JP2001002371A - 建設機械のアクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータを停止状態に確実に保持で
き、しかも回路流量の大小に関係なく安定したアクチュ
エータ作動を得る。 【解決手段】 アクチュエータ回路としてのシリンダ回
路３０に、同回路３０を遮断してシリンダ２７を停止状
態に保持する位置と、同回路３０を開通させて作動させ
る位置との間で切換わり作動する油圧パイロット式の停
止保持弁３１，３２を設け、シリンダ作動時に、操作部
４０からの指令信号に基づく停止保持制御弁３６の作動
により外部パイロット圧を停止保持弁３１，３２に供給
して同保持弁３１，３２の一方を開くようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種クレーン、油圧
ショベル等の建設機械において電動機で液圧ポンプを回
転させてアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧式の建設機械を例にとって従来の技
術を説明する。

【０００３】従来、建設機械は、エンジンによって油圧
ポンプを回転させ、この油圧ポンプからの吐出油によっ
てアクチュエータを駆動する構成をとっている。

【０００４】このエンジン駆動方式をとる場合、ポンプ
とアクチュエータとの間に方向制御弁を設け、この方向
制御弁により、アクチュエータに対して供給する油の量
と方向を制御してアクチュエータの作動する速度と方向
をコントロールしている。

【０００５】しかし、この方式では、油圧エネルギーを
方向制御弁で絞り捨てる部分が多くてエネルギー損失が
大きく、かつ、燃費が悪くて排ガスも多い等の問題があ
った。

【０００６】そこで、最近、エンジンで電動機を回転さ
せ、この電動機で油圧ポンプを駆動する所謂ハイブリッ
ド式のものが提案されている。また、建設機械以外の分
野においても、同様のハイブリッド式駆動装置が公知と
なっている（特開平９−１７４３００号公報参照）。

【０００７】この公知のハイブリッド式駆動装置におい
ては、電動機の回転速度と方向を変えることによってポ
ンプからの油の吐出量と吐出方向を変化させ、アクチュ
エータの作動速度と方向をコントロールする。

【０００８】ところが、この装置で問題となるのは、従
来のエンジン駆動方式の場合の方向制御弁がなく、同制
御弁によるアクチュエータの停止保持作用が得られない
上に、ポンプの内部リークが大きいため、外力がかかっ
たときにアクチュエータの停止保持が難しいことであ
る。

【０００９】この問題を解決する手段として、公知の所
謂一体型アクチュエータを用いることが考えられる。

【００１０】この一体型アクチュエータの構成を図９に
示している。

【００１１】同図に示すように、ポンプ１は、電動機２
の回転方向に応じて油の吐出方向が転換する双方向性ポ
ンプとして構成され、このポンプ１の両側ポート（吐出
・吸い込み口）が、アクチュエータ回路Ａを構成する両
側管路３，４を介してアクチュエータ（ここでは油圧シ
リンダを示す）５に接続されている。

【００１２】両側管路３，４には、リーク防止手段とし
てパイロットチェック弁６，７が設けられている。

【００１３】この両チェック弁６，７は、それぞれ互い
の反対側の管路４，３の圧力によって作動し、アクチュ
エータ５の作動停止時には閉じてポンプ１での油のリー
クを防止してアクチュエータ５を停止状態に保持する。

【００１４】ここで、作動時にパイロットチェック弁
６，７を確実に開くためにはパイロット圧が安定して確
保される必要があり、そのための手段として両側管路
３，４に、スローリターン弁８の一部を兼ねる絞り９，
９を設け、この絞り９，９の背圧をチェック弁６，７の
パイロット圧力としている。

【００１５】図９中、１０，１０はリリーフ弁、１１は
両側管路３，４のうち低圧側の圧力を選択してこの低圧
側管路とタンクＴとの間で油の給排を行う低圧選択弁、
１２は両側管路３，４間に設けられた手動開閉弁、Ｔは
タンクである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、絞り９，９
の背圧は流量によって左右され、流量が少なくなるとパ
イロット圧を確保できなくなる。このため、小流量時に
パイロットチェック弁６，７の作動が不安定となって通
常のアクチュエータ作動が不安定となり、これが、小流
量から大流量までの広い流量域で操作される建設機械に
おいて重大な問題となっていた。

【００１７】そこで本発明は、アクチュエータを停止状
態に確実に保持でき、しかも回路流量の大小に関係なく
安定したアクチュエータ作動を得ることができる建設機
械のアクチュエータ駆動装置を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電動
機と、この電動機により駆動される液圧ポンプと、この
液圧ポンプと液圧アクチュエータとを結ぶアクチュエー
タ回路と、上記液圧アクチュエータの作動方向と作動速
度を指令する操作手段とを備え、このアクチュエータ回
路に、同回路を遮断する遮断位置と同回路を開通させる
開通位置との間で切換わり作動する停止保持弁が設けら
れるとともに、この停止保持弁を上記液圧アクチュエー
タ回路の流量の大小に関係なく上記遮断・開通両位置間
で切換制御する保持弁制御手段が設けられ、上記停止保
持弁により上記液圧アクチュエータを作動停止状態に保
持するように構成されたものである。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、停止保持弁が液圧アクチュエータ回路を構成する両
側管路に設けられ、保持弁制御手段は、この両停止保持
弁を切換制御するように構成されたものである。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１の構成におい
て、停止保持弁が液圧アクチュエータ回路を構成する両
側管路のうち、液圧アクチュエータの停止状態で保持圧
が作用する側の管路のみに設けられたものである。

【００２１】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかの構成において、停止保持弁としてパイロット信号
によって作動するパイロット作動弁が用いられ、保持弁
制御手段は、液圧アクチュエータ回路外部からの切換信
号に基づいてアクチュエータの作動時に停止保持弁を開
通位置に切換えるように構成されたものである。

