(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータに、クローズドセンター型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、
前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、バランスシリンダ内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体を含むバランスピストン機構と、を備え、
前記バランスピストン機構は、前記バランスシリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室及び第四受圧室と、前記バランスシリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、
前記第一受圧室は、前記可変容量ポンプからの吐出後で前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力（ＰP）を導入され、
前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力（ＰL）を導入され、
前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、前記アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力（ΔＰLS）を導入され、
前記第四受圧室は、固定容量ポンプからの吐出後で比例制御弁通過後の比例弁二次側圧力（ＰCON）を導入され、
さらに、中間部に設けられたオリフィスを含み、前記アクチュエータ切換弁と前記第二受圧室とを接続する接続流路と、
前記接続流路から分岐して流体貯留部に接続される分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記流体貯留部側から前記第二受圧室側への作動流体の流入を許容するが、前記第二受圧室側から前記流体貯留部側への作動流体の排出を阻止する逆止弁と、
前記比例弁二次側圧力（ＰCON）が予め設定された所定圧以上のときに前記逆止弁を強制的に開弁する開放手段とを備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプシステムにおいて、
前記可動斜板の操作部は、サーボシリンダ内で軸方向摺動可能に設けられ、前記可動斜板と連動し、油圧を用いて駆動されるサーボピストンを含むサーボピストンユニットであることを特徴とするポンプシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のポンプシステムにおいて、
前記逆止弁は、前記所定圧以上のパイロット圧がパイロット流路に導入されることにより開弁される機能を有し、
前記開放手段は、前記比例制御弁の二次側と前記パイロット流路とを接続する開放用流路を含むことを特徴とするポンプシステム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のポンプシステムにおいて、
前記逆止弁は、ソレノイドを含み、前記ソレノイドへの通電により開弁される機能を有し、
前記開放手段は、
前記比例弁二次側圧力（ＰCON）を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出圧が前記所定圧以上のときに前記ソレノイドへの通電により前記逆止弁を開弁するように前記逆止弁を制御する制御部とを含むことを特徴とするポンプシステム。
【請求項５】
アクチュエータに、クローズドセンター型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、
前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、バランスシリンダ内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体を含むバランスピストン機構と、を備え、
前記バランスピストン機構は、前記バランスシリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室及び第四受圧室と、前記バランスシリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、
前記第一受圧室は、前記可変容量ポンプからの吐出後で前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力（ＰP）を導入され、
前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力（ＰL）を導入され、
前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、前記アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力（ΔＰLS）を導入され、
前記第四受圧室は、固定容量ポンプからの吐出後で比例制御弁通過後の比例弁二次側圧力（ＰCON）を導入され、
さらに、中間部に設けられたオリフィスを含み、前記アクチュエータ切換弁と前記第二受圧室とを接続する接続流路と、
前記接続流路から分岐して流体貯留部に接続される分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記流体貯留部側から前記第二受圧室側への作動流体の流入を許容するが、前記第二受圧室側から前記流体貯留部側への作動流体の排出を阻止する逆止弁と、
予め設定した所定条件の成立時に、前記アクチュエータ切換弁の開口面積を減少させ、前記アクチュエータ切換弁の二次側圧力を低下させるように制御するとともに、前記逆止弁を強制的に開弁するように制御する制御部とを備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載のポンプシステムにおいて、
前記可変容量ポンプと、前記バランスピストン機構と、前記オリフィスと、前記逆止弁との少なくとも一部は、ポンプケースの内部に設けられてポンプユニットが構成されることを特徴とするポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、バケット、アーム、ブーム等を用いた掘削作業機等の対地作業車両に使用されるポンプシステムであって、可変容量ポンプと、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体を含むバランスピストン機構とを備えるポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から例えば対地作業車両であるバックホーと呼ばれる掘削作業機では、旋回部である上部構造に、アーム、ブーム、及びバケットやフォーク等を含む掘削部を設け、掘削部を油圧シリンダ等の油圧アクチュエータで作動させることによって掘削作業を可能としている。例えば、特許文献１には、油圧操作装置を含むバックホーが記載されている。
【０００３】
特許文献１の掘削作業機の場合、ブームと旋回台との間に設けたブームシリンダ、アームと別のブームとの間に設けたアームシリンダ、アームとバケットとの間に設けたバケットシリンダ、及びクローラ式走行装置に設けたモータをそれぞれ備える。各シリンダ及びモータは、アクチュエータに相当する。例えば、ブームシリンダの伸縮によりブームを上下回動可能としている。また、第一から第四の油圧ポンプを含むポンプユニットが設けられており、エンジンの出力軸に第一から第四の油圧ポンプが並列に駆動できるように連結されている。第一油圧ポンプ及び第二油圧ポンプの吐出側にモータが接続されている。第一油圧ポンプの吐出側にブーム切換バルブ等のアクチュエータ切替弁が接続されている。第三油圧ポンプの吐出側にアーム切換バルブ等のアクチュエータ切換弁が接続されている。各切換弁は、パイロット式で、それぞれの操作部はパイロット油路を介してパイロットバルブと接続されている。パイロットバルブは操作レバーの回動によって切り換え、油圧シリンダを作動できるようにしている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２から６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１９９４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０５６６号公報
【特許文献３】特許第３７５２３２６号公報
【特許文献４】特公平４−９９２２号公報
【特許文献５】特開平６−１０８２７号公報
【特許文献６】特開２００７−１００３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたポンプユニットの場合、第一油圧ポンプとして可変容量ポンプを使用している。ただし、このポンプの容量を変更する具体的な構造は特許文献１には記載されていない。特許文献２には、可変容量ポンプを可動斜板式とし、その図２に示されるように可動斜板の操作力を軽減するために、ポンプケース内部の可動斜板に対して油圧ピストン機構等の斜板操作部を設けることが記載されている。
【０００６】
一方、特許文献３に記載されているように、従来から、可変容量型のポンプに付属する油圧ピストン機構等の斜板操作部に対し、ロードセンシングシステムに対応するレギュレータバルブによって流量制御することも考えられている。レギュレータバルブは、一方のパイロット室にポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧が導かれ、他方のパイロット室側にスプリングを設けている。また、レギュレータバルブは、ポンプ圧と最高負荷圧との差圧によって切り換わり、差圧がスプリングの押し付け力とバランスした切換位置でポンプ圧から制御圧を生成し、制御圧が導入された制御シリンダによりポンプの傾転角を制御するとされている。ポンプ圧が最高負荷圧よりもスプリングの押し付け力に相当する分だけ高くなるので、アクチュエータ側の負荷変動にかかわらず、その供給流量を一定に維持できるとされている。
【０００７】
また、ロードセンシングシステムにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出容量を制御し、負荷に必要な油圧に対応する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図り、消費エネルギの低減を図ることも考えられている。
【０００８】
ただし、上記の特許文献３に記載の技術では、斜板操作部の制御としてロードセンシングシステムを採用したものであり任意にポンプ吐出量を変更調整することは考慮されていない。このような特許文献３には、サーボピストン機構等の斜板操作部を備えるがロードセンシング機能を持たないポンプユニットに対し、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を図れるポンプユニットを実現する手段は開示されていない。
【０００９】
また、上記の特許文献３の技術で採用するロードセンシングシステムでは、他方のパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるので、制御圧が不安定になり、アクチュエータの制御が不安定になりやすい。このような課題を解決できる手段は、特許文献１から６のいずれにも開示されていない。このように、特許文献１から６に記載された技術では、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットと多くの部品の共通化を図れる構造で、ロードセンシングによりポンプの吐出余剰流量の削減を図り、消費エネルギ低減を図るとともに、ポンプの吐出量を安定して制御する面から改良の余地がある。
【００１０】
また、ポンプユニットを含むポンプシステムにおいて、可動斜板のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上させる面から改良の余地がある。
【００１１】
