(57)【要約】      （修正有）【課題】アンロード弁の構造を簡素化し、アンロード弁を組み込む本体側の加工を簡単にする油圧駆動装置を提供する。【解決手段】アンロード弁２１Ｂは、弁本体３０には段付軸状のスプール３１が摺動自在に嵌挿され、該弁体３０の一端は栓３２、他端は固定スリーブ３３、調整スリーブ４７、ピストン４９、配管プラグ５０によって液蜜的に封止されている。スプール３１は大径部３１ａがタンクライン２９に接続しており、大径部３１ｂが圧油供給油路４に接続している。スプール３１の大径部３１ｂの端面には断面円形の開口部３４が形成され、該開口部３４にはピストン３５が摺動自在に嵌挿されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン等原動機と、
前記エンジン等原動機により駆動される可変容量型の可変ポンプと、前記可変ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
前記可変ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数のメインスプールと圧力補償弁と、
前記可変ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より高くなるよう前記可変ポンプの容量を制御するロードセンシング制御手段を備え、
前記可変ポンプの吐出圧力と前記最高負荷圧力の差圧が設定した差圧以上になると前記可変ポンプの吐出流量をタンクへ流し前記可変ポンプの吐出圧力を制御するアンロード弁と、前記アンロード弁の閉じ方向に作用