JP4209402B2

JP4209402B2 - 油圧ポンプ制御装置

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Publication number: JP4209402B2
Application number: JP2005109683A
Authority: JP
Inventors: 正貴大西
Original assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Current assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: JP2006291736A

Description

本発明は、建設機械、道路機械などの産業車両に使用されている油圧ポンプ制御装置に関するものである。

従来より建設機械などの産業車両には静油圧ＨＳＴ（ハイドロスタティックトランスミッション機構）が採用されている。この静油圧ＨＳＴには、油圧モータなどを駆動する圧油を送給する斜板式油圧ポンプの斜板の傾転角を制御して油圧ポンプから送給される圧油の送給量および送給方向を変える制御装置が用いられている。制御装置の系統図の一例を図５に示す。以下、図５に基づいて従来の制御装置について説明する。

油圧ポンプ１０２はチャージポンプ１０３と同軸的に連結され、これらのポンプ１０２、１０３の駆動軸は駆動機１０１に連結されている。また、油圧ポンプ１０２は油圧回路を介して油圧モータ１０４などに接続されている。さらに、油圧ポンプ１０２は斜板を備え、この斜板の傾転角を変えることによって油圧ポンプ１０２から送給される圧油の送給量および送給方向を変えて上記油圧モータ１０４などを正転または逆転することができるようになっている。

チャージポンプ１０３の吐出側には絞り弁１０５を介して減圧弁１０６が接続されている。これらの絞り弁１０５と減圧弁１０６とが速度感応弁ＳＫＶ１を構成する。この速度感応弁ＳＫＶ１の出口側（減圧弁１０６から圧油が流出する側）には例えば電磁切換弁１０７（手動切換弁の場合もある）が接続されており、この電磁切換弁１０７にはサーボシリンダ１０８の両端部の油室がそれぞれ油圧的に接続されている。このサーボシリンダ１０８にはサーボピストン１０９が内蔵されており、このサーボピストン１０９は上記油圧ポンプ１０２の斜板と連結され、サーボピストン１０９の位置の変化に連動して油圧ポンプ１０２の斜板の傾転角が変化するようになっている。

以上の構成では、チャージポンプ１０３から吐出された圧油は絞り弁１０５側に送給され、絞り弁１０５によってその入口圧力Ｐ１は低下し出口圧力Ｐ２になる。この圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は、圧油の送給量に応じて変化する。例えば、駆動機１０１の回転速度が上昇する場合にはチャージポンプ１０３から吐出される圧油の送給量が増えるので前記圧力差は大きくなる。逆に駆動機１０１の回転速度を下げた場合には前記圧力差は小さくなる。この圧力差に応じて速度感応弁ＳＫＶ１の出口側の圧力Ｐ３も変わる。そして、電磁切換弁１０７を位置１０７ａに切り換えるとサーボシリンダ１０８の一側Ａには圧力Ｐ３が作用する。サーボシリンダ１０８の他側ＢはオイルタンクＴに接続される。これによってサーボピストン１０９はサーボシリンダ１０８の一側Ａから他側Ｂに向かって移動し、これと連結する油圧ポンプ１０２の斜板の傾転角が変わる。一方、電磁切換弁１０７を位置１０７ｂに切り換えるとサ−ボシリンダ１０８の他側Ｂに圧力Ｐ３が作用し、一側ＡにはオイルタンクＴ内の圧力と略同一の圧力が作用する。これによって、サーボピストン１０９は上述の方向とは逆の方向に移動する。このようにチャージポンプ１０３からサーボシリンダ１０８の両端部の油室のいずれか一方に送給される圧油の圧力Ｐ３で油圧ポンプ１０２の斜板の傾転角を制御し、これによって油圧ポンプ１０２から送給される圧油の送給量および送給方向を制御する（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２７８６２６号公報（第３−５頁、図１）

しかしながら、上述した制御装置では、駆動機１０１の回転速度に対応した圧力Ｐ３でサーボシリンダ１０８内のサーボピストン１０９の位置を直接制御するオープン制御であるため、外乱（油圧ポンプ２の負荷圧などの変動）に対して影響を受けやすい。すなわち、油圧ポンプ２の負荷圧変動などに対して上記制御装置の制御特性が変化する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高い外乱剛性を得ることができる油圧ポンプ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る油圧ポンプ制御装置は、斜板を備え、その傾転角を変えることにより圧油の送給量および送給方向を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプの作用を制御するための油圧ポンプ制御装置であって、油圧ポンプと同軸的に連結され、圧油を送給するチャージポンプと、チャージポンプおよび油圧ポンプの駆動軸に連結され、これらを駆動する駆動機と、チャージポンプの吐出側に接続され、チャージポンプから送給される圧油の流量に応じて所定の圧力に変換された圧油を出力する速度感応弁と、第１、２、３および４ポートを備え、第１ポートはチャージポンプの吐出側に接続され、第２ポートおよび第３ポートにはこれらを接続しチャージポンプから送給された圧油を還流させる接続回路が接続され、第４ポートには還流した圧油を戻すオイルタンクが接続されており、内蔵される流路を切り換えることによって接続回路内を流れる圧油の流れ方向を切り換える切換弁と、接続回路に介在するとともに速度感応弁の所定の圧力を出力する側と油圧的に接続されており、本体と、速度感応弁から出力される所定の圧力によって本体内にその軸方向に変位可能に配置される可動部材と、可動部材を取り囲むように本体内にその軸方向に変位可能に配置されるスリーブとを備え、スリーブと可動部材との相対位置を変えることによってこれらから形成される流路を絞り、切換弁からの圧油の流れ方向に対して所定の差圧を発生するようになしてあるパイロット弁と、その一端が切換弁の第２ポートとパイロット弁との間の接続回路に、他端が切換弁の第３ポートと前記パイロット弁との間の接続回路にそれぞれ油圧的に接続され、パイロット弁で発生した差圧が両端部に作用することによってその軸方向に変位可能に配置されるとともに前記斜板に連結するサーボピストンと、前記サーボピストンの外部に接続され、当該サーボピストンの変位に応じて前記スリーブを変位させるため、支点を持ったフィードバックレバーとを備え、前記フィードバックレバーは、前記スリーブとの接続部に対して前記サーボピストンとの接続部と反対の方向に延設された延設部を備え、前記サーボピストンの両端部に作用する圧力が略等しい状態におけるサーボピストンの中立位置から前記サーボピストンがその軸方向の一側に移動する場合に前記延設部の所定の部分を支点として揺動し、前記サーボピストンが前記中立位置からその軸方向の他側に移動する場合に、前記フィードバックレバーにおける、前記サーボピストンと前記スリーブとの間の部分を支点として揺動するように構成されている。