本発明に係るポンプシステムの目的は、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットに対し多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御でき、かつ、可動斜板のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる構成を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る第１のポンプシステムは、アクチュエータに、クローズドセンター型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、バランスシリンダ内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体を含むバランスピストン機構と、を備え、前記バランスピストン機構は、前記バランスシリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室及び第四受圧室と、前記バランスシリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、前記第一受圧室は、前記可変容量ポンプからの吐出後で前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力（ＰP）を導入され、前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力（ＰL）を導入され、前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、前記アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力（ΔＰLS）を導入され、前記第四受圧室は、固定容量ポンプからの吐出後で比例制御弁通過後の比例弁二次側圧力（ＰCON）を導入され、さらに、中間部に設けられたオリフィスを含み、前記アクチュエータ切換弁と前記第二受圧室とを接続する接続流路と、前記接続流路から分岐して流体貯留部に接続される分岐流路と、前記分岐流路に設けられ、前記流体貯留部側から前記第二受圧室側への作動流体の流入を許容するが、前記第二受圧室側から前記流体貯留部側への作動流体の排出を阻止する逆止弁と、前記比例弁二次側圧力（ＰCON）が予め設定された所定圧以上のときに前記逆止弁を強制的に開弁する開放手段とを備えることを特徴とするポンプシステムである。
【００１３】
本発明に係る第２のポンプシステムは、アクチュエータに、クローズドセンター型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、バランスシリンダ内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体を含むバランスピストン機構と、を備え、前記バランスピストン機構は、前記バランスシリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室及び第四受圧室と、前記バランスシリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、前記第一受圧室は、前記可変容量ポンプからの吐出後で前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力（ＰP）を導入され、前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力（ＰL）を導入され、前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、前記アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力（ΔＰLS）を導入され、前記第四受圧室は、固定容量ポンプからの吐出後で比例制御弁通過後の比例弁二次側圧力（ＰCON）を導入され、さらに、中間部に設けられたオリフィスを含み、前記アクチュエータ切換弁と前記第二受圧室とを接続する接続流路と、前記接続流路から分岐して流体貯留部に接続される分岐流路と、前記分岐流路に設けられ、前記流体貯留部側から前記第二受圧室側への作動流体の流入を許容するが、前記第二受圧室側から前記流体貯留部側への作動流体の排出を阻止する逆止弁と、予め設定した所定条件の成立時に、前記アクチュエータ切換弁の開口面積を減少させ、前記アクチュエータ切換弁の二次側圧力を低下させるように制御するとともに、前記逆止弁を強制的に開弁するように制御する制御部とを備えることを特徴とするポンプシステムである。
【００１４】
本発明に係るポンプシステムによれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出流量を制御できるので、負荷に必要な動力に対する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構を構成する受圧室の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。また、斜板の操作部はあるがロードセンシング機能を持たないポンプユニットの、多くの部品を使用して本発明に係るポンプシステムを構成でき、コスト低減を図りやすい。また、可動斜板のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる。
【００１５】
また、本発明に係るポンプシステムによれば、前記バランスピストン機構は、前記バランスシリンダの軸方向一端側に設けられた第四受圧室を含み、第四受圧室は、固定容量ポンプからの吐出後で比例制御弁通過後の比例弁二次側圧力（ＰCON）を導入されるので、例えば、ポンプユニットを駆動するためのエンジンの負荷や可動斜板の傾転角度等の任意の規制条件に応じて、可変圧力を制御する構成を採用することで、バランスピストンのピストン本体をエンジン負荷や傾転角度を抑制する方向に移動させる等、規制条件から外れることを有効に防止でき、ポンプユニットを使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るポンプシステムによれば、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットに対し多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御でき、かつ、可動斜板のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のポンプシステムを含む作業車両である掘削作業機の略図である。
【図２】図１の掘削作業機を構成する機器収容部内部に設けた複数の装置を、一部を省略して示す平面図である。
【図３】図１の掘削作業機の油圧回路の全体図である。
【図４】第１の実施の形態のポンプシステムを構成するポンプユニットの油圧回路の基本構成を示す図である。
【図５】同じくポンプユニットの横断断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】一部を省略して示す、図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】図６の左側から右側に見た図である。
【図１１】図６の上側から下側に見た図である。
【図１２】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】図６のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【図１５】図５のポンプユニットにおいて、サーボ機構を駆動するバランスピストン機構の作動を説明するための図である。
【図１６】ポンプシステムの比較例において、可動斜板のハンチング抑制のためのオリフィスを設ける場合の不都合を説明するための図である。
【図１７】第１実施形態のポンプシステムを、油圧回路を用いて示す図である。
【図１８】図１７の油圧回路で使用するパイロット操作式逆止弁を示す図である。
【図１９】第１実施形態により得られる効果を説明するための掘削作業機の作業の様子を示す図である。
【図２０】本発明に係る第２実施形態のポンプシステムの主要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図１５、図１７から図１９は、本発明に係る第１の実施の形態を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のポンプシステムを含む作業車両である、掘削作業機１０は、左右一対のクローラベルトを含む走行装置１２と、走行装置１２の中央部に配置された回転台１４と、回転台１４の中心部に設けられた旋回モータ１６と、走行装置１２の上側に、回転台１４により、上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に旋回可能に取り付けた旋回部である上部構造１８とを備える。なお、本発明のポンプシステムは、このような掘削作業機１０に搭載して使用する構成に限定するものではなく、作動油等の作動流体により駆動するモータ等、種々のアクチュエータを含む装置に使用できる。例えば、２の油圧モータで左右の車輪を独立駆動し掘削作業機を機体後部に搭載する農用トラクタ等の作業車両に本発明に係るポンプシステムを搭載して使用することもできる。また、以下では、ポンプユニットが２つの油圧ポンプを備える場合を説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、１つまたは３つ以上の油圧ポンプを備えるポンプユニットに、本発明を適用することもできる。
【００１９】
図１に示すように、上部構造１８は、上側に設けられて、蓋部により開口部を塞ぐ機器収容部２０を含む。機器収容部２０の内部に、駆動源であるエンジン２２、ポンプユニット２４、複数の方向制御弁２６ａ，２６ｂ、及び複数の切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが設けられている。また、機器収容部２０の上部外側に運転席３０が設けられている。運転席３０の前側及び左右片側または両側に、切換用パイロット弁と連係する操作レバーやペダル等の操作子３２が設けられている。
【００２０】
上部構造１８は、旋回モータ１６により、走行装置１２に対し上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に回動可能としている。また、走行装置１２に備えられる左右のクローラベルト２４０，２４２は、それぞれに対応する２の走行用モータ３４ａ、３４ｂ（図２）により車両の前進側または後進側に回転可能である。すなわち、左右のクローラベルトは、アクチュエータである、左右の走行用モータ３４ａ、３４ｂにより互いに独立して駆動される。また、走行装置１２の後側（図１の右側）に排土板であるブレード３６が取り付けられており、ブレード３６は、ブレードシリンダ３８（図２）の伸縮により上下に回動可能に、走行装置１２に支持されている。
【００２１】
上部構造１８の前部（図１の左部）に掘削部４０が取り付けられている。掘削部４０の下端部は、揺動支持部４２に支持されている。図２に示すように、揺動支持部４２は、上部構造１８の前部に、上下方向（図２の裏表方向）の軸４４を中心に回動可能である。揺動支持部４２と上部構造１８との間にスイングシリンダ４６が設けられている。図１に示すように、揺動支持部４２に、掘削部４０のブーム４８が、水平方向の軸５０を中心に揺動可能に支持されている。
【００２２】
掘削部４０は、ブーム４８と、ブーム４８の先端に上下回動可能に支持されたアーム５２と、アーム５２の先端に上下回動可能に支持されたバケット５４とを含む。ブーム４８の中間部と揺動支持部４２との間にブームシリンダ５６が取り付けられ、ブームシリンダ５６の伸縮によりブーム４８を上下回動可能としている。すなわち、ブームシリンダ５６は、ブーム昇降用であって、後述する図１６を参照するように、ブームロッド２６０が連結されたブームピストン２６２と、ブームピストン２６２の両側に設けられた伸張用圧力室２６４及び縮小用圧力室２６６とを含む。
【００２３】
ブーム４８の中間部とアーム５２の端部との間に、アームシリンダ５８が取り付けられ、アームシリンダ５８の伸縮によりアーム５２を、ブーム４８に対し回動可能としている。また、アーム５２の端部とバケット５４に連結したリンクとの間にバケットシリンダ６０が取り付けられ、バケットシリンダ６０の伸縮によりバケット５４をアーム５２に対し回動可能としている。図２に示すように、スイングシリンダ４６の伸縮により、掘削部４０（図１）全体を左右にスイング可能としている。ブームシリンダ５６、アームシリンダ５８、及びバケットシリンダ６０のそれぞれは、掘削部４０の昇降用シリンダである。
【００２４】
機器収容部２０に、エンジン２２と、エンジン冷却用のラジエータ６４と、エンジン２２に結合したポンプユニット２４と、ポンプユニット２４から作動流体である作動油を供給可能とする複数（本例の場合は８）の方向制御弁を含むバルブユニット６６と、油タンク６８と、エンジン用の燃料タンク（図示せず）とを配置している。ポンプユニット２４は、エンジン２２のフライホイール側に結合するギヤケース７０と、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂ（図１）に作動油を供給するためのパイロットポンプである、ギヤポンプ７２とを含む。なお、上部構造１８は、上記のような構成に限定するものではなく、例えば、上部構造の左右方向片側に運転席を設けるとともに、左右方向他側に油タンクやエンジン、ポンプユニット等を配置する機器収容部を設け、全体をボンネットにより被覆することもできる。
