油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法
【課題】油漏れのリスクを解消し、エネルギー効率を向上させることができ、容易に油圧シリンダの駆動を制御することが可能な油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法を提供する。
【解決手段】油圧ポンプ１３とコントロールバルブ１４とパイロットバルブ１６とを備える油圧シリンダ制御装置Ｂによって油圧シリンダ９の駆動を制御し、パイロットバルブ１６とコントロールバルブ１４を繋ぐパイロット油路３４、３５に設けた減圧弁３６、３７により、油圧シリンダ９に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる。これとともに、コントロールバルブ１４のカバー３８、３９を、油圧シリンダ９に作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバー３８’、３９’に交換して、油圧シリンダ９に供給される作動油の流量を制御するようにした。
【解決手段】油圧ポンプ１３とコントロールバルブ１４とパイロットバルブ１６とを備える油圧シリンダ制御装置Ｂによって油圧シリンダ９の駆動を制御し、パイロットバルブ１６とコントロールバルブ１４を繋ぐパイロット油路３４、３５に設けた減圧弁３６、３７により、油圧シリンダ９に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる。これとともに、コントロールバルブ１４のカバー３８、３９を、油圧シリンダ９に作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバー３８’、３９’に交換して、油圧シリンダ９に供給される作動油の流量を制御するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダなどの建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば建設機械の油圧ショベル１は、図６に示すように、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３上に上下方向に起倒自在に取り付けられたフロント作業機４とを備えて構成されている。また、フロント作業機４は、後端が上部旋回体３に回動自在に支持されたブーム５と、ブーム５の先端に後端が回動自在に支持されたアーム６と、アーム６の先端に回動自在に取り付けられたバケット７とを備えて多関節状に形成されている。さらに、ブーム５とアーム６とバケット７をそれぞれ回動させるためのブームシリンダ８とアームシリンダ９とバケットシリンダ１０（油圧シリンダ）を備え、油圧シリンダ制御装置で作動油を給排することによりこれら油圧シリンダ８、９、１０が伸縮駆動し、ブーム５とアーム６とバケット７がそれぞれ回動するように構成されている。なお、油圧ショベル１では、各油圧シリンダ８、９、１０を伸ばすように駆動した場合に、ブーム５が起き上がり、ブーム５とアーム６、アーム６とバケット７がそれぞれ大きく屈曲するように回動してフロント作業機４が縮小する。また、各油圧シリンダ８、９、１０を縮めるように駆動した場合に、ブーム５が倒れ、ブーム５とアーム６、アーム６とバケット７がそれぞれ直線状に伸ばされるように回動してフロント作業機４が伸長する。
【０００３】
また、このように各油圧シリンダ８、９、１０の駆動を制御する油圧シリンダ制御装置Ａには、例えば図７に示すように、作動油を貯留するタンク１１と、原動機１２により駆動しタンク１１内の作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に圧送して供給する可変容量型の油圧ポンプ（メインポンプ）１３と、油圧シリンダ９（８、１０）と油圧ポンプ１３の間に設けられ、油圧ポンプ１３から油圧シリンダ９（８、１０）に供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって切り換え制御するコントロールバルブ１４と、オペレーターによる操作レバー１５の手動操作量に応じてパイロット圧を出力し、このパイロット圧を導入してコントロールバルブ１４のスプールを移動させるパイロットバルブ（リモコン弁）１６とを備えて構成されている。
【０００４】
また、この油圧シリンダ制御装置Ａにおいては、オープンセンタ型のコントロールバルブ１４を備え、コントロールバルブ１４が中立位置の状態で、油圧ポンプ１３から吐出された作動油を、センタバイパス１４ａを通じて戻し油路１７からタンク１１に返送するように構成されている。さらに、この戻し油路１７には、ネガコン絞り１８が設けられ、このネガコン絞り１８の上流側に一端を接続し、他端を油圧ポンプ１３に接続したネガティブコントロール油路（ネガコン油路）１９が分岐して設けられている。そして、例えば油圧ポンプ１３が大出力で駆動し大流量で作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に供給している状態から操作レバー１５の操作によってコントロールバルブ１４のスプールが中立位置に切り換わった際には、作動油が戻し油路１７を流通するとともにネガコン絞り１８によってネガコン油路１９の作動油にネガコン圧が発生し、このネガコン圧によって作動油の流量（吐出量）を少なくするように油圧ポンプ１３の駆動が制御される。これにより、油圧シリンダ９（８、１０）を駆動させない状態では、ネガコン圧によって油圧ポンプ１３の出力が抑えられ、省エネルギー化が図られている。
【０００５】
ここで、油圧ショベル１が、標準フロント作業機４と、ブーム５やアーム６を長尺で形成した長尺フロント作業機４’とを付け替えて使用する特殊仕様機である場合や、油圧ショベル１のバケット７を例えばブレーカやクラッシャなど大重量のアタッチメントに付け替えて使用する場合などにおいては、フロント作業機４（４’）の付け替えによってフロント作業機４’の重量が増大し、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷が増大する。そして、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合には、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を伸ばすように（フロント作業機４’を縮めるように）操作レバー１５を最大で操作した際に、コントロールバルブ１４のスプールが中立位置から油圧シリンダ９（８、１０）に全開で作動油を供給するように切り換わり、これと同時にネガコン油路１９のネガコン圧が急激に低下あるいはゼロになって、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わり大流量の作動油を急激に吐出する。これにより、フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して、オペレーターが予期せぬ非常に危険な作動状態になる。
【０００６】
このため、油圧シリンダ制御装置Ａには、図７に示すように、油圧シリンダ９（８、１０）とコントロールバルブ１４の間の一対の給排油路（ヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１）にそれぞれ絞り２２、２３を設けて構成したものがある。そして、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合には、これら絞り２２、２３を調整してヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１の開口面積を小さくするようにしている。これにより、操作レバー１５を最大で操作し、ネガコン圧が急激に低下して油圧ポンプ１３が全開の出力で駆動した場合においても、絞り２２、２３により油圧シリンダ９（８、１０）の背圧を上昇させてフロント作業機４’の作動を制限でき、フロント作業機４’が重量による影響で急激に作動することを防止できる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−９９１０６号公報
【特許文献２】特開平４−４４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図７に示す従来の油圧シリンダ制御装置Ａにおいては、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合に、ヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１にそれぞれ設けた絞り２２、２３で、油圧ポンプ１３が全開の出力で吐出した作動油の流量を絞って圧力に変換するため、油圧ポンプ１３と絞り２２、２３の間の油圧が高圧になり、絞り２２、２３や他の部分などに油漏れが生じるリスクが著しく高まるという問題があった。
【０００８】
一方、図７に示すように、油圧ポンプ１３とコントロールバルブ１４を繋ぐ供給油路２４にリリーフバルブ２５を設け、このリリーフバルブ２５の作動によって作動油を戻し油路２６からタンク１１に戻すようにして、油圧ポンプ１３と絞り２２、２３の間の油圧が著しく高圧になることを防止しているが、油圧ポンプ１３が全開の出力で吐出した作動油の流量を絞り２２、２３で圧力に変換することで、このリリーフバルブ２５から無駄にエネルギーを放出することになり、エネルギー損失が非常に大きいという問題もあった。
【０００９】
さらに、このような絞り２２、２３を設けることで、油圧シリンダ制御装置Ａのコスト高を招き、また、ヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１に絞り２２、２３を設けることでレイアウトに大きな制限が生じる。
【００１０】
また、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を付け替える場合や、油圧ショベル１のバケット７を大重量のアタッチメントに付け替えて使用する場合など、フロント作業機４（４’）の交換を行う度にフロント作業機４（４’）の重量に応じて絞り２２、２３の調整を行う必要があり、多大な手間と労力を要する。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、油漏れのリスクを解消し、エネルギー効率を向上させることができ、容易に油圧シリンダの駆動を制御することが可能な油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１３】
請求項１記載の油圧シリンダ制御装置は、建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置であって、油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備え、コントロールバルブが、スプールを摺動自在に保持するバルブボディと、バルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するカバーとを備えて構成されており、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる減圧弁が設けられ、コントロールバルブに、スプールの異なるストロークを規定するように規制部の位置が異なる複数のカバーから、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の油圧シリンダ制御方法は、建設機械の油圧シリンダの駆動を制御する油圧シリンダ制御方法であって、油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備える油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御し、油圧シリンダに作用する負荷の大きさが変更される場合には、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁により、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるとともに、スプールを摺動自在に保持するバルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するコントロールバルブのカバーを、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバーに交換して、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の油圧シリンダ制御装置及び請求項２記載の油圧シリンダ制御方法においては、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁によって油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させることが可能になり、パイロットバルブの操作量（オペレーターによる操作レバーの操作量）に対しスプールの移動量が小さくなるように制御することが可能になる。
