(57)【要約】【課題】アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減する。【解決手段】圧損低減回路が、方向切換弁２の、アクチュエータ油路１０とタンク油路１４との間に、コントローラ８の信号によって開閉される、方向切換弁２にねじ込み取付けられたバイパス弁１６を備え、コントローラ８は、アクチュエータ油路１０にアクチュエータ４からの戻り油を流すときの切換スプール２ａの操作信号に応じてバイパス弁１６を開放し、アクチュエータ油路１０とタンク油路１４とを連通させ、戻り油を切換スプール２ａとバイパス弁１６に分岐して圧損を低減する。【選択図】図１
2014173616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換スプールを介してアクチュエータにポンプの吐出油を給排する方向切換弁と、コントローラと、を備え、
該方向切換弁は、
給排する吐出油をアクチュエータにつなぐ一対のアクチュエータ油路と、
切換スプールを介したアクチュエータからの戻り油をタンクにつなぐタンク油路と、
少なくとも一方のアクチュエータ油路とタンク油路との間に設けられ該コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁と、を備え、
該コントローラは、
バイパス弁を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールを操作する操作信号に応じて開放し、このアクチュエータ油路とタンク油路とを連通させ、
戻り油をバイパス弁に分岐して戻り油の圧損を低減する、
ことを特徴とする作業機械の圧損低減回路。
【請求項２】
該バイパス弁が、
ポペット式流量調整弁であり、
該操作信号のないときにはポペットによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる、
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械の圧損低減回路。
【請求項３】
該バイパス弁が、
可変リリーフ弁であり、
該操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる、
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械の圧損低減回路。
【請求項４】
作業機械が油圧ショベルであり、
アクチュエータが、バケットシリンダおよびアームシリンダであり、
該バイパス弁付きのアクチュエータ油路が、それぞれのヘッド側につながっている、
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の作業機械の圧損低減回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータから方向切換弁に戻る作動油の圧損低減回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械、例えば代表例である油圧ショベルは、作業を行うためにシリンダのようなアクチュエータを多数備えている。アクチュエータは、オペレータが操作する方向切換弁によって給排されるポンプの吐出油により作動される。
【０００３】
ポンプの吐出油を、方向切換弁を介してシリンダのロッド側に供給し、ヘッド側の排出油を方向切換弁に戻す場合、戻りの油量は、シリンダのロッド側とヘッド側の断面積の違いから、単位時間当たりの供給油量に対する戻り油量は増幅され増加する。また、シリンダに加わる負荷重量によって戻り油が押し出されるような場合も、油量は増加する。
【０００４】
この増量の増加により方向切換弁の切換スプールを通る戻り油の圧力損失は増加する。したがって、多くのシリンダを頻繁に作動させ作業を行う作業機械においては、アクチュエータの作動速度が低下する、作業能率が悪化する、圧損を補足するための供給側の圧力増による燃費が悪化する、などの問題がある。
【０００５】
この圧損問題を改善する圧損低減回路が開発されている（例えば、特許文献１参照）。図５（特許文献１の図１の該当部分を抜粋して要部に符号を付したもの）を参照して説明する。
【０００６】
方向切換弁５０と、シリンダ５２のヘッド側５２ａおよびロッド側５２ｂとはそれぞれ配管５４，５６によって、またタンク５８とは配管６０によってつながっている。ヘッド側の配管５４はバイパス配管６２、またロッド側の配管５６はバイパス配管６４により、それぞれタンク５８に連通可能に分岐されている。バイパス配管６２，６４それぞれには電磁式可変リリーフ弁６６が設けられている。配管５４，５６の一方をシリンダ５２からの戻り油側に制御したとき、コントローラ６８は、その配管５４または５６の電磁式可変リリーフ弁６６を低負荷連通状態に制御し、戻り油を方向切換弁５０とタンク５８に分岐して方向切換弁５０に流れる油量を減らし、圧損を低減させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２４２７７４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したとおりの形態の従来の圧損低減回路には、次のとおりの改善の望まれている課題がある。
【０００９】
すなわち、方向切換弁とシリンダをつなぐ配管にタンクにつながるバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を追加するので、製造コストが増加する、設置スペースが必要、などの問題がある。
