JP4671408B2 - アンロード弁が設けられた油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、アンロード弁およびアンロード弁が設けられた油圧回路に関し、特に、油圧ポンプの吐出圧と油圧アクチュエータの負荷圧との差圧を設定値に保持するというロードセンシング制御を行うために用いられるアンロード弁およびアンロード弁が設けられた油圧回路に関するものである。

可変容量型油圧ポンプから吐出される流量の制御の方法には、方向制御弁に、圧油をタンクに排出する中立回路を設けて、中立回路を流れる圧油の流量を検出して検出した流量に基づいて可変容量型油圧ポンプの容量を制御するという方式（オープンセンタ方式）と、中立回路を廃止し、方向制御弁の絞りの前後差圧に基づいて可変容量型油圧ポンプの容量を制御する方式（クローズドセンタ方式）とが存在する。

クローズドセンタ方式を採用した油圧回路には、ロードセンシング制御装置が組み込まれている。

ここで、ロードセンシング制御とは、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダなどの油圧アクチュエータの負荷圧ＰLとの差圧ΔＰ（＝Ｐｐ−ＰL）が設定値ΔＰLSに保持されるように、油圧ポンプの容量（ｃｃ/ｒｅｖ）、具体的には斜板の傾転角を変化させる制御のことである。

ロードセンシング制御装置は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダに供給される圧油の流れ、流量を制御する方向制御弁と、油圧ポンプの容量制御手段とからなり、この容量制御手段として、油圧ポンプの斜板を駆動する制御シリンダ装置と、この制御シリンダ装置の駆動を制御するロードセンシング制御弁（ＬＳ弁）とが備えられた油圧回路構成とされている。ここで、ロードセンシング制御弁は、互いに対向する一対の駆動部を有し、これら駆動部にはそれぞれ油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰLが導かれており、負荷圧ＰLが導かれる駆動部には、一定差圧ΔＰLSに相当するバネ力を有するバネが配置されて構成されている。

このような油圧回路構成において、油圧ポンプから圧油が吐出されると、圧油は方向制御弁を介して油圧シリンダに供給され、油圧シリンダが駆動され、作業機が作動される。この作業機の作動時に、ロードセンシング制御弁は、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰL（最大負荷圧）との差圧ΔＰに応答して動作し、制御シリンダ装置を駆動する。これにより差圧ΔＰが、バネによって設定された一定差圧ΔＰLSに保持されるように、油圧ポンプの容量（斜板傾転角）が制御される。

方向制御弁のスプールの開口面積をＡ、抵抗係数をｃとすると、油圧ポンプの吐出流量Ｑ（ｌ/ｍｉｎ）は、下記（１）式で表される。

Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ΔＰ） …（１）
差圧ΔＰは、ロードセンシング制御弁により一定（ΔＰLS）にされるため、油圧ポンプの吐出流量Ｑは、方向制御弁のスプールの開口面積Ａのみによって変化する。

作業機用の操作レバーを中立位置から操作すると、操作量に応じて方向制御弁のスプールの開口面積Ａが増加し、開口面積Ａの増加に応じてポンプ流量Ｑが増加する。このときポンプ流量Ｑは油圧シリンダの負荷の大きさには影響を受けずに作業機用操作レバーの操作量のみによって定まる。このようにロードセンシング弁を設けたことにより、ポンプ流量Ｑは負荷によって増減することなくオペレータの意思通りに（操作レバーの操作位置に応じて）変化し、ファインコントロール性、つまり中間操作領域における操作性が向上する。

建設機械などの油圧作業機械では、エンジンによって可変容量型油圧ポンプが駆動されるが、作業機を作動する必要がない場合、つまり方向制御弁が中立位置にあるときでも油圧ポンプは一定流量の圧油を吐出しているのが一般的である。

オープンセンタ方式では方向制御弁の中立回路から、この圧油をタンクへと戻す構造になっている。

一方、クローズドセンタ方式では、オープンセンタ方式と異なり、方向制御弁が中立位置にあるときに圧油をタンクに排出する中立回路を備えていない。このため、クローズドセンタ方式にあっては、方向制御弁が中立位置で可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油をタンクに排出するために、アンロード弁が設けられている。

以下、アンロード弁のポンプポートとタンクポートが連通しておりポンプ吐出圧油がタンクに排出されている状態を、「アンロード弁が開いている状態」といい、アンロード弁のポンプポートとタンクポートとの連通が遮断されておりポンプ吐出圧油がタンクが排出されていない状態を、「アンロード弁が閉じている状態」というものとする。

