JPH11294339A - 可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微操作を容易にさせるメータリング特性を得
ることができる可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置の
提供。 【解決手段】 油圧ポンプ１の傾転角を変更可能なサー
ボピストン２と、このサーボピストン２と、油圧ポンプ
１及びタンク６のいずれかとを選択的に接続しスリーブ
５１及びスプール５２を有する切換弁５（第１切換弁）
と、スプール５２の端部５３を付勢するばね１１と、ス
プール５２の端部５４に当接するパイロットピストン１
３とを含むレギュレータ９を備えるとともに、パイロッ
トピストン１３に段差部を形成して第１受圧面１３ｃと
第２受圧面１３ｄを設け、所定の指令圧力を受圧面１３
ｃのみに供給する第１切換位置７ａと、受圧面１３ｄの
みに供給する第２切換位置７ｂと、受圧面１３ｃ，１３
ｄの双方に供給する第３切換位置７ｃを有する第２切換
弁７を設けた構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械に備えられる可変容量型油圧ポンプの傾転制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の可変容量型油圧ポンプの傾
転制御装置の全体構成を示す油圧回路図である。

【０００３】この図４に示す従来技術は、建設機械例え
ば油圧ショベルに備えられるもので、ブームシリンダや
アームシリンダ等のアクチュエータを操作する操作レバ
ー３１の操作量に応じてパイロット減圧弁３２が動作
し、パイロットポンプ３０から吐出されるパイロット圧
がパイロット減圧弁３２で減圧され、外部指令圧力Ｐｉ
となってレギュレータ９の液室１２に与えられる。これ
によりレギュレータ９が動作して、可変容量型油圧ポン
プ１の傾転角が制御される。すなわち、操作レバー３１
の操作量に応じてレギュレータ９が動作して、可変容量
型油圧ポンプ１の傾転角、つまり押しのけ容積が制御さ
れ、この油圧ポンプ１から吐出される流量が上述の操作
レバー３１の操作量にほぼ比例する流量となるように制
御される。

【０００４】上述したレギュレータ９は例えば、図５に
示すように構成されている。すなわち、可変容量型油圧
ポンプ１の傾転角を変更可能で、小径室３と大径室４を
有するサーボピストン２を備えるとともに、このサーボ
ピストン２の大径室４と、油圧ポンプ１及びタンク６の
いずれかとを選択的に接続するように切換えられる切換
弁５を備えている。この切換弁５は、サーボピストン２
とフィードバックレバー８を介して連動するスリーブ５
１と、このスリーブ５１に収納され、摺動可能に設けら
れるスプール５２とを有する。

【０００５】また、切換弁５のスプール５２の一方の端
部５３に当接するばね１１と、このばね１１を保持する
とともに、スプール５２の同図５の左方向の移動を停止
させ、油圧ポンプ１の最大流量を決める最大流量用スト
ッパ１５と、この最大流量用ストッパ１５の軸に螺合
し、この最大流量用ストッパ１５を固定するとともに、
適宜回転させることによりこの最大流量用ストッパ１５
の位置を調整可能なナット１７とを備えている。

【０００６】さらに、一端部１３ａが、切換弁５のスプ
ール５２の他方の端部５４に当接するパイロットピスト
ン１３と、このパイロットピストン１３の同図５の右方
向の移動を停止させ、油圧ポンプ１の最小流量を決める
最小流量用ストッパ１６と、この最小流量用ストッパ１
６の軸に螺合し、この最小流量用ストッパ１６を固定す
るとともに、適宜回転させることによりこの最小流量用
ストッパ１６の位置を調整可能なナット１８を備えてい
る。なお、同図５中、符号１２は前述した図４において
例示した液室であり、ケーシング１０に形成した通路１
０ａを介して、この液室１２に外部指令圧力Ｐｉが与え
られる。

【０００７】このようなレギュレータ９を有する従来技
術にあっては、図４に示す操作レバー３１が中立位置に
戻されると、パイロット減圧弁３２も中立復帰し、液室
１２に与えられる外部指令圧力Ｐｉはタンク圧となる。
このとき、図５に示すばね１１の力により切換弁５のス
プール５２及びパイロットピストン１３が、このパイロ
ットピストン１３の他端部１３ｂが最小流量用ストッパ
１６に当るまで同図５の右方向に移動する。すなわち、
切換弁５は同図５の左位置に切換えられ、油圧ポンプ１
の吐出管路とサーボピストン２の大径室４とが連通し、
大径室４とタンク６との間が遮断される。これに伴い、
油圧ポンプ１の圧油が切換弁５を介してサーボピストン
２の大径室４に与えられ、これにより大径室４と小径室
３の双方に油圧ポンプ１から吐出される圧油が与えられ
る状態になり、大径室４と小径室３との面積差によりサ
ーボピストン２は同図５の右方向に移動する。パイロッ
トピストン１３の他端部１３ｂが最小流量用ストッパ１
６に当り、切換弁５のスプール５２の移動が停止し、サ
ーボピストン２の右方向への移動が停止したとき、油圧
ポンプ１の傾転角すなわち押しのけ容積は最小になり、
この油圧ポンプ１から吐出される流量は最小流量とな
る。なお、上述したサーボピストン２の移動に伴ってフ
ィードバックレバー８が同図５の右方向に移動し、これ
と一体的に切換弁５のスリーブ５１が右方向に移動し、
切換弁５は中立位置となり、サーボピストン２の大径室
４と油圧ポンプ１の間、大径室４とタンク６との間は、
それぞれ遮断される。これにより油圧ポンプ１の傾転角
が最小流量を吐出する所定の角度に保持される。

【０００８】また、このような状態から図４に示す操作
レバー３１を傾けるように操作すると、前述のようにパ
イロット減圧弁３２が動作して、パイロットポンプ３０
から吐出されるパイロット圧がパイロット減圧弁３２で
減圧され、外部指令圧力Ｐｉとなってレギュレータ９の
液室１２に与えられる。

