JP2019218963A - カウンタバランス弁を備えた油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カウンタバランス弁のハンチングの抑制と油圧アクチュエータの迅速な始動とが可能な油圧駆動装置を提供する。【解決手段】油圧駆動装置は、油圧アクチュエータ１２と、油圧アクチュエータ１２のメータイン圧に応じて開閉動作するカウンタバランス弁２０と、メータイン圧をカウンタバランス弁２０にパイロット圧として導く開弁パイロットライン２２と、開弁パイロットラインの途中に設けられる可変絞り弁２４と、絞り制御部２６Ａ，２６Ｂと、を備える。絞り制御部２６Ａ，２６Ｂは、油圧アクチュエータ１２のメータイン圧とメータアウト圧との差であるアクチュエータ差圧が予め設定された設定差圧以上の場合にはアクチュエータ差圧が設定差圧未満の場合に比べて可変絞り弁２４の開口面積を大きくするように可変絞り弁２４に開口指令信号を入力する。【選択図】 図１

Description

本発明は、カウンタバランス弁を備えた油圧駆動装置に関する。

従来、カウンタバランス弁を備えた油圧駆動装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、クレーンに設けられるウインチを回転駆動するためのものであって、前記ウインチに連結される油圧モータと、この油圧モータに作動油を供給するための油圧ポンプと、カウンタバランス弁と、を備える。

前記油圧モータは、前記油圧ポンプに第１回路を介して接続される第１ポートと、前記油圧ポンプに第２回路を介して接続される第２ポートと、を有し、前記第１ポートに作動油が供給されたときに前記ウインチを下げ方向（つまり当該ウインチにより昇降させられるフック及びこれに係合される吊り荷に作用する重力の方向と同じ方向）に駆動するように回転するとともに、前記第２ポートから前記第２回路を通じて作動油を排出する。つまり、前記ウインチの下げ方向の駆動時に前記第１回路及び前記第２回路がそれぞれメータイン流路及びメータアウト流路として機能する。

前記カウンタバランス弁は、前記第２回路の途中に設けられるとともに、パイロットポートを有し、当該パイロットポートがパイロットラインを介して前記第１回路に接続される。当該カウンタバランス弁は、当該パイロットポートに導入される作動油の圧力、つまり下げ駆動時のメータイン圧、が低いときには当該メータイン圧が高い時に比べて閉弁方向に作動することによりメータアウト流量を制限し、これにより背圧を保持する機能を有する。

さらに、前記特許文献１に記載された装置は、前記パイロットラインの途中に設けられる絞りを備える。当該絞りは、当該パイロットラインにおけるパイロット油の流れを制限することにより、前記メータイン圧の変化に対する前記カウンタバランス弁の応答性を下げて当該カウンタバランス弁の開閉動作のハンチングを抑制する。

特開２００１−８９０７９号公報

前記特許文献１に記載される絞りは、駆動対象に作用する外力（前記特許文献１では吊り荷等に作用する重力）が小さい状態で当該外力が作用する方向（前記特許文献１では下げ方向）に当該駆動対象を動かすように油圧アクチュエータ（特許文献１では前記油圧モータ）を動かし始める際に、著しい応答遅れ及びエネルギーロスを生じさせるおそれがある。具体的に、前記駆動対象に作用する外力が小さくて前記油圧アクチュエータが当該油圧アクチュエータや前記駆動対象（例えばウインチドラム）における摩擦抵抗で静止しているような状態では、当該油圧アクチュエータへの作動油の積極的な供給により前記摩擦抵抗に打ち勝って当該油圧アクチュエータを駆動する必要がある。しかしながら、前記のようにメータイン流路とカウンタバランス弁のパイロットポートとの間に介在する絞りは、実際にメータイン圧が上昇してからカウンタバランス弁が開くまでに応答遅れを生じさせ、これにより油圧アクチュエータの作動速度の立ち上がりを遅らせる。しかも、その応答遅れの期間、つまり前記メータイン圧が上昇してから前記カウンタバランス弁が実際に開弁方向に作動するまでの期間、は当該カウンタバランス弁がメータアウト流路において大きな油圧抵抗となり、その分だけ油圧ポンプの吐出圧が無駄に上昇してエネルギーロスが生じる。このような応答遅れ及びエネルギーロスは、前記絞りの効果が高いほど、換言すれば、当該絞りの開口面積が小さいほど、顕著となる。

一方、前記のような応答遅れ及びエネルギーロスを抑制するために前記絞りの開口面積を大きく設定すると、当該絞りによるハンチング抑制効果が低下してしまう。

本発明は、カウンタバランス弁を備えた油圧駆動装置であって、前記カウンタバランス弁のハンチングの抑制と、油圧アクチュエータの始動時の応答遅れ及びエネルギーロスの低減と、の両立が可能な油圧駆動装置を提供することを目的とする。