【００２２】請求項５の発明は、請求項４の構成におい
て、保持弁制御手段は、操作手段からの指令信号を切換
信号として作動するように構成されたものである。

【００２３】請求項６の発明は端は、請求項１乃至５の
いずれかの構成において、停止保持弁としてパイロット
圧によって作動するパイロット作動弁が用いられ、保持
弁制御手段は、この停止保持弁に対してアクチュエータ
回路外部の圧源からパイロット圧を供給・停止するよう
に構成されたものである。

【００２４】請求項７の発明は、請求項１乃至６のいず
れかの構成において、アクチュエータ回路とタンクとの
間に、アクチュエータ回路を構成する両側管路のうち低
圧側の圧力を選択してこの低圧側管路とタンクとの間で
作動液体の給排を行う低圧選択弁が設けられたものであ
る。

【００２５】請求項８の発明は、請求項１乃至５のいず
れかの構成において、停止保持弁としてパイロット圧に
よって作動するパイロット作動弁が用いられるととも
に、アクチュエータ回路に、アクチュエータ作動時にア
クチュエータ回路の流量の大小に関係なく所定の圧力を
発生させる圧力発生手段が設けられ、保持弁制御手段
は、この圧力発生手段で発生した圧力を停止保持弁にパ
イロット圧として供給するように構成されたものであ
る。

【００２６】請求項９の発明は、請求項８の構成におい
て、アクチュエータ回路とタンクとの間に、アクチュエ
ータ回路を構成する両側管路のうち低圧側の圧力を選択
してこの低圧側管路の作動液体をタンクに排出する低圧
選択弁が設けられるとともに、この低圧選択弁とタンク
との間に、停止保持弁の開弁圧以上の圧力で開く圧力制
御弁が設けられ、上記低圧選択弁とこの圧力制御弁とに
よって圧力発生手段が構成されたものである。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項７または９の
構成において、アクチュエータ回路とタンクとの間に、
ブーストポンプによって作動液体をアクチュエータ回路
に補充するブースト手段が設けられたものである。

【００２８】請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の
いずれかの構成において、アクチュエータの停止状態で
アクチュエータに発生している保持圧を計測する保持圧
計測手段と、停止保持弁の開通位置への切換に先立って
アクチュエータ回路の圧力が上記保持圧計測手段によっ
て計測された保持圧に見合う圧力まで昇圧するように電
動機を駆動し液圧ポンプを作動させる回路圧制御手段が
設けられたものである。

【００２９】請求項１２の発明は、請求項１１の構成に
おいて、回路圧制御手段は、アクチュエータが微量また
は微速で操作される微操作パターンに限って回路圧を昇
圧させるように構成されたものである。

【００３０】請求項１３の発明は、請求項１２の構成に
おいて、回路圧制御手段は、操作手段からの指令信号に
よって微操作パターンを判別するように構成されたもの
である。

【００３１】請求項１４の発明は、請求項１乃至１３の
いずれかの構成において、電動機の回転速度と回転方向
を制御する電動機制御手段を備え、この電動機制御手段
により、操作手段からの指令信号に基づいて液圧ポンプ
からの作動液体の吐出量と吐出方向を制御するように構
成されたものである。

【００３２】請求項１５の発明は、請求項１乃至１３の
いずれかの構成において、液圧ポンプとして吐出量と吐
出方向が可変に構成されたポンプが用いられ、ポンプレ
ギュータにより、操作手段からの指令信号に基づいて上
記ポンプの吐出量と吐出方向を制御するように構成され
たものである。

【００３３】請求項１６の発明は、請求項１乃至１５の
いずれかの構成において、電動機の電源としてバッテリ
を備え、電動機の回生作動によって発生する電力を上記
バッテリに蓄えるように構成されたものである。

【００３４】上記構成によると、アクチュエータ回路に
設けた停止保持弁を遮断位置にセットすることにより、
アクチュエータとポンプとの間を遮断してアクチュエー
タを停止状態に確実に保持することができる。

【００３５】しかも、保持弁制御手段により、アクチュ
エータ回路の流量の大小に関係なく停止保持弁を切換制
御するため、絞りの背圧によってパイロットチェック弁
を開く従来技術と異なり、通常のアクチュエータ作動時
には停止保持弁を確実に開いて、小流量から大流量まで
の広い流量域で安定したアクチュエータ作動を得ること
ができる。

【００３６】この場合、請求項２の構成によると、アク
チュエータ回路の両側管路に停止保持弁を設けているた
め、アクチュエータ停止状態で両側管路に圧力がかかる
場合に適したものとなる。

【００３７】これに対し、クレーンのブーム起伏シリン
ダのように片側管路のみに圧力がかかる場合は、請求項
３のように必要な側の管路のみに停止保持弁を設ければ
よい。こうすれば回路構成を簡略化することができる。

【００３８】また、請求項４の構成によると、アクチュ
エータ回路外部からの切換信号に基づいて停止保持弁を
開通位置に切換えるため、停止保持弁を独立して、すな
わち、電動機の回転または回転停止に対してタイミング
をずらして作動させることができる。このため、たとえ
ば、クレーンにおいて荷を宙吊り停止させた状態から上
げ下げする場合に、遅いタイミングで停止保持作用を解
除することによって荷のずり落ちを防止する等の操作を
自由に行うことができる。

【００３９】請求項５の構成によると、アクチュエータ
の作動方向と作動速度を指令する操作手段からの指令信
号に基づいて停止保持弁を自動的に作動させることがで
きるため、オペレータがわざわざ停止保持弁の切換スイ
ッチを操作する等の操作の煩わしさがない。

【００４０】一方、請求項６の構成によると、パイロッ
ト作動弁である停止保持弁のパイロット圧源を外部から
とるため、一定のパイロット圧を安定して確保すること
ができる。

【００４１】これに対し、請求項８，９の構成による
と、圧力発生手段（請求項９では低圧選択弁と圧力制御
弁で構成される）によって発生した内部パイロット圧を
用いるため、外部パイロット圧源を確保する必要がな
く、回路構成を簡略化し、コストを安くすることができ
る。

