JP3545111B2 - 定圧力制御液圧駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転負荷を駆動する液圧駆動装置に係わり、特に一定圧力の液圧源に可変容量型の液圧モータを接続し、この液圧モータの押しのけ容量を制御することで発生する駆動トルクや制動トルクを調整しつつ、大きな慣性モーメントを有する回転負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一定圧力の液圧源に可変容量型の液圧アクチュエータを接続し、この液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御することで発生する駆動トルクや制動トルクを調整する液圧駆動装置は、「セカンダリーコントロールシステム」或いは「定圧力制御システム」として知られている。例えば、１９８７年３月２４日〜２６日にフィンランドのタンペル大学で開催された流体動力に関する国際会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ）の予稿集、ｐ２〜３、「セカンダリーコントロール油圧システムのエネルギーの考察及び制御戦略（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ − Ｅｎｅｒｇｙ Ａｓｐｅｃｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ）にその一例が記載されている。
【０００３】
図４に従来の定圧力制御システム（セカンダリーコントロールシステム）の構成を示す。図４において、定圧力源１の高圧ポート２は高圧管路７で、また低圧ポート３は低圧管路８で、それぞれ可変容量型液圧アクチュエータ４に接続される。可変容量型液圧アクチュエータ４の容量可変機構５は操作レバー９によって正方向５ａまたは負方向５ｂに調節可能である。また、可変容量型液圧アクチュエータ４の出力軸は回転負荷６に接続されている。可変容量型液圧アクチュエータ４は一般的には両傾転型油圧モータであり、この油圧モータとして斜板モータを使用した場合には、斜板が容量可変機構５となる。以下、動作を説明する。
【０００４】
回転負荷６が停止した状態からの動作を考える。操作レバー９を操作しない中立状態では油圧モータ４の斜板５も中立位置にあり、高圧管路７及び低圧管路８より圧力差が加わっていてもトルクは発生せず、回転負荷６は停止したままである。操作レバー９を正転方向（矢印９ａ）側に動かすと、油圧モータ４の斜板５は正転方向（矢印５ａ）側に動き、斜板傾転による押しのけ容量の大きさをｑ、高圧管路７と低圧管路８との差圧をｐとすると、ｐ×ｑのトルクで回転負荷６を正転側に駆動する。この時、操作レバー９を大きく操作するほど斜板傾転による押しのけ容量の大きさｑが大きくなるので、大きな駆動力が得られる。回転負荷６が回転している状態で、操作レバー９を中立位置に戻した場合、油圧モータ４の斜板傾転も中立に戻る。この場合、押しのけ容量が０となるので、回転負荷６に対してのトルクの出入りは０であり、回転負荷６はそのままの回転数で空転を続ける（実際には諸抵抗によって徐々に減速する）。
【０００５】
空転状態から、これを減速するためには操作レバー９を逆転方向（矢印９ｂ）に操作する。油圧モータ６は、操作レバー９の操作量に応じて図示５ｂ側に傾転し、作動流体を低圧管路８側から高圧管路７側に送ろうとする。つまり、回転負荷６側から駆動されるポンプのように動作する。この時、油圧モータ４は回転負荷６に対して制動トルクを与えて減速させることになる。制動トルクの大きさは駆動時と同様にｐ×ｑ（ただしｑは負の値となる）であり、操作レバー９を大きく操作するほど大きな制動トルクが得られる。また、油圧モータ４のポンプ作用により生じた油圧エネルギは定圧力源１に含まれるアキュムレータに回収され、次の駆動に再利用される。
【０００６】
正転している回転負荷６を停止させるためには、逆転方向へ操作レバー９を操作し、減速させて、停止したところで操作レバー９を中立に戻せばよい。
【０００７】
逆転方向への駆動・制動・停止は、操作レバー９の操作を逆側に行えばよい。
【０００８】
このような定圧力制御システムは、油圧モータ４のポンプ作用で発生した油圧エネルギを回収し再利用できることから省エネタイプのシステムとしての特徴があり、回転方向を含めたトルクを操作レバー９で指示する操作方式は、クレーンの旋回用駆動装置などに良く利用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定圧力制御システムは、クレーンなどのように平坦な地面に設置されて使われる機械の旋回油圧回路などには都合がよい。しかし、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路では、操作レバー９を中立にした状態にある時、フロントなどの作業装置の重さによって油圧モータが駆動され、作業装置が低い方に流れてしまう不都合がある。同様の問題はホイールローダ等の車両の走行油圧回路の場合にもある。すなわち、本発明を走行油圧回路に適用した場合、傾斜地での停車中、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、指令手段が中立を指示している時に十分な保持力（制動力）を発揮できる定圧力制御液圧駆動装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は次のような構成を採用する。すなわち、一定圧力を供給する定圧力源と、前記定圧力源に高圧管路及び低圧管路を介して接続された可変容量型の液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータに指令を与える指令手段とを備え、前記指令手段の指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御し、回転負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置において、前記定圧力源に前記高圧管路及び低圧管路を介して接続されかつ前記液圧アクチュエータが第１及び第２管路を介して接続された方向切換弁であって、前記高圧管路、低圧管路、第１管路及び第２管路の全てのポートを遮断する中立位置と、高圧管路を第１管路に接続し、低圧管路を第２管路に接続する第１切り換え位置と、高圧管路を第２管路に接続し、低圧管路を第１管路に接続する第２切り換え位置を有する方向切換弁と；前記指令手段が中立を含む所定の指令範囲にあるときは前記方向切換弁を中立位置に切り換え、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて前記方向切換弁を第１切り換え位置又は第２切り換え位置に切り換える第１制御手段と；前記指令手段が前記所定の指令範囲にあるときは、中立では前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が最大となり、中立から操作されるにしたがって前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段と；を備える構成とする。
【００１２】
以上のように構成した本発明では、指令手段が中立を含む所定の指令範囲を越えて操作されたときは、第１制御手段はその操作方向に応じて方向切換弁を、高圧管路を第１管路に接続し低圧管路を第２管路に接続する第１切り換え位置又は高圧管路を第２管路に接続し低圧管路を第１管路に接続する第２切り換え位置に切り換え、第２制御手段はその操作量に応じて液圧アクチュエータの押しのけ容量を漸増させる。このため、液圧アクチュエータは従来通り指令手段の操作方向と操作量に応じて駆動される。
【００１３】