提供されるのは、外力が作用する駆動対象を油圧によって前記外力の方向と同じ方向である特定駆動方向に駆動するための油圧駆動装置であって、作動油を吐出する油圧ポンプと、第１ポート及び第２ポートを有し、前記第１ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記第２ポートから作動油を排出することにより前記駆動対象を前記特定駆動方向に駆動するように作動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの第１ポートに作動油を導くための第１アクチュエータラインと、前記油圧アクチュエータの第２ポートから排出された作動油をタンクに導くための第２アクチュエータラインと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に介在し、前記油圧ポンプから前記第１アクチュエータラインを通じての前記第１ポートへの作動油の供給及び前記第２ポートから前記第２アクチュエータラインを通じての作動油の排出を許容するように開弁するコントロールバルブと、前記油圧アクチュエータを動かすための指令操作を受け、当該指令操作に応じて前記コントロールバルブを開弁させるアクチュエータ操作装置と、前記第２アクチュエータラインに設けられるカウンタバランス弁であって、前記第１アクチュエータラインを通じて前記油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力であるメータイン圧の入力を受けるパイロットポートを有していて当該メータイン圧が予め設定された設定圧以下のときには当該メータイン圧が当該設定圧を超える場合に比べて閉弁方向に作動することにより前記第２アクチュエータラインにおける作動油の流量を制限して背圧を保持するカウンタバランス弁と、前記メータイン圧を前記パイロットポートに導くように前記第１アクチュエータラインと前記パイロットポートとを接続する開弁パイロットラインと、前記開弁パイロットラインの途中に設けられる絞り弁であって開口指令信号の入力を受けることにより当該開口指令信号に対応した開口面積で開弁するように作動する可変絞り弁と、前記メータイン圧と前記油圧アクチュエータの第２ポートから排出される作動油の圧力であるメータアウト圧との差であるアクチュエータ差圧が予め設定された設定差圧以上の場合には当該アクチュエータ差圧が当該設定差圧未満の場合に比べて前記可変絞り弁の開口面積を大きくするように当該可変絞り弁に前記開口指令信号を入力する絞り制御部と、を備える。

この装置によれば、前記絞り制御部は、前記油圧アクチュエータの前後差圧であるアクチュエータ差圧）に基づいて、第１アクチュエータラインとカウンタバランス弁のパイロットポートとの間に介在する可変絞り弁の開口面積を制御することにより、油圧アクチュエータの始動時の高い応答性の確保と、前記カウンタバランス弁の開閉動作のハンチングの抑制と、の両立を可能にする。

具体的に、前記油圧アクチュエータに作用する外力が小さく摩擦抵抗の方が大きい場合には、前記油圧アクチュエータへの作動油の供給によって当該油圧アクチュエータを動かし始める時にはメータアウト圧に比べてメータイン圧が著しく上昇するので、このようにアクチュエータ差圧が大きいときに可変絞り弁の開口面積を大きくしてメータイン圧の上昇に対するカウンタバランス弁の開弁動作の応答性を高くすることにより、当該カウンタバランス弁の開弁動作の遅れに起因する前記油圧アクチュエータの作動速度の立ち上がりの遅れ及びエネルギーロスを低減することができる。一方、駆動対象に作用する外力により油圧アクチュエータが動かされることによるメータイン圧の低下時に前記カウンタバランス弁が背圧を保持すべく閉弁方向に動作するとき、つまり、当該メータイン圧とメータアウト圧との差である前記アクチュエータ差圧が小さいとき、は前記可変絞り弁の開口面積を小さくすることにより、前記カウンタバランス弁のハンチングを有効に抑えることが可能である。

前記可変絞り弁及びこれを制御する前記絞り制御部には、種々の態様が存在する。

例えば、前記可変絞り弁は、前記開口指令信号としてパイロット圧の入力を受けることにより前記開口面積が変化するように駆動されるパイロット操作式の絞り弁であり、前記絞り制御部は、前記アクチュエータ差圧が大きいほど前記可変絞り弁の開口面積を大きくするように当該アクチュエータ差圧によって当該可変絞り弁を開弁方向に駆動するものが、好適である。当該絞り制御部は、前記アクチュエータ差圧そのものを利用した簡素な構成で当該アクチュエータ差圧に基づく可変絞り弁の開口面積を制御することが可能である。

より具体的には、前記可変絞り弁が、開きパイロット圧の入力を受ける開きパイロットポート及びその反対側に位置して絞りパイロット圧の入力を受ける絞りパイロットポートを有していて前記開きパイロットポートに入力される前記開きパイロット圧と前記絞りパイロットポートに入力される前記絞りパイロット圧との差圧によって開き方向に駆動されるものであり、前記絞り制御部は、前記メータイン圧を前記開きパイロットポートに入力するように前記第１アクチュエータラインと前記開きパイロットポートとに接続される開きパイロットラインと、前記メータアウト圧を前記絞りパイロットポートに入力するように前記第２アクチュエータラインと前記絞りパイロットポートとに接続される絞りパイロットラインと、を有するものが、好適である。当該絞り制御部は、前記開きパイロットライン及び前記絞りパイロットラインを要するだけの簡素な構成で前記アクチュエータ差圧と前記可変絞り弁の開口面積とを対応させることが可能である。

あるいは、前記可変絞り弁が前記開口指令信号として電気信号の入力を受けることにより当該電気信号に対応した開口面積を有するように駆動される電磁駆動式の絞り弁であり、前記絞り制御部は、前記メータイン圧を検出するメータイン圧センサと、前記メータアウト圧を検出するメータアウト圧センサと、前記メータイン圧センサにより検出される前記メータイン圧と前記メータアウト圧センサにより検出される前記メータアウト圧との差である検出差圧が前記設定差圧以上のときに当該検出差圧が当該設定差圧未満のときに比べて前記可変絞り弁の開口面積を大きくするような電気信号を当該可変絞り弁に入力する絞り弁制御装置と、を有するものでもよい。