この構成によれば、駆動機の回転速度に応じて油圧ポンプの傾転角を制御して油圧ポンプから油圧モータなどに送給される圧油の送給量を調整することができる。特に、本発明では、フィードバックレバーを付加することによりサーボピストンの位置に応じてパイロット弁内の可動部材の位置を制御するので、従来のチャージポンプから送給される圧油により直にサーボピストンの位置を制御する場合に比べて、油圧ポンプの負荷圧変動（外乱）に対する外乱剛性が高い。これにより、油圧ポンプの斜板の傾転角、すなわち油圧ポンプから送給される圧油の送給量を精度良く制御することが可能となる。また、切換弁により油圧ポンプから送給される圧油の送給方向を変えて油圧ポンプに連結される油圧モータなどを正転させたり逆転させたりすることもできる。具体的には、駆動機の回転速度を変更した場合には、以下のような作用を奏する。なお、ここでは、駆動機の回転速度を上昇させる場合を例として説明する。

駆動機の回転速度の上昇に伴い、駆動機に同軸的に連結されるチャージポンプの回転速度も上昇し、チャージポンプから送給される圧油の送給量が増加する。その結果、チャージポンプの吐出側に接続される油圧回路などの圧力損失が上昇する。この圧油は速度感応弁と切換弁とに送給され、速度感応弁では圧油の流量に応じた所定の圧力をパイロット弁に伝達する。そして、パイロット弁に伝達された圧力がその中の可動部材に作用して可動部材がその軸方向に対して移動する。

一方、切換弁の第１ポートに送給された圧油は、第２ポートから接続回路を介してパイロット弁に送給される。この圧油がパイロット弁内を流れるが、可動部材の移動によってパイロット弁内の圧油の流出口が絞られているので、パイロット弁から流出する圧油の圧力は低下する。その後、圧力が低下した圧油は切換弁の第３ポートに流入して第４ポートから排出されてオイルタンクに戻される。

また、サーボピストンの一端が切換弁の第２ポートとパイロット弁との間の接続回路に接続され、他端が切換弁の第３ポートと前記パイロット弁との間の接続回路にそれぞれ油圧的に接続されているので、パイロット弁において発生した差圧はサーボピストンの両端部に付加される。その結果、サーボピストンの両端部のうち高圧力が作用する端部から低圧力が作用する端部に向かってサーボピストンが移動する。

サーボピストンが移動するとこれに接続されるフィードバックレバーが同じ方向に移動する。これにより、フィードバックレバーに接続されるパイロット弁のスリーブが移動する。その結果、上記可動部材とスリーブとから形成される圧油の流出口が開口し、パイロット弁から流出する圧油の圧力の低下は緩和される。すなわち、サーボピストンの両端部に作用する圧力差は小さくなり、上記の移動方向と逆の方向に移動する。

以上の作用が繰り返されることによりサーボピストンが所定の位置に安定する。この位置に対応して油圧ポンプの斜板の傾転角が変更され駆動機の回転速度に対応した油圧ポンプの流量に変更される。

また、切換弁を切り換えることにより、圧油が送給されるポートが第２ポートから第３ポートに変更される。これにより、接続回路内を流れる圧油の流れ方向が変わり、サーボピストンの両端部に作用する圧力バランスが変わる。すなわち、圧油の流れ方向が変更する前に高圧になっていた一端部が低圧になり、他端部が低圧から高圧になる。その結果、サーボピストンは上記の場合と逆の方向に移動し、これに連結する油圧ポンプの斜板も逆方向に傾転する。斜板の傾転角が所定の角度を超えると油圧ポンプから油圧モータなどに送給する圧油の送給方向が変わる。このようにして、油圧モータなどの回転方向が変更される。

また、上記フィードバックレバーは、スリーブとの接続部に対してサーボピストンとの接続部と反対の方向に延設された延設部を備え、サーボピストンの両端部に作用する圧力が略等しい状態におけるサーボピストンの中立位置からサーボピストンがその軸方向の一側に移動する場合に延設部の所定の部分を支点として揺動し、サーボピストンが中立位置からその軸方向の他側に移動する場合にフィードバックレバーにおける、サーボピストンおよび前記スリーブの間の所定の部分を支点として揺動するように構成されている。

この構成によれば、フィードバックレバーに連結するスリーブは、サーボピストンが中立位置からその軸方向の一側に移動しても中立位置から他側に移動しても略同一方向に移動する。従って、サーボピストンの両端部に作用する圧油の圧力差が反転した場合であっても一つのパイロット弁によってそれ以前と同様にこの圧力差を制御することができる。より具体的には、例えば、油圧ポンプから送給される圧油の送給量を変えずに送給方向を変える場合、チャージポンプから速度感応弁を介してパイロット弁に伝達される圧力は略一定であるので、パイロット弁内の可動部材の位置は油圧ポンプからの圧油の送給方向が変わっても変化しない。また、この場合、パイロット弁に接続回路を介して送給される圧油の流れ方向が逆になるのみでパイロット弁で生ずる圧力差は略変化しないので、スリーブの位置は油圧ポンプから送給される圧油の送給量を変える前の位置と略同一となる。すなわち、サーボピストンが中立位置を経由してこの中立位置と略鏡対称の位置に移動した場合、スリーブはサーボピストンの中立位置に対応するスリーブの位置を経由してスリーブが移動する前の位置と略同一の位置に戻ることになる。このようにスリーブが移動することにより、サーボピストンの両端部に作用する圧油の圧力差が制御される。

