特許 7643827 リリーフ圧制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(54)【発明の名称】リリーフ圧制御装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/028 20060101AFI20250304BHJP

【ＦＩ】

F15B11/028 A

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2024507948

(86)(22)【出願日】2022-08-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-14

(86)【国際出願番号】 EP2022025378

(87)【国際公開番号】W WO2023020715

(87)【国際公開日】2023-02-23

【審査請求日】2024-06-03

(31)【優先権主張番号】P 2021133218

(32)【優先日】2021-08-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】中嶌 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】酒向 志乃

【審査官】菊地 牧子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３３０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５１１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０５５３２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１５Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体圧回路のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御装置であって、
通電量が大きいほどセット圧が大きく設定される電磁リリーフ弁と、
この電磁リリーフ弁の通電量を制御することで流体圧回路のリリーフ圧を少なくとも一つ設定するコントローラと、を備え、
コントローラは、ポンプ圧が無通電状態での電磁リリーフ弁のセット圧よりも低い第１の所定の閾値圧を超えたとき、電磁リリーフ弁の通電量を第１の所定値とし、ポンプ圧が第１の所定の閾値圧より小さく無通電状態での電磁リリーフ弁で前漏れが生じる圧力に応じて設定された第２の所定の閾値圧を超えたとき、電磁リリーフ弁の通電量を第１の所定値より大きい第２の所定値とする
ことを特徴とするリリーフ圧制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体圧回路のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業機械等に用いられる流体圧回路である油圧回路システムにおいては、コントロールバルブにメインリリーフ弁が設けられており、システムの過度な圧力上昇を制限することが一般的である。

【0003】

油圧システムのリリーフ圧は、用途に応じて複数設定できると有効な場合がある。例えば走行と作業機の動作とで、あるいは、通常モードと吊り作業モード（ヘビーリフトモード）とで、異なるリリーフ圧に設定できると有効である。

【0004】

この点、セット圧を２段階に切り替え可能なリリーフ弁を用いることが考えられる。一般的には、２段可調式のメインリリーフ弁、あるいはオンオフ弁が用いられる。

【0005】

しかしながら、これらの弁を用いる場合、複数回に亘り調圧作業が必要になる等、調整が煩雑になるとともに、部品構成およびシステム構成も複雑になるという課題がある。

【0006】

この点、通電量に応じてセット圧を設定可能な電磁リリーフ弁を用い、コントローラからの信号に応じて電磁リリーフ弁のセット圧を調整可能とすることで、リリーフ圧を複数に切り替え可能としたものが知られている（例えば、特許文献１乃至４参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第２７３２９２２号公報

【文献】特許第４４５８０８３号公報

【文献】特許第６３４７９３６号公報

【文献】特開平７－３６５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のような電磁リリーフ弁を用いる油圧回路システムにおいて、消費電力を抑制することが望まれる。

【0009】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、リリーフ圧を容易に設定可能であるとともに、消費電力を抑制したリリーフ圧制御装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１記載の発明は、流体圧回路のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御装置であって、通電量が大きいほどセット圧が大きく設定される電磁リリーフ弁と、この電磁リリーフ弁の通電量を制御することで流体圧回路のリリーフ圧を少なくとも一つ設定するコントローラと、を備え、コントローラは、ポンプ圧が無通電状態での電磁リリーフ弁のセット圧よりも低い第１の所定の閾値圧を超えたとき、電磁リリーフ弁の通電量を第１の所定値とし、ポンプ圧が第１の所定の閾値圧より小さく無通電状態での電磁リリーフ弁で前漏れが生じる圧力に応じて設定された第２の所定の閾値圧を超えたとき、電磁リリーフ弁の通電量を第１の所定値より大きい第２の所定値とするものである。

【発明の効果】

【0011】

請求項１記載の発明によれば、コントローラからの通電量に応じてリリーフ圧を容易に設定可能であるとともに、平常時には電磁リリーフ弁を無通電とし、ポンプ圧が高圧になったときにのみコントローラから電磁リリーフ弁に通電して、消費電力を抑制でき、かつ、ポンプ圧が第１の所定の閾値圧となる直前までセット圧を高く設定して前漏れを防止しつつ、最小限の通電量でリリーフ圧を容易に設定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係るリリーフ圧制御装置の関連技術を示す回路図である。

