(57)【要約】【課題】操作性、応答性、安定性が良好であり且つ、システム効率を大幅に向上させた油圧制御システムを提供する。【解決手段】各切換弁３、４、５が中立位置にあるときは、可変容量ポンプ１の吐出ライン１１から各切換弁３、４、５への圧油の供給は絶たれており、一方、信号ライン１８の圧力は絞り付き開閉弁５６を経てタンク３２に接続されている。従って、信号ライン１８の圧力は低圧であり、一方、信号ライン１１内の圧油は圧力補償付流量調整弁２９のバネ５５に対抗して圧力発生手段３１を経てタンクへ放出される。この場合、可変容量ポンプの吐出容量は、ポンプ吐出容量調整機構Ｂに作用する信号圧力Ｐｏが低い場合には、最小容量に維持されているので上記圧力補償付流量調整弁を通過する油量も最小油量となる。信号ラインＣの圧力が上昇するとき可変容量ポンプの吐出容量は最小容量に維持されている。この最小容量は圧力発生手段とポンプ吐出容量調整機構を有する可変容量ポンプの構成によっては非常に小容量に設定することが容易にできる。【選択図】　　　　図２
2004028333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧油の供給により所定の動作を行う油圧アクチュエータと、オペレータからの操作指令に応答して前記アクチュエータに圧油を供給する切換弁を含む切換弁ユニットと、前記操作指令に応答してその容量が調整され前記切換弁ユニットに圧油を供給する可変容量ポンプと、同可変容量ポンプの吐出側の圧力と前記切換弁ユニットから前記油圧アクチュエータへの供給圧油の圧力との差圧を生成する差圧生成部と、同差圧生成部の出力に応答して前記オペレータ操作指令部から前記可変容量ポンプへの操作指令を修正する調整量修正部と、同調整量修正部からの出力に応答して前記可変容量ポンプの吐出流量を制御する吐出流量調整部とを備えたことを特徴とする油圧制御システム。
【請求項２】
吐出流量調整手段を有する可変容量ポンプに複数の切換弁をパラレルに接続し、前記各切換弁にはそれぞれ油圧アクチュエータを接続し、前記各切換弁からの戻り油をタンクに接続し、前記切換弁を操作するパイロットバルブにより前記可変容量ポンプの圧油を前記油圧アクチュエータへ供給すると共に同油圧アクチュエータからの戻り油を前記タンクに排出するよう構成し、前記各切換弁と油圧アクチュエータの間に分流補償弁を設けた油圧制御システムにおいて、
前記可変容量ポンプの吐出容量を前記切換弁の操作信号に対応して調整された容量調整信号Ｘを出力する容量調整信号生成手段と、
前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄを検出する第１の圧力検出手段と、
前記各切換弁の圧油供給ラインとシリンダーポートの間に構成される可変開口部の下流であって前記分流補償弁の上流側の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第２の圧力検出手段により検出される圧力を当該切換弁に設けられた分流補償弁の開方向に作用させると共に検出された各圧力の最高圧力Ｐｓを選択して前記各分流補償弁の開方向に作用せしめる油圧回路、および
当該最高圧力Ｐｓと前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄとの差圧Ｐｄ−Ｐｓが予め定められた値を超えないよう前記可変容量ポンプの吐出容量を調整する調整信号Ｙを出力する調整信号生成手段とからなり、
前記調整信号Ｘと前記調整信号Ｙにより前記吐出流量調整手段を制御して前記可変容量ポンプの吐出流量を調整するよう構成したことを特徴とする油圧制御システム。
【請求項３】
分流補償弁を切換弁からタンクへの戻り油路中に設けたことを特徴とする請求項２記載の油圧制御システム。
【請求項４】
複数の切換弁の各々に設けた分流補償弁の一部を当該切換弁からタンクへの戻り油路中に設けると共に他の分流補償弁を当該切換弁とアクチュエータの間に設けたことを特徴とする請求項２記載の油圧制御システム。
【請求項５】
特定のアクチュエータを操作した時、調整信号Ｘを調整信号Ｙに優先させて可変容量ポンプの吐出容量調整機構へ作用させたことを特徴とする請求項２乃至４に記載の油圧制御システム。
【請求項６】
調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力を、差圧変動に対して遅延させる遅延手段を設けた請求項２乃至５記載の油圧制御システム。
【請求項７】
調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力を遮断する遮断手段を設けたことを特徴とする請求項２乃至５記載の油圧制御システム。
【請求項８】
調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力範囲を制限する制限手段を設けたことを特徴とする請求項２乃至７記載の油圧制御システム。
【請求項９】
各切換弁に関わる分流補償弁の一部又は全部を除去して当該分流補償弁の前後を短絡したことを特徴とする請求項２乃至８記載の油圧制御システム。
【請求項１０】
少なくともパイロットバルブの操作量に基づく電気信号と検出圧力Ｐｄ，Ｐｓに基づく電気信号とを演算増幅しこの電気的出力を可変容量ポンプの吐出流量調整手段に作用させたことを特徴とする請求項２乃至９記載の油圧制御システム。
【請求項１１】
吐出流量調整手段は電磁比例減圧弁により電油変換することを特徴とする請求項１０記載の油圧制御システム。
【請求項１２】
可変容量ポンプの吐出容量はサーボモータにより調整されることを特徴とする請求項１０記載の油圧制御システム。
【請求項１３】
