(57)【要約】【課題】  手動で切り換えることなく電磁比例弁のフェールに対応する。【解決手段】  電磁比例弁、サーボ切換弁及びサーボシリンダを備え、電磁比例弁からの２次圧でサーボ切換弁のスプールを可変容量形ポンプの容量増加又は減少方向に変位させ、サーボ切換弁からの出力でサーボシリンダ内のピストンを変位させ、電磁比例弁への指令電流の増加に従って上記ポンプからの吐出流量を増加させ、電磁比例弁の２次側と、上記スプールを容量増加側に付勢する増加側受圧部との間に設けられ、増加側受圧部に電磁比例弁からの２次圧を導く通常状態と、油圧ポジコン圧又は１次側の制御用流体圧を導くフェール状態とを切換えるフェールセーフ用切換弁を備えた装置において、フェールセーフ用切換弁のスプールをフェール側へ付勢するスプリングと、上記２次圧がある圧力より高いときに通常側に切り換わり、一旦切り換わると上記２次圧の大きさにかかわらず通常側に位置し続ける第２の切換弁を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁比例弁、サーボ切換弁及びサーボシリンダを備え、１次側に制御用流体圧を与える電磁比例弁からの２次圧でサーボ切換弁のスプールを可変容量形ポンプの容量増加方向又は減少方向に変位させ、上記サーボ切換弁からの出力で上記サーボシリンダ内のサーボピストンを変位させ、上記電磁比例弁への指令電流の増加に従って可変容量形ポンプからの吐出流量を増加させ、上記電磁比例弁の２次側と、上記サーボ切換弁のスプールを容量増加側に付勢する増加側受圧部との間に設けられ、増加側受圧部に上記電磁比例弁からの２次圧を導く通常状態と、油圧ポジコン圧、又は上記電磁比例弁の１次側の制御用流体圧を導くフェール状態とを切換えるフェールセーフ用切換弁を備えたポンプ流量制御装置であって、上記フェールセーフ用切換弁はフェール側へ付勢するスプリングを備え、ある定められた圧力より高い上記電磁比例弁の２次圧が加えられている通常時のみ上記切換弁のスプールを上記スプリングに抗して通常（反フェール）側へ切換えることを特徴とする、フェールセーフ付ポンプ流量制御装置。
【請求項２】
電磁比例弁、サーボ切換弁及びサーボシリンダを備え、１次側に制御用流体圧を与える電磁比例弁からの２次圧でサーボ切換弁のスプールを可変容量形ポンプの容量増加方向又は減少方向に変位させ、上記サーボ切換弁からの出力で上記サーボシリンダ内のサーボピストンを変位させ、上記電磁比例弁への指令電流の増加に従って可変容量形ポンプからの吐出流量を増加させ、上記電磁比例弁の２次側と、上記サーボ切換弁のスプールを容量増加側に付勢する増加側受圧部との間に、増加側受圧部に上記電磁比例弁からの２次圧を導く通常状態と、油圧ポジコン圧、又は上記１次側の制御用流体圧を導くフェール状態とを切換え、第１のスプールをフェール側へ付勢する第１のスプリングを備えたフェールセーフ用切換弁を備えたポンプ流量制御装置であって、フェール側へ付勢する第２のスプリングを備えある定められた圧力より高い電磁比例弁の２次圧が加えられると上記第２のスプリングに抗して通常側に切換わり、一旦通常側に切換わると上記電磁比例弁の１次側圧力が付勢されることにより、上記電磁比例弁の２次圧の大きさにかかわらず上記第２のスプールを通常側に付勢し続ける第２の切換弁を備え、上記フェールセーフ用切換弁は第２の切換弁が通常側に切換わったときのみ、上記電磁比例弁の１次圧を上記第１のスプリングに対抗して上記フェールセーフ用切換弁のスプールに付勢して上記フェールセーフ用切換弁を通常側へ切換えることを特徴とする、フェールセーフ付ポンプ流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械、産業機械等用の油圧ポンプに適用して有効なフェールセーフ付レギュレータ内蔵のポンプ流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、電気制御系に異常をきたしても操作不能や動作速度の著しい低下を招くことなく制御可能とする、電気制御可能なポンプの流量制御装置を既に提案している（特許文献１）。ところがその装置では、電磁切換弁がフェールした時、制御側冗長用切換弁を手動で切り換える必要があった。
【０００３】
