JPH09222101A - 建設機械の油圧回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】建設機械の油圧回路装置において、クローズド
センタ型の方向切換弁を用いてブリード制御を行え、複
合操作性に優れかつメータイン絞り要素のメータリング
特性に関する負荷圧力の影響を小さくし、更に慣性負荷
の起動時にポンプ吐出圧の過度の圧力上昇を防止する。 【解決手段】メータイン絞り要素４ａ，４ｂとブリード
弁１０に対して分流弁１２，１３，１４を設け、メータ
イン絞り要素４ａ，４ｂとブリード弁１０の出口圧力を
信号回路４０の最高負荷圧力と同じに制御し、更に、信
号ライン２１ａに切換弁３０を配置し、ポンプ吐出圧力
と最高負荷圧力との差圧が小さいとき、分流弁１４の背
圧室１４ｂに誘導される最高負荷圧力を低下させ、分流
弁１０の前後差圧を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベルや油圧
クレーンなどの建設機械に備えられる油圧回路装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械である油圧ショベルに用いられ
る油圧回路装置としては、例えば特開平３−２１３７０
３号公報や特開平７−６３２０３号公報に記載のものが
知られている。

【０００３】特開平３−２１３７０３号公報に記載の油
圧回路装置は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポ
ンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流れ
を制御するセンターバイパス型の方向切換弁と、方向切
換弁の操作量に応じた流量となるよう油圧ポンプの吐出
流量を制御するポンプ制御装置とを備えている。また、
センターバイパス型の方向切換弁のセンターバイパス通
路には絞り（センターバイパス絞り）があり、このセン
ターバイパス絞りの下流側には、当該センターバイパス
絞りの前後差圧を一定に保つように制御する圧力補償弁
が設けられている。

【０００４】このように構成した油圧回路装置では、操
作レバー装置の操作量に応じた開度となるよう方向切換
弁のセンターバイパス絞りが絞られることにより、アク
チュエータの起動時には油圧ポンプの吐出流量の一部を
ブリードしながらアクチュエータを駆動するいわゆるブ
リード制御が可能であり、アクチュエータにショックを
与えない良好な操作フィーリングが得られる。また、圧
力補償弁でブリード弁の前後差圧を一定に保つように制
御することにより、アクチュエータの負荷圧の増大に対
してブリード弁を通過する流量の増大を防止し、アクチ
ュエータへ供給される流量を確保する負荷補償を図って
いる。

【０００５】特開平７−６３２０３号公報に記載の油圧
回路装置は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポン
プから吐出される圧油によって駆動される複数のアクチ
ュエータと、複数のアクチュエータに供給される圧油の
流れを制御するクローズドセンタ型の複数の方向切換弁
と、複数の方向切換弁を駆動操作する複数の操作レバー
装置と、油圧ポンプの吐出管路に接続されたバイパスラ
インと、このバイパスラインに配置され、複数の方向切
換弁の中立時に油圧ポンプより吐出される圧油をタンク
に還流するブリード弁と、複数の操作レバー装置の操作
量に応じた開度となるようブリード弁を制御するブリー
ド制御装置とを備えている。

【０００６】このように構成した油圧回路装置では、操
作レバー装置の操作量に応じた開度となるようブリード
弁を制御することにより当該ブリード弁がセンターバイ
パス絞りと同様の機能を果たし、方向切換弁としてクロ
ーズドセンタ型の弁を用いながら、センターバイパス絞
りを備えたセンターバイパス型の方向切換弁によるブリ
ード制御と同等の操作感覚が得られ、良好な操作性が得
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
には次のような問題がある。

【０００８】特開平３−２１３７０３号公報に記載の油
圧回路装置では、センターバイパス型の方向切換弁を複
数個設ける場合、それら方向切換弁は油圧ポンプに対し
てタンデム接続されるかパラレル接続されるかのいずれ
かであり、複数のアクチュエータを同時に操作する複合
操作を行う場合、前者では上流側のアクチュエータに優
先的に圧油が供給され、後者では低圧側のアクチュエー
タに優先的に圧油が供給され、複合操作性に問題があ
る。

【０００９】また、一般に、センターバイパス絞りを備
えたセンターバイパス型の方向切換弁を用いる回路で
は、センターバイパス絞りを通過する流量が負荷圧力に
よって変わるため、メータイン絞り要素のメータリング
特性、特にメータリングの立ち上がり特性が負荷圧力に
よって変化するという、センターバイパス絞り特有の問
題を生じる。

【００１０】すなわち、センターバイパス絞りによりブ
リード制御しながらアクチュエータを駆動する場合、操
作レバー装置の操作量が一定でブリード弁の開度が一定
であっても、負荷圧力が高くなりポンプ吐出圧力が高く
なると、センターバイパス絞りを通過する流量が増加す
るため、負荷圧力が低いときは操作レバー装置のある操
作量で負荷圧力以上のポンプ吐出圧力になり、アクチュ
エータに圧油を供給できたものが、負荷圧力が高くなる
と同じ操作量ではポンプ吐出圧力が上昇せず、操作レバ
ー装置の操作量を更に大きくしセンターバイパス絞りを
更に絞って始めてポンプ吐出圧力が負荷圧力より高くな
り、アクチュエータに圧油を供給できるという現象を生
じる。このため、負荷圧力が高くなるにしたがって操作
レバー装置の操作量に対する不感帯が増大し、操作レバ
ー装置のメータイン流量を制御できる有効ストローク範
囲が狭くなり、操作性が悪化する。