【０００９】これにより、図５に示すパイロットピスト
ン１３が同図５の左方向に移動し、これと一体的に切換
弁５のスプール５２が、その端部５３が最大流量用スト
ッパ１５に当るまでばね１１を縮めながら左方向に移動
する。すなわち、切換弁５は同図５の右位置に切換えら
れ、サーボピストン２の大径室４がタンク６に連通し、
大径室４と油圧ポンプ１との間が遮断される。これに伴
い、サーボピストン２の小径室３に与えられる油圧ポン
プ１の吐出圧により、サーボピストン２は同図５の左方
向に移動する。切換弁５のスプール５２の端部５３が最
大流量用ストッパ１５に当り、切換弁５のスプール５２
の移動が停止し、サーボピストン２の左方向への移動が
停止したとき、油圧ポンプ１の傾転角、すなわち押しの
け容積は最大になり、この油圧ポンプ１から吐出される
流量は最大流量となる。なお、上述したサーボピストン
２の移動に伴って、フィードバックレバー８が同図５の
左方向に移動し、これと一体的に切換弁５のスリーブ５
１が左方向に移動し、切換弁５は中立位置となり、サー
ボピストン２の大径室４と油圧ポンプ１の間、大径室４
とタンク６との間は、それぞれ遮断される。これにより
油圧ポンプ１の傾転角が最大流量を吐出する所定の角度
に保持される。

【００１０】なお、上述した図４，５に示す従来技術と
同様な技術が、実開昭６２−１６９２８５号公報に開示
されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図４，
５に示す従来技術にあっては、操作レバー３１の操作量
に比例した外部指令圧力Ｐｉをレギュレータ９の液室１
２に与え、外部指令圧力Ｐｉに比例した油圧ポンプ１の
流量となる制御をおこなうものであり、すなわち、操作
レバー３１のほぼ全操作領域にわたってこの操作レバー
３１の操作量に比例した油圧ポンプ１の流量となるメー
タリング特性を有するものである。

【００１２】したがって、操作レバー３１によって操作
されるブームシリンダ、アームシリンダ等のアクチュエ
ータに比較的少ない流量を供給して微操作しようとする
ときも、操作レバー３１の微少操作量に相応して一義的
に設定されるメータリング特性に基づく流量が油圧ポン
プ１から吐出されることになる。このため微操作を実施
できる操作レバー１の操作領域が狭くて、該当するアク
チュエータの微操作が困難になり、これに伴って、操作
レバー３１を操作するオペレータに多大の疲労感を与え
やすく、この微操作の作業能率の向上を見込めない問題
がある。

【００１３】本発明は、上記した従来技術における実状
に鑑みてなされたもので、その目的は、微操作を容易に
させるメータリング特性を得ることができる可変容量型
油圧ポンプの傾転制御装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に係る発明は、建設機械に設けら
れ、アクチュエータに圧油を供給する可変容量型油圧ポ
ンプの傾転角を変更可能なサーボピストンと、このサー
ボピストンと、所定の油圧源及びタンクのいずれかとを
選択的に接続するように切換えられ、上記サーボピスト
ンと連動するスリーブ、及びこのスリーブに収納され摺
動可能なスプールを有する第１切換弁と、この第１切換
弁の上記スプールの一方の端部に当接するように配置さ
れるばねと、一端部が、上記第１切換弁の上記スプール
の他方の端部に当接するように配置されるパイロットピ
ストンとを含むレギュレータを備え、上記パイロットピ
ストンの上記一端部側とは反対側に位置する他端部側
に、当該パイロットピストンを移動させる所定の指令圧
力が与えられる可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置に
おいて、上記パイロットピストンに段差部を形成して複
数の受圧面を設けるとともに、これらの受圧面に選択的
に上記所定の指令圧力を供給する第２切換弁を設けた構
成にしてある。

【００１５】このように構成した請求項１に係る発明で
は、以下の動作がおこなわれる。 （１）パイロットピストンの複数の受圧面のそれぞれに
所定の指令圧力が加えられていない状態では、ばねの付
勢力が第１切換弁のスプールの一方の端部に与えられ、
スプールはパイロットピストン側のストロークエンドま
で移動する。これにより第１切換弁の切換位置を、サー
ボピストンが最小傾転角を保つ切換位置にすることがで
きる。したがって、この可変容量型油圧ポンプから吐出
される流量は最小流量となる。

【００１６】（２）この状態から第２切換弁を所定の切
換位置に操作し、この第２切換弁を介して例えばパイロ
ットピストンの複数の受圧面の全てに所定の指令圧力が
与えられ、この所定の指令圧力によってパイロットピス
トンを押す力がばねのばね力よりも大きくなると、パイ
ロットピストンが移動し、このパイロットピストンの移
動に伴って第１切換弁のスプールもばね側のストローク
エンドに向かって移動する。このときのスプールの変位
量は、ばねのばね係数をＫ、パイロットピストンの複数
の受圧面の合計面積をＡとすると、比例定数Ａ／Ｋに、
所定の指令圧力を乗じたものとなる。このときのスプー
ルの変位に伴って、所定の油圧源の圧油がサーボピスト
ンに徐々に増加するように与えられ、このサーボピスト
ンが傾転角を増加させる方向に変位する。したがって、
可変容量油圧ポンプから吐出される流量は、最小流量か
ら徐々に増加する。

【００１７】スプールがばね側のストロークエンドまで
移動すると、第１切換弁の切換位置が、サーボピストン
が最大傾転角を保つ切換位置となり、可変容量型油圧ポ
ンプから吐出される流量は最大流量となる。

