(57)【要約】      （修正有）【課題】例えば２つの吐出ポートを持つ２フロータイプのピストンポンプを用いて液圧駆動装置の構造の簡素化及び小型化をはかる。【解決手段】左右走行モータ用コントロールバルブ３２，４２に必要な作動油の供給量に応じてピストンポンプ１０の吐出量を制御するため、第一、第二吐出通路３１，４１を通ってタンク５０に戻される作動油の流れに抵抗を付与する第一、第二絞り３５，４５と、この第一、第二絞り３５，４５より上流側圧（ポンプ吐出圧）のうち低い方を選択する低圧選択弁５２と、この低圧選択弁５２によって選択されたドレン圧を減圧弁７１にピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導くドレン圧導入通路７６と、減圧弁７１に導かれる負荷圧及び吐出圧を遮断するパイロット圧切換弁７７とを備え、低圧選択弁５２によって選択されたドレン圧が低下するのに応動してピストンポンプ１０の押しのけ容積を増大させる構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出ポートを持つ容量可変型ピストンポンプと、このピストンポンプの押しのけ容積を増減する容量可変シリンダと、この容量可変シリンダに導かれる駆動圧を調節する減圧弁と、このピストンポンプの各吐出ポートから独立して吐出される作動液を導く第一、第二吐出通路と、第一、第二吐出通路から負荷に分配される作動液量を調節する各コントロールバルブとを備え、この負荷に導かれる負荷圧を減圧弁にピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導く負荷圧導入通路と、このピストンポンプの吐出圧を減圧弁にピストンポンプの押しのけ容積を増大させるパイロット圧として導く吐出圧導入通路とを備え、この負荷圧と吐出圧の差圧が一定になるようにピストンポンプの押しのけ容積を調節する構成とした液圧駆動装置において、
前記第一、第二吐出通路を通ってドレン側に戻される作動液の流れに抵抗を付与する第一、第二絞りと、この第一、第二絞りの上流側であって第一、第二吐出通路に介在した低圧選択手段と、この低圧選択手段によって選択されたドレン圧を前記減圧弁に前記ピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導くドレン圧導入通路と、減圧弁に導かれる負荷圧及び吐出圧を遮断するパイロット圧切換手段とを備え、この低圧選択手段によって選択されたドレン圧が低下するのに応動してピストンポンプの押しのけ容積を増大させる構成としたことを特徴とする液圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建設機械等において複数の液圧アクチュエータを複合駆動する液圧駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば油圧ショベルの液圧駆動装置として、エンジンによって駆動される第一、第二ピストンポンプと、第一、第二ピストンポンプから第一、第二吐出通路に吐出されドレン側に戻される作動油の流れに抵抗を付与する第一、第二絞りと、第一、第二絞りの上流側圧力（ポンプ吐出圧力）に応動して第一、第二ピストンポンプの押しのけ容積を制御する第一、第二レギュレータを備えたものがある。第一、第二吐出通路に左右の走行モータに作動油を分配するモータ用コントロールバルブや他のアクチュエータ用コントロールバルブがそれぞれ設けられている。
【０００３】
この場合、第一、第二ピストンポンプの吐出圧力が第一、第二レギュレータによって独立して制御されるため、左右の走行モータ間の負荷変動によって走行安定性が損なわれないようになっている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１３２９７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１５４９５号公報
【特許文献３】
特開平８−１０５４０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の液圧駆動装置にあっては、２台のピストンポンプを備えるため、構造が複雑化し、この小型化が難しいという問題点があった。
【０００６】
