JPH074321Y2 - アクチュエータ駆動回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設
機械に用いて好適なアクチュエータ駆動回路に関し、特
に油圧ポンプから吐出された自己圧をもって吐出容量制
御を行なうようにしたアクチュエータ駆動回路に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、アクチュエータ駆動回路に用いられる可変容量
型の油圧ポンプは、油圧サーボ機構に圧油を供給するこ
とによって容量可変機構を傾転制御し、吐出容量を可変
とするようになっている。

このような可変容量型油圧ポンプにおいては、油圧サー
ボ機構を作動せしめるための油圧源が必要であるが、油
圧源として基本的に補助ポンプを用いるものと、自己圧
によるものとに分類できる。

まず、前者の補助ポンプを用いるものにあっては、油圧
装置に油圧パイロット制御用の補助ポンプを装備してい
る機種では、該補助ポンプの容量を増大させて共用する
のが一般的である。しかし、この場合には圧力が30kg/c
m²位となるようにパイロット制御側で決定されているか
ら、最適な傾転制御を行なうためにはサーボピストンの
径寸法を大きく設計する必要があり、寸法的に不利を招
き、特に油圧パイロット制御用の補助ポンプのない機種
では別途大容量な補助ポンプを装着しなくてはならず、
コストアップにつながるという欠点がある。

一方、後者の自己圧を用いるものにあっては、前述の如
き補助ポンプを用いる場合の欠点を解消することができ
る。しかし、この自己圧を用いる場合の最大の欠点は、
無作業時や起動当初においては圧力が発生しないことで
あり、このときには傾転動作が不能となる。そこで、こ
の形式のものにあっては上記のような欠点を補うために
補助ポンプを併用し、無作業時等にのみ補助ポンプを使
用するようにしている。従って、この場合の補助ポンプ
としてはパイロット制御用の補助ポンプを共用し、ある
いは別途補助ポンプを装備するにしても、前者の場合の
容量に比べはるかに小容量でよく経済的である。

このように、自己圧に対して補助ポンプを併用する形式
の油圧源を備えたアクチュエータ駆動回路として、従来
第３図に示すものが知られている。

同図において、１はポンプ管路となる主配管で、該主配
管１の途中には容量可変機構2Aを有する容量可変型の油
圧ポンプ２が設けられ、該油圧ポンプ２の吐出側には最
高吐出圧を例えば250kg/cm²に規定するリリーフ弁３が
設けられている。ここで、前記容量可変機構2Aとして
は、油圧ポンプ２が斜板型油圧ポンプである場合には斜
板が、斜軸型油圧ポンプである場合にはシリンダブロッ
クが、またラジアルピストン型油圧ポンプである場合に
はカムリングがこれに該当する。４は油圧サーボ機構と
してのサーボピストンで、該サーボピストン４はシリン
ダ4Aと、該シリンダ4A内を油室4B,4Cに画成するピスト
ン4Dと、一端が該ピストン4Dに固着され、他端が前記容
量可変機構2Aと連結されたピストンロッド4Eとからな
り、油室4B,4Cへの圧油の給排によってピストン4Dを変
位させ、前記容量可変機構2Aを傾転制御せしめるように
なっている。

５は例えば油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリ
ンダ等として用いられるシリンダ装置、６は該シリンダ
装置５を駆動するため圧油の供給方向を切換える方向切
換弁で、該方向切換弁６としては、例えば左，右の切換
位置（イ）、（ロ）と中立位置（ハ）とからなる４ポー
ト３位置の手動式方向切換弁が用いられている。ここ
で、前記方向切換弁６の一次側は主配管１と接続される
と共にドレン管路となるドレン配管７を介してタンク８
と接続され、二次側は給排配管9,10を介してシリンダ装
置５の各油室と接続されている。なお、方向切換弁６が
中立位置（ハ）にあるときには、油圧ポンプ２を無負荷
運転可能とすべく、主配管１とドレン配管７とは連通状
態にあり、該主配管１内は実質的にドレン圧となってい
る。

11は例えば他の油圧パイロット式制御弁の油圧源と共用
される補助ポンプで、該補助ポンプ11の吐出配管12の途
中には最高圧を例えば30kg/cm²に規定するリリーフ弁13
が設けられている。14は主配管１の途中においてリリー
フ弁３の流出側から分岐した分岐配管で、該分岐配管14
は主配管１からの吐出圧を自己圧として導出する分岐油
路となっている。

