JP2013170696A - 油圧駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する作動油流路において、油圧ポンプの吐出流量制御に誤差が生じても、油圧の上昇を抑えることができる油圧駆動システムを提供することにある。
【解決手段】第１流路１７の油圧が、第２流路１８の油圧よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第２流路１８とドレン流路５２とを連通させる。第２流路１８の油圧が、第１流路１７の油圧よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第１流路１７とドレン流路５２とを連通させる。シャトル弁５１の第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、シリンダロッド１４ａの第１室１４ｃ側の受圧面積と第２室１４ｄ側の受圧面積との比に等しい。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルやホイールローダー等の作業機械は、油圧シリンダを備えている。油圧シリンダには、油圧回路を介して油圧ポンプから吐出された作動油が供給される。例えば、特許文献１では、油圧シリンダに作動油を供給するための油圧閉回路を備える作業機械が提案されている。油圧回路が閉回路であることにより、油圧シリンダによって駆動される部材の運動エネルギーや位置エネルギーが回生される。その結果、油圧ポンプを駆動する原動機の燃費を低減することが可能となる。

図１２は、油圧シリンダ１０３を駆動するための従来の油圧回路の一例を示す図である。油圧シリンダ１０３は、シリンダロッド１０３ａとシリンダチューブ１０３ｂとを有する。シリンダチューブ１０３ｂの内部は、シリンダロッド１０３ａによって、第１室１０４と第２室１０５とに区画されている。第１室１０４は、第１流路１０６を介して第１油圧ポンプ１０１に接続されている。第２室１０５は、第２流路１０７を介して第１油圧ポンプ１０１に接続されている。このように、油圧シリンダ１０３と第１油圧ポンプ１０１とは閉回路によって接続されている。第１室１０４に作動油が供給され、第２室１０５から作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１０３が伸長する。第２室１０５に作動油が供給され、第１室１０４から作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１０３が収縮する。

シリンダロッド１０３ａは第２室１０５内を通るように配置されているため、シリンダロッド１０３ａの第２室１０５側の受圧面積は、第１室１０４側の受圧面積よりも小さい。従って、油圧シリンダ１０３の伸長時に第１室１０４に供給される作動油は、第２室１０５から排出される作動油よりも多い。また、油圧シリンダ１０３の収縮時に第２室１０５に供給される作動油は、第１室１０４から排出される作動油よりも少ない。このため、油圧回路には、第１油圧ポンプ１０１と共に第２油圧ポンプ１０２が配置されている。油圧シリンダ１０３の伸長時には、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とから吐出された作動油が第１室１０４に供給され、第２室１０５から排出された作動油は、第１油圧ポンプ１０１に回収される。また、油圧シリンダ１０３の収縮時には、第１油圧ポンプ１０１から吐出された作動油が第２室１０５に供給され、第１室１０４から排出された作動油は、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とに回収される。この場合、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とは、合計吐出流量と第１油圧ポンプ１０１の吐出流量との比が、第１室１０４の受圧面積と第２室１０５の受圧面との比に一致するように制御される。合計吐出流量は、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量との和である。例えば、第１室１０４と第２室１０５との受圧面比が２：１である場合には、合計吐出流量と、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量との比が２：１になるように、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とが制御される。言い換えれば、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量との比が１：１になるように、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とが制御される。

特開２００２−５４６０２号

作業機レバーなどの作業部材が操作されると、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２との合計吐出流量が、作業部材の操作量に応じた値となるように、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２が制御される。このとき、常に上述した吐出流量比の関係を正確に維持しながら、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量をそれぞれ制御することは困難である。例えば、油圧ポンプの容積効率には個体差があるため、容積効率の違いにより、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量とが、指令値と一致していない場合があり得る。或いは、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２との応答性の違いにより、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量とが、指令値に見合った吐出流量比の関係を満たさない場合があり得る。第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量との比が、上述した吐出流量比の関係を満たさない場合には、次のような問題が生じる。

例えば、油圧シリンダ１０３がブームシリンダであり、ブームを上昇させる動作を行う場合を想定する。第１室１０４と第２室１０５との受圧面比は２：１である。この場合、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の吐出流量とが１：１になるように、第１油圧ポンプ１０１の目標吐出流量と第２油圧ポンプ１０２の目標吐出流量が設定される。しかし、図１２に示すように、第１油圧ポンプ１０１の実際の吐出流量が“０．９５”であり、第２油圧ポンプ１０２の実際の吐出流量が“１．０５”であるものとする。この場合、油圧シリンダ１０３の第１室１０４には、“２．０（＝０．９５＋１．０５）”の流量の作動油が供給される。また、第２室１０５からは、“１．０”の流量の作動油が排出される。しかし、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量は、“０．９５”であるため、第１油圧ポンプ１０１は、“０．９５”の流量の作動油しか吸い込むことができない。このため、第２流路１０７には、“１．０”と“０．９５”の差に対応した余剰流量が生じる。第２流路１０７の油圧が、リリーフ弁１０８のリリーフ圧まで上昇すると、リリーフ弁１０８が開かれることによって、余剰流量の作動油がチャージ回路１０９に排出される。ブームを上昇させる動作では、油圧シリンダ１０３に掛かる負荷は、第１室１０４内の作動油に作用するため、第２流路１０７の油圧が上がる必要は無い。従って、上記のように第２流路１０７の余剰流量の作動油をリリーフ圧まで上昇させるためのエネルギーが無駄となる。また、油圧シリンダ１０３を伸長させるためには、第１流路１０６の油圧を第２流路１０７の油圧よりも大きくする必要がある。従って、第２流路１０７の油圧が高くなると、第１流路１０６の油圧をさらに大きくする必要がある。この場合、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とを駆動する馬力が変わらなければ、第１油圧ポンプ１０１と第２油圧ポンプ１０２とから吐出される作動油の流量が低減する。その結果、油圧シリンダ１０３の動作速度が遅くなり、作業性が低下する。

次に、油圧シリンダがブームシリンダであり、ブームを下降させる動作を行う場合を想定する。このとき、図１３に示すように、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量が“１．０５”であり、第２油圧ポンプ１０２の吐出流量が“０．９５”であるものとする。ブームを下降させるときには、ブームを含む作業機の自重による荷重が、第１室１０４の作動油に作用しながら、油圧シリンダ１０３が収縮する。この場合、油圧シリンダ１０３の第１室１０４から“２．０”の流量の作動油が排出されると、第２室１０５には“１．０”の流量の作動油が吸い込まれる。従って、第１油圧ポンプ１０１の吐出流量は、“１．０５”であるのに、第２室１０５には“１．０”の流量の作動油しか吸い込むことができない。このため、上記と同様に、第２流路１０７の油圧がリリーフ圧まで上昇する。この場合、第１油圧ポンプ１０１は、第１流路１０６の油圧を第２流路１０７の油圧まで増大させるために、ポンプ作用を行うことになる。従って、第１油圧ポンプ１０１は、作業機の位置エネルギーを回生することができない。

本発明の課題は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する油圧回路において、油圧ポンプの吐出流量制御に誤差が生じても、油圧の上昇を抑えることができる油圧駆動システムを提供することにある。

