JP2981307B2 - 油圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械等の油圧駆動
装置に係り、殊にこのような回路における複合操作性な
らびに省エネ性の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械は、例えばバ
ケット、ブーム、アーム等の操作用或いは走行用等の各
種アクチュエータを備え、これらのアクチュエータは、
それぞれ方向切換弁を介して供給される油圧ポンプ（好
ましくは可変容量ポンプ）からの圧油によって駆動され
るように構成されている。ところで、このような油圧作
業回路において、個々のアクチュエータの必要圧油量の
合計が油圧ポンプの吐出容量を超過すると、各アクチュ
エータへの油量の分配が良好に行われず、いわゆるアク
チュエータの複合操作性を低下させる。このため、この
ような問題点を解決するものとして、例えば特開昭６０
−１１７０６号に開示されるような技術が知られてい
る。これによれば、ポンプと各方向切換弁との間にそれ
ぞれ補助弁を設け、アクチュエータの同時操作時には低
負荷側のアクチュエータの開度を制限することにより、
アクチュエータの複合操作性を向上するよう構成されて
いる。しかしながら、前記技術においては、補助弁がポ
ンプと方向切換弁の間に設けられていることから、アク
チュエータの複合操作時に例えばキャビテーションが発
生する等の難点があった。そこで、本出願人は先に新規
な技術を開発し特許出願を行った（特願平２−２３１９
３６号）。以下これについて簡単に説明する。

【０００３】図６において、油圧駆動回路は、基本的に
は、吐出流量制御手段１０を有する可変容量ポンプ１２
からの吐出油が、吐出ライン１４を通り、次いでそれぞ
れ分岐吐出ライン１６，１８、チェック弁２０，２２、
方向切換弁２４，２６、一方のアクチュエータライン例
えば２８ａ，３０ａ、アクチュエータ３２，３４、他方
のアクチュエータライン２８ｂ，３０ｂ、タンクライン
３６，３８を通り、そしてタンクライン４０からタンク
４２へ排出されるよう構成されている。しかるに、本技
術においては、各方向切換弁２４，２６にはそれぞれの
シリンダポートの圧力を検出する負荷圧力検出手段−単
位信号圧力ライン４４，４６と、これら負荷圧力の中の
最高圧力を最高信号圧力として選択する最高圧力選択手
段−チェック弁４８，４８および最高信号圧力ライン５
０とが設けられると共に、各タンクライン３６，３８に
はそれぞれ補助弁５２，５４が設けられ、そしてこれら
各補助弁には各方向切換弁の単位信号圧力ライン（負荷
圧力）４４，４６とばね５２ａ，５４ａ圧とが開方向に
最高信号圧力ライン５０が閉方向に印加される（以上の
構成を、以下便宜上、複合操作装置５６と称する）。更
に、吐出ライン１４とタンク４２との間をバイパスする
バイパスライン５８には圧力補償付流量制御弁６０と圧
力発生手段６２とが設けられ、制御弁６０には最高信号
圧力ライン５０が印加されると共に、圧力発生手段６２
の上流側圧力が制御ライン６４を介して吐出流量制御手
段１０に印加される（以上の構成を、以下便宜上、ポン
プ吐出流量制御装置６６と称する）よう構成されてい
る。

