(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械に装備した油圧シリンダの停止時に発生する僅かな伸縮揺動の繰り返しを防止するようにした油圧シリンダ制御装置において、
油圧シリンダの油室より通じる変動圧排出回路を設け、その変動圧排出回路にシャトルスプールを内蔵した揺動抑制弁を介設し、そのシャトルスプールの一方端面にロッド側油室からの圧力を作用させ、他方端面にヘッド側油室からの圧力を作用させて、これらの圧力により上記シャトルスプールがバランスするように当該シャトルスプールの一方端面及び他方端面の受圧面積を設定し、
上記シャトルスプールは、上記油圧シリンダのロッド側油室とタンクとを接続している油路を連通させる開通油路位置を設け、その開通油路位置に隣接する一方端面側位置と他方端面側位置にそれぞれ上記油路を遮断する遮断油路位置を有し、
上記揺動抑制弁は、上記シャトルスプールがバランスしている状態では上記油路を遮断油路位置で遮断し、上記油圧シリンダの作動停止直後の急激な変動圧力によって上記シャトルスプールが移動した場合には開通油路位置に切り換えて上記油路を連通状態とし上記ロッド側油室内の上昇圧力をタンクに排出するように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ制御装置。
【請求項２】
上記シャトルスプールの一方端面及び他方端面の受圧面積を油圧シリンダのピストンのヘッド側受圧面積及びロッド側受圧面積にそれぞれ比例して設定したことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ制御装置。
【請求項３】
上記シャトルスプールの移動方向において、遮断油路位置と開通油路位置と遮断油路位置がこの順に配設され、油圧シリンダのロッド側に保持圧が作用している場合に大受圧面積側の遮断油路位置によって上記分岐油路が閉じられるように構成されている請求項１又は２記載の油圧シリンダ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベルなど建設機械，作業車両に装備した油圧シリンダの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、実開平６−６５６０２号公報に記載されているシリンダ１の制御回路図である。図９に示す油圧回路では、制御弁２を操作「オン」から「オフ」へ切換えると、その切換途中からボトム１ａ側にサージ圧力が発生する。この後完全に操作「オフ」になったことを圧力スイッチ４で感知する。そしてボトム側圧力が急激に上昇していることを圧力センサ５で感知すると、その後ボトム側圧力が急激に降下するまでの間、シリンダロッド側ライン９とボトム側ライン７を短絡する電磁切換弁８を「オン」し、ボトム側の圧油をロッド側あるいはタンクＴに逃がせばボトム側の圧力上昇を抑えることが出来、この後ブーム２を押し上げる力（圧力）が弱まり、シリンダ１の伸縮を早く収束することができる。そしてまたボトム側圧力が急激に降下していることを圧力センサ５で感知すると、安全弁一体形ネガコン可変絞り３にパイロット信号を与える電磁切換弁１２を一定時間「オン」し、ボンプ吐出圧を高めるとともに、ポンプ吐出圧ライン６とシリンダボトム側ライン７を短絡する電磁切換弁１０を同様に一定時間「オン」し、シリンダボトム側に圧油を供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す従来技術の一実施例制御回路では、シリンダ１のボトム１ａ側の圧力が保持圧に静止するように、圧力センサ５からの信号に基づきコントローラ１１から複数個の電磁切換弁に対して指令信号を出力するようにしている。そのためにコントローラ１１と３個の電磁切換弁８，１０，１２を必要とするので、構成及び制御方法が複雑であるとともに、制御回路の製作費が高価で具合が悪い。