【図2】同上リリーフ圧制御装置の電磁リリーフ弁の通電量－セット圧特性の一例を示すグラフである。

【図3】同上リリーフ圧制御装置の電磁リリーフ弁の通電量のキャリブレーション方法を説明するグラフである。

【図4】（ａ）は同上リリーフ圧制御装置の動作時のポンプ圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）に応じた電磁リリーフ弁の通電量の制御の一例を示すグラフである。

【図5】本発明に係るリリーフ圧制御装置の一実施の形態の電磁リリーフ弁の特性の一例を示すグラフである。

【図6】同上リリーフ圧制御装置の電磁リリーフ弁の通電量のキャリブレーション方法を説明するグラフである。

【図7】（ａ）は同上リリーフ圧制御装置の動作時のポンプ圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）に応じた電磁リリーフ弁の通電量の制御の一例を示すグラフ、（ｃ）は（ｂ）による電磁リリーフ弁の流量の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を、図１乃至図４に示された関連技術、および、図５乃至図７に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

【0014】

まず、関連技術について説明する。

【0015】

図１において、１は流体圧回路である。流体圧回路１は、ポンプ２を備える。ポンプ２は、エンジンやモータ等の原動機により動作され、作動流体を流体圧回路１に供給する。すなわち、ポンプ２は、機械的動力を流体圧動力に変換する。ポンプ２により変換された流体圧動力は、流体圧アクチュエータ３により機械的動力に変換される。流体圧アクチュエータ３は、任意のものを任意の数用いてよい。図１において、流体圧アクチュエータ３は、１つの流体圧シリンダを例に挙げて示している。また、ポンプ２により流体圧回路１中に供給される作動流体は、タンク４に貯留される。タンク４は、流体圧回路１の戻り流体を受け取る。

【0016】

そして、流体圧回路１は、原動機により作動されるポンプ２から、流体圧アクチュエータ３に供給される作動流体の流量および方向をオペレータのレバー操作等に応じて図示されないコントロールバルブにより制御することで、流体圧アクチュエータ３を動作させて動力を得るように構成されている。

【0017】

本関連技術において、流体圧回路１は、例えば油圧ショベル等の作業機械に用いられる油圧回路である。この場合、流体圧アクチュエータ３は、作業機械の走行用、旋回用、あるいはブーム、アーム、バケット等からなる作業機の動作用等に用いられる。

【0018】

流体圧回路１の回路圧であるポンプ圧の上限すなわちリリーフ圧が、リリーフ弁５によって設定される。リリーフ弁５は、ポンプ２の吐出路に接続され、作動流体の一部をタンク４に逃がすように設定されている。本関連技術において、リリーフ弁５は、通電量に応じてセット圧が可変される電磁リリーフ弁、すなわち電磁可変式リリーフ弁である。リリーフ弁５は、通電量が大きいほどセット圧が大きくなるように構成されている。本関連技術において、リリーフ弁５は、ソレノイドへの通電量（入力電流）に比例してセット圧が変化する比例電磁式リリーフ弁である。リリーフ弁５の通電量（入力電流）－セット圧特性の一例を図２に示す。図示される例では、リリーフ弁５（図１）のセット圧は、無通電状態でのセット圧Ｐ０から、通電量の増加に応じて最大セット圧Ｐ１までリニアまたは略リニアに増加する。

【0019】

また、図１に示されるように、このリリーフ弁５の通電量は、ポンプ圧を検出する圧力センサ６の出力に応じて、コントローラ（ＥＣＭ）７により電子制御される。コントローラ７は、圧力センサ６およびリリーフ弁５のソレノイドとそれぞれ電気的に接続されている。そして、コントローラ７は、リリーフ弁５への通電量を制御する制御信号を出力することにより、この通電量に応じて設定されるリリーフ弁５のセット圧を利用して、流体圧回路１のリリーフ圧である回路圧の上限（システム圧）を少なくとも一つ設定する。コントローラ７とリリーフ弁５とにより、リリーフ圧制御装置８が構成される。

【0020】

なお、流体圧回路１のその他のバルブ、フィルタ、センサ等の詳細な構成については、説明を明確にするために省略している。

【0021】

次に、図示された関連技術の作用を説明する。

【0022】

本関連技術では、無通電状態においてもある程度のセット圧を有するリリーフ弁５を利用することで、平常時には無通電状態とし、ポンプ圧が上昇したときにのみコントローラ７からリリーフ弁５へと通電してポンプ圧を逃がす。

