JP5998109B2 - 液圧回転機の容量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に設けられ、可変容量型液圧回転機の容量を可変に制御するのに好適に用いられる液圧回転機の容量制御装置に関する。

一般に、可変容量型液圧回転機は、筒状のケーシング内に傾転可能に設けられた斜板または斜軸等の容量可変部を、容量制御装置を用いて傾転駆動し、これにより液圧回転機の容量（油圧ポンプの場合は吐出容量、油圧モータの場合にはモータ容量）を小容量と大容量との間で可変に制御する構成としている（例えば、特許文献１参照）。

この種の従来技術による容量制御装置は、前記容量可変部を駆動し液圧回転機の容量を可変に制御する容量可変アクチュエータと、該容量可変アクチュエータと油圧源との間に設けられ外部指令に応じた流量の圧油を前記容量可変アクチュエータに給排する電磁制御式の容量制御弁とを備えている。この容量制御弁は、弁ケーシングのスプール摺動穴内にスプールを挿嵌して設け、前記外部指令に応じた推力を比例ソノレイドで発生させることにより、前記弁ケーシング内でスプールを弁ばねに抗して軸方向に駆動する構成としている。

この場合、容量制御弁は、比例ソレノイドの推力と弁ばねのばね力とが釣合ってバランスする位置で、スプールのストローク量（即ち、容量可変アクチュエータに給排する圧油の流量）が制御される。比例ソレノイドの推力は、外部指令として比例ソレノイドに外部から入力される指令信号の電流値により調整可能であり、液圧回転機の容量は、容量可変アクチュエータのストローク量（即ち、実質的にはスプールの摺動位置に相当する）により決められる。このため、比例ソレノイドに入力する電流値を調整することにより、可変容量型液圧回転機の容量を電気的に制御することが可能となる。

特開２００４-１４４２５４号公報（特許第４２０８１７９号公報）

ところで、従来技術による容量制御装置では、液圧回転機の容量を小容量と大容量との間で可変に制御するときに、容量可変アクチュエータの動作速度を速くして応答性を改善することが望まれている。この場合、スプールによって開閉される容量制御用通路の穴径を大きくすれば、容量可変アクチュエータに給排する圧油の流量を増大させることができ、容量制御の応答性を高めることが可能となる。しかし、容量制御用通路の穴径を大きくすると、スプールの摺動変位に対する該連通路の開口特性（即ち、開口面積の変化率）が大きくなり、液圧回転機の容量制御を行う上での安定性が損なわれ易いという問題が生じる。

そこで、容量制御の安定性を確保する目的で、スプールのランド部に略三角形状のノッチを形成することが検討された。しかし、比例ソレノイドによりスプールを駆動するときのストローク量は、一般的に数ミリ程度と小さい。このため、スプールのランド部にノッチを形成しようとしても、ノッチ寸法に必要なストローク量を確保することができず、容量制御時の応答性を向上することができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、液圧回転機の容量制御を安定して行うことができると共に、容量制御時の応答性を向上することができるようにした液圧回転機の容量制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、可変容量型液圧回転機の容量可変部を駆動し該液圧回転機の容量を可変に制御する容量可変アクチュエータと、該容量可変アクチュエータと油圧源との間に設けられ外部指令に応じた流量の圧油を前記容量可変アクチュエータに給排する電磁制御式の容量制御弁とを備え、該容量制御弁は、スプール摺動穴を有した弁ケーシングと、該弁ケーシングのスプール摺動穴内に挿嵌して設けられたスプールと、前記外部指令に応じた推力を発生し該推力により前記スプールを弁ばねに抗して軸方向に駆動する比例ソレノイドとを含んでなる液圧回転機の容量制御装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記弁ケーシングには、前記スプールの摺動方向に対してそれぞれ垂直な方向で前記スプール摺動穴に開口し、互いに異なる位置に配置された容量制御用通路と応答性改善用通路とを設け、該容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴にそれぞれ開口する部位の穴径が互いに異なり、前記スプール摺動穴の軸方向に関しては穴の中心位置を同じくした円形穴により形成し、前記スプールは、前記弁ばねと前記比例ソレノイドによる推力に応じて前記容量制御用通路が前記スプール摺動穴内と連通し、かつ前記応答性改善用通路が前記スプール摺動穴に対して遮断される第１の連通位置、または、前記容量制御用通路と応答性改善用通路との両方が前記スプール摺動穴内に連通する第２の連通位置に摺動変位する構成としたことにある。

また、請求項２の発明によると、前記容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴の周方向で互いに異なる位置で該スプール摺動穴に開口する通路穴によりそれぞれ形成する構成としている。

一方、請求項３の発明によると、前記容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴の径方向で互いに対向する位置に配置する構成としている。

上述の如く、請求項１の発明によれば、液圧回転機の容量を目標容量の付近で微調整するように制御するときには、スプールの摺動位置を第１の連通位置として容量制御用通路をスプール摺動穴内と連通させ、応答性改善用通路はスプール摺動穴に対して遮断させる。これにより、第１の連通位置では、スプールの摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路による開口面積の変化率）を小さくすることができ、液圧回転機の容量制御を行う上での安定性を確保することができる。

