(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た負荷保持機構と、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と共に、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、
前記負荷側圧力室の作動流体を前記オペレートチェック弁をバイパスして前記メイン通路へと導くバイパス通路と、
前記背圧室の作動流体を前記メイン通路へと導く背圧通路と、
前記バイパス通路及び前記背圧通路に介装され、前記パイロット弁によるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、負荷を上昇させる際には流れを遮断し、負荷を下降させる際にはメータアウト側の作動流体の流れを制御するメータアウト制御弁と、を備え、
前記メータアウト制御弁は、
前記パイロット圧によって移動し、前記バイパス通路及び前記背圧通路に対する前記メイン通路の連通を切り換えるスプールと、
前記スプールに形成された弁体と、
前記スプールにパイロット圧が作用していない場合には、スプリングの付勢力によって前記弁体が押し付けられて当該弁体とで前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する弁座と、
前記バイパス通路と前記メイン通路との連通の初期に、前記スプールの移動量に対する開口面積の増加割合を抑制する開口面積抑制手段と、を備え、
前記制御弁が負荷を保持する遮断位置から負荷を下降させる位置に切り換わる際には、前記制御弁が開弁する前に前記バイパス通路と前記メイン通路とが連通すると共に、前記開口面積抑制手段によって前記メイン通路の圧力上昇が抑制されることを特徴とする流体圧制御装置。
【請求項２】
前記開口面積抑制手段として、前記弁体と前記弁座が所定の角度差を持ってテーパ状に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】
前記開口面積抑制手段は、
前記弁体のテーパ状の外周面に形成され、前記スプールの軸方向と平行な平坦部と、
前記弁座に形成され、前記平坦部と平行な対向平坦部と、で構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４】
前記スプールは、その外周に当該スプールの軸方向と平行に溝状に形成され、前記バイパス通路から前記メイン通路への作動流体の流れに対して抵抗を付与し、前記オペレートチェック弁の閉弁時における前記シリンダの下降速度を抑えるための絞りを備え、
前記開口面積抑制手段は、
前記弁体が前記弁座から離れ前記バイパス通路と前記メイン通路とが連通するのと同時に、閉塞部によって前記絞りの閉塞が解除される構成であることを特徴とする請求項１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、油圧ショベル等の油圧作業機器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流体の給排を切り換えシリンダの伸縮動作を制御するコントロールバルブと、コントロールバルブが遮断位置の場合に負荷圧が作用するシリンダの負荷側圧力室とコントロールバルブとの間に介装される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、パイロットチェック弁と、パイロットチェック弁の作動を切り換えるパイロット切換弁とを備える。
【０００４】
コントロールバルブ及びパイロット切換弁は、パイロットバルブから供給されるパイロット圧によって、スプールの位置が切り換えられる。
【特許文献１】特開２００４−１３２４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の油圧制御装置において、コントロールバルブが遮断位置である負荷保持状態から、コントロールバルブ及びパイロット切換弁に対してパイロット圧を供給して負荷を下降させる初期には、負荷保持機構のパイロット切換弁は、コントロールバルブが閉じた状態で開弁する。
【０００６】
これにより、パイロット切換弁からコントロールバルブまでの通路に負荷側圧力室の高圧が作用し、通路の油圧が急激に上昇する。通路内の油圧が急激に変化することによって、油圧作業機器には強い衝撃が発生する。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、負荷保持状態から負荷を下降させる際に発生する衝撃を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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た負荷保持機構と、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と共に、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、前記負荷側圧力室の作動流体を前記オペレートチェック弁をバイパスして前記メイン通路へと導くバイパス通路と、前記背圧室の作動流体を前記メイン通路へと導く背圧通路と、前記バイパス通路及び前記背圧通路に介装され、前記パイロット弁によるパイロット圧によって前記制御弁と連動して動作し、負荷を上昇させる際には流れを遮断し、負荷を下降させる際にはメータアウト側の作動流体の流れを制御するメータアウト制御弁と、を備え、前記メータアウト制御弁は、前記パイロット圧によって移動し、前記バイパス通路及び前記背圧通路に対する前記メイン通路の連通を切り換えるスプールと、前記スプールに形成された弁体と、前記スプールにパイロット圧が作用していない場合には、スプリングの付勢力によって前記弁体が押し付けられて当該弁体とで前記負荷側圧力室の負荷圧を保持する弁座と、前記バイパス通路と前記メイン通路との連通の初期に、前記スプールの移動量に対する開口面積の増加割合を抑制する開口面積抑制手段と、を備え、前記制御弁が負荷を保持する遮断位置から負荷を下降させる位置に切り換わる際には、前記制御弁が開弁する前に前記バイパス通路と前記メイン通路とが連通すると共に、前記開口面積抑制手段によって前記メイン通路の圧力上昇が抑制されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御弁が負荷を保持する遮断位置から負荷を下降させる位置に切り換わる際には、メータアウト制御弁の開口面積抑制手段によってメイン通路の圧力上昇が抑制される。したがって、メイン通路内の油圧の変化が抑えられ、強い衝撃の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図４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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
油圧ショベルにはエンジン（図示せず）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。
