JP2015040623A - 油圧モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出油路の圧力に応じて吐出油路の開度を制御するカウンターバランスバルブを用いた構成であるにもかかわらず、停止中の油圧モータが強制的に回転させられた場合に油圧モータの保持力を確保する。【解決手段】カウンターバランスバルブ５０は、供給油路２１の油圧（モータ供給圧Ｐ１）が導入される第１スプール制御部５１と、吐出油路２３のうち油圧モータ１１とカウンターバランスバルブ５０との間（吐出油路２３ａ）の油圧であるモータ吐出圧Ｐ２が導入される第２スプール制御部５２と、モータ吐出圧Ｐ２を第２スプール制御部５２に導入するための油路であるモータ吐出圧導入油路３３と、モータ吐出圧導入油路３３の開閉を切り換える切換弁５５と、を備える。切換弁５５の遮断位置５５ｂは、供給油路２１から油圧モータ１１への油の供給が停止している場合にモータ吐出圧導入油路３３を閉じる。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧モータを制御するための油圧モータ制御装置に関する。

従来より、駆動している油圧モータを滑らかに停止させるために、リリーフバルブとカウンターバランスバルブとを用いたものがある（例えば特許文献１など）。この技術の詳細は次の通りである。油圧モータを停止させる際、カウンターバランスバルブのスプール位置を制御することで、吐出油路（油圧モータの吐出側の油路）を絞る。すると、吐出油路の油が行き場を失うことにより、吐出油路の油圧がリリーフバルブのセット圧力まで上昇する。この吐出油路の油圧（保持圧、ブレーキ圧）が、油圧モータの回転を保持する保持力となる。また、このリリーフバルブを介して、吐出油路から供給油路（油圧モータの吸入側の油路）に油が流れる。これにより、油圧モータに供給される油が不足することを防いでいる。

コスト削減などを目的として、上記のリリーフバルブを無くしたものが従来からある。この種の技術には、例えば下記の［従来技術１］及び［従来技術２］などがある。

［従来技術１：絞りによる中立位置への復帰速度の調整］
従来より、特許文献１の第１図の技術からリリーフバルブ（３１、３２）を無くしたものがある。この技術では、圧源（Ｐ）から油圧モータに供給される油圧に応じて、カウンターバランスバルブのスプール位置が制御される（同文献の第１図の管路（ｊ）参照）。また、この技術では、圧源（Ｐ）とカウンターバランスバルブとをつなぐ管路（ｊ）に絞りが設けられる。この技術の動作は次の通りである。駆動している油圧モータを停止させる際、カウンターバランスバルブのスプールが中立位置に復帰（移動）する。具体的には例えば、同文献の第１図の位置（ト）又は（チ）から、位置（へ）に復帰する。この復帰の速度が、上記絞りによって調整される。その結果、上記リリーフバルブの代わりに、上記絞りによって、駆動している油圧モータを停止させる時のブレーキ圧が調整される。

上記従来技術１は、簡単な構造で実現可能である。しかし、この技術では、上記絞りを通る油の温度が高いことにより、上記スプールの復帰の速度を十分に遅くできないおそれがある。その結果、駆動している油圧モータを停止させようとすると、直ちにスプール位置が中立位置に移動し、吐出油路が閉じられる。すると、油圧モータの吐出油路が異常高圧になるおそれがある。

［従来技術２：油圧モータの吐出側の圧力に応じたスプール位置の制御］
また、従来より、油圧モータの吐出側の圧力（吐出油路の圧力）に応じて、スプール位置が制御されるものがある（例えば特許文献２、３）。この技術では、吐出油路の圧力が高いほどカウンターバランスバルブが開くように構成される。これにより、吐出油路が異常高圧になることが抑制される。

