JP4859786B2

JP4859786B2 - 制御装置

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Publication number: JP4859786B2
Application number: JP2007209402A
Authority: JP
Inventors: 雅之中村
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009041711A

Description

この発明は、例えば、アームシリンダを備えこのアームシリンダの戻り流体を供給側に再生する機能を有する建設機械に最適な制御装置に関する。

例えば、アームシリンダを備えた建設機械では、そのアームシリンダの戻り流体を供給側に戻すいわゆる再生機能を備えているものがある。そして、この再生機能を発揮するために、再生時に戻り側となる通路に再生用絞りを設け、戻り流体がこの絞りを通過するときの圧力損失分の圧力を持って戻り流体を上記供給側に再生させるようにしている。
このように再生機能を備えた制御装置として特許文献１に記載されたものが従来知られている。

上記従来の装置は、上記特許文献１の図１において符号５２で示された絞りを再生用絞りとしている。つまり、アームシリンダを制御する切換弁には、その弁本体にスプールを摺動自在に組み込むとともに、そのスプールの相対位置に応じて、アームシリンダからの戻り流体を供給側に再生するようにしている。そして、上記弁本体には、戻り流体を供給側に再生するための通路を形成するとともに、この通路に上記再生用絞り（公報における符号５２）を形成している。

上記のように特許文献１に記載された装置のように切換弁の弁本体に再生用絞りを形成するのとは別に、例えば、再生用絞りを、再生を必要とする特定のアクチュエータを制御する切換弁に対して外付けにすることも考えられる。そして、切換弁に対して外付けにした例を示したのが図６および図７である。
上記図６は建設機械であるパワーショベル用の油圧制御回路を示したもので、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを備えている。そして、第１ポンプＰ１には、その上流側から、走行用切換弁１、予備用切換弁２、旋回用切換弁３、ブームＩＩ用切換弁４およびアームＩ用切換弁５を順次接続し、これら切換弁１〜５で第１回路系統６を構成している。そして、これら各切換弁１〜５は、図示のように中立位置にあるとき、そのセンターオープン通路７が開いて、第１ポンプＰ１からの吐出流体を、タンク通路１１を介してタンクＴに導くようにしている。なお、図中符号８はパラレル通路で、第１ポンプＰ１に対して各切換弁１〜５をパラレルに接続するものである。

そして、上記最下流に位置するアームＩ用切換弁５を図面左側位置である再生位置に切り換えたときに戻り側となる通路９に、このアームＩ用切換弁５に対して外付けにした再生用絞り手段１０を接続している。この再生用絞り手段１０はタンク通路１１を介してタンクＴに連通し、上記戻り通路９から再生用絞り手段１０を介してタンクＴに流体が流れるとき、上記戻り通路９に圧力損失分の圧力を発生させるようにしている。
このように圧力を保持した流体は、チェック弁１２を介して供給側通路１３に供給され、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに供給される。すなわち、アームシリンダ１４のロッド側室１４ｂからの戻り流体が、戻り通路９を経由して、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに再生されることになる。

なお、上記のようにアームシリンダ１４のピストン側室１４ａに流体が再生されるときには、アームシリンダ１４には矢印１５方向に負荷が作用しているときであるが、アームシリンダ１４のロッドを伸張させながら掘削作業などをしているときには、負荷の方向が逆転する。このときには当該負荷圧によってチェック弁１２が閉じ、第１ポンプＰ１からの圧力流体が戻り通路９側に逃げないようにしている。
また、アームＩ用切換弁５が図面右方向に切り換わったときには、第1ポンプＰ１からの供給流体が、供給通路１３を経由してアームシリンダ１４のロッド側室１４ｂに供給されるとともに、ピストン側室１４ａの戻り流体の全量がタンクＴに戻されることになる。