【0023】

流体圧回路１の回路圧の上限（システム圧）であるリリーフ圧をリリーフ弁５の通電量に応じて設定する場合、必要となるリリーフ弁５の通電量は、実際のリリーフ弁５の性能および作業機械等の個体差に応じて異なるため、予めキャリブレーションをする。

【0024】

このキャリブレーションの際には、エンジン馬力を最大出力に設定するとともに、レバーにより流体圧アクチュエータ３を最大負荷状態とし、コントローラ７によるリリーフ弁５のソレノイドの通電量を所定の通電量に設定する。例えば、流体圧アクチュエータ３としては、ブームシリンダを利用し、ブームを動作限界まで最大に上げた位置すなわちブームシリンダを最大に伸長させた位置でレバーを維持した状態、すなわちブーム上げストール状態とする。

【0025】

この状態で、図３に一例が示されるように、コントローラ７（図１）からリリーフ弁５（図１）の通電量ｉを所定の通電量ｉ０から徐々に増加させ（スイープさせ）、リリーフ弁５（図１）の所定のセット流量Ｑにおいて圧力センサ６（図１）により検出するポンプ圧が目的の圧力ＰＲとなった際の通電量ｉを記録する。所定の通電量ｉ０は、任意の小さい通電量としてよいが、例えば０とする。また、所定のセット流量Ｑは、ポンプ２が圧力ＰＲで吐出できる最大の流量であり、作業機械等の馬力曲線に応じて決まる値であるとともに、機体毎にばらつきがある値である。

【0026】

この後、再度コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉを所定の通電量ｉ０とし、コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉを徐々に増加させ、リリーフ弁５の所定のセット流量Ｑにおいて圧力センサ６により検出するポンプ圧が目的の圧力ＰＲとなった際の通電量ｉを記録する。この作業を所定回数繰り返し、それぞれ記録した通電量ｉの平均値を、リリーフ圧に応じた所定値ｉａとしてコントローラ７に登録する。

【0027】

上記のキャリブレーションを作業機械等の出荷前に実施しておくことで、予め機体毎のばらつきに応じた通電量の設定が可能になる。

【0028】

そして、例えば図４（ａ）に示されるようにポンプ圧が時間変化する場合、コントローラ７は基本的にリリーフ弁５に通電しておらず、ポンプ圧が所定の閾値圧ＰＴＨを超えている間のみ、リリーフ弁５の通電量を図４（ｂ）に示されるように所定値ｉａに設定して通電する。これにより、リリーフ弁５が開いて作動流体の一部をタンク４に逃がし、流体圧回路１のシステム圧を所定の圧力ＰＲに制限して、システム圧の過度な上昇を抑制する。

【0029】

このように、関連技術によれば、コントローラ７が、ポンプ圧が無通電状態でのリリーフ弁５のセット圧よりも低い所定の閾値圧を超えたとき、リリーフ弁５に通電することで、リリーフ圧を容易に設定可能である。つまり、一般的なリリーフ弁によって機械的にリリーフ圧を設定する場合、作業機械等の機種（馬力）により異なるセット圧－流量特性（ＰＱ曲線）に応じて、調圧によってセット圧が上昇するとセット流量が減少していくとともに、セット圧－流量特性は機体によってもばらつきが大きいため、マニュアルの調整が煩雑となる。それに対し、本関連技術では、キャリブレーションによって容易に機体毎に設定できる通電量でコントローラ７からリリーフ弁５へ通電することにより、調圧作業が不要で、機体によるばらつきを生じることなく、リリーフ圧を容易かつ高精度に設定可能となる。

【0030】

さらに、平常時にはリリーフ弁５を無通電とし、ポンプ圧が高圧になったときにのみリリーフ弁５に通電することが可能であるため、消費電力を抑制できる。

【0031】

特に、作業機械等の稼働時において、リリーフ圧程度の圧力が必要になることは少ないため、所定の閾値圧を適切に設定することによって、リリーフ弁５の実際の通電時間を大幅に抑制できる。

【0032】

また、リリーフ弁５は、通電／無通電の切り替えによってセット圧を設定できるので、リリーフ弁５のセット圧の調圧作業に人手を必要とせず、キャリブレーションによって機体毎のリリーフ弁５のセット流量の違いやばらつきを考慮する必要もない。さらに、異なる作業モードを備える作業機械等の仕様の相違に応じて構成を変えることなくリリーフ弁５の選択およびリリーフ弁５への通電量の設定によって異なる作業モードに応じたリリーフ圧を設定可能となるので、仕様に応じた回路構成物が不要で回路構成物を減らすことができ、安価に構成できるとともに、作業機械等の使用の相違による構成の違いも解消でき、かつ、作動流体漏れのリスクも低減できる。