15は高圧選択弁としてのシャトル弁で、該シャトル弁15
の流入側は吐出配管12、分岐配管14と接続され、流出側
は流出配管16となって後述の手動制御弁17と接続されて
いる。そして、前記シャトル弁15は各配管12,14から流
入する圧油のうち、高圧側の圧油を選択して流出配管16
に流出せしめる。

17は切換位置（イ）、（ロ）を有する容量制御弁として
の手動切換弁で、該切換弁17の流入側は前記流出配管1
6、タンク８にそれぞれ接続され、流出側は前記サーボ
ピストン４の油室4B,4Cとそれぞれ接続されている。

このように構成されるアクチュエータ駆動回路におい
て、方向切換弁６は中立位置（ハ）にあり、手動切換弁
17は切換位置（ロ）にあり、いまこの状態で油圧ポンプ
２を起動する。しかし、この状態では油圧ポンプ２は無
負荷運転しているにしかすぎず、主配管１内の吐出圧力
は実質的にドレン圧程度に小さく、自己圧も低い。従っ
て、この状態では補助ポンプ11からの圧油の方が高圧と
なっており、シャトル弁15は該補助ポンプ11からの圧油
を選択し、この圧油を手動切換弁17からサーボピストン
４の油室4Bに供給すると、該サーボピストン４のピスト
ンロッド4Eは図中右方に変位し、容量可変機構2Aを吐出
容量が増大する方向に傾転せしめる。

一方、シリンダ装置５を作動すべく方向切換弁６を切換
位置（イ）または（ロ）に切換え、主配管１を介して圧
油を供給する。すると、主配管１内の圧力は、作業負荷
に応じて低負荷のときには低圧力、高負荷のときには高
圧力となり、最大圧力はリリーフ弁３の設定圧で定めら
れる。このように、主配管１の内圧力が高まると、分岐
配管14を介して導出される自己圧も徐々に高まるから、
シャトル弁15は補助ポンプ11からの圧力よりも自己圧の
方が高圧となった時点で当該自己圧を選択し、流出配管
16に流出せしめる。このため、サーボピストン４の油室
4Bには高圧油が供給されることにより、該サーボピスト
ン４は高速で変位し、容量可変機構2Aを高速で傾転せし
めることができる。そして、油圧ポンプ２の作動中は、
該油圧ポンプ２は補助ポンプ11よりも高圧であえる自己
圧により常時傾転制御される。

〔考案が解決しようとする課題〕

然るに、前述した従来技術では、次のような問題点があ
る。

即ち、油圧ポンプ２はこれに接続される負荷に応じて無
負荷運転の如き低圧状態から最高圧状態まで、絶えず変
化している。また、サーボピストン４の傾転作動力はそ
のピストン4Dの受圧面積と導入する油圧力の積で決定さ
れ、この値は油圧ポンプ２の容量変化の速度、即ち応答
性能を決定し、この応答性能は液圧回転機の用途、機種
等によりそれぞれ最適値をもっている。

而して、サーボピストン４へは分岐配管14、シャトル弁
15、手動切換弁17を介して主配管１の自己圧が直接導入
され、この自己圧は負荷条件に応じて常時変化している
ものであるから、該サーボピストン４の傾転作動力も自
己圧に比例して増減している。このため、自己圧が高圧
となって最適値以上の傾転作動力となると、容量可変機
構2Aに対する応答速度が早くなりすぎ、油圧ポンプ２に
衝撃を与えたり、容量可変機構2Aの微動作が困難とな
る。逆に、応答性能が最適値以下となると、応答速度が
遅すぎ、傾転動作が緩慢となったり、リサイクルタイム
が遅くなり、作業効率が悪化するという問題点がある。

さらに、自己圧は低圧から高圧状態まで絶えず変化して
いるものであるから、サーボピストン４は低圧時にも確
実に作動するように設計しなくてはならず、逆に高圧時
にもこれに耐えうるように設計しなくてはならない。こ
のため、サーボピストン４、手動切換弁17、配管等の油
圧機器を高耐圧な構造としなくてはならないという問題
点がある。

一方、自己圧を傾転制御用の駆動圧として用いる方式
は、無負荷運転時や起動当初のように主配管１に所定の
吐出圧力が発生するまで傾転動作ができないから、補助
ポンプ11を併用している。

