JP3562657B2 - 可変容量油圧ポンプの容量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベルの作業機用アクチュエータ等の油圧回路に用いられる可変容量油圧ポンプの容量を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変容量油圧ポンプ（以下可変油圧ポンプという）の容量（１回転当り吐出量）を制御する装置としては、ポンプ吐出圧によって容量を制御して可変油圧ポンプの駆動トルク（容量×ポンプ吐出圧）を一定とする装置が知られている。
【０００３】
一方、パワーショベル等の建設機械の作業機用アクチュエータの油圧回路としては１つの可変油圧ポンプの吐出圧油を複数の操作弁で複数のアクチュエータに供給すると共に、圧力補償弁を設け、この圧力補償弁を最も高い負荷圧によってセットして負荷圧の異なるアクチュエータに１つの可変油圧ポンプの吐出圧油を同時に流量分配して供給する圧力補償式の油圧回路が知られている。
【０００４】
この圧力補償式の油圧回路においては負荷圧によって可変油圧ポンプの容量を制御して負荷圧が低い時には容量を少なくしてポンプ吐出圧を低圧することでエネルギー損失を低減し、負荷圧が高い時には容量を多くしてポンプ吐出圧を高くするようにしている。
【０００５】
前述のように、ポンプ吐出圧と負荷圧及び駆動トルク一定として容量を制御する装置としては図１に示すものが知られている。
すなわち、可変容量油圧ポンプ１（以下可変油圧ポンプ１という）の吐出路２を操作弁３を介してアクチュエータ４に接続した油圧回路において、可変油圧ポンプ１の容量制御部材、例えば斜板５を容量大、容量小方向に作動する容量制御ピストン６を設け、この容量制御ピストン６の大径室７にポンプ吐出圧を第１制御弁８と第２制御弁９で供給制御し、小径室１０にポンプ吐出圧を供給する。
【０００６】
前記第１制御弁８は受圧部１１内の圧力で供給位置Ａに向けて押され、スプリング１２でドレーン位置Ｂに向けて押され、受圧部１１は第１油路１３でポンプ圧導入路１４に連通し、スプリング１２がフィードバックレバ１５に接し、第１制御弁８はポンプ吐出圧を入口ポート１６より出口ポート１７に供給したり、出口ポート１７をタンクポート１８に連通・遮断する。
【０００７】
第２制御弁９は第１受圧部１９の圧力で第１位置Ｃに押され、第２受圧部２０の圧力で第２位置Ｄに押され、その第１受圧部１９は第２油路２１でポンプ圧導入路１４に連通し、第２受圧部２０は第３油路２２で負荷圧ポート２３に連通し、入口ポート２４は第４油路２５でポンプ圧導入路１４に連通し、第１ポート２６は第５油路２７で第１制御弁８の出口ポート１７に連通し、第２ポート２８は第６油路２９で前記大径室７に連通し、その小径室１０はポンプ圧導入路１４に連通している。
【０００８】
次に斜板５を傾転して可変油圧ポンプ１の１回転当り吐出量（容量）を制御する動作を説明する。
可変油圧ポンプ１のポンプ吐出圧Ｐ１ が高くなると第１制御弁８が供給位置Ａとなってポンプ吐出圧を第２制御弁９を経て大径室７に供給し、大径室７と小径室６の受圧面積差で容量制御ピストン６を右方に押して斜板５を傾転角小方向（容量小方向）に揺動する。
これにより、フィードバックレバ１５が移動してスプリング１２のセット荷重を大きくし第１制御弁８はドレーン位置Ｂに押され、これによって可変油圧ポンプ１の１回転当り吐出量をポンプ吐出圧Ｐ１ に見合う値とする。
すなわち、第１制御弁８とフィードバックレバ１５は自己のポンプ吐出圧により容量を変えることで、可変油圧ポンプの駆動トルクを常に一定とするものである。
【０００９】
また、第２制御弁９は負荷圧Ｐ０ がポンプ吐出圧と等しくなった時または設定した負荷圧Ｐ０ とポンプ吐出圧の差圧より小さい時、すなわち操作弁３のメータイン前後の差圧が小さく、前記操作弁３の開口面積が大きく、操作弁の要求流量がポンプ吐出量より大の時に第２位置Ｄとなって大径室７内の圧油をタンクに流出して斜板５を傾転角大方向（容量大方向）に揺動し、ポンプ吐出量（容量）を増す。
すなわち、第２制御弁９はポンプ吐出圧Ｐ１ と負荷圧Ｐ０ の差圧が一定、つまり前記操作弁３の要求流量に合致したポンプ吐出量となるように可変油圧ポンプの１回転当り吐出量（容量）を制御する。
【００１０】
かかる容量制御装置であると、容量制御ピストン６の大径室７へのポンプ吐出圧の供給、排出速度（容量制御ピストン６の大径室７内の圧力変化速度）によって容量制御ピストン６の作動速度、つまり応答速度が変化するから、自己吐出圧Ｐ１ が高い時には応答速度が速く、低い時には遅くなる。
【００１１】
このために、自己吐出圧が低い時の応答速度を満足すべき速い速度とすると自己吐出圧が高い時の応答速度が速くなり過ぎて油圧ポンプ内部部品が破損、例えば斜板がストッパに衝突して斜板を破損したり、急激な容量増大に伴うサクション圧力の一時的急低下によってキャビテーションが発生するし、作業機負荷が大であって負荷圧Ｐ０ が高い時（自己吐出圧が高い時）の作業機加速度が過大となって作業機の振動（バタつき）及び車体へのショック、揺れが発生する。
【００１２】
このことを解消するために、例えば実願平３−５１９７０号に示すように、図１において容量制御ピストン６の大径室７に接続した回路に、自己吐出圧が低い時に絞り開口面積が大で、自己吐出圧が高い時に絞り開口面積が小となる可変絞り弁を設けた可変容量油圧ポンプの容量制御装置が提案されている。
【００１３】
