(57)【要約】【課題】アクチュエータの複合操作性が良く、信頼性の高いスプール切換弁を提供する。【解決手段】ポンプ通路４、補助通路５、供給通路６、シリンダ通路７およびタンク通路１０とを含む複数の油室を備えたハウジング１と、このハウジング１内に摺動自在液密的に支持され上記複数の油室への油の供給を切換えるスプール３と、補助通路５と供給通路６との間に設けたシート弁１４と、ハウジング１に一体的に取り付けられ内部にパイロットスプール２２を備えた固定ブロック２とからなるスプール切換弁２００において、パイロットスプール２２に対してポンプ通路４の圧油と補助通路５の圧油を対抗して加えることで、シート弁１４による補助通路５から供給通路６への開口を制御するよう構成する。【選択図】  図１
2004270900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
このハウジング内に設けられたポンプ通路、タンク通路、補助通路、一対の供給通路、および一対のシリンダ通路と、
前記各通路に交差して摺動自在液密的に配置された切換スプールと、
前記ハウジング内の前記補助通路と前記供給通路との間に配置されたシート弁と、
このシート弁による前記補助通路から前記供給通路への開口を制御するためのパイロットラインと、
このパイロットライン上に設けられ、パイロットスプールが摺動自在液密的に内蔵された補助弁と、
を備え、
前記パイロットスプールに前記ポンプ通路の圧力と前記補助通路の圧力とを作用させることで前記パイロットラインを流れる流量が制御され、
前記シート弁には、常に前記補助通路から前記供給通路への開口を制限するように前記供給通路の圧力が印加される、
ことを特徴とする油圧制御装置。
【請求項２】
前記シート弁は、
一端が開放された中空部を有するシート本体と、
このシート本体をガイドする一端の閉じたスリーブと、
このスリーブを摺動自在液蜜的に支持する前記ハウジングに設けたスリーブ穴と、
このスリーブ穴を前記補助弁のボディーで閉鎖することで構成されるスリーブ背室と、
前記スリーブ背室と前記供給通路とを接続する絞り通路と、
前記中空部と前記供給通路とを連通する通路と、
から構成され、
前記パイロットラインは前記スリーブ背室と前記ポンプ通路を接続する連通路であり、
前記補助弁は、
前記パイロットスプールの一端に印加される前記ポンプ通路の圧力と、
前記パイロットスプール他端に印加される前記補助通路の圧力とバネ力の和と、
をバランスさせることで前記パイロットラインの前記スリーブ背室への流入流量を制御するよう構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御装置。
【請求項３】
前記スリーブに設けた絞り通路は、当該スリーブの移動に伴い通路面積が変化する可変絞りである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧制御装置。
【請求項４】
前記スリーブに設けた絞り通路は固定絞りである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧制御装置。
【請求項５】
前記補助弁は、
前記パイロットスプールに、前記ポンプ通路の圧力とは独立して外部信号をさらに作用させるよう構成される、
ことを特徴とする請求項１ないし４に記載の油圧制御装置。
【請求項６】
前記外部信号圧力は、
電磁比例減圧弁の２次圧力である、
ことを特徴とする請求項５に記載の油圧制御装置。
【請求項７】
前記切換スプールは、
オープンセンタ型である、
ことを特徴とする請求項１ないし６に記載の油圧制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載の油圧制御装置を少なくとも一つ含む複数の油圧制御装置より構成される、
ことを特徴とする油圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルを含む建設機械等の油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術にはたとえば、特許第２９８７２７９号公報、特開平６−５８３０５号公報が有る。
【０００３】
特許第２９８７２７９号公報には、バルブハウジング内の切換スプール近傍にシート弁を配置し、この切換スプールの操作により、シート弁を経てシリンダポートに接続されたアクチュエータに圧油を供給する切換弁において、シート弁の背室とフィーダ通路との接続通路上にパイロットスプールをもうけ、外部信号によりパイロットスプールを制御することでシート弁の開度を調整し、もって切換スプールの移動による流量調整に加えてシート弁の開度による流量調整を可能とし、アクチュエータへの供給油量に更に自由度を持たせて母機の操作性向上を図ろうとする技術が示されている。