【００１６】
そして、このように減圧弁でスプールの移動量を小さく制御できることによって、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合（油圧シリンダに作用する負荷が増大する場合）に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、スプールが中立位置から油圧シリンダに全開で作動油を供給するように切り換わることがなく、ネガコン圧が急激に下がることを防止でき、操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプを必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御することが可能になる。
【００１７】
これにより、従来の油圧シリンダ制御装置のように絞りによって作動油の流量を圧力に変換することなく、スプールの移動量を制御して油圧シリンダに供給される作動油の流量を少なくすることが可能になる。そして、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、油圧シリンダを緩やかに駆動させることが可能になり、フロント作業機がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００１８】
また、規制部の位置が異なる複数のカバーから油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられているため、減圧弁によるパイロット圧の減圧効果に加え、このカバーによっても油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御することが可能になる。すなわち、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、選択的に設けたカバー（交換したカバー）によってスプールのストロークを小さく規定することができる。このため、油圧シリンダに供給される作動油の最大流量をフロント作業機の重量に応じて少なくすることが可能になる。そして、このようにコントロールバルブのカバーに作動油の流量調整機能が付与されることによって、例えば減圧弁が好適に作動しなかったり、破損するなど不測の事態が生じ、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、確実にフロント作業機がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００１９】
よって、請求項１記載の油圧シリンダ制御装置及び請求項２記載の油圧シリンダ制御方法によれば、減圧弁を設けるとともにコントロールバルブのカバーを油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じて選択的に設けてスプールのストロークを制御することにより、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御することが可能になるため、従来のように絞りによって作動油の流量を圧力に変換する場合と比較し、油漏れのリスクを解消して、油圧シリンダの駆動を制御することが可能になる。
【００２０】
また、このとき、ネガコン圧が急激に下がることを防止し、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプが全開の出力に切り換わることがないようにして作動油の流量を制御できるため、絞りによって作動油の流量を圧力に変換する従来の油圧シリンダ制御装置と比較しエネルギー効率を向上させることが可能になる。さらに、油圧シリンダに作用する負荷が変更される場合に減圧弁の調整とカバーの交換を行うという簡便な操作で容易に作動油の流量設定の変更を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法について説明する。ここで、本実施形態は、建設機械の油圧ショベルに設けられるブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ（油圧シリンダ）の駆動を制御する油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法に関するものである。また、本実施形態では、油圧ショベルが、標準フロント作業機と、ブームやアームを長尺で形成した長尺フロント作業機とを付け替えて使用する特殊仕様機であるものとし、さらに、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのうち一つの油圧シリンダ（例えばアームシリンダ）の駆動を制御するものとして説明を行う。なお、本実施形態では、図６及び図７に示した油圧ショベル１及び従来の油圧シリンダ制御装置Ａと共通する構成に対し同一符号を付して説明を行う。
【００２２】
本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂは、図１に示すように、作動油を貯留するタンク１１と、原動機１２により駆動して作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に供給する油圧ポンプ（メインポンプ）１３と、油圧シリンダ９（８、１０）と油圧ポンプ１３の間に設けられたオープンセンタ型のパイロット式コントロールバルブ１４と、オペレーターによる操作レバー１５の手動操作量に応じてパイロット圧を出力し、コントロールバルブ１４のスプールを移動させるパイロットバルブ（リモコン弁）１６とを備えて構成されている。
【００２３】
また、この油圧シリンダ制御装置Ｂでは、油圧ポンプ１３が、タンク油路３０を介してタンク１１に接続され、供給油路２４を介してコントロールバルブ１４の供給ポート１４ｂに接続されている。供給油路２４には、油圧ポンプ１３から吐出した作動油をコントロールバルブ１４に向かう方向にのみ流通させる逆止弁３１が設けられ、この逆止弁３１よりも作動油流通方向上流側（油圧ポンプ１３側）に、センタバイパス油路３２が分岐して設けられている。このセンタバイパス油路３２は、コントロールバルブ１４が中立位置の状態（図１に示す状態）でセンタバイパス１４ａと連通するようにコントロールバルブ１４に接続されている。さらに、供給油路２４には、センタバイパス油路３２よりも作動油流通方向上流側にリリーフバルブ２５を介して第１戻し油路２６の一端が接続され、この第１戻し油路２６は他端をタンク１１に繋げて設けられている。
【００２４】
さらに、コントロールバルブ１４が中立位置の状態で油圧ポンプ１３から供給油路２４を通じてセンタバイパス１４ａに流通した作動油をタンク１１に返送する第２戻し油路１７が、コントロールバルブ１４とタンク１１の間に設けられている。また、この第２戻し油路１７に設けられたネガコン絞り１８の作動油流通方向上流側と油圧ポンプ１３とを繋いでネガコン油路１９が設けられている。
【００２５】
さらに、コントロールバルブ１４と油圧シリンダ９（８、１０）とが、ヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１の一対の給排油路によって接続されている。ヘッド側給排油路２０は、油圧シリンダ９（８、１０）のヘッド側の室９ａ（８ａ、１０ａ）とコントロールバルブ１４の第１給排ポート１４ｃとを接続して設けられている。また、ロッド側給排油路２１は、油圧シリンダ９（８、１０）のロッド側の室９ｂ（８ｂ、１０ｂ）とコントロールバルブ１４の第２給排ポート１４ｄとを接続して設けられている。そして、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、従来の油圧シリンダ制御装置Ａと異なり、これらヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１に絞りが設けられていない。また、油圧シリンダ９（８、１０）の各室９ａ（８ａ、１０ａ）、９ｂ（８ｂ、１０ｂ）からヘッド側給排油路２０やロッド側給排油路２１を通じてコントロールバルブ１４に排出された作動油をタンク１１に戻すための第３戻し油路３３が、コントロールバルブ１４の排出ポート１４ｅに一端を接続し、他端をタンク１１に繋げて設けられている。
【００２６】
パイロットバルブ１６は、油圧源のパイロットポンプ２７の駆動によってタンク１１から作動油が供給され、コントロールバルブ１４の両端部側にそれぞれ接続した一対のパイロット油路３４、３５を通じてコントロールバルブ１４と繋げられている。また、これら一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ、パイロット圧を減圧するための減圧弁３６、３７が設けられている。
【００２７】
一方、本実施形態のコントロールバルブ１４は、周知の油圧パイロット式コントロールバルブと同様に構成されたものであり、例えば図２に示すように、バルブボディ１４ｆと、バルブボディ１４ｆに形成されたスプール穴１４ｇに軸線Ｏ１方向に摺動自在に保持されたスプール１４ｈと、バルブボディ１４ｆから外側に突出するスプール１４ｈの両端部１４ｍ、１４ｎをそれぞれ囲繞するようにして、バルブボディ１４ｆの両側端側にそれぞれ着脱可能に設けられた一対のカバー３８、３９とを備えて構成されている。
【００２８】
また、一対のカバー３８、３９はそれぞれ、スプール１４ｈが中立位置に配された状態でスプール１４ｈの端部１４ｍ、１４ｎとの軸線Ｏ１方向の間に空間（背室４０、４１）を形成し、スプール１４ｈが軸線Ｏ１方向に移動して端部１４ｍ、１４ｎが当接するとともにこのスプール１４ｈの移動を規制する規制部（規制面）３８ａ、３９ａを備えて形成されている。すなわち、これら一対のカバー３８、３９は、一方のカバー３８の規制部３８ａにスプール１４ｈの一端部１４ｍが当接することでこのスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の一方向Ｔ１の移動を規制し、他方のカバー３９の規制部３９ａにスプール１４ｈの他端部１４ｎが当接することでこのスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２の移動を規制する。よって、スプール１４ｈは、これら一対のカバー３８、３９の規制部３８ａ、３９ａによってストロークＳ（Ｓ＝Ｍ＋Ｎ）が規定されている。
【００２９】
また、一方のカバー３８に一方のパイロット油路３５が、他方のカバー３９に他方のパイロット油路３４が接続されている。そして、オペレーターによる操作レバー１５の操作に応じて、パイロットバルブ１６から一方のカバー３８あるいは他方のカバー３９の背室４０、４１に作動油が流入し、スプール１４ｈの端部（受圧面）１４ｍ、１４ｎにパイロット圧が作用することで、スプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の一方向Ｔ１あるいは他方向Ｔ２に移動するように構成されている。さらに、スプール１４ｈにはバネ４２が設けられ、操作レバー１５が中立位置に配されて一対のカバー３８、３９の両背室４０、４１のパイロット圧が略ゼロになるとともに、このバネ４２の付勢力によってスプール１４ｈが中立位置に配されるように構成されている。
【００３０】
そして、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載した際に使用する標準用カバー（図２に示すカバー３８、３９）と、標準フロント作業機４よりも大重量の長尺フロント作業機４’を搭載した際に使用する長尺用カバー（図３に示すカバー３８’、３９’）とがそれぞれ個別に準備されており、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’のどちらが搭載されるかによって標準用カバー３８、３９と長尺用カバー３８’、３９’が選択的に設けられている。