（従来技術１）
下記特許文献１には、アンロード弁と、上述したロードセンシング制御弁（ＬＳ弁）に相当するロードセンシング制御手段とを設け、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰL（最大負荷圧）との差圧ΔＰが所定圧以上の領域（以下、アンロード制御領域）では、アンロード弁を開き、油圧ポンプの吐出圧油をタンクに排出させるとともに、ロードセンシング制御手段によって、油圧ポンプの吐出圧Ｐｐと油圧シリンダの負荷圧ＰL（最大負荷圧）との差圧ΔＰが所定圧以下の設定圧となるように油圧ポンプの容量を制御するという発明が記載されている。

（従来技術２）
下記特許文献２には、アンロード弁をポペット弁として構成し、アンロード弁に油圧ポンプの吐出圧Ｐpと油圧シリンダの負荷圧ＰL（最大負荷圧）とを導入し、これらの差圧ΔＰを、アンロード弁が開いている状態にあるときのストローク位置として検出し、その検出したストローク位置に基づいて油圧ポンプの容量を変化させて、ロードセンシング制御を行うという発明が記載されている。
特開平５−１８７４１１号公報 特開２００３−３４３５１１号公報

上記従来技術１では、アンロード弁の開閉の制御と、油圧ポンプの容量の制御とが、別個独立したアンロード弁と、ロードセンシング制御手段とによって、個々に行われる。このため、アンロード制御領域から、ロードセンシング制御領域に移行するときに、制御開始のタイミングにばらつきが生じる。アンロード弁の開口が完全に閉じてしまってから、所定時間を経て、油圧ポンプの斜板が最小傾転角から動きだし（油圧ポンプが起動し）ロードセンシング制御が開始されることになると、その時間遅れ分だけ、油圧ポンプから油圧シリンダへの圧油の供給が遅れ、作業機の加速が一旦、息つきするという現象を招き、作業効率、操作性が損なわれることがある。また、アンロード弁の開口が閉じる前に、油圧ポンプが起動してロードセンシング制御が開始されると、本来、油圧ポンプの起動に使用されるべき圧油が無駄にタンクに排出されることになりエネルギーロスが生じるという問題が招来する。

また、上記従来技術２では、アンロード弁が開いている状態のときのストローク位置に基づいて油圧ポンプの容量を制御しており、常時、アンロード弁からタンクに圧油を排出している状態でロードセンシング制御が行われている。このためエネルギーロスが著しいという問題がある。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、上述したアンロード制御領域からロードセンシング制御領域に移行するときの制御開始のタイミングのばらつきを無くし、作業効率、操作性を向上させるとともに、エネルギーロスを飛躍的に低減させることを解決課題とするものである。

第１発明は、
油圧ポンプ（６）の吐出圧が導入されるポンプポート（５２）と、油圧アクチュエータ（４）の負荷圧が導入される負荷圧ポート（５３）と、タンク（２８）に連通されるタンクポート（５４）と、ポンプポート（５２）とタンクポート（５４）とを連通する開口部（５７）と、一端にバネ（５８）が設けられたスプール（５１）とを有し、ポンプポート（５２）から導入される油圧ポンプ（６）の吐出圧と負荷圧ポート（５３）から導入される油圧アクチュエータ（４）の負荷圧との差圧に応じた力が、バネ（５８）に対向してスプール（５１）に作用し、当該差圧が小さくなるに伴いスプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる方向に作動するアンロード弁（５０）であって、
前記アンロード弁（５０）は、
前記スプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる位置から、前記差圧が小さい側に、ロードセンシング制御領域に応じた長さだけストロークするように構成されており、
前記アンロード弁（５０）には、
ロードセンシング制御を行うために、前記スプール（５１）のストローク位置を、油圧ポンプ（６）の吐出圧と油圧アクチュエータ（４）の負荷圧との差圧を示す値として検出するストローク位置センサ（６０）が更に設けられていること
を特徴とする。

第２発明は、
油圧ポンプ（６）の吐出圧が導入されるポンプポート（５２）と、油圧アクチュエータ（４）の負荷圧が導入される負荷圧ポート（５３）と、タンク（２８）に連通されるタンクポート（５４）と、ポンプポート（５２）とタンクポート（５４）とを連通する開口部（５７）と、一端にバネ（５８）が設けられたスプール（５１）とを有し、ポンプポート（５２）から導入される油圧ポンプ（６）の吐出圧と負荷圧ポート（５３）から導入される油圧アクチュエータ（４）の負荷圧との差圧に応じた力が、バネ（５８）に対向してスプール（５１）に作用し、当該差圧が小さくなるに伴いスプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる方向に作動するアンロード弁（５０）が設けられた油圧回路であって、
前記アンロード弁（５０）は、
前記スプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる位置から、前記差圧が小さい側に、ロードセンシング制御領域に応じた長さだけストロークするように構成されており、
ロードセンシング制御を行うために、前記スプール（５１）のストローク位置を、油圧ポンプ（６）の吐出圧と油圧アクチュエータ（４）の負荷圧との差圧を示す値として検出するストローク位置センサ（６０）が更に備えられていること
を特徴とする。

