JP2000266009A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

アクチュエータ制御装置

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JP2000266009A
JP2000266009A JP11072924A JP7292499A JP2000266009A JP 2000266009 A JP2000266009 A JP 2000266009A JP 11072924 A JP11072924 A JP 11072924A JP 7292499 A JP7292499 A JP 7292499A JP 2000266009 A JP2000266009 A JP 2000266009A
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JP
Japan
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valve
pump
actuator
meter
valves
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Tomio Mizuno
富雄 水野
Kazunori Yoshino
和憲 吉野
Kimimasa Onda
公正 恩田
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Original Assignee
Caterpillar Mitsubishi Ltd
Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作弁の連数を削減してコンパクト化を図
る。 【解決手段】 複数のポンプ12，13と、ポンプ圧油によ
り作動する複数のアクチュエータ14bo，14st，14bu，14
trL ，14trR ，14swとの間に、それぞれのアクチュエー
タを１対１で制御する複数の操作弁15bo，15st，15bu，
15trL ，15trR ，15swを内蔵したコントロール弁15を設
置する。このコントロール弁15内にて、複数のポンプ1
2，13から圧油を供給するポンプライン21，22間に流量
結合弁23を設ける。この流量結合弁23は、複数のポンプ
12，13からのポンプ圧油を分流させて各操作弁に供給す
る閉位置clと、合流させて各操作弁に供給する開位置op
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量結合弁を有す
るアクチュエータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来より油圧ショベルなどの建設
機械に搭載されている油圧システムを示す。
【０００３】図５の中央に位置するコントロール弁１の
中には、メータイン制御、メータアウト制御およびバイ
パス制御を一体的に行なうフレキシビリティに乏しい８
本のスプール弁１bo1 ，１bo2 ，１st1 ，１st2 ，１b
u，１trL ，１trR ，１swと、走行直進性を確保する１
本の走行直進用スプール弁１str とが含まれている。
【０００４】すなわち、このコントロール弁１には、２
個のメインポンプ２，３より圧油が供給されており、２
個分のポンプ圧油を合流供給することが必要なアクチュ
エータであるブームシリンダ４boおよびスティックシリ
ンダ４stには、ブーム用およびスティック用の余剰のス
プール弁１bo2 ，１st2 から２個目のポンプの圧油を供
給してやる必要があり、本来の方向制御を行なうブーム
用およびスティック用のスプール弁１bo1 ，１st1 と合
わせて、上記８連のスプール弁が必要となっている。な
お、４buはバケットシリンダ、４trL は左走行用モー
タ、４trR は右走行用モータ、４swは上部旋回用モータ
である。
【０００５】また、走行系とその他のアクチュエータと
を同時操作したときの走行直進性を確保するための１本
の走行直進用スプール弁１str と合わせると、合計で９
連のスプール弁が必要で、冗長な構造となっている。
【０００６】また、シリンダ系のスプール弁にはスプー
ル弁以外に供給ラインの圧力保護を行なうメークアップ
機能付きラインリリーフ弁５が必要で、これを別途設け
るスペースがコントロール弁１に必要となる。
【０００７】さらに、従来のコントロール弁１は、メー
タイン通路、メータアウト通路およびバイパス通路が、
各スプール弁に個々にある一定エンジン回転数のときに
最適化されたノッチで加工されているため、負荷圧の変
動やエンジン回転数の変化があった場合の油圧ポンプ吐
出流量変動があったときにバランスが崩れて、操作性が
悪化する問題もかかえている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の装
置においては、スプール弁の連数が多く、メークアップ
機能付きリリーフ弁も必要となるので、コントロール弁
のコンパクト化が困難であり、また、各スプール弁に加
工されたノッチとエンジン回転数との間の好バランスポ
イントがある狭い範囲の条件でしか成立しないことか
ら、エンジン回転数などの変化が操作性に影響する問題
がある。
【０００９】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、操作弁の連数を削減してコンパクト化を図り、操
