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JP7245055B2 - 油圧駆動システム - Google Patents

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JP7245055B2
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Description

本発明は、アクチュエータによって対象物を昇降させるべくアクチュエータに作動油を供給する油圧駆動システムに関する。
ショベル等の建設機械は、ブームシリンダ、及びアームシリンダ等、様々な油圧アクチュエータを備えており、これらによって対象物であるブーム及びアームを昇降している。また、建設機械は、油圧駆動システムを備えており、油圧駆動システムによって各油圧アクチュエータに作動油を供給し、また各油圧アクチュエータに流れる作動油の方向及び流量を制御することによって各油圧アクチュエータの動作を制御している。このような機能を有する油圧駆動システムは、各アクチュエータに対応させた制御弁を備えており、制御弁のスプールを作動させることによって作動油の流れ方向を制御している。このように構成されている油圧駆動システムでは、制御弁のスプールに与えるパイロット圧が電磁比例弁によって制御されていることがある。
例えばブームシリンダを作動させる際、ブーム用操作装置が傾倒方向一方に倒される（上昇操作）と、その上昇操作に応じて制御装置がブーム上昇用電磁比例弁に信号を出力する。そうすると、上昇用電磁比例制御弁からブーム上昇用パイロット圧が出力されてスプールが所定方向一方の移動し、ブームシリンダが伸長してブームが上昇する。他方、ブーム用操作装置が傾倒方向他方に倒される（下降操作）と、その下降操作に応じて制御装置が下降用電磁比例弁に信号を出力する。そうすると、下降用電磁比例制御弁から下降用パイロット圧が出力されてスプールが所定方向他方に移動し、ブームシリンダが縮退してブームが下降する。このように油圧駆動システムでは、制御装置が各油圧アクチュエータに流れる作動油の方向及び流量を制御して各油圧アクチュエータを駆動させている。このような油圧駆動システムとしては、例えば特許文献１のようなシステムが知られている。
特開２０１７－１１０６７２号公報
特許文献１のシステムでは、電磁比例制御弁が故障した場合にその故障を検知する機能を有しており、以下のように構成されている。即ち、特許文献１のシステムでは、各制御弁に検出ラインが連通されており、制御弁のスプールが中立位置から外れた位置にて保持されると作動検出ラインの圧力が上昇する。例えば、電磁比例制御弁がスティックした場合、特許文献１のシステムでは、操作装置に対する操作量に応じない不所望なパイロット圧が出力され、対応する制御弁のスプールが中立位置から外れた位置にて保持される。そうすると、作動検出ラインの圧力はスプールが中立位置の時の圧力と異なる値となるので、操作装置の操作量と検出ラインの圧力との相関を比較することによって電磁比例制御弁のスティックを検知することができる。このとき、制御装置により副ポンプから電磁比例弁の一次圧ラインへ導く通路が遮断されフェールセーフが実現される。
特許文献１のシステムでは、作動検出ラインを備える複数の制御弁の全ての制御弁を作動させる操作装置が中立位置であって、例えば、ブームのような対象物を下降させるアクチュエータを作動させる電磁比例制御弁においてスティックが発生した場合、ブームシリンダがブームの重さにより縮退してブームが降りてくることが回避される。しかし、作動検出ラインを備える、ブーム以外の制御弁を作動させている場合は、ブーム降下の制御弁の異常を検知することができない。従って、ブーム以外の操作を行っているときにもブーム降下に関してフェールセーフを実現できることが望まれている。
そこで本発明は、自重で落下しうるアクチュエータを下降させる際に使用する電磁比例制御弁がスティックした場合に別のアクチュエータを同時に操作しているときでもフェールセーフを達成できる油圧駆動システムを提供することを目的としている。
本発明の油圧駆動システムは、アクチュエータの２つのポートの各々に対して作動油を給排することによって対象物を昇降させる油圧駆動システムであって、前記対象物を昇降させるための操作装置に行われる下降操作に応じて第１乃至第３下降信号を出力し、前記操作装置に行われる上昇操作に応じて第１及び第２上昇信号を出力する制御装置と、前記第１上昇信号に応じた圧力の第１パイロット圧を出力する第１電磁比例制御弁と、前記第１下降信号に応じた圧力の第２パイロット圧を出力する第２電磁比例制御弁と、前記第２上昇信号に応じた圧力の第３パイロット圧を出力する第３電磁比例制御弁と、前記第２下降信号に応じた圧力の第４パイロット圧を出力する第４電磁比例制御弁と、前記第４電磁比例制御弁と異なる弁であって、少なくとも前記第３下降信号に応じた圧力の第５パイロット圧を出力する第５電磁比例制御弁と、作動油を吐出する第１及び第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプと、前記２つのポートの各々とに接続され、第１及び第２パイロット圧の差圧に応じて作動し、第１パイロット圧が第２パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記２つのポートのうち一方である第１ポートに供給すると