第３発明は、第２発明において、
前記ストローク位置センサ（６０）で検出されたストローク位置を差圧として入力し、入力された差圧が設定値となるように、油圧ポンプ（６）の容量を制御する容量制御手段（４０、３２）と
が更に備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、アンロード弁５０のスプール５１のストローク位置Ｓ（差圧ΔＰ）に基づいて差圧ΔＰが目標差圧ΔＰLSとなるように油圧ポンプ６の容量を制御するようにしたので、ストローク位置Ｓが閉じ終了位置Ｓ2に到達した瞬間に、そのときに検出されたストローク位置Ｓ2（Ｓ2における差圧ΔＰ）に基づいて、確実にロードセンシング制御を開始することができる。このためアンロード制御終了と同時にタイミングのばらつきなくロードセンシング制御を開始をすることができる。すなわちアンロード弁５０の開口部５７が閉じて一定の差圧変化後に、油圧ポンプ６を起動させてロードセンシング制御が開始でき、圧油が排出されない状態でロードセンシング制御が行われるため、エネルギーロスを抑制することができる。この結果、作業効率、操作性が向上する。

ストローク位置センサ６０は、アンロード弁５０に内蔵してもよく（第１発明、第２発明、第３発明）、アンロード弁５０とは、別体にストローク位置センサ６０を設けるように構成してもよい（第２発明、第３発明）。

以下、本発明に係るアンロード弁およびアンロード弁が設けられた油圧回路の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本実施例のアンロード弁が設けられた油圧回路を示す。図６は本実施例比較例のアンロードが設けられた油圧回路を示す。

まず、本実施例の油圧回路について説明する。

同図１に示すように、図油圧ポンプ６は、可変容量型の油圧ポンプであり、エンジン１１によって駆動され、その吐出口から吐出油路１３に圧油を吐出する。吐出油路１３は、吐出油路１４、１５に分岐している。吐出油路１３には、油圧ポンプ６の吐出圧油が所定のリリーフ圧以上になるとタンク２８に排出するリリーフ弁１２が設けられている。

油圧ポンプ６の斜板６ａは、制御弁３２、制御シリンダ装置３０によって制御される。

すなわち、制御シリンダ装置３０は、ピストン３０ｂの位置に応じて、油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角を変化させて容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）を変化させる。また、制御弁３２は、後述するように、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐｐと油圧シリンダ４の負荷圧ＰLとの差圧ΔＰが設定値ΔＰLSに保持されるように、制御シリンダ装置３０を制御し、油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角を制御する。

制御シリンダ装置３０には、シリンダ室３０ａが設けられている。シリンダ室室３０ａは、油路３１を介して制御弁３２に接続されている。

ピストン３０ｂは、油圧ポンプ６の斜板６ａに連結されている。ピストン３０ｂが図中で左方向へ駆動されると油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角が大きくなり容量が増大する。またピストン３０ｂが図中右方向へ駆動されると、油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角が小さくなり容量が減少する。

制御弁３２には、パイロットポート３２ａと、このパイロットポート３２ａに対向する側にバネ３２ｂが設けられている。

制御弁３２がＡ位置（図１の状態）にあるときには、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは油路３１を介してタンク２８に連通され、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは、タンク圧となる。また、制御弁３２がＢ位置にあるときには、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは、油路３１、吐出油路１５、１３を介して油圧ポンプ６の吐出口に連通され、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐｐとなる。また、制御弁３２がＡ位置とＢ位置の中間位置にあるときには、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは、その位置に応じた割合の連通状態でタンク２８と吐出油路１５の両方に連通し、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａは、タンク圧と油圧ポンプ６の吐出圧Ｐｐの中間圧力となる。