本発明の第１の態様に係る油圧駆動システムは、第１油圧ポンプと、油圧シリンダと、作動油流路と、作動油タンクと、第２油圧ポンプと、チャージ回路と、ポンプ制御部と、シャトル弁と、を備える。第１油圧ポンプは、第１閉回路ポートと第２閉回路ポートとを有する。第１油圧ポンプは、第１吐出状態と第２吐出状態とに切換可能である。第１油圧ポンプは、第１吐出状態において、第２閉回路ポートから作動油を吸入して第１閉回路ポートから作動油を吐出する。第１油圧ポンプは、第２吐出状態において、第１閉回路ポートから作動油を吸入して第２閉回路ポートから作動油を吐出する。油圧シリンダは、シリンダロッドとシリンダチューブとを有する。シリンダチューブの内部は、シリンダロッドによって第１室と第２室とに区画されている。シリンダロッドの第１室側の受圧面積は、第２室側の受圧面積より大きい。油圧シリンダは、第１室に作動油が供給され且つ第２室から作動油が排出されることにより伸長する。油圧シリンダは、第２室に作動油が供給され且つ第１室から作動油が排出されることにより収縮する。作動油流路は、第１流路と第２流路とを有する。第１流路は、第１閉回路ポートと第１室とを接続する。第２流路は、第２閉回路ポートと第２室とを接続する。作動油タンクは、作動油を貯留する。第２油圧ポンプは、第１開回路ポートと、第２開回路ポートとを有する。第１開回路ポートは、第１流路に接続される。第２開回路ポートは、作動油タンクに接続される。第２油圧ポンプは、第１吐出状態と第２吐出状態とに切換可能である。第２油圧ポンプは、第１吐出状態において、第２開回路ポートから作動油を吸入して第１開回路ポートから作動油を吐出する。第２油圧ポンプは、第２吐出状態において、第１開回路ポートから作動油を吸入して第２開回路ポートから作動油を吐出する。チャージ回路は、チャージ流路とチャージポンプとを有する。チャージ流路は、作動油流路に接続される。チャージポンプは、チャージ流路に作動油を吐出する。チャージ回路は、作動油流路の油圧がチャージ流路の油圧より小さくなったときに作動油流路へ作動油を補充する。ポンプ制御部は、第１油圧ポンプの吐出流量と第２油圧ポンプの吐出流量との和に対する第１油圧ポンプの吐出流量の比率が、第１室の受圧面積に対する第２室の受圧面積の比率と等しくなるように、第１油圧ポンプの吐出流量と第２油圧ポンプの吐出流量とを制御する。シャトル弁は、第１入力ポートと、第２入力ポートと、ドレンポートと、第１受圧部と、第２受圧部とを有する。第１入力ポートは、第１流路に接続される。第２入力ポートは、第２流路に接続される。ドレンポートは、作動油タンク又はチャージ流路に接続される。第１受圧部には、第１流路の油圧が印加される。第２受圧部には、第２流路の油圧が印加される。第１流路の油圧によって第１受圧部に加えられる力が、第２流路の油圧によって第２受圧部に加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁は、第１位置状態となる。シャトル弁は、第１位置状態において、第２入力ポートとドレンポートとを連通させる。第２流路の油圧によって第２受圧部に加えられる力が、第１流路の油圧によって第１受圧部に加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁は、第２位置状態となる。シャトル弁は、第２位置状態において、第１入力ポートとドレンポートとを連通させる。第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比は、シリンダロッドの第１室側の受圧面積と第２室側の受圧面積との比に等しい。

本発明の第２の態様に係る油圧駆動システムは、第１の態様の油圧駆動システムであって、シャトル弁は、スプールと、第１弾性部材と、第２弾性部材とを有する。第１弾性部材は、第１受圧部側から第２受圧部側に向かってスプールを押圧する。第２弾性部材は、第２受圧部側から第１受圧部側に向かってスプールを押圧する。第１弾性部材の弾性定数と第２弾性部材の弾性定数との比は、第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある。

本発明の第３の態様に係る油圧駆動システムは、第２の態様の油圧駆動システムであって、第１弾性部材は、スプールが中立位置であるときに第１の取付荷重でスプールを押圧するように取り付けられている。第２弾性部材は、スプールが中立位置であるときに第２の取付荷重でスプールを押圧するように取り付けられている。第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある。

本発明の第４の態様に係る油圧駆動システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧駆動システムであって、操作部材と、切換弁と、調整流路とをさらに備える。操作部材は、中立位置から油圧シリンダを伸長させる方向と、油圧シリンダを収縮させる方向とに操作可能である。切換弁は、作動油流路において第１油圧ポンプと油圧シリンダとの間に配置される。調整流路は、作動油タンク又はチャージ流路に接続される。第１流路は、第１閉回路ポートに接続される第１ポンプ流路と、第１室に接続される第１シリンダ流路とを有する。第２流路は、第２閉回路ポートに接続される第２ポンプ流路と、第２室に接続される第２シリンダ流路とを有する。切換弁は、操作部材が中立位置に位置しているときには、第１ポンプ流路と第２ポンプ流路とを調整流路に接続する。

本発明の第５の態様に係る油圧駆動システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧駆動システムであって、シャトル弁は、中立位置状態であるときには、第１入力ポートと第２入力ポートとをドレンポートに連通させる。

本発明の第１の態様に係る油圧駆動システムでは、外力に抗して油圧シリンダが伸長する時には、シャトル弁は、第２入力ポートとドレンポートとを連通させる。このため、第１油圧ポンプの吐出流量が第２油圧ポンプの吐出流量より小さいときでも、第２流路の油圧が上昇することが抑えられる。また、外力を受けて油圧シリンダが収縮する時には、シャトル弁は、第２入力ポートとドレンポートとを連通させる。このため、第１油圧ポンプの吐出流量が第２油圧ポンプの吐出流量より大きいときでも、第２流路の油圧の上昇が抑えられる。その結果、本態様に係る油圧駆動システムでは、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する油圧回路において、油圧ポンプの吐出流量制御に誤差が生じても、油圧の上昇を抑えることができる。

なお、第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比を、シリンダロッドの第１室側の受圧面積と第２室側の受圧面積との比に等しくした理由は次の通りである。ここでは例として、外力に抗してシリンダロッドを伸長させる場合を検討する。シリンダロッドに作用する外力による負荷を考慮しない場合の第１室の油圧をＰ１、第２室の油圧をＰ２とする。この場合、流路の圧損は小さいとして、第１流路の油圧は第１室の油圧Ｐ１と同じであると見なす。同様に、第２流路の油圧は第２室の油圧Ｐ２と同じであると見なす。シリンダロッドの第１室側の受圧面積をＡ１、シリンダロッドの第２室側の受圧面積をＡ２とする。この場合、Ｐ１×Ａ１＝Ｐ２×Ａ２である。従って、例えば、Ａ１：Ａ２＝２：１であるならば、Ｐ１＝（１／２）Ｐ２となる。すなわち、Ｐ１はＰ２よりも小さな値である。第１室の油圧でシリンダピストンを駆動する場合に、シリンダロッドへの外部からの負荷に対抗するための油圧をαとする。負荷が小さいとαが小さくなる。このため、負荷が小さいときには、第１流路の油圧Ｐ１＋αは、第２流路の油圧Ｐ２よりも低い値となる。従って、シャトル弁の第１受圧部の受圧面積Ｓ１と第２受圧部の受圧面積Ｓ２とが等しい場合には、第１受圧部に作用する力“（Ｐ１＋α）×Ｓ１”は、第２受圧部に作用する力“Ｐ２×Ｓ２”よりも小さい。このため、シャトル弁は、第１流路をチャージ流路又は作動油タンクに接続することになり、第２流路をチャージ流路又は作動油タンクに接続することができない。本態様に係る油圧駆動システムにおいては、第１受圧部の受圧面積Ｓ１と第２受圧部の受圧面積Ｓ２との比は、第１室の受圧面積Ａ１と第２室の受圧面積Ａ２との比に等しい。このため、シリンダロッドへの外部からの負荷に対抗するための油圧αを考慮しない場合には、Ｐ１×Ｓ１＝Ｐ２×Ｓ２である。従って、シリンダロッドへの外部からの負荷に対抗するための油圧αを考慮した場合には、第１受圧部に作用する力“（Ｐ１＋α）×Ｓ１”は、第２受圧部に作用する力“Ｐ２×Ｓ２”よりも、“α×Ｓ１”分だけ大きくなる。すなわち、負荷が小さいときでも、シャトル弁は第２入力ポートとドレンポートとを連通させるので、第２流路をチャージ流路又は作動油タンクに接続することができる。同様に、外力を受けてピストンロッドが収縮する場合を検討する。このとき、外力に対抗する油圧をαとすると、第１受圧部に作用する力“（Ｐ１＋α）×Ｓ１”は、第２受圧部に作用する力“Ｐ２×Ｓ２”よりも、“α×Ｓ１”分だけ大きくなる。すなわち、この場合もシャトル弁は第２流路をチャージ流路又は作動油タンクに接続する。このように、油圧が上昇する必要がない方の流路はシャトル弁を介してチャージ流路または作動油タンクに接続されるので、不必要な油圧の上昇を抑えることができる。