【００１８】（３）また例えば、第２切換弁を上記とは
別の切換位置に操作することにより、パイロットピスト
ンの複数の受圧面のうちの一部、例えば１つの受圧面の
みに所定の指令圧力が与えられ、この所定の指令圧力に
よってパイロットピストンを押す力がばねのばね力より
も大きくなると、パイロットピストンが移動する。この
ときのパイロットピストンの移動速度は上述の（２）の
場合よりも遅くなる。これに伴い、第１切換弁のスプー
ルも上述の（２）の場合よりも遅い速度でばね側のスト
ロークエンドに向かって移動する。このときのスプール
の変位量は、ばねのばね係数を上述のようにＫ、パイロ
ットピストンの１つの受圧面の面積をＡ１（＜Ａ）とす
ると、比例定数Ａ１／Ｋ（＜Ａ／Ｋ）に、所定の指令圧
力を乗じたものとなる。このときのスプールの変位に伴
って、所定の油圧源の圧油がサーボピストンに上述の
（２）の場合よりもゆるやかに増加するように与えら
れ、このサーボピストンが傾転角をゆるやかに増加させ
る方向に変位する。したがって、可変容量型油圧ポンプ
から吐出される流量は、最小流量からゆるやかに増加す
る。

【００１９】スプールがばね側のストロークエンドまで
移動すると、上述の（２）の場合と同様に、第１切換弁
の切換位置が、サーボピストンが最大傾転角を保つ切換
位置となり、可変容量型油圧ポンプから吐出される流量
は最大流量となる。

【００２０】（４）このように、本発明の請求項１に係
る発明では、パイロットピストンの全ての受圧面に所定
の指令圧力が与えられる状態では、比例定数がＡ／Ｋと
なるメータリング特性が得られ、すなわち所定の指令圧
力の変化量に対するポンプ流量の変化量が比較的大きい
メータリング特性が得られ、また、パイロットピストン
の一部の受圧面に所定の指令圧力が与えられる状態で
は、比例定数Ａ１／Ｋ（＜Ａ／Ｋ）となるメータリング
特性が得られ、すなわち所定の指令圧力の変化量に対す
るポンプ流量の変化量が上述の場合に比べて小さくなる
メータリング特性が得られる。

【００２１】したがって、第２切換弁を上述した（３）
の別の切換位置に切換える操作を、作業用に設けられる
アクチュエータの微操作に関連させることにより、上述
した比例定数Ａ１／Ｋとなるメータリング特性となり、
すなわち所定の指令圧力の変化量に対するポンプ流量の
変化量が比較的小さく抑えられ、微操作領域を比較的広
く確保できる状態となり、これにより当該微操作を容易
におこなうことができる。

【００２２】また、本発明の請求項２に係る発明は、請
求項１に係る発明において、上記複数の受圧面が第１受
圧面、第２受圧面の２つであるとともに、上記第２切換
弁が、上記所定の指令圧力を上記第１受圧面及び第２受
圧面のいずれか一方のみに供給する切換位置と、上記所
定の指令圧力を上記第１受圧面、第２受圧面の双方に供
給する切換位置を有する構成にしてある。

【００２３】このように構成した請求項２に係る発明で
は、以下の動作がおこなわれる。 パイロットピストンの第１受圧面、第２受圧面のそ
れぞれに所定の指令圧力が与えられていない状態では、
ばねの付勢力が第１切換弁のスプールの一方の端部に与
えられ、スプールはパイロットピストン側のストローク
エンドまで移動する。これにより第１切換弁の切換位置
を、サーボピストンが最小傾転角をたもつ切換位置にす
ることができる。したがって、このとき可変容量油圧ポ
ンプから吐出される流量は最小流量となる。

【００２４】 この状態から例えば第２切換弁を所定
の切換位置に切換えると、パイロットピストンの第１受
圧面、第２受圧面の双方に所定の指令圧力が与えられ、
この所定の指令圧力によってパイロットピストンを押す
力がばねのばね力よりも大きくなるとパイロットピスト
ンが移動し、これに伴って第１切換弁のスプールもばね
側のストロークエンドに向かって移動する。このときの
スプールの変位量は、ばねのばね係数をＫ、パイロット
ピストンの第１受圧面、第２受圧面の合計面積をＡとす
ると、比例定数Ａ／Ｋに、所定の指令圧力を乗じたもの
となる。このときのスプールの変位に伴って、所定の油
圧源の圧油がサーボピストンに徐々に増加するように与
えられ、このサーボピストンが傾転角を増加させる方向
に変位する。したがって、可変容量型油圧ポンプから吐
出される流量は最小流量から徐々に増加する。

【００２５】スプールがばね側のストロークエンドまで
移動すると、第１切換弁の切換位置が、サーボピストン
が最大傾転角を保つ切換位置となり、可変容量型油圧ポ
ンプから吐出される流量は最大流量となる。

【００２６】 また、第２切換弁を別の切換位置に切
換えると、例えばパイロットピストンの第１受圧面のみ
に所定の指令圧力が与えられ、この所定の指令圧力によ
ってパイロットピストンを押す力がばねのばね力よりも
大きくなるとパイロットピストンが移動する。このとき
のパイロットピストンの移動速度は上述のの場合より
も遅くなる。これに伴い、第１切換弁のスプールも上述
のの場合よりも遅い速度でばね側のストロークエンド
に向かって移動する。このときのスプールの変位量は、
ばねのばね係数を上述のようにＫ、パイロットピストン
の第１受圧面の面積をＡ１（＜Ａ）とすると、比例定数
Ａ１／Ｋ（＜Ａ／Ｋ）に、所定の指令圧力を乗じたもの
となる。このときのスプールの変位に伴って、所定の油
圧源の圧油がサーボピストンに上述のの場合よりもゆ
るやかに増加するように与えられ、このサーボピストン
が傾転角をゆるやかに増加させる方向に変位する。した
がって、可変容量型油圧ポンプから吐出される流量は、
最小流量からゆるやかに増加する。