【００１１】特開平３−２１３７０３号公報に記載の油
圧回路装置では、センターバイパス絞りに対して圧力補
償弁を設け、負荷補償しているので、センターバイパス
絞りを通過する流量はその開口面積に応じて制御され、
上記問題はある程度解決される。しかし、慣性負荷の起
動時等、油圧ポンプの吐出流量からブリード流量を減じ
た流量が全量、アクチュエータで吸収されない場合、ポ
ンプ吐出圧が上昇してリリーフ弁で処理する必要が生
じ、過度の圧力上昇とエネルギ損失を発生することにな
る。また、その圧力上昇で慣性負荷が急に動き出すこと
があり、慣性負荷の駆動が滑らかに行えないという問題
もある。

【００１２】一方、特開平７−６３２０３号公報に記載
の油圧回路装置では、クローズドセンタ型の方向切換弁
を用いながら、バイパスラインに設けられたブリード弁
でブリード制御することにより、センターバイパス絞り
を備えたセンターバイパス型の方向切換弁によるブリー
ド制御と同等の操作感覚が得られる。また、方向切換弁
自体はクローズドセンタ型であるため、方向切換弁の前
後差圧を制御する圧力補償弁や分流弁を設けることによ
り複合操作性は確保できる。しかし、バイパスラインに
ブリード弁を設けたため、そのブリード弁を通過する流
量が負荷圧力によって変化し、メータイン絞り要素のメ
ータリング特性が負荷圧力によって変化するという、上
記センターバイパス型の方向切換弁と同様の問題を生じ
る。

【００１３】本発明の第１の目的は、クローズドセンタ
型の方向切換弁を用いてブリード制御を行えるととも
に、複合操作性に優れかつメータイン絞り要素のメータ
リング特性に関する負荷圧力の影響を低減できる建設機
械の油圧回路装置を提供することである。

【００１４】本発明の第２の目的は、クローズドセンタ
型の方向切換弁を用いてブリード制御を行えるととも
に、メータイン絞り要素のメータリング特性に関する負
荷圧力の影響を低減でき、更に慣性負荷の起動時にポン
プ吐出圧力の過度の上昇を防止できる建設機械の油圧回
路装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（１）上記課題を解決するために、本発明は、可変容量
型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油
によって駆動される複数のアクチュエータと、前記複数
のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する複
数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁を駆動操作す
る複数の操作レバー装置と、前記複数の方向切換弁の中
立時に前記油圧ポンプより吐出される圧油をタンクに還
流するブリード弁と、前記複数の操作レバー装置の操作
量に応じた流量となるよう前記油圧ポンプの吐出流量を
制御するポンプ制御手段と、前記複数の操作レバー装置
の操作量に応じた開度となるよう前記ブリード弁を制御
するブリード制御手段とを備えた建設機械の油圧回路装
置において、前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力
が誘導されるとともに、絞りを介してタンクに接続され
る信号ラインを有する信号回路と、前記複数の方向切換
弁に内蔵されるそれぞれのメータイン絞り要素の出口側
に配置され、前記信号回路の最高負荷圧力が閉弁方向に
作用し、対応するメータイン絞り要素の出口圧力を当該
最高負荷圧力と同じになるように制御する複数の第１の
分流弁と、前記ブリード弁の出口側に配置され、前記信
号ラインの最高負荷圧力に応じた制御圧力が閉弁方向に
作用し、前記ブリード弁の出口圧力を当該制御圧力と同
じになるように制御する第２の分流弁と、前記信号ライ
ンに配置され、前記油圧ポンプの吐出圧力と前記最高負
荷圧力との差圧に応じて作動し、当該差圧が大きいとき
は前記制御圧力を前記最高負荷圧力と等しい圧力とし、
前記差圧が小さくなると前記制御圧力を前記最高負荷圧
力より低い圧力とする切換弁とを備えるものとする。

【００１６】以上のように構成した本発明の油圧回路装
置では、油圧ポンプより吐出される圧油をタンクに還流
するブリード弁を設け、操作レバー装置の操作量に応じ
た開口面積となるようブリード弁を制御することによ
り、クローズドセンタ型の方向切換弁を用いてブリード
制御を行える。また、メータイン絞り要素の出口圧力を
最高負荷圧力と同じになるように制御する複数の第１の
分流弁を設けることにより、メータイン絞り要素の前後
差圧が全て同じとなり、複合操作性が確保される。更
に、ブリード弁の出口圧力を最高負荷圧力に応じた制御
圧力と同じになるように制御する第２の分流弁を設ける
ことにより、ブリード弁の出口圧力が最高負荷圧力と同
じになるように制御されるときは、メータイン絞り要素
とブリード弁の前後差圧が全て同じとなり、メータイン
絞り要素のメータリング特性、特にメータリングの立ち
上がり特性が負荷圧力に依存しなくなる。このため、負
荷圧力が高くなっても操作レバー装置の操作量の不感帯
は小さくならず、優れた操作性が確保できる。

