(57)【要約】【課題】異なる種類の操作を行なう場合いずれの操作感覚も優れた操作性の良い油圧ショベルを提供することにある。【解決手段】油圧シリンダが伸び側と縮み側に応じて操作されるとき、上記油圧シリンダを駆動する圧油に合流させる合流弁とを備え、上記合流弁は、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときと縮み側に駆動するときのスプールの受圧面積が相違し、さらに、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第１のパイロット圧信号入口と、上記油圧シリンダを縮み側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第２のパイロット圧信号入口とを備えた。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの油圧源と、
作業装置駆動用油圧シリンダの伸び側と縮み側に応じたパイロット圧信号を発生する操作手段と、
上記パイロット圧信号により切換え操作され、上記パイロット圧信号に応じて上記一方の油圧源からの圧油を作業装置駆動用油圧シリンダの伸び側と縮み側のいずれかに供給し、上記パイロット圧信号に応じた向きに上記油圧シリンダを駆動する切換弁と、
上記パイロット圧信号により操作され、一方向に移動して他方の油圧源からの圧油を上記油圧シリンダを駆動する圧油に合流させる合流弁とを備え、
上記合流弁は、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときと、縮み側に駆動するときのスプールの受圧面積が相違し、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第１のパイロット圧信号入口と、上記油圧シリンダを縮み側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第２のパイロット圧信号入口とを備えたことを特徴とする油圧ショベル。
【請求項２】
上記合流弁は、スプールと、該スプールと径の異なるスライド可能なピストンとを備え、スプール及びピストンにそれぞれ受圧面を形成してなり、ピストンの受圧面でパイロット圧を受けるときのピストンの動きがスプールに伝わり、圧油合流動作を行なうようにしたことを特徴とする請求項１に記載の油圧ショベル。
【請求項３】
上記油圧シリンダはアーム駆動用油圧シリンダであり、この油圧シリンダを伸び側に駆動するときの受圧面積に比べて上記油圧シリンダを縮み側に駆動するときの受圧面積の方が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油圧ショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削や積込み作業の他に盛った土のならし作業等を行なう油圧ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルは、シリンダによってブームとアームを複合的に操作しながらバケットを動かして各種の作業を行なう。この油圧ショベルによる作業としてはアーム単独の操作を始め、掘削や積込み作業のような操作の他にも地面またはダンプ荷台に盛った土をならす等、各種の作業がある。
【０００３】
作業スピードを確保するため、複数の油圧ポンプを備え、コントロールバルブによって、各油圧ポンプからの圧油を合流してシリンダに供給し、操作力を高めると共に増速するようにしたものがある（特許文献１を参照）。
【特許文献１】実公平７−３２６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧ショベルによって地面またはダンプ荷台に盛った土をならす作業は、アームとブームを複合的に操作することによってバケットを水平方向に動かす必要がある。この際、アームを水平に引くときはアームを自重振り下げ操作となり、また、アームを水平に押す際はアームの自重に逆らってアームを振り上げる操作となる。
【０００５】
そして、アーム引きの際はシリンダへの圧油の供給が受圧面積の大きい方からなされ、受圧面積の小さい方から圧油を排出する。また、アーム押し出しのときは逆に受圧面積の小さい方からシリンダ内に圧油の供給がなされ、受圧面積の大きい方から圧油を排出する。このように、アームを引くときと押し出すときの受圧条件が異なる。
【０００６】
しかし、いずれのアーム操作とも、同じコントロールバルブによって同じタイミングで圧油の合流が行なわれる。このため、全ての操作が最適であるとは限らない。
【０００７】
そこで、従来は、アーム単独の操作を始め、掘削や積込み作業のようなスピードが求められる操作で重要視される引き側に合わせて合流タイミングを決定していた。この結果、アームの押し側の動きに際し、圧油の合流時点でアームが瞬間的に速く動き、ショックが発生したり、バケットが跳ね上がったり、バケットが地面に食い込んだりするような異様な動作を招き易い。
