(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータに対する圧油供給制御を行うパイロット作動式の制御弁と、該制御弁にパイロット圧を出力するパイロット弁装置とを備えて構成される油圧回路において、前記パイロット弁装置は、操作具の操作量に対応するパイロット圧を出力する第一圧力制御手段と、該第一圧力制御手段から出力されたパイロット圧を、外部信号に基づき減圧して制御弁に出力するための減圧弁が備えられた第二圧力制御手段とを備えて構成されることを特徴とする作業用機械における油圧回路。
【請求項２】
請求項１において、第二圧力制御手段は、第一圧力制御手段からのパイロット圧を減圧することなく制御弁に出力する非作動状態と減圧して出力する作動状態とに切換え可能な減圧弁、および外部信号に基づき第一位置と第二位置とに切換わる切換弁を備えて構成され、さらに該切換弁は、第一位置では前記減圧弁を非作動状態にし、第二位置では作動状態にするよう作動することを特徴とする作業用機械における油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の各種油圧アクチュエータを備えた作業用機械における油圧回路の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の作業用機械には、各種の油圧アクチュエータが設けられているが、これら油圧アクチュエータへの圧油供給制御をパイロット作動式の制御弁で行う一方、該制御弁へのパイロット圧の供給は、操作具操作に基づいてパイロット圧を出力するパイロット弁で行うように構成したものがある。このようなものの一例として、油圧ショベルに設けられる油圧シリンダの油圧回路を図６に示すが、該図６において、１は油圧シリンダ、２はメイン油圧源、３はパイロット油圧源、４は油タンク、５は制御弁、１７はパイロット弁である（尚、図６中、６は油圧シリンダ１と油圧供給源を共有する他の油圧アクチュエータ７用の制御弁である）。このものにおいて、パイロット弁１７から出力されるパイロット圧は、操作レバー１２の操作量が大きくなるにつれて高くなり、また制御弁５は、供給されるパイロット圧が高くなるほど開口量が大きくなって、油圧シリンダ１への圧油供給量が増えて該油圧シリンダ１の伸縮速度が速くなる。つまり、操作レバーの操作量に対応してシリンダ伸縮速度が制御される構成になっており、該操作レバーの操作量とシリンダ伸縮速度との関係は、例えば図７に示されるような関係になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記油圧シリンダをゆっくり伸縮させて細かい作業を行うような場合、前記図７に示される油圧シリンダの最大速度は必要なく、微操作域として示した低速度の範囲でシリンダの伸縮作動を行いたい場合がある。しかるに、前記微操作域のときの操作レバーの操作範囲は狭く、操作量を小さく抑えながら操作する必要があって、神経をつかうと共に熟練を要し、作業性に劣るという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、油圧アクチュエータに対する圧油供給制御を行うパイロット作動式の制御弁と、該制御弁にパイロット圧を出力するパイロット弁装置とを備えて構成される油圧回路において、前記パイロット弁装置は、操作具の操作量に対応するパイロット圧を出力する第一圧力制御手段と、該第一圧力制御手段から出力されたパイロット圧を、外部信号に基づき減圧して制御弁に出力するための減圧弁が備えられた第二圧力制御手段とを備えて構成されることを特徴とする作業用機械における油圧回路である。
そして、この様にすることにより、操作具の操作量に対する油圧アクチュエータの作動速度を遅くすることができ、微操作を行う場合等に、操作性、作業性が向上する。
請求項２の発明は、請求項１において、第二圧力制御手段は、第一圧力制御手段からのパイロット圧を減圧することなく制御弁に出力する非作動状態と減圧して出力する作動状態とに切換え可能な減圧弁、および外部信号に基づき第一位置と第二位置とに切換わる切換弁を備えて構成され、さらに該切換弁は、第一位置では前記減圧弁を非作動状態にし、第二位置では作動状態にするよう作動することを特徴とする作業用機械における油圧回路である。
このようにすることにより、外部信号による切換弁の切換えで、第二圧力制御手段から制御弁に出力されるパイロット圧を減圧する場合と減圧しない場合との選択ができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
まず、図１に油圧ショベルに設けられる油圧シリンダ１の油圧回路を示すが、該油圧回路図において、２はメイン油圧源、３はパイロット油圧源、４は油タンク、５は油圧シリンダ１の圧油供給排出制御を行う制御弁である。尚、図１において、６は前記メイン油圧源２を油圧供給源とする他の油圧アクチュエータ７用の制御弁である。
【０００６】