本発明の第２の態様に係る油圧駆動システムでは、第１弾性部材の弾性定数と第２弾性部材の弾性定数との比は、第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある。このため、シャトル弁のスプールが中立位置から第１受圧部側に移動するときと、シャトル弁のスプールが中立位置から第２受圧部側に移動するときとで、シャトル弁の切換特性を近似させることができる。

本発明の第３の態様に係る油圧駆動システムでは、第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、第１受圧部の受圧面積と第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある。このため、シャトル弁のスプールが中立位置から第１受圧部側に移動するときと、シャトル弁のスプールが中立位置から第２受圧部側に移動するときとで、シャトル弁の切換特性を近似させることができる。

本発明の第４の態様に係る油圧駆動システムでは、操作部材が中立位置であるときに、第１油圧ポンプ及び／または第２油圧ポンプの吐出流量がゼロになっていなくても、作動油が調整流路を解して作動油タンク又は前記チャージ流路に排出される。これにより、第１流路及び／又は第２流路の油圧が上昇することを抑えることができる。

本発明の第５の態様に係る油圧駆動システムでは、操作部材が中立位置であるときに、第１油圧ポンプ及び／または第２油圧ポンプの吐出流量がゼロになっていなくても、作動油がドレンポートを介して作動油タンク又は前記チャージ流路に排出される。これにより、第１流路及び／又は第２流路の油圧が上昇することを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 油圧シリンダを伸長させる場合の油圧駆動システムにおける作動油の流量の一例を示す図である。 油圧シリンダを伸長させる場合の油圧駆動システムにおける作動油の流量の一例を示す図である。 油圧シリンダを収縮させる場合の油圧駆動システムにおける作動油の流量の一例を示す図である。 油圧シリンダを収縮させる場合の油圧駆動システムにおける作動油の流量の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る油圧駆動システムが適用された油圧ショベルの作業姿勢の一例を示す模式図である。 シャトル弁の切換特性を示す図。 本発明の第１の変形例に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の変形例に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の変形例に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の変形例に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 従来技術に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 従来技術に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る油圧駆動システムについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る油圧駆動システム１の構成を示すブロック図である。油圧駆動システム１は、例えば油圧ショベル、ホイールローダー、ブルドーザなどの作業機械に搭載される。油圧駆動システム１は、エンジン１１と、メインポンプ１０と、油圧シリンダ１４と、作動油流路１５と、流路切換弁１６と、シャトル弁５１と、エンジンコントローラ２２と、ポンプコントローラ２４とを有する。

エンジン１１は、メインポンプ１０を駆動する。エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、燃料噴射装置２１からの燃料の噴射量が調整されることにより、エンジン１１の出力が制御される。燃料噴射量の調整は、燃料噴射装置２１がエンジンコントローラ２２によって制御されることで行われる。なお、エンジン１１の実回転速度は、回転速度センサ２３にて検出され、その検出信号は、エンジンコントローラ２２およびポンプコントローラ２４にそれぞれ入力される。

メインポンプ１０は、エンジン１１によって駆動され、作動油を吐出する。メインポンプ１０は、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とを有する。メインポンプ１０から吐出された作動油は、流路切換弁１６を介して油圧シリンダ１４に供給される。

第１油圧ポンプ１２は、可変容量型の油圧ポンプである。第１油圧ポンプ１２の傾転角が制御されることにより、第１油圧ポンプ１２の容量が制御される。第１油圧ポンプ１２の傾転角は、第１ポンプ流量制御部２５によって制御される。第１ポンプ流量制御部２５は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて、第１油圧ポンプ１２の傾転角を制御することにより、第１油圧ポンプ１２の容量を制御する。これにより、第１油圧ポンプ１２の吐出流量が制御される。なお、本実施形態において、第１油圧ポンプ１２の吐出流量は、第１油圧ポンプ１２の容量に対応しているものとする。また、第２油圧ポンプ１３の吐出流量は、第２油圧ポンプ１３の容量に対応しているものとする。第１油圧ポンプ１２は、２方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第１油圧ポンプ１２は、第１閉回路ポート１２ａと第２閉回路ポート１２ｂとを有する。第１油圧ポンプ１２は、第１吐出状態と第２吐出状態とに切り換え可能である。第１油圧ポンプ１２は、第１吐出状態では、第２閉回路ポート１２ｂから作動油を吸入して第１閉回路ポート１２ａから作動油を吐出する。第１油圧ポンプ１２は、第２吐出状態では、第１閉回路ポート１２ａから作動油を吸入して第２閉回路ポート１２ｂから作動油を吐出する。

第２油圧ポンプ１３は、可変容量型の油圧ポンプである。第２油圧ポンプ１３の傾転角が制御されることにより、第２油圧ポンプ１３の容量が制御される。第２油圧ポンプ１３の傾転角は、第２ポンプ流量制御部２６によって制御される。第２ポンプ流量制御部２６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて第２油圧ポンプ１３の傾転角を制御することにより、第２油圧ポンプ１３の容量を制御する。第２油圧ポンプ１３は、２方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第２油圧ポンプ１３は、第１開回路ポート１３ａと第２開回路ポート１３ｂとを有する。第２油圧ポンプ１３は、第１油圧ポンプ１２と同様に、第１吐出状態と第２吐出状態とに切り換え可能である。第２油圧ポンプ１３は、第１吐出状態では、第２開回路ポート１３ｂから作動油を吸入して第１開回路ポート１３ａから作動油を吐出する。第２油圧ポンプ１３は、第２吐出状態では、第１開回路ポート１３ａから作動油を吸入して第２開回路ポート１３ｂから作動油を吐出する。

油圧シリンダ１４は、メインポンプ１０から吐出された作動油によって駆動される。油圧シリンダ１４は、例えば、ブーム、アーム、或いはバケットなどの作業機を駆動する。油圧シリンダ１４は、シリンダロッド１４ａとシリンダチューブ１４ｂとを有する。シリンダチューブ１４ｂの内部は、シリンダロッド１４ａによって第１室１４ｃと第２室１４ｄとに区画されている。油圧シリンダ１４は、第１シリンダポート１４ｅと第２シリンダポート１４ｆとを有する。第１シリンダポート１４ｅは、第１室１４ｃに連通している。第２シリンダポート１４ｆは、第２室１４ｄに連通している。油圧シリンダ１４は、第２シリンダポート１４ｆに作動油が供給され第１シリンダポート１４ｅから作動油が排出される状態と、第１シリンダポート１４ｅに作動油が供給され第２シリンダポート１４ｆから作動油が排出される状態と、に切り換え可能である。すなわち、油圧シリンダ１４は、第１室１４ｃと第２室１４ｄに対する作動油の供給と排出とが切り換えられることにより伸縮する。具体的には、第１シリンダポート１４ｅを介して第１室１４ｃに作動油が供給され、第２シリンダポート１４ｆを介して第２室１４ｄから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１４は伸張する。第２シリンダポート１４ｆを介して第２室１４ｄに作動油が供給され、第１シリンダポート１４ｅを介して第１室１４ｃから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１４は収縮する。シリンダロッド１４ａの第１室１４ｃ側の受圧面積（以下、簡略に「第１室１４ｃの受圧面積」と呼ぶ）は、シリンダロッド１４ａの第２室１４ｄ側の受圧面積（以下、簡略に「第２室１４ｄの受圧面積」と呼ぶ）よりも大きい。従って、油圧シリンダ１４を伸張させるときには、第２室１４ｄから排出される作動油よりも多量の作動油が第１室１４ｃに供給される。また、油圧シリンダ１４を収縮させるときには、第２室１４ｄに供給される作動油よりも多量の作動油が第１室１４ｃから排出される。