【００３１】
また、図２及び図３に示すように、標準用カバー３８、３９と長尺用カバー３８’、３９’は、バルブボディ１４ｆに取り付けた状態で規制部（３８ａと３８ａ’、３９ａと３９ａ’）の位置が異なるように形成されており、長尺用カバー３８’、３９’は、規制部３８ａ’、３９ａ’が標準用カバー３８、３９の規制部３８ａ、３９ａよりもスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向内側に配されるように形成されている。すなわち、長尺用カバー３８’、３９’は、これを取り付けた際のスプール１４ｈのストロークＳ’（Ｓ’＝Ｍ’＋Ｎ’）が、長尺フロント作業機４’の重量に応じて（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて）標準用カバー３８、３９を取り付けた際のスプール１４ｈのストロークＳよりも小さくなるように形成されている。
【００３２】
ついで、上記の構成からなる油圧シリンダ制御装置Ｂによって油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御する方法について説明するとともに、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法の作用及び効果について説明する。
【００３３】
はじめに、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、減圧弁３６、３７を調整してパイロット圧に減圧効果が生じないようにしておく。また、コントロールバルブ１４にスプール１４ｈのストロークＳを有する標準用カバー３８、３９を取り付けておく。この場合には、スプール１４ｈが中立位置にある状態で、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸ばす方向（標準フロント作業機４を縮小させる方向）に操作レバー１５を操作すると、減圧弁３６、３７によってパイロット圧が減圧されていないため、図４に示すように、操作レバー１５の操作量が大きくなるに従い漸次大きなパイロット圧がスプール１４ｈの一端部（受圧面）１４ｍに作用する（図４の実線Ｐ１）。また、これに伴いスプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２に速く移動することになり、操作レバー１５の操作量が大きくなるに従い漸次大きな移動量でスプール１４ｈが移動することになる（図４の破線Ｐ２）。
【００３４】
そして、コントロールバルブ１４に標準用カバー３８、３９を設けてスプール１４ｈが大きなストロークＳで移動するように設定されているため、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作した際には、スプール１４ｈが中立位置から供給油路２４とヘッド側給排油路２０、ロッド側給排油路２１と第３戻し油路３３をそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わる。すなわちスプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わる。これと同時にネガコン油路１９のネガコン圧が急激に低下あるいはゼロになり、スプール１４ｈが中立位置の状態においてネガコン圧により作動油を小流量で吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わって大流量の作動油を吐出し、この大流量の作動油が全開の絞り状開口部を通じて油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給される。
【００３５】
このとき、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、標準フロント作業機４の重量が小さく、且つこの標準フロント作業機４の重量に応じたコントロールバルブ（標準用カバー３８、３９）１４が設けられているため、絞り状開口部が全開し大流量の作動油が油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給されても、標準フロント作業機４が急激に作動してオペレーターが予期せぬ非常に危険な作動状態になることはなく、好適な状態を維持して作業を行うことが可能である。
【００３６】
一方、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を交換して、油圧ショベル１に大重量の長尺フロント作業機４’を付け替えた場合（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変更される場合）には、コントロールバルブ１４のスプール１４ｈのストロークＳが標準用カバー３８、３９で規定されていると、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作した際に、スプール１４ｈの絞り状開口部が全開し大流量の作動油が油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給され、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動してしまう。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、長尺フロント作業機４’に付け替える際に、この長尺フロント作業機４’の重量に応じてパイロット圧を減圧させるように減圧弁３６、３７を調整する。また、これとともにコントロールバルブ１４のカバーを標準用カバー３８、３９から長尺用カバー３８’、３９’に交換する。
【００３８】
このようにした場合には、減圧弁３６、３７によってパイロット圧が操作レバー１５の操作量に応じて減圧されるため、図４に示すように、操作レバー１５の操作量を大きくしてもパイロット圧の上昇が抑えられ、標準フロント作業機４を搭載した場合と比較してスプール１４ｈの一端部（受圧面）１４ｍに作用するパイロット圧が小さくなる（図４の実線Ｑ１）。また、これに伴いスプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２に緩やかに移動することになり、操作レバー１５の操作量を大きくしても小さな移動量でスプール１４ｈが移動することになる（図４の破線Ｑ２）。
【００３９】
そして、減圧弁３６、３７によってパイロット圧を減圧させ、スプール１４ｈの移動量（ストローク）を制御した場合には、スプール１４ｈが中立位置にある状態で、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸長させる方向（長尺フロント作業機４’を縮小させる方向）に操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、スプール１４ｈに減圧弁３７（３６）によって減圧されたパイロット圧が作用するため、スプール１４ｈが中立位置から供給油路２４とヘッド側給排油路２０、ロッド側給排油路２１と第３戻し油路３３をそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わることがない。そして、スプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が、緩やかに開口面積を増加させながら供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ連通させるように切り換わってゆく。このため、ネガコン油路１９のネガコン圧が急激に下がることはなく、油圧ポンプ１３の出力が徐々に上がってゆく。
【００４０】
これにより、操作レバー１５の操作量に応じて油圧ポンプ１３が必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御され、この油圧ポンプ１３から吐出される作動油の流量を少なく制御した状態で油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に作動油が供給される。よって、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、油圧シリンダ９（１０）が緩やかに駆動し、最大出力も制限されるように制御されて、大重量の長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動することがない。
【００４１】
また、長尺用カバー３８’、３９’が標準用カバー３８、３９と交換して取り付けられているため、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸長させる方向に操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、長尺用カバー３９’（３８’）の規制部３９ａ’（３８ａ’）にスプール１４ｈの端部１４ｎ（１４ｍ）が当接してスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２の移動が規制され、スプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が全開することがない状態で供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ連通させることになる。これにより、この長尺用カバー３９’（３８’）によってスプール１４ｈの最大移動量（最大ストロークＳ’）が小さく規定され（図４の破線Ｒ１）、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、やはりネガコン油路１９のネガコン圧が急激に下がることはなく、油圧ポンプ１３から吐出される作動油の最大流量が長尺フロント作業機４’の重量に応じて少なく制御された状態で油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に作動油が供給されることになる。
【００４２】
そして、このようにコントロールバルブ１４のカバー（長尺用カバー３８’、３９’）に作動油の流量調整機能が付与されることで、作動油に混入した例えば油圧ポンプ１３の切粉や減圧弁３６、３７の鋳造時の砂残りなどのゴミが溜まり減圧弁３６、３７が好適に作動しなかったり、破損が生じるなど不測の事態が生じて、長尺フロント作業機４’の重量に応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることが確実に防止される。
【００４３】
なお、減圧弁３６、３７を設けず、コントロールバルブ１４のカバーを長尺用カバー３８’、３９’に交換することのみで油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することも考えられる。しかしながら、この場合には、図４に示した操作レバー１５の操作量に対して大きなパイロット圧が発生し（図４の実線Ｐ１）、大きな移動量でスプール１４ｈが移動する（図４の破線Ｐ２）状態で作動油の流量を制御することになるため、オペレーターが操作レバー１５を操作した際に少量の操作量でスプール１４ｈの移動が長尺用カバー３８’、３９’で規制されてしまい、長尺フロント作業機４’の微動操作性が悪くなってしまう。
【００４４】
また、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設け、且つコントロールバルブ１４の両側端に取り付けた両長尺用カバー３８’、３９’に規制部３８ａ’、３９ａ’による流量調整機能が付与されている。このため、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を縮める方向（長尺フロント作業機４’を伸長させる方向）に操作レバー１５を操作した場合においても、油圧ポンプ１３から吐出される作動油の流量を少なく制御して油圧シリンダ９（８、１０）を緩やかに駆動させることが可能である。
【００４５】
したがって、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法においては、パイロットバルブ１６とコントロールバルブ１４を繋ぐパイロット油路３４、３５に設けた減圧弁３６、３７によって油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させることが可能になり、パイロットバルブ１６の操作量（オペレーターによる操作レバー１５の操作量）に対しスプール１４ｈの移動量（ストロークＳ’）が小さくなるように制御することが可能になる。
