JP6397839B2

JP6397839B2 - 油圧モータの制御装置

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Publication number: JP6397839B2
Application number: JP2016037071A
Authority: JP
Inventors: 秀樹原; 和裕伊藤; 新留　隆志; 隆志新留
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP2017155763A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設車両に搭載される油圧モータの回転駆動を制御する油圧モータの制御装置に関する。

一般に、油圧により駆動されて走行する建設車両では、油圧ポンプから吐出された圧油の流れを方向切換弁によって切換えることにより、圧油を油圧モータの一方、又は他方のポートに供給し、かつ油圧モータからの戻り油を他方、又は一方のポートから方向切換弁を経てタンクに連通することにより、油圧モータを一方向、例えば前進方向へ、又は他方向の後進方向へ回転駆動する制御が行われている。

この種の油圧モータの制御装置の従来技術としては、負荷に制動を与えるネガティブ型のブレーキ装置を有する走行用油圧モータと、この油圧モータを油圧源に接続する一対の主管路と、この各主管路の途中に設けられ、油圧源から油圧モータに給排する圧油の方向を切換える方向切換弁と、この方向切換弁と油圧モータとの間に位置して各主管路の途中に設けられた一対のチェック弁及び圧力制御弁からなるカウンタバランス弁とを備えた走行用油圧モータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−７２５７０号公報

ところで、上述の特許文献１に開示された従来技術の走行用油圧モータとして、例えば、アキシャルピストン型斜板式モータが使用される。この種のアキシャルピストン型斜板式モータは、油圧モータの内部のピストンが油圧モータの回転数に応じて高速で往復運動しており、ピストンとロータとの間に介在する油膜がピストンとロータが金属接触を起こすことを防いでいる。ピストンの摺動速度が大きく、かつシリンダ穴内の圧力が小さい状態では、油膜切れによりピストンとロータが金属接触して凝着（焼付き）が発生し易くなる。ピストンが焼付くと、油圧モータは回転できなくなって故障するので、好ましくない。

一般に、ピストンの摺動速度は油圧モータに流入する流量に比例し、油圧モータの回転数が高い状態として外部から観測される。具体的には、建設車両に搭載された油圧モータにおいてピストンの焼付きが発生し易い状態として、例えば、建設車両がクローラ走行車両であれば、クローラの泥落としのための走行用油圧モータの片側で空回しを行うときや、緩斜面を高速降坂するとき等、油圧モータへの供給流量が大きく、かつ油圧モータにかかる負荷が小さい状態がある。

このような状態においてピストンの焼付きを防ぐためには、例えば、油圧モータからの戻り油の流出側におけるモータポート圧力、いわゆるモータ背圧を増加させることが考えられる。モータ背圧が増加すると、ロータの流出側に形成されたシリンダ穴の圧力が増加するのに加え、油圧モータの回転負荷が増加し、ロータの流入側に形成されたシリンダ穴の圧力も増加するため、油膜切れを抑制してピストンが焼付く可能性を低減することができる。

しかし、特許文献１の従来技術は、油圧モータの回転数が高い状態であるときに、モータ背圧を増加させる手段については考慮されておらず、また管路抵抗を増やす等して常にモータ背圧を大きく設定すると、油圧回路の圧力損失が増大して油圧モータの機械効率が低下するので、得策ではない。さらに、油圧モータのモータ背圧を制御するための制御装置を既存のブレーキバルブとは別に設置しようとすると、その設置に要するコストの増加、油圧モータを回転駆動する油圧駆動装置の大型化、この油圧駆動装置に追加した各バルブの誤動作による信頼性の低下等の不都合が生じることが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、モータ背圧を適切に増加させてピストンの焼付きを抑制すると共に、設置に伴う不都合を解消することができる油圧モータの制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の油圧モータの制御装置は、圧油の供給により回転駆動される油圧モータ、及び前記油圧モータの負荷圧に応じて、前記油圧モータに対するブレーキ圧を生成するブレーキバルブを備え、前記ブレーキバルブは、圧油を流入又は流出させる第１及び第２のバルブポートと、前記第１及び第２のバルブポートから前記油圧モータへの圧油の流入側の流路をそれぞれ形成する第１及び第２のチェック弁と、前記油圧モータから前記第１及び第２のバルブポートへの圧油の流出側の流路を形成するカウンタバランス弁とを有し、前記カウンタバランス弁は、スプール摺動穴が形成された弁ケーシングと、前記スプール摺動穴に軸方向へ移動可能に挿嵌され、前記第１及び第２のバルブポートと前記油圧モータとの間の流路を切換えるカウンタバランス弁用スプールと、前記カウンタバランス弁用スプールの軸方向の両側にそれぞれ設けられ、前記第１及び第２のバルブポートからの圧油をパイロット圧として前記カウンタバランス弁用スプールに作用させる第１及び第２のチャンバと、前記第１及び第２のバルブポートと前記油圧モータとの間の流路を遮断する中立位置へ向けて前記カウンタバランス弁用スプールを付勢するカウンタバランス弁用付勢部材とを含む油圧駆動装置に適用され、前記油圧モータの回転駆動を制御する油圧モータの制御装置において、前記カウンタバランス弁用スプール内に設けられ、前記第１及び第２のチャンバ間の流路を開閉する開閉弁を備え、前記開閉弁は、前記カウンタバランス弁用スプールが前記中立位置から軸方向へ移動することにより、前記第１及び第２のバルブポートのうち流入側のバルブポートと前記第１及び第２のチェック弁のうち流入側のチェック弁との間の圧力が作用する第１の受圧部と、前記カウンタバランス弁用スプールが前記中立位置から軸方向へ移動することにより、前記第１及び第２のチェック弁のうち流入側のチェック弁と前記油圧モータとの間の圧力が作用する第２の受圧部と、これらの第１及び第２の受圧部の圧力差による推力を受けて前記第１及び第２のチャンバ間の流路を連通させる開閉弁用スプールとを含むことを特徴としている。

