JP3148289B2 - 可変容量形モータの容量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変容量形モータ−
すなわち、容量とともに回転速度等を変更できる流体圧
モータ−に付設されてそのモータの容量を制御する装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可変容量形モータは、クレーンやウイン
チの巻き上げ、あるいは建設機械の走行などに使用され
ている。ただし、可変容量形というのは、ベーンモータ
やピストン（プランジャ）モータなど各種構造のモータ
を総称した機能上の呼び名である。

【０００３】可変容量形モータは、容量変更のためにそ
れぞれ機械的な手段、つまり容量変更機構を備えてい
る。たとえば、ピストンモータの一種である斜板形アキ
シャルピストンモータでは、斜板や、それを傾転可能に
保持する部材、あるいは傾転角（傾き）を変える機構な
どが、その容量変更機構にほかならない。同機構が斜板
の傾転角を変更することにより、内部のピストンのスト
ロークが変わってモータ容量も変更されるのである。し
たがって、可変容量形モータにおける容量制御として
は、上記のような容量変更機構の駆動量をどのように制
御するかがポイントである。

【０００４】特公平３−８４０１号公報の制御装置は、
流体圧シリンダ（容積制御シリンダ）を含む容量制御機
構を流体圧にて駆動操作するもので、図４のように構成
されている。すなわち、可変容量形モータ１に対する容
積制御シリンダ１０’を、制御弁２０’を介して作用さ
せるモータ供給圧（ポンプ６１等からモータ１へ供給さ
れる作動流体の圧力）によって動かすものとし、その制
御弁２０’のスプール２１’に対しては、一方の端部に
バネ力（バネ２２’の力）とモータ供給圧とを与え、他
方の端部には、操作弁７２のレバー７２ａにて任意に設
定されるパイロット圧を入力する。そのパイロット圧を
たとえば高くすると、制御弁２０’のスプール２１’
は、シリンダ１０’の一方のポート１２’に作動流体を
供給してモータ１の容量を下げる（したがって回転速度
を増す）向きに移動し、パイロット圧を下げるときはそ
の逆の向きに移動する。このため、負荷が一定の場合に
は、レバー７２ａで設定するパイロット圧に応じてモー
タ１の容量を変更し、意のままの回転速度を得ることが
できる。またこの制御装置では、パイロット圧を一定に
保つ間は、モータ１がいわゆる定馬力制御される。つま
り、たとえば負荷が低下してモータ供給圧が下がると、
制御弁２０’においてパイロット圧がまさるようにな
り、スプール２１’がポート１２’への作動流体を増や
してモータ１の回転速度を高めるのである。なお、図４
において符号６０は、作動流体の供給源であってポンプ
６１や方向切換弁６２などを含むもの、符号７０はパイ
ロット圧の発生源で、ポンプ７１や操作弁７２などから
構成されるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４の制御装置では、
パイロット圧が一定の場合に可変容量形モータ１におい
て上記の定馬力制御が行えるという利点がある反面、つ
ぎの不都合がある。すなわち、制御弁２０’におけるス
プール２１’の一端にモータ供給圧を作用させているこ
とと関連し、パイロット圧によって回転速度が一意に
（つまり一対一に対応して）は定まらないこと、およ
び、適切な過負荷防止がなされないこと、の二点であ
る。

【０００６】前者の不都合は、ポンプ６１からモータ１
への供給流量を一定に保っての運転中、モータ１の負荷
が変わったときは、同じパイロット圧を制御弁２０’に
入力してもモータ１の回転速度が同じにはならないこと
をいう。たとえば負荷が増えると、制御弁２０’のスプ
ール２１’の一端にかかるモータ供給圧が高くなるの
で、それまでと同じ回転速度を得るように容積制御シリ
ンダ１０’を駆動するためには、操作弁７２のレバー７
２ａを多めに操作してパイロット圧を増す必要がある。

【０００７】またパイロット圧をさらに増していくと、
制御弁２０’は、モータ供給圧とバネ力との和がパイロ
ット圧につり合うようになるまで、モータ１の容量を減
らすべくシリンダ１０’を駆動するが、このことが、高
負荷によってモータ供給圧がすでにどんなに高くなって
いる場合にも同様であるために、後者の不都合が生じ
る。つまり、オペレータ（運転員）の側からの指令であ
るパイロット圧が増すにつれて、モータ１および制御装
置は内部の圧力が高くなり、過負荷から自らを守ること
ができない。言いかえれば、モータ１の耐久性（軸受寿
命など）について好ましくないのである。