制御弁３２は、電磁比例弁３５によって制御される。電磁比例弁３５の入口ポートは図示しないパイロットポンプに連通されている。電磁比例弁３５の出口ポートは、制御弁３２のパイロットポート３２ａにパイロット油路３６を介して、連通している。電磁比例弁３５は、電磁ソレノイド３５ａを有しており、信号ライン７２を介して電磁ソレノイド３５ａに加えられる電気信号ｉに応じて、制御弁３２のパイロットポート３２ａに加えられるパイロット圧の大きさが制御される。

制御弁３２が作動することにより、制御シリンダ装置３０のシリンダ室３０ａ内の圧力が制御され、それに応じてシリンダ３０内のピストン３０ｂが動き油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角が制御される。すなわち、電気信号ｉの大きさに応じて油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角が制御され、油圧ポンプ６の容量ｑが制御される。電気信号ｉは、後述するコントローラ４０で生成され、信号ライン７２を介して制御弁３５に対して出力される。ここでは、電磁比例弁３５から制御弁３２にパイロット圧を出力し制御弁３２を制御しているが、電磁比例弁３５から出力される圧を制御シリンダ装置３０に直接導入して傾転角を制御してもよい。

吐出油路１４は、油圧シリンダ４用の方向制御弁８のポンプポート１９、２０に連通している。方向制御弁８のタンクポート２１、２２はそれぞれ、タンク２８に連通している。

吐出油路１４は、他の方向制御弁８に同様に連通されている。

方向制御弁８は、油圧シリンダ４に供給する圧油の方向、流量を制御する制御弁である。

方向制御弁８のシリンダポート２４は、圧力補償弁９、チェック弁１０を介して油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａに連通しているとともに、方向制御弁８のシリンダポート２５は、圧力補償弁９、チェック弁１０を介して油圧シリンダ４のボトム側油室４ｂに連通している。

方向制御弁８のシリンダポート２６、２７はそれぞれ、油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａおよびボトム側油室４ｂに連通している。

方向制御弁８は、ポンプポート２０をシリンダポート２５に連通させタンクポート２１をシリンダポート２６に連通させる弁位置８Ａ、中立位置、ポンプポート１９をシリンダポート２４に連通させタンクポート２２をシリンダポート２７に連通させる弁位置８Ｂを有している。

方向制御弁８には、パイロットポート８ａ、８ｂが設けられている。パイロットポート８ａにパイロット圧油Ｐsが供給されると、方向制御弁８は、弁位置８Ａ側に作動する。また、パイロットポート８ｂにパイロット圧油Ｐsが供給されると、方向制御弁８は、弁位置８Ｂ側に作動する。

方向制御弁８の各パイロットポート８ａ、８ｂには、図示しない作業機用操作レバーの操作量に応じたパイロット圧油Ｐsが供給される。

方向制御弁８には、方向制御弁８の絞りの前後差圧を所定値に補償する圧力補償弁９、９′が設けられている。

圧力補償弁９、９′の受圧部には、シャトル弁３７の出口ポート側のパイロット圧（後述するように最高負荷圧ＰL）が油路１８を経由して供給される。

シャトル弁３７の一方の入口ポートは、方向制御弁８の負荷圧検出ポート２３に連通しており、シャトル弁３７の他方の入口ポートは負荷圧導入油路１７を介して、他の方向制御弁の負荷圧検出ポート２３に連通している。

方向制御弁８が弁位置８Ａ、８Ｂにあるとき、シリンダポート２４、２５は、負荷圧検出ポート２３に連通する。油圧シリンダ４の負荷圧ＰLは、この負荷圧検出ポート２３で検出される。

ここで方向制御弁８の動作、圧力補償弁９、９′の動作について説明する。

作業機用操作レバーが操作され、方向制御弁８が８Ａ位置に切換えられると、油圧ポンプ６から吐出される圧油は、吐出油路１４、方向制御弁８のポンプポート２０、シリンダポート２５を通って油圧シリンダ４のボトム側油室４ｂに供給されて、油圧シリンダ４が伸長方向に作動される。油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａからの戻り圧油は、方向制御弁８のシリンダポート２６、タンクポート２１を通ってタンク２８に回収される。

一方、作業機用操作レバーが操作され、方向制御弁８が８Ｂ位置に切換えられると、油圧ポンプ６から吐出される圧油は、吐出油路１４、方向制御弁８のポンプポート１９、シリンダポート２４を通って油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａに供給されて、油圧シリンダ４が縮退方向に作動される。油圧シリンダ４のボトム側油室４ｂからの戻り圧油は、方向制御弁８のシリンダポート２７、タンクポート２２を通ってタンク２８に回収される。