請求項２乃至１２記載の油圧制御システムを一対設け、其々の油圧制御システムの切換弁に共通のアクチュエータを接続したことを特徴とする油圧制御システム。
【請求項１４】
吐出流量調整手段を有する可変容量ポンプに複数の切換弁をパラレルに接続し、前記各切換弁にはそれぞれ油圧アクチュエータを接続し、前記各切換弁からの戻り油をタンクに接続し、前記切換弁を操作するパイロットバルブにより前記切換弁を操作して前記可変容量ポンプの圧油を油圧アクチュエータへ供給すると共に同油圧アクチュエータからの戻り油を前記タンクへ排出するよう構成し、さらに前記各切換弁と油圧アクチュエータの間に分流補償弁を設けた油圧制御システムにおいて、
前記可変容量ポンプの吐出容量を前記切換弁の操作信号に対応して調整された容量調整信号Ｘにより調整する第１の容量調整信号生成手段と、
当該最高圧力Ｐｓと前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄとの差圧Ｐｄ−Ｐｓが予め定められた値を超えないよう前記可変容量ポンプの吐出容量を調整する調整信号Ｙを出力調整し、
前記調整信号Ｘと前記調整信号Ｙにより前記吐出流量調整手段を制御して前記可変容量ポンプの吐出流量を調整するする第２の調整信号生成手段と、
前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄを検出する第１の圧力検出手段と、
前記各切換弁の圧油供給ラインとシリンダーポートの間に構成される可変開口部の下流であって前記分流補償弁の上流側の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第２の圧力検出手段により検出される圧力を当該切換弁に設けられた分流補償弁の開方向に作用させると共に検出された各圧力の最高圧力Ｐｓを選択して前記各分流補償弁の開方向に作用せしめる油圧回路と、
前記ポンプ供給ラインから分岐されたバイパスライン上に配置されると共にその開方向には前記検出圧力Ｐｄを、閉方向には前記検出圧力Ｐｓとバネ力が作用する圧力補償付流量調整弁および圧力発生手段と、
前記圧力補償付流量調整弁と圧力発生手段の間の圧力を検出する第３の圧力検出手段、および
同第３の圧力検出手段により検出された圧力の上昇に伴いその２次圧が低減する可変減圧弁とからなり、
前記調整信号Ｙを前記可変減圧弁に作用させると共に当該可変減圧弁の１次圧として前記調整信号Ｘを与えることを特徴とする油圧制御システム。
【請求項１５】
圧力補償付流量調整弁の差圧設定用バネの力を外部信号により調整可能としたことを特徴とする請求項１４記載の油圧制御システム。
【請求項１６】
圧力補償付流量調整弁の差圧設定用バネの力を、特定のアクチュエータを操作したとき、低減するよう構成したことを特徴とする請求項１４または１５記載の油圧制御システム。
【請求項１７】
バイパスライン上に設けた圧力発生手段の開度を外部信号により調整可能としたことを特徴とする請求項１４乃至１６記載の油圧制御システム。
【請求項１８】
原動機若しくは可変容量ポンプの回転数ｎを検出し、回転数の変動に対応して調整信号Ｘを調整するよう構成した請求項２乃至１７記載の油圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧駆動により操作される建設機械等例えば油圧ショベルの油圧制御に係り、特に操作性の向上を図りつつシステム効率を大幅に向上させた油圧制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば油圧ショベルの油圧制御システムとして、ネガティブフィードバックコントロールシステム（以下ネガコンシステムと称する）、ポジティブフィードバックコントロールシステム（以下ポジコンシステムと称する）およびロードセンシングシステム等がある。
【０００３】
上記従来の各システムの問題点を以下に説明する。
【０００４】
ネガコンシステム：　ネガコンシステムの油圧回路図を図１４に示す。
【０００５】
このシステムでは、センターバイパスを有する切換弁のセンターバイパス出口に圧力発生手段を設け当該圧力発生手段の上流側圧力を可変容量ポンプの吐出容量調整機構へ信号圧力として作用させ、且つ当該吐出流量調整機構は前記信号圧力の低下に応じて吐出容量を増加するよう構成されている。本システムはバルブからポンプへフィードバックされる信号が低圧であることや、ポンプ吐出油の一部をブリードオフしつつ油圧アクチュエータへ圧油を供給するので、人が操作する油圧ショベル等には操作性に優れており多用されている。しかし、この場合、可変容量ポンプから切換弁へ供給される圧油は、その切換弁が中立又は操作途中では一部がセンターバイパスを経てタンクへ放出されるので、この分のエネルギーが熱に変換され捨てられている。特に、切換弁に接続された油圧アクチュエータの負荷が大きい場合には始動までの切換弁の操作量が大きく、この間に絞り捨てされる圧油は、当該圧油によってポンプの吐出容量は少容量に維持されてはいるが、依然としてエネルギーを無駄に捨てている点において問題がある。
【０００６】
一方、このセンターバイパス通路から放出される油量を例えば、切換弁のセンターバイパス通路を小さくして、比較的小容量とすることは可能であるが、当該シリンダポートへの開口通路との適切な面積およびタイミング調整が非常に困難であり、加工精度や切換弁の操作によってはポンプ吐出油が供給ラインに封入されて異常高圧が発生し、却ってエネルギー効率の悪化を招く恐れがある。又、油圧ショベルにおける油圧制御システムでは複数の油圧アクチュエータを同時に操作した場合の操作性つまり可変容量ポンプからの各油圧アクチュエータへの流量配分特性が極めて重要であるが、この特性は一般には所定のポンプ回転数における流量に対して各切換弁における開口面積によって一義的に定まるものであり、従って、エンジン回転数や負荷圧力が変化した場合には、良好な操作性が維持されない恐れがあるという問題がある。