本発明の油圧モータの制御装置によれば、モータ背圧を適切に増加させてピストンの焼付きを抑制すると共に、設置に伴う不都合を解消することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る油圧モータの制御装置を搭載した建設車両の一例を示す側面図である。本発明の第１実施形態に係る油圧モータの制御装置が適用される油圧駆動装置の油圧回路の構成を示す図である。図２に示す油圧モータの一例として挙げたアキシャルピストン型斜板式モータの構成を示す概念図である。図２に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が中立位置に保持された状態、及び開閉弁が閉位置に保持された状態を示す図である。図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が駆動位置（左位置）に切換えられた状態、及び開閉弁が閉位置に保持された状態を示す図である。図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が駆動位置（左位置）に保持された状態、及び開閉弁が開位置に切換えられた状態を示す図である。図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が駆動位置（左位置）から中立位置へ戻される状態、及び開閉弁が開位置に保持された状態を示す図である。図１０のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の第２実施形態に係る油圧モータの制御装置が適用される油圧駆動装置の油圧回路の構成を示す図である。図１２に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が駆動位置（左位置）に保持された状態、及び開閉弁が開位置に切換えられた状態を示す図である。本発明の第３実施形態に係る油圧モータの制御装置が適用される油圧駆動装置の油圧回路の構成を示す図である。図１４に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が中立位置に保持された状態、及び開閉弁が閉位置に保持された状態を示す図である。図１４に示す開閉弁が設けられたカウンタバランス弁の内部の構造を示す断面図であり、カウンタバランス弁が駆動位置（左位置）に切換えられた状態、及び開閉弁が閉位置に保持された状態を示す図である。

以下、本発明に係る油圧モータの制御装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る油圧モータの制御装置の第１実施形態は、例えば図１に示すように、クローラ式の走行装置を備えた油圧ショベル１００に搭載される。この油圧ショベル１００は、走行装置としての走行体１０１と、この走行体１０１上に旋回フレーム１０２ａを介して旋回可能に設けられた旋回体１０２と、この旋回体１０２の前方に取付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行う作業装置としてのフロント作業機１０３とを備えている。

走行体１０１は、旋回体１０２の下方に配置され、前後方向に延設されたトラックフレーム１０１Ａと、トラックフレーム１０１Ａの前部に回動可能に取り付けられた従動輪１０１Ｂと、トラックフレーム１０１Ａの後部に回動可能に取り付けられた駆動輪１０１Ｃと、これらの従動輪１０１Ｂと駆動輪１０１Ｃとの間に巻回され、図示しないローラを介して張設された無端状の履帯１０１Ｄと、駆動輪１０１Ｃに出力軸２１（図２参照）が接続された油圧モータ２とから構成されている。

このような構成の走行体１０１では、油圧モータ２が圧油の供給により回転駆動されると、油圧モータ２の出力軸２１のトルクが伝達されて駆動輪１０１Ｃが回転し、この駆動輪１０１Ｃに摺接する履帯１０１Ｄが回動すると共に、従動輪１０１Ｂが履帯１０１Ｄを介して駆動輪１０１Ｃに従動することにより、車体が油圧モータ２の回転方向に応じて前進又は後進するようになっている。すなわち、本発明の第１実施形態に係る油圧モータ２は走行モータとして機能する。

旋回体１０２は、前部に配置され、フロント作業機１０３を操作するオペレータが搭乗する運転室１０４と、後部に配置され、車体が傾倒しないように車体のバランスを保つカウンタウェイト１０５と、これらの運転室１０４とカウンタウェイト１０５との間に配置され、油圧モータ２に圧油を供給するためのエンジンや油圧ポンプ等の油圧源（図示せず）が内部に搭載された機械室１０６と、運転室１０４の下方に配置され、油圧源により生成された圧油を用いて油圧モータ２を回転駆動する後述の油圧駆動装置１（図２参照）とを備えている。

フロント作業機１０３は、基端が旋回フレーム１０２ａに回動可能に取付けられ、車体に対して上下方向へ回動するブーム１０３Ａと、このブーム１０３Ａの先端に回動可能に取付けられ、車体に対して上下方向へ回動するアーム１０３Ｂと、このアーム１０３Ｂの先端に回動可能に装着され、車体に対して上下方向へ回動するバケット１０３Ｃとを含んでいる。

また、フロント作業機１０３は、旋回体１０２とブーム１０３Ａとを接続し、伸縮することによりブーム１０３Ａを回動させるブームシリンダ１０３ａと、ブーム１０３Ａとアーム１０３Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム１０３Ｂを回動させるアームシリンダ１０３ｂと、アーム１０３Ｂとバケット１０３Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット１０３Ｃを回動させるバケットシリンダ１０３ｃとを含んでいる。

図２は本発明の第１実施形態に係る油圧駆動装置１の油圧回路の構成を示す図である。

図２に示すように、油圧駆動装置１は、圧油の流入口と流出口を逆転させることで両方向に回転可能なアキシャルピストン型斜板式モータから成る前述の油圧モータ２と、この油圧モータ２の負荷圧に応じて、油圧モータ２に対するブレーキ圧を生成するブレーキバルブ３と、これらの油圧モータ２及びブレーキバルブ３内を流通する圧油が貯蔵される作動油タンク４とを備えている。

図３は本発明の第１実施形態に係る油圧モータ２の構成を示す概念図である。

図３に示すように、油圧モータ２は、出力軸２１と、この出力軸２１の外周側にスプライン結合され、出力軸２１と一体となって回転するロータ２２と、このロータ２２の後述の複数のシリンダ穴２２Ａにそれぞれ収容される複数のピストン２３と、このピストン２３の端部に揺動可能に保持され、ロータ２２と共に回転する複数のシュー２４と、このシュー２４が摺接する斜板２５と、ロータ２２の両端面のうち斜板２５と反対側の一端面に摺接する弁板２６とを備えている。