【０００８】本発明の目的は、パイロット圧に対応して
モータの回転速度が一意に定まるとともに適切に過負荷
防止のなされる、可変容量形モータの容量制御装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による可変容量形
モータの容量制御装置は、同モータの容量変更機構を流
体圧の力で操作することにより、同モータの容量を、任
意に入力するパイロット圧に対応させて一意に定めるべ
く制御する装置であって、つぎのものの組み合わせによ
って構成したものである。すなわち、 モータ供給圧
（前記）を受けて上記容量を増やす向きに容量変更機構
を駆動する第一ピストンと、そのピストンよりも受圧面
積が大きく、下記スプール弁を経たモータ供給圧を受け
て容量を減らす向きに同機構を駆動する第二ピストンと
が対になった流体圧式ピストン、 バネ力に対抗する
パイロット圧の高・低に応じて上記第二ピストンへの流
体供給を正・逆に切り換える（つまり、第二ピストン側
にポンプ等からの供給ポートを接続したり、流路を遮断
したり、タンクへの戻りポートを接続したりする）スプ
ールと、このスプールの外側に軸方向に移動可能に配設
され、スプールとのラップ点で流路を閉鎖するスリーブ
とを有するスプール弁、 容量変更機構の変位（同機
構とともに動く上記の流体圧式ピストンの変位でも同
じ）を、上記スプール弁におけるスプールに追随する方
向のスリーブの変位にフィードバックする連結手段、
第二ピストンに対する上記の流体供給を、上記のモー
タ供給圧が所定値を超えるとき停止する圧力補償弁−
を主体としている。

【００１０】

【作用】本発明の制御装置においては、可変容量形モー
タの容量変更機構が上記の流体圧式ピストンによって
駆動操作されるが、同ピストンに対しては、第一ピスト
ンにモータ供給圧をかけるほか、第二ピストンにもの
スプール弁との圧力補償弁を介してモータ供給圧が作
用するよう、流体流路が設けられている。第一ピストン
のみにモータ供給圧がかかった状態では、のとおり第
一ピストンが同機構を駆動してモータ容量が最大になっ
ているが、第一ピストンよりも受圧面積の大きい第二ピ
ストンにモータ供給圧がかかると、第二ピストンの力が
第一ピストンの力を上回り、モータ容量を減らす向きに
同機構を駆動する結果、ある一定の大きさにまでモータ
容量が変更される。

【００１１】上記のように第二ピストンにもモータ供給
圧を作用させてなす容量変更機構の駆動は、つぎのとお
り制御される。

【００１２】1) 上記のスプール弁に任意のパイロッ
ト圧をかけると、対抗する向きに作用するバネ力につり
合うまで内部のスプールが移動し、流路を開いて第二ピ
ストンへの作動流体の供給量を変える。たとえばパイロ
ット圧を高くすると、第二ピストンへの供給量を増やす
向きにスプールが移動する。

【００１３】2) 第二ピストンへの上記の流体供給量に
応じて同機構が変位するが、その変位は、上記の連結
手段によりスプール弁のスリーブの変位に置き換えられ
る。つまり、スプールが移動すると、いくらか時間をお
いてスリーブが追随することになる。

【００１４】3) スプールとのラップ点（スプールの変
位に重なる点）にまでスリーブが変位したとき、1)の段
階で開かれた流路が閉鎖され、スプール弁が第二ピスト
ンへの流体供給もしくは第二ピストンからの流体の戻り
を止める。これによって同機構の動きは停止し、モータ
の容量が定まる。同機構が駆動された量は、スプール弁
においてスリーブが追随したスプールの変位に対応する
わけだが、スプールの変位はバネ力に対抗するパイロッ
ト圧の大きさのみによって決まるので、要は、パイロッ
ト圧に対応して同機構の駆動量が定まることになる。い
いかえれば、パイロット圧に対応してモータの容量が一
意に決まり、したがって、モータへの作動流体の供給流
量が一定である限り、モータの回転速度も一意に決ま
る。