なお、この対策として２つの吐出ポートを持つ２フロータイプのピストンポンプを用いてポンプ台数を減らすことが考えられる。しかし、この場合、２つの吐出ポートから吐出される圧力をそれぞれ制御することが難しく、無駄に吐出される作動油量が増えるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば２フロータイプのピストンポンプを用いて液圧駆動装置の構造簡素化及び小型化をはかることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数の吐出ポートを持つ容量可変型ピストンポンプと、このピストンポンプの押しのけ容積を増減する容量可変シリンダと、この容量可変シリンダに導かれる駆動圧を調節する減圧弁と、このピストンポンプの各吐出ポートから独立して吐出される作動液を導く第一、第二吐出通路と、第一、第二吐出通路から負荷に分配される作動液量を調節する各コントロールバルブとを備え、この負荷に導かれる負荷圧を減圧弁にピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導く負荷圧導入通路と、このピストンポンプの吐出圧を減圧弁にピストンポンプの押しのけ容積を増大させるパイロット圧として導く吐出圧導入通路とを備え、この負荷圧と吐出圧の差圧が一定になるようにピストンポンプの押しのけ容積を調節する構成とした液圧駆動装置において、第一、第二吐出通路を通ってドレン側に戻される作動液の流れに抵抗を付与する第一、第二絞りと、この第一、第二絞りの上流側であって第一、第二吐出通路に介在した低圧選択手段と、この低圧選択手段によって選択されたドレン圧を減圧弁にピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導くドレン圧導入通路と、減圧弁に導かれる負荷圧及び吐出圧を遮断するパイロット圧切換手段とを備え、低圧選択手段によって選択されたドレン圧が低下するのに応動してピストンポンプの押しのけ容積を増大させる構成としたことを特徴とするものとした。
【０００９】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、単一のピストンポンプを用いて、構造を簡素化し、小型化がはかれる。
【００１０】
パイロット圧切換手段が減圧弁に導かれるパイロット圧を切換えることにより、減圧弁は負荷圧と吐出圧の差圧力を所定値に保つロードセンシング制御から、ドレン圧を所定値に保つネガティブ制御に切り換えられる。
【００１１】
このネガティブ制御が行われる場合、減圧弁は第一、第二吐出通路のうち各アクチュエータに分配される作動液量が多い方の圧力が低下するのに応じてピストンポンプの押しのけ容積を増やし、第一、第二吐出通路に導かれるポンプ吐出圧力が所定値に保たれる。こうして減圧弁は各アクチュエータに導かれる作動液圧が維持される範囲でピストンポンプの押しのけ容積を小さくし、エネルギロスが抑えられる。また、ポンプ吐出量が最大になる運転時も、単一のピストンポンプを用いてエンジン出力を有効に利用してポンプ吐出量を馬力制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、図２に本発明が適用可能な油圧ショベルに搭載される液圧駆動装置の一例を示す。
【００１４】
この液圧駆動装置は、２つの吐出ポートを持つ２フロータイプのピストンポンプ１０と、このピストンポンプ１０の各吐出ポートから独立して吐出される作動油（作動液）を導く第一、第二吐出通路３１，４１と、この第一、第二吐出通路３１，４１によってそれぞれ導かれる作動油を右走行モータ（アクチュエータ）に分配する左走行モータ用コントロールバルブ３２，４２と、第一、第二吐出通路３１，４１によって導かれる作動油を各油圧シリンダ（アクチュエータ）４３，４４，４６に分配するブーム用コントロールバルブ３３、アーム用コントロールバルブ３４、バケット用コントロールバルブ３６とを備える。
【００１５】
左右走行モータ用コントロールバルブ３２，４２は、左右の走行モータに対する作動油の供給量を調節する。ブーム用コントロールバルブ３３は、ブームシリンダ４３に対する作動油の供給量を調節する。アーム用コントロールバルブ３４は、アームシリンダ４４に対する作動油の供給量を調節する。バケット用コントロールバルブ３６は、バケット用シリンダ４６に対する作動油の供給量を調節する。各コントロールバルブ３２，３３，３４，３６，４２の作動はオペレータによって操作され、油圧ショベルの走行、地面の掘削や土砂の搬送作業が行われる。