【００２５】
図３は、上記の掘削作業機１０（図１）の油圧回路の全体図である。図３に示すように、エンジン２２の出力軸に、ポンプユニット２４を構成する第１油圧ポンプ７４と、ギヤポンプ７２とを連結しており、これら各ポンプ７４，７２をエンジン２２により駆動可能としている。また、エンジン２２の動力は、大径歯車７６及び小径歯車７８により構成する増速機構８０により増速して、ポンプユニット２４を構成する第２油圧ポンプ８２に伝達可能とし、第２油圧ポンプ８２もエンジン２２により駆動可能としている。
【００２６】
第１油圧ポンプ７４に、それぞれに対応するクローズドセンター型のアクチュエータ切換弁である方向制御弁２６ａを介して、それぞれアクチュエータであるバケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側の走行用モータ３４ａを並列接続している。また、第２油圧ポンプ８２に、それぞれに対応するクローズドセンター型のアクチュエータ切換弁である方向制御弁２６ｂを介して、それぞれアクチュエータであるアームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側の走行用モータ３４ｂを並列接続している。
【００２７】
各方向制御弁２６ａ，２６ｂの左右端に設けた切換油室には、それぞれ切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの出力ポートが接続されている。また、各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂもクローズドセンター型であり各々の入力ポートは、ギヤポンプ７２の吐出口に並列接続されている。ギヤポンプ７２の吸入口は、油タンク６８に接続されている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部にそれぞれに対応して設けられる操作子３２により機械的に切換可能としている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの切換により、対応する方向制御弁２６ａ，２６ｂが油圧的に中立位置から作用位置へ切り換えられると、対応するシリンダ６０，５６，４６，５８，３８の伸長・収縮及び走行用モータ３４ａ，３４ｂや旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。また、旋回モータ１６に対応する方向制御弁２６ｂの切換により、旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。例えば、旋回モータ１６に方向制御弁２６ｂを介して第２油圧ポンプ８２の吐出口が接続されることで、上部構造１８（図１）を所望の方向へ左右旋回させることができる。なお、操作子３２は、十字方向にレバーを揺動操作可能とし、それぞれの方向の操作量で、異なる２つのアクチュエータの操作量の指示に対応させることもできる。方向制御弁２６ａ，２６ｂの作用位置にはアクチュエータへの吐出流量を徐々に増やす可変絞り弁が設けられる。したがって各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの操作量に応じて方向制御弁２６ａ，２６ｂの開度が任意に調整される。
【００２８】
また、左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の、モータ軸に対する傾きである、傾転角度を同時に変えるために、１の増速切換弁８４を設け、増速切換弁８４を、ギヤポンプ７２の吐出口に接続している。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の傾転角度を２段階で変化可能とする。例えば、増速切換弁８４は、走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板に連結された容積変更アクチュエータ８６の各々にギヤポンプ７２から同時給排されるように切り替えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が大きくなる。一方、容積変更アクチュエータ８６内の油を油タンク６８へ排出するように切り換えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が小さくなる。このため、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの速度変更が可能となる。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂで共通に設けている。増速切換弁８４は、運転席３０（図１）周辺部に設けた操作子３２のうち、２速切換レバーである操作子３２により切換可能としている。
【００２９】
各走行用モータ３４ａ，３４ｂは、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口に、方向制御弁２６ａ，２６ｂを介して接続している。方向制御弁２６ａ，２６ｂを油圧的に切り換える各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部に設けた操作子３２のうち、変速レバーとしての操作子３２により、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口を走行用モータ３４ａ，３４ｂの２つのポートのいずれに接続するかを切換可能とするとともに、走行用モータ３４ａ，３４ｂへの供給油量を変更可能としている。このため、対応する操作子３２の操作によって、前進と後進とにそれぞれ対応する、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの正転と逆転とが変更可能となるとともに、速度調節が可能となる。
【００３０】
左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂに対応する切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂ切換用の操作子３２によって給油量・給油方向を同じとすることで、作業車両が直進走行する。また、操作子３２を独立に操作して給油量・給油方向を異ならせることで、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの出力が異なり、掘削作業機１０（図１）の旋回が可能となる。
【００３１】
本実施の形態では、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａに、第１油圧ポンプ７４から作動油を供給可能とし、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側走行用モータ３４ｂに、第２油圧ポンプ８２から作動油を供給可能としている。このように構成する理由は、基本的に同時使用する頻度が高いアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動されるのを避けるようにして、異なるアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動された場合の圧力の干渉が生じることを少なくするためである。すなわち、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａは同時使用される頻度が少ない。また、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、及び右側走行用モータ３４ｂは同時使用される頻度が少ない。一方、旋回モータ１６は、アームシリンダ５８等の他のアクチュエータと同時に使用される頻度が高く、この場合の圧力干渉を少なくして、このアクチュエータ及び旋回モータ１６を高い速度で作動させる必要があるとともに、円滑な動作が損なわれることを防止する必要がある。この目的のため、上記のように増速機構８０を用いて、第２油圧ポンプ８２の吐出量が、第１油圧ポンプ７４の吐出量よりも多くなるようにしている。また、この構成により、旋回モータ１６のみを専用に駆動させるための別のポンプを設ける必要がなくなる。
【００３２】
図４は、本実施の形態のポンプシステムを構成するポンプユニット２４の油圧回路の基本構成を示す図である。ポンプユニット２４は、第１可変容量ポンプである第１油圧ポンプ７４と、第１油圧ポンプ７４の容量を変化させるための可動斜板９０と、第１斜板操作部であり第１サーボピストンユニットである第１サーボ機構９２と、第１サーボ機構９２に対し動力の伝達可能に接続される第１バランスピストン機構９４とを含む。
【００３３】
また、ポンプユニット２４は、第２可変容量ポンプである第２油圧ポンプ８２と、第２油圧ポンプ８２の容量を変化させるための可動斜板９０と、第２斜板操作部であり第２サーボピストンユニットである第２サーボ機構９６と、第２サーボ機構９６に対し動力の伝達可能に接続される第２バランスピストン機構９８とを含む。
【００３４】
各サーボ機構９２，９６は、後述するポンプケース１０８（図５、６、８参照）の本体の内壁に形成されるシリンダの内側に軸方向の摺動可能に設けられるサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に相対的に軸方向の摺動可能に設けられる方向切り換え弁を構成するスプール１０２とを含む。スプール１０２とサーボピストン１００との間に、スプール１０２を軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４を設けている。サーボピストン１００に、可動斜板９０に連結した操作ピン１０６を係合させ、サーボピストン１００の移動により可動斜板９０の傾転角度の変更を可能としている。
【００３５】
スプール１０２が一方向に移動すると、サーボピストン１００片側の受圧室から作動油がポンプケース１０８（図５）内の油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、圧力Ｐｃｈに調整された作動油がサーボピストン１００他側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、他側の受圧室内の圧力により押圧され、スプール１０２に追従して一方向に移動する。逆に、スプール１０２が他方向に移動すると、サーボピストン１００他側の受圧室から作動油が油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力Ｐｃｈで調整された作動油がサーボピストン１００片側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、スプール１０２に追従して他方向に移動する。
【００３６】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、後述するピストンケース１８０（図６，８参照）内に軸方向の摺動可能に設けられたピストン本体１１２を含む。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の小径部に対向する部分に、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出圧である、各方向制御弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過前の一次側圧力ＰP1（＝Ｐ１），ＰP2（＝Ｐ２）を導入している。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２の吐出側に接続され、電気信号の入力により減圧量を調節可能な可変減圧弁１１４から、調節された圧力ＰCON1、ＰCON2を導入可能としている。
【００３７】
また、各ピストン本体１１２の軸方向他端側の小径部に対向する部分に、各方向制御弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過後の二次側圧力、すなわち負荷側圧力（負荷圧）のうち、最高負荷圧ＰL1，ＰL2を導入している。例えば、複数のシャトル弁を含む回路部により、最高負荷圧を各バランスピストン機構９４，９８に導入可能とする。また、ピストン本体１１２の軸方向他端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、固定減圧弁１１６で所望圧に調整された圧力ΔＰLSを導入している。固定減圧弁１１６は、減圧量を予め設定した状態で一定に維持、すなわち固定されている。
【００３８】