共に前記２つのポートのうちの他方である第２ポートから作動油を排出させ、第２パイロット圧が第１パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記第２ポートに供給する第１制御弁と、前記第２油圧ポンプと、前記第１ポートに接続され、第３及び第４パイロット圧の差圧に応じて作動し、第３パイロット圧が第４パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第２油圧ポンプから吐出される作動油を前記第１ポートに供給し、第４パイロット圧が第３パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１ポートから作動油を排出させる第２制御弁と、前記第１ポートと前記第２制御弁との間を閉じて前記第１ポートからの作動油の排出を阻止するロック弁であって、第５パイロット圧が出力されると、前記第１ポートと前記第２制御弁との間を開いて前記第１ポートから作動油を排出可能とし、前記対象物を下降させるロック弁と、を備えているものである。
本発明に従えば、操作装置に対する下降操作が行われていない場合、第５電磁比例制御弁から第５パイロット圧が出力されないので、ロック弁によって第１ポートからの作動油の排出が阻止される。即ち、対象物を下降させる際に使用する第４電磁比例制御弁の弁体のスティックなどにより、意図せず一次側と二次側とが連通する状態となって第４パイロット圧が出力されている場合であっても、操作装置に対する下降操作が行われていない場合、第１ポートから作動油が排出されることを防ぐことができる。これにより、操作装置に対する下降操作が行われていない場合において、対象物がその自重で意図せずに落下することを防ぐことができる、即ち、第４電磁比例制御弁がスティックしている際において別のアクチュエータを同時に操作しているときでもフェールセーフを達成することができる。
他方、操作装置に対する下降操作が行われている場合には、第５電磁比例制御弁から第５パイロット圧が出力されるので、ロック弁によって第１ポートと第２制御弁との間が開かれる。それ故、第１ポートからの作動油の排出が許容され、操作装置に対する下降操作に応じて対象物を下降させることができる。
上記発明において、前記第５電磁比例制御弁は、前記第２電磁比例制御弁であり、第５パイロット圧は、第２パイロット圧であってもよい。
上記構成に従えば、第５電磁比例制御弁を第２電磁比例制御弁で代用することができるので、第１乃至第４電磁比例制御弁とは別に第５電磁比例制御弁を新たに設ける必要がなく、部品点数の低減を図ることができる。
上記発明において、前記アクチュエータは、ブームシリンダであってもよい。上記構成に従えば、第４電磁比例制御弁のスティックによって対象物であるブームがその自重により意図せずに落下することを防ぐことができる。
本発明によれば、自重により落下しうるアクチュエータを下降させる際に使用する第４電磁比例制御弁の弁体のスティックなどにより、意図せず一次側と二次側とが連通する状態となって第４パイロット圧が出力されている場合に、別のアクチュエータを同時に操作しているときでもフェールセーフを達成できる。
本件発明に係る実施形態の油圧駆動システムの油圧回路を示す回路図である。
以下、本発明に係る油圧駆動システム１について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する油圧駆動システム１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
油圧ショベル、ホイルローダ、及び油圧クレーン等の建設機械は、バケット及び巻上機などの種々のアタッチメントを夫々備えており、このアタッチメントを対象物であるブーム及びアームを昇降させることによって上げ下げすることができる。このようにブーム及びアームを昇降させるべく、建設機械はブームシリンダ及びアームシリンダ等の種々のアクチュエータを備えており、各アクチュエータは、作動油を供給することによって作動する。また、建設機械は、図１に示すような油圧駆動システム１を備えており、油圧駆動システム１によって各アクチュエータに作動油を供給してそれらを作動している。以下では、建設機械の一例である油圧ショベルに備わる油圧駆動システム１の構成について、詳しく説明する。
＜油圧駆動システム＞
油圧駆動システム１は、ブームシリンダ２、及びアームを動かすためのアームシリンダの他に、バケットを動かすためのバケットシリンダ、ブームが取り付けられる旋回体を動かす旋回用モータ、及び走行装置を動かすための走行用モータ等の種々のアクチュエータに接続されており、それらに作動油を供給して各種アクチュエータを作動させている。なお、図１では、第１実施形態の油圧駆動システム１に特に関連しているブームのアクチュエータ（即ち、ブームシリンダ２）以外のアクチュエータについては図示せず、また以下においてそれらの詳しい説明も省略する。