ここで、図示している方向制御弁８の負荷圧検出ポート２３で検出される負荷圧よりも図示していない他の方向制御弁の負荷圧検出ポート２３で検出される負荷圧の方が高圧であるとすると、シャトル弁３７、油路１８を介して圧力補償弁９の受圧部に、各負荷圧のうちの最高負荷圧ＰLが加えられる。この結果、圧力補償弁９の上流圧は、最高負荷圧ＰLと一致する。

このように圧力補償が行われると、負荷が軽い側の方向制御弁８の絞り前後差圧は、他の負荷が重い側の方向制御弁の絞り前後差圧と同じ値になる。このため圧力補償状態では、複数の方向制御弁の絞り前後差圧が同一値となり、負荷の影響を受けることなく、各方向制御弁の開度、つまり操作レバーの操作量に比例した流量が各油圧シリンダに供給されることになる。

つぎにアンロード弁５０について図２を用いて説明する。

油圧ポンプ６は、エンジン１１によって駆動され、方向制御弁８が中立位置にあるときには、補機にパイロット圧を供給したり急起動に対応するために、最低流量、最小吐出圧の圧油を吐出している。このため油圧ポンプ６の吐出圧油には、中立時には余剰の圧油が存在する。アンロード弁５０は、各方向制御弁が中立位置にあるときに余剰の圧油をタンク２８に戻すために設けられている。

さらに本実施例では、アンロード弁５０は、後述する図５のロードセンシング制御弁（ＬＳ弁）８０と同等の機能をさせるために設けられている。

すなわち、アンロード弁５０は、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpが吐出油路１３を介して導入されるポンプポート５２と、油圧シリンダ４の負荷圧（最高負荷圧）ＰLが油路１８を介して導入される負荷圧ポート５３と、タンク２８に油路１６を介して連通されるタンクポート５４と、ポンプポート５２とタンクポート５４とを連通する開口部５７と、一端５１ｂにバネ５８が設けられ、他端５１ａにポンプ吐出圧Ｐpが作用するスプール５１とを有しており、ポンプポート５２から導入される油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpと負荷圧ポート５３から導入される油圧シリンダ４の負荷圧ＰLとの差圧ΔＰに応じた力が、バネ５８に対向してスプール５１に作用し、当該差圧ΔＰが小さくなるに伴いスプール５１が開口部５７を
閉じる方向に作動する弁である。

アンロード弁５０には、更に、ロードセンシング制御を行うために、スプール５１のストローク位置を、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpと油圧シリンダの負荷圧ＰLとの差圧ΔＰを示す値として検出するストローク位置センサ６０が設けられている。

ストローク位置センサ６０で検出されたストローク位置を示す信号は、信号ライン７１を介して、コントローラ４０に入力される。

図２を用いてストロークセンサ付きアンロード弁５０の作動を説明する。

図２（ａ）は、アンロード弁５０の開口部５７が閉じられた状態を示しており、図２（ｂ）は、アンロード弁５０の開口部５７が開いている状態を示している。図２（ｃ）は、アンロード弁５０に設けられた開口部５７を図２（ａ）の展開図として示している。

図２に示すように、アンロード弁５０は、大きくは、バルブボディ５５と、このバルブボディ５５に嵌合されたスリーブ５６と、このスリーブ５６内に摺動自在に設けられたスプール５１と、スプール５１の一端５１ｂに設けられたバネ５８と、スプール５１に嵌合されたセンサ検出媒体としての磁石６３と、磁石６３で発生した磁力を検出することによってスプール５１のストローク位置Ｓを検出するストローク位置センサ６０と、バネ５８を支持し磁石６３を挿通させるように、スリーブ５６に嵌合されストローク位置センサ６０を内部に収容するプラグ６１と、スリーブ５６にプラグ６１を固定するロックナット６２とから構成されている。

ポンプポート５２から導入されたポンプ吐出圧Ｐpは、スプール５１の他端５１ａの受圧面に作用する。負荷圧ポート５３から導入された負荷圧ＰLは、スプール５１の一端５１ｂ側の各受圧面に作用する。

スプール５１は、ポンプ吐出圧Ｐpと負荷圧ＰLとの差圧ΔＰに応じた力とバネ５８のバネ力とが釣り合うように作動する。

スリーブ５６には、開口部５７が形成されている。

スプール５１は、開口部５７を閉じ始める位置Ｓ1（以下、閉じ開始位置Ｓ1）から所定ストローク量ΔＳAだけ閉じ側にストロークすると、開口部５７を丁度完全に閉じ終えた位置Ｓ2（以下、閉じ終了位置Ｓ2）に達する。スプール５１が閉じ終了位置Ｓ2に到達するまでの区間は、開口部５７が開いており、アンロード制御領域となっている。アンロード制御領域では、ポンプポート５２から導入された油圧ポンプ６の吐出圧油の余剰流量は、タンクポート５４を介してタンク２８に排出される。アンロード制御領域では、アンロード弁５０によって方向制御弁８の絞りの前後差圧が制御される。