前記制御弁５は、パイロット作動式の三位置切換弁であって、第一〜第六ポート５ａ〜５ｆおよび伸長側、縮小側パイロットポート５ｇ、５ｈを備えているが、第一ポート５ａはパラレル油路Ａを介してメイン油圧源２に、第二ポート５ｂはセンターバイパス油路Ｂを介してメイン油圧源２に、第三ポート５ｃは油タンク４に、第四ポート５ｄは油圧シリンダ１の伸長側油室１ａに、第五ポート５ｅは油タンク４に、第六ポート５ｆは油圧シリンダ１の縮小側油室１ｂにそれぞれ接続されている。
【０００７】
そして前記制御弁５は、両パイロットポート５ｇ、５ｈにパイロット圧が入力されていない状態では、第一、第三、第四、第六ポート５ａ、５ｃ、５ｄ、５ｆをそれぞれ閉じ、かつ第二ポート５ｂから第五ポート５ｅに至るバイパス用弁路（センターバイパス油路Ｂの圧油を油タンク４に流す弁路）を開く中立位置Ｎに位置している。
【０００８】
一方、伸長側パイロットポート５ｇにパイロット圧が入力されると、制御弁５は、第一ポート５ａから第四ポート５ｄに至る供給用弁路（パラレル油路Ａの圧油を油圧シリンダ伸長側油室１ａに供給する弁路）、および第六ポート５ｆから第三ポート５ｃに至る排出用弁路（油圧シリンダ縮小側油室１ｂの油を油タンク４に排出する弁路）を開く伸長側位置Ｘに切換わり、これにより油圧シリンダ１が伸長する構成になっている。
【０００９】
また、縮小側パイロットポート５ｈにパイロット圧が入力されると、制御弁５は、第一ポート５ａから第六ポート５ｆに至る供給用弁路（パラレル油路Ａの圧油を油圧シリンダ縮小側油室１ｂに供給する弁路）、および第四ポート５ｄから第三ポート５ｃに至る排出用弁路（油圧シリンダ伸長側油室１ａの油を油タンク４に排出する弁路）を開く縮小側位置Ｙに切換わり、これにより油圧シリンダ１が縮小する構成になっている。
【００１０】
ここで、油圧シリンダ１の伸長時および縮小時において、伸長側、縮小側のパイロットポート５ｇ、５ｈに入力されるパイロット圧および制御弁５のスプールストロークと、制御弁５のバイパス用弁路、供給用弁路、排出用弁路の開口面積との関係を示す特性図を、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。そして、該特性図に示されるように、制御弁５は、入力されるパイロット圧が高くなるにつれて供給用弁路および排出用弁路の開口面積が増加し、これにより油圧シリンダ１への圧油供給量が増えて、シリンダ作動速度が増加するようになっている。尚、図２（Ａ）、（Ｂ）中、Ｐ１は制御弁５の最小制御圧（スプールが中立位置Ｎから伸長側位置Ｘまたは縮小側位置Ｙに切換わるのに必要な最低のパイロット圧）、Ｐ２は制御弁５の最大制御圧（スプールが最大ストロークまで移動するのに必要な最低のパイロット圧）である。
【００１１】
さらに、前記図１の油圧回路図において、８はパイロット弁装置であって、該パイロット弁装置８は、パイロット油圧源３に接続されるポンプポート８ａ、油タンク４に接続されるタンクポート８ｂ、前記制御弁５の伸長側パイロットポート５ｇに接続される伸長側接続ポート８ｃ、縮小側パイロットポート５ｈに接続される縮小側接続ポート８ｄの各ポートを備えると共に、後述する第一圧力制御装置９および第二圧力制御装置１０が組み込まれている。
【００１２】
前記第一圧力制御装置９は、伸長側第一減圧弁１１Ｘおよび縮小側第一減圧弁１１Ｙから構成されるが、これら第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙは、前記ポンプポート８ａに接続される入力ポート１１ａｘ、１１ａｙ、タンクポート８ｂに接続されるドレンポート１１ｂｘ、１１ｂｙ、および後述するように第二圧力制御装置１０に接続される出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙをそれぞれ備えている。そして、伸長側、縮小側の第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙは、油圧シリンダ１用の操作レバー１２が操作されていない状態（操作レバーの中立位置）では、出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙがタンクポート８ｂに導通していてパイロット圧を出力しないが、操作レバー１２が伸長側、縮小側に操作されることに基づき、該操作量に対応するパイロット圧を出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙから出力するようになっている。この場合、操作レバー１２の操作量（レバーストローク）と出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからの出力圧（二次側圧力）との関係は、本実施の形態では図３に示すような特性を有しており、フルストロークの少し手前で、出力圧（二次側圧力）が入口圧（一次側圧力）に等しくなるように設定されている。また、図３において、Ｐ１、Ｐ２は、前述した制御弁５の最小制御圧、最大制御圧である。
【００１３】