出力軸２１の一端は、軸方向においてロータ２２の外側へ突出し、図示しない減速機等を介して走行体１０１の駆動輪１０１Ｃに連結されている。ロータ２２は、両端面がそれぞれ斜板２５と弁板２６に対向して配置されている。また、ロータ２２は、内部に各ピストン２３を包含する前述の複数のシリンダ穴２２Ａを有している。

これらの各シリンダ穴２２Ａは、出力軸２１を中心としてロータ２２の軸方向の周りに一定の間隔をおいて離間され、ロータ２２の軸方向、すなわち出力軸２１の軸方向に対して平行に配置されている。そして、各シリンダ穴２２Ａの一端には、弁板２６を介して間欠的に連通又は遮断されるシリンダポート２２Ｂが形成されている。

各シュー２４は、各ピストン２３からの押付力によって斜板２５の後述の平滑面２５Ｂにそれぞれ押付けられた状態で保持されている。斜板２５は、ロータ２２に対して傾転可能に支持される斜板本体２５Ａと、この斜板本体２５Ａの表面に形成され、シュー２４が摺動する前述の平滑面２５Ｂと、出力軸２１を挿通する軸挿通穴２５Ｃとから成っている。なお、この軸挿通穴２５Ｃの大きさは、出力軸２１を挿通した状態において出力軸２１が斜板２５の傾転動作の妨げとならないように設定されている。

弁板２６には、例えば、眉形状を有する一対の給排ポート２６Ａ，２６Ｂが形成されており、これらの給排ポート２６Ａ，２６Ｂは、ロータ２２が出力軸２１の軸方向の周りへ回転したときに、各シリンダポート２２Ｂに間欠的に連通するようになっている。従って、弁板２６のうち高圧側（圧油の流入側）ポートとして機能する給排ポート２６Ａと、低圧側（圧油の流出側）ポートとして機能する給排ポート２６Ｂとが分離されることにより、ロータ２２の回転角度に応じてシリンダポート２２Ｂに作用する圧油の状態が切換わる。

このような構成の油圧モータ２では、弁板２６の高圧側の給排ポート２６Ａから圧油がロータ２２のシリンダポート２２Ｂに流入すると、シリンダ穴２２Ａ内のピストン２３に圧油による高圧が作用してピストン２３を押出し始める。このとき、斜板２５がピストン２３の推力によってシュー２４を介して押出され、シュー２４と斜板２５との当接面である平滑面２５Ｂとピストン２３の推力の方向が傾いていることから横分力が発生する。

その結果、ピストン２３を介してロータ２２を軸方向の周りに回転させようとするトルクが発生する。そして、高圧側のシリンダポート２２Ｂでは複数のピストン２３が押出され、シュー２４が斜板２５の平滑面２５Ｂを滑り下りるような運動をするのと連動してロータ２２が出力軸２１と一体となって回転する。

ピストン２３が斜板２５によって規定される最大ストローク（下死点）に到達すると、ロータ２２の回転運動に伴ってシュー２４が斜板２５の平滑面２５Ｂに沿って押上げられるため、ピストン２３はシリンダ穴２２Ａ内へ押し戻される。このとき、シリンダ穴２２Ａ内の圧油は弁板２６の低圧側の給排ポート２６Ｂを通って流出する。

一方、ピストン２３がシリンダ穴２２Ａによって規定される最小ストローク位置（上死点）に到達すると、シリンダポート２２Ｂが弁板２６の高圧側の給排ポート２６Ａと連通し、ピストン２３は給排ポート２６Ａからの圧油により再び押出し動作を行う。このように、複数のピストン２３がロータ２２のシリンダ穴２２Ａ内を軸方向に沿って往復運動することにより、油圧モータ２が出力軸２１を連続的に回転駆動する。

図２において、ブレーキバルブ３は、圧油を流入又は流出させる第１及び第２のバルブポート（以下、第１のバルブポートに符号３１Ａを付し、第２のバルブポートに符号３１Ｂを付して両者を区別する）と、油圧モータ２に対して圧油を流入又は流出させる第１及び第２のモータポート（以下、第１のモータポートに符号３２Ａを付し、第２のモータポートに符号３２Ｂを付して両者を区別する）と、後述のカウンタバランス弁３５に対して圧油を流入又は流出させる第１及び第２のカウンタバランス弁ポート（以下、第１のカウンタバランス弁ポートに符号３３Ａを付し、第２のカウンタバランス弁ポートに符号３３Ｂを付して両者を区別する）とを有している。

また、ブレーキバルブ３は、バルブポート３１Ａ，３１Ｂから油圧モータ２への圧油の流入側の流路をそれぞれ形成する第１及び第２のチェック弁（以下、第１のチェック弁に符号３４Ａを付し、第２のチェック弁に符号３４Ｂを付して両者を区別する）と、油圧モータ２からバルブポート３１Ａ，３１Ｂへの圧油の流出側の流路を形成する前述のカウンタバランス弁３５とを有している。

カウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂは、バルブポート３１Ａとモータポート３２Ａとを接続する流路の間、及びバルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとを接続する流路の間にそれぞれ設けられている。チェック弁３４Ａ，３４Ｂは、ポペット型の逆止弁から成り、バルブポート３１Ａ，３１Ｂ側からモータポート３２Ａ，３２Ｂ側への圧油の流れを許容するのに対し、モータポート３２Ａ，３２Ｂ側からバルブポート３１Ａ，３１Ｂ側への圧油の流れを遮断するように動作する。