そして、各バランスピストン機構９４，９８により、対応する方向制御弁２６ａ，２６ｂの通過前の一次側圧力ＰP1，ＰP2と最高負荷圧ＰL1，ＰL2との差圧である、ロードセンシング差圧（ＬＳ差圧）が予め設定した所望圧となるように、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０のポンプ軸に対する傾きである、傾転角度を制御している。すなわち、ロードセンシング差圧の変化に応じて、対応するバランスピストン機構９４，９８によりサーボ機構９２，９６を操作し、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０の傾転角度を変化させている。これについては、以下で詳しく説明する。
【００３９】
図３に戻って、各油圧ポンプ７４，８２は、初期位置において、可動斜板９０（図４）をポンプ軸に対し直交する平面に対しわずかに（例えば２度程度）傾けた状態が維持されるようにしてスタンバイしている。このため、エンジン２２駆動時には、対応するすべてのシリンダ等のアクチュエータを作動させず、対応する方向制御弁２６ａ，２６ｂ及び走行切換弁８８が中立位置で閉鎖状態（クローズ）にある場合でも、わずかに油圧ポンプ７４，８２から作動油が吐出される。これに伴って、油圧ポンプ７４，８２吐出側の油路にアンロード弁１１８をそれぞれ設けて、対応するすべての方向制御弁２６ａ（または２６ｂ）及び走行切換弁８８が中立位置にある場合に、アンロード弁１１８を開放して油タンク６８に作動油が排出されるようにしている。なお、このアンロード弁１１８は、方向制御弁２６ａ，２６ｂを作用位置にしたときにその出力油圧を切換信号として閉鎖側に導入して、油タンク６８への作動油排出を停止させるべく構成されている。
【００４０】
次に、図５から図１４を用いて、ポンプユニット２４の具体的構造を説明する。ポンプユニット２４は、上記の図４に示した回路構成を有する。以下の説明では、図１から図４に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００４１】
図５は、ポンプユニット２４の横断断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。図８は、図６のＢ−Ｂ断面図であり、図９は、一部を省略して示す図６のＣ−Ｃ断面図である。図１０は、図６の左側から右側に見た図であり、図１１は、図６の上側から下側に見た図である。図１２は、図６のＤ−Ｄ断面図であり、図１３は、図６のＥ−Ｅ断面図である。図１４は、回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【００４２】
図５に示すように、ポンプユニット２４は、２のアキシャルピストン型の可変容量ポンプを有するもので、ポンプケース１０８と、ポンプケース１０８に収容するそれぞれ可変容量ポンプである、第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２と、第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２と、２の可動斜板９０とを備える。また、図８に示すように、ポンプユニット２４は、第１サーボ機構９２及び第２サーボ機構９６と、第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８と、ギヤポンプ７２（図５）とを備える。
【００４３】
図５に示すように、ポンプケース１０８は、一端（図５の右端）に開口部を有するケース本体１２４と、ケース本体１２４の開口部を塞ぐとともに第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２に対する油給排を行うポートを形成したブロックである、ポートブロック１２６と、ポートブロック１２６のケース本体１２４と反対側に結合してフライホイールを包み込むラッパ（ホルン）形状のフライホイールハウジングを備えたギヤケース１２８とを含む。図６、図７に示すように、ポートブロック１２６の上面及び下面に、後述するキドニーポートに通じる複数のポートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を開口させている。また、図５に示すように、ケース本体１２４及びポートブロック１２６に第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２の両端部を軸受により両持ち支持状態で、回転可能に支持している。図１０に示すように、ギヤケース１２８のフライホイールハウジングにおいては、エンジン側端部の外周部周方向複数個所に孔部１３０を形成しており、各孔部１３０に挿通したボルト（図示せず）により、エンジン２２（図２）のマウンティング・フランジに結合可能としている。なお、ギヤケース１２８とフライホイールハウジングとは本実施の形態においては一体的に形成したが、両部材を分離自在に結合したものであっても構わない。
【００４４】
また、図５に示すように、ギヤケース１２８に、エンジン２２の出力軸に連結可能とする入力軸１３２を軸受により回転可能に支持してフライホイールハウジングの径方向略中央に位置させている。第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、同軸上に配置し、増速機構８０を構成する大径歯車７６の中心筒軸の内側にそれぞれスプライン係合させている。このため、第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、大径歯車７６を介して、互いに同期した回転を可能に結合される。
【００４５】
また、増速機構８０を構成する小径歯車７８の中心筒軸の内側に第２ポンプ軸１２２をスプライン係合させ、大径歯車７６及び小径歯車７８を噛合させている。このため、第２油圧ポンプ８２は、第１油圧ポンプ７４に対し増速機構８０のギヤ比により増速される。各歯車７６，７８の中心筒軸の両端部は、ポートブロック１２６及びギヤケース１２８に、それぞれ軸受により回転可能に支持されている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、増速機構８０等の複数の歯車７６，７８を、それぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持するともに、各ポンプ軸１２０，１２２をそれぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持し、対応するポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８同士を連結する構成を採用できる。このため、ポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８の強度及び耐久性の向上を図れ、油圧ポンプ７４，８２のメンテナンス作業が容易になる。
【００４６】
ポンプケース１０８内側にポンプ側空間である油溜め１１０を設けるとともに、増速機構８０を配置したギヤケース１２８内側に歯車側空間１３４を設けて、油溜め１１０及び歯車側空間１３４を互いに独立させている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、各ポンプ７４，８２に連動する歯車７６，７８を収容する部屋である歯車側空間１３４と、各ポンプ７４，８２を収容する部屋であるポンプ側空間とを、互いに油の流通不能に独立させる構成を採用できる。このため、各ポンプ７４，８２を駆動する動力の損失低減を図れる。油溜め１１０に油を充填させる一方、歯車側空間１３４に封入する油の量は少なくしている。例えば、図５で歯車側空間１３４に封入する油は、各歯車７６，７８の下端部が浸る程度としている。
【００４７】
また、図６、図９に示すように、ギヤケース１２８の歯車側空間１３４に面する支持壁内にはその軸受支持凹部１２８ａを上下に貫く油孔１３６を形成している。各油孔１３６において、ギヤケース１２８の外面に開口する上下端部は、着脱可能なプラグ１３８により塞いでいる。各油孔１３６は、各歯車７６，７８の上下位置歯先周辺部と対向するように形成した横穴１３６ａを介して歯車側空間１３４に通じさせている。このため、上側のプラグ１３８を取り外した状態で、各油孔１３６及び横穴１３６ａを通じて歯車側空間１３４に対する油の給排が可能となる。
【００４８】
図５に示すように、エンジン２２（図２）に連結するための入力軸１３２に、第１ポンプ軸１２０の一端面（図５の右端面）側に開口する軸方向孔１４０と、軸方向孔１４０に連通する、放射状に形成した径方向孔１４２とを設けている。径方向孔１４２の外端部は、軸受支持凹部１２８ａに開口させている。このため、図９に示すように、歯車側空間１３４内の油は各歯車７６，７８が回転したときにギヤポンプの作用で横穴１３６ａから油孔１３６を通じて軸受支持凹部１２８ａに到達し、入力軸１３２の各孔１４０，１４２を通じて、図５に示す、第１ポンプ軸１２０の一端部外周面と大径歯車７６内周面との間のスプライン部に供給することが可能となる。このため、スプライン部の耐久性をより有効に向上できる。なお、第２ポンプ軸１２２の小径歯車７８側の一端面（図５の右端面）も同様に軸受支持凹部１２８ａに開いているため、横穴１３６ａと油孔１３６とを経て軸受支持凹部１２８ａ内に放出される油によって、第２ポンプ軸１２２の一端部外周面と小径歯車７８内周面との間のスプライン部に十分に潤滑を施すことが可能となる。
【００４９】
次に、各油圧ポンプ７４，８２を説明する。各油圧ポンプ７４，８２は、ポンプ軸１２０，１２２にスプライン係合させることによりポンプ軸１２０，１２２と一体的に回転可能としたシリンダブロック１５４と、シリンダブロック１５４のシリンダに往復動可能に収容された複数のピストン１５６と、シリンダブロック１５４の内周面とポンプ軸１２０，１２２の外周面との間に設けたバネとを備える。バネは、ピンを介して、外周面が球面状のワッシャにより、各ピストン１５６の一端に支持したシューを可動斜板９０側に押圧する機能を有する。
【００５０】
また、各油圧ポンプ７４，８２は、ポートブロック１２６の片面側(図５の左側)に面方向の位置ずれを防止するように支持した弁板１４４を備える。弁板１４４は、上下方向の両側でそれぞれポンプ軸１２０，１２２と平行方向に貫通した、それぞれ略円弧形の吸入ポート及び吐出ポートを有する。吸入ポートは、図７に示す車両搭載状態でポートブロック１２６の下側に形成した吸入油路Ｕ１，Ｕ２に通じさせ、吐出ポートは、図７に示すポートブロック１２６に上側に形成した吐出油路Ｕ３，Ｕ４に通じさせている。各油路Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の一端には、ポートブロック１２６の片面（図７の表面）に開口するキドニーポートが設けられており、それぞれ弁板１４４の吸入ポートまたは吐出ポートに通じさせている。ポートブロック１２６の下面及び上面の幅方向（図７の左右方向）両側に、それぞれ第１油圧ポンプ７４（図５）用または第２油圧ポンプ８２（図５）用である、入口ポートＴ１，Ｔ２と出口ポートＴ３，Ｔ４とを、それぞれ開口させている。このような構成では、ポンプユニット２４（図６）に対し、下側から作動油が吸入され、上側から作動油が排出される。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、出口ポートＴ３，Ｔ４を上向きに配置するように、作業車両に取り付けて使用するので、ポンプユニット２４に対するバルブ配管の取付作業が容易に行える。
【００５１】
また、各入口ポートＴ１，Ｔ２に油を供給するために、図１０に示すように、ポンプユニット２４に供給配管１４６を接続可能としている。供給配管１４６のポンプユニット２４接続側とは反対側の端部は、外部の油タンク６８（図２）に接続される。また、供給配管１４６は、ポンプユニット２４接続側で、本体部１４８と、本体部１４８の直径よりも小さくなった小径部１５０とに分岐させている。本体部１４８は、少なくともポンプユニット２４接続側で略直線状に設けられている。小径部１５０の上端部は、第１油圧ポンプ７４側の入口ポートＴ１に接続され、本体部１４８の上端部は、第２油圧ポンプ８２側の入口ポートＴ２に接続されている。このように直径が大きい配管を第２油圧ポンプ８２側に接続し、直径が小さい配管を第１油圧ポンプ７４側に接続しているのは、増速機構８０（図５）により、第２油圧ポンプ８２の回転が第１油圧ポンプ７４よりも増速され、第２油圧ポンプ８２で第１油圧ポンプ７４よりも単位時間当たりの吐出容量が大きくなり、必要な吸い込み油量に対応するようにするためである。なお、供給配管として、このように分岐型の構成を用いず、各入口ポートＴ１，Ｔ２に、互いに独立した内径寸法の異なる２の供給配管を接続することもできる。
【００５２】
このように、２以上の吐出容量が異なるポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、吐出容量が大きい油圧ポンプ８２の供給配管である本体部１４８は略直線状に設けられ、本体部１４８から、吐出容量が小さい油圧ポンプ７４の供給配管である小径部１５０を分岐させる構成を採用できる。このため、吐出容量大の油圧ポンプ８２での吸い込み流量が、吐出容量小の油圧ポンプ７４よりも大きくなるのにもかかわらず、供給配管１４６内でキャビテーションが発生するのを有効に防止できる。