一方、前記第二圧力制御装置１０は、伸長側第二減圧弁１３Ｘ、縮小側第二減圧弁１３Ｙ、電磁切換弁１４、およびシャトル弁１５から構成されているが、該シャトル弁１５の入口側は、前記伸長側第一減圧弁１１Ｘの出力ポート１１ｃｘと縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｙとに接続されており、また出口側は後述する電磁切換弁１４の第一ポート１４ａに接続されている。そしてこのシャトル弁１５は、入口側から入力される圧力のうち高圧側を選択して、出口側から出力するように構成されており、而して伸長側第一減圧弁１１Ｘまたは縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからパイロット圧が出力された場合に、該パイロット圧はシャトル弁１５を経由して電磁切換弁１４の第一ポート１４ａに入力されるようになっている。
【００１４】
また、前記電磁切換弁１４は、第一〜第三ポート１４ａ〜１４ｃを備えた二位置切換弁であって、第一ポート１４ａは前記シャトル弁１５の出口側に、第二ポート１４ｂはタンクポート８ｂに、第三ポート１４ｃは後述する伸長側第二減圧弁１３Ｘおよび縮小側第二減圧弁１３Ｙの第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙにそれぞれ接続されている。
【００１５】
そしてこの電磁切換弁１４は、ソレノイド１４ｄの非励磁状態では、第一ポート１４ａから第三ポート１４ｃに至る弁路を開き、かつ第二ポート１４ｂを閉じる第一位置Ｘに位置している。そして該電磁切換弁１４が第一位置Ｘに位置している状態では、前記シャトル弁１５の出口側圧力、つまり伸長側第一減圧弁１１Ｘまたは縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙから出力されたパイロット圧が、第一位置Ｘの電磁切換弁１４を経由して伸長側、縮小側第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙに印加されるようになっている。
【００１６】
一方、ソレノイド１４ｄの励磁状態では、電磁切換弁１４は、第一ポート１４ａを閉じ、かつ第二ポート１４ｂと第三ポート１４ｃとを連通する第二位置Ｙに切換る。そして該電磁切換弁１４が第二位置Ｙに位置している状態では、伸長側、縮小側第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙへの印加ラインが、第二位置Ｙの電磁切換弁１４を介してタンクポート８ｂに導通するようになっている。
【００１７】
ここで、前記電磁切換弁１４のソレノイド１４ｄは、油圧ショベル１の運転席部等に設けられた作業スピード切換スイッチ１６に電気的に接続されていて、該作業スピード切換スイッチ１６がＯＦＦのときには非励磁状態であるが、作業スピード切換スイッチ１６をＯＮすることに基づいて励磁するように構成されている。
【００１８】
また、前記伸長側、縮小側の第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙは、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙ、ドレンポート１３ｂｘ、１３ｂｙ、出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙ、第一ピストン１３ｄｘ、１３ｄｙ、第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙ、第三ピストン１３ｆｘ、１３ｆｙ、および弾機１３ｇｘ、１３ｇｙを備えているが、伸長側第二減圧弁１３Ｘは、入力ポート１３ａｘが伸長側第一減圧弁１１Ｘの出力ポート１１ｃｘに、ドレンポート１３ｂｘはタンクポート８ｂに、出力ポート１３ｃｘは伸長側接続ポート８ｃにそれぞれ接続されている。また縮小側第二減圧弁１３Ｙは、入力ポート１３ａｙが縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｙに、ドレンポート１３ｂｙはタンクポート８ｂに、出力ポート１３ｃｙは縮小側接続ポート８ｄにそれぞれ接続されている。さらに、伸長側、縮小側の第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの第一ピストン１３ｄｘ、１３ｄｙには、伸長側、縮小側の第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからの出力圧がそれぞれ印加され、第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙには前述したように伸長側第一減圧弁１１Ｘまたは縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからの出力圧が第一位置Ｘの電磁切換弁１４を介して印加され、第三ピストン１３ｆｘ、１３ｆｙには出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙからの出力圧が印加されるようになっている。
【００１９】
