JP7304776B2 - 制御弁装置、及びそれを備える油圧駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁装置、及びそれを備える油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルでは、均平整地作業を行う場合、ブームシリンダのヘッド側ポート及びロッド側ポートの両方をタンクに接続して、ブームシリンダのヘッド室及びロッド室の作動油をタンクに帰還させている。これにより、ブームを地面の起伏に応じて上下に動かすことができ（フロート機能）、均平整地作業を容易に行うことができる。このようなフロート機能を有する油圧駆動システムとしては、例えば特許文献１のような油圧システムが知られている。

特許文献１の油圧システムは、ブームシリンダに給排される作動油の流れを制御するためのメインコントロールバルブの他にフロートバルブを備えている。フロートバルブは、メインコントロールバルブとブームシリンダとの間に介在しており、フロート機能スイッチをオンの状態に切換えると、以下のように動作する。即ち、フロートバルブは、ブームシリンダのラージチャンバ（即ち、ヘッド側室）及びスモールチャンバ（即ち、ロッド側室）に夫々繋がる流路をタンクに接続し、各チャンバの作動油をタンクに帰還させる。これにより、ブームシリンダが自由に伸縮することができるようになり、均平整地作業時においてブームを地面の起伏に応じて上下に動かすことができる。

特許第５４９８８６５号明細書

特許文献１の油圧システムでは、メインスプールの他にフロートバルブを別途設ける必要がある。それ故、油圧駆動システムが大型化する。他方で、油圧駆動システム、より詳しくはフロート機能を有する制御弁装置の小型化が求められており、フロート機能を有し且つコンパクトな制御弁装置が開発されることが求められている。

また、フロート機能の他、ブレーカモード機能を有する油圧ショベルも開発されている。ブレーカモード機能とは、破砕機（即ち、ブレーカ）を油圧ショベルに取り付けて岩石等を破砕する際に車体が持ち上がらないようにする機能である。このブレーカモード機能では、ヘッド側室への作動油の給排を止めてヘッド側室の圧力を保持させる。そうすると、ブームが自重によってブレーカを岩石に押さえ付けることができると共にブームの上昇を抑制することができるので、破砕時にブレーカの反力によって車両本体が持ち上がることを抑制している。このようなブレーカモード機能を有する油圧駆動システムもまた、前述するフロート機能付きの油圧駆動システム及び制御弁装置と同様に、コンパクトに構成されていることが求められている。

そこで本発明は、コンパクトなフロート機能又はブレーカモード機能付き制御弁装置、及びそれを備える油圧駆動システムを目的としている。

本発明の制御弁装置は、油圧シリンダを作動させるべく前記油圧シリンダに給排される作動油に流れを制御する制御弁装置であって、中立位置から第１及び第２位置に移動することができるスプールを有し、前記スプールの位置を変えることによって前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁と、入力される操作信号に応じた圧力のパイロット圧を夫々出力して前記スプールの位置を変える電磁比例制御弁と、操作装置に対する操作に応じた操作信号を前記電磁比例制御弁の各々に出力する制御装置とを備え、前記制御装置は、制御モードを選択可能であって、第１制御モードが選択されると前記電磁比例制御弁に第１指令信号を出力可能であり、前記制御弁は、入力される第１指令信号に応じた圧力のパイロット圧が前記電磁比例制御弁から出力されると、前記油圧シリンダのヘッド側ポート及びロッド側ポートの両方をタンクに接続する第３位置に前記スプールを移動させることができるものである。

本発明に従えば、第１制御モードを選択し、電磁比例制御弁に第１指令信号を出力させてスプールを第３位置に移動させると、油圧シリンダの２つのポートがタンクに繋がる。これにより、２つのポートにおける圧力差を略ゼロにすることができ、油圧シリンダ（より詳しくは、そのロッド）に作用する荷重に応じて油圧シリンダを自由に伸縮させることができる。それ故、このような機能を有する制御弁装置を、例えば油圧ショベルのブーム用シリンダに流す作動油の制御弁装置に適用した場合、均平整地作業時においてフロート機能を達成することができる。このような機能を有する制御弁装置は、１つのスプールにて構成されており、従来の技術に比べてコンパクトに構成することができる。

上記発明において、作動油の流れを止めるべく遮断機構を備え、前記制御弁は、油圧ポンプに接続され、前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記油圧シリンダに流すことができ、前記遮断機構は、前記油圧ポンプと前記制御弁とを繋ぐ通路に介在し、前記通路を遮断して前記油圧ポンプから前記制御弁を介して前記油圧シリンダに給排される作動油を止めることができ、前記制御装置は、第１制御モードが選択されると、前記遮断機構を作動させて前記通路を遮断することが好ましい。

上記構成に従えば、第１制御モードを選択している場合において油圧ポンプと油圧シリンダとの間を遮断することができるので、油圧シリンダの各ポートにおける圧力を共にタンク圧にすることができる。即ち、油圧シリンダを小さな荷重にて動かすことができる。このような機能を有する制御弁装置を、例えば油圧ショベルのブーム用シリンダに流す作動油の制御弁装置に適用した場合、均平整地作業時において地面の起伏に対するブームの応答性を向上させることができる。

上記発明において、前記遮断機構は、背圧室を有し、前記背圧室の圧力に応じて前記通路を遮断して前記制御弁から前記油圧ポンプへと前記通路を逆流する作動油の流れを止めることができる逆流防止機能を有するメータインカット弁と、前記背圧室からの圧油の排出を止めて前記メータインカット弁に前記通路を遮断させるカット制御弁と有し、前記制御弁は、第１制御モードが選択されると、前記カット制御弁に前記背圧室からの圧油の排出を止めさせて前記通路を遮断させることが好ましい。