【００１５】
ポンプ４から吐出された作動油（作動流体）は、シリンダ２に対する作動流体の給排を切り換える制御弁６に供給される。
【００１６】
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。
【００１７】
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よって、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。
【００１８】
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を介してロッド側圧力室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を介してタンク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。
【００１９】
また、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を介し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を介してタンク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。
【００２０】
また、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俳が遮断され、アーム１は停止した状態を保つ。
【００２１】
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る。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、シリンダ２を伸長動作させアーム１を下降させる際に、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メータアウト制御弁２２とを備える。
【００２６】
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。
【００２７】
第１メイン通路７は、弁体２４によって、ロッド側圧力室２ａとオペレートチェック弁２１とをつなぐシリンダ側第１メイン通路７ａと、オペレートチェック弁２１と制御弁６とをつなぐ制御弁側第１メイン通路７ｂとに分けられる。
【００２８】
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側の圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。
【００２９】
背圧室２５には、弁体２４を閉弁方向へと付勢するスプリング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を弁座２８に着座させるように作用する。
【００３０】
弁体２４が弁座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している状態である。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。
【００３１】
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をバイパスして第１メイン通路７へと導くバイパス通路３０と、背圧室２５の作動油を第１メイン通路７へと導く背圧通路３１とを備える。
【００３２】
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、パイロット弁９を通じてパイロット室２２ａ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、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の連通を切り換える。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
パイロット室２２ａには、制御弁６のパイロット室６ｂにパイロット圧を供給したときに、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。
【００３６】
具体的に説明すると、パイロット室２２ａ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。
【００３７】
パイロット室２２ａ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。なお、第２供給ポート３３は遮断された状態を保つ。
【００３８】
パイロット室２２ａ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から制御弁側第１メイン通路７ｂへと導かれる。
【００３９】
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、リリーフ通路４０にはバイパス通路３０の作動油の圧力が所定圧力に達した場合に作動油の通過を許容するサブリリーフ弁４１が介装される。サブリリーフ弁４１の下流にはオリフィス４２が設けられる。オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２２ａに導かれ、下流側の圧力はタンクＴへ排出される。オリフィス４２の上流側の圧力がパイロット室２２ａに導かれた場合には、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。
【００４０】
また、制御弁側第１メイン通路７ｂには第１リリーフ弁４３が接続され、第２メイン通路８には第２リリーフ弁４４が接続される。第１リリーフ弁４３，第２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。
【００４１】
次に、主に図３及び図４を参照して、負荷保持機構２０の構成について具体的に説明する。図３は油圧制御装置における負荷保持機構２０の断面図であり、図４はメータアウト制御弁２２の要部拡大断面図である。なお、図３及び図４において、図２で示した符号と同じ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。
【００４２】
負荷保持機構２０は、オペレートチェック弁２１を組み込んだ第１ボディ５０と、メータアウト制御弁２２及びサブリリーフ弁４１を組み込んだ第２ボディ５１とを備える。
【００４３】
第１ボディ５０には摺動孔５２が形成され、摺動孔５２には弁体２４が摺動自在に組み込まれる。弁体２４には、制御弁６に連通する制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が作用する第１受圧面２４ａと、ロッド側圧力室２ａに連通するシリンダ側第１メイン通路７ａの圧力が作用する第２受圧面２４ｂとが形成される。
【００４４】