一方、液圧回転機の容量を目標容量まで大きく変化させるように制御するときには、スプールの摺動位置を第２の連通位置として容量制御用通路と応答性改善用通路の両方をスプール摺動穴内と連通させる。これにより、第２の連通位置では、スプール摺動穴に対する通路全体の開口面積（即ち、容量制御用通路と応答性改善用通路との両方がスプール摺動穴に連通する流路面積）を大きくして、容量可変アクチュエータに給排する圧油の流量を増大させることができ、容量制御の応答性を高めることができる。
しかも、容量制御用通路と応答性改善用通路とは、スプール摺動穴にそれぞれ開口する部位の穴径が互いに異なり、前記スプール摺動穴の軸方向に関しては穴の中心位置を同じくした円形穴によって、形成することができる。このため、スプールがスプール摺動穴内を軸方向の一側と他側とに往復動するように摺動変位するときに、スプールの摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路と応答性改善用通路とによる開口面積の変化率）を同様な特性とすることができ、通路全体の開口特性に対称性を与えることができる。

請求項２の発明によると、容量制御用通路と応答性改善用通路とを、スプール摺動穴の周方向で互いに異なる位置で該スプール摺動穴に開口する通路穴によりそれぞれ形成することができる。

請求項３の発明によると、容量制御用通路と応答性改善用通路とを、スプール摺動穴の径方向で互いに対向する位置に配置することができる。

本発明の第１の実施の形態による可変容量型油圧モータの容量制御装置を示す油圧回路図である。 図１中の容量制御装置を具体化して示す縦断面図である。 スプールを軸方向の一側に摺動変位させ、容量制御用通路と応答性改善用通路に対して第１の連通位置に配置した状態を示す要部拡大断面図である。 スプールを軸方向の一側に摺動変位させ、容量制御用通路と応答性改善用通路に対して第２の連通位置に配置した状態を示す要部拡大断面図である。 スプールを軸方向の他側に摺動変位させ、容量制御用通路と応答性改善用通路に対して第１の連通位置に配置した状態を示す要部拡大断面図である。 スプールを軸方向の他側に摺動変位させ、容量制御用通路と応答性改善用通路に対して第２の連通位置に配置した状態を示す要部拡大断面図である。 外部指令の電流値と油圧モータのモータ容量との関係を示す特性線図である。 スプールのストローク量と容量制御用通路および応答性改善用通路の開口面積との関係を示す特性線図である。 第１の参考例による容量制御用通路および応答性改善用通路を示す図３とほぼ同様位置での要部拡大断面図である。 第２の参考例による容量制御用通路および応答性改善用通路を示す図９と同様位置での要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態による液圧回転機の容量制御装置を、油圧モータの容量制御装置に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は可変容量型の油圧ポンプで、該油圧ポンプ１は、タンク２と共に油圧源を構成している。油圧ポンプ１は、例えば油圧ショベルのエンジンまたは電動モータ（図示せず）によって回転駆動され、タンク２内から吸込んだ作動油を高圧の圧油として吐出するものである。

３は可変容量型液圧回転機によって構成された油圧モータで、該油圧モータ３は、例えば斜板または斜軸等の容量可変部３Ａを有する可変容量型の油圧モータとして構成されている。油圧モータ３は、後述の容量可変アクチュエータ７で容量可変部３Ａを傾転駆動することにより、モータ容量が可変に制御される。油圧モータ３は、油圧ショベルに代表される建設機械の走行用油圧モータ、旋回用油圧モータまたは、その他の回転機械用油圧モータを構成するものである。

４Ａ，４Ｂは油圧モータ３に圧油を給排する一対の主管路で、該主管路４Ａ，４Ｂは、油圧ポンプ１から吐出された圧油を油圧モータ３に給排するため後述の方向制御弁５と油圧モータ３との間を接続する一対の油圧配管を含んで構成されている。

５は油圧ポンプ１、タンク２からなる油圧源と油圧モータ３との間に設けられた方向制御弁である。この方向制御弁５は、例えば４ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。方向制御弁５は、外部から油圧パイロット部５Ａ，５Ｂにパイロット圧が供給されることにより、中立位置（イ）から切換位置（ロ），（ハ）のいずれかに切換えられる。このとき、油圧ポンプ１から油圧モータ３に給排される圧油の流量は、中立位置（イ）から切換位置（ロ）または（ハ）に切換わる方向制御弁５のストローク量に対応して可変に制御される。

６は油圧モータ３の容量を可変に制御する容量制御装置で、該容量制御装置６は、油圧モータ３の容量可変部３Ａを傾転駆動する容量可変アクチュエータ７と、後述の容量制御弁１１とを含んで構成されている。図１および図２に示すように、容量可変アクチュエータ７は、油圧シリンダにより構成され、チューブ７Ａと、該チューブ７Ａ内に摺動可能に挿嵌して設けられチューブ７Ａ内を２つの油室Ａ，Ｂに画成したピストン７Ｂと、基端側が該ピストン７Ｂに固着され先端側がチューブ７Ａ外に突出したロッド７Ｃとを有している。

容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃは、油圧モータ３の容量可変部３Ａに連結され、チューブ７Ａから矢示Ｃ方向に伸長するときには容量可変部３Ａを大容量側に傾転駆動する。一方、ロッド７Ｃは、チューブ７Ａ内へと矢示Ｄ方向に縮小するときに容量可変部３Ａを小容量側に傾転駆動する。容量可変アクチュエータ７の油室Ａ，Ｂには、パイロット管路８Ａ，８Ｂを介して傾転制御圧が給排される。