【００５３】
また、図６、図７に示すように、吸入油路Ｕ１，Ｕ２のポートブロック１２６の弁板１４４側に開口する弓形開口部であるキドニーポートの中間部に、弁板１４４の下側に外れる位置まで伸ばした延長部１５２を設けている。延長部１５２の下端部は、ケース本体１２４の一端開口を通じて、油溜め１１０に通じさせる。このため、各油圧ポンプ７４，８２等のケース本体１２４内の要素から油が漏れ出して油溜め１１０に溜まるとしても延長部１５２を通じて、弁板１４４の吸入ポートから直ぐ吸入されるようにしている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、複数のポンプ７４，８２から漏れ出た油が溜まるポンプケース１０８内に、各油圧ポンプ７４，８２の吸入ポートを連通させた構成を採用できる。このため、ポンプケース１０８内の余剰油を配管等を介してリザーバタンクに戻す必要がなくなり、配管を省略または少なくでき、部品点数の削減によるコスト低減を図れる。
【００５４】
また、ケース本体１２４の外面に、外接式ギヤポンプ７２のケース１５８を固定し、ギヤポンプ７２のギヤポンプ軸を、ポンプケース１０８の内側で第１ポンプ軸１２０と結合固定している。また、ギヤポンプ軸に、駆動歯車（またはインナーロータ）を固定している。ギヤポンプ７２は、駆動歯車に従動歯車を噛合させるか、または、アウターロータをインナーロータに対し偏心させつつ回転させるトロコイドポンプ等とすることができる。なお、図示は省略するが、ギヤポンプ７２のケース１５８の外面からギヤポンプ軸を突出させ、その突出させた部分に、他の装置に連結するための動力伝達部を設けることもできる。例えば、動力伝達部は、ギヤポンプ軸の端部に雄スプライン部または雌スプライン部を形成することにより構成できる。例えば、この動力伝達部に図示しない冷却ファンの回転軸を、スプライン結合することができる。
【００５５】
また、図５、図６、図８に示すように、各可動斜板９０は、斜板操作部である対応するサーボ機構９２，９６により傾転角度を変更可能としている。各可動斜板９０は、各ピストン１５６と反対側面である、断面円弧形の凸状面部１６０と、上側に向く上面部１６２とを有する。ケース本体１２４に固定の部材に凸状面部１６０と合致する断面円弧形の凹状面部を設けており、凹状面部に沿って凸状面部１６０を摺動可能としている。図８に示すように、上面部１６２に上下方向に操作ピン１０６を結合しており、操作ピン１０６を、サーボ機構９２，９６を構成するサーボピストン１００に係合させている。
【００５６】
各サーボ機構９２，９６は、各ポンプ軸１２０，１２２に対し直交する方向に対し平行なシリンダ１６４内に軸方向の摺動可能に設けられた中空状のサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に軸方向の摺動可能に設けられた方向切換弁である、スプール１０２と、スプール１０２にサーボピストン１００に対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４とを備える。各サーボピストン１００は、その外表面に、対応する可動斜板９０に結合された操作ピン１０６と係合する係止部である係止溝１６６と、複数の内部油路とを含む。係止溝１６６は、シリンダ１６４の軸方向と直交する方向に設けられている。
【００５７】
図１５は、ポンプユニット２４において、サーボ機構９２（９６）を駆動するバランスピストン機構９４（９８）の作動を説明するための図である。図１５に示すように、サーボピストン１００に、第１油路１６８、第２油路１７０及び第３油路１７２を設けている。第１油路１６８は、ギヤポンプ７２の吐出口に接続された油路に接続されるもので、所定の調整圧をピストン１００外周面側からピストン１００内周面側に導入する機能を有する。また、第２油路１７０は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストン１００の軸方向一側（図１５の左側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向他端面（図１５の右端面）に他端を開口させている。また、第３油路１７２は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストンの軸方向他側（図１５の右側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向一端面（図１５の左端面）に他端を開口させている。
【００５８】
スプール１０２は、外周面に設けられ、第１油路１６８のピストン１００内周面側開口端と、第２油路１７０または第３油路１７２の一端開口とに同時対向可能とする円環状の溝部１７４を含む。溝部１７４は、第１油路１６８及び第２油路１７０を連通させる状態と、第１油路１６８及び第３油路１７２を連通させる状態とを切り換える機能を有する。また、サーボ機構９２，９６は、対応するバランスピストン機構９４，９８を構成するピストン本体１１２とスプール１０２との間に設けられ、スプール１０２をピストン本体１１２の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材であるアーム部材１７６を備える。
【００５９】
また、スプール１０２は内側に油路２３８を設けており、油路２３８は、図６のケース本体１２４内の油溜め１１０に常に連通させている。油路２３８は、第１油路１６８及び第２油路１７０が溝部１７４を介して連通した状態で、第３油路１７２と連通し、第１油路１６８及び第３油路１７２が溝部１７４を介して連通した状態で、第２油路１７０と連通する。
【００６０】
図８に示すように、各サーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部の内部空間に収容しており、それぞれの内部空間の上部にアーム部材１７６の上端部を突出させるための開口部１７８を設けている。また、ケース本体１２４の上側にピストンケース１８０を、締結部材であるボルトにより結合固定している。そしてピストンケース１８０に、各サーボ機構９２，９６にそれぞれ対向する第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８を収容している。各バランスピストン機構９４，９８は、対応するサーボ機構９２，９６のスプール１０２に対し、同期した移動を可能に接続され、バランスシリンダであるシリンダ１８２と、シリンダ１８２内での軸方向摺動可能に設けられたピストン本体１１２とを含む。各サーボ機構９２，９６のスプール１０２と、対応するピストン本体１１２との間にアーム部材１７６を設けている。
【００６１】
図６に示すように、アーム部材１７６は、上下方向の同軸上に設けた上軸１８４及び下軸１８６と、両軸１８４，１８６の間に結合したフランジ１８８と、フランジ１８８の先端部上面に上下方向に立設した支持軸１９０とを含む。図８に示すように、上軸１８４は、ピストン本体１１２の中間部全周に設けた係止溝１９２に係合させ、下軸１８６は、スプール１０２の中間部全周に設けた係止溝１９４に係合させている。この構成により、サーボ機構９２，９６のスプール１０２は、対応するバランスピストン機構９４，９８のピストン本体１１２の軸方向の移動に同期した移動を可能としている。
【００６２】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、シリンダ１８２の軸方向一端側に設けられた第一受圧室１９６及び第四受圧室１９８と、シリンダ１８２の軸方向他端側に設けられた第二受圧室２００及び第三受圧室２０２とを含む。第一受圧室１９６には、可変容量ポンプである第１、第２各油圧ポンプ７４，８２の吐出圧であって、アクチュエータ切換弁である方向制御弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入され、第二受圧室２００には、方向制御弁２６ａ，２６ｂを通過後の最高負荷圧ＰL（以下、単に「負荷圧ＰL」という。）が導入される。また、第三受圧室２０２には、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入される。設定ロードセンシング圧ΔＰLSは、方向制御弁２６ａ，２６ｂの作用位置での定常状態で、方向制御弁２６ａ，２６ｂの通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力である。図１５に示すように、ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLを調整して得られた圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により所望値に減圧して、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが得られるようにしている。
【００６３】
また、図８に示すように、ピストンケース１８０の上面で、２のバランスピストン機構９４，９８同士の間の幅方向中間部の上側と対向する位置に、弁ケース２０４を固定している。図１２に示すように、弁ケース２０４に、各バランスピストン機構９４，９８（図８）で共通の固定減圧弁１１６を設けている。固定減圧弁１１６は、シリンダと、シリンダに対し摺動可能に設けられた弁体２０６と、弁ケース２０４に固定のキャップ２０８と、キャップ２０８にねじ結合されたネジ軸２１０と、ネジ軸２１０により押圧される間座２１２と、弁体２０６と間座２１２との間に設けたバネ２１４とを備え、バネ２１４により弁体２０６を一方向に付勢している。弁ケース２０４の図示しない油路を通じてギヤポンプ７２（図１５）からの圧力Ｐｃｈが弁体２０６を配置した空間に導入されている。圧力Ｐｃｈは、バネ２１４の付勢力に応じて減圧され、油路を通じて各第三受圧室２０２（図８）に設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。図１２に示すように、固定減圧弁１１６による減圧量は、ネジ軸２１０のキャップ２０８内側への進入量を調整してバネ２１４の付勢力を変更することにより調整可能である。
【００６４】
図１３に示すように、第四受圧室１９８は、対応する比例制御型の可変減圧弁１１４により、ギヤポンプ７２（図１５）の吐出圧が減圧された後の可変圧力を導入可能としている。すなわち、第四受圧室１９８は、任意に設定自在な可変圧力を導入される。通常時には、ギヤポンプ７２から第四受圧室１９８に導入される作動油を遮断することができる。各可変減圧弁１１４は、比例ソレノイド２１６と、比例ソレノイド２１６により減圧量を制御される減圧弁本体２１８とを有し、比例ソレノイド２１６には、例えばエンジン２２（図２）の負荷を表す信号が入力される。エンジン負荷が高い場合には、比例ソレノイド２１６は、減圧弁本体２１８に二次側の圧力ＰCONの減少量を低くし、圧力Ｐｃｈに近い圧力が第四受圧室１９８に導入されるように減圧量を規制する。また、比例ソレノイド２１６は、ピストンケース１８０の水平方向に向いた側面から突出する状態で固定されている。また、比例ソレノイド２１６に、指令信号を入力するためのケーブル２２０が接続されている。
【００６５】
このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、作業車両に搭載する場合に、可動斜板９０のそれぞれに連動させるサーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部に設けられ、バランスピストン機構９４，９８を収容する部材であるピストンケース１８０は、サーボ機構９２，９６の上側に設けられている。このため、機器収容部２０（図１）に通例のごとく備えられたボンネットを開放することでメンテナンス作業を容易に行える。
【００６６】
また、図８に示すように、各可動斜板９０の傾転角度を検知するために、各可動斜板９０にそれぞれ対応する２のポテンショメータである回転角度センサ２２２を設けている。このために、ピストンケース１８０の上側で、各バランスピストン機構９４，９８の上側に対向する２個所位置に、センサ支持部材２２４を締結部材であるボルトにより結合固定している。各センサ支持部材２２４は、ピストンケース１８０と弁ケース２０４との上側に、それぞれ固定している。各センサ支持部材２２４の上側に回転角度センサ２２２を固定し、センサ軸２２６を上下方向に向けている。センサ軸２２６の下端部は、センサ支持部材２２４の下面から下側に突出させている。
【００６７】