カウンタバランス弁３５は、例えば、７ポート３位置のスプリングセンタ式スプール型切換弁から成っている。具体的には、カウンタバランス弁３５は、スプール摺動穴が形成された弁ケーシング３５１（図４参照）と、スプール摺動穴に軸方向へ移動可能に挿嵌され、バルブポート３１Ａ，３１Ｂと油圧モータ２との間の流路を切換えるカウンタバランス弁用スプール３５２とを含んでいる。

また、カウンタバランス弁３５は、カウンタバランス弁用スプール３５２の軸方向の両側にそれぞれ設けられ、バルブポート３１Ａ，３１Ｂからの圧油をパイロット圧としてカウンタバランス弁用スプール３５２に作用させる第１及び第２のチャンバ（以下、第１のチャンバに符号３５３Ａを付し、第２のチャンバに符号３５３Ｂを付して両者を区別する）と、後述の中立位置ＡＯへ向けてカウンタバランス弁用スプール３５２を付勢するカウンタバランス弁用付勢部材としての一対のスプリング３５４Ａ，３５４Ｂと、バルブポート３１Ａ，３１Ｂとチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂとを接続する流路にそれぞれ形成された一対の絞り３５５Ａ，３５５Ｂとを含んでいる。

カウンタバランス弁３５は、カウンタバランス弁用スプール３５２における左右のチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の圧力差に応じて、バルブポート３１Ａ，３１Ｂとモータポート３２Ａ，３２Ｂとの間の流路を遮断する中立位置ＡＯ、バルブポート３１Ａとモータポート３２Ａとの間の流路を連通し、バルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとの間の流路を遮断する駆動位置（右位置）ＡＲ、及びバルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとの間の流路を連通し、バルブポート３１Ａとモータポート３２Ａとの間の流路を遮断する駆動位置（左位置）ＡＬのいずれかに切換えるように構成されている。

カウンタバランス弁用スプール３５２には、左右のバルブポート３１Ａ，３１Ｂから流入した圧油をチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂへ導くことにより、これらのチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂに作用する圧力差（以下、便宜的にチャンバ差圧と称する）ΔＰ_Ｃｈに応じた推力が発生する。

ここで、バルブポート３１Ａを圧油の流入側（高圧側）、バルブポート３１Ｂを圧油の流出側（低圧側）とした場合に、チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈが予め設定された閾値Ｐ_Ｃｒ以上になると、カウンタバランス弁用スプール３５２がスプリング３５４Ｂの弾性力に抗して中立位置ＡＯから駆動位置ＡＬへ移動し、流出側（低圧側）のバルブポート３１Ｂと流出側（低圧側）のモータポート３２Ｂとを連通させるように動作する。

チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈが閾値Ｐ_Ｃｒよりも大きく設定された閾値（以下、便宜的にフルストローク必要差圧と称する）Ｐ_ＦＳに達すると、カウンタバランス弁用スプール３５２がフルストロークとなり、カウンタバランス弁用スプール３５２の開口面積Ａｒが最大値Ａｒｍａｘをとる。また、絞り３５５Ａ，３５５Ｂがチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂに流出入する圧油の流量を制限することにより、カウンタバランス弁用スプール３５２の移動を緩やかにして油圧モータ２の出力軸２１の回転が急加速又は急減速するのを防止することができる。

カウンタバランス弁３５は、油圧モータ２の出力軸２１が外力によって回転する際（ポンプ作用）、その出力軸２１が過剰に回転する油圧モータ２の過回転を抑制する機能を有する。具体的には、油圧モータ２にポンプ作用が発生すると、バルブポート３１Ａ，３１Ｂのうち圧油の流入側（高圧側）のバルブポートと圧油の流出側（低圧側）のバルブポートの圧力差（以下、便宜的にバルブポート差圧と称する）ΔＰ_Ｖが通常の動作時よりも小さくなる。

このように、バルブポート差圧ΔＰ_Ｖが小さくなると、これに伴ってチャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈも小さくなり、チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈがフルストローク差圧Ｐ_ＦＳよりも小さくなると（ΔＰ_Ｃｈ＜Ｐ_ＦＳ）、カウンタバランス弁用スプール３５２が駆動位置ＡＲ又は駆動位置ＡＬから中立位置ＡＯへ変位し始める。

このカウンタバランス弁用スプール３５２の移動によってその開口面積Ａｒが減少することにより、モータポート３２Ａ，３２Ｂのうち油圧モータ２の流出側のモータポートの圧力が上昇して油圧モータ２の回転負荷として作用する。これにより、外力に対してブレーキ圧が発生するので、このブレーキ圧による制動力によって油圧モータ２の過回転を抑制することができる。従って、油圧ショベル１００に搭載される走行モータとしての油圧モータ２においては、急な坂の降坂時等に作動して車体の逸走を防止することができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る油圧駆動装置１における圧油の流れについて、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２において、バルブポート３１Ａを圧油の流入側（高圧側）、バルブポート３１Ｂを圧油の流出側（低圧側）とし、バルブポート差圧ΔＰ_Ｖに等しいチャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈがフルストローク差圧Ｐ_ＦＳよりも大きい（ΔＰ_Ｖ＝ΔＰ_Ｃｈ＞Ｐ_ＦＳ）と仮定すると、ブレーキバルブ３内において、カウンタバランス弁３５のカウンタバランス弁用スプール３５２は駆動位置ＡＬで保持される。

そのため、バルブポート３１Ａからモータポート３２Ａへのカウンタバランス弁３５の流路は遮断されているのに対し、バルブポート３１Ａからモータポート３２Ａへのチェック弁３４Ａの流路は連通している。従って、流入側のバルブポート３１Ａから流入した圧油は、チェック弁３４Ａを通過し、モータポート３２Ａを介して油圧モータ２の弁板２６における高圧側の給排ポート２６Ａに流入することにより、油圧モータ２を駆動する。