かかる容量制御装置であれば、可変容量油圧ポンプの自己吐出圧が低い時には可変絞り弁の絞り開口面積が大となって自己吐出圧が容量制御ピストン６の大径室７にスムーズに供給され、自己吐出圧が高い時には可変絞り弁の絞り開口面積が小となって自己吐出圧の受圧室への供給を制限して容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる容量制御装置であると、容量制御の応答速度が自己吐出圧と可変絞り弁の絞り開口面積によって決定されるので、容量制御の応答速度を任意に設定できない。
【００１５】
一方、油圧ショベルはバケットを用いて地面を転圧する作業や、穴明きバケットを用いてふるい落し作業等を行うことがあり、これらの作業の場合にはバケットを高速で作動させるので速い応答速度が要求され、バケットにより地表を精密に掘削作業（精密すき取り作業）や管吊り作業の場合にはバケットがゆっくりと作動させるので比較的ゆっくりとした応答速度が要求される。
【００１６】
このように、油圧ショベルの場合には作業内容によって異なる応答速度が要求されるし、オペレータの熟練度や好みによっても異なる応答速度が要求されるが、前述の容量制御装置では、それらの要求を満足することができないことがある。
【００１７】
また、前述の容量制御装置では容量制御ピストン６の大径室７への圧油流れを可変絞り弁の絞り開口面積を通過させることで制限して容量制御ピストン６の作動速度をコントロールし、それによって応答速度を制御しているから、その応答速度は自己吐出圧にほぼ反比例したものとなるので、自己吐出圧が高圧の時の応答速度を自己吐出圧が低い時の応答速度に比べてあまり遅くできない。
【００１８】
このために、前述の自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度が速くなり過ぎることにより発生する油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できないことがある。
【００１９】
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした可変容量油圧ポンプの容量制御装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁と、前記容量制御ピストン６の大径室７への供給圧油流れ、又は流出油流れを制御する可変絞り弁３０を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記可変絞り弁３０を、弁本体３１のスプール孔３２にスプール３３を嵌挿してスプール３３のストロークにより絞り開口面積が増減され、かつスプール３３が所定ストローク摺動すると遮断される主連通路ａと、所定の絞り開口面積となった補助連通路ｂを形成し、
前記スプール３３を受圧部４９に作用する自己吐出圧によって絞り開口面積が小となる方向に押し、前記スプール３３をスプリング５０で絞り開口面積が大となる方向に押し、
前記スプール３３を外部信号によって所定ストローク摺動する手段を設け、
この手段によってスプール３３を所定ストローク摺動しない時には、ポンプ吐出路２の自己吐出圧に反比例した絞り開口面積となり、前記手段によってスプール３３を所定ストローク摺動した時には、自己吐出圧に関係なく所定の絞り開口面積となるようにしたことを特徴とする可変容量油圧ポンプの容量制御装置。
【００２１】
可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記容量制御ピストン６の大径室７からの流出油をタンクに流出する油路に絞り７１を設け、この絞り７１の上流側圧力で制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押すようにした可変容量油圧ポンプの容量制御装置。
【００２２】
【作 用】
第１の容量制御装置であれば、可変容量油圧ポンプの自己吐出圧が低い時には可変絞り弁の絞り開口面積が大となって自己吐出圧が容量制御ピストン６の大径室７にスムーズに供給され、自己吐出圧が高い時には可変絞り弁の絞り開口面積が小となって自己吐出圧の受圧室への供給を制限して容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止することができるし、外部信号によって自己吐出圧に関係なく所定の応答速度に設定できるから、作業内容やオペレータの熟練度や好みに合った応答速度にできる。
【００２３】
第２の容量制御装置であれば、制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押す力が容量制御ピストン６の大径室７からの流出油の流速に２乗に比例するから、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度があまり速くなることがなく、油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できる。
【００２４】
【実 施 例】
本発明の第１実施例を図２に基づいて説明する。なお、従来と同一部材は符号を同一とする。
容量制御ピストン６の大径室７と第２制御弁９の第２ポート２８を連通する第６油路２９に可変絞り弁３０が設けてある。
【００２５】
前記可変絞り弁３０は図３に示すように、弁本体３１のスプール孔３２内にスプール３３を摺動自在に嵌挿して両者間に環状の第１空間３４と環状の第２空間３５と環状の第３空間３６をそれぞれ形成し、その第１空間３４は第１ポート３７に連通し、第２空間３５は第２ポート３８に連通し、第３空間３６は第３ポート３９に連通し、第１ポート３７が容量制御ピストン６の大径室７に連通し、第２ポート３８が第２制御弁９の第２ポート２８に連通し、第３ポート３９がポンプ圧導入路１４に連通している。
【００２６】
