JP2799025B2

JP2799025B2 - 流体圧アクチュエータの駆動回路

Info

Publication number: JP2799025B2
Application number: JP2018197A
Authority: JP
Inventors: 正人小坂
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH03223505A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、建設機械に備える油圧アクチュエータ等の
駆動回路の改良に関する。

（従来の技術）パワーショベル等の建設機械は、例えばブームの駆動
や走行のために数多くの油圧アクチュエータを備えてい
る。これらのアクチュエータはエンジンに結合した油圧
ポンプの吐出油により駆動されるが、同時に複数のアク
チュエータを使用する場合もあるので、第３図に示すよ
うに例えばアクチュエータを制御するコントロールバル
ブを複数のユニット２と３に分け、これらのユニット２
と３に２台の油圧ポンプ1Aと1Bから別々に作動油を供給
している。

各油圧ポンプ1Aと1Bには吐出圧に応じて傾転角を変え
るレギュレータ40と41が付設され、これにより吐出量を
吐出圧に応じて変化させる、いわゆる馬力一定制御が行
われ、油圧ポンプ1Aと1Bを駆動するエンジンに過大な負
荷がかからないようになっている。

ところで、アクチュエータの負荷が小さく、かつアク
チュエータが必要とする作動油の量も少ないような場合
に、油圧ポンプ1Aと1Bに馬力一定制御のみを適用した場
合、各々のポンプ1Aと1Bは最大流量を吐出するので、コ
ントロールバルブユニット２と３に必要以上の作動油が
供給され、その結果エネルギーの無駄が多くなるととも
に、アクチュエータの微操作が困難になってしまう。

そこで、この駆動装置においては、コントロールバル
ブユニット２と３からタンク23へ還流する余剰流の還流
通路内の圧力Pn₁とPn₂を検出し、これらの合計圧力が高
い場合、つまり余剰流量が多い場合には、油圧ポンプ1A
と1Bの吐出圧が低くてもレギュレータ40と41が油圧ポン
プ1Aと1Bの傾転角を大きくしないようにする、いわゆる
ネガティブコントロール回路が備えられている。

（発明の課題）しかしながら、この駆動装置の場合にはコントロール
バルブユニット２と３ごとに油圧ポンプ1Aと1Bを備えて
いるため、装置が大型になり、コストも高いという問題
があった。

一方、一つのポンプで複数のアクチュエータを同時に
制御するものとしてロードセンシング回路がある。ロー
ドセンシング回路によれば、高圧回路圧をアクチュエー
タ群の最大の負荷圧とするとともに、各コントロールバ
ルブの開度に応じた流量を各々のアクチュエータに供給
し、ポンプ吐出量が必要な流量（各アクチュエータへの
供給流量の総和）となるように制御し、結果として省エ
ネ効果と良好な微操作性を得ている。

しかしながら、この回路の場合には各々のコントロー
ルバルブ毎に圧力補償回路や圧力信号回路を備える必要
があり、その分構造が複雑になるという問題がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、単
一のポンプで複数のコントロールバルブユニットに圧力
油を供給して複数のアクチュエータを駆動でき、かつネ
ガティブコントロール機能を備えた駆動回路を提供する
ことを目的とする。

（課題を達成するための手段）本発明は、容量可変ポンプの吐出圧に応動してポンプ
傾転角を変化させるレギュレータと、このポンプに並列
に接続した複数のコントロールバルブユニットからタン
クへ還流する流体の還流量に基づく圧力を検出する回路
と、これらの検出圧力に応じて前記ポンプから各コント
ロールバルブユニットに至る分岐通路の流路断面積を拡
縮する制御弁と、各制御弁の下流側の圧力の差に応じて
制御弁とコントロールバルブユニットとの間の流路断面
積を拡縮する分流弁と、前記検出圧力の合成圧に応じて
レギュレータのポンプ傾転拡調整を補正する手段とを備
えている。

（作用）圧力検出回路が各コントロールバルブユニットからタ
ンクへの還流流体の流量に基づく圧力を検出すると、制
御弁がこの検出圧力に応じて還流流量の少ないコントロ
ールバルブユニットに至る分岐通路の流路断面積を拡大
し、還流流量の多いコントロールバルブユニットに至る
分岐通路の流路断面積を縮小する。