【０００４】
しかし、当該従来技術においてはその公報の図２１、２２等に示されているように、一対のシリンダポートの圧力の内の高圧側をパイロットスプールの一端に作用させることでシート弁の開度を調整し、シリンダの負荷圧力が変化した場合にも切換弁の開度に比例した圧油を供給することができるようするとともに、逆流防止も可能としている。しかしシリンダポートから信号圧力を検出した場合、信号ラインへ供給される油量（すなわちパイロットスプールを移動させるのに必要な油量）の分、シリンダが降下する事になり、微操作性、安全性等の面で問題の発生する恐れが有る。
【０００５】
他の従来技術である特開平６−５８３０５号公報にはポンプ通路と補助通路とシート弁を有する構成が示されている。しかし、この従来技術では、シート弁を通過する最大油量を外部信号により調整することは出来ず、かつ、シート弁の外にロードチェック弁が設けられており、構造が複雑である。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９８７２７９号公報（特に図２１、図２２）
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−５８３０５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、油圧ショベルを含む建設機械等の油圧制御装置において、複数のアクチュエータを同時に駆動する複合操作時の操作性を向上できる油圧制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の油圧制御装置は、
ハウジングと、
このハウジング内に設けられたポンプ通路、タンク通路、補助通路、一対の供給通路、および一対のシリンダ通路と、
前記各通路に交差して摺動自在液密的に配置された切換スプールと、
前記ハウジング内の前記補助通路と前記供給通路との間に配置されたシート弁と、
このシート弁による前記補助通路から前記供給通路への開口を制御するためのパイロットラインと、
このパイロットライン上に設けられ、パイロットスプールが摺動自在液密的に内蔵された補助弁と、
を備え、
前記パイロットスプールに前記ポンプ通路の圧力と前記補助通路の圧力とを作用させることで前記パイロットラインを流れる流量が制御され、
前記シート弁には、常に前記補助通路から前記供給通路への開口を制限するように前記供給通路の圧力が印加される、
構成したことを特徴とする。
【００１０】
このようにパイロットスプールを作動させるのに、ポンプ通路と補助通路の圧油を用いるよう構成したので、パイロットスプールが作動して、シート弁による流量制御が行なわれる場合でも、シリンダが降下するといったことがない。
【００１１】
しかも、ロードチェック弁機能をシート弁が兼ねているので、別に専用のロードチェック弁が不要となる。
【００１２】
さらに、シート弁の持つロードチェック弁機能は、供給通路の圧油を直接シート弁に作用させることで実現しているので、応答が速く、ロードチェック弁機能が作動した場合も、シリンダが降下するといったことがない
【００１３】
また本発明の油圧制御装置は、
前記シート弁は、
一端が開放された中空部を有するシート本体と、
このシート本体をガイドする一端の閉じたスリーブと、
このスリーブを摺動自在液蜜的に支持する前記ハウジングに設けたスリーブ穴と、
このスリーブ穴を前記補助弁のボディーで閉鎖することで構成されるスリーブ背室と、
前記スリーブ背室と前記供給通路とを接続する絞り通路と、
前記中空部と前記供給通路とを連通する通路と、
から構成され、
前記パイロットラインは前記スリーブ背室と前記ポンプ通路を接続する連通路であり、
前記補助弁は、
前記パイロットスプールの一端に印加される前記ポンプ通路の圧力と、
前記パイロットスプール他端に印加される前記補助通路の圧力とバネ力の和と、
をバランスさせることで前記パイロットラインの前記スリーブ背室への流入流量を制御するよう構成される、
ようにしてもよい。
【００１４】
さらに本発明の油圧制御装置は、
前記スリーブに設けた絞り通路は、当該スリーブの移動に伴い通路面積が変化する可変絞りである、
ように構成することができる。
【００１５】
また本発明の油圧制御装置は、
前記スリーブに設けた絞り通路は固定絞りである、
ように構成することができる。
【００１６】
さらに本発明の油圧制御装置は、
前記補助弁は、