一方、第２ポンプＰ２には、その上流側から、走行直進用切換弁１６、走行用切換弁１７、バケット用切換弁１８、ブームＩ用切換弁１９、アームＩＩ用切換弁２０および予備用切換弁２１を順次接続するとともに、その最下流には中立カット弁２２を接続している。そして、これら切換弁１６〜２１で第２回路系統２３を構成するとともに、各切換弁１６〜２１は、図示のように中立位置にあるとき、そのセンターオープン通路２４が開いて、第２ポンプＰ２からの吐出流体をタンクＴに導くようにしている。なお、図中符号２５はパラレル通路で、第２ポンプＰ２に対して各切換弁１６〜２１をパラレルに接続するものである。

そして、最下流に位置する中立カット弁２２とその直前の上流側に位置する予備用切換弁２１との間におけるセンターオープン通路２４には分岐通路２６を接続し、中立カット弁２２がカット位置を保持したとき、第２ポンプＰ２からセンターオープン通路２４に供給された圧力流体は、分岐通路２６を介して、図示していない他の回路系統に供給されるようにしている。
特許第３３８８７９９号公報

再生を必要とする特定のアクチュエータを制御する切換弁の弁本体に、再生用絞りを形成しているので、再生用絞りの加工コストがかさむという問題があったが、その理由は次のとおりである。アクチュエータを制御する切換弁の弁本体には、いろいろな通路が形成されるとともに、リリーフ弁等の機器も組み込まれるので、再生用絞りを形成できる位置等が限定されるとともに、その位置もきわめて狭隘な箇所にならざるを得ないのが実情である。このように極めて狭隘な箇所に再生用絞りを形成するためには、どうしてもその加工コストが大きくならざるを得ないという問題があった。

上記の問題を解決する手段として、図６の装置のように、再生用絞り手段を再生用切換弁に対して外付けにすれば、狭隘な箇所に再生用絞りを形成しなければならないという問題は解決される。しかし、この場合には、再生用絞りを外付けにする分、装置全体が大型化するという別の問題が発生する。
しかも、再生用絞り手段を再生用切換弁に対して外付けにした現行のパワーショベルの場合には、図７に示すように、第１回路系統６側に無駄なスペース２７が形成されてしまうという問題もあった。
なお、図７はバルブブロックをスプール孔側から見た側面図で、切換弁、再生用絞り手段あるいは中立カット弁として符号を付した部分は、スプール孔の端面を示している。
この発明の目的は、装置全体を大型化せず、しかもコスト高にはならない制御装置を提供することである。

この発明は、第１ポンプに接続するとともに複数の切換弁を設けた第１回路系統と、第２ポンプに接続するとともに複数の切換弁を設けた第２回路系統とを備えるとともに、少なくとも第１回路系統には、特定のアクチュエータからの戻り流体をその特定のアクチュエータの供給側に再生する再生機能を備えた特定の切換弁を設けるとともに、この特定の切換弁を再生位置に切り換えたとき、その戻り側となる通路あるいはそれに連通する通路に再生用絞りを設け、流体がこの再生用絞りを通過するときの圧力損失分の圧力を持って戻り流体を再生する構成にする一方、第２回路系統に設けた切換弁はそれらが中立位置を保持しているとき、第２ポンプの供給流体をタンクに導くセンターオープン通路を設けるとともに、この第２回路系統の最下流には、センターオープン通路を開閉する中立カット弁を設けた制御装置を前提にするものである。

第１の発明は、上記の制御装置を前提にしつつ、上記中立カット弁をスプール弁で構成するとともに、この中立カット弁に上記再生用絞りを併設し、しかもこの再生用絞りが、上記中立カット弁の切り換え量に応じて開度を可変にする可変絞りからなることを特徴とする。
第２の発明は、上記中立カット弁のスプールが中立位置にあるとき、上記センターオープン通路を開状態に維持するとともに、上記再生用絞りを絞り状態あるいは閉状態に維持してなり、上記スプール弁を中立位置からいずれか一方に切り換えたとき、上記再生用絞りを絞り状態あるいは閉状態に維持したまま上記センターオープン通路を閉じ、上記スプール弁を中立位置からいずれか他方に切り換えたとき、上記センターオープン通路を開状態に維持したまま上記再生用絞りの開度を、当該スプール弁の開度に応じて徐々に大きくする点に特徴を有する。