一方、指令手段が中立を含む所定の指令範囲にあるときは、第１制御手段は、方向切換弁を第１管路及び第２管路の全てのポートを遮断する中立位置に切り換え、第２制御手段は、指令手段が中立にある時は液圧アクチュエータの押しのけ容量を最大にし、指令手段が中立から操作されるにしたがって液圧アクチュエータの押しのけ容量を漸減させる。このため、上記のように液圧アクチュエータを駆動している状態から、指令手段の指令を上記所定の指令範囲に戻したときは、液圧アクチュエータは両ポートをブロックされかつ押しのけ容量は戻し量に応じて漸増するから、負荷が与える液圧アクチュエータの回転トルクをＴとすると、第１管路と第２管路間にｐ＝Ｔ／ｑ（ｑは可変容量型液圧アクチュエータの押しのけ容量）なる差圧を生じ、この差圧により指令の戻し量に応じた制動力を発揮し、負荷は徐々に減速される。更に指令手段を中立に戻すと、第１管路と第２管路間にｐ＝Ｔ／ｑｍａｘ（ｑｍａｘは可変容量型液圧アクチュエータの最大押しのけ容量）なる差圧を生じ、最大の制動力を発揮する。
【００１４】
そして、指令手段が中立にある時は、液圧アクチュエータは両ポートをブロックされかつ押しのけ容量が最大であるから、外部から回転トルクＴを受けた場合に、第１管路と第２管路間に上記のようにｐ＝Ｔ／ｑｍａｘなる差圧が生じ、この差圧により外部から回転されることが防止される。これによって、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路において、オペレータが操作入力を加えておらず、中立の指令が出ている時に、フロントなどの作業装置の重さによって作業装置が低い方に流れてしまうことを防ぐことができる。
【００１５】
上記定圧力制御液圧駆動装置は、好ましくは、前記第１管路及び第２管路から前記高圧管路に向かう流れだけを許容する逆流防止手段と、前記第１管路及び第２管路の負圧発生を防止する補給手段とを更に備える構成とする。
【００１６】
以上のように制動時に方向切換弁によって可変容量型液圧アクチュエータの２つのポートを遮断するように構成された本発明においては、負荷が回転している状態から制動して減速していく過程で可変容量型液圧アクチュエータが作動油を吸入・吐出する流路が必要である。また、従来システムと同等の加減速特性を得るためには、吸入する流路は低圧管路またはそれに相当する圧力レベルを維持し、吐出する流路は高圧管路またはそれに相当する圧力レベルを維持する必要がある。本発明では、方向切換弁により遮断された吐出側に相当する第１管路又は第２管路は逆流防止手段を介して高圧管路に接続されているので、該吐出側管路は高圧管路と同じ圧力まで昇圧した後、吐出された作動油は高圧管路に流れる。また、吸入側に相当する第１管路又は第２管路は負圧発生を防止する補給手段を有しており、これから吸入流量の補給を受けることができる。このような逆流防止手段及び補強手段の作用により指令手段の指令に応じた制動力を発揮できる。また、液圧アクチュエータの吐出側管路に発生した油圧エネルギを定圧力源に回収できる。
【００１７】
また、好ましくは、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動操作により動かされる第１カムと、この第１カムの動きに応じて前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記操作レバーの回動操作により前記第１カムと同期して動かされる第２カムと、この第２カムの動きに応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有する。この場合、好ましくは、前記第１カム及び第２カムは前記操作レバーの回動中心に回転中心を持つ回転式の一体型のカムである。
【００１８】
また、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動角を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する弁切り換え指令を出力する第１演算手段と、前記弁切り換え指令により前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する押しのけ容量指令を出力する第２演算手段と、前記押しのけ容量指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有する構成であっても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
まず、本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
【００２１】
図１において、１は設定された一定圧力を供給する定圧力源であり、定圧力源１の高圧ポート２、低圧ポート３はそれぞれ高圧管路７、低圧管路８によって方向切換弁２０のＰポート、Ｔポートに接続されている。また、方向切換弁２０のＡポート、Ｂポートは、第１管路２１、第２管路２２によって可変容量型液圧アクチュエータ４に接続されている。可変容量型液圧アクチュエータ４は例えば両傾転型油圧モータであり、この油圧モータとして斜板モータを使用した場合、斜板が容量可変機構５となる。方向切換弁２０は、全てのポートＰ，Ｔ，Ａ，Ｂを遮断する中立位置と、高圧管路７を第１管路２１に接続し、低圧管路８を第２管路２２に接続する第１切り換え位置（ａ位置）と、高圧管路７を第２管路２２に接続し、低圧管路８を第１管路２１に接続する第２切り換え位置（ｂ位置）を有するパイロット操作弁である。
【００２２】
また、第１管路２１、第２管路２２は高圧管路７にチェック弁２３，２４を介して接続され、高圧管路７に向かう流れだけが許容される。更に、第１管路２１、第２管路２２は低圧管路８にチェック弁２５，２６を介して接続され、低圧管路７からの流れだけを許容するようになっている。
【００２３】
操作レバー９は指令を与える指令手段であり、軸９ａを中心として回動操作される。軸９ａには第１及び第２の２つのカム２７，２８が設けられている。図示右側の第１カム２７はパイロット弁３０を操作してパイロット圧を発生させ、このパイロット圧により方向切換弁２０の切り換えを制御するもので、図示左側の第２カム２８は減圧弁３１を操作して制御圧力を発生させ、この制御圧力により油圧レギュレータ３２を駆動して油圧モータ４の押しのけ容量を制御するものである。操作レバー９には中立位置があり、中立位置から正転側・逆転側にそれぞれ制動範囲９ａ，９ｂ、駆動範囲９ｃ，９ｄを有している。
【００２４】
第１及び第２カム２７，２８のカム形状は次のように設定されている。
操作レバー９が中立位置及び制動範囲９ａ，９ｂにある間は、第１カム２７は方向切換弁２０に対して中立位置にあるよう制御し、第２カム２８は油圧モータ６に対し操作レバー９が中立位置に近いほど油圧モータ６の傾転（押しのけ容量）を大きくするように制御する。操作レバー９が中立位置にある時、油圧モータ６は最大傾転となる。また、操作レバー９が正転駆動の範囲９ｃにあるときは、第１カム２７は方向切換弁２０に対してａ位置に切り換わるよう制御し、高圧管路７を第１管路２１に、低圧管路８を第２管路２２に接続する。更に正転駆動範囲９ｃでは、第２カム２８は油圧モータ６に対して、操作レバー９の操作量（操作指令）が大きいほど油圧モータ６の傾転を大きくするように制御する。操作レバー９が最大に操作された時に油圧モータ６は最大傾転となる。逆転駆動範囲９ｄでは、第１カム２７が方向切換弁２０をｂ位置に切り換えて、高圧管路７を第２管路２２に、低圧管路８を第１管路２１に接続する以外は正転駆動時と同じとなる。
【００２５】
定圧力源１の構成は公知であり、例えば図２に示すように、斜板式で可変容量型の油圧ポンプ４０と、油圧ポンプ４０の吐出ポートを高圧ポート２につなげるポンプライン４１と、ポンプライン４１に接続された圧力変動吸収用のアキュムレータ４２と、低圧ポート３をタンク４３につなげるタンクライン４４と、ポンプライン４１の圧力を検出する圧力センサ４５と、設定器（図示せず）により与えられる目標圧力Ｐｒｅｆの指令信号と圧力センサ４５の検出信号を入力し、油圧ポンプ４０の吐出圧力が目標圧力Ｐｒｅｆになるよう油圧ポンプ４０の傾転（押しのけ容量）を制御するポンプレギュレータ４６とで構成されている。
【００２６】