更に詳細に説明すると、油圧駆動システム１は、第１及び第２油圧ポンプ１１，１２と、油圧供給装置１３とを有している。２つの油圧ポンプ１１，１２は、例えばタンデム型のダブルポンプであり、共有する入力軸１４によって駆動可能に構成されている。なお、２つの油圧ポンプ１１，１２は、必ずしもタンデム型のダブルポンプである必要はなく、パラレル型のダブルポンプであってもよく、また各々が別々に形成されるシングルポンプであってもよい。また、入力軸１４には、エンジン又は電動機等の駆動源１５に繋がっており、駆動源１５が入力軸１４を回転させることによって２つの油圧ポンプ１１，１２から圧油が吐出される。このように構成されている２つの油圧ポンプ１１，１２は、いわゆる可変容量型の斜板ポンプである。即ち、２つの油圧ポンプ１１，１２は、斜板１１ａ，１２ａを夫々有しており、斜板１１ａ，１２ａの傾転角を変えることによって吐出容量を変えることができる。また、斜板１１ａ、１２ａには、図示しない傾転角調整機構が夫々設けられており、傾転角調整機構によって斜板１１ａ，１２ａの傾転角が変えられる。
このような機能を有する２つの油圧ポンプ１１，１２は、油圧供給装置１３を介してブームシリンダ２を含む複数のアクチュエータに繋がっており、各アクチュエータには油圧供給装置１３を介して作動油が供給されている。また、油圧供給装置１３は、各アクチュエータに供給される作動油の方向を切換え、また供給する作動油の流量を変えることができる。即ち、作動油の方向を切換えることによって各アクチュエータの駆動方向が切換えられ、また作動油の流量を変えることによってアクチュエータの駆動速度を変えられるようになっている。更に詳細に説明すると、油圧供給装置１３は、アクチュエータ毎に対応する方向制御弁を有しており、対応する方向制御弁を作動させることによって対応するアクチュエータに作動油を流すようになっている。
即ち、油圧供給装置１３は、第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２、並びに、図示しない一対の走行用方向制御弁、旋回用方向制御弁、アーム用方向制御弁、及びバケット用方向制御弁等の各種方向制御弁を有している。これらの方向制御弁は、２つの油圧ポンプ１１，１２の何れかに対応し、また対応する油圧ポンプ１１，１２に並列して接続されている。例えば、第１油圧ポンプ１１には、一方の走行用方向制御弁、第１ブーム用方向制御弁２１、及びバケット用方向制御弁等が第１主通路２３を介して並列して接続され、第２油圧ポンプ１２には、他方の走行用方向制御弁、第２ブーム用方向制御弁２２、旋回用方向制御弁、及びアーム用方向制御弁が第２主通路２４を介して並列して接続されている。なお、ブーム用方向制御弁２１，２２はブームシリンダ２に対応し、一対の走行用方向制御弁は走行装置、旋回用方向制御弁は旋回モータ、アーム用方向制御弁はアームシリンダ、バケット用方向制御弁はバケットシリンダに対応させて各油圧ポンプ１１，１２に接続されている。
また、各油圧ポンプ１１，１２は、第１及び第２バイパス通路２５，２６に夫々繋がっており、各油圧ポンプ１１，１２から吐出される作動油は、各バイパス通路２５，２６を介してタンク２７に排出される。また、第１バイパス通路２５には、一方の走行用方向制御弁、第１ブーム用方向制御弁２１、及びバケット用方向制御弁等が直列して接続されており、それらの方向制御弁が作動すると第１バイパス通路２５が閉じられて前記方向制御弁に対応するアクチュエータに作動油が供給される。他方、第２バイパス通路２６には、他方の走行用方向制御弁、第２ブーム用方向制御弁２２、旋回用方向制御弁、及びアーム用方向制御弁等が直列して接続されており、それらの方向制御弁が作動すると第２バイパス通路２６が閉じられて前記方向制御弁に対応するアクチュエータに作動油が供給される。これらの方向制御弁は、操作装置（図１においてブーム用方向制御弁２１，２２用のものを除き図示しない）の操作に応じて作動し、その操作量に応じた開口面積で油圧ポンプ１１，１２からアクチュエータへ油の供給を調整する、即ち操作量に応じた駆動速度で対応するアクチュエータを作動させる。以下では、第１実施形態の油圧駆動システム１に特に関連しているブームを作動させる方向制御弁、即ち第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２について詳しく説明する。
第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２は、ブームシリンダ２の動作を制御するための弁であり、前述の通り第１及び第２油圧ポンプ１１，１２に夫々接続されている。即ち、第１制御弁の一例である第１ブーム用方向制御弁２１は、第１主通路２３及び第１バイパス通路２５を介して第１油圧ポンプ１１と接続されている。また、第１ブーム用方向制御弁２１は、ブームシリンダ２及びタンク２７に接続されており、それらの接続状態を切換えることによって作動油の流れる方向を切換えてブームシリンダ２を伸縮させる。
更に詳細に説明すると、第１アクチュエータの一例であるブームシリンダ２は、複動式のシリンダーであり、２つのポート２ａ，２ｂを有している。即ち、ブームシリンダ２は、一方のポートであるヘッド側ポート２ａ（第１ポート）に作動油を供給し且つ他方のポートであるロッド側ポート２ｂ（第２ポート）から作動油を排出させると伸長する。他方、ヘッド側ポート２ａから作動油を排出させることによってブームシリンダ２は縮退する。このように構成されるブームシリンダ２では、その各ポート２ａ，２ｂがヘッド側通路２８及びロッド側通路２９を介して第１ブーム用方向制御弁２１に夫々接続されており、第１ブーム用方向制御弁２１は、２つの通路２８，２９の接続先を切換えてブームシリンダ２を伸長及び縮退させる。このような機能を有する第１ブーム用方向制御弁２１は、３ファンクションの方向制御弁であり、スプール２１ａを有している。