【００１５】4) モータの負荷が増すなどモータ供給圧
が所定値に達した場合にさらにパイロット圧が高められ
たときは、スプール弁は、上記1)に記したとおり第二ピ
ストンへの供給量を増やす（つまりさらにモータ容量を
減らす）ように流路を開くものの、の圧力補償弁が流
路を閉じることから、第二ピストンへの流体供給は上記
3)と同じように停止される。したがって、モータの容量
がそれ以上に減少することはなく、モータ供給圧もその
所定値を超えることがない。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例である制御装置について、
図１に回路図を示し、図２(ａ)・(ｂ)に機器構成を示
す。

【００１７】図２(ｂ)のようにこの例は、斜板２の傾転
角を変える方式の可変容量形油圧モータ、すなわち斜板
形アキシャルピストンモータ１についての容量制御装置
である。モータ１では、容量変更機構として、斜板２が
半円筒形のすべり軸受２ａを介して取り付けられ、仮想
線で示すように傾き角度の変更が可能な状態になってい
る。軸５の回転は、油圧（後述のモータ供給圧Ｐａまた
はＰｂ）を受けてピストン３が斜板２を押すとき、シリ
ンダブロック４とともに軸５を回転させる力がピストン
３に生じることによりなされるが、油圧式ピストン１０
（斜板２をはさんで一対のピストン１１・１２を対向配
備したもの）で押されて斜板２の傾転角が変わると、ピ
ストン３のストロークが変わり、モータ１の容量（１回
転あたりの必要油量）が変更される。

【００１８】この制御装置では、斜板２を駆動する上記
のピストン１０のほか、図１のようにスプール弁２０・
連結手段３０・圧力補償弁４０などをモータ１に関して
組み合わせている。図１において流路５１・５２は、作
動油の供給源（図４の例における符号６０と同等のも
の。図示省略）から、モータ供給圧ＰａまたはＰｂ（モ
ータ１の回転方向に対応してＰａ・Ｐｂが切り換えられ
る）の圧力の作動油が通るもの、また流路５９は、圧力
発生源（同じく図４の符号７０と同等のもの。図示省
略）からオペレータの操作で任意に設定されたパイロッ
ト圧Ｐｉがかかるものである。流路５１または５２から
供給される作動油によってモータ１が回転するが、この
制御装置は、図のように、その流路５１・５２にシャト
ル弁５３ａを介して接続した流路５３からモータ供給圧
ＰａまたはＰｂを受けるとともに、流路５９からパイロ
ット圧Ｐｉを受けるように構成している。

【００１９】図１を主にして本制御装置の構成を説明す
ると、つぎのとおりである。

【００２０】イ) まず、流路５３を、流路５４を介して
ピストン１０のうちの第一ピストン１１に接続してい
る。図２(ｂ)のように第一ピストン１１は、受圧部１１
ａに圧力を受けると斜板２の傾転角を大きくしてモータ
１の容量を増やすように動作するものである。

【００２１】ロ) 流路５３から分岐した他の流路５５
を、後述する圧力補償弁４０とスプール弁２０（および
流路５６・５７）とを介してピストン１０の第二ピスト
ン１２に接続した。第二ピストン１２は、図２(ｂ)のよ
うに受圧部１２ａの面積（受圧面積）が第一ピストン１
１のものより大きく、圧力を受けると斜板２の傾転角を
小さくして、モータ１の容量を減らす。第一ピストン１
１と第二ピストン１２との両方に同じモータ供給圧Ｐａ
またはＰｂが作用する場合、受圧面積の関係で第二ピス
トン１２の方が斜板２を押し動かすことになる。

【００２２】ハ) 圧力補償弁４０は、第二ピストン１２
に至る上記の流路５５・５６の間に設けたもので、図２
(ａ)のように、スプール弁２０と一体のケーシング２０
ａの内部に、スプール４１とコイルバネ４２のほか、固
定（ケーシング２０ａに固定）式のスリーブ４３を組み
込んだ構造である。この弁４０は、通常はバネ４２の力
で図１の状態にあり、給油側の流路５５と流路５６とを
つないでいるが、流路５３より分岐した流路５８から伝
わるモータ供給圧ＰａまたはＰｂが定格値を超えると、
バネ４２の力に抗して流路５５・５６を遮断し、もしく
は流路５６をタンクへの戻り側につなぐ。なお、こうし
た定格値は、図２(ａ)の調整ネジ４２ａによって設定す
ることができる。