一方、モータポート３２Ｂからバルブポート３１Ｂへのカウンタバランス弁３５の流路は連通しているのに対し、モータポート３２Ｂからバルブポート３１Ｂへのチェック弁３４Ｂの流路は遮断されている。従って、油圧モータ２の弁板２６における低圧側の給排ポート２６Ｂから流出する圧油は、カウンタバランス弁３５の駆動位置ＡＬ内の流路を通過し、バルブポート３１Ｂから流出する。

このように、油圧駆動装置１において、バルブポート３１Ａから油圧モータ２への流入側の流路を流れる圧油はチェック弁３４Ａを通過し、油圧モータ２からバルブポート３１Ｂへの流出側の流路を流れる圧油はカウンタバランス弁３５を通過する。

ところで、油圧ショベル１００に搭載された油圧モータ２は走行モータとして機能するので、例えば、油圧ショベル１００が履帯１０１Ｄに付着した泥を落とすために油圧モータ２を片側で空回ししたり、緩斜面を高速降坂したりするときのように、油圧モータ２への供給流量が大きく、かつ油圧モータ２にかかる負荷が小さくなると、油圧モータ２内のピストン２３の焼付きが発生し易くなる。

そこで、本発明の第１実施形態に係る油圧駆動装置１は、ピストン２３の焼付きを抑制するために、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路を開閉する開閉弁３６をカウンタバランス弁用スプール３５２内に設けている。この開閉弁３６は、例えば、２ポート２位置のスプール型切換弁から成っている。

具体的には、開閉弁３６は、カウンタバランス弁用スプール３５２が中立位置ＡＯから軸方向へ移動することにより、バルブポート３１Ａ，３１Ｂのうち流入側のバルブポートとチェック弁３４Ａ，３４Ｂのうち流入側のチェック弁との間の圧力が作用する第１の受圧部としてのチャンバ３６１Ａと、カウンタバランス弁用スプール３５２が中立位置ＡＯから軸方向へ移動することにより、チェック弁３４Ａ，３４Ｂのうち流入側のチェック弁と油圧モータ２との間の圧力が作用する第２の受圧部としてのチャンバ３６１Ｂと、これらのチャンバ３６１Ａ，３６１Ｂの圧力差による推力を受けてチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路を連通させる開閉弁用スプール３６２とを含んでいる。

また、開閉弁３６は、開閉弁用スプール３６２における左右のチャンバ３６１Ａ，３６１Ｂの圧力差に応じて、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路を遮断する閉位置Ｃ１、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路を連通する開位置Ｃ２のいずれかに切換えるように構成されている。

さらに、開閉弁３６は、閉位置Ｃ１へ向けて開閉弁用スプール３６２を付勢する開閉弁用付勢部材としてのスプリング３６３とを含んでいる。このスプリング３６３は、チャンバ３６１Ａ，３６１Ｂの圧力差が予め設定された閾値以上になったとき、開閉弁用スプール３６２が閉位置Ｃ１から開位置Ｃ２に切換わるように構成されており、例えば、カウンタバランス弁３５の大きさや形状に対して、スプリング３６３のバネ定数や長さ等が調整されている。

次に、本発明の第１実施形態に係る開閉弁３６が設けられたカウンタバランス弁３５の内部の構造、及び開閉弁３６が閉位置Ｃ１から開位置Ｃ２へ切換わるまでの一連の行程について、図４〜図１１を参照しながら詳細に説明する。

図４〜図１１に示すように、開閉弁３６のスプリング３６３はチャンバ３６１Ｂ内に収容されており、開閉弁用スプール３６２は、チャンバ３６１Ａ，３６１Ｂ内の圧力及びスプリング３６３の弾性力によって軸方向への推力を受ける。カウンタバランス弁３５の本体を構成する弁ケーシング３５１には、スプール摺動穴におけるカウンタバランス弁用スプール３５２の位置に応じて、カウンタバランス弁用スプール３５２と摺接する複数のランド部３５１Ａ〜３５１Ｈが設けられている。

ランド部３５１Ａ，３５１Ｂは、スプール摺動穴の中央側に配設された作動油タンク４へ繋がる流路の左右両側に配置され、チャンバ３６１Ａと、作動油タンク４又はバルブポート３１Ａ，３１Ｂとを連通又は遮断させるようにそれぞれ形成されている。なお、カウンタバランス弁用スプール３５２には、チャンバ３６１Ａとバルブポート３１Ａ，３１Ｂとを連通させる溝部としてのノッチ３５２Ａが形成されている。また、カウンタバランス弁用スプール３５２の両端には、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ内でスプリング３５４Ａ，３５４Ｂを保持する段付きストッパ３５２Ｂがそれぞれ取付けられている。

ランド部３５１Ｃ，３５１Ｄは、ランド部３５１Ａ，３５１Ｂに対して、バルブポート３１Ａ，３１Ｂからチェック弁３４Ａ，３４Ｂへの流路を挟んでスプール摺動穴の軸方向へ離間して配置され、バルブポート３１Ａ，３１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂとを連通又は遮断させるようにそれぞれ形成されている。

ランド部３５１Ｅ，３５１Ｆは、ランド部３５１Ｃ，３５１Ｄに対して、カウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂを挟んでスプール摺動穴の軸方向へ離間して配置され、チャンバ３６１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂとを連通又は遮断させるようにそれぞれ形成されている。

図４、図５はカウンタバランス弁３５が中立位置ＡＯに保持された状態、及び開閉弁３６が閉位置Ｃ１に保持された状態を示している。同図において、カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｃ，３５１Ｄによってバルブポート３１Ａ，３１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂとの間の流路は遮断されているので、バルブポート３１Ａ，３１Ｂとモータポート３２Ａ，３２Ｂとの間のカウンタバランス弁３５の流路も遮断されている。