スプール２１ａは、中立位置Ｍ１から第１オフセット位置Ｒ１及び第２オフセット位置Ｌ１に夫々移動することができ、中立位置Ｍ１に位置する状態で、２つの通路２８，２９と第１主通路２３とタンク２７との間を全て遮断する。この際、第１バイパス通路２５は開いており、それに伴って第１油圧ポンプ１１からの作動油が第１バイパス通路２５を通って第１ブーム用方向制御弁２１の下流側（即ち、バケット用方向制御弁等の他の方向制御弁の方）へと流れる。他方、スプール２１ａが第１オフセット位置Ｒ１に移動すると、ヘッド側通路２８が第１主通路２３と接続され、ロッド側通路２９がタンク２７に接続される。これにより、ヘッド側ポート２ａに作動油が供給されると共にロッド側ポート２ｂから作動油が排出され、ブームシリンダ２が伸長する。他方、スプール２１ａが第２オフセット位置Ｌ１に移動すると、ヘッド側通路２８及びタンク２７が遮断され、ロッド側通路２９が第１主通路２３に接続される。これにより、ロッド側ポート２ｂに作動油が供給され、ブームシリンダ２を縮退させることが可能な状態になる。なお、各オフセット位置Ｒ１，Ｌ１において第１バイパス通路２５は閉じられており、第１油圧ポンプ１１からの作動油が第１バイパス通路２５を通ってタンク２７に導かれることが阻止されている。これにより、ブームシリンダ２に作動油を供給することができる。また、油圧供給装置１３では、第１ブーム用方向制御弁２１及び第２ブーム用方向制御弁２２が協働してブームシリンダ２を伸縮させるようになっており、第２ブーム用方向制御弁２２が以下のように構成されている。
即ち、第２制御弁の一例である第２ブーム用方向制御弁２２は、前述の通り、第１ブーム用方向制御弁２１と協働してブームシリンダ２を伸縮させる弁であり、第２主通路２４及び第２バイパス通路２６を介して第２油圧ポンプ１２と接続されている。また、第２ブーム用方向制御弁２２は、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａとロック弁３２を介して接続され、また、タンク２７と接続されており、第２主通路２４とヘッド側ポート２ａとの接続状態、及び第２バイパス通路２６の開閉を切換えることによって作動油の流れる方向を切換えてブームシリンダ２を伸長させる。
更に詳細に説明すると、第２ブーム用方向制御弁２２は、合流通路３０を介してヘッド側ポート２ａに接続されている。即ち、合流通路３０は、ヘッド側通路２８に繋がっており、第２ブーム用方向制御弁２２は、合流通路３０及びヘッド側通路２８を介してヘッド側ポート２ａに接続されている。なお、ヘッド側通路２８には、合流通路３０を介して導かれる作動油が第１ブーム用方向制御弁２１の方へと逆流しないように逆止弁３１が介在している。即ち、逆止弁３１は、第１ブーム用方向制御弁２１からヘッド側ポート２ａに向かう作動油の流れを許容し、且つヘッド側ポート２ａから第２ブーム用方向制御弁２２に向かう作動油の流れを阻止する。
このように構成されている第２ブーム用方向制御弁２２は、合流通路３０と第２主通路２４との接続状態を切換えるようになっており、それらを接続することによって第２油圧ポンプ１２からの作動油を第１油圧ポンプ１１からの作動油に合流させてヘッド側ポート２ａに供給することができる。このような機能を有する第２ブーム用方向制御弁２２もまた、３ファンクションの方向制御弁で構成されており、スプール２２ａを有している。
スプール２２ａは、中立位置Ｍ２と第１オフセット位置Ｒ２及び第２オフセット位置Ｌ２との間で移動することができ、中立位置Ｍ２に位置する際、合流通路３０及び第２主通路２４を遮断する。この際、第２バイパス通路２６は開いており、第２油圧ポンプ１２からの作動油は第２バイパス通路２６を通って第２ブーム用方向制御弁２２の下流側（即ち、旋回用方向制御弁及びアーム用制御弁等の他の方向制御弁の方）へと流れる。他方、スプール２２ａが第１オフセット位置Ｒ２に移動すると、合流通路３０が第２主通路２４と接続され、第２油圧ポンプ１２の作動油が合流通路３０及びロック弁３２を介してヘッド側通路２８に導かれる。これにより、第２油圧ポンプ１２の作動油をヘッド側通路２８にて第１油圧ポンプ１１の作動油に合流させて、多量の作動油をヘッド側ポート２ａに導くことができる。即ち、油圧供給装置１３では、ブームを上昇させる際、２つの油圧ポンプ１１，１２の作動油を合流させてブームシリンダ２に導くことができる。また、スプール２２ａが第２オフセット位置Ｌ２に移動すると、ヘッド側通路２８がタンク２７とロック弁３２を介して接続される。これにより、ヘッド側ポート２ａの作動油を排出することができ、ブームシリンダ２を縮退させることができる。なお、各オフセット位置Ｒ２，Ｌ２において第２バイパス通路２６は閉じられており、第２油圧ポンプ１２からの作動油が第２バイパス通路２６を通ってタンク２７に導かれることが阻止されている。これにより、ブームシリンダ２に作動油を供給することができる。
このように構成されている２つのブーム用方向制御弁２１，２２は、パイロット式のスプール弁として構成されており、各スプール２１ａ，２２ａがパイロット圧Ｐ１～Ｐ４を夫々受圧することによって移動する。即ち、スプール２１ａの各端部には、第１パイロット圧Ｐ１及び第２パイロット圧Ｐ２が互いに対抗するように作用しており、スプール２１ａは、これら２つのパイロット圧の差圧Ｐ１－Ｐ２に応じた位置へと移動する。例えば、第１パイロット圧Ｐ１が第２パイロット圧Ｐ２より大きい場合、スプール２１ａは第１オフセット位置Ｒ１に移動し、第２パイロット圧Ｐ２が第１パイロット圧Ｐ１より大きい場合、スプール２１ａは第２オフセット位置Ｌ１に移動する。