作性の向上を図ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、複数のポンプと、複数のポンプから供給されたポ
ンプ圧液により作動される複数のアクチュエータと、複
数のポンプと複数のアクチュエータとの間に位置してそ
れぞれのアクチュエータを１対１で制御する複数の操作
弁と、複数のポンプから供給されたポンプ圧液の通路間
に設けられ複数のポンプからのポンプ圧液を分流させて
操作弁に供給する閉位置および合流させて操作弁に供給
する開位置を有する流量結合弁とを具備したアクチュエ
ータ制御装置である。
【００１１】そして、流量結合弁により、アクチュエー
タと１対１で設けられた操作弁にも十分なポンプ圧液を
供給することで、操作弁の連数を従来より削減し、その
設置スペースのコンパクト化を図る。
【００１２】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載のアクチュエータ制御装置において、全ての操作弁お
よび流量結合弁をコントロール弁に内蔵したものであ
る。
【００１３】そして、操作弁の連数削減により、コント
ロール弁を全体的にコンパクト化する。
【００１４】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の操作弁が、ポンプとアクチュエータとの間
に設けられ入力信号に応じて流量制御するメータインバ
ルブと、アクチュエータとタンクとの間に設けられ入力
信号に応じて流量制御するメータアウトバルブとを具備
したものである。
【００１５】そして、メータインバルブとメータアウト
バルブとにより、メータイン側とメータアウト側とを個
別に分離制御することで、現状の好バランスポイントが
ある狭い範囲の条件でしか成立しないという欠点を解消
して、状況変化に柔軟に対処する。
【００１６】請求項４に記載された発明は、請求項３記
載のメータアウトバルブが、外部からの信号により連続
的に流量制御するパイロット弁と、このパイロット弁に
よるパイロット制御によりタンクにドレンされる流量を
制御するポペット弁とを具備したものである。
【００１７】そして、外部からの信号により流量制御用
のパイロット弁を介してポペット弁をパイロット制御し
て、ポペット弁からドレンされる大流量を制御し、流量
増幅機能を得る。
【００１８】請求項５に記載された発明は、請求項４記
載のアクチュエータ制御装置において、アクチュエータ
の過大な負荷圧によりポペット弁をドレン制御する圧力
制御弁を具備したものである。
【００１９】そして、アクチュエータに過大な負荷圧が
生ずると、その負荷圧により圧力制御弁が作動してポペ
ット弁をドレン制御するから、直ちに過負荷は解消さ
れ、高価なラインリリーフ弁を別途設ける必要がない。
【００２０】請求項６に記載された発明は、請求項４ま
たは５記載のポペット弁が、このポペット弁に接続され
た回路内に生じた負圧により開くメークアップ機能を備
えたものである。
【００２１】そして、回路内に負圧が生じると、その負
圧によりポペット弁が開くから、このポペット弁を経て
回路内の負圧発生部にタンク内液が吸込まれるように補
充され、液のボイディングが解消される。
【００２２】請求項７に記載された発明は、請求項３乃
至６のいずれかに記載のアクチュエータ制御装置におい
て、片ロッド・シリンダ型アクチュエータを制御するメ
ータインバルブは、ポンプとアクチュエータの２室との
間の２つのメータイン通路中に２分割されたスプール弁
をそれぞれ設けたものである。
【００２３】そして、片ロッド・シリンダ型アクチュエ
ータのピストンはロッド側室とヘッド側室とで受圧面積
が異なるため、メータイン通路の２つのスプール弁を同
時に開くとともに、メータアウトバルブを閉じることに
より、これらの２室に等しいポンプ圧液が作用しても、
ピストンは受圧面積の大きなヘッド側から受圧面積の小
さなロッド側へ移動し、このとき同時に開かれた２つの
スプール弁を経てロッド側室の液がヘッド側室へ還流す
る再生機能があり、片ロッド・シリンダ型アクチュエー
タの高速作動が可能となる。
【００２４】請求項８に記載された発明は、請求項３乃
至６のいずれかに記載のアクチュエータ制御装置におい
て、モータ型アクチュエータを制御するメータインバル
ブは、１本のスプール弁にまとめたものである。
【００２５】そして、モータ型アクチュエータでは、両
ポート部分の受圧面積が等しく、再生機能が期待できな
いから、メータインバルブを１本のスプール弁にまとめ
ることで、そのコンパクト化を図る。
【００２６】請求項９に記載された発明は、請求項１乃
至８のいずれかに記載のアクチュエータ制御装置におい
て、複数のポンプ系統にて１ポンプ系統につきそれぞれ
１個ずつ設置されたバイパス弁を具備したものである。
【００２７】そして、各操作弁に個々にバイパス弁を設
けず、１ポンプ系統につきそれぞれ１個のバイパス弁を
集約して設置することで、バイパス制御におけるコンパ
クト化を図る。
【００２８】請求項１０に記載された発明は、請求項１
乃至９のいずれかに記載のアクチュエータ制御装置であ
って、左走行用および右走行用の２つの走行用モータを
備えた建設機械において、２つの走行用モータに供給さ
れるポンプ圧液を制御する２つの操作弁が、共通のポン
プ系に設けられたものである。