【０００４】そして、このような構成によれば、両アク
チュエータ３２，３４を同時駆動すべく両方向切換弁２
４，２６を同時に作動すると、そしてこの場合アクチュ
エータ３２の負荷圧が小さいとすると、ポンプ１２から
の圧油は方向切換弁２４を通りアクチュエータ３２側へ
のみ流れようとし、これにより方向切換弁２４のシリン
ダポート圧、すなわち単位信号圧力ライン４４内の圧力
が低下する。しかるに、方向切換弁２６においては圧油
は流動されないので、単位信号圧力ライン４６内の圧力
は一定に、すなわちポンプ吐出圧力に維持される。した
がって、補助弁５２は両端部に印加される低下された単
位信号圧力とポンプ吐出圧力を維持される最高信号圧力
ライン５０内の圧力との差圧により、図において右行
し、タンクライン３６が絞られる。したがって、アクチ
ュエータ３２への供給圧が上昇し、これによりポンプ吐
出圧力が結果的に高負荷側のアクチュエータ３４を駆動
し得る圧力まで上昇する。そしてこの時、ポンプ１２の
吐出流量制御手段１０はネガティブ流量制御であり、最
高信号圧力ライン５０により制御される圧力補償付流量
制御弁６０を通過するバイパス油によって発生するとこ
ろの圧力発生手段６２上流側圧力（すなわち、ポンプ流
量制御装置６６）により制御されているので、ポンプ１
２の吐出流量は、ポンプの吐出圧に関係なく、最高信号
圧力ライン５０内の圧力、すなわち結果的には方向切換
弁２４，２６の開度（操作量）のみによって設定され
る。このように、本技術（以降、従来技術と称する）に
よれば、負荷の異なるアクチュエータを確実に同時操作
することができる。しかもこの場合、ポンプ吐出流量は
最高信号圧力を介して方向切換弁の操作量に対応される
ので作業性が向上すると共に、一方補助弁はこれに対応
する戻りタンクライン内に設定されているので油圧駆動
装置内のキャビテーションの発生が確実に防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の技術においても、なお以下に述べるような大き
な省エネ上の改良を行う余地がある。すなわち、前記従
来の技術においては、可変容量ポンプの吐出流量制御
は、前述したように、方向切換弁からの最高信号圧力に
より制御される圧力補償付流量制御弁と圧力発生手段
（ポンプ流量制御装置）を介して行われるが、この場
合、ポンプバイパスラインからはポンプ吐出圧油がポン
プ吐出流量を制御するために圧力発生手段を介してタン
クへ排出されるので、該圧力発生手段の上流側圧力は比
較的低圧であるものの、これがタンクへ放出される際の
圧損によりエネルギ損失が発生していた。

【０００６】そこで、本発明の目的は、複合操作性に優
れると同時に、優れた省エネ性を達成することができる
油圧駆動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】先の目的を達成するため
に、本発明に係る油圧駆動装置は、吐出流量制御手段を
有する可変容量ポンプと、この可変容量ポンプによって
負荷される複数のアクチュエータと、前記可変容量ポン
プと前記複数のアクチュエータの間にそれぞれ設けられ
前記可変容量ポンプの吐出油をそれぞれのアクチュエー
タに供給すると共にそれぞれのアクチュエータからの戻
り油をタンクへ排出する複数の方向切換弁とから構成さ
れる油圧駆動装置において、前記複数の方向切換弁はク
ローズセンタ形に構成し、これら各方向切換弁にはその
それぞれのシリンダポートの圧力を検出する負荷圧力検
出手段と複数の方向切換弁を同時操作した状態で前記検
出された負荷圧力の中の最高圧力を最高信号圧力として
選択する最高圧力選択手段とを設け、一方、前記各方向
切換弁とタンクとの間を接続するそれぞれのタンクライ
ン上にこのライン内の開度を調整する補助弁を設け、こ
れら各補助弁にはこれらが設けられるそれぞれの方向切
換弁のシリンダポートの前記負荷圧力とばね力とを開方
向に、前記選択された最高信号圧力を閉方向に印加し、
更に、前記可変容量ポンプの吐出ラインとタンクとの間
をバイパスするバイパスライン上に圧力補償付流量制御
弁と流量検出手段とを設け、前記圧力補償付流量制御弁
には前記選択された最高信号圧力とばね力とを一側に印
加しかつポンプ吐出圧力を他側に印加し、前記流量検出
手段にはこれによって検出される前記バイパス通過流量
の減少、増加に対応して可変容量ポンプの吐出流量を増
加、減少させる制御信号を可変容量ポンプの前記吐出流
量制御手段へ印加する制御信号手段を設けることを特徴
とする。