摺動孔５２の開口端はバネ受部材５３によって閉塞され、バネ受部材５３と弁体２４との間で背圧室２５が画成される。背圧室２５内には、弁体２４を閉弁方向へと付勢するスプリング２７が収装される。弁体２４には、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が形成される。これにより、弁体２４の背面には背圧室２５の圧力が作用し、弁体２４には閉弁方向の力が作用する。
【００４５】
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が弁座２８に着座した状態では、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との連通が遮断される。
【００４６】
また、第１ボディ５０には、シリンダ側第１メイン通路７ａに連通し、ロッド側圧力室２ａの作動油が導かれるバイパス通路３０が形成される。
【００４７】
第２ボディ５１にはスプール孔５５が形成され、スプール孔５５の内周には略円筒形状のスリーブ６１が挿入される。そして、スリーブ６１の内周には、メータアウト制御弁２２のスプール５６が摺動自在に組み込まれる。
【００４８】
スプール孔５５の一方の開口端はキャップ５７によって閉塞され、キャップ５７によって画成されたスプリング室５４にはスプール５６の一端部を付勢するスプリング３６が収装される。なお、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。
【００４９】
また、スプール孔５５の他方の開口端はキャップ５８によって閉塞され、キャップ５８内にはピストン５９が摺動自在に収装される。ピストン５９の先端はスプール５６の他端部に対峙すると共に、ピストン５９の背面にはパイロット圧が導かれるパイロット室２２ａが画成される。スプール５６は、一端部に作用するスプリング３６の付勢力と、他端部にピストン５９を介して作用するパイロット圧とのバランスによって移動し、メータアウト制御弁２２の切り換え位置が設定される。
【００５０】
スリーブ６１には、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つのポートが形成される。
【００５１】
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。
【００５２】
第１圧力室６４は、排出ポート３４に常時連通している。
【００５３】
第３圧力室６６は、第１供給ポート３２に常時連通すると共に、スプール５６のランド部７２外周に溝状に形成された複数の絞り３７によって第２圧力室６５に常時連通している。したがって、第２圧力室６５には、ロッド側圧力室２ａの作動油が、バイパス通路３０、第１供給ポート３２、第３圧力室６６、及び絞り３７を介して常時導かれる。
【００５４】
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。
【００５５】
パイロット室２２ａ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に形成された弁体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１圧力室６４と第２圧力室６５と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く、弁体７０によってロッド側圧力室２ａの負荷圧が保持される。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。
【００５６】
また、パイロット室２２ａ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５９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、弁体７０が弁座７１から離れ、第１圧力室６４と第２圧力室６５とが連通し、第１供給ポート３２が排出ポート３４と連通する。第１供給ポート３２と排出ポート３４との連通によって、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。
【００５７】
また、パイロット室２２ａ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が、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を介して排出ポート３４と連通する。第２供給ポート３３と排出ポート３４との連通によって、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。
【００５８】
第２ボディ５１には第１供給ポート３２に連通するバルブ組付室７５が形成され、バルブ組付室７５にはサブリリーフ弁４１が収装される。
【００５９】
バルブ組付室７５にはサブリリーフ弁４１が収装され、サブリリーフ弁４１の開弁動作によって、第１供給ポート３２は、第１排出通路７６及び第２排出通路７７に接続される。第１排出通路７６はパイロット室２２ａに接続され、第２排出通路７７はタンクＴに接続される。第２排出通路７７には、通過する作動油に対して抵抗を付与するオリフィス４２が介装される。このように、サブリリーフ弁４１によって排出された作動油のうち、オリフィス４２の上流側の圧力はパイロット室２２ａに導かれ、オリフィス４２の下流側の圧力はタンクＴに導かれる。したがって、サブリリーフ弁４１の開弁動作時には、スプール５６は、スプリング３６を圧縮する方向へと移動し、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。
【００６０】
次に、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。また、このとき、メータアウト制御弁２２のパイロット室２２ａ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は弁座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を操作して、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ａへとパイロット圧を供給すると、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の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２２ａ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。このため、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は弁座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から吐出する作動油は、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を操作して、パイロット弁９から制御弁６のパイロット室６ｂへとパイロット圧を供給すると、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２２ａ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２２ａ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。これにより、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との連通は遮断される。
