｄとを介してサブスプール８の油路８ｂへ導入された油は、この油路８ｂから油室ａを介してタンク４へと排出される。この状態が再生カットの状態であり、パイロット信号に関係なく、ヘッド側油室Ｈが設定圧力に達すると、ロッド側油室Ｒの圧油をタンク４へ逃すようにできる。
【００２８】
そして、このように再生カットしている状態からヘッド側油室Ｈの圧力が低下すると、サブスプール８を上方へ押圧している押圧ピストン２１の油室２３内圧力が低下するため、サブスプール８はスプリング１９の力によって下方へ押し戻される。これにより、サブスプール８の油路８ｂと制御スプール７との間の絞り部２０が閉鎖されるので、再生カットされていた油の流れが止まる。
【００２９】
この時、制御スプール７の油路７ｂとケーシング６との間の再生絞り部１８が開放していれば、ロッド側油室Ｒの戻り油が油室ｃへ流れて油路１６からヘッド側油室Ｈへ再生油として供給される。この状態は前記図２に示す再生状態である。また、パイロット信号Ｅの大きさによっては、この再生絞り部１８が閉じている場合もあり、この場合には前記図１に示す無制御状態となる。
【００３０】
このように、この実施形態では、ロッド側油室Ｒからヘッド側油室Ｈへ再生する戻り油の量をパイロット信号によって調整できるようにするとともに、再生油量を調整している状態でもヘッド側油室Ｈの圧力が設定圧以上になれば再生油をカットして再生カット状態にできるようにしている。
【００３１】
従って、パイロット信号によってロッド側油室Ｒの戻り油をヘッド側油室Ｈへ再生油として供給する量を調整可能とすることにより、十分な再生油量に調整して好ましい作業性を確保することができる。
【００３２】
しかも、再生状態における再生油量を調整可能とするとともに、この再生油量を調整している状態から再生カット状態へ切換わるようにしているので、再生状態から再生カット状態への切換わり圧力が様々に変化して、切換わり時に生じるハンチング現象を起こさないようにすることができる。
【００３４】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３６】
ロッド側油室からの戻り油を再生油としてヘッド側油室へ供給する間に、パイロット信号によって戻り油の再生通路面積を変化させる制御スプールを設けているので、パイロット信号を制御することによって再生油量を任意に調整することができ、油圧シリンダのピストンスピードを再生油量でコントロールすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示すコントロール弁の無制御情態を示す断面図である。
【図２】図１に示すコントロール弁の制御情態を示す断面図である。
【図３】図１に示すコントロール弁の制御状態における再生カット時を示す断面図である。
【図４】従来の技術に示された油圧ショベルのアームシリンダ作動システムを示す図である。
【図５】従来の技術に示された油圧シリンダ作動システムの一例を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
１…アームスプール
２，３…油路
４…タンク
５…油圧ポンプ
６…ケーシング
７…制御スプール
７ａ…小径部
７ｂ…油路
７ｃ…通孔
７ｄ…通孔
７ｅ…通孔
８…サブスプール
８ａ…小径部
８ｂ…油路
９…制御ロッド
１０…連結具
１１…サブケーシング
１２…コイルスプリング
１３…当接部材
１４…油路
１５…油路
１６…油路
１６ａ…チェック弁
１７…油路
１８…再生絞り部
１９…スプリング
２０…絞り部
２１…押圧ピストン
２２…保持部材
２２ａ…案内孔
２２ｂ…導入孔
２３…油室
ａ，ｂ，ｃ，ｄ…油室
Ｅ…パイロット信号
Ｈ…ヘッド側油室
Ｐ…ピストン
Ｒ…ロッド側油室
Ｓ…油圧シリンダ
Ｖ…再生油量コントロール弁
【図１】
0003675703.tif 000002
【図２】
0003675703.tif 000003
【図３】
0003675703.tif 000004
【図４】
0003675703.tif 000005
【図５】
0003675703.tif 000006