作動油流路１５は、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とを油圧シリンダ１４に接続している。作動油流路１５は、第１流路１７と第２流路１８とを有する。第１流路１７は、第１油圧ポンプ１２の第１閉回路ポート１２ａと第１シリンダポート１４ｅとを接続する。また、第１流路１７は、第２油圧ポンプ１３の第１開回路ポート１３ａと第１シリンダポート１４ｅとを接続する。第２流路１８は、第１油圧ポンプ１２の第２閉回路ポート１２ｂと第２シリンダポート１４ｆとを接続する。第１流路１７は、第１シリンダ流路３１と第１ポンプ流路３３とを有する。第２流路１８は、第２シリンダ流路３２と第２ポンプ流路３４とを有する。第１シリンダ流路３１は、第１シリンダポート１４ｅを介して第１室１４ｃに接続される。第２シリンダ流路３２は、第２シリンダポート１４ｆを介して第２室１４ｄに接続される。第１ポンプ流路３３は、第１シリンダ流路３１を介して第１室１４ｃに作動油を供給する、或いは、第１シリンダ流路３１を介して第１室１４ｃから作動油を回収するための流路である。第１ポンプ流路３３は、第１油圧ポンプ１２の第１閉回路ポート１２ａに接続される。また、第１ポンプ流路３３は、第２油圧ポンプ１３の第１開回路ポート１３ａに接続される。従って、第１ポンプ流路３３には、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との両方からの作動油が供給される。第２ポンプ流路３４は、第２シリンダ流路３２を介して第２室１４ｄに作動油を供給する、或いは、第２シリンダ流路３２を介して第２室１４ｄから作動油を回収するための流路である。第２ポンプ流路３４は、第１油圧ポンプ１２の第２閉回路ポート１２ｂに接続される。第２油圧ポンプ１３の第２開回路ポート１３ｂは、作動油を貯留する作動油タンク２７に接続される。従って、第２ポンプ流路３４には、第１油圧ポンプ１２からの作動油が供給される。作動油流路１５は、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１と第２シリンダ流路３２と第２ポンプ流路３４とによって、第１油圧ポンプ１２と油圧シリンダ１４との間で閉回路を構成している。また、作動油流路１５は、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１とによって第２油圧ポンプ１３と油圧シリンダ１４との間で開回路を構成している。

油圧駆動システム１は、チャージ回路１９をさらに備える。チャージ回路１９は、チャージ流路３５と、チャージポンプ２８とを有する。チャージポンプ２８は、作動油流路１５に作動油を補充するための油圧ポンプである。チャージポンプ２８は、エンジン１１によって駆動されることによって、作動油をチャージ流路３５に吐出する。チャージポンプ２８は、固定容量型の油圧ポンプである。チャージ流路３５は、チャージポンプ２８と作動油流路１５とを接続する。チャージ流路３５は、作動油流路１５においてメインポンプ１０と第１チェック弁４４との間に接続されている。具体的には、チャージ流路３５は、チェック弁４１ａを介して第１ポンプ流路３３に接続されている。チェック弁４１ａは、第１ポンプ流路３３の油圧がチャージ流路３５のチャージ圧よりも低くなったときに開かれる。チャージ流路３５は、作動油流路１５においてメインポンプ１０と第２チェック弁４５との間に接続されている。具体的には、チャージ流路３５は、チェック弁４１ｂを介して第２ポンプ流路３４に接続されている。チェック弁４１ｂは、第２ポンプ流路３４の油圧がチャージ圧よりも低くなったときに開かれる。これにより、チャージ回路１９は、作動油流路１５の油圧が、チャージ圧より小さくなったときに、作動油流路１５へ作動油を補充する。また、チャージ流路３５は、チャージリリーフ弁４２を介して作動油タンク２７に接続されている。チャージリリーフ弁４２は、チャージ圧を所定の設定圧に維持する。第１ポンプ流路３３又は第２ポンプ流路３４の油圧がチャージ圧よりも低くなると、チャージポンプ２８からの作動油がチャージ流路３５を介して第１ポンプ流路３３又は第２ポンプ流路３４に供給される。これにより、第１ポンプ流路３３及びは第２ポンプ流路３４の油圧が所定値以上に維持される。

作動油流路１５は、リリーフ流路３６をさらに有する。リリーフ流路３６は、チェック弁４１ｃを介して第１ポンプ流路３３に接続されている。チェック弁４１ｃは、第１ポンプ流路３３の油圧がリリーフ流路３６の油圧よりも高くなったときに開かれる。リリーフ流路３６は、チェック弁４１ｄを介して第２ポンプ流路３４に接続されている。チェック弁４１ｄは、第２ポンプ流路３４の油圧がリリーフ流路３６の油圧よりも高くなったときに開かれる。また、リリーフ流路３６は、リリーフ弁４３を介してチャージ流路３５に接続されている。リリーフ弁４３は、リリーフ流路３６の圧力を所定のリリーフ圧以下に維持する。これにより、第１ポンプ流路３３及び第２ポンプ流路３４の油圧が所定のリリーフ圧以下に維持される。また、作動油流路１５は、調整流路３７をさらに有する。調整流路３７は、チャージ流路３５に接続されている。

流路切換弁１６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて制御される電磁制御弁である。流路切換弁１６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて、流路の接続を切り換える。流路切換弁１６は、作動油流路１５において第１油圧ポンプ１２と油圧シリンダ１４との間に配置される。流路切換弁１６は、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂと第１調整用ポート１６ｃと第１バイパスポート１６ｄとを有する。第１ポンプ用ポート１６ａは、第１チェック弁４４を介して第１ポンプ流路３３に接続される。第１シリンダ用ポート１６ｂは、第１シリンダ流路３１に接続される。第１調整用ポート１６ｃは、調整流路３７に接続される。

第１チェック弁４４は、作動油流路１５においてメインポンプ１０と油圧シリンダ１４との間に配置される。第１チェック弁４４は、メインポンプ１０から油圧シリンダ１４への作動油の流れを許容する。第１チェック弁４４は、油圧シリンダ１４からメインポンプ１０への作動油の流れを禁止する。具体的には、第１チェック弁４４は、流路切換弁１６によって作動油が第１ポンプ流路３３から第１シリンダ流路３１に供給される際に、第１ポンプ流路３３から第１シリンダ流路３１への作動油の流れを許容し、第１シリンダ流路３１から第１ポンプ流路３３への作動油の流れを禁止する。

流路切換弁１６は、第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆと第２調整用ポート１６ｇと第２バイパスポート１６ｈとをさらに有する。第２ポンプ用ポート１６ｅは、第２チェック弁４５を介して第２ポンプ流路３４に接続される。第２チェック弁４５は、作動油の流れを一方向に規制するチェック弁である。第２シリンダ用ポート１６ｆは、第２シリンダ流路３２に接続される。第２調整用ポート１６ｇは、調整流路３７に接続される。

第２チェック弁４５は、作動油流路１５においてメインポンプ１０と油圧シリンダ１４との間に配置される。第２チェック弁４５は、メインポンプ１０から油圧シリンダ１４への作動油の流れを許容する。第２チェック弁４５は、油圧シリンダ１４からメインポンプ１０への作動油の流れを禁止する。具体的には、第２チェック弁４５は、流路切換弁１６によって作動油が第２ポンプ流路３４から第２シリンダ流路３２に供給される際に、第２ポンプ流路３４から第２シリンダ流路３２への作動油の流れを許容し、第２シリンダ流路３２から第２ポンプ流路３４への作動油の流れを禁止する。

流路切換弁１６は、第１位置状態Ｐ１と第２位置状態Ｐ２と中立位置状態Ｐｎに切り換え可能である。流路切換弁１６は、第１位置状態Ｐ１では、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂとを連通させ、且つ、第２シリンダ用ポート１６ｆと第２バイパスポート１６ｈとを連通させる。従って、流路切換弁１６は、第１位置状態Ｐ１では、第１ポンプ流路３３を、第１チェック弁４４を介して第１シリンダ流路３１に接続し、且つ、第２シリンダ流路３２を、第２チェック弁４５を介さずに第２ポンプ流路３４に接続する。なお、流路切換弁１６が第１位置状態Ｐ１であるときには、第１バイパスポート１６ｄと第１調整用ポート１６ｃと第２ポンプ用ポート１６ｅと第２調整用ポート１６ｇとは、何れのポートに対しても遮断されている。