実開昭５６−１０１２０２号公報 特開昭５９−１７０７３号公報 特開２０００−２６６２０３号公報

しかしながら、上記従来技術２には次の問題がある。油圧モータが停止している時に、油圧モータ外部から強制的に油圧モータが動かされると、カウンターバランスバルブが（吐出油路が）開き、油圧モータの保持力が減る（又は無くなる）おそれがある。この問題の詳細は次の通りである。油圧モータの停止中は、通常、例えばディスクブレーキなどの機械式ブレーキがかけられる。このとき、油圧モータの外部から力が加えられることにより機械式ブレーキが滑る場合がある。この場合、油圧モータの駆動軸が回転し、油圧モータから油が吐出されて、吐出油路に圧力が発生する。従来技術２では、吐出油路の圧力が大きくなるとカウンターバランスバルブが開くように構成されているので、上記の吐出油路での圧力の発生により、カウンターバランスバルブが開く。その結果、油圧モータのブレーキ圧が減り、上記保持力が減る。

そこで本発明は、吐出油路の圧力に応じて吐出油路の開度を制御するカウンターバランスバルブを用いた構成であるにもかかわらず、停止中の油圧モータが強制的に回転させられた場合に油圧モータの保持力を確保できる、油圧モータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の油圧モータ制御装置は、油圧モータと、前記油圧モータに供給される油が流れる供給油路と、前記油圧モータから吐出された油が流れる吐出油路と、前記吐出油路に設けられるカウンターバランスバルブと、を備える。前記カウンターバランスバルブは、前記供給油路の油圧が導入される第１スプール制御部と、前記吐出油路のうち前記油圧モータと前記カウンターバランスバルブとの間の油圧であるモータ吐出圧が導入される第２スプール制御部と、前記モータ吐出圧を前記第２スプール制御部に導入するための油路であるモータ吐出圧導入油路と、前記モータ吐出圧導入油路の開閉を切り換える切換弁と、を備える。前記カウンターバランスバルブは、前記第１スプール制御部に導入される油圧が大きいほど前記吐出油路の開度を大きくするように構成され、かつ、前記第２スプール制御部に導入される油圧が大きいほど前記吐出油路の開度を大きくするように構成される。前記切換弁は、前記供給油路から前記油圧モータに油が供給されている場合に前記モータ吐出圧導入油路を開く連通位置と、前記供給油路から前記油圧モータへの油の供給が停止している場合に前記モータ吐出圧導入油路を閉じる遮断位置と、を備える。

上記構成により、吐出油路の圧力に応じて吐出油路の開度を制御するカウンターバランスバルブを用いた構成であるにもかかわらず、停止中の油圧モータが強制的に回転させられた場合に油圧モータの保持力を確保できる。

油圧モータ制御装置の回路図である。 変形例の油圧モータ制御装置の回路図である。

図１を参照して油圧モータ制御装置１の実施形態について説明する。

油圧モータ制御装置１は、油圧モータ１１の停止時の動作を制御する装置である。油圧モータ制御装置１は、建設機械に設けられ、例えば油圧ショベルに設けられる。油圧モータ制御装置１は、走行ユニット（モーターユニット）に設けられる。油圧モータ制御装置１は、油圧モータ１１と、油路２１〜３３等と、カウンターバランスバルブ５０と、を備える。

油圧モータ１１は、圧源Ｓ（具体的には油圧ポンプ）から供給される油により駆動される。油圧モータ１１は、例えば、建設機械を走行させる走行モータである。油圧モータ１１は、図示しない機械式ブレーキ（例えばディスクブレーキ、パーキングブレーキ）を備える。油圧モータ１１は、正転方向と、正転方向とは逆向きの逆転方向と、に駆動可能である。油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合の説明は後述する。

油路２１〜３３には、供給油路２１と、吐出油路２３と、モータ供給圧導入油路３１と、モータ吐出圧導入油路３３と、がある。

供給油路２１は、油圧モータ１１に供給される油が流れる油路である。供給油路２１は、圧源Ｓと油圧モータ１１とをつなぐ。供給油路２１のうち、カウンターバランスバルブ５０よりも上流側（圧源Ｓ側）を供給油路２１ａとし、カウンターバランスバルブ５０と油圧モータ１１との間を供給油路２１ｂとする。圧源Ｓから油圧モータ１１に供給される油圧（供給油路２１の油圧）をモータ供給圧Ｐ１とする。