更にスプール５１が、閉じ終了位置Ｓ2から所定ストローク量ΔＳBだけ閉じ側にストロークすると、ストロークエンド位置Ｓ3に達する。スプール５１が閉じ終了位置Ｓ2に達してからストロークエンド位置Ｓ3に到達するまでの区間は、開口部５７が閉じており、ロードセンシング制御領域となっている。

すなわち、閉じ終了位置Ｓ2からストロークエンド位置Ｓ3までのストローク量ΔＳBは、ロードセンシング制御を行う場合の差圧ΔＰの変化分に相当する長さ（ロードセンシング制御領域に応じた長さ）に設定されている。

ここで、スプール５１のストローク位置Ｓと差圧ΔＰとの関係について説明する。バネ５８のバネ定数をｋとしスプールの変位をｘとすると、上述したように、スプール５１は、ポンプ吐出圧Ｐpと負荷圧ＰLとの差圧ΔＰに応じた力Ｆとバネ５８のバネ力ｋ・ｘとが釣り合うように作動する。釣り合った時のスプール５１の変位ｘは、差圧ΔＰに比例している。よって、スプール５１のストローク位置Ｓを検出できれば、差圧ΔＰを検出することができる。

ストローク位置センサ６０は、たとえばホールＩＣなどの磁力センサで構成されている。スプール５１がストロークすると、そのストローク位置Ｓに応じて、スプール５１と一体の磁石６３とストローク位置センサ（磁力センサ）６０との相対位置が変化し、それに応じてストローク位置センサ６０で検出される磁力の大きさ（検出電圧値の大きさ）が変化する。ストローク位置センサ６０は、スプール５１の現在のストローク位置Ｓ、つまり現在の差圧ΔＰを示す電気信号（電圧）を信号ライン７１を介してコントローラ４０に出力する。

図３は、コントローラ４０の内部の構成を機能ブロック図にて示している。

コントローラ４０では、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐｐと油圧シリンダ４の負荷圧ＰL（最大負荷圧）との差圧ΔＰを、所望の目標差圧ΔＰLSとするように電気信号ｉを生成して、電磁比例弁３５に出力する。

偏差演算部４１では、目標差圧ΔＰLSとストローク位置センサ６０から入力された現在の差圧ΔＰとの偏差Δ（ΔＰLS）が演算される。この偏差Δ（ΔＰLS）は、比例定数乗算部４４に入力されるとともに、微分演算部４２に入力される。微分演算部４２の出力は微分定数乗算部４３に入力される。これら各演算部４２、４３、４４は、比例微分制御を行うために設けられている。

すなわち、
Ｒ＝ｄ（Δ（ΔＰLS））ｄｔ・Ｋd＋Δ（ΔＰLS）・Ｋ …（２）
なる演算が行われて、上記演算値Ｒが容量増減量算出部４５に入力される。

容量増減量算出部４５には、予め演算値Ｒと、目標差圧ΔＰLSにするために必要な油圧ポンプ６の容量の増減量Δｑ/Δｔとの対応関係が設定されている。

容量増減量算出部４５の出力は、アンプを介して電磁比例弁３５に出力される。

つぎに、以上の構成による実施例の動作について説明する。なお以下の説明では、ロードセンシング制御の目標差圧ΔＰLSを２．２ＭＰaに設定し、アンロード弁５０が閉じ終了位置Ｓ2にあるときの差圧ΔＰを２．５ＭＰaに設定した場合を想定して説明する。

オペレータが作業機用操作レバーを中立位置のままとし、すべての方向制御弁８を中立位置にしている状態では、負荷圧ＰLはほぼ零であり、アンロード弁５０のセットとオーバーライドにより、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpは３．０ＭＰa程度に保たれている。したがって、このときの差圧ΔＰは、３．０ＭＰa程度である。

オペレータが作業機用操作レバーを徐々に倒し、方向制御弁８のスプールを徐々にストロークさせて、中立位置から弁位置８Ａ側または弁位置８Ｂ側に徐々に移動させていくと、ポンプ吐出圧Ｐpが方向制御弁８の絞りを通過して、負荷圧ＰLとして出力される。このため負荷圧ＰLSが徐々に上昇し、これに応じて差圧ΔＰが徐々に減少する。