【００２９】そして、左走行用および右走行用の２つの
走行用モータに対して、異なるポンプ系より異なるポン
プ流量が供給されるおそれがないから、２つの走行用モ
ータは、各モータが駆動する左右走行系の同調機能によ
り常に同一速度で駆動され、従来の走行直進弁を必要と
しない。
【００３０】請求項１１に記載された発明は、請求項１
０記載のアクチュエータ制御装置において、建設機械の
シリンダ型アクチュエータにポンプ圧液を供給するポン
プ系と、モータ型アクチュエータにポンプ圧液を供給す
るポンプ系とが分流、合流する部分に流量結合弁が配置
されたものである。
【００３１】そして、この配置により、１つの流量結合
弁でも、アクチュエータと１対１で設けられた操作弁に
十分なポンプ圧液を供給できる。
【００３２】請求項１２に記載された発明は、請求項１
０記載のアクチュエータ制御装置であって、ブームシリ
ンダ、スティックシリンダ、バケットシリンダ、左走行
用モータ、右走行用モータおよび上部旋回用モータを備
えた油圧ショベルにおいて、一のポンプは、スティック
シリンダの操作弁に常時接続し、一の流量結合弁を経
て、少なくとも左走行用モータ、右走行用モータおよび
上部旋回用モータの各操作弁に圧油を供給し、他のポン
プは、ブームシリンダおよびバケットシリンダの操作弁
に常時接続し、他の流量結合弁を経て、左走行用モー
タ、右走行用モータおよび上部旋回用モータの操作弁に
圧油を供給するとともに、一の流量結合弁および他の流
量結合弁を経て、スティックシリンダの操作弁に圧油を
供給するものである。
【００３３】そして、一の流量結合弁および他の流量結
合弁により、ブームシリンダ、スティックシリンダおよ
びバケットシリンダのもつそれぞれの特徴および負荷圧
の発生するパターンに対応する。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図１乃至図４に
示された種々の実施形態を参照しながら説明する。
【００３５】図１は、油圧ショベルのアクチュエータ制
御装置を示し、タンク11内の作動油としての作動油を吸
込み吐出する２つのポンプ12，13と、これらのポンプ1
2，13から供給されたポンプ圧油により作動される６個
のアクチュエータ14bo，14st，14bu，14trL ，14trR ，
14swとの間に、それぞれのアクチュエータを１対１で制
御する６個の操作弁15bo，15st，15bu，15trL ，15trR
，15swを内蔵したコントロール弁15が配置されてい
る。
【００３６】操作弁15boで制御されるアクチュエータ14
boはブームシリンダであり、操作弁15stで制御されるア
クチュエータ14stはスティックシリンダであり、操作弁
15buで制御されるアクチュエータ14buはバケットシリン
ダであり、操作弁15trL で制御されるアクチュエータ14
trL は左走行用モータであり、操作弁15trR で制御され
るアクチュエータ14trR は右走行用モータであり、操作
弁15swで制御されるアクチュエータ14swは上部旋回用モ
ータである。
【００３７】作業機系の操作弁15bo，15st，15buには、
ポンプ12，13とアクチュエータ14bo，14st，14bu，との
間に設けられ入力信号に応じて流量制御する２分割型の
メータインバルブ16と、アクチュエータ14bo，14st，14
buとタンク11との間に設けられ入力信号に応じて流量制
御するラインリリーフ機能付き流量増幅型のメータアウ
トバルブ17とが、それぞれ分離して設けられている。
【００３８】走行系の操作弁15trL ，15trR には、ポン
プ12，13とアクチュエータ14trL ，14trR との間に設け
られ入力信号に応じて流量制御する１本のメータインバ
ルブ18と、アクチュエータ14trL ，14trR とタンク11と
の間に設けられ入力信号に応じて流量制御する流量増幅
型のメータアウトバルブ19とが、それぞれ分離して設け
られている。
【００３９】旋回系の操作弁15swには、ポンプ12，13と
アクチュエータ14swとの間に設けられ入力信号に応じて
流量制御する１本のメータインバルブ18と、アクチュエ
ータ14swとタンク11との間に設けられ入力信号に応じて
流量制御するラインリリーフ機能付き流量増幅型のメー
タアウトバルブ17とが分離して設けられている。
【００４０】ブームシリンダ、スティックシリンダおよ
びバケットシリンダのような片ロッド・シリンダ型アク
チュエータ14bo，14st，14buのメータイン側をそれぞれ
流量制御するメータインバルブ16は、２分割された２ポ
ート２位置型のスプール弁であり、ポンプ12，13とこれ
らの片ロッド・シリンダ型アクチュエータ14bo，14st，
14buの２室との間の各メータイン通路中に、これらのス
プール弁がそれぞれ設けられている。
【００４１】一方、左走行用モータ、右走行用モータお
よび上部旋回用モータのようなモータ型アクチュエータ
14trL ，14trR ，14swのメータイン側をそれぞれ流量制
御するメータインバルブ18は、１本の３ポート３位置型
のスプール弁にまとめられている。
【００４２】また、ブームシリンダ、スティックシリン
ダ、バケットシリンダおよび上部旋回用モータのような
負荷変動型のアクチュエータ14bo，14st，14bu，14swの
メータアウト側をそれぞれ流量制御するメータアウトバ
ルブ17は、２分割されたラインリリーフ機能付き流量増