【０００７】
ポジコンシステム：　ポジコンシステムの油圧回路図を図１５に示す。
【０００８】
このシステムではセンターバイパス通路を有する切換弁にポンプ吐出容量調整機構を有する可変容量ポンプの吐出油を供給し、当該可変容量ポンプの吐出容量を前記切換弁の操作信号にて調整し、切換弁の操作量の増加に従い、当該可変容量ポンプの吐出流量を増加するよう構成されている。
【０００９】
このポジコンシステムの場合も、切換弁の中立および操作途中では、可変容量ポンプの吐出油の一部をセンターバイパス通路からタンクへ放出しているので上記ネガコンシステムの場合と同様、操作性においては良好であるもののシステム効率および複合操作時の操作性等においては、同じ問題点を有する。特に可変容量ポンプの吐出容量はセンターバイパス通路の開度如何にかかわらず、バルブの操作信号に対応して一義的に定まるので、センターバイパス通路の開度とシリンダポートへの開口通路との面積およびタイミング調整が非常に難しく、ポンプ供給ラインには異常高圧または供給圧力の立ち遅れ等の問題が生ずる恐れがある。なお、可変容量ポンプの吐出容量は、切換弁操作信号と並行して出力される信号により調整されるのでシステムの応答性は他のシステムに比較して良好と言われる。
【００１０】
ロードセンシングシステム：　ロードセンシングシステムの油圧回路図を図１６に示す。
【００１１】
このシステムにおいては、油圧アクチュエータへの供給油量は切換弁が操作された時、当該切換弁のメータイン側の差圧が一定となる様、可変容量ポンプの吐出容量が調整される。従って、ネガコンシステムやポジコンシステムの様に絞り捨てされる油がないのでその分、システム効率は改善される。
【００１２】
しかし、ポンプ吐出容量を適切に調整するためには前記メータイン側の差圧はある程度、例えば２０ｂａｒ程度以上維持しなければならず、その結果、各切換弁を通過する毎に通過油量に関らず圧力損失が生じ、システム効率上は依然として問題がある。
【００１３】
さらには、ポンプ吐出容量の調整に関して、先ず切換弁を操作し、その結果としてポンプ容量が調整されるため、応答遅れが生ずる等の問題がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記従来の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、可変容量ポンプの吐出側圧力と切換弁から油圧アクチュエータへ供給される圧油圧力との差圧をオペレータによる操作指令に作用させることによって解決できることを突き止めた。
【００１５】
従って、本発明の目的は、操作性、応答性、安定性が良好であり且つ、システム効率を大幅に向上させた油圧制御システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る油圧制御システムは、
圧油の供給により所定の動作を行う油圧アクチュエータと、オペレータからの操作指令に応答して前記アクチュエータに圧油を供給する切換弁を含む切換弁ユニットと、前記操作指令に応答してその容量が調整され前記切換弁ユニットに圧油を供給する可変容量ポンプと、同可変容量ポンプの吐出側の圧力と前記切換弁ユニットから前記油圧アクチュエータへの供給圧油の圧力との差圧を生成する差圧生成部と、同差圧生成部の出力に応答して前記オペレータ操作指令部から前記可変容量ポンプへの操作指令を修正する調整量修正部と、同調整量修正部からの出力に応答して前記可変容量ポンプの吐出流量を制御する吐出流量調整部とを備えて構成される。
【００１７】
さらに、前記目的を達成するための本発明による油圧制御システムは、
吐出流量調整手段を有する可変容量ポンプに複数の切換弁をパラレルに接続し、前記各切換弁にはそれぞれ油圧アクチュエータを接続し、前記各切換弁からの戻り油をタンクに接続し、前記切換弁を操作するパイロットバルブにより前記可変容量ポンプの圧油を前記油圧アクチュエータへ供給すると共に同油圧アクチュエータからの戻り油を前記タンクに排出するよう構成し、前記各切換弁と油圧アクチュエータの間に分流補償弁を設けた油圧制御システムにおいて、
前記可変容量ポンプの吐出容量を前記切換弁の操作信号に対応して調整された容量調整信号Ｘを出力する容量調整信号生成手段と、
前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄを検出する第１の圧力検出手段と、
前記各切換弁の圧油供給ラインとシリンダーポートの間に構成される可変開口部の下流であって前記分流補償弁の上流側の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第２の圧力検出手段により検出される圧力を当該切換弁に設けられた分流補償弁の開方向に作用させると共に検出された各圧力の最高圧力Ｐｓを選択して前記各分流補償弁の開方向に作用せしめる油圧回路、および
当該最高圧力Ｐｓと前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄとの差圧Ｐｄ−Ｐｓが予め定められた値を超えないよう前記可変容量ポンプの吐出容量を調整する調整信号Ｙを出力する調整信号生成手段とからなり、
前記調整信号Ｘと前記調整信号Ｙにより前記吐出流量調整手段を制御して前記可変容量ポンプの吐出流量を調整するよう構成される。
【００１８】
その場合、分流補償弁を切換弁からタンクへの戻り油路中に設けることができる。