また、本発明に係る油圧ポンプ制御装置の速度感応弁は、チャージポンプから送給される圧油の流れ方向に対して差圧を発生させる絞り機構と、絞り機構の上流側の圧油の圧力と絞り機構の下流側の圧油の圧力との差に応じて、絞り機構の下流側の圧油を所定の圧力に減圧して前記パイロット弁に導く減圧弁とを備えるように構成しても良い。具体的には、速度感応弁が、絞り機構の上流側の圧油の圧力を減圧弁に導く第１パイロット回路と、絞り機構の下流側の圧油を減圧弁に導く油圧回路と、減圧弁によって減圧された圧油をパイロット弁に導くための第２パイロット回路と、パイロット回路内の圧油をオイルタンクに戻すオイルタンク回路とを有するように構成しても良い。

この構成によれば、駆動機の回転速度に応じた圧力が第２パイロット回路を介してパイロット弁に伝達される。すなわち、駆動機の回転速度が上昇してチャージポンプから送給される圧油の量が増えた場合に、圧油の流れ方向に対して上記絞り機構の上流と下流との圧油の圧力差は増える。絞り機構の下流側の圧油の圧力が略一定で有ればその上流側の圧油の圧力は上昇する。そして、この圧力が第１パイロット回路を介して減圧弁に伝達され、伝達された圧力に応じて絞り機構の下流側の油圧回路から減圧弁に供給された圧油の圧力が所定の圧力に減圧され、その圧力が第２パイロット回路を介してパイロット弁に伝達される。

また、上記減圧弁は、第２パイロット回路と油圧回路とを連通する回路から第２パイロット回路とオイルタンク回路とを連通する回路に切り換え、パイロット弁内の回路を短絡状態にして油圧ポンプからの圧油の送給を停止する電磁切換弁をさらに備えるように構成しても良い。これにより、第２パイロット回路を介してパイロット弁に導かれる圧油の圧力を強制的に解除することができる。その結果、パイロット弁内の回路が短絡状態となりサーボピストンの両端部に作用する圧力が略同一になる。そして、油圧ポンプの斜板の傾転角が変更され、油圧ポンプからの圧油の送給を素早く停止することができる。

また、本発明に係る油圧ポンプ制御装置に用いられる減圧弁は、上記絞り機構内を流れる圧油の流れ方向に対して上流および下流の圧力を導く第５ポートおよび第６ポート並びにパイロット弁に所定の圧力を導く第７ポートおよび該第７ポートと連通したときに圧油を排出する第８ポートを備える本体と、本体内に内蔵されており、その軸方向に変位可能に配置され、この変位に応じて第６ポートと第７ポートとを連通する貫通孔がその内部に形成され、上記変位に応じて第７ポートと第８ポートとを連通する溝がその外周部に形成されるスプールと、スプールの軸方向の一端側と本体との間に形成される空間と第５ポートとを連通する連通路と、スプールの他端側に設けられ、第７ポートと第８ポートとを連通させる方向に該スプールを付勢する付勢手段とを備え、第５ポートから導入される圧油の圧力が所定の圧力を超えたときに付勢手段に抗して第６ポートと第７ポートとを連通するように構成されてもよい。この構成では、チャージポンプから送給された圧油の全量が減圧弁内を通過しないので、減圧弁の大きさを小さくすることができる。

本発明に係る油圧ポンプ制御装置では、チャージポンプから送給される圧油の流量に応じてサーボピストンの両端部に圧力差を生じさせるパイロット弁を設け、パイロット弁で生ずる圧力差をさらにサーボピストンの位置に応じて変えられるように制御するので、高い外乱剛性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ポンプ制御装置の構成を油圧系統図として表したものである。該油圧ポンプ制御装置は油圧ポンプを制御するものである。そこで、まず、油圧ポンプについて説明する。

油圧ポンプ２は、斜板２ａを備える斜板式ポンプであり、その傾転角を変えることにより圧油の送給量および送給方向を変えることができる二方向吐出型ポンプである。油圧ポンプ２は、図１に示すように油圧回路２１、２２を介して油圧モータ４などに接続されている。そして、油圧ポンプ２は、圧油を送給しない中立位置から一方に油圧ポンプ２の斜板２ａを傾転させるとその傾転角に応じた送給量の圧油が図１中の矢符Ｑのように油圧回路２１を経由して油圧モータ４に送給され、逆に、油圧ポンプ２の斜板２ａを中立位置から上記と反対の方向に傾転させるとその傾転角に応じた送給量の圧油が油圧回路２２を介して油圧モータ４に送給されるようになっている。かかる構成では、油圧ポンプ２の斜板２ａの傾転角を制御することによって油圧ポンプ２から油圧モータ４に送給される圧油の送給量と送給方向とが制御される。これにより、油圧ポンプ２に油圧回路２１、２２を介して接続される油圧モータ４の回転速度および回転方向（正転または逆転）が制御される。なお、ここでは、油圧ポンプ２で駆動する対象を油圧モータ４としているがその他の油圧アクチュエータであっても構わない。

次に、本発明の実施の形態に係る油圧ポンプ制御装置の構成について概説する。この油圧ポンプ制御装置は、駆動機１の駆動軸に油圧ポンプ２とともに同軸的に連結され駆動されるチャージポンプ３と、チャージポンプ３の吐出側の油圧回路３１に介在する速度感応弁ＳＫＶと、速度感応弁ＳＫＶと油圧回路３１を介して接続される切換弁７と、切換弁７から圧油を還流させる接続回路７１、７２と、接続回路７１、７２に介在するパイロット弁１２と、このパイロット弁１２の上流および下流の接続回路７１、７２にその両端部が油圧的にそれぞれ接続されるサーボピストン９と、サーボピストン９とパイロット弁１２とを連結するフィードバックレバー１１とを備える。以下、さらに詳しく説明する。