その構造を図５に関連して説明すると次の通りである。即ち、図５（ａ）の電気制御レギュレータ２１は、可変容量形油圧ポンプ２２の容積を、電磁比例弁２３への指令電流が増加する時に大きくするようなポジコン形の制御を行う。
【０００４】
電気制御レギュレータ２１はサーボ切換弁２４及びサーボシリンダ２５を備え、サーボシリンダ２５は可変容量形油圧ポンプ２２の斜板２６の傾転角を変化させて吐出容量を制御する。サーボ切換弁２４では、スプール２７及びスリーブ２８が夫々独立に軸線方向に往復移動可能である。スプール２７は、パイロットスプリング２９によって可変容量形油圧ポンプ２２の吐出容量が最小となる方向である減少側に付勢されている。制御側ピストン３０は、通常の電気制御系では、電磁比例弁２３からの２次圧を受圧し、スプール２７を可変容量形油圧ポンプ２２の吐出容量が増加する方向である増加側に付勢する。スリーブ２８はスプール２７の移動に追従して移動するように、連結ロッド３１を介してサーボシリンダ２５内のサーボピストン３２に機械的に連結されている。サーボピストン３２は可変容量形油圧ポンプ２２の斜板２６にも連結されて、前述のように傾転角を変化させる。
【０００５】
制御側ピストン３０の受圧部と電磁比例弁２３の２次側との間には、制御側冗長用切換弁３３が設けられている。スプール２７の右端側に当接しているコンペンピストン３４には、吐出側冗長用切換弁３５を介して、可変容量形油圧ポンプ２２の吐出圧を導くことができる。制御側冗長用切換弁３３及び吐出側冗長用切換弁３５は、図５（ａ）に示す通常側と、図５（ｂ）、（ｃ）に示す冗長側とに、夫々手動で切換可能である。制御側冗長用切換弁３３は、電磁比例弁２３の電磁弁本体ブロック３６内に形成される。なお、可変容量形油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐｄ及び電磁比例弁２３の１次側の制御用油圧Ｐｓｖは、チェック弁３７、３８を夫々介して、サーボ切換弁２４及び吐出側冗長用切換弁３５の１次側に与えられる。
【０００６】
図５（ｂ）は、制御側冗長用切換弁３３を冗長側に切り換え、電磁比例弁２３の１次側への１次圧Ｐｓｖを直接制御側ピストン３０に与え、電磁比例弁２３の２次圧はブロックする状態を示している。スプール２７は、パイロットスプリング２９によって減少側に付勢されるので、電磁比例弁２３からの２次圧が０になると図５で最も左側まで移動してしまう。この従来例では、制御用油圧Ｐｓｖを制御側ピストン３０の受圧部に与えている。図５（ｃ）は、吐出側冗長用切換弁３５を冗長側に切り換えて、コンペンピストン３４に可変容量形油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐｄを導いている状態を示している。図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では吐出圧Ｐｄが上昇すると、スプール２７が減少側に移動し、吐出容量が減少して、可変容量形油圧ポンプ２２駆動用エンジンのストールを防ぐことができる。
【０００７】
図６（ｂ）は、制御側冗長用切換弁３３及び吐出側冗長用切換弁３５を冗長側に切り換えた場合に、吐出圧Ｐｄに対応する流量Ｑの馬力制御特性を示している。例えば、可変容量形油圧ポンプ２２を駆動する場合に、吐出圧Ｐｄが増大する時にスプール２７を容量減少側に移動させ、流量Ｑが最大馬力特性の限界を超えないように減少させる馬力制御を行うことができる。冗長用切換弁はねじを利用する比較的大きなストロークの変位で通常側と冗長側とを切り換える。冗長用切換弁が通常側にあるときは図６（ａ）に示す馬力制御特性となり、ポンプの流量は、電磁比例弁２３の２次圧によって制御される。
【０００８】
上記従来のポジコン形の流量制御装置では、電気的な制御と機械的な制御とを、制御側冗長用切換弁３３及び吐出側冗長用切換弁３５を切り換えて行うことができ、これによって、電気制御系に異常をきたしても、馬力制御を行うことができるため、可変容量形ポンプ２２が駆動用エンジンの馬力を越えて動作することにより、駆動用のエンジンがストールしたりするのを防ぐことができる。
【０００９】