前記第１空間３４と第２空間３５はスプール３３の第１小径部４０とスプール３３の外周面に形成したスリット溝４１により連通し、スプール３３が左方に所定ストローク摺動するとスプール３３の第１大径部４２がスプール孔３２に嵌合して第１空間３４と第２空間３５を遮断するようになり、これにより第１空間３４と第２空間３５を連通・遮断し、かつ絞り開口面積が可変なる主連通路ａを構成している。
【００２７】
前記スプール３３の軸心に形成した軸孔４３にはプラグ４４が挿入して固定されて空間部４５を形成し、この空間部４５は第１細孔４６でスプール３３の第２小径部４７より第１空間３４に開口し、かつ第２細孔４８によりスプール３３の第１小径部４０に開口して第１空間３４と第２空間３５を連通する所定の絞り開口面積の補助連通路ｂを構成している。
【００２８】
前記スプール３３の第３空間３６に臨む部分には環状凹部４８が形成され、この環状凹部４８を境として右側は大径で左側は小径となってスプール３３を右側に押す受圧部４９を構成し、その受圧部４９に供給される自己吐出圧によってスプール３３は右側、つまり前記主連通路ａの絞り開口面積を小さくする方向に押される。
【００２９】
前記スプール３３はスプリング５０と受圧室５１内の圧油によって左側、つまり前記主連通路ａの絞り開口面積を大きくする方向に押される。
【００３０】
前記スプール３３の左端面とプラグ５２とスプール孔３２より形成された空間５３はタンクポート５４よりタンクに連通してスプール３３が左右に摺動できるようにしてある。
【００３１】
前記受圧室５１は図２に示すように、油圧源５５とタンク５６の一方に切換弁５７により連通される。
この切換弁５７はスプリング５７ａでドレーン位置Ｅに保持され、ソレノイド５８に通電されると供給位置Ｆとなり、そのソレノイド５８には操作部材５９を操作することで通電される。
【００３２】
次に作動を説明する。
切換弁５７がドレーン位置Ｅの時には受圧室５１はタンク５６に連通するので、スプール３３は受圧部４９に作用する自己吐出圧とスプリング５０によって左右に摺動する。
【００３３】
これにより、自己吐出圧が低い時にはスプール３３は図３に示すように左側に摺動して第１空間３４と第２空間３５が第１小径部４０を経て連通するから主連通路ａの絞り開口面積は大きくなる。
【００３４】
自己吐出圧が高い時にはスプール３３は図４に示すように右側に摺動して第１空間３４と第２空間３５は第１小径部４０、スリット４１を介して連通するから、主連通路ａの絞り開口面積は小さくなる。
【００３５】
操作部材５９を操作してソレノイド５８に通電すると切換弁５７は供給位置Ｆとなり、油圧源５５の圧油が受圧室５１に供給され、スプール３３は図５に示すようにプラグ５２に当接するまで左側に押される。
【００３６】
これにより、第１大径部４２で主連通路ａが遮断され、第１空間３４と第２空間３５は補助連通路ｂで連通される。
【００３７】
このようであるから、可変絞り弁３０の絞り開口面積は自己吐出圧が低い時には大きく、高い時には小さくなるから、容量制御ピストン６の大径室７に流入する圧油、排出する圧油の流れは自己吐出圧が高くなると順次制限されるので、応答速度を自己吐出圧が高くなると順次遅くすることができる。
【００３８】
また、操作部材５９を操作することにより可変絞り弁３０の絞り開口面積を自己吐出圧に関係なく第１細孔４６、第２細孔４８によって決定される値にでき、応答速度を任意に設定できる。
【００３９】
図２において、第１ポート３７に接続した第１の油路２９−１と第２ポート３８に接続した第２の油路２９−２をチェック弁６０を備えたバイパス路６１で接続しても良い。
【００４０】
このようにすれば、第２制御弁９の第２ポート２８よりの圧油がバイパス路６１を経て容量制御シリンダ６の大径室７に直接流れるから、容量を小さくする時の応答性を向上できる。
【００４１】
前記可変絞り弁３０は、図２における第４油路２５、第５油路２７、第１制御弁８のドレーンポート１８とタンク５６を連通するドレーン油路６２に設けても良い。
【００４２】
図６は可変絞り弁３０の第２実施例を示し、スプール３３の空間部４５を第２細孔４８でスプール３３におけるスリット４１より左側に開口し、空間５３を切換弁５７でタンク５６と油圧源５５の一方に接続するようにしてある。
【００４３】
このようにすれば、切換弁５７を供給位置Ｆとして油圧源５５の圧油を空間５３に供給すると、スプール３３の左端面３３ａに圧油が作用してスプール３３を右側に摺動してバネ受６３がストッパ６４に当接し、これによってスリット４１が閉じて主連通路ａが閉じ、補助連通路ｂで第１空間３４と第２空間３５が連通するので、前述と同様に絞り開口面積が第１・第２詳細孔４６，４８によって決定される値となる。
【００４４】
次に本発明の第２実施例を図７に基づいて説明する。
第１制御弁８を供給位置Ａに押す補助受圧部７０を設け、この補助受圧部７０を前記ドレーン油路６２に接続し、そのドレーン油路６２に絞り７１を設けて、その絞り７１の上流側圧力が補助受圧部７０に作用するようにしてある。
【００４５】
このように構成すれば、容量制御ピストン６の大径室７から流出する流出油によって絞り７１の上流側に圧力が発生し、その圧力が補助受圧部７０に作用して第１制御弁８を供給位置Ａに向けて押す。
【００４６】
前記絞り７１の上流側圧力は流出油の流速の２乗に比例した圧力となり、その流出油の流速は容量制御ピストン６が容量大方向に揺動する速度に比例する。
【００４７】
このために、容量制御ピストン６が容量大方向にゆっくりと移動する時には絞り７１の上流側圧力は著しく低圧となって第１制御弁８を供給位置Ａに押す力が小さく、第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８の開口面積は補助受圧部７０がない場合に略同一となる。