【００２７】スプールがばね側のストロークエンドまで
移動すると、上述のの場合と同様に、第１切換弁の切
換位置が、サーボピストンが最大傾転角を保つ切換位置
となり、可変容量型油圧ポンプから吐出される流量は最
大流量となる。

【００２８】なお、第２切換弁を別の切換位置に切換え
た際、パイロットピストンの第２受圧面のみに所定の指
令圧力が与えられる場合も、上述と同様の動作がおこな
われる。このとき、パイロットピストンの第２受圧面の
面積をＡ２（＜Ａ）とすれば、スプールの変位量はＡ２
／Ｋ（＜Ａ／Ｋ）に、所定の指令圧力を乗じたものとな
る。

【００２９】 このように、本発明の請求項２に係る
発明では、パイロットピストンの第１受圧面、第２受圧
面の双方に所定の指令圧力が与えられる状態では、比例
定数がＡ／Ｋとなるメータリング特性が得られ、すなわ
ち所定の指令圧力の変化量に対するポンプ流量の変化量
が比較的大きいメータリング特性が得られ、また、パイ
ロットピストンの第１受圧面のみに、あるいは第２受圧
面のみに所定の指令圧力が与えられる状態では、比例定
数Ａ１／ＫあるいはＡ２／Ｋ（いずれもＡ／Ｋより小さ
い）となるメータリング特性が得られ、すなわち所定の
指令圧力の変化量に対するポンプ流量の変化量が上述の
場合に比べて小さくなるメータリング特性が得られる。

【００３０】したがって、第２切換弁を上述した別の切
換位置に切換える操作を、作業用に設けられるアクチュ
エータの微操作に関連させることにより、その微操作時
には比例定数Ａ１／ＫあるいはＡ２／Ｋとなるメータリ
ング特性となり、すなわち所定の指令圧力の変化量に対
するポンプ流量の変化量が比較的小さく抑えられ、微操
作領域を比較的広く確保できる状態となり、これにより
当該微操作を容易におこなうことができる。

【００３１】なお、上述した第２切換弁は手動操作式切
換弁であってもよく、また電磁切換弁であってもよい。

【００３２】また、第１切換弁を介してサーボピストン
に選択的に接続される上述の所定の油圧源は、上述の可
変容量型油圧ポンプであってもよく、また、この可変容
量型油圧ポンプとは別に設けられるパイロットポンプで
あってもよい。

【００３３】また、本発明は例えば油圧ショベルに適用
することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変容量型油圧ポ
ンプの傾転制御装置の実施形態を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の可変容量型油圧ポンプの傾転制御装
置の一実施形態に備えられるレギュレータの部分を示す
図、図２は図１に示す実施形態で得られるポンプ流量−
外部指令圧力特性と、前述した図４，５に示す従来技術
におけるポンプ流量−外部指令圧力特性とを比較して示
した図である。

【００３５】本実施形態は、土木・建設機械例えば油圧
ショベルに備えられるもので、外観的な全体構成につい
ては、例えば前述した図４に示すものと同等である。し
たがって、本実施形態にあっても前述したように、ブー
ムシリンダやアームシリンダ等のアクチュエータを駆動
する圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ１と、この油
圧ポンプ１から吐出される流量を制御するレギュレータ
９と、このレギュレータ９の後述の２つの液圧室に供給
される所定の指令圧力、すなわち外部指令圧力Ｐｉを発
生させるパイロット減圧弁３２と、上述したブームシリ
ンダやアームシリンダ等のアクチュエータを駆動させる
操作装置を形成し、上述のパイロット減圧弁３２を動作
させる操作レバー３１と、パイロット減圧弁３２に一次
圧を供給するパイロットポンプ３０と、タンク６とを備
えている。

【００３６】本実施形態では、後述するようにレギュレ
ータ９等に特徴を有するが、図１において、前述した図
５に示す部材、機器と同等のものは同じ符号で示してあ
る。

【００３７】すなわち図１に示すように、本実施形態に
あっても、前述した図５に示したものと同様に、レギュ
レータ９は、油圧ポンプ１の傾転角を変更可能で、小径
室３、大径室４を有するサーボピストン２と、このサー
ボピストン２の大径室４と、油圧ポンプ１及びタンク６
のいずれかとを選択的に接続するように切換えられる切
換弁５（第１切換弁）とを備えており、この切換弁５
（第１切換弁）は、サーボピストン２とフィードバック
レバー８を介して連動するスリーブ５１と、このスリー
ブ５１に収納され、摺動可能に設けられるスプール５２
とを有している。

【００３８】また、切換弁５（第１切換弁）のスプール
５２の一方の端部５３に当接するばね１１と、このばね
１１を保持し、油圧ポンプ１の最大流量を決める最大流
量用ストッパ１５と、この最大流量用ストッパ１５の位
置を調整可能なナット１７とを備えている。

【００３９】また、一端部１３ａが、切換弁５（第１切
換弁）のスプール５２の他方の端部５４に当接するパイ
ロットピストン１３と、油圧ポンプ１の最小流量を決め
る最小流量用ストッパ１６と、この最小流量用ストッパ
１６を固定するとともに、この最小流量用ストッパ１６
の位置を調整可能なナット１８とを備えている。

【００４０】また、油圧ポンプ１の吐出管路は、サーボ
ピストン２の小径室３と、切換弁５（第１切換弁）とに
接続してある。以上の構成については、前述した図５に
示したものと同等である。

【００４１】本実施形態では特に、パイロットピストン
１３に段差部を形成して複数の受圧面、例えば受圧面積
がＡ１の第１受圧面１３ｃと、受圧面積がＡ２の第２受
圧面１３ｄとの２つの受圧面を設けてある。ここで例え
ばＡ１＜Ａ２に設定してある。また、ケーシング１０に
は、パイロットピストン１３の第１受圧面１３ｃを形成
する小径の軸部が摺動可能に収納される第１液室を構成
する液室１２と、パイロットピストン１３の第２受圧面
１３ｄを形成する大径の軸部が摺動可能に収納される第
２の液室１４とを設けてあるとともに、液室１２（第１
液室）に連通し、所定の指令圧力すなわち外部指令圧力
Ｐｉを導く通路１０ａ、すなわち第１通路と、第２液室
１４に連通し、外部指令圧力Ｐｉを導く第２通路１０ｂ
とを設けてある。