以上のように、本発明によれば、カウンタバランス弁を備えた油圧駆動装置であって、前記カウンタバランス弁のハンチングの抑制と、油圧アクチュエータの始動時の応答遅れ及びエネルギーロスの低減と、の両立が可能な油圧駆動装置が、提供される。

本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 前記油圧駆動装置における可変絞り弁の開口特性を示すグラフである。 前記可変絞り弁の開口面積が制御される場合及び当該開口面積が固定されている場合におけるレバー操作量に対応するカウンタバランス弁のストローク、メータイン圧及び油圧モータ速度の時間変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。この装置は、クレーンに搭載された駆動対象であるウインチドラム２を油圧により回転駆動するものである。前記ウインチドラム２にはワイヤロープ４が巻き付けられ、当該ワイヤロープ４の先端にフック６が接続されている。前記油圧駆動装置は、前記ウインチドラム２を巻上げ方向及びその反対の巻上げ方向に駆動することにより、前記フック６及びこれに係合される吊り荷８を昇降させる。前記巻上げ方向及び前記巻下げ方向のうちの前記巻下げ方向が、本発明に係る特定駆動方向、すなわち、駆動対象に作用する外力（図１ではフック６及びこれに係合される吊り荷８に作用する重力）の方向と同じ方向の駆動方向、に該当する。なお、「外力の方向と同じ方向の特定駆動方向」とは、当該外力の方向と完全に合致する方向のみではなく、当該外力の方向と共通の方向成分を含む方向も包含する。例えば、駆動対象に鉛直方向下向きの外力が作用する場合に、当該駆動対象を斜め下向きに駆動する方向も特定駆動方向に該当する。

前記油圧駆動装置は、油圧ポンプ１０と、油圧モータ１２と、第１モータライン１４Ａと、第２モータライン１４Ｂと、コントロールバルブ１６と、モータ操作装置１８と、カウンタバランス弁２０と、開弁パイロットライン２２と、可変絞り弁２４と、開きパイロットライン２６Ａと、絞りパイロットライン２６Ｂと、を備える。

前記油圧ポンプ１０は、図示されない駆動源、例えば前記クレーンに搭載されたエンジン、により駆動され、これによりタンク内の作動油を吐出する。

前記油圧モータ１２は、本発明に係る油圧アクチュエータの一例であり、前記ウインチドラム２の回転軸に減速機３を介して接続される出力軸１２ｃと、第１ポート１２ａと、第２ポート１２ｂと、を有する。当該油圧モータ１２は、前記第１ポート１２ａに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム２を前記巻下げ方向（すなわち前記フック６及びこれに係合される吊り荷８をこれに作用する重力による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させる方向つまり前記特定駆動方向）に回転させて当該作動油を前記第２ポート１２ｂから排出する一方、前記第２ポート１２ｂに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム２を巻上げ方向（すなわち前記フック６及び前記吊り荷８をこれらに作用する重力に抗して上昇させる方向つまり前記特定駆動方向と逆の方向）に回転させて当該作動油を前記第１ポート１２ａから排出する。

本発明に係る油圧駆動装置の駆動対象及び油圧アクチュエータはそれぞれ前記ウインチドラム２及び油圧モータ１２に限定されない。本発明に係る油圧駆動装置は、外力が作用する駆動対象を少なくとも前記特定駆動方向に駆動する場合に広く適用されることが可能である。例えば、前記駆動対象が起伏可能なブームであり、前記油圧アクチュエータが当該ブームを起伏させるように伸縮する油圧シリンダであってもよい。また、本発明に係る油圧駆動装置は、駆動対象を前記特定駆動方向（図１では巻下げ方向）にのみ駆動するものであってもよい。例えば前記油圧モータ１２は一方向モータであってもよい。

前記第１モータライン１４Ａは、巻下げ駆動時、すなわち前記特定駆動方向である前記巻下げ方向の駆動時、に前記油圧ポンプ１０から吐出される作動油を前記油圧モータ１２の第１ポート１２ａに供給するためのメータイン流路として機能するものである。この実施の形態に係る当該第１モータライン１４Ａは、前記巻上げ駆動時には前記第１ポート１２ａから排出される作動油をタンクに導くメータアウト流路として機能する。

前記第２モータライン１４Ｂは、前記巻下げ方向の駆動時に前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出される作動油をタンクに導くメータアウト流路として機能するものである。この実施の形態に係る当該第２モータライン１４Ｂは、前記巻上げ駆動時には前記油圧ポンプ１０から前記第２ポート１２ｂに作動油を供給するためのメータイン流路として機能する。