本発明は、上記の問題点を解決できる油圧シリンダ制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、建設機械に装備した油圧シリンダの停止時に発生する僅かな伸縮揺動の繰り返しを防止するようにした油圧シリンダ制御装置において、油圧シリンダの油室より通じる変動圧排出回路を設け、その変動圧排出回路にシャトルスプールを内蔵した揺動抑制弁を介設し、そのシャトルスプールの一方端面にロッド側油室からの圧力を作用させ、他方端面にヘッド側油室からの圧力を作用させて、これらの圧力により上記シャトルスプールがバランスするように当該シャトルスプールの一方端面及び他方端面の受圧面積を設定し、上記シャトルスプールは、上記油圧シリンダのロッド側油室とタンクとを接続している油路を連通させる開通油路位置を設け、その開通油路位置に隣接する一方端面側位置と他方端面側位置にそれぞれ上記油路を遮断する遮断油路位置を有し、上記揺動抑制弁は、上記シャトルスプールがバランスしている状態では上記油路を遮断油路位置で遮断し、上記油圧シリンダの作動停止直後の急激な変動圧力によって上記シャトルスプールが移動した場合には開通油路位置に切り換えて上記油路を連通状態とし上記ロッド側油室内の上昇圧力をタンクに排出するように構成されているものである。
【０００５】
本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記シャトルスプールの一方端面及び他方端面の受圧面積を油圧シリンダのピストンのヘッド側受圧面積及びロッド側受圧面積にそれぞれ比例して設定したものである。
【０００６】
本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、上記シャトルスプールの移動方向において、遮断油路位置と開通油路位置と遮断油路位置がこの順に配設され、油圧シリンダのロッド側に保持圧が作用している場合に大受圧面積側の遮断油路位置によって上記分岐油路が閉じられるように構成されているものである。
【０００７】
【作用】
本発明において、油圧シリンダが作動停止直後に僅かな伸縮揺動をおこすときには、シャトルスプールの一方端面に作用する圧力と、他方端面に作用する圧力とのバランスはくずれ、△Ｆなる力の差を生じる。そしてその力の差△Ｆを相殺するように反対側の端面に力（−△Ｆ）が交番的に作用する。上記力はシャトルスプールの交番的シャトル移動毎に低下するので、正弦波に近似した曲線状の力変動をして力０（ゼロ）に近付く。したがって、油圧シリンダの作動停止直後の僅かな伸縮揺動を素早く収束することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例油圧シリンダ制御装置を実施する油圧シリンダ制御回路図である。図において、１３は建設機械等（油圧ショベルであるが図示していない）のフロント部に装着したブーム、１４はブーム１３駆動用の油圧シリンダ、１５は油圧シリンダ１４のピストン、１６は油圧シリンダ１４の無負荷側油室であるロッド側油室、１７は負荷側油室であるヘッド側油室、１８は揺動抑制弁、１９は揺動抑制弁１８内部のシャトルスプール、２０は内蔵ばね、２１，２２，２３はそれぞれ絞り部、２４は油タンク、２５は油圧シリンダ１４制御用のパイロット切換弁、２６は油圧シリンダ１４操作用の油圧リモコン弁、２７はメインポンプ、２８はパイロットポンプである。図２は、図１における揺動抑制弁１８を示す断面図である。図３は、図１における揺動抑制弁１８の作動実施例を示す油圧シリンダ制御回路図である。図４は、図３における揺動抑制弁１８の作動状態を示す断面図である。図５は、油圧シリンダ１４作動停止直後のヘッド側油室１７における変動する力Ｆ（Ｆ＝ヘッド側油室内圧力×ロッド側受圧面積−ロッド側油室内圧力×ヘッド側受圧面積）を示す曲線図である。
【０００９】
次に、本発明の第１実施例油圧シリンダ制御装置を図１〜図５について述べる。油圧シリンダ１４の無負荷側油室であるロッド側油室１６と、油タンク２４との間に変動圧排出回路（図１及び図３に示す管路２９と３０を結ぶ回路をいう）を設け、その変動圧排出回路にシャトルスプール１９を内蔵した揺動抑制弁１８を介設し、上記シャトルスプール１９の一方端面３１にロッド側油室１６からの圧力を絞り部２１を介して、また他方端面３２にヘッド側油室１７からの圧力を絞り部２２を介してそれぞれ作用させるようにし、また上記揺動抑制弁１８内にシャトルスプール１９の移動方向（シャトルスプール１９の軸心方向でシャトルスプール１９が摺動移動する方向）と直交する方向に開通油路位置（図１及び図３に示す符号イの位置）を設け、その開通油路位置イに隣接する一方端面３１側位置と他方端面３２側位置にそれぞれ遮断油路位置ロ，ハを設けるようにし、またそのシャトルスプール１９の一方端面３１と他方端面３２のそれぞれ受圧面積Ａ1 とＡ2 （図３に示す）を、油圧シリンダ１４のピストン１５のヘッド側受圧面積Ｓ1 とロッド側受圧面積Ｓ2 に比例して設定している。