幅型のポペット弁であり、タンク11と各アクチュエータ
14bo，14st，14bu，14swの２室との間の各メータアウト
通路中に、これらのポペット弁がそれぞれ設けられてい
る。
【００４３】一方、左走行用モータおよび右走行用モー
タのようなアクチュエータ14trL ，14trR のメータアウ
ト側をそれぞれ流量制御するメータアウトバルブ19は、
ラインリリーフ機能付き弁ではないが、２分割された流
量増幅型のポペット弁が、タンク11と各アクチュエータ
14trL ，14trR の２室との間の各メータアウト通路中に
それぞれ設けられている。
【００４４】また、コントロール弁15内の、２つのポン
プ12，13から供給されたポンプ圧油の通路としてのポン
プライン21，22間には流量結合弁23が設けられている。
この流量結合弁23は、２つのポンプ12，13から供給され
たポンプ圧油を分流させて別々のポンプライン24，25に
より操作弁15bo，15st，15bu，15trL ，15trR ，15swに
供給する閉位置clと、２つのポンプ12，13からのポンプ
圧油を合流させて連通されたポンプライン24，25により
操作弁15bo，15st，15bu，15trL ，15trR ，15swに供給
する開位置opとを有する。
【００４５】さらに、２つのポンプ吐出口に連通したポ
ンプライン26，27と、タンク11に連通したタンクライン
28，29との間には、１ポンプ系統につき１個ずつのバイ
パス弁31，32がそれぞれ設置され、これらのバイパス弁
31，32を全アクチュエータ停止状態で連通位置に保つこ
とにより、ポンプ圧油をタンク11にドレンさせて操作弁
15bo，15st，15bu，15trL ，15trR ，15swへのポンプ圧
油の加圧供給を防止するとともに、アクチュエータ稼働
状態で遮断位置に切換えることにより、各操作弁にポン
プ圧油を加圧供給する。
【００４６】２つのポンプライン26，27とタンクライン
33との間には、２つのチェック弁34を介してリリーフ弁
35が設置され、このリリーフ弁35により油圧源としての
リリーフ圧を設定している。
【００４７】以上のメータインバルブ16，18、メータア
ウトバルブ17，19、流量結合弁23およびバイパス弁31，
32は、全て電磁作動部すなわちソレノイドを備えてお
り、各アクチュエータをそれぞれ遠隔操作するための図
示されない操作レバーに電気的に接続された図示されな
いコントローラより出力された電気信号により制御され
る。メータインバルブ16，18、メータアウトバルブ17，
19および流量結合弁23は、電気信号に応じて比例制御す
ると良い。
【００４８】図２は、操作弁15bo，15st，15bu，15swで
用いられているラインリリーフ機能付き流量増幅型のメ
ータアウトバルブ17を示し、外部からの電気信号により
連続的に流量制御するパイロット弁41と、このパイロッ
ト弁41によるパイロット制御によりタンク11にドレンさ
れる流量を制御するポペット弁42と、アクチュエータの
過大な負荷圧によりポペット弁42をドレン制御するライ
ンリリーフ機能を持つ圧力制御弁43とを具備している。
ポペット弁42は、このポペット弁42に接続された回路内
に生じた負圧により開くメークアップ機能も備えてい
る。
【００４９】このメータアウトバルブ17を、さらに詳し
く説明すると、ポペット弁42は、シート弁体44の一端部
にパイロット制御部45が形成され、中央部周面にスリッ
ト46が軸方向に形成され、他端部に、タンク側通路47に
連通された弁シート部48に対し嵌脱自在のドレン流量制
御部49が形成され、このドレン流量制御部49に複数のノ
ッチ50が形成されている。
【００５０】パイロット制御部45は、ばね室51に臨み、
このばね室51に内蔵されたコイルばね52により、シート
弁体44が弁シート部48側へ押圧され、すなわち閉じ方向
に付勢されている。
【００５１】このポペット弁42は、そのシート弁体44を
ストローク制御する手段として、ばね室51からタンク側
通路47に向かって配設された通路53中に介在された前記
パイロット弁41を備えている。
【００５２】このパイロット弁41は、電磁作動部すなわ
ちソレノイド54を有し、図示されないコントローラから
の電気信号により図示されないばねに抗して開度を比例
制御され、ばね室51から通路53を経てタンク側通路47に
ドレンされる油のドレン流量を制御することにより、シ
ート弁体44のノッチ50の開口度を釣合位置に制御する。
【００５３】また、ポペット弁42のばね室51から引出さ
れてタンク側通路47に至る別の通路55中に、過負荷防止
用の前記圧力制御弁43が介在されている。この圧力制御
弁43は、アクチュエータに連通された負荷圧通路56内の
油圧を検出する受圧部57と、この受圧部57と一体に設け
られたポペット弁部58と、このポペット弁部58をシート
部59に押圧するコイルばね60と、このコイルばね60の付
勢力を調整する調整ねじ61とを備えている。
【００５４】そして、この圧力制御弁43は、負荷圧通路
56の負荷圧により受圧部57を押圧する力がコイルばね60
の付勢力より大きくなると、ポペット弁部58がシート部
59から離れて、ポペット弁42のばね室51から通路55を経
てタンク側通路47に流出するドレン流量を制御する。
【００５５】このとき、圧力低下したばね室51の内圧が