【００１７】また、信号ラインに切換弁を設け、油圧ポ
ンプの吐出圧力と最高負荷圧力との差圧が大きいときは
制御圧力を最高負荷圧力と等しい圧力とし、差圧が小さ
くなると制御圧力を最高負荷圧力より低い圧力とするこ
とにより、当該差圧が過渡的に小さくなる慣性負荷の起
動時には、ブリード弁の前後差圧がポンプ吐出圧力と最
高負荷圧力との差圧より大きくなり、ブリード弁から所
定量の圧油がタンクに流れ、ポンプ吐出圧力の過度の圧
力上昇を防止できる。

【００１８】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記切換弁は、前記油圧ポンプの吐出圧力が開弁方向に
作用し、前記最高負荷圧力とバネの付勢力が閉弁方向に
作用し、油圧ポンプの吐出圧力と最高負荷圧力との差圧
が小さくなるにしたがって開口面積を小さくする弁であ
る。

【００１９】このような構造により、切換弁は、上記の
ように、ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力との差圧が大き
いときは制御圧力を最高負荷圧力と等しい圧力とし、当
該差圧が小さくなると制御圧力を最高負荷圧力より低い
圧力とするように制御する。

【００２０】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、上記油圧回路装置は、前記信号ラインに設置さ
れ、前記絞りの前後差圧を一定に制御する圧力補償弁を
更に備える。

【００２１】このように圧力補償弁を設けることによ
り、ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力との差圧に係わらず
ブリード弁を通過するブリード流量を一定に制御するこ
とができ、油圧ポンプの吐出流量が無駄にタンクに捨て
られることを防止できる。また、信号回路の絞りの通過
流量が一定に保たれるので、信号回路からタンクに捨て
られる圧油の流量も少なくできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１
〜図３により説明する。

【００２３】図１において、本実施形態の油圧回路装置
は、可変容量型の油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１か
ら吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータ
２，３を含む複数のアクチュエータ（以下、単にアクチ
ュエータ２，３という）と、油圧ポンプ１からアクチュ
エータ２，３に供給される圧油の流れを制御する複数の
クローズドセンタ型の方向切換弁４，５（図では方向切
換弁のメータイン絞り要素４ａ，５ａのみ図示してい
る）と、方向切換弁４，５を駆動操作する複数の操作レ
バー装置６，７と、油圧ポンプ１の吐出流量の供給路８
から分岐し、タンクに至るバイパスライン９と、バイパ
スライン９に設けられ、方向切換弁４，５の中立時に油
圧ポンプ１より吐出される圧油をタンクに還流するブリ
ード弁１０と、油圧ポンプ１の供給路８に接続されたメ
インリリーフ弁１１とを備えている。

【００２４】また、操作レバー装置６，７は電気レバー
として構成され、操作レバー装置６，７の操作信号（電
気信号）はコントローラ１９に入力され、コントローラ
１９は当該操作信号に基づき方向切換弁４，５の弁位
置、油圧ポンプ１の吐出流量、ブリード弁１０の弁位置
を計算し、それぞれの指令信号をメータイン絞り要素４
ａ，５ａの操作部４ｂ，５ｂ、油圧ポンプ１の操作部１
ａ及びブリード弁１０の操作部１０ａに出力する。

【００２５】また、方向切換弁４，５のメータイン絞り
要素４ａ，５ａの出口側にはそれぞれ分流弁１２，１３
がそれぞれ配置され、ブリード弁１０の下流側にも分流
弁１４が配置されている。分流弁１２，１３の出口部は
ホールドチェッキ弁１５，１６を介してアクチュエータ
２，３にそれぞれ接続され、分流弁１４の出口部はタン
クへ接続されている。

【００２６】分流弁１２，１３はポペットタイプの圧力
制御弁であり、ポペット１２ａ，１３ａの開弁方向には
メータイン絞り要素４ａ，５ａの出口圧力Ｐb1，Ｐb2が
作用し、閉弁方向には複数のアクチュエータ２，３の最
高負荷圧力ＰLmが作用し、それらのバランスでメータイ
ン絞り要素４ａ，４ｂの出口圧力Ｐb1，Ｐb2を当該最高
負荷圧力ＰLmと同じになるように制御する。

【００２７】分流弁１４もポペットタイプの圧力制御弁
であり、ポペット１４ａの開弁方向にはブリード弁１１
の出口圧力Ｐｃが作用し、閉弁方向には複数のアクチュ
エータ２，３の最高負荷圧力ＰLmに応じた制御圧力Ｐｘ
が作用し、それらのバランスによりブリード弁１１の出
口圧力Ｐｃを当該制御圧力Ｐｘ、通常は最高負荷圧力Ｐ
Lmと同じになるように制御する。