前記コントロールバルブ１６は、前記油圧ポンプ１０と前記油圧モータ１２との間に介在し、当該油圧ポンプ１０から当該油圧モータ１２への作動油の供給の方向及び当該作動油の流量を制御するように開弁作動する。具体的に、図１に示されるコントロールバルブ１６は、第１パイロットポート１６ａ及び第２パイロットポート１６ｂを有するパイロット操作式の３位置切換弁からなる。当該コントロールバルブ１６は、前記第１及び第２パイロットポート１６ａ，１６ｂのいずれにもパイロット圧が供給されないときは中立位置ＰＮに保持されて前記油圧モータ１２を前記油圧ポンプ１０から遮断する。当該コントロールバルブ１６は、前記第１パイロットポート１６ａにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置ＰＮから巻下げ駆動位置ＰＡに開弁作動することによりそのストロークに対応した流量で油圧ポンプ１０から第１モータライン１４Ａを通じて油圧モータ１２の第１ポート１２ａに作動油が供給されるのを許容するとともに当該油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから前記第２モータライン１４Ｂを通じてタンクに作動油が戻されるのを許容する油路を形成し、逆に前記第２パイロットポート１６ｂにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置ＰＮから巻上げ駆動位置ＰＢに開弁作動することによりそのストロークに対応した流量で油圧ポンプ１０から第２モータライン１４Ｂを通じて油圧モータ１２の第２ポート１２ｂに作動油が供給されるのを許容するとともに当該油圧モータ１２の第１ポート１２ａから前記第１モータライン１４Ａを通じてタンクに作動油が戻されるのを許容する油路を形成する。

本発明に係るコントロールバルブは、必ずしも前記のような３位置方向切換弁からなるものに限られない。例えば、特定駆動方向（図１では巻下げ駆動方向）の駆動のみを行う油圧駆動装置のコントロールバルブは、方向制御機能を有しない単なる流量制御弁あるいは２位置の開閉弁であってもよい。

前記モータ操作装置１８は、前記油圧モータ１２の回転方向及び回転速度（すなわちウインチドラム２の回転駆動方向及び回転駆動速度）を指定するための操作（巻下げ指令操作またはその逆の巻上げ指令操作）を受けるとともに、その指令操作の大きさに対応したストロークでその指令操作の方向に対応した方向に前記コントロールバルブ１６を開弁作動させるものである。

具体的に、前記モータ操作装置１８は、パイロット弁１８ｂと、これに回動可能に連結される操作レバー１８ａと、巻下げパイロットライン１７Ａ及び巻上げパイロットライン１７Ｂと、を有する。前記操作レバー１８ａは、前記巻下げ指令操作及び巻上げ指令操作として、当該操作レバー１８ａを巻下げ操作方向及びこれと逆の巻上げ操作方向に回動させる操作をオペレータにより受ける。前記パイロット弁１８ｂは、前記コントロールバルブ１６のパイロット圧の発生源であるパイロット油圧源１９に接続されるとともに、前記コントロールバルブ１６の第１及び第２パイロットポート１６ａ，１６ｂにそれぞれ前記第１パイロットライン１７Ａ及び前記第２パイロットライン１７Ｂを介して接続される。当該パイロット弁１８ｂは、前記操作レバー１８ａに巻下げ指令操作が与えられたときに、これに連動して当該巻下げ指令操作の大きさに対応した大きさの巻下げパイロット圧を前記第１パイロットライン１７Ａを通じて前記コントロールバルブ１６の第１パイロットポート１６ａに供給するように開弁し、逆に前記操作レバー１８ａに巻上げ指令操作が与えられたときには当該巻上げ指令操作の大きさに対応した大きさの巻上げパイロット圧を前記第２パイロットライン１７Ｂを通じて前記コントロールバルブの前記第２パイロットポート１６ｂに供給するように開弁する。

なお、本発明に係るアクチュエータ操作装置は図１に示されるモータ操作装置１８に限定されない。当該アクチュエータ操作装置は、例えば、オペレータによる指令操作を受けて当該指令操作に対応する電気信号である指令信号を出力する電気レバー装置と、パイロット油圧源とコントロールバルブのパイロットポートとの間に介在する電磁比例減圧弁と、前記指令信号の入力を受け、前記指令信号に対応したパイロット圧が前記コントロールバルブに入力されるように前記電磁比例減圧弁を操作するコントローラと、を含むものであってもよい。

前記カウンタバランス弁２０は、前記第２モータライン１４Ｂに設けられ、巻下げ駆動時に前記油圧モータ１２の第１ポート１２ａに前記第１モータライン１４Ａを通じて導入される作動油の圧力であるメータイン圧Ｐ１に応じて開閉動作することにより、前記フック６及びこれに係合される前記吊り荷８の降下を抑制するために必要な保持圧を発生させる。

具体的に、前記カウンタバランス弁２０は、開弁パイロットポート２０ａを有し、当該開弁パイロットポート２０ａが前記開弁パイロットライン２６を介して前記第１モータライン１４Ａに接続されている。当該カウンタバランス弁２０は、巻下げ駆動時に前記第１モータライン１４Ａから前記開弁パイロットライン２６を通じて前記開弁パイロットポート２０ａに供給されるパイロット圧すなわちメータイン圧Ｐ１が予め設定された設定圧を以下のときには閉弁またはこれに近い状態を保持して前記背圧を保持する一方、前記メータイン圧Ｐ１が前記設定圧を超えるときには大きく開弁して十分なメータアウト流量で油圧モータ１２からの戻り作動油が第２モータライン１４Ｂを流れるのを許容する。