（１）チャージポンプ
チャージポンプ３は、歯車式、ベーン式、ピストン式のほか種々の一般的な公知の定容量型のものを採用することができる。チャージポンプ３の吸い込み側は、油圧回路３０を介してオイルタンクＴに接続されている。また、チャージポンプ３の吐出側は、油圧回路３１を介して速度感応弁ＳＫＶに接続されている。さらに、チャージポンプ３の吐出側には、チャージポンプ３の吐出圧力を制限するためのリリーフ弁１５が接続されている。

このチャージポンプ３は、油圧ポンプ２の斜板２ａを駆動および制御するための圧油をオイルタンクＴから油圧回路３０を介して吸い込み、昇圧して速度感応弁ＳＫＶおよび切換弁７に送給する。また、チャージポンプ３は上述したように駆動軸１の駆動軸と同軸的に連結されているので、駆動機１の回転速度の変化に応じてチャージポンプ３から送給される圧油の送給量が増減する。

（２）速度感応弁ＳＫＶ
速度感応弁ＳＫＶは、絞り機構５と減圧弁６とを備える。絞り機構５は油圧回路３１に介在しており、公知の制限オリフィスなどが使用される。減圧弁６は、絞り機構５を流れる圧油の流れ方向に対してその上流側および下流側の油圧回路３１からそれぞれ分岐された第１パイロット回路３２および油圧回路３３にそれぞれ接続されている。また、減圧弁６は、上記油圧回路３３を介して供給される圧油の圧力を減圧してその圧力をパイロット弁１２に導く第２パイロット回路３４並びにオイルタンクＴに接続されている。さらに、減圧弁６は、第２パイロット回路３４およびオイルタンクＴを連通する回路６ａと油圧回路３３および第２パイロット回路３４を連通する回路６ｂとを備える。また、減圧弁６は、電磁力を用いて回路６ｂから回路６ａに切り換える電磁的付勢手段６１および第１パイロット回路３２内の圧力が所定の圧力以下の場合に回路６ｂから回路６ａに戻すバネなどの付勢手段６２を備える。

絞り機構５の下流側の油圧回路３１の途中から分岐してその分岐回路にリリーフ弁１５が設けられ、該油圧回路３１内の圧力は所定の圧力Ｐ２に維持されている。リリーフ弁１５の排出側は油圧ポンプ２に接続されており、前記圧力Ｐ２が所定の圧力を超えた場合に油圧ポンプ２に圧油を流出するようになっている。

以上の構成により以下の作用を奏する。チャージポンプ３からの圧油の送給量は駆動機１の回転速度に応じて変わるが、その回転速度が上昇したときにはチャージポンプ３からの圧油の送給量は増える。これによって絞り機構５を流れる圧油の流れ方向に対して上流側と下流側との圧油の圧力差が増える。しかしながら、上述したように絞り機構５下流側の油圧回路３１内の圧力がリリーフ弁１５によって所定の圧力Ｐ２に維持されているため、絞り機構５上流側の油圧回路３１内の圧力Ｐ１は上昇する。その結果、絞り機構５の上流側および下流側の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなる。そして油圧回路３３を介して減圧弁６に供給される圧油の圧力Ｐ２が減圧弁６の回路６ｂ内で上記の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）に応じた圧力Ｐ３に減圧され、この圧力Ｐ３が第２パイロット回路３４を介してパイロット弁１２に伝達される。逆に、駆動機１の回転速度が低下した場合、チャージポンプ３から送給される圧油の送給量が低下するため絞り機構５において発生する圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が小さくなる。そして上記同様、油圧回路３３を介して減圧弁６に供給される圧油の圧力Ｐ２が減圧弁６の回路６ｂ内で上記の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）に応じた圧力Ｐ３に減圧され、この圧力Ｐ３が第２パイロット回路３４を介してパイロット弁１２に伝達される。その詳細は後述する。

また、減圧弁６内の回路を回路６ｂから回路６ａに強制的に切り換えたい場合には、電磁的付勢手段６１を用いて行うことができる。

次に、上述の減圧弁６の具体的な構造の一例について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る油圧ポンプ制御装置に適用される減圧弁６の断面図である。

減圧弁６の本体内の軸方向に形成された穴には第１、第２、第３、第４ポート６５、６６、６７、６８を備えた筒状のスリーブ６０が嵌挿されている。このスリーブ６０内には丸棒状のスプール６３が内挿されており、その軸方向に進退自在に配設されている。スプール６３の軸方向の一端部に対向して第１ポート６５が設けられている。また、スプール６３の一端部側の外周部に連続した他端部側には、スプール６３の一端部側の外周部の径の小さい第１段部が設けられている。スプール６３の前記第１段部に連続した他端部の外周部分には、第１段部の径より小さい第２段部が設けられている。

第１段部にはスリーブ６０の第２ポート６６に対応する位置にその径方向に貫通する貫通孔６３ａが設けられている。また、第１段部の外周部には、スプール６３が軸方向に変位したときに第３ポート６７と第４ポート６８とを連通するための溝部６３ｄが設けられている。

スプール６３の一端部側（第１ポート６５側）には、径方向に貫通する貫通孔６３ｂが設けられている。また、スプール６３の軸心部には、スプール６３の第２段部側の端面と前記貫通孔６３ｂとを連通する貫通孔６３ｃが設けられ、この貫通孔６３ｃはさらに上記貫通孔６３ａと交差している。これにより、スプール６３が軸方向に変位したときに第２ポート６６と第３ポート６７とが貫通孔６３ａ、６３ｂ、６３ｃを介して連通するようになっている。

第２段部には、その端面に形成される貫通孔６３ｃの開口部を塞ぐキャップ６４が取り付けられている。このキャップ６４は第１段部の径と略同一径の丸棒状をなし、その一端の外周部には鍔部を備え、さらにその中央部に凹部を備える。そして、キャップ６４の凹部は第２段部を覆い、これによってスプール６３の一部を構成している。キャップ６４の鍔部と本体の第１ポート６５の反対側の部分との間にはバネ（付勢手段）６２が介在し、スプール６３を付勢している。また、キャップ６４の他端側には、電磁石６１ａを備えこれによって軸方向に進退自在な軸棒６１が配されている。これが電磁的付勢手段である。電磁石６１ａが励磁されたときに軸棒６１が第１ポート６５側に移動してキャップ６４を介してスプール６３に当接し、さらに軸棒６１がスプール６３を押圧することによってスプール６３を第１ポート６５側に移動させることができるようになっている。