以上において、第１カム２７及びパイロット弁３０は、操作レバー（指令手段）９が中立位置を含む所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは方向切換弁２０を中立位置に切り換え、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて方向切換弁２０を第１切り換え位置（ａ位置）又は第２切り換え位置（ｂ位置）に切り換える第１制御手段を構成し、第２カム２８、減圧弁３１及び油圧レギュレータ３２は、操作レバー（指令手段）９が前記所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは、中立位置では油圧モータ４の押しのけ容量（傾転）が最大となり、中立位置から操作されるにしたがって油圧モータ４の押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて油圧モータ４の押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段を構成する。
【００２７】
また、チェック弁２３，２４は、第１管路２１及び第２管路２２から高圧管路７に向かう流れだけを許容する逆流防止手段を構成し、チェック弁２５，２６は第１管路２１及び第２管路２２の負圧発生を防止する補給手段を構成する。
【００２８】
以上のように構成した本実施形態の動作は次のようである。
【００２９】
回転負荷６が停止している状態から、操作レバー９を正転側（図示右側）へ操作すると、操作レバー９が制動範囲９ａにある間は、方向切換弁２０が中立位置にあって第１管路２１、第２管路２２ともに遮断されているので、回転負荷６側から回転トルクが入らない限り油圧モータ４は停止を続ける。操作レバー９が正転駆動範囲９ｃに入ると、右側の第１カム２７によって方向切換弁２０がａ位置に切り換わり、第１管路２１が高圧管路７に、第２管路２２が低圧管路８につながり、その差圧をｐとすると、油圧モータ４は回転負荷６を正転側にｐ×ｑのトルクで回転させる（ｑは油圧モータ４の押しのけ容量）。ただし、制動範囲９ａから駆動範囲９ｃに切り換わる点では、油圧モータ４の押しのけ容量は最小となっているので、発生するトルクも小さい。加減速を滑らかに行いたい場合には、油圧モータ４の押しのけ容量は制動範囲９ａから駆動範囲９ｃに切り換わる点で０になっていることが望ましく、本実施例でもｑの最小値は０であるとする。従って、正転駆動範囲９ｃに入った時点では回転負荷６を駆動するトルクは０であり、更に大きく操作し続けると、左側の第２カム２８によって油圧モータ４の押しのけ容量が次第に大きくなって駆動トルクも大きくなる。操作レバー９を最大に操作すると最大トルクで加速する。
【００３０】
操作レバー９が正転側最大に操作されて、回転負荷６が加速回転している状態から減速し、停止する場合は、徐々に操作レバー９を戻していく。操作レバー９が正転駆動範囲９ｃにある間は、駆動トルクは徐々に小さくなるものの加速状態であり回転負荷６は加速を続ける。操作レバー９を正転駆動範囲９ｃから制動範囲９ａに切り換わる位置まで戻すと、油圧モータ４の押しのけ容量が０となり、回転負荷６に対するトルクは０で回転負荷６は空転状態となる。操作レバー９が制動範囲９ａに入ると、方向切換弁２０は中立位置に戻り、第１管路２１、第２管路２２ともに遮断状態になる。このとき、最初は油圧モータ４の押しのけ容量は０であるから、まだ減速トルクは発生しない。
【００３１】
更に操作レバー９を戻すと、油圧モータ４の押しのけ容量が再び増加してくるので、回転負荷６が油圧モータ４を駆動して、油圧モータ４はポンプ作用を行い、第１管路２１から作動油を吸入し、第２管路２２へ吐出する。第２管路は方向切換弁２０でブロックされているので、僅かな吐出量でも圧力はすぐに上昇する。この圧力が高圧管路７の圧力に達すると、チェック弁２４が開いて、油圧モータ４が吐出する作動油は高圧管路７を介して高圧ポート２を介して定圧力源１のアキュムレータ４２に吸収される。この時、上述した定圧力源１の構成により高圧管路７の圧力は目標圧力Ｐｒｅｆの一定圧力ｐに保たれ、第２管路２２の圧力はこの高圧管路７の圧力（一定圧力）に保たれる。また、アクチュエータ４２に吸収された圧力エネルギは次の油圧モータ４の駆動に利用される。一方、第１管路２１の作動油は、油圧モータ４のポンプ作用によって油圧モータ４に吸収されるため、第１管路２１の圧力は低下しようとするが、その圧力が低圧管路８の圧力まで下がるとチェック弁２５が開いて低圧管路８から吸入流量が補給され、第１管路２１が負圧になるのを防ぐことができる。このように、第２管路２２と第１管路２１との差圧は、高圧管路７と低圧管路８との差圧とほぼ同一に保たれ、これは定圧力源１が供給する一定圧力ｐとなる。
【００３２】
操作レバー９が中立に近づくにつれ、左側の第２カム２８によって油圧モータ４の押しのけ容量ｑは増大する。この時、油圧モータ４のポンプ作用に必要なトルクはｐ×ｑであり、このトルクは回転負荷６を減速するトルクとなる。従って、制動範囲９ａにおいては、操作レバー９が中立に近づくほど大きな制動トルクを与えることができる。
【００３３】
以上、正転方向に加減速する場合の動作を述べたが、逆転方向に操作したときにも同様の説明が成り立つ。
【００３４】
また、上述したような操作レバー９を大きく操作するほど大きな加速が得られ、中立近くに戻すほど大きな減速が得られる操作は、操作者の感覚に違和感無く受け入れられる、使いやすい操作方式といえる。
【００３５】
次に、操作レバー９が中立状態にあり、油圧モータ４が停止した状態で回転負荷６側から回転トルクが加えられた状態を考える。これは、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路に適用された場合で、傾斜地にフロントなどの作業装置を横向きにして停止している状態を想定している。従来の方式では、作業装置の重さによって作業装置が低い方に流れてしまう不都合があった。
【００３６】
本実施形態の場合、操作レバー９が中立の場合には、方向切換弁２０は中立位置、即ち第１管路２１、第２管路２２が遮断された状態にあり、また、油圧モータ４の押しのけ容量は最大（ｑｍａｘ）にある。この状態で、回転負荷６側から油圧モータ４に正転方向の回転トルクが加わると、そのトルクＴに応じて第２管路２２と第１管路２１の間に差圧ｐｂ（＝Ｔ／ｑｍａｘ）が発生し、この差圧ｐｂが高圧管路７と低圧管路８との差圧ｐに達するまでは、この作動油が流出する流路がないので油圧モータ４は回転せずに停止を保つことができる。この差圧ｐｂが高圧管路７と低圧管路８との差圧ｐに達すると、チェック弁２４が開いて、それ以上のトルクに耐えることはできないが、このトルクはこの駆動回路の最大駆動トルクに相当する。従って、回転負荷６側からの回転トルクに対しては、システムの最大駆動トルクまで停止した状態で耐えられる訳で、これは、例えば油圧ショベルの傾斜地での旋回体を保持する十分な性能である。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、定圧力源１を有し、可変容量型の油圧モータ４の押しのけ容量を調整することで回転負荷６を駆動するトルクを調整できる液圧駆動装置において、負荷６が回転している状態から減速し、停止する場合は、第１管路２１及び第２管路２２の油圧モータ吐出側の管路はチェック弁２３，２４（逆流防止手段）を介して高圧管路７に接続され、油圧モータ吸い込み側の管路はチェック弁２５，２６（補給手段）を介して低圧管路８に接続され、従来と同様に制動力を発生し、負荷６を減速、停止させることができる。また、操作レバー９が中立位置（非操作状態）にある時に、油圧モータ４が回転負荷側から回転力を受けても、制動力を発生して負荷６が回転しないよう保持することができる。
【００３８】
また、回転負荷６を減速、停止させるときは、第１管路２１及び第２管路２２の油圧モータ吐出側の管路はチェック弁２３，２４（逆流防止手段）を介して高圧管路７に接続されるので、油圧モータ４のポンプ作用により発生した油圧エネルギは定圧力源１のアキュムレータ４２に回収され、定圧力制御システムの持つ省エネタイプとしての特徴を失わない。
【００３９】
