JP2011106606A

JP2011106606A - 液圧モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2011106606A
Application number: JP2009263621A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mori; 聡森; Keita Matsuzaka; 慶太松阪
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】液圧モータの作動停止時に生じる衝撃を十分に抑えられる液圧モータ駆動装置を提供する。
【解決手段】カウンタバランス弁２が作動ポジションＡ、Ｂから停止ポジションＣへと切換わるときにパイロット圧室４３、４４から流出する作動液の流れに抵抗を付与する流量制御弁１５、１６を備え、この流量制御弁１５、１６は、パイロット圧室４３、４４から流出する作動液が通るメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの前後に生じる作動液の差圧力によってパイロット圧室から流出する作動液の流れを絞る流量制御スプールとを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、カウンタバランス弁を介して液圧モータ（油圧モータ）の作動を停止させる液圧モータ駆動装置に関するものである。

カウンタバランス弁は、例えば油圧ショベルの慣性旋回や慣性走行によって生ずる液圧モータ（油圧モータ）の負荷圧等をパイロット圧（背圧）として使い、液圧モータの回転を止めるものである。

特許文献１には、図８に示すように、カウンタバランス弁（１４）のパイロット圧通路に固定オリフィスを備えるものが開示されている。カウンタバランス弁（１４）が液圧モータ（１）を作動させる作動ポジションから液圧モータ（１）を停止させる停止ポジションへと切換わるときに、固定オリフィスがパイロット圧室から流出する作動油の流れに抵抗を付与することにより、液圧モータ（１）の作動停止速度を制御するものが開示されている。

特開平８−２１９００４号公報

しかしながら、このような従来の液圧モータ駆動装置にあっては、固定オリフィスが作動油中に含まれるコンタミ等の影響を受ける心配がある。このため、固定オリフィスの開口面積を十分に小さくすることができず、液圧モータ（１）の作動停止時に生じる衝撃を十分に抑えられないという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、液圧モータの作動停止時に生じる衝撃を十分に抑えられる液圧モータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、パイロット圧室に導かれる作動液の圧力によってカウンタバランス弁が液圧モータを作動させる作動ポジションから液圧モータを停止させる停止ポジションへと切換わる液圧モータ駆動装置であって、カウンタバランス弁が作動ポジションから停止ポジションへと切換わるときにパイロット圧室から流出する作動液の流れに抵抗を付与する流量制御弁を備え、この流量制御弁は、パイロット圧室から流出する作動液が通るメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの前後に生じる作動液の差圧力によってパイロット圧室から流出する作動液の流れを絞る流量制御スプールとを備えることを特徴とした。

本発明によると、流量制御弁がパイロット圧室から流出する作動液の流れに抵抗を付与することにより、スプールの移動速度を調節する。これにより、カウンタバランス弁は液圧モータの作動を緩やかに停止させ、液圧モータの作動停止時に生じる衝撃を緩和することができる。

流量制御弁は、流量制御スプールによってその流路断面積が増減する構造のため、従来の固定オリフィスに比べて流量制御スプールを支えるスプリングの設定によって、流路の最大値を大きくすることができ、作動液中に含まれるコンタミの影響を受けることを少なくすることが可能である。

流量制御弁は、パイロット圧室の圧力変動を抑えるダンピング効果を高め、スプールのハンチングを防止でき、液圧モータの作動停止が円滑に行われる。

本発明の実施の形態を示す液圧モータ駆動装置の液圧回路図。同じく液圧モータの縦断面図。同じくポートブロックの横断面図。同じく流量制御弁を拡大した断面図。同じくポートブロック等の縦断面図。他の実施の形態を示すポートブロックの横断面図。同じく流量制御弁を拡大した断面図。従来例を示す液圧モータ駆動装置の液圧回路図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、作業機として油圧ショベルに搭載される液圧モータ駆動装置を示す液圧回路図である。液圧モータ１は、図示しない油圧ショベルの車体に対して走行装置を駆動するものであり、掘削装置や運転台を旋回させる旋回装置を駆動するものにも応用できる。