【００１９】
またその場合、複数の切換弁の各々に設けた分流補償弁の一部を当該切換弁からタンクへの戻り油路中に設けると共に他の分流補償弁を当該切換弁とアクチュエータの間に設けることができる。
【００２０】
さらに、特定のアクチュエータを操作した時、調整信号Ｘを調整信号Ｙに優先させて可変容量ポンプの吐出容量調整機構へ作用させるよう構成することができる。
【００２１】
さらに、その場合、調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力を、差圧変動に対して遅延させる遅延手段を設けて構成することもできる。
【００２２】
また、その場合、調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力を遮断する遮断手段を設けることもできる。
【００２３】
さらに、調整信号Ｘに対する調整信号Ｙの出力範囲を制限する制限手段を設けることもできる。
【００２４】
さらに、その場合、各切換弁に関わる分流補償弁の一部又は全部を除去して当該分流補償弁の前後を短絡して構成することもできる。
【００２５】
また、その場合、少なくともパイロットバルブの操作量に基づく電気信号と検出圧力Ｐｄ、Ｐｓに基づく電気信号とを演算増幅しこの電気的出力を可変容量ポンプの吐出流量調整手段に作用させるよう構成することができる。
【００２６】
さらに、吐出流量調整手段は電磁比例減圧弁により電油変換するよう構成されることもできる。
【００２７】
さらにその場合、可変容量ポンプの吐出容量はサーボモータにより調整されるよう構成することができる。
【００２８】
またさらに、油圧制御システムを一対設け、其々の油圧制御システムの切換弁に共通のアクチュエータを接続して構成することもできる。
【００２９】
さらに、前記目的を達成するための本発明による油圧制御システムは、
吐出流量調整手段を有する可変容量ポンプに複数の切換弁をパラレルに接続し、前記各切換弁にはそれぞれ油圧アクチュエータを接続し、前記各切換弁からの戻り油をタンクに接続し、前記切換弁を操作するパイロットバルブにより前記切換弁を操作して前記可変容量ポンプの圧油を油圧アクチュエータへ供給すると共に同油圧アクチュエータからの戻り油を前記タンクへ排出するよう構成し、さらに前記各切換弁と油圧アクチュエータの間に分流補償弁を設けた油圧制御システムにおいて、
前記可変容量ポンプの吐出容量を前記切換弁の操作信号に対応して調整された容量調整信号Ｘにより調整する第１の容量調整信号生成手段と、
当該最高圧力Ｐｓと前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄとの差圧Ｐｄ−Ｐｓが予め定められた値を超えないよう前記可変容量ポンプの吐出容量を調整する調整信号Ｙを出力調整し、
前記調整信号Ｘと前記調整信号Ｙにより前記吐出流量調整手段を制御して前記可変容量ポンプの吐出流量を調整するする第２の調整信号生成手段と、
前記可変容量ポンプの吐出圧力Ｐｄを検出する第１の圧力検出手段と、
前記各切換弁の圧油供給ラインとシリンダーポートの間に構成される可変開口部の下流であって前記分流補償弁の上流側の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第２の圧力検出手段により検出される圧力を当該切換弁に設けられた分流補償弁の開方向に作用させると共に検出された各圧力の最高圧力Ｐｓを選択して前記各分流補償弁の開方向に作用せしめる油圧回路と、
前記ポンプ供給ラインから分岐されたバイパスライン上に配置されると共にその開方向には前記検出圧力Ｐｄを、閉方向には前記検出圧力Ｐｓとバネ力が作用する圧力補償付流量調整弁および圧力発生手段と、
前記圧力補償付流量調整弁と圧力発生手段の間の圧力を検出する第３の圧力検出手段、および
同第３の圧力検出手段により検出された圧力の上昇に伴いその２次圧が低減する可変減圧弁とからなり、
前記調整信号Ｙを前記可変減圧弁に作用させると共に当該可変減圧弁の１次圧として前記調整信号Ｘを与えるよう構成される。
【００３０】
その場合、圧力補償付流量調整弁の差圧設定用バネの力を外部信号により調整可能とすることができる。
【００３１】
またその場合、圧力補償付流量調整弁の差圧設定用バネの力を、特定のアクチュエータを操作したとき、低減するよう構成することができる。
【００３２】
さらにその場合、バイパスライン上に設けた圧力発生手段の開度を外部信号により調整可能に構成することができる。
【００３３】
また、原動機若しくは可変容量ポンプの回転数ｎを検出し、回転数の変動に対応して調整信号Ｘを調整するよう構成することもできる。
【００３４】
【作用】
各切換弁中立位置にあるときは、可変容量ポンプの吐出ライン１から各切換弁への圧油の供給は絶たれている。一方、切換弁出力側の信号圧力は絞り付き開閉弁を経てタンクに接続されている。従って、前記信号圧力は低圧であり、一方、ポンプ吐出側の信号圧力は圧力補償付流量調整弁のバネに対抗して当該圧力補償付流量調整弁を解放して圧力発生手段を経てタンクへ放出されている。可変容量ポンプの吐出容量は、ポンプ吐出容量調整機構に作用する信号圧力Ｐｏが低い場合には、最小容量に維持されているので上記圧力補償付流量調整弁を通過する油量も最小油量となる。この最小油量にて所定の圧力が発生するよう圧力発生手段の開度を調整する。
【００３５】
この最小油量相当の圧油が圧力発生手段を通過する場合には、その絞り効果のために信号ラインＣの圧力が上昇するので、信号圧力Ｐｉの如何に関らず、可変容量ポンプの吐出容量は最小容量に維持されている。この最小容量は圧力発生手段とポンプ吐出容量調整機構を有する可変容量ポンプの構成によっては非常に小容量に設定することが容易にできるので、切換弁が中立位置にある場合のエネルギー損失を最小限に抑制することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の態様】