また、従来の定圧力制御システムでは、操作レバーを逆転方向に操作して油圧モータ４に制動力を与えるために正転・逆転の両方向に傾転できる可変容量型油圧モータを必要としていた。本発明によれば、制動力を発生するのに操作レバー９を逆転方向に操作する必要がないので、片方向に傾転できる可変容量型油圧モータであっても実施可能である。また、方向切換弁２０やチェック弁２３〜２６は容易に入手可能な市場性がある機器である。このため、方向切換弁やチェック弁を追加することを考慮しても、低コストで装置を実現できる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態を図３により説明する。
【００４１】
図３において、方向切換弁２０Ａはソレノイド操作式の弁であり、操作レバー９の操作量はポテンショメーター５０によって検出される。このポテンショメーター５０の検出値は電気信号に変換され、電気回路またはマイクロコンピュータなどで構成される第１演算装置５１、第２演算装置５２に入力される。第１演算装置５１は方向切換弁２０Ａを切り換え制御するもので、操作レバー９が中立位置を含む制動範囲９ａ，９ｂにある時は方向切換弁２０Ａを中立位置に、正転駆動範囲９ｃにある時は方向切換弁２０Ａをａ位置に、逆転駆動範囲９ｄにある時は方向切換弁２０Ａをｂ位置に切り換える電気信号を方向切換弁２０Ａに出力する。また、第２制御装置３２は電気レギュレータ３２Ａに傾転指令を出力して油圧モータ４の傾転を制御するもので、操作レバー９が中立位置にある時、及び正転側、逆転側の最大操作位置の検出値ｊ，ｋにある時は、最大値ｑｍａｘの傾転指令を出力し、正転側、逆転側の制動範囲９ａ，９ｂから駆動範囲９ｃ，９ｄに切り換わる検出値１，ｍにある時は、０傾転指令を出力し、正転側、逆転側の制動範囲９ａ，９ｂ及び駆動範囲９ｃ，９ｄにある時は、最大値ｑｍａｘと０傾転との間を直線または滑らかな曲線で補間して得られる操作レバー９の操作量に対する傾転指令の関係から傾転指令を出力する。
【００４２】
以上において、ポテンショメーター５０及び第１演算装置５１は、操作レバー（指令手段）９が中立位置を含む所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは方向切換弁２０を中立位置に切り換え、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて方向切換弁２０を第１切り換え位置（ａ位置）又は第２切り換え位置（ｂ位置）に切り換える第１制御手段を構成し、第２演算装置５２及び電気レギュレータ３２Ａは、操作レバー（指令手段）９が前記所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは、中立位置では油圧モータ４の押しのけ容量（傾転）が最大となり、中立位置から操作されるにしたがって油圧モータ４の押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて油圧モータ４の押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段を構成する。
【００４３】
本実施形態も上記第１の実施形態と全く同等に動作し、同等の効果が得られる。
【００４４】
なお、以上の実施形態では、本発明の液圧駆動装置を油圧ショベルの旋回油圧回路に採用した場合について説明したが、ホイールローダ等の車両の走行油圧回路に適用してもよく、この場合も、操作レバーが中立を指示しているときに十分な保持力を発揮し、傾斜地での停車中、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまうことを防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷が回転している状態から減速し、停止する場合は、従来と同様に制動力を発生し、負荷を減速、停止させることができるとともに、指令手段が中立（非操作状態）にある時は、液圧アクチュエータが回転負荷側から回転力を受けても、保持力（制動力）を発生して負荷が回転しないよう保持することができ、油圧ショベルのような傾斜地でも稼動しなければならないような機械の旋回油圧回路で、作業装置の重さで油圧モータが駆動され、作業装置が低い方に流れてしまうことや、ホイールローダ等の車両の走行油圧回路で、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまうことを防止できる。
【００４６】
また、制動力を発生するのに指令手段を逆転方向に操作する必要がないので、片方向に傾転できる可変容量型油圧モータであっても実施可能であり、低コストで装置を実現できる。
【００４７】
また、本発明によれば、負荷を減速、停止させるときは、第１管路及び第２管路の液圧アクチュエータ吐出側の管路は逆流防止手段を介して高圧管路に接続されるので、液圧アクチュエータのポンプ作用により発生した油圧エネルギは定圧力源に回収され、定圧力制御システムの持つ省エネタイプとしての特徴を失うことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【図２】図１に示す定圧力源の詳細を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【図４】従来の定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 定圧力源
２ 高圧ポート
３ 低圧ポート
４ 油圧モータ
５ 容量可変機構
６ 回転負荷
７ 高圧管路
８ 低圧管路
９ 操作レバー
９ａ，９ｂ 制動範囲（所定の指令範囲）
９ｃ，９ｄ 駆動範囲
２０ 方向切換弁
２１ 第１管路
２２ 第２管路
２３，２４ チェック弁（逆流防止手段）
２５，２６ チェック弁（補給手段）
２７ 第１カム
２８ 第２カム
３０ パイロット弁
３１ 減圧弁
３２ レギュレータ
５０ ポテンショメーター
５１ 第１演算装置
５２ 第２演算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は回転負荷を駆動する液圧駆動装置に係わり、特に一定圧力の液圧源に可変容量型の液圧モータを接続し、この液圧モータの押しのけ容量を制御することで発生する駆動トルクや制動トルクを調整しつつ、大きな慣性モーメントを有する回転負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一定圧力の液圧源に可変容量型の液圧アクチュエータを接続し、この液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御することで発生する駆動トルクや制動トルクを調整する液圧駆動装置は、「セカンダリーコントロールシステム」或いは「定圧力制御システム」として知られている。例えば、１９８７年３月２４日〜２６日にフィンランドのタンペル大学で開催された流体動力に関する国際会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ）の予稿集、ｐ２〜３、「セカンダリーコントロール油圧システムのエネルギーの考察及び制御戦略（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ − Ｅｎｅｒｇｙ Ａｓｐｅｃｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ）にその一例が記載されている。
【０００３】
図４に従来の定圧力制御システム（セカンダリーコントロールシステム）の構成を示す。図４において、定圧力源１の高圧ポート２は高圧管路７で、また低圧ポート３は低圧管路８で、それぞれ可変容量型液圧アクチュエータ４に接続される。可変容量型液圧アクチュエータ４の容量可変機構５は操作レバー９によって正方向５ａまたは負方向５ｂに調節可能である。また、可変容量型液圧アクチュエータ４の出力軸は回転負荷６に接続されている。可変容量型液圧アクチュエータ４は一般的には両傾転型油圧モータであり、この油圧モータとして斜板モータを使用した場合には、斜板が容量可変機構５となる。以下、動作を説明する。
【０００４】