図１において、液圧モータ１は回転方向に対応して作動液が給排される給排ポートＰ１、Ｐ２を備え、この給排ポートＰ１、Ｐ２とモータポートＭ１、Ｍ２とを結ぶ主通路１１、１２が配設される。

給排ポートＰ１、Ｐ２には、図示しない液圧源から方向切換弁を介して加圧作動液（オイルまたは水溶性代替液等）が選択的に供給される。

給排ポートＰ１、Ｐ２から主通路１１、１２を介してモータポートＭ１、Ｍ２へ選択的に供給される加圧作動液によって液圧モータ１が正方向または逆方向に回転作動し、負荷として図示しない走行装置を駆動する。

可変容量型の液圧モータ１は、その斜板３２（図２参照）を動かす一対のモータ容量切換アクチュエータ１０を備える。各モータ容量切換アクチュエータ１０が斜板３２を動かして液圧モータ１の容量（押しのけ容積）を調節することにより、液圧モータ１の作動速度が変わる。

各モータ容量切換アクチュエータ１０には、主通路１１、１２から分岐した分岐通路２１、２２がそれぞれ接続され、この分岐通路２１、２２にモータ容量切換弁２０が介装される。

モータ容量切換弁２０は、高速側Ｈと低速側Ｌの２つのポジションを備え、パイロット給排ポートＰｓから導かれる液圧力とモータ容量切換パイロット通路１９から導かれる液圧力と差圧力に応じてポジションＨ、Ｌが切換えられる。モータ容量切換パイロット通路１９にはオリフィス２９が介装される。

モータ容量切換弁２０が低速側ポジションＬにあると、分岐通路２１、２２がタンクポートＴに接続され、各モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮したままとなり、斜板３２の傾転角が大きくなるため、液圧モータ１の作動速度が低くなる。

一方、モータ容量切換弁２０が高速側ポジションＨに切換えられると、この分岐通路２１、２２から導かれる加圧作動液が各モータ容量切換アクチュエータ１０に供給され、各モータ容量切換アクチュエータ１０が伸張作動し、斜板３２の傾転角が小さくなり、液圧モータ１の作動速度が高くなる。

分岐通路２１、２２のモータ容量切換弁２０と各モータ容量切換アクチュエータ１０との間に固定オリフィス２７、２８が介装される。

固定オリフィス２７、２８は、モータ容量切換アクチュエータ１０から流出入する作動液の流れに抵抗が付与されることにより、モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮伸張作動する作動速度が調節され、液圧モータ１の変速時に生じる衝撃が緩和される。

主通路１１、１２にはカウンタバランス弁２が介装される。このカウンタバランス弁２は、液圧モータ１の作動時にスプール５０（図３参照）が作動ポジションＡ、Ｂに切換えられる一方、液圧モータ１の停止時に停止ポジションＣに切換えられ、液圧モータ１の回転が止められる。

カウンタバランス弁２は、スプール５０を停止ポジションＣに付勢するバネ３、４を備えるとともに、このバネ３、４の付勢力に抗してスプール５０を作動ポジションＡ、Ｂに切換えるパイロット圧を導くパイロット通路５、６を備える。パイロット通路５、６は、給排ポートＰ１、Ｐ２に連通される。

給排ポートＰ１に加圧作動液が導かれるとき、カウンタバランス弁２は、作動ポジションＡに切換わる。この作動ポジションＡにて主通路１１を通して液圧モータ１へ加圧作動液を供給するとともに、液圧モータ１から流出する作動液を主通路１２を通して給排ポートＰ２へ戻し、液圧モータ１を正方向に回転作動させる。このとき、モータ容量切換パイロット通路１９には給排ポートＰ１の高圧が導かれる。