前記パイロットスプールに、前記ポンプ通路の圧力とは独立して外部信号をさらに作用させる、
よう構成することができる。
【００１７】
このように、パイロットスプールにポンプ通路の圧力とは独立して外部信号を作用させることで、切換スプールによる流量調整に加えて、任意の外部信号による流量調整をも行なうことができる。
【００１８】
また本発明の油圧制御装置は、
前記切換スプールは、
オープンセンタ型である、
よう構成することができる。
【００１９】
さらに本発明の油圧制御装置は、
前記補助弁は、
前記パイロットスプールに、前記ポンプ通路の圧力とは独立して外部信号をさらに作用させる、
よう構成することができる。
【００２０】
さらに本発明の油圧制御装置は、
複数の油圧制御装置を１つのハウジングに内臓する、
よう構成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る油圧制御装置を用いた油圧回路の一例である。また、図２、図３は本発明に係る油圧制御装置の断面図および一部詳細図である。図１において４００は可変容量ポンプで、切換弁２００と、センターバイパス型切換弁３００が可変容量ポンプ４００に対してパラレルに接続され、切換弁２００はアクチュエータ４９を、切換弁３００はアクチュエータ６０を駆動制御するよう構成されている。１は油圧制御装置２００のハウジングであり、当該ハウジング１の内部にはポンプ通路４、補助通路５、供給通路６Ａ，６Ｂ、シート弁１４、一対のシリンダ通路７Ａ，７Ｂ、タンク通路１０Ａ，１０Ｂが設けられておりこれら通路に交差して切換スプール３が当該切換スプール穴に摺動自在液密的に組み込まれている。この切換スプール３は、両端に設けられた油室８，９のいずれかへ図示してないパイロットバルブからの信号圧を受け、バネ５０の力に対抗して図中左右に移動するよう構成してある。
【００２３】
また、ハウジング１には、固定ブロック２がハウジング１と一体的に取り付けられている。
【００２４】
たとえば、図２に示す油室９に圧油が供給されると、切換スプール３が図中右方へ移動し、先ず当該切換スプール３のランド４２が通路５１を遮断、ついでランド５２に設けたきり欠き４１が補助通路５へ開口する。更に３が移動するとランド５３に設けた切欠き部４８が供給通路６Ａへ開口するとともにランド４５に設けた切欠き部４６とハウジング１のランド５４からタンク４０への通路が閉鎖される。
【００２５】
この結果、可変容量ポンプ４００の吐出油は接続路３８を経てポンプ通路４、切欠き４１、補助通路５へ供給され、シート弁１４を開け、供給通路６Ａ、切欠き４８、シリンダ通路７Ａをへてアクチュエータ４９の供給側４９Ａに至る。同時にアクチュエータ４９の排出側４９Ｂからの戻り油はシリンダ通路７Ｂ、切換スプール３に設けた切欠き部４７を経てタンク通路１０Ｂへ放出される。
【００２６】
ところで、図３に示すように、シート弁１４に対してはポンプ通路４の圧力が通路１５及び逆止弁１２を介して、また補助通路５の圧力が通路１６を介してそれぞれ伝えられている。シート弁１４の固定ブロック２の内部にはパイロットスプール２２が当該スプール穴に対して摺動自在液密的に支持されている。また固定ブロック２には油室６１，２６，２７，３２，３４及び２８が設けてある。油室２６と２７の間でパイロットスプール２２には段差が設けてあり、当該段差部２５には、パイロット管路８０を介して油室２６へ供給されるパイロット圧力が油室２８に設けたバネ２４の力に対抗して作用するよう構成してある。
【００２７】
また、ポンプ通路４から逆止弁１２を経てシート弁１４の油室６１に導かれた圧油は、パイロットスプール２２の内部に設けた通路３３を経て油室２７へ導かれておりパイロットスプール２２の径ｄ２の面積部分に作用する。一方パイロットスプール２２の他端にはバネ２４の力が作用するとともに、穴６３を設け、当該穴６３にはピストン２３を摺動自在液密的に組み込んである。また当該ピストン２３とパイロットスプール２２の穴６３によって形成される油室３６へは通路３５、油室３４、通路１６を経て補助通路５の圧力を導いてある。なお、ピストン２３の外径（＝穴６３の径）ｄ１は上記ｄ２と等しく設定してあり油室３６に作用する圧力は油室２７に作用する圧力に対抗して等価な面積に作用している。
【００２８】
また、段差部２５に作用する油室２６の油圧力と油室２７に作用する油圧力との和が、油室３６に作用する油圧力とバネ２４の力との和に打ち勝ってパイロットスプール２２を図中右方へ移動させると、パイロットスプール２２に設けた切欠き部３１が油室３２へ開口し、この結果油室６１、したがってポンプ通路４の圧油がシート弁１４のシート本体１９をガイドするスリーブ１７の背室２１へ導かれるよう構成してある。