【０００８】この場合、バイパスライン通過流量の検出
信号ならびに制御信号手段の制御信号は共に電気信号に
より構成すれば好適である。

【０００９】

【作用】本発明の油圧駆動装置においては、各方向切換
弁はクローズセンタ形に構成され、この切換弁には負荷
圧力検出手段（単位信号圧力ライン）と最高圧力選択手
段（最高信号圧力ライン）とが設けられ、補助弁には前
記単位および最高信号圧力がそれぞれ所定に印加され
る。すなわち、複合操作装置が設けられる。一方、バイ
パスライン上には、最高信号圧力により制御される圧力
補償付流量制御弁と制御信号手段とを有する流量検出手
段が設けられる。すなわち、ポンプ流量制御装置が設け
られる。しかるに、ここで、複合操作装置の構成は前記
従来技術の構成と同一であるが、しかしながら、ポンプ
吐出流量制御装置を形成する流量検出手段の制御信号手
段の構成は、従来技術の構成とはその作動を正反対に、
すなわちバイパス通過流量が増大（減少）するとポンプ
吐出流量を減少（増大）するよう構成されている。

【００１０】したがって、本発明の油圧駆動装置によれ
ば、複合操作装置の作用により、優れた複合操作性が発
揮されることは明らかであるが、しかも更に、ポンプ流
量制御装置の作用により、バイパス通過流量が増大する
とポンプ吐出流量が減少するので、結果的に絞り捨て量
が最少に抑制され、優れた省エネ性が達成される。

【００１１】

【実施例】次に、本発明に係る油圧駆動装置の一実施例
を添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、
説明の便宜上、図６に示す従来の構造と同一の構成部分
には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。

【００１２】先ず初めに、図１において、本発明の油圧
駆動装置は、前述したことからも判るように、図６に示
す従来技術において、ポンプ流量制御装置を新規に構成
したものである。したがって、以下の説明においては、
前記新規構成（技術）についてのみ説明するが、この前
に、重複するが基本的（全体的）構成と複合操作装置と
について簡単に説明する。すなわち、基本的構成は、可
変容量ポンプ１２とチェック弁２０，２２とクローズセ
ンタ形方向切換弁２４，２６とアクチュエータ３２，３
４とタンク４２とからなり、一方複合操作装置５６は、
負荷圧力検出手段−単位信号圧力ライン４４，４６と最
高圧力選択手段−チェック弁４８，４８、最高信号圧力
ライン５０と補助弁５２，５４とから構成されている。

【００１３】しかるに、本発明の新規技術、すなわちポ
ンプ流量制御装置７０は、可変容量ポンプ１２の吐出ラ
イン１４とタンク４２との間をバイパスするバイパスラ
イン５８上に設けられる圧力補償付流量制御弁７２と流
量検出手段７４とから構成され、そして、圧力補償付流
量制御弁７２にはその一側部に最高信号圧力ライン５０
とばね７２ａの圧力が印加されると共に他側部にはポン
プ吐出力圧力ライン７２ｂの圧力が印加される。一方、
流量検出手段７４には吐出流量制御手段１０へ制御信号
を印加する制御信号手段７６が設けられる。なお、ここ
で、流量検出手段７４は、好適には、通過流量をタービ
ンの回転数またはスプールのストローク量に変換し、次
いで前記回転数或いはストローク量を更に電気信号に変
換する形式のものから構成し、これにより、流量検出手
段７４における圧損を極力抑制できるようにする。ま
た、制御信号手段７６は、検出信号ライン７８上の信
号、すなわちバイパス通過流量ｑの検出電気信号ｎを制
御信号ライン８２上に制御電気信号ｉとして出力する演
算増幅器８０と、制御電気信号ｉを制御油圧信号Ｐ_ｐに
変換して吐出流量制御手段１０に印加する電油変換弁８
４と、この電油変換弁８４に操作圧油を供給する補助ポ
ンプ８６手段とから構成される。しかるに、流量検出手
段７４、演算増幅器８０および電油変換弁８４の特性
は、それぞれ図２，３，４に示されるようにポジティブ
に形成され、一方吐出流量制御手段１０の特性は、図５
に示されるようにネガティブに形成されているので、こ
れにより、ポンプ吐出流量Ｑは、バイパス通過流量ｑの
減少、増加に対応して増加、減少する。