この構成により以下の作用を奏する。第１ポート６５に圧油の圧力Ｐ１が導かれると、圧力Ｐ１がスプール６３の第１ポート６５側の端面（断面積Ｓａ）に作用する。この圧力Ｐ１が所定値を超えると、スプール６３がバネ６２を押圧して軸方向のバネ側に移動し、第２ポートと第３ポートとが貫通孔６３ａ、６３ｂ、６３ｃを介して連通する。この場合の力のバランスは（数１）で表現される。

［数１］
Ｐ２・Ｓａ＋P３・Ｓｂ＋Ｆｓ＝Ｐ１・Ｓａ

ここで、Ｐ１は、第１ポート６５から導入される圧油の圧力、Ｐ２は第２ポート６６から導入される圧油の圧力、Ｐ３は第３ポート６７から出力される圧油の圧力、Ｓａはスプール６３の第１ポート６５側の端面の断面積、Ｓｂはスプール６３の第１段部の断面積、Ｆｓはバネ力である。

従って、（数１）より圧力Ｐ３は（数２）で表現することができる。

［数２］
Ｐ３＝（Ｐ１−Ｐ２）・（Ｓａ／Ｓｂ）−Ｆｓ・（１／Ｓｂ）

一方、（Ｐ１−Ｐ２）はベルヌーイの定理によりチャージポンプ３からの圧油の送給量Ｑ１の略２乗に比例する。また、圧油の送給量Ｑ１はチャージポンプ３の回転速度Ｎに比例することから、（Ｐ１−Ｐ２）はチャージポンプ３の回転速度の略２乗に比例する。従って、圧力Ｐ３は、チャージポンプ３の回転速度の略２乗に比例する。これにより、速度感応弁ＳＫＶは、チャージポンプ３の回転速度Ｎに連動した圧力Ｐ３を出力することができる。

一方、圧力Ｐ１が所定値より小さい場合には、スプール６３がバネ６２のバネ力によって第１ポート６５側に移動して、第２ポート６６と第３ポート６７との連通が解除され、第３ポート６７と第４ポートとが溝部６３ｄを介して連通する。

以上より、従来の減圧弁のように減圧弁６内にチャージポンプ３からの圧油を全量通過させることなく、チャージポンプ３の負荷（回転速度）に連動した圧力Ｐ３を取り出すことが可能となる。その結果、減圧弁６はコンパクトになり製造コストも低減することができる。

（３）切換弁および接続回路
図１に示した切換弁７は、第１、第２、第３、第４ポート３１ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａを備える。第１ポート３１ａは、チャージポンプ３から圧油を送給する油圧回路３１に接続されている。油圧回路３１から上述したリリーフ弁１５への分岐点と第１ポート３１ａとの間の油圧回路３１には絞り機構３１ｂが設けられ、切換弁７への圧油の送給流量を調整している。第２ポート７１ａは接続回路７１を介してパイロット弁１２に、また第３ポート７２ａは接続回路７２を介してパイロット弁１２に接続されている。第４ポート７３ａは、還流した圧油をオイルタンクＴに戻す油圧回路７３に接続されている。

また切換弁７は、ハンドルＨＬよって、第１ポート３１ａと第３ポート７２ａとを連通するとともに第２ポート７１ａと第４ポート７３ａとを連通する位置７ａ、第１ポート３１ａと第２ポート７１ａとを連通するとともに第３ポート７２ａと第４ポート７３ａとを連通する位置７ｂ、および第１ポート３１ａを遮断するとともに第２ポート７１ａおよび第３ポート７２ａを第４ポート７３ａに連通する位置７ｃのいずれかに切り換えることができるように構成されている。これにより、接続回路７１、７２内を流れる圧油の流れ方向を切り換え、若しくは、接続回路７１、７２内の圧油をオイルタンクＴに戻すことが可能となる。

一方、接続回路７１は上述したとおり切換弁７の第２ポート７１ａとパイロット弁１２とを絞り機構７１ｂを介して接続しており、絞り機構７１ｂのパイロット弁１２側の流量を調整している。そして、絞り機構７１ｂからパイロット弁１２までの接続回路７１はその途中から分岐され、分岐された回路は絞り機構７１ｃを介してサーボピストン９の他端の油室に接続されている。

また、接続回路７２は上述のとおりパイロット弁１２と切換弁７の第３ポート７２ａとを絞り機構７２ｂを介して接続しており、該絞り機構７２ｂのパイロット弁１２側の流量を調整している。そして、パイロット弁１２から絞り機構７２ｂまでの接続回路７２はその途中から分岐され、分岐された回路は絞り機構７２ｃを介してサーボピストン９の他端の油室に接続されている。

以上の構成により、切換弁７から送給される圧油は、パイロット弁１２を介して接続回路７１、７２内を還流する。この際、圧油の流れ方向に対してパイロット弁１２の上流および下流の圧油の圧力がサーボピストン９の両端部に作用するようになっている。

（５）パイロット弁およびサーボピストン
パイロット弁１２は接続回路７１、７２および速度感応弁ＳＫＶの所定の圧力Ｐ３を出力する第２パイロット回路３４にそれぞれ接続されている。パイロット弁１２はその本体内にその軸方向に変位可能に配置される可動部材１３を備え、速度感応弁ＳＫＶから出力される所定の圧力Ｐ３によって接続回路７１、７２を遮断する回路１２ａ、パイロット弁１２内を流れる圧油を制限し流れ方向に対して所定の差圧を発生させる回路１２ｂ、および接続回路７１、７２を短絡する回路１２ｃを備える。さらに、可動部材１３を囲繞するように本体内にその軸方向に変位可能に配置されるスリーブ１４を備え、スリーブ１４と可動部材１３との相対位置を変えることによってこれらから形成される流路を絞り、切換弁７からの圧油の流れ方向に対して所定の差圧を変えることができるようになっている。