そして前記第一、第二ピストン１３ｄｘ、１３ｄｙ、１３ｅｘ、１３ｅｙおよび弾機１３ｇｘ、１３ｇｙは、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの弁体を、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙに入力された圧力を減圧することなく出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙから出力する非作動状態側に押圧し、また第三ピストン１３ｆｘ、１３ｆｙは、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの弁体を、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙに入力された圧力を減圧して出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙから出力する作動状態側に押圧するように構成されている。
【００２０】
ここで、操作レバー１２が伸長側または縮小側に操作され、伸長側または縮小側第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからパイロット圧が出力されている状態において、前記第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを非作動状態側に押圧する力Ｆ１と、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを作動状態側に押圧する力Ｆ２との関係は、次のように設定されている。
つまり、電磁切換弁１４が第一位置Ｘに位置していて第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙに伸長側第一減圧弁１１Ｘまたは縮小側第一減圧弁１１Ｙの出力ポート１１ｃｘ、１１ｃｙからの出力圧が印加されている状態では、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを非作動状態側に押圧する力Ｆ１が作動状態側に押圧する力Ｆ２よりも大きく（Ｆ１＞Ｆ２）なり、また電磁切換弁１４が第二位置Ｙに位置していて第二ピストン１３ｅｘ、１３ｅｙへの印加ラインがタンクポート８ｂに導通している状態では、作動状態側に押圧する力Ｆ２が非作動状態側に押圧する力Ｆ１よりも大きく（Ｆ２＞Ｆ１）なるように設定されている。
【００２１】
そして、前記第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを非作動状態側に押圧する力Ｆ１が作動状態側に押圧する力Ｆ２よりも大きい（Ｆ１＞Ｆ２）場合には、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙは、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙに入力された圧力を減圧することなく出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙから出力する非作動状態に保持される。而して、操作レバー１２の操作量に対応して伸長側または縮小側第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙから出力されたパイロット圧は、非作動状態の伸長側または縮小側第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを経由して、減圧されることなく伸長側または縮小側接続ポート８ｃ、８ｄから出力され、制御弁５の伸長側または縮小側パイロットポート５ｇ、５ｈに供給されるようになっている。
【００２２】
一方、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙを作動状態側に押圧する力Ｆ２が非作動状態側に押圧する力Ｆ１よりも大きい（Ｆ２＞Ｆ１）場合には、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙは、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙに入力された圧力を減圧して出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙから出力する作動状態になる。而して、操作レバー１２の操作量に対応して伸長側または縮小側第一減圧弁１１Ｘ、１１Ｙから出力されたパイロット圧は、作動状態の第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙにより減圧された状態で伸長側または縮小側接続ポート８ｃ、８ｄから出力され、制御弁５の伸長側または縮小側パイロットポート５ｇ、５ｈに供給されるようになっている。
【００２３】
ここで、前記作動状態の第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの減圧作動を図４の特性図に示すが、該図４において、出力ポート１３ｃｘ、１３ｃｙからの出力圧ＰＬの最小値ＰＬ１は、入力ポート１３ａｘ、１３ａｙに入力される入力圧ＰＦの最小値ＰＦ１に等しく（ＰＬ１＝ＰＦ１）、また、出力圧ＰＬの最大値ＰＬ２は、入力圧ＰＦの最大値ＰＦ２よりも小さく（ＰＬ２＜ＰＦ２）になる。さらに、該出力圧ＰＬの最大値ＰＬ２は、前記制御弁５の最大制御圧Ｐ２よりも小さく（ＰＬ２＜Ｐ２）なるように設定されている（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。