【0033】

なお、関連技術では、所定の閾値圧を一つ設定したが、これに限らず、互いに異なる複数の所定の閾値圧を設定してもよい。その場合にも、関連技術と同様にそれぞれの閾値圧についてキャリブレーションを実施することで、複数の所定の閾値圧にそれぞれ応じたリリーフ弁５の通電量を設定することが可能になる。

【0034】

例えば、図５乃至図７に示される一実施の形態のように、所定の閾値圧を、無通電状態でのリリーフ弁５で前漏れが生じる圧力に応じて設定してもよい。

【0035】

この実施の形態では、関連技術と同様に、ポンプ圧が上昇したときにコントローラ７からリリーフ弁５へと通電してポンプ圧を逃がすように構成されていることに加えて、このリリーフ弁５の通電直前のポンプ圧で前漏れが生じないように、コントローラ７からリリーフ弁５に通電することでリリーフ弁５のセット圧を設定する。

【0036】

すなわち、図５に示されるように、一般的に、リリーフ弁５は、流体圧回路１の回路圧（システム圧）が所定のセット圧となる直前の圧から徐々に作動流体の流出が始まる（前漏れ）。本実施の形態では、このような前漏れによるエネルギー損失が生じないように、リリーフ弁５のセット圧を設定するための通電量を設定するものである。

【0037】

なお、このときのリリーフ弁５のセット圧は、前漏れが生じない圧以上であれば任意に設定してよいが、リリーフ弁５の通電量（入力電流）－セット圧特性が例えば図２に示される例のような場合には、最大セット圧Ｐ１よりも低いセット圧となるようにする。

【0038】

セット圧のキャリブレーションの際には、関連技術と同様に、エンジン馬力を最大出力に設定するとともに、レバーにより流体圧アクチュエータ３を最大負荷状態とし、コントローラ７によるリリーフ弁５のソレノイドの通電量を所定の第１の通電量に設定する。例えば、流体圧アクチュエータ３としては、ブームシリンダを利用し、ブームを動作限界まで最大に上げた位置すなわちブームシリンダを最大に伸長させた位置でレバーを維持した状態、すなわちブーム上げストール状態とする。

【0039】

この状態で、図６に一例が示されるように、コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ１を所定の第１の通電量ｉ０１から徐々に増加させ、リリーフ弁５の所定の第１のセット流量Ｑ１において圧力センサ６により検出するポンプ圧が目的の第１の圧力ＰＲ１となった際の通電量ｉ１を記録する。所定の第１の通電量ｉ０１は、任意の小さい通電量としてよいが、例えば０とする。

【0040】

この後、再度コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ１を所定の第１の通電量ｉ０１とし、コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ１を徐々に増加させ、リリーフ弁５の所定の第１のセット流量Ｑ１において圧力センサ６により検出するポンプ圧が目的の第１の圧力ＰＲ１となった際の通電量ｉ１を記録する。この作業を所定回数繰り返し、それぞれ記録した通電量ｉ１の平均値を、リリーフ圧に応じた第１の所定値ｉａ１（図７（ｂ））としてコントローラ７に登録する。

【0041】

所定の第１のセット流量Ｑ１は、ポンプ２が第１の圧力ＰＲ１で吐出できる最大の流量であり、作業機械等の馬力曲線に応じて決まる値であるとともに、機体毎にばらつきがある値である。

【0042】

同様に、図６に一例が示されるように、コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ２を所定の第２の通電量ｉ０２から徐々に増加させ、リリーフ弁５の所定の第２のセット流量Ｑ２において圧力センサ６により検出するポンプ圧が目的の第２の圧力ＰＲ２となった際の通電量ｉ２を記録する。所定の第２の通電量ｉ０２は、所定の第１の通電量ｉ０と同一でもよいし、異なっていてもよいが、本実施の形態では、第２の圧力ＰＲ２が第１の圧力ＰＲ１よりも大きいことから、第２の圧力ＰＲ２となった際の通電量ｉ２は、第１の圧力ＰＲ１となった際の通電量ｉ１より大きい（ｉ１＜ｉ２）と想定されるため、所定の第２の通電量ｉ０２を、所定の第１の通電量ｉ０１あるいは第１の所定値ｉａ１（図７（ｂ））よりも大きく設定することで、キャリブレーションに要する時間を短縮することが可能になる。