【００４６】
そして、このように減圧弁３６、３７でスプール１４ｈの移動量を小さく制御できることによって、オペレーターが操作レバー１５を最大で操作したとしても、スプール１４ｈが中立位置から油圧シリンダ９（８、１０）に全開で作動油を供給するように切り換わることがなく、ネガコン圧が急激に下がることを防止できる。このため、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わって大流量の作動油を吐出することをなくし、操作レバー１５の操作量に応じて油圧ポンプ１３が必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御することが可能になる。
【００４７】
これにより、従来の油圧シリンダ制御装置Ａのように絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換することなく、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を少なくすることが可能になり、油圧ショベル１のフロント作業機を標準フロント作業機４から大重量の長尺フロント作業機４’に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバー１５を最大で操作したとしても、油圧シリンダ１３を緩やかに駆動させることが可能になり、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００４８】
また、規制部３８ａ、３８ａ’、３９ａ、３９ａ’の位置が異なる複数のカバー（標準用カバー３８、３９、長尺用カバー３８’、３９’）から、油圧シリンダ１３に作用する負荷の大きさに応じたスプール１４ｈのストロークＳ、Ｓ’を規定するカバー３８、３８’、３９、３９’が選択的に設けられることで、減圧弁３６、３７によるパイロット圧の減圧効果に加え、このカバー３８、３８’、３９、３９’によっても油圧シリンダ１３に供給される作動油の流量を制御することが可能になる。そして、このようにコントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’に作動油の流量調整機能を付与することによって、減圧弁３６、３７が好適に作動しなかったり、破損するなど不測の事態が生じ、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、確実に長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００４９】
よって、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法によれば、減圧弁３６、３７を設けるとともにコントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’を油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて選択的に設けてスプール１４ｈの移動量（ストロークＳ、Ｓ’）を制御することにより、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することが可能になるため、従来のように絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換する場合と比較し、油漏れのリスクを解消して、油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御することが可能になる。
【００５０】
また、このとき、ネガコン圧が急激に下がることを防止し、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わることがないようにして作動油の流量を制御できるため、絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換する従来の油圧シリンダ制御装置Ａと比較しエネルギー効率を向上させることが可能になる。さらに、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷が変更される場合に減圧弁３６、３７の調整とカバー３８、３８’、３９、３９’の交換を行うという簡便な操作で容易に作動油の流量設定の変更を行うことが可能になる。
【００５１】
なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、建設機械が油圧ショベル１であるものとし、この油圧ショベル１が標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を付け替えて使用する特殊作業機であるものとして説明を行ったが、本発明の油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法は、油圧ショベル１に限らず他の建設機械が具備する油圧シリンダの駆動を制御するために適用されてもよい。
【００５２】
また、例えばバケット７をブレーカやクラッシャなど大重量のアタッチメントに付け替えて使用する油圧ショベル１や、アタッチメントの先端部にフックを装着し、ショベル仕様とクレーン仕様で使用される油圧ショベル１など、フロント作業機４（４’）の仕様形態に応じて油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変わる油圧ショベル１に適用されてもよく、この場合においても、本実施形態と同様、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて減圧弁３６、３７によりパイロット圧を減圧させるとともに、コントロールバルブ１４に、規制部３８ａ、３８ａ’、３９ａ、３９ａ’の位置が異なる複数のカバー３８、３８’、３９、３９’から選択的にカバー３８、３８’、３９、３９’を設けることで、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてスプール１４ｈのストロークＳ、Ｓ’を規定し作動油の流量を制御して、好適に油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御することが可能である。
【００５３】
また、本実施形態では、一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設け、且つコントロールバルブ１４の両側端にそれぞれ取り付けた両長尺用カバー３８’、３９’に規制部３８ａ’、３９ａ’による流量調整機能が付与されているものとしたが、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を伸ばす方向に操作レバー１５を操作した際に、大重量のフロント作業機４’がその重量によって急激に作動することのみを防止したい場合には、他方のパイロット油路３５のみに減圧弁３７を設け、スプール１４ｈの他端部１４ｎ側のカバー３９のみを交換してスプール１４ｈのストロークを規定するようにしてもよい。よって、必ずしも一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設けなくてもよく、また、必ずしもコントロールバルブ１４の両側端側の一対のカバー３８、３９（３８’、３９’）を全て交換しなくてもよい。
【００５４】
さらに、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、減圧弁３６、３７でパイロット圧が減圧されないようにしておき、長尺フロント作業機４’に付け替える際に減圧弁３６、３７を調整し、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるものとしたが、例えば図５に示すように、パイロット油路３４、３５に切換弁４３を介してバイパス油路４４、４５を設け、標準フロント作業機４を搭載している場合には、このバイパス油路４４、４５を通じてコントロールバルブ１４に減圧されていないパイロット圧を作用させ、長尺フロント作業機４’に付け替える際には、切換弁４３を操作して作動油の流路を切り換え、長尺フロント作業機４’の重量に応じて減圧弁３６、３７により減圧したパイロット圧をコントロールバルブ１４に作用させるようにしてもよい。この場合には、フロント作業機４、４’の付け替え時に（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変更される場合に）、コントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’を交換するとともに、切換弁４３を切り換えるというより簡便な操作で、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置のコントロールバルブを示した図であり、標準用カバーを設けた状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置のコントロールバルブを示した図であり、長尺用カバーを設けた状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御する際の操作レバーの操作量とパイロット圧、スプールの移動量との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置の変形例を示す図である。
【図６】油圧ショベルの一例を示す図である。
【図７】従来の油圧シリンダ制御装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機（標準フロント作業機）
４’ フロント作業機（長尺フロント作業機）
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
９ アームシリンダ（油圧シリンダ）
１０ バケットシリンダ（油圧シリンダ）
１１ タンク
１２ 原動機
１３ 油圧ポンプ
１４ コントロールバルブ
１４ａ センタバイパス
１４ｂ 供給ポート
１４ｃ 第１給排ポート
１４ｄ 第２給排ポート
１４ｅ 排出ポート
１４ｆ バルブボディ
１４ｇ スプール穴
１４ｈ スプール
１４ｍ スプールの端部（一端部）
１４ｎ スプールの端部（他端部）
１５ 操作レバー
１６ パイロットバルブ
１７ 戻し油路（第２戻し油路）
１８ ネガコン絞り
１９ ネガコン油路
２０ ヘッド側給排油路
２１ ロッド側給排油路
２２ 絞り
２３ 絞り
２４ 供給油路
２５ リリーフバルブ
２６ 戻し油路（第１戻し油路）
２７ パイロットポンプ
３０ タンク油路
３１ 逆止弁
３２ センタバイパス油路
３３ 戻し油路（第３戻し油路）
３４ パイロット油路
３５ パイロット油路
３６ 減圧弁
３７ 減圧弁
３８ カバー（標準用カバー）
３８ａ 標準カバーの規制部
３８’ カバー（長尺用カバー）
３８ａ’ 長尺カバーの規制部
３９ カバー（標準用カバー）
３９ａ 標準カバーの規制部
３９’ カバー（長尺用カバー）
３９ａ’ 長尺カバーの規制部
４０ 背室
４１ 背室
４２ バネ
４３ 切換弁
４４ バイパス油路
４５ バイパス油路
Ａ 従来の油圧シリンダ制御装置
Ｂ 油圧シリンダ制御装置
Ｏ１ スプールの軸線
Ｓ スプールのストローク
Ｓ’ スプールのストローク
Ｔ１ スプールの移動方向（一方向）
Ｔ２ スプールの移動方向（他方向）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダなどの建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば建設機械の油圧ショベル１は、図６に示すように、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３上に上下方向に起倒自在に取り付けられたフロント作業機４とを備えて構成されている。また、フロント作業機４は、後端が上部旋回体３に回動自在に支持されたブーム５と、ブーム５の先端に後端が回動自在に支持されたアーム６と、アーム６の先端に回動自在に取り付けられたバケット７とを備えて多関節状に形成されている。さらに、ブーム５とアーム６とバケット７をそれぞれ回動させるためのブームシリンダ８とアームシリンダ９とバケットシリンダ１０（油圧シリンダ）を備え、油圧シリンダ制御装置で作動油を給排することによりこれら油圧シリンダ８、９、１０が伸縮駆動し、ブーム５とアーム６とバケット７がそれぞれ回動するように構成されている。なお、油圧ショベル１では、各油圧シリンダ８、９、１０を伸ばすように駆動した場合に、ブーム５が起き上がり、ブーム５とアーム６、アーム６とバケット７がそれぞれ大きく屈曲するように回動してフロント作業機４が縮小する。また、各油圧シリンダ８、９、１０を縮めるように駆動した場合に、ブーム５が倒れ、ブーム５とアーム６、アーム６とバケット７がそれぞれ直線状に伸ばされるように回動してフロント作業機４が伸長する。