以下本発明の実施の態様に基づく実施例について、図１乃至図１３を参照して説明する。
【００３７】
図１は、本発明の基本コンセプトを示す制御ブロック図である。
【００３８】
同図１において、可変容量ポンプの吐出流量は吐出容量調整部により制御される。この可変容量ポンプから供給される圧油は、１つまたは複数の切換弁およびその周辺油圧回路を含む制御弁ユニットを介して１つまたは複数の油圧アクチュエータへ与えられる。
【００３９】
オペレータ操作指令部からは前記各油圧アクチュエータの駆動方向および駆動量が前記切換弁ユニットにパイロット圧油として指令される。さらに、オペレータ操作指令部からは信号圧力としての調整信号Ｘが調整量修正部に与えられている。この調整信号Ｘは切換弁ユニットの切換弁に与えられるパイロット圧油の中で最高圧が選択される。
【００４０】
一方、前記切換弁ユニットを挟んで、可変容量ポンプの吐出油圧力Ｐｄと油圧アクチュエータへ供給される圧油の圧力Ｐｓが検出され、その差圧が差圧生成部で形成される。差圧生成部から信号圧力として出力される調整信号Ｙは前記調整量修正部に与えられている。調整量修正部では前記調整信号Ｘに対し調整信号Ｙを作用させて調整信号Ｘを低減させるようになっている。そして、調整量修正部の出力が前記吐出流量調整部に与えられている。
【００４１】
即ち、切換弁への駆動信号の最高圧が差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に対応して修正され、吐出流量調整部に与えられる。
【００４２】
図２は、本発明が適用される油圧制御システムの具体的な油圧回路構成を示す。同図２において、参照番号１は、ポンプ吐出容量調整機構Ｂを有する可変容量ポンプであり、さらに、参照番号２はパイロットポンプである。前記可変容量ポンプ１には吐出油供給ライン１１が接続され、さらにこの吐出油供給ライン１１は当該吐出油供給ライン１１にパラレルに接続された切換弁３、４、５へ吐出油供給ライン１２、１３、１４を経て圧油を供給できるよう構成してある。又、前記可変容量ポンプ１の吐出ラインからは分岐路２８が分岐され、この分岐路２８は圧力補償付流量調整弁２９、圧力発生手段３１を通過後タンク３２へ接続されている。
【００４３】
なお、上記圧力補償付流量調整弁２９の通過油量は分岐路２８と信号ライン１８の圧力差による力がバネ５５の力に等しくなる開度に調整される。なお、信号ライン１８、図７の絞り５６または絞り開閉弁５６を介してタンク３２へ接続されている。
【００４４】
前記パイロットポンプ２の吐出油はライン３６を介してパイロットバルブ９、１０へ供給されており、これらパイロットバルブ９、１０を操作するとこの２次圧力がパイロットラインａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３を経て切換弁３、４、５のそれぞれの操作部に送られこれら切換弁３、４、５を駆動するよう構成されている。
【００４５】
又、各切換弁は、例えば切換弁３を、パイロットバルブ１０を操作して信号ラインｂ１に信号圧力を供給し、図中、左方へ切換弁３を操作すると、圧油供給ライン１２は可変開口部イ、逆止弁３７、分流補償弁２２を経た後、油圧アクチュエータ６へのライン４３に接続されるよう構成してある。
【００４６】
さらに、切換弁と逆止弁３７との間の位置から信号ライン１５が分岐されておりこの信号ライン１５の圧力は前記分流補償弁２２の開方向へバネ４９と共に作用している。同時に前記信号ライン１５からは逆止弁４０を介して信号ライン２５が分岐されて信号ライン１８に接続され、さらに当該信号ライン１８の圧力は信号ライン１９を経て前記分流補償弁２２の閉方向に作用している。これらの構成は、他の切換弁４、５においても同様なのでその説明を省略する。
【００４７】
各切換弁３、４、５はライン５４、５３、５２を介してライン３５を経てタンク３２へ接続されている。
【００４８】
図３は、図２のポンプ吐出容量調整機構Ｂに与えられる信号圧力Ｐｏを生成する油圧回路装置を示す。同図３において、図１の各パイロットバルブ９、１０の各出力信号ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３を高圧選択手段１０１、１０２、１０３、１０４、１０５によりこの中の最高圧力を選択し、これを信号ライン１２１を経て弁Ｄに設けた油路１０６へ導くようになっている。弁Ｄは２次圧可変の減圧弁であり、その供給圧力Ｐｉをライン１２１から受け、２次圧Ｐｏをライン１１７へ出力するよう機能する。
【００４９】
弁Ｄの弁体１２３には径の異なる穴１２０、１１９が同心的に形成され一方の小径の穴１２０にはピストン１０７が摺動自在且つ液密的に支持されている。又、上記穴１１９、１２０で形成される段付き穴には段付きピストン１１２が組み込まれており、この段付きピストン１１２は各穴内で摺動自在且つ液密的に支持されている。油室１１１へは図２の分岐路２８上の通路３０、即ち圧力発生手段３１の上流側の圧力が信号ラインＣを介して導かれている。ピストン１０７と段付きピストン１１２の間にはこれら各に係合してバネ１１０が支持されている。又、段付きピストン１１２にはバネ１１０を圧縮する向きにバネ１１３が作用しており、このバネ１１３は、油室１１１に圧油が作用していない時は、段付きピストン１１２を図中、左方へ押圧している。
【００５０】