アンロード弁５０では、差圧ΔＰの減少に伴いスプール５１が開口部５７を閉じる側にストロークする。

スプール５１のストローク位置Ｓが閉じ開始位置Ｓ1に到達して、開口部５７が閉じ始めると、ポンプ吐出圧Ｐpが上昇する。ポンプ吐出圧Ｐpの上昇に伴い差圧ΔＰが上昇する。

ポンプ吐出圧Ｐpが油圧シリンダ４の負荷圧を超えると、油圧シリンダ４に圧油が供給され始める。アンロード弁５０は、ポンプ吐出圧Ｐpが、油圧シリンダ４の負荷圧にアンロード弁５０のバネ５８のバネ力に相当する圧力を加えた圧力になるように、作動する。

このまま作業機用操作レバーを更に倒し、方向制御弁８の開口面積が増加すると、絞り前後差圧ΔＰが減少する。差圧ΔＰが減少するに伴い、アンロード弁５０のスプール５１は開口部５７を閉じる方向にストロークする。

開口部５７が閉じ終えられたときの差圧ΔＰは、２．５ＭＰaであり、この時点でアンロード弁５０からタンク２８に排出される圧油の流量（余剰流量）は零になる。

さらに方向制御弁８の開口が増加し、差圧ΔＰが２．２ＭＰaを下回ると、コントローラ４０からの電気信号ｉにより、電磁比例弁３５がポンプ容量を増加させる方向に作動し、差圧ΔＰが２．２ＭＰaに保たれるように揺動する。

つぎに図５に示す比較例について説明する。

ＬＳ弁（ロードセンシング制御弁）８０は、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpと、油圧シリンダ４の負荷圧ＰLとの差圧ΔＰが一定差圧ΔＰLSとなるように、油圧ポンプ６の斜板６ａの傾転角を制御するために設けられている。

ＬＳ弁８０には、一定差圧ΔＰLSを設定するバネ８０ａが付与されている。ＬＳ弁８０のバネ８０ａ側と反対側のパイロットポート８０ｂには、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpが吐出油路８２を介してパイロット圧として加えられ、バネ８０ａ側のパイロットポート８０ｃには、油圧シリンダ４の負荷圧ＰLが油路１８を介してパイロット圧として加えられる。ＬＳ弁８０は、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐpと油圧シリンダ４の負荷圧ＰLとの差圧ΔＰに応じて弁位置が変化する。ＬＳ弁８０の弁位置に応じて、駆動圧油が油路３１を介して制御シリンダ装置３０の油室３０ａに供給され、また油室３０ａから圧油が油路３１を介してタンク２８に排出されて、油圧ポンプ６の斜板６ａの位置が変化する。これにより、差圧ΔＰが一定差圧ΔＰLSとなるように、油圧ポンプ６の容量ｑが制御される。

図５に示す比較例のアンロード弁５０′の詳細な構成を、図６に示す。

同図６に示すように比較例のアンロード弁５０′は、実施例のアンロード弁５０と異なり、閉じ終了位置Ｓ2からストロークエンド位置Ｓ4までのストローク量ΔＳCは、実施例のストローク量ΔＳＢよりも小さく、ロードセンシング制御を行う場合の差圧ΔＰの変化分に相当する長さΔＳB（ロードセンシング制御領域に応じた長さ）には、設定されてはない。

実施例のアンロード弁５０と比較例のアンロード弁５０′の特性を図４に示す。

図４において、Ｌ1は開口部５７の開口面積の変化を示し、Ｌ2はアンロード弁５０、５０′のストローク位置の変化を示している。

同図４に示すように、実施例、比較例ともに閉じ終了位置Ｓ2で開口部５７が完全に閉じ、開口部５７の開口面積が零になるのは同じであるが、比較例のアンロード弁５０′では、閉じ終了位置Ｓ2に達した後僅かなストローク量でストロークエンドＳ4に到達してしまうのに対して、実施例のアンロード弁５０では、閉じ終了位置Ｓ2に到達してから、十分なストローク量を経てストロークエンドＳ3に到達するため、これらＳ2〜Ｓ3間でロードセンシング制御を行うことができる。

つぎに実施例と比較例の作用効果について対比する。

比較例の場合には、前述した従来技術１と同様に、アンロード弁５０′の開閉の制御と、油圧ポンプ６の容量の制御（ロードセンシング制御）とが、別個独立したアンロード弁５０′と、ＬＳ弁８０とによって、個々に行われる。このため、アンロード制御領域から、ロードセンシング制御領域に移行するときに、制御開始のタイミングのばらつきが生じる。