【００２８】分流弁１２，１３のポペット１２ａ，１２
ｂの反入口部側には背圧室１２ｂ，１３ｂが設けられ、
背圧室１２ｂ，１３ｂには分流弁１２，１３の出口部の
圧力Ｐa1，Ｐa2がポペット１２ａ，１３ａに内蔵された
逆止弁１２ｃ，１３ｃを介して誘導されている。また、
背圧室１２ｂ，１３ｂは信号ライン２０ａ，２０ｂを介
して互いに連通し、更に信号ライン２０ｃを介して図示
しないメータイン絞り要素の出口側に設けられた分流弁
の背圧室に連通している。また、信号ライン２０ａ，２
０ｂ，２０ｃは信号ライン２１ａ，２１ｂ及び絞り２２
を介してタンクに接続されている。ここで、逆止弁１２
ｃ，１３ｃ、背圧室１２ｂ，１３ｂ、信号ライン２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ、信号ライン２１ａ，２１ｂ及び絞
り２２は、操作レバー装置６、７を操作し複数のアクチ
ュエータ２、３を駆動したときのアクチュエータ２，３
の最高負荷圧力ＰLmが誘導される信号回路４０を構成す
る。また、背圧室１２ｂ，１３ｂに最高負荷圧力ＰLmが
誘導されることにより、上記のように最高負荷圧力ＰLm
がポペット１２ａ，１３ａの閉弁方向に作用する。

【００２９】分流弁１４のポペット１４ａの反入口部側
にも背圧室１４ｂが設けられ、背圧室１４ｂは信号ライ
ン２１ａ，２１ｂに連通し、この背圧室１４ｂに複数の
アクチュエータ２，３の最高負荷圧力ＰLmに応じた制御
圧力Ｐｘが誘導され、この制御圧力、通常は最高負荷圧
力ＰLmが上記のようにポペット１４ａの閉弁方向に作用
する。

【００３０】そして、信号ライン２１ａには分流弁１４
の背圧室１４ｂに誘導される最高負荷圧力ＰLmに応じた
制御圧力Ｐｘを生成するための切換弁３０が配置されて
いる。切換弁３０は、油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐsと最
高負荷圧力ＰLmとの差圧Ｐs−ＰLmの大小に応じて作動
する油圧切換弁であり、油圧ポンプ１の吐出圧力がパイ
ロットライン３０ａを介して開弁方向に導かれ、最高負
荷圧力ＰLmがパイロットライン３０ｂを介して閉弁方向
に導かれ、更にバネ３０ｃの付勢力が閉弁方向に作用
し、ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力との差圧がバネ３０
ｃの設定値より大きいときは図示左側の全開位置Ｉを保
ち、当該差圧がバネ３０ｃの設定値以下になると、図示
右側の絞り位置IIへと移動する。切換弁３０は、このよ
うに開口面積を変化させることにより、当該差圧がバネ
３０ｃの設定値より大きいときは制御圧力Ｐｘを最高負
荷圧力ＰLmと等しい圧力とし、差圧が小さくなるにした
がって制御圧力Ｐｘを最高負荷圧力ＰLmより低い圧力と
する。

【００３１】図２にメータイン絞り要素４ａ，５ａ及び
ブリード弁１０の開口面積特性を、図３に切換弁３０の
開口面積特性を示す。

【００３２】図２において、メータイン絞り要素４ａの
開口面積Ａａは操作レバー装置６の操作角θがイ）の区
間では０（全閉）で、ロ）の区間に入ると操作角θが増
大するにしたがって開口面積Ａａが増大するように制御
される。メータイン絞り要素５ａも同様である。また、
ブリード弁１０の開口面積Ａｂはハ）の区間では一定
で、ニ）の区間に入ると操作角θが増大するにしたがっ
て開口面積Ａｂが小さくなり、最後に０（全閉）になる
ように制御される。

【００３３】コントローラ１９は、操作レバー装置６，
７の操作信号を入力し、操作レバー装置６，７の操作角
θから図２に示す開口面積Ａａ，Ａｂが得られるように
メータイン絞り要素４ａ，５ａとブリード弁１０を制御
する。

【００３４】また、コントローラ１９は、開口面積Ａ
ａ，Ａｂと各弁の前後差圧で決まる合計流量が得られる
よう油圧ポンプ１を制御する。

【００３５】図３において、切換弁３０は、油圧ポンプ
１の吐出圧力Ｐsと最高負荷圧力ＰLmとの差圧Ｐs−ＰLm
がバネ２０ｃの設定値ΔＰ0より大きいときは全開であ
り、差圧Ｐs−ＰLmが設定値ΔＰ0より小さくなるにした
がって開口面積Ａｃが小さくなるように作動する。

【００３６】次に、以上のように構成された本実施形態
の動作を説明する。

【００３７】（１）例えば、アクチュエータ２を単独で
駆動するため操作レバー装置６を操作すると、その操作
信号（電気信号）がコントローラ１９に入力され、コン
トローラ１９からメータイン絞り要素４ａの操作部４
ｂ、ブリード弁１０の操作部１０ａ及び油圧ポンプ１の
操作部１ａに指令信号が送られ、メータイン絞り要素４
ａ、ブリード弁１０及び油圧ポンプ１が上記のように制
御される。

【００３８】ここで、今、アクチュエータ２の望ましい
移動速度は、操作レバー装置６の操作角θに応じて、図
示の如く、メータイン絞り要素４ａの開口面積Ａａを調
整すれば得られるものとする。アクチュエータ２の移動
速度ｖはメータイン絞り要素４ａを通過する流量、 Ｑａ＝Ｃａ・Ａａ・√（２ｇ／γ）・√（Ｐｓ−Ｐb1） ここで、Ｃａ：メータイン絞り要素４ａの流量係数 ｇ：重力 γ：粘性 で与えられるから、メータイン絞り要素４ａの前後差圧
Ｐｓ−Ｐb1がある一定値になるよう構成しておけば、望
ましい速度ｖを得るには、Ａａ＝Ｑａ／Ｃａ・√（２ｇ
／γ）・√（Ｐｓ−Ｐb1）から得られるＡａを、操作レ
バー装置６の操作角θに応じてメータイン絞り要素４ａ
に与えておけばよい。