しかし、補助ポンプ11はシリンダ装置５が無作業時のみ
使用されるものであるから、該シリンダ装置５の作業時
には該補助ポンプ11からの圧油は、傾転制御用圧油とし
ては使用されない。この結果、油圧装置全体として他に
油圧パイロット制御用機器（例えば、油圧パイロット
弁）を装備していない機種では、作業時に自己圧が上昇
すると、補助ポンプ11は無駄にパワー損失するだけで、
エンジン等を含めたシステム全体の効率低下につながる
という問題点がある。さらに、共用できる油圧パイロッ
ト制御機器が存在しない場合には、補助ポンプ11を設備
すると、相当のコストアップとなるという問題点があ
る。

本考案はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、自己圧の変動に拘わらず、最適な応答性能をもっ
て容量可変機構の傾転動作を行なわすことができると共
に、補助ポンプを使用しなくても、無負荷運転時に容量
可変機構の傾転動作を可能としたアクチュエータ駆動回
路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案が採用するアクチュ
エータ駆動回路は、容量を可変とするため、油圧サーボ
機構によって作動せしめられる容量可変機構を備えた油
圧ポンプと、ポンプ管路を介して該油圧ポンプからの圧
油が供給されると共にドレン管路を介してタンクと接続
されるアクチュエータと、該アクチュエータを作動すべ
く、ポンプ管路とドレン管路の切換を行なう方向切換弁
と、前記ポンプ管路内の圧油を自己圧として前記油圧サ
ーボ機構に供給し、この自己圧によって前記油圧ポンプ
の容量可変機構を作動させる自己圧管路と、該自己圧管
路の途中に設けられ、前記油圧サーボ機構に供給する自
己圧の方向を切換える容量制御弁とからなるアクチュエ
ータ駆動回路において、前記自己圧管路には自己圧を所
定圧に減圧する減圧弁を設け、前記ドレン管路には前記
減圧弁よりも低圧に設定された低圧リリーフ弁を設け、
該低圧リリーフ弁は前記方向切換弁が中立位置にあると
きに該低圧リリーフ弁で設定された圧力を自己圧として
前記ポンプ管路を介して前記自己圧管路内に発生させる
構成としたことを特徴とする。

〔作用〕

このように構成することにより、アクチュエータを作動
すべく方向切換弁を中立位置に切換えたときには、負荷
条件に応じて油圧ポンプの吐出圧は変動するが、この吐
出圧を自己圧管路に設けられた減圧弁によって所定圧に
減圧された状態で、容量制御弁を介して油圧サーボ機構
に供給されるから、負荷条件に影響されることなく傾転
動作を行なうことができる。

また、方向切換弁を中立位置に切換えたときには、ポン
プ管路がドレン管路に連通して油圧ポンプは無負荷状態
となり、ポンプ管路内はドレン内になろうとするが、ド
レン管路には低圧リリーフ弁が設けられているから、ポ
ンプ管路は少なくともドレン圧よりも高い所定の低圧状
態に保持され、自己圧管路には低圧な自己圧が発生す
る。この結果、油圧ポンプの容量可変機構をこの低圧な
自己圧に基づき、油圧サーボ機構によって確実に作動さ
せることができ、油圧ポンプの容量を容量制御弁によっ
て可変にできる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を第１図，第２図を参照しつつ、
詳細に説明する。

なお、本考案の実施例においては従来技術による補助ポ
ンプ11、吐出配管12、リリーフ弁13、分岐配管14、シャ
トル弁15、流出配管16等は設けられていない。

然るに、第１図は第１の実施例を示し、同図において、
21は主配管１から導出した自己圧をサーボピストンに供
給する自己圧管路としての自己圧配管で、該自己圧配管
21の一端はリリーフ弁３との接続点下流側に位置して主
配管１に接続され、その他端は手動切換弁17を介してサ
ーボピストン４の各油室4B,4Cに選択的に接続されてい
る。

22は自己圧配管21の途中に設けられた減圧弁で、該減圧
弁22は主配管１内の圧油を従来技術による補助ポンプ11
の吐出圧力（従来例の場合、30kg/cm²）よりも高い所定
圧力、例えば70kg/cm²に減圧する機能を有する。ここ
で、前記減圧弁22は油圧ポンプ２の容量変化の応答性能
を勘案して、最適値を設定することができるように、設
定圧力可変形の減圧弁が望ましい。