たとえば、アンロード弁５０′の開口部５７が閉じる前に、油圧ポンプ６が起動してロードセンシング制御が開始されると、ロードセンシング制御中、開口部５７が開いたままの状態となり、本来、油圧ポンプ６の起動に使用されるべき圧油が無駄にタンク１８に排出されることになりエネルギーロスが生じる。

これに対して本実施例によれば、アンロード弁５０のスプール５１のストローク位置Ｓ（差圧ΔＰ）に基づいて差圧ΔＰが目標差圧ΔＰLSとなるように油圧ポンプ６の容量を制御するようにしたので、検出されたストローク位置に基づいて、確実にロードセンシング制御をすることができ、アンロード制御終了と同時にタイミングのばらつきなくロードセンシング制御をすることができる。すなわちアンロード弁５０の開口部５７が閉じたのち一定の圧変化後、油圧ポンプ６を起動させてロードセンシング制御を開始でき、圧油が排出されない状態でロードセンシング制御が行われるため、エネルギーロスを抑制することができる。

なお、上述した実施例では、アンロード弁５０に、ストローク位置センサ６０を内蔵するようにしているが、アンロード弁５０とは、別体にストローク位置センサ６０を設けるように構成してもよい。

図１は、実施例のアンロード弁が設けられた油圧回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、実施例のアンロード弁の構成を示す図で、図２（ａ）がアンロード弁の開口部が閉じられた状態を示す図で、図２（ｂ）はアンロード弁の開口部が開いている状態を示す図である。 図３は、図１に示すコントローラの機能ブロック図である。 図４は、実施例のアンロード弁と比較例のアンロード弁の特性を対比して示す図である。 図５は、比較例のアンロード弁が設けられた油圧回路図である。 図６は、比較例のアンロード弁の構成を示す図である。

符号の説明

４ 油圧シリンダ ６ 油圧ポンプ ８ 方向制御弁 ２８ タンク ３２ 制御弁 ４０ コントローラ ５０ アンロード弁 ５１ スプール ５２ ポンプポート ５３ 負荷圧ポート ５４ タンクポート ５７ 開口部 ５８ バネ ６０ ストローク位置センサ

Claims (2)

1. 油圧ポンプ（６）の吐出圧が導入されるポンプポート（５２）と、油圧アクチュエータ（４）の負荷圧が導入される負荷圧ポート（５３）と、タンク（２８）に連通されるタンクポート（５４）と、ポンプポート（５２）とタンクポート（５４）とを連通する開口部（５７）と、一端にバネ（５８）が設けられたスプール（５１）とを有し、ポンプポート（５２）から導入される油圧ポンプ（６）の吐出圧と負荷圧ポート（５３）から導入される油圧アクチュエータ（４）の負荷圧との差圧に応じた力が、バネ（５８）に対向してスプール（５１）に作用し、当該差圧が小さくなるに伴いスプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる方向に作動するアンロード弁（５０）が設けられた油圧回路であって、
   前記アンロード弁（５０）は、
   前記スプール（５１）が、前記開口部（５７）を閉じる位置から、前記差圧が小さい側に、ロードセンシング制御領域に応じた長さだけストロークするように構成されており、
   前記スプール（５１）のストローク位置が、前記開口部（５７）が閉じられる位置から前記差圧が小さい側の前記ロードセンシング制御領域にあるときのみに、差圧を設定値にする制御信号（ｉ）を生成し、当該生成された制御信号（ｉ）に応じて油圧ポンプ（６）の容量を制御すること
   を特徴とするアンロード弁が設けられた油圧回路。
2. 前記スプール（５１）のストローク位置を、前記差圧を示す値として検出するストローク位置センサ（６０）と、
   前記ストローク位置センサ（６０）で検出されたストローク位置を差圧として入力し、入力された差圧が設定値となるように、油圧ポンプ（６）の容量をロードセンシング制御するコントローラ（４０）であって、前記ストローク位置センサ（６０）で検出されたストローク位置が、前記開口部（５７）が閉じられる位置から前記差圧が小さい側の前記ロードセンシング制御領域にあるときのみに、差圧を設定値にする制御信号（ｉ）を生成、出力するコントローラ（４０）と、
   前記コントローラ（４０）から出力される制御信号（ｉ）に応じて油圧ポンプ（６）の容量を制御する容量制御手段（３５、３２）と
   を備えていること
   を特徴とする請求項１記載のアンロード弁が設けられた油圧回路。

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