吐出油路２３は、油圧モータ１１から吐出された油が流れる油路である。吐出油路２３は、油圧モータ１１とタンクＴとをつなぐ。吐出油路２３のうち、油圧モータ１１とカウンターバランスバルブ５０との間を吐出油路２３ａとし、カウンターバランスバルブ５０よりも下流側（タンクＴ側）を吐出油路２３ｂとする。吐出油路２３ａの油圧（油圧モータ１１の油吐出圧力）をモータ吐出圧Ｐ２とする。

モータ供給圧導入油路３１は、カウンターバランスバルブ５０の第１スプール制御部５１（後述）にモータ供給圧Ｐ１を導入するための油路である。モータ供給圧導入油路３１は、供給油路２１（例えば供給油路２１ａ）と、第１スプール制御部５１とをつなぐ。

モータ吐出圧導入油路３３は、カウンターバランスバルブ５０の第２スプール制御部５２（後述）にモータ吐出圧Ｐ２を導入するための油路である。モータ吐出圧導入油路３３は、吐出油路２３ａと（油圧モータ１１の吐出口と）、第２スプール制御部５２と、をつなぐ。

カウンターバランスバルブ５０は、駆動している油圧モータ１１を停止させる時（例えば走行ブレーキ時）に、油圧モータ１１を滑らかに停止させるための弁である。カウンターバランスバルブ５０は、吐出油路２３に設けられる。カウンターバランスバルブ５０は、供給油路２１に設けられてもよい。カウンターバランスバルブ５０は、スプールの位置（スプール位置）を変えることで、吐出油路２３の開口（メータアウト開口、スプール開度）を変える弁である。スプール位置には、中立位置５０ａと、ストローク端位置５０ｂと、ストローク端位置５０ｂＢと、これらどうしの中間の位置と、がある。カウンターバランスバルブ５０は、第１スプール制御部５１と、第２スプール制御部５２と、ばね５３と、切換弁５５と、を備える。

中立位置５０ａでは、吐出油路２３が閉じられる（遮断される）。
ストローク端位置５０ｂでは、吐出油路２３が開かれる（完全に連通される）。
中立位置５０ａとストローク端位置５０ｂとの中間のストローク位置では、吐出油路２３が絞られる。なお、カウンターバランスバルブ５０のストローク位置にかかわらず、供給油路２１は開かれる。

第１スプール制御部５１及び第２スプール制御部５２は、これらに導入される油圧に応じて、スプール位置を（スプール開度を）制御する部分である。さらに詳しくは、第１スプール制御部５１及び第２スプール制御部５２は、これらに導入される油圧を、カウンターバランスバルブ５０のスプールの端部（又はその近傍など）に作用させることで、スプール位置を制御する（スプールを移動させる）。

第１スプール制御部５１には、モータ供給圧導入油路３１を介して、供給油路２１の油圧（モータ供給圧Ｐ１）が導入される。第１スプール制御部５１に導入されるモータ供給圧Ｐ１が大きいほど、吐出油路２３の開度（スプール開度）が大きくなる。このモータ供給圧Ｐ１が小さいほど、スプール開度が小さくなる。具体的には、モータ供給圧Ｐ１が大きいほど、ストローク位置が中立位置５０ａに対してストローク端位置５０ｂ側になる。

第２スプール制御部５２には、モータ吐出圧導入油路３３を介して、モータ吐出圧Ｐ２が導入される。第２スプール制御部５２に導入されるモータ吐出圧Ｐ２が大きいほど、スプール開度が大きくなる。このモータ吐出圧Ｐ２が小さいほど、スプール開度が小さくなる。

ばね５３は、第１スプール制御部５１および第２スプール制御部５２によるスプールの付勢力に対抗する。ばね５３は、第１スプール制御部５１および第２スプール制御部５２がスプール開度を大きくしようとする力に対抗する。具体的には、ばね５３は、第１スプール制御部５１および第２スプール制御部５２に導入される油圧がないとき（後述）、スプール位置を中立位置５０ａとする（中立位置５０ａに戻す、付勢する）。さらに詳しくは、第１スプール制御部５１および第２スプール制御部５２に導入される油圧がタンクＴの圧力（略タンクＴの圧力を含む、以下同様）以下のとき、ばね５３は、スプール位置を中立位置５０ａとする。