【０００８】
しかしながら、近年では、例えば、盛った表土をバケットでならす作業のようにアームの押し側の動きにも精度の高いスムーズな動きが求められるようになってきている。
【０００９】
本発明は上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、バルブの簡略化が図れると共に、異なる種類の操作を行なう場合、いずれの操作感覚も優れた操作性の良い油圧ショベルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも２つの油圧源と、作業装置駆動用油圧シリンダの伸び側と縮み側に応じたパイロット圧信号を発生する操作手段と、上記パイロット圧信号により切換え操作され、上記パイロット圧信号に応じて上記一方の油圧源からの圧油を作業装置駆動用油圧シリンダの伸び側と縮み側のいずれかに供給し、上記パイロット圧信号に応じた向きに上記油圧シリンダを駆動する切換弁と、上記パイロット圧信号により操作され、一方向に移動して他方の油圧源からの圧油を上記油圧シリンダを駆動する圧油に合流させる合流弁とを備え、  
上記合流弁は、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときと、縮み側に駆動するときのスプールの受圧面積が相違し、上記油圧シリンダを伸び側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第１のパイロット圧信号入口と、上記油圧シリンダを縮み側に駆動するときのスプールの受圧面に連通する第２のパイロット圧信号入口とを備えたことを特徴とする油圧ショベルである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる種類の操作を行なう場合いずれの操作感覚も優れ、操作性の良い油圧ショベルを提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面を参照して本発明の一実施形態に係る油圧ショベルについて説明する。図１は表土１をならす作業中の油圧ショベル２を側方から見た図である。油圧ショベル２は下部走行体１１と、この下部走行体１１の上部に取り付けられた上部旋回体１２を備える。上部旋回体１２には、俯仰可能に取り付けられた作業装置１３と、運転室１４が設けられている。また、上部旋回体１２のハウジング１５内には後述する油圧駆動装置が組み込まれている。
【００１３】
図１に示すように、上記作業装置１３は、上部旋回体１２に支持されたブーム１７と、このブーム１７の先端部分に取り付けられたアーム１８と、このアーム１８の先端に取り付けられたバケット１９を備える。ブーム１７は油圧シリンダ２１によって操作され、アーム１８は油圧シリンダ２２によって操作される。また、バケット１９は油圧シリンダ２３によって操作される。
【００１４】
上記ブーム用油圧シリンダ２１はその基端が上部旋回体１２に枢着して支持され、そのロッド２１ａの先端はブーム１７の中間部に枢着によって接続されている。上記アーム操作用油圧シリンダ２２はその基端がブーム１７に枢着して支持され、そのロッド２２ａの先端はアーム１８の基端に枢着して接続されている。また、上記バケット操作用油圧シリンダ２３はその基端がアーム１８に枢着によって支持され、そのロッド２３ａの先端はバケット１９の基端に枢着して接続されている。
【００１５】
各油圧シリンダ２１，２２，２３は一例として図２に示すようにそれぞれがピストン２５を備えると共に、ピストン２５は対応するロッド２１ａ，２２a，２３aの基端に接続される、いわゆる片ロッド複動式シリンダ形式のものとなっている。図２に示すように、各油圧シリンダ２１，２２，２３内はピストン側領域部分とロッド側領域部に分かれており、それぞれの領域には別々の圧油供給管路２６，２７が個別的に接続されている。そして、後述する油圧駆動回路の切換え動作によって一方の圧油供給管路２６，２７からアーム操作用油圧シリンダ２２の一側領域部分に圧油を供給し、他方の圧油供給管路２６，２７からアーム操作用油圧シリンダ２２の他側領域部分の圧油を排出することによってピストン２５を移動させるようになっている。
【００１６】
図３は、油圧ショベルの油圧駆動回路を示している。この油圧駆動回路は、タンク３０と、油圧源としてここでは２つの第１の可変容量ポンプ３１と第２の可変容量ポンプ３２を備える。第１の可変容量ポンプ３１のポンプ吐出油供給回路３３には、一速切換弁としての旋回用センタバイパス型方向切換弁４１と、オプション用センタバイパス型方向切換弁４２と、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３と、左走行用センタバイパス型方向切換弁４４とが接続されている。また、第２の可変容量ポンプ３２のポンプ吐出油供給回路３４には、一速切換弁としてのブーム用センタバイパス型方向切換弁４５と、バケット用センタバイパス型方向切換弁４６と、右走行用センタバイパス型方向切換弁４７とが接続され、さらに最も下流側に位置して合流弁としての二速切換弁４８が接続されている。