【００２９】
なおスリーブ１７はハウジング１に設けたスリーブ穴６４に対して摺動自在液密的にガイドされている。また、スリーブ１７の外周には溝状の絞り通路２０が設けてある。この絞り通路２０は、スリーブ背室２１に圧油が導かれてスリーブ１７が図中下方へ移動した状態では、スリーブ背室２１を供給通路６Ａ，６Ｂとを接続し、かつ、本実施例ではスリーブ１７の移動量によって当該絞り通路２０の供給通路６Ａ，６Ｂに対する開度が変化するよう構成してある。
【００３０】
なお、図２において、シート本体１９とスリーブ１７との間に設けたバネ１８の力は比較的小さく設定してあり、スリーブ１７が下方に移動した場合にはバネ１８は容易に圧縮されスリーブ１７の内径肩部６９はシート本体１９の端部７０に当接し、スリーブ１７はシート本体１７の図中上方への移動を制限するよう構成してある。またシート本体１９内部の油室６８はシート本体１９に設けた通路３７を介して供給通路６Ａ，６Ｂと常時接続されている。
【００３１】
次に作動説明をする。
【００３２】
図１において切換弁２００、及び切換弁３００を同時操作した場合であって、仮に切換弁２００に接続されたアクチュエータ４９の負荷圧力が切換弁３００に接続されたアクチュエータ６０の負荷圧力に比較して低い場合を想定する。また、アクチュエータ４９に必要な最大供給油量はアクチュエータ６０に必要とされる最大油量に対して比較的少ない場合を想定する。
【００３３】
切換弁３００をフル操作し、切換弁２００を半操作すると、切換弁３００のセンターバイパス通路６７が遮断されるので可変容量ポンプ４００の吐出油は通路６５を経てアクチュエータ６０へ供給されると同時に通路３８を経て切換弁２００へ供給され、この切換弁２００へ供給された圧油は前述の経路を経てアクチュエータ４９へ供給される。ところでアクチュエータ４９の負荷圧力の方がアクチュエータ６０の負荷圧力よりも低いので、可変容量ポンプ４００の圧油はアクチュエータ４９へ流れようとする。
【００３４】
この結果、切換弁２００においては、油室２６に作用する外部信号圧力がないので、パイロットスプール２２に作用する力の関係は下記式（１）のようになる。
【００３５】
Ｐ４・Ａ２＝Ｐ５・Ａ１＋Ｆ２４                                （１）
ここで、
Ｐ４：ポンプ通路４の圧力
Ｐ５：補助通路５の圧力
Ｆ２４：バネ２４の力
Ａ１，Ａ２：それぞれ径ｄ１、ｄ２部分の面積
である。
【００３６】
いまｄ１＝ｄ２であるので、Ａ１＝Ａ２。これを式（１）に代入し、変形すると下記式（２）となる。
【００３７】
2004270900.tif 000003
【００３８】
Ｐ４とＰ５の大きさに着目すると、可変容量ポンプ４００から供給される圧油は、ポンプ通路４からスプール３の切欠き部４１で圧力降下を起こすので、Ｐ４＞Ｐ５となり、この右向きの力がバネ２４の力に打ち勝ち、パイロットスプール２２を図中右行させ、パイロットスプール２２の切欠き部３１が油室３２に開口し、ポンプ通路４の圧油がスリーブ背室２１へ流入する。するとスリーブ１７が図中下方へ移動し、バネ１８が圧縮されスリーブ１７の内径肩部６９がシート本体１９の端部７０に当接し、シート本体１９を下方へ移動させ、補助通路５から供給通路６Ａ、６Ｂへの開口を、式（２）に示すように、ポンプ通路４と補助通路５の差圧がバネ２４の力による差圧とバランスするよう制限する。
【００３９】
この結果、補助通路５の圧力が上昇し、アクチュエータ４９の負荷圧力がアクチュエータ６０の負荷圧力に比較し低い場合でも、アクチュエータ４９への入り口側で通路開度を制限して見かけの負荷圧力を上昇させるので、アクチュエータ４９への流量を制限するとともに高負荷側のアクチュエータを確実に動かす事ができる。
【００４０】
また、アクチュエータ４９の負荷が増大して負荷圧力が供給圧力よりも高くなり、圧油が逆流しようとしたときは、負荷圧力がシリンダ通路７Ａ，７Ｂ、供給通路６Ａ，６Ｂを経て、シート本体１９に設けた通路３７へ作用し、シート本体１９を降下させ、シート弁１４は全閉となり圧油の逆流を防止する。つまり、シート弁１４はロードチェック弁の機能をあわせもっている。
【００４１】
さらに、このシート弁１４による圧油防止機能は、シート本体１９に直接シリンダ通路７Ａ，７Ｂの圧油を直接シート本体１９に作用させることで実現しているので、その動作が極めて速い。
【００４２】
さらにまた、シート弁１４による補助通路５から供給通路６Ａ、６Ｂへの開口を調整するための信号を、ポンプ通路４および補助通路５より取り出しているから、シート弁１４の作動時にも、アクチュエータ４９が下降してしまうこともない。