【００６６】
しかし、第１供給ポート３２が排出ポート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を介して制御弁側第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、アーム１を矢印８１の方向へとゆっくりと下降させるため、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２２ａ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を介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の落下速度は遅くなる。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２２ａ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に作用する開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなり、弁体２４が弁座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と共に、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いため、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】
このように、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２２ａ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】
なお、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、サブリリーフ弁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２２ａに導かれ、下流側の圧力はタンクＴへ排出されるため、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。これにより、ロッド側圧力室２ａの高圧が、第１リリーフ弁４３を介してタンク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リリーフ弁４４を介してタンクＴに排出される。
【００７６】
以上のように、メータアウト制御弁２２は、パイロット圧によって制御弁６と連動して動作し、アーム１を上昇させる際には遮断位置ｘに設定されて作動油の流通を遮断し、アーム１を下降させる際には第１連通位置ｙ又は第２連通位置ｚに切り換わりメータアウト側である第１メイン通路７の作動油の流れを制御する。
【００７７】
次に、アーム１を下降させる際におけるメータアウト制御弁２２によるメータアウト制御について詳しく説明する。図５（ａ）は、アーム１を保持した状態から下降させる場合におけるパイロット圧に対する制御弁６及びメータアウト制御弁２２の開口面積を示すグラフである。また、図５（ｂ）は、アーム１を保持した状態から下降させる場合におけるパイロット圧に対するシリンダ側第１メイン通路７ａ及び制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力を示すグラフである。なお、図５（ａ）において、メータアウト制御弁２２の開口面積における第２連通位置ｚに切り換わった以降は、オペレートチェック弁２１の開口面積との合計開口面積を示す。また、メータアウト制御弁２２の開口面積とは、弁体７０によって開口される作動油が通過可能な面積である。
【００７８】
制御弁６のパイロット室６ｂとメータアウト制御弁２２のパイロット室２２ａとには、同じ圧力のパイロット圧が供給されるため、制御弁６とメータアウト制御弁２２との切り換えタイミングは、それぞれに設けられるスプリングの付勢力等を調節することによって設定される。
【００７９】
アーム１を下降させる、つまり、シリンダ２を伸長動作させるにあたって、制御弁６が伸長位置ｂに切り換わった後に、メータアウト制御弁２２が切り換わる設定の場合には、メータアウト制御弁２２が動作を開始するまでシリンダ２は動作しないため、負荷保持機構２０が搭載されていない油圧ショベルと比べて、乗務員のレバー操作フィーリングが変わってしまい、乗務員は違和感を感じてしまう。
【００８０】
したがって、シリンダ２の伸長動作時における制御弁６とメータアウト制御弁２２との切り換えタイミングは、図５（ａ）に示すように、先にメータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙに切り換わり、制御弁６は、メータアウト制御弁２２が第２連通位置ｚに切り換わる前に、伸長位置ｂへと切り換わり始めるように設定される。さらに、メータアウト制御弁２２が第１連通位置ｙに切り換わる際の弁体７０の初期開度は、メータアウト制御弁２２の微小ストロークで大きく開くように設定される。
【００８１】
このように、メータアウト制御弁２２が制御弁６よりも先行し、かつ大きな開度で開弁することによって、メータアウト制御弁２２が制御弁６によるシリンダ２の伸長動作に対して不都合を与えることがない。
【００８２】
しかし、メータアウト制御弁２２が制御弁６よりも先行し、かつ大きな開度で開弁する場合、メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わり始める初期には、制御弁６が閉弁状態で、ロッド側圧力室２ａの高圧の作動油がバイパス通路３０を通じて制御弁側第１メイン通路７ｂに流入することになる。
【００８３】
メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘの場合には、制御弁側第１メイン通路７ｂにはロッド側圧力室２ａの圧力が作用していないため、制御弁側第１メイン通路７ｂは低圧の状態である。
【００８４】
したがって、メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わり始める初期には、ロッド側圧力室２ａの高圧がバイパス通路３０を介して低圧状態の制御弁側第１メイン通路７ｂに作用し、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が急激に上昇する。制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力が急激に変化することによって、油圧ショベルには強い衝撃が発生する。
【００８５】