給排ポートＰ２に加圧作動液が導かれるとき、カウンタバランス弁２は、作動ポジションＢに切換わる。この作動ポジションＢにて主通路１２を通して液圧モータ１へ加圧作動液を供給するとともに、液圧モータ１から流出する作動液を主通路１１を通して給排ポートＰ１へ戻し、液圧モータ１を逆方向に回転作動させる。このとき、モータ容量切換パイロット通路１９には給排ポートＰ２の高圧が導かれる。

給排ポートＰ１、Ｐ２の圧力差が小さくなると、カウンタバランス弁２は、停止ポジションＣに切換わり、この停止ポジションＣにて主通路１１、１２を閉じ、液圧モータ１の回転作動を停止させる。このとき、モータ容量切換パイロット通路１９はタンクポートＴに接続される。

ところで、液圧モータ１が回転作動を停止するときに、スプール５０が作動ポジションＡ、Ｂから停止ポジションＣへと切換わるときに、スプール５０の移動速度を調節して、液圧モータ１が回転作動を停止するときに生じるショック（衝撃）を緩和したいという要求がある。

これに対処して、パイロット通路５、６に流量制御弁１５、１６がそれぞれ介装される。

スプール５０が作動ポジションＡ、Ｂから停止ポジションＣへと移動するときに、流量制御弁１５、１６がパイロット通路５、６にて給排ポートＰ１、Ｐ２へと流出する作動液の流れに抵抗を付与し、スプール５０の移動速度を低く調節して、液圧モータ１の回転作動が緩やかに停止する。

液圧モータ１の起動応答性を高めるため、リリーフ弁１７、１８が設けられる。このリリーフ弁１７、１８は、パイロット通路５、６に流量制御弁１５、１６と並列に介装される。

スプール５０が停止ポジションＣから作動ポジションＡ、Ｂへと移動するときに、リリーフ弁１７、１８が開弁し、作動液がリリーフ弁１７、１８および流量制御弁１５、１６を通って給排ポートＰ１、Ｐ２へと速やかに流出する。こうしてカウンタバランス弁２が開弁する作動速度を高めることにより、液圧モータ１が応答性良く起動する。

主通路１１と主通路１２との間にはサージ圧を抑制するリリーフ弁２３、２４がそれぞれ介装される。液圧モータ１の作動停止時に、主通路１１、１２のうち一方の圧力が所定値以上に上昇すると、対応するリリーフ弁２３、２４が開弁作動し、主通路１１、１２の一方の圧力を他方に逃がす。

なお、後述するように、流量制御弁１５、１６の作動によって主通路１１、１２の圧力上昇が十分に抑えられる場合、リリーフ弁２３、２４を廃止することも可能である。

図２は、液圧モータ１の縦断面図である。液圧モータ１は、モータケーシング３０とポートブロック４０とにより形成される内部空間にシリンダブロック３１および斜板３２が収装される。また、ポートブロック４０にはモータ容量切換弁２０が収装される。

シリンダブロック３１の１回転につき、各ピストン３３がシリンダ３４を１往復動する。主通路１１、１２からシリンダ３４に供給される加圧作動液によって各ピストン３３がシリンダ３４を往復動し、シリンダブロック３１が回転作動する。

斜板３２は、一対のボール軸受３６を介してモータケーシング３０に対して傾転可能に支持され、一対のモータ容量切換アクチュエータ１０によって動かされる。

モータ容量切換アクチュエータ１０は、分岐通路２１、２２から導かれる作動液圧力によって各ピストン３３から受ける押し付け力に抗して斜板３２を動かすようになっている。斜板３２の傾転角が変えられることにより、シリンダ３４を往復動するピストン３３のストロークが変わり、シリンダブロック３１の回転速度が変えられる。

図３は、ポートブロック４０の横断面図である。ポートブロック４０にはカウンタバランス弁２とリリーフ弁２３、２４が収容される。

ポートブロック４０には給排ポートＰ１、Ｐ２とモータポートＭ１、Ｍ２とを結ぶ主通路１１、１２が形成されるとともに、主通路１１、１２から分岐した分岐通路２１、２２が形成され、分岐通路２１、２２に図２に示すモータ容量切換弁２０がそれぞれ介装される。