上記構成に従えば、比較的サイズの小さいカット制御弁を追加するだけで遮断機構を構成することができるので、制御弁装置をコンパクトに構成することができる。

上記発明において、前記制御弁は、前記スプールを移動可能に収容しているバルブブロックを有し、前記バルブブロックは、前記スプールが移動可能に収容されているスプール孔と、前記通路が形成され、前記メータインカット弁は、前記通路に挿入するように前記バルブブロックに収容され、前記カット制御弁は、前記メータインカット弁に取り付けられていることが好ましい。

上記構成に従えば、メータインカット弁がバルブブロック内に収容され、カット制御弁が収容されるメータインカット弁に取り付けられるので、制御弁装置をコンパクトに構成することが容易である。

上記発明において、前記制御弁は、前記スプールが第２位置に位置している状態で前記油圧シリンダの前記ロッド側ポートを前記油圧ポンプに接続し且つ前記油圧シリンダの前記ヘッド側ポートをタンクに接続可能であって、前記制御装置は、第２制御モードが選択され、その状態で前記スプールが第２位置に位置していると、前記遮断機構によって前記通路を遮断することが好ましい。

上記構成に従えば、ヘッド側ポートをタンク圧にすることができるので、油圧シリンダ（より詳しくは、ロッド）を自由に収縮させることができる。他方、油圧シリンダのロッド側ポートの圧力を保持することができるので、油圧シリンダ（より詳しくは、ロッド）の伸長を抑制することができる。このような機能を有する制御弁装置を、例えばブレーカを取り付けた油圧ショベルのブーム用シリンダへの作動油の流れを制御する制御弁装置に適用した場合、ブームの自重にてブレーカを地面に押さえ付けつつブームの上昇動作を制限することができる。それ故、ブレーカを地面にしっかりと押さえ付けながら破砕作業を行うことができ、また粉砕時に車両本体が上昇することを抑制することができる。即ち、制御弁装置は、例えば油圧ショベルにて前述のようなブレーカモード機能を達成することができる。

本発明の制御弁装置は、油圧シリンダを作動させるべく前記油圧シリンダに給排される作動油に流れを制御する制御弁装置であって、中立位置から第１及び第２位置に移動することができるスプールを有し、作動油を前記油圧シリンダに流すべく油圧ポンプと接続され、前記スプールの位置を変えることによって前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁と、前記油圧ポンプと前記制御弁とを繋ぐ通路に介在し、前記通路を遮断して前記油圧ポンプから前記制御弁を介して前記油圧シリンダに給排される作動油を止める遮断機構と、入力される操作信号に応じた圧力のパイロット圧を夫々出力して前記スプールの位置を変える電磁比例制御弁と、操作装置に対する操作に応じた操作信号を前記電磁比例制御弁の各々に出力する制御装置と、を備え、前記制御弁は、前記スプールが第２位置に位置している状態で前記油圧シリンダのヘッド側ポートをタンクに接続し、前記制御装置は、制御モードを選択可能であって、第２制御モードが選択されている状態で前記スプールが第２位置に位置していると、前記遮断機構によって前記通路を遮断するものである。

上記構成に従えば、ヘッド側ポートをタンク圧にすることができるので、油圧シリンダ（より詳しくは、ロッド）を自由に収縮させることができる。他方、油圧シリンダのロッド側ポートの圧力を保持することができるので、油圧シリンダ（より詳しくは、ロッド）の伸長を抑制することができる。それ故、このような機能を有する制御弁装置を、例えばブレーカを取り付けた油圧ショベルのブーム用シリンダへの作動油の流れを制御する制御弁装置に適用した場合、ブームの自重にてブレーカを地面に押さえ付けつつブームの上昇動作を制限することができる。それ故、ブレーカを地面にしっかりと押さえ付けながら破砕作業を行うことができ、また粉砕時に車両本体が上昇することを抑制することができる。即ち、制御弁装置は、例えば油圧ショベルにて前述のようなブレーカモード機能を達成することができる。このような機能を有する制御弁装置は、１つのスプールにて構成されており、従来の技術に比べてコンパクトに構成することができる。

本発明の油圧駆動システムは油圧ショベルのブームを動かすブームシリンダに作動油を給排して前記ブームシリンダを駆動する油圧駆動システムであって、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記ブームを動かすべく操作される操作装置と、
前記制御モードを選択すべく選択装置と、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダに給排される作動油の流れを制御するブーム用制御弁装置と、を備え、前記ブームシリンダは、前記油圧シリンダであって、前記ブーム用制御弁装置は、前述する制御弁装置であり、前記制御弁は、前記スプールの位置を変えることによって前記ブームシリンダに給排される作動油の流れを制御するものである。

上記構成に従えば、前述するような機能を有する油圧駆動システムを製造することができる。

本発明によれば、コンパクトなフロート機能又はブレーカモード機能付き制御弁装置、及びそれを備える油圧駆動システムを提供することができる。

本発明の油圧駆動システムを示す油圧回路図である。 図１の油圧駆動システムに備わる制御弁装置の部分を拡大して示す油圧回路図である。 図２の制御弁装置の構成を示す断面図である。 図３の制御弁装置の領域Ｘを拡大して示す拡大断面図である。

以下、本発明に係る実施形態の油圧駆動システム１について前述する図面を参照しながら説明する。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。

油圧ショベルは、その先端にアタッチメントを有しており、それを用いて様々な作業を行うことができる。アタッチメントとしては、例えばバケットやブレーカ等があり、バケットを用いて掘削や均平整地を行ったり、ブレーカによって岩石等を破砕したりすることができる。このような機能を有するアタッチメントは、油圧ショベルにおいてブーム及びアームを介して車両本体に設けられており、ブーム及びアームによって上下及び前後に動かすことができる。また、アタッチメント、ブーム及びアームの各々には、それらを動かすべく図１に示すような油圧シリンダ３，４，５が設けられており、油圧シリンダ３，４，５に作動油を給排することによってアタッチメント、ブーム及びアームを動かすことができる。