シート弁体44に作用する力と、コイルばね52の付勢力
と、負荷圧通路56の負荷圧がシート弁体44をコイルばね
52に抗して押圧する力とがバランスする状態で、シート
弁体44の位置が決まる。
【００５６】このシート弁体44のバランス位置は、圧力
制御弁43の調整ねじ61により調整されたコイルばね60の
付勢力で調整でき、圧力制御弁43は、負荷圧通路56の設
定圧を調整できるラインリリーフ機能を有する。
【００５７】前記走行系の操作弁15trL ，15trR に用い
られている流量増幅型のメータアウトバルブ19は、この
メータアウトバルブ17から圧力制御弁43を除いた構造で
ある。
【００５８】次に、図１および図２に示された油圧シス
テムの作用効果を説明する。
【００５９】先ず、油圧ショベルのオペレータが操作レ
バーを操作すると、その操作方向および操作量に応じた
指令電気信号がコントローラに入力され、コントローラ
は、操作レバーからの指令電気信号、およびコントロー
ラ内にプログラミングされたソフトウエアに基づく制御
形態に応じた駆動電気信号を、各操作弁15bo，15st，15
bu，15trL ，15trR ，15sw内のメータインバルブ16，18
およびメータアウトバルブ17，19の各ソレノイドにそれ
ぞれ出力し、これらを個別に制御する。
【００６０】このとき、ポンプ12，13とアクチュエータ
14bo，14st，14bu，14trL ，14trR，14swとの間のメー
タイン側にそれぞれ設けられたスプール弁は、コントロ
ーラにて直接流量制御し、また、アクチュエータ14bo，
14st，14bu，14trL ，14trR，14swとタンク11との間の
メータアウト側にそれぞれ設けられたポペット弁42は、
コントローラにて制御されるパイロット弁41を介し間接
的に流量制御する。
【００６１】例えば操作弁15stの例で説明すると、操作
弁15stの下部に示されたメータインバルブ16を開き、上
部に示されたメータアウトバルブ17を開くと同時に、操
作弁15stの上部に示されたメータインバルブ16を閉じ、
下部に示されたメータアウトバルブ17を閉じるように制
御すると、スティックシリンダは伸び方向に動作する。
また、その逆に制御すれば、スティックシリンダは縮み
方向に動作する。その際、全てのメータインバルブ16お
よびメータアウトバルブ17は、レバー操作量に比例した
メータリング機能を持つから、シリンダ動作スピードも
制御できる。
【００６２】このような油圧システムにおいて、２個分
のポンプ圧油を必要とするブームおよびスティックの操
作弁15bo，15stもそれぞれ１ブロックとし、これらの操
作弁15bo，15stを制御してアクチュエータ14bo，14stを
作動させるときは、その信号を検出して圧油合流供給用
の流量結合弁23に通電し、流量結合弁23を開位置opに切
換えることにより、ポンプ12からポンプライン21に吐出
された作動油と、ポンプ13からポンプライン22に吐出さ
れた作動油とを合流させ、ポンプライン24を経て２個分
のポンプ圧油量を操作弁15bo，15stに供給する。
【００６３】これにより、この流量結合弁23も含め全体
で７連操作弁で要求流量に対応でき、従来より操作弁の
連数を削減して、コントロール弁15のコンパクト化を図
れる。
【００６４】さらに、各操作弁15bo，15st，15bu，15tr
L ，15trR ，15swの中では、メータインバルブ16，18と
メータアウトバルブ17，19とを分離制御できるから、現
状がかかえる好バランスポイントがある狭い範囲の条件
でしか成立しないという欠点に対し、コントローラなど
で柔軟に対処できる。
【００６５】また、メータアウトバルブ17は、図２に示
されるようにパイロット弁41により流量制御可能な流量
増幅型のポペット弁42を配し、この流量増幅型のポペッ
ト弁42の必要箇所に、圧力制御弁43によりラインリリー
フ弁機能を兼備させる構造としたから、独立した高価な
ラインリリーフ弁を設ける必要がない。
【００６６】この流量増幅型のポペット弁42は、メーク
アップ機能も備えているので、メータアウト側の制御に
は好適である。
【００６７】すなわち、負荷圧通路56に負圧が生じたと
き、この負圧がポペット弁42のスリット46を経てばね室
51に伝わり、タンク側通路47の圧力がこの負圧より高い
場合は、ポペット弁42のシート弁体44が開いて、タンク
側通路47よりノッチ50を経て負圧となった負荷圧通路56
に油が補充され、負圧の油中に発生するおそれのあるボ
イディングが解消される。すなわち、これらのポペット
弁42は、メークアップ機能も兼ねており、さらに経済的
であると言える。
【００６８】その上、片ロッド・シリンダ型アクチュエ
ータ14bo，14st，14buのようにピストン両面の受圧面積
に差があるものでは、メータアウトバルブ17を閉止した
上で、２分割された２個のメータインバルブ16のスプー
ル弁を同時に開くことにより、片ロッド・シリンダ型ア
クチュエータ14bo，14st，14buのロッド側室およびヘッ
ド側室の２室に等しいポンプ圧が作用しても、そのピス
トンは、受圧面積の大きなヘッド側から受圧面積の小さ
なロッド側へ移動し、このとき同時に開かれた２つのメ
ータインバルブ16を経てロッド側室から排出された圧油
をヘッド側室へ還流（回生）させる再生効果があり、片
ロッド・シリンダ型アクチュエータ14bo，14st，14buの
高速作動が可能となる。