切換弁５５は、モータ吐出圧導入油路３３の開閉を切り換える。切換弁５５は、モータ吐出圧Ｐ２を第２スプール制御部５２に導入するか否かを切り換える。切換弁５５は、モータ吐出圧導入油路３３に設けられる。切換弁５５の切換位置には、連通位置５５ａと、遮断位置５５ｂと、がある。

連通位置５５ａは、供給油路２１から油圧モータ１１に油が供給されている場合に選択される。連通位置５５ａは、スプール位置が、中立位置５０ａよりもストローク端位置５０ｂ側の場合に選択される。連通位置５５ａでは、モータ吐出圧導入油路３３が開かれる（連通される）。

遮断位置５５ｂは、供給油路２１から油圧モータ１１への油の供給が停止している場合に選択される。遮断位置５５ｂは、スプール位置が中立位置５０ａの場合に選択される。遮断位置５５ｂは、モータ供給圧Ｐ１がタンクＴの圧力の場合に選択される。遮断位置５５ｂでは、モータ吐出圧導入油路３３が閉じられる（遮断される）。なお、油圧モータ１１が逆転方向に回転する場合（スプール位置が中立位置５０ａよりもストローク端位置５０ｂＢ側の場合）も、遮断位置５５ｂが選択される。

（油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合について）
油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合、図示しないコントロールバルブにより供給油路２１と吐出油路２３との機能が互いに入れ換わる。また、油路には、モータ供給圧導入油路３１Ｂと、モータ吐出圧導入油路３３Ｂと、がある。また、カウンターバランスバルブ５０は、第１スプール制御部５１Ｂと、第２スプール制御部５２Ｂと、ばね５３Ｂと、切換弁５５Ｂと、を備える。油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合と正転方向に駆動する場合との各構成の機能の関係は次の通りである。油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合における、モータ供給圧導入油路３１Ｂ、モータ吐出圧導入油路３３Ｂ、ストローク端位置５０ｂＢ、第１スプール制御部５１Ｂ、第２スプール制御部５２Ｂ、ばね５３Ｂ、及び切換弁５５Ｂ（連通位置５５ａＢ、遮断位置５５ｂＢ）の機能は、油圧モータ１１が正転方向に駆動する場合における、モータ供給圧導入油路３１、モータ吐出圧導入油路３３、ストローク端位置５０ｂ、第１スプール制御部５１、第２スプール制御部５２、ばね５３、及び切換弁５５（連通位置５５ａ、遮断位置５５ｂ）の機能と同様である。

（動作）
油圧モータ制御装置１の動作を説明する。以下、駆動している油圧モータ１１が停止しようとするときの動作と、停止している油圧モータ１１が強制的に回転させられるときの動作と、について説明する。

（駆動している油圧モータ１１が停止しようとするとき）
駆動している油圧モータ１１が停止しようとするとき、油圧モータ制御装置１は次のように動作する。［動作１−１］このとき、供給油路２１は、圧源Ｓから油圧モータ１１に油を供給している。［動作１−２］このとき、モータ供給圧Ｐ１が第１スプール制御部５１に導入される。［動作１−３］このとき、切換弁５５では、連通位置５５ａが選択される。その結果、切換弁５５はモータ吐出圧導入油路３３を開く。その結果、モータ吐出圧Ｐ２が第２スプール制御部５２に導入される。［動作１−４］上記［動作１−２］及び［動作１−３］より、カウンターバランスバルブ５０は、モータ供給圧Ｐ１及びモータ吐出圧Ｐ２に応じてスプール開度を制御する。モータ供給圧Ｐ１及びモータ吐出圧Ｐ２が小さくなると、カウンターバランスバルブ５０はスプール開度を小さくする（スプール位置がストローク端位置５０ｂから中立位置５０ａ側に変わる）。［動作１−５］その後、カウンターバランスバルブ５０が中立位置５０ａとなることで、吐出油路２３が遮断される。その結果、油圧モータ１１が停止する。