【００１７】
各バイパス型方向切換弁はいずれも略同様に構成することができる。また、図３に一例として示すように、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３のように、パイロット信号を発生する操作手段としての操作弁５１の操作によりパイロットライン５２を介してバイパス型方向切換弁にパイロット圧信号を送り、バイパス型方向切換弁の切換え操作が適宜なされるようになっている。
【００１８】
図３に示すように、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３は、ポンプ吐出油供給回路３３に接続した供給管路５３を切り換え、上述したアーム操作用油圧シリンダ２２の一方を選択してその圧油供給管路２６，２７に接続し、またはその接続を遮断するように切り換わる構成になっている。この切換え動作はアーム用センタバイパス型方向切換弁４３のクラウドパイロット信号入口４９とダンプパイロット信号入口５０に加わる圧油によって行なわれる。
【００１９】
また、上記供給管路５３の途中には逆流防止弁５４が設けられている。この供給管路５３において、上記逆流防止弁５４よりも下流側に位置した部位には、第２の可変容量ポンプ３２のポンプ吐出油供給回路３４に連通する合流用供給管路５５が接続されている。この合流用供給管路５５の途中にも逆流防止弁５６が設けられている。
【００２０】
図３に示すように、上記二速切換弁４８は、合流用供給管路５５が接続する位置よりも下流側に位置して上記ポンプ吐出油供給回路３４に設けられている。この二速切換弁４８は上記操作弁５１の操作により上記パイロットライン５２を介して、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３と連動して切換え動作がなされる。そして、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３はその切換え動作に応じてポンプ吐出油供給回路３３に接続した供給管路５３を選択した圧油供給管路２６，２７への開放と閉鎖がなされる。
【００２１】
上記操作弁５１は、操作体５１ａにより操作され、その操作体５１ａを操作する方向を選んで傾けることにより操作する方向切換弁が選択され、その操作傾き量に応じてパイロット圧が増加するようになっている。
【００２２】
上記二速切換弁４８の構成を図４に示す。二速切換弁４８はコントロールバルブメーンボデイ６１に、シリンダ孔６２を形成すると共に、このシリンダ孔６２内には、スプール６３を摺動自在に設置している。スプール６３には内方側に位置する太い径の部分としたスライド外周部６４が形成され、このスライド外周部６４よりも基端側部分には上記スライド外周部６４よりも細い径の細径部６５が形成されている。
【００２３】
そして、図４に示すように、上記細径部６５の外周にはスプリング６６を巻装すると共に、このスプリング６６の内方端にはリング座６７を設け、このリング座６７を上記スライド外周部６４と細径部６５の間に形成される段差端面に当て付ける一方、スプリング６６の基端は、別のリング座６９を介して上記スプール６３の最端部分に装着したダブルナット６８の内方端面に当て付けている。
【００２４】
図４に示すように、上記コントロールバルブメーンボデイ６１には、ブロック７１が固定的に取り付けられている。コントロールバルブメーンボデイ６１とブロック７１にはその両者にわたり上記シリンダ孔６２の部分よりも太い径のスペース孔７２が同軸的に形成されている。そして、スプリング６６により、スペース孔７２の内方端７２ａにリング座６７が突き当たる位置までスプール６３を押し込み、スプール６３の後端には後述するピストン７３の先端を当て付ける。スプール６３およびピストン７３はスプリング６６により後退する図４に示す位置に待機している。図４に示すように、その待機位置から上記シリンダ孔６２の内方終端にスプール６３の先端が当る位置までの距離が上記スプール６３のストロークＬとなる。
【００２５】
図４に示すように、スプール６３におけるスライド外周部６４の先端から先の部分はそのスライド外周部６４の径よりも細く形成され、この小径部７４によってシリンダ孔６２の内壁との間に開口７５を形成する弁体を形成する。また、スプール６３において、上記小径部７４の先の部分は、スライド外周部６４と同軸同径の外周部７６が形成されている。この外周部７６は上記シリンダ孔６２の延長部分内に嵌め込まれ、スプール６３をスライド自在に支持している。
【００２６】