ところが、電磁比例弁２３のフェールが発生して２次圧が発生しなくなった際には、ロッドのねじを回して冗長側（フェールモード）に切り換える作業が必要になり、手間がかかる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２８１０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電磁比例弁のフェールが発生し、ポンプの流量が最小となった際、何の操作も必要なく、あるいはエンジンを再始動するだけで自動的にフェールモードに切り換わり、さらにエンジンオフする度に自動的にフェールセーフ用切換弁を切り換えてスプールのステイックする可能性を減し、安定してフェール時の作動を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、電磁比例弁、サーボ切換弁及びサーボシリンダを備え、１次側に制御用流体圧を与える電磁比例弁からの２次圧でサーボ切換弁のスプールを可変容量形ポンプの容量増加方向又は減少方向に変位させ、上記サーボ切換弁からの出力で上記サーボシリンダ内のサーボピストンを変位させ、上記電磁比例弁への指令電流の増加に従って可変容量形ポンプからの吐出流量を増加させ、上記電磁比例弁の２次側と、上記サーボ切換弁のスプールを容量増加側に付勢する増加側受圧部との間に設けられ、増加側受圧部に上記電磁比例弁からの２次圧を導く通常状態と、油圧ポジコン圧、又は上記電磁比例弁の１次側の制御用流体圧を導くフェール状態とを切換えるフェールセーフ用切換弁を備えたポンプ流量制御装置であって、上記フェールセーフ用切換弁はフェール側へ付勢するスプリングを備え、ある定められた圧力より高い上記電磁比例弁の２次圧が加えられている通常時のみ上記切換弁のスプールを上記スプリングに抗して通常（反フェール）側へ切換えることを特徴とする、フェールセーフ付ポンプ流量制御装置である。
請求項２の発明は、電磁比例弁、サーボ切換弁及びサーボシリンダを備え、１次側に制御用流体圧を与える電磁比例弁からの２次圧でサーボ切換弁のスプールを可変容量形ポンプの容量増加方向又は減少方向に変位させ、上記サーボ切換弁からの出力で上記サーボシリンダ内のサーボピストンを変位させ、上記電磁比例弁への指令電流の増加に従って可変容量形ポンプからの吐出流量を増加させ、上記電磁比例弁の２次側と、上記サーボ切換弁のスプールを容量増加側に付勢する増加側受圧部との間に、増加側受圧部に上記電磁比例弁からの２次圧を導く通常状態と、油圧ポジコン圧、又は上記１次側の制御用流体圧を導くフェール状態とを切換え、第１のスプールをフェール側へ付勢する第１のスプリングを備えたフェールセーフ用切換弁を備えたポンプ流量制御装置であって、フェール側へ付勢する第２のスプリングを備えある定められた圧力より高い電磁比例弁の２次圧が加えられると上記第２のスプリングに抗して通常側に切換わり、一旦通常側に切換わると上記電磁比例弁の１次側圧力が付勢されることにより、上記電磁比例弁の２次圧の大きさにかかわらず上記第２のスプールを通常側に付勢し続ける第２の切換弁を備え、上記フェールセーフ用切換弁は第２の切換弁が通常側に切換わったときのみ、上記電磁比例弁の１次圧を上記第１のスプリングに対抗して上記フェールセーフ用切換弁のスプールに付勢して上記フェールセーフ用切換弁を通常側へ切換えることを特徴とする、フェールセーフ付ポンプ流量制御装置である。
【発明の効果】
【００１３】
（１）請求項１に示す発明例では、電磁比例弁のフェールが発生して２次圧が発生しなくなり、ポンプが最小流量しか吐出できなくなった際、自動的にフェールモード側に切り換わり、馬力制御付油圧ポジコンシステムとしてポンプの流量制御が可能、または、馬力制御に関するポンプ流量制御が可能となり、従来のようにロッドのねじを回して切り換える手作業が不要になる。
（２）請求項１に示す発明例では、エンジンをオフする度に、フェールセーフ用切換弁Ｖ１を自動的にフェール側に切り換える構造であり、切換弁Ｖ１が長時間同じ位置にとどまることを回避できるので、切換弁Ｖ１がスティックする可能性が低くなるので、フェールが発生したとき、切換弁Ｖ１が速やかにフェール側に切り換わることができ、安定した切換弁の作動が可能となる。
（３）請求項２に示す発明例では、電磁比例弁のフェールが発生して２次圧が発生しなくなり、ポンプが最小流量しか吐出できなくなった際、一旦エンジンをオフした後、エンジンを再始動するだけで自動的にフェールモード側に切り換わり、馬力制御付油圧ポジコンシステムとしてポンプの流量制御が可能、または、馬力制御に関するポンプ流量制御が可能となり、従来のようにロッドのねじを回して切り換える手作業が不要になる。