ここで、パイロット管路８Ａは、容量可変アクチュエータ７の油室Ａを高圧管路９Ａに常時連通させるように両者間を接続している。一方、パイロット管路８Ｂは、油室Ｂを容量制御弁１１を介して高圧管路９Ａと低圧管路９Ｂとに選択的に連通させるように、後述の油溝１６と油室Ｂとの間に接続して設けられている。高圧管路９Ａは、後述の油溝１７と高圧選択弁１０Ａ，１０Ｂとの間に接続して設けられている。低圧管路９Ｂは、後述のドレン室１５とタンク２との間に接続して設けられている。

高圧選択弁１０Ａ，１０Ｂは、油圧モータ３の一対の主管路４Ａ，４Ｂのうち高圧側の主管路を選択し、高圧となった主管路から高圧管路９Ａに圧油を供給するものである。即ち、方向制御弁５を中立位置（イ）から切換位置（ロ）に切換えたときには、油圧ポンプ１からの圧油が主管路４Ａに供給され、主管路４Ｂはタンク２に接続される。これにより、高圧選択弁１０Ａは開弁し、高圧選択弁１０Ｂは閉弁される。この結果、主管路４Ａ内の圧油が高圧選択弁１０Ａを介して高圧管路９Ａに供給される。

一方、方向制御弁５を中立位置（イ）から切換位置（ハ）に切換えたときには、油圧ポンプ１からの圧油が主管路４Ｂに供給され、主管路４Ａはタンク２に接続される。これにより、高圧選択弁１０Ａは開弁し、高圧選択弁１０Ｂは閉弁される。この結果、主管路４Ｂ内の圧油が高圧選択弁１０Ｂを介して高圧管路９Ａに供給される。

１１は外部指令に応じた流量の圧油を容量可変アクチュエータ７に給排する電磁制御式の容量制御弁である。この容量制御弁１１は、油圧源（油圧ポンプ１、タンク２）と容量可変アクチュエータ７との間にパイロット管路８Ａ，８Ｂ、高圧管路９Ａおよび低圧管路９Ｂ等を介して設けられている。容量制御弁１１は、後述の比例ソレノイド２１に外部から供給される指令信号（外部指令）に応じて図１に示す小容量位置（ａ）と大容量位置（ｂ）との間で切換制御されるものである。

図２に示すように、容量制御弁１１は、後述のスプール摺動穴１４Ａを有する弁ケーシング１２と、後述のスプール１９、弁ばね２０および比例ソレノイド２１を含んで構成されている。弁ケーシング１２は、容量制御弁１１の外殻を構成するケーシング部材１３と筒状のスリーブ１４とにより構成されている。ケーシング部材１３には、スリーブ取付穴１３Ａとソレノイド取付穴１３Ｂとが軸方向に延びる段付孔として形成されている。ケーシング部材１３のスリーブ取付穴１３Ａには、弁ケーシング１２の一部を構成する筒状のスリーブ１４が固定して設けられている。スリーブ１４の内周面は、後述のスプール１９が摺動可能に挿嵌されるスプール摺動穴１４Ａとなっている。

弁ケーシング１２のスリーブ取付穴１３Ａは、スリーブ１４を挟んでソレノイド取付穴１３Ｂとは反対側の部位がドレン室１５となり、このドレン室１５は、低圧管路９Ｂを介してタンク２に接続されている。弁ケーシング１２には、断面Ｕ字形状をなす２つの油溝１６，１７がスプール摺動穴１４Ａの軸方向に離間して形成されている。油溝１６は、パイロット管路８Ｂを介して油室Ｂに接続された環状溝からなり、スリーブ取付穴１３Ａの全周にわたって延びている。油溝１７は、スリーブ取付穴１３Ａの周方向に部分的に延びるか、または全周にわたって延びる油溝からなり、高圧管路９Ａに接続された高圧側の油通路を構成している。

筒状のスリーブ１４には、油溝１７をスプール摺動穴１４Ａに常時連通させるようにスリーブ１４の径方向（即ち、スプール１９の摺動方向に対して垂直な方向）に穿設された円形の油孔からなる高圧導入路１８と、後述の容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とが設けられている。

１９はスリーブ１４のスプール摺動穴１４Ａ内に挿嵌して設けられたスプールで、該スプール１９は、図２に示すように段付円柱状の弁体として形成され、その軸方向一側には幅広な封止ランド部１９Ａが形成されている。この封止ランド部１９Ａは、スリーブ１４のスプール摺動穴１４Ａとソレノイド取付穴１３Ｂとの間を封止し、例えば高圧導入路１８からスプール摺動穴１４Ａ内に供給された圧油がソレノイド取付穴１３Ｂ側に漏洩するのを抑えるものである。

スプール１９の軸方向他側は、スリーブ１４内からドレン室１５内に向けて突出する突出端１９Ｂとなり、この突出端１９Ｂは、容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃとの間で弁ばね２０の付勢力を受承する受承部となっている。スプール１９の軸方向途中部位には、封止ランド部１９Ａよりも軸方向寸法が小さい細幅な切換ランド部１９Ｃが設けられ、該封止ランド部１９Ａと切換ランド部１９Ｃとの間は、スプール１９の全周にわたって延びる環状溝１９Ｄとなっている。スプール１９の環状溝１９Ｄは、スリーブ１４の高圧導入路１８と常に連通し、高圧管路９Ａからの圧油をスプール摺動穴１４Ａ内に導くものである。