油室１１５は、段付きピストン１１２内部の通路１２２を通り油室１１４に接続しており、さらに油室１１４はタンク１１８に接続されている。ここで油室１１１へ信号ラインＣからパイロット信号圧力が導かれると、当該圧力はバネ１１３の力に対抗して段付きピストン１１２を図中右方へ移動させる。これに伴いバネ１１０の取付け長さが、段付きピストン１１２の移動前に比較し長くなる。つまり、油室１１１へ作用するパイロット信号圧力の上昇に応じてピストン１０７に対するバネ１１０の左方からの荷重は小さくなる。
【００５１】
ところで、ピストン１０７にはその外形部に溝１０９が設けられ、当該溝１０９を介して油室１１６と通路１０６とが接続されている。又、ピストンには絞り１０８が設けられ当該絞り１０８を介して油室１１６と油室１１５とが接続されている。弁Ｄを以上のような構成とすることにより、弁Ｄは、油室１１１に作用する圧力の上昇に伴い、２次圧（油室１１６）の低減する減圧弁として作用する。この特性を図６（ａ）、（ｂ）に示す。
【００５２】
なお、前記可変容量ポンプのポンプ吐出容量調整機構は、図５に示す特性を有し，当該ポンプ吐出容量調整機構Ｂに作用する信号圧力の上昇に応じて吐出容量も増加する、いわゆるポジコンシステムタイプの調整機構を有する実施例である。次に図２、図３を参照してその作動を説明する。
【００５３】
可変容量ポンプ１、パイロットポンプ２は、図示していないエンジン等の原動機で駆動されている。各切換弁３、４、５が図２に示されるように中立位置にあるときは、可変容量ポンプ１の吐出ライン１１から各切換弁３、４、５への圧油の供給は絶たれており、一方、信号ライン１８の圧力は図７（ａ）に示す絞り５６又は図７（ｂ）に示す絞り付き開閉弁５６を経てタンク３２に接続されている。従って、信号ライン１８の圧力は低圧であり、一方、信号ライン１１内の圧油は圧力補償付流量調整弁２９のバネ５５に対抗して当該圧力補償付流量調整弁２９を解放して圧力発生手段３１を経てタンク３２へ放出されている。この場合、前述のように可変容量ポンプ１の吐出容量は、ポンプ吐出容量調整機構Ｂに作用する信号圧力Ｐｏが低い場合には、図５に示すように最小容量に維持されているので上記圧力補償付流量調整弁２９を通過する油量も最小油量となる。この最小油量にてライン３０に所定の圧力が発生するよう圧力発生手段３１の開度を調整してある。
【００５４】
つまり、この最小油量相当の圧油が圧力発生手段３１を通過する場合には、圧力発生手段３１における絞り効果のためにライン３０即ち信号ラインＣの圧力が上昇するので、信号圧力Ｐｉの如何に関らず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、可変容量ポンプ１の吐出容量は最小容量に維持されている。この最小容量は圧力発生手段３１とポンプ吐出容量調整機構Ｂを有する可変容量ポンプ１の構成によっては非常に小容量に設定することが容易にできるので、切換弁３、４、５が中立位置にある場合のエネルギー損失を最小限に抑制することが可能となる。
【００５５】
次に、各切換弁のうち、例えば切換弁切換弁の操作信号ラインｂ１へパイロット信号圧力を送り切換弁切換弁を図中左方へ移動させた場合について説明する。
【００５６】
例えば、切換弁３が図８に示すように中立とストロークエンドの中間位置にある場合を想定し、可変容量ポンプ１の吐出流量はポンプ回転数が一定とすると、図５に示す特性に従って信号圧力Ｐｏに対応した吐出流量となる。この時、信号圧力Ｐｏによって定まるポンプ吐出流量Ｑが供給ライン１２から切換弁３に供給されてこの切換弁３の可変開口部イ−１を通過する際に圧力降下を生じ、この圧力降下が圧力補償付流量調整弁２９の差圧設定バネ５５によって定まる差圧よりも小さければ、油圧アクチュエータへ供給される油量は信号圧力Ｐｏで定まる油量となる。
【００５７】
しかし、一般に切換弁の全ストローク範囲にわたって、切換弁の良好な操作性を維持しつつ信号圧力Ｐｏと可変開口部イ、可変開口部イ−１の開度調和を適正に調整することは、当該可変開口部イ、イ−１の加工方法や信号圧力Ｐｏの特性によって非常に困難であり、従来のポジコンシステムにおける技術の場合には、或るストローク範囲では信号圧力Ｐｏにより吐出される油量が可変開口部イ−１に対しては多すぎて、結果的に供給ライン１２の圧力が必要以上に上昇し、可変開口部イ−１における圧力損失が増加し、油圧制御システムとしての効率が大幅に低下する。
【００５８】
しかし、本発明における場合は、上記のような供給ラインに異常な圧力上昇が発生すると、可変開口部イ−１における差圧が圧力補償付流量調整弁２９の差圧設定バネ５５によって定まる差圧よりも増加すると供給ライン１２即ち供給ライン２８と信号ライン１８との差圧が増加したことになり、この結果圧力補償付流量調整弁２９が開口して供給ライン２８の圧油の一部が放出され、この油が圧力発生手段３１を通過する際にこの抵抗を受けてライン３１即ち信号ラインＣの圧力を上昇させ、これが図３の弁Ｄの油室１１１に作用するので、前述のように、弁Ｄの作用により、切換弁操作信号圧力Ｐｉの圧力が高い場合でも弁Ｄの２次圧力としてのＰｏを、切換弁３の可変開口部イ−１における差圧が予め定められた値（バネ５５により定まる差圧）になるまで低減する。
【００５９】
従って、可変開口部イ−１における圧力降下が上記の予め定められた差圧以下の場合にはポンプ吐出流量は信号圧力Ｐｏによって調整され、一方、可変開口部イ−１における圧力損失が、切換弁３の或るストロークにおける可変開口部イ−１の開度にたいしてポンプ供給油量が大きいため、予め定められた値以上になると、圧力補償付流量調整弁２９が開口して上述のように前記可変開口部イ−１における差圧を、予め定められた値以下に維持することが可能となるのである。
【００６０】