【００４８】
また、容量制御ピストン６が容量大方向に速く移動する時には絞り７１の上流側圧力が著しく高圧となって第１制御弁８を供給位置Ａに押す力が大きく、第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８の開口面積は補助受圧部７０がない場合に比べて著しく小さくなる。
【００４９】
したがって、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の応答速度があまり速くならずにむしろやや遅くすることができる。
【００５０】
図８は第３実施例を示し、第２制御弁９に補助受圧部７０を設け、第５油路２７に絞り７１を設け、この絞り７１の上流側圧力を補助受圧部７０に供給するようにしてある。
【００５１】
このようにすれば、第２制御弁９の第１ポート２６と第２ポート２８の開口面積が前述の第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８と同様に制御されるから、前述と同様に自己吐出圧が高い時の応答速度があまり速くならずにむしろ遅くすることができる。
【００５２】
図９は第４実施例を示し、ドレーン油路６２の絞り７１より上流側に補助ドレーン油路７２を設け、この補助ドレーン油路７２を切換弁７３で連通・遮断するようにしてある。
【００５３】
前記切換弁７３は常時連通位置Ｇとなり、ソレノイド７４に操作部材７５によって通電すると遮断位置Ｈとなるようにしてある。
【００５４】
このようにすれば、切換弁７３を連通位置Ｇとすれば絞り７１の上流側に圧力が生じないから第１制御弁８は補助受圧部７０がない場合と同様に制御されて応答速度が所定の速度となり、切換弁７３を遮断位置Ｈとすれば第２実施例と同様にして応答速度を制御できる。
【００５５】
図１０は第５実施例を示し、ドレーン油路６２に切換弁７６を設け、この切換弁７６を常時連通位置Ｉとし、ソレノイド７７に通電すると絞り連通位置Ｊとなるようにしてある。
【００５６】
このようにすれば、切換弁７６を連通位置Ｉとした時には補助受圧部７０を設けない場合と同様に応答速度が制御され、絞り連通位置Ｊとした時には前述の第２実施例と同様に応答速度が制御される。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の容量制御装置であれば、自己吐出圧が高い時に容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止できるし、外部信号によって容量制御の応答速度を自己吐出圧に関係ない所定の速度にできるから、作業内容やオペレータの熟練度や好みに合った応答速度にできる。
【００５８】
請求項２の容量制御装置であれば、制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押す力が容量制御ピストン６の大径室７からの流出油の流速に２乗に比例するから、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度があまり速くなることがなく、油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の容量制御装置の構成説明図である。
【図２】本発明の容量制御装置の第１実施例の構成説明図である。
【図３】絞り開口面積が大の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図４】絞り開口面積が小の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図５】絞り開口面積が所定の値の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図６】可変絞り弁の第２実施例の断面図である。
【図７】本発明の容量制御装置の第２実施例を示す構成説明図である。
【図８】本発明の容量制御装置の第３実施例を示す構成説明図である。
【図９】本発明の容量制御装置の第４実施例を示す構成説明図である。
【図１０】本発明の容量制御装置の第５実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１…可変容量油圧ポンプ
２…ポンプ吐出路
３…方向制御弁
５…容量制御部材
６…容量制御ピストン
７…大径室
８…第１制御弁
９…第２制御弁
１０…小径室
３０…可変絞り弁
３１…弁本体
３２…スプール孔
３３…スプール
７０…補助受圧部
７１…絞り
ａ…主連通路
ｂ…補助連通路。
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベルの作業機用アクチュエータ等の油圧回路に用いられる可変容量油圧ポンプの容量を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変容量油圧ポンプ（以下可変油圧ポンプという）の容量（１回転当り吐出量）を制御する装置としては、ポンプ吐出圧によって容量を制御して可変油圧ポンプの駆動トルク（容量×ポンプ吐出圧）を一定とする装置が知られている。
【０００３】
一方、パワーショベル等の建設機械の作業機用アクチュエータの油圧回路としては１つの可変油圧ポンプの吐出圧油を複数の操作弁で複数のアクチュエータに供給すると共に、圧力補償弁を設け、この圧力補償弁を最も高い負荷圧によってセットして負荷圧の異なるアクチュエータに１つの可変油圧ポンプの吐出圧油を同時に流量分配して供給する圧力補償式の油圧回路が知られている。
