(57)【要約】【課題】傾転変更時の制御応答性を改善する。【解決手段】パイロット油圧源８からのパイロット圧により作動して可変容量形油圧ポンプ１の傾転を変えるサーボピストン３と、コントローラ９からの制御信号に基づいてこのサーボピストン３の作動を制御するサーボ制御弁７とを備えた傾転制御装置において、パイロット油圧源８からのパイロット圧により作動してポンプ傾転を増加させる方向の力をサーボピストン３に加えるアシストピストン１２を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から加えられるパイロット圧により作動して可変容量形油圧ポンプの傾転を変えるサーボピストンと、外部からの制御信号に基づいてこのサーボピストンの作動を制御するサーボ制御弁と、上記パイロット圧により作動して上記ポンプ傾転を増加させる方向の力を上記サーボピストンに加えるアシストピストンとを具備することを特徴とする可変容量形油圧ポンプの傾転制御装置。
【請求項２】
アシストピストンとパイロット油圧源との間に、外部からの制御信号に基づいてアシストピストンに供給されるパイロット圧を制御する圧力制御弁が設けられたことを特徴とする請求項１記載の可変容量形油圧ポンプの傾転制御装置。
【請求項３】
外部から加えられるパイロット圧により作動して可変容量形油圧ポンプの傾転を変えるサーボピストンと、外部からの制御信号に基づいてこのサーボピストンの作動を制御するサーボ制御弁とを備え、上記サーボピストンの両側圧力室のうち、パイロット圧によってポンプ傾転を増加させる方向の推力を発生する第１圧力室はパイロット圧源に直接接続され、第２圧力室は上記サーボ制御弁を介してパイロット圧源に接続され、パイロット圧によってこの第２圧力室に発生する推力と、上記ポンプの斜板モーメントによって発生する推力の合計値をサーボピストンにポンプ傾転を減少させる方向の推力として加えるように構成されたことを特徴とする可変容量形油圧ポンプの傾転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量形油圧ポンプの傾転を制御する傾転制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変容量形油圧ポンプの傾転を制御する技術として、特許文献１に示されるものが公知である。
【０００３】
この公知技術を図５によって説明する。
【０００４】
可変容量形油圧ポンプ（以下、単にポンプという）１の傾転レバー２にサーボピストン３のロッド４が接続され、サーボピストン３の作動によってポンプ傾転が大小変化する。
【０００５】
サーボピストン３は、傾転増加方向のピストン推力を発生する第１圧力室５と、傾転減少方向のピストン推力を発生する第２圧力室６とを有し、この両圧力室５，６がサーボ制御弁７を介してパイロット油圧源８に接続される。
【０００６】
サーボ制御弁７は電磁切換弁として構成され、コントローラ９からの制御信号に基づいて中立位置イと、図右側の傾転減少位置ロと、図左側の傾転増加位置ハとの間で切換わり作動する。
【０００７】
ポンプ吐出圧に応じてポンプ傾転を変えるシステムを例にとって作用を説明すると、ポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサ１０、及びポンプ傾転を検出する傾転センサ１１からの信号がコントローラ９に入力され、ポンプ吐出圧に応じてコントローラ９からサーボ制御弁７にポンプ傾転を減少または増加させる制御信号が送られる。
【０００８】
具体的には、ポンプ吐出圧が高くなると、ポンプ傾転を減少させる制御信号が送られ、この制御信号に基づいてサーボ制御弁７が傾転減少位置ロに切換わる。
【０００９】
これにより、サーボピストン３の第２圧力室６にパイロット圧が供給されて同ピストン３が図の右側にストローク作動し、傾転レバー２が操作されてポンプ傾転が減少する。
【００１０】
一方、ポンプ吐出圧の低下に基づいてポンプ傾転を増加させる制御信号が送られると、サーボ制御弁７が傾転増加位置ハに切換わり、サーボピストン３の第１圧力室５にパイロット圧が供給される。これにより、サーボピストン３が図左側にストローク作動してポンプ傾転が増加する。
【００１１】
【特許文献１】
特許２９２０８７８号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、公知技術によると、傾転制御の応答性に関して次の問題があった。
【００１３】
（ｉ）ポンプ１に斜板式のポンプを用いた場合、ポンプ吐出圧に応じて斜板モーメントが働く。ポンプ吐出圧と斜板角度、それに斜板モーメントの関係を図６に示す。
【００１４】
