JP2020090942A - 液圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐スリップ性能の低下を抑止した液圧モータを提供する。【解決手段】 液圧駆動装置が、斜板と、一対の出入口ポートを有し、斜板に対して摺動して回転する回転部を支持するケーシングと、一対の出入口ポートを回転部に接続する一対の主ラインと、斜板を傾転させる液圧式の傾転機構と、一対の主ラインの圧力のうち高い方の圧力を選択して出力する高圧選択弁と、高圧選択弁を傾転機構に接続する傾転制御ラインと、所定の条件の成否に応じて傾転制御ラインを開閉する開閉機構と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械、産業機械あるいは農業機械に用いられ得る液圧駆動装置に関する。

建設機械あるいは産業機械に搭載される作業機の駆動源として、液圧モータが一般的に採用されている。

例えば特許文献１では、バックホーの旋回台の駆動源に可変容量式の液圧モータを用いている。斜板は、液圧式の傾転機構によって傾転させられる。傾転機構は、斜板に連結されたピストン、および、ピストンを作動させる液圧を制御するレギュレータを備えている。出入口圧のうち高圧側が、斜板に対して摺動して回転する回転部に供給され、また、レギュレータに一次圧として分配される。

特開２００８−８２１２７号公報

ところで、液圧モータには「保持性能」あるいは「スリップ性能」が求められる。スリップとは、出入口ポートが閉止された状態で外部からトルクが加わった場合に、モータ内部での液漏れ部分が出口となって回転部が回転することである。この回転が少ないと、保持性能が高いとされる。

従来のように、レギュレータとピストンに出入口圧の高圧側を導いていると、出口側ポートの閉止時に外部からトルクが加わると、レギュレータおよびピストンからの液漏れを招く。モータ内部での液漏れが増加して保持性能の低下を招く。

そこで本発明は、保持性能の低下を抑止した液圧駆動装置を提供することを目的としている。

本発明の一形態に係る液圧駆動装置は、一対の出入口ポートを有するケーシングと、斜板を含む可変容量式の液圧モータと、前記一対の出入口ポートを前記液圧モータに接続する一対の主ラインと、前記斜板を傾転させる液圧式の傾転機構と、前記一対の主ラインの圧力のうち高い方の圧力を選択して出力する高圧選択弁と、前記高圧選択弁を前記傾転機構に接続する傾転制御ラインと、所定の条件に基づいて、前記傾転制御ラインを開閉する開閉機構と、を備える。

前記構成によれば、傾転制御ラインが閉鎖されているときに、主ラインが傾転機構から遮断されるので、主ラインからの液漏れを防ぐことができる。よって、スリップ性能の低下を抑止できる。

前記傾転制御ラインと合流され、前記傾転機構に圧液を供給する供給ラインを更に備えてもよい。

前記構成によれば、開閉機構で傾転制御ラインを閉鎖しており主ラインを通流する液圧で傾転機構を作動させることができない状況であっても、供給ラインからの圧液で傾転機構を作動させることができる。開閉機構で傾転制御ラインを閉鎖しても、モータの容量制御を継続的に実行できる。

前記開閉機構が、電磁開閉弁またはパイロット式開閉弁であってもよい。

前記構成によれば、条件成否に応じて電気信号または信号圧の供給／停止すればよく、上記した作用を実現しやすい。

前記傾転機構が、前記斜板と連結されるピストン、および、前記ピストンへの圧液の給排を制御するレギュレータを備え、前記開閉機構がパイロット式開閉弁である場合において、前記レギュレータに供給される指令圧が前記パイロット式開閉弁にも信号圧として供給されてもよい。

前記構成によれば、開閉機構のための信号圧の供給源および供給経路を簡素化できる。

前記供給ラインは、前記出入口ポートよりも高圧を供給し、前記開閉機構が、前記傾転制御ライン上に設けられ、前記傾転機構から前記主ラインへの逆流を阻止する逆止弁と、前記所定条件の成否に応じて前記供給ラインを介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構と、を備えてもよい。