油圧シリンダ１４を伸張させるときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とが第１吐出状態で駆動されると共に、流路切換弁１６が第１位置状態Ｐ１に設定される。これにより、第１油圧ポンプ１２の第１閉回路ポート１２ａと、第２油圧ポンプ１３の第１開回路ポート１３ａとから吐出された作動油が、第１ポンプ流路３３、第１チェック弁４４、第１シリンダ流路３１を通って、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに供給される。また、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄの作動油が、第２シリンダ流路３２、第２ポンプ流路３４を通って、第１油圧ポンプ１２の第２閉回路ポート１２ｂに回収される。これにより、油圧シリンダ１４が伸長する。

流路切換弁１６は、第２位置状態Ｐ２では、第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆとを連通させ、且つ、第１シリンダ用ポート１６ｂと第１バイパスポート１６ｄとを連通させる。従って、流路切換弁１６は、第２位置状態Ｐ２では、第１シリンダ流路３１を、第１チェック弁４４を介さずに第１ポンプ流路３３に接続し、且つ、第２ポンプ流路３４を、第２チェック弁４５を介して第２シリンダ流路３２に接続する。なお、流路切換弁１６が第２位置状態Ｐ２であるときには、第１ポンプ用ポート１６ａと第１調整用ポート１６ｃと第２バイパスポート１６ｈと第２調整用ポート１６ｇとは、何れのポートに対しても遮断されている。

油圧シリンダ１４を収縮させるときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とが第２吐出状態で駆動されると共に、流路切換弁１６が第２位置状態Ｐ２に設定される。これにより、第１油圧ポンプ１２の第２閉回路ポート１２ｂから吐出された作動油が、第２ポンプ流路３４、第２チェック弁４５、第２シリンダ流路３２を通って、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに供給される。また、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃの作動油が、第１シリンダ流路３１、第１ポンプ流路３３を通って、第１油圧ポンプ１２の第１閉回路ポート１２ａ及び第２油圧ポンプ１３の第１開回路ポート１３ａに回収される。これにより、油圧シリンダ１４が収縮する。

流路切換弁１６は、中立位置状態Ｐｎでは、第１バイパスポート１６ｄと第１調整用ポート１６ｃとを連通させ、且つ、第２バイパスポート１６ｈと第２調整用ポート１６ｇとを連通させる。従って、流路切換弁１６は、中立位置状態Ｐｎでは、第１ポンプ流路３３を、第１チェック弁４４を介さずに調整流路３７に接続し、且つ、第２ポンプ流路３４を、第２チェック弁４５を介さずに調整流路３７に接続する。なお、流路切換弁１６が中立位置状態Ｐｎであるときには、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂと第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆとは、何れのポートに対しても遮断されている。

油圧駆動システム１は、操作装置４６をさらに備える。操作装置４６は、操作部材４６ａと、操作検出部４６ｂとを有する。操作部材４６ａは、作業機械の各種の動作を指令するためにオペレータによって操作される。例えば、油圧シリンダ１４が、ブームを駆動するブームシリンダである場合には、操作部材４６ａは、ブームを操作するためのブーム操作レバーである。操作部材４６ａは、中立位置から油圧シリンダ１４を伸長させる方向と、油圧シリンダ１４を収縮させる方向との２方向に操作可能である。操作検出部４６ｂは、操作部材４６ａの操作量及び操作方向を検出する。操作検出部４６ｂは、例えば操作部材４６ａの位置を検出するセンサである。操作部材４６ａが中立位置に位置しているときには、操作部材４６ａの操作量はゼロである。操作部材４６ａの操作量及び操作方向を示す検出信号が、操作検出部４６ｂからポンプコントローラ２４に入力される。

エンジンコントローラ２２は、燃料噴射装置２１を制御することによりエンジン１１の出力を制御する。エンジンコントローラ２２には、設定された目標エンジン回転速度および作業モードに基づいて設定されるエンジン出力トルク特性がマップ化されて記憶されている。エンジン出力トルク特性は、エンジン１１の出力トルクと回転速度との関係を示す。エンジンコントローラ２２は、エンジン出力トルク特性に基づいて、エンジン１１の出力を制御する。

ポンプコントローラ２４は、操作部材４６ａの操作方向に応じて、流路切換弁１６を制御する。操作部材４６ａが、中立位置に位置している場合、ポンプコントローラ２４は、流路切換弁１６を中立位置状態Ｐｎに設定する。操作部材４６ａが、中立位置から油圧シリンダ１４を伸長させる方向に操作されたときには、ポンプコントローラ２４は、流路切換弁１６を第１位置状態Ｐ１に設定する。これにより、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１とが第１チェック弁４４を介して接続される。また、第２ポンプ流路３４と第２シリンダ流路３２とが第２チェック弁４５を介さずに接続される。これにより、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに作動油が供給され、油圧シリンダ１４が伸長する。

操作部材４６ａが、中立位置から油圧シリンダ１４を収縮させる方向に操作されたときには、ポンプコントローラ２４は、流路切換弁１６を第２位置状態Ｐ２に設定する。これにより、第２ポンプ流路３４と第２シリンダ流路３２とが第２チェック弁４５を介して接続される。また、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１とが第１チェック弁４４を介さずに接続される。これにより、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに作動油が供給され、油圧シリンダ１４が収縮する。

また、ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。ポンプコントローラ２４は、ポンプ制御部２４ａと、記憶部２４ｂとを有する。ポンプ制御部２４ａは、例えばＣＰＵなどの演算装置によって実現される。記憶部２４ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリなどの記録装置によって実現される。ポンプ制御部２４ａは、操作部材４６ａの操作位置に基づいてメインポンプ１０の容量を制御する。具体的には、ポンプ制御部２４ａは、操作部材４６ａの操作量に応じて油圧シリンダ１４に供給される作動油の目標流量を演算する。ポンプ制御部２４ａは、目標流量に基づいて、第１ポンプ流量制御部２５の目標容量（以下「第１目標容量」と呼ぶ）と、第２ポンプ流量制御部２６の目標容量（以下「第２目標容量」と呼ぶ）とを演算する。油圧シリンダ１４を伸長させる場合には、第１目標容量と第２目標容量との合計（以下、「合計容量」と呼ぶ）が、目標流量に対応する目標容量である。油圧シリンダ１４を収縮させる場合には、第１目標容量が、目標流量に対応する目標容量である。また、ポンプ制御部２４ａは、合計容量に対する第１目標容量の比率が、第１室１４ｃの受圧面積に対する第２室１４ｄの受圧面積の比率と等しくなるように、第１目標容量と第２目標容量とを演算する。すなわち、ポンプ制御部２４ａは、合計容量と第１目標容量との比が、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比と等しくなるように、第１目標容量と第２目標容量とを演算する。例えば、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるときには、ポンプ制御部２４ａは、合計容量と第１目標容量との比が２：１となるように、第１目標容量と第２目標容量とを演算する。すなわち、ポンプ制御部２４ａは、第１目標容量と第２目標容量との比が１：１となるように、第１目標容量と第２目標容量とを演算する。ポンプ制御部２４ａは、第１目標容量に対応する指令信号を、第１ポンプ流量制御部２５に送る。第１ポンプ流量制御部２５は、第１油圧ポンプ１２の容量が第１目標容量となるように、第１油圧ポンプ１２の傾転角を制御する。また、ポンプ制御部２４ａは、第２目標容量に対応する指令信号を第２ポンプ流量制御部２６に送る。第２ポンプ流量制御部２６は、第２油圧ポンプ１３の容量が第２目標容量となるように、第２油圧ポンプ１３の傾転角を制御する。これにより、ポンプ制御部２４ａは、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との合計容量に対する第１油圧ポンプ１２の容量の比率が、第１室１４ｃの受圧面積に対する第２室１４ｄの受圧面積の比率と等しくなるように、第１油圧ポンプ１２の容量と第２油圧ポンプ１３の容量とを制御する。記憶部２４ｂは、上述した第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３の制御のための情報を記憶している。