一方、サーボピストン９は、パイロット弁１２で発生した差圧が両端部に作用することによってその軸方向に変位可能に配置されており、このサーボピストン９に油圧ポンプ２の斜板２ａが連結されている。またサーボピストン９には、その変位に応じてスリーブ１４を変位させるフィードバックレバー１１の一側が連結されている。フィードバックレバー１１の他側にはスリーブ１４が連結されている。また、サーボピストン９の両端部には、本体（図示せず）との間にそれぞれバネなどの付勢手段１０が設けられ、サーボピストン９の両端部に作用する圧力が略等しい場合にサーボピストン９の位置が油圧ポンプ２から圧油を送給しない中立位置になるように構成されている。

フィードバックレバー１１は、スリーブ１４との接続部１１ｂに対してサーボピストン９との接続部１１ａと反対の方向に延設された延設部１１ｃを備える。延設部１１ｃには円状の開口部１１ｄが設けられ、この開口部１１ｄにはその径より小さくパイロット弁１２に設けられたピン１１ｅが内挿されている。同様に、フィードバックレバー１１のスリーブ１４およびサーボピストン９とのそれぞれの接続部１１ａ、１１ｂ間にも、円状の開口部１１ｄが設けられ、この開口部１１ｄにはその径より小さくパイロット弁１２に設けられたピン１１ｅが内挿されている。これらのピン１１ｅはサーボピストン９の位置が中立位置である場合に各開口部１１ｄの内縁の同じ側（図１では右側）にそれぞれ当接するように配されている。サーボピストン９が中立位置からその軸方向の一側（図１中の左側）に移動する場合に図３に示すようにピン１１ｅを支点として延設部１１ｃが揺動し、サーボピストン９が中立位置からその軸方向の他側（図１中の右側）に移動する場合に図４に示すようにピン１１ｅを支点としてフィードバックレバー１１における、サーボピストン９とスリーブ１４との間の部分を揺動するように構成されている。上記のフィードバックレバー１１およびピン１１ｅはいわゆるリンク機構を構成する。以上の構成は一例でありこれに限定するものではない。例えば、ピン１１ｅをフィードバックレバー１１に設け、ピン１１ｅを内挿する開口部をパイロット弁１２に設けても構わない。

以上の構成により以下の作用を奏する。まず、速度感応弁ＳＫＶからの圧力Ｐ３が所定の圧力を超えると、その圧力がパイロット弁１２の可動部材１３に作用し、可動部材１３が一方（図１中の右側）に移動し、パイロット弁１２の回路は回路１２ａになり、接続回路７１、７２を遮断する。その結果、切換弁７の位置が７ｂであれば、接続回路７１側にチャージポンプ３から送給される圧油の圧力が負荷され、接続回路７２側はオイルタンクＴに接続されるため接続回路７１内の圧力に較べて低圧になる。すなわち、サーボピストン９の両端部に作用する圧力ＰＮ、ＰＳはＰＮ＞ＰＳとなる。これにより、サーボピストン９は、中立位置に対して圧力ＰＮが作用する側から圧力ＰＳが作用する側に（図１中の右側へ）移動する。サーボピストン９の移動に伴い、これに接続するフィードバックレバー１１および油圧ポンプ２の斜板２ａも同じ方向に移動する。このとき、図４に示したように延設部１１ｃ側のピン１１ｅを支点としてフィードバックレバー１１が搖動するので、フィードバックレバー１１とスリーブ１４との接続部１１ｂがサーボピストン９と略同じ方向に移動する。これにより、パイロット弁１２の回路が回路１２ａから回路１２ｂに切り換わり、切換弁７からの圧油は接続回路７１、パイロット弁１２内の回路１２ｂおよび接続回路７２を介して切換弁７に流れる。この際パイロット弁１２内を流れる圧油の差圧は可動部材１３とスリーブ１４との相対位置により決まり、この差圧は回路１２ａの場合より小さいものとなる。したがって、サーボピストン９の両端部に作用する圧力差は小さくなり、サーボピストン９は付勢部材１０により圧力ＰＳ側から圧力ＰＮ側に向かって（図１中の左側へ）移動する。すなわち、サーボピストン９の中立位置に向かって移動する。以上の作用が繰り返し行われることにより、サーボピストン９は所定の位置に設定される。

切換弁７の位置が７ａである場合には、サーボピストン９の両端部に作用する圧力が上述の場合と逆転するので中立位置から圧力ＰＮ側の端部に向かって移動する。したがって、図３に示したようにフィードバックレバー１１はサーボピストン９とスリーブ１４との間のピン１１ｅを支点として搖動する。この際フィードバックレバー１１とスリーブ１４との接続部１１ｂは、サーボピストン９の移動方向と反対側の方向に移動する。すなわち、該接続部１１ｂは上述の場合と同じ方向に移動する。これにより、パイロット弁１２の回路を回路１２ａから回路１２ｂに切り換える。以降の作用は、切換弁７の位置が７ｂの場合と同様である。

また、速度感応弁ＳＫＶの回路が回路６ｂから回路６ａに切り換わり、圧力Ｐ３が低圧である場合には、パイロット弁１２の回路は回路１２ｃになる。この場合、接続回路７１、７２は短絡状態となり、サーボピストン９の両端部に作用する圧力は略同一となる。したがって、サーボピストン９は中立位置になり、油圧ポンプ２の斜板２ａも中立位置なり油圧ポンプ２から圧油は送給されない。この状態は、切換弁７のハンドルＨＬを切り換えて位置７ｃにした場合でも同様である。なお、ここでは、説明の都合上、圧力Ｐ３が所定の圧力を超える場合パイロット弁１２内の回路として回路１２ａが選択されるとしたが、実際には圧力Ｐ３に応じた絞りを有する回路１２ｂになる。