更に、油圧ショベルには、油圧シリンダ３，４，５の他に、車両本体を走行させるべく油圧モータ６Ｌ，６Ｒが搭載されており、油圧モータ６Ｌ，６Ｒもまた作動油を給排することによって車両本体を走行させることができる。なお、詳しくは説明しないが、車両本体には油圧モータ６Ｌ，６Ｒを有する走行装置の上に旋回可能に旋回体が設けられており、油圧ショベルは旋回体を旋回すべく旋回用の油圧モータも有している。このように構成されている油圧ショベルは、油圧アクチュエータ３～５，６Ｌ，６Ｒに作動油を給排して動かすべく油圧駆動システム１を備えている。なお、以下で説明する最初の実施形態では、アタッチメントとしてバケットが油圧ショベルに取り付けられている場合について説明する。

＜油圧駆動システム＞
油圧駆動システム１は、図１に示す通り、主に２つの油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒと、５つの制御弁１３～１６と、複数の操作装置１７Ｌ，１７Ｒ，１８～２０と、制御装置２１とを備えている。２つの油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒの各々は、詳しくは図示しないがエンジン又は電動機等の駆動源に繋がっており、駆動源からの動力を受けて回転して作動油を吐出する。このような機能を有する２つの油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒは、例えば可変容量型の斜板ポンプであり、斜板１１Ｌａ，１１Ｒａを有している。斜板１１Ｌａ，１１Ｒａは、図示しないレギュレータによって傾転角を変えることがで、傾転角を変えることによって油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒの吐出流量が変わる。このように構成されている油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒには、第１及び第２ポンプ通路３１Ｌ，３１Ｒが夫々接続され、油圧ポンプ１１Ｌ，１１Ｒから各ポンプ通路３１Ｌ，３１Ｒに作動油が吐出される。即ち、第１ポンプ通路３１Ｌには、第１油圧ポンプ１１Ｌが接続され、更に左側走行モータ用制御弁１２Ｌ、第１ブーム用制御弁１３、及びバケット用制御弁１４が並列的に接続されている。また、第２ポンプ通路３１Ｒは、第２油圧ポンプ１１Ｒが接続され、更に右側走行モータ用制御弁１２Ｒ、第２ブーム用制御弁１５、及びアーム用制御弁１６が接続されている。

各制御弁１３～１６は、各油圧アクチュエータ３～５，６Ｌ，６Ｒに対応付けて接続されており、対応する油圧アクチュエータ３～５，６Ｌ，６Ｒに給排される作動油の流れを制御する。即ち、左側走行モータ用制御弁１２Ｌは、油圧モータ６Ｌである左側走行モータ６Ｌに接続され、右側走行モータ用制御弁１２Ｒは、油圧モータ６Ｒである右側走行用モータ６Ｒに接続されている。また、第１及び第２ブーム用制御弁１３，１５はブームシリンダ３に接続され、アーム用制御弁１６はアームシリンダ４に接続され、更にバケット用制御弁１４はバケットシリンダ５に接続されている。

このように接続されている各制御弁１２Ｌ，１２Ｒ，１３～１６のうち走行モータ用制御弁１２Ｌ、１２Ｒは、パイロット式のスプール弁であり、各々に対応付けて左側走行用操作装置１７Ｌ及び右側走行用操作装置１７Ｒが設けられている。２つの走行用操作装置１７Ｌ，１７Ｒである左側走行用操作装置１７Ｌ及び右側走行用操作装置１７Ｒは、例えばリモートコントロール弁等で構成され、操作レバー１７Ｌａ，１７Ｒａを夫々有している。各走行用操作装置１７Ｌ，１７Ｒは、操作レバー１７Ｌａ，１７Ｒａを所定方向に傾倒することによってそれらの傾倒量に応じたパイロット圧を夫々出力する。走行モータ用制御弁１２Ｌ、１２Ｒの各々は、対応する走行用操作装置１７Ｌ，１７Ｒから出力されるパイロット圧に応じて油圧モータ６Ｌ，６Ｒに給排される作動油の流れを制御し、対応する油圧モータ６Ｌ，６Ｒを作動させることができる。例えば、走行用操作装置１７Ｌ，１７Ｒからパイロット圧を出力してスプール１２Ｌｃ，１２Ｒｃを動かすことによって２つの走行用モータ６Ｌ，６Ｒに作動油を給排して作動させ、油圧ショベルを直進させることができる。

他方、第１及び第２ブーム用制御弁１３，１５、バケット用制御弁１４、及びアーム用制御弁１６は、電磁式のスプール弁で構成されている。それ故、第１及び第２ブーム用制御弁１３，１５及びアーム用制御弁１６には、電磁比例制御弁１３ａ～１６ａ，１３ｂ～１６ｂが対応付けて設けられている。各電磁比例制御弁１３ａ～１６ａ，１３ｂ～１６ｂは、そこに入力される信号に応じた圧力のパイロット圧を出力し、各制御弁１３～１６は、このパイロット圧に応じた位置へとスプール１３ｃ～１６ｃを動かす。これにより、対応する油圧アクチュエータ３～５に給排される作動油の流れを制御し、対応する油圧アクチュエータ３～５を作動させることができる。例えば、電磁比例制御弁１３ｂ～１６ｂからパイロット圧を出力してスプール１３ｃ～１６ｃを動かすことによって各油圧シリンダ３～５に作動液を給排して作動させ、ブーム、アーム、及びバケットを動かすことができる。このように構成されている油圧駆動システム１では、各油圧アクチュエータ３～５の動作量を複数の操作装置１８～２０の各々によって調整することができる。