更に詳しく説明すると、スプール２１ａには、一対のばね部材２１ｂ，２１ｃが設けられており、ばね部材２１ｂ，２１ｃの各々は、第１パイロット圧Ｐ１及び第２パイロット圧Ｐ２に夫々抗する付勢力をスプール２１ａに与えている。それ故、スプール２１ａは、一対のばね部材２１ｂ，２１ｃによって中立位置Ｍ１に維持され、差圧の絶対値｜Ｐ１－Ｐ２｜が各ばね部材２１ｂ，２１ｃの付勢力に応じた所定の作動圧力以上になると、各オフセット位置Ｒ１，Ｌ１方向へ移動する。移動した後は、スプール２１ａは前述する差圧Ｐ１－Ｐ２に応じたストローク量で移動し、そのストローク量に応じた開度にて各通路２３，２５，２８，２９及びタンク２７を接続する。即ち、第１ブーム用方向制御弁２１では、差圧Ｐ１－Ｐ２に応じた開度にて各通路２３，２５，２８，２９及びタンク２７が接続される。これにより、第１オフセット位置Ｒ１では、ヘッド側通路２８と主通路２３との間の開度を差圧Ｐ１－Ｐ２に応じた開度にて制御することによってヘッド側ポート２ａに流れる作動油の流量を調整する（即ち、メータイン制御）ことができる。
また、第２ブーム用方向制御弁２２のスプール２２ａの各端部には、第３パイロット圧Ｐ３及び第４パイロット圧Ｐ４が対抗するように作用しており、スプール２２ａは、これら２つのパイロット圧の差圧Ｐ３－Ｐ４に応じた位置へと移動する。例えば、第３パイロット圧Ｐ３が第４パイロット圧Ｐ４より大きい場合、スプール２２ａは第１オフセット位置Ｒ２方向に移動し、第４パイロット圧Ｐ４が第３パイロット圧Ｐ３より大きい場合、スプール２２ａは第２オフセット位置Ｌ２方向に移動する。
更に詳しく説明すると、スプール２２ａには、一対のばね部材２２ｂ，２２ｃが設けられており、ばね部材２２ｂ，２２ｃの各々は、第３パイロット圧Ｐ３及び第４パイロット圧Ｐ４に夫々に抗する付勢力をスプール２２ａに与えている。それ故、スプール２２ａは、一対のばね部材２２ｂ，２２ｃによって中立位置に維持され、差圧の絶対値｜Ｐ３－Ｐ４｜が各ばね部材２２ｂ，２２ｃの付勢力に応じた所定の作動圧力以上になると、各オフセット位置Ｒ２，Ｌ２方向へと移動する。この時、スプール２２ａは前述する差圧Ｐ３－Ｐ４に応じたストローク量で移動し、そのストローク量に応じた開度にて各通路２４，２６，３０及びタンク２７が接続されるか、又は通路が遮断される。即ち、第２ブーム用方向制御弁２２でもまた、第４パイロット圧Ｐ４に応じた開度にて（Ｐ３＝０の場合）合流通路３０とタンク２７とが接続される。これにより、第２オフセット位置Ｌ２では、合流通路３０とタンク２７との間差圧Ｐ４－Ｐ３に応じた開度にて制御することによってヘッド側ポート２ａから排出される作動油の流量を調整する（即ち、メータアウト制御）ことができる。
このように２つのブーム用方向制御弁２１，２２では、互いに接続される通路２３～２６、２８，２９，３０及びタンク２７の開度がスプール２１ａ，２２ａに夫々与えられるパイロット圧Ｐ１～Ｐ４に応じて制御される。このように構成される第１ブーム用方向制御弁２１には、そのスプール２１ａにパイロット圧Ｐ１，Ｐ２を与えるべく第１及び第２電磁比例制御弁４１，４２が接続され、また第２ブーム用方向制御弁２２には、そのスプール２２ａにパイロット圧Ｐ３，Ｐ４を与えるべく第３及び第４電磁比例制御弁４３，４４が接続されている。
第１乃至第４電磁比例制御弁４１～４４は、パイロットポンプ１６（例えば、ギアポンプ）に接続されており、パイロットポンプ１６から吐出されるパイロット油を減圧して対応するスプール２１ａ，２２ａに出力する。即ち、第１電磁比例制御弁４１からは、第１パイロット圧Ｐ１が出力され、それがスプール２１ａの一端に与えられる。また、第２電磁比例制御弁４２からは、第２パイロット圧Ｐ２が出力され、それがスプール２１ａの他端に与えられる。更に、第３電磁比例制御弁４３からは、第３パイロット圧Ｐ３が出力され、それがスプール２２ａの一端に与えられる。そして、第４電磁比例制御弁４４からは、第４パイロット圧Ｐ４が出力され、それがスプール２２ａの他端に与えられる。なお、各電磁比例制御弁４１～４４は、正比例型の電磁比例弁であり、各々に対して入力される信号（例えば、電流又は電圧）に応じた圧力のパイロット圧Ｐ１～Ｐ４を出力する。このように構成されている各電磁比例制御弁４１～４４は、それらの動作を制御すべく制御装置５０に接続されている。
制御装置５０は、各電磁比例制御弁４１～４４の動作を制御すべく各電磁比例制御弁４１～４４に信号を出力する。また、制御装置５０には、ブーム用操作装置５１が電気的に接続されている。操作装置の一例であるブーム用操作装置５１は、例えば電気ジョイスティック又は油圧操作弁であり、ブームを操作するための装置である。油圧操作弁の場合は、操作圧を検出する圧力センサを備えており、操作量に応じた電気信号を制御装置に出力する。更に詳細に説明すると、ブーム用操作装置５１は、操作レバー５１ａを有しており、操作レバー５１ａが所定の傾倒方向一方及び他方に傾倒可能に構成されている。また、ブーム用操作装置５１は、操作レバー５１ａの傾倒方向及び傾倒量に応じた信号を制御装置５０に出力し、制御装置５０は、ブーム用操作装置５１から入力される信号に応じて各電磁比例制御弁４１～４４に出力する。