（停止している油圧モータ１１が強制的に回転させられるとき）
停止している油圧モータ１１が強制的に回転させられるとき（［場合Ａ］とする）の、油圧モータ制御装置１の動作を説明する。「油圧モータ１１が強制的に回転させられる」とは、油圧モータ１１の外部（油圧モータ制御装置１の外部、圧源Ｓの外部）から油圧モータ１１に力が加えられることにより、油圧モータ１１（の駆動軸）が回転することである。上記［場合Ａ］は、例えば、油圧モータ１１に機械式ブレーキ（パーキングブレーキ）をかけた状態で、建設機械が掘削作業を行っている場合などに起こりうる。この掘削作業の反動により、パーキングブレーキが滑り、油圧モータ１１が強制的に回転する場合がある。

上記［場合Ａ］のとき、油圧モータ制御装置１は次のように動作する。［動作２−１］油圧モータ１１が停止しているとき、供給油路２１から油圧モータ１１に油が供給されない（モータ供給圧Ｐ１はタンクＴの圧力である）。［動作２−２］このとき、第１スプール制御部５１にはタンクＴの圧力のみが導入される。このとき、第１スプール制御部５１がスプールを押す力は、ばね５３の付勢力よりも小さい。よって、第１スプール制御部５１はスプール開度を大きくしない。［動作２−３］このとき、切換弁５５の切換位置は、遮断位置５５ｂである。よって第２スプール制御部５２にはモータ吐出圧Ｐ２が導入されない。さらに詳しくは、停止していた油圧モータ１１が強制的に回転させられることによってモータ吐出圧Ｐ２が大きくなっても、切換弁５５が遮断位置５５ｂなので、このモータ吐出圧Ｐ２は第２スプール制御部５２に導入されない。よって、第２スプール制御部５２はスプール開度を大きくしない。［動作２−４］上記［動作２−２］及び［動作２−３］により、カウンターバランスバルブ５０は吐出油路２３を閉じた状態（中立位置５０ａ）を維持する。よって、強制的に回転させられた油圧モータ１１の吐出油は行き場を失う。よって、吐出油路２３ａに保持圧が発生する。よって、油圧モータ１１は、保持圧による保持力と、機械式ブレーキと、により、停止状態を維持しやすい（保持力がない場合に比べて維持しやすい）。

（効果１）
次に、図１に示す油圧モータ制御装置１による効果を説明する。油圧モータ制御装置１は、油圧モータ１１と、油圧モータ１１に供給される油が流れる供給油路２１と、油圧モータ１１から吐出された油が流れる吐出油路２３と、吐出油路２３に設けられるカウンターバランスバルブ５０と、を備える。カウンターバランスバルブ５０は、供給油路２１の油圧（モータ供給圧Ｐ１）が導入される第１スプール制御部５１と、吐出油路２３のうち油圧モータ１１とカウンターバランスバルブ５０との間（吐出油路２３ａ）の油圧であるモータ吐出圧Ｐ２が導入される第２スプール制御部５２と、モータ吐出圧Ｐ２を第２スプール制御部５２に導入するための油路であるモータ吐出圧導入油路３３と、モータ吐出圧導入油路３３の開閉を切り換える切換弁５５と、を備える。
［構成１−１］カウンターバランスバルブ５０は、第１スプール制御部５１に導入される油圧が大きいほど吐出油路２３の開度を大きくするように構成され、かつ、第２スプール制御部５２に導入される油圧が大きいほど吐出油路２３の開度を大きくするように構成される。
［構成１−２］切換弁５５は、連通位置５５ａと遮断位置５５ｂとを備える。連通位置５５ａは、供給油路２１から油圧モータ１１に油が供給されている場合にモータ吐出圧導入油路３３を開く。
［構成１−３］遮断位置５５ｂは、供給油路２１から油圧モータ１１への油の供給が停止している場合にモータ吐出圧導入油路３３を閉じる。