分流弁は制御弁の下流側圧力に応じて制御弁に至る流
路断面積を高圧側で拡大し、低圧側で縮小することによ
り、制御弁から各コントロールバルブユニットへ供給さ
れる流体の圧力を等しく保持するので、結果としてポン
プと各コントロールバルブユニットとの差圧は等しく、
通路面積のみが変化することになる。

このような作用により、ポンプの吐出流体は各コント
ロールバルブユニットが制御するアクチュエータの必要
流量に比例して有効に分配される。

一方、補正手段が圧力検出回路の検出圧力の合成圧に
応じて、レギュレータによるポンプ傾転角調整を補正す
ることにより、ポンプの吐出量は馬力一定制御のみなら
ず、コントロールバルブユニットすなわちアクチュエー
タが必要とする流体の総量に基づき制御される。

（実施例）第１図及び第２図に本発明の実施例を示す。

第１図において、１は油圧ポンプ、２と３は油圧ポン
プ１に並列に接続したコントロールバルブユニット（負
荷駆動回路）である。

油圧ポンプ１の吐出油は分流弁４を介してコントロー
ルバルブユニット２と３に供給される。油圧ポンプ１と
この分流弁４との間にはオリフィス５と６及び制御弁15
と16が介装される。オリフィス５と６は等しい断面積を
備え、油圧ポンプ１に対して並列に接続する。また、制
御弁15はオリフィス５と、制御弁16はオリフィス６とそ
れぞれ直列に接続する。

分流弁４は，制御弁15と16からコントロールバルブユ
ニット２と３に至る途中において作動油の流通断面をそ
れぞれ拡縮するもので、第２図に示すように制御弁15と
16の下流側の圧力P₁とP₂に応動するスプール７を中心に
構成される。

このスプール７はハウジング８に摺動自由に収装さ
れ、スプール７の外周には溝９と10が対称位置に形成さ
れる。ハウジング８には溝９に臨んでポート11と12が、
溝10に臨んでポート13と14が形成される。これらのう
ち、ポート12と14はコントロールバルブユニット２と３
に、ポート11と13は制御弁15と16にそれぞれ接続する。
また、スプール７の両端の油室17と18には制御弁15と16
の下流側の圧力P₁とP₂が作用する。

制御弁15と16は同一の寸法、形状と構造を備え、第２
図に示すようにハウジング40（41）に収装されたスプー
ル42（43）を中心に構成される。スプール42（43）の一
端はスプリング50（51）と、オリフィス５（６）から油
室44に導かれた圧力P₁₀（P₂₀）によって支持され、もう
一端は油室45に導かれた吐出圧Phと、油室46に導かれ
た、コントロールバルブユニット２（３）からタンク23
に還流する作動油の圧力Pn₁（Pn₂）によって支持され
る。

スプール42（43）には各ポート47と48の間を流れる作
動油を、スプール42（43）の変位に応じて増減させる環
状溝49が形成される。

なお、還流量に比例した圧力Pn₁とPn₂を取り出すため
に、コントロールバルブユニット２（３）からタンク23
に至る余剰流還流油路にオリフィス26（27）とリリーフ
弁28（29）が並列に介装される。

油圧ポンプ１には傾転角を調整するレギュレータ24が
付設される。レギュレータ24はハウジング30に摺動自由
に収装されたピストン31と、ピストン31の内側に摺動自
由に嵌合する小ピストン32からなり、油圧ポンプ１の傾
転角調整部36がピストン31と小ピストン32の先端に支持
され、これらのピストン31と32の変位に応じて傾転角を
変化させる構造となっている。ハウジング30にはピスト
ン31に前記の圧力Pn₁とPn₂を及ぼす油室33と34と、小ピ
ストン32に油圧ポンプ１の吐出圧Phを及ぼすための通路
35が形成される。

次に作用を説明する。

油圧ポンプ１を運転すると、油圧ポンプ１の吐出油が
オリフィス５と６、制御弁15と16及び分流弁４を介して
コントロールバルブユニット２と３に供給される。

制御弁15（16）はオリフィス５（６）の前後差圧（Ph
−P₁₀）、（Ph−P₂₀）と、コントロールバルブユニット
２と３からの余剰還流流量に比例する圧力Pn₁（Pn₂）と
のバランスに応じて変位して流路面積を絞る。