チャンバ３６１Ａと作動油タンク４との間の流路は連通し、カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ａ，３５１Ｂによってチャンバ３６１Ａとバルブポート３１Ａ，３１Ｂとの間の流路は遮断されているので、バルブポート３１Ａ，３１Ｂからの圧油がチャンバ３６１Ａに供給されない。

カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｅ，３５１Ｆによってチャンバ３６１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂとの間の流路が遮断されているので、カウンタバランス弁ポート３３Ａ，３３Ｂからの圧油がチャンバ３６１Ｂに供給されない。従って、スプリング３６３によって開閉弁用スプール３６２が閉位置Ｃ１に保持されることにより、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路が遮断されている。

図６、図７はカウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＬに切換えられた状態、及び開閉弁３６が閉位置Ｃ１に保持された状態を示している。カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｃによってバルブポート３１Ａとカウンタバランス弁ポート３３Ａとの間の流路は遮断されているので、バルブポート３１Ａとモータポート３２Ａとの間のカウンタバランス弁３５の流路も遮断されている。一方、バルブポート３１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ｂとの間の流路は連通しているので、バルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとの間のカウンタバランス弁３５の流路も連通している。

カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｂによってチャンバ３６１Ａと作動油タンク４との間の流路は遮断され、チャンバ３６１Ａとバルブポート３１Ｂとの間の流路も遮断されているが、チャンバ３６１Ａとバルブポート３１Ａとの間の流路は連通しているので、バルブポート３１Ａからの圧油がチャンバ３６１Ａに供給される。

カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｆによってチャンバ３６１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ｂとの間の流路は遮断されているが、チャンバ３６１Ｂとカウンタバランス弁ポート３３Ａとの間の流路は連通しているので、カウンタバランス弁ポート３３Ａからの圧油がチャンバ３６１Ｂに供給される。従って、開閉弁用スプール３６２には、チャンバ３６１Ａ，３６１Ｂ内の圧油による推力Ｆ１，Ｆ２、及びスプリング３６３の弾性力Ｆ３が作用する。

図６、図７に示す状態では、チャンバ３６１Ｂ内の圧油による推力Ｆ２とスプリング３６３の弾性力Ｆ３との合力がチャンバ３６１Ａ内の圧油による推力Ｆ１以上であるから（Ｆ２＋Ｆ３≧Ｆ１）、開閉弁用スプール３６２が閉位置Ｃ１に保持されることにより、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路が遮断されている。

図８、図９はカウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＬに保持された状態、及び開閉弁３６が開位置Ｃ２に切換えられた状態を示している。この状態では、スプール摺動穴内のカウンタバランス弁用スプール３５２の位置は図６、図７に示す状態と同様であるが、カウンタバランス弁用スプール３５２内の開閉弁用スプール３６２の位置が図６、図７に示す状態と異なる。

すなわち、開閉弁用スプール３６２において、チャンバ３６１Ａ内の圧油による推力Ｆ１がチャンバ３６１Ｂ内の圧油による推力Ｆ２とスプリング３６３の弾性力Ｆ３との合力よりも大きくなっていることから（Ｆ２＋Ｆ３＜Ｆ１）、開閉弁用スプール３６２がチャンバ３６１Ｂ内の圧油による推力Ｆ２とスプリング３６３の弾性力Ｆ３に抗して開位置Ｃ２へ移動することにより、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路が連通する。

図１０、図１１はカウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＬから中立位置ＡＯへ戻される状態、及び開閉弁３６が開位置Ｃ２に保持された状態を示している。この状態では、カウンタバランス弁用スプール３５２内の開閉弁用スプール３６２の位置は図８、図９に示す状態と同様であるが、スプール摺動穴内のカウンタバランス弁用スプール３５２の位置が図８、図９に示す状態と異なる。

すなわち、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路が連通したことにより、チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈが減少するので、チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈがフルストローク差圧Ｐ_ＦＳよりも小さくなると（ΔＰ_Ｃｈ＜Ｐ_ＦＳ）、カウンタバランス弁用スプール３５２がチャンバ３５３Ｂ内の圧油による推力を受けて駆動位置ＡＬから中立位置ＡＯへ向けて変位する。

このとき、カウンタバランス弁用スプール３５２とランド部３５１Ｄとの開口面積が減少することにより、バルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとの間のカウンタバランス弁３５の流路が絞られるので、バルブポート３１Ｂとモータポート３２Ｂとの間のカウンタバランス弁３５の流路内の圧油に対する抵抗が大きくなり、モータ背圧が増加する。

このように構成した本発明の第１実施形態に係る油圧モータ２の制御装置によれば、開閉弁３６が、チャンバ３６１Ａ，３６１Ｂの圧力差に応じて、カウンタバランス弁３５のチャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路を開閉することにより、油圧モータ２の回転数が高い状態であるときに、モータ背圧を容易に増加させることができる。そのため、管路抵抗を増やす等して常にモータ背圧を大きく設定しなくても、油圧モータ２のピストン２３とロータ２２との間の油膜切れを効率良く抑制できるので、ピストン２３とロータ２２が金属接触を起こすことを防ぐことができる。

また、開閉弁３６は、カウンタバランス弁用スプール３５２内に設けられることにより、カウンタバランス弁３５を大きく改変しなくて済み、カウンタバランス弁３５に開閉弁３６を追加するコストを低減しつつ、油圧駆動装置１の小型化を図ることができる。しかも、開閉弁３６がカウンタバランス弁３５に組み込まれることで、カウンタバランス弁３５と開閉弁３６との動作の相性を良好に保つことができるので、油圧駆動装置１の信頼性を向上させることができる。このように、本発明の第１実施形態に係る油圧モータ２の制御装置は、モータ背圧を適切に増加させてピストン２３の焼付きを抑制すると共に、設置に伴う不都合を解消することができる。