【０００４】
この圧力補償式の油圧回路においては負荷圧によって可変油圧ポンプの容量を制御して負荷圧が低い時には容量を少なくしてポンプ吐出圧を低圧することでエネルギー損失を低減し、負荷圧が高い時には容量を多くしてポンプ吐出圧を高くするようにしている。
【０００５】
前述のように、ポンプ吐出圧と負荷圧及び駆動トルク一定として容量を制御する装置としては図１に示すものが知られている。
すなわち、可変容量油圧ポンプ１（以下可変油圧ポンプ１という）の吐出路２を操作弁３を介してアクチュエータ４に接続した油圧回路において、可変油圧ポンプ１の容量制御部材、例えば斜板５を容量大、容量小方向に作動する容量制御ピストン６を設け、この容量制御ピストン６の大径室７にポンプ吐出圧を第１制御弁８と第２制御弁９で供給制御し、小径室１０にポンプ吐出圧を供給する。
【０００６】
前記第１制御弁８は受圧部１１内の圧力で供給位置Ａに向けて押され、スプリング１２でドレーン位置Ｂに向けて押され、受圧部１１は第１油路１３でポンプ圧導入路１４に連通し、スプリング１２がフィードバックレバ１５に接し、第１制御弁８はポンプ吐出圧を入口ポート１６より出口ポート１７に供給したり、出口ポート１７をタンクポート１８に連通・遮断する。
【０００７】
第２制御弁９は第１受圧部１９の圧力で第１位置Ｃに押され、第２受圧部２０の圧力で第２位置Ｄに押され、その第１受圧部１９は第２油路２１でポンプ圧導入路１４に連通し、第２受圧部２０は第３油路２２で負荷圧ポート２３に連通し、入口ポート２４は第４油路２５でポンプ圧導入路１４に連通し、第１ポート２６は第５油路２７で第１制御弁８の出口ポート１７に連通し、第２ポート２８は第６油路２９で前記大径室７に連通し、その小径室１０はポンプ圧導入路１４に連通している。
【０００８】
次に斜板５を傾転して可変油圧ポンプ１の１回転当り吐出量（容量）を制御する動作を説明する。
可変油圧ポンプ１のポンプ吐出圧Ｐ１ が高くなると第１制御弁８が供給位置Ａとなってポンプ吐出圧を第２制御弁９を経て大径室７に供給し、大径室７と小径室６の受圧面積差で容量制御ピストン６を右方に押して斜板５を傾転角小方向（容量小方向）に揺動する。
これにより、フィードバックレバ１５が移動してスプリング１２のセット荷重を大きくし第１制御弁８はドレーン位置Ｂに押され、これによって可変油圧ポンプ１の１回転当り吐出量をポンプ吐出圧Ｐ１ に見合う値とする。
すなわち、第１制御弁８とフィードバックレバ１５は自己のポンプ吐出圧により容量を変えることで、可変油圧ポンプの駆動トルクを常に一定とするものである。
【０００９】
また、第２制御弁９は負荷圧Ｐ０ がポンプ吐出圧と等しくなった時または設定した負荷圧Ｐ０ とポンプ吐出圧の差圧より小さい時、すなわち操作弁３のメータイン前後の差圧が小さく、前記操作弁３の開口面積が大きく、操作弁の要求流量がポンプ吐出量より大の時に第２位置Ｄとなって大径室７内の圧油をタンクに流出して斜板５を傾転角大方向（容量大方向）に揺動し、ポンプ吐出量（容量）を増す。
すなわち、第２制御弁９はポンプ吐出圧Ｐ１ と負荷圧Ｐ０ の差圧が一定、つまり前記操作弁３の要求流量に合致したポンプ吐出量となるように可変油圧ポンプの１回転当り吐出量（容量）を制御する。
【００１０】
かかる容量制御装置であると、容量制御ピストン６の大径室７へのポンプ吐出圧の供給、排出速度（容量制御ピストン６の大径室７内の圧力変化速度）によって容量制御ピストン６の作動速度、つまり応答速度が変化するから、自己吐出圧Ｐ１ が高い時には応答速度が速く、低い時には遅くなる。
【００１１】
このために、自己吐出圧が低い時の応答速度を満足すべき速い速度とすると自己吐出圧が高い時の応答速度が速くなり過ぎて油圧ポンプ内部部品が破損、例えば斜板がストッパに衝突して斜板を破損したり、急激な容量増大に伴うサクション圧力の一時的急低下によってキャビテーションが発生するし、作業機負荷が大であって負荷圧Ｐ０ が高い時（自己吐出圧が高い時）の作業機加速度が過大となって作業機の振動（バタつき）及び車体へのショック、揺れが発生する。
【００１２】
このことを解消するために、例えば実願平３−５１９７０号に示すように、図１において容量制御ピストン６の大径室７に接続した回路に、自己吐出圧が低い時に絞り開口面積が大で、自己吐出圧が高い時に絞り開口面積が小となる可変絞り弁を設けた可変容量油圧ポンプの容量制御装置が提案されている。
【００１３】
かかる容量制御装置であれば、可変容量油圧ポンプの自己吐出圧が低い時には可変絞り弁の絞り開口面積が大となって自己吐出圧が容量制御ピストン６の大径室７にスムーズに供給され、自己吐出圧が高い時には可変絞り弁の絞り開口面積が小となって自己吐出圧の受圧室への供給を制限して容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる容量制御装置であると、容量制御の応答速度が自己吐出圧と可変絞り弁の絞り開口面積によって決定されるので、容量制御の応答速度を任意に設定できない。
【００１５】
一方、油圧ショベルはバケットを用いて地面を転圧する作業や、穴明きバケットを用いてふるい落し作業等を行うことがあり、これらの作業の場合にはバケットを高速で作動させるので速い応答速度が要求され、バケットにより地表を精密に掘削作業（精密すき取り作業）や管吊り作業の場合にはバケットがゆっくりと作動させるので比較的ゆっくりとした応答速度が要求される。
【００１６】
このように、油圧ショベルの場合には作業内容によって異なる応答速度が要求されるし、オペレータの熟練度や好みによっても異なる応答速度が要求されるが、前述の容量制御装置では、それらの要求を満足することができないことがある。