例えば、アクチュエータが必要とする作動油の流量が
少なく、コントロールバルブユニット２の余剰流の増加
によりPn₁が上昇すると、スプール42が第２図の左方向
へ変位して、コントロールバルブ２に至る流路を縮小
し、アクチュエータの必要流量が多く、コントロールバ
ルブ２の余剰流の減少によりPn₁が低下すれば、スプー
ル42が反対に変位してコントロールバルブ２への流路を
拡大するものであり、これにより制御弁15（16）はタン
ク23への余剰還流量に応じて面積が変化する可変絞りを
制御する。

なお、スプール42（43）の両端にはオリフィス５
（６）の前後差圧が作用しているため、圧力Pn₁（Pn₂）
によるスプール42（43）の開度が同一であるにもかかわ
らず、例えばオリフィス５（６）の下流圧力が低下した
とすると、スプール42は流路を絞る方向に変位し、圧力
の低下を防いで、流量の変動を補償する。

これに対し、分流弁４は分流される流量に応じた圧力
P₁、P₂に応動し、コントロールバルブユニット２と３に
至る流路の断面積を拡縮する。すなわち、P₁＞P₂となる
と、スプール７が第２図の右寄りに変位し、ポート11か
らコントロールバルブユニット２への供給流量を増や
し、ポート13からコントロールバルブユニット３への供
給流量を絞る。これによりP₂がP₁と等しくなるまで上昇
し、結局流量比（この流量比は制御弁15と16の開度によ
って決められる）に対応したところでスプール７は平衡
する。

コントロールバルブユニット２（３）からタンク23に
還流する余剰作動油の圧力Pn₁（Pn₂）は余剰還流量の増
加とともに上昇するが、制御弁15（16）がこの圧力に応
動するのでPn₁＝Pn₂の場合には制御弁15と16のスプール
43と44は等しい開度に保持され、かつ分流弁４によって
流量比が均等となるように制御されるので、コントロー
ルバルブユニット２と３に等量の作動油が供給される。

また、Pn₁≠Pn₂の場合、すなわち例えばコントロール
バルブユニット２の必要とする流量がコントロールバル
ブユニット３の必要とする流量に比べて相対的に少な
く、コントロールバルブユニット２からタンク23への余
剰還流量が多くなり（これはコントロールバルブユニッ
ト２側のアクチュエータをゆっくりと駆動し、コントロ
ールバルブユニット３側のアクチュエータを相対的に高
速で駆動することを意味する）、還流作動油の圧力がPn
₁＞Pn₂となると、この圧力変化により、制御弁15のスプ
ール42が第２図の左寄りに変位し、オリフィス５から分
流弁４に至る作動油の流通断面積が絞られる。また、作
動油流量に応じて分流弁４が変位するため、油圧ポンプ
１からオリフィス５への分流量、すなわちコントロール
バルブユニット２への供給流量が少なくなる。

このようにして、還流圧力Pn₁とPn₂の変化に応じてス
プール42と43がそれぞれ変位し、オリフィス５と６の前
後の圧力差を変えることにより、コントロールバルブユ
ニット２の必要流量の減少時にはコントロールバルブユ
ニット２への供給流量が減少させ、コントロールバルブ
ユニット３の必要流量の減少時にはコントロールバルブ
ユニット３への供給流量を減少させるので、油圧ポンプ
１の吐出油はコントロールバルブユニット２と３の必要
流量に応じて有効に分配される。

なお、一方のコントロールバルブユニット２（３）が
稼動していない場合には、もう一方のコントロールバル
ブユニット３（２）に油圧ポンプ１の吐出油のほぼ全量
が供給されるので、コントロールバルブユニット２
（３）に供給されるピーク流量は、この油圧ポンプ１の
半分の容量の油圧ポンプからコントロールバルブユニッ
ト２と３に個別に作動油を供給する場合と比べて約２倍
になる。