この実施の形態では前記カウンタバランス弁２０にチェック弁２８が付設される。当該チェック弁２８は、前記第２モータライン１４Ｂにおいて前記カウンタバランス弁２０をバイパスするバイパスライン２７の途中に設けられて巻下げ駆動時及び巻上げ駆動時における作動油の流路の切換を行う。前記チェック弁２８は、前記巻下げ駆動時に前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出される戻り作動油が前記バイパスライン２７を流れるのを阻止して当該戻り作動油の油路を前記カウンタバランス弁２０を含む油路に限定する一方、前記巻上げ駆動時には前記油圧ポンプ１０から吐出される油路が前記バイパスライン２７を通じて（つまり前記カウンタバランス弁２０をバイパスして）前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂに供給されることを許容する。当該チェック弁２８は、油圧駆動装置が巻下げ駆動専用のもの（本発明にいう特定駆動方向の駆動のみを行うもの）である場合には必ずしも要しない。

前記可変絞り弁２４は、前記開弁パイロットライン２２の途中に設けられ、開口指令信号の入力を受けることにより当該開口指令信号に対応した開弁駆動力で駆動されて当該開弁駆動力に対応した開口面積ＡＫで開弁する。当該開口面積ＡＫの変化は、前記第１モータライン１４Ａから前記開弁パイロットライン２２を通じて前記カウンタバランス弁２０の開弁パイロットポート２０ａに供給されるパイロット油の流量を変化させ、これにより、前記第１モータライン１４Ａにおける（巻下げ駆動時の）メータイン圧Ｐ１の増減に対する前記カウンタバランス弁２０の開閉動作の応答性を変化させる。

具体的に、この実施の形態に係る前記可変絞り弁２４は、開きパイロットポート２４ａ及びその反対側に位置する絞りパイロットポート２４ｂを有するパイロット操作式の流量制御弁により構成される。当該可変絞り弁２４は、前記開口指令信号として前記開きパイロットポート２４ａ及び前記絞りパイロットポート２４ｂにそれぞれ開きパイロット圧及び絞りパイロット圧の入力を受け、当該開きパイロット圧と当該絞りパイロット圧との差圧に対応する開き駆動力Ｆｖでもって開き方向（前記開口面積ＡＫを増大させる方向）に駆動される。

図２は、この実施の形態に係る前記可変絞り弁２４の開き駆動力Ｆｖに対する開口面積ＡＫの特性を示す。同図に示されるように、前記開き駆動力Ｆｖが第１駆動力Ｆ１以下の領域では前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫは最小開口面積ＡＫ１まで絞られ、前記開き駆動力Ｆｖが前記第１駆動力Ｆ１以上であって第２駆動力Ｆ２（＞Ｆ１）以下の領域では当該開き駆動力Ｆｖの増加に伴って開口面積ＡＫが線形的に（非線形的であってもよい。）に増大し、前記開き駆動力Ｆｖが前記第２駆動力Ｆ２以上である領域では前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫは最大開口面積ＡＫ２に保たれる。

前記開きパイロットライン２６Ａ及び前記絞りパイロットライン２６Ｂは、絞り制御部を構成する。当該絞り制御部は、巻下げ駆動時における前記油圧モータ１２の前後差圧、つまり、前記第１モータライン１４Ａにおけるメータイン圧Ｐ１と前記第２モータライン１４Ｂにおけるメータアウト圧Ｐ２との差圧であるモータ差圧（アクチュエータ差圧）ΔＰｍ（＝Ｐ１−Ｐ２）を前記開き駆動力Ｆｖとして利用して前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫを変化させる。

具体的に、前記開きパイロットライン２６Ａは、前記第１モータライン１４Ａにおける前記メータイン圧Ｐ１を前記開きパイロット圧として前記開きパイロットポート２４ａに入力するように、当該第１モータライン１４Ａと当該開きパイロットポート２４ａとを接続する。同様に、前記絞りパイロットライン２６Ｂは、前記第２モータライン１４Ｂにおける前記メータアウト圧Ｐ２を前記絞りパイロット圧として前記絞りパイロットポート２４ｂに入力するように、当該第２モータライン１４Ｂと当該絞りパイロットポート２４ｂとを接続する。従って、両パイロットライン２６Ａ，２６Ｂは、前記モータ差圧ΔＰｍが前記第２駆動力Ｆ２に対応する差圧以上の場合には、当該モータ差圧ΔＰｍが前記第２駆動力Ｆ２に対応する差圧未満である場合に比べて前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫを大きくする（図２では最大開口面積ＡＫ２にする）絞り制御を実現する。

次に、この油圧駆動装置の作用について説明する。

初期状態として、駆動対象であるウインチドラム２に作用する外力が小さい状態であって、当該ウインチドラム２が摩擦抵抗（油圧モータ１２や減速機３、ウインチドラム２における摩擦抵抗）によって静止している状態を想定する。ここで、前記の「外力が小さい状態」とは、この実施の形態では、前記フック６に吊り荷８がつながれておらず、あるいは当該吊り荷８が軽量であって、当該フック６及び当該吊り荷８の重量Ｍに相当する下向きの負荷が小さい状態を意味する。この初期状態では、第１モータライン１４Ａ内の作動油の圧力が低いため、カウンタバランス弁２０は全閉あるいはこれに近い状態に保たれている。