【０００３】
また、このように各油圧シリンダ８、９、１０の駆動を制御する油圧シリンダ制御装置Ａには、例えば図７に示すように、作動油を貯留するタンク１１と、原動機１２により駆動しタンク１１内の作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に圧送して供給する可変容量型の油圧ポンプ（メインポンプ）１３と、油圧シリンダ９（８、１０）と油圧ポンプ１３の間に設けられ、油圧ポンプ１３から油圧シリンダ９（８、１０）に供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって切り換え制御するコントロールバルブ１４と、オペレーターによる操作レバー１５の手動操作量に応じてパイロット圧を出力し、このパイロット圧を導入してコントロールバルブ１４のスプールを移動させるパイロットバルブ（リモコン弁）１６とを備えて構成されている。
【０００４】
また、この油圧シリンダ制御装置Ａにおいては、オープンセンタ型のコントロールバルブ１４を備え、コントロールバルブ１４が中立位置の状態で、油圧ポンプ１３から吐出された作動油を、センタバイパス１４ａを通じて戻し油路１７からタンク１１に返送するように構成されている。さらに、この戻し油路１７には、ネガコン絞り１８が設けられ、このネガコン絞り１８の上流側に一端を接続し、他端を油圧ポンプ１３に接続したネガティブコントロール油路（ネガコン油路）１９が分岐して設けられている。そして、例えば油圧ポンプ１３が大出力で駆動し大流量で作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に供給している状態から操作レバー１５の操作によってコントロールバルブ１４のスプールが中立位置に切り換わった際には、作動油が戻し油路１７を流通するとともにネガコン絞り１８によってネガコン油路１９の作動油にネガコン圧が発生し、このネガコン圧によって作動油の流量（吐出量）を少なくするように油圧ポンプ１３の駆動が制御される。これにより、油圧シリンダ９（８、１０）を駆動させない状態では、ネガコン圧によって油圧ポンプ１３の出力が抑えられ、省エネルギー化が図られている。
【０００５】
ここで、油圧ショベル１が、標準フロント作業機４と、ブーム５やアーム６を長尺で形成した長尺フロント作業機４’とを付け替えて使用する特殊仕様機である場合や、油圧ショベル１のバケット７を例えばブレーカやクラッシャなど大重量のアタッチメントに付け替えて使用する場合などにおいては、フロント作業機４（４’）の付け替えによってフロント作業機４’の重量が増大し、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷が増大する。そして、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合には、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を伸ばすように（フロント作業機４’を縮めるように）操作レバー１５を最大で操作した際に、コントロールバルブ１４のスプールが中立位置から油圧シリンダ９（８、１０）に全開で作動油を供給するように切り換わり、これと同時にネガコン油路１９のネガコン圧が急激に低下あるいはゼロになって、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わり大流量の作動油を急激に吐出する。これにより、フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して、オペレーターが予期せぬ非常に危険な作動状態になる。
【０００６】
このため、油圧シリンダ制御装置Ａには、図７に示すように、油圧シリンダ９（８、１０）とコントロールバルブ１４の間の一対の給排油路（ヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１）にそれぞれ絞り２２、２３を設けて構成したものがある。そして、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合には、これら絞り２２、２３を調整してヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１の開口面積を小さくするようにしている。これにより、操作レバー１５を最大で操作し、ネガコン圧が急激に低下して油圧ポンプ１３が全開の出力で駆動した場合においても、絞り２２、２３により油圧シリンダ９（８、１０）の背圧を上昇させてフロント作業機４’の作動を制限でき、フロント作業機４’が重量による影響で急激に作動することを防止できる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−９９１０６号公報
【特許文献２】特開平４−４４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図７に示す従来の油圧シリンダ制御装置Ａにおいては、大重量のフロント作業機４’に付け替えた場合に、ヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１にそれぞれ設けた絞り２２、２３で、油圧ポンプ１３が全開の出力で吐出した作動油の流量を絞って圧力に変換するため、油圧ポンプ１３と絞り２２、２３の間の油圧が高圧になり、絞り２２、２３や他の部分などに油漏れが生じるリスクが著しく高まるという問題があった。
【０００８】
一方、図７に示すように、油圧ポンプ１３とコントロールバルブ１４を繋ぐ供給油路２４にリリーフバルブ２５を設け、このリリーフバルブ２５の作動によって作動油を戻し油路２６からタンク１１に戻すようにして、油圧ポンプ１３と絞り２２、２３の間の油圧が著しく高圧になることを防止しているが、油圧ポンプ１３が全開の出力で吐出した作動油の流量を絞り２２、２３で圧力に変換することで、このリリーフバルブ２５から無駄にエネルギーを放出することになり、エネルギー損失が非常に大きいという問題もあった。
【０００９】
さらに、このような絞り２２、２３を設けることで、油圧シリンダ制御装置Ａのコスト高を招き、また、ヘッド側給排油路２０及びロッド側給排油路２１に絞り２２、２３を設けることでレイアウトに大きな制限が生じる。
【００１０】
また、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を付け替える場合や、油圧ショベル１のバケット７を大重量のアタッチメントに付け替えて使用する場合など、フロント作業機４（４’）の交換を行う度にフロント作業機４（４’）の重量に応じて絞り２２、２３の調整を行う必要があり、多大な手間と労力を要する。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、油漏れのリスクを解消し、エネルギー効率を向上させることができ、容易に油圧シリンダの駆動を制御することが可能な油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１３】
請求項１記載の油圧シリンダ制御装置は、建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置であって、油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備え、コントロールバルブが、スプールを摺動自在に保持するバルブボディと、バルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するカバーとを備えて構成されており、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる減圧弁が設けられ、コントロールバルブに、スプールの異なるストロークを規定するように規制部の位置が異なる複数のカバーから、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の油圧シリンダ制御方法は、建設機械の油圧シリンダの駆動を制御する油圧シリンダ制御方法であって、油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備える油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御し、油圧シリンダに作用する負荷の大きさが変更される場合には、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁により、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるとともに、スプールを摺動自在に保持するバルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するコントロールバルブのカバーを、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバーに交換して、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の油圧シリンダ制御装置及び請求項２記載の油圧シリンダ制御方法においては、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁によって油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させることが可能になり、パイロットバルブの操作量（オペレーターによる操作レバーの操作量）に対しスプールの移動量が小さくなるように制御することが可能になる。
【００１６】
そして、このように減圧弁でスプールの移動量を小さく制御できることによって、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合（油圧シリンダに作用する負荷が増大する場合）に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、スプールが中立位置から油圧シリンダに全開で作動油を供給するように切り換わることがなく、ネガコン圧が急激に下がることを防止でき、操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプを必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御することが可能になる。
【００１７】
これにより、従来の油圧シリンダ制御装置のように絞りによって作動油の流量を圧力に変換することなく、スプールの移動量を制御して油圧シリンダに供給される作動油の流量を少なくすることが可能になる。そして、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、油圧シリンダを緩やかに駆動させることが可能になり、フロント作業機がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００１８】
また、規制部の位置が異なる複数のカバーから油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられているため、減圧弁によるパイロット圧の減圧効果に加え、このカバーによっても油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御することが可能になる。すなわち、例えば建設機械の油圧ショベルのフロント作業機を大重量のフロント作業機に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバーを最大で操作したとしても、選択的に設けたカバー（交換したカバー）によってスプールのストロークを小さく規定することができる。このため、油圧シリンダに供給される作動油の最大流量をフロント作業機の重量に応じて少なくすることが可能になる。そして、このようにコントロールバルブのカバーに作動油の流量調整機能が付与されることによって、例えば減圧弁が好適に作動しなかったり、破損するなど不測の事態が生じ、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、確実にフロント作業機がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００１９】