更に詳細に説明すると、ブームを上昇させるべく操作レバー５１ａが傾倒方向一方に倒される（即ち、上昇操作が行われる）と、ブーム用操作装置５１から出力される信号に基づいて制御装置５０がその傾倒量に応じた値（即ち、電流値又は電圧値）の第１及び第２上昇信号を第１電磁比例制御弁４１及び第３電磁比例制御弁４３に夫々出力する。これにより、第１及び第３電磁比例制御弁４１，４３の各々からパイロット圧Ｐ１，Ｐ３が出力され、第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２を介して２つの油圧ポンプ１１，１２の油圧がヘッド側ポート２ａに導かれる。これにより、ブームシリンダ２が伸長し、ブームが上昇する。
他方、ブームを下降させるべく操作レバー５１ａが傾倒方向他方に倒される（即ち、下降操作が行われる）と、ブーム用操作装置５１から出力される信号に基づいて制御装置５０がその傾倒量に応じた値（即ち、電流値又は電圧値）の第１及び第２下降信号を第２及び第４電磁比例制御弁４２，４４夫々に出力する。これにより、第２及び第４電磁比例制御弁４２，４４の各々からパイロット圧Ｐ２，Ｐ４が夫々出力される。そうすると、第１油圧ポンプ１１の作動油が第１ブーム用方向制御弁２１を介してロッド側ポート２ｂに供給されると共に、第２ブーム用方向制御弁２２を介してヘッド側ポート２ａの作動油がタンク２７に排出される。これにより、ブームシリンダ２を縮退させてブームを下降させることができる。
このように構成される油圧供給装置１３は、ブームをその位置にて保持すべくロック弁３２を更に備えている。ロック弁３２は、合流通路３０に介在しており、合流通路３０を開閉可能に構成されている。更に詳細に説明すると、ロック弁３２は、プランジャ３２ａとばね部材３２ｂとを有している。プランジャ３２ａは、弁座３２ｃに着座する閉位置に移動することによって合流通路３０を閉じ、また弁座３２ｃから離れる開位置に移動することによって合流通路３０を開く。このように移動するプランジャ３２ａには、ばね部材３２ｂが設けられており、ばね部材３２ｂは、プランジャ３２ａを弁座３２ｃに着座させる方向、即ち、閉方向に付勢している。また、プランジャ３２ａには、このばね部材３２ｂの付勢力に抗するように以下のような圧力が作用する。
即ち、ロック弁３２は、前述の通り合流通路３０に介在しており、合流通路３０は、ロック弁３２よりヘッド側ポート２ａ側に位置するポート側部分３０ａと、ロック弁３２より第２ブーム用方向制御弁２２側に位置する弁側部分３０ｂとから構成されている。プランジャ３２ａは、これらポート側部分３０ａ及び弁側部分３０ｂの油圧をばね部材３２ｂの付勢力に抗する方向、即ちプランジャ３２ａを弁座３２ｃから離す開方向に受けている。また、ロック弁３２には、パイロット室（ばね室）３２ｄが形成されており、プランジャ３２ａは、パイロット室３２ｄの油圧をポート側部分３０ａ及び弁側部分３０ｂの油圧に抗する方向、即ち閉方向に受けている。また、前記ロック弁３２のパイロット室３２ｄには選択弁３３が接続されている。
選択弁３３は、２ファンクションの方向切換弁であり、スプール３３ａを有している。スプール３３ａは、中立位置Ｍ３とオフセット位置Ｌ３との間で移動する。スプール３３ａは、中立位置Ｍ３に位置する状態でロック弁３２のパイロット室３２ｄを合流通路３０のポート側部分３０ａに接続する。これにより、プランジャ３２ａによって合流通路３０が閉じられる。また、スプール３３ａがオフセット位置Ｌ３に移動すると、パイロット室３２ｄがタンク２７と接続され、パイロット室３２ｄの油圧がタンク圧となる。そうすると、プランジャ３２ａを閉方向に押す力より開方向に押す力の方が大きくなり、プランジャ３２ａが開方向に移動して合流通路３０が開く。
このように、選択弁３３では、そのスプール３３ａを移動させてパイロット室３２ｄの油圧を切換えることによって合流通路３０を開閉することができる。このような機能を有する選択弁３３のスプール３３ａには、ばね部材３３ｂが設けられており、ばね部材３３ｂによって中立位置Ｍ３に付勢されている。また、スプール３３ａには、このばね部材３３ｂの付勢力に抗するように第２パイロット圧Ｐ２が作用しており、ばね部材３３ｂの付勢力によって決まる所定の解除圧力Ｐｂ以上の第２パイロット圧Ｐ２がスプール３３ａに作用することによってスプール３３ａが中立位置Ｍ３からオフセット位置Ｌ３に移動する。このように構成されているスプール３３ａには、そこに第２パイロット圧Ｐ２を与えるべく第２電磁比例制御弁４２が繋がっている。
第５電磁比例制御弁でもある第２電磁比例制御弁４２には、前述の通り第１ブーム用方向制御弁２１のスプール２１ａが接続されており、それに加えて選択弁３３のスプール３３ａが第１ブーム用方向制御弁２１に並列して接続されている。即ち、第２電磁比例制御弁４２は、第３下降信号でもある第２下降信号が入力されるとスプール２１ａに加えてスプール３３ａにも第２パイロット圧Ｐ２（第５パイロット圧に相当）を出力する。それ故、ブームを下降させるべく操作レバー５１ａが傾倒方向他方に倒された場合、スプール３３ａがオフセット位置Ｌ３に移動し、ロック弁３２のプランジャ３２ａが開位置へと移動可能となる。これにより、合流通路３０が開き、作動油をヘッド側ポート２ａから第２ブーム用方向制御弁２２を介してタンク２７に排出させることができる。そうすることで、ロック弁３２が介在してもブームシリンダ２を縮退させ、ブームを下降させることができる。