【００３９】一方、ブリード弁１０は、中立時に、回路
の温度保証及びアクチュエータ２，３の速応性を確保す
るため、あるスタンバイ流量をタンクへ還流していなけ
ればならない。ブリード弁１０を通過する流量は、 Ｑｂ＝Ｃｂ・Ａｂ・√（２ｇ／γ）・√（Ｐｓ−Ｐｃ） ここで、Ｃｂ：ブリード弁１０の流量係数 で与えられ、先と同様の考えで、Ｑｂを得るためのＡｂ
を決めることができる。

【００４０】また、操作レバー装置が非操作で方向切換
弁４の中立時（メータイン絞り要素４ａの全閉時）、信
号回路４０の圧力は絞り２２を介してタンクに抜け、分
流弁１４の背圧室１４ａには最高負荷圧力ＰLmが誘導さ
れないから、ブリード弁１０の前後差圧Ｐｓ−Ｐｃは、 Ｐｓ−Ｐｃ＝Ｐｓ−０＝ΔＰL1（＝Ｐｓ） となり、この中立時の前後差圧と上記のスタンバイ流量
Ｑｂより中立時のＡｂ（図２のハ）の区画の開口面積を
決めることができる。

【００４１】更に、アクチュエータ２を単独操作した
時、メータイン絞り要素４ａを通過する流量をアクチュ
エータ２が直ちに吸収してくれる場合、Ｐb1＝Ｐa1＝Ｐ
Lm＝Ｐｃの関係が成立するから、 Ａａ＝Ｑａ／Ｃａ√（２ｇ／γ）・√（Ｐｓ−Ｐb1） ＝Ｑａ／Ｃａ√（２ｇ／γ）・√（Ｐｓ−Ｐｃ） となり、アクチュエータ２の単独操作時もＰｓ−Ｐｃ＝
ΔＰL1になるようにすれば、メータイン絞り要素４ａ及
びブリード弁１０のそれぞれの開口面積が決まる。

【００４２】一方、油圧ポンプ１は、これら２つの弁４
ａ，１０が要求する流量を吐出すればよいから、ポンプ
吐出流量Ｑｓは、 Ｑｓ＝Ｑａ＋Ｑｂ∝Ａａ＋Ａｂ にすれよい。すなわち、コントローラ１９は、開口面積
Ａａ＋Ａｂにより決まる流量Ｑａ＋Ｑｂが得られるよう
油圧ポンプ１の吐出流量Ｑｓを制御すればよい。

【００４３】アクチュエータ３の単独操作におけるメー
タイン絞り要素５ａについても同様である。

【００４４】以上によりクローズドセンタ型の方向切換
弁４，５を用いてブリード制御を行うことができ、セン
ターバイパス型の方向切換弁によるブリード制御と同等
の操作感覚が得られ、良好な操作フィーリングが得られ
る。

【００４５】（２）アクチュエータ２，３を同時に駆動
する複合操作に際しては、複合操作性を保証するため、
分流弁１２，１３が機能する。すなわち、分流弁１２，
１３の背圧室１２ｂ，１３ｂにはアクチュエータ２、３
の最高負荷圧力ＰLmが誘導されており、分流弁１２，１
３のポペット１２ａ，１３ａはＰLm＝Ｐb1，Ｐb2でバラ
ンスするから、メータイン絞り要素４ａ，５ａの出口圧
力Ｐb1、Ｐb2は最高負荷圧力ＰLmと同じになるように制
御される。一方、メータイン絞り要素４ａ，４ｂの入口
圧力は同じポンプ吐出圧力Ｐｓである。このため、メー
タイン絞り要素４ａ，５ａの前後差圧は等しくなり、負
荷圧力の低いアクチュエータへ優先的に油圧ポンプ１の
圧油が流れることが防止され、複合操作性が保証され
る。

【００４６】（３）アクチュエータ２又は３の単独操作
又はアクチュエータ２，３の複合操作において、分流弁
１４は次のように機能する。

【００４７】すなわち、例えばアクチュエータ２を単独
操作した時、上記のようにメータイン絞り要素４ａを通
過する流量をアクチュエータ２が直ちに吸収してくれる
場合は、Ｐb1＝Ｐa1＝ＰLm＝Ｐｃの関係が成立するか
ら、分流弁１２，１４の背圧室１２ｂ，１４ｂにはアク
チュエータ２の負荷圧力がアクチュエータ２、３の最高
負荷圧力ＰLm（＝Ｐｘ）として誘導されており、分流弁
１２，１４のポペット１２ａ，１４ａはＰLm＝Ｐb1，Ｐ
ｃでバランスするから、メータイン絞り要素４ａの出口
圧力Ｐb1とブリード弁１０の出口圧力Ｐｃは共に最高負
荷圧力ＰLmと同じになるように制御される。一方、メー
タイン絞り要素４ａ及びブリード弁１０の入口圧力は同
じポンプ吐出圧力Ｐｓである。このため、メータイン絞
り要素４ａとブリード弁１０の前後差圧は等しくなる。
アクチュエータ３の単独操作時も同様である。また、ア
クチュエータ２，３の複合操作時は、同様に、メータイ
ン絞り要素４ａ，４ｂとブリード弁１０の前後差圧は全
て等しくなる。このため、ブリード弁１０のブリード制
御によりセンターバイパス型の方向切換弁によるブリー
ド制御と同等の操作感覚が得られるとともに、負荷圧力
に依存しないメータイン絞り要素４ａのメータリング特
性が得られる。