各操作装置１８～２０は、各油圧アクチュエータ３～５に対応付けて設けられており、各操作装置１８～２０としては、ブーム用操作装置１８、アーム用操作装置１９、及びバケット用操作装置２０があり、それらは、例えば電気ジョイスティック又はリモートコントロール弁等で構成されている。即ち、複数の操作装置１８～２０は、操作レバー１８ａ～２０ａを有しており、操作レバー１８ａ～２０ａを所定方向に傾倒することによってそれらの傾倒量に応じた操作信号を出力する。また、複数の操作装置１８～２０の各々は、制御装置２１に電気的に接続されており、出力された操作信号は制御装置２１に入力される。

制御装置２１は、油圧駆動システム１に備わる各構成を制御する。更に詳細に説明すると、制御装置２１は、各電磁比例制御弁１３ａ～１６ａ，１３ｂ～１６ｂに電気的に接続されており、操作装置１８～２０から出力される信号に応じて各電磁比例制御弁１３ａ～１６ａ，１３ｂ～１６ｂに夫々信号を出力して油圧アクチュエータ３～５を作動させる。例えば、ブーム用操作装置１８の操作レバー１８ａが操作されると、制御装置２１は、電磁比例制御弁１３ａ，１５ａ（又は電磁比例制御弁１３ｂ，１５ｂ）に信号を出力する。これにより、第１及び第２ブーム用制御弁１３，１５のスプール１３ｃ，１５ｃが移動し、ブームシリンダ３に作動油が給排される。これにより、ブームシリンダ３が伸長（又は収縮）し、ブームが上昇（又は下降）する。

このように構成されている油圧駆動システム１では、操作装置１７Ｌ，１７Ｒ，１８～２０の操作レバー１７Ｌａ，１７Ｒａ，１８ａ～２０ａを傾倒することによって、対応する油圧アクチュエータ３～５，６Ｌ，６Ｒを動かすことができる。例えば、バケットを地面につけた状態で、アーム用操作装置１９の操作レバー１９ａを傾倒させて、アームを車体本体側に引くことによって均平整地を行うことができる。このような均平整地作業では、地表面の起伏に合わせてブームが上下に動くフロート機能を有していることが好ましく、フロート機能を有するべく油圧駆動システム１が以下のように構成されている。

＜フロート機能付き制御弁装置＞
図１及び２に示すように油圧駆動システム１では、フロート機能を達成すべく、第１ブーム用制御弁１３が以下のように構成されている。即ち、第１ブーム用制御弁１３は、第１ポンプ通路３１Ｌ（より詳しくは、第１ポンプ通路３１Ｌと第１ブーム用制御弁１３とを繋ぐ油通路３４）と、タンク２２と、ブームシリンダ３のヘッド側ポート３ａ及びロッド側ポート３ｂと接続されており、スプール１３ｃの位置を変えることによってそれらの接続状態を切換えることができる。また、スプール１３ｃには、互いに抗するように各電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂのパイロット圧ｐ１，ｐ２が作用しており、出力されるパイロット圧ｐ１，ｐ２（又はそれらの差圧｜ｐ１－ｐ２｜）に応じてストロークしてその位置を変える。これにより、油通路３４と、タンク２２と、ブームシリンダ３のヘッド側ポート３ａ及びロッド側ポート３ｂとの接続状態が切換えられる。

更に詳細に説明すると、スプール１３ｃには、図３に示すように圧縮コイルばね等のばね部材１３ｄが設けられており、スプール１３ｃを中立位置Ｍにて保持すべくばね部材１３ｄによってスプール１３ｃが付勢されている。即ち、スプール１３ｃが中立位置Ｍから第１オフセット位置Ａ１（第１位置）及び第２オフセット位置Ａ２（第２位置）の各々に移動すると、ばね部材１３ｄがスプール１３ｃを中立位置Ｍに戻すように付勢する。これにより、スプール１３ｃは、電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂのパイロット圧ｐ１，ｐ２の圧力に応じたストローク量にて動くことができる。即ち、スプール１３ｃは、電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂのパイロット圧が共にゼロの場合、中立位置Ｍに位置し、電磁比例制御弁１３ａからパイロット圧ｐ１で第１オフセット位置Ａ１に移動する。また、スプール１３ｃは、電磁比例制御弁１３ｂからのパイロット圧ｐ２（≦ｐｓｅｔ）で第２オフセット位置Ａ２に移動する。

このように構成されるスプール１３ｃは、フロート機能を達成すべく後述のフロートモード選択装置２３によってフロートモードが選択されると、第３オフセット位置Ａ３（第３位置）に移動することができる。具体的に説明すると、スプール１３ｃは、電磁比例制御弁１３ｂからのパイロット圧ｐ２が設定値ｐｓｅｔを超えると、第３オフセット位置Ａ３に移動する。なお、設定値ｐｓｅｔは、ばね部材１３ｄの付勢力に応じて決まる圧力値である。また、スプール１３ｃが第１乃至第３オフセット位置Ａ１～Ａ３に位置する状態で電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂのパイロット圧をゼロにすると、ばね部材１３ｄの付勢力によって中立位置Ｍへと戻る。

