(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータに作動油を供給する第１の油圧ポンプと、この第１の油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ方向を制御する方向切換弁と、前記油圧アクチュエータからの戻り油を作動油として再生する再生回路と、前記第１の油圧ポンプと並列に設けられた第２の油圧ポンプと、この第２の油圧ポンプから吐出された作動油を前記方向切換弁から油圧アクチュエータに供給される作動油と合流させる合流用方向切換弁と、この合流用方向切換弁および前記方向切換弁をパイロット圧により切換操作するパイロットラインとを備えた油圧制御装置において、前記再生回路は逆止弁と流量調整弁から構成され、前記逆止弁は前記方向切換弁内に形成されたシリンダコアとタンクコアとを接続する再生コアに設けられ、前記流量調整弁は前記方向切換弁から吐出された戻り油が流入され、前記方向切換弁の切換パイロット圧力ポートと前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートがパイロットラインで接続され、このパイロットラインに前記油圧アクチュエータに作用する負荷が軽負荷のときには前記第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流しないように前記合流用方向切換弁を制御し、前記油圧アクチュエータに作用する負荷が重負荷のときには前記第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流するように前記合流用方向切換弁を制御する制御弁を設け、前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートへの前記パイロットラインは前記制御弁内に設けられた通路を介して供給されることを特徴とする油圧制御装置。
【請求項２】
前記流量調整弁は、バルブボディと、このバルブボディ内にスライド可能に設けられたスプールと、このスプールの一端に前記シリンダコアを流れる作動油の圧力を付与するピストンとを備えてなり、前記バルブボディは、前記タンクコアに連通する戻り油流入孔と、前記タンクコアに連通する戻り油排出孔と、前記戻り油流入孔に流入する戻り油の流量を前記スプールの移動量に応じて調整する流量調整孔とを有することを特徴とする請求項１記載の油圧制御装置。
【請求項３】
前記戻り油排出孔は、前記戻り油流入孔より小径に形成されていることを特徴とする請求項２記載の油圧制御装置。
【請求項４】
前記制御弁は、バルブボディと、このバルブボディ内にスライド可能に設けられたスプールと、このスプールを所定方向に付勢する付勢部材とを備えてなり、前記バルブボディは、前記方向切換弁の切換パイロット圧力ポートに連通する第１ポートと、前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートに連通する第２ポートと、前記タンクに連通する第３ポートとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧制御装置。
【請求項５】
前記制御弁のスプールは、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させる第１のノッチと、前記第２ポートと前記第３ポートとを連通させる第２のノッチとを有することを特徴とする請求項４記載の油圧制御装置。
【請求項６】
前記制御弁のスプールは、前記流量調整弁のスプールと一体にスライドすることを特徴とする請求項４または５記載の油圧制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の油圧制御装置を備えてなることを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば油圧ショベル等の建設機械などに適用される油圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は建設用の油圧ショベルの一例である。図３に示される油圧ショベルは、ブーム１０と、このブーム１０に揺動可能に支持されたアーム１２と、これらのブーム１０およびアーム１２を駆動する複数の油圧アクチュエータ１４，１６とを備えており、これらのアクチュエータは、従来、たとえば図４に示す油圧制御装置１８によって駆動制御されるようになっている。
【０００３】