同図に示すように、斜板モーメントはポンプ吐出圧が高いほど高くなり、通常、ポンプ傾転を減少させる方向の力として作用する。
【００１５】
従って、サーボピストン３は、通常の使用条件では、上記斜板モーメントによる力に打ち勝って傾転増加方向に作動する必要があり、そのためには、パイロット圧とピストン面積で決まるサーボピストン３の傾転増加方向の推力を大きくとる必要がある。
【００１６】
しかし、油圧ショベルや油圧クレーン等の作業機械では、パイロット油圧源８はリモコン弁等の油圧源としても使用され、その最高圧が制限されるため、パイロット圧によっては傾転増加推力を増加させることができない。
【００１７】
このため、サーボピストン３を、小傾転位置から、最も高頻度の使用位置である最大傾転位置に作動させる際に推力不足からサーボピストン３の作動速度が遅くなり、傾転制御の応答性が悪くなっていた。
【００１８】
この点の対策として、サーボピストン３の面積（受圧面積）を大きくすることによって傾転増加方向の推力を大きくとることが考えられるが、こうするとサーボピストン３が大径となり、サーボピストン３を作動させるための制御流量が多くなるため、制御応答性は改善されない。
【００１９】
（ｉｉ）ポンプ傾転を増加させる場合、サーボ制御弁７を傾転減少位置ロから中立位置イ経由で傾転増加位置ハに切換えることにより、サーボピストン３の第２圧力室６のパイロット圧を抜くと同時に第１圧力室５にパイロット圧を加える。
【００２０】
このように、パイロット圧を抜く動作と加える動作が必要となるため、これによって切換えの応答性が悪くなっていた。
【００２１】
そこで本発明は、傾転制御の応答性を改善することができる可変容量形油圧ポンプの傾転制御装置を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、外部から加えられるパイロット圧により作動して可変容量形油圧ポンプの傾転を変えるサーボピストンと、外部からの制御信号に基づいてこのサーボピストンの作動を制御するサーボ制御弁と、上記パイロット圧により作動して上記ポンプ傾転を増加させる方向の力を上記サーボピストンに加えるアシストピストンとを具備するものである。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、アシストピストンとパイロット油圧源との間に、外部からの制御信号に基づいてアシストピストンに供給されるパイロット圧を制御する圧力制御弁が設けられたものである。
【００２４】
請求項３の発明は、外部から加えられるパイロット圧により作動して可変容量形油圧ポンプの傾転を変えるサーボピストンと、外部からの制御信号に基づいてこのサーボピストンの作動を制御するサーボ制御弁とを備え、上記サーボピストンの両側圧力室のうち、パイロット圧によってポンプ傾転を増加させる方向の推力を発生する第１圧力室はパイロット圧源に直接接続され、第２圧力室は上記サーボ制御弁を介してパイロット圧源に接続され、パイロット圧によってこの第２圧力室に発生する推力と、上記ポンプの斜板モーメントによって発生する推力の合計値をサーボピストンにポンプ傾転を減少させる方向の推力として加えるように構成されたものである。
【００２５】
請求項１，２の構成によると、サーボピストンとアシストピストンの合計推力によって傾転を増加させるため、傾転増加方向の推力を十分大きくとることができる。また、サーボピストン単独での必要推力を小さくすることができるため、サーボピストンの面積を小さくすること、すなわち同ピストンを小径にして制御流量を減少させることが可能となる。
【００２６】
これらの点により、サーボピストンを速やかに作動させ、傾転制御の応答性を高めることができる。
【００２７】
また、請求項２の構成によると、斜板モーメントが傾転増加方向に作用する状況でアシストピストンの推力を弱める等、圧力制御弁によりアシストピストンの推力を状況に応じて自在に制御することができる。
【００２８】
一方、請求項３の構成によると、サーボピストンの第１圧力室には常時パイロット圧が作用して傾転増加方向のピストン推力が作用し、第２圧力室には、サーボ制御弁を介して送られるパイロット圧とポンプの斜板モーメントとによって傾転減少方向のピストン推力が作用する。
【００２９】
従って、サーボピストンを、小傾転位置から、最も高頻度の使用位置である最大傾転位置に作動させる際に、第２圧力室の圧力を抜くだけでよいため、傾転変更の応答性が改善される。
【００３０】
また、サーボ制御弁の非作動状態（電磁弁の場合は非励磁状態）で最大傾転になるため、サーボ制御弁を傾転増加位置に保持するためのエネルギー（同、電流）を消費しないとともに、油の漏れ（パイロット油の無駄遣い）も少なくなる。このため、省エネルギーとなる。