第１の発明によれば、再生用絞りを中立カット弁に併設したので、従来のように特定の切換弁に再生用絞りを形成する場合に比べて、加工コストを安価に抑えることができる。なぜなら、中立カット弁はセンターオープン通路をオンオフするだけで足りるので、アクチュエータを制御する切換弁よりも構成が単純であり、再生用絞りを形成するためのスペース的なゆとりが十分にあるからである。
また、再生用絞りを可変絞りで構成したので、戻り流体を再生しない場合には、再生用絞りの開度を大きくすることにより、当該戻り流体を速やかに排出することができる。したがって、戻り流体を再生しない場合に、再生用絞りによって生じる戻り通路の圧力損失を低減することができ、再生用絞りがアクチュエータの作動を妨げることもない。

第２の発明によれば、中立カット弁の切り換え方向に応じて、センターオープン通路と再生用絞りとの開度制御を行うので、中立カットと再生という全く異なる機能を、一つのスプール弁で、しかも簡単な構造で実現することができる。

図１〜図５に示した実施形態は、建設機械であるパワーショベル用の油圧制御回路を示したもので、上記従来との相違点は、中立カット弁２８の接続位置とその構造であり、その他は図６に示した従来と同様である。そこで、従来と同一の構成要素に関しては、図６と同一符号を用いて説明するとともに、この発明の実施形態として、従来の装置と同様の構成も繰り返し説明する。
図１に示した上記パワーショベル用の油圧制御回路には、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを備えている。そして、第１ポンプＰ１には、その上流側から、走行用切換弁１、予備用切換弁２、旋回用切換弁３、ブームＩＩ用切換弁４およびアームＩ用切換弁５を順次接続し、これら切換弁１〜５で第１回路系統６を構成している。そして、これら各切換弁１〜５は、図示のように中立位置にあるとき、そのセンターオープン通路７が開いて、第１ポンプＰ１からの吐出流体を、タンク通路１１を介してタンクＴに導くようにしている。なお、図中符号８はパラレル通路で、第１ポンプＰ１に対して各切換弁１〜５をパラレルに接続するものである。
また、上記アームＩ用切換弁５がこの発明の再生機能を備えた特定の切換弁を構成するものである。

そして、上記最下流に位置するアームＩ用切換弁５を図面左側位置である再生位置に切り換えたときに戻り側となる通路９には、再生用通路５０を介して中立カット弁２８を接続している。この中立カット弁２８には再生用絞り２９を併設し、当該中立カット弁２８が中立位置にあるとき、当該再生用絞り２９が上記再生用通路５０を絞り状態に維持している。なお、上記中立カット弁２８は、その中立位置において、センターオープン通路２４を開状態に維持している。
一方、上記中立カット弁２８が図面左側位置である再生位置に切り換わると、再生用絞り２９の開度を一定に維持したままセンターオープン通路２４が閉じ、上記中立カット弁２８が図面右側位置に切り換わると、センターオープン通路２４が開状態を維持したまま、再生用絞り２９の開度が徐々に大きくなるようにしている。

上記のように、戻り通路９とタンク通路１１とを再生用絞り２９を介して連通させることによって、戻り通路９から再生用絞り２９を介してタンクＴに流体が流れるとき、上記戻り通路９に圧力損失分の圧力を発生させるようにしている。
このように圧力を保持した流体は、チェック弁１２を介して供給側通路１３に供給され、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに供給される。すなわち、アームシリンダ１４のロッド側室１４ｂからの戻り流体が、戻り通路９を経由して、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに再生されることになる。

なお、上記のようにアームシリンダ１４のピストン側室１４ａに流体が再生されるときには、アームシリンダ１４には矢印１５方向に負荷が作用しているときであるが、アームシリンダ１４のロッドを伸張させながら掘削作業などをしているときには、負荷の方向が逆転する。そのためにピストン側室１４ａの圧力が上昇するとともに、このときには当該負荷圧によってチェック弁１２が閉じ、第１ポンプＰ１からの圧力流体が戻り通路９側に逃げないようにしている。
また、アームＩ用切換弁５が図面右方向に切り換わったときには、第1ポンプＰ１からの供給流体が、供給通路１３を経由してアームシリンダ１４のロッド側室１４ｂに供給されるとともに、ピストン側室１４ａの戻り流体の全量がタンクＴに戻されることになる。