この初期状態においてオペレータにより操作レバー１８ａに巻下げ指令操作が与えられると、その大きさである巻下げレバー操作量ＳＬに対応した大きさの巻下げパイロット圧がパイロット弁１８ｂから巻下げパイロットライン１７Ａを通じてコントロールバルブ１６の巻下げパイロットポート１６ａに供給され、これにより当該コントロールバルブ１６は前記巻下げパイロット圧の大きさに対応したストロークで中立位置ＰＮから巻下げ駆動位置ＰＡに切換わる。つまり、油圧ポンプ１０から吐出される作動油が前記巻下げパイロット圧に対応した流量（メータイン流量）で第１モータライン１４Ａを通じて油圧モータ１２の第１ポート１２ａに供給されることを許容する。このコントロールバルブ１６の開弁により、第１モータライン１４Ａ内の作動油の圧力であるメータイン圧Ｐ１が増大し、前記油圧モータ１２が前記摩擦抵抗に打ち勝って前記ウインチドラム２を巻下げ方向に回転駆動する。一方、カウンタバランス弁２０は、前記メータイン圧Ｐ１が増大して当該カウンタバランス弁２０の開弁パイロットポートに入力されるパイロット圧が設定圧を超えると開弁方向に作動する。

ここで、仮に前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫが従来技術のように小さな開口面積（例えば図２に示される最小開口面積ＡＫ１）に固定されていたとすると、前記メータイン圧Ｐ１が増大してから前記カウンタバランス弁２０が実際に開弁動作をするまでには当該開口面積ＡＫの絞り度合いに対応した大きな応答遅れが発生する。この応答遅れは、前記油圧モータ１２の回転速度（モータ速度Ｖｍ）の立ち上がりを遅らせてしまう。また、前記カウンタバランス弁２０が実際に開弁動作をするまでの間は当該カウンタバランス弁２０そのものがメータアウト流路における大きな油圧抵抗となり、油圧ポンプ１０の吐出圧を無駄に上昇させて大きなエネルギーロスを生じさせる。

これに対して図１に示される装置では、前記メータイン圧Ｐ１の上昇によって当該メータイン圧Ｐ１とメータアウト圧Ｐ２との差であるモータ差圧ΔＰｍが一定以上になると前記可変絞り弁２４の開口面積ＡＫが増大（最終的には最大開口面積ＡＫ２）まで増加してメータイン圧Ｐ１の上昇に対する前記カウンタバランス弁２０の開弁動作の応答性を高くする。このことが、前記モータ速度Ｖｍの立ち上がりの遅れ及び前記エネルギーロスの顕著な低減を可能にする。

図３は、図１に示される装置のようにモータ差圧ΔＰｍに基づいて可変絞り弁２４の開口面積が制御される場合と、絞りの開口面積が常時制限されている場合（前記可変絞り弁２４に代えて固定絞りが設けられている場合または可変絞りの開口面積が小面積に保たれている場合）の各パラメータの時間変化の例をそれぞれ実線及び点線で示したものである。同図点線に示されるように、絞りの開口面積がモータ差圧ΔＰｍにかかわらず終始固定されている場合には、操作レバー１８ａが操作された時点Ｔｓからカウンタバランス弁２０のストロークＳｖが迅速に変化することができず、このようにカウンタバランス弁２０の開弁動作が遅れる結果、メータイン圧Ｐ１の著しい無駄な上昇が発生し、モータ速度Ｖｍの立ち上がりも遅れる。これに対し、同図実線に示されるように絞りの開口面積がモータ差圧ΔＰｍに応じて制御される場合には、操作レバー１８ａが操作された時点Ｔｓからカウンタバランス弁２０のストロークＳｖがレバー操作量ＳＬの増加に追従して高い応答性で変化することが可能である。その結果、メータイン圧Ｐ１の無駄な上昇は抑えられ、モータ速度Ｖｍは迅速に立ち上がることができる。

一方、図１に示される装置において、前記外力（フック６及び吊り荷８に作用する重力）が大きくて前記油圧モータ１２が当該外力により巻下げ方向に回されるときは、メータイン圧Ｐ１の低下によりカウンタバランス弁２０が閉弁方向に作動して前記吊り荷８の落下を抑制するための背圧を保持する。このとき、当該メータイン圧Ｐ１とメータアウト圧Ｐ２との差圧（モータ差圧）ΔＰｍが小さいために可変絞り弁２４の開口面積ＡＫは最小開口面積ＡＫ１に抑えられる。これにより、従来の装置と同様、前記メータイン圧Ｐ１の変動に対するカウンタバランス弁２０の開閉動作の応答が鈍化され、ハンチングが有効に抑止される。

前記モータ差圧ΔＰｍ（油圧アクチュエータが油圧シリンダである場合はシリンダ差圧）に対する可変絞り弁２４の開口面積の特性は、適宜設定されることが可能である。前記可変絞り弁２４は、図２に示されるような開口特性を有する場合、第２駆動力Ｆ２以上の開き駆動力Ｆｖが与えられればメータイン圧Ｐ１の上昇に対して高い応答性でカウンタバランス弁２０が開弁動作するのを許容することができる。