【００４２】また、上述した第１，第２受圧面１３ｃ，
１３ｄに外部指令圧力Ｐｉを選択的に供給する第２切換
弁７を設けてある。この第２切換弁７は、例えば手動操
作式切換弁から成り、外部指令圧力Ｐｉを第１受圧面１
３ｃのみに供給する第１切換位置７ａと、外部指令圧力
Ｐｉを第２受圧面１３ｄのみに供給する第２切換位置７
ｂと、外部指令圧力Ｐｉを第１受圧面７ａ、第２受圧面
７ｂの双方に供給する第３切換位置７ｃを有する構成に
してある。

【００４３】このように構成した本実施形態の動作につ
いて以下に説明する。なお以下において、パイロットピ
ストン１３の第１受圧面１３ｃの面積Ａ１と、第２受圧
面１３ｄの面積Ａ２との和をＡ（＝Ａ１＋Ａ２）とし、
ばね１１のばね係数をＫとする。

【００４４】前述した図５に示すものと同様に、本実施
形態にあっても、図４に示す操作レバー３１が中立に戻
されると、パイロット減圧弁３２も中立に復帰し、液室
１２あるいは液室１４に与えられる外部指令圧力Ｐｉは
タンク圧となる。このとき、図１に示す第２切換弁７の
切換位置がいずれであっても、パイロットピストン１３
を介して切換弁５（第１切換弁）の他方の端部５４を押
す力はばね１１の力よりも小さく、これにより切換弁５
（第１切換弁）のスプール５２及びパイロットピストン
１３が、このパイロットピストン１３の他端部、すなわ
ち第１受圧面１３ｃ部分が最小流量用ストッパ１６に当
るまで同図１の右方向に移動する。これにより切換弁５
（第１切換弁）は図１の左位置に切換えられ、油圧ポン
プ１の吐出管路とサーボピストン２の大径室４とが連通
し、大径室４とタンク６との間が遮断される。これに伴
い、油圧ポンプ１の圧油が切換弁５（第１切換弁）を介
してサーボピストン２の大径室４に与えられる。これに
より大径室４と小径室３の双方に油圧ポンプ１から吐出
される圧油が与えられる状態になり、大径室４と小径室
３との面積差によりサーボピストン２は同図１の右方向
に移動する。この状態では油圧ポンプ１から吐出される
流量は最小流量となる。なお、上述したサーボピストン
２の移動に伴ってフィードバックレバー８が同図１の右
方向に移動し、これと一体的に切換弁５（第１切換弁）
のスリーブ５１が右方向に移動する。すなわち、スプー
ル５２の移動に追従するようにスリーブ５１が移動して
切換弁５（第１切換弁）は中立位置となる。この状態に
なると、サーボピストン２の大径室４と油圧ポンプ１の
間、大径室４とタンク６との間は、それぞれ遮断され
る。これにより油圧ポンプ１の傾転角が最小流量を吐出
する所定の角度に保たれる。

【００４５】このように油圧ポンプ１が最小流量を吐出
する状態から図４に示す操作レバー３１を傾けるように
操作すると、パイロット減圧弁３２が動作して、パイロ
ットポンプ３０から吐出されるパイロット圧がパイロッ
ト減圧弁３２で減圧され、外部指令圧力Ｐｉとなってレ
ギュレータ９に与えられる。

【００４６】ここで例えば、第２切換弁７を第３切換位
置７ｃに切換え、操作レバー３１を傾けるように操作
し、パイロット減圧弁３２において外部指令圧力Ｐｉを
発生させた場合には、その外部指令圧力Ｐｉがこの第２
切換弁７の第３切換位置７ｃを経て、ケーシング１０の
通路１０ａ（第１通路）、第２通路１０ｂのそれぞれか
ら液室１２（第１液室）、第２液室１４に供給される。

【００４７】このとき、パイロットピストン１３の受圧
部分の面積は、Ａ１＋Ａ２＝Ａであり、外部指令圧力Ｐ
ｉが第１受圧面１３ｃ、第２受圧面１３ｄの双方に供給
されることから、パイロットピストン１３を同図１の左
方向に押す力ｆａは、 ｆａ＝Ａ×Ｐｉ （１） となる。また、ばね１１をレギュレータ９にセットした
ときのばね１１の自由長からのたわみ量（初期値）をＢ
とすると、パイロットピストン１３によって切換弁５
（第１切換弁）のスプール５２が動きだす前の状態にあ
っては、パイロットピストン１３を同図１の右方向に押
す力ｆｂは、 ｆｂ＝Ｋ×Ｂ （２） となる。スプール５２が動きだす直前にあっては（１）
（２）式が等しいから、 Ａ×Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ／Ａ （３） となる。そして、ｆａの力が大きくなってスプール５２
がばね１１方向に動きだしたときのパイロットピストン
１３の変位量、すなわちスプール５２の変位量をＸとす
ると、このときの力のつり合い式は、 Ｐｉ×Ａ＝Ｋ（Ｂ＋Ｘ） （４） となる。この（４）式から、変位量Ｘは下記（５）式で
与えられる。 Ｘ＝Ｐｉ×Ａ／Ｋ−Ｂ （５） ここで「−Ｂ」は初期値により決まる定数であることか
ら、スプール５２の変位量Ｘは、比例定数Ａ／Ｋに外部
指令圧力Ｐｉを乗じたものに相当する。

【００４８】パイロットピストン１３の変位量Ｘはスプ
ール５２の変位量Ｘであり、このスプール５２の変位量
Ｘはサーボピストン５２の変位量に一義的に対応し、こ
のサーボピストン５２の変位量は油圧ポンプ１の押しの
け容積、すなわちポンプ流量Ｑに対応する。