前記構成によれば、切換機構が高圧の圧液を供給する状態となれば、逆止弁が閉弁する。主ラインを傾転機構から切り離すことと、当該状態において傾転機構を作動させ続けることとを実現できる。

本発明によれば、保持性能の低下を抑止した液圧駆動装置を提供できる。

第１実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。 第２実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。 第３実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。 第４実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。 第５実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。 第６実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る液圧駆動装置１０を示す回路図である。実施形態に係る液圧駆動装置１０は、建設機械、産業機械あるいは農業機械（以下、単に機械と総称する）に搭載される。機械には、旋回台などの作業機を駆動する液圧駆動ユニット１が設けられている。液圧ユニット１は、作業機を液圧式で駆動する液圧回路２、および、液圧回路２の動作を制御する制御装置９を備えている。液圧駆動装置１０は、液圧回路２を構成する一要素であり、作業機を駆動するアクチュエータとしての役割を果たす。液圧駆動装置１０の出力軸１０ａは、作業機と動力伝達可能に連結される。

液圧回路２は、液圧駆動装置１０の他、液圧駆動装置１０に液圧を供給するポンプ３、作動液を溜めるタンク４、および、ポンプ３から液圧駆動装置１０への圧液の給排を制御する制御弁５を備えている。

液圧駆動装置１０は、可変容量式の液圧モータ１３、およびこれを収容するケーシング１１を備える。液圧モータ１３は、斜板１２を含む。液圧モータ１３は、斜板１２に対して摺動しながら回転するロータリー部である。詳細構造の図示を省略するが、液圧モータ１３は、ケーシング１１に回転可能に支持されるシリンダブロック、シリンダブロックに進退可能に挿入された複数のピストン、各ピストンの先端に取り付けられて斜板２上で摺動するシューを含む。液圧モータ１３の出力軸１０ａは、シリンダブロックと一体に回転する。斜板１２の傾斜角は可変であり、液圧モータ１３の容量が傾斜角に応じて変更される。

ケーシング１１は、一対の出入口ポート１４，１５を有する。ケーシング１１には、一対の出入口ポート１４，１５を液圧モータ１３に接続する一対の主ライン１６，１７が設けられている。以下、一方のポート１４を「第１出入口ポート１４」、他方のポート１５を「第２出入口ポート１５」という場合がある。第１出入口ポート１４に接続される主ライン１６を「第１主ライン１６」、第２出入口ポート１５に接続された主ライン１７を「第２主ライン１７」という場合がある。

液圧モータ１３は、両方向に回転可能である。液圧回路２の制御弁５は、液圧モータ１３を第１方向に回転させる第１駆動状態（図１の右ファンクション）、液圧モータ１３を第１方向と逆の第２方向に回転させる第２駆動状態（図１の左ファンクション）、および、液圧モータ１３を停止させる停止状態（図１の中央ファンクション）のいずれかに状態を切り換えるように構成されている。機械の作業員の操作に応じて状態を切り換えるが、操作を制御弁５の動作に反映させるための構成は、特に限定されない。

第１駆動状態では、第１出入口ポート１４および第１主ライン１６がポンプ３の吐出側と接続され、第２出入口ポート１５および第２主ライン１７がタンク４と接続される。第２駆動状態では、第２出入口ポート１５および第２主ライン１７がポンプ３の吐出側と接続され、第１出入口ポート１４および第１主ライン１６がタンク４と接続される。ポンプ３の吐出圧に基づく入口圧ＰＡが、第１駆動状態では第１出入口ポート１４に供給され、第２駆動状態では第２出入口ポート１５に供給される。停止状態では、一対の出入口ポート１４，１５がポンプ３およびタンク４から遮断される。なお、制御弁５を３位置方向切換弁として図示しているのは単なる一例であり、状態の切換えを実現できればどのような回路構成を採用してもよい。