【００４２】一方、請求項７の構成によると、アクチュ
エータとして片側ロッド式の復動液圧シリンダ（たとえ
ばクレーンのブーム起伏シリンダやブーム伸縮シリン
ダ）を用いる場合に、ヘッド側とロッド側の容積差によ
ってアクチュエータ回路の両側管路に流量差、すなわ
ち、流量過剰または流量不足が生じた場合に、管路とタ
ンクとの間で低圧選択弁を介して自動的に油の給排作用
が行われ、回路流量の過不足が生じるおそれがない。

【００４３】請求項１０の構成によると、低圧選択弁に
よってアクチュエータ回路に対する油の給排を行う請求
項７，９の構成において、ブースト回路によってタンク
の油をアクチュエータ回路の管路に補給するため、自然
吸い込み作用のみに依存する場合と比較して、油の補給
作用が速やかに行われる。このため、ポンプ及び電動機
をより高速で回転させ、かつ、装置の小形化、コンパク
ト化が可能となる。

【００４４】請求項１１，１２，１３の構成によると、
クレーンのブーム起伏シリンダのように、停止状態でア
クチュエータに保持圧がかかっている場合に、停止状態
からの起動に際して、保持圧が作用する側の管路圧を保
持圧に見合う値にまで昇圧させるため、アクチュエータ
保持圧によってオペレータの意に反した作動（ブーム起
伏シリンダの場合でいうと伸長させるつもりが瞬間的に
縮小してしまう作動）を防止することができる。

【００４５】この場合、保持圧によるアクチュエータ作
動が問題となるのは、微量または微速での微操作時のみ
であり、請求項１２，１３の構成によると、この微操作
パターンに限って昇圧作用を行わせるため、多少の意に
反した作動は問題とならない通常操作時に昇圧による動
作の遅れが生じない。

【００４６】また、請求項１３の構成によると、上記微
操作パターンを、操作手段からの指令信号によって自動
的に判別するため、特定操作パターンのときにオペレー
タがモード切換スイッチを操作するといった操作の煩わ
しさがない。

【００４７】一方、請求項１４の構成によると、電動機
制御手段により電動機の回転速度と回転方向を制御して
ポンプ吐出量と吐出方向を制御するため、ポンプレギュ
ータによってポンプの吐出量と吐出方向を制御する場合
と比較して、省エネルギーとなる。

【００４８】これに対し請求項１５の構成によると、吐
出量と吐出方向が可変のポンプを用い、操作手段からの
指令信号に基づいてこのポンプの吐出量と吐出方向を制
御してアクチュエータ作動の速度と方向を制御するた
め、電動機の回転方向と速度を制御する場合と比較し
て、保持弁とポンプで二重のブレーキ作用が働き、故障
等によって電気が切れたときでもアクチュエータを停止
状態に確実に保持することができる。

【００４９】また、請求項１６の構成によると、電動機
の回生作用によって発生する電力をバッテリに蓄えるこ
とができるため、消費エネルギーを削減し、バッテリま
たは原動機（多くの場合はエンジン）を小形化すること
ができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１〜図８に
よって説明する。

【００５１】第１実施形態（図１参照） この装置の駆動系は、原動機としてのエンジン２１と、
このエンジン２１によって駆動される発電機２２と、こ
の発電機２２で作られた電力を蓄えるバッテリ２３と、
電動機制御手段を兼ねるインバータ２４を介してこのバ
ッテリ２３から供給される電力によって回転する電動機
２５と、この電動機２５によって回転駆動される油圧ポ
ンプ２６とによって構成されている。

【００５２】インバータ２４は、上記のように発電機２
２からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ２３に
充電させる通常充電作用と、作業時の回生作用によって
電動機２５に発生した交流電力を直流に変換してバッテ
リ２３に充電させる回生充電作用と、バッテリ２３の蓄
電力を交流に変換して電動機２５に供給する放電作用を
行う。

【００５３】なお、インバータ２４には、図示しないが
切換手段が設けられ、オペレータの操作により、あるい
は負荷状況に応じて自動で、上記充放電作用の切換が行
われる。

【００５４】油圧ポンプ２６は固定容量ポンプで、電動
機２５の回転方向に応じて油の吐出方向が変化し、回転
速度に応じて吐出量が変化する。

【００５５】このポンプ２６と、このポンプ２６からの
圧油によって駆動される油圧アクチュエータ（図ではシ
リンダを例示している。以下、この例で説明する）２７
とが両側管路２８，２９により接続されてアクチュエー
タ回路（シリンダ回路）３０が構成されている。

【００５６】このシリンダ回路３０のロッド側（縮小
側）及びヘッド側（伸長側）両管路２８，２９にそれぞ
れ油圧パイロット式の停止保持弁３１，３２が設けられ
るとともに、両側管路間に、オーバーロードリリーフ弁
３３と低圧選択弁３４が設けられている。

【００５７】低圧選択弁３４は、中立位置ａとヘッド側
選択位置ｂとロッド側選択位置ｃとの間で切換わり、ヘ
ッド側選択位置ｂでヘッド側管路２９が、ロッド側選択
位置ｃでロッド側管路２８がそれぞれタンクラインＴａ
を介してタンクＴにそれぞれ連通する。

【００５８】両停止保持弁３１，３２は、管路２８，２
９を遮断する遮断位置イと開通する開通位置ロとの間で
切換わり作動し、遮断位置イでシリンダ２７からの油の
流出（ポンプ２６でのリーク）が止められてシリンダ２
７が停止状態に保持される。

【００５９】この両停止保持弁３１，３２のパイロット
ポートに接続されたパイロットライン３５，３５は、保
持弁制御手段としての電磁切換式の停止保持制御弁３
６、パイロットライン３７を介して、パイロットポンプ
用電動機３８によって駆動されるパイロットポンプ３９
に接続され、同ポンプ３９（正確にはパイロットポンプ
３９の吐出圧を蓄圧するアキュムレータ４２）からパイ
ロット圧が供給されたときに、両停止保持弁３１，３２
の一方（制御弁３６の位置によって決まる）が上記遮断
位置イから開通位置ロに切換わる。