主通路１１、１２の中程には、カウンタバランス弁２を構成するチェック弁５３、５４が介装される。チェック弁５３、５４は、モータポートＭ１、Ｍ２から給排ポートＰ１、Ｐ２へ向かう作動液の流れに対して開弁する一方、給排ポートＰ１、Ｐ２からモータポートＭ１、Ｍ２へ向かう作動液の流れに対して閉弁する。

なお、チェック弁５３、５４は、図示しないが、スプール５０に内蔵される構造としてもよい。

スプール５０は、ポートブロック４０のバルブ孔４１に摺動可能に介装される。スプール５０の両端部にはパイロット圧室４３、４４が画成される。各パイロット圧室４３、４４にはバネ３、４が介装され、バネ３、４の付勢力によってスプール５０が停止ポジションＣに保持される。

ポートブロック４０には主通路１１、１２とパイロット圧室４３、４４とを結ぶパイロット通路５、６が形成され、パイロット通路５、６に流量制御弁１５、１６がそれぞれ介装される。

図４は、図３における流量制御弁１６を拡大した断面図である。流量制御弁１６は、ポートブロック４０に形成されたバルブ孔４２と、このバルブ孔４２に摺動可能に介装される流量制御スプール６０と、この流量制御スプール６０を開弁方向に付勢するバネ６５とを備える。

この流量制御スプール６０には、メータリングオリフィス６１と出口ポート６２と環状溝６４とが形成される。ポートブロック４０には、バルブ孔４２と同軸方向に延びる入口７１と、バルブ孔４２に直交する出口７２が形成される。入口７１、メータリングオリフィス６１、出口ポート６２、環状溝６４、バルブ孔４２、出口７２によってパイロット通路６が画成される。パイロット圧室４４からパイロット通路６を通って流出する作動液は、図４に矢印で示すように、入口７１、メータリングオリフィス６１、出口ポート６２、環状溝６４、バルブ孔４２、出口７２を順に通過する。

入口７１の圧力が低いと、図４の（ａ）に示すように、流量制御スプール６０がその内側の圧力及びバネ６５のバネ力によって図の上方位置にあり、出口ポート６２の開口面積が最大になる。

入口７１の圧力が高まると、図４の（ｃ）に示すように、流量制御スプール６０がその内側の圧力とバネ６５のバネ力に抗して図の下方に移動し、出口ポート６２の開口面積が小さくなる。

出口ポート６２の開口面積が小さくなるのに伴って、出口ポート６２の圧力損失が大きくなり、流量制御スプール６０の内側の圧力が低下することにより、図４の（ｂ）に示すように、流量制御スプール６０が入口７１の圧力と流量制御スプール６０の内側の圧力及びバネ６５のバネ力が釣り合う平衡状態になる。

こうして流量制御スプール６０は入口７１の圧力と流量制御スプール６０の内側の圧力（出口ポート６２の圧力）との圧力差に応じて移動し、微少運動をしながらパイロット通路６を通過する作動液の流量が一定になるように調節する。

流量制御弁１５は、上記した流量制御弁１６と同一の構成を有する。

ポートブロック４０にはバネ３、４の一端を受けるリテーナハウジング６７、６８が連結される。図５は、リテーナハウジング６７、６８及びポートブロック４０等の縦断面図である。リテーナハウジング６７、６８、ポートブロック４０に渡ってパイロット通路５、６が形成される。リテーナハウジング６７、６８の内部にリリーフ弁１７、１８がそれぞれ介装される。

以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。

図３は、給排ポートＰ１、Ｐ２に圧力が作用していない状態でカウンタバランス弁２が停止ポジションＣにある状態を示している。このとき、スプール５０によって主通路１１、１２が閉塞され、液圧モータ１の回転作動を停止している。