【００１６】
図３に示すように、斜板式のピストンポンプ１０は、ケーシング１とポートブロック２とにより形成される内部空間にシリンダブロック３および斜板４が収装される。
【００１７】
シリンダブロック３はシャフト５を介して回転駆動される。シャフト５は、その一端がポートブロック２にベアリング１２を介して支持され、その途中がケーシング１にベアリング１１を介して支持される。シャフト５はケーシング１から外部へ突出されるその一端に図示しないエンジンから回転が伝達される。
【００１８】
シリンダブロック３には偶数本のシリンダ６がその回転軸と平行に、かつその回転軸を中心とする略同一円周上に一定の間隔を持って並んで配置される。
【００１９】
各シリンダ６にはピストン８がそれぞれ挿入され、両者の間に容積室７が画成される。各ピストン８の一端側はシリンダブロック３から突出され、斜板４に接するシュー９を介して支持される。シリンダブロック３が回転すると、各ピストン８は斜板４との間で往復動し、シリンダ６の容積室７を拡縮させる。
【００２０】
シリンダブロック３の端面には各容積室７に連通するシリンダポート１３，１４が開口する。シリンダポート１３，１４は、中心軸を中心として異なった半径上に交互に配置される。
【００２１】
ケーシング１とポートブロック２の間にはシリンダブロック３の端面を摺接させるバルブプレート２０が介装される。バルブプレート２０には吸込ポートと吐出ポート２２，２３がそれぞれ開口し、シリンダブロック３の回転に伴って各シリンダポート１３，１４が連通することによって各容積室７に対する作動油の吸込と吐出が制御される。各吐出ポート２２，２３は第一、第二吐出通路３１，４１に連通している。なお、図１におけるバルブプレート２０位置は便宜上実際のの取り付け位置より９０°ずらしている。
【００２２】
シリンダブロック３の１回転につき、各ピストン８がシリンダ６を１往復動する。シリンダ６の容積室７が拡張する吸込行程では、作動油をバルブプレート２０の吸込ポートからシリンダポート１３，１４を通して容積室７に吸い込む。シリンダ６の容積室７が収縮する吐出行程では、作動油を容積室７からシリンダポート１３，１４からバルブプレート２０の各吐出ポート２２，２３を通して第一、第二吐出通路３１，４１へと吐出する。これにより、第一、第二吐出通路３１，４１では互いに独立した作動油の流れが生じ、作動油の流量や圧力を個別に設定できる。
【００２３】
斜板４とケーシング１の間にはスプリング１５が介装され、斜板４はスプリング１５によってその傾転角度を最大とする方向に付勢される。
【００２４】
斜板４とケーシング１の間にはスプリング１５に抗して斜板４を動かす容量可変シリンダ１６が介装される。容量可変シリンダ１６はケーシング１に形成されたシリンダ部１７と、このシリンダ部１７に摺動可能に挿入されるピストン１８とを備え、両者の間に画成される油室１９には駆動圧が減圧弁７１を介して導かれる。
【００２５】
液圧駆動装置は、容量可変シリンダ１６に導かれる駆動圧を調節する減圧弁７１を備える。減圧弁７１には容量可変シリンダ１６の駆動圧として第一、第二吐出通路３１，４１の圧力が高圧選択弁７２及び駆動圧通路７３を介して導かれる。減圧弁７１は容量可変シリンダ１６に対して駆動圧通路７３を遮断してタンク圧を導く遮断ポジションａと、タンク圧を遮断して駆動圧通路７３を開通する開通ポジションｂとを有する。減圧弁７１が図示したように遮断ポジションａに保持れると、容量可変シリンダ１６はスプリング１５の付勢力によって収縮し、斜板４の傾転角度が増大し、シャフト５の１回転当たりの押しのけ容積を増大する。一方、減圧弁７１が図示したように開通ポジションｂに保持されると、容量可変シリンダ１６はスプリング１５に抗して伸張し、斜板４の傾転角度が減少し、シャフト５の１回転当たりの押しのけ容積を減少する。
【００２６】
減圧弁７１はバネ力によって遮断ポジションａに付勢され、これに導かれるパイロット圧がバネ力を上回ると、開通ポジションｂに保持される。このパイロット圧を導く通路として、減圧弁７１には負荷圧導入通路７４と吐出圧導入通路７５が接続される。
【００２７】