【００６０】停止保持制御弁３４は、中立（ブロック）
位置ａと、ヘッド側位置ｂと、ロッド側位置ｃとを有
し、パイロット圧が、この停止保持制御弁３４のヘッド
側位置ｂでヘッド側停止保持弁３２に、ロッド側位置ｃ
でロッド側停止保持弁３１に供給されて同保持弁３２ま
たは３１が開通位置ロにセットされる。

【００６１】４０はレバー４０ａ（ペダルでもよい）に
よって操作される操作手段としての操作部（たとえばポ
テンショメータ）で、この操作部４０の操作信号（指令
信号）がコントローラ４１に送られる。

【００６２】このコントローラ４１は次の作用を行な
う。

【００６３】（イ）操作部４０の操作方向と操作量に応
じて電動機２５の回転方向と速度（または速度とトル
ク）を制御する。

【００６４】（ロ）エンジン２１を、通常はエネルギー
効率の良い回転数領域で回転するように図示しないエン
ジンコントローラを介して制御する。

【００６５】（ハ）バッテリ２３の蓄電状態をインバー
タ２４経由で監視し、適正な蓄電作用が行われるように
エンジン回転数を制御する。

【００６６】（ニ）停止保持制御弁３６を、操作部４０
の非操作時には中立位置ａとし、操作時に操作方向に応
じてヘッド側またはロッド側位置ｂ，ｃに切換える。

【００６７】このコントローラ４１の作用を含むこの装
置の作用を説明する。

【００６８】（Ｉ）シリンダ停止時 操作部４０が操作されないときは、電動機２５、ポンプ
２６が停止する一方、停止保持制御弁３６が中立位置
ａ、両停止保持弁３１，３２がいずれも遮断位置イにセ
ットされる。

【００６９】この状態では、両側管路２８，２９が遮断
され、シリンダ２７とポンプ２６が遮断されているた
め、油の流出がなく、シリンダ２７は外力がかかっても
停止状態に確実に保持される。

【００７０】なお、このときシリンダ２７に異常外力が
かかると、オーバーロードリリーフ弁３３が作動し、回
路を保護する。

【００７１】（ＩＩ）シリンダ作動時 操作部４０が伸長または縮小操作されると、その指令信
号がコントローラ４１からインバータ２４を経由して電
動機２５に駆動信号として送られ、電動機２５が指令速
度で指令方向に回転することにより、ポンプ２６が駆動
される。

【００７２】一方、指令信号はコントローラ４１から停
止保持制御弁３６にパイロット信号として送られ、同弁
３６が、伸長操作時にはロッド側位置ｃに、縮小操作時
にはヘッド側位置ｂにそれぞれ切換わる。

【００７３】これにより、伸長操作時にはロッド側停止
保持弁３１が開通位置ロに、縮小操作時にはヘッド側停
止保持弁３２が開通位置ロにそれぞれ切換わってシリン
ダ回路３０に油が流れ、シリンダ２７が伸長または縮小
作動する。

【００７４】このように、停止保持制御弁３６により、
シリンダ回路３０の流量の大小に関係なく停止保持弁３
１，３２を切換制御するため、絞りの背圧によってパイ
ロットチェック弁を開く従来技術と異なり、通常のシリ
ンダ作動時には停止保持弁３１，３２を確実に開いて、
小流量から大流量までの広い流量域で安定した作動を得
ることができる。

【００７５】また、シリンダ回路３０の外部からの切換
信号に基づいて停止保持弁３１，３２を開通位置ロに切
換えるため、停止保持弁３１，３２を独立して、すなわ
ち、電動機２５の回転または回転停止に対してタイミン
グをずらして作動させることができる。

【００７６】このため、たとえば、クレーンにおいて荷
を宙吊り停止させた状態から上げ下げする場合に、遅い
タイミングで停止保持作用を解除することによって荷の
ずり落ちを防止する等の操作を自由に行うことができ
る。

【００７７】しかも、操作部４０からの指令信号に基づ
いて停止保持弁３１，３２を自動的に作動させることが
できるため、オペレータがわざわざ停止保持弁３１，３
２の切換スイッチを操作する等の操作の煩わしさがな
い。

【００７８】さらに、パイロット作動弁である停止保持
弁３１，３２のパイロット圧源を外部（パイロットポン
プ３９）からとるため、一定のパイロット圧を安定して
確保することができる。

【００７９】また、低圧選択弁３４は次の作用を行う。

【００８０】（ｉ）シリンダ伸長操作時 （ｉ）−１ シリンダ２７のヘッド側に圧力が立つ方向
の外力がかかっている場合 クレーンのブーム起伏シリンダやブーム伸縮シリンダが
この条件に合致する。

【００８１】この条件下ではヘッド側管路２９が高圧に
なり、このヘッド側圧力によって低圧選択弁３４がロッ
ド側選択位置ｃに切換わる。

【００８２】この状態での伸長操作時には、シリンダロ
ッド側から流出する油はポンプ２６のロッド側Ｒに入
る。このとき、シリンダヘッド側とロッド側の容積差に
より、ポンプ吐出量よりもポンプ戻り量が少ないため流
量不足となるが、タンク油がタンクラインＴａ、低圧選
択弁３４のロッド側選択位置ｃを介してロッド側管路２
８（ポンプロッド側Ｒ）に吸入される。これによって流
量不足が補われる。

【００８３】（ｉ）−２ シリンダ２７のロッド側に圧
力が立つ方向の外力が作用している場合 この条件下ではロッド側管路２８の圧力が高くなり、こ
のロッド側圧力によって低圧選択弁３４がヘッド側選択
位置ｂに切換わる。

【００８４】この状態での伸長操作時に、上記の容積差
によってポンプ吐出油が不足するため、その不足分が低
圧選択弁３４のヘッド側選択位置ｂを介してヘッド側管
路２９（シリンダヘッド側）に吸入される。

【００８５】（ｉｉ）シリンダ縮小操作時 （ｉｉ）−１ シリンダ２７のヘッド側に圧力が立つ方
向の外力がかかっている場合 シリンダ伸長操作時と同様、ヘッド側管路２９が高圧に
なり、このヘッド側圧力によって低圧選択弁３４がロッ
ド側選択位置ｃに切換わる。