23は本実施例に用いられる方向切換弁で、該方向切換弁
23は左，右の切換位置（イ）、（ロ）と中立位置（ハ）
とからなる６ポート３位置の手動式方向切換弁が適用さ
れている。ここで、前記方向切換弁23の一次側は主配管
１の分岐部1A,1Bと接続されると共に、ドレン管路とな
る第１、第２のドレン配管24,25と接続され、二次側は
従来技術のものと同様に給排配管9,10と接続されてい
る。そして、方向切換弁23は、左，右の切換位置
（イ）、（ロ）にあるときには主配管１の分岐部1Aと第
１のドレン配管24とを給排配管9,10に選択的に接続し、
中立位置（ハ）にあるときには分岐部1Bと第２のドレン
配管25とを接続するようになっている。

さらに、26は低圧リリーフ弁で、該低圧リリーフ弁26は
第２のドレン配管25の途中に設けられている。ここで、
前記低圧リリーフ弁26は方向切換弁23が中立位置（ハ）
となっても、主配管１内にサーボピストン４を駆動可能
な自己圧（リリーフ設定圧）を発生する程度の最低圧
（例えば、20kg/cm²）を保持することができるように設
定され、減圧弁22よりも低圧状態を保持するようになっ
ている。

本実施例はこのように構成されるが、方向切換弁23を切
換位置（イ）、（ロ）に切換えることによって、シリン
ダ装置５を作動するもので、この点において従来技術の
ものと変わるところがない。

然るに、本実施例では自己圧配管21に減圧弁22を設け、
自己圧を所定圧に調圧して手動切換弁17を介してサーボ
ピストン４に供給する構成としたから、負荷側の作動状
態によって自己圧が大きく変動したとしても、サーボピ
ストン４に供給すべき自己圧を所定の最適圧力（例え
ば、70kg/cm²）に設定することができ、油圧ポンプ２の
応答性能に適した傾転作動力を発生させることができ
る。また、サーボピストン４に供給する圧油は所定圧に
減圧されているから、該サーボピストン４、手動切換弁
17等はその耐圧を下げることができ、油洩れ、破損事故
等をなくすことができる。さらに、減圧弁22の設定圧力
を変えれば、任意の傾転作動力を得ることができ、油圧
ポンプ２の機種、用途に適合させることが可能である。

一方、方向切換弁23を中立位置（ハ）に選択すると、シ
リンダ装置５の作動が停止すると共に、主配管１の分岐
部1Bとドレン配管25とが連通する。この際、本実施例で
はドレン配管25に低圧リリーフ弁26を設け、該低圧リリ
ーフ弁26で設定された低圧な自己圧は手動切換弁17を介
してサーボピストン４に供給され、該自己圧は主配管１
内にサーボピストン４により容量可変機構2Aが傾転駆動
させる程度の最低圧（例えば、20kg/cm²）を補償してい
る。

この結果、無負荷運転時や起動当初においても、自己圧
配管21には低圧リリーフ弁26または減圧弁22によって所
定の自己圧が発生しているから、従来技術のように別途
補助ポンプ11を使用しなくても、手動切換弁17の操作に
よって傾転制御が可能となる。

従って、本実施例によれば、油圧装置全体として他に共
用できる他のパイロット油圧源を持たない機種に用いて
好適な回路構成とすることができ、しかも、無作業時
（無負荷運転時）においては、容量可変機構2Aを敏速に
傾転させる必要がないから、サーボピストン４を駆動す
ることができる程度の最低圧を低圧リリーフ弁26で発生
させることができ、システム全体のパワー損失を招く等
の問題を解消できる。

次に、第２図は本考案の第２の実施例を示し、本実施例
の特徴はアクチュエータとして油圧モータを用いたこと
にある。

同図において、第１の実施例と同一構成要素に同一の符
号を付するものとするに、31は従来技術のシリンダ装置
５に代えて用いられる油圧モータで、該油圧モータ31と
しては建設機械の走行モータ、旋回モータ等であり、給
排配管9,10間に設けたブレーキ弁32によって回路ブレー
キを与えることができる。