【００１７】
また、前述の容量制御装置では容量制御ピストン６の大径室７への圧油流れを可変絞り弁の絞り開口面積を通過させることで制限して容量制御ピストン６の作動速度をコントロールし、それによって応答速度を制御しているから、その応答速度は自己吐出圧にほぼ反比例したものとなるので、自己吐出圧が高圧の時の応答速度を自己吐出圧が低い時の応答速度に比べてあまり遅くできない。
【００１８】
このために、前述の自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度が速くなり過ぎることにより発生する油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できないことがある。
【００１９】
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした可変容量油圧ポンプの容量制御装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁と、前記容量制御ピストン６の大径室７への供給圧油流れ、又は流出油流れを制御する可変絞り弁３０を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記可変絞り弁３０を、弁本体３１のスプール孔３２にスプール３３を嵌挿してスプール３３のストロークにより絞り開口面積が増減され、かつスプール３３が所定ストローク摺動すると遮断される主連通路ａと、所定の絞り開口面積となった補助連通路ｂを形成し、
前記スプール３３を受圧部４９に作用する自己吐出圧によって絞り開口面積が小となる方向に押し、前記スプール３３をスプリング５０で絞り開口面積が大となる方向に押し、
前記スプール３３を外部信号によって所定ストローク摺動する手段を設け、
この手段によってスプール３３を所定ストローク摺動しない時には、ポンプ吐出路２の自己吐出圧に反比例した絞り開口面積となり、前記手段によってスプール３３を所定ストローク摺動した時には、自己吐出圧に関係なく所定の絞り開口面積となるようにしたことを特徴とする可変容量油圧ポンプの容量制御装置。
【００２１】
可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記容量制御ピストン６の大径室７からの流出油をタンクに流出する油路に絞り７１を設け、この絞り７１の上流側圧力で制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押すようにした可変容量油圧ポンプの容量制御装置。
【００２２】
【作 用】
第１の容量制御装置であれば、可変容量油圧ポンプの自己吐出圧が低い時には可変絞り弁の絞り開口面積が大となって自己吐出圧が容量制御ピストン６の大径室７にスムーズに供給され、自己吐出圧が高い時には可変絞り弁の絞り開口面積が小となって自己吐出圧の受圧室への供給を制限して容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止することができるし、外部信号によって自己吐出圧に関係なく所定の応答速度に設定できるから、作業内容やオペレータの熟練度や好みに合った応答速度にできる。
【００２３】
第２の容量制御装置であれば、制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押す力が容量制御ピストン６の大径室７からの流出油の流速に２乗に比例するから、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度があまり速くなることがなく、油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できる。
【００２４】
【実 施 例】
本発明の第１実施例を図２に基づいて説明する。なお、従来と同一部材は符号を同一とする。
容量制御ピストン６の大径室７と第２制御弁９の第２ポート２８を連通する第６油路２９に可変絞り弁３０が設けてある。
【００２５】
前記可変絞り弁３０は図３に示すように、弁本体３１のスプール孔３２内にスプール３３を摺動自在に嵌挿して両者間に環状の第１空間３４と環状の第２空間３５と環状の第３空間３６をそれぞれ形成し、その第１空間３４は第１ポート３７に連通し、第２空間３５は第２ポート３８に連通し、第３空間３６は第３ポート３９に連通し、第１ポート３７が容量制御ピストン６の大径室７に連通し、第２ポート３８が第２制御弁９の第２ポート２８に連通し、第３ポート３９がポンプ圧導入路１４に連通している。
【００２６】
前記第１空間３４と第２空間３５はスプール３３の第１小径部４０とスプール３３の外周面に形成したスリット溝４１により連通し、スプール３３が左方に所定ストローク摺動するとスプール３３の第１大径部４２がスプール孔３２に嵌合して第１空間３４と第２空間３５を遮断するようになり、これにより第１空間３４と第２空間３５を連通・遮断し、かつ絞り開口面積が可変なる主連通路ａを構成している。
【００２７】
前記スプール３３の軸心に形成した軸孔４３にはプラグ４４が挿入して固定されて空間部４５を形成し、この空間部４５は第１細孔４６でスプール３３の第２小径部４７より第１空間３４に開口し、かつ第２細孔４８によりスプール３３の第１小径部４０に開口して第１空間３４と第２空間３５を連通する所定の絞り開口面積の補助連通路ｂを構成している。
【００２８】