一方、第２ポンプＰ２には、その上流側から、走行直進用切換弁１６、走行用切換弁１７、バケット用切換弁１８、ブームＩ用切換弁１９、アームＩＩ用切換弁２０および予備用切換弁２１を順次接続するとともに、これら切換弁１６〜２１で第２回路系統２３を構成している。また、予備用切換弁２１の下流側のセンターオープン通路２４を上記した中立カット弁２８に連通するとともに、分岐通路２６にも接続している。
そして、上記各切換弁１６〜２１は、図示のように中立位置にあるとき、そのセンターオープン通路２４を開いて、第２ポンプＰ２からの吐出流体をタンクＴに導くようにしている。なお、図中符号２５はパラレル通路で、第２ポンプＰ２に対して各切換弁１６〜２１をパラレルに接続するものである。
また、中立カット弁２８は、図示の中立位置あるいは図面右側位置にあるとき、センターオープン通路２４を、タンク通路１１を介してタンクＴに連通させること上記したとおりであるが、中立カット弁２８を図面左側位置に切り換えたときには、センターオープン通路２４とタンク通路１１との連通が遮断し、第２ポンプＰ２からセンターオープン通路２４に供給された圧力流体を、分岐通路２６を介して、図示していない他の回路系統に供給するようにしている。

上記再生用切換弁であるアームＩ用切換弁５とこの切換弁５に接続する中立カット弁２８とを具体的に示したのが、図２である。図２に示すようにアームＩ用切換弁５は、その弁本体３０にスプール３１を摺動自在に組み込むとともに、スプール３１を図示の中立位置に保っているとき、第１回路系統６のセンターオープン通路７が開いた状態を保つ。そして、左側のパイロット室３２にパイロット圧を導いてスプール３１を図面右方向に移動させると、当該アームＩ用切換弁５は再生位置に切り換わる。すなわち、上記センターオープン通路７が閉じるとともに、第１ポンプＰ１からパラレル通路８に導かれた圧力流体が、供給側通路１３に導かれ、この供給側通路１３から、スプール３１に形成した一方の環状溝３３および一方のアクチュエータポート３４を経由して、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに供給される。

このときアームＩ用切換弁５のロッド側室１４ｂからの戻り流体は、他方のアクチュエータポート３５および他方の環状溝４７を経由して、戻り通路９に導かれる。なお、図中符号１２は上記弁本体３０に設けたチェック弁で、戻り通路９側から供給通路１３への流通のみを許容するものである。

一方、上記アームＩ用切換弁５に接続した中立カット弁２８は、その弁本体３６にスプール孔３７を形成し、このスプール孔３７にスプール３８を摺動自在に組み込むとともに、このスプール３８の両端をパイロット室３９，４０に臨ませている。なお、図中符号４１はパイロット室４０に設けたセンタリングスプリングである。
また、上記弁本体３６には、第２回路系統２３のセンターオープン通路２４に連通する流入路４２を形成するとともに、上記アームＩ用切換弁５の戻り通路９に連通する流通路４３を形成している。そして、これら流入路４２と流通路４３との間にはタンクＴに連通する中継環状凹部４４を形成している。

さらに、上記スプール３８には、第１環状溝４５と第２環状凹部４６とを形成し、スプール３８が図示の中立位置にあるとき、第１環状溝４５を介して流入路４２と中継環状凹部４４を連通させ、上記流入路４２から流入した流体をタンクＴに導く。また、スプール３８のランド４８には、上記再生用絞り２９を構成するノッチ４９を形成し、スプール３８が図示の中立位置にあるとき、当該ノッチ４９を介して流通路４３と中継環状凹部４４とを連通させ、上記流通路４３から流入した流体をタンクＴに導く。なお、上記ノッチ４９は、第２環状凹部４６側の開口近傍において、その絞り面積を大きくしている。