【００１０】
まずここで、作動停止した油圧シリンダ１４が僅かな伸縮揺動を繰り返した後に静止状態となったときには、揺動抑制弁１８内部のシャトルスプール１９はバランス状態になっているが、内蔵ばね２０のばね力により図１及び図２の状態になっている。しかし次にたとえばブーム１３下降時に油圧シリンダ１４を停止させると、ブーム１３の負荷による慣性力と作動油の圧縮性（弾性）のために、ヘッド側油室１７の容積が減少し、力が△Ｆだけ急激に上昇する。ヘッド側油室１７内の上昇圧力が管路３３、３４、絞り部２２を通じて、揺動抑制弁１８内のシャトルスプール１９の他方端面３２に作用するので、揺動抑制弁１８は図１に示す遮断油路位置ハの状態にある。この時点ではヘッド側油室１７に保持圧以上の圧力が蓄圧されるので、ピストン１５及びブーム１３が若干上昇する。ロッド側油室１６の容積が減少しかつ圧力が上昇するとともに、ヘッド側油室１７内の力は低下（−△Ｆ）する。ロッド側油室１６内の圧力が管路３５，３６，３７、絞り部２１を通じて、揺動抑制弁１８内のシャトルスプール１９の一方端面３１に作用するので、図１の図示で右方へ移動する。したがって上記シャトルスプール１９の移動により揺動抑制弁１８は、図３に示すように遮断油路位置ハより開通油路位置イを通過しようとして、開通油路位置イへ移行する。その移行した瞬時の間に、ロッド側油室１６内の上昇圧力の一部が、管路３５，２９、揺動抑制弁１８の開通油路位置イ、絞り部２３、管路３０を経て、油タンク２４へ排出される。それによりロッド側油室１６内の蓄圧が低減され、ヘッド側油室１７の容積を減少させようとする圧力が低下する。上記シャトルスプール１９はさらに右方へ移動し、揺動抑制弁１８が遮断油路位置ロに達するが、油圧シリンダ１４の伸縮揺動にともなってシャトルスプール１９も左右にシャトル移動を続けようとする。しかしそのシャトル移動毎にロッド側油室１６の蓄圧が油タンク２４に瞬時排出されるので、油圧シリンダ１４の揺動持続エネルギーは図５に示す曲線と同様な減衰状態で減少する。したがって、油圧シリンダ１４の作動停止直後の揺動を早期に収束することができる。
【００１１】
なお図６は、油圧シリンダ１４のロッド側油室１６に保持圧が作用している場合の揺動抑制弁１８の状態を示す図である。図５に示すように油圧ショベルがその作業アタッチメント３８の先端部ニを地面（Ｇ．Ｌ．）に突張って、下部走行体３９の片側のクローラ４０を持上げて静止状態にしたときには、ブーム１３用の油圧シリンダ１４のロッド側油室１６には保持圧が発生している。一方、ヘッド側油室１７は無負荷圧状態となるので、揺動抑制弁１８内のシャトルスプール１９の他方端面３２には圧力が作用しない。油圧シリンダ１４のロッド側油室１６内の保持圧は、管路３５，３６，２７、絞り部２１を通じて、シャトルスプール１９の一方端面３１に作用する。シャトルスプール１９が図示で右方端へ移動するので、揺動抑制弁１８は遮断油路位置ロの状態になる。したがって油圧シリンダ１４のロッド側油室１６に保持圧が作用した場合は、上記のように揺動抑制弁１８が切換わるので、保持圧の維持が確実に行われ、不具合を生じることはない。
【００１２】
次に図７は、本発明の第２実施例油圧シリンダ制御装置を実施する油圧シリンダ制御回路図である。図において、図１内の油圧シリンダ制御回路と同一構成要素を使用するものに対しては同符号を付す。次に、本発明の第２実施例油圧シリンダ制御装置を図７について述べる。油圧シリンダ１４のヘッド側油室１７よりロッド側油室１７に通じる変動圧排出回路を設け、その変動圧排出回路にシャトルスプール１９を内蔵した揺動抑制弁１８を介設し、上記シャトルスプール１９の一方端面３１にロッド側油室１６からの圧力を絞り部２１を介して、また他方端面３２にヘッド側油室１７からの圧力を絞り部２２を介してそれぞれ作用させるようにし、また上記揺動抑制弁１８内にシャトルスプール１９の移動方向と直交する方向に開通油路位置を設け、その開通油路位置イに隣接する一方端面３１側位置と他方端面３２側位置にそれぞれ遮断油路位置ロ，ハを設けるようにし、またそのシャトルスプール１９を一方端面３１と他方端面３２のそれぞれ受圧面積Ａ1 とＡ2 （図３に示す）を、油圧シリンダ１４のピストン１５のヘッド側受圧面積Ｓ1 とロッド側受圧面積Ｓ2 に比例して設定し、油圧シリンダ１４の作動停止直後の急激な上昇圧力を、油圧シリンダ１４のヘッド側油室１７より管路３３，３４，４１、チェック弁４２、絞り部２３、揺動抑制弁１８の開通油路位置イ、管路２９，３５を通じて、ロッド側油室１６へ瞬時排出するようにした。したがってこの第２実施例の装置が第１実施例と異っている点は、第１実施例の装置が急激な上昇圧力を油圧シリンダ１４のロッド側油室１６より揺動抑制弁１８を介して油タンク２４へ瞬時排出しているのに対して、第２実施例の装置では油圧シリンダ１４のヘッド側油室１７より揺動抑制弁１８を介してロッド側油室１６へ瞬時排出するようにした点である。