前記スプール３３の第３空間３６に臨む部分には環状凹部４８が形成され、この環状凹部４８を境として右側は大径で左側は小径となってスプール３３を右側に押す受圧部４９を構成し、その受圧部４９に供給される自己吐出圧によってスプール３３は右側、つまり前記主連通路ａの絞り開口面積を小さくする方向に押される。
【００２９】
前記スプール３３はスプリング５０と受圧室５１内の圧油によって左側、つまり前記主連通路ａの絞り開口面積を大きくする方向に押される。
【００３０】
前記スプール３３の左端面とプラグ５２とスプール孔３２より形成された空間５３はタンクポート５４よりタンクに連通してスプール３３が左右に摺動できるようにしてある。
【００３１】
前記受圧室５１は図２に示すように、油圧源５５とタンク５６の一方に切換弁５７により連通される。
この切換弁５７はスプリング５７ａでドレーン位置Ｅに保持され、ソレノイド５８に通電されると供給位置Ｆとなり、そのソレノイド５８には操作部材５９を操作することで通電される。
【００３２】
次に作動を説明する。
切換弁５７がドレーン位置Ｅの時には受圧室５１はタンク５６に連通するので、スプール３３は受圧部４９に作用する自己吐出圧とスプリング５０によって左右に摺動する。
【００３３】
これにより、自己吐出圧が低い時にはスプール３３は図３に示すように左側に摺動して第１空間３４と第２空間３５が第１小径部４０を経て連通するから主連通路ａの絞り開口面積は大きくなる。
【００３４】
自己吐出圧が高い時にはスプール３３は図４に示すように右側に摺動して第１空間３４と第２空間３５は第１小径部４０、スリット４１を介して連通するから、主連通路ａの絞り開口面積は小さくなる。
【００３５】
操作部材５９を操作してソレノイド５８に通電すると切換弁５７は供給位置Ｆとなり、油圧源５５の圧油が受圧室５１に供給され、スプール３３は図５に示すようにプラグ５２に当接するまで左側に押される。
【００３６】
これにより、第１大径部４２で主連通路ａが遮断され、第１空間３４と第２空間３５は補助連通路ｂで連通される。
【００３７】
このようであるから、可変絞り弁３０の絞り開口面積は自己吐出圧が低い時には大きく、高い時には小さくなるから、容量制御ピストン６の大径室７に流入する圧油、排出する圧油の流れは自己吐出圧が高くなると順次制限されるので、応答速度を自己吐出圧が高くなると順次遅くすることができる。
【００３８】
また、操作部材５９を操作することにより可変絞り弁３０の絞り開口面積を自己吐出圧に関係なく第１細孔４６、第２細孔４８によって決定される値にでき、応答速度を任意に設定できる。
【００３９】
図２において、第１ポート３７に接続した第１の油路２９−１と第２ポート３８に接続した第２の油路２９−２をチェック弁６０を備えたバイパス路６１で接続しても良い。
【００４０】
このようにすれば、第２制御弁９の第２ポート２８よりの圧油がバイパス路６１を経て容量制御シリンダ６の大径室７に直接流れるから、容量を小さくする時の応答性を向上できる。
【００４１】
前記可変絞り弁３０は、図２における第４油路２５、第５油路２７、第１制御弁８のドレーンポート１８とタンク５６を連通するドレーン油路６２に設けても良い。
【００４２】
図６は可変絞り弁３０の第２実施例を示し、スプール３３の空間部４５を第２細孔４８でスプール３３におけるスリット４１より左側に開口し、空間５３を切換弁５７でタンク５６と油圧源５５の一方に接続するようにしてある。
【００４３】
このようにすれば、切換弁５７を供給位置Ｆとして油圧源５５の圧油を空間５３に供給すると、スプール３３の左端面３３ａに圧油が作用してスプール３３を右側に摺動してバネ受６３がストッパ６４に当接し、これによってスリット４１が閉じて主連通路ａが閉じ、補助連通路ｂで第１空間３４と第２空間３５が連通するので、前述と同様に絞り開口面積が第１・第２詳細孔４６，４８によって決定される値となる。
【００４４】
次に本発明の第２実施例を図７に基づいて説明する。
第１制御弁８を供給位置Ａに押す補助受圧部７０を設け、この補助受圧部７０を前記ドレーン油路６２に接続し、そのドレーン油路６２に絞り７１を設けて、その絞り７１の上流側圧力が補助受圧部７０に作用するようにしてある。
【００４５】
このように構成すれば、容量制御ピストン６の大径室７から流出する流出油によって絞り７１の上流側に圧力が発生し、その圧力が補助受圧部７０に作用して第１制御弁８を供給位置Ａに向けて押す。
【００４６】
前記絞り７１の上流側圧力は流出油の流速の２乗に比例した圧力となり、その流出油の流速は容量制御ピストン６が容量大方向に揺動する速度に比例する。
【００４７】
このために、容量制御ピストン６が容量大方向にゆっくりと移動する時には絞り７１の上流側圧力は著しく低圧となって第１制御弁８を供給位置Ａに押す力が小さく、第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８の開口面積は補助受圧部７０がない場合に略同一となる。
【００４８】
また、容量制御ピストン６が容量大方向に速く移動する時には絞り７１の上流側圧力が著しく高圧となって第１制御弁８を供給位置Ａに押す力が大きく、第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８の開口面積は補助受圧部７０がない場合に比べて著しく小さくなる。
【００４９】
したがって、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の応答速度があまり速くならずにむしろやや遅くすることができる。
【００５０】
図８は第３実施例を示し、第２制御弁９に補助受圧部７０を設け、第５油路２７に絞り７１を設け、この絞り７１の上流側圧力を補助受圧部７０に供給するようにしてある。
【００５１】