【００８６】この状態での縮小操作時には、シリンダヘ
ッド側から流出する油はポンプ２６のヘッド側Ｈに入る
が、前記容積差により、ポンプ吐出油量が過剰となるた
め、その過剰分が低圧選択弁３４のロッド側選択位置ｃ
を介してタンクＴに流出する。

【００８７】（ｉｉ）−２ シリンダ２７のロッド側に
圧力が立つ方向の外力がかかっている場合 ロッド側管路２８が高圧となり、低圧選択弁３４がヘッ
ド側選択位置ｂに切換わる。この状態での縮小操作時、
シリンダヘッド側から流出する油はポンプ２６のヘッド
側Ｈに吸入されるが、ポンプ戻り量が吐出量よりも多く
なるため、過剰分が低圧選択弁３４のヘッド側選択位置
ｂを介してタンクＴに流出する。

【００８８】すなわち、低圧選択弁３４の油の流れは表
１のようになる。

【００８９】

【表１】

【００９０】上記表中、「動力回生」は、シリンダ２７
にかかる外力によってポンプ２６がモータ作用を行い、
電動機２５が発電機として機能する動作を言う。この動
力回生によって発生した電力は、インバータ２４を介し
てバッテリ２３に充電される。これにより、省エネルギ
ー効果があるとともに、油圧系統の発熱を抑える効果も
ある。

【００９１】図１中、４３はパイロット圧源回路の圧力
を設定するリリーフ弁である。なお、パイロットポンプ
３９を油圧系統のフィルトレーション（フィルタ作用）
用ポンプとして使用し、あるいは冷却用ポンプとして使
用しても良い。この場合は、同ポンプ３９を、アキュム
レータ４２の蓄圧が終了した後も所定時間運転してこれ
らの目的を達成する。

【００９２】また、低圧選択弁３４のタンクラインＴａ
はタンクＴに接続するだけでもよいが、タンクＴからの
油の吸入性を良くするために図示のように、タンクＴ
を、電動機４４で駆動されるコンプレッサ４５によって
所定の圧力（ブーストリリーフ弁４６の設定圧力）まで
加圧するブースト手段を設けるのが望ましい。

【００９３】第２実施形態（図２参照） 以下の実施形態では、第１実施形態との相違点のみを説
明する。

【００９４】停止保持制御弁３４を介して停止保持弁３
１，３２にパイロット圧を供給する方式として、第１実
施形態ではパイロットポンプ３９（アキュムレータ４
２）を圧源とする外部パイロット方式を採用したのに対
し、第２実施形態では、アクチュエータ回路に発生させ
た圧力を停止保持弁３１，３２にパイロット圧として取
り込む内部パイロット方式が採用されている。

【００９５】すなわち、ロッド側及びヘッド側両停止保
持弁３１，３２のパイロットライン３５，３５は、互い
に反対側の管路２９，２８にたすき状に接続されてい
る。

【００９６】一方、低圧選択弁３４とタンクＴを結ぶタ
ンクラインＴａに低圧リリーフ弁４７が設けられてい
る。従って、タンクラインＴａはシリンダ回路３０から
タンクＴへの油の排出作用のみを行い、油の補充作用は
行わない。

【００９７】そして、タンクＴからシリンダ回路３０へ
の油の補給作用を行うために、ブースト用電動機４８に
よって駆動されるブーストポンプ４９と、ポンプ２６の
ヘッド側Ｈおよびロッド側Ｒとの間にブーストライン５
０が接続されている。５１，５１はブーストライン５０
に設けられたヘッド側及びロッド側チェック弁、５２は
ブースト用リリーフ弁である。

【００９８】なお、停止保持弁３１，３２と低圧選択弁
３４と低圧リリーフ弁４７の開弁圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
は、 Ｐ１（たとえば０．７ＭＰａ）＜Ｐ２（同１．０ＭＰ
ａ）＜Ｐ３（同１．２ＭＰａ） の関係に設定される。

【００９９】この第２実施形態の構成によると、シリン
ダ作動時に、低圧選択弁３４が所定の圧力Ｐ２でヘッド
側またはロッド側選択位置ｂ，ｃに切換わり、回路圧が
低圧リリーフ弁４７の設定圧Ｐ３以上となると回路３０
（ロッド側またはヘッド側管路２８，２９）とタンクＴ
との間での油の給排が行われる。

【０１００】従って、回路圧は、停止保持弁３１，３２
の開弁圧Ｐ１よりも高い圧力Ｐ３に設定されるため、停
止保持弁３１，３２は開弁状態（開通位置ロ）に安定に
保持される。

【０１０１】なお、この回路構成によると、シリンダロ
ッド側に圧力がかかっている状態でシリンダ２７を伸長
させる場合は、ロッド側停止保持弁３１のパイロット圧
が安定して確保できないため作動しない。但し、本発明
の好適例であるクレーンに使用されるシリンダ（ブーム
起伏シリンダ、ブーム伸縮シリンダ）は、いずれもシリ
ンダヘッド側に圧力が立つ方向の外力しか作用しないた
め、実際上は何ら差し支えない。

【０１０２】第３実施形態（図３参照） 前記のようにクレーンのブーム起伏シリンダ及びブーム
伸縮シリンダの場合は、常にシリンダヘッド側に圧力が
立つ。

【０１０３】そこで第３実施形態においては、圧力が立
つヘッド側管路２９のみに停止保持弁３１が設けられ、
ヘッド側管路２９のみについてシリンダ２７とポンプ２
６を遮断し得るように構成されている。

【０１０４】この場合、停止保持制御弁３６は、パイロ
ット圧供給位置イとパイロット圧遮断位置ロの間で切換
わる二位置切換弁として構成すればよい。

【０１０５】一方、シリンダロッド側のみに圧力が立つ
場合には、ロッド側管路２８のみに停止保持弁を設けれ
ばよい。

【０１０６】この片側保持弁方式は、図示する外部パイ
ロット方式をとる回路に限らず、第２実施形態の内部パ
イロット方式をとる回路にも適用することができる。こ
の適用例を第４実施形態として図４に示す。