シャトル弁５１は、第１入力ポート５１ａと、第２入力ポート５１ｂと、ドレンポート５１ｃと、第１受圧部５１ｄと、第２受圧部５１ｅとを有する。第１入力ポート５１ａは、第１流路１７に接続される。第２入力ポート５１ｂは、第２流路１８に接続される。具体的には、第１入力ポート５１ａは、第１ポンプ流路３３に接続される。第２入力ポート５１ｂは、第２ポンプ流路３４に接続される。ドレンポート５１ｃは、ドレン流路５２に接続される。ドレン流路５２は、調整流路３７を介してチャージ流路３５に接続される。第１受圧部５１ｄは、第１パイロット流路５３を介して、第１流路１７に接続される。これにより、第１受圧部５１ｄには、第１流路１７の油圧が印加される。第１パイロット流路５３には、第１絞り部５４が配置されている。第２受圧部５１ｅは、第２パイロット流路５５を介して、第２流路１８に接続される。これにより、第２受圧部５１ｅには、第２流路１８の油圧が印加される。第２パイロット流路５５には、第２絞り部５６が配置されている。

シャトル弁５１は、第１流路１７の油圧と第２流路１８の油圧とに応じて、第１位置状態Ｑ１と第２位置状態Ｑ２と中立位置状態Ｑｎとに切り換えられる。シャトル弁５１は、第１位置状態Ｑ１において、第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃとを連通させる。これにより、第２流路１８がドレン流路５２に接続される。シャトル弁５１は、第２位置状態Ｑ２において、第１入力ポート５１ａとドレンポート５１ｃとを連通させる。これにより、第１流路１７がドレン流路５２に接続される。シャトル弁５１は、中立位置状態Ｑｎにおいて、第１入力ポート５１ａと第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃとの間を閉塞する。

シャトル弁５１は、スプール５７と、第１弾性部材５８と、第２弾性部材５９とを有する。第１弾性部材５８は、第１受圧部５１ｄ側から第２受圧部５１ｅ側に向かってスプール５７を押圧する。第２弾性部材５９は、第２受圧部５１ｅ側から第１受圧部５１ｄ側に向かってスプール５７を押圧する。第１弾性部材５８は自然長よりも圧縮された状態で、スプール５７に取り付けられている。第１弾性部材５８は、スプール５７が中立位置であるときに第１の取付荷重でスプール５７を押圧するように取り付けられている。第２弾性部材５９は自然長よりも圧縮された状態で、スプール５７に取り付けられている。第２弾性部材５９は、スプール５７が中立位置であるときに第２の取付荷重でスプール５７を押圧するように取り付けられている。

第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比に等しい。例えば、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるときには、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、２：１である。第１弾性部材５８の弾性定数と第２弾性部材５９の弾性定数との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比と逆比の関係にある。言い換えれば、第１弾性部材５８の弾性定数と第２弾性部材５９の弾性定数との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比と逆比の関係にある。例えば、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるときには、第１弾性部材５８の弾性定数と第２弾性部材５９の弾性定数との比は、１：２である。第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比と逆比の関係にある。言い換えれば、第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比と逆比の関係にある。例えば、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるときには、第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、１：２である。

第１流路１７の油圧によって第１受圧部５１ｄに加えられる力が、第２流路１８の油圧によって第２受圧部５１ｅに加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第１位置状態Ｑ１となる。これにより、第２流路１８とドレン流路５２とが接続される。その結果、第２流路１８の作動油の一部が、ドレン流路５２を介してチャージ流路３５へ流れる。第２流路１８の油圧によって第２受圧部５１ｅに加えられる力が、第１流路１７の油圧によって第１受圧部５１ｄに加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第２位置状態Ｑ２となる。これにより、第１流路１７とドレン流路５２とが接続される。その結果、第１流路１７の作動油の一部が、ドレン流路５２を介してチャージ流路３５へ流れる。

図２は、例えば油圧ショベルのブームを上昇させるために油圧シリンダ１４を伸長させる場合の油圧駆動システム１における作動油の流量の一例を示す図である。油圧シリンダ１４の目標流量が“２．０”である場合、ポンプ制御部２４ａは、第１目標容量と第２目標容量とをそれぞれ“１．０”に設定する。しかし、実際の第１油圧ポンプ１２の容量が“０．９５”であり、第２油圧ポンプ１３の容量が“１．０５”であるとする。このとき、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄからは、“１．０”の流量の作動油が排出されるが、第１油圧ポンプ１２は“０．９５”の流量の作動油しか吸い込むことができないので“０．０５”の流量の作動油が余剰となる。しかし、シャトル弁５１において、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比に等しい。シリンダロッド１４ａに作用する外部からの負荷を考慮しない場合の第１室１４ｃの油圧をＰ１、第２室１４ｄの油圧をＰ２、シリンダロッド１４ａに作用する外部からの負荷に対抗するための第１室１４ｃの油圧をα、第１受圧部５１ｄの受圧面積をＳ１、第２受圧部５１ｅの受圧面積をＳ２とすると、（Ｐ１+α）×Ｓ１＞Ｐ２×Ｓ２となる。従って、図３に示すように、シャトル弁５１は第１位置状態Ｑ１に切り換えられるので、第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃが接続される。このため、第２ポンプ流路３４はドレン流路５２に接続されて“０．０５”の流量の余剰な作動油はチャージ回路３５に排出される。よって、第２流路１８の油圧が不必要に上昇することが抑えられる。逆に、実際の第１油圧ポンプ１２の容量が“１．０５”であり、第２油圧ポンプ１３の容量が“０．９５”である場合には、第２室１４ｄから“１．０”の流量の作動油が排出されるのに対して第１油圧ポンプ１２は“１．０５”の流量の作動油を吸い込む。不足分の“０．０５”の流量の作動油は、チェック弁４１ｂ及び／またはシャトル弁５１の第１位置状態Ｑ１を介してチャージ流路３５から吸い込まれる。

図４は、例えば油圧ショベルのブームを下降させるために油圧シリンダ１４を収縮させる場合の油圧駆動システム１における作動油の流量の一例を示す図である。油圧シリンダ１４の目標流量が“１．０”である場合、ポンプ制御部２４ａは、第１目標容量と第２目標容量とをそれぞれ“１．０”に設定する。しかし、実際の第１油圧ポンプ１２の容量が“１．０５”であり、第２油圧ポンプ１３の容量が“０．９５”であるとする。このとき、第１油圧ポンプ１２は“１．０５”の流量の作動油を吐出するが、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃからは“２．０”の流量の作動油が排出されるので、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄには、“１．０”の流量の作動油しか吸い込まれない。このため、“０．０５”の流量の作動油が余剰となる。しかし、シャトル弁５１において、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比に等しい。シリンダロッド１４ａに作用する外部からの負荷を考慮しない場合の第１室１４ｃの油圧をＰ１、第２室１４ｄの油圧をＰ２、シリンダロッド１４ａに作用する外部からの負荷に対抗するための第１室１４ｃの油圧をα、第１受圧部５１ｄの受圧面積をＳ１、第２受圧部５１ｅの受圧面積をＳ２とすると、（Ｐ１+α）×Ｓ１＞Ｐ２×Ｓ２となる。従って、図５に示すように、シャトル弁５１は第１位置状態Ｑ１に切り換えられるので、第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃが接続される。このため、第２ポンプ流路３４はドレン流路５２に接続されて“０．０５”の流量の余剰な作動油はチャージ回路３５に排出される。よって、第２流路１８の油圧が不必要に上昇することが抑えられる。逆に、実際の第１油圧ポンプ１２の容量が“０．９５”であり、第２油圧ポンプ１３の容量が“１．０５”である場合には、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３は“２．０”の流量の作動油を吸い込むので、第１室１４ｃからは“２．０”の流量の作動油が排出される。このため、第２室１４ｄには“１．０”の流量の作動油が吸い込まれる。そして、不足分の“０．０５”の流量の作動油はチェック弁４１ｂ及び／またはシャトル弁５１の第１位置状態Ｑ１を介してチャージ流路３５から吸い込まれる。