回転負荷６が停止した状態からの動作を考える。操作レバー９を操作しない中立状態では油圧モータ４の斜板５も中立位置にあり、高圧管路７及び低圧管路８より圧力差が加わっていてもトルクは発生せず、回転負荷６は停止したままである。操作レバー９を正転方向（矢印９ａ）側に動かすと、油圧モータ４の斜板５は正転方向（矢印５ａ）側に動き、斜板傾転による押しのけ容量の大きさをｑ、高圧管路７と低圧管路８との差圧をｐとすると、ｐ×ｑのトルクで回転負荷６を正転側に駆動する。この時、操作レバー９を大きく操作するほど斜板傾転による押しのけ容量の大きさｑが大きくなるので、大きな駆動力が得られる。回転負荷６が回転している状態で、操作レバー９を中立位置に戻した場合、油圧モータ４の斜板傾転も中立に戻る。この場合、押しのけ容量が０となるので、回転負荷６に対してのトルクの出入りは０であり、回転負荷６はそのままの回転数で空転を続ける（実際には諸抵抗によって徐々に減速する）。
【０００５】
空転状態から、これを減速するためには操作レバー９を逆転方向（矢印９ｂ）に操作する。油圧モータ６は、操作レバー９の操作量に応じて図示５ｂ側に傾転し、作動流体を低圧管路８側から高圧管路７側に送ろうとする。つまり、回転負荷６側から駆動されるポンプのように動作する。この時、油圧モータ４は回転負荷６に対して制動トルクを与えて減速させることになる。制動トルクの大きさは駆動時と同様にｐ×ｑ（ただしｑは負の値となる）であり、操作レバー９を大きく操作するほど大きな制動トルクが得られる。また、油圧モータ４のポンプ作用により生じた油圧エネルギは定圧力源１に含まれるアキュムレータに回収され、次の駆動に再利用される。
【０００６】
正転している回転負荷６を停止させるためには、逆転方向へ操作レバー９を操作し、減速させて、停止したところで操作レバー９を中立に戻せばよい。
【０００７】
逆転方向への駆動・制動・停止は、操作レバー９の操作を逆側に行えばよい。
【０００８】
このような定圧力制御システムは、油圧モータ４のポンプ作用で発生した油圧エネルギを回収し再利用できることから省エネタイプのシステムとしての特徴があり、回転方向を含めたトルクを操作レバー９で指示する操作方式は、クレーンの旋回用駆動装置などに良く利用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定圧力制御システムは、クレーンなどのように平坦な地面に設置されて使われる機械の旋回油圧回路などには都合がよい。しかし、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路では、操作レバー９を中立にした状態にある時、フロントなどの作業装置の重さによって油圧モータが駆動され、作業装置が低い方に流れてしまう不都合がある。同様の問題はホイールローダ等の車両の走行油圧回路の場合にもある。すなわち、本発明を走行油圧回路に適用した場合、傾斜地での停車中、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、指令手段が中立を指示している時に十分な保持力（制動力）を発揮できる定圧力制御液圧駆動装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は次のような構成を採用する。すなわち、一定圧力を供給する定圧力源と、前記定圧力源に高圧管路及び低圧管路を介して接続された可変容量型の液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータに指令を与える指令手段とを備え、前記指令手段の指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御し、回転負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置において、前記定圧力源に前記高圧管路及び低圧管路を介して接続されかつ前記液圧アクチュエータが第１及び第２管路を介して接続された方向切換弁であって、前記高圧管路、低圧管路、第１管路及び第２管路の全てのポートを遮断する中立位置と、高圧管路を第１管路に接続し、低圧管路を第２管路に接続する第１切り換え位置と、高圧管路を第２管路に接続し、低圧管路を第１管路に接続する第２切り換え位置を有する方向切換弁と；前記指令手段が中立を含む所定の指令範囲にあるときは前記方向切換弁を中立位置に切り換え、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて前記方向切換弁を第１切り換え位置又は第２切り換え位置に切り換える第１制御手段と；前記指令手段が前記所定の指令範囲にあるときは、中立では前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が最大となり、中立から操作されるにしたがって前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段と；を備える構成とする。
【００１２】
以上のように構成した本発明では、指令手段が中立を含む所定の指令範囲を越えて操作されたときは、第１制御手段はその操作方向に応じて方向切換弁を、高圧管路を第１管路に接続し低圧管路を第２管路に接続する第１切り換え位置又は高圧管路を第２管路に接続し低圧管路を第１管路に接続する第２切り換え位置に切り換え、第２制御手段はその操作量に応じて液圧アクチュエータの押しのけ容量を漸増させる。このため、液圧アクチュエータは従来通り指令手段の操作方向と操作量に応じて駆動される。
【００１３】
一方、指令手段が中立を含む所定の指令範囲にあるときは、第１制御手段は、方向切換弁を第１管路及び第２管路の全てのポートを遮断する中立位置に切り換え、第２制御手段は、指令手段が中立にある時は液圧アクチュエータの押しのけ容量を最大にし、指令手段が中立から操作されるにしたがって液圧アクチュエータの押しのけ容量を漸減させる。このため、上記のように液圧アクチュエータを駆動している状態から、指令手段の指令を上記所定の指令範囲に戻したときは、液圧アクチュエータは両ポートをブロックされかつ押しのけ容量は戻し量に応じて漸増するから、負荷が与える液圧アクチュエータの回転トルクをＴとすると、第１管路と第２管路間にｐ＝Ｔ／ｑ（ｑは可変容量型液圧アクチュエータの押しのけ容量）なる差圧を生じ、この差圧により指令の戻し量に応じた制動力を発揮し、負荷は徐々に減速される。更に指令手段を中立に戻すと、第１管路と第２管路間にｐ＝Ｔ／ｑｍａｘ（ｑｍａｘは可変容量型液圧アクチュエータの最大押しのけ容量）なる差圧を生じ、最大の制動力を発揮する。
【００１４】
そして、指令手段が中立にある時は、液圧アクチュエータは両ポートをブロックされかつ押しのけ容量が最大であるから、外部から回転トルクＴを受けた場合に、第１管路と第２管路間に上記のようにｐ＝Ｔ／ｑｍａｘなる差圧が生じ、この差圧により外部から回転されることが防止される。これによって、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路において、オペレータが操作入力を加えておらず、中立の指令が出ている時に、フロントなどの作業装置の重さによって作業装置が低い方に流れてしまうことを防ぐことができる。
【００１５】
上記定圧力制御液圧駆動装置は、好ましくは、前記第１管路及び第２管路から前記高圧管路に向かう流れだけを許容する逆流防止手段と、前記第１管路及び第２管路の負圧発生を防止する補給手段とを更に備える構成とする。
【００１６】
以上のように制動時に方向切換弁によって可変容量型液圧アクチュエータの２つのポートを遮断するように構成された本発明においては、負荷が回転している状態から制動して減速していく過程で可変容量型液圧アクチュエータが作動油を吸入・吐出する流路が必要である。また、従来システムと同等の加減速特性を得るためには、吸入する流路は低圧管路またはそれに相当する圧力レベルを維持し、吐出する流路は高圧管路またはそれに相当する圧力レベルを維持する必要がある。本発明では、方向切換弁により遮断された吐出側に相当する第１管路又は第２管路は逆流防止手段を介して高圧管路に接続されているので、該吐出側管路は高圧管路と同じ圧力まで昇圧した後、吐出された作動油は高圧管路に流れる。また、吸入側に相当する第１管路又は第２管路は負圧発生を防止する補給手段を有しており、これから吸入流量の補給を受けることができる。このような逆流防止手段及び補強手段の作用により指令手段の指令に応じた制動力を発揮できる。また、液圧アクチュエータの吐出側管路に発生した油圧エネルギを定圧力源に回収できる。
