(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと可変ポンプを接続する駆動回路に可変絞りを介装し、前記可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレータピストンと、前記可変絞りの上流側と下流側の差圧に応じてこれを設定差圧に保つように前記レギュレータピストンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを備えるポンプ傾転角制御装置において、ポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応じた２次圧を出力する減圧弁と、外部信号に応じた２次圧を出力する電磁減圧弁と、これら減圧弁の１次圧を供給する制御用ポンプと、前記減圧弁と前記電磁減圧弁との２次圧の高い方を選択するシャトル弁を設け、
前記ロードセンシングバルブは、
バルブボディ内に摺動自由に挿入されるスプールと、
前記スプールの一端側に前記可変絞り上流の油圧が導かれる上流側油室と、
大径部と小径部とから形成され、前記スプールに押圧力を及ぼすパイロットプランジャと、
前記パイロットプランジャの前記小径部側の後端面に臨んで形成され、前記可変絞り下流の油圧が導かれる下流側油室と、
前記パイロットプランジャの前記大径部と前記小径部との段差面に臨んで形成され、前記シャトル弁により選択された２次圧が導かれる２次圧油室を備えたことを特徴とするポンプ傾転角制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油圧シャベルなど建設機械への使用に適するロードセンシングシステムのポンプ傾転角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧シャベルなどのアクチュエータに可変ポンプを配管接続し、その途中に可変絞りを備える駆動回路において、ポンプの動力損失を小さく抑えるため、可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレータピストンと、可変絞りの上流側と下流側の差圧に応じてこれを設定差圧に保つようにレギュレータピストンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを設け、アクチュエータへの必要量に応じて可変ポンプの吐出量を調整するようにしたものが知られてる。
【０００３】
このようなロードセンシングシステムにおいて、アクチュエータの微量操作性（いわゆる、インチング性能）を高めるため、ロードセンシングバルブの差圧設定に可変ポンプの傾転角をフィードバックするようにしたものや、ロードセンシングバルブの設定差圧を外部信号に応じて電気的または油圧的に変化させるようにしたものがある（特開昭５８ー１４３１８７号公報，特開平３ー７４６０５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者ではポンプ傾転角が変位すると、ロードセンシングバルブの設定差圧が必ず変化するため、オペレータのレバー操作量（可変絞りの開度）とポンプ吐出量の間に１次的な比例関係が成り立たず、通常モード時においてはオペレータに違和感を与えるという問題点があった。また、ロードセンシングバルブの設定差圧にメカニカルな連動機構を介してポンプ傾転角をフィードバックするため、その連動機構の各部品の寸法公差やガタおよび使用中の摩耗などの影響を受けやすく、その調整も難しいという不具合があった。
【０００５】
後者では外部信号でロードセンシングバルブの設定スプリングに対抗して差圧を変えることにより、可変絞りの開度に比例するアクチュエータへの流量特性がインチングモードと通常モードとに切り替わるようになっているが、インチングモード時に何らかのトラブルで外部信号が途絶えると、ロードセンシングバルブの制御特性が差圧の大きい通常モードに戻るため、アクチュエータの動作速度が急に増加するという問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では、アクチュエータと可変ポンプを接続する駆動回路に可変絞りを介装し、前記可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレータピストンと、前記可変絞りの上流側と下流側の差圧に応じてこれを設定差圧に保つように前記レギュレータピストンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを備えるポンプ傾転角制御装置において、ポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