このように構成されている第１ブーム用制御弁１３では、スプール１３ｃが中立位置Ｍに位置する状態では、油通路３４と、タンク２２と、ヘッド側ポート３ａと、ロッド側ポート３ｂとが互いに切断され、ブームシリンダ３のロッド３ｃが保持される。また、スプール１３ｃが第１オフセット位置Ａ１に位置する状態では、ヘッド側ポート３ａが油通路３４と繋がり、ロッド側ポート３ｂがタンク２２と繋がり、ブームシリンダ３が伸長する。更に、スプール１３ｃが第２オフセット位置Ａ２に位置する状態では、ヘッド側ポート３ａがタンク２２と繋がり、ロッド側ポート３ｂが油通路３４と繋がり、ブームシリンダ３が収縮する。他方、スプール１３ｃが第３オフセット位置Ａ３に位置する状態では、油通路３４、ヘッド側ポート３ａ、及びロッド側ポート３ｂの全てがタンク２２に繋がる。これにより、ヘッド側ポート３ａ及びロッド側ポート３ｂの圧力差を略ゼロにすることができ、ブームシリンダ３をそのロッド３ｃに作用する荷重に応じて自由に伸縮させることができる。

また、油圧駆動システム１は、フロート機能を更に向上させるべく遮断機構３０を備えている。遮断機構３０は、第１ブーム用制御弁１３と第１ポンプ通路３１Ｌとを繋ぐ油通路３４に介在しており、第１ポンプ通路３１Ｌ（詳しくは、油圧ポンプ１１Ｌ）から第１ブーム用制御弁１３に流れる作動油を止めることができる。このような機能を有する遮断機構３０は、メータインカット弁３２と、カット制御弁３３とを更に備えている。

メータインカット弁３２は、いわゆるポペット弁であり、第１ブーム用制御弁１３と第１ポンプ通路３１Ｌとを繋ぐ油通路３４に介在しており、第１ポンプ通路３１Ｌから第１ブーム用制御弁１３に流れる作動油を止めることができる。即ち、メータインカット弁３２は、ポペット３２ａを有しており、そのポペット３２ａの先端部を弁座３２ｂに着座させることによって油通路３４を塞いで作動油の流れを止めることができる。また、メータインカット弁３２では、ポペット３２ａを弁座３２ｂから離すことによって油通路３４が開かれて作動油が流れる。

更に詳細に説明すると、メータインカット弁３２には、ポペット３２ａの基端側に背圧室３２ｃが形成されており、その背圧室３２ｃにばね３２ｄが収容されている。ばね３２ｄは、いわゆる圧縮コイルばねであり、背圧室３２ｃの作動油と共にポペット３２ａを弁座３２ｂに向かって押している。また、ポペット３２ａは、油通路３４を流れる作動油（より詳しくは、油通路３４においてメータインカット弁３２より上流側を流れる作動油）からばね３２ｄの付勢力に抗するような圧力を受けている。それ故、メータインカット弁３２では、背圧室３２ｃの圧力、ばね３２ｄの付勢力、及び油通路３４の油圧（即ち、第１ポンプ通路３１Ｌの油圧）の釣り合いに応じて油通路３４が開閉される。

また、背圧室３２ｃに背圧側通路３５が接続されており、背圧室３２ｃは、背圧側通路３５を介して油通路３４のメータインカット弁３２の下流側に接続されている。また、油通路３４の上流側と背圧室３２ｃとを連通する連通路３２ｅが形成されている。それ故、メータインカット弁３２の上流側が連通路３２ｅを介して背圧室３２ｃに導かれ、更に背圧室３２ｃの作動油が背圧側通路３５を介してメータインカット弁３２の下流側に排出される。なお、連通路３２ｅは、絞り３２ｆを有しており、メータインカット弁３２の上流側の作動油が連通路３２ｅの絞り３２ｆを通って背圧室３２ｃに導かれ、更に背圧側通路３５を通ってメータインカット弁３２の下流側に排出される。それ故、背圧室３２ｃの作動油の圧力がメータインカット弁３２の上流側の圧力より低くなり、メータインカット弁３２の上流側の作動油によってポペット３２ａが弁座３２ｂから押し上げられて離れる、即ち油通路３４が開いた状態となっている。また、背圧側通路３５には、油通路３４を閉じるべくカット制御弁３３が介在している。

カット制御弁３３は、いわゆるパイロット弁であり、背圧側通路３５を開閉可能に構成されている。更に詳細に説明すると、カット制御弁３３には、電磁弁３６が接続されている。電磁弁３６は、制御装置２１からの開閉信号に応じてパイロット圧を出力し、カット制御弁３３は、出力されるパイロット圧に応じて背圧側通路３５を開閉する。そして、カット制御弁３３によって背圧側通路３５が閉じられることにより連通路３２ｅを介して背圧室３２ｃに導かれる作動油が背圧室３２ｃから排出されなくなり、背圧室３２ｃの背圧が第１ポンプ通路３１Ｌ（より詳しくは、油通路３４）の油圧と同圧に保持される。そうすると、背圧室３２ｃの作動油によってポペット３２ａが弁座３２ｂの方へと押されて着座し、油通路３４が閉じられる。これにより、油圧ポンプ１１Ｌからブームシリンダ３（より詳しくは、油圧ポンプ１１Ｌから第１ブーム用制御弁１３）への流れを遮断することができ、第１ブーム用制御弁１３におけるスプール１３ｃの位置の如何にかかわらず、油圧ポンプ１１Ｌからの作動油がブームシリンダ３に流れ込むことを阻止することができる。このようにしてメータインカット弁３２は、油通路３４を閉じて油圧ポンプ１１Ｌからの作動油がブームシリンダ３に流れ込むことを阻止することができる。

また、油圧駆動システム１は、フロートモード選択装置２３を備えており、フロートモード選択装置２３は、制御装置２１と電気的に接続されている。フロートモード選択装置２３は、例えばスイッチであり、操作されることによってモード選択指令を制御装置２１に出力する。制御装置２１は、フロートモード選択装置２３からモード選択指令を受けると、制御モードを通常モードからフロート制御モードに切替える。第１制御モードであるフロート制御モードでは、まず制御装置２１が電磁比例制御弁１３ｂから出力されるパイロット圧ｐ２に対する制限を解除する。即ち、パイロット圧ｐ２に関して制限値である設定値ｐｓｅｔが設定されており、制御装置２１は、通常モードにおいて設定値ｐｓｅｔ以下の範囲内でパイロット圧ｐ２を電磁比例制御弁１３ｂから出力させる。