【００４８】すなわち、アクチュエータ２を単独操作し
た時、上記のようにメータイン絞り要素４ａとブリード
弁１０の前後差圧は同じになるのであるから、油圧ポン
プ１の吐出流量は、メータイン絞り要素４ａとブリード
弁１０の開口面積比に応じてアクチュエータ２への流入
流量とタンクへのブリード流量とに分配される。この関
係はアクチュエータ２の負荷圧力に係わらず常に成り立
つ。このため、操作レバー装置６の操作角θが図２に示
すロ）の区画に入り、メータイン絞り要素４ａの開口面
積が０以上になれば、その時点で必ずアクチュエータ２
には上記開口面積比に応じた分の流量が供給される。し
たがって、開口面積比に応じて操作レバー装置６の操作
角θに応じたアクチュエータ２への流入流量が負荷圧力
に関係なく得られ、負荷圧力に依存しないメータイン絞
り要素４ａのメータリング特性が得られる。このため、
操作レバー装置６の不感帯は負荷圧力が高くなっても常
に図２に示すイ）の区間で一定であり、操作レバー装置
６のメータイン流量を制御できる有効ストローク範囲
（有効操作角範囲）は一定となり、優れた操作性が得ら
れる。

【００４９】（４）以上の如く、基本的には、分流弁１
２，１３、ブリード弁１０、分流弁１４と信号回路４０
に絞り２２を設けると、複合操作性が確保でき、ブリー
ド制御の操作感覚が得られかつメータイン絞り要素のメ
ータリング特性が負荷圧力に影響されなくなるが、この
ままでは次のような不具合が発生する恐れがある。

【００５０】例えばアクチュエータ２の起動時、図２に
おいて、操作レバー装置６の操作角θがイ）の区間にあ
るときは負荷圧力が検出されないので、ブリード弁１０
の前後差圧は上記のようにΔＰL1に保たれる。この間
で、Ｉ）のようにスタンバイ流量ＩＩ）を下廻る区間が
あっても、ΔＰL1が若干大きくなるだけで、特に問題は
無い。

【００５１】操作レバー装置６の操作角θがロ）の区間
に入り、メータイン絞り要素４ａが開き、ポンプ吐出圧
力がメータイン絞り要素４ａの出口側へ伝えられ、この
圧力でホールドチェッキ弁１５を開弁できないか、開弁
できても、アクチュエータ２の慣性負荷が大きく油圧ポ
ンプ１から供給される開口面積Ａａに応じた流量Ｑａを
アクチュエータ２が吸収できない場合、メータイン絞り
要素４ａを通過する圧油の流れが生じないので、メータ
イン絞り要素４ａの前後差圧はΔＰL1に達しない。この
場合、もし分流弁１４の背圧室１４ｂに最高負荷圧力を
そのまま誘導したとすると、ブリード弁１０の前後差圧
もΔＰL1に達せず、ブリード弁１０においてΔＰL1の前
後差圧で通過させることを想定した上記Ｑｂの流量その
ものも処理できなくなり、ブリード弁１０を通過できな
い余剰流量はリリーフ弁１１で処理せざるを得なくな
る。すなわち、油圧ポンプ１の吐出圧力がリリーフ圧に
達する。

【００５２】このように操作レバー装置６の操作角θが
イ）からロ）の区間へ移行したとたんに油圧ポンプ１の
吐出圧力がリリーフ圧に達することは、ショックが大き
く、操作性を損なうことになる。過度の圧力上昇により
エネルギ損失を発生する。

【００５３】本実施形態では、このショックを極力さけ
るため、切換弁３０を設けている。この切換弁３０の機
能は次のようである。

【００５４】切換弁３０は、図３に示す如く、その開口
面積Ａｃをポンプ吐出圧力Ｐｓと吐最高負荷圧力ＰLmの
差圧Ｐｓ−ＰLmの大小に応じて変化させ、差圧Ｐｓ−Ｐ
Lmが小さくなると開口面積Ａｃが小さくなり、切換弁３
０と絞り２２との間の信号ライン２１ａ，２１ｂに、制
御圧力Ｐｘとして、開口面積Ａｃに応じた最高負荷圧力
ＰLmとタンク圧（０）との間の中間圧を発生させる。こ
の中間圧は開口面積Ａｃが小さくなるにしたがって低く
なる。そして、分流弁１４の背圧室１４ｂにはその中間
圧が誘導され、ブリード弁１０の出口圧力Ｐｃもその中
間圧となり（Ｐｘ＝Ｐｃ＝中間圧）、ブリード弁１０の
前後差圧が大きくなる。このため、アクチュエータ２の
起動時、メータイン絞り要素４ａの前後差圧が小さくて
も、ブリード弁１０の前後差圧は所定量が確保され、ブ
リード流量を所定の値で処理できることになる。したが
って、油圧ポンプ１の吐出圧力がリリーフ圧まで上昇せ
ず、ショックを生じることなく滑らかにアクチュエータ
２を駆動することができる。また、エネルギ損失の発生
も抑えられる。