応じた２次圧を出力する減圧弁と、外部信号に応じた２次圧を出力する電磁減圧弁と、これら減圧弁の１次圧を供給する制御用ポンプと、前記減圧弁と前記電磁減圧弁との２次圧の高い方を選択するシャトル弁を設け、前記ロードセンシングバルブは、バルブボディ内に摺動自由に挿入されるスプールと、前記スプールの一端側に前記可変絞り上流の油圧が導かれる上流側油室と、大径部と小径部とから形成され、前記スプールに押圧力を及ぼすパイロットプランジャと、前記パイロットプランジャの前記小径部側の後端面に臨んで形成され、前記可変絞り下流の油圧が導かれる下流側油室と、前記パイロットプランジャの前記大径部と前記小径部との段差面に臨んで形成され、前記シャトル弁により選択された２次圧が導かれる２次圧油室を備える。
【０００８】
【作用】
可変ポンプの吐出油は、可変絞りを通して流れ、その流量に応じた速度でアクチュエータを動作させる。このとき、可変絞りの上流側と下流側に差圧が発生し、ロードセンシングバルブに作用する。ロードセンシングバルブはレギュレータピストンの作動圧を制御し、可変絞りの前後差圧を設定差圧に保つようにポンプ傾転角を調整する。
【０００９】
制御用ポンプの吐出油は、電磁減圧弁と減圧弁の１次圧として供給される。電磁減圧弁は外部信号に応じた２次圧を出力し、減圧弁はポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応じた２次圧を出力する。そして、これら２次圧の高い方がシャトル弁を介してロードセンシングバルブの２次圧油室に作用する。
【００１０】
減圧弁のスプリングをインチングモードに適合するバネ定数に設定し、電磁減圧弁の外部信号を通常モードに適合する電流値に設定すると、通常モード時は電磁減圧弁を作動させるとその２次圧が選択され、ロードセンシングバルブの設定差圧を大きくする。そのため、可変絞りの流量が増加するので、アクチュエータはそれだけ速く動作する。また、外部信号により電磁減圧弁の２次圧を一定に制御すると、可変絞りの開度に比例するアクチュエータへの流量特性が得られるので、オペレータは何ら違和感なく、絞り開度の操作を行えることになる。
【００１１】
電磁減圧弁の作動をオフすると、減圧弁の２次圧がシャトル弁を介してロードセンシングバルブに導かれ、その設定差圧を小さくする。そのため、ポンプ吐出量が減少するため、可変絞りの開度変化に対して、アクチュエータへの流量変化が少なくなる。しかも、ロードセンシングバルブの設定差圧にポンプ傾転角が減圧弁の２次圧を介してフィードバックされるため、小流量時の絞り抵抗に伴う圧力損失を低減しつつ、良好なインチング性能を確保できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、３は油圧シャベルなどを駆動するアクチュエータ、１は斜板の傾転角に応じて吐出量が変化する可変ポンプで、これらは駆動回路２０を介して接続され、その回路途中にレバー操作可能な可変絞り２が介装される。ポンプ１の吐出量を制御するため、斜板の制御棒１ａに逆向きに作動する第１のレギュレータピストン４ａと第２のレギュレータピストン４ｂがそれぞれ連結される。
【００１３】
第１のレギュレータピストン４ａにロードセンシングバルブ５から制御圧が導かれ、第２のレギュレータピストン４ｂに駆動回路２０の可変絞り２上流からポンプ吐出圧が導かれ、これら駆動力がバランスする位置に斜板の制御棒１ａを変位させる。なお、第１のレギュレータピストン４ａの受圧面積は、第２のレギュレータピストン４ｂの受圧面積より大きく設定される。
【００１４】
ロードセンシングバルブ５は一端に駆動回路２０の可変絞り２上流からポンプ吐出圧が導かれ、他端に同じく可変絞り下流から負荷圧が導かれ、これらの差圧に対抗するスプリング５ａが備えられる。また、後述する回路２１を通して信号圧が導かれ、ロードセンシングバルブ５はこれらの圧力およびスプリング５ａのバランスする位置に制御され、その位置に応じてレギュレータピストン４ａの作動圧を調整する。
【００１５】
信号圧回路２１にはスプリング７ａのバネ力に応じた２次圧を出力する減圧弁７と、外部信号に応じた２次圧を出力する電磁減圧弁６が並列に介装され、これら減圧弁７，６の１次圧として吐出圧を供給する制御用ポンプ８と、これら２次圧の高い方を選択してロードセンシングバルブ５に導くシャトル弁１０が設けられる。
【００１６】