他方、フロート制御モードでは、制御装置２１がパイロット圧ｐ２に対する制限値を解除し、設定値ｐｓｅｔを超えたパイロット圧ｐ２を電磁比例制御弁１３ｂから出力できるようにする。これにより、フロート制御モードにおいてブーム用操作装置１８の操作レバー１８ａが操作される（より詳しくは、下降操作が行われる）と、制御装置２１は、設定値ｐｓｅｔを超えるパイロット圧ｐ２を出力させるべくフロート指令信号（第１指令信号）を電磁比例制御弁１３ｂに出力し、第１ブーム用制御弁１３のスプール１３ｃを第３オフセット位置Ａ３に移動させることができる。これにより、ヘッド側ポート３ａ及びロッド側ポート３ｂの圧力差を略ゼロにすることができ、均平整地作業時においてブームを地面の起伏に応じて上下に動かすことができる、即ち油圧駆動システム１において、フロート機能を達成することができる。

また、制御装置２１は、フロート制御モードにおいてブーム用操作装置１８の操作レバー１８ａが操作される（より詳しくは、下降操作が行われる）と、以下のような制御を実行する。即ち、制御装置２１は、電磁弁３６に開閉信号を出力してカット制御弁３３を作動させて背圧側通路３５を閉じる。そうすると、メータインカット弁３２の背圧室３２ｃの圧力が上昇してポペット３２ａが弁座３２ｂに着座し、油通路３４が閉じられる。これにより、ブームシリンダ３と油圧ポンプ１１Ｌとの間が遮断され、ヘッド側ポート３ａ及びロッド側ポート３ｂにおける圧力が共にタンク圧となる。それ故、アームシリンダ４を動かすことによってブームシリンダ３に一定の低負荷を与えることができ、均平整地作業時において地面の起伏に対するブームも応答性を向上させることができる。即ち、油圧駆動システム１におけるフロート機能を向上させることができる。

このような機能を有する油圧駆動システム１は、図３に示すバルブブロック４０を備え、バルブブロック４０に形成される複数のスプール孔（図３では１つスプール孔４０ａだけ示す）の各々にスプール１３ｃ～１６ｃが移動可能に収容され、更に各スプール孔の両側の開口端部にそれらを塞ぐように対応する各電磁比例制御弁１３ａ～１６ａ，１３ｂ～１６ｂが夫々取り付けられている。例えば、第１ブーム用制御弁１３を一例に挙げて説明すると、図３に示すようにバルブブロック４０には、第１ブーム用制御弁１３のためのスプール孔４０ａがバルブブロック４０を貫通するように形成されており、そこに第１ブーム用制御弁１３のスプール１３ｃが挿入されている。また、スプール孔４０ａにおける両側の開口端部の各々には、それを塞ぐようにケーシング４１ａ，４１ｂが被せられており、各々に電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂが取り付けられている。

また、ケーシング４１ａ，４１ｂ内にはパイロット室４２ａ，４２ｂが形成されており、そこに電磁比例制御弁１３ａ，１３ｂから出力されるパイロット圧ｐ１，ｐ２が導かれる。また、パイロット室４２ａ，４２ｂには、スプール１３ｃの各端部がスプール孔４０ａから突き出ており、各端部にパイロット圧ｐ１，ｐ２が作用することでスプール１３ｃが各位置Ａ１～Ａ３に移動する。また、スプール１３ｃの一方の端部には、ばね部材１３ｄが設けられており、ばね部材１３ｄは、スプール１３ｃが各位置Ａ１～Ａ３に移動した際にスプール１３ｃを中立位置Ｍに戻すように付勢している。また、バルブブロック４０には、第１ポンプ通路３１Ｌ、油通路３４、タンク２２に繋がるタンク通路２２ａ，２２ｂ、ヘッド側ポート３ａに繋がるヘッド側通路４０ｂ、及びロッド側ポート３ｂに繋がるロッド側通路４０ｃが形成されており、前述の通りスプール１３ｃの位置が変わることでそれらの接続状態が切換わる。

また、バルブブロック４０には、スプール孔４０ａに直交する方向に延びる収容孔４０ｄが形成されており、そこにメータインカット弁３２のポペット３２ａが収容されている。更に詳細に説明すると、収容孔４０ｄは、図４に示すように油通路３４に繋がっており、油通路３４には弁座３２ｂが形成されている。また、収容孔４０ｄには、弁座３２ｂに着座するようにポペット３２ａが挿入されており、ポペット３２ａが着座することで油通路３４が閉じられる。このような機能を有するポペット３２ａは、その先端が第１ポンプ通路３１Ｌに臨んでおり、弁座３２ｂから離れる方向、即ち第１ポンプ通路３１Ｌを流れる作動油から開方向の荷重を受けている。

また、ポペット３２ａの基端側には、後述するように収容孔４０ｄの開口端部をハウジング４４によって塞ぐことで背圧室３２ｃが形成されている。そして、背圧室３２ｃには、カット制御弁３３を介して作動油が導かれており、ポペット３２ａは、その基端に背圧を受けている。更に、背圧室３２ｃには、ばね３２ｄが収容されており、ポペット３２ａは、ばね３２ｄによって油通路３４の油圧に抗するように付勢されている。これによって、前述の通り背圧室３２ｃの圧力、ばね３２ｄの付勢力、及び第１ポンプ通路３１Ｌの油圧の釣り合いに応じて油通路３４が開閉される。