【０１０７】第５実施形態（図５参照） 上記のようにクレーンのブーム起伏シリンダ等の場合
は、停止状態でアクチュエータに保持圧がかかっている
ため、停止状態から起動させる際に、保持圧が作用する
側の管路内の油が圧縮されてその体積が減少し、この体
積減少分だけ、オペレータの意に反してアクチュエータ
が瞬間的に作動すること（ブーム起伏シリンダの場合で
いうと伸長させるつもりが瞬間的に縮小してしまうこ
と）がある。

【０１０８】こうなると、とくにアクチュエータのわず
かな動作が問題となる微量または微速での操作時（微操
作時）の操作性が悪くなる。

【０１０９】そこで第５実施形態においては、このよう
なオペレータの意に反したアクチュエータ作動を防止す
る構成がとられている。

【０１１０】この第５実施形態では、第１実施形態の、
外部パイロット方式でかつ両側管路２８，２９に停止保
持弁３１，３２を設ける構成をベースにした場合を例に
とっている。

【０１１１】ロッド側及びヘッド側両管路２８，２９の
圧力を計測する圧力センサ５３，５３が設けられ、この
圧力センサ信号がコントローラ４１に入力される。

【０１１２】コントローラ４１には、操作部４０からの
指令信号に基づいて微操作か否かを判別するモード判別
手段（図示しない）が設けられ、微操作であることが判
別されたときには、停止保持制御弁３６に切換信号を送
る前に、インバータ２４経由で電動機２５に駆動指令が
出され、ポンプ２６が回転して、保持圧がかかる側の管
路の圧力を保持圧に見合う値にまで昇圧させる。

【０１１３】シリンダヘッド側に保持圧が作用する場合
を例にとって次に詳述する。

【０１１４】 モード判別 操作部４０の操作レバー４０ａがゆっくり、または微量
だけ操作される微操作時には、時間と指令信号の関係は
図６の実線で示すようになる（破線は通常操作時）。

【０１１５】コントローラ４１は、ポンプ２６からの油
の吐出が始まる指令信号値Ｓｓよりも小さい所定の信号
値範囲を指令信号がどれだけの時間で変化したかを計算
し、この通過所要時間Δｔ１，Δｔ２と基準時間Δｔ０
とを比較する。

【０１１６】ここで、Δｔ１＜Δｔ０の場合は「通常操
作」と判断し、Δｔ２≧Δｔ０の場合は「微操作」と判
断する。

【０１１７】 管路加圧 「微操作」と判断されると、コントローラ４１からの指
令信号によって電動機２５が駆動され、ポンプ２６が回
転してヘッド側管路２９に油が送られる。これにより、
ヘッド側管路２９が加圧され、保持圧に見合った圧力に
まで昇圧したときに電動機２５の回転を停止させる。

【０１１８】なお、この昇圧のためのポンプ吐出量は次
式で計算することができる。

【０１１９】ポンプ全吐出量＝（ヘッド側管路容積）×
（保持圧）÷（油の体積弾性係数） ここで、ヘッド側管路容積はコントローラ内４１では定
数、油の体積弾性係数はコントローラ４１内で定数また
は圧力の関数として計算するかマップで持っておく。

【０１２０】図７は時間とポンプ吐出量の関係を示し、
同図中のΔｔ３で加圧作用が行われる。

【０１２１】この後、停止保持制御弁３６に切換信号が
送られ、シリンダ２７が指令通りに作動する。

【０１２２】こうして、保持圧によるオペレータの意に
反した作動を防止し、微操作性を良くすることができ
る。

【０１２３】なお、上記処理によって時間のロスが生じ
るが、元々ゆっくり操作する微操作時であるためとくに
違和感はない。

【０１２４】第６実施形態（図８参照） 上記第１〜第５各実施形態では、電動機２５の回転速度
と回転方向をコントローラ４１で制御してポンプ吐出油
の量と方向（シリンダ２７の作動速度と方向）を制御す
る構成をとったのに対し、第６実施形態では、ポンプレ
ギュータ４９によってポンプ２６の傾転角と傾転方向を
制御することによりポンプ吐出油の量と方向を制御する
構成をとっている。

【０１２５】すなわち、操作部４０からの指令信号に基
づいてコントローラ４１からポンプレギュータ４９に傾
転角と傾転方向を指示するレギュータ信号が送られ、こ
れに基づきポンプ２６の傾転角と傾転方向が設定されて
シリンダ２７が指令通りに作動する。

【０１２６】なお、図８の例では外部パイロット圧によ
って停止保持弁３１，３２を作動させる外部パイロット
方式で、かつ両側管路２８，２９に停止保持弁３１，３
２を設ける構成をベースにしているが、この第６実施形
態の構成は内部パイロット方式及び片側保持弁方式の構
成をとる場合にも適用することができる。

【０１２７】このように、ポンプ２６の傾転角と傾転方
向を制御するため、電動機２５の回転方向と速度を制御
する場合と比較して、停止保持弁３１，３２とポンプ２
６で二重のブレーキ作用が働き、故障等によって電気が
切れたときでもシリンダ２７を停止状態に確実に保持す
ることができる。

【０１２８】ところで、本発明はシリンダに限らず、液
圧モータ等の他の液圧アクチュエータにも、また液圧ア
クチュエータに限らず水圧アクチュエータについても適
用することができる。

【０１２９】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、アク
チュエータ回路を遮断する位置と開通させる位置との間
で切換わり作動する停止保持弁を、保持弁制御手段によ
ってアクチュエータ回路の流量の大小に関係なく切換制
御する構成としたから、アクチュエータ停止時にはアク
チュエータを停止状態に確実に保持しながら、通常のア
クチュエータ作動時には停止保持弁を確実に開いて、小
流量から大流量までの広い流量域で安定したアクチュエ
ータ作動を得ることができる。