このようにすれば、第２制御弁９の第１ポート２６と第２ポート２８の開口面積が前述の第１制御弁８の出口ポート１７とドレーンポート１８と同様に制御されるから、前述と同様に自己吐出圧が高い時の応答速度があまり速くならずにむしろ遅くすることができる。
【００５２】
図９は第４実施例を示し、ドレーン油路６２の絞り７１より上流側に補助ドレーン油路７２を設け、この補助ドレーン油路７２を切換弁７３で連通・遮断するようにしてある。
【００５３】
前記切換弁７３は常時連通位置Ｇとなり、ソレノイド７４に操作部材７５によって通電すると遮断位置Ｈとなるようにしてある。
【００５４】
このようにすれば、切換弁７３を連通位置Ｇとすれば絞り７１の上流側に圧力が生じないから第１制御弁８は補助受圧部７０がない場合と同様に制御されて応答速度が所定の速度となり、切換弁７３を遮断位置Ｈとすれば第２実施例と同様にして応答速度を制御できる。
【００５５】
図１０は第５実施例を示し、ドレーン油路６２に切換弁７６を設け、この切換弁７６を常時連通位置Ｉとし、ソレノイド７７に通電すると絞り連通位置Ｊとなるようにしてある。
【００５６】
このようにすれば、切換弁７６を連通位置Ｉとした時には補助受圧部７０を設けない場合と同様に応答速度が制御され、絞り連通位置Ｊとした時には前述の第２実施例と同様に応答速度が制御される。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の容量制御装置であれば、自己吐出圧が高い時に容量制御の応答速度が速くなり過ぎることを防止できるし、外部信号によって容量制御の応答速度を自己吐出圧に関係ない所定の速度にできるから、作業内容やオペレータの熟練度や好みに合った応答速度にできる。
【００５８】
請求項２の容量制御装置であれば、制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押す力が容量制御ピストン６の大径室７からの流出油の流速に２乗に比例するから、自己吐出圧が低い時の容量大方向への応答速度をある程度速くしても自己吐出圧が高い時の容量大方向への応答速度があまり速くなることがなく、油圧ポンプ内部部品の破損やキャビテーション発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の容量制御装置の構成説明図である。
【図２】本発明の容量制御装置の第１実施例の構成説明図である。
【図３】絞り開口面積が大の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図４】絞り開口面積が小の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図５】絞り開口面積が所定の値の状態の可変絞り弁の断面図である。
【図６】可変絞り弁の第２実施例の断面図である。
【図７】本発明の容量制御装置の第２実施例を示す構成説明図である。
【図８】本発明の容量制御装置の第３実施例を示す構成説明図である。
【図９】本発明の容量制御装置の第４実施例を示す構成説明図である。
【図１０】本発明の容量制御装置の第５実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１…可変容量油圧ポンプ
２…ポンプ吐出路
３…方向制御弁
５…容量制御部材
６…容量制御ピストン
７…大径室
８…第１制御弁
９…第２制御弁
１０…小径室
３０…可変絞り弁
３１…弁本体
３２…スプール孔
３３…スプール
７０…補助受圧部
７１…絞り
ａ…主連通路
ｂ…補助連通路。
Claims (3)
- 可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁と、前記容量制御ピストン６の大径室７への供給圧油流れ、又は流出油流れを制御する可変絞り弁３０を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記可変絞り弁３０を、弁本体３１のスプール孔３２にスプール３３を嵌挿してスプール３３のストロークにより絞り開口面積が増減され、かつスプール３３が所定ストローク摺動すると遮断される主連通路ａと、所定の絞り開口面積となった補助連通路ｂを形成し、
前記スプール３３を受圧部４９に作用する自己吐出圧によって絞り開口面積が小となる方向に押し、前記スプール３３をスプリング５０で絞り開口面積が大となる方向に押し、
前記スプール３３を外部信号によって所定ストローク摺動する手段を設け、
この手段によってスプール３３を所定ストローク摺動しない時には、ポンプ吐出路２の自己吐出圧に反比例した絞り開口面積となり、前記手段によってスプール３３を所定ストローク摺動した時には、自己吐出圧に関係なく所定の絞り開口面積となるようにしたことを特徴とする可変容量油圧ポンプの容量制御装置。 - 可変容量油圧ポンプ１の容量制御部材５を容量大方向、容量小方向に作動する容量制御ピストン６と、この容量制御ピストン６を容量小方向に作動する大径室７をポンプ吐出路２とタンクに連通する制御弁を設け、
前記容量制御ピストン６を容量大方向に作動する小径室１０をポンプ吐出路２に接続し、
前記容量制御ピストン６の大径室７からの流出油をタンクに流出する油路に絞り７１を設け、この絞り７１の上流側圧力で制御弁を大径室７とポンプ吐出路２を連通する方向に押すようにした可変容量油圧ポンプの容量制御装置。 - 外部信号によって前記絞り７１に流出油が流れる状態と、流れない状態に切換え可能とした請求項２記載の可変容量油圧ポンプの容量制御装置。
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