また、油圧ショベルでは、図６に示すように、履帯９１の後部と作業機９２とを使って履帯９１の前部を地面から浮かせるような姿勢（以下、「ジャッキアップ姿勢」と呼ぶ）を取ることがある。上述した油圧シリンダ１４がブームシリンダである場合には、ジャッキアップ姿勢では、シリンダチューブ１４ｂの第２室１４ｄに車体の荷重Ｗを支えるための油圧が発生する。したがって、車体の荷重Ｗを支えるための第２室１４ｄの油圧をαとすると、第１室１４ｃに作動油を供給して第２室１４ｄから作動油を排出する場合にはＰ１×Ｓ１＜（Ｐ２+α）×Ｓ２となる。その結果、シャトル弁５１は第２位置状態Ｑ２に切り換えられて第１入力ポート５１ａとドレンポート５１ｃが接続される。このため、第１ポンプ流路３３はドレン流路５２に接続される。また、第２室１４ｄに作動油を供給して第１室１４ｃから作動油を排出する場合にもＰ１×Ｓ１＜（Ｐ２+α）×Ｓ２となる。その結果、シャトル弁５１は第２位置状態Ｑ２に切り換えられて第１入力ポート５１ａとドレンポート５１ｃが接続される。このため、第１ポンプ流路３３はドレン流路５２に接続される。したがって、ジャッキアップ姿勢で油圧シリンダ１４のシリンダロッド１４ａが伸長するときには、第１ポンプ流路３３はドレン流路５２に接続される。これにより、余剰な作動油はチャージ回路３５に排出されるので、第１流路１７の油圧が不必要に上昇することが抑えられる。また、ジャッキアップ姿勢で油圧シリンダ１４のシリンダロッド１４ａが収縮するときにも、第１ポンプ流路３３はドレン流路５２に接続される。これにより、余剰な作動油はチャージ回路３５に排出されるので、第１流路１７の油圧が不必要に上昇することが抑えられる。

以上説明したように、本実施形態に係る油圧駆動システム１では、シャトル弁５１は、第１室１４ｃと第２室１４ｄとのうち外力を受けない方に接続される流路をチャージ回路３５に接続する。従って、油圧ポンプ１２，１３の容量制御の誤差があるときでも、第１室１４ｃと第２室１４ｄとのうち油圧シリンダ１４の外力を受けない方に接続される流路は、シャトル弁５１を介してチャージ回路３５に接続されるので、油圧の上昇が抑えられる。このように、本実施形態に係る油圧駆動システム１では、油圧ポンプ１２，１３と油圧シリンダ１４との間で閉回路を構成する油圧回路において、油圧ポンプ１２，１３の容量制御に誤差が生じても、油圧の上昇を抑えることができる。

一般的に、シャトル弁のスプールの受圧部に印加される圧力（以下「切換圧力」と呼ぶ）Ｐと、スプールの中立位置からのストローク量ｘとの関係は以下の数１式で表される。

Ｓは受圧部の受圧面積である。Ｆ０は弾性部材の取付荷重である。ｋは弾性部材の弾性定数である。数１式を変形すると以下の数２式のように表される。

従って、シャトル弁５１の切換特性は、図７のＬ１，Ｌ２のように表される。切換特性Ｌ１，Ｌ２は、切換圧力Ｐとストローク量ｘとの関係を示す。図７において、シャトル弁５１が中立位置状態Ｑｎであるときのストローク量ｘは０である。また、シャトル弁５１が第１位置状態Ｑ１となるときのストローク量を正の値、シャトル弁５１が第２位置状態Ｑ２となるときのストローク量を負の値とする。この場合、シャトル弁５１が第１位置状態Ｑ１となるときの切換特性Ｌ１は以下の数３式で表される。また、シャトル弁５１が第２位置状態Ｑ２となるときの切換特性Ｌ２は以下の数４式で表される。

数３式において、Ｆ１は第１の取付荷重である。Ｓ１は第１受圧部５１ｄの受圧面積である。ｋ１は第１弾性部材５８の弾性定数である。数４式において、Ｆ２は第２の取付荷重である。Ｓ２は第２受圧部５１ｅの受圧面積である。ｋ２は第２弾性部材５９の弾性定数である。

上述したように、第１弾性部材５８の弾性定数ｋ１と第２弾性部材５９の弾性定数ｋ２との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積Ｓ１と第２受圧部５１ｅの受圧面積Ｓ２との比と逆比の関係にある。従って、シャトル弁５１が第１位置状態Ｑ１となるときの切換特性Ｌ１の傾きの絶対値ａ１は、シャトル弁５１が第２位置状態Ｑ２となるときの切換特性Ｌ２の傾きの絶対値ａ２と等しい。また、第１の取付荷重Ｆ１と第２の取付荷重Ｆ２との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積Ｓ１と第２受圧部５１ｅの受圧面積Ｓ２との比と逆比の関係にある。従って、シャトル弁５１が第１位置状態Ｑ１となるときの切換特性Ｌ１の切片の絶対値ｂ１は、シャトル弁５１が第２位置状態Ｑ２となるときの切換特性Ｌ２の切片の絶対値ｂ２と等しい。従って、スプール５７が中立位置から第１受圧部５１ｄ側に移動するときと、スプール５７が中立位置から第２受圧部５１ｅ側に移動するときとでシャトル弁５１の切換特性が同じになる。これにより、第１流路１７の油圧を低減する場合と第２流路１８の油圧を低減する場合とで同様のシャトル弁５１の切換特性を得ることができる。

操作部材４６ａが中立位置であるときに、流路切換弁１６は中立位置状態Ｐｎに設定される。これにより、第１流路１７と第２流路１８とが調整流路３７を介してチャージ流路３５に接続される。これにより、操作部材４６ａが中立位置であるときに、第１油圧ポンプ１２及び／または第２油圧ポンプ１３の容量がゼロになっていなくても、第１流路１７及び／又は第２流路１８の油圧が上昇することを抑えることができる。すなわち、操作部材４６ａが中立位置であるときに、第１油圧ポンプ１２及び／または第２油圧ポンプ１３の傾転角が中立位置に対応する角度から、ずれていても、第１流路１７及び／又は第２流路１８の油圧が上昇することを抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

図８は、第１の変形例に係る油圧駆動システム２の構成を示すブロック図である。第１の変形例に係る油圧駆動システム２では、上述した油圧駆動システム１から流路切換弁１６が省略されている。また、シャトル弁５１は、中立位置状態Ｑｎであるときには、第１入力ポート５１ａと第２入力ポート５１ｂとをドレンポート５１ｃに連通させる。他の構成については上述した油圧駆動システム１と同様である。第１の変形例に係る油圧駆動システム２では、シャトル弁５１が中立位置状態Ｑｎであるときには、第１流路１７と第２流路１８とがドレン流路５２を介してチャージ流路３５に接続される。これにより、操作部材４６ａが中立位置であるときに、第１油圧ポンプ１２及び／または第２油圧ポンプ１３の容量がゼロになっていなくても、第１流路１７及び／又は第２流路１８の油圧が上昇することを抑えることができる。すなわち、操作部材４６ａが中立位置であるときに、第１油圧ポンプ１２及び／または第２油圧ポンプ１３の傾転角が中立位置に対応する角度から、ずれていても、第１流路１７及び／又は第２流路１８の油圧が上昇することを抑えることができる。