油圧制御装置１８は、油圧アクチュエータ（以下、アームシリンダと称す）１６に作動油を供給する油圧ポンプ２０と、この油圧ポンプ２０からアームシリンダ１６に供給される作動油の流れを制御する方向切換弁２２とを備えており、方向切換弁２２にはシリンダコア２４，２５およびタンクコア２６が形成されている。
【０００４】
図４において、方向切換弁２２が左方へ切換ると、油圧ポンプ２０からシリンダコア２４に流入した作動油は管路２８内を流れてアームシリンダ１６のヘッド側油室１６１に供給され、一方、アームシリンダ１６のロッド側油室１６２から排出された戻り油はシリンダコア２５及びタンクコア２６内を流れてタンク３４に排出される。そして、方向切換弁２２にはアームシリンダ１６のロッド側油室１６２から排出された戻り油を作動油として再生する再生回路４２が設けられ、この再生回路４２は方向切換弁２２のシリンダコア２４とタンクコア２６とを接続する再生コア４４に設けられた逆止弁４６と、前記タンクコア２６内に設けられた固定絞り４８とから構成されている。
【０００５】
また、油圧制御装置１８は第１の油圧ポンプ２０と並列に設けられた第２の油圧ポンプ３６と、この第２の油圧ポンプ３６から吐出された作動油を第１の油圧ポンプ２０からアームシリンダ１６に供給される作動油と合流させる合流用方向切換弁３８と、この合流用方向切換弁３８および方向切換弁２２をパイロット圧により切換操作するパイロットライン４０とを備えている。
【０００６】
このような構成の油圧制御装置１８では、ロッド側油室１６２からの戻り油は方向切換弁２２のタンクコア２６と再生コア４４の逆止弁上流側に流入し、固定絞り４８のロッド側油室１６２側には固定絞り４８による圧力上昇が発生する。このため、油圧ポンプ２０に作用する負荷の大きさが比較的小さいときには、再生コア４４の逆止弁上流側に流入した戻り油が逆止弁４６を押し開いて再生コア４４の逆止弁下流側を通り方向切換弁２２のシリンダコア２４内に流入し、作動油として再生される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した油圧制御装置では、方向切換弁２２および合流用方向切換弁３８を左方へ切換操作するためのパイロットラインは共にパイロットライン４０であるため、方向切換弁２２および合流用方向切換弁３８は常に同時に左方へ切換わるため、ヘッド側油室１６１には油圧ポンプ２０の吐出油と油圧ポンプ３６の吐出油が合流して供給される。このため、ロッド側油室１６２からの戻り油流量も増大するため、固定絞り４８による圧力上昇は、ヘッド側油室１６１へ供給される作動油が油圧ポンプ２０だけの時よりも増大する。したがって、ヘッド側油室１６１の負荷が軽負荷のときにはロッド側油室１６２からの戻り油は方向切換弁２２の再生コア４４により再生されてヘッド側油室１６１へ供給される。このような、ヘッド側油室１６１に必要以上の作動油が供給されるような状態では、固定絞り４８による圧力上昇によりヘッド側油室１６１へ再生される作動油の圧力上昇を引き起こし、その結果として回路圧力が高くなってしまい、これに伴って油圧ポンプ２０，３６の負荷が増大することから、油圧装置全体の効率の低下を招くと共にアームシリンダ１６の動作スピードが不必要に速くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は前述した問題点を解決するためになされたもので、装置全体の効率を適正に保ち、かつアクチュエータの動作も適正な速さで行える油圧制御装置および建設機械を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、油圧アクチュエータに作動油を供給する第１の油圧ポンプと、この第１の油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ方向を制御する方向切換弁と、前記油圧アクチュエータからの戻り油を作動油として再生する再生回路と、前記第１の油圧ポンプと並列に設けられた第２の油圧ポンプと、この第２の油圧ポンプから吐出された作動油を前記方向切換弁から油圧アクチュエータに供給される作動油と合流させる合流用方向切換弁と、この合流用方向切換弁および前記方向切換弁をパイロット圧により切換操作するパイロットラインとを備えた油圧制御装置において、前記再生回路は逆止弁と流量調整弁から構成され、前記逆止弁は前記方向切換弁内に形成されたシリンダコアとタンクコアとを接続する再生コアに設けられ、前記流量調整弁は前記方向切換弁から吐出された戻り油が流入され、前記方向切換弁の切換パイロット圧力ポートと前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートがパイロットラインで接続され、このパイロットラインに前記油圧アクチュエータに作用する