スプール１９の切換ランド部１９Ｃは、後述の容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とを環状溝１９Ｄ（スプール摺動穴１４Ａ）に対して連通，遮断させるランドを構成している。切換ランド部１９Ｃのランド幅（スプール摺動穴１４Ａに沿った軸方向寸法）は、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との穴径よりも僅かに大きく形成されている。

弁ばね２０は、容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃとスプール１９の突出端１９Ｂとの間に配設されている。弁ばね２０は、図２中に示すばね力Ｆ１でスプール１９を付勢し、そのばね力Ｆ１は、弁ばね２０の撓み変形量に応じて増減する。一方、後述の比例ソレノイド２１は、弁ばね２０のばね力Ｆ１に抗してスプール１９を推力Ｆ２で押動する。これにより、スプール１９は、ばね力Ｆ１と推力Ｆ２とが釣合うようにバランスする位置までスプール摺動穴１４Ａ内を軸方向に摺動変位するものである。

２１はスプール１９を挟んで弁ばね２０とは反対側に位置して弁ケーシング１２に設けられた比例ソレノイドである。この比例ソレノイド２１は、例えば合成樹脂またはアルミニウム等の非磁性材料を用いて段付筒状に形成されたソレノイドケース２２と、該ソレノイドケース２２のボビン部２２Ａに巻回して設けられ外部指令に比例した磁力を発生するコイル部２３と、該コイル部２３の径方向内側に位置してソレノイドケース２２内に軸方向変位可能に設けられた磁性材料からなる可動鉄心２４とにより構成されている。

ソレノイドケース２２は、弁ケーシング１２のソレノイド取付穴１３Ｂ内に嵌合して取付けられる小径な嵌合筒部２２Ｂを有し、該嵌合筒部２２Ｂ内には、可動鉄心２４のプッシュロッド２４Ａが軸方向に変位可能に挿通して設けられている。プッシュロッド２４Ａは、可動鉄心２４から軸方向下向きに突出して設けられ、その突出端（図２中に示すプッシュロッド２４Ａの下端部）は、スプール１９の一側端部（封止ランド部１９Ａ側の端部）に当接している。

比例ソレノイド２１の可動鉄心２４には、外部指令の電流値Ｉに比例した推力Ｆ２が発生する。この推力Ｆ２は、プッシュロッド２４Ａを介してスプール１９に伝えられる。これにより、スプール１９は、弁ばね２０のばね力Ｆ１と推力Ｆ２とが釣合うようにバランスする位置までスプール摺動穴１４Ａ内を軸方向に摺動変位することになる。

電磁制御式の容量制御弁１１は、外部指令の電流値Ｉに応じた推力Ｆ２を比例ソノレイド２１で発生させることにより、弁ケーシング１２内でスプール１９を弁ばね２０に抗して軸方向に駆動する構成となっている。この場合、弁ばね２０は、容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃが矢示Ｃ，Ｄ方向に伸縮される伸縮量によっても弾性的に撓み変形され、弁ばね２０のばね力Ｆ１は、その撓み変形量に応じて増減する。比例ソレノイド２１は、このような弁ばね２０のばね力Ｆ１に抗してスプール１９を押動するように、外部指令の電流値Ｉに応じた推力Ｆ２を発生するものである。

２５は弁ケーシング１２のスリーブ１４に設けられた容量制御用通路である。この容量制御用通路２５は、スリーブ１４の径方向（即ち、スプール１９の摺動方向に対して垂直な方向）に穿設された円形穴により構成されている。容量制御用通路２５は、パイロット管路８Ｂに接続された環状の油溝１６をスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ）に連通させるための通路穴である。

容量制御用通路２５は、高圧導入路１８に対してスリーブ１４の軸方向に予め決められた所定寸法分だけ離間した位置に配置されている。図３に示すように、容量制御用通路２５の穴径Ｄ１は、スプール１９の切換ランド部１９Ｃ（ランド幅）よりも僅かに小さく形成されている。容量制御用通路２５は、スプール１９が軸方向に摺動変位するときに切換ランド部１９Ｃにより開，閉され、環状溝１９Ｄに対して連通，遮断されるものである。

２６は弁ケーシング１２のスリーブ１４に設けられた応答性改善用通路で、該応答性改善用通路２６は、容量制御用通路２５と同様にスリーブ１４の径方向に穿設された円形穴からなり、パイロット管路８Ｂに接続された環状の油溝１６をスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ）に連通させるための通路穴を構成している。図３〜図６に示すように、応答性改善用通路２６は、スプール摺動穴１４Ａの径方向で容量制御用通路２５と対向する位置に穴の中心位置（中心線Ｏ−Ｏ）を同じくして配置されている。

しかし、応答性改善用通路２６は、下記の数１式に示すように、穴径Ｄ２が容量制御用通路２５の穴径Ｄ１よりも所定の寸法差ΔＤ分だけ小さく形成されている（Ｄ２＜Ｄ１）。両者の寸法差ΔＤは、容量制御用通路２５の穴径Ｄ１に対して下記の数２式の範囲内となる寸法に設定されている。

容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、スリーブ１４の周方向で互いに異なる位置においてスプール摺動穴１４Ａに開口する通路穴により構成されている。容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、スプール摺動穴１４Ａに開口する部位がそれぞれ円形穴により形成されている。しかも、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、スリーブ１４の径方向で対向して穴の中心位置（中心線Ｏ−Ｏ）を同じくし、穴径Ｄ１，Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）が互いに異なる円形穴により形成されている。