本実施形態に係る液圧駆動装置１０は、斜板１２を傾転させる液圧式の傾転機構１８を備える。傾転機構１８は、斜板１２と連結されるピストン１９、ピストン１９への圧液の給排を制御するレギュレータ２０、および、斜板１２の傾転角をレギュレータ２０にフィードバックするフィードバック機構２９を含む。

ピストン１９は、第１液室１９ａおよび第２液室１９ｂを有する。圧液がこれら液室１９ａ，１９ｂに給排されることで、ピストン１９はその軸方向に移動して斜板１２の傾転角を変更させる。

レギュレータ２０は、一例として、スリーブ・スプール弁である。フィードバック機構２９は、斜板１２とレギュレータ２０のスリーブとに連結されている。レギュレータ２０のスプールには、互いに反対向きのバネ２１の付勢力とシリンダ２２の押圧力とが作用するようになっている。シリンダ２２の液室には、指令圧ライン２３が接続されており、指令圧Ｐｉが液圧駆動装置１０の外部から指令圧ライン２３を介してシリンダ２２に供給され、シリンダ２２は指令圧Ｐｉに応じた押圧力をスプールに付与する。

レギュレータ２０は、一次圧ポート２０ａ、ドレンポート２０ｂおよび二次圧ポート２０ｃを有する。二次圧ポート２０ｃは、二次圧ライン２４を介してピストン１９の第１液室１９ａと接続されている。一次圧ポート２０ａは、傾転制御ライン３０と接続されている。

液圧駆動装置１０は、高圧選択弁３１および傾転制御ライン３０を備えている。高圧選択弁３１は、一対の主ライン１６，１７それぞれから分岐する上流分岐部３０ａ，３０ｂと接続される。高圧選択弁３１は、一対の主ライン１６，１７の圧力のうち高い方の圧力を選択して、傾転制御ライン３０に出力する。傾転制御ライン３０は、高圧選択弁３１を傾転機構１８に接続している。傾転制御ライン３０は、高圧選択弁３１に接続された共通部３０ｃ、および、共通部３０ｃの下流で二股に分かれた一対の下流分岐部３０ｄ，３０ｅを有する。一方の下流分岐部３０ｄが共通部３０ｃをピストン１９の第２液室１９ｂに接続しており、他方の下流分岐部３０ｅが共通部３０ｃをレギュレータ２０の一次圧ポート２０ａに接続している。

液圧駆動装置１０は、傾転制御ライン３０と合流され、傾転機構１８に圧液を供給する供給ライン４０を備えている。供給ライン４０は、傾転制御ライン３０のうち、共通部３０ｃあるいは一対の下流分岐部３０ｄ，３０ｅに接続されている。サーボ圧Ｐｓが、液圧モータ１０の外部から供給ライン４０および一対の下流分岐部３０ｄ，３０ｅを介し、ピストン１９およびレギュレータ２０に供給されることができる。供給ライン４０には、傾転機構１８および傾転制御ライン３０からの圧液の逆流を阻止する逆止弁４１が設けられている。

液圧駆動装置１０は、所定の条件に基づいて、傾転制御ライン３０を開閉する開閉機構３５を備える。開閉機構３５は、特に、共通部３０ｃに設けられている。開閉機構３５が閉鎖状態であるときには、一対の主ライン１６，１７のどちらが高圧であるのか否かに関わらず、ピストン１９にもレギュレータ２０にも一対の主ライン１６，１７から圧液が流れるのを阻止できる。他方、共通部３０ｃが開閉されるので、サーボ圧Ｐｓは、供給ライン４０および一対の下流分岐部３０ｄ，３０ｅを介してピストン１９およびレギュレータ２０に供給されることができる。

本実施形態では、開閉機構３５は、電磁開閉弁３６によって構成されている。一例として、電磁開閉弁３６は常開型であり、制御装置９から閉鎖指令信号が出力されると、共通部３０ｃを閉鎖するように構成されている。制御装置９は上記の所定の条件の成否を判定し、条件成立時に閉鎖指令信号を出力する。