負荷圧導入通路７４は各高圧選択弁５３，５４，５６を介してブーム用コントロールバルブ３３、アーム用コントロールバルブ３４、バケット用コントロールバルブ３６の下流側に接続し、減圧弁７１にパイロット圧として各油圧シリンダ４３，４４，４６の負荷圧のうち最も高い圧力（ＰＬＳ圧）が各高圧選択弁５３，５４，５６を介して導かれる。各高圧選択弁５３，５４，５６及び各コントロールバルブ３３，３４，３６は、それぞれロードセンシングバルブ５９内に収められる。
【００２８】
吐出圧導入通路７５は合流通路３９に接続し、減圧弁７１にパイロット圧として合流通路３９に生じるピストンポンプ１０の吐出圧（ＰＰＳ圧）を導く。
【００２９】
減圧弁７１は、負荷圧導入通路７４から導かれる負荷圧と吐出圧導入通路７５から導かれるポンプ吐出圧の差圧力が所定値に保たれるようにピストンポンプ１０の吐出量を変化させる、ロードセンシング（Ｌ／Ｓ）制御を行う。これにより、ポンプから吐出される余剰作動油量を抑えて無駄な消費エネルギが削減される。
【００３０】
液圧駆動装置は、第一、第二吐出通路３１，４１から導かれる作動油を合流させる合流通路３９と、第一、第二吐出通路３１，４１及び合流通路３９の連通を切換える回路切換弁６１とを備える。この合流通路３９から分岐する各通路にブーム用コントロールバルブ３３、アーム用コントロールバルブ３４、バケット用コントロールバルブ３６が介装される。
【００３１】
回路切換弁６１は第一、第二吐出通路３１，４１から走行モータに導かれる作動油を遮断して第一、第二吐出通路３１，４１を合流通路３９に連通するＬ／Ｓポジションａと、第一、第二吐出通路３１，４１からの作動油を走行モータに導く走行ポジションｂとを有する。
【００３２】
回路切換弁６１が走行ポジションｂに切り換えられる走行時において、左右の走行モータは第一、第二吐出通路３１，４１によって作動油が独立して導かれるため、左右の走行モータ間の負荷変動によって走行安定性が損なわれない。
【００３３】
しかし、上記走行時においては走行モータの負荷圧に応じたロードセンシング制御が行われず、ピストンポンプ１０の吐出量を固定したオープンセンタ制御が行われた場合、ピストンポンプ１０から吐出される余剰作動油量が増えて無駄な消費エネルギが増える。
【００３４】
そこで、本発明は、回路切換弁６１がＬ／Ｓポジションａから走行ポジションｂに切り換えられるのに伴って、減圧弁７１に導かれるパイロット圧を切換えるパイロット圧切換手段を設け、上記した負荷圧と吐出圧の差圧力を所定値に保つロードセンシング制御から、ドレン圧を所定値に保つネガティブ制御に切り換える構成を要旨とする。これにより、走行時においてもピストンポンプ１０から吐出される余剰作動油量を抑えて無駄な消費エネルギが削減される。
【００３５】
以下、その具体的な例につき図１に示した油圧ショベルに搭載される液圧駆動装置の実施形態を説明する。
【００３６】
この液圧駆動装置は、左右走行モータ用コントロールバルブ３２，４２に必要な作動油の供給量に応じてピストンポンプ１０の吐出量を制御するため、第一、第二吐出通路３１，４１を通ってタンク５０に戻される作動油の流れに抵抗を付与する第一、第二絞り３５，４５と、この第一、第二絞り３５，４５より上流側圧（ポンプ吐出圧）のうち低い方を選択する低圧選択弁（低圧選択手段）５２と、この低圧選択弁５２によって選択されたドレン圧を減圧弁７１にピストンポンプの押しのけ容積を減らすパイロット圧として導くドレン圧導入通路７６と、減圧弁７１に導かれる負荷圧及び吐出圧を遮断するパイロット圧切換弁（パイロット圧切換手段）７７とを備え、低圧選択弁５２によって選択されたドレン圧が低下するのに応動してピストンポンプ１０の押しのけ容積を増大させる構成とする。
【００３７】
パイロット圧切換弁７７は、負荷圧導入通路７４と吐出圧導入通路７５を開通し、ドレン圧導入通路７６を遮断するＬ／Ｓモードポジションａと、負荷圧導入通路７４をタンクに接続し、吐出圧導入通路７５とドレン圧導入通路７６を開通する走行モードポジションｂとを有する。
【００３８】
この走行モードポジションｂにて、減圧弁７１は、タンク圧とドレン圧の差圧力が所定値に保たれるようにピストンポンプ１０の吐出量を変化させる、ネガティブ制御を行う。これにより、ピストンポンプ１０から吐出される余剰作動油量を抑えて無駄な消費エネルギが削減される。
【００３９】
回路切換弁６１及びパイロット圧切換弁７７は、オペレータによって操作される操作レバー７８及び走行レバー７９を介して導かれるパイロット圧によってそれぞれのポジションが互いに同期して切換えられる。回路切換弁６１及びパイロット圧切換弁７７は、走行停止時に図のようにポジションａに切換えられ、走行時にポジションｂに切換えられる。