【００６９】一方、モータ型アクチュエータ14trL ，14
trR ，14swの場合は、両ポート部分の受圧面積が同一で
あるので、この再生効果は期待せず、替わりにメータイ
ンバルブ18を１本のスプール弁で方向切換させることに
より、バルブ要素の数を減らすようにした。
【００７０】加えて、バイパス制御については、各操作
弁15bo，15st，15bu，15trL ，15trR ，15swに個々にバ
イパス弁を設けず、１ポンプ系統につきそれぞれ１個の
バイパス弁31，32を設置して集約することで、コンパク
ト化を図った。
【００７１】以上の図１に示された実施形態は、左走行
用および右走行用の２つの走行用モータに供給されるポ
ンプ圧油を制御する２つの操作弁15trL ，15trR が、共
通のポンプライン25を用いた共通のポンプ系に設けられ
たから、左走行用および右走行用の２つの走行用モータ
に対して、異なるポンプ系より異なるポンプ流量が供給
されるおそれがなく、２つの走行用モータは、各モータ
が駆動する左右の走行系、特に左右クローラの同調機能
により常に同一速度で駆動され、従来の走行直進用スプ
ール弁１str を必要としない。
【００７２】さらに、建設機械のシリンダ型アクチュエ
ータ14bo，14st，14buにポンプ圧油を供給するポンプ系
と、モータ型アクチュエータ14trL ，14trR ，14swにポ
ンプ圧油を供給するポンプ系とが分流、合流する部分に
流量結合弁23が配置されたから、１つの流量結合弁23で
も、各アクチュエータ14bo，14st，14bu，14trL ，14tr
R ，14swと１対１で設けられた各操作弁15bo，15st，15
bu，15trL ，15trR ，15swに十分なポンプ圧油を供給で
きる。
【００７３】次に、図３に他の実施形態の油圧システム
を示す。
【００７４】この実施形態は、ブームシリンダ、スティ
ックシリンダおよびバケットシリンダのもつそれぞれの
特徴および負荷圧の発生するパターンを考慮して、左側
のポンプ12から引出されたポンプライン21は、ポンプラ
イン63を経てスティックシリンダの操作弁15stに常時接
続し、その他のアクチュエータの操作弁15bo，15bu，15
trL ，15trR ，15swには第１の流量結合弁64を経たポン
プライン65と、第２の流量結合弁66を経たポンプライン
67，68とにより圧油を供給するようにし、また、右側の
ポンプ13は、ポンプライン22，65によりブームシリンダ
およびバケットシリンダの操作弁15bo，15buに常時接続
し、その他のアクチュエータの操作弁15st，15trL ，15
trR ，15swには、ポンプライン22，67間に設けられた第
３の流量結合弁69と、第２の流量結合弁66とを経て圧油
を供給するようにした。
【００７５】この図３の油圧システムを用いた油圧ショ
ベルの代表的な作業パターンと、それらに対応する３個
の流量結合弁64，66，69の開度に関して整理した内容
を、次の表１に示す。
【００７６】
【表１】 この表１で、第１の流量結合弁64の開度が全てのケース
で閉止または小開度となっていることから、コストを低
減するため、図４では、この第１の流量結合弁64を省略
した油圧回路の実施形態を示す。
【００７７】この図４に示された実施形態は、ブームシ
リンダおよびスティックシリンダの操作弁15bo，15stへ
の２ポンプ合流油供給時に、２個の流量結合弁66，69を
経由するため、若干、片側のポンプ12の圧損が、図３に
示された第１の流量結合弁64の単独開時に比べて増加す
る傾向があるが、コストと省スペースを考慮した場合、
図４に示された実施形態の方が有利となる。
【００７８】いずれにしても、図３および図４に示され
た実施形態は、一のポンプ12は、スティックシリンダの
操作弁15stに常時接続し、一の流量結合弁66を経て、少
なくとも左走行用モータ、右走行用モータおよび上部旋
回用モータの各操作弁15trL，15trR ，15swに圧油を供
給し、他のポンプ13は、ブームシリンダおよびバケット
シリンダの操作弁15bo，15stに常時接続し、他の流量結
合弁69を経て、左走行用モータ、右走行用モータおよび
上部旋回用モータの操作弁15trL ，15trR ，15swに圧油
を供給するとともに、他の流量結合弁69および一の流量
結合弁66を経て、スティックシリンダの操作弁15stに圧
油を供給するから、これらの流量結合弁66，69により、
ブームシリンダ、スティックシリンダおよびバケットシ
リンダのもつそれぞれの特徴および負荷圧の発生するパ
ターンに対応できる。
【００７９】以上のように、この油圧システムでは、従
来の油圧システムに比べて操作弁の連数も低減でき、全
ての操作弁および流量結合弁を内蔵したコントロール弁
15も全体的にコンパクト化できる。また、メータインバ
ルブ16，18とメータアウトバルブ17，19との関係を固定
しないフレキシブルな制御が可能で、かつ片ロッド・シ
リンダ型アクチュエータ14bo，14st，14buの高速化と、
省エネルギ化、並びにメークアップ機能付きラインリリ
ーフ弁などの付属バルブ類の削減も達成可能であり、こ
れらの点で有益な油圧システムを提供できる。
【００８０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流量結合
弁により、アクチュエータと１対１で設けられた操作弁