（４）請求項２に示す発明例では、エンジンをオフする度に、フェールセーフ用切換弁Ｖ１、切換弁Ｖ２を自動的にフェール側に切り換える構造であり、切換弁Ｖ１、Ｖ２が長時間同じ位置にとどまることを回避できるので、切換弁Ｖ１、Ｖ２がスティックする可能性が低くなるので、フェールが発生したとき、切換弁Ｖ１、Ｖ２が速やかにフェール側に切り換わることができ、安定した切換弁の作動が可能になる。
（５）さらに、請求項２に示す発明例では、弁Ｖ１、Ｖ２に付勢するスプリングの荷重を大きく設定できるため切換弁Ｖ１、Ｖ２がスティックする可能性がさらに低くなり、フェールが発生したとき、切換弁Ｖ１、Ｖ２がフェール側に切り換わることができ、安定した切換弁の作動が可能となる。
（６）さらに、請求項２に示す発明例では、フェールセーフ用切換弁が切り換わる際、あるいは切り換わった後、切換弁Ｖ１、Ｖ２がハンチングすることを回避できるので、安定して通常状態の作動、すなわち電磁比例弁によるポンプ流量制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
通常時を示す図２において、フェールセーフ用切換弁Ｖ１は図５の制御側冗長用切換弁３３に対応しており、そのスプール２にはスプール２をフェール側へ付勢するスプリング３が装着されている。Ｐｐは油圧パイロット弁の出力圧で、例えば０から４ＭＰａまで変化する。又、Ｖ２は第２の切換弁であり、ある定められた圧力より高い電磁比例弁の２次圧Ｐ２により図示の通常時の状態となり、一旦この状態になると、Ｐｓｖにより弁Ｖ２及び弁Ｖ１を図示の反フェール側に付勢し続ける。弁Ｖ１、Ｖ２がフェールセーフ付レギュレータを構成している。
【００１５】
一般に電気ポジコンでは、比例弁の電流Ｉとポンプ吐出流量Ｑとの関係は図３に示す特性となる。ポンプを流量制御するときの電磁比例弁２次圧Ｐ２は図４に示す  ＰＬ≦Ｐ２≦ＰＨ  の範囲内で変化する。
【００１６】
図４で、スプリング４に対抗するＰ２圧力をＰｓｗ１（Ｐｓｗ１＜ＰＬ）とすると、Ｐ２が一旦、Ｐ２≧Ｐｓｗ１となれば弁Ｖ２が通常側に切換わり、Ｐｓｖにより弁Ｖ２を反フェール側に付勢し続けるので、Ｐ２＜Ｐｓｗ１となっても弁Ｖ２及び弁Ｖ１ともフェール側には切換わらない。従って、ＰＬよりも高い圧力に設定したＰｓｗ２についても同様の動作をするので、スプリング４の荷重を十分大きく設定することが可能である。またＰｓｗ１、Ｐｓｗ２のいずれかがＰＬの値に近い圧力に設定されている場合に外乱や弁２の切換直後にＰ２がＰｓｗ１又はＰｓｗ２より低くなってもハンチングすることがない。
【００１７】
電磁比例弁のフェール（断線など）が発生すると、ポンプは最小流量を吐出する。この状態で、一旦、エンジンを切れば、スプリング３、４により弁Ｖ１、Ｖ２はフェール側に切換わり、エンジンを再始動すれば、Ｐ２圧が発生しないことから弁Ｖ１、Ｖ２はフェール側の状態を維持し、油圧ポジコンとして作動することができる。
【００１８】
さらにフェール状態ではＰｓｖがコンペンピストン室４０に導かれるので、従来例と同様、吐出圧Ｐｄが増大するとスプール２７を容量減少側に移動させ、流量Ｑが最大馬力特性の限界を超えないように減少させる馬力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の装置の要部油圧回路図である。
【図２】本発明の別の装置の要部油圧回路図である。
【図３】ポンプ流量と比例弁電流の関係を示すグラフである。
【図４】比例弁２次圧力とＰ２圧力の関係を示すグラフである。
【図５】従来例の油圧回路図である。
【図６】図５の回路における馬力制御特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
２    スプール
３    スプリング
２２  可変容量形ポンプ
２３  電磁比例弁
２４  サーボ切換弁
２５  サーボシリンダ
３２  サーボピストン
Ｖ１  フェールセーフ用切換弁
Ｖ２  第２の切換弁
Ｐ２  電磁比例弁の２次圧
【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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