【００１４】次に、このような構成からなる本発明の油
圧駆動装置の作動について説明する。なお、以下の説明
において、殊に複合操作装置５６の作動は従来技術と同
一であるので一部重複する。

【００１５】先ず、各方向切換弁２４，２６が中立状態
にある際には、各単位信号圧力ライン４４，４６はそれ
ぞれ単位タンクライン３６，３８、補助弁５２，５４を
経てタンクライン４０へ接続され、また最高信号圧力ラ
イン５０は微小絞り８８を経てタンクライン５８ｂに接
続されている。したがって、各補助弁５２，５４の両端
部に作用する信号圧力は同じ低圧タンクライン圧力とな
るので、各補助弁５２，５４は図示される全開位置にあ
る。一方、圧力補償付流量制御弁７２においては、その
一端部に最高信号圧力ライン５０の圧力が印加される
が、この圧力は前記低圧タンクライン圧力であるので、
他端部に印加される吐出圧力ライン７２ｂのポンプ吐出
圧により、制御弁７２は図において左行して開口し、し
たがって、可変容量ポンプ１２からの吐出油は前記制御
弁７２、ライン５８ａ、流量検出手段７４、タンクライ
ン５８ｂを経てタンク４２へ排出される。しかるに、こ
のバイパス通過流量ｑは、これが増加するとポンプ流量
制御装置７０を介してポンプ吐出流量Ｑが減少するの
で、最小に抑制される。

【００１６】次に、例えば方向切換弁２６を左方へ操作
すると、可変容量ポンプ１２からの吐出圧油は、吐出ラ
イン１４、分岐吐出ライン１８、チェック弁２２を経て
アクチュエータライン３０ａへ接続され、またこれと同
時に単位信号圧力ライン４６にも接続される。すると、
単位信号圧力ライン４６内の圧力は、ばね５４ａの力と
協働して補助弁５４に対して開方向に作用すると同時
に、チェック弁３８、最高信号圧力ライン５０を介して
各補助弁５４，５２に対して閉方向に作用する。この結
果、補助弁５４は両端部に作用する信号圧が同一である
ので図示の全開位置を維持するが、他方の補助弁５２は
信号圧を閉方向にのみ印加されるので閉じられる。なお
ここで、最高信号圧力ライン５０内の前記圧力は、圧力
補償付流量制御弁７２に対しても作用しているが、しか
るにこの圧力は、アクチュエータ３４が作動され始める
までは絞り２６内において圧損が発生しないことから、
ポンプ吐出圧、すなわち吐出圧力ライン７２ｂ内の圧力
と同一に維持されるので、前記制御弁７２はばね７２ａ
の力によって閉じられる。したがって、方向切換弁２６
の操作当初においては、可変容量ポンプ１２からの全吐
出圧油がアクチュエータライン３０ａへ送られ、そして
これによりアクチュエータ３４が駆動される。ところ
で、このようにしてアクチュエータ３４が駆動され始め
ると、すなわち方向切換弁２６の絞り２６ａ内にポンプ
吐出圧油が流動し始めると、絞り２６ａ内に圧力降下が
発生し、この分だけ信号圧力ライン４６，５０内の圧力
が降下し、この結果圧力補償付流量制御弁７２が開口す
ることとなる。

