(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、
前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、
前記制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するパイロット弁と、
前記制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、
前記メイン通路に介装され、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置において、
前記負荷保持機構は、
前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容する一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して常時導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁と、
前記パイロット弁を通じて供給されるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、前記オペレートチェック弁の作動を切り換える切換弁と、を備え、
前記切換弁は、
前記パイロット弁を通じてパイロット圧が供給されるパイロット室と、
前記パイロット室のパイロット圧に応じて移動するスプールと、
前記パイロット室に収装され、背面にパイロット圧を受けて前記スプールに推力を付与するピストンと、を備え、
前記ピストンは、
前記パイロット室に摺動自在に収装され、背面にパイロット圧が作用する第１ピストンと、
先端面が前記スプールの端面に対峙し、前記第１ピストンに形成された収容穴に当該第１ピストンと同軸上に挿入された第２ピストンと、を備え、
前記第１ピストンの前記収容穴の底面及び前記第２ピストンの背面のいずれか一方の中心部に球面状の突起が設けられることを特徴とする流体圧制御装置。
【請求項２】
前記第１ピストンの前記収容穴の内周面と前記第２ピストンの外周面との間には、前記第２ピストンが前記収容穴内で傾くことが可能な隙間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
【請求項３】
前記第１ピストンの前記収容穴の内周面と前記第２ピストンの外周面との前記隙間は、前記第２ピストンが前記収容穴内で傾くことが可能な寸法以上で、前記第１ピストンの前記収容穴の底面と前記第２ピストンとが前記突起を介して当接可能な寸法以下に設定されることを特徴とする請求項２に記載の流体圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧作業機器の動作を制御する流体圧制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧作業機器の動作を制御する油圧制御装置として、特許文献１には、ポンプから供給される作動油によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、シリンダに対する作動油の給排を切り換えシリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、シリンダの負荷側圧力室と制御弁とを接続するメイン通路に介装された負荷保持機構と、を備えるものが開示されている。
【０００３】
負荷保持機構は、オペレートチェック弁と、パイロット圧によって動作してメータリング制御を行うと共にオペレートチェック弁の動作を切り換えるメータアウト制御弁と、を備える。
【０００４】
メータアウト制御弁は、スプリングの付勢力とパイロット圧が作用するピストンの推力とのバランスにてスプールが移動することによって切り換え位置が設定される。スプールがピストンの推力を受けて移動する際には、スプールとピストンは互いの端面が面接触した状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６３１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スプールとピストンの互いに接触する端面の直角度が悪い場合や、スプールが摺動する摺動穴とピストンが摺動する摺動穴との同軸度が悪い場合には、スプールがピストンの推力を受けて移動する際に、ピストンが傾き摺動穴に対する摺動抵抗が大きくなってしまう。
【０００７】
ピストンの摺動抵抗が大きくなると、ピストンの推力がスプールに効率良く付与されないため、パイロット圧とメータアウト制御弁を通過する作動油の流量との関係が計画値からずれてしまう。このずれを防止するためには、スプール、ピストン、及びこれらが摺動する摺動穴に高い加工精度が必要となり、結果として装置全体の製造コストの増加を招くことになる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンの推力をスプールに効率良く付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ポンプから供給される作動流体によって伸縮し負荷を駆動するシリンダと、前記シリンダに対する作動流体の給排を切り換え、前記シリンダの伸縮動作を制御する制御弁と、前記制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するパイロット弁と、前記制御弁が遮断位置の場合に負荷による負荷圧が作用する前記シリンダの負荷側圧力室と前記制御弁とを接続するメイン通路と、前記メイン通路に介装され、前記制御弁が遮断位置の場合に前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