33はドレン配管25に設けれた低圧リリーフ弁を示し、該
低圧リリーフ弁33は前記第１の実施例で述べた低圧リリ
ーフ弁26とほぼ同様に構成され、該低圧リリーフ弁33の
リリーフ設定圧は所定の最低圧（例えば、20kg/cm²）に
設定されている。

なお、本実施例による方向切換弁23′は、その中立位置
（ハ）において、給排配管9,10がドレン配管24と接続さ
れ、油圧モータ31の慣性回転時にタンク８から作動油の
補給が可能となっている。

本実施例はこのように構成にされるが、その作動、効果
について第１の実施例と変わるところがないので、その
説明を省略する。

なお、前記各実施例では低圧リリーフ弁26を、ドレン配
管25に設けるものとして述べるが、方向切換弁23内、主
配管１の分岐部1B等に設けてもよく、要はドレン配管2
5、分岐部1Bを含むドレン管路の適所に設ければよい。
また、減圧弁22は自己圧配管21に設けるものとして述べ
たが、該減圧弁22、サーボピストン４等と一体に油圧ポ
ンプ２のケーシング内に組込んでもよい。さらに、方向
切換弁23,23′、容量制御弁としての手動切換弁17は油
圧パイロット式、または電磁パイロット式の切換弁とし
て構成してもよい。

〔考案の効果〕

本考案に係るアクチュエータ駆動回路は以上詳細に述べ
だ如くであって、油圧ポンプから導出される自己圧を減
圧弁によって減圧すると共に、低圧リリーフ弁によって
無負荷運転時にもポンプ管路内に減圧弁の設定圧よりも
低圧な圧力を発生させる構成としたから、下記各項の効
果を奏する。

減圧弁によって自己圧を所定圧に減圧しているから、
負荷条件に影響されることなく、最適な応答速度をもっ
て油圧ポンプ容量制御を行うことができる。

油圧サーボ機構を低圧で駆動できるから、該油圧サー
ボ機構、容量制御弁の耐圧性能を小さくでき、故障事故
をなくすと共に、小型、軽量化が可能となる。

ドレン管路に低圧リリーフ弁を設け、無負荷運転時に
もポンプ管路を介して自己圧管路に所定の低圧を低圧リ
リーフ弁で発生させているから、無負荷運転時にも自己
圧による容量制御が可能となる。

別途油圧源を必要としないから、共用できるパイロッ
ト油圧源が存在しない機種にも適用でき、コストの低減
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１の実施例を示す油圧回路図、第２
図は本考案の第２の実施例を示す油圧回路図、第３図は
従来技術を示す油圧回路図である。 １…主配管（ポンプ管路）、２…油圧ポンプ、2A…容量
可変機構、４…サーボピストン（油圧サーボ機構）、５
…シリンダ装置（アクチュエータ）、８…タンク、9,10
…給排配管、17…手動切換弁（容量制御弁）、21…自己
圧配管（自己圧管路）、22…減圧弁、23,23′…方向切
換弁、24,25…ドレン配管（ドレン管路）、26,33…低圧
リリーフ弁、31…油圧モータ（アクチュエータ）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】容量を可変とするため、油圧サーボ機構に
   よって作動せしめられる容量可変機構を備えた油圧ポン
   プと、ポンプ管路を介して該油圧ポンプからの圧油が供
   給されると共にドレン管路を介してタンクと接続される
   アクチュエータと、該アクチュエータを作動すべく、ポ
   ンプ管路とドレン管路の切換を行なう方向切換弁と、前
   記ポンプ管路内の圧油を自己圧として前記油圧サーボ機
   構に供給し、この自己圧によって前記油圧ポンプの容量
   可変機構を作動させる自己圧管路と、該自己圧管路の途
   中に設けられ、前記油圧サーボ機構に供給する自己圧の
   方向を切換える容量制御弁とからなるアクチュエータ駆
   動回路において、前記自己圧管路には自己圧を所定圧に
   減圧する減圧弁を設け、前記ドレン管路には前記減圧弁
   よりも低圧に設定された低圧リリーフ弁を設け、該低圧
   リリーフ弁は前記方向切換弁が中立位置にあるときに該
   低圧リリーフ弁で設定された圧力を自己圧として前記ポ
   ンプ管路を介して前記自己圧管路内に発生させる構成と
   したことを特徴とするアクチュエータ駆動回路。