【００１７】そこで、この制御弁７２の開口について説
明する。今、方向切換弁２６の絞り２６ａ内における圧
力降下をΔｐ、信号圧力ライン４６，５０の圧力をｐ_ｓ
（ライン内での圧損を無視する）、吐出圧力ライン７２
ｂの圧力をＰｄ（ポンプ吐出圧力）、前記圧力ｐ_ｓ，Ｐ
ｄが作用する制御弁７２における面積をそれぞれａ（同
一とする）、そしてばね７２ａの荷重をＦとすると、Ｐ
ｄ−ｐ_ｓ＝Δｐであるので、Δｐ・ａ＞Ｆの状態になる
と、制御弁７２が開口し、バイパスライン５８内に流動
が発生する。したがって、流量検出手段７４によってバ
イパス通過流量ｑが検出される。この時のアクチュエー
タ３４への供給圧油量は、Ｑ（ポンプ吐出流量）−ｑで
ある。しかるにこの場合、流量ｑが大きい（制御弁７２
の開口面積が大きい）と、ポンプ流量制御装置７０の作
用によりポンプ吐出流量Ｑが減少し、したがって絞り２
６ａ内通過流量（アクチュエータ３４供給油量）が減少
し、圧力降下Δｐが減少する。そして、この結果、Δｐ
・ａ＜Ｆの状態になると、制御弁７２の開口面積が減少
（流量ｑが減少）し、ポンプ吐出流量Ｑが増大し、圧力
降下Δｐが増加する。そして結果的に、Δｐ・ａ＝Ｆの
状態になるように、流量ｑ，Ｑが設定される。

【００１８】このように、本発明によれば、アクチュエ
ータに供給される油量Ｑ−ｑは、絞り２６ａにおける圧
力降下Δｐ、すなわち方向切換弁の操作量のみによって
設定される。しかもここで、バイパス通過流量ｑは、す
なわちアクチュエータに供給されることなく絞り捨てら
れる圧油量は、方向切換弁の中立時（アクチュエータの
非作動時）に最大となるが、前記ｑは、これが増加する
と、前述したようにポンプ流量制御装置を介してポンプ
吐出流量Ｑを減少するよう作用するので、すなわち、バ
イパス通過流量ｑは常に最小となるよう制御されるの
で、従来の装置に比較して、油圧駆動装置全体の省エネ
性が大幅に向上する。

【００１９】なお、方向切換弁２６を操作してアクチュ
エータ３４を駆動している前記状態において、他方のア
クチュエータ３２を複合操作すべく方向切換弁２４を操
作すると、この場合アクチュエータ３２の負荷圧が小さ
いとすれば、複合操作装置５６の作用により、前述した
従来技術と同様に、両アクチュエータ３２，３４が確実
に複合操作されると同時に、ポンプ吐出流量は、ポンプ
吐出圧に関係なく、方向切換弁の開度のみによって設定
されることは明らかであるので、改めて説明することを
省略する。なお、この場合においても、ポンプ流量制御
装置７０は同様に作動することは勿論である。

【００２０】また、実施例においては、アクチュエータ
が２つのみの場合について説明したが、３つ或いはそれ
以上のアクチュエータに対しても同様に本発明が適用さ
れ得ることは明らかである。更に、本発明は、前述した
油圧作動装置を単位油圧回路とし、この単位油圧回路を
合流弁を介して接続することにより複合油圧作動装置と
して構成することも可能である。

【００２１】以上、本発明を好適な一実施例について説
明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、
その精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が
可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る油圧
駆動装置は、可変容量ポンプにより複数のアクチュエー
タをそれぞれの方向切換弁を介して駆動する油圧駆動装
置において、各方向切換弁のそれぞれのタンクライン上
に補助弁を設け、各方向切換弁には負荷圧力検出手段と
最高圧力選択手段とを設けると共に、前記各補助弁には
前記両手段からの圧力を印加するようにして複合操作装
置を構成し、一方、ポンプ吐出ラインのバイパスライン
上に最高圧力選択手段からの圧力により制御される圧力
補償付流量制御弁と制御信号手段を有する流量検出手段
とを設けて、ポンプ流量制御装置を設けるよう構成した
ので、複合操作装置の作用によりアクチュエータの複合
操作性を確実に達成できると同時に、ポンプ流量制御装
置の作用により絞り捨て圧油量を抑制して油圧駆動装置
の省エネ性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油圧駆動装置の一実施例を示す油
圧回路図である。