【0043】

この後、再度コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ２を所定の第２の通電量ｉ０２とし、コントローラ７からリリーフ弁５の通電量ｉ２を徐々に増加させ、リリーフ弁５の所定の第２のセット流量Ｑ２において圧力センサ６により検出するポンプ圧が目的の第２の圧力ＰＲ２となった際の通電量ｉ２を記録する。この作業を所定回数繰り返し、それぞれ記録した通電量ｉ２の平均値を第２の所定値ｉａ２（図７（ｂ））としてコントローラ７に登録する。

【0044】

本実施の形態では、第２の所定値ｉａ２が第１の所定値ｉａ１より大きく設定される。第１の所定値ｉａ１の登録と第２の所定値ｉａ２の登録とは、いずれが先でもよい。

【0045】

上記のキャリブレーションを作業機械等の出荷前に実施しておく。

【0046】

そして、例えば図７（ａ）に示されるようにポンプ圧が時間変化する場合、コントローラ７は基本的にリリーフ弁５に通電しておらず、ポンプ圧が所定の閾値圧ＰＴＨ２を超えている間、リリーフ弁５の通電量を図７（ｂ）に示されるように第２の所定値ｉａ２に設定する。これにより、リリーフ弁５が開いて作動流体の一部をタンク４に逃がして流体圧回路１を保護する前に図７（ｃ）の二点鎖線に示される前漏れが生じることを防止する。

【0047】

さらにポンプ圧が上昇し、図７（ａ）に示されるように第１の所定の閾値圧ＰＴＨ１を超えたとき、リリーフ弁５の通電量を図７（ｂ）に示されるように第１の所定値ｉａ１に設定する。これにより、リリーフ弁５が開いて作動流体の一部をタンク４に逃がし、流体圧回路１のシステム圧を所定の第１の圧力ＰＲ１に制限して、システム圧の過度な上昇を抑制する。

【0048】

このように、本実施の形態では、ポンプ圧が無通電状態でのリリーフ弁５のセット圧よりも低い所定の閾値圧を超えたとき、リリーフ弁５に通電することで、リリーフ圧を容易に設定可能であるとともに、さらに、平常時にはリリーフ弁５を無通電とし、ポンプ圧が高圧になったときにのみリリーフ弁５に通電することが可能であるため、消費電力を抑制できるなど、関連技術と同様の作用効果を奏することができる。

【0049】

また、所定の閾値圧を、無通電状態でのリリーフ弁５で前漏れが生じる圧力に応じて設定することで、前漏れに起因するエネルギー損失を抑制できるとともに、前漏れによってリリーフ圧が所望よりも低くなることを防止できる。

【0050】

本実施の形態では、コントローラ７が、ポンプ圧が無通電状態でのリリーフ弁５のセット圧よりも低い第１の所定の閾値圧を超えたとき、リリーフ弁５の通電量を第１の所定値とし、ポンプ圧が第１の所定の閾値圧より小さく無通電状態でのリリーフ弁５で前漏れが生じる圧力に応じて設定された第２の所定の閾値圧を超えたとき、リリーフ弁５の通電量を第１の所定値より大きい第２の所定値とすることで、ポンプ圧が第１の所定の閾値圧となる直前までセット圧を高く設定して前漏れを防止しつつ、最小限の通電量でリリーフ圧を容易に設定可能となる。

【0051】

特に、２段調整式のリリーフ弁を用いて機械的にセット圧を設定する場合には、調整が煩雑であるとともに、構成も複雑であり、かつ、複数回に亘る調圧作業が必要になるのに対し、本実施の形態では、煩雑な調整が不要であるとともに、構成が簡素であるため、安価で、かつ、作動流体の漏れも生じにくい構成となる。

【0052】

なお、関連技術および一実施の形態において、無通電状態でのリリーフ弁５のセット圧の設定は、機械的に行ってもよい。

【0053】

また、コントローラ７からリリーフ弁５に通電するためのポンプ圧の所定の閾値圧は、３つ以上設定してもよい。複数の閾値圧を設定する場合でも、コントローラ７からリリーフ弁５への通電量を制御するだけでよく、作業機械等の動作やモードに応じて異なるリリーフ圧に容易に設定できる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、流体圧回路、および、それを備える作業機械等の製造業、販売業等に携わる事業者にとって産業上の利用可能性がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】