よって、請求項１記載の油圧シリンダ制御装置及び請求項２記載の油圧シリンダ制御方法によれば、減圧弁を設けるとともにコントロールバルブのカバーを油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じて選択的に設けてスプールのストロークを制御することにより、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御することが可能になるため、従来のように絞りによって作動油の流量を圧力に変換する場合と比較し、油漏れのリスクを解消して、油圧シリンダの駆動を制御することが可能になる。
【００２０】
また、このとき、ネガコン圧が急激に下がることを防止し、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプが全開の出力に切り換わることがないようにして作動油の流量を制御できるため、絞りによって作動油の流量を圧力に変換する従来の油圧シリンダ制御装置と比較しエネルギー効率を向上させることが可能になる。さらに、油圧シリンダに作用する負荷が変更される場合に減圧弁の調整とカバーの交換を行うという簡便な操作で容易に作動油の流量設定の変更を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法について説明する。ここで、本実施形態は、建設機械の油圧ショベルに設けられるブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ（油圧シリンダ）の駆動を制御する油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法に関するものである。また、本実施形態では、油圧ショベルが、標準フロント作業機と、ブームやアームを長尺で形成した長尺フロント作業機とを付け替えて使用する特殊仕様機であるものとし、さらに、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのうち一つの油圧シリンダ（例えばアームシリンダ）の駆動を制御するものとして説明を行う。なお、本実施形態では、図６及び図７に示した油圧ショベル１及び従来の油圧シリンダ制御装置Ａと共通する構成に対し同一符号を付して説明を行う。
【００２２】
本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂは、図１に示すように、作動油を貯留するタンク１１と、原動機１２により駆動して作動油を油圧シリンダ９（８、１０）に供給する油圧ポンプ（メインポンプ）１３と、油圧シリンダ９（８、１０）と油圧ポンプ１３の間に設けられたオープンセンタ型のパイロット式コントロールバルブ１４と、オペレーターによる操作レバー１５の手動操作量に応じてパイロット圧を出力し、コントロールバルブ１４のスプールを移動させるパイロットバルブ（リモコン弁）１６とを備えて構成されている。
【００２３】
また、この油圧シリンダ制御装置Ｂでは、油圧ポンプ１３が、タンク油路３０を介してタンク１１に接続され、供給油路２４を介してコントロールバルブ１４の供給ポート１４ｂに接続されている。供給油路２４には、油圧ポンプ１３から吐出した作動油をコントロールバルブ１４に向かう方向にのみ流通させる逆止弁３１が設けられ、この逆止弁３１よりも作動油流通方向上流側（油圧ポンプ１３側）に、センタバイパス油路３２が分岐して設けられている。このセンタバイパス油路３２は、コントロールバルブ１４が中立位置の状態（図１に示す状態）でセンタバイパス１４ａと連通するようにコントロールバルブ１４に接続されている。さらに、供給油路２４には、センタバイパス油路３２よりも作動油流通方向上流側にリリーフバルブ２５を介して第１戻し油路２６の一端が接続され、この第１戻し油路２６は他端をタンク１１に繋げて設けられている。
【００２４】
さらに、コントロールバルブ１４が中立位置の状態で油圧ポンプ１３から供給油路２４を通じてセンタバイパス１４ａに流通した作動油をタンク１１に返送する第２戻し油路１７が、コントロールバルブ１４とタンク１１の間に設けられている。また、この第２戻し油路１７に設けられたネガコン絞り１８の作動油流通方向上流側と油圧ポンプ１３とを繋いでネガコン油路１９が設けられている。
【００２５】
さらに、コントロールバルブ１４と油圧シリンダ９（８、１０）とが、ヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１の一対の給排油路によって接続されている。ヘッド側給排油路２０は、油圧シリンダ９（８、１０）のヘッド側の室９ａ（８ａ、１０ａ）とコントロールバルブ１４の第１給排ポート１４ｃとを接続して設けられている。また、ロッド側給排油路２１は、油圧シリンダ９（８、１０）のロッド側の室９ｂ（８ｂ、１０ｂ）とコントロールバルブ１４の第２給排ポート１４ｄとを接続して設けられている。そして、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、従来の油圧シリンダ制御装置Ａと異なり、これらヘッド側給排油路２０とロッド側給排油路２１に絞りが設けられていない。また、油圧シリンダ９（８、１０）の各室９ａ（８ａ、１０ａ）、９ｂ（８ｂ、１０ｂ）からヘッド側給排油路２０やロッド側給排油路２１を通じてコントロールバルブ１４に排出された作動油をタンク１１に戻すための第３戻し油路３３が、コントロールバルブ１４の排出ポート１４ｅに一端を接続し、他端をタンク１１に繋げて設けられている。
【００２６】
パイロットバルブ１６は、油圧源のパイロットポンプ２７の駆動によってタンク１１から作動油が供給され、コントロールバルブ１４の両端部側にそれぞれ接続した一対のパイロット油路３４、３５を通じてコントロールバルブ１４と繋げられている。また、これら一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ、パイロット圧を減圧するための減圧弁３６、３７が設けられている。
【００２７】
一方、本実施形態のコントロールバルブ１４は、周知の油圧パイロット式コントロールバルブと同様に構成されたものであり、例えば図２に示すように、バルブボディ１４ｆと、バルブボディ１４ｆに形成されたスプール穴１４ｇに軸線Ｏ１方向に摺動自在に保持されたスプール１４ｈと、バルブボディ１４ｆから外側に突出するスプール１４ｈの両端部１４ｍ、１４ｎをそれぞれ囲繞するようにして、バルブボディ１４ｆの両側端側にそれぞれ着脱可能に設けられた一対のカバー３８、３９とを備えて構成されている。
【００２８】
また、一対のカバー３８、３９はそれぞれ、スプール１４ｈが中立位置に配された状態でスプール１４ｈの端部１４ｍ、１４ｎとの軸線Ｏ１方向の間に空間（背室４０、４１）を形成し、スプール１４ｈが軸線Ｏ１方向に移動して端部１４ｍ、１４ｎが当接するとともにこのスプール１４ｈの移動を規制する規制部（規制面）３８ａ、３９ａを備えて形成されている。すなわち、これら一対のカバー３８、３９は、一方のカバー３８の規制部３８ａにスプール１４ｈの一端部１４ｍが当接することでこのスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の一方向Ｔ１の移動を規制し、他方のカバー３９の規制部３９ａにスプール１４ｈの他端部１４ｎが当接することでこのスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２の移動を規制する。よって、スプール１４ｈは、これら一対のカバー３８、３９の規制部３８ａ、３９ａによってストロークＳ（Ｓ＝Ｍ＋Ｎ）が規定されている。
【００２９】
また、一方のカバー３８に一方のパイロット油路３５が、他方のカバー３９に他方のパイロット油路３４が接続されている。そして、オペレーターによる操作レバー１５の操作に応じて、パイロットバルブ１６から一方のカバー３８あるいは他方のカバー３９の背室４０、４１に作動油が流入し、スプール１４ｈの端部（受圧面）１４ｍ、１４ｎにパイロット圧が作用することで、スプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の一方向Ｔ１あるいは他方向Ｔ２に移動するように構成されている。さらに、スプール１４ｈにはバネ４２が設けられ、操作レバー１５が中立位置に配されて一対のカバー３８、３９の両背室４０、４１のパイロット圧が略ゼロになるとともに、このバネ４２の付勢力によってスプール１４ｈが中立位置に配されるように構成されている。
【００３０】
そして、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載した際に使用する標準用カバー（図２に示すカバー３８、３９）と、標準フロント作業機４よりも大重量の長尺フロント作業機４’を搭載した際に使用する長尺用カバー（図３に示すカバー３８’、３９’）とがそれぞれ個別に準備されており、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’のどちらが搭載されるかによって標準用カバー３８、３９と長尺用カバー３８’、３９’が選択的に設けられている。
【００３１】
また、図２及び図３に示すように、標準用カバー３８、３９と長尺用カバー３８’、３９’は、バルブボディ１４ｆに取り付けた状態で規制部（３８ａと３８ａ’、３９ａと３９ａ’）の位置が異なるように形成されており、長尺用カバー３８’、３９’は、規制部３８ａ’、３９ａ’が標準用カバー３８、３９の規制部３８ａ、３９ａよりもスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向内側に配されるように形成されている。すなわち、長尺用カバー３８’、３９’は、これを取り付けた際のスプール１４ｈのストロークＳ’（Ｓ’＝Ｍ’＋Ｎ’）が、長尺フロント作業機４’の重量に応じて（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて）標準用カバー３８、３９を取り付けた際のスプール１４ｈのストロークＳよりも小さくなるように形成されている。
【００３２】
ついで、上記の構成からなる油圧シリンダ制御装置Ｂによって油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御する方法について説明するとともに、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法の作用及び効果について説明する。
【００３３】
はじめに、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、減圧弁３６、３７を調整してパイロット圧に減圧効果が生じないようにしておく。また、コントロールバルブ１４にスプール１４ｈのストロークＳを有する標準用カバー３８、３９を取り付けておく。この場合には、スプール１４ｈが中立位置にある状態で、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸ばす方向（標準フロント作業機４を縮小させる方向）に操作レバー１５を操作すると、減圧弁３６、３７によってパイロット圧が減圧されていないため、図４に示すように、操作レバー１５の操作量が大きくなるに従い漸次大きなパイロット圧がスプール１４ｈの一端部（受圧面）１４ｍに作用する（図４の実線Ｐ１）。また、これに伴いスプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２に速く移動することになり、操作レバー１５の操作量が大きくなるに従い漸次大きな移動量でスプール１４ｈが移動することになる（図４の破線Ｐ２）。
【００３４】