【００１３】
次に図８は、本発明とは別の油圧シリンダ制御装置を実施する油圧シリンダ制御回路図である。図において、図１内の油圧シリンダ制御回路と同一構成要素を使用するものに対しては同符号を付す。油圧シリンダ１４のロッド側油室１６と油タンク２４とを、指令信号により油路を開通する電磁開閉弁４３を介して連通せしめ、また油圧シリンダ１４のヘッド側油室１７とロッド側油室１６の圧力をそれぞれ検出する圧力センサ４４，４５を設け、その圧力センサ４４，４５からの信号をコントローラ４６に入力するようにし、上記信号に基づきコントローラ４６で変動する力△Ｆを計算して判断し、コントローラ４６からの指令信号を上記電磁開閉弁４３のソレノイド４７に対して出力するようにした。そしてその指令信号によりソレノイド４７が通電することによって電磁開閉弁４３を遮断油路位置ホより開通油路位置ヘに切換せしめ、油圧シリンダ１４の作動停止直後の急激な上昇圧力を、油圧シリンダ１４のロッド側油室１６より管路３５，４８、電磁開閉弁４３の開通油路位置ヘを通じて、油タンク２４へ瞬時排出するようにした。したがって上記装置では、コントローラ４６と単数個の電磁開閉弁４３を用いて、油圧シリンダ１４の伸縮揺動を素早く収束させることができる。なお図示していないがこの装置では、油圧シリンダ１４のヘッド側油室１７と油タンク２４とを、電磁開閉弁４３を介し連通せしめるようにしても可能である。
【００１４】
また上記装置（図示していない）として、負荷側油室と無負荷側油室とを電磁開閉弁を介して連通せしめ、油圧シリンダの作動停止直後の急激な上昇圧力を、コントローラからの指令信号によって、上記負荷側油室より電磁開閉弁の開通油路位置を通じて無負荷側油室へ瞬時排出するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の油圧シリンダ制御装置では、油圧シリンダの油室より通じる変動圧排出回路を設け、その変動圧排出回路にシャトルスプールを内蔵した揺動抑制弁を介設し、このシャトルスプールをバランスせしめた。そして上記揺動抑制弁には、シャトルスプールの移動方向と直交する方向に開通油路位置を設け、その開通油路位置に隣接する一方端面側位置と他方端面側位置にそれぞれ遮断油路位置を設けているので、油圧シリンダの作動停止直後の急激な変動圧力によりシャトルスプールがシャトル移動するとき、上記開通油路位置にて急激な上昇圧力を瞬時排出することができる。したがって、油圧シリンダの作動停止直後の僅かな伸縮揺動を素早く収束することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例油圧シリンダ制御内側を実施する油圧シリンダ制御回路図である。
【図２】図１における揺動抑制弁を示す断面図である。
【図３】図１における揺動抑制弁の作動実施例を示す油圧シリンダ制御回路図である。
【図４】図３における揺動抑制弁の作動状態を示す断面図である。
【図５】油圧シリンダ作動停止直後のヘッド側油室内の変動する力を示す曲線図である。
【図６】油圧シリンダのロッド側油室に保持圧が作用している場合の揺動抑制弁の状態を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の装置を実施する油圧シリンダ制御回路図である。
【図８】本発明とは別の装置を実施する油圧シリンダ制御回路図である。
【図９】従来技術の一実施例制御回路図である。
【符号の説明】
５，４４，４５ 圧力センサ
１１，４６ コントローラ
１３ ブーム
１４ 油圧シリンダ
１６ ロッド側油室
１７ ヘッド側油室
１８ 揺動抑制弁
１９ シャトルスプール
２４ 油タンク
３１ 一方端面
３２ 他方端面
４３ 電磁開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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