この停止状態から、給排ポートＰ２に加圧作動液が導かれると、この加圧作動液がパイロット通路６の流量制御弁１６を通ってパイロット圧室４４に流入し、スプール５０が図３において左方向に移動し、パイロット圧室４３の作動液がパイロット通路５の流量制御弁１５及びリリーフ弁１７を通って給排ポートＰ１へと流出し、カウンタバランス弁２が主通路１１を開通させる作動ポジションＢに切換わる。これに伴って給排ポートＰ２に導かれる加圧作動液が主通路１２のチェック弁５４を通ってモータポートＭ２に流入し、液圧モータ１を回転作動させ、モータポートＭ１からの作動液が主通路１２を通って給排ポートＰ１へと流出する。

上記のカウンタバランス弁２が停止作動ポジションＣから作動ポジションＢに切換わるとき、流量制御弁１６は全開し、出口ポート６２の開口面積は最大になっている。これにより、給排ポートＰ２に導かれる加圧作動液が流量制御弁１６を通ってパイロット圧室４４に速やかに流入する。

上記のカウンタバランス弁２が停止作動ポジションＣから作動ポジションＢに切換わるとき、パイロット圧室４３の作動液の圧力が所定値以上に上昇すると、リリーフ弁１７が開弁し、作動液がリリーフ弁１７及び流量制御弁１５を通って給排ポートＰ１へと速やかに流出する。これにより、カウンタバランス弁２が開弁する作動速度を高めて、液圧モータ１が応答性良く起動する。

こうして液圧モータ１が回転作動する状態から、給排ポートＰ１、Ｐ２に圧力がかからない状態になると、カウンタバランス弁２が作動ポジションＢから停止ポジションＣに切換わり、液圧モータ１が回転作動を停止する。スプール５０が作動ポジションＢから停止ポジションＣへと移動するときに、流量制御弁１６がパイロット通路６にて給排ポートＰ２へと流出する作動液の流れに抵抗を付与し、スプール５０の移動速度を低く調節して、液圧モータ１の回転作動が緩やかに停止する。

これについて詳述すると、パイロット圧室４４からパイロット通路６を通って給排ポートＰ２へと流れる作動液が、流量制御弁１６にて、図４に矢印で示すように、メータリングオリフィス６１と出口ポート６２とを順に通過する。このとき、メータリングオリフィス６１の前後差圧が高まるのに伴って流量制御スプール６０がバネ６５に抗して軸方向に移動し、出口ポート６２の開口面積を減らし、流量制御弁１６を通過する作動液の流量が所定値になるように制御される。

流量制御弁１６にて給排ポートＰ２へと流出する作動液の流れに抵抗を付与することが可能なため、パイロット圧室４４の圧力変動を抑えるダンピング効果を高められ、スプール５０が過敏に動くハンチングを防止できる。

カウンタバランス弁２が作動ポジションＡから停止ポジションＣに切換わるときも、上記した作動ポジションＢから停止ポジションＣに切換わるときと同様に、流量制御弁１５が作動し、液圧モータ１が作動を緩やかに停止する。

以上のように本実施の形態では、パイロット圧室４３、４４に導かれる作動液の圧力によってカウンタバランス弁２が液圧モータ１を作動させる作動ポジションＡ、Ｂから液圧モータ１を停止させる停止ポジションＣへと切換わる液圧モータ駆動装置であって、カウンタバランス弁２が作動ポジションＡ、Ｂから停止ポジションＣへと切換わるときにパイロット圧室４３、４４から流出する作動液の流れに抵抗を付与する流量制御弁１５、１６を備え、この流量制御弁１５、１６は、パイロット圧室４３、４４から流出する作動液が通るメータリングオリフィス６１と、このメータリングオリフィス６１の前後に生じる作動液の差圧力によってパイロット圧室４３、４４から流出する作動液の流れを絞る流量制御スプール６０とを備える構成とした。