【００１０】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減できる作業機械の圧損低減回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば上記技術的課題を解決する作業機械の圧損低減回路として、切換スプールを介してアクチュエータにポンプの吐出油を給排する方向切換弁と、コントローラと、を備え、該方向切換弁は、給排する吐出油をアクチュエータにつなぐ一対のアクチュエータ油路と、切換スプールを介したアクチュエータからの戻り油をタンクにつなぐタンク油路と、少なくとも一方のアクチュエータ油路とタンク油路との間に設けられ該コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁と、を備え、該コントローラは、バイパス弁を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールを操作する操作信号に応じて開放し、このアクチュエータ油路とタンク油路とを連通させ、戻り油をバイパス弁に分岐して戻り油の圧損を低減する、ことを特徴とする作業機械の圧損低減回路が提供される。
【００１２】
好適には、該バイパス弁は、ポペット式流量調整弁であり、該操作信号のないときにはポペットによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
【００１３】
他の好適な形態においては、該バイパス弁は、可変リリーフ弁であり、該操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
【００１４】
そして、作業機械は油圧ショベルであり、アクチュエータは、バケットシリンダおよびアームシリンダであり、該バイパス弁付きのアクチュエータ油路が、それぞれのヘッド側につながっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従って構成された作業機械の圧損低減回路は、方向切換弁の、アクチュエータ油路とタンク油路との間に、コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁を備え、コントローラは、バイパス弁を備えたアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールの操作信号に応じてバイパス弁を開放し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
【００１６】
したがって、アクチュエータからの戻り油は、方向切換弁の、スプールとバイパス弁の両方に分岐されるので、また方向制御弁とシリンダをつなぐ配管にバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を設けないので、アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従って構成された作業機械の圧損低減回路の回路図。
【図２】図１の方向切換弁の代表的な断面図。
【図３】図１の圧損低減回路のバイパス弁を他の例にした回路図。
【図４】図３のバイパス弁である可変リリーフ弁の特性線図。
【図５】従来の圧損低減回路の回路図。
【図６】圧損低減回路が適用される代表的な作業機械である油圧ショベルの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に従って構成された作業機械の圧損低減回路について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１９】
先ず図６を参照して、圧損低減回路が適用される作業機械の代表例である油圧ショベルについて説明する。油圧ショベル７０は、下部走行体７２と上部旋回体７４を備え、多数の油圧アクチュエータを有する作業腕装置７６が上部旋回体７４に取付けられている。
【００２０】
作業腕装置７６は、上部旋回体７４に上下方向に揺動自在に取付けられたブーム７６ａと、ブーム７６ａの先端に上下方向に揺動自在に取付けられたアーム７６ｂと、アーム７６ｂの先端に上下方向に揺動自在に取付けられたバケット７６ｃを備え、アクチュエータである、ブーム７６ａを揺動させるブームシリンダ７６ｄ、アーム７６ｂを揺動させるアームシリンダ７６ｅおよびバケット７６ｃを揺動させるバケットシリンダ７６ｆを備えている。
【００２１】
油圧ショベル７０の代表的な作業であるバケット７６ｃを用いた作業を能率よく行うには、アームシリンダ７６ｅおよびバケットシリンダ７６ｆの迅速な伸縮作動が要求され、バケット７６ｃを開ける（動きを矢印Ｘで示す）、アーム７６ｂを押出す（矢印Ｙで示す）際の作動速度を遅くするシリンダのヘッド側からの戻り油の圧損を低減する、圧損低減回路が備えられている。
【００２２】
図１および図２、主として図１を参照して説明する。圧損低減回路は、切換スプール２ａを介してシリンダ４にポンプ６の吐出油を給排する方向切換弁２と、コントローラ８を備えている。
【００２３】