更に、可変容量ポンプ１のポンプ吐出流量が信号圧力Ｐｏによって調整されている状態では、パイロットバルブ９、１０からの信号圧力が直ちに信号圧力Ｐｏとしてポンプ吐出容量調整機構Ｂへ伝達されるので、応答性に優れ、且つＰｏはパイロットバルブ９、１０の操作量によって一義的に定まる値であるので、可変開口部イ−１における圧力降下が予め定められた値以下では、本発明に関わる油圧制御システムは非常に安定する。
【００６１】
又、上述のようにポンプ供給ラインの圧力は、油圧アクチュエータの駆動圧力に対して予め定められた圧力以上には上昇しないのでポンプ吐出流量が信号圧力Ｐｏにて調整されている状態においては従来のシステムに比較し、エネルギー損失が極めて少ない。
【００６２】
ところで、切換弁３のみを操作した状態では、当該切換弁３に設けた分流補償弁２２においては、その両端に作用する圧力は開方向に信号ライン１５から、また、閉方向には逆止弁４０、信号ライン２５、１９を経てそれぞれ逆止弁３７の上流側圧力が作用しており、且つ分流補償弁２２の開方向にはバネ４４が作用しているので分流補償弁２２は開位置に維持されている。従って不要な圧力損失を生ずることがない。
【００６３】
次に、各切換弁３、４、５のうち、例えば切換弁３、４を同時に操作した場合を想定する。
【００６４】
各々の切換弁の作動は上述の、切換弁３を単独に操作した場合と同様である。但し、可変容量ポンプ１のポンプ吐出容量調整機構Ｂに作用する信号圧力は図３のように切換弁３または４の内の最高圧力が選択されて作用する。切換弁３、４を例えば、信号ラインｂ１、ｂ２に信号圧力を供給して図２の図中左方へ操作すると、上記のようにｂ１またはｂ２の内高圧側の信号圧力がポンプ吐出容量調整機構Ｂに作用して可変容量ポンプ１はその信号圧力に対応した吐出流量を吐出すると同時に、この圧油は供給ライン１２、１３、１４を経て切換弁３、４に供給される。そして、この供給された圧油は各切換弁の可変開口部イ、ロを経、それぞれ逆止弁３７、３８を開け、分流補償弁２２、２３を通過し各油圧アクチュエータへ供給される。
【００６５】
ところで、一般に、複数の油圧アクチュエータを有する建設機械において複数の油圧アクチュエータを同時に操作する場合互いに各油圧アクチュエータの駆動圧力は異なる。従って本発明の実施例においても、例えば切換弁４に接続された油圧アクチュエータ７の駆動圧力が、切換弁３に接続された油圧アクチュエータ６の駆動圧力より高い場合を想定すると、可変容量ポンプ１から吐出された圧油は先ず駆動圧力の低い切換弁３に流れようとするがこの流れは切換弁３の可変開口部イにて圧力降下を生じ、一方、切換弁４においてはその可変開口部ロには圧油の流れが無いために可変開口部ロ前後の圧力はほぼ等しい。
【００６６】
従って、逆止弁３７、３８の上流側圧力を比較した場合、逆止弁３７の上流側圧力の方が逆止弁３８のそれよりも低くなる。それ故，信号ライン１８には，逆止弁３８の上流側圧力が逆止弁４１を経て導かれる。この結果、切換弁４に関わる分流補償弁２３の両端には信号ライン１６、２６を経て同じ圧力が作用するので当該分流補償弁はバネ５０の力により開放された図示の位置に維持される。一方、切換弁３に関わる分流補償弁２２においては信号ライン２５、１８、１９を経て閉方向に作用する信号圧力は開方向に作用する信号ライン１５の圧力よりも、上述のように、高いために、この力の差が分流補償弁２２をバネ４９の力に対抗して閉方向に動かす。この場合、バネ４９の力を微弱に設定すれば、逆止弁３７の上流側圧力は限りなく信号ライン２６の圧力、即ち逆止弁３８の上流側圧力に近づく。この結果、ポンプ吐出圧力は油圧アクチュエータ７を駆動できる程度まで上昇する。従って、油圧アクチュエータ６、７の駆動圧力が異なる場合でも、軽負荷側の駆動圧力を高負荷側の駆動圧力まで上昇させ、駆動圧力が異なる場合でも確実に同時操作することを可能にする。
【００６７】
なお、ロードセンシングシステムにおいては、切換弁の可変開口部での圧力降下が常に予め定められた値になるようポンプ吐出流量を調整するために、切換弁の流入側での圧力降下が常に必要であり、このための損失が発生しているが、本発明の場合は、ポンプ吐出流量は当該切換弁の流入側の一定の圧力降下を設定する必要が無く、適切にポンプ吐出信号Ｐｏと可変開口部イ等の開度を設定すれば、切換弁の流入側での損失を非常に小さくすることができる。
【００６８】
図９、図１０はそれぞれ分流補償弁の設置位置の変形例を示す。
【００６９】
図９では、一部の分流補償弁２４を切換弁からタンクへの排出側に設けた例を示す。
【００７０】
又、図１０は、全ての分流補償弁２２、２３、２４を切換弁からタンクへの排出側に設けた例を示す。図９、図１０に示すように、分流補償弁２２等の設置位置についても、本発明の適用される装置、機械によっては、切換弁と油圧アクチュエータの間のみならず、各切換弁からタンクへの通路上でもよく、あるいは又、全体の油圧制御システム構成に際し、これらの位置を、各々の油圧アクチュエータの特性に応じて、適切に選択してもよい。
【００７１】
図１１は、図２の信号圧力ライン１８、２８の圧力Ｐｓ、ＰｄをセンサーＤｓ、Ｄｄで電気的に検出し、図１２（ａ）、（ｂ）に示される演算増幅器Ｅを用いた電気的調整手段により可変容量ポンプの吐出流量調整手段に作用させる場合の例を示す。
【００７２】
以上説明した図２、図３の例では、本発明の実施例として油圧信号にて制御する場合を示したが、パイロットバルブや可変容量ポンプの吐出圧力、分流補償弁の信号圧力等を電気的に操作、検出、演算・増幅し、可変容量ポンプの吐出容量調整手段へ作用させることも可能である。
【００７３】