上記構成に基づき、流量制御弁１５、１６がパイロット圧室４３、４４から流出する作動液の流れに抵抗を付与することにより、スプール５０の移動速度を調節して、カウンタバランス弁２は液圧モータ１の作動を緩やかに停止させ、液圧モータ１の作動停止時に生じる衝撃を緩和することができる。

流量制御弁１５、１６は、その出口ポート６２の断面積が増減する構造のため、従来の固定オリフィスに比べてバネ６５の設定によっては流路断面積の最大値を大きくすることができ、作動液中に含まれるコンタミの影響を少なくすることが可能である。

流量制御弁１５、１６は、パイロット圧室４３、４４の圧力変動を抑えるダンピング効果を高め、スプール５０のハンチングを防止でき、液圧モータ１の作動停止が円滑に行われる。

なお、流量制御弁１５、１６の作動によって主通路１１、１２の圧力上昇が十分に抑えられる場合、主通路１１、２２に介装されるリリーフ弁２３、２４を廃止することができる。

本実施の形態では、カウンタバランス弁２が停止ポジションＣから作動ポジションＡ、Ｂへと切換わるときにパイロット圧室４３、４４から流出する作動液の流れに対して開弁するリリーフ弁１７、１８を備える構成とした。

上記構成に基づき、パイロット圧室４３、４４の圧力が所定値以上に上昇すると、リリーフ弁１７、１８が開弁し、パイロット圧室４３、４４の作動液がリリーフ弁１７、１８を通って速やかに流出することにより、流量制御弁１５、１６によってカウンタバランス弁２の開弁作動速度が低くなることを回避して、液圧モータ１の起動応答性を高められる。また、リリーフ弁１７、１８を追加することで、カウンタバランス弁２の開弁作動が遅くなってピーク圧が立ったときにパイロット圧室４３、４４の圧力を逃がすことができる。起動時には、カウンタバランス弁２の遅れ（パイロット圧室４３、４４に圧力がこもる）による背圧を低減することで、起動時の有効差圧を十分に取れるようになる。

図６に示す他の実施の形態は、リリーフ弁１７、１８をスプール５０に内蔵するものである。

図７は、図６におけるリリーフ弁１８を拡大した断面図である。リリーフ弁１８は、スプール５０に形成されたバルブ孔５６と、このバルブ孔５６に摺動可能に介装されるスプール５７と、このスプール５７を開弁方向に付勢するバネ５８とを備える。バルブ孔５６によってパイロット通路６が画成される。スプール５７には通孔５９が形成される。

パイロット圧室４４の圧力が所定値以上に上昇すると、スプール５７が図７において左方向に移動し、通孔５９を介してパイロット通路６を開通させる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１液圧モータ
２カウンタバランス弁
５、６パイロット通路
１１、１２主通路
１５、１６流量制御弁
１７、１８リリーフ弁
４３、４４パイロット圧室
５０スプール
５３、５４チェック弁
６０流量制御スプール
６１メータリングオリフィス

Claims

パイロット圧室に導かれる作動液の圧力によってカウンタバランス弁が液圧モータを作動させる作動ポジションから液圧モータを停止させる停止ポジションへと切換わる液圧モータ駆動装置であって、
前記カウンタバランス弁が作動ポジションから停止ポジションへと切換わるときに前記パイロット圧室から流出する作動液の流れに抵抗を付与する流量制御弁を備え、
この流量制御弁は、
前記パイロット圧室から流出する作動液が通るメータリングオリフィスと、
このメータリングオリフィスの前後に生じる作動液の差圧力によって前記パイロット圧室から流出する作動液の流れを絞る流量制御スプールと、を備えたことを特徴とする液圧モータ駆動装置。
前記カウンタバランス弁が停止ポジションから作動ポジションへと切換わるときに前記パイロット圧室から流出する作動液の流れに対して開弁するリリーフ弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液圧モータ駆動装置。
前記リリーフ弁が前記スプールに内蔵されたことを特徴とする請求項２に記載の液圧モータ駆動装置。