また、ポペット３２ａには、その中心を貫通する連通路３２ｅが形成されており、そこにチェック弁体４３が収容されている。チェック弁体４３は、貫通路を開閉可能に構成されており、そのチェック弁体４３の下流側が絞り３２ｆを介して背圧室３２ｃと連通している。チェック弁体４３もまた、油通路３４の上流側の作動油が導かれるようになっており、油通路３４の油圧及び背圧室３２ｃの圧力と、更にチェック弁体４３を付勢するばね４３ａの力の釣り合いに応じて連通路３２ｅを開閉する。即ち、ポペット３２ａが着座している状態においては、この連通路３２ｅを介して背圧室３２ｃに作動油が導かれ、ポペット３２ａを着座位置にて保持する。このようにメータインカット弁３２は、収容孔４０ｄに収容されており、収容された収容孔４０ｄの開口部には、ハウジング４４が取り付けられている。

ハウジング４４は、収容孔４０ｄの開口部を塞ぐようにバルブブロック４０に取り付けられており、収容孔４０ｄの開口側に背圧室３２ｃを形成している。また、ハウジング４４及びバルブブロック４０には、背圧側通路３５が形成されており、そこに介在するようにカット制御弁３３がハウジング４４に取り付けられている。これにより、カット制御弁３３によって背圧室３２ｃの圧力を保持することができ、油通路３４の開閉を行うことができる。

このようにバルブブロック４０は、スプール１３ｃ及びポペット３２ａと共に第１ブーム用制御弁１３及びメータインカット弁３２を構成しており、第１ブーム用制御弁１３及びメータインカット弁３２は、カット制御弁３３と共にフロート機能を有するブーム用制御弁装置（以下、単に「制御弁装置」という）２を構成している。即ち、制御弁装置２を構成している第１ブーム用制御弁１３、メータインカット弁３２、カット制御弁３３は、１つのスプール孔４０ａに関連付けて形成されている。従来技術の油圧システムでは、フロート機能を有するようにすべくメインコントロールバルブに加えてフロートバルブが備わっており、各々のバルブがスプール弁によって構成されており、少なくとも２つのスプール孔（又は２つのスプール）が必要である。他方、制御弁装置２は、前述の通り１つのスプール孔４０ａに関連付けて形成されている（即ち、スプール１３ｃが１つである）ので、従来技術のものよりコンパクトに構成することができ、油圧駆動システム１をコンパクトに構成することができる。

なお、バルブブロック４０の収容孔４０ｄは、元々油通路から第１ポンプ通路３１Ｌへの逆流を防ぐべくチェック弁を取り付けるための孔であり、油圧駆動システム１ではそこに逆流防止機能を有するメータインカット弁３２が取り付けられている。即ち、油圧駆動システム１において、フロート機能を有するべく新たに追加される主なバルブはカット制御弁３３であるが、従来技術のフロートバルブのようなスプール弁等に比べてカット制御弁３３のサイズは、比較的小さい。それ故、カット制御弁３３を取り付けたとしても油圧駆動システム１の大きなサイズアップにはならず、コンパクトさを維持しつつフロート機能を向上させた油圧駆動システム１を製造することができる。

＜ブレーカモード機能付き制御弁装置＞
また、油圧駆動システム１は、アームの先端部にブレーカを取り付けて岩石等を破砕する際に、ブレーカをブーム等の自重にて岩石に押さえつけるべくブレーカモード機能を有している。更に詳細に説明すると、油圧駆動システム１は、ブレーカモード選択装置２４を更に備えており、ブレーカモード選択装置２４は、制御装置２１と電気的に接続されている。ブレーカモード選択装置２４は、例えばスイッチであり、操作されることによってモード選択指令を制御装置２１に出力する。制御装置２１は、フロートモード選択装置２３からモード選択指令を受けると、制御モードを通常モードからブレーカ制御モードに切替える。第２制御モードであるブレーカ制御モードでは、ブーム用操作装置１８の操作レバー１８ａが操作される（より詳しくは、下降操作が行われる）と、制御装置２１がスプール１３ｃを第２オフセット位置Ａ２に移動すべく電磁比例制御弁１３ｂに信号を出力すると共に以下のような制御を実行する。即ち、制御装置２１は、電磁弁３６に開閉信号を出力し、カット制御弁３３を作動させて背圧側通路３５を閉じる。そうすると、油通路３４が閉じられてブームシリンダ３と油圧ポンプ１１Ｌとの間が遮断され、ロッド側ポート３ｂの圧力が保持される。他方、ヘッド側ポート３ａがタンク圧となるので、ブームが自重で降下してブレーカが地面に降ろされる。この状態では、ブームの上昇動作が制限されるので、ブレーカを地面に自重でしっかりと押さえつけながら破砕作業を行うことができ、またブレーカからの反力によりブームを介して車両本体が持ち上がることを抑制することができる。

このような機能を有する油圧駆動システム１は、ブレーカ制御モードを前述するようなコンパクトな制御弁装置２によって実現することができる。即ち、ブレーカモード機能を有し且つコンパクトな制御弁装置２及び油圧駆動システム１を実現することができる。