する負荷保持機構と、を備える流体圧制御装置において、前記負荷保持機構は、前記制御弁から前記負荷側圧力室への作動流体の流れを許容する一方、前記負荷側圧力室の圧力が絞り通路を介して常時導かれる背圧室の圧力に応じて前記負荷側圧力室から前記制御弁への作動流体の流れを許容するオペレートチェック弁と、前記パイロット弁を通じて供給されるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、前記オペレートチェック弁の作動を切り換える切換弁と、を備え、前記切換弁は、前記パイロット弁を通じてパイロット圧が供給されるパイロット室と、前記パイロット室のパイロット圧に応じて移動するスプールと、前記パイロット室に収装され、背面にパイロット圧を受けて前記スプールに推力を付与するピストンと、を備え、前記ピストンは、前記パイロット室に摺動自在に収装され、背面にパイロット圧が作用する第１ピストンと、先端面が前記スプールの端面に対峙し、前記第１ピストンに形成された収容穴に当該第１ピストンと同軸上に挿入された第２ピストンと、を備え、前記第１ピストンの前記収容穴の底面及び前記第２ピストンの背面のいずれか一方の中心部に球面状の突起が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ピストンはパイロット室に摺動自在に収装され第１ピストンと、第１ピストンの収容穴に挿入された第２ピストンとを備え、ピストンの推力がスプールに付与される際には、第１ピストンと第２ピストンは球面状の突起を介して当接するため、第１ピストンはスプールからの反力を中心で受けることになる。したがって、第１ピストンのパイロット室内での摺動抵抗が大きくなることが防止されるため、ピストンの推力がスプールに効率良く付与される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】油圧ショベルの一部分を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の流体圧制御装置の油圧回路図である。
【図３】本発明の実施の形態の流体圧制御装置におけるメータアウト制御弁の断面図であり、パイロット室にパイロット圧が作用していない状態を示す。
【図４】本発明の実施の形態の流体圧制御装置におけるメータアウト制御弁の断面図であり、パイロット室にパイロット圧が作用しスプールがストロークしている途中の状態を示す。
【図５】本発明の実施の形態の流体圧制御装置におけるメータアウト制御弁の断面図であり、パイロット室にパイロット圧が作用しスプールがフルストロークした状態を示す。
【図６】本発明の実施の形態の流体圧制御装置におけるメータアウト制御弁の断面図であり、第２ピストンが第１ピストンから抜けかけた状態を示す。
【図７】比較例としてのメータアウト制御弁の断面図である。
【図８】パイロット室のパイロット圧とメータアウト制御弁のスプールのポペット弁を通過する流量との関係を示すグラフ図であり、実線は計画の流量特性であり、点線は比較例の流量特性である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明の実施の形態の流体圧制御装置について説明する。
【００１３】
流体圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施の形態では、図１に示す油圧ショベルのアーム（負荷）１を駆動するシリンダ２の伸縮動作を制御する場合について説明する。
【００１４】
まず、図２を参照して、油圧制御装置の油圧回路について説明する。図２は油圧制御装置の油圧回路図である。
【００１５】
シリンダ２は、シリンダ２内を摺動自在に移動するピストンロッド３によって、ロッド側圧力室２ａと反ロッド側圧力室２ｂとに画成される。
【００１６】
油圧ショベルにはエンジンが搭載され、そのエンジンに油圧源であるポンプ４及びパイロットポンプ５が接続される。
【００１７】
ポンプ４から吐出された作動油（作動流体）は、制御弁６を通じてシリンダ２に供給される。
【００１８】
制御弁６とシリンダ２のロッド側圧力室２ａとは第１メイン通路７によって接続され、制御弁６とシリンダ２の反ロッド側圧力室２ｂとは第２メイン通路８によって接続される。
【００１９】
制御弁６は、油圧ショベルの乗務員が操作レバー１０を手動操作することに伴ってパイロットポンプ５からパイロット弁９を通じてパイロット室６ａ，６ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。
【００２０】
具体的には、パイロット室６ａにパイロット圧が供給された場合には、制御弁６は位置ａに切り換わり、ポンプ４から第１メイン通路７を通じてロッド側圧力室２ａに作動油が供給されると共に、反ロッド側圧力室２ｂの作動油が第２メイン通路８を通じてタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は収縮動作し、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。
【００２１】
一方、パイロット室６ｂにパイロット圧が供給された場合には、制御弁６は位置ｂに切り換わり、ポンプ４から第２メイン通路８を通じて反ロッド側圧力室２ｂに作動油が供給されると共に、ロッド側圧力室２ａの作動油が第１メイン通路７を通じてタンクＴへと排出される。これにより、シリンダ２は伸長動作し、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。
【００２２】
パイロット室６ａ，６ｂにパイロット圧が供給されない場合には、制御弁６は位置ｃに切り換わり、シリンダ２に対する作動油の給排が遮断され、アーム１は停止した状態を保つ。