このように電気的処理を行う場合は、吐出流量調整手段として電磁比例減圧弁を用いることも出来るし、サーボモータを使用し、その回転量を直線方向に変換する等により油圧サーボ機構と組み合わせて調整することも出来る。その外、本発明の適用される装置、機械によっては、調整信号Ｙの作用範囲を限定し、調整信号Ｘのみによる可変容量ポンプの調整範囲を広め、適用対象により適した操作性を得ることができる。また、図３の弁Ｄにおいて、バネ１１３の取付荷重や段付きピストン１１２の移動量ｌを適切に設定することにより調整信号Ｙの作用範囲を調整することができる。なお、この段付きピストン１１２の移動量は図示していないメカニカルな調整ネジ機構のストッパを用いれば任意に調整できる。
【００７４】
更に、複数の油圧アクチュエータを持つ機械に本発明が適用された場合であって、その中の特定の油圧アクチュエータが常に高負荷側となる時は、当該油圧アクチュエータを操作する切換弁に関わる分流補償弁を省略しても本発明の効果を維持することが出来る。
【００７５】
なお、本発明が例えば油圧ショベルに適用された場合、ブーム操作によりクレーン作業を行う場合、負荷の大小に関わらず切換弁の操作量は一定であることが望ましい。この場合には圧力補償付流量調整弁の差圧設定用バネの荷重を低減し、切換弁の流入側可変開口部における差圧が一定となるよう可変容量ポンプの吐出流量を調整すればよい。
【００７６】
又、最大流量をポンプの吐出能力より小さな量望ましい油圧アクチュエータをオプションとして追加した場合、当該油圧アクチュエータ用切換弁を操作した場合にも流入側可変開口部での圧力差が一定になるようポンプ吐出流量を上記差圧設定バネ５５の荷重を外部調整（６０）することにより極めて容易に対応できる（図１３参照）。
【００７７】
この外、分岐路２８上に設けた圧力発生手段３１の開度を外部から調整可能な構成とすることにより、当該油圧制御システムの用途、作業内容に応じてバイパス油量を調整し、さらに省エネと操作性の向上を図ることができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明による油圧制御システムは、建設機械例えば複数の油圧アクチュエータを同時操作する油圧ショベル等の油圧制御システムにおいて、操作性、応答性、システム効率、複合操作性、用途の多様性等の全てを向上させ、且つこれらの特性を両立せしめることが可能となり、生産性、安全性、環境保全の向上に極めて大きな効果を奏するものであり、従来のシステムに対し大きな進歩をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本コンセプトを示す制御ブロック図である。
【図２】本発明が適用される油圧制御システムの具体的な油圧回路構成を示す図である。
【図３】図２のポンプ吐出容量調整機構Ｂに与えられる信号圧力Ｐｏを生成する油圧回路装置を示す図である。
【図４】パイロットバルブの出力信号と操作量の関係を示すグラフである。
【図５】可変容量ポンプのポンプ吐出流量調整機構への信号圧力とポンプ吐出容量との関係を示すグラフである。
【図６】図３における弁Ｄの特性を示すグラフであって、（ａ）はストローク量を示し、（ｂ）はポンプ吐出流量を示す。
【図７】図２における部材５６の構成を示し、（ａ）は絞り（ｂ）は２位置切換弁を示す。
【図８】図２における切換弁３のハーフ操作状態における回路を示す図である。
【図９】分流補償弁の一部を切換弁からタンクへの排出側に設けた例を示す図である。
【図１０】分流補償弁の全部を切換弁からタンクへの排出側に設けた例を示す図である。
【図１１】図２の圧力Ｐｄ、Ｐｓを電気的に検出することを示す図である。
【図１２】ポンプ吐出流量調整手段を電気信号により調整するよう構成する回路を示し、（ａ）は演算増幅器出力を電油変換器を介して、また（ｂ）は演算増幅器出力をサーボモータを介して行うものである。
【図１３】圧力補償付流量調整弁２９の差圧設定用バネ５５の力を外部信号により調整することを示す部分回路図である。
【図１４】従来のネガコンシステムの概略を示す油圧回路図である。
【図１５】従来のポジコンシステムの概略を示す油圧回路図である。
【図１６】従来のロードセンシングシステムの概略を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
１　　　可変容量ポンプ
２　　　パイロットポンプ
３　　　切換弁
４　　　切換弁
５　　　切換弁
６　　　油圧アクチュエータ
７　　　油圧アクチュエータ
９　　　パイロットバルブ
１１　　吐出油供給ライン
１５　　信号ライン
２２　　分流補償弁
２８　　分岐路
２９　　圧力補償付流量調整弁
３１　　圧力発生手段
３２　　タンク
３７　　逆止弁
Ｂ　　　ポンプ吐出容量調整機構
【図１】
2004028333.tif 000003
【図２】
2004028333.tif 000004
【図３】
2004028333.tif 000005
【図４】
2004028333.tif 000006
【図５】
2004028333.tif 000007
【図６】
2004028333.tif 000008
【図７】
2004028333.tif 000009
【図８】
2004028333.tif 000010
【図９】
2004028333.tif 000011
【図１０】
2004028333.tif 000012
【図１１】
2004028333.tif 000013
【図１２】
2004028333.tif 000014
【図１３】
2004028333.tif 000015
【図１４】
2004028333.tif 000016
【図１５】
2004028333.tif 000017
【図１６】
2004028333.tif 000018