また、本発明の第１実施形態に係る油圧モータ２の制御装置では、スプリング３６３が開閉弁３６のチャンバ３６１Ｂ内に収容されているので、チャンバ３６１Ａ，３６１Ｂの圧力差がスプリング３６３によって規定される閾値以上になったとき、開閉弁が閉位置Ｃ１から開位置Ｃ２に切換わることにより、油圧ショベル１００が履帯１０１Ｄに付着した泥を落とすために油圧モータ２を片側で空回ししたり、緩斜面を高速降坂したりするときのように、油圧モータ２内のピストン２３の焼付きが発生し易い状態において、モータ背圧を迅速に増加させることができる。これにより、ピストン２３の焼付きの抑制効果を高めることができるので、油圧モータ２の耐久性を向上させることができる。

［第２実施形態］
図１２は本発明の第２実施形態に係る油圧モータ２の制御装置が適用される油圧駆動装置１Ａの油圧回路の構成を示す図、図１３は本発明の第２実施形態に係る開閉弁３６Ａが設けられたカウンタバランス弁３５の内部の構造を示す断面図である。

本発明の第２実施形態に係る油圧駆動装置１Ａは、図１２、図１３に示すように、上述の第１実施形態の構成に加え、開閉弁３６Ａが、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路に形成された絞り３６４を含んで構成されている。この絞り３６４の大きさは、例えば、バルブポート差圧ΔＰ_Ｖが小さくなる油圧モータ２の低負荷時に、チャンバ差圧ΔＰ_Ｃｈがフルストローク差圧Ｐ_ＦＳを下回るように予め設定されている（ΔＰ_Ｃｈ＜Ｐ_ＦＳ）。なお、その他の第２実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

このように構成した本発明の第２実施形態に係る油圧モータ２の制御装置によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、チャンバ３５３Ａ，３５３Ｂ間の流路に絞り３６４が形成されているので、油圧モータ２への圧油の供給流量が大きく、かつ油圧モータ２にかかる負荷が小さい状態のときに限ってモータ背圧を的確に高めることができる。これにより、油圧駆動装置１Ａにおける油圧回路の圧力損失を低減できるので、油圧モータ２の機械効率を向上させることができる。

［第３実施形態］
図１４は本発明の第３実施形態に係る油圧モータ２の制御装置が適用される油圧駆動装置１Ｂの油圧回路の構成を示す図である。

本発明の第３実施形態に係る油圧駆動装置１Ｂは、図１４に示すように、上述の第１実施形態の構成に加え、油圧モータ２が停止したときに、油圧モータ２の出力軸２１に対して制動力を付与するブレーキ装置としての駐車ブレーキ５を備え、この駐車ブレーキ５は、チャンバ３６１Ａに作用する圧力をブレーキ解除圧として用いて油圧モータ２の回転駆動の制動を解除するように構成されている。

具体的には、駐車ブレーキ５は、圧油が供給されるシリンダ５１と、シリンダ５１内に摺動自在に収容され、シリンダ５１内をロッド室５１Ａとボトム室５１Ｂとに区画するピストン５２と、シリンダ５１のロッド室５１Ａ内に一部が収容され、ピストン５２に基端が連結されたピストンロッド５３とを含んでいる。

また、駐車ブレーキ５は、ピストンロッド５３の先端に取付けられ、シリンダ５１内のピストン５２の位置に応じて、油圧モータ２の出力軸２１に摺接する摺接プレート５４と、シリンダ５１のボトム室５１Ｂ内に収容され、出力軸２１側へ向けてピストン５２を付勢するスプリング５５と、ブレーキバルブ３からの圧油をシリンダ５１のロッド室５１Ａへ導くことにより、ブレーキ解除圧を発生させるブレーキ解除ポート５６とを含んでいる。

図１５はカウンタバランス弁３５が中立位置ＡＯに保持された状態、及び開閉弁３６が閉位置Ｃ１に保持された状態を示している。この状態では、ブレーキ解除ポート５６は、作動油タンク４へ繋がるカウンタバランス弁３５の流路に接続されており、作動油タンク４と連通している。

そのため、シリンダ５１のロッド室５１Ａ内の圧油がブレーキ解除ポート５６を介して作動油タンク４へ導かれるので、ロッド室５１Ａ内の圧力が減少し、スプリング５５の弾性力によってピストン５２がロッド室５１Ａ側へ押出される。これにより、ピストンロッド５３がシリンダ５１の外側へ伸長し、ピストンロッド５３の先端の摺接プレート５４が油圧モータ２の出力軸２１と摺接することにより、油圧モータ２の回転駆動を制動することができる。

図１６はカウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＬに切換えられた状態、及び開閉弁３６が閉位置Ｃ１に保持された状態を示している。この状態では、ブレーキ解除ポート５６は、バルブポート３１Ａからチャンバ３６１Ａへ繋がるカウンタバランス弁３５の流路に接続されており、バルブポート３１Ａとチェック弁３４Ａとの間の流路と連通している。

そのため、バルブポート３１Ａからの圧油がシリンダ５１のロッド室５１Ａ内へ導かれるので、ロッド室５１Ａ内の圧力が増加し、このロッド室５１Ａ内の圧力によってピストン５２がボトム室５１Ｂ側へ押戻される。これにより、ピストンロッド５３がシリンダ５１の内側へ縮退し、ピストンロッド５３の先端の摺接プレート５４が油圧モータ２の出力軸２１から離間することにより、油圧モータ２の回転駆動の制動を解除することができる。なお、カウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＲに切換えられた状態においても、ブレーキ解除ポート５６がバルブポート３１Ｂとチェック弁３４Ｂとの間の流路と連通し、上述したのと同様の動作が行われる。その他の第３実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