【００３１】
さらに、サーボ制御弁は、サーボピストンの第２圧力室のみを加減圧制御すればよく、従来装置のように両圧力室を制御する場合と比較して、弁構成を大幅に簡略化することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
【００３３】
以下の実施形態において、図５に示す従来装置と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００３４】
図１に示すように、サーボピストン３のロッド４の延長上にアシストピストン１２が設けられている。
【００３５】
このアシストピストン１２は、パイロット油圧源８に直接接続され、同油圧源８からのパイロット圧により作動してポンプ傾転を増加させる方向の力をサーボピストン３に加えるように構成されている。
【００３６】
一方、サーボピストン３は、図５に示す従来装置同様、コントローラ９からの制御信号に基づいて中立位置イと、傾転減少位置ロと、傾転増加位置ハとの間で切換制御されるサーボ制御弁７を介してパイロット油圧源８に接続されている。
【００３７】
この構成において、サーボ制御弁７が傾転減少位置ロにセットされた状態では、パイロット圧によってサーボピストン３の第２圧力室６に発生する推力と、ポンプ斜板モーメントによってロッド４に作用する推力の合計値によってサーボピストン３が傾転減少方向に作動する。
【００３８】
これに対し、サーボ制御弁７が傾転増加位置ハにセットされた状態では、パイロット圧によってサーボピストン３の第１圧力室５とアシストピストン１２に作用する推力の合計値によってサーボピストン３が傾転増加方向に作動する。
【００３９】
すなわち、サーボピストン３には、傾転減少方向の推力Ａとして、ポンプ斜板モーメントが傾転減少方向に作用する通常の状況下では、
Ａ＝（斜板モーメント／ピストン腕の長さ）＋（パイロット圧力×サーボピストン面積）
の力が作用する。
【００４０】
一方、傾転増加方向の推力Ｂとして、
Ｂ＝（パイロット圧×サーボピストン面積）＋（パイロット圧×アシストピストン面積）
の力が作用する。
【００４１】
従って、傾転を減少させるには、
Ａ＞Ｂ……▲１▼
の関係が成立し、傾転を増加させるには、
Ａ＜Ｂ……▲２▼
の関係が成立すればよい。そして、上記▲１▼と▲２▼の式がポンプ吐出圧の全範囲で成立すれば、このシステムが全範囲で作動することとなる。いいかえれば、そのように両ピストン面積を設定すればよい。
【００４２】
このように、サーボピストン３とアシストピストン１２の合計推力によってポンプ傾転を増加させるため、傾転増加方向の推力を十分大きくとることができる。
【００４３】
また、これに伴い、サーボピストン３単独での必要推力を、図５に示す従来装置の場合と比べて減少させることができるため、サーボピストン３を小径にして、その制御流量を減少させることが可能となる。
【００４４】
これにより、傾転制御の応答性を高めることができる。
【００４５】
なお、アシストピストン１２はサーボピストンを加勢するだけの推力を発生すればよいため、小径のものですみ、応答性を損なうおそれはない。
【００４６】
ところで、弁板ノッチ形状によっては、ポンプ吐出圧が低い状況で斜板モーメントが逆方向（ポンプ傾転を増加させる方向）に働く場合もある。しかし、この場合でも、図６に示すように低圧時の斜板モーメントは高圧時に比べて十分小さいため、実際上はこの力は問題とならない。
【００４７】
一方、この斜板モーメントが問題となる（傾転増加方向に働く推力が大きい）場合は、アシストピストン１２の径をサーボピストン３の径よりも小さくしてアシスト力を落とせばよい。
【００４８】
あるいは、第２実施形態として、図２に示すように、アシストピストン１２とパイロット油圧源８とを結ぶパイロットラインに圧力制御弁としての電磁比例減圧弁１３を設け、斜板モーメントが傾転増加方向に作用する状況下で、コントローラ９からこの電磁比例減圧弁１３に減圧信号を送り、アシストピストン１２のアシスト力を弱めるように制御する構成をとってもよい。
【００４９】
また、第３実施形態として、第１及び第２実施形態のサーボ制御弁（電磁切換弁）７に代えて、図３に示すように、傾転減少用及び傾転増加用の一対の電磁比例減圧弁１４，１５によってサーボ制御弁１６を構成してもよい。
【００５０】
こうすれば、パイロット圧によってサーボピストン３の第１及び第２両圧力室５，６に発生する推力をコントローラ９によって個別に制御することができるため、より多様な制御が可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第４実施形態を図４によって説明する。