【００５５】以上のように本実施形態によれば、分流弁
１２，１３、ブリード弁１０、分流弁１４を設け、かつ
信号回路４０に絞り２２と切換弁３０を設けたので、ク
ローズドセンタ型の方向切換弁４，５を用いてブリード
制御が行えるとともに、複合操作性が確保でき、更に負
荷圧力に影響されないメータイン絞り要素４ａ，５ａの
メータリング特性が得られる。また、慣性負荷の起動時
にポンプ吐出圧力がリリーフ圧まで上昇せず、エネルギ
損失を低減できると共に、慣性負荷の滑らかな駆動が可
能となる。

【００５６】本発明の第２の実施形態を図４〜図６によ
り説明する。図中、図１に示すものと同等の部材には同
じ符号を付している。

【００５７】図４において、本実施形態の油圧回路装置
では、信号回路４０Ａの信号ライン２１ｂに絞り２２の
前後差圧を一定に保つ圧力補償弁５０が配置されてお
り、この圧力補償弁５０により絞り２２の通過流量ｑｃ
を一定に保ち、切換弁３０を通過する圧油の流量を一定
に保つ構成となっている。

【００５８】図５は、図３に示す油圧ポンプ１の吐出圧
力Ｐｓとアクチュエータ２，３の最大負荷圧力ＰLmとの
差圧Ｐｓ−ＰLmと切換弁３０の開口面積Ａｃとの関係
に、切換弁３０の前後差圧（最高負荷圧力ＰLmと切換弁
３０により生成される制御圧力Ｐｘ（＝Ｐｃ）との差
圧）ＰLm−Ｐｘの変化を重ね合わせたものである。

【００５９】図５に示す如く、切換弁３０は差圧Ｐｓ−
ＰLmが小さくなるにしたがって開口面積Ａｃが小さくな
る。また、切換弁３０を通過する流量ｑｃは圧力補償弁
５０の働きにより一定に保たれているから、切換弁３０
の前後差圧ＰLm−Ｐｘは図示の如く変化し、差圧Ｐｓ−
ＰLmが小では差圧ＰLm−Ｐｘが大、差圧Ｐｓ−ＰLmが大
では差圧ＰLm−Ｐｘが小となる。このことは、差圧Ｐｓ
−ＰLmと差圧ＰLm−Ｐｘの和を考えた場合、その和は大
きく変動しないということであり、絞り２２を適宜の大
きさに設定することにより差圧Ｐｓ−ＰLmと差圧ＰLm−
Ｐｘの和をほぼ一定にすることができる。例えば、図５
において、差圧Ｐｓ−ＰLmがＰ１のときの差圧ＰLm−Ｐ
ｘをＰ４とし、差圧Ｐｓ−ＰLmがＰ２のときの差圧ＰLm
−ＰｘをＰ５とし、差圧Ｐｓ−ＰLmがＰ３のときの差圧
ＰLm−ＰｘをＰ６とすると、Ｐ１＋Ｐ４＝Ｐ２＋Ｐ５＝
Ｐ３＋Ｐ６＝一定とできる。

【００６０】一方、差圧Ｐｓ−ＰLmと差圧ＰLm−Ｐｘの
和は、算術的に、（Ｐｓ−ＰLm）＋（ＰLm−Ｐｘ）＝Ｐ
ｓ−Ｐｘであり、Ｐｓ−Ｐｘが一定なると、分流弁１４
の作用によりブリード弁１０の前後差圧Ｐｓ−Ｐｃが一
定になる。

【００６１】このように、圧力補償弁５０を設け、切換
弁３０の通過流量ｑｃを一定に保つことにより、ブリー
ド弁１０の前後差圧Ｐｓ−Ｐｃが差圧Ｐｓ−ＰLmに係わ
らず一定となり、第１の実施例と同様、例えばアクチュ
エータ２の起動時、メータイン絞り要素４ａの前後差圧
が小さくても、ブリード弁１０による所定のブリード流
量を確保できるとともに、そのブリード流量を一定に制
御することができるので、油圧ポンプの吐出流量が無駄
にタンクに捨てられることを防止できる。

【００６２】また、圧力補償弁５０により絞り２２の通
過流量ｑｃが一定に保たれるので、アクチュエータ２か
つ／又は３の負荷圧力が増大し、最高負荷圧力ＰLmが大
きくなっても、信号ライン２１ａ，２１ｂ、絞り２２を
介してタンクに捨てられる圧油の流量を少なくでき、一
層のエネルギ損失の低減が可能となる。