負荷が軽負荷のときには前記第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流しないように前記合流用方向切換弁を制御し、前記油圧アクチュエータに作用する負荷が重負荷のときには前記第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流するように前記合流用方向切換弁を制御する制御弁を設け、前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートへの前記パイロットラインは前記制御弁内に設けられた通路を介して供給されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る油圧制御装置の一実施形態では、前記流量調整弁は、バルブボディと、このバルブボディ内にスライド可能に設けられたスプールと、このスプールの一端に前記シリンダコアを流れる作動油の圧力を付与するピストンとを備えてなり、前記バルブボディは、前記タンクコアに連通する戻り油流入孔と、前記タンクコアに連通する戻り油排出孔と、前記戻り油流入孔に流入する戻り油の流量を前記スプールの移動量に応じて調整する流量調整孔とを有している。そして、前記戻り油排出孔は、前記戻り油流入孔より小径に形成されている。
【００１１】
また、本発明に係る油圧制御装置の一実施形態では、前記制御弁は、バルブボディと、このバルブボディ内にスライド可能に設けられたスプールと、このスプールを所定方向に付勢する付勢部材とを備えてなり、前記バルブボディは、前記方向切換弁の切換パイロット圧力ポートに連通する第１ポートと、前記合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートに連通する第２ポートと、前記タンクに連通する第３ポートとを有している。また、前記制御弁のスプールは、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させる第１のノッチと、前記第２ポートと前記第３ポートとを連通させる第２のノッチとを有し、前記流量調整弁のスプールと一体にスライドする。
【００１２】
本発明に係る建設機械は、請求項１乃至６のいずれかに記載の油圧制御装置を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１および図２に基づいて説明する。なお、図４に示したものと同一部分又は相当する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧制御装置の要部を示す図である。同図において、符号５０は流量調整弁であり、逆止弁４６を経て方向切換弁２２のシリンダコア２４に流入する戻り油の流量を油圧ポンプ２０，３６に作用する負荷の大きさに応じて絞るものであり、この流量調整弁５０は、方向切換弁２２の再生コア４４に設けられた逆止弁４６と共に、アームシリンダ１６のロッド側油室１６２から排出された戻り油を作動油として再生する再生回路を構成している。
【００１５】
また、流量調整弁５０は、バルブボディ５２と、このバルブボディ５２内にスライド可能に設けられたスプール５４と、このスプール５４の一端に方向切換弁２２のシリンダコア２４を介してヘッド側油室１６１側の作動油の圧力を付与するピストン５６とを備えており、バルブボディ５２には、方向切換弁２２のシリンダコア２４内を流れる作動油の圧力をピストン５６に作用させるための油室５５が形成されている。この油室５５は方向切換弁２２のシリンダコア２４に管路４９を介して連通しており、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が方向切換弁２２のシリンダコア２４を通ってアームシリンダ１６のヘッド側油室１６１に供給されるときにはシリンダコア２４内を流れる作動油の一部が流量調整弁５０の油室５５に導入されるようになっている。
【００１６】
また、流量調整弁５０のバルブボディ５２には戻り油流入孔５８が設けられている。この戻り油流入孔５８は管路Ｚ、コアＷ、スプール３に設けたノッチ９４を介して方向切換弁２２のシリンダコア２５に連通しており、シリンダコア２５へ流入した戻り油は戻り油流入孔５８からバルブボディ５２内に流入するようになっている。さらに、バルブボディ５２にはタンク３４に連通する戻り油排出孔６０が設けられている。この戻り油排出孔６０は戻り油流入孔５８より小径に形成されており、バルブボディ５２内に流入した戻り油は戻り油排出孔６０からタンク３４へ排出されるようになっている。さらに、バルブボディ５２には戻り油流入孔５８に流入する戻り油の流量をスプール５４の移動量に応じて調整するための流量調整孔６２が設けられており、この流量調整孔６２は前記戻り油排出孔６０の近傍に設けられている。