これにより、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、スプール１９が第１の連通位置（図３、図５参照）まで摺動変位したときに、容量制御用通路２５がスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄまたはドレン室１５）内と連通し、応答性改善用通路２６はスプール摺動穴１４Ａに対して遮断される。しかし、スプール１９が第２の連通位置（図４、図６参照）まで摺動変位したときには、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方がスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄまたはドレン室１５）内に連通する構成となっている。

換言すると、図８に示すように、スプール１９のストローク量Ｘが正方向（負方向）で所定量Ｘ１（−Ｘ１）を越えたときに、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方がスプール摺動穴１４Ａ内に連通する第２の連通位置となる。このとき、ストローク量Ｘの所定量Ｘ１は、下記の数３式のように、容量制御用通路２５の穴径Ｄ１と応答性改善用通路２６の穴径Ｄ２との寸法差ΔＤに対して２分の１の大きさに設定されるものである。

本実施の形態による油圧モータ３の容量制御装置６は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

図７に示す特性線２７のように、油圧モータ３のモータ容量Ｑ（即ち、油圧モータ３に給排される圧油の流量）は、例えばオペレータの操作により容量制御弁１１の比例ソレノイド２１に入力される外部指令の電流値Ｉに応じて可変に制御される。外部指令の電流値Ｉを最小値Ｉmin としたときには、比例ソレノイド２１による推力Ｆ２が電流値Ｉ（即ち、最小値Ｉmin ）に比例して小さく設定される。これにより、容量制御弁１１のスプール１９は、弁ばね２０のばね力Ｆ１により付勢され、容量制御弁１１は図１に示す小容量位置（ａ）におかれる。

このため、容量可変アクチュエータ７の油室Ｂは、パイロット管路８Ｂ、容量制御弁１１および低圧管路９Ｂを介してタンク２に接続される。一方、容量可変アクチュエータ７の油室Ａは、パイロット管路８Ｂを介して高圧管路９Ａに接続されている。これにより、容量可変アクチュエータ７は、油室Ａ内に供給される圧油によりロッド７Ｃを矢示Ｄ方向に縮小させる。この結果、油圧モータ３は、容量可変部３Ａがロッド７Ｃにより小容量側に傾転され、モータ容量Ｑは最小となる小容量Ｑmin に設定される（図１参照）。

次に、外部指令の電流値Ｉを漸次大きくすると、比例ソレノイド２１による推力Ｆ２が電流値Ｉに比例して漸次大きくなる。これにより、容量制御弁１１のスプール１９は、図１に示す小容量位置（ａ）から大容量位置（ｂ）に向け弁ばね２０に抗して切換わるようになる。このため、容量可変アクチュエータ７の油室Ｂは、パイロット管路８Ｂおよび容量制御弁１１を介して高圧管路９Ａに接続されるようになり、このときには、油室Ａもパイロット管路８Ｂを介して高圧管路９Ａに接続されている。

しかし、容量可変アクチュエータ７のピストン７Ｂは、油室Ａよりも油室Ｂの方が圧油の受圧面積が大きいので、両者の受圧面積差によってロッド７Ｃは矢示Ｃ方向へと伸長方向に駆動される。この結果、油圧モータ３は、容量可変部３Ａがロッド７Ｃにより大容量側に傾転され、モータ容量Ｑは特性線２７に沿って電流値Ｉに比例するように増大される。

また、容量制御弁１１の弁ばね２０は、容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃが伸長方向（矢示Ｃ方向）に変位するに伴って弾性的に圧縮変形され、ばね力Ｆ１が弾性変形量に比例して増大する。このため、容量制御弁１１のスプール１９は、弁ばね２０のばね力Ｆ１と推力Ｆ２とが釣合うようにスプール摺動穴１４Ａ内を軸方向に摺動変位し、容量可変アクチュエータ７の油室Ａ，Ｂに対する容量制御弁１１を介した圧油の給排量を調節する。

そして、ばね力Ｆ１と推力Ｆ２とが釣合ってバランスする位置までスプール１９が摺動したときには、図２に示すように、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とがスプール１９の切換ランド部１９Ｃによりスプール摺動穴１４Ａに対して遮断される。このため、容量可変アクチュエータ７の油室Ｂは、パイロット管路８Ｂおよび容量制御弁１１を介した圧油の給排が停止され、一種の油圧ロック状態となり、ロッド７Ｃの伸縮動作（即ち、油圧モータ３の容量可変動作）は止められるようになる。

ここで、外部指令の電流値Ｉを任意の中間値Ｉa に調整したときには、比例ソレノイド２１による推力Ｆ２が電流値Ｉ（即ち、中間値Ｉa ）に比例した力に設定される。これにより、容量制御弁１１のスプール１９は、弁ばね２０のばね力Ｆ１と推力Ｆ２とが釣合うようにバランスする位置までスプール摺動穴１４Ａ内を軸方向に摺動変位し、容量可変アクチュエータ７の油室Ａ，Ｂに対する容量制御弁１１を介した圧油の給排を制御する。この結果、油圧モータ３は、容量可変アクチュエータ７のロッド７Ｃにより容量可変部３Ａが中間の傾転位置に駆動され、モータ容量Ｑは電流値Ｉa に対応した中間の容量Ｑa に設定される。