【００５２】
この第４実施形態においては、ポンプ斜板モーメントが、常時、傾転減少方向に働くこと（そのようにポンプ１を設計すること）を前提として、サーボピストン３の第１圧力室５をパイロット圧源８に直接接続し、第２圧力室６をサーボ制御弁（電磁比例減圧弁）１７を介してパイロット油圧源８に接続している。
【００５３】
この構成において、たとえばポンプ傾転を減少させる場合は、サーボ制御弁１７を図左側の加圧位置ａにセットし、サーボ制御弁７の二次圧をサーボピストン３の第２圧力室に加える。
【００５４】
一方、サーボピストン３の第１圧力室５には常にパイロット油圧源８からのパイロット圧が直接加えられているため、サーボ制御弁二次圧を上記パイロット圧と同圧とすれば、パイロット圧によるサーボピストン３の押し引き推力は差し引き０となる。
【００５５】
従って、サーボピストン３は、斜板モーメントに基づく推力によって傾転減少方向に作動する。
【００５６】
そして、この作動によってポンプ傾転が目標値に達すれば、サーボピストン３の傾転変更動作が停止しかつその位置に保持されるように、コントローラ９からサーボ制御弁１７に信号が送られる。具体的には、
（斜板モーメント／ピストン腕の長さ）＋（サーボ制御弁二次圧力×サーボピストン面積）
と、
（パイロット圧力×サーボピストン面積）
の差がサーボピストン３の摩擦力よりも小さければ、サーボピストン３が目標傾転位置で保持される。いいかえれば、この位置を保つようにサーボ制御弁１７の二次圧が決定される。この二次圧は次式で求められる。
【００５７】
（「斜板モーメント／ピストン腕の長さ」−「パイロット圧×ピストン面積」−ピストン摩擦力）／「ピストン面積」＝サーボ制御弁１７の二次圧
あるいは、
（パイロット圧×ピストン面積）−「斜板モーメント／ピストン腕の長さ」−ピストン摩擦力）／「ピストン面積」＝サーボ制御弁１７の二次圧
なお、ピストン摩擦力は既知ではないので、傾転のフィードバックをとってサーボ制御弁１７を制御することになる。
【００５８】
一方、傾転を増加させる場合は、サーボ制御弁１７の二次圧を０にすればよい。こうすれば、サーボピストン３の第１圧力室５に発生する推力（この推力は斜板モーメントによる反対推力よりも十分大きい）により、サーボピストン３が傾転増加方向に作動する。
【００５９】
この構成によると、サーボピストン３を、小傾転位置から、最も高頻度の使用位置である最大傾転位置に作動させる際に、第２圧力室６の圧力を抜くだけでよいため、傾転変更の応答性が良いものとなる。
【００６０】
また、サーボ制御弁１７の非励磁状態で最大傾転になるため、サーボ制御弁１７を傾転増加位置に保持するための電流を消費しないとともに、油の漏れ（パイロット油の無駄遣い）も少なくなる。このため、省エネルギーとなる。
【００６１】
さらに、サーボ制御弁１７は、サーボピストン３の第２圧力室６のみを加減圧制御すればよく、両圧力室５，６を制御する場合（図１，２及び図５に示すサーボ制御弁７）と比較して、弁構成を大幅に簡略化することができる。
【００６２】
ところで、上記各実施形態では、サーボ制御弁７，１７として電磁弁を用いたが、油圧パイロット信号によって作動する油圧パイロット弁を用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、アシストピストンによりサーボピストンの傾転増加方向の推力を十分大きくとり、かつ、サーボピストン単独での必要推力を減少させてサーボピストンを小径にできるため（請求項１，２）、またはサーボピストンを、小傾転位置から、最も高頻度の使用位置である最大傾転位置に作動させる際に、第２圧力室の圧力を抜くだけでよいため、傾転制御の応答性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す回路構成図である。
【図５】従来の回路構成図である。
【図６】ポンプ吐出圧と斜板角度と斜板モーメントの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  可変容量形油圧ポンプ
３  サーボピストン
５  サーボピストンの第１圧力室
６  同第２圧力室
７  サーボ制御弁
８  パイロット油圧源
１２  アシストピストン
１３  アシストピストン用の圧力制御弁
１６  サーボ制御弁
１７  サーボ制御弁
【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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