方向切換弁２は、それ自体に、給排する吐出油をシリンダ４につなぐ一対のアクチュエータ油路である、ヘッド側４ａにつなぐヘッド側油路１０およびロッド側４ｂにつなぐロッド側油路１２と、切換スプール２ａを介したシリンダ４からの戻り油をタンク１３につなぐタンク油路１４と、一方のアクチュエータ油路であるヘッド側油路１０と、タンク油路１４との間に設けられコントローラ８の信号によって開閉される、方向切換弁２の弁体２ｂにねじ込み取付けられたバイパス弁１６を備えている。
【００２４】
方向切換弁２は、バイパス弁１６以外は、「シリンダ伸長」・「中立」・「シリンダ収縮」の三位置を備えた周知の電磁式方向切換弁である。切換スプール２ａはオペレータが操作するレバー２２の操作に応じたコントローラ８からの操作信号の大きさに応じて「中立」位置からそれぞれの位置に移動切換えられる。
【００２５】
方向切換弁２は、センタバイパス油路２４およびパラレル供給油路２６を備えている。センタバイパス油路２４は、ポンプ６の吐出油路２８に接続し、切換スプール２ａ「中立」（図示の位置）のときにはそれを通過してタンク１３につながり、ポンプ６とヘッド側油路１０およびロッド側油路１２との連通は閉じている。パラレル供給油路２６は、ポンプ６の吐出油路２８に接続し、切換スプール「中立」のときには切換スプール２ａよって閉じられ、切換スプール２ａを「シリンダ伸長」あるいは「シリンダ収縮」位置に切換えると、吐出油は切換スプール２ａを介してヘッド側油路１０あるいはロッド側油路１２につながり、シリンダ４からの戻り油はタンク油路１４につながる。
【００２６】
コントローラ８は、バイパス弁１６を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路であるヘッド側油路１０にシリンダ４からの戻り油を流すとき（シリンダ収縮）の切換スプール２ａを操作する操作レバー２２の操作信号に応じて開放し、ヘッド側油路１０とタンク油路１４とを連通させる。
【００２７】
バイパス弁１６は、ポペット式流量調整弁１８、さらに詳しくは電磁比例流量調整弁であり、弁体２ｂの雌ねじ穴にねじ込み取付けられている。
【００２８】
ポペット式流量調整弁１８は、コントローラ８からの電気信号である操作信号の大小に比例して流量を増減させる。操作信号のないときにはポペット１８ａによってアクチュエータ油路１０からタンク油路１４への連通を閉じ、操作信号のあるときにはアクチュエータ油路１０とタンク油路１４を信号に応じた流量で連通させる。
【００２９】
すなわち、ポペット式流量調整弁１８は、方向切換弁２の切換スプール２ａを「中立」位置から完全に「シリンダ収縮」位置に移動切換えるまでの操作レバー２２の操作量に基づいたコントローラ８からの操作信号に応じて流量を調整し、タンク油路１４への流れを可能にし、スプール２ａが「中立」位置あるいはヘッド側４ａに圧油を供給する「シリンダ伸長」位置のときには、ヘッド側油路１０からタンク油路１４への流れをポペット１８によって止める。
【００３０】
ポペット式流量調整弁１８としては、「カートリッジ式電子比例流量制御弁、ポペットタイプ、ねじ込み式」のような名称で市販されている製品を利用することができる。したがって、詳細な構造の説明は省略する。
【００３１】
次に、図２とともに図３、主として図３を参照して、バイパス弁１６の他の例である可変リリーフ弁２０を用いた圧損低減回路について説明する。図３は、可変リリーフ弁２０以外は図２と同じであるので、同じ符号を付してその説明は省略する。
【００３２】
可変リリーフ弁２０は、周知の電磁比例リリーフ弁であり、弁体２ｂの雌ねじ穴にねじ込み取付けられている。
【００３３】
可変リリーフ弁２０には、操作レバー２２の操作信号に応じた設定圧力を調整するための電気信号がコントローラ８から入力され、操作レバー２２の操作信号の大小に応じて圧力が増減される。操作信号のないときには設定した高圧によってアクチュエータ油路１０からタンク油路１４への連通を閉じ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて圧力を下げてアクチュエータ油路１０とタンク油路１４とを連通させる。
【００３４】
すなわち、可変リリーフ弁２０は、方向切換弁２の切換スプール２ａを「中立」位置から完全に「シリンダ収縮」位置に移動切換えるまでの操作レバー２２の操作量に基づいたコントローラ８からの操作信号に応じて圧力を調整して下げ、タンク油路１４への流れを可能にし、スプール２ａ「中立」位置あるいはヘッド側４ａに圧油を供給する「シリンダ伸長」位置のときには、ヘッド側油路１０からタンク油路１４への流れを高圧の設定圧によって止める。
【００３５】
可変リリーフ弁２０の圧力設定について図４を参して説明する。圧力設定は、作業機械におけるアクチュエータの使用形態、圧損の状況などに応じて適宜に設定することができる。
【００３６】
例えば、図４に特性線Ａで示すように、操作信号Ｓのないときの最大圧力Ｐｍａｘから、最大操作信号Ｓｍａｘ時の最小圧力Ｐ０に、連続した直線によって設定し、ヘッド側油路１０に戻り油のない操作信号Ｓのないときにはヘッド側油路１０とタンク油路１４の連通を高圧力Ｐｍａｘによって閉じ、操作信号Ｓの大きさに応じて戻り油が多くなるにつれ、設定圧力Ｐを下げヘッド側油路１０からタンク油路１４への流れを多くする。
【００３７】
図４に特性線Ｂで示すように、操作信号Ｓのないときの最大圧力Ｐｍａｘから、例えば操作信号Ｓが最大操作信号Ｓｍａｘの半分のＳｍａｘ／２まではＰｍａｘ、操作信号ＳがＳｍａｘ／２を超え最大操作信号Ｓｍａｘまでは最小圧力Ｐ０の２段に設定し、操作信号Ｓが０からＳｍａｘ／２になるまではヘッド側油路１０とタンク油路１４の連通を高圧力Ｐｍａｘによって閉じ、操作信号ＳがＳｍａｘ／２を超え戻り流量が増えた状態においては、設定圧力Ｐを最小圧力Ｐ０に下げてヘッド側油路１０からタンク油路１４に戻り油を流すようにする。