一方、上記で説明したように、各サーボ機構９２，９６と、対応するバランスピストン機構９４，９８との間に係合させたアーム部材１７６は、支持軸１９０（図６）を有する。支持軸１９０は、ピストンケース１８０に上下方向に貫通した孔部を通じてピストンケース１８０の上側に突出させ、その突出させた部分に回転角度検出用レバーである、第１レバー２２８の中間部を結合している。また、第１レバー２２８の先端部にピンにより、回転角度検出用レバーである第２レバー２３０の一端部を揺動可能に支持している。第２レバー２３０の他端部は、センサ軸２２６の下端部に結合固定されている。このため、可動斜板９０の傾転角度が変化し、スプール１０２がサーボピストン１００に追従して移動すると、アーム部材１７６の上軸１８４及び下軸１８６が、図６の裏表方向に移動し、これに伴って、支持軸１９０がピストンケース１８０の孔部中心に回転し、第１、第２各レバー２２８，２３０がそれぞれ揺動するので、回転角度センサ２２２のセンサ軸２２６が回転する。したがって、回転角度センサ２２２により、可動斜板９０の傾転角度に対応する回転角度が検出可能となる。ピンにより連結した各レバー２２８，２３０と、回転角度センサ２２２とにより、回転角度検出ユニットを構成している。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、ポンプケース１０８またはポンプケース１０８に固定の部材に回転可能に支持された２以上の支持軸１９０を備え、各支持軸１９０は、対応する回転角度センサ２２２に連結されるとともに、対応する可動斜板９０の動きと連動する回転を検出可能とする構成を採用できる。
【００６８】
また、図１２、１４に示すように、各第１レバー２２８の第２レバー２３０（図６）結合側とは反対側の端部（図１２の左端部）に、水平方向に初期位置設定用のネジ軸２３２の端部を突き当てている。各ネジ軸２３２はストッパとして機能し、ピストンケース１８０の上面に固定の部材に立設した板部２３４に挿通させ、両側からナットを締め付けることで、板部２３４に対するネジ軸２３２の突出量を調整可能としている。このため、可動斜板９０（図５）の初期位置である初期の傾転角度を任意に設定でき、操作レバーやペダル等の操作子３２（図３）が中立位置にあってモータ等のアクチュエータ２３６（図１５参照）の非作動時でも各油圧ポンプ７４，８２からわずかに作動油が吐出されるようにスタンバイしている。
【００６９】
図１１に示す回転角度センサ２２２の検出値は、コントローラ３０４（図１７）に入力する。コントローラ３０４は、可動斜板９０（図５）の傾転角度が予め設定した閾値以上に大きくなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。これにより、第四受圧室１９８（図１３）に大きな圧力が導入され、可動斜板９０の傾転角度が所望の範囲内に維持されるように規制される。
【００７０】
また、コントローラ３０４には、エンジン２２（図２）からエンジン回転数も入力され、エンジン２２の負荷が予め設定した閾値以上に高くなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。この場合、可動斜板９０の傾転角度を小さくし、エンジン２２の負荷が小さくなるように、可動斜板９０の傾転角度が規制される。
【００７１】
次に、図１５を用いて本実施の形態により得られる効果を説明する。なお、図１５は、ポンプ７２，７４に対するサーボ機構９２（または９６）、バランスピストン機構９４（または９８）、及びアクチュエータの接続関係を模式的に表したものである。また、モータのごときアクチュエータ２３６を１つ示しているが、これは説明の便宜上のためで、実際には、図３に示すようにギヤポンプ７２からはサーボ機構９２（または９６）及びバランスピストン機構９４（または９８）に対応するバケットシリンダ６０等のシリンダ、走行用モータ３４ａ等のモータ等の並列接続された複数のアクチュエータに、作動油が供給されるようにしている。また、以下の説明では、第１油圧ポンプ７４の可動斜板９０の傾転角度を制御する場合を代表して説明するが、第２油圧ポンプ８２の場合も同様である。図１５に示すように、可動斜板９０の傾転角度は、サーボ機構９２とバランスピストン機構９４と可変減圧弁１１４と固定減圧弁１１６とにより制御されている。
【００７２】
ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLから調整された圧力Ｐｃｈが、サーボピストン１００の第１油路１６８に導入されている。また、バランスピストン機構９４の第一受圧室１９６には、方向制御弁２６ａの通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入されている。また、第二受圧室２００には、各方向制御弁２６ａを通過後の二次側の負荷圧ＰLが導入されている。また、第三受圧室２０２には、圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により減圧して得られた設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。また、ピストン本体１１２の両側に加わる圧力が以下の条件で釣り合うようにしている。
（一次側圧力ＰP）＝（設定ロードセンシング圧ΔＰLS）＋（負荷圧ＰL）
【００７３】
エンジン始動時に、可変減圧弁１１４による圧力ＰCONがゼロで、かつ、クローズドセンター型の方向制御弁２６ａが中立位置にある場合にポンプ７２，７４が駆動されると、図１５に示すように第一受圧室１９６には一次側圧力ＰP（アンロード圧）が作用し、第三受圧室２０２には設定ロードセンシング圧ΔＰLSが、それぞれ作用する。第二受圧室２００に作用する負荷圧ＰLはゼロであるため、ＰP＞ΔＰLS＋ＰLとなり、ピストン本体１１２が図示位置に移動する。ピストン本体１１２がこの位置にあるとき前述のアーム部材１７６（図８）、支持軸１９０、ネジ軸２３２（図１２）によるストッパによってそれ以上の図１５の紙面右方向への移動は阻止され、ピストン本体１１２と連係するサーボ機構９２のスプール１０２にサーボピストン１００が追従し、可動斜板９０は油圧ポンプ７４から吐出される油量を規定した最小値に維持するように傾転し待機する。
【００７４】
次に、方向制御弁２６ａを中立位置から外れた作用位置に保持する場合には第二受圧室２００への負荷圧力ＰLが生じるものの、方向制御弁２６ａの通過前後の差圧に変動がないので、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が保たれてピストン本体１１２がその位置に維持され、油圧ポンプ７４から一定の油量が吐出される。これに対して、方向制御弁２６ａの中立位置から作用位置へ至る切換の過渡的な状態では、それまで堰き止められていた油がアクチュエータ２３６へ流れ始めた瞬間、一次側圧力ＰPは低くなり、負荷圧ＰLの値に近づく方向に方向制御弁２６ａの通過前後の差圧が変化する。よって、ＰP＜ΔＰLS＋ＰLの関係となる。よって、ピストン本体１１２に加わる図１５の紙面右方向への推力と左方向への推力とのバランスが崩れて、ピストン本体１１２が、「吐出量大方向」である、図１５の左方向へ移動する。これに伴って、サーボ機構９２のスプール１０２及びサーボピストン１００が図１５の左方向へ移動する。そして、可動斜板９０の傾転角度が大きくなり、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が増える。
【００７５】
その後、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が上昇し、時間経過とともに前記の可変絞り弁の通過前後で差圧の変動が解消し、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が成立した時点で、ピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への推力が左方向への推力とバランスしてピストン本体１１２の左方向への移動は停止する。この場合、サーボ機構９２を介して可動斜板９０の傾転角度がその位置に維持され、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が一定に維持され、所望のアクチュエータ作動油量が得られる。切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂを中立位置にすればアンロード弁１１８が開放作動しピストン本体１１２が図１５の位置に戻る。
【００７６】
このように、本実施の形態によれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じて油圧ポンプ７４，８２の吐出油量を制御できるので、負荷に必要な油圧動力に対する流量を油圧ポンプ７４，８２から吐出させつつ、油圧ポンプ７４，８２から吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構９４，９８を構成する受圧室１９６，１９８，２００，２０２の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。
【００７７】
さらに、斜板操作部である、サーボ機構を設けた従来品のポンプユニットの多くの部品の共通化を図れる。例えば、本実施の形態では、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットの、多くの部品を使用して、本実施の形態のポンプユニット２４を構成できる。このため、従来品にロードセンシング機能を持たせる構成をオプションとして装着してポンプユニット２４を構成することができ、その場合に、油圧ポンプ７４，８２側の部品に大幅な変更を加えることがなく、コスト低減を図りやすい。この結果、ポンプユニット２４によれば、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットの、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、油圧ポンプ７４，８２の吐出量をより安定して制御できる。
【００７８】
また、バランスピストン機構９４，９８は、さらにピストン本体１１２の軸方向一端側で前記第一受圧室１９６に隣接して設けられた第四受圧室１９８を含み、第四受圧室１９８には、可変減圧弁１１４によって任意に設定自在な可変圧力を導入する。これにより第四受圧室１９８からの推力は第一受圧室１９６からの推力に加担されピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への移動を強め、前記第二、第三受圧室２００，２０２からの図１５の紙面左方向への推力の抵抗となる。このため、例えば、本実施の形態のように、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが作用位置に操作され油圧ポンプ７４，８２が所望の油量を吐出しているときに、ポンプユニット２４を駆動するエンジン２２の負荷が所定値に達したり可動斜板９０が所定の傾転角度に達した場合など、ポンプ吐出油量をそれ以上に増やす必要がない、或いは、油量を現状から低減させる必要が生じたときには、それぞれ外部信号に応じて可変減圧弁１１４の二次側可変圧力であり、ギヤポンプ７２からの吐出後で可変減圧弁１１４通過後の比例弁二次側圧力ＰCON（０≦Ｐｃｏｎ≦Ｐｃｈ）を制御する。このため、油圧ポンプ７４，８２の最大吐出量設定や、エンジン２２負荷制御に有効に利用できる。したがって、ポンプユニット２４を使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【００７９】
また、可動斜板９０の操作部として上記のようなサーボ機構９２，９６を設けているので、バランスピストン機構９４，９８がこのサーボピストン１００を駆動する。このため可動斜板９０の操作力を低減できるとともに、可動斜板９０の傾転角度をより安定して制御できる。なお、可動斜板９０の操作部である、サーボピストンユニットは、上記のようなサーボ機構９２，９６に限定するものではなく、油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットであれば、種々の構造を採用できる。例えば、サーボピストンユニットとして、各ポンプ軸１２０，１２２と平行なシリンダを設け、シリンダに軸方向の摺動可能にサーボピストンをポンプケースに設け、このサーボピストンと可動斜板９０とを操作ピンを介して連結し、サーボピストンを軸方向に変位させることにより可動斜板９０の傾転角度を変更可能とする構成を採用することもできる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、ポンプユニット２４は、エンジン２２側より順に、ギヤケース１２８、ポートブロック１２６、ケース本体１２４が配置されるように、互いにボルト等により結合されている。ただし、その配置順は、自由に変更することができる。また、ギヤケース１２８は、エンジンマウンティングフランジと呼ばれるエンジン２２結合用フランジを分離可能に結合させることもできる。この場合、エンジン２２の種類に応じて、エンジン結合用フランジのみを交換することで、部品を大きく変更することなく、種々のエンジン２２に取り付けることが可能となる。