一方、パイロット室３９にパイロット圧を導いて、スプール３８を図中右方向に移動させると、流入路４２と第１環状溝４５とが食い違って、流入路４２と中継環状凹部４４との連通が遮断される。したがって、第２回路系統２３のセンターオープン通路２４が閉じられ、このセンターオープン通路２４に導かれた流体は分岐通路２６に供給されることになる。
また、このとき、流通路４３と中継環状凹部４４とはノッチ４９（再生用絞り２９）を介して連通しており、流通路４３と中継環状凹部４４との連通開度は一定に維持されている。つまり、スプール３８が中立位置から図中右方向に移動可能な範囲内においては、流通路４３と中継環状凹部４４との連通開度が一定に保たれるようにしている。なお、この再生用絞り２９の機能は前記したとおりである。

これに対して、上記パイロット室４０にパイロット圧を導いて、スプール３８を図中左方向に移動させると、ノッチ４９の絞り面積が大きくなり、流通路４３と中継環状凹部４４との連通開度が大きくなる。そして、さらにスプール３８を図中左方向に移動させると、第２環状凹部４６が中継環状凹部４４に徐々に臨み、流通路４３と中継環状凹部４４との連通開度がさらに大きくなる。つまり、スプール３８が、中立位置から図中左方向に切り換わる切り換え量に応じて、戻り通路９とタンクＴとの連通開度が大きくなる。
また、このとき、流入路４２と中継環状凹部４４とは第１環状溝４５を介して連通しており、流入路４２と中継環状凹部４４との連通開度は一定に維持されている。つまり、スプール３８が中立位置から図中左方向に移動可能な範囲内においては、流入路４２と中継環状凹部４４との連通開度が一定に保たれるようにしている。

なお、スプール３８の切り換え量と、中立カット面積（流入路４２と中継環状凹部４４との開口面積）および再生絞り面積（流通路４３と中継環状凹部４４との開口面積）の関係は、図３に示すとおりである。
この図からも明らかなように、スプール３８の中立位置においては、センターオープン通路２４がタンクに連通し、戻り通路９とタンクとが絞り状態で連通している。そして、スプール３８を一方のＡ方向に切り換えると、戻り通路９とタンクとの絞り量を一定に保ったまま、センターオープン通路２４が遮断され、スプール３８を他方のＢ方向に切り換えると、センターオープン通路２４の連通開度を一定に保ったまま、戻り通路９とタンクとの連通開度が徐々に大きくなる。

いずれにしても、この実施形態では、本来、流入路４２と中継環状凹部４４とを連通させたりあるいはその連通を遮断したりする機能しか有しない単純構造の中立カット弁２８に再生用絞り２９を形成するようにしたので、その加工そのものも簡単になり、その分、加工コストも抑えることができる。しかも、この場合の中立カット弁２８は、第１回路系統６および第２回路系統２３のいずれにもかかわるので、当該中立カット弁２８を、いずれの回路系統側に設けてもよいというように設計の自由度が大きくなる。したがって、図４に示すように、現行のパワーショベルにおいて、第１回路系統６と第２回路系統２３との間で意図的にバルブの数を合わせることができ、従来のように無駄なスペース２７ができてしまうこともなくなる。なお、この図４は前記図７と同様に、スプール孔側から見た場合の側面図である。

また、上記中立カット弁２８は、パイロット室３９，４０にパイロット圧を導くことによってその切り換え制御を行うが、パイロット室４０に導かれるパイロット圧を、例えばピストン側室１４ａや供給側通路１３の圧力上昇にともなって高くすることが望ましい。つまり、ピストン側室１４ａや供給側通路１３の圧力が高くなった場合には、再生用絞り２９の開度を最大に保つようにするが、その理由は次のとおりである。
すなわち、アームシリンダ１４のピストン側室１４ａに流体が再生されるときには、アームシリンダ１４には矢印１５方向に負荷が作用しているときであるが、アームシリンダ１４のロッドを伸張させながら掘削作業などをしているときには、既に説明したとおり、ピストン側室１４ａの圧力が上昇する。