にも、最高で複数ポンプから吐出された流量を合流した
十分なポンプ圧液を供給できるので、操作弁の連数を従
来より削減でき、その設置スペースをコンパクト化でき
る。
【００８１】請求項２記載の発明によれば、全ての操作
弁および流量結合弁をコントロール弁に内蔵したから、
操作弁の連数削減によりコントロール弁を全体的にコン
パクト化できる。
【００８２】請求項３記載の発明によれば、メータイン
バルブとメータアウトバルブとにより、メータイン側と
メータアウト側とを個別に分離制御するから、現状の好
バランスポイントがある狭い範囲の条件でしか成立しな
い欠点を解消して、状況変化に柔軟に対処でき、操作性
を向上できる。
【００８３】請求項４記載の発明によれば、外部からの
信号により流量制御用のパイロット弁を介してポペット
弁をパイロット制御することにより、ポペット弁からド
レンされる大流量を制御でき、流量増幅機能が得られ
る。
【００８４】請求項５記載の発明によれば、アクチュエ
ータに過大な負荷圧が生ずると、その負荷圧により圧力
制御弁が作動してポペット弁をドレン制御するから、直
ちに過負荷を解消でき、高価なラインリリーフ弁を別途
設ける必要もないからコストダウンを図れる。
【００８５】請求項６記載の発明によれば、回路内に負
圧が生じると、その負圧によりポペット弁が開くから、
このポペット弁を経て回路内の負圧発生部にタンク内液
を吸込ませるように補充でき、液のボイディングを解消
できる。
【００８６】請求項７記載の発明によれば、片ロッド・
シリンダ型アクチュエータのピストンはロッド側室とヘ
ッド側室とで受圧面積が異なるため、メータイン通路の
２つのスプール弁を同時に開くとともに、メータアウト
バルブを閉じることにより、これらの２室に等しいポン
プ圧液が作用しても、そのピストンは受圧面積の大きな
ヘッド側から受圧面積の小さなロッド側へ移動し、この
とき同時に開かれた２つのスプール弁を経てロッド側室
の液がヘッド側室へ還流する再生機能があるから、片ロ
ッド・シリンダ型アクチュエータを高速作動できる。
【００８７】請求項８記載の発明によれば、モータ型ア
クチュエータでは両ポート部分の受圧面積が等しく、再
生機能が期待できないことを前提に、メータインバルブ
を１本のスプール弁にまとめることにより、そのコンパ
クト化を図れる。
【００８８】請求項９記載の発明によれば、各操作弁に
個々にバイパス弁を設けず、１ポンプ系統につきそれぞ
れ１個のバイパス弁を集約して設置したから、バイパス
制御におけるコンパクト化を図れる。
【００８９】請求項１０記載の発明によれば、２つの走
行用モータに供給されるポンプ圧液を制御する２つの操
作弁が、共通のポンプ系に設けられたから、左走行用お
よび右走行用の２つの走行用モータに対して、異なるポ
ンプ系より異なるポンプ流量が供給されるおそれがな
く、２つの走行用モータは各モータが駆動する左右走行
系の同調機能により常に同一速度で駆動され、従来の走
行直進弁を廃止できる。
【００９０】請求項１１記載の発明によれば、建設機械
のシリンダ型アクチュエータにポンプ圧液を供給するポ
ンプ系と、モータ型アクチュエータにポンプ圧液を供給
するポンプ系とが分流、合流する部分に流量結合弁が配
置されたから、１つの流量結合弁でも、アクチュエータ
と１対１で設けられた操作弁に十分なポンプ圧液を供給
できる。
【００９１】請求項１２記載の発明によれば、一のポン
プは、スティックシリンダの操作弁に常時接続し、一の
流量結合弁を経て、少なくとも左走行用モータ、右走行
用モータおよび上部旋回用モータの各操作弁に圧油を供
給し、他のポンプは、ブームシリンダおよびバケットシ
リンダの操作弁に常時接続し、他の流量結合弁を経て、
左走行用モータ、右走行用モータおよび上部旋回用モー
タの操作弁に圧油を供給するとともに、一の流量結合弁
および他の流量結合弁を経て、スティックシリンダの操
作弁に圧油を供給するから、これらの流量結合弁によ
り、ブームシリンダ、スティックシリンダおよびバケッ
トシリンダのもつそれぞれの特徴および負荷圧の発生す
るパターンに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクチュエータ制御装置の第１実
施形態を示す液圧回路図である。
【図２】同上液圧回路における流量増幅型のポペット弁
の一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るアクチュエータ制御装置の第２実
施形態を示す液圧回路図である。
【図４】本発明に係るアクチュエータ制御装置の第３実
施形態を示す液圧回路図である。
【図５】従来の建設機械の液圧回路の一例を示す回路図
である。
【符号の説明】
11 タンク 12，13 ポンプ 14bo，14st，14bu，14trL ，14trR ，14sw アクチュ