この所定の条件は、一例として、制御弁５が前述した停止状態となっているという条件を含む。この停止状態で機械の外部から作業機を介して出力軸１０ａにトルクが加わった場合に、液圧モータ１３が液圧回路２のポンプ３およびタンク４から遮断されているにも関わらず、液圧モータ１３（ロータリー部）が回転する現象を「スリップ」という。スリップは、液圧駆動装置１０内で生じる液漏れによって発生する。仮に開閉機構３５がなければ、一対の主ライン１６，１７のうち高圧側の圧液が、高圧選択弁３１および共通部３０ｃを介して、ピストン１９およびレギュレータ２０に供給される。ピストン１９およびレギュレータ２０において液漏れが生じやすく、そのためスリップの程度が大きくなる可能性がある。

本実施形態では、このような停止状態において開閉機構３５が傾転制御ライン３０を閉鎖する。これにより、一対の主ライン１６，１７が液漏れを生じやすい傾転機構１８から遮断される。したがって、保持性能（スリップ性能）の低下を抑止できる。

停止状態でも、供給ライン４０を介してサーボ圧Ｐｓを傾転機構１８に供給できるので、開閉機構３５が傾転制御ライン３０を閉鎖している状態でも、斜板１２の傾転角を変更する制御（液圧モータ１０の容量を変更する制御）を継続的に実行できる。なお、共通部３０ｃには、サーボ圧Ｐｓが主ライン１６，１７に逆流するのを阻止する逆止弁３９が設けられており、そのため、液圧モータ１３が逆止弁３９で保護される。逆止弁３９は電磁開閉弁３６と直列に並んでいる。図示例では、逆止弁３９が電磁開閉弁３６に対して傾転機構１８に近い側（下流側）に配置されているが、逆に配置されていてもよい。

開閉機構３５を電磁開閉弁で構成しているので、条件成否に応じて信号を供給／停止すればよく、上述した作用を実現しやすい。

以下、第２〜第６実施形態に係る液圧駆動装置について、第１実施形態との相違を中心に説明する。

（第２および第３実施形態）
図２に示すように、第２実施形態に係る液圧駆動装置２１０においては、開閉機構２３５が、第１実施形態の電磁開閉弁に代えて、パイロット式開閉弁２３６によって構成されている。パイロット式開閉弁２３６は、常開型のスプール弁であり、信号圧の供給を受けて傾転制御ライン３０の共通部３０ｃを閉鎖するように構成されている。この構成によっても、条件成否に応じて信号を供給／停止すればよく、第１実施形態として説明した作用を実現しやすい。

開閉機構２３５のための信号圧は、レギュレータ２０のピストンに指令圧Ｐｉを供給する指令圧ライン２３から分岐した信号圧ライン２３ｂを介して、液圧駆動装置２１０の外部から供給される。このように、レギュレータ２０に供給される指令圧Ｐｉがパイロット式開閉弁２３６にも信号圧として供給されるようにしており、指令圧Ｐｉに応じて開閉機構２３６が開閉可能に構成されているので、開閉機構２３５のための信号圧の供給源および供給経路を簡素化できる。

この場合において、指令圧Ｐｉが立つという条件が成立するときに、開閉機構２３５が傾転制御ライン３０を閉鎖する。図２は、いわゆるネガティブコントロールを例示しており、指令圧Ｐｉが立つと、第１液室１９ａにサーボ圧Ｐｓが供給されて傾転角が小さくなる。これは一例であり、いわゆるポジティブコントロール（指令圧Ｐｉが立つと傾転角が大きくなる）ように構成されていてもよい。

図３に示すように、第３実施形態に係る液圧駆動装置３１０においては、開閉機構３３５が、ポペット型のパイロット式開閉弁３３６によって構成されている。第２実施形態と同様、信号圧は、指令圧ライン２３から分岐した信号圧ライン２３ｂを介し、液圧駆動装置２１０の外部から開閉弁３３６に供給される。高圧選択弁３１で選択された高圧と、開閉弁３３６に設けられたバネによって設定されるセット圧と、信号圧ライン２３ｂを介して供給される信号圧との大小関係に基づいて、開閉弁３３６は傾転制御ライン３０の共通部３０ｃを開閉する。この構成においても、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用を得られる。図３もいわゆるネガティブコントロールを例示しているが、第２実施形態と同様にして、いわゆるポジティブコントロールにも適用可能である。