また、操作レバー５１ａが傾倒方向一方に倒されて制御装置５０から第３電磁比例制御弁４３に第２上昇信号が出力されると、第３電磁比例制御弁４３から第３パイロット圧が出力され、第２ブーム用方向制御弁２２のスプール２２ａが第１オフセット位置Ｒ２に移動する。そうすると、合流通路３０の弁側部分３０ｂと第２主通路２４とが接続され、第２油圧ポンプ１２からの作動液が弁側部分３０ｂに導かれる。通常のチェック弁と同様、ロック弁３２のパイロット室３２ｄに導かれる油圧は、ポート側部分３０ａの油圧よりプランジャ３２ａの外側を通過する際の圧力低下分だけ小さいので通路３０が開く。これにより、第１ブーム用方向制御弁２１からヘッド側ポート２ａへの作動油の流れが許容され、ヘッド側通路２８にロック弁３２を介在させても、２つの油圧ポンプ１１，１２の作動油を合流させてヘッド側ポート２ａに導くことができる。即ち、ブームシリンダ２を伸長させてブームを上昇させることができる。
更に、操作レバー５１ａが操作されない場合には、制御装置５０から第２下降信号が出力されず、第２パイロット圧Ｐ２が略ゼロとなる。それ故、選択弁３３のスプール３３ａが中立位置Ｍ３にて維持され、ロック弁３２のパイロット室３２ｄにポート側部分３０ａの油圧が導かれる。そうすると、プランジャ３２ａが閉位置に移動し、合流通路３０が閉じられる。ヘッド側通路２８もまた逆止弁３１によって閉じられているので、ヘッド側ポート２ａと第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２との間が完全に遮断され、ヘッド側ポート２ａから作動油の排出ができなくなる。それ故、操作レバー５１ａが操作されない場合には、ブームをその位置に保持することができる。
このように構成されている油圧駆動システム１では、第４電磁比例制御弁４４が故障してその弁体が一次側と二次側とが連通する状態でスティックした場合や電気系統の故障で第４パイロット圧が出力された場合、第２ブーム用方向制御弁２２のスプール２２ａに第４パイロット圧Ｐ４が常時作用することになる。これにより、第２ブーム用方向制御弁２２のスプール２２ａが第２オフセット位置Ｌ２にて保持される。そうすると、合流通路３０がタンク２７と常時接続された状態となるが、この状態において油圧駆動システム１は、以下のようなフェールセーフを達成している。
即ち、操作レバー５１ａが操作されない場合、前述の通り、制御装置５０から第２下降信号が出力されないので、合流通路３０を閉じている状態が維持されている。それ故、操作レバー５１ａが操作されない場合には、第４電磁比例制御弁４４の弁体が一次側と二次側とが連通する状態でスティックした場合や電気系統の故障で二次圧が意図せず発生した場合でも、ヘッド側ポート２ａの作動油が排出されることがない。即ち、ブームをその位置に保持させることができ、ブームがその自重によって意図せず下降することを防ぐことができる。このように油圧駆動システム１では、第４電磁比例制御弁４２の弁体がスティック等により意図せず二次圧が発生した際において別のアクチュエータを同時に操作しているとき（即ち、他の操作装置が操作されているとき）でもフェールセーフを達成することができる。
更に、第２電磁比例制御弁４２において、その弁体が一次側と二次側とが連通する状態でスティックした場合には、次のようにフェールセーフが達成される。即ち、ヘッド側通路２８では、逆止弁３１によってタンク２７に戻る方向への流れが阻止されている。また、合流通路３０のロック弁３２が解除されるが、第２ブーム用方向制御弁２２のスプール２２ａが中立位置Ｍ２に位置するので、第２ブーム用方向制御弁２２によって合流通路３０とタンク２７との間が遮断される。それ故、第４電磁比例制御弁４２において、その弁体が一次側と二次側とが連通する状態でスティックした場合においてもフェールセーフを達成することができる。
他方、ブームを下降させるべく操作レバー５１ａを傾倒方向他方に倒すと、第２下降信号が第２電磁比例制御弁４２に入力され、第２電磁比例制御弁４２から選択弁３３のスプール３３ａに第２パイロット圧Ｐ２が出力される。これにより、スプール３３ａがオフセット位置Ｌ３に移動し、それに伴ってロック弁３２のパイロット室３２ｄがタンク２７と連通される。これにより、合流通路３０の圧力がばねに対応する圧力以上ある限り、合流通路３０のポート側部分３０ａと弁側部分３０ｂとが連通される。それ故、ヘッド側ポート２ａからタンク２７への作動油の排出が許容され、ブームを下降させることができる。
［その他の実施形態について］
本実施形態の油圧駆動システム１では、それを油圧ショベルに適用した場合について説明したが、適用される対象は油圧ショベルに限定されない。即ち、油圧駆動システム１が油圧クレーン及びホイルローダ等の建設機械やフォークリフト等の建設車両に適用されてもよい。また、本実施形態の油圧駆動システム１では、昇降させる対象物がブームであるが、ブームに限定されずアームや巻上機のフック等であってもよい。これらの場合、アクチュエータはアームシリンダ及び巻上用モータである。
また、本実施形態の油圧駆動システム１では、選択弁３３のスプール３３ａにパイロット圧を与える電磁比例制御弁を第２電磁比例制御弁４２と共用しているが、必ずしも共用する必要はなく、それらとは別に新たに備えるようにしてもよい。また、本実施形態の油圧駆動システム１において第１乃至第４電磁比例制御弁４１～４４は、第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２と別体で形成されているが、必ずしもこのように形成されている必要はない。即ち、第１乃至第４電磁比例制御弁４１～４４は第１及び第２ブーム用方向制御弁２１，２２と一体的に構成されていてもよく、その形態は問わない。