【００１７】
また、本発明の一実施形態に係る油圧制御装置は、方向切換弁２２の切換パイロット圧力ポート６４に連通するパイロットライン６８と合流用方向切換弁３８の切換パイロット圧力ポート６６に連通するパイロットライン６９を有しており、このパイロットライン６８とパイロットライン６９との中間には制御弁７０が設けられている。
【００１８】
制御弁７０は、バルブボディ７２と、このバルブボディ７２内にスライド可能に設けられたスプール７４と、このスプール７４を所定方向（図中左方）に付勢する付勢部材としてのコイルばね７６とを備えており、バルブボディ７２には方向切換弁２２の切換パイロット圧力ポート６４にパイロットライン６８を介して連通する第１ポート７８および合流用方向切換弁３８の切換パイロット圧力ポート６６にパイロットライン６９を介して連通する第２ポート８０が設けられている。
【００１９】
また、バルブボディ７２はタンク３４に連通する第３ポート８２を有しており、流量調整弁５０のスプール５４と一体にスライドするスプール７４には、第１ポート７８と第２ポート８０とを連通させる第１ノッチ８４が設けられているとともに、第２ポート８０と第３ポート８２とを連通させる第２ノッチ８６が設けられている。
【００２０】
このような構成において、ヘッド側油室１６１に作用する負荷が十分に小さいときには、流量調整弁５０のピストン５６に作用する油圧力のほうがコイルばね７６のばね力より小さくなるようコイルばね７６のばね力を設定すると、流量調整弁５０のスプール５４は図１で示す位置のままとなる。このとき、流量調整弁５０の戻り油流入孔５８からバルブボディ５２内に流入した戻り油は戻り油排出孔６０からタンク３４へ排出される。戻り油排出孔６０は前述した如く戻り油流入孔５８より小径に形成されているが、この戻り油排出孔６０の絞り作用による圧力上昇により逆止弁４６を左方へ移動させることが可能な大きさとなるように戻り油排出孔６０の径を設定すると、方向切換弁２２のシリンダコア２５に流入した戻り油の一部は再生コア４４を通り、ヘッド側油室１６１へ再度供給つまり再生される。このとき、戻り油排出孔６０の絞りにより発生する圧力上昇を背圧と呼ぶ。
【００２１】
また、アームシリンダ１６に作用する負荷が十分に小さいときには、制御弁７０のスプール７４が図１で示す位置にある。このとき、制御弁７０の第１ポート７８と第２ポート８０は連通しておらず、さらに第２ポート８０と第３ポート８２は第２ノッチ８６を介して連通しているため、合流用方向切換弁３８の切換パイロット圧力ポート６６内の圧力はタンク圧となるので、合流用方向切換弁３８は切り換わらない。従って、制御弁７０はヘッド側油室１６１に作用する負荷が軽負荷のときには第２の油圧ポンプ３６から吐出された作動油が第１の油圧ポンプ２０から吐出された作動油と合流しないように合流用方向切換弁３８を制御する。
【００２２】
この状態からアームシリンダ１６に作用する負荷が大きくなり、流量調整弁５０のピストン５６に作用する油圧力がコイルばね７６の初期設定力より大きくなると、流量調整弁５０のスプール５４がピストン５６に作用する油圧力に応じて図中右方へ移動する。そして、流量調整弁５０のスプール５４が図中右方へ移動すると、図２に示されるように、バルブボディ５２に設けられた流量調整孔６２の開口面積がスプール５４の移動量に応じて大きくなり、方向切換弁２２のシリンダコア２５内の圧力上昇も減少していく。これにより、流量調整弁５０の戻り油流入孔５８、戻り油排出孔６０、流量調整孔６２を介してタンク３４に流入する戻り油の流量が次第に増加する結果、作動油として再生される戻り油の流量が減少し、ヘッド側油室１６１に作用する負荷がコイルばね７６のばね力に打ち勝ってスプール５４を図中右方ストロークエンドまで移動させるのに必要な圧力以上となった場合には、戻り油の再生はほどんど行われないが、同時に背圧は最小となる。
【００２３】
また、ヘッド側油室１６１に作用する負荷が大きくなると、制御弁７０のスプール７４が流量調整弁５０のスプール５４と一体に図中右方へ移動する。そして、制御弁７０のスプール７４が図中右方へ移動すると、図２に示されるように、スプール７４に設けられた第１ノッチ８４の開口面積が次第に大きくなると共に第２ノッチ８６の開口面積が次第に小さくなる。このとき、第１ポート７８の圧力が減圧することなく第２ポート８０の圧力がスプール７４のストロークに合わせて直線的に上昇するように第１ノッチ８４、第２ノッチ８６を設定する。ヘッド側油室１６１に作用する負荷がコイルばね７６のばね力に打ち勝ってスプール７４を図中右方ストロークエンドまで移動させるのに必要な圧力以上となった場合には、制御弁７０の第２ポート８０は第１ノッチ８４を介して第１ポート７８のみと連通し、第２ポート８０と第３ポート８２間の連通は閉ざされる。従って、制御弁７０は、ヘッド側油室１６１に作用する負荷がある荷重以上に重くなったときには第２の油圧ポンプ３６から吐出された作動油が第１の油圧ポンプ２０から吐出された作動油と合流するように合流用方向切換弁３８を制御する。