【００３８】
上述したとおりの作業機械の圧損低減回路の作用効果について説明する。
【００３９】
本発明に係る作業機械の圧損低減回路は、方向切換弁２の、アクチュエータ油路１０とタンク油路１４との間に、コントローラ８の信号によって開閉される、方向切換弁２の弁体２ｂにねじ込み取付けられたバイパス弁１６を備え、コントローラ８は、バイパス弁１６を備えたアクチュエータ油路１０にアクチュエータ４からの戻り油を流すときの切換スプール２ａの操作信号に応じてバイパス弁１６を開放し、アクチュエータ油路１０とタンク油路１４とを連通させる。
【００４０】
したがって、アクチュエータ４からの戻り油は、方向切換弁２の、スプール２ａとバイパス弁１６の両方に分岐されてタンク１３に流れる。そして、方向制御弁２とアクチュエータ４をつなぐ配管にバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を設けないので、アクチュエータ４から方向切換弁２への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、少ない部品で、容易な組立で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にし、低減することができる。
【００４１】
さらに、バイパス弁１６（ポペット式流量調整弁１８、可変リリーフ弁２０）の設定によって、操作レバー２２の操作量が小さい微操作でアクチュエータ４からの戻り油量が少ないときには、バイパス弁１６を通る流量を小さく、あるいは流量を止めれば、方向切換弁２のスプール２ａによってアクチュエータ４を微作動させるように制御できる。
【００４２】
本発明に係る作業機械の圧損低減回路のバイパス弁１６は、ポペット式流量調整弁１８であり、操作信号のないときにはポペット１８ａによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路１０とタンク油路１４とを連通させる。
【００４３】
したがって、ポペット式流量調整弁１８は、バイパス弁として流量を調整するとともに、シリンダ４の伸長時あるいはシリンダ４を作動させない保持時の、シリンダ４ヘッド側４ａの作動圧あるいはブロック圧を確実にポペット１８ａによって閉じ、タンク油路１４へ流れるのを確実に防止する。
【００４４】
また、このポペット式流量調整弁１８は、シリンダ４伸長時あるいはシリンダ４を作動させない保持時に、外部負荷などによってシリンダ４が伸長されるような場合、ヘッド側４ａにタンク油路１４側から作動油を補充する弁としても作用することができる。
【００４５】
作業機械の圧損低減回路のバイパス弁１６の他の実施例は、可変リリーフ弁２０であり、操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
【００４６】
したがって、可変リリーフ弁２０は、バイパス弁として流量を調整するとともに、シリンダ４伸長時あるいはシリンダ４を作動させない保持時の、シリンダ４ヘッド側４ａの作動圧あるいはブロック圧を所定の圧力によってリリーフ弁させることができ、さらに圧力設定に応じてタンク油路１４へ流れを連続的に、あるいは段階的に調整できる。
【００４７】
本発明に係る作業機械の圧損低減回路の作業機械は油圧ショベルであり、アクチュエータは、バケットシリンダおよびアームシリンダである。
【００４８】
したがって、作業機械の油圧ショベルの代表的な作業であるアームシリンダおよびバケットシリンダを用いたバケット作業を、圧損を低減し、迅速に、能率よく行うことができる。
【００４９】
以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００５０】
本発明の実施例においては、バイパス弁１６は、一対のアクチュエータ油路１０，１２の一方のヘッド側油路１０に備えられたが、作業機械の形態に応じて他方のロッド側油路１２、あるいは両方に備えてもよい。
【００５１】
本発明の実施例におけるバイパス弁１６は、ポペット式流量調整弁１８、他の例は可変リリーフ弁２０であるが、他の適宜の開閉弁、例えばオンオフ切換弁を用いてもよい。
【００５２】
本発明の実施例における方向切換弁２は、電磁式方向切換弁であるが、方向切換弁は油圧パイロット式方向切換弁あるいは手動式方向切換弁であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
２：方向切換弁
２ａ：切換スプール
４：シリンダ（アクチュエータ）
６：ポンプ
８：コントローラ
１０：ヘッド側油路（アクチュエータ油路）
１２：ロッド側油路（アクチュエータ油路）
１３：タンク
１４：タンク油路
１６：バイパス弁
１８：ポペット式流量調整弁（バイパス弁）
２０：可変リリーフ弁（バイパス弁）
７０：油圧ショベル（作業機械）
７６ｅ：アームシリンダ（アクチュエータ）
７６ｆ：バケットシリンダ（アクチュエータ）
【図１】
2014173616.tif 000003
【図２】
2014173616.tif 000004
【図３】
2014173616.tif 000005
【図４】
2014173616.tif 000006
【図５】
2014173616.tif 000007
【図６】
2014173616.tif 000008