【００８１】
また、図示は省略するが、本実施の形態において、サーボ機構９２，９６を構成するシリンダ１６４を有するポンプケース１０８のカバー１０８ａ（図８）に、内外を貫通させる孔を形成し、この貫通孔は油圧ポンプ７４，８２の正常稼動時には油密的に封鎖しておき、バランスピストン機構９４，９８の故障時に、緊急的に貫通孔にボルトを進退自在に装着するようにしてもよい。ボルトの先端部を、サーボビストン１００の軸方向端面に刻設したネジ孔に螺着させるとカバー１０８ａ方向に引き出すことができる。したがって可動斜板９０の傾転角度が大きくなるように、サーボピストン１００を手動で移動可能とすることもできる。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、可動斜板９０の動きと連動するサーボピストン１００のそれぞれを、バランスピストン機構９４，９８で操作可能とする構成において、サーボピストン１００を手動でポンプ作用方向に移動可能とし、その状態を維持するボルト等の操作手段を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用することで、バランスピストン機構９４，９８を含む装置が故障した場合でも、走行用モータ３４ａ，３４ｂ等のアクチュエータを作動させることができ、掘削作業機１０等の作業車両を、修理工場まで自走可能になる等、フェイルセーフを実現できる。なお、図１５に示す例では、切換用パイロット弁２８ａ（２８ｂ）の作動圧設定用のリリーフ弁２４３を設けているが、このリリーフ弁２４３は場合により省略することもできる。
【００８２】
本実施形態のポンプシステムの基本構成は、上記で説明したとおりであるが、本実施形態の場合、さらに、可動斜板９０のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上するために、後述する特別な構成を採用している。まず、この特別な構成を考え付いた理由を、比較例を示す図１６を用いて説明する。
【００８３】
図１６は、ポンプシステムの比較例において、可動斜板のハンチング抑制のためのオリフィスを設ける場合の不都合を説明するための図である。図１６の比較例の基本構成自体は、上記の図１〜１５の本実施形態の基本構成と同様であり、以下の図面では図１〜１５に示した要素と同一の要素または対応する要素には同一の符号を付して説明する。図１６の比較例では、可変容量ポンプである第１油圧ポンプ７４の吐出口をクローズドセンター型のアクチュエータ切換弁である方向制御弁２６ａを介して、アクチュエータであるブームシリンダ５６の伸張用圧力室２６４と縮小用圧力室２６６とのいずれか１つに接続可能としている。方向制御弁２６ａの切換により第１油圧ポンプ７４の吐出口と伸張用圧力室２６４とが接続される場合には、縮小用圧力室２６６が方向制御弁２６ａを介して油タンク６８（図２）に接続される。逆に方向制御弁２６ａの切換により第１油圧ポンプ７４の吐出口と縮小用圧力室２６６とが接続される場合には、伸張用圧力室２６４が方向制御弁２６ａを介して油タンク６８に接続される。伸張用圧力室２６４に第１油圧ポンプ７４が接続されるとブームシリンダ５６が伸長する。逆に、縮小用圧力室２６６に第１油圧ポンプ７４が接続されるとブームシリンダ５６が収縮する。
【００８４】
また、ポンプユニット２４は、可動斜板９０（図１５等参照）の操作部であるサーボピストンユニットである第１サーボ機構９２と、第１バランスピストン機構９４とを備える。第１サーボ機構９２は、可動斜板９０に連結されたサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に配置されたスプール１０２（図１５等参照）とを含む。第１バランスピストン機構９４は、バランスシリンダであるシリンダ１８２と、シリンダ１８２内で軸方向摺動可能に設けられるピストン本体１１２とを含む。ピストン本体１１２は、スプール１０２に対しアーム部材１７６を介して連結されている。シリンダ１８２は、軸方向一端側に設けられた第一受圧室１９６及び第四受圧室１９８と、軸方向他端側に設けられた第二受圧室２００及び第三受圧室２０２とを有する。
【００８５】
第一受圧室１９６は、第１油圧ポンプ７４からの吐出後で方向制御弁２６ａの通過前の一次側の作動油圧力（一次側圧力）ＰPを導入される。第二受圧室２００は、方向制御弁２６ａを通過後の二次側の作動油圧力である負荷圧ＰLを導入される。第三受圧室２０２は、方向制御弁２６ａの作用位置での定常状態で、方向制御弁２６ａの通過前後に生じる作動油差圧に相当し、予め設定される設定圧力である設定ロードセンシング圧ΔＰLSを、固定容量ポンプであるギヤポンプ７２（図１５等参照）から固定減圧弁１１６を介して導入される。第四受圧室１９８は、ギヤポンプ７２から比例制御弁である可変減圧弁１１４を介して任意に設定自在な可変圧力であり、可変減圧弁１１４の二次側圧力である比例弁二次側圧力ＰCONを導入される。
【００８６】
また、ポンプシステムは、方向制御弁２６ａの二次側と第二受圧室２００とを接続する接続流路２６８と、接続流路２６８から分岐して流体貯留部である油溜め１１０に接続される分岐流路２７０と、逆止弁２７２とを含む。接続流路２６８の一部は、ポンプユニット２４に設けられている。接続流路２６８の中間部（例えば接続流路２６８において、ポンプユニット２４の内部に設けられる部分）にオリフィス２７４が設けられている。例えばオリフィス２７４は、ポンプケース１０８を構成するピストンケース１８０（図８等）に装着されている。逆止弁２７２は、分岐流路２７０に設けられ、油溜め１１０側から第二受圧室２００側への作動油の流入を許容するが、図示しないバネの付勢力により第二受圧室２００側から油溜め１１０側への作動油の排出を阻止する機能を有する。このような比較例では方向制御弁２６ａの二次側と第二受圧室２００との間にオリフィス２７４が設けられる。このため、第二受圧室２００内の作動油の圧力の変動を抑制して可動斜板９０の振れであるハンチングを抑制できる。なお、図１６の構成で、ブームシリンダ５６は他のアクチュエータ（例えばアームシリンダ５８またはバケットシリンダ６０（図３参照））と置き換えることができ、方向制御弁２６ａは別の制御弁２６ｂ（図３参照）と置き換えることもできる。また、第１油圧ポンプ７４は第２油圧ポンプ８２（図３参照）と置き換えることもでき、第１バランスピストン機構９４は第２バランスピストン機構９８（図８参照）と置き換えることもできる。また、第１サーボ機構９２は第２サーボ機構９６（図８参照）と置き換えることもできる。以下の説明でも同様である。
【００８７】
これに対して、このような比較例の構成で、アクチュエータ、例えばブームシリンダ５６を伸長または収縮させているときに、エンジン負荷が大きくなる等の理由により第１油圧ポンプ７４の吐出量を小さくするために、可動斜板９０の傾転角度を初期位置である初期の傾転角度（以下、「中立位置」という。）に向かう方向に戻す、すなわちサーボピストン１００が図１６の斜板スタンバイ側である図１６の右側に向かう方向に戻す制御を行う場合がある。ただし、この場合、負荷圧ＰLを導入される第二受圧室２００内の作動油がオリフィス２７４の存在により大部分が閉じ込められる可能性があり、可動斜板９０の角度を迅速に中立位置に戻すことができない可能性がある。このように比較例では、可動斜板９０のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上する面から改良の余地がある。
【００８８】
これに対して、本実施形態は、図１７に示す構成を採用した。図１７は、本実施形態のポンプシステムを、油圧回路を用いて示す図である。なお、以下の説明では、上記の図１６の比較例と同一の要素または対応する要素には同一の符号を付して説明する。図１７に示すように、本実施形態のポンプシステムでは、上記の比較例での改良点を改良するために、上記の比較例で設けられていた逆止弁２７２の代わりに、パイロット作動式逆止弁であるパイロット逆止弁２７６がポンプユニット２４に設けられている。パイロット逆止弁２７６は、上記の比較例と同様に、接続流路２６８から分岐して油溜め１１０に接続される分岐流路２７０に設けられている。パイロット逆止弁２７６の基本的な機能は、比較例の逆止弁２７２で説明したとおりである。より詳しくは、図１８に示すように、パイロット逆止弁２７６は、ポンプユニット２４に設けられた分岐流路２７０の中間部に交差する方向に設けられた通路２７８内の軸方向片側（図１８の右側）に固定された筒状の弁座部材２８０と弁座部材２８０の内側に摺動自在に配置された弁体２８２と、弁体２８２を弁座部材２８０に設けられた弁座に押し付けるバネ２８４とを含む。弁座部材２８０を構成する筒部の複数個所に内外を貫通させる孔が形成されている。このため、通常時に弁体２８２は弁座に押し付けられるが、弁座部材２８０の外周面と通路２７８の外周面との間を通じて分岐流路２７０の流れが遮断されることはない。また、通路２７８の他側（図１８の左側）に油溜め１１０と通じる排出路２８８が形成されている。また、通路２７８の他側に柱状の変位部材２９０が軸方向の摺動可能に配置され、変位部材２９０の先端に設けられた軸部２９２の先端が弁体２８２と対向している。また、通路２７８の他端部（図１８の左端部）にパイロット流路２９６の一端が接続されている。
【００８９】
また、図１７に示すように、ポンプユニット２４に、第四受圧室１９８に導入される圧力である、可変減圧弁１１４の二次側圧力ＰCONが予め設定された所定圧以上のときに上記のパイロット逆止弁２７６を強制的に開弁する開放手段２９４が設けられている。開放手段２９４は、可変減圧弁１１４の二次側と上記のパイロット流路２９６とを接続する開放用流路２９８を含む。開放用流路２９８の一端は可変減圧弁１１４の二次側に接続され、開放用流路２９８の他端はパイロット流路２９６に接続されている。このようなパイロット逆止弁２７６は、バネ２８４（図１８）により設定される所定圧以上のパイロット圧が開放用流路２９８に導入されることによりバネ力に抗して開弁される機能を有する。また、第１油圧ポンプ７４と、バランスピストン機構９４と、オリフィス２７４と、パイロット逆止弁２７６とは、ポンプケース１０８の内部に設けられてポンプユニット２４を形成している。なお、バランスピストン機構９４と、オリフィス２７４と、パイロット逆止弁２７６とを、ポンプユニット２４以外に設けることもでき、また、第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２（図３）を含むポンプユニットに、バランスピストン機構９４と、オリフィス２７４と、パイロット逆止弁２７６との少なくともいずれか１つ以上をポンプケースの内部に設けてポンプユニットを形成することもできる。
【００９０】
このようなポンプシステムによれば、ブームシリンダ５６を伸張または収縮させるべく第１油圧ポンプ７４からブームシリンダ５６に大きな吐出圧が吐出されている場合に、エンジン負荷が予め設定した所定の閾値以上となる等の理由で、斜板角を中立位置に戻すべく可変減圧弁１１４の二次側圧力ＰCONを大きくした場合に、パイロット圧が予め設定した所定圧以上となることでパイロット逆止弁２７６を強制的に開弁することができる。このため、オリフィス２７４の存在にかかわらず第二受圧室２００内の作動油をパイロット逆止弁２７６を介して迅速に油溜め１１０に排出し、第二受圧室２００内の油の閉じこもりを防止し、第二受圧室２００内の圧力を低下させることができる。このため、可変減圧弁１１４の二次側圧力ＰCONによる可動斜板９０の傾斜角を中立位置方向に戻すための制御時に、サーボピストン１００を図１７の右側に迅速に移動させて可動斜板９０の傾斜角を中立位置に戻すことができる。したがって、可動斜板９０のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる。
【００９１】
また、本実施形態のポンプシステムは、図１９で説明するように掘削作業機１０のブーム４８の上げ下げでバケット５４を用いて杭打ち作業を容易に行えるようにしている。図１９は、本実施形態により得られる効果を説明するための掘削作業機の作業の様子を示す図である。図１９に示すように、本実施形態のポンプシステムを搭載した掘削作業機１０では、地面に杭３００を打ち込む杭打ち作業を容易に行うこともできる。すなわち、図１７に戻って、昇降用シリンダであるブームシリンダ５６に対応する操作子３２（図３）である操作子レバー（例えばジョイスティック等）３０２では上部にオンとオフとの間の切換が可能であり、オンにより杭打ち作業を行う杭打ちモードを指示する指示具であり、オン動作により可動斜板９０の傾転角を最大角度に固定することを指示可能な指示具であるモードスイッチＭが設けられている。すなわちモードスイッチＭは、ユーザから、ブーム４８を含む掘削部４０（図１）の上げ下げを連続して繰り返す指示入力として、杭打ちモードを指示するオン動作があったときに、斜板角最大固定指示信号をポンプシステムに設けられた制御部であるコントローラ３０４に出力する。コントローラ３０４は、例えばＣＰＵ等を含む制御回路、メモリ等の記憶部等を有するマイクロコンピュータを含む。