【００４９】結局、（５）式の右辺は、ポンプ流量Ｑに
対応する。したがって、ポンプ流量Ｑは、比例定数Ａ／
Ｋで、外部指令圧力Ｐｉに比例して徐々に増加する。す
なわち、パイロットピストン１３に押されて切換弁５
（第１切換弁）のスプール５２が次第に同図１の左方向
に移動するに伴い、切換弁５（第１切換弁）は同図１の
右位置に切換えられる傾向となる。これによりサーボピ
ストン２の大径室４がタンク６に連通し、油圧ポンプ１
の吐出圧がサーボピストン２の小径室３に与えられて、
サーボピストン２は次第に同図１の左方向に移動し、油
圧ポンプ１の傾転角、すなわち押しのけ容積が増加し、
ポンプ流量Ｑを次第に増加させていく。また、サーボピ
ストン２の移動に伴ってフィードバックレバー８を介し
て切換弁５（第１切換弁）のスリーブ５１がスプール５
２に追従するように移動する。そして、スプール５２の
端部５３が最大流量用ストッパ１５に当って、その移動
が停止したとき、油圧ポンプ１の傾転角、すなわち押し
のけ容積が最大になり、ポンプ流量Ｑは最大となる。こ
の状態にあっては、上述のようにスリーブ５１がスプー
ル５２の動きに追従するように移動することにより、切
換弁５は中立位置となり、サーボピストン２の大径室４
と、タンク６及び油圧ポンプ１の吐出管路の間が遮断さ
れ、油圧ポンプ１の傾転角が最大流量を吐出する所定の
角度に保持される。

【００５０】図２の特性線ａは、第２切換弁７を第３切
換位置７ｃに切換えた状態において得られる特性線を示
している。なお、同図２中、Ｐｉ１１は上述の（３）式
により求められる値、すなわち、 Ｐｉ１１＝Ｋ×Ｂ／Ａ （６） である。また、Ｑ１はポンプ流量Ｑの最小流量を示し、
Ｑ３はポンプ流量Ｑの最大流量を示している。そして、
Ｐｉ２は最大流量Ｑ３が得られる外部指令圧力Ｐｉの最
小値を示している。この特性線ａの傾きは、比例定数Ａ
／Ｋであり、前述した図４，５に示す従来技術における
特性と例えば同じである。

【００５１】また、例えばパイロットピストン１３の端
部が最小流量用ストッパ１６に当接し、最小流量を供給
している状態から、第２切換弁７を第２切換位置７ｂに
切換え、操作レバー３１を操作して外部指令圧力Ｐｉを
発生させた場合には、その外部指令圧力Ｐｉが第２切換
弁７の第２切換位置７ｂを経て、ケーシング１０の第２
通路１０ｂを経て第２液室１４に供給される。

【００５２】このとき、パイロットピストン１３を同図
１の左方向に押す力ｆａは、 ｆａ＝Ａ２×Ｐｉ （７） となる。また、パイロットピストン１３を同図１の右方
向に押す力ｆｂは、上述の（２）式のとおりである。し
たがって、スプール５２が動きだす直前にあっては、
（２）（７）式が等しいことから、 Ａ２×Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ／Ａ２ （８） となる。そして、ｆａの力が大きくなってスプール５２
がばね１１方向に動き始めたときのパイロットピストン
１３の変位量、すなわちスプール５２の変位量をＸとす
ると、このときの力のつり合い式は、 Ｐｉ×Ａ２＝Ｋ（Ｂ＋Ｘ） （９） となる。この（９）式から、変位量Ｘは下記（１０）式
で与えられる。

【００５３】 Ｘ＝Ｐｉ×Ａ２／Ｋ−Ｂ （１０） ここで「−Ｂ」は前述のように初期値により決まる定数
であるから、スプール５２の変位量Ｘは、比例定数Ａ２
／Ｋに外部指令圧力Ｐｉを乗じたものに相当する。

【００５４】上述したように、スプール５２の変位量Ｘ
はポンプ流量Ｑに一義的に対応する。つまりポンプ流量
Ｑは、比例定数Ａ２／Ｋで外部指令圧力Ｐｉに比例して
比較的ゆるやかに増加し、最終的に上述したように最大
流量になる。

【００５５】図２の特性線ｂは、上述のように第２切換
弁７を第２切換位置７ｂに切換えた状態において得られ
る特性線を示している。なお、同図２中Ｐｉ１２は、上
述の（８）式により求められる値、すなわち、 Ｐｉ１２＝Ｋ×Ｂ／Ａ２ （１１） である。そして、Ｐｉ３は最大流量Ｑ３が得られる外部
指令圧力Ｐｉの最小値を示している。この特性線ｂの傾
きは、比例定数Ａ２／Ｋである。

【００５６】また例えば、パイロットピストン１３の端
部が最小流量用ストッパ１６に当接し、最小流量を供給
している状態から第２切換弁７を第１切換位置７ａに切
換え、操作レバー３１を操作して外部指令圧力Ｐｉを発
生させた場合には、その外部指令圧力Ｐｉがこの第２切
換弁７の第１切換位置７ａを経て、ケーシング１０の通
路１０ａ（第１通路）を経て液室１２（第１液室）に供
給される。このとき、パイロットピストン１３の第１受
圧面１３ｃの面積はＡ１（＜Ａ２＜Ａ）であることか
ら、パイロットピストン１３を同図１の左方向に押す力
ｆａは、 ｆａ＝Ａ１×Ｐｉ （１２） となる。