【００１７】
また、好ましくは、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動操作により動かされる第１カムと、この第１カムの動きに応じて前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記操作レバーの回動操作により前記第１カムと同期して動かされる第２カムと、この第２カムの動きに応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有する。この場合、好ましくは、前記第１カム及び第２カムは前記操作レバーの回動中心に回転中心を持つ回転式の一体型のカムである。
【００１８】
また、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動角を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する弁切り換え指令を出力する第１演算手段と、前記弁切り換え指令により前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する押しのけ容量指令を出力する第２演算手段と、前記押しのけ容量指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有する構成であっても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
まず、本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
【００２１】
図１において、１は設定された一定圧力を供給する定圧力源であり、定圧力源１の高圧ポート２、低圧ポート３はそれぞれ高圧管路７、低圧管路８によって方向切換弁２０のＰポート、Ｔポートに接続されている。また、方向切換弁２０のＡポート、Ｂポートは、第１管路２１、第２管路２２によって可変容量型液圧アクチュエータ４に接続されている。可変容量型液圧アクチュエータ４は例えば両傾転型油圧モータであり、この油圧モータとして斜板モータを使用した場合、斜板が容量可変機構５となる。方向切換弁２０は、全てのポートＰ，Ｔ，Ａ，Ｂを遮断する中立位置と、高圧管路７を第１管路２１に接続し、低圧管路８を第２管路２２に接続する第１切り換え位置（ａ位置）と、高圧管路７を第２管路２２に接続し、低圧管路８を第１管路２１に接続する第２切り換え位置（ｂ位置）を有するパイロット操作弁である。
【００２２】
また、第１管路２１、第２管路２２は高圧管路７にチェック弁２３，２４を介して接続され、高圧管路７に向かう流れだけが許容される。更に、第１管路２１、第２管路２２は低圧管路８にチェック弁２５，２６を介して接続され、低圧管路７からの流れだけを許容するようになっている。
【００２３】
操作レバー９は指令を与える指令手段であり、軸９ａを中心として回動操作される。軸９ａには第１及び第２の２つのカム２７，２８が設けられている。図示右側の第１カム２７はパイロット弁３０を操作してパイロット圧を発生させ、このパイロット圧により方向切換弁２０の切り換えを制御するもので、図示左側の第２カム２８は減圧弁３１を操作して制御圧力を発生させ、この制御圧力により油圧レギュレータ３２を駆動して油圧モータ４の押しのけ容量を制御するものである。操作レバー９には中立位置があり、中立位置から正転側・逆転側にそれぞれ制動範囲９ａ，９ｂ、駆動範囲９ｃ，９ｄを有している。
【００２４】
第１及び第２カム２７，２８のカム形状は次のように設定されている。
操作レバー９が中立位置及び制動範囲９ａ，９ｂにある間は、第１カム２７は方向切換弁２０に対して中立位置にあるよう制御し、第２カム２８は油圧モータ６に対し操作レバー９が中立位置に近いほど油圧モータ６の傾転（押しのけ容量）を大きくするように制御する。操作レバー９が中立位置にある時、油圧モータ６は最大傾転となる。また、操作レバー９が正転駆動の範囲９ｃにあるときは、第１カム２７は方向切換弁２０に対してａ位置に切り換わるよう制御し、高圧管路７を第１管路２１に、低圧管路８を第２管路２２に接続する。更に正転駆動範囲９ｃでは、第２カム２８は油圧モータ６に対して、操作レバー９の操作量（操作指令）が大きいほど油圧モータ６の傾転を大きくするように制御する。操作レバー９が最大に操作された時に油圧モータ６は最大傾転となる。逆転駆動範囲９ｄでは、第１カム２７が方向切換弁２０をｂ位置に切り換えて、高圧管路７を第２管路２２に、低圧管路８を第１管路２１に接続する以外は正転駆動時と同じとなる。
【００２５】
定圧力源１の構成は公知であり、例えば図２に示すように、斜板式で可変容量型の油圧ポンプ４０と、油圧ポンプ４０の吐出ポートを高圧ポート２につなげるポンプライン４１と、ポンプライン４１に接続された圧力変動吸収用のアキュムレータ４２と、低圧ポート３をタンク４３につなげるタンクライン４４と、ポンプライン４１の圧力を検出する圧力センサ４５と、設定器（図示せず）により与えられる目標圧力Ｐｒｅｆの指令信号と圧力センサ４５の検出信号を入力し、油圧ポンプ４０の吐出圧力が目標圧力Ｐｒｅｆになるよう油圧ポンプ４０の傾転（押しのけ容量）を制御するポンプレギュレータ４６とで構成されている。
【００２６】
以上において、第１カム２７及びパイロット弁３０は、操作レバー（指令手段）９が中立位置を含む所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは方向切換弁２０を中立位置に切り換え、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて方向切換弁２０を第１切り換え位置（ａ位置）又は第２切り換え位置（ｂ位置）に切り換える第１制御手段を構成し、第２カム２８、減圧弁３１及び油圧レギュレータ３２は、操作レバー（指令手段）９が前記所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは、中立位置では油圧モータ４の押しのけ容量（傾転）が最大となり、中立位置から操作されるにしたがって油圧モータ４の押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて油圧モータ４の押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段を構成する。
【００２７】
また、チェック弁２３，２４は、第１管路２１及び第２管路２２から高圧管路７に向かう流れだけを許容する逆流防止手段を構成し、チェック弁２５，２６は第１管路２１及び第２管路２２の負圧発生を防止する補給手段を構成する。
【００２８】
以上のように構成した本実施形態の動作は次のようである。
【００２９】
回転負荷６が停止している状態から、操作レバー９を正転側（図示右側）へ操作すると、操作レバー９が制動範囲９ａにある間は、方向切換弁２０が中立位置にあって第１管路２１、第２管路２２ともに遮断されているので、回転負荷６側から回転トルクが入らない限り油圧モータ４は停止を続ける。操作レバー９が正転駆動範囲９ｃに入ると、右側の第１カム２７によって方向切換弁２０がａ位置に切り換わり、第１管路２１が高圧管路７に、第２管路２２が低圧管路８につながり、その差圧をｐとすると、油圧モータ４は回転負荷６を正転側にｐ×ｑのトルクで回転させる（ｑは油圧モータ４の押しのけ容量）。ただし、制動範囲９ａから駆動範囲９ｃに切り換わる点では、油圧モータ４の押しのけ容量は最小となっているので、発生するトルクも小さい。加減速を滑らかに行いたい場合には、油圧モータ４の押しのけ容量は制動範囲９ａから駆動範囲９ｃに切り換わる点で０になっていることが望ましく、本実施例でもｑの最小値は０であるとする。従って、正転駆動範囲９ｃに入った時点では回転負荷６を駆動するトルクは０であり、更に大きく操作し続けると、左側の第２カム２８によって油圧モータ４の押しのけ容量が次第に大きくなって駆動トルクも大きくなる。操作レバー９を最大に操作すると最大トルクで加速する。