【０１３０】この場合、請求項２の発明によると、アク
チュエータ回路の両側管路に停止保持弁を設けているた
め、アクチュエータ停止状態で両側管路に圧力がかかる
場合に適したものとなる。

【０１３１】これに対し、クレーンのブーム起伏シリン
ダのように片側管路のみに圧力がかかる場合は、請求項
３の発明のように必要な側の管路のみに停止保持弁を設
ければよい。こうすれば回路構成を簡略化することがで
きる。

【０１３２】また、請求項４の発明によると、アクチュ
エータ回路外部からの切換信号に基づいて停止保持弁を
開通位置に切換えるため、停止保持弁を独立して、すな
わち、電動機の回転または回転停止に対してタイミング
をずらして作動させることができる。このため、たとえ
ば、クレーンにおいて荷を宙吊り停止させた状態から上
げ下げする場合に、遅いタイミングで停止保持作用を解
除することによって荷のずり落ちを防止する等の操作を
自由に行うことができる。

【０１３３】請求項５の発明によると、アクチュエータ
の作動方向と作動速度を指令する操作手段からの指令信
号に基づいて停止保持弁を自動的に作動させることがで
きるため、オペレータがわざわざ停止保持弁の切換スイ
ッチを操作する等の操作の煩わしさがない。

【０１３４】一方、請求項６の発明によると、パイロッ
ト作動弁である停止保持弁のパイロット圧源を外部から
とるため、一定のパイロット圧を安定して確保すること
ができる。

【０１３５】これに対し、請求項８，９の発明による
と、圧力発生手段（請求項９の発明では低圧選択弁と圧
力制御弁で構成される）によって発生した内部パイロッ
ト圧を用いるため、外部パイロット圧源を確保する必要
がなく、回路構成を簡略化し、コストを安くすることが
できる。

【０１３６】一方、請求項７の発明によると、アクチュ
エータとして片側ロッド式の復動液圧シリンダ（たとえ
ばクレーンのブーム起伏シリンダやブーム伸縮シリン
ダ）を用いる場合に、ヘッド側とロッド側の容積差によ
ってアクチュエータ回路の両側管路に流量差、すなわ
ち、流量過剰または流量不足が生じた場合に、管路とタ
ンクとの間で低圧選択弁を介して自動的に油の給排作用
が行われ、回路流量の過不足が生じるおそれがない。

【０１３７】請求項１０の発明によると、低圧選択弁に
よってアクチュエータ回路に対する油の給排を行う請求
項７，９の構成において、ブースト回路によってタンク
の油をアクチュエータ回路の管路に補給するため、自然
吸い込み作用のみに依存する場合と比較して、油の補給
作用が速やかに行われる。このため、ポンプ及び電動機
をより高速で回転させ、かつ、装置の小形化、コンパク
ト化が可能となる。

【０１３８】請求項１１，１２，１３の構成によると、
クレーンのブーム起伏シリンダのように、停止状態でア
クチュエータに保持圧がかかっている場合に、停止状態
からの起動に際して、保持圧が作用する側の管路圧を保
持圧に見合う値にまで昇圧させるため、アクチュエータ
保持圧によってオペレータの意に反した作動（ブーム起
伏シリンダの場合でいうと伸長させるつもりが瞬間的に
縮小してしまう作動）を防止することができる。

【０１３９】この場合、請求項１２，１３の発明による
と、この特定操作パターンに限って昇圧作用を行わせる
ため、多少の意に反した作動は問題とならない通常操作
時に昇圧による動作の遅れが生じない。

【０１４０】また、請求項１３の発明によると、微操作
パターンを、操作手段からの指令信号によって自動的に
判別するため、特定操作パターンのときにオペレータが
モード切換スイッチを操作するといった操作の煩わしさ
がない。

【０１４１】一方、請求項１４の発明によると、電動機
制御手段により電動機の回転速度と回転方向を制御して
ポンプ吐出量と吐出方向を制御するため、ポンプレギュ
ータによってポンプの吐出量と吐出方向を制御する場合
と比較して、省エネルギーとなる。

【０１４２】これに対し請求項１５の発明によると、吐
出量と吐出方向が可変のポンプを用い、操作手段からの
指令信号に基づいてこのポンプの吐出量と吐出方向を制
御してアクチュエータ作動の速度と方向を制御するた
め、電動機の回転方向と速度を制御する場合と比較し
て、保持弁とポンプで二重のブレーキ作用が働き、故障
等によって電気が切れたときでもアクチュエータを停止
状態に確実に保持することができる。

【０１４３】また、請求項１６の発明によると、電動機
の回生作用によって発生する電力をバッテリに蓄えるこ
とができるため、消費エネルギーを削減し、バッテリま
たは原動機（多くの場合はエンジン）を小形化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図４】本発明の第４実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図５】本発明の第５実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図６】同装置における時間と操作部からの指令信号の
関係を示す図である。