【００９２】
また、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第１バランスピストン機構９４の第一受圧室１９６とを接続する作動油流路３０６の中間位置に切換弁である方向制御弁３０８が設けられている。方向制御弁３０８は、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との間に接続され、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との間の接続及び閉鎖を切り換え可能としている。モードスイッチＭがオンされると、コントローラ３０４は、方向制御弁３０８により、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との間の接続が閉鎖されるように方向制御弁３０８の切り換えを制御する。方向制御弁３０８がこのように閉鎖されるように制御されるとき、第一受圧室１９６は方向制御弁３０８を介して油溜まり１１０に接続される。モードスイッチＭのオンにより出力される斜板角最大固定指示信号は、可動斜板９０の傾斜角を最大角度に固定することを表す。コントローラ３０４は、斜板固定指示信号が入力されたときに、方向制御弁３０８が第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との間の接続を閉鎖するように方向制御弁３０８を制御する。このため、モードスイッチＭがオンされたときに、コントローラ３０４は、可動斜板９０の傾斜角である傾転角を最大角度に維持するように方向制御弁３０８を制御する。
【００９３】
ユーザは、モードスイッチＭをオンした状態で、ブームシリンダ５６に対応する操作子レバー３０２を握ったまま前後等の所定方向に繰り返し往復揺動させることで、ブーム４８（図１９）の昇降動作を繰り返し行う。このため、図１９に示すように、バケット５４の下端を杭３００の上端に押し付けた状態でブーム４８の上げ下げが交互に行われバケット５４を用いて杭打ち作業を行うことができる。
【００９４】
このような構成を有する本実施形態によれば、杭打ちモードがモードスイッチＭにより指示されたときに、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との接続が遮断され、かつ、第一受圧室１９６が油溜まりに接続されるので、第１油圧ポンプ７４の一次側圧力ＰPの第一受圧室１９６への導入が遮断され、第三受圧室２０２等の作動油圧力によりサーボピストン１００は常に斜板最大傾斜角側、すなわち、図１７の左側に移動した状態が維持される。このため、可動斜板９０は強制的に最大吐出側へ傾転角が変化し、その状態が維持される。このため、第１油圧ポンプ７４を固定容量ポンプとして使用可能となる。したがって、第１油圧ポンプ７４から最大流量の作動油がブームシリンダ５６に対応する方向制御弁２６ａへ放出し続けられ、操作子レバー３０２の往復揺動動作に応じて方向制御弁２６ａのポート切換動作のみにより、俊敏な杭打ち動作が可能となる。
【００９５】
これに対して、本実施形態と異なり、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第１バランスピストン機構９４の第一受圧室１９６とを接続する作動油流路３０６に方向制御弁３０８等の切換弁が設けられない構成では、操作子レバー３０２を用いて杭打ち動作を行う場合でも、同時に第１バランスピストン機構９４を用いて、ブームシリンダ５６等のアクチュエータの作業負荷圧に応じて第１油圧ポンプ７４の吐出流量を制御するロードセンシング制御が行われる。このため、操作子レバー３０２の動作により方向制御弁２６ａへ出力される例えば２Ｈｚ等の周波数を有するポート切換のための制御信号に斜板動作が連動せず、第１油圧ポンプ７４の適切な吐出流量を確保できず、掘削部４０を用いた杭打ち動作が鈍くなる可能性がある。例えば、ブーム４８の揚力のみでしか杭３００を打てず、車体の固有振動数を有効に利用できない可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、このような不都合をなくせる。
【００９６】
なお、本実施形態で、第１油圧ポンプ７４の吐出口と第一受圧室１９６との間に設けられた方向制御弁３０８、及びブーム４８の上げ下げを指示するモードスイッチＭを省略することもできる。また、上記では、ブームシリンダ５６を昇降用シリンダとして、ブーム昇降用の操作子レバー３０２の操作でブーム４８を昇降させ、杭打ち動作をする場合を説明した。ただし、アームシリンダ５８を昇降用シリンダとして、アーム昇降用の操作子レバーでアーム５２を昇降させ、バケット５４の下端で杭打ち動作をさせることもできる。この場合も、ブーム４８を昇降させる場合と同様に、対応する操作子レバーにモードスイッチを設けて、モードスイッチからコントローラ３０４へ、可動斜板９０の傾斜角を最大角度に固定することを指示する斜板角最大固定指示信号が入力されたときにコントローラ３０４は、対応する第一受圧室１９６に接続される方向制御弁を閉鎖するように制御する。また、バケットシリンダ６０を昇降用シリンダとして、バケット昇降用の操作子レバーでバケット５４を昇降させ、バケット５４の下端で杭打ち動作をさせることもできる。この場合も、ブーム４８を昇降させる場合と同様に、対応する操作子レバーにモードスイッチを設けて、モードスイッチからコントローラ３０４へ斜板角最大固定指示信号が入力されたときにコントローラ３０４は、対応する第一受圧室１９６に接続される方向制御弁を閉鎖するように制御する。なお、杭打ちモードを指示する指示具は、上記のモードスイッチＭに限定するものではなく、例えば杭打ちモードを指示する押しボタンを有するモード指示装置等の種々の構成を採用することもできる。
【００９７】
また、上記では杭打ちモードを指示するモードスイッチＭを設けた場合を説明したが、いずれかのシリンダ５６（または５８または６０）を用いて杭打ちまたは杭打ち以外で、掘削部４０（図１）の上げ下げを連続して繰り返す指示入力をオン動作として入力可能なモードスイッチを設けてもよい。例えば、バケット５４にこびりついた泥を落とすためにバケット５４を微動させる場合もあり、その場合にバケット昇降動作を行うことを指示するモードスイッチを設けて、そのモードスイッチがオンされたときに、モードスイッチはコントローラ３０４へ斜板角最大固定指示信号を入力するように構成することもできる。
【００９８】
［第２実施形態］
図２０は、本発明に係る第２実施形態のポンプシステムの主要部を示す図である。本実施形態では、上記の第１実施形態において、逆止弁をパイロット逆止弁２７６（図１７）とせず、その代わりに、比例ソレノイド式逆止弁であるソレノイド逆止弁３１０が分岐流路に設けられている。逆止弁３１０の基本構成は、上記のパイロット逆止弁２７６（図１８）と同様である。ソレノイド逆止弁３１０は、弁体２８２にソレノイド３１２のプランジャであるソレノイドピン３１４の先端を対向させ、ソレノイドのコイル（図示せず）への通電によりソレノイドピン３１４が変位することで弁体２８２を押圧し、ソレノイド逆止弁３１０が開放される。また、ポンプユニット２４に、可変減圧弁１１４の二次側圧力であり、第二受圧室２００（図１７参照）に導入される比例二次側圧力ＰCONを検出する圧力検出部である圧力センサ３１６が設けられている。圧力センサ３１６の検出信号は信号線を介してコントローラ３０４へ入力されている。コントローラ３０４は、圧力センサ３１６の検出圧が予め設定された所定圧以上のときにソレノイド３１２への通電により、すなわちソレノイド３１２へ制御電流を入力することにより、ソレノイド逆止弁３１０を開弁するようにソレノイド逆止弁３１０を制御する。
【００９９】
このような本実施形態の場合も、可変減圧弁１１４の二次側圧力ＰCONによる可動斜板９０（図１７参照）の傾転角を中立位置方向に戻すための制御時に、サーボピストン１００を上記の図１７の右側に迅速に移動させて可動斜板９０の傾転角を中立位置に戻すことができる。このため、可動斜板９０のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる。その他の構成及び作用は、上記の第１実施形態と同様である。
【０１００】
［第３実施形態］
なお、本発明に係る第３実施形態として、上記の第１実施形態または第２実施形態における、ポンプシステムを、比例弁二次側圧力（ＰCON）が予め設定された所定圧以上のときにパイロット逆止弁２７６（図１７）またはソレノイド逆止弁３１０（図２０）を強制的に開弁する開放手段を備えない構成とすることもできる。その代わりに、本実施形態では、コントローラ３０４がエンジン負荷の増大等、予め設定した所定条件の成立時に、アクチュエータ切換弁である方向制御弁２６ａ（または２６ｂ）の開口面積を減少させ、方向制御弁２６ａ（または２６ｂ）の二次側圧力を低下させるように制御するとともに、ソレノイド逆止弁３１０等の、分岐流路２７０（図１７）に設けられた逆止弁を強制的に開弁するように制御する構成を備えるようにする。この場合も、上記の各実施形態と同様に、可動斜板９０のハンチングを抑制できる構成で斜板制御の応答性を向上できる。その他の構成及び作用は、上記の第１実施形態または第２実施形態と同様である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  掘削作業機、１２  走行装置、１４  回転台、１６  旋回モータ、１８  上部構造、２０  機器収容部、２２  エンジン、２４  ポンプユニット、２６ａ，２６ｂ  方向制御弁、２８ａ，２８ｂ  切換用パイロット弁、３０  運転席、３２  操作子、３４ａ，３４ｂ  走行用モータ、３６  ブレード、３８  ブレードシリンダ、４０  掘削部、４２  揺動支持部、４４  軸、４６  スイングシリンダ、４８  ブーム、５０  軸、５２  アーム、５４  バケット、５６  ブームシリンダ、５８  アームシリンダ、６０  バケットシリンダ、６２  エンジン、６４  ラジエータ、６６  バルブユニット、６８  油タンク、７０  ギヤケース、７２  ギヤポンプ、７４  第１油圧ポンプ、７６  大径歯車、７８  小径歯車、８０  増速機構、８２  第２油圧ポンプ、８４  増速切換弁、８６  容積変更アクチュエータ、８８  走行切換弁、９０  可動斜板、９２  第１サーボ機構、９４  第１バランスピストン機構、９６  第２サーボ機構、９８  第２バランスピストン機構、１００  サーボピストン、１０２  スプール、１０４  バネ、１０６  操作ピン、１０８  ポンプケース、１０８ａ  カバー、１１０  油溜め、１１２  ピストン本体、１１４  可変減圧弁、１１６  固定減圧弁、１１８  アンロード弁、１２０  第１ポンプ軸、１２２  第２ポンプ軸、１２４  ケース本体、１２６  ポートブロック、１２８  ギヤケース、１２８ａ  軸受支持凹部、１３０  孔部、１３２  入力軸、１３４  歯車側空間、１３６  油孔、１３６ａ  横穴、１３８  プラグ、１４０  軸方向孔、１４２  径方向孔、１４４  弁板、１４６  供給配管、１４８  本体部、１５０  小径部、１５２  延長部、１５４  シリンダブロック、１５６  ピストン、１５８  ケース、１６０  凸状面部、１６２  上面部、１６４  シリンダ、１６６  係止溝、１６８  第１油路、１７０  第２油路、１７２  第３油路、１７４  溝部、１７６  アーム部材、１７８  開口部、１８０  ピストンケース、１８２  シリンダ、１８４  上軸、１８６  下軸、１８８  フランジ、１９０  支持軸、１９２，１９４  係止溝、１９６  第一受圧室、１９８  第四受圧室、２００  第二受圧室、２０２  第三受圧室、２０４  弁ケース、２０６  弁体、２０８  キャップ、２１０  ネジ軸、２１２  間座、２１４  バネ、２１６  比例ソレノイド、２１８  減圧弁本体、２２０  ケーブル、２２２  回転角度センサ、２２４  センサ支持部材、２２６  センサ軸、２２８  第１レバー、２３０  第２レバー、２３２  ネジ軸、２３４  板部、２３６  アクチュエータ、２３８  油路、２４０，２４２  クローラベルト、２４３  リリーフ弁、２６０  ブームロッド、２６２  ブームピストン、２６４  伸張用圧力室、２６６  縮小用圧力室、２６８  接続流路、２７０  分岐流路、２７２  逆止弁、２７４  オリフィス、２７６  パイロット逆止弁、２９４  開放手段、２９６  パイロット流路、２９８  開放用流路、３０２  操作子レバー、３０４  コントローラ、３０８  方向制御弁、３１０  ソレノイド逆止弁、３１６  圧力センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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