【００３０】
操作レバー９が正転側最大に操作されて、回転負荷６が加速回転している状態から減速し、停止する場合は、徐々に操作レバー９を戻していく。操作レバー９が正転駆動範囲９ｃにある間は、駆動トルクは徐々に小さくなるものの加速状態であり回転負荷６は加速を続ける。操作レバー９を正転駆動範囲９ｃから制動範囲９ａに切り換わる位置まで戻すと、油圧モータ４の押しのけ容量が０となり、回転負荷６に対するトルクは０で回転負荷６は空転状態となる。操作レバー９が制動範囲９ａに入ると、方向切換弁２０は中立位置に戻り、第１管路２１、第２管路２２ともに遮断状態になる。このとき、最初は油圧モータ４の押しのけ容量は０であるから、まだ減速トルクは発生しない。
【００３１】
更に操作レバー９を戻すと、油圧モータ４の押しのけ容量が再び増加してくるので、回転負荷６が油圧モータ４を駆動して、油圧モータ４はポンプ作用を行い、第１管路２１から作動油を吸入し、第２管路２２へ吐出する。第２管路は方向切換弁２０でブロックされているので、僅かな吐出量でも圧力はすぐに上昇する。この圧力が高圧管路７の圧力に達すると、チェック弁２４が開いて、油圧モータ４が吐出する作動油は高圧管路７を介して高圧ポート２を介して定圧力源１のアキュムレータ４２に吸収される。この時、上述した定圧力源１の構成により高圧管路７の圧力は目標圧力Ｐｒｅｆの一定圧力ｐに保たれ、第２管路２２の圧力はこの高圧管路７の圧力（一定圧力）に保たれる。また、アクチュエータ４２に吸収された圧力エネルギは次の油圧モータ４の駆動に利用される。一方、第１管路２１の作動油は、油圧モータ４のポンプ作用によって油圧モータ４に吸収されるため、第１管路２１の圧力は低下しようとするが、その圧力が低圧管路８の圧力まで下がるとチェック弁２５が開いて低圧管路８から吸入流量が補給され、第１管路２１が負圧になるのを防ぐことができる。このように、第２管路２２と第１管路２１との差圧は、高圧管路７と低圧管路８との差圧とほぼ同一に保たれ、これは定圧力源１が供給する一定圧力ｐとなる。
【００３２】
操作レバー９が中立に近づくにつれ、左側の第２カム２８によって油圧モータ４の押しのけ容量ｑは増大する。この時、油圧モータ４のポンプ作用に必要なトルクはｐ×ｑであり、このトルクは回転負荷６を減速するトルクとなる。従って、制動範囲９ａにおいては、操作レバー９が中立に近づくほど大きな制動トルクを与えることができる。
【００３３】
以上、正転方向に加減速する場合の動作を述べたが、逆転方向に操作したときにも同様の説明が成り立つ。
【００３４】
また、上述したような操作レバー９を大きく操作するほど大きな加速が得られ、中立近くに戻すほど大きな減速が得られる操作は、操作者の感覚に違和感無く受け入れられる、使いやすい操作方式といえる。
【００３５】
次に、操作レバー９が中立状態にあり、油圧モータ４が停止した状態で回転負荷６側から回転トルクが加えられた状態を考える。これは、油圧ショベルのような傾斜地でも稼働しなければならないような機械の旋回油圧回路に適用された場合で、傾斜地にフロントなどの作業装置を横向きにして停止している状態を想定している。従来の方式では、作業装置の重さによって作業装置が低い方に流れてしまう不都合があった。
【００３６】
本実施形態の場合、操作レバー９が中立の場合には、方向切換弁２０は中立位置、即ち第１管路２１、第２管路２２が遮断された状態にあり、また、油圧モータ４の押しのけ容量は最大（ｑｍａｘ）にある。この状態で、回転負荷６側から油圧モータ４に正転方向の回転トルクが加わると、そのトルクＴに応じて第２管路２２と第１管路２１の間に差圧ｐｂ（＝Ｔ／ｑｍａｘ）が発生し、この差圧ｐｂが高圧管路７と低圧管路８との差圧ｐに達するまでは、この作動油が流出する流路がないので油圧モータ４は回転せずに停止を保つことができる。この差圧ｐｂが高圧管路７と低圧管路８との差圧ｐに達すると、チェック弁２４が開いて、それ以上のトルクに耐えることはできないが、このトルクはこの駆動回路の最大駆動トルクに相当する。従って、回転負荷６側からの回転トルクに対しては、システムの最大駆動トルクまで停止した状態で耐えられる訳で、これは、例えば油圧ショベルの傾斜地での旋回体を保持する十分な性能である。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、定圧力源１を有し、可変容量型の油圧モータ４の押しのけ容量を調整することで回転負荷６を駆動するトルクを調整できる液圧駆動装置において、負荷６が回転している状態から減速し、停止する場合は、第１管路２１及び第２管路２２の油圧モータ吐出側の管路はチェック弁２３，２４（逆流防止手段）を介して高圧管路７に接続され、油圧モータ吸い込み側の管路はチェック弁２５，２６（補給手段）を介して低圧管路８に接続され、従来と同様に制動力を発生し、負荷６を減速、停止させることができる。また、操作レバー９が中立位置（非操作状態）にある時に、油圧モータ４が回転負荷側から回転力を受けても、制動力を発生して負荷６が回転しないよう保持することができる。
【００３８】
また、回転負荷６を減速、停止させるときは、第１管路２１及び第２管路２２の油圧モータ吐出側の管路はチェック弁２３，２４（逆流防止手段）を介して高圧管路７に接続されるので、油圧モータ４のポンプ作用により発生した油圧エネルギは定圧力源１のアキュムレータ４２に回収され、定圧力制御システムの持つ省エネタイプとしての特徴を失わない。
【００３９】
また、従来の定圧力制御システムでは、操作レバーを逆転方向に操作して油圧モータ４に制動力を与えるために正転・逆転の両方向に傾転できる可変容量型油圧モータを必要としていた。本発明によれば、制動力を発生するのに操作レバー９を逆転方向に操作する必要がないので、片方向に傾転できる可変容量型油圧モータであっても実施可能である。また、方向切換弁２０やチェック弁２３〜２６は容易に入手可能な市場性がある機器である。このため、方向切換弁やチェック弁を追加することを考慮しても、低コストで装置を実現できる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態を図３により説明する。
【００４１】
図３において、方向切換弁２０Ａはソレノイド操作式の弁であり、操作レバー９の操作量はポテンショメーター５０によって検出される。このポテンショメーター５０の検出値は電気信号に変換され、電気回路またはマイクロコンピュータなどで構成される第１演算装置５１、第２演算装置５２に入力される。第１演算装置５１は方向切換弁２０Ａを切り換え制御するもので、操作レバー９が中立位置を含む制動範囲９ａ，９ｂにある時は方向切換弁２０Ａを中立位置に、正転駆動範囲９ｃにある時は方向切換弁２０Ａをａ位置に、逆転駆動範囲９ｄにある時は方向切換弁２０Ａをｂ位置に切り換える電気信号を方向切換弁２０Ａに出力する。また、第２制御装置３２は電気レギュレータ３２Ａに傾転指令を出力して油圧モータ４の傾転を制御するもので、操作レバー９が中立位置にある時、及び正転側、逆転側の最大操作位置の検出値ｊ，ｋにある時は、最大値ｑｍａｘの傾転指令を出力し、正転側、逆転側の制動範囲９ａ，９ｂから駆動範囲９ｃ，９ｄに切り換わる検出値１，ｍにある時は、０傾転指令を出力し、正転側、逆転側の制動範囲９ａ，９ｂ及び駆動範囲９ｃ，９ｄにある時は、最大値ｑｍａｘと０傾転との間を直線または滑らかな曲線で補間して得られる操作レバー９の操作量に対する傾転指令の関係から傾転指令を出力する。
【００４２】