以上のように構成された油圧ポンプ制御装置は、例えば、油圧ポンプ２の送給量を増やすために駆動機１の回転速度Ｎを上昇させたときに以下のように作用する。

すなわち、駆動機１の回転速度Ｎを上昇させるとチャージポンプ２の回転速度Ｎも上昇しチャージポンプ２からの圧油の送給量が増える。速度感応弁ＳＫＶ内の絞り機構５によりその上流側の圧力Ｐ１が上昇し、絞り機構５の上流側の圧力Ｐ１と絞り機構５の下流側の圧力Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなる。減圧弁６によって、絞り機構５の下流側の圧力Ｐ２が前記圧力差（Ｐ１−Ｐ２）に応じた圧力Ｐ３に減圧される。そしてこの圧力Ｐ３がパイロット弁１２に伝達され、パイロット弁１２内の可動部材１３はこの圧力Ｐ３に応じて移動し、パイロット弁１２内の回路が回路１２ａになる。一方、チャージポンプ２から送給された圧油の一部は、ハンドルＨＬによって選択された切換弁７の位置７ａ、７ｂに応じて接続回路７１、７２内を流れるが、パイロット弁１２の回路が回路１２ａであるので、接続回路７１、７２は遮断された状態となる。これにより、サーボピストン９の両端部のいずれか一方にチャージポンプ２から送給された圧油の圧力が作用してサーボピストン９が移動する。これに伴い、フィードバックレバー１１が移動し、これに接続されるスリーブ１４も移動してパイロット弁１２内の回路が回路１２ａから回路１２ｂに切り換わる。その結果、パイロット弁１２内を流れる圧油の差圧が調整され、この差圧がサーボピストン９の両端部に作用して再度サーボピストン９の位置が変更される。これにより、本発明に係る油圧ポンプ制御装置は、チャージポンプ２から送給される圧油の圧力により直接サーボピストン９を制御する場合に較べて外乱（負荷圧変動）に対する剛性が高くなり精度良く制御を行うことができる。

なお、ここで示した本発明の実施の形態に係る油圧ポンプ制御装置は一例であって上記の内容に限定するものではない。

本発明の実施形態に係る油圧ポンプ制御装置の構成を油圧系統図として表したものである。本発明の実施の形態に係る油圧ポンプ制御装置の減圧弁を示す断面図である。本発明の実施形態に係る油圧ポンプ制御装置のサーボピストンが一側に移動した状態を示す図である。本発明の実施形態に係る油圧ポンプ制御装置のサーボピストンが他側に移動した状態を示す図である。従来の油圧ポンプ制御装置の構成を油圧系統図として表したものである。

符号の説明

１駆動機
２油圧ポンプ
３チャージポンプ
４油圧モータ
ＳＫＶ速度感応弁
５絞り機構
６減圧弁
７切換弁
９サーボピストン
１１フィードバックレバー
１２パイロット弁
１３可動部材
１４スリーブ
Ｐ１圧力
Ｐ２圧力
Ｐ３圧力