さらに、外部指令の電流値Ｉを最大値Ｉmax まで大きく調整したときには、容量制御弁１１が図１に示す小容量位置（ａ）から大容量位置（ｂ）に完全に切換わる。即ち、スプール１９は、比例ソレノイド２１（プッシュロッド２４Ａ）からの推力Ｆ２により、弁ばね２０のばね力Ｆ１に抗して最大のストローク位置まで摺動変位される。このとき、油圧モータ３は、容量可変部３Ａがロッド７Ｃにより最大の容量位置まで傾転され、モータ容量Ｑは電流値Ｉmax に対応した大容量Ｑmax に設定される。

次に、図８を参照してスプール１９のストローク量Ｘと通路（容量制御用通路２５および応答性改善用通路２６）の開口面積Ｓとの関係について説明する。

ここで、外部指令の電流値Ｉを図７に示す任意の中間値Ｉa から漸次高くする場合を例に挙げると、比例ソレノイド２１による推力Ｆ２は、電流値Ｉに比例して増大する。このため、スプール１９のストローク量Ｘは、電流値Ｉにほぼ比例して増大し、容量制御用通路２５の開口面積Ｓ１は、図８中に細線で示す特性線２８に沿って変化する。

即ち、図３に示すように、比例ソレノイド２１の推力Ｆ２によりスプール１９がばね力Ｆ１に抗して軸方向の一側へと摺動変位するときに、容量制御用通路２５は、スプール１９の切換ランド部１９Ｃによりスプール摺動穴１４Ａに対して漸次開口される。このため、高圧管路９Ａから供給される圧油は、スプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ内）を介して容量制御用通路２５へと矢示Ｅ方向に流れる。このときの圧油の流量は、容量制御用通路２５の開口面積Ｓ１（図８中の特性線２８）に対応して増減される。

次に、スプール１９のストローク量Ｘが所定量Ｘ１を越えて大きくなると、例えば図４に示すように、容量制御用通路２５に加えて応答性改善用通路２６がスプール１９の切換ランド部１９Ｃにより漸次開口される。このため、高圧管路９Ａから供給される圧油は、スプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ内）を介して容量制御用通路２５へと矢示Ｅ方向に流れると共に、応答性改善用通路２６にも矢示Ｇ方向に流れる。このとき、応答性改善用通路２６の開口面積Ｓ２は、スプール１９の軸方向一側に向けたストローク量Ｘに対して図８中に細線で示す特性線２９に沿って変化する。

このため、容量制御用通路２５および応答性改善用通路２６からなる通路全体の開口面積Ｓ（即ち、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２）は、スプール１９のストローク量Ｘに対して太線で示す特性線３０に沿って変化する。即ち、通路全体の開口面積Ｓは、スプール１９のストローク量Ｘが所定量Ｘ１となる前，後において特性線３０の如く２段階で変化するものである。そして、通路全体の開口面積Ｓは、ストローク量Ｘが最大量Ｘmax となったときに最大となる。

このように、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、図３に例示する第１の連通位置へとスプール１９が摺動変位し、ストローク量Ｘが所定量Ｘ１に達するまでは、容量制御用通路２５がスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ）内と連通し、応答性改善用通路２６はスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ）に対して遮断されたままである。

このため、スプール１９のストローク量Ｘが所定量Ｘ１に達するまでの第１の連通位置では、スプール１９の摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路２５による開口面積Ｓ１の変化率）を図８中の特性線２８に沿って小さくすることができる。これにより、例えば中間の容量Ｑa から油圧モータ３のモータ容量を漸次増大させる制御を行う場合（特に、目標容量の付近でモータ容量を微調整するように制御するとき）に、容量制御の安定性を確保することができる。

一方、図４に例示する第２の連通位置までスプール１９が摺動変位し、ストローク量Ｘが所定量Ｘ１以上となったときには、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方をスプール摺動穴１４Ａ（環状溝１９Ｄ）内に連通させる構成としている。このため、スプール１９のストローク量Ｘが所定量Ｘ１以上となった第２の連通位置では、スプール摺動穴１４Ａに対する通路全体の開口面積Ｓ（即ち、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方がスプール摺動穴１４Ａに連通する流路面積）を特性線３０に沿って大きくすることができる。

この結果、スプール１９のストローク量Ｘが所定量Ｘ１以上となった第２の連通位置では、高圧管路９Ａから容量可変アクチュエータ７の油室Ｂに供給する圧油の流量を特性線３０に沿って増大させることができ、油圧モータ３のモータ容量を、図７に示す中間の容量Ｑa から特性線２７に沿って増大させるときの容量制御の応答性を高めることができる。

次に、外部指令の電流値Ｉを図７に示す任意の中間値Ｉa から漸次小さくする場合を例に挙げて説明する。この場合、比例ソレノイド２１による推力Ｆ２が電流値Ｉに比例して低下されるため、スプール１９のストローク量Ｘは、電流値Ｉにほぼ比例して負（マイナス）の方向に減少され、容量制御用通路２５の開口面積Ｓ１は、図８中に細線で示す特性線３１に沿って変化する。