供給油路２１から油圧モータ１１への油の供給が停止しているとき、油圧モータ制御装置１は以下のように動作する。このとき、供給油路２１の油圧が導入される第１スプール制御部５１には、油圧が導入されない（タンクＴの圧力のみ導入される）。また、このとき、上記［構成１−３］を備える切換弁５５により、モータ吐出圧導入油路３３が閉じられるので、第２スプール制御部５２には、モータ吐出圧Ｐ２が導入されない。ここで、油圧モータ１１が外部の力によって回転させられることにより、モータ吐出圧Ｐ２が高くなっても、このモータ吐出圧Ｐ２は第２スプール制御部５２に導入されない。よって、上記［構成１−１］により、カウンターバランスバルブ５０は吐出油路２３の開度を大きくしない（閉じた状態を維持する）。よって、油圧モータ１１の回転を保持する保持圧が、吐出油路２３ａ（カウンターバランスバルブ５０と油圧モータ１１との間）に発生する。したがって、モータ吐出圧Ｐ２に応じて吐出油路２３の開度を制御するカウンターバランスバルブ５０を用いた構成であるにもかかわらず、停止中の油圧モータ１１が強制的に回転させられた場合に油圧モータ１１の保持力を確保できる。

（他の効果）
油圧モータ制御装置１は、リリーフバルブ（特許文献１の図１参照）を備えない。よって、油圧モータ制御装置１は、このリリーフバルブを備えるものに比べ、コストを削減できる。なお、このリリーフバルブは、リリーフバルブに予め設定されたセット圧力を吐出油路２３の油圧が超えるときに、吐出油路２３から供給油路２１に油を流す弁である。

（変形例、効果２）
図２に示すように、モータ吐出圧導入油路３３に絞り１３４が設けられてもよい。絞り１３４により、モータ吐出圧Ｐ２の変化に対して、第２スプール制御部５２に導入される圧力の変化に遅れが生じる。よって、モータ吐出圧Ｐ２の急な圧力変動によってカウンターバランスバルブ５０のスプール位置が過敏に動くことを抑制できる。その結果、スプール位置の過敏な動きによってモータ吐出圧Ｐ２が急変する（サージ圧が発生する）ことを抑制できる。なお、油圧モータ１１が逆転方向に駆動する場合の絞り１３４Ｂの機能は、油圧モータ１１が正転方向に駆動する場合の絞り１３４の機能と同様である。

１ 油圧モータ制御装置
１１ 油圧モータ
２１ 供給油路
２３ 吐出油路
３３ モータ吐出圧導入油路
５０ カウンターバランスバルブ
５１ 第１スプール制御部
５２ 第２スプール制御部
５５ 切換弁
５５ａ 連通位置
５５ｂ 遮断位置
１３４ 絞り
Ｐ２ モータ吐出圧

Claims (2)

1. 油圧モータと、
   前記油圧モータに供給される油が流れる供給油路と、
   前記油圧モータから吐出された油が流れる吐出油路と、
   前記吐出油路に設けられるカウンターバランスバルブと、
   を備え、
   前記カウンターバランスバルブは、
   前記供給油路の油圧が導入される第１スプール制御部と、
   前記吐出油路のうち前記油圧モータと前記カウンターバランスバルブとの間の油圧であるモータ吐出圧が導入される第２スプール制御部と、
   前記モータ吐出圧を前記第２スプール制御部に導入するための油路であるモータ吐出圧導入油路と、
   前記モータ吐出圧導入油路の開閉を切り換える切換弁と、
   を備え、
   前記カウンターバランスバルブは、前記第１スプール制御部に導入される油圧が大きいほど前記吐出油路の開度を大きくするように構成され、かつ、前記第２スプール制御部に導入される油圧が大きいほど前記吐出油路の開度を大きくするように構成され、
   前記切換弁は、
   前記供給油路から前記油圧モータに油が供給されている場合に前記モータ吐出圧導入油路を開く連通位置と、
   前記供給油路から前記油圧モータへの油の供給が停止している場合に前記モータ吐出圧導入油路を閉じる遮断位置と、
   を備える、油圧モータ制御装置。
2. 前記モータ吐出圧導入油路に設けられる絞りを備える、
   請求項１に記載の油圧モータ制御装置。

Images