【００４３】
次に、固定ブロック２の油室２６へ外部信号圧力Ｐｐをパイロット管路８０を介して作用させる場合を想定する。このとき、パイロットスプール２２に作用する力の関係は式（２）より下記式（３）となる。
【００４４】
（Ｐ４−Ｐ５）・Ａ１＋Ｐｐ・Ａ３＝Ｆ２４                      （３）
ここで、
Ａ３：段差部２５の環状の面積
である。
【００４５】
つまり、外部信号圧力Ｐｐがない場合と比較して、パイロットスプール２２は更に右方へ移動するので、切欠き部３１の開口が増加し、シート本体１９の下方移動量が増加し、補助通路５から供給通路６Ａ，６Ｂへの開口は、外部信号Ｐｐがない場合と比較してさらに小さくなる。
【００４６】
また、式（３）を変形すると
（Ｐ４−Ｐ５）・Ａ１＝Ｆ２４−Ｐｐ・Ａ３                      （４）
となる。
【００４７】
つまり、バネ力（Ｆ２４）と油室２６に作用する外部信号圧力Ｐｐによる力（Ｐｐ・Ａ３）との差がパイロットスプール２２に対して図中左方へ作用する事になるので、油室２５と油室３６に作用する圧力差は油室２６へ外部信号圧力が作用しない場合に比較し低下する。
【００４８】
したがって、切換弁２００の操作量が同じ場合であっても、油室２６に作用する外部信号圧力Ｐｐを制御することで、シート弁１４より補助通路５から供給通路６Ａ，６Ｂへの開度を制限できるため、ポンプ通路４と補助通路５の差圧、つまりアクチュエータ４９への最大供給油量を調整する事ができる。したがって、本発明の搭載された機械の用途に応じて最適な流量を、その負荷圧力に関わらず、簡単に調整できる。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されることなく、その精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更、変形が可能である。すなわち、本発明に係るスクリュを適用する成形材料の性質、特性や、成形品に要求される品質等により、適宜下記するような変形が可能である。
【００５０】
たとえば、スリーブ１７に設ける絞りスリーブ１７の移動によって、開度が変化する可変絞りではなく、固定絞りでもよい。具体的には、たとえば、スリーブ１７の外周をスリーブ穴６４とはめあう径のストレート形状とし、その一部分に少なくとも１箇所、通しの溝を形成することでもよいし、スリーブ１７の上辺にスリーブ背室２１とシート本体１９内の油室６８とを連通する通路（たとえばキリ穴）を設けてることでもよい。
【００５１】
また、上記実施形態例では、パイロットスプール２２において、ポンプ室４の圧力が作用する部分の径ｄ１と補助通路５の圧力が作用する部分の径ｄ２とが等しくなっているが、これも必ずしも必要でなく、ｄ１≠ｄ２でかまわない。
【００５２】
さらにまた、上記実施形態例では、ハウジング１には切換弁２００しか内蔵しないが、ひとつのハウジング内に複数の切換弁を内臓する構造としてもよい。この際、切換弁２００に相当する切換弁の配置はどこでもよいが、たとえば、複数ある切換弁の内の一番外れの位置、つまり最端部であってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
油圧ショベルを含む建設機械等の油圧制御装置において、複数のアクチュエータを同時に駆動する複合操作時の操作性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油圧制御装置を使用した油圧制御回路の実施形態の一例を示す図である。
【図２】図１における切換弁を示す図である。
【図３】図２における切換弁の一部詳細を示す図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  固定ブロック
３  スプール
４  ポンプライン
５  補助通路
６  （６Ａ，６Ｂ）  供給通路
７  （７Ａ，７Ｂ）  シリンダ通路
１０  （１０Ａ，１０Ｂ）  タンク通路
１４  シート弁
１７  スリーブ
１９  シート本体
２１  スリーブ背室
２２  パイロットスプール
１５，１６，３３，３５，３７，３８  通路
１８，２４，５０  バネ
２６，２７，２８，３２，３３，３４，３６，６８  油室
３１，４１，４６，４８  切欠き部
４９，６０  アクチュエータ
２００，３００  切換弁
４００  可変容量ポンプ
【図１】
2004270900.tif 000004
【図２】
2004270900.tif 000005
【図３】
2004270900.tif 000006