上記の実施形態に係る油圧駆動システム１では、ポンプ流量制御部２５，２６が、油圧ポンプ１２，１３の傾転角を制御することにより、油圧ポンプ１２，１３の容量を制御している。すなわち、ポンプ流量制御部２５，２６は、油圧ポンプ１２，１３の傾転角を制御することにより、油圧ポンプ１２，１３の吐出流量を制御している。しかし、油圧ポンプ１２，１３の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ１２，１３の吐出流量が制御されてもよい。例えば、駆動源として電動機が用いられてもよい。図９は、第２の変形例に係る油圧駆動システム３の構成を示すブロック図である。第２の変形例に係る油圧駆動システム３では、上述した実施形態の油圧駆動システム１において、エンジン１１に替えて、電動機６０が用いられている。また、油圧ポンプ１２，１３は、固定容量型の油圧ポンプである。この場合、ポンプコントローラ２４は、電動機６０の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ１２，１３の回転速度が、操作部材４６ａの操作量に対応する目標回転速度になるように、油圧ポンプ１２，１３の回転速度を制御する。或いは、図１０に示す第３の変形例に係る油圧駆動システム４のように、第１の変形例に係る油圧駆動システム２において、エンジン１１に替えて、駆動源として電動機６０が用いられてもよい。油圧駆動システム３，４においては第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との容積効率が経時変化等により異なってくると第１油圧ポンプ１２の吐出流量と第２油圧ポンプ１３の吐出流量の差が大きくなることがあり得る。しかし、この場合でも、油圧駆動システム３，４において、第１流路１７と第２流路１８とのうち外力による負荷が作用しない方の流路の油圧が不必要に上昇することが抑えられる。

上記の実施形態及び第１〜第３の変形例に係る油圧駆動システム１−４では、ドレン流路５２は、チャージ回路１９に接続されている。しかし、ドレン流路５２は、作動油タンクに接続されてもよい。図１１は、第４の変形例に係る油圧駆動システム５の構成を示すブロック図である。第４の変形例に係る油圧駆動システム５では、ドレン流路５２が作動油タンク２７に接続されている。他の構成は、上述した実施形態に係る油圧駆動システム１と同様である。

上記の実施形態では、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比として２：１が例示されているが、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比は２：１に限らず、他の値であってもよい。

上記の実施形態では、第１弾性部材５８の弾性定数と第２弾性部材５９の弾性定数との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比と逆比の関係にある。しかし、第１弾性部材５８の弾性定数と第２弾性部材５９の弾性定数との比は、上記のような比の関係に限られない。ただし、第１流路１７の油圧を低減するときのシャトル弁５１の切換特性と、第２流路１８の油圧を低減するときのシャトル弁５１の切換特性とを近似させる観点からは、上記のような比の関係が望ましい。

上記の実施形態では、第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比と逆比の関係にある。しかし、第１の取付荷重と第２の取付荷重との比は、上記のような比の関係に限られない。ただし、第１流路１７の油圧を低減するときのシャトル弁５１の切換特性と、第２流路１８の油圧を低減するときのシャトル弁５１の切換特性とを近似させる観点からは、上記のような比の関係が望ましい。

本発明によれば、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する油圧回路において、油圧ポンプの吐出流量制御に誤差が生じても、油圧の上昇を抑えることができる油圧駆動システムを提供することができる。

１ 油圧駆動システム
１４ 油圧シリンダ
１５ 作動油流路
１９ チャージ回路
２４ａ ポンプ制御部
２８ チャージポンプ
３５ チャージ流路
５１ シャトル弁

Claims (5)

1. 第１閉回路ポートと第２閉回路ポートとを有し、前記第２閉回路ポートから作動油を吸入して前記第１閉回路ポートから作動油を吐出する第１吐出状態と、前記第１閉回路ポートから作動油を吸入して前記第２閉回路ポートから作動油を吐出する第２吐出状態とに切換可能な第１油圧ポンプと、
   シリンダロッドとシリンダチューブとを有し、前記シリンダチューブの内部は、前記シリンダロッドによって第１室と第２室とに区画されており、前記シリンダロッドの前記第１室側の受圧面積は前記第２室側の受圧面積より大きく、前記第１室に作動油が供給され且つ前記第２室から作動油が排出されることにより伸長し、前記第２室に作動油が供給され且つ前記第１室から作動油が排出されることにより収縮する油圧シリンダと、
   前記第１閉回路ポートと前記第１室とを接続する第１流路と、前記第２閉回路ポートと前記第２室とを接続する第２流路とを有する作動油流路と、
   作動油を貯留する作動油タンクと、
   前記第１流路に接続される第１開回路ポートと、前記作動油タンクに接続される第２開回路ポートとを有し、前記第２開回路ポートから作動油を吸入して前記第１開回路ポートから作動油を吐出する第１吐出状態と、前記第１開回路ポートから作動油を吸入して前記第２開回路ポートから作動油を吐出する第２吐出状態とに切換可能な第２油圧ポンプと、
   前記作動油流路に接続されるチャージ流路と、前記チャージ流路に作動油を吐出するチャージポンプと、を有し、前記作動油流路の油圧が前記チャージ流路の油圧より小さくなったときに前記作動油流路へ作動油を補充するチャージ回路と、
   前記第１油圧ポンプの吐出流量と前記第２油圧ポンプの吐出流量との和に対する前記第１油圧ポンプの吐出流量の比率が、前記第１室の受圧面積に対する前記第２室の受圧面積の比率と等しくなるように、前記第１油圧ポンプの吐出流量と前記第２油圧ポンプの吐出流量とを制御するポンプ制御部と、
   前記第１流路に接続される第１入力ポートと、前記第２流路に接続される第２入力ポートと、前記作動油タンク又はチャージ流路に接続されるドレンポートと、前記第１流路の油圧が印加される第１受圧部と、前記第２流路の油圧が印加される第２受圧部とを有し、前記第１流路の油圧によって前記第１受圧部に加えられる力が、前記第２流路の油圧によって前記第２受圧部に加えられる力よりも大きいときには、前記第２入力ポートと前記ドレンポートとを連通させる第１位置状態となり、前記第２流路の油圧によって前記第２受圧部に加えられる力が、前記第１流路の油圧によって前記第１受圧部に加えられる力よりも大きいときには、前記第１入力ポートと前記ドレンポートとを連通させる第２位置状態となり、第１受圧部の受圧面積と前記第２受圧部の受圧面積との比は、前記シリンダロッドの前記第１室側の受圧面積と前記第２室側の受圧面積との比に等しい、シャトル弁と、
   を備える油圧駆動システム。
2. 前記シャトル弁は、スプールと、前記第１受圧部側から前記第２受圧部側に向かって前記スプールを押圧する第１弾性部材と、前記第２受圧部側から前記第１受圧部側に向かって前記スプールを押圧する第２弾性部材と、を有し、
   前記第１弾性部材の弾性定数と前記第２弾性部材の弾性定数との比は、前記第１受圧部の受圧面積と前記第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある、
   請求項１に記載の油圧駆動システム。
3. 前記第１弾性部材は、前記スプールが中立位置であるときに第１の取付荷重で前記スプールを押圧するように取り付けられており、
   前記第２弾性部材は、前記スプールが中立位置であるときに第２の取付荷重で前記スプールを押圧するように取り付けられており、
   前記第１の取付荷重と前記第２の取付荷重との比は、前記第１受圧部の受圧面積と前記第２受圧部の受圧面積との比と逆比の関係にある、
   請求項２に記載の油圧駆動システム。
4. 中立位置から前記油圧シリンダを伸長させる方向と、前記油圧シリンダを収縮させる方向とに操作可能な操作部材と、
   前記作動油流路において前記第１油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間に配置される切換弁と、
   前記作動油タンク又は前記チャージ流路に接続される調整流路と、
   をさらに備え、
   前記第１流路は、前記第１閉回路ポートに接続される第１ポンプ流路と、前記第１室に接続される第１シリンダ流路とを有し、
   前記第２流路は、前記第２閉回路ポートに接続される第２ポンプ流路と、前記第２室に接続される第２シリンダ流路とを有し、
   前記切換弁は、前記操作部材が前記中立位置に位置しているときには、前記第１ポンプ流路と前記第２ポンプ流路とを前記調整流路に接続する、
   請求項１から３のいずれかに記載の油圧駆動システム。
5. 前記シャトル弁は、中立位置状態であるときには、前記第１入力ポートと前記第２入力ポートとを前記ドレンポートに連通させる、
   請求項１から３のいずれかにに記載の油圧駆動システム。