減圧弁７は２次側のパイロット圧に対抗するスプリング７ａの設定荷重に応じて開度が制御され、余剰油をタンク１２へ逃がすもので、スプリング７ａにレバー１３を介して第１のレギュレータピストン４ａが連結され、そのピストン変位に応じて支点１３ａを中心にレバー１３が回動し、スプリング７ａのバネ力を変化させることにより、ポンプ傾転角が小さいほどスプリング７ａが弱くなり、可変絞り２の差圧が小さくなる。電磁減圧弁６は信号電流に応じて作動するソレノイド６ａを備えるもので、２次側のパイロット圧に対抗するソレノイド６ａの励磁力に応じて開度が制御され、余剰油をタンク１２へ逃がすようになっている。
【００１７】
なお、減圧弁７には負荷圧の変動に対する応答遅れに起因するハンチング現象を抑制するため、２次側のパイロット圧を絞るオリフィス９が設けられる。１１は減圧弁７および電磁減圧弁６の１次圧を制限するリリーフ弁を示す。
【００１８】
ロードセンシングバルブ５についてその具体的な構成を説明すると、図２のようにバルブボデイ３０にスプール３１とパイロットプランジャ３２を備える。スプール３１はスリーブ３３内を摺動自由に挿入され、ポンプ吐出圧とスプリング５ａおよびパイロットプランジャ３２を介して作用する負荷圧と信号圧とのバランスする位置に変位し、第１のレギュレータピストン４ａ側へのポート３４に駆動回路２０の可変絞り２上流側へのポート３５とタンク１２側へのポート３６を選択的に接続する。スプール３１の一端側に油室３７が形成され、駆動回路２０の可変絞り２上流からポンプ吐出圧が油室３７に導かれる。スプール３１の他端側にバネ室３８が形成され、スプール３１をポンプ吐出圧に対抗して付勢するスプリング５ａが収装される。
【００１９】
パイロットプランジャ３２は大径部３２ａと小径部３２ｂとから形成され、バネ室３８の密閉するプラグ３９に同軸方向へ摺動自由に支持される。プランジャ３２の中間段差面に臨む油室４０と小径部３２ｂ側の後端面に臨む油室４１が形成され、油室４１に駆動回路２０の可変絞り２下流の負荷圧が導かれ、油室４０にシャトル弁１０の選択する信号圧が導かれ、パイロットプランジャ３２はこれらの圧力を受けてポンプ吐出圧に対抗する押圧力をスプール３１に及ぼす。４２はスプール３１側の油室３７を密閉するプラグ、４４はポート３５からポンプ吐出圧を油室３７に導く通路、４３はバネ室３８の油をタンク１２に戻すドレンを示す。
【００２０】
このような構成により、可変ポンプ１の吐出油が可変絞り２を通してアクチュエータ３へ流れると、可変絞り２の上流側と下流側に差圧が発生し、ロードセンシングバルブ５に作用する。ポンプ吐出圧が負荷圧とスプリング５ａおよび信号圧との総和よりも大きくなると、ロードセンシングバルブ５はＡポジションに切り替わり、第１のレギュレータピストン４ａの作動圧をポンプ吐出圧まで上昇させる。第２のレギュレータピストン４ｂと第１のレギュレータピストン４ａが同圧になると、その受圧面積差に基づく駆動力により、第１のレギュレータピストン４ａが第２のレギュレータピストン４ｂを押し戻しながら、斜板の制御棒１ａをポンプ吐出量の減少方向に変位させる。
【００２１】
可変ポンプ１の吐出量が減少し、ポンプ吐出圧が負荷圧とスプリング５ａおよび信号圧との総和よりも小さくなると、ロードセンシングバルブ５はＢポジションに切り替わり、第１のレギュレータピストン４ａの作動圧をタンク１２に開放する。そのため、第２のレギュレータピストン４ｂが第１のレギュレータピストン４ａを押し戻しながら、斜板の制御棒１ａをポンプ吐出量の増加方向に変位させる。
【００２２】
このような制御により、可変絞り２の前後差圧はロードセンシングバルブ５の設定差圧に調整され、可変絞り２のレバー操作量に応じてアクチュエータ３への流量を増減することが可能になる。ロードセンシングバルブ５に作用する差圧の設定はスプリング５ａと信号圧に依存する。この設定差圧を変更するため、信号圧回路２１に減圧弁７と電磁減圧弁６が並列に設けられ、制御用ポンプ８から減圧弁７および電磁減圧弁６の１次圧が供給され、これら２次圧の高い方がシャトル弁１０を介して選択され、信号圧としてロードセンシングバルブ５に導かれる。
【００２３】
減圧弁７のスプリング７ａをインチングモードに適合するバネ定数に設定し、電磁減圧弁６のソレノイド６ａに対する外部信号を通常モードに適合する電流値に設定すると、電磁減圧弁６の２次圧が減圧弁７の２次圧よりも高いため、通常モード時は電磁減圧弁６の２次圧が選択され、ロードセンシングバルブ５の設定差圧を大きくする。そのため、同一開度に対する可変絞り２の流量が増加するので、アクチュエータ３はそれだけ速く動作する。外部信号により電磁減圧弁６の２次圧を一定の高レベルに制御すると、図３の直線Ａで表すようなアクチュエータ３への流量特性が得られるので、レバー操作に連動する絞り開度に１次的に比例した流量となり、オペレータは何ら違和感ない操作感が得られる。
【００２４】