（第４および第５実施形態）
図４および図５に示すように、第４実施形態および第５実施形態に係る液圧駆動装置４１０，５１０においては、開閉機構が、傾転制御ライン３０上に設けられて傾転機構１８から主ライン１６，１７への逆流を阻止する逆止弁３９と、所定条件の成否に応じて供給ライン４０を介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構とを備えている。逆止弁３９は、傾転制御ライン３９の共通部３０ｃ上に介在している。

図４を参照して、第４実施形態においては、開閉機構４３５の切換機構が、供給ライン４０に介在する制御弁４３５によって構成されている。制御弁４３５は、第１入口ポート、第２入口ポートおよび出口ポートを有する。出口ポートは供給ライン４０を介して傾転制御ライン３０に接続されている。制御弁４３５は、出口ポートが第１入口ポートと接続される状態（第１状態）と、第２入口ポートと接続される状態（第２状態）とで状態を切り換えるように構成されている。第１入口ポートにはサーボ圧Ｐｓが供給され、第２入口ポートには傾転制御ライン３０を閉鎖するよう高圧に設定された閉鎖制御圧Ｐｙが供給される。制御弁４３５は一例として電磁弁であり、通常は第１状態とされる。制御装置９から閉鎖指令信号が出力されると、第１状態から第２状態に切り換わる。第１実施形態と同様、制御装置９は所定の条件成立時に閉鎖指令信号を開閉機構４３５（制御弁４３６）に出力する。

閉鎖制御圧Ｐｙは主ライン１６，１７を流れる液圧よりも高圧に設定される。そのため、制御弁４３６が第２状態となると、高圧選択弁３１で主ライン１６，１７のいずれの液圧が選択されたとしても、傾転制御ライン３０上の逆止弁３９が閉弁する。これにより、傾転制御ライン３０上に開閉するための弁を設けない場合であっても、第１実施形態と同様にして、傾転制御ライン３０を所定条件成立下で閉鎖して主ライン１６，１７を傾転機構１８から遮断できる。また、この状況下で、閉鎖制御圧Ｐｙをピストン１９およびレギュレータ２０に供給でき、かつ、レギュレータ２０のシリンダ２２に閉鎖機構４３５のための信号供給とは独立して指令圧Ｐｉを供給できるので、斜板１２の傾転角制御を継続的に実行できる。

図５を参照して、第５実施形態においては、開閉機構５３５の切換機構が、供給ライン４０に介在する制御弁５３５によって構成されている。制御弁５３５は一次圧ポート、二次圧ポート、ドレンポートを有し、二次圧ポートが逆止弁４１を介して傾転制御ライン３０に接続されている。一次圧ポートにはサーボ圧Ｐｓが供給される。本実施形態に係るサーボ圧Ｐｓは、第４実施形態に係る閉鎖制御圧Ｐｙと同様、主ライン１６，１７を流れる液圧よりも高圧に設定される。

制御弁５３５は一例として比例電磁弁であり、制御装置９から出力される閉鎖指令信号の電流値に基づいて二次圧ポートに出力される液圧を調整可能である。制御装置９は、所定の条件成立時に所定電流値以上の閉鎖指令信号を開閉機構５３５（制御弁５３６）に出力する。これにより、第４実施形態と同様にして、高圧選択弁３１で主ライン１６，１７のいずれの液圧が選択されたとしても、傾転制御ライン３０上の逆止弁３９が閉弁する。これにより、傾転制御ライン３０を所定条件下で閉鎖して主ライン１６，１７を傾転機構１８から遮断できる。また、この状況下で、サーボ圧Ｐｓ（二次圧）をピストン１９およびレギュレータ２０に供給でき、かつ、レギュレータ２０のシリンダ２２に開閉機構５３５への信号供給とは独立して指令圧Ｐｉを供給できるので、斜板１２の傾転角制御を継続的に実行できる。