図４に示すように、上記コントロールバルブメーンボデイ６１には、ポンプ吐出油供給回路３４に通じるポート８１と、図示しないフートリリーフ弁への通路に通じるポート８２とが設けられており、両ポート８１，８２は上記待機位置において開口する開口７５を介して連通するように形成されている。上記コントロールバルブメーンボデイ６１には上記タンク３０に通じるポート８４が形成されている。
【００２７】
上記ブロック７１にはスペース孔７２からシリンダ孔６２に連通するクラウドパイロット信号入口８５が設けられている。さらに、上記ブロック７１には上述したピストン７３をスライド自在に収容したプラグ８６がねじ込み手段によって着脱自在に取り付けられている。プラグ８６にはダンプパイロット信号入口８７を有したキャップ８８が着脱自在にねじ込まれている。上記ピストン７３はプラグ８６内に上記スプール６３の移動軸の方向にスライド自在に装着されるものであり、ダンプパイロット信号入口８７に加えられる圧油の圧力によって上記スプール６３の方へ押し込み操作される。
【００２８】
そして、図４に示すように、ダンプパイロット信号入口８７に圧油が供給されない場合は上記スプール６３の後端がピストン７３の先端に当り、同時にピストン７３の後端はキャップ８８の内端に当り、上記スプール６３と上記ピストン７３の両者が、スプリング６６により、最も後退させられた位置にあり、これが待機位置である。
【００２９】
ここでのピストン７３とスプール６３はいずれも縦断面形状が円形のものであり、ピストン７３の外径とスプール６３の外径とは異なり、上記ピストン７３の外径の方が上記スプール６３の外径よりも大きく形成されている。外径に応じてスプール６３の最大縦断面積とピストン７３の最大縦断面積も異なる。この最大縦断面積に比例して受圧面積Ａ，Ｂも相違することになる。上記スプール６３の受圧面積Ａはスライド外周部６４の縦断面積で決まり、上記ピストン７３の受圧面積Ｂはピストン７３の縦断面積で決まる。
【００３０】
ここで、スプール６３の受圧面積Ａよりも、上記ピストン７３の受圧面積Ｂの方が大きいので、パイロット信号入口８５，８７に加わるパイロット圧が同じであるとすると、スプール６３に加わる力はダンプパイロット信号入口８７に加えられた場合の方が大きくなり、スプール６３の作動スピードが速くなる。その結果、パイロット圧に対するスプール６３の作動量が大きくなる。
【００３１】
なお、ピストン７３を装着したプラグ８６はブロック７１に対して着脱自在に取り付けられているため、受圧面積Ｂの異なるピストン７３を装着したプラグ８６と交換し、受圧面積Ｂの異なるものを使用することができるようになっている。
【００３２】
次に、油圧ショベルを使用する場合の作用について説明する。例えば地面に盛った表土をならす作業に際して、バケット１９を水平方向に動かす場合について説明する。まず、図２に示すように、アーム１８をダンプ方向Ａに向けて振る場合、操作弁５１の操作体５１ａをその方向に傾け操作する。すると、操作体５１ａの操作量に比例したパイロット圧が発生し、このパイロット圧はダンプ側のパイロットライン５２を介してアーム用センタバイパス型方向切換弁４３のダンプパイロット信号入口５０と、二速切換弁４８のダンプパイロット信号入口８７に加わる。
【００３３】
そして、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３はポンプ吐出油供給回路３３を通じて送り込まれる油圧を、圧油供給管路２７を通じてアーム操作用油圧シリンダ２２の受圧面積の小さい方に送り込み、そのアーム操作用油圧シリンダ２２をダンプ側へ縮少する駆動を行なう。
【００３４】
これと連動してパイロット圧は二速切換弁４８のダンプパイロット信号入口８７にも加わるため、パイロット圧は上記二速切換弁４８のピストン７３に加わり、そのピストン７３を押し込み移動させる。ピストン７３の受圧面積はスプール６３の受圧面積に比べて広いので、圧油がスプール６３のみに直接加わる場合に比べて速いスピードで移動し、そのスピードでスプール６３を移動させる。
【００３５】
そして、スライド外周部６４の先端によってそれまで開口していたポート８１，８２の間の開口７５は速やかに狭い状態に絞り込まれ、ポンプ吐出油供給回路３４を遮断する。これに伴ってポンプ吐出油供給回路３４を通じてタンク３０に流れていた油圧の流れは完全または一部遮断され、遮断された流れは合流用供給管路５５を通じてアーム用センタバイパス型方向切換弁４３の方へ流れ込み、速いタイミングで、上記供給管路５３に合流する。したがって、アーム操作用油圧シリンダ２２を駆動する圧油の量が増し、油圧シリンダ２２を駆動することができる。
【００３６】
次に、図２に示すように、アーム１８をクラウド方向Ｂへ動かす場合について説明する。アーム１８をクラウド方向Ｂに動かす場合には操作弁５１の操作体５１ａをそのクラウド方向の逆向きに傾ける操作をする。すると、操作体５１ａの操作量に比例したパイロット圧が発生する。このパイロット圧はクラウド側のパイロットライン５２を介してアーム用センタバイパス型方向切換弁４３のクラウドパイロット信号入口４９と、二速切換弁４８のパイロット信号入口８５に加わる。