【００２３】ニ) スプール弁２０は、第二ピストン１２
の手前の流路５６・５７間に、上記の圧力補償弁４０と
は直列につないだかたちで設けたが、前記したパイロッ
ト圧Ｐｉの大きさに応じてスプール２１が移動するよ
う、スプール２１の一端部に流路５９を接続する一方、
他方の端部にはバネ２２を備えている。図２(ａ)におい
て符号２４は、パイロット圧Ｐｉを受け、バネ２２に抗
してスプール２１を押すピンである。このスプール弁２
０は、その図２(ａ)に示すとおり移動式のスリーブ２３
をスプール２１の周囲に備えたものである。スリーブ２
３のポート２３ａがスプール２１のランド部２１ａのち
ょうど外側にくるラップ点では、開口５７ａ（流路５７
へ続くもの）への経路が遮断されるが、それ以外の位置
にあるときは、図においてランド部２１ａの左（供給側
の流路５６とつながる部分）または右（タンクへの戻り
側とつながる部分）の経路が、ポート２３ａを介し開口
５７ａに接続される。

【００２４】ホ) 図２(ｂ)のとおり、連結手段３０、す
なわちピン３２によって揺動自在に取り付けたフィード
バックレバー３１によって、上記スプール弁２０のスリ
ーブ２３を前記の斜板２と連結した。スプール弁２０に
作用させるパイロット圧Ｐｉを高めると、スプール２１
が図２(ａ)・(ｂ)の右側へ移動し、上記ニ)のようにラン
ド部２１ａの左側の経路を通して流体を第二ピストン１
２に送る（図１参照）ので斜板２の傾転角は小さくなる
が、その斜板２の変位にともなってレバー３１がスリー
ブ２３を図の右側へ移動する。つまりこの連結手段３０
は、斜板２の変位を、スプール２１の移動に追随する方
向のスリーブ２３の変位に置き換える（フィードバック
する）役目を果たす。スリーブ２３が上記のラップ点ま
で移動すると、いわゆる制御偏差がゼロになったことに
相当し、流路が遮断されて斜板２は変位が停止する。

【００２５】以上のとおり構成した本制御装置は、モー
タ１の容量をつぎのように制御し、それにより、流路５
１または５２からモータ１への作動油供給流量が一定と
いう条件下でモータ１の回転速度の任意のコントロール
を実現する。すなわち、 パイロット圧Ｐｉを入力しない状態では、斜板２の
傾転角、したがってモータ１の容量は最大である。スプ
ール弁２０のスプール２１が図２(ａ)の左端位置にある
ときは、流路５６と５７とがつながることがないので第
二ピストン１２には圧力がかからないが、一方の第一ピ
ストン１１には常にモータ供給圧ＰａまたはＰｂが作用
するからである。

【００２６】 任意のパイロット圧Ｐｉをスプール弁
２０に入力すると、その圧Ｐｉに応じた角度だけ斜板２
が傾転してモータ１の容量を減らすので、一定の値にま
で回転速度が上昇する。パイロット圧Ｐｉによって容量
が定まるのは、その圧Ｐｉの大きさに対応してスプール
２１の変位量が決まり、連結手段３０の作用でスリーブ
２３がスプール２１にラップするまでだけ、斜板２が変
位させられるためである。つまり、モータ１の容量はモ
ータ１にかかる負荷と無関係に定まり、したがってその
回転速度は、作動油の供給量が一定に保たれる限り、モ
ータ１の負荷にかかわらずパイロット圧Ｐｉのみで設定
される。

【００２７】 上記を行ったのちさらにパイロット
圧Ｐｉを変化させるときも同様に、変化したのちの圧Ｐ
ｉに応じた角度になるまでだけ斜板２の傾転角が大小に
変化するので、やはり負荷によらずにモータ１の新たな
容量と回転速度とが定まる。

【００２８】 負荷が増し（あるいはモータ１の容量
が減少し）てモータ供給圧ＰａまたはＰｂが定格値を超
えようとするときは、圧力補償弁４０が機能してそれ以
上の圧力上昇を回避する。すなわち、定格値を超えるモ
ータ供給圧Ｐａ・Ｐｂが流路５８から作用すると、弁４
０は第二ピストン１２への作動油供給を遮断し、また必
要ならそのピストン１２の作動油を戻り側へ開放もする
ので、入力されるパイロット圧Ｐｉにかかわらず、モー
タ１の容量がそれ以上に減少することは（したがってそ
れ以上に回転速度が上がりモータ供給圧Ｐａ・Ｐｂが上
昇することも）防止される。この制御装置による容量制
御では、モータ１の負荷が増してもその回転速度が低下
しないためオペレータがその負荷を把握しがたいことか
ら、過負荷の防止上、このは極めて重要な意味をもつ
といえる。