【図７】同装置における時間とポンプ流量の関係を示す
図である。

【図８】本発明の第６実施形態にかかるアクチュエータ
駆動装置の回路構成図である。

【図９】従来のアクチュエータ駆動装置の回路構成図で
ある。

【符号の説明】

２５ 電動機 ２４ 電動機制御手段を構成するインバータ ２６ 油圧ポンプ ２７ 油圧シリンダ（アクチュエータ） ２８ 油圧シリンダのロッド側管路 ２９ 同ヘッド側管路 ３０ シリンダ回路（アクチュエータ回路） ３１，３２ 停止保持弁 ３６ 停止保持制御弁（保持弁制御手段） ３９ 外部パイロット圧源としてのパイロットポンプ ３４ 低圧選択弁 ４０ 操作部（操作手段） ４０ａ レバー ４１ コントローラ ４４ ブースト手段を構成するブースト用電動機 ４５ 同コンプレッサ ４７ 保持弁制御手段を構成する低圧リリーフ弁 ５３，５３ 保持圧計測手段としての圧力センサ ４９ ポンプレギュータ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 BA01 BA05 BA07 BB07 BB12 CA02 CA10 DA03 DA04 DB02 3F204 AA07 CA07 GA01 3H089 AA12 AA60 BB04 BB15 BB27 CC01 CC08 DA02 DA04 DA14 DB03 DB13 DB44 DB45 DB48 DB49 EE15 EE31 GG02 JJ01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と、この電動機により駆動される
   液圧ポンプと、この液圧ポンプと液圧アクチュエータと
   を結ぶアクチュエータ回路と、上記液圧アクチュエータ
   の作動方向と作動速度を指令する操作手段とを備え、こ
   のアクチュエータ回路に、同回路を遮断する遮断位置と
   同回路を開通させる開通位置との間で切換わり作動する
   停止保持弁が設けられるとともに、この停止保持弁を上
   記液圧アクチュエータ回路の流量の大小に関係なく上記
   遮断・開通両位置間で切換制御する保持弁制御手段が設
   けられ、上記停止保持弁により上記液圧アクチュエータ
   を作動停止状態に保持するように構成されたことを特徴
   とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建設機械のアクチュエー
   タ駆動装置において、停止保持弁が液圧アクチュエータ
   回路を構成する両側管路に設けられ、保持弁制御手段
   は、この両停止保持弁を切換制御するように構成された
   ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の建設機械のアクチュエー
   タ駆動装置において、停止保持弁が液圧アクチュエータ
   回路を構成する両側管路のうち、液圧アクチュエータの
   停止状態で保持圧が作用する側の管路のみに設けられた
   ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の建設
   機械のアクチュエータ駆動装置において、停止保持弁と
   してパイロット信号によって作動するパイロット作動弁
   が用いられ、保持弁制御手段は、液圧アクチュエータ回
   路外部からの切換信号に基づいてアクチュエータの作動
   時に停止保持弁を開通位置に切換えるように構成された
   ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の建設機械のアクチュエー
   タ駆動装置において、保持弁制御手段は、操作手段から
   の指令信号を切換信号として作動するように構成された
   ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の建設
   機械のアクチュエータ駆動装置において、停止保持弁と
   してパイロット圧によって作動するパイロット作動弁が
   用いられ、保持弁制御手段は、この停止保持弁に対して
   アクチュエータ回路外部の圧源からパイロット圧を供給
   ・停止するように構成されたことを特徴とする建設機械
   のアクチュエータ駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の建設
   機械のアクチュエータ駆動装置において、アクチュエー
   タ回路とタンクとの間に、アクチュエータ回路を構成す
   る両側管路のうち低圧側の圧力を選択してこの低圧側管
   路とタンクとの間で作動液体の給排を行う低圧選択弁が
   設けられたことを特徴とする建設機械のアクチュエータ
   駆動装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至５のいずれかに記載の建設
   機械のアクチュエータ駆動装置において、停止保持弁と
   してパイロット圧によって作動するパイロット作動弁が
   用いられるとともに、アクチュエータ回路に、アクチュ
   エータ作動時にアクチュエータ回路の流量の大小に関係
   なく所定の圧力を発生させる圧力発生手段が設けられ、
   保持弁制御手段は、この圧力発生手段で発生した圧力を
   停止保持弁にパイロット圧として供給するように構成さ
   れたことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の建設機械のアクチュエー
   タ駆動装置において、アクチュエータ回路とタンクとの
   間に、アクチュエータ回路を構成する両側管路のうち低
   圧側の圧力を選択してこの低圧側管路の作動液体をタン
   クに排出する低圧選択弁が設けられるとともに、この低
   圧選択弁とタンクとの間に、停止保持弁の開弁圧以上の
   圧力で開く圧力制御弁が設けられ、上記低圧選択弁とこ
   の圧力制御弁とによって圧力発生手段が構成されたこと
   を特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
10. 【請求項１０】 請求項７または９記載の建設機械のア
    クチュエータ駆動装置において、アクチュエータ回路と
    タンクとの間に、ブーストポンプによって作動液体をア
    クチュエータ回路に補充するブースト手段が設けられた
    ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
    建設機械のアクチュエータ駆動装置において、アクチュ
    エータの停止状態でアクチュエータに発生している保持
    圧を計測する保持圧計測手段と、停止保持弁の開通位置
    への切換に先立ってアクチュエータ回路の圧力が上記保
    持圧計測手段によって計測された保持圧に見合う圧力ま
    で昇圧するように電動機を駆動し液圧ポンプを作動させ
    る回路圧制御手段が設けられたことを特徴とする建設機
    械のアクチュエータ駆動装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の建設機械のアクチュ
    エータ駆動装置において、回路圧制御手段は、アクチュ
    エータが微量または微速で操作される微操作パターンに
    限って回路圧を昇圧させるように構成されたことを特徴
    とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の建設機械のアクチュ
    エータ駆動装置において、回路圧制御手段は、操作手段
    からの指令信号によって微操作パターンを判別するよう
    に構成されたことを特徴とする建設機械のアクチュエー
    タ駆動装置。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３のいずれかに記載の
    建設機械のアクチュエータ駆動装置において、電動機の
    回転速度と回転方向を制御する電動機制御手段を備え、
    この電動機制御手段により、操作手段からの指令信号に
    基づいて液圧ポンプからの作動液体の吐出量と吐出方向
    を制御するように構成されたことを特徴とする建設機械
    のアクチュエータ駆動装置。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１３のいずれかに記載の
    建設機械のアクチュエータ駆動装置において、液圧ポン
    プとして吐出量と吐出方向が可変に構成されたポンプが
    用いられ、ポンプレギュータにより、操作手段からの指
    令信号に基づいて上記ポンプの吐出量と吐出方向を制御
    するように構成されたことを特徴とする建設機械のアク
    チュエータ駆動装置。
16. 【請求項１６】 請求項１乃至１５のいずれかに記載の
    建設機械のアクチュエータ駆動装置において、電動機の
    電源としてバッテリを備え、電動機の回生作動によって
    発生する電力を上記バッテリに蓄えるように構成された
    ことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。