ピストン側室１４ａの圧力が高くなると、チェック弁１２が閉じられるため、ロッド側室１４ｂからの戻り流体は再生されずに、戻り通路９→再生用通路５０→中立カット弁２８を介してタンクＴに還流する。このとき、再生用絞り２９の開度が小さいと、ロッド側室１４ｂ内の戻り流体が速やかに排出されずに抵抗となってしまい、アームシリンダ１４が速やかに伸張できなくなってしまう。
そこで、アームシリンダ１４が伸張するときに供給側となるピストン側室１４ａや供給側通路１３の圧力上昇に応じて再生用絞り２９の開度を大きくすれば、ロッド側室１４ｂからの戻り流体を速やかに排出することができ、アームシリンダ１４の伸張が妨げられることもなくなる。したがって、例えば、供給側通路１３に圧力センサを接続するとともに、この圧力センサからの信号に応じて、パイロット室４０に導くパイロット圧を制御すれば、再生用絞り２９が、アームシリンダ１４の作動の妨げとならないようにすることができる。

なお、上記実施形態においては、中立カット弁２８が中立位置にあるとき、再生用絞り２９を絞り状態に維持したが、例えば、図５に示す他の実施形態のように、中立位置で再生用絞り２９を完全に閉じるようにしても構わない。このように、再生用絞り２９を完全に閉じれば、戻り流体の全量再生が可能となる。また、再生用絞り２９を完全に閉じる場合には、上記ノッチ４９を短くし、スプール３８の中立位置において、当該ノッチ４９が中継環状凹部４４に臨まないようにするだけでよい。

回路図である。断面図である。スプールの切り換え量と中立カット面積および再生絞り面積との関係を示す図である。バルブブロックをスプール孔側から見た側面図である。他の実施形態の回路図である。従来の回路図である。バルブブロックをスプール孔側から見た従来の側面図である。

符号の説明

Ｐ１第１ポンプ
Ｐ２第２ポンプ
１〜５切換弁
６第１回路系統
９戻り通路
１１タンク通路
１６〜２１切換弁
２３第２回路系統
２５パラレル通路
２６分岐通路
２８中立カット弁
２９再生用絞り
３６弁本体
３７スプール孔
３８スプール

Claims

第１ポンプに接続するとともに複数の切換弁を設けた第１回路系統と、第２ポンプに接続するとともに複数の切換弁を設けた第２回路系統とを備えるとともに、少なくとも第１回路系統には、特定のアクチュエータからの戻り流体をその特定のアクチュエータの供給側に再生する再生機能を備えた特定の切換弁を設けるとともに、この特定の切換弁を再生位置に切り換えたとき、その戻り側となる通路あるいはそれに連通する通路に再生用絞りを設け、流体がこの再生用絞りを通過するときの圧力損失分の圧力を持って戻り流体を再生する構成にする一方、第２回路系統に設けた切換弁はそれらが中立位置を保持しているとき、第２ポンプの供給流体をタンクに導くセンターオープン通路を設けるとともに、この第２回路系統の最下流には、センターオープン通路を開閉する中立カット弁を設けた制御装置において、上記中立カット弁をスプール弁で構成するとともに、この中立カット弁に上記再生用絞りを併設し、しかもこの再生用絞りは、上記中立カット弁の切り換え量に応じて開度を可変にする可変絞りからなる制御装置。
上記中立カット弁は、そのスプールが中立位置にあるとき、上記センターオープン通路を開状態に維持するとともに、上記再生用絞りを絞り状態あるいは閉状態に維持してなり、上記スプール弁を中立位置からいずれか一方に切り換えたとき、上記再生用絞りを絞り状態あるいは閉状態に維持したまま上記センターオープン通路を閉じ、上記スプール弁を中立位置からいずれか他方に切り換えたとき、上記センターオープン通路を開状態に維持したまま上記再生用絞りの開度を、当該スプール弁の開度に応じて徐々に大きくする構成にした請求項１記載の制御装置。