【図２】図１に示す油圧回路図における流量検出手段の
特性線図である。

【図３】図１に示す油圧回路図における演算増幅器の特
性線図である。

【図４】図１に示す油圧回路図における電油変換器の特
性線図である。

【図５】図１に示す油圧回路図における吐出流量制御手
段の特性線図である。

【図６】従来の油圧駆動装置を示す油圧回路図である。

【符号の説明】

１０ 吐出流量制御手段 １２ 可変容量ポ
ンプ １４ 吐出ライン １６，１８ 分岐
吐出ライン ２０，２２ チェック弁 ２４，２６ 方向
切換弁 ２６ａ 絞り ２８ａ，２８ｂ アクチュエータライン ３０ａ，３０ｂ アクチュエータライン ３２，３４ アクチュエータ ３６，３８，４０ タンクライン ４２ タンク ４４，４６ 単位
信号圧力ライン ４８ チェック弁 ５０ 最高信号圧
力ライン ５２，５４ 補助弁 ５６ 複合操作装
置 ５８ バイパスライン ５８ａ ライン ５８ｂ タンクライン ７０ ポンプ流量
制御装置 ７２ 圧力補償付流量制御弁 ７４ 流量検出手
段 ７６ 制御信号手段 ７８ 検出信号ラ
イン ８０ 演算増幅器 ８２ 制御信号ラ
イン ８４ 電油変換弁 ８６ 補助ポンプ
手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吐出流量制御手段を有する可変容量ポンプ
   と、この可変容量ポンプによって負荷される複数のアク
   チュエータと、前記可変容量ポンプと前記複数のアクチ
   ュエータの間にそれぞれ設けられ前記可変容量ポンプの
   吐出油をそれぞれのアクチュエータに供給すると共にそ
   れぞれのアクチュエータからの戻り油をタンクへ排出す
   る複数の方向切換弁とから構成される油圧駆動装置にお
   いて、 前記複数の方向切換弁はクローズセンタ形に構成し、こ
   れら各方向切換弁にはそのそれぞれのシリンダポートの
   圧力を検出する負荷圧力検出手段と複数の方向切換弁を
   同時操作した状態で前記検出された負荷圧力の中の最高
   圧力を最高信号圧力として選択する最高圧力選択手段と
   を設け、一方、前記各方向切換弁とタンクとの間を接続
   するそれぞれのタンクライン上にこのライン内の開度を
   調整する補助弁を設け、これら各補助弁にはこれらが設
   けられるそれぞれの方向切換弁のシリンダポートの前記
   負荷圧力とばね力とを開方向に、前記選択された最高信
   号圧力を閉方向に印加し、更に、前記可変容量ポンプの
   吐出ラインとタンクとの間をバイパスするバイパスライ
   ン上に圧力補償付流量制御弁と流量検出手段とを設け、
   前記圧力補償付流量制御弁には前記選択された最高信号
   圧力とばね力とを一側に印加しかつポンプ吐出圧力を他
   側に印加し、前記流量検出手段にはこれによって検出さ
   れる前記バイパス通過流量の減少、増加に対応して可変
   容量ポンプの吐出流量を増加、減少させる制御信号を可
   変容量ポンプの前記吐出流量制御手段へ印加する制御信
   号手段を設けることを特徴とする油圧駆動装置。
2. 【請求項２】バイパスライン通過流量の検出信号ならび
   に制御信号手段の制御信号は共に電気信号である請求項
   １記載の油圧駆動装置。