以上において、ポテンショメーター５０及び第１演算装置５１は、操作レバー（指令手段）９が中立位置を含む所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは方向切換弁２０を中立位置に切り換え、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて方向切換弁２０を第１切り換え位置（ａ位置）又は第２切り換え位置（ｂ位置）に切り換える第１制御手段を構成し、第２演算装置５２及び電気レギュレータ３２Ａは、操作レバー（指令手段）９が前記所定の指令範囲（制動範囲９ａ，９ｂ）にあるときは、中立位置では油圧モータ４の押しのけ容量（傾転）が最大となり、中立位置から操作されるにしたがって油圧モータ４の押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、操作レバー９が所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて油圧モータ４の押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段を構成する。
【００４３】
本実施形態も上記第１の実施形態と全く同等に動作し、同等の効果が得られる。
【００４４】
なお、以上の実施形態では、本発明の液圧駆動装置を油圧ショベルの旋回油圧回路に採用した場合について説明したが、ホイールローダ等の車両の走行油圧回路に適用してもよく、この場合も、操作レバーが中立を指示しているときに十分な保持力を発揮し、傾斜地での停車中、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまうことを防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷が回転している状態から減速し、停止する場合は、従来と同様に制動力を発生し、負荷を減速、停止させることができるとともに、指令手段が中立（非操作状態）にある時は、液圧アクチュエータが回転負荷側から回転力を受けても、保持力（制動力）を発生して負荷が回転しないよう保持することができ、油圧ショベルのような傾斜地でも稼動しなければならないような機械の旋回油圧回路で、作業装置の重さで油圧モータが駆動され、作業装置が低い方に流れてしまうことや、ホイールローダ等の車両の走行油圧回路で、車体の重さで油圧モータが回転し、車体が動いてしまうことを防止できる。
【００４６】
また、制動力を発生するのに指令手段を逆転方向に操作する必要がないので、片方向に傾転できる可変容量型油圧モータであっても実施可能であり、低コストで装置を実現できる。
【００４７】
また、本発明によれば、負荷を減速、停止させるときは、第１管路及び第２管路の液圧アクチュエータ吐出側の管路は逆流防止手段を介して高圧管路に接続されるので、液圧アクチュエータのポンプ作用により発生した油圧エネルギは定圧力源に回収され、定圧力制御システムの持つ省エネタイプとしての特徴を失うことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【図２】図１に示す定圧力源の詳細を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【図４】従来の定圧力制御液圧駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 定圧力源
２ 高圧ポート
３ 低圧ポート
４ 油圧モータ
５ 容量可変機構
６ 回転負荷
７ 高圧管路
８ 低圧管路
９ 操作レバー
９ａ，９ｂ 制動範囲（所定の指令範囲）
９ｃ，９ｄ 駆動範囲
２０ 方向切換弁
２１ 第１管路
２２ 第２管路
２３，２４ チェック弁（逆流防止手段）
２５，２６ チェック弁（補給手段）
２７ 第１カム
２８ 第２カム
３０ パイロット弁
３１ 減圧弁
３２ レギュレータ
５０ ポテンショメーター
５１ 第１演算装置
５２ 第２演算装置
Claims (5)
- 一定圧力を供給する定圧力源と、前記定圧力源に高圧管路及び低圧管路を介して接続された可変容量型の液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータに指令を与える指令手段とを備え、前記指令手段の指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御し、回転負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置において、
前記定圧力源に前記高圧管路及び低圧管路を介して接続されかつ前記液圧アクチュエータが第１及び第２管路を介して接続された方向切換弁であって、前記高圧管路、低圧管路、第１管路及び第２管路の全てのポートを遮断する中立位置と、高圧管路を第１管路に接続し、低圧管路を第２管路に接続する第１切り換え位置と、高圧管路を第２管路に接続し、低圧管路を第１管路に接続する第２切り換え位置を有する方向切換弁と；
前記指令手段が中立を含む所定の指令範囲にあるときは前記方向切換弁を中立位置に切り換え、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作方向に応じて前記方向切換弁を第１切り換え位置又は第２切り換え位置に切り換える第１制御手段と；
前記指令手段が前記所定の指令範囲にあるときは、中立では前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が最大となり、中立から操作されるにしたがって前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸減するように当該押しのけ容量を制御し、前記指令手段が前記所定の指令範囲を越えて操作されたときはその操作量に応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量が漸増するように当該押しのけ容量を制御する第２制御手段と；を備えることを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。 - 請求項１記載の定圧力制御液圧駆動装置において、前記第１管路及び第２管路から前記高圧管路に向かう流れだけを許容する逆流防止手段と、前記第１管路及び第２管路の負圧発生を防止する補給手段とを更に備えることを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
- 請求項１記載の定圧力制御液圧駆動装置において、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動操作により動かされる第１カムと、この第１カムの動きに応じて前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記操作レバーの回動操作により前記第１カムと同期して動かされる第２カムと、この第２カムの動きに応じて前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有することを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
- 請求項３記載の定圧力制御液圧駆動装置において、前記第１カム及び第２カムは前記操作レバーの回動中心に回転中心を持つ回転式の一体型のカムであることを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
- 請求項１記載の定圧力制御液圧駆動装置において、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記第１制御手段は前記操作レバーの回動角を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する弁切り換え指令を出力する第１演算手段と、前記弁切り換え指令により前記方向切換弁を切り換える弁操作手段とを有し、前記第２制御手段は前記角度検出手段によって検出された回動角に応じて対応する押しのけ容量指令を出力する第２演算手段と、前記押しのけ容量指令により前記液圧アクチュエータの押しのけ容量を制御するアクチュエータ容量操作手段とを有することを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
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