電磁減圧弁６の作動をオフすると、減圧弁７の２次圧がシャトル弁１０を介してロードセンシングバルブ５に導かれ、その設定差圧を小さくする。そのため、可変絞り２の流量が減少し、その絞り開度のレバー操作量に対する流量変化も少なくなる。ロードセンシングバルブ５の設定差圧にポンプ傾転角が減圧弁７の２次圧を介してフィードバックされるため、図３の曲線Ｂで表すようなアクチュエータ３への流量特性が得られる。つまり、絞り開度が小さいときは差圧が小さくなるようにフィードバックされるので、小流量時の絞り抵抗に伴う圧力損失を低減しつつ、良好なインチング性能を確保できる。
【００２５】
この場合、電磁減圧弁６の外部信号をオンーオフ的に制御することにより、インチングモードと通常モードとに選択可能になり、通常モード時の外部信号が途絶えても、減圧弁７の２次圧でバックアップされるため、ロードセンシングバルブ５の設定差圧がゼロに落ち、アクチュエータ３への流量が急減するようなことはなく、外部信号に対する良好なフェールセーフ機能を確保できる。
【００２６】
ポンプ傾転角をロードセンシングバルブ５の設定差圧にフィードバックするのも減圧弁７の２次圧に拠るため、メカニカルなフィードバック機構のようにロードセンシングバルブ５の配置に制約されるということはなく、レイアウトの自由度が拡大するというメリットが得られる。また、減圧弁７のスプリング７ａのバネ定数を変えることにより、可変絞り２を交換しなくても、その開度特性を変更できるので、実機マッチング調整も容易に行える。なお、電磁減圧弁６への信号電流値を任意に選択可能にすると、ロードセンシングバルブ５の設定差圧の調整範囲をさらに拡大できる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、アクチュエータと可変ポンプを接続するメイン回路に可変絞りを介装し、可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレータピストンと、可変絞りの上流側と下流側の差圧に応じてこれを設定差圧に保つようにレギュレータピストンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを備えるポンプ傾転角制御装置において、ポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応じた２次圧を出力する減圧弁と、外部信号に応じた２次圧を出力する電磁減圧弁と、これら減圧弁の１次圧を供給する制御用ポンプと、前記減圧弁と前記電磁減圧弁との２次圧の高い方を選択するシャトル弁を設け、前記ロードセンシングバルブは、バルブボディ内に摺動自由に挿入されるスプールと、前記スプールの一端側に前記可変絞り上流の油圧が導かれる上流側油室と、大径部と小径部とから形成され、前記スプールに押圧力を及ぼすパイロットプランジャと、前記パイロットプランジャの前記小径部側の後端面に臨んで形成され、前記可変絞り下流の油圧が導かれる下流側油室と、前記パイロットプランジャの前記大径部と前記小径部との段差面に臨んで形成され、前記シャトル弁により選択された２次圧が導かれる２次圧油室を備えたので、ポンプ傾転角すなわち流量に応じて変化する設定差圧に基づく流量特性と外部信号に応じた一定の設定差圧に基づく流量特性とを任意に選択できる。
【００２８】
また、減圧弁の２次圧をインチングモードに適合する低めの設定にし、電磁減圧弁の２次圧を通常モードに適合する高めの設定にすると、電磁減圧弁を作動させることにより、通常モード時に電磁減圧弁の２次圧が選択され、電磁減圧弁の作動を停止することにより、インチングモード時に減圧弁の２次圧が選択されるようになり、インチング性能の改善と通常操作性の向上との相反するオペレータ要求を満すことが可能になる。また、外部信号が何らかのトラブルで途絶えても、減圧弁の２次圧でロードセンシングバルブの設定差圧がバックアップされるため、外部信号に対するフェールセーフ機能も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表す構成図である。
【図２】同じくロードセンシングバルブの要部断面図である。
【図３】アクチュエータへの流量特性図である。
【符号の説明】
１  可変ポンプ
２  可変絞り
３  アクチュエータ
４ａ  第１のレギュレータピストン
４ｂ  第２のレギュレータピストン
５  ロードセンシングバルブ
５ａ  スプリング
６  電磁減圧弁
６ａ  ソレノイド
７  減圧弁
７ａ  スプリング
８  制御用ポンプ
９  オリフィス
１０  シャトル弁
１１  リリーフ弁
１２  タンク
３１  スプール
３２  パイロットプランジャ
【図１】
0003649485.tif 000002
【図２】
0003649485.tif 000003
【図３】
0003649485.tif 000004