即ち、比例ソレノイド２１の推力Ｆ２が低下されるときには、これに伴って、スプール１９は図５に示す如く、軸方向の他側へと弁ばね２０のばね力Ｆ１により上向きに摺動変位される。このとき、容量制御用通路２５は、スプール１９の切換ランド部１９Ｃによりスプール摺動穴１４Ａ（ドレン室１５）に対して漸次開口され、容量制御用通路２５からドレン室１５側へと矢示Ｈ方向に油液が排出される。このときの油液の流量は、容量制御用通路２５の開口面積Ｓ１（図８中の特性線３１）に対応して増減される。

一方、スプール１９の軸方向他側に向けたストローク量Ｘが負の所定量−Ｘ１を越えて大きく変化すると、例えば図６に示すように、容量制御用通路２５に加えて応答性改善用通路２６がスプール１９の切換ランド部１９Ｃにより漸次開口され、応答性改善用通路２６からもスプール摺動穴１４Ａ（ドレン室１５）側へと矢示Ｊ方向に油液が排出される。このとき、応答性改善用通路２６の開口面積Ｓ２は、スプール１９のストローク量Ｘに対して図８中に細線で示す特性線３２に沿って変化する。

このため、容量制御用通路２５および応答性改善用通路２６からなる通路全体の開口面積Ｓ（即ち、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２）は、スプール１９のストローク量Ｘに対して太線で示す特性線３３に沿って変化する。即ち、スプール１９のストローク量Ｘが負の所定量−Ｘ１となる前，後で、通路全体の開口面積Ｓを２段階で変化させることができる。そして、通路全体の開口面積Ｓは、ストローク量Ｘが負の最大量Ｘmax となったときに最大となる。

このように、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とは、スプール１９のストローク量Ｘが負の所定量−Ｘ１に達するまで（即ち、図５に例示する第１の連通位置へとスプール１９が摺動変位する間）は、容量制御用通路２５がスプール摺動穴１４Ａ（ドレン室１５）内と連通し、応答性改善用通路２６はスプール摺動穴１４Ａ（ドレン室１５）に対して遮断されたままである。

このため、スプール１９のストローク量Ｘが所定量−Ｘ１に達するまでの第１の連通位置では、スプール１９の摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路２５による開口面積Ｓ１の変化率）を図８中の特性線３１に沿って小さくすることができる。これにより、例えば中間の容量Ｑa から油圧モータ３のモータ容量を漸次低下（減少）させる制御を行う場合（特に、目標容量の付近でモータ容量を微調整するように制御するとき）に、容量制御の安定性を確保することができる。

一方、図４に例示する第２の連通位置へとスプール１９が摺動変位し、ストローク量Ｘが所定量Ｘ１以上となったときには、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方をスプール摺動穴１４Ａ（ドレン室１５）内に連通させる構成としている。このため、スプール１９のストローク量Ｘが負の所定量−Ｘ１以上となった第２の連通位置では、スプール摺動穴１４Ａに対する通路全体の開口面積Ｓ（即ち、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方がスプール摺動穴１４Ａに連通する流路面積）を特性線３３に沿って大きくすることができる。

この結果、スプール１９のストローク量Ｘが負の所定量−Ｘ１以上となった第２の連通位置では、容量可変アクチュエータ７の油室Ｂから容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６の両方を介してドレン室１５側に排出する油液の流量を特性線３３に沿って増大させることができ、油圧モータ３のモータ容量を、図７に示す中間の容量Ｑa から特性線２７に沿って低下（減少）させるときの容量制御の応答性を高めることができる。

従って、本実施の形態によれば、油圧モータ３の容量を目標容量の付近で微調整するように制御するときには、スプール１９の摺動位置を第１の連通位置（即ち、ストローク量Ｘを所定量±Ｘ１の範囲内）として容量制御用通路２５のみをスプール摺動穴１４Ａ内と連通させ、応答性改善用通路２６はスプール摺動穴１４Ａに対して遮断したままとする。これにより、第１の連通位置では、スプール１９の摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路２５による開口面積Ｓ１の変化率）を図８中の特性線２８の如く小さくすることができ、油圧モータ３（液圧回転機）の容量を目標容量の付近で微調整するように制御する上での安定性を確保することができる。

一方、油圧モータ３（液圧回転機）の容量を目標容量まで大きく増，減させるように制御するときには、スプール１９の摺動位置を第２の連通位置（即ち、ストローク量Ｘを所定量±Ｘ１を越える位置）にして容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６の両方をスプール摺動穴１４Ａ内と連通させる。これにより、第２の連通位置では、スプール摺動穴１４Ａに対する通路全体の開口面積Ｓ（即ち、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６との両方がスプール摺動穴１４Ａに連通する流路面積）を大きくして、容量可変アクチュエータ７に給排する圧油の流量を増大させることができ、容量制御の応答性を高めることができる。

しかも、本実施の形態では、スリーブ１４に設けた容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とを、スプール摺動穴１４Ａにそれぞれ開口する部位の穴径Ｄ１，Ｄ２が互いに異なり、穴の中心位置（中心線Ｏ−Ｏ）を同じくした円形穴により形成している。このため、スプール１９がスプール摺動穴１４Ａ内を軸方向の一側と他側とに往復動するように摺動変位するときに、容量制御用通路２５および応答性改善用通路２６からなる通路全体の開口特性に対称性を与えることができる。