このように構成した本発明の第３実施形態に係る油圧モータ２の制御装置によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、カウンタバランス弁３５が駆動位置ＡＬ，ＡＲに切換えられたときに、バルブポート３１Ａ，３１Ｂとチェック弁３４Ａ，３４Ｂとの間の圧力を、ブレーキ解除圧として駐車ブレーキ５のピストン５２に作用させ、駐車ブレーキ５による油圧モータ２の回転駆動の制動を解除するようにしているので、油圧ショベル１００に搭載された駐車ブレーキ５に対して、ブレーキバルブ３内の流路を有効に活用することができる。これにより、ブレーキバルブ３以外に、新たな流路を設けて駐車ブレーキ５を駆動する必要がないので、小型で経済性に優れた油圧駆動装置１Ｂを提供することができる。

なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…油圧駆動装置、２…油圧モータ、３…ブレーキバルブ、４…作動油タンク、５…駐車ブレーキ（ブレーキ装置）
２１…出力軸、３１Ａ，３１Ｂ…第１及び第２のバルブポート、３２Ａ，３２Ｂ…第１及び第２のモータポート、３３Ａ，３３Ｂ…第１及び第２のカウンタバランス弁ポート、３４Ａ，３４Ｂ…第１及び第２のチェック弁、３５…カウンタバランス弁、３６，３６Ａ…開閉弁、５１…シリンダ、５１Ａ…ロッド室、５１Ｂ…ボトム室、５２…ピストン、５３…ピストンロッド、５４…摺接プレート、５５…スプリング、５６…ブレーキ解除ポート
１００…油圧ショベル、３５１…弁ケーシング、３５１Ａ〜３５１Ｆ…ランド部、３５２…カウンタバランス弁用スプール、３５２Ａ…ノッチ、３５２Ｂ…段付きストッパ、３５３Ａ，３５３Ｂ…第１及び第２のチャンバ、３５４Ａ，３５４Ｂ…スプリング（カウンタバランス弁用付勢部材）、３５５Ａ，３５５Ｂ…絞り、３６１Ａ…チャンバ（第１の受圧部）、３６１Ｂ…チャンバ（第２の受圧部）、３６２…開閉弁用スプール、３６３…スプリング（開閉弁用付勢部材）

Claims

圧油の供給により回転駆動される油圧モータ、及び前記油圧モータの負荷圧に応じて、前記油圧モータに対するブレーキ圧を生成するブレーキバルブを備え、
前記ブレーキバルブは、
圧油を流入又は流出させる第１及び第２のバルブポートと、
前記第１及び第２のバルブポートから前記油圧モータへの圧油の流入側の流路をそれぞれ形成する第１及び第２のチェック弁と、
前記油圧モータから前記第１及び第２のバルブポートへの圧油の流出側の流路を形成するカウンタバランス弁とを有し、
前記カウンタバランス弁は、
スプール摺動穴が形成された弁ケーシングと、
前記スプール摺動穴に軸方向へ移動可能に挿嵌され、前記第１及び第２のバルブポートと前記油圧モータとの間の流路を切換えるカウンタバランス弁用スプールと、
前記カウンタバランス弁用スプールの軸方向の両側にそれぞれ設けられ、前記第１及び第２のバルブポートからの圧油をパイロット圧として前記カウンタバランス弁用スプールに作用させる第１及び第２のチャンバと、
前記第１及び第２のバルブポートと前記油圧モータとの間の流路を遮断する中立位置へ向けて前記カウンタバランス弁用スプールを付勢するカウンタバランス弁用付勢部材とを含む油圧駆動装置に適用され、
前記油圧モータの回転駆動を制御する油圧モータの制御装置において、
前記カウンタバランス弁用スプール内に設けられ、前記第１及び第２のチャンバ間の流路を開閉する開閉弁を備え、
前記開閉弁は、
前記カウンタバランス弁用スプールが前記中立位置から軸方向へ移動することにより、前記第１及び第２のバルブポートのうち流入側のバルブポートと前記第１及び第２のチェック弁のうち流入側のチェック弁との間の圧力が作用する第１の受圧部と、
前記カウンタバランス弁用スプールが前記中立位置から軸方向へ移動することにより、前記第１及び第２のチェック弁のうち流入側のチェック弁と前記油圧モータとの間の圧力が作用する第２の受圧部と、
これらの第１及び第２の受圧部の圧力差による推力を受けて前記第１及び第２のチャンバ間の流路を連通させる開閉弁用スプールとを含むことを特徴とする油圧モータの制御装置。
請求項１に記載の油圧モータの制御装置において、
前記開閉弁は、前記第１及び第２のチャンバ間の流路を遮断する閉位置へ向けて前記開閉弁用スプールを付勢する開閉弁用付勢部材を含み、
前記開閉弁用付勢部材は、前記第１及び第２の受圧部の圧力差が予め設定された閾値以上になったとき、前記開閉弁が前記閉位置から前記第１及び第２のチャンバ間の流路を連通する開位置に切換わるように構成されたことを特徴とする油圧モータの制御装置。
請求項１に記載の油圧モータの制御装置において、
前記開閉弁は、前記第１及び第２のチャンバ間の流路に形成された絞りを含むことを特徴とする油圧モータの制御装置。
請求項１に記載の油圧モータの制御装置において、
前記油圧モータが停止したときに、前記油圧モータの出力軸に対して制動力を付与するブレーキ装置を備え、
前記ブレーキ装置は、前記第１の受圧部に作用する圧力をブレーキ解除圧として用いて前記油圧モータの回転駆動の制動を解除するように構成されたことを特徴とする油圧モータの制御装置。