また、図４においては、入力圧ＰＦに対し出力圧ＰＬが直線の関係（比例関係）で減圧される制御となっているが、非線形の関係とすることも可能である。
【００２４】
さらに、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙが非作動状態および作動状態のときの操作レバー１２のレバーストロークと油圧シリンダ１の伸縮速度との関係を図５に示すが、該図５に示されるように、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの作動状態では、レバーストロークの全域に亘って油圧シリンダ１の伸縮速度が低下する。また、図５に微操作域として示した油圧シリンダ１の低速度領域のレバーストロークの範囲は、第二減圧弁１３Ｘ、１３Ｙの作動状態では、非作動状態のときと比べてＸだけ広範囲になる。
【００２５】
叙述の如く構成された実施の形態のものにおいて、油圧シリンダ１の圧油供給排出制御を行う制御弁５にパイロット圧を出力するパイロット弁装置８は、操作レバー１２の操作量に対応するパイロット圧を出力する第一圧力制御装置９と、作業スピード切換スイッチ１６のＯＮに基づき、上記第一圧力制御装置９から出力されたパイロット圧を減圧して制御弁５に出力する第二圧力制御装置１０とを備えて構成されている。
この結果、油圧シリンダ１の最大速度を必要とせずにゆっくりと伸縮させて細かい作業を行うような場合には、作業スピード切換スイッチ１６をＯＮすることにより、パイロット弁装置８から制御弁５に出力されるパイロット圧が低下して、操作レバー１２の操作量に対する油圧シリンダ１の伸縮速度が、レバーストロークの全域に亘って遅くなる。而して、油圧シリンダ１の微操作を行う場合に、従来のように操作量を小さく抑えながら細かく操作するという熟練を要するレバー操作が不要になって、操作性、作業性が向上する。
しかもこのものにおいて、パイロット弁装置８は、操作レバー１２の操作量に対応するパイロット圧を出力するための第一圧力制御装置９と、該第一圧力制御装置９から出力されたパイロット圧を減圧するための第二圧力制御手段１０とが一体的に組み込まれている構成であるから、油圧ショベル等の作業用機械への設置が容易であるうえ、該パイロット弁装置８を、例えば既存のパイロット弁に替えて取り付けるような場合に交換作業が容易であるという利点がある。
【００２６】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、第二圧制御手段に減圧作動を行わしめるための外部信号を出力する手段としては、前記作業スピード切換スイッチ１６に限らず、必要に応じて外部信号を第二圧力制御手段に出力できるものであれば良い。
また、第二圧力制御手段を構成するにあたり、第一圧力制御手段から出力されるパイロット圧を減圧して制御弁に出力する減圧弁、および外部信号に基づき第一位置と第二位置とに切換る切換弁を備え、さらに該切換弁は、第一位置では第一圧力制御手段からのパイロット圧を前記減圧弁を経由することなく制御弁に供給し、第二位置では減圧弁を経由させて制御弁に供給するよう作動する構成にすることもできる。
さらに、前記実施の形態では、本発明が実施されたパイロット弁装置を、油圧ショベルの油圧シリンダの油圧回路に設けたが、走行用モータ、旋回用モータ等の油圧モータや、アタッチメント用油圧アクチュエータ等の他の油圧アクチュエータの油圧回路に設けることもできる。また本発明は、油圧ショベルだけでなく、油圧アクチュエータが設けられた種々の作業用機械に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧シリンダの油圧回路図である。
【図２】（Ａ）は油圧シリンダ伸長時、（Ｂ）は油圧シリンダ縮小時における制御弁の開口特性を示す図である。
【図３】第一減圧弁の特性を示す図である。
【図４】第二減圧弁の特性を示す図である。
【図５】レバーストロークと油圧シリンダの伸縮速度との関係を示す図である。
【図６】従来例を示す油圧回路図である。
【図７】従来例におけるレバーストロークと油圧シリンダの伸縮速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１    油圧シリンダ
５    制御弁
８    パイロット弁装置
９    第一圧力制御装置
１０    第二圧力制御装置
１１Ｘ  伸長側第一減圧弁
１１Ｙ  縮小側第一減圧弁
１２    操作レバー
１３Ｘ  伸長側第二減圧弁
１３Ｙ  縮小側第二減圧弁
１４    電磁切換弁
１６    作業スピード切換スイッチ
【図１】
0003557167.tif 000002
【図２】
0003557167.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003557167.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003557167.tif 000007
【図７】
0003557167.tif 000008