エータ 15 コントロール弁 15bo，15st，15bu，15trL ，15trR ，15sw 操作弁 16，18 メータインバルブ 17，19 メータアウトバルブ 21，22 ポンプ圧液の通路としてのポンプライン 23，64，66，69 流量結合弁 31，32 バイパス弁 41 パイロット弁 42 ポペット弁 43 圧力制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 公正 東京都世田谷区用賀四丁目10番１号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB02 AB03 AB04 BA01 BA05 BB02 BB07 CA04 CA09 DA03 DA04 3H089 AA72 AA73 BB15 BB27 CC01 CC08 CC11 DA03 DA07 DA13 DB03 DB33 DB44 DB48 DB73 DB75 EE31 GG02 JJ02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のポンプと、 複数のポンプから供給されたポンプ圧液により作動され
    る複数のアクチュエータと、 複数のポンプと複数のアクチュエータとの間に位置して
    それぞれのアクチュエータを１対１で制御する複数の操
    作弁と、 複数のポンプから供給されたポンプ圧液の通路間に設け
    られ複数のポンプからのポンプ圧液を分流させて操作弁
    に供給する閉位置および合流させて操作弁に供給する開
    位置を有する流量結合弁とを具備したことを特徴とする
    アクチュエータ制御装置。
  2. 【請求項２】 全ての操作弁および流量結合弁を内蔵し
    たコントロール弁を具備したことを特徴とする請求項１
    記載のアクチュエータ制御装置。
  3. 【請求項３】 操作弁は、 ポンプとアクチュエータとの間に設けられ入力信号に応
    じて流量制御するメータインバルブと、 アクチュエータとタンクとの間に設けられ入力信号に応
    じて流量制御するメータアウトバルブとを具備したこと
    を特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ制
    御装置。
  4. 【請求項４】 メータアウトバルブは、 外部からの信号により連続的に流量制御するパイロット
    弁と、 このパイロット弁によるパイロット制御によりタンクに
    ドレンされる流量を制御するポペット弁とを具備したこ
    とを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ制御装
    置。
  5. 【請求項５】 アクチュエータの過大な負荷圧によりポ
    ペット弁をドレン制御する圧力制御弁を具備したことを
    特徴とする請求項４記載のアクチュエータ制御装置。
  6. 【請求項６】 ポペット弁は、このポペット弁に接続さ
    れた回路内に生じた負圧により開くメークアップ機能を
    備えたことを特徴とする請求項４または５記載のアクチ
    ュエータ制御装置。
  7. 【請求項７】 片ロッド・シリンダ型アクチュエータを
    制御するメータインバルブは、ポンプとアクチュエータ
    の２室との間の２つのメータイン通路中に２分割された
    スプール弁をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３
    乃至６のいずれかに記載のアクチュエータ制御装置。
  8. 【請求項８】 モータ型アクチュエータを制御するメー
    タインバルブは、１本のスプール弁にまとめたことを特
    徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のアクチュエ
    ータ制御装置。
  9. 【請求項９】 複数のポンプ系統にて１ポンプ系統につ
    きそれぞれ１個ずつ設置されたバイパス弁を具備したこ
    とを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のアク
    チュエータ制御装置。
  10. 【請求項１０】 左走行用および右走行用の２つの走行
    用モータを備えた建設機械において、 ２つの走行用モータに供給されるポンプ圧液を制御する
    ２つの操作弁が、共通のポンプ系に設けられたことを特
    徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のアクチュエ
    ータ制御装置。
  11. 【請求項１１】 建設機械のシリンダ型アクチュエータ
    にポンプ圧液を供給するポンプ系と、モータ型アクチュ
    エータにポンプ圧液を供給するポンプ系とが分流、合流
    する部分に流量結合弁が配置されたことを特徴とする請
    求項１０記載のアクチュエータ制御装置。
  12. 【請求項１２】 ブームシリンダ、スティックシリン
    ダ、バケットシリンダ、左走行用モータ、右走行用モー
    タおよび上部旋回用モータを備えた油圧ショベルにおい
    て、 一のポンプは、スティックシリンダの操作弁に常時接続
    し、一の流量結合弁を経て、少なくとも左走行用モー
    タ、右走行用モータおよび上部旋回用モータの各操作弁
    に圧油を供給し、 他のポンプは、ブームシリンダおよびバケットシリンダ
    の操作弁に常時接続し、他の流量結合弁を経て、左走行
    用モータ、右走行用モータおよび上部旋回用モータの操
    作弁に圧油を供給するとともに、一の流量結合弁および
    他の流量結合弁を経て、スティックシリンダの操作弁に
    圧油を供給することを特徴とする請求項１０記載のアク
    チュエータ制御装置。
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