【００５７】また、パイロットピストン１３を同図１の
右方向に押す力は上述の（２）式で示される。したがっ
て、スプール５２が動きだす直前にあっては、（２）
（１２）式が等しいことから、 Ａ１×Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ Ｐｉ＝Ｋ×Ｂ／Ａ１ （１３） となる。そして、ｆａの力が大きくなってスプール５２
がばね１１方向に動き始めたときのパイロットピストン
１３の変位量、すなわちスプール５２の変位量をＸとす
ると、このときの力のつり合い式は、 Ｐｉ×Ａ１＝Ｋ（Ｂ＋Ｘ） （１４） となる。この（１４）式から、変位量Ｘは下記（１５）
式で与えられる。 Ｘ＝Ｐｉ×Ａ１／Ｋ−Ｂ （１５） ここで「−Ｂ」は上述のように初期値により決まる定数
であるから、スプール５２の変位量Ｘは、比例定数Ａ１
／Ｋに外部指令圧力Ｐｉを乗じたものに相当する。

【００５８】上述したようにスプール５２の変位量Ｘ
は、ポンプ流量Ｑに一義的に対応する。つまりこの場合
にはポンプ流量Ｑは、比例定数Ａ１／Ｋで外部指令圧力
Ｐｉに比例してさらにゆるやかに増加し、最終的に上述
したように最大流量となる。

【００５９】図２の特性線ｃは、上述のように第２切換
弁７を第１切換位置７ａに切換えた状態において得られ
る特性線を示している。なお、同図２中Ｐｉ１３は、上
述の（１３）式により求められる値、すなわち、 Ｐｉ１３＝Ｋ×Ｂ／Ａ１ （１６） である。そしてＰｉ４は最大流量Ｑ３が得られる外部指
令圧力Ｐｉの最小値を示している。

【００６０】このように、本実施形態では、第２切換弁
７を第３切換位置７ｃに切換えてパイロットピストン１
３の第１受圧面１３ｃ、第２受圧面１３ｄの双方に外部
指令圧力Ｐｉが与えられる状態では、図２の特性線ａで
示すように比例定数がＡ／Ｋとなるメータリング特性が
得られ、すなわち外部指令圧力Ｐｉの変化量に対するポ
ンプ流量Ｑの変化量が比較的大きいメータリング特性が
得られる。また、第２切換弁７を第２切換位置７ｂに切
換えてパイロットピストン１３の第２受圧面１３ｄのみ
に、外部指令圧力Ｐｉが与えられる状態では、図２の特
性線ｂで示すように比例定数がＡ２／Ｋ（＜Ａ／Ｋ）と
なるメータリング特性が得られ、すなわち外部指令圧力
Ｐｉの変化量に対するポンプ流量Ｑの変化量が前述の特
性線ａの場合に比べて小さくなるメータリング特性が得
られる。また、第２切換弁７を第１切換位置７ａに切換
えてパイロットピストン１３の第１受圧面１３ｃのみ
に、外部指令圧力Ｐｉが与えられる状態では、図２の特
性線ｃで示すように比例定数がＡ１／Ｋ〔＜（Ａ２／
Ｋ）＜（Ａ／Ｋ）〕となるメータリング特性が得られ、
すなわち外部指令圧力Ｐｉの変化量に対するポンプ流量
Ｑの変化量が前述の特性線ｂの場合よりもさらに小さく
なるメータリング特性が得られる。

【００６１】したがって、第２切換弁７を、例えば第１
切換位置７ａに切換える操作を、作業用に設けられるブ
ームシリンダ、アームシリンダ等のアクチュエータの微
操作に関連させることにより、その微操作時には比例定
数Ａ１／Ｋとなるメータリング特性となり、すなわち外
部指令圧力Ｐｉの変化量に対するポンプ流量の変化量が
小さく抑えられ、微操作領域すなわち図２に示すメータ
リング領域６２を、第２切換弁７を第３切換位置７ｃ、
第２切換位置７ｂに切換えたときに得られるメータリン
グ領域６０，６１に比べて広く確保できる状態となり、
これにより当該微操作を容易におこなうことができる。

【００６２】なお、第２切換弁７を第３切換位置７ｃに
切換えたときに得られるメータリング特性は図２の特性
線ａで示されるものであり、前述したように例えば図
４，５に示す従来技術で得られる特性と同等である。し
たがって、当該油圧ショベルで通常実施される掘削作業
等に際しては第２切換弁７を第３切換位置７ｃに切換え
て操作レバー３１の操作をおこなうと都合がよい。

【００６３】また、第２切換弁７を第２切換位置７ｂに
切換えたときに得られるメータリング特性は図２の特性
線ｂで示されるものであり、特性線ａの傾きに比べて小
さく、そのメータリング領域６１は、第２切換弁７を第
３切換位置７ｃに切換えたときのメータリング領域６０
に比べて大きい。このことから、場合によっては、この
ように第２切換弁７を第２切換位置７ｂに切換えて微操
作をおこなうようにしてもよい。

【００６４】このように、本実施形態によれば、広い微
操作領域を確保できるので、当該微操作を比較的容易に
おこなうことができ、微操作を実施するオペレータに与
える疲労感を軽減でき、この微操作の作業能率を向上さ
せることができる。また、レギュレータ９の製作にあた
っては、図４，５に示す従来技術の基本構造において、
パイロットピストン１３に段付加工を施したり、第２通
路１０ｂ、第２液室１４を形成する加工を追加する程度
であるので、製作が簡単で、製作精度を高めることがで
き、高い信頼性が得られる。

【００６５】図３は本発明の別の実施形態を構成するレ
ギュレータ部分を示す図である。前述した図１に示す実
施形態にあっては、アクチュエータを駆動する圧油を供
給する可変容量型油圧ポンプ１から吐出される圧油をサ
ーボピストン２の小径室３及び大径室４に導き、自己圧
によってポンプ流量Ｑを制御する構成にしてあるが、図
３に示す別の実施形態では、油圧ポンプ１の自己圧とは
異なり、パイロットポンプ３０から吐出されるパイロッ
ト圧をサーボピストン２の小径室３及び大径室４に導
き、このパイロット圧によってポンプ流量Ｑを制御する
構成にしてある。その他の構成は、前述した図１に示し
た実施形態と同様である。このように構成したものも、
前述した実施形態とほぼ同等の作用効果を奏する。