以下、前記開口特性と、フック６及び吊り荷８の重量Ｍによる負荷並びに油圧アクチュエータ等における摩擦抵抗トルク（図１に示される装置では油圧モータ１２及びこれに接続される減速機３及びウインチドラム２での摩擦抵抗によるトルク）ＴＲとの関係について考察する。まず、前記油圧モータ１２が一定速度で回転しているときの回路圧のバランスは、当該油圧モータ１２のモータ容量をｑｍ、重力加速度をｇ、ウインチドラム２の直径をＲｄ、減速機３の減速比をεとすると、次式（１）で表される。

ΔＰｍ・ｑｍ／２π＝ＴＲ−Ｍ・ｇ・Ｒｄ／ε …（１）
一方、前記可変絞り弁の開き駆動力Ｆｖは、次式（２）で表される。

Ｆｖ＝Ｐ１・Ａ１−Ｐ２・Ａ２ …（２）
ここで、Ａ１及びＡ２は可変絞り弁２４におけるメータイン圧Ｐ１及びメータアウト圧Ｐ２の受圧面積である。当該受圧面積Ａ１，Ａ２をＡ１＝Ａ２とみなすことにより次式が得られる。

Ｆｖ＝（Ｐ１−Ｐ２）×Ａ１＝ΔＰｍ・Ａ１ …（３）
この（３）式に前記（２）式で表されるモータ差圧ΔＰｍを代入すると、次式（４）が得られる。

Ｆｖ＝（２π・Ａ１／ｑｍ）・（ＴＲ−Ｍ・ｇ・Ｒｄ／ε） …（４）
従って、フック６及び吊り荷８の重量Ｍが次式（５）を満たす程度まで小さければ、メータイン圧Ｐ１の上昇に伴ってカウンタバランス弁２０が高い応答性で開弁方向に駆動されることが可能になる。

Ｆ２≦Ｆｖ＝（２πＡ１／ｑｍ）・（ＴＲ−Ｍ・ｇ・Ｒｄ／ε） …（５）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この装置は、図１に示される油圧駆動装置と次の点（Ａ）及び（Ｂ）においてのみ相違する。

（Ａ）可変絞り弁について
図４に示される装置は、図１に示される可変絞り弁２４に代えて電磁駆動式の可変絞り弁３０を具備する。具体的に、当該可変絞り弁３０は、ソレノイド３０ａを有し、当該ソレノイド３０ａに開口指令信号として電気信号（励磁電流）の入力を受けることにより当該電気信号に対応した開口面積ＡＫを有するように駆動される。その開口特性は、例えば図２に示される特性と同等の特性であり、前記電気信号の入力により生成される電磁力が図２に示される開き駆動力Ｆｖに対応する。

（Ｂ）絞り制御部について
図４に示される装置は、絞り制御部として、図１に示される開きパイロットライン２６Ａ及び絞りパイロットライン２６Ｂに代えてメータイン圧センサ３２Ａ、メータアウト圧センサ３２Ｂ及び絞り弁制御装置３４を備える。

前記メータイン圧センサ３２Ａは、巻下げ駆動時における第１モータライン１４Ａ内のメータイン圧Ｐ１を検出するセンサであって、当該メータイン圧Ｐ１に対応する電気信号を生成し、これをメータイン圧検出信号として前記絞り弁制御装置３４に入力する。同様に、前記メータアウト圧センサ３２Ａは、巻下げ駆動時における第２モータライン１４Ｂ内のメータアウト圧Ｐ２を検出するセンサであって、当該メータアウト圧Ｐ２に対応する電気信号を生成し、これをメータアウト圧検出信号として前記絞り弁制御装置３４に入力する。

前記絞り弁制御装置３４は、演算制御動作が可能な装置、例えばマイクロコンピュータ、からなる。当該絞り弁制御装置３４は、前記メータイン圧センサ３２Ａにより検出されるメータイン圧Ｐ１と前記メータアウト圧センサ３２Ｂにより検出されるメータアウト圧Ｐ２との差である検出差圧ΔＰｄを演算し、当該検出差圧ΔＰｄに対応した大きさの電気信号（励磁電流）を開口指令信号として前記可変絞り弁３０のソレノイド３０ａに入力する。

この第２の実施の形態においても、前記絞り弁制御装置３４は、モータ差圧に相当する前記検出差圧ΔＰｄが予め設定された設定差圧（図２に示される第２駆動力Ｆ２に対応する差圧）以上であるときに当該検出差圧ΔＰｄが当該設定差圧未満であるときに比べて前記可変絞り弁３０の開口面積を大きくすることが可能である。

また、この第２の実施の形態では、前記絞り弁制御装置３４の演算制御動作のプログラミングによって、検出差圧ΔＰｄに対する可変絞り弁３０の開口面積ＡＫの特性をより自由に設定することができる利点がある。例えば可変絞り弁３０の開口特性が当該可変絞り弁３０に与えられる開き駆動力Ｆｖ（励磁電流）と開口面積ＡＫとが略全域にわたって比例関係にあるような特性であっても、前記検出差圧ΔＰｄに対する前記励磁電流の関係を適当に調節することによって当該検出差圧ΔＰｄに対する前記開口面積ＡＫの特性をオペレータの好みに応じた特性に自由に設定することが可能である。

前記メータイン圧Ｐ１及び前記メータアウト圧Ｐ２が検出される位置は、図１に示される位置に限定されない。例えば、前記コントロールバルブ１６における圧力損失が微小でる場合は、油圧ポンプ１０の吐出圧をメータイン圧とみなすことも可能である。