【００２４】
上述したように、本発明の一実施形態に係る油圧制御装置では、ヘッド側油室１６１に作用する負荷が軽負荷のときには方向切換弁２２のシリンダコア２５内を流れる戻り油の一部が再生コア４４内に流入し、作動油として再生されるとともに、第２の油圧ポンプ３６から吐出された作動油が第１の油圧ポンプ２０から吐出された作動油と合流しないように合流用方向切換弁３８が制御弁７０によって制御される。従って、ヘッド側油室１６１に作用する負荷が軽負荷のときに必要以上の作動油が供給されることがなく、ヘッド側油室１６１に作用する負荷の上昇に合わせて背圧を流量調整弁５０で調整することでポンプ負荷の不必要な上昇を抑制しながら、同時に流量調整弁５０の弁開度が大きくなることで再生効率が低下し、それによって生じるアームシリンダ１６の動作スピードの低下を油圧ポンプ３６からの作動油で補うことで未然に防ぐことができる。さらに負荷の上昇に合わせて流量調整弁５０の弁開度が大きくなることで背圧が低減され、必要な動作力を発生することができる。
【００２５】
また、上述した実施形態では、常に適切な流量の作動油をヘッド側油室１６１に供給でき、これによりアームシリンダ１６の動作スピードを適正に保つことができる。
【００２６】
なお、上述した実施形態では油圧ポンプ３６からの作動油は合流用方向切換弁３８から方向切換弁２２を経由してアームシリンダ１６に供給されているが、この方法に限らず、方向切換弁２２とアームシリンダ１６間の給排用管路２８，３０と合流用方向切換弁３８のアクチュエータ側の給排用管路Ｘ、Ｘ′、Ｙ、Ｙ′を合流させるといった方法をとってもよい。また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が実施可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、戻り油を作動油として再生する再生回路を、方向切換弁の一方のシリンダコアとタンクコアとの間に再生コアを設け、この再生コアに設けられた逆止弁と、この逆止弁を経て他方のシリンダコアに流入する戻り油の流量を油圧ポンプに作用する負荷の大きさに応じて絞る流量調整弁とから構成するとともに、方向切換弁の切換パイロット圧力ポートと合流用方向切換弁の切換パイロット圧力ポートとをパイロットラインで接続し、このパイロットラインに油圧アクチュエータに作用する負荷が軽負荷のときには第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流しないように合流用方向切換弁を制御し、油圧アクチュエータに作用する負荷が重負荷のときには第２の油圧ポンプから吐出された作動油が第１の油圧ポンプから吐出された作動油と合流するように合流用方向切換弁を制御する制御弁を設けたことにより、装置全体の効率を適正に保ち、かつアクチュエータの動作も適正な速さで行える油圧制御装置および建設機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す流量調整弁と制御弁の作用を説明するための図である。
【図３】油圧ショベルの側面図である。
【図４】従来の油圧制御装置の一例を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
１０  ブーム
１２  アーム
１４，１６  油圧アクチュエータ
２０  第１の油圧ポンプ
２２  方向切換弁
２４  シリンダコア
２６  タンクコア
３４  タンク
３６  第２の油圧ポンプ
３８  合流用方向切換弁
４０  パイロット操作弁
４２  再生回路
４４  再生コア
４６  逆止弁
５０  流量調整弁
６４，６６  切換パイロット圧力ポート
６８  パイロットライン
７０  制御弁
７２  バルブボディ
７４  スプール
７８  第１ポート
８０  第２ポート
８２  第３ポート
８４  第１ノッチ
８６  第２ノッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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