【００４０】
なお、回路切換弁６１及びパイロット圧切換弁７７の切換えは、上記パイロット圧によって行われる構成に限らず、電磁アクチュエータまたはリンク機構を用いて行われる構成としても良い。
【００４１】
以上のように構成されて、次に作用について説明する。
【００４２】
油圧ショベルに搭載される液圧駆動装置は、２つの吐出ポートを持つ２フロータイプのピストンポンプ１０を用いることにより、２台のピストンポンプを備える従来装置に比べて構造の簡素化及び小型化がはかれる。
【００４３】
２フロータイプのピストンポンプ１０は第一、第二吐出通路３１，４１に略等しい量の作動油を独立して吐出する。第一、第二吐出通路３１，４１によって導かれる作動油はそれぞれ左右走行モータ用コントロールバルブ３２，４２を介して左右の走行モータに供給され、余剰作動油が第一、第二絞り３５，４５を介してタンク５０に戻される。左右走行モータ用コントロールバルブ３２，４２を介して各アクチュエータに分配される作動油量が増える程、第一、第二絞り３５，４５を通って戻される余剰作動油が減り、第一、第二絞り３５，４５の上流側圧が低下する。
【００４４】
左右走行モータに分配される作動油量が略等しい場合、低圧選択弁５２が中立ポジションに保持され、第一、第二絞り３５，４５の上流側圧がドレン圧導入通路７６を介して減圧弁７１に導かれる。これにより、左右走行モータに分配される作動油量が増える程、減圧弁７１はピストンポンプ１０の押しのけ容積を増やし、第一、第二吐出通路３１，４１に導かれるポンプ吐出圧が所定値に保たれ、各アクチュエータに導かれる作動油圧が維持される。これにより、左右走行モータの作動が停止した運転状態では、ピストンポンプ１０から吐出される作動油の全量が第一、第二絞り３５，４５を通してタンク５０に戻され、第一、第二絞り３５，４５の上流側圧が上昇し、減圧弁７１がピストンポンプ１０の押しのけ容積を小さくし、無駄に吐出される作動油量が減り、エネルギロスが抑えられる。
【００４５】
左走行モータに分配される作動油量が右走行モータに分配される作動油量より多い場合、低圧選択弁５２が比較的低い第一絞り３５の上流側圧を減圧弁７１に導く。
【００４６】
逆に、右走行モータに分配される作動油量が左走行モータに分配される作動油量より多い場合、低圧選択弁５２が比較的低い第二絞り４５の上流側圧を減圧弁７１に導く。
【００４７】
これにより、減圧弁７１は第一、第二吐出通路３１，４１のうち左右走行モータに分配される作動油量が多い方の圧力が低下するのに応じてピストンポンプ１０の押しのけ容積を増やし、第一、第二吐出通路３１，４１に導かれるポンプ吐出圧が所定値に保たれる。こうして減圧弁７１は各アクチュエータに導かれる作動油圧が維持される範囲でピストンポンプ１０の押しのけ容積を小さくし、エネルギロスが抑えられる。また、ポンプ吐出量が最大になる運転時も、単一のピストンポンプ１０を用いてエンジン出力を有効に利用してポンプ吐出量を馬力制御することが可能となる。
【００４８】
なお、低圧選択手段は、低圧選択弁５２に限らず、第一、第二絞り３５，４５より上流側圧力を検出するセンサ等によって構成し、コントローラによって電磁式レギュレータを介してピストンポンプ１０の押しのけ容積を制御するようにしても良い。
【００４９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す液圧駆動装置の油圧回路図。
【図２】本発明が適用可能な例を示す液圧駆動装置の油圧回路図。
【図３】同じくピストンポンプの断面図。
【符号の説明】
１０  ピストンポンプ
１６  容量可変シリンダ
３１  第一吐出通路
３２  左走行モータ用コントロールバルブ
３３  ブーム用コントロールバルブ
３４  アーム用コントロールバルブ
３５  第一絞り
４１  第二吐出通路
４２  右走行モータ用コントロールバルブ
４５  第二絞り
５２  低圧選択弁
６１  回路切換弁
７１  減圧弁
７４  負荷圧導入通路
７５  吐出圧導入通路
７６  ドレン圧導入通路
７７  パイロット圧切換弁（パイロット圧切換手段）
【図１】
2004346999.tif 000003
【図２】
2004346999.tif 000004
【図３】
2004346999.tif 000005