２ ウインチドラム（駆動対象）
１０ 油圧ポンプ
１２ 油圧モータ（油圧アクチュエータ）
１２ａ 第１ポート
１２ｂ 第２ポート
１４Ａ 第１モータライン（第１アクチュエータライン）
１４Ｂ 第２モータライン（第２アクチュエータライン）
１６ コントロールバルブ
１８ モータ操作装置
１８ａ 操作レバー
１８ｂ パイロット弁
２０ カウンタバランス弁
２０ａ 開弁パイロットポート
２２ 開弁パイロットライン
２４ 可変絞り弁
２４ａ 開きパイロットポート
２４ｂ 絞りパイロットポート
２６Ａ 開きパイロットライン（絞り制御部）
２６Ｂ 絞りパイロットライン（絞り制御部）
３０ 可変絞り弁
３０ａ ソレノイド
３２Ａ メータイン圧センサ
３２Ｂ メータアウト圧センサ
３４ 絞り弁制御装置

Claims (4)

1. 外力が作用する駆動対象を油圧によって前記外力の方向と同じ方向である特定駆動方向に駆動するための油圧駆動装置であって、
   作動油を吐出する油圧ポンプと、
   第１ポート及び第２ポートを有し、前記第１ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記第２ポートから作動油を排出することにより前記駆動対象を前記特定駆動方向に駆動するように作動する油圧アクチュエータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの第１ポートに作動油を導くための第１アクチュエータラインと、
   前記油圧アクチュエータの第２ポートから排出された作動油をタンクに導くための第２アクチュエータラインと、
   前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に介在し、前記油圧ポンプから前記第１アクチュエータラインを通じての前記第１ポートへの作動油の供給及び前記第２ポートから前記第２アクチュエータラインを通じての作動油の排出を許容するように開弁するコントロールバルブと、
   前記油圧アクチュエータを動かすための指令操作を受け、当該指令操作に応じて前記コントロールバルブを開弁させるアクチュエータ操作装置と、
   前記第２アクチュエータラインに設けられるカウンタバランス弁であって、前記第１アクチュエータラインを通じて前記油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力であるメータイン圧の入力を受けるパイロットポートを有していて当該パイロットポートに入力される当該メータイン圧が予め設定された設定圧以下のときには当該パイロットポート入力される当該メータイン圧が当該設定圧を超える場合に比べて閉弁方向に作動することにより前記第２アクチュエータラインにおける作動油の流量を制限して背圧を保持するカウンタバランス弁と、
   前記メータイン圧を前記パイロットポートに導くように前記第１アクチュエータラインと前記パイロットポートとを接続する開弁パイロットラインと、
   前記開弁パイロットラインの途中に設けられる絞り弁であって開口指令信号の入力を受けることにより当該開口指令信号に対応した開口面積で開弁するように作動する可変絞り弁と、
   前記メータイン圧と前記油圧アクチュエータの前記第２ポートから排出される作動油の圧力であるメータアウト圧との差であるアクチュエータ差圧が予め設定された設定差圧以上の場合には当該アクチュエータ差圧が当該設定差圧未満の場合に比べて前記可変絞り弁の開口面積を大きくするように当該可変絞り弁に前記開口指令信号を入力する絞り制御部と、を備える、油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記可変絞り弁は、前記開口指令信号としてパイロット圧の入力を受けることにより前記開口面積が変化するように駆動されるパイロット操作式の絞り弁であり、前記絞り制御部は、前記アクチュエータ差圧が大きいほど前記可変絞り弁の開口面積を大きくするように当該アクチュエータ差圧によって当該可変絞り弁を開弁方向に駆動する、油圧駆動装置。
3. 請求項２記載の油圧駆動装置であって、前記可変絞り弁は、開きパイロット圧の入力を受ける開きパイロットポート及びその反対側に位置して絞りパイロット圧の入力を受ける絞りパイロットポートを有していて前記開きパイロットポートに入力される前記開きパイロット圧と前記絞りパイロットポートに入力される前記絞りパイロット圧との差圧によって開き方向に駆動されるものであり、前記絞り制御部は、前記メータイン圧を前記開きパイロットポートに入力するように前記第１アクチュエータラインと前記開きパイロットポートとに接続される開きパイロットラインと、前記メータアウト圧を前記絞りパイロットポートに入力するように前記第２アクチュエータラインと前記絞りパイロットポートとに接続される絞りパイロットラインと、を有する、油圧駆動装置。
4. 請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記可変絞り弁は、前記開口指令信号として電気信号の入力を受けることにより当該電気信号に対応した開口面積を有するように駆動される電磁駆動式の絞り弁であり、前記絞り制御部は、前記メータイン圧を検出するメータイン圧センサと、前記メータアウト圧を検出するメータアウト圧センサと、前記メータイン圧センサにより検出される前記メータイン圧と前記メータアウト圧センサにより検出される前記メータアウト圧との差である検出差圧が前記設定差圧以上のときに当該検出差圧が当該設定差圧未満のときに比べて前記可変絞り弁の開口面積を大きくするような電気信号を当該可変絞り弁に入力する絞り弁制御装置と、を有する、油圧駆動装置。

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