【００６３】図６に圧力補償弁５０の具体的構成を示
す。本例は、絞り２２と圧力補償弁５０を分流弁１４の
ポペット１４ａの内部に組み込み、分流弁１４と一体化
した例である。図６において、ポペット１４ａ内に背圧
室１４ｂ側が開放したケース６０がネジ締結され、ケー
ス６０の内部に反背圧室１４ｂ側が開放したピストン弁
体６１が配置され、ケース６０とピストン弁体６１との
間の内部室６２内にバネ６３が配置されている。また、
ピストン弁体６１の端面には絞り２２となる小孔が形成
され、背圧室１４ｂはこの小孔（絞り２２）を介して内
部室６２に連通している。更に、ケース６０の側壁には
小孔６４が形成され、ポペット１４ａの側壁にも小孔６
５が形成され、内部室６２はこの小孔６４，６５を介し
てタンクに連通している。そして、小孔６４の開口面積
はピストン弁体６１の移動により可変となっている。す
なわち、図４に示す信号ライン２１ｂはポペット１４ａ
内において内部通路として構成されている。

【００６４】今、小孔（絞り２２）の前後差圧が増大す
ると、ピストン弁体６１がケース６０内を図示左方に移
動し、小孔６４の開口面積を小さくし、小孔（絞り２
２）の前後差圧を小さくするように作動する。一方、小
孔（絞り２２）の前後差圧が減少すると、ピストン弁体
６１がケース６０内を図示右方に移動し、小孔６４の開
口面積を大きくし、小孔（絞り２２）の前後差圧を大き
くするように作動する。すなわち、小孔（絞り２２）の
前後差圧は一定に保たれ、圧力補償弁５０の機能が得ら
れる。

【００６５】このように圧力補償弁５０を設けても、分
流弁１４と一体化することによりコンパクトな構造を実
現することができる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように構成した本発明によれば、
次の効果が得られる。

【００６７】（１）クローズドセンタ型の方向切換弁を
用いてブリード制御を行え、操作性が向上する。

【００６８】（２）複合操作性が確保される。

【００６９】（３）負荷圧力に依存しないメータイン絞
り要素のメータリング特性が得られ、操作性が向上す
る。

【００７０】（４）大きな慣性体を有するアクチュエー
タを駆動する時にも、起動時の過度の圧力上昇を防止
し、エネルギ損失を低減しかつ起動時のショックを軽減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による建設機械の油圧
回路装置を示す図である。

【図２】図１に示すメータイン絞り要素とブリード弁の
開口面積特性を示す図である。

【図３】図１に示す切換弁の開口面積特性を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施形態による建設機械の油圧
回路装置を示す図である。

【図５】図４に示す切換弁の動作特性を示す図である。

【図６】図４に示す圧力補償弁の具体的構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２，３ アクチュエータ ４，５ 方向切換弁 ４ａ，５ａ メータイン絞り要素 ６，７ 操作レバー装置 １０ ブリード弁 １２，１３，１４ 分流弁 １９ コントローラ ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ 信号ライン ２２ 絞り ３０ 切換弁 ３０ａ，３０ｂ パイロットライン ３０ｃ バネ ４０ 信号回路 ５０ 圧力補償弁

フロントページの続き (72)発明者 落合 正巳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポン
   プから吐出される圧油によって駆動される複数のアクチ
   ュエータと、前記複数のアクチュエータに供給される圧
   油の流れを制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方
   向切換弁を駆動操作する複数の操作レバー装置と、前記
   複数の方向切換弁の中立時に前記油圧ポンプより吐出さ
   れる圧油をタンクに還流するブリード弁と、前記複数の
   操作レバー装置の操作量に応じた流量となるよう前記油
   圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段と、前記
   複数の操作レバー装置の操作量に応じた開口面積となる
   よう前記ブリード弁を制御するブリード制御手段とを備
   えた建設機械の油圧回路装置において、 前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力が誘導される
   とともに、絞りを介してタンクに接続される信号ライン
   を有する信号回路と、 前記複数の方向切換弁に内蔵されるそれぞれのメータイ
   ン絞り要素の出口側に配置され、前記信号回路の最高負
   荷圧力が閉弁方向に作用し、対応するメータイン絞り要
   素の出口圧力を当該最高負荷圧力と同じになるよう制御
   する複数の第１の分流弁と、 前記ブリード弁の出口側に配置され、前記信号ラインの
   最高負荷圧力に応じた制御圧力が閉弁方向に作用し、前
   記ブリード弁の出口圧力を当該制御圧力と同じになるよ
   うに制御する第２の分流弁と、 前記信号ラインに配置され、前記油圧ポンプの吐出圧力
   と前記最高負荷圧力との差圧に応じて作動し、当該差圧
   が大きいときは前記制御圧力を前記最高負荷圧力と等し
   い圧力とし、前記差圧が小さくなると前記制御圧力を前
   記最高負荷圧力より低い圧力とする切換弁とを備えるこ
   とを特徴とする建設機械の油圧回路装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の建設機械の油圧回路装置に
   おいて、前記切換弁は、前記油圧ポンプの吐出圧力が開
   弁方向に作用し、前記最高負荷圧力とバネの付勢力が閉
   弁方向に作用し、油圧ポンプの吐出圧力と最高負荷圧力
   との差圧が小さくなるにしたがって開口面積を小さくす
   る弁であることをことを特徴とする建設機械の油圧回路
   装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の建設機械の油圧回路装置に
   おいて、前記信号ラインに設置され、前記絞りの前後差
   圧を一定に制御する圧力補償弁を更に備えることを特徴
   とする建設機械の油圧回路装置。