【００６６】なお、上記各実施形態にあっては、パイロ
ットピストン１３の第１受圧面１３ｃの面積Ａ１を第２
受圧面１３ｄの面積Ａ２よりも小さく設定してあるが、
本発明はこれに限られず、第１受圧面１３ｃの面積Ａ１
と第２受圧面１３ｄの面積Ａ２とを等しく（Ａ１＝Ａ
２）設定してもよい。

【００６７】また、上記各実施形態にあっては、パイロ
ットピストン１３に２つの受圧面を形成したが、３つ以
上の受圧面を設ける構成にしてもよい。

【００６８】また、上記各実施形態にあっては、第２切
換弁７を手動操作式切換弁としたが、本発明はこれに限
られず、電磁切換弁によって構成してもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上のように構成したことにより、本発
明の各請求項に係る発明によれば、第２切換弁を適宜切
換えて、パイロットピストンに形成した一部の受圧面に
所定の指令圧力を与えることにより、所定の指令圧力の
変化量に対するポンプ流量の変化量が比較的小さく抑え
られ、微操作領域を広く確保でき、すなわち微操作を容
易にさせるメータリング特性を得ることができ、これに
より微操作を実施するオペレータに与える疲労感を軽減
でき、従来に比べて微操作の作業能率を向上させること
ができる。

【００７０】また、レギュレータ部分の製作に際して
は、従来技術の基本構造においてパイロットピストンに
段付加工を施したり、流量を追加する程度であるので、
製作が簡単で、製作精度を高めることができ、高い信頼
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置
の一実施形態に備えられるレギュレータの部分を示す図
である。

【図２】図１に示す実施形態で得られるポンプ流量−外
部指令圧力特性と、従来技術におけるポンプ流量−外部
指令圧力特性を比較して示した図である。

【図３】本発明の別の実施形態を構成するレギュレータ
の部分を示す図である。

【図４】従来の可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置の
全体構成を示す油圧回路図である。

【図５】図４に示す従来の可変容量型油圧ポンプの傾転
制御装置に備えられるレギュレータの部分を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 可変容量型油圧ポンプ ２ サーボピストン ３ 小径室 ４ 大径室 ５ 切換弁（第１切換弁） ６ タンク ７ 第２切換弁 ７ａ 第１切換位置 ７ｂ 第２切換位置 ７ｃ 第３切換位置 ８ フィードバックレバー ９ レギュレータ １０ ケーシング １０ａ 通路（第１通路） １０ｂ 第２通路 １１ ばね １２ 液室（第１液室） １３ パイロットピストン １３ａ 一端部 １３ｂ 他端部 １３ｃ 第１受圧面 １３ｄ 第２受圧面 １４ 第２液室 １５ 最大流量用ストッパ １６ 最小流量用ストッパ １７ ナット １８ ナット ３０ パイロットポンプ ３１ 操作レバー ３２ パイロット減圧弁 ５１ スリーブ ５２ スプール ５３ 一方の端部 ５４ 他方の端部 ６０ メータリング領域 ６１ メータリング領域 ６２ メータリング領域 Ｐｉ 外部指令圧力（所定の指令圧力） ａ 特性線 ｂ 特性線 ｃ 特性線

フロントページの続き (72)発明者 坂入 哲也 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 曹 東輝 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設機械に設けられ、アクチュエータに
   圧油を供給する可変容量型油圧ポンプの傾転角を変更可
   能なサーボピストンと、このサーボピストンと、所定の
   油圧源及びタンクのいずれかとを選択的に接続するよう
   に切換えられ、上記サーボピストンと連動するスリー
   ブ、及びこのスリーブに収納され摺動可能なスプールを
   有する第１切換弁と、この第１切換弁の上記スプールの
   一方の端部に当接するように配置されるばねと、一端部
   が、上記第１切換弁の上記スプールの他方の端部に当接
   するように配置されるパイロットピストンとを含むレギ
   ュレータを備え、 上記パイロットピストンの上記一端部側とは反対側に位
   置する他端部側に、当該パイロットピストンを移動させ
   る所定の指令圧力が与えられる可変容量型油圧ポンプの
   傾転制御装置において、 上記パイロットピストンに段差部を形成して複数の受圧
   面を設けるとともに、これらの受圧面に選択的に上記所
   定の指令圧力を供給する第２切換弁を設けたことを特徴
   とする可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置。
2. 【請求項２】 上記複数の受圧面が第１受圧面、第２受
   圧面の２つであるとともに、上記第２切換弁が、上記所
   定の指令圧力を上記第１受圧面及び第２受圧面のいずれ
   かのみに供給する切換位置と、上記所定の指令圧力を上
   記第１受圧面、第２受圧面の双方に供給する切換位置を
   有することを特徴とする請求項１記載の可変容量型油圧
   ポンプの傾転制御装置。
3. 【請求項３】 上記第２切換弁が手動操作式切換弁であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の可変容量型
   油圧ポンプの傾転制御装置。
4. 【請求項４】 上記第２切換弁が電磁切換弁であること
   を特徴とする請求項１または２記載の可変容量型油圧ポ
   ンプの傾転制御装置。
5. 【請求項５】 上記所定の油圧源が、上記可変容量型油
   圧ポンプであることを特徴とする請求項１または２記載
   の可変容量型油圧ポンプの傾転制御装置。
6. 【請求項６】 上記所定の油圧源が、パイロットポンプ
   であることを特徴とする請求項１または２記載の可変容
   量型油圧ポンプの傾転制御装置。
7. 【請求項７】 上記建設機械が油圧ショベルであること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の可変容量
   型油圧ポンプの傾転制御装置。