【００２３】
このように、制御弁６は、シリンダ２を収縮動作させる収縮位置ａ、シリンダ２を伸長動作させる伸長位置ｂ、及びシリンダ２の負荷を保持する遮断位置ｃの３つの切り替え位置を備え、シリンダ２に対する作動油の給排を切り換え、シリンダ２の伸縮動作を制御する。
【００２４】
ここで、図１に示すように、バケット１３を持ち上げた状態で、制御弁６を遮断位置ｃに切り換えアーム１の動きを止めた場合、バケット１３とアーム１等の自重によって、シリンダ２には伸長する方向の力が作用する。このように、アーム１を駆動するシリンダ２においては、ロッド側圧力室２ａが、制御弁６が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。ここで、負荷の下降とは、負荷側圧力室が収縮する方向への移動を指し、負荷の上昇とは、負荷側圧力室が拡張する方向への移動を指す。
【００２５】
負荷側であるロッド側圧力室２ａに接続された第１メイン通路７には、負荷保持機構２０が介装される。負荷保持機構２０は、制御弁６が遮断位置ｃの場合に、ロッド側圧力室２ａの負荷圧を保持するものであり、図１に示すように、シリンダ２の表面に固定される。
【００２６】
なお、ブーム１４を駆動するシリンダ１５においては、反ロッド側圧力室１５ｂが負荷側圧力室となるため、ブーム１４に負荷保持機構２０を設ける場合には、反ロッド側圧力室１５ｂに接続されたメイン通路に負荷保持機構２０が介装される（図１参照）。
【００２７】
負荷保持機構２０は、第１メイン通路７に介装されたオペレートチェック弁２１と、パイロット弁９を通じてパイロット室２３に供給されるパイロット圧によって制御弁６と連動して動作し、オペレートチェック弁２１の作動を切り換える切換弁としてのメータアウト制御弁２２とを備える。
【００２８】
オペレートチェック弁２１は、第１メイン通路７を開閉する弁体２４と、弁体２４が着座するシート部２８と、弁体２４の背面に画成された背圧室２５と、弁体２４に形成されロッド側圧力室２ａの作動油を背圧室２５へと常時導く絞り通路２６とを備える。絞り通路２６には絞り２６ａが介装される。
【００２９】
第１メイン通路７は、弁体２４によって、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとに分けられる。シリンダ側第１メイン通路７ａは、ロッド側圧力室２ａとオペレートチェック弁２１とをつなぎ、制御弁側第１メイン通路７ｂはオペレートチェック弁２１と制御弁６とをつなぐ。
【００３０】
弁体２４には、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が作用する第１受圧面２４ａと、シリンダ側第１メイン通路７ａを通じてロッド側圧力室２ａの圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。
【００３１】
背圧室２５には、弁体２４を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのスプリング２７が収装される。このように、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とは、弁体２４をシート部２８に着座させる方向に作用する。
【００３２】
弁体２４がシート部２８に着座した状態は、オペレートチェック弁２１が、ロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを遮断する逆止弁としての機能を発揮する。つまり、オペレートチェック弁２１は、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れを防止して負荷圧を保持し、アーム１の停止状態を保持する。
【００３３】
また、負荷保持機構２０は、ロッド側圧力室２ａの作動油をオペレートチェック弁２１をバイパスして制御弁側第１メイン通路７ｂへと導くバイパス通路３０と、背圧室２５の作動油を制御弁側第１メイン通路７ｂへと導く背圧通路３１とを備える。
【００３４】
メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０及び背圧通路３１に介装され、バイパス通路３０及び背圧通路３１に対する制御弁側第１メイン通路７ｂの連通を切り換え、シリンダ２を伸長動作させる際にメータアウト側となる第１メイン通路７の作動油の流れを制御する。
【００３５】
メータアウト制御弁２２は、バイパス通路３０に連通する第１供給ポート３２、背圧通路３１に連通する第２供給ポート３３、及び制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４の３つのポートを備える。
【００３６】
また、メータアウト制御弁２２は、遮断位置ｘ、第１連通位置ｙ、第２連通位置ｚの３つの切り換え位置を備える。
【００３７】
パイロット室２３には、制御弁６のパイロット室６ｂにパイロット圧が供給されたときに、同時に同じ圧力のパイロット圧が供給される。つまり、制御弁６を伸長位置ｂに切り換えた場合に、メータアウト制御弁２２も第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換えられる。
【００３８】
具体的に説明すると、パイロット室２３にパイロット圧が供給されない場合には、スプリング３６の付勢力によって、メータアウト制御弁２２は遮断位置ｘを保つ。遮断位置ｘでは、第１供給ポート３２及び第２供給ポート３３の双方が遮断される。
【００３９】