（第６実施形態）
図６に示すように、第６実施形態に係る液圧駆動装置６１０では、開閉機構６３５が、高圧選択弁３１から出力された圧力と供給ライン４０の圧力（サーボ圧Ｐｓ）との差に基づいて傾転制御ライン３０（特に、その共通部３０ｃ）を開閉するパイロット式開閉弁によって構成されている。開閉弁はスプール弁であり、スプールの一端に高圧選択弁３１から出力された圧力が作用し、スプールの他端にサーボ圧Ｐｓが作用する。スプール一端の受圧面積と、スプール他端の受圧面積とは、同じでも異なってもいてもよい。異なる場合、スプール他端の受圧面積が、スプール一端の受圧面積よりも大きくてもよい。その場合、サーボ圧Ｐｓが高圧選択弁３１から出力された圧力よりも小さくても、開閉機構６３５が傾転制御ライン３０を閉鎖することができる。

これまで実施形態について説明したが、上記構成は単なる一例であり、本発明の範囲内で適宜追加、変更および／または削除可能である。いずれの実施形態でも液圧回路２が開回路で構成されているが、液圧回路は双方向に回転可能なポンプを用いて閉回路で構成されていてもよい。

１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 液圧モータ
１１ ケーシング
１２ 斜板
１３ 回転部
１４，１５ 出入口ポート
１６，１７ 主ライン
１８ 傾転機構
１９ ピストン
２０ レギュレータ
３０ 傾転制御ライン
３５，２３５，３３５，４３５，５３５ 開閉機構
３６ 電磁開閉弁
２３６，３３６ パイロット式開閉弁
４０ 供給ライン

Claims (6)

1. 一対の出入口ポートを有するケーシングと、
   斜板を含み、前記ケーシングに収容される可変容量式の液圧モータと、
   前記一対の出入口ポートを前記液圧モータに接続する一対の主ラインと、
   前記斜板を傾転させる液圧式の傾転機構と、
   前記一対の主ラインの圧力のうち高い方の圧力を選択して出力する高圧選択弁と、
   前記高圧選択弁を前記傾転機構に接続する傾転制御ラインと、
   所定の条件に基づいて、前記傾転制御ラインを開閉する開閉機構と、を備える
   液圧駆動装置。
2. 前記傾転制御ラインと合流され、前記傾転機構に圧液を供給する供給ラインを更に備える
   請求項１に記載の液圧駆動装置。
3. 前記開閉機構が、電磁開閉弁またはパイロット式開閉弁である
   請求項１または２に記載の液圧駆動装置。
4. 前記傾転機構が、前記斜板と連結されるピストン、および、前記ピストンへの圧液の給排を制御するレギュレータを備え、
   前記開閉機構がパイロット式開閉弁である場合において、前記レギュレータに供給される指令圧が前記パイロット式開閉弁にも信号圧として供給される
   請求項３に記載の液圧駆動装置。
5. 前記供給ラインは、前記出入口ポートよりも高圧を供給し、
   前記開閉機構が、
   前記傾転制御ライン上に設けられ、前記傾転機構から前記主ラインへの逆流を阻止する逆止弁と、
   前記所定条件の成否に応じて前記供給ラインを介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構と、を備える
   請求項２に記載の液圧駆動装置。
6. 前記開閉機構が、前記傾転制御ライン上に設けられたパイロット式開閉弁によって構成され、前記パイロット式開閉弁のスプールの一端に前記高圧選択弁から出力された圧力が作用し、前記スプールの他端に前記供給ラインの圧力が作用し、
   前記パイロット式開閉弁が前記２つの圧力に基づいて前記傾転制御ラインを開閉可能に構成されている、
   請求項２に記載の液圧駆動装置。
   

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