１ 油圧駆動システム
２ ブームシリンダ（アクチュエータ）
２ａ ヘッド側ポート（第１ポート）
２ｂ ロッド側ポート（第２ポート）
１１ 第１油圧ポンプ
１２ 第２油圧ポンプ
２１ 第１ブーム用方向制御弁（第１制御弁）
２２ 第２ブーム用方向制御弁（第２制御弁）
３２ ロック弁
４１ 第１電磁比例制御弁
４２ 第２電磁比例制御弁（第５電磁比例制御弁）
４３ 第３電磁比例制御弁
４４ 第４電磁比例制御弁
５０ 制御装置
５１ ブーム用操作装置（操作装置）

Claims (3)

  1. アクチュエータの２つのポートの各々に対して作動油を給排することによって対象物を昇降させる油圧駆動システムであって、
    前記対象物を昇降させるための操作装置に行われる下降操作に応じて第１乃至第３下降信号を出力し、前記操作装置に行われる上昇操作に応じて第１及び第２上昇信号を出力する制御装置と、
    前記第１上昇信号に応じた圧力の第１パイロット圧を出力する第１電磁比例制御弁と、
    前記第１下降信号に応じた圧力の第２パイロット圧を出力する第２電磁比例制御弁と、
    前記第２上昇信号に応じた圧力の第３パイロット圧を出力する第３電磁比例制御弁と、
    前記第２下降信号に応じた圧力の第４パイロット圧を出力する第４電磁比例制御弁と、
    前記第４電磁比例制御弁と異なる弁であって、少なくとも前記第３下降信号に応じた圧力の第５パイロット圧を出力する第５電磁比例制御弁と、
    作動油を吐出する第１及び第２油圧ポンプと、
    前記第１油圧ポンプと、前記２つのポートの各々とに接続され、第１及び第２パイロット圧の差圧に応じて作動し、第１パイロット圧が第２パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記２つのポートのうち一方である第１ポートに供給すると共に前記２つのポートのうちの他方である第２ポートから作動油を排出させ、第２パイロット圧が第１パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記第２ポートに供給する第１制御弁と、
    前記第２油圧ポンプと、前記第１ポートに接続され、第３及び第４パイロット圧の差圧に応じて作動し、第３パイロット圧が第４パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第２油圧ポンプから吐出される作動油を前記第１ポートに供給し、第４パイロット圧が第３パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１ポートから作動油を排出させる第２制御弁と、
    前記第１ポートと前記第２制御弁との間を閉じて前記第１ポートからの作動油の排出を阻止するロック弁であって、第５パイロット圧が出力されると、前記第１ポートと前記第２制御弁との間を開いて前記第１ポートから作動油を排出可能とし、前記対象物を下降させるロック弁と、を備えている、油圧駆動システム。
  2. 前記アクチュエータは、ブームシリンダである、請求項１に記載の油圧駆動システム。
  3. アクチュエータの２つのポートの各々に対して作動油を給排することによって対象物を昇降させる油圧駆動システムであって、
    前記対象物を昇降させるための操作装置に行われる下降操作に応じて第１及び第２下降信号を出力し、前記操作装置に行われる上昇操作に応じて第１及び第２上昇信号を出力する制御装置と、
    前記第１上昇信号に応じた圧力の第１パイロット圧を出力する第１電磁比例制御弁と、
    前記第１下降信号に応じた圧力の第２パイロット圧を出力する第２電磁比例制御弁と、
    前記第２上昇信号に応じた圧力の第３パイロット圧を出力する第３電磁比例制御弁と、
    前記第２下降信号に応じた圧力の第４パイロット圧を出力する第４電磁比例制御弁と、
    作動油を吐出する第１及び第２油圧ポンプと、
    前記第１油圧ポンプと、前記２つのポートの各々とに接続され、第１及び第２パイロット圧の差圧に応じて作動し、第１パイロット圧が第２パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記２つのポートのうち一方である第１ポートに供給すると共に前記２つのポートのうちの他方である第２ポートから作動油を排出させ、第２パイロット圧が第１パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１油圧ポンプから吐出される作動油を前記第２ポートに供給する第１制御弁と、
    前記第２油圧ポンプと、前記第１ポートに接続され、第３及び第４パイロット圧の差圧に応じて作動し、第３パイロット圧が第４パイロット圧より大きい場合に前記対象物を上昇させるべく前記第２油圧ポンプから吐出される作動油を前記第１ポートに供給し、第４パイロット圧が第３パイロット圧より大きい場合に前記対象物を下降させるべく前記第１ポートから作動油を排出させる第２制御弁と、
    前記第１ポートと前記第２制御弁との間を閉じて前記第１ポートからの作動油の排出を阻止するロック弁であって、第２パイロット圧が出力されると、前記第１ポートと前記第２制御弁との間を開いて前記第１ポートから作動油を排出可能とし、前記対象物を下降させるロック弁と、を備えている、油圧駆動システム。
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