Claims

斜板を備え、その傾転角を変えることにより圧油の送給量および送給方向を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプの作用を制御するための油圧ポンプ制御装置であって、
該油圧ポンプと同軸的に連結され、圧油を送給するチャージポンプと、
該チャージポンプおよび前記油圧ポンプの駆動軸に連結され、これらを駆動する駆動機と、
前記チャージポンプの吐出側に接続され、該チャージポンプから送給される圧油の圧力に応じて所定の流量に変換された圧油を出力する速度感応弁と、
第１、２、３および４ポートを備え、第１ポートは前記チャージポンプの吐出側に接続され、第２ポートおよび第３ポートにはこれらを接続し該チャージポンプから送給された圧油を還流させる接続回路が接続され、第４ポートには還流した圧油を戻すオイルタンクが接続されており、内蔵される流路を切り換えることによって前記接続回路内を流れる圧油の流れ方向を切り換える切換弁と、
前記接続回路に介在するとともに前記速度感応弁の所定の圧力を出力する側と油圧的に接続されており、本体と、前記速度感応弁から出力される所定の圧力によって該本体内にその軸方向に変位可能に配置される可動部材と、該可動部材を取り囲むように前記本体内にその軸方向に変位可能に配置されるスリーブとを備え、該スリーブと前記可動部材との相対位置を変えることによってこれらから形成される流路を絞り、前記切換弁からの圧油の流れ方向に対して所定の差圧を発生するようになしてあるパイロット弁と、
その一端が前記切換弁の第２ポートと前記パイロット弁との間の接続回路に、他端が前記切換弁の第３ポートと前記パイロット弁との間の接続回路にそれぞれ油圧的に接続され、パイロット弁で発生した差圧が両端部に作用することによってその軸方向に変位可能に配置されるとともに、前記斜板に連結するサーボピストンと、
前記サーボピストンの外部に接続され、当該サーボピストンの変位に応じて前記スリーブを変位させるため、支点を持ったフィードバックレバーとを備え、
前記フィードバックレバーは、
前記スリーブとの接続部に対して前記サーボピストンとの接続部と反対の方向に延設された延設部を備え、
前記サーボピストンの両端部に作用する圧力が略等しい状態におけるサーボピストンの中立位置から前記サーボピストンがその軸方向の一側に移動する場合に前記延設部の所定の部分を支点として揺動し、
前記サーボピストンが前記中立位置からその軸方向の他側に移動する場合に、前記フィードバックレバーにおける、前記サーボピストンと前記スリーブとの間の部分を支点として揺動するように構成されている油圧ポンプ制御装置。
前記速度感応弁が、
前記チャージポンプから送給される圧油の流れ方向に対して差圧を発生させる絞り機構と、
該絞り機構の上流側の圧油の圧力と絞り機構の下流側の圧油の圧力との差に応じて、絞り機構の下流側の圧油を所定の圧力に減圧して前記パイロット弁に導く減圧弁とを備えてなる請求項１記載の油圧ポンプ制御装置。
前記速度感応弁が、
前記絞り機構の上流側の圧油の圧力を前記減圧弁に導く第１パイロット回路と、
前記絞り機構の下流側の圧油を前記減圧弁に導く油圧回路と、
前記減圧弁によって減圧された圧油を前記パイロット弁に導くための第２パイロット回路と、
該パイロット回路内の圧油をオイルタンクに戻すオイルタンク回路とを有してなる請求項２記載の油圧ポンプ制御装置。
斜板を備え、その傾転角を変えることにより圧油の送給量および送給方向を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプの作用を制御するための油圧ポンプ制御装置であって、
該油圧ポンプと同軸的に連結され、圧油を送給するチャージポンプと、
該チャージポンプおよび前記油圧ポンプの駆動軸に連結され、これらを駆動する駆動機と、
前記チャージポンプの吐出側に接続され、該チャージポンプから送給される圧油の圧力に応じて所定の流量に変換された圧油を出力する速度感応弁と、
第１、２、３および４ポートを備え、第１ポートは前記チャージポンプの吐出側に接続され、第２ポートおよび第３ポートにはこれらを接続し該チャージポンプから送給された圧油を還流させる接続回路が接続され、第４ポートには還流した圧油を戻すオイルタンクが接続されており、内蔵される流路を切り換えることによって前記接続回路内を流れる圧油の流れ方向を切り換える切換弁と、
前記接続回路に介在するとともに前記速度感応弁の所定の圧力を出力する側と油圧的に接続されており、本体と、前記速度感応弁から出力される所定の圧力によって該本体内にその軸方向に変位可能に配置される可動部材と、該可動部材を取り囲むように前記本体内にその軸方向に変位可能に配置されるスリーブとを備え、該スリーブと前記可動部材との相対位置を変えることによってこれらから形成される流路を絞り、前記切換弁からの圧油の流れ方向に対して所定の差圧を発生するようになしてあるパイロット弁と、
その一端が前記切換弁の第２ポートと前記パイロット弁との間の接続回路に、他端が前記切換弁の第３ポートと前記パイロット弁との間の接続回路にそれぞれ油圧的に接続され、パイロット弁で発生した差圧が両端部に作用することによってその軸方向に変位可能に配置されるとともに、前記斜板に連結するサーボピストンと、
当該サーボピストンの変位に応じて前記スリーブを変位させるフィードバックレバーとを備え、
前記速度感応弁が、
前記チャージポンプから送給される圧油の流れ方向に対して差圧を発生させる絞り機構と、
該絞り機構の上流側の圧油の圧力と絞り機構の下流側の圧油の圧力との差に応じて、絞り機構の下流側の圧油を所定の圧力に減圧して前記パイロット弁に導く減圧弁とを備え、
前記減圧弁が、
前記第２パイロット回路と前記油圧回路とを連通する回路から前記第２パイロット回路と前記オイルタンク回路とを連通する回路に切り換え、前記パイロット弁内の回路を短絡状態にして前記油圧ポンプからの圧油の送給を停止する電磁切換弁をさらに備えてなる油圧ポンプ制御装置。
斜板を備え、その傾転角を変えることにより圧油の送給量および送給方向を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプの作用を制御するための油圧ポンプ制御装置であって、
該油圧ポンプと同軸的に連結され、圧油を送給するチャージポンプと、
該チャージポンプおよび前記油圧ポンプの駆動軸に連結され、これらを駆動する駆動機と、
前記チャージポンプの吐出側に接続され、該チャージポンプから送給される圧油の圧力に応じて所定の流量に変換された圧油を出力する速度感応弁と、
第１、２、３および４ポートを備え、第１ポートは前記チャージポンプの吐出側に接続され、第２ポートおよび第３ポートにはこれらを接続し該チャージポンプから送給された圧油を還流させる接続回路が接続され、第４ポートには還流した圧油を戻すオイルタンクが接続されており、内蔵される流路を切り換えることによって前記接続回路内を流れる圧油の流れ方向を切り換える切換弁と、
前記接続回路に介在するとともに前記速度感応弁の所定の圧力を出力する側と油圧的に接続されており、本体と、前記速度感応弁から出力される所定の圧力によって該本体内にその軸方向に変位可能に配置される可動部材と、該可動部材を取り囲むように前記本体内にその軸方向に変位可能に配置されるスリーブとを備え、該スリーブと前記可動部材との相対位置を変えることによってこれらから形成される流路を絞り、前記切換弁からの圧油の流れ方向に対して所定の差圧を発生するようになしてあるパイロット弁と、
その一端が前記切換弁の第２ポートと前記パイロット弁との間の接続回路に、他端が前記切換弁の第３ポートと前記パイロット弁との間の接続回路にそれぞれ油圧的に接続され、パイロット弁で発生した差圧が両端部に作用することによってその軸方向に変位可能に配置されるとともに、前記斜板に連結するサーボピストンと、
当該サーボピストンの変位に応じて前記スリーブを変位させるフィードバックレバーとを備え、
前記速度感応弁が、
前記チャージポンプから送給される圧油の流れ方向に対して差圧を発生させる絞り機構と、
該絞り機構の上流側の圧油の圧力と絞り機構の下流側の圧油の圧力との差に応じて、絞り機構の下流側の圧油を所定の圧力に減圧して前記パイロット弁に導く減圧弁とを備え、
前記減圧弁が、
前記絞り機構内を流れる圧油の流れ方向に対して上流および下流の圧油の圧力を導く第５ポートおよび第６ポート並びに前記パイロット弁に所定の圧力を導く第７ポートおよび該第７ポートと連通したときに圧油を排出する第８ポートを備える本体と、
該本体内に内蔵されており、その軸方向に変位可能に配置され、該変位に応じて第６ポートと第７ポートとを連通する貫通孔がその内部に形成され、前記変位に応じて第７ポートと第８ポートとを連通する溝がその外周部に形成されるスプールと、
該スプールの軸方向の一端側と前記本体との間に形成される空間と第５ポートとを連通する連通路と、
前記スプールの他端側に設けられ、第７ポートと第８ポートとを連通させる方向に該スプールを付勢する付勢手段とを備え、
第５ポートから導入される圧油の圧力が所定の圧力を超えたときに前記付勢手段に抗して第６ポートと前記第７ポートとを連通するように構成されている油圧ポンプ制御装置。