【００２９】以上のとおり制御されるモータ１の回転速
度とパイロット圧Ｐｉとの関係（作動油の供給流量が一
定でのもの）をグラフに示すと、図３のようになる。図
の左方の水平部分（回転速度が一定の部分）は、上記説
明のや、のうち圧Ｐｉがごく低いときを表わす。そ
して右上がりの一本の傾斜線部分は、上記のないし
に相当する部分である。この範囲において、図は、モー
タ１の回転速度が圧Ｐｉによって一意に決定されること
を表わしている。また、右方の水平部分は上記のを表
わし、圧Ｐｉの増加にかかわらず回転速度の上昇が抑制
される部分である。水平に三本の直線があるのは、負荷
トルクＴ１・Ｔ２・Ｔ３（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）に対応し
て（同トルクの大きさに反比例して）上限の回転速度が
決まることを例示している。したがってモータ１は、こ
の範囲において定馬力に制御されることになる。なお、
このように定馬力制御ができるのは、第二ピストン１２
に対してスプール弁２０と圧力補償弁４０とが組み合わ
せられて接続され、傾転角の制御と圧力補償の制御とが
リンクし合うことによる利点である。

【００３０】ところで、上の実施例では、斜板形アキシ
ャルピストンモータに対する装置として紹介したが、本
発明の容量制御装置は、他の形式の可変容量形モータに
対し適用することも可能である。各モータの容量変更機
構を流体圧式ピストンで駆動するようにするとともに、
同機構もしくは同ピストンに対して連結手段の一端を接
続すればよいのである。

【００３１】

【発明の効果】本発明の容量制御装置によると、a)可変
容量形モータの回転速度を、同モータの負荷にかかわら
ず、パイロット圧によって一意に定めることができるう
え、b)過負荷が適切に防止されて同モータ（および本制
御装置）の耐久性が実質的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である容量制御装置の回路図で
ある。

【図２】 図２（ａ）は、図１の容量制御装置およ
び可変容量形モータの一部についての構成図である。図
２（ｂ）は、同じく構成図であって同（ａ）におけるｂ
−ｂ矢視図である。

【図３】図１の制御装置にて制御されるモータの回転速
度とパイロット圧との関係を示す線図である。

【図４】従来の容量制御装置についての回路図である。

【符号の説明】

１ モータ（可変容量形モータ） ２ 斜板（容量変更機構） １０ 流体圧式ピストン １１ 第一ピストン １２ 第二ピストン ２０ スプール弁 ２１ スプール ２３ スリーブ ３０ 連結手段 ４０ 圧力補償弁 Ｐｉ パイロット圧 Ｐａ・Ｐｂ モータ供給圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−113168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−44404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−132002（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 11/00 - 11/22 F16H 61/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量形モータの容量を、任意に入力
   するパイロット圧に対応させて一意に定めるべく、同モ
   ータの容量変更機構を介して制御する装置であって、 モータ供給圧を受けて上記容量を増やす向きに容量変更
   機構を駆動する第一ピストンと、そのピストンよりも受
   圧面積が大きく、下記スプール弁を経たモータ供給圧を
   受けて容量を減らす向きに同機構を駆動する第二ピスト
   ンとが対になった流体圧式ピストン、 バネ力に対抗するパイロット圧の高・低に応じて上記第
   二ピストンへの流体供給を正・逆に切り換えるスプール
   と、このスプールの外側に軸方向に移動可能に配設さ
   れ、スプールとのラップ点で流路を閉鎖するスリーブと
   を有するスプール弁、 容量変更機構の変位を、上記スプール弁におけるスプー
   ルに追随する方向のスリーブの変位にフィードバックす
   る連結手段、および、 第二ピストンに対する上記の流体供給を、上記のモータ
   供給圧が所定値を超えるとき停止する圧力補償弁を備え
   ることを特徴とする可変容量形モータの容量制御装置。