【００３７】
そして、アーム用センタバイパス型方向切換弁４３ではポンプ吐出油供給回路３３を通じて送り込まれる油圧を圧油供給管路２６から受圧面積の大きい方のアーム操作用油圧シリンダ２２に送り込み、そのアーム操作用油圧シリンダ２２をクラウド側へ駆動させる。これと連動してパイロット圧は二速切換弁４８のパイロット信号入口８５にも加わっている。そのパイロット圧はピストン７３の受圧面には加わらず、上記二速切換弁４８のスプール６３の受圧面に直接加わり、そのスプール６３のみを単独に移動させる。スプール６３の受圧面積Ａは上述したピストン７３の受圧面積Ｂに比べて狭いので、スプール６３はピストン７３を動かす場合に比べて遅いスピードで移動する。つまり、遅いタイミングで、スライド外周部６４の先端によって、それまで開口していたポート８１，８２の間の開口７５を絞り込み、ポンプ吐出油供給回路３４を遮断する。これに伴ってポンプ吐出油供給回路３４を通じてタンク３０に流れていた油圧は合流用供給管路５５を通じてアーム用センタバイパス型方向切換弁４３に遅いタイミングで合流する。したがって、アーム操作用油圧シリンダ２２を駆動する圧油の量が増し、油圧シリンダ２２をクラウド側へ駆動する。図５は二速切換弁４８のパイロット信号入口８５，８７に作用するパイロット圧力とスプール６３の作動量との関係を示す。
【００３８】
一般に、ダンプ側へ高速でアーム１８を移動させる駆動モードでは、アーム単独動作や掘削・積込み作業には特に問題なく対応できるものである。しかし、アーム１８とブーム１７の高精度の複合操作で行なわれる、ならし作業のような場合、上記高速駆動モードでは、ダンプ側と同じ感覚で操作弁５１を操作すると、切換弁の配置などの影響を受ける作動圧バランス等の関係で操作弁５１の操作量に応じて意図した通りにならないことがある。
【００３９】
ところが、本実施形態では、上述したように、ダンプ側へアーム１８を移動させる場合に比べてクラウド側へアーム１８を移動させる場合の合流タイミングを遅くできるので、アーム１８が滑らかに動かすことができ、高精度の複合操作で行なわれる、ならし作業のような場合でも、操作弁５１を操作する意図通りの操作ができる。スプール６３を操作する作動圧の変動が小さいので、操作弁５１の操作量を微調整してバケット１９の刃先で地面を高精度で平らにならすことができる。
【００４０】
上記二速切換弁４８ではスプール６３が同じ方向に動く構成であり、一つの復帰用スプリング６６を用いてスプール６３を同じ方向に動かすことで済むものである。このため、二速切換弁４８の構造の簡略化とコンパクト化を達成することができる。また、二速切換弁４８がコンパクト化できるため、その油圧駆動装置を内蔵する上部旋回体１２のハウジング１５を小さくでき、上部旋回体１２からのはみ出し量を小さく抑えることができる。
【００４１】
また、上記二速切換弁４８の構成ではスプール６３とピストン７３が分離されているので、プラグ８６と一緒にピストン７３の種類を変更することが容易である。したがって、受圧面積の異なるピストンを適宜選び、合流タイミングが最適な動作特性のものを得ることができるようになる。また、スプール６３とピストン７３の受圧面積の違いはピストン７３の方を大きくする場合に限らず、逆の場合もあり得る。他の切換弁に関連付ける場合にも適宜受圧特性を選定して適用することが可能である。特に、微妙な操作が求められる場合に好適する。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、これ以外にも種々の適用例が考えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図。
【図２】上記油圧ショベルの作業装置を拡大して示す概略側面図。
【図３】上記油圧ショベルの油圧回路の説明図。
【図４】上記油圧ショベルの二速切換弁の縦断面図。
【図５】上記油圧ショベルの二速切換弁のスプールに発生する二次圧力とそのスプールの作動量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ…ダンプ方向
Ｂ…クラウド方向
２２…アーム操作用油圧シリンダ
２５…ピストン
３１…第１の可変容量ポンプ
３２…第２の可変容量ポンプ
４３…アーム用センタバイパス型方向切換弁
４８…二速切換弁
５１…操作弁
５５…合流用供給管路
６３…スプール
７３…ピストン
【図１】
2005226676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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