そして、コントロールバルブ１４に標準用カバー３８、３９を設けてスプール１４ｈが大きなストロークＳで移動するように設定されているため、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作した際には、スプール１４ｈが中立位置から供給油路２４とヘッド側給排油路２０、ロッド側給排油路２１と第３戻し油路３３をそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わる。すなわちスプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わる。これと同時にネガコン油路１９のネガコン圧が急激に低下あるいはゼロになり、スプール１４ｈが中立位置の状態においてネガコン圧により作動油を小流量で吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わって大流量の作動油を吐出し、この大流量の作動油が全開の絞り状開口部を通じて油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給される。
【００３５】
このとき、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、標準フロント作業機４の重量が小さく、且つこの標準フロント作業機４の重量に応じたコントロールバルブ（標準用カバー３８、３９）１４が設けられているため、絞り状開口部が全開し大流量の作動油が油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給されても、標準フロント作業機４が急激に作動してオペレーターが予期せぬ非常に危険な作動状態になることはなく、好適な状態を維持して作業を行うことが可能である。
【００３６】
一方、標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を交換して、油圧ショベル１に大重量の長尺フロント作業機４’を付け替えた場合（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変更される場合）には、コントロールバルブ１４のスプール１４ｈのストロークＳが標準用カバー３８、３９で規定されていると、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作した際に、スプール１４ｈの絞り状開口部が全開し大流量の作動油が油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に供給され、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動してしまう。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、長尺フロント作業機４’に付け替える際に、この長尺フロント作業機４’の重量に応じてパイロット圧を減圧させるように減圧弁３６、３７を調整する。また、これとともにコントロールバルブ１４のカバーを標準用カバー３８、３９から長尺用カバー３８’、３９’に交換する。
【００３８】
このようにした場合には、減圧弁３６、３７によってパイロット圧が操作レバー１５の操作量に応じて減圧されるため、図４に示すように、操作レバー１５の操作量を大きくしてもパイロット圧の上昇が抑えられ、標準フロント作業機４を搭載した場合と比較してスプール１４ｈの一端部（受圧面）１４ｍに作用するパイロット圧が小さくなる（図４の実線Ｑ１）。また、これに伴いスプール１４ｈが軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２に緩やかに移動することになり、操作レバー１５の操作量を大きくしても小さな移動量でスプール１４ｈが移動することになる（図４の破線Ｑ２）。
【００３９】
そして、減圧弁３６、３７によってパイロット圧を減圧させ、スプール１４ｈの移動量（ストローク）を制御した場合には、スプール１４ｈが中立位置にある状態で、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸長させる方向（長尺フロント作業機４’を縮小させる方向）に操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、スプール１４ｈに減圧弁３７（３６）によって減圧されたパイロット圧が作用するため、スプール１４ｈが中立位置から供給油路２４とヘッド側給排油路２０、ロッド側給排油路２１と第３戻し油路３３をそれぞれ全開で連通させるように急速に切り換わることがない。そして、スプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が、緩やかに開口面積を増加させながら供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ連通させるように切り換わってゆく。このため、ネガコン油路１９のネガコン圧が急激に下がることはなく、油圧ポンプ１３の出力が徐々に上がってゆく。
【００４０】
これにより、操作レバー１５の操作量に応じて油圧ポンプ１３が必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御され、この油圧ポンプ１３から吐出される作動油の流量を少なく制御した状態で油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に作動油が供給される。よって、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、油圧シリンダ９（１０）が緩やかに駆動し、最大出力も制限されるように制御されて、大重量の長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動することがない。
【００４１】
また、長尺用カバー３８’、３９’が標準用カバー３８、３９と交換して取り付けられているため、オペレーターが例えば油圧シリンダ９（１０）を伸長させる方向に操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、長尺用カバー３９’（３８’）の規制部３９ａ’（３８ａ’）にスプール１４ｈの端部１４ｎ（１４ｍ）が当接してスプール１４ｈの軸線Ｏ１方向の他方向Ｔ２の移動が規制され、スプール１４ｈの絞り状開口部（切欠き部）が全開することがない状態で供給ポート１４ｂと第１給排ポート１４ｃ、排出ポート１４ｅと第２給排ポート１４ｄをそれぞれ連通させることになる。これにより、この長尺用カバー３９’（３８’）によってスプール１４ｈの最大移動量（最大ストロークＳ’）が小さく規定され（図４の破線Ｒ１）、オペレーターが操作レバー１５を急激に最大で操作したとしても、やはりネガコン油路１９のネガコン圧が急激に下がることはなく、油圧ポンプ１３から吐出される作動油の最大流量が長尺フロント作業機４’の重量に応じて少なく制御された状態で油圧シリンダ９（１０）のヘッド側の室９ａ（１０ａ）に作動油が供給されることになる。
【００４２】
そして、このようにコントロールバルブ１４のカバー（長尺用カバー３８’、３９’）に作動油の流量調整機能が付与されることで、作動油に混入した例えば油圧ポンプ１３の切粉や減圧弁３６、３７の鋳造時の砂残りなどのゴミが溜まり減圧弁３６、３７が好適に作動しなかったり、破損が生じるなど不測の事態が生じて、長尺フロント作業機４’の重量に応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることが確実に防止される。
【００４３】
なお、減圧弁３６、３７を設けず、コントロールバルブ１４のカバーを長尺用カバー３８’、３９’に交換することのみで油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することも考えられる。しかしながら、この場合には、図４に示した操作レバー１５の操作量に対して大きなパイロット圧が発生し（図４の実線Ｐ１）、大きな移動量でスプール１４ｈが移動する（図４の破線Ｐ２）状態で作動油の流量を制御することになるため、オペレーターが操作レバー１５を操作した際に少量の操作量でスプール１４ｈの移動が長尺用カバー３８’、３９’で規制されてしまい、長尺フロント作業機４’の微動操作性が悪くなってしまう。
【００４４】
また、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂにおいては、一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設け、且つコントロールバルブ１４の両側端に取り付けた両長尺用カバー３８’、３９’に規制部３８ａ’、３９ａ’による流量調整機能が付与されている。このため、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を縮める方向（長尺フロント作業機４’を伸長させる方向）に操作レバー１５を操作した場合においても、油圧ポンプ１３から吐出される作動油の流量を少なく制御して油圧シリンダ９（８、１０）を緩やかに駆動させることが可能である。
【００４５】
したがって、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法においては、パイロットバルブ１６とコントロールバルブ１４を繋ぐパイロット油路３４、３５に設けた減圧弁３６、３７によって油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させることが可能になり、パイロットバルブ１６の操作量（オペレーターによる操作レバー１５の操作量）に対しスプール１４ｈの移動量（ストロークＳ’）が小さくなるように制御することが可能になる。
【００４６】
そして、このように減圧弁３６、３７でスプール１４ｈの移動量を小さく制御できることによって、オペレーターが操作レバー１５を最大で操作したとしても、スプール１４ｈが中立位置から油圧シリンダ９（８、１０）に全開で作動油を供給するように切り換わることがなく、ネガコン圧が急激に下がることを防止できる。このため、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わって大流量の作動油を吐出することをなくし、操作レバー１５の操作量に応じて油圧ポンプ１３が必要な出力で必要な流量の作動油を吐出するように制御することが可能になる。
【００４７】
これにより、従来の油圧シリンダ制御装置Ａのように絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換することなく、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を少なくすることが可能になり、油圧ショベル１のフロント作業機を標準フロント作業機４から大重量の長尺フロント作業機４’に付け替えた場合に、オペレーターが操作レバー１５を最大で操作したとしても、油圧シリンダ１３を緩やかに駆動させることが可能になり、長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００４８】
また、規制部３８ａ、３８ａ’、３９ａ、３９ａ’の位置が異なる複数のカバー（標準用カバー３８、３９、長尺用カバー３８’、３９’）から、油圧シリンダ１３に作用する負荷の大きさに応じたスプール１４ｈのストロークＳ、Ｓ’を規定するカバー３８、３８’、３９、３９’が選択的に設けられることで、減圧弁３６、３７によるパイロット圧の減圧効果に加え、このカバー３８、３８’、３９、３９’によっても油圧シリンダ１３に供給される作動油の流量を制御することが可能になる。そして、このようにコントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’に作動油の流量調整機能を付与することによって、減圧弁３６、３７が好適に作動しなかったり、破損するなど不測の事態が生じ、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を好適に減圧させることができなくなった場合においても、確実に長尺フロント作業機４’がその重量による影響で急激に作動して非常に危険な作動状態になることを防止できる。
【００４９】
よって、本実施形態の油圧シリンダ制御装置Ｂ及び油圧シリンダ制御方法によれば、減圧弁３６、３７を設けるとともにコントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’を油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて選択的に設けてスプール１４ｈの移動量（ストロークＳ、Ｓ’）を制御することにより、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することが可能になるため、従来のように絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換する場合と比較し、油漏れのリスクを解消して、油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御することが可能になる。