この対策として、メータアウト制御弁２２には、バイパス通路３０と制御弁側第１メイン通路７ｂとの連通の初期に、スプール５６の移動量に対する開口面積の増加割合を抑制する開口面積抑制手段が設けられる。以下に、図４を参照して、開口面積抑制手段について説明する。
【００８６】
開口面積抑制手段として、図４に示すように、メータアウト制御弁２２のスプール５６に形成された弁体７０のテーパ状の外周面に対して、弁体７０が着座する弁座７１のシート面が微小な角度差を持ったテーパ状に形成される。
【００８７】
このように、弁体７０と弁座７１が所定の角度差を持ったテーパ状に形成されることによって、メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わり始める初期、つまり、弁体７０が弁座７１から離れる初期には、図５（ａ）において符号８５にて示すように、スプール５６の移動量（パイロット圧）に対する弁体７０の開口面積はゆっくりと増加することになる。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂに流入する際、図５（ｂ）において符号８６にて示すように、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力はゆっくりと上昇するため、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力の変化が抑制され、油圧ショベルに発生する衝撃を防止することができる。
【００８８】
また、弁体７０と弁座７１が所定の角度差を持ったテーパ状に形成されるため、弁体７０と弁座７１は、円周上の線１箇所にて接触するため、シール性が良好に保たれる。
【００８９】
以下に、開口面積抑制手段の他の形態について説明する。
（１）開口面積抑制手段として、図６に示すように、弁体７０のテーパ状の外周面にはスプール５６の軸方向と平行な平坦部７０ａが形成され、弁座７１には平坦部７０ａと平行な対向平坦部７１ａが形成される。
【００９０】
メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘの場合には、弁体７０のテーパ部７０ｂに弁座７１の対向平坦部の端部が当接することによって、第１圧力室６４と第２圧力室６５との連通が遮断される。
【００９１】
そして、メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わり始める初期には、弁体７０は、平坦部７０ａが弁座７１の対向平坦部７１ａと平行にスライドしながら移動する。弁体７０の平坦部７０ａと弁座７１の対向平坦部７１ａとが対向している間は、スプール５６の移動量に対する弁体７０の開口面積はゆっくりと増加することになる。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂに流入する際、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力はゆっくりと上昇する。
（２）開口面積抑制手段は、弁体７０には形成せず、第２圧力室６５と第３圧力室６６とを隔てるランド部７２に形成される。
【００９２】
図７に示すように、ランド部７２の外周に形成される溝状の絞り３７は、スプール５６の軸方向と平行に形成され、第２圧力室６５まで貫通せず、メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘの場合に、スリーブ６１の内周に形成された環状の閉塞部９０によって閉塞されるように形成される。また、絞り３７は、弁体７０が弁座７１から離れると同時に、閉塞部９０による閉塞が解除されるように形成される。
【００９３】
メータアウト制御弁２２が遮断位置ｘから第１連通位置ｙに切り換わり始める初期には、弁体７０が弁座７１から離れると同時に、閉塞部９０による絞り３７の閉塞が解除される。そして、スプール５６の移動に伴って第２圧力室６５に対する絞り３７の開口面積が増加するため、結果的に弁体７０の開口面積もゆっくりと増加する。これにより、ロッド側圧力室２ａの作動油が制御弁側第１メイン通路７ｂに流入する際、制御弁側第１メイン通路７ｂの圧力はゆっくりと上昇する。
【００９４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】油圧ショベル一部分を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の油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油圧制御装置における負荷保持機構の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の油圧制御装置におけるメータアウト制御弁の要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）アームを保持した状態から下降させる場合におけるパイロット圧に対する制御弁及びメータアウト制御弁の開口面積を示すグラフである。（ｂ）アームを保持した状態から下降させる場合におけるパイロット圧に対するシリンダ側第１メイン通路及び制御弁側第１メイン通路の圧力を示すグラフである。
【図６】メータアウト制御弁における開口面積抑制手段の他の形態を示す断面図である。
【図７】メータアウト制御弁における開口面積抑制手段の他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１      アーム（負荷）
２      シリンダ
２ａ    ロッド側圧力室
２ｂ    反ロッド側圧力室（負荷側圧力室）
３      ピストンロッド
４      ポンプ
６      制御弁
６ａ，６ｂ  パイロット室
７      第１メイン通路
７ａ    シリンダ側第１メイン通路
７ｂ    制御弁側第１メイン通路
８      第２メイン通路
９      パイロット弁
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
２２ａ  パイロット室
２４    弁体
２４ａ  第１受圧面
２４ｂ  第２受圧面
２５    背圧室
２６    絞り通路
２７    スプリング
３０    バイパス通路
３１    背圧通路
３２    第１供給ポート
３３    第２供給ポート
３４    排出ポート
３６    スプリング
３７    絞り
５４    スプリング室
５５    スプール孔
５６    スプール
５９    ピストン
６１    スリーブ
６４    第１圧力室
６５    第２圧力室
６６    第３圧力室
６７    第４圧力室
６８    導圧通路
７０    弁体
７１    弁座
【図１】
0004918001.tif 000002
【図２】
0004918001.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004918001.tif 000006
【図６】
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【図７】
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