一方、油圧ポンプ１の傾転角を調整するレギュレータ
24においては、ピストン31と小ピストン32が油圧ポンプ
１の傾転角調整部36を支持している。そして、油圧ポン
プ１の吐出圧Phが一定以上に増加すると、この吐出圧Ph
に支持された小ピストン32が第１図の左側へと変位して
ピストン31から突出し、傾転角調整部36を介して油圧ポ
ンプ１の傾転角を小さくし、吐出量を減少させる。ま
た、吐出圧Phが減少すると小ピストン32は図の右側へ変
位して油圧ポンプ１の傾転角を大きくし、吐出量を増加
させる。これにより、通常の馬力一定型の運転が行われ
る。

さらに、小ピストン32の外側に構成されたピストン31
は還流作動油の圧力Pn₁とPn₂の合成圧力によって支持さ
れているので、コントロールバルブユニット２と３から
タンク23へ還流する余剰作動油の総流量が増加すると、
この合成圧力の増加によりピストン31が第１図の左側へ
と変位し、傾転角調整部36を駆動して油圧ポンプ１の傾
転角を小さくし、吐出量を減少させる。また、余剰還流
流量が減少すると合成圧力の減少によりピストン31が逆
方向へ変位して油圧ポンプ１の傾転角を大きくし、吐出
量を増加させる。

このようにして、小ピストン32を介した通常の馬力一
定型の傾転角制御を、コントロールバルブユニット２と
３からタンク23への余剰還流作動油の流量に応じて補正
するので、油圧ポンプ１の吐出量を過不足なく利用する
ことができ、油圧ポンプ１を駆動する原動機の負担も軽
減される。

なお、この実施例においては制御弁15と16に還流作動
油の圧力Pn₁とPn₂に加えて、油圧ポンプ１の吐出圧Phと
オリフィス５と６の下流側圧力P₁₀とP₂₀を作用させてい
るが、Pn₁とPn₂のみでも流量の制御は可能である。さら
に、オリフィス５と６を設けずに、制御弁15と16のみで
流量を制御することも可能である。

また、以上の説明では基本としてPn₁＝Pn₂の時にコン
トロールバルブユニット２と３に等しい流量が流れるも
のとしたが、この分流比はオリフィス５と６の断面積あ
るいは制御弁15と16の開度の設定の変更により変えるこ
とができる。

（発明の効果）以上のように、本発明はコントロールバルブユニット
からタンクへの余剰還流流量に基づく圧力を検出し、こ
の圧力に応じてポンプから各コントロールバルブユニッ
トに至る流路断面積を拡縮するようにしたので、常にコ
ントロールバルブユニットの余剰流量が少なくなるよ
う、つまり必要流量が供給されるように分流比が変化す
る。また、検出圧力の合成圧に応じてポンプ傾転角の調
整を補正するので、全アクチュエータの必要総流量に応
じて油圧ポンプの吐出量が変化する。

このため、一台のポンプで複数のコントロールバルブ
ユニットを介して複数のアクチュエータを効率良く駆動
でき、ポンプの単一化と小型軽量化及びコストの低減に
大きな効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すアクチュエータ駆動装置
の油圧回路図、第２図は制御弁と分流弁の構造を説明す
る構造図である。また、第３図は従来例を示すアクチュエータ駆動装置の
油圧回路図である。１……油圧ポンプ、2,3……コントロールバルブユニッ
ト、４……分流弁、7,43,44……スプール、15,16……制
御弁、24……レギュレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F15B 11/00 F04B 49/00 E02F 9/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容量可変ポンプの吐出圧に応動してポンプ
傾転角を変化させるレギュレータと、このポンプに並列
に接続した複数のコントロールバルブユニットからタン
クへ還流する流体の還流量に基づく圧力を検出する回路
と、これらの検出圧力に応じて前記ポンプから各コント
ロールバルブユニットに至る分岐通路の流路断面積を拡
縮する制御弁と、各制御弁の下流側の圧力の差に応じて
制御弁とコントロールバルブユニットとの間の流路断面
積を拡縮する分流弁と、前記検出圧力の合成圧に応じて
レギュレータのポンプ傾転角調整を補正する手段とを備
えたことを特徴とする流体圧アクチュエータの駆動回
路。