【００５０】
また、このとき、ネガコン圧が急激に下がることを防止し、小流量で作動油を吐出していた油圧ポンプ１３が全開の出力に切り換わることがないようにして作動油の流量を制御できるため、絞り２２、２３によって作動油の流量を圧力に変換する従来の油圧シリンダ制御装置Ａと比較しエネルギー効率を向上させることが可能になる。さらに、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷が変更される場合に減圧弁３６、３７の調整とカバー３８、３８’、３９、３９’の交換を行うという簡便な操作で容易に作動油の流量設定の変更を行うことが可能になる。
【００５１】
なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、建設機械が油圧ショベル１であるものとし、この油圧ショベル１が標準フロント作業機４と長尺フロント作業機４’を付け替えて使用する特殊作業機であるものとして説明を行ったが、本発明の油圧シリンダ制御装置及び油圧シリンダ制御方法は、油圧ショベル１に限らず他の建設機械が具備する油圧シリンダの駆動を制御するために適用されてもよい。
【００５２】
また、例えばバケット７をブレーカやクラッシャなど大重量のアタッチメントに付け替えて使用する油圧ショベル１や、アタッチメントの先端部にフックを装着し、ショベル仕様とクレーン仕様で使用される油圧ショベル１など、フロント作業機４（４’）の仕様形態に応じて油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変わる油圧ショベル１に適用されてもよく、この場合においても、本実施形態と同様、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じて減圧弁３６、３７によりパイロット圧を減圧させるとともに、コントロールバルブ１４に、規制部３８ａ、３８ａ’、３９ａ、３９ａ’の位置が異なる複数のカバー３８、３８’、３９、３９’から選択的にカバー３８、３８’、３９、３９’を設けることで、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてスプール１４ｈのストロークＳ、Ｓ’を規定し作動油の流量を制御して、好適に油圧シリンダ９（８、１０）の駆動を制御することが可能である。
【００５３】
また、本実施形態では、一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設け、且つコントロールバルブ１４の両側端にそれぞれ取り付けた両長尺用カバー３８’、３９’に規制部３８ａ’、３９ａ’による流量調整機能が付与されているものとしたが、オペレーターが油圧シリンダ９（１０）を伸ばす方向に操作レバー１５を操作した際に、大重量のフロント作業機４’がその重量によって急激に作動することのみを防止したい場合には、他方のパイロット油路３５のみに減圧弁３７を設け、スプール１４ｈの他端部１４ｎ側のカバー３９のみを交換してスプール１４ｈのストロークを規定するようにしてもよい。よって、必ずしも一対のパイロット油路３４、３５にそれぞれ減圧弁３６、３７を設けなくてもよく、また、必ずしもコントロールバルブ１４の両側端側の一対のカバー３８、３９（３８’、３９’）を全て交換しなくてもよい。
【００５４】
さらに、油圧ショベル１に標準フロント作業機４を搭載している場合には、減圧弁３６、３７でパイロット圧が減圧されないようにしておき、長尺フロント作業機４’に付け替える際に減圧弁３６、３７を調整し、油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるものとしたが、例えば図５に示すように、パイロット油路３４、３５に切換弁４３を介してバイパス油路４４、４５を設け、標準フロント作業機４を搭載している場合には、このバイパス油路４４、４５を通じてコントロールバルブ１４に減圧されていないパイロット圧を作用させ、長尺フロント作業機４’に付け替える際には、切換弁４３を操作して作動油の流路を切り換え、長尺フロント作業機４’の重量に応じて減圧弁３６、３７により減圧したパイロット圧をコントロールバルブ１４に作用させるようにしてもよい。この場合には、フロント作業機４、４’の付け替え時に（油圧シリンダ９（８、１０）に作用する負荷の大きさが変更される場合に）、コントロールバルブ１４のカバー３８、３８’、３９、３９’を交換するとともに、切換弁４３を切り換えるというより簡便な操作で、油圧シリンダ９（８、１０）に供給される作動油の流量を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置のコントロールバルブを示した図であり、標準用カバーを設けた状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置のコントロールバルブを示した図であり、長尺用カバーを設けた状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御する際の操作レバーの操作量とパイロット圧、スプールの移動量との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る油圧シリンダ制御装置の変形例を示す図である。
【図６】油圧ショベルの一例を示す図である。
【図７】従来の油圧シリンダ制御装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機（標準フロント作業機）
４’ フロント作業機（長尺フロント作業機）
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
９ アームシリンダ（油圧シリンダ）
１０ バケットシリンダ（油圧シリンダ）
１１ タンク
１２ 原動機
１３ 油圧ポンプ
１４ コントロールバルブ
１４ａ センタバイパス
１４ｂ 供給ポート
１４ｃ 第１給排ポート
１４ｄ 第２給排ポート
１４ｅ 排出ポート
１４ｆ バルブボディ
１４ｇ スプール穴
１４ｈ スプール
１４ｍ スプールの端部（一端部）
１４ｎ スプールの端部（他端部）
１５ 操作レバー
１６ パイロットバルブ
１７ 戻し油路（第２戻し油路）
１８ ネガコン絞り
１９ ネガコン油路
２０ ヘッド側給排油路
２１ ロッド側給排油路
２２ 絞り
２３ 絞り
２４ 供給油路
２５ リリーフバルブ
２６ 戻し油路（第１戻し油路）
２７ パイロットポンプ
３０ タンク油路
３１ 逆止弁
３２ センタバイパス油路
３３ 戻し油路（第３戻し油路）
３４ パイロット油路
３５ パイロット油路
３６ 減圧弁
３７ 減圧弁
３８ カバー（標準用カバー）
３８ａ 標準カバーの規制部
３８’ カバー（長尺用カバー）
３８ａ’ 長尺カバーの規制部
３９ カバー（標準用カバー）
３９ａ 標準カバーの規制部
３９’ カバー（長尺用カバー）
３９ａ’ 長尺カバーの規制部
４０ 背室
４１ 背室
４２ バネ
４３ 切換弁
４４ バイパス油路
４５ バイパス油路
Ａ 従来の油圧シリンダ制御装置
Ｂ 油圧シリンダ制御装置
Ｏ１ スプールの軸線
Ｓ スプールのストローク
Ｓ’ スプールのストローク
Ｔ１ スプールの移動方向（一方向）
Ｔ２ スプールの移動方向（他方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置であって、
油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備え、
コントロールバルブが、スプールを摺動自在に保持するバルブボディと、バルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するカバーとを備えて構成されており、
パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる減圧弁が設けられ、
コントロールバルブに、スプールの異なるストロークを規定するように規制部の位置が異なる複数のカバーから、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられていることを特徴とする油圧シリンダ制御装置。
【請求項２】
建設機械の油圧シリンダの駆動を制御する油圧シリンダ制御方法であって、
油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備える油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御し、
油圧シリンダに作用する負荷の大きさが変更される場合には、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁により、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるとともに、
スプールを摺動自在に保持するバルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するコントロールバルブのカバーを、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバーに交換して、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御するようにしたことを特徴とする油圧シリンダ制御方法。
【請求項１】
建設機械の油圧シリンダの駆動を制御するための油圧シリンダ制御装置であって、
油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備え、
コントロールバルブが、スプールを摺動自在に保持するバルブボディと、バルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するカバーとを備えて構成されており、
パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させる減圧弁が設けられ、
コントロールバルブに、スプールの異なるストロークを規定するように規制部の位置が異なる複数のカバーから、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するカバーが選択的に設けられていることを特徴とする油圧シリンダ制御装置。
【請求項２】
建設機械の油圧シリンダの駆動を制御する油圧シリンダ制御方法であって、
油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧シリンダと油圧ポンプの間に設けられ、油圧ポンプから油圧シリンダに供給する作動油の方向及び流量をスプールの移動によって制御するコントロールバルブと、コントロールバルブのスプールを移動させるためのパイロット圧を操作レバーの操作量に応じて出力するパイロットバルブとを備える油圧シリンダ制御装置によって油圧シリンダの駆動を制御し、
油圧シリンダに作用する負荷の大きさが変更される場合には、パイロットバルブとコントロールバルブを繋ぐパイロット油路に設けた減圧弁により、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じてパイロット圧を減圧させるとともに、
スプールを摺動自在に保持するバルブボディに着脱可能に設けられ、スプールの端部が規制部に当接することによってスプールのストロークを規定するコントロールバルブのカバーを、油圧シリンダに作用する負荷の大きさに応じたスプールのストロークを規定するように規制部の位置が異なるカバーに交換して、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御するようにしたことを特徴とする油圧シリンダ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１３３４４２（Ｐ２００９−１３３４４２Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１１３５７（Ｐ２００７−３１１３５７）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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