［その他の実施形態］
前述する説明において、本発明が適用される油圧機械の一例として油圧ショベルが挙げられているが、必ずしも油圧ショベルに限定されない。即ち、本発明が適用される油圧機械は、フロート機能又はブレーカモード機能を有する油圧機械及び機器であればよい。また、油圧駆動システム１では、フロート機能及びブレーカモード機能の両方を兼ね備えているが、必ずしも両方を兼ね備えている必要はなく、少なくとも一方の機能を有するものであればよい。なお、油圧駆動システム１がブレーカモード機能だけを有する場合、必ずしもブーム用制御弁１３のスプール１３ｃは第３オフセット位置Ａ３に移動可能に構成されている必要はない。また、フロート制御モードにおいて、第１油圧ポンプ１１Ｌから第１ブーム用制御弁１３に流れる作動油を止める遮断機構は、必ずしも前述するような遮断機構３０である必要はなく、別の制御弁等によって構成されてもよい。例えば、遮断機構は、必ずしも油通路３４に設けられている必要はなく、第１ポンプ通路３１Ｌに介在してもよい。また、適用する対象もブームシリンダに限定されず、アームシリンダやバケットシリンダ等であってもよく、その他の油圧シリンダであってもよい。

１ 油圧駆動システム
２ 制御弁装置
３ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
３ａ ヘッド側ポート
３ｂ ロッド側ポート
１１Ｌ 第１油圧ポンプ（油圧ポンプ）
１３ 第１ブーム用制御弁（制御弁）
１３ａ 電磁比例制御弁
１３ｂ 電磁比例制御弁
１３ｃ スプール
１８ ブーム用操作装置（操作装置）
２１ 制御装置
２２ タンク
２３ フロートモード選択装置（選択装置）
２４ ブレーカモード選択装置（選択装置）
３０ 遮断機構
３２ メータインカット弁
３３ カット制御弁
３４ 油通路（通路）
３５ 背圧側通路
４０ バルブブロック
４０ａ スプール孔

Claims (5)

1. 油圧シリンダを作動させるべく前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁装置であって、
   中立位置から第１及び第２位置に移動することができるスプールを有し、油圧ポンプに接続され、前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記油圧シリンダに流すことができ、前記スプールの位置を変えることによって前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁と、
   入力される操作信号に応じた圧力のパイロット圧を夫々出力して前記スプールの位置を変える電磁比例制御弁と、
   前記油圧ポンプと前記制御弁とを繋ぐ通路に介在し、前記通路を遮断して前記油圧ポンプから前記制御弁を介して前記油圧シリンダに給排される作動油を止めることができる遮断機構と、
   操作装置に対する操作に応じた操作信号を前記電磁比例制御弁の各々に出力する制御装置とを備え、
   前記制御弁は、入力される第１指令信号に応じた圧力のパイロット圧が前記電磁比例制御弁から出力されると、前記油圧シリンダのヘッド側ポート及びロッド側ポートの両方をタンクに接続する第３位置に前記スプールを移動させることができ、前記スプールが第２位置に位置している状態で前記油圧シリンダの前記ロッド側ポートを前記油圧ポンプに接続し且つ前記油圧シリンダの前記ヘッド側ポートをタンクに接続し、
   前記制御装置は、制御モードを選択可能であって、第１制御モードが選択されると、前記遮断機構を作動させて前記通路を遮断すると共に前記電磁比例制御弁に第１指令信号を出力可能になり、第２制御モードが選択されている状態で前記スプールが第２位置に位置していると、前記遮断機構によって前記通路を遮断する、制御弁装置。
2. 前記遮断機構は、背圧室を有し、前記背圧室の圧力に応じて前記通路を遮断して前記制御弁から前記油圧ポンプへと前記通路を逆流する作動油の流れを止めることができる逆流防止機能を有するメータインカット弁と、前記背圧室からの圧油の排出を止めて前記メータインカット弁に前記通路を遮断させるカット制御弁と有し、
   前記制御弁は、第１制御モードが選択されると、前記カット制御弁に前記背圧室からの圧油の排出を止めさせて前記通路を遮断させる、請求項１に記載の制御弁装置。
3. 前記制御弁は、前記スプールを移動可能に収容しているバルブブロックを有し、
   前記バルブブロックは、前記スプールが移動可能に収容されているスプール孔と、前記通路が形成され、
   前記メータインカット弁は、前記通路に挿入するように前記バルブブロックに収容され、
   前記カット制御弁は、前記メータインカット弁に取り付けられている、請求項２に記載の制御弁装置。
4. 油圧シリンダを作動させるべく前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁装置であって、
   中立位置から第１及び第２位置に移動することができるスプールを有し、作動油を前記油圧シリンダに流すべく油圧ポンプと接続され、前記スプールの位置を変えることによって前記油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御する制御弁と、
   前記油圧ポンプと前記制御弁とを繋ぐ通路に介在し、前記通路を遮断して前記油圧ポンプから前記制御弁を介して前記油圧シリンダに給排される作動油を止める遮断機構と、
   入力される操作信号に応じた圧力のパイロット圧を夫々出力して前記スプールの位置を変える電磁比例制御弁と、
   操作装置に対する操作に応じた操作信号を前記電磁比例制御弁の各々に出力する制御装置と、を備え、
   前記制御弁は、前記スプールが第２位置に位置している状態で前記油圧シリンダのヘッド側ポートをタンクに接続し、
   前記制御装置は、制御モードを選択可能であって、第２制御モードが選択されている状態で前記スプールが第２位置に位置していると、前記遮断機構によって前記通路を遮断する、制御弁装置。
5. 油圧ショベルのブームを動かすブームシリンダに作動油を給排して前記ブームシリンダを駆動する油圧駆動システムであって、
   作動油を吐出する油圧ポンプと、
   前記ブームを動かすべく操作される操作装置と、
   前記制御モードを選択すべく選択装置と、
   前記油圧ポンプから前記ブームシリンダに給排される作動油の流れを制御するブーム用制御弁装置と、を備え、
   前記ブームシリンダは、前記油圧シリンダであって、
   前記ブーム用制御弁装置は、請求項１乃至４の何れか１つに記載の前記制御弁装置であり、
   前記制御弁は、前記スプールの位置を変えることによって前記ブームシリンダに給排される作動油の流れを制御する、油圧駆動システム。
   
   

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