即ち、図８中に特性線３０，３３で示すように、スプール１９の摺動変位に対する通路全体の開口特性（即ち、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とによる開口面積Ｓの変化率）を、スプール１９のストローク量Ｘが正方向と負方向とで同様な特性とすることができ、通路全体の開口特性に対称性を与えることができる。さらに、穴の中心位置（中心線Ｏ−Ｏ）を同じくすることによって、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とを、スリーブ１４に穴加工するときの作業性を向上することができる。

なお、前記実施の形態では、容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６とをスリーブ１４の径方向で対向し、穴の中心位置（中心線Ｏ−Ｏ）を同じくした円形穴により形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、容量制御用通路と応答性改善用通路とは、例えばスプール摺動穴１４Ａの軸方向に関しては穴の中心位置（軸方向位置）を同じくし、周方向（例えば、３０度以上で１８０度未満の角度）で互いに異なる位置に配置する構成としてもよい。

また、図９に示す第１の参考例のように、容量制御用通路４１と応答性改善用通路４２とを形成する構成としてもよい。この場合、容量制御用通路４１と応答性改善用通路４２とは、スプール摺動穴１４Ａにそれぞれ開口する部位の穴の中心位置（即ち、中心線Ｏ１−Ｏ１と中心線Ｏ２−Ｏ２と）がスプール摺動穴１４Ａの軸方向で寸法α分だけ異なる位置に配置された円形穴により形成され、これ以外の点では、前記実施の形態で述べた容量制御用通路２５と応答性改善用通路２６と同様に形成されている。図９に示す寸法αは、前記数３式による所定量Ｘ１よりも小さい寸法に設定するのが好ましい。

一方、図１０に示す第２の参考例のように、容量制御用通路５１と応答性改善用通路５２とを形成する構成としてもよい。この場合、容量制御用通路５１と応答性改善用通路５２とは、図９に示す第１の参考例による容量制御用通路４１と応答性改善用通路４２とは逆の方向で偏心するように、スプール摺動穴１４Ａにそれぞれ開口する部位の穴の中心位置（即ち、中心線Ｏ１−Ｏ１と中心線Ｏ２−Ｏ２と）が軸方向で寸法β分だけ異なる位置に配置されている。図１０に示す寸法βは、前記数３式による所定量Ｘ１よりも小さい寸法に設定するのが好ましいものである。

また、容量制御用通路と応答性改善用通路とは、必ずしも円形穴に限らず、例えば楕円形、三角形、四角形、菱形を含む非円形の穴により形成してもよい。さらに、前記実施の形態では、油圧モータ３の容量制御装置６を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば油圧ポンプ１の容量制御装置であってもよい。この場合、例えば油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械に設けられる可変容量型液圧回転機の容量制御を行う容量制御装置に広く適用できるものである。

１ 油圧ポンプ
２ タンク
３ 油圧モータ（液圧回転機）
３Ａ 容量可変部
４Ａ，４Ｂ 主管路
５ 方向制御弁
６ 容量制御装置
７ 容量可変アクチュエータ
７Ａ チューブ
７Ｂ ピストン
７Ｃ ロッド
８Ａ，８Ｂ パイロット管路
９Ａ 高圧管路
９Ｂ 低圧管路
１０Ａ，１０Ｂ 高圧選択弁
１１ 電磁制御式の容量制御弁
１２ 弁ケーシング
１４ スリーブ
１４Ａ スプール摺動穴
１９ スプール
１９Ｃ 切換ランド部
２０ 弁ばね
２１ 比例ソレノイド
２５，４１，５１ 容量制御用通路
２６，４２，５２ 応答性改善用通路
Ａ，Ｂ 油室

Claims (3)

1. 可変容量型液圧回転機の容量可変部を駆動し該液圧回転機の容量を可変に制御する容量可変アクチュエータと、該容量可変アクチュエータと油圧源との間に設けられ外部指令に応じた流量の圧油を前記容量可変アクチュエータに給排する電磁制御式の容量制御弁とを備え、
   該容量制御弁は、スプール摺動穴を有した弁ケーシングと、該弁ケーシングのスプール摺動穴内に挿嵌して設けられたスプールと、前記外部指令に応じた推力を発生し該推力により前記スプールを弁ばねに抗して軸方向に駆動する比例ソレノイドとを含んでなる液圧回転機の容量制御装置において、
   前記弁ケーシングには、前記スプールの摺動方向に対してそれぞれ垂直な方向で前記スプール摺動穴に開口し、互いに異なる位置に配置された容量制御用通路と応答性改善用通路とを設け、
   該容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴にそれぞれ開口する部位の穴径が互いに異なり、前記スプール摺動穴の軸方向に関しては穴の中心位置を同じくした円形穴により形成し、
   前記スプールは、前記弁ばねと前記比例ソレノイドによる推力に応じて前記容量制御用通路が前記スプール摺動穴内と連通し、かつ前記応答性改善用通路が前記スプール摺動穴に対して遮断される第１の連通位置、または、前記容量制御用通路と応答性改善用通路との両方が前記スプール摺動穴内に連通する第２の連通位置に摺動変位する構成としたことを特徴とする液圧回転機の容量制御装置。
2. 前記容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴の周方向で互いに異なる位置で該スプール摺動穴に開口する通路穴によりそれぞれ形成してなる請求項１に記載の液圧回転機の容量制御装置。
3. 前記容量制御用通路と応答性改善用通路とは、前記スプール摺動穴の径方向で互いに対向する位置に配置してなる請求項１または２に記載の液圧回転機の容量制御装置。

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