パイロット室２３に所定圧力未満のパイロット圧が供給された場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。第１連通位置ｙでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通する。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油はバイパス通路３０からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。このとき、絞り３７によって作動油の流れに抵抗が付与される。第２供給ポート３３は遮断された状態を保つ。
【００４０】
パイロット室２３に所定圧力以上のパイロット圧が供給された場合には、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。第２連通位置ｚでは、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通すると共に、第２供給ポート３３も排出ポート３４と連通する。これにより、背圧室２５の作動油は背圧通路３１からメータアウト制御弁２２を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。
【００４１】
バイパス通路３０におけるメータアウト制御弁２２の上流には、リリーフ通路４０が分岐して接続される。リリーフ通路４０には、ロッド側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合に開弁して作動油の通過を許容し、ロッド側圧力室２ａの作動油を逃がすリリーフ弁４１が介装される。リリーフ弁４１を通過した作動油は、排出通路７６を通じてタンクＴへ排出される。排出通路７６にはオリフィス４２が介装され、オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２３に導かれる。このように、リリーフ弁４１を通過した作動油はパイロット室２３に導かれ、その圧力によってメータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わるように設定される。
【００４２】
制御弁側第１メイン通路７ｂには第１メインリリーフ弁４３が接続され、第２メイン通路８には第２メインリリーフ弁４４が接続される。第１メインリリーフ弁４３，第２メインリリーフ弁４４は、アーム１に大きな外力が作用したときに、シリンダ２のロッド側圧力室２ａ，反ロッド側圧力室２ｂに生じる高圧を逃がすためのものである。
【００４３】
次に、主に図３を参照して、メータアウト制御弁２２について詳細に説明する。図３はメータアウト制御弁２２の断面図であり、パイロット室にパイロット圧が作用していない状態を示す。なお、図３において、図２で示した符号と同一の符号を付したものは、図２で示した構成と同じ構成のものである。
【００４４】
メータアウト制御弁２２はボディ６０に組み込まれる。ボディ６０にはスプール孔６０ａが形成され、スプール孔６０ａの内周には略円筒形状のスリーブ６１が挿入される。スリーブ６１の内周には、スプール５６が摺動自在に組み込まれる。
【００４５】
スプール５６の一端面５６ａの側方には、キャップ５７によって区画されたスプリング室５４が画成される。スプリング室５４は、図示しない通路を介してタンクＴに連通している。スプリング室５４には、スプール５６の一端面５６ａを付勢する付勢部材としてのスプリング３６が収装される。また、スプリング室５４には、端面４５ａがスプール５６の一端面５６ａに当接すると共に中空部４５ｂにスプール５６の一端面５６ａに突出して形成されたピン部５６ｃが挿入される環状の第１バネ受部材４５と、キャップ５７の底部近傍に配置された第２バネ受部材４６と、が収装される。スプリング３６は、第１バネ受部材４５と第２バネ受部材４６との間に圧縮状態で介装され、第１バネ受部材４５を介してスプール５６を付勢する。
【００４６】
第２バネ受部材４６におけるスプリング室５４内の軸方向位置は、キャップ５７の底部に貫通して螺合する調節ボルト４７の先端部が第２バネ受部材４６の背面に当接することによって設定される。調節ボルト４７をねじ込むことによって、第２バネ受部材４６は第１バネ受部材４５に近づく方向に移動する。したがって、調節ボルト４７のねじ込み量を調節することによって、スプリング３６の付勢力を調整することができる。調節ボルト４７はナット４８にて固定される。
【００４７】
スプール５６の他端面５６ｂの側方には、スプール孔６０ａと連通して形成されたピストン孔６０ｂと、ピストン孔６０ｂを閉塞するキャップ５８とによってパイロット室２３が画成される。パイロット室２３には、キャップ５８に形成された貫通孔（図示せず）を通じてパイロット圧が供給される。
【００４８】
パイロット室２３には、背面にパイロット圧を受けてスプール５６に推力を付与するピストン５０が収装される。ピストン５０は、パイロット室２３に摺動自在に収装され、背面にパイロット圧が作用する有底筒状の第１ピストン５１と、先端面５２ａがスプール５６の他端面５６ｂに対峙し、第１ピストン５１に形成された収容穴５１ａに挿入された円柱状の第２ピストン５２と、を備える。このように、ピストン５０は、第１ピストン５１と第２ピストン５２とに分割して構成される。第１ピストン５１と第２ピストン５２は、略同軸上に配置される。
【００４９】
第２ピストン５２の背面の中心部には、球面状の突起５３が設けられる。第１ピストン５１の背面にパイロット圧が作用した場合には、第１ピストン５１はピストン孔６０ｂの内周面に沿って摺動して突起５３を介して第２ピストン５２と当接する。第２ピストン５２は、第１ピストン５１によって押圧されて前進し、先端面５２ａがスプール５６の他端面５６ｂに当接してスプール５６を移動させる。このように、スプール５６は、第１ピストン５１の背面に作用するパイロット圧に基づいて発生する第２ピストン５２の推力を受けて移動する。
【００５０】
ピストン５０の先端側、つまりピストン５０を挟んでパイロット室２３の反対側には、ドレン室５９が画成される。ドレン室５９は、ドレン通路７７を通じてリリーフ通路４０におけるオリフィス４２の下流側に連通しタンクＴに接続される（図２参照）。このように、ピストン５０の背面はパイロット室２３に臨み、先端面はドレン室５９に臨んでいるため、パイロット室２３のパイロット圧に基づいて発生するピストン５０の推力は効率良くスプール５６に付与される。
【００５１】
スプール５６は、一端面５６ａに作用するスプリング３６の付勢力と、他端面５６ｂに作用するピストン５０の推力とのバランスした位置で停止し、そのスプール５６の停止位置にてメータアウト制御弁２２の切り換え位置が設定される。
【００５２】
スリーブ６１には、バイパス通路３０（図２参照）に連通する第１供給ポート３２、背圧通路３１（図２参照）に連通する第２供給ポート３３、及び制御弁側第１メイン通路７ｂに連通する排出ポート３４の３つのポートが形成される。
【００５３】
スプール５６の外周面は部分的に環状に切り欠かれ、その切り欠かれた部分とスリーブ６１の内周面とで、第１圧力室６４、第２圧力室６５、第３圧力室６６、及び第４圧力室６７が形成される。
【００５４】
第１圧力室６４は、排出ポート３４に常時連通している。
【００５５】
第３圧力室６６は、第１供給ポート３２に常時連通している。スプール５６のランド部７２の外周には、スプール５６がスプリング３６の付勢力に抗して移動することによって、第３圧力室６６と第２圧力室６５を連通する複数の絞り３７が形成される。
【００５６】
第４圧力室６７は、スプール５６に軸方向に形成された導圧通路６８を介して第２圧力室６５に常時連通している。
【００５７】
パイロット室２３にパイロット圧が供給されない場合には、スプリング３６の付勢力によってスプール５６に形成されたポペット弁７０が、スリーブ６１の内周に形成された弁座７１に押し付けられ、第２圧力室６５と第１圧力室６４の連通が遮断される。したがって、第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通が遮断される。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油が排出ポート３４へと漏れることはない。この状態が、メータアウト制御弁２２の遮断位置ｘに相当する。なお、スプリング３６の付勢力によってポペット弁７０が弁座７１に着座した状態では、第１バネ受部材４５の端面４５ａとスリーブ６１の端面との間には僅かな隙間が存在するため、ポペット弁７０は弁座７１に対してスプリング３６の付勢力によって確実にシートされる。
【００５８】
パイロット室２３にパイロット圧が供給され、スプール５６に作用するピストン５０の推力がスプリング３６の付勢力よりも大きくなった場合には、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗して移動する。これにより、ポペット弁７０が弁座７１から離れると共に、第３圧力室６６と第２圧力室６５が複数の絞り３７を通じて連通するため、第１供給ポート３２は第３圧力室６６、第２圧力室６５、及び第１圧力室６４を通じて排出ポート３４と連通する。第１供給ポート３２と排出ポート３４の連通によって、ロッド側圧力室２ａの作動油が、絞り３７を介して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第１連通位置ｙに相当する。
【００５９】
パイロット室２３に供給されるパイロット圧が大きくなると、スプール５６はスプリング３６の付勢力に抗してさらに移動し、第２供給ポート３３に第４圧力室６７が連通する。これにより、第２供給ポート３３は、第４圧力室６７、導圧通路６８、第２圧力室６５、及び第１圧力室６４を通じて排出ポート３４と連通する。第２供給ポート３３と排出ポート３４の連通によって、背圧室２５の作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。この状態が、メータアウト制御弁２２の第２連通位置ｚに相当する。
【００６０】
次に、主に図２及び図３を参照して、油圧制御装置の動作について説明する。
【００６１】
制御弁６が遮断位置ｃの場合には、ポンプ４が吐出する作動油はシリンダ２に供給されない。このとき、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３にはパイロット圧が供給されないため、メータアウト制御弁２２も遮断位置ｘの状態となる。
【００６２】
このため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。ここで、弁体２４における閉弁方向の受圧面積（弁体２４の背面の面積）は、開弁方向の受圧面積である第２受圧面２４ｂの面積よりも大きいため、背圧室２５の圧力とスプリング２７の付勢力とによって、弁体２４はシート部２８に着座した状態となる。このように、オペレートチェック弁２１によって、ロッド側圧力室２ａ内の作動油の漏れが防止され、アーム１の停止状態が保持される。
【００６３】
操作レバー１０が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ａへとパイロット圧が供給されると、制御弁６は、パイロット圧に応じた量だけ収縮位置ａへと切り換わる。制御弁６が収縮位置ａへと切り換わると、ポンプ４が吐出する作動油の圧力は、オペレートチェック弁２１の第１受圧面２４ａへと作用する。このとき、メータアウト制御弁２２は、パイロット室２３にパイロット圧が供給されず、遮断位置ｘの状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５は、ロッド側圧力室２ａの圧力に維持される。第１受圧面２４ａに作用する荷重が、背圧室２５の圧力による弁体２４の背面に作用する荷重とスプリング２７の付勢力との合計荷重よりも大きくなった場合には、弁体２４はシート部２８から離れる。このようにしてオペレートチェック弁２１が開弁すれば、ポンプ４から吐出された作動油はロッド側圧力室２ａに供給され、シリンダ２は収縮する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８０の方向へと上昇する。
【００６４】
操作レバー１０が操作され、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ｂへとパイロット圧が供給されると、制御弁６は、パイロット圧に応じた量だけ伸長位置ｂへと切り換わる。また、これと同時に、パイロット室２３へもパイロット圧が供給されるため、メータアウト制御弁２２は、供給されるパイロット圧に応じて第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わる。
【００６５】
パイロット室２３に供給されるパイロット圧が所定圧力未満の場合には、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通は遮断された状態であるため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５はロッド側圧力室２ａの圧力に維持され、オペレートチェック弁２１は閉弁状態となる。
【００６６】
一方、第１供給ポート３２は排出ポート３４と連通するため、ロッド側圧力室２ａの作動油は、バイパス通路３０から絞り３７を通過して制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。また、反ロッド側圧力室２ｂには、ポンプ４の吐出する作動油が供給されるため、シリンダ２は伸長する。これにより、アーム１は、図１に示す矢印８１の方向へと下降する。
【００６７】
ここで、メータアウト制御弁２２を第１連通位置ｙに切り換えるのは、バケット１３に取り付けた搬送物を、目的の位置に下ろすクレーン作業を行う場合が主である。クレーン作業では、シリンダ２を低速で伸長動作させてアーム１を矢印８１の方向へとゆっくりと下降させる必要があるため、制御弁６は、伸長位置ｂにわずかに切り換えられるだけである。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに供給される圧力は小さく、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３に供給されるパイロット圧は所定圧力未満となり、メータアウト制御弁２２は第１連通位置ｙまでしか切り換わらない。したがって、ロッド側圧力室２ａの作動油は、絞り３７を通過して排出されることになり、アーム１は、クレーン作業に適した低速で下降する。
【００６８】
また、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙの場合において、制御弁側第１メイン通路７ｂが破裂などして作動油が外部へと漏れるような事態が発生しても、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量は絞り３７によって規制されるため、バケット１３の落下速度は速くならない。この機能をメータリング制御という。このため、バケット１３が地面に落下する前に、メータアウト制御弁２２を遮断位置ｘに切り換えることができ、バケット１３の落下を防止することができる。
【００６９】
このように、絞り３７は、オペレートチェック弁２１の閉弁時におけるシリンダ２の下降速度を抑えると共に、制御弁側第１メイン通路７ｂの破裂時におけるバケット１３の落下速度を抑えるためのものである。
【００７０】
パイロット室２３に供給されるパイロット圧が所定圧力以上の場合には、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚに切り換わる。この場合、第２供給ポート３３が排出ポート３４と連通するため、オペレートチェック弁２１の背圧室２５の作動油は、背圧通路３１から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれ、制御弁６からタンクＴへと排出される。これにより、絞り通路２６の前後にて差圧が発生し、背圧室２５内の圧力が小さくなるため、弁体２４に作用する閉弁方向の力が小さくなり、弁体２４がシート部２８から離れ、オペレートチェック弁２１の逆止弁としての機能が解除される。
【００７１】
このように、オペレートチェック弁２１は、制御弁６からロッド側圧力室２ａへの作動油の流れを許容する一方、背圧室２５の圧力に応じてロッド側圧力室２ａから制御弁６への作動油の流れを許容するように動作する。
【００７２】
オペレートチェック弁２１が開弁すると、ロッド側圧力室２ａの作動油は、第１メイン通路７を通り、タンクＴへと排出されるため、シリンダ２は素早く伸長する。つまり、メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えると、ロッド側圧力室２ａから排出される作動油の流量が多くなるため、反ロッド側圧力室２ｂに供給される作動油の流量が多くなり、シリンダ２の伸長速度は速くなる。これにより、アーム１は、矢印８１の方向へと素早く下降する。
【００７３】
メータアウト制御弁２２を第２連通位置ｚに切り換えるのは、掘削作業等を行う場合であり、制御弁６は伸長位置ｂに大きく切り換えられる。このため、制御弁６のパイロット室６ｂに供給される圧力は大きく、メータアウト制御弁２２のパイロット室２３に供給されるパイロット圧は所定圧力以上となり、メータアウト制御弁２２は第２連通位置ｚまで切り換わる。
【００７４】
制御弁６が遮断位置ｃに設定され、アーム１の動きが停止しているときに、アーム１に大きな外力が加わった場合には、シリンダ２のロッド側圧力室２ａ又は反ロッド側圧力室２ｂの圧力が上昇する。ロッド側圧力室２ａの圧力が所定圧力に達した場合には、リリーフ弁４１が開弁動作し、ロッド側圧力室２ａの作動油がオリフィス４２を介して排出される。そして、オリフィス４２の上流側の圧力はメータアウト制御弁２２のパイロット室２３に導かれるため、スプール５６はピストン５０の推力を受けてスプリング３６を圧縮する方向へと移動する。これにより、メータアウト制御弁２２は、第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わり、シリンダ側第１メイン通路７ａと制御弁側第１メイン通路７ｂとが連通する。この連通によって、ロッド側圧力室２ａの高圧が、第１メインリリーフ弁４３を通じてタンクＴに排出される。
【００７５】
また、反ロッド側圧力室２ｂの圧力が所定圧力に達した場合には、第２メインリリーフ弁４４が開弁動作し、反ロッド側圧力室２ｂの高圧が、第２メインリリーフ弁４４を通じてタンクＴに排出される。
【００７６】
次に、図３〜６を参照して、ピストン５０の作用について詳しく説明する。図３〜図６はメータアウト制御弁２２の断面図であり、図３はパイロット室２３にパイロット圧が作用していない状態を示し、図４はパイロット室２３にパイロット圧が作用しスプール５６がストロークしている途中の状態を示し、図５はパイロット室２３にパイロット圧が作用しスプール５６がフルストロークした状態を示し、図６は第２ピストン５２が第１ピストン５１から抜けかけた状態を示す。図７は比較例としてのメータアウト制御弁９０の断面図である。図８はパイロット室２３のパイロット圧Ｐｉとスプール５６のポペット弁７０を通過する流量Ｑとの関係を示すグラフ図であり、図８中実線は計画の流量特性であり、点線は図７に示す比較例の流量特性である。
【００７７】
図８に実線で示すように、パイロット圧Ｐｉに対する流量Ｑの流量特性には、予め決められた計画（目標）の流量特性があり、流量増加時と流量減少時の間にヒステリシスが存在する。メータアウト制御弁２２の組み付け時には、計画流量特性が得られるように調整が行われる。具体的には、調節ボルト４７のねじ込み量を調節してスプリング３６の付勢力を調節することによって、実際の流量特性が計画流量特性と一致するように調整が行われる。
【００７８】
ここで、図７に示す比較例について説明する。比較例は、パイロット室２３に摺動自在に収装された単一のピストン９１を用いてスプール５６に推力を付与するものである。互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂとピストン９１の先端面９１ａとの直角度が悪い場合には、スプール５６がピストン９１の推力を受けて移動する際にピストン９１が傾いてしまいピストン孔６０ｂに対する摺動抵抗が大きくなってしまう。また、ピストン９１は、ピストン孔６０ｂ内にて軸中心に回転自由であるため、回転に伴って摺動抵抗が変化する。さらに、スプール５６が摺動するスリーブ６１の内周とピストン９１が摺動するピストン孔６０ｂとの同軸度が悪い場合には、スプール５６の他端面５６ｂとピストン９１の先端面９１ａとの直角度が悪くない場合であっても、スプール５６がピストン９１の推力を受けて移動する際にピストン孔６０ｂに対するピストン９１の摺動抵抗が大きくなってしまう。
【００７９】
ピストン９１の摺動抵抗が大きくなると、パイロット室２３内でピストン９１がスムーズに移動し難くなり、ピストン９１の推力がスプール５６に効率良く付与されない。そのため、図８に点線で示すように、実際の流量特性が計画流量特性からずれてしまう。図８を参照して具体的に説明すると、パイロット圧がＰ１である場合には計画流量はＱｔであるが、ピストン９１の摺動抵抗が大きくなると流量がＱｃまで減ってしまう。このように、ピストン９１の摺動抵抗が大きくなると、計画流量が得られず、ヒステリシスが大きくなってしまう。
【００８０】
この対策として、本実施の形態では、ピストン５０は、パイロット室２３に摺動自在に収装された第１ピストン５１と、第１ピストン５１の収容穴５１ａに挿入された第２ピストン５２と、を備え、第２ピストン５２の背面の中心部に球面状の突起５３が設けられる。また、図３に示すように、第１ピストン５１の収容穴５１ａの内周面と第２ピストン５２の外周面との間には隙間４９が形成される。
【００８１】
互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂと第２ピストン５２の先端面５２ａとの直角度が悪い場合には、図４に示すように、第２ピストン５２の先端面５２ａがスプール５６の他端面５６ｂに接触して第２ピストン５２の推力がスプール５６に付与される際に、第２ピストン５２は隙間４９の存在によって収容穴５１ａ内で傾くことができる。また、第１ピストン５１と第２ピストン５２は球面状の突起５３を介して当接するため、第２ピストン５２が収容穴５１ａ内で傾いた状態でも、第１ピストン５１はスプール５６からの反力を中心で受けることができる。したがって、第１ピストン５１は傾くことなくピストン孔６０ｂに沿って摺動するため、ピストン孔６０ｂに対する摺動抵抗が大きくなることがなく、パイロット室２３内をスムーズに移動する。このように、互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂと第２ピストン５２の先端面５２ａとの直角度が悪い場合であっても、ピストン５０の推力がスプール５６に効率良く付与される。ピストン５０は、図５に示すように、第１ピストン５１の端面がドレン室５９の端面５９ａに当接することによって、それ以上の移動が規制される。
【００８２】
また、スプール５６が摺動するスリーブ６１の内周とピストン５０が摺動するピストン孔６０ｂとの同軸度が悪い場合であっても、第２ピストン５２が隙間４９の存在によって収容穴５１ａ内で傾くことができ、かつ第１ピストン５１はスプール５６からの反力を中心で受けることができるため、ピストン孔６０ｂに対する第１ピストン５１の摺動抵抗が大きくなることがない。したがって、ピストン５０の推力がスプール５６に効率良く付与される。
【００８３】
ここで、第２ピストン５２が収容穴５１ａ内で傾くことができなければ、第２ピストン５２の傾きが第１ピストン５１に伝達されて、ピストン孔６０ｂに対する第１ピストン５１の摺動抵抗が大きくなってしまう。つまり、図７に示した比較例と同じ状況となってしまう。したがって、第１ピストン５１の収容穴５１ａの内周面と第２ピストン５２の外周面との隙間４９は、第２ピストン５２が収容穴５１ａ内で傾くことが可能な寸法に設定する必要がある。換言すれば、隙間４９は、互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂと第２ピストン５２の先端面５２ａとの直角度の加工精度や、スプール５６が摺動するスリーブ６１の内周とピストン５０が摺動するピストン孔６０ｂとの同軸度の加工精度に起因する第１ピストン５１と第２ピストン５２との傾きを許容する寸法に設定する必要がある。しかし、隙間４９が大き過ぎると、収容穴５１ａ内での第２ピストン５２の傾きが大きくなって突起５３が収容穴５１ａの底面に当接しなくなってしまうため、隙間４９は、第２ピストン５２が収容穴５１ａ内で傾くことが可能な寸法以上で、収容穴５１ａの底面と第２ピストン５２とが突起５３を介して当接可能な寸法以下に設定するのが望ましい。さらには、図６に示すように、隙間４９は、何らかの理由、例えば自重によって第２ピストン５２が第１ピストン５１から抜けかけた場合であっても、第２ピストン５２の先端面５２ａがドレン室５９の端面５９ａに当接しない程度の大きさに設定するのが望ましい。
【００８４】
以上の本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００８５】
互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂとピストン９１の先端面９１ａとの直角度が悪い場合や、スプール５６が摺動するスリーブ６１の内周とピストン９１が摺動するピストン孔６０ｂとの同軸度が悪い場合であっても、第２ピストン５２が隙間４９の存在によって収容穴５１ａ内で傾くことができ、かつ第１ピストン５１は第２ピストン５２の突起５３を介してスプール５６からの反力を中心で受けることができるため、ピストン孔６０ｂに対する第１ピストン５１の摺動抵抗が大きくなることがない。したがって、ピストン５０の推力がスプール５６に効率良く付与される。よって、実際の流量特性が計画流量特性からずれることを防止することができる。
【００８６】
このように、互いに接触するスプール５６の他端面５６ｂとピストン９１の先端面９１ａとの直角度が悪い場合や、スプール５６が摺動するスリーブ６１の内周とピストン９１が摺動するピストン孔６０ｂとの同軸度が悪い場合であっても、ピストン５０の推力がスプール５６に効率良く付与されるため、スプール５６、ピストン５０、及びこれらが摺動するスリーブ６１の内周、ピストン孔６０ｂの加工精度をある程度落とすことが可能となる。よって、油圧制御装置全体の製造コストを抑えることができる。
【００８７】
なお、図８に示す比較例において、ピストン９１の先端面９１ａの中心部に球面状の突起を設けることによっても、ピストン５０の推力をスプール５６に効率良く付与できるという一定の効果は得られる。しかし、その場合には、スプール５６に形成された導圧通路６８を閉塞するプラグ９２にピストン９１の突起が当接し、プラグ９２がピストン９１の推力を受けることになるため、プラグ９２が破損するおそれがある。
【００８８】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００８９】
例えば、上記実施の形態では、第２ピストン５２の背面の中心部に球面状の突起５３が第２ピストン５２と一体に設けられる構成である。これに代えて、第２ピストン５２の背面の中心部に球状のボールを埋め込むことによっても、球面状の突起５３を設けることができる。また、第２ピストン５２の背面は平面状とし、第１ピストン５１の収容穴５１ａの底面の中心部に球面状の突起を一体に設けるか、又は球状のボールを埋め込むようにしてもよい。これらの構成によっても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、油圧ショベルの油圧制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１      アーム（負荷）
２      シリンダ
２ｂ    反ロッド側圧力室（負荷側圧力室）
６      制御弁
２０    負荷保持機構
２１    オペレートチェック弁
２２    メータアウト制御弁（切換弁）
２３    パイロット室
５０    ピストン
５１    第１ピストン
５１ａ  収容穴
５２    第２ピストン
５２ａ  先端面
５３    突起
５６    スプール
６０ｂ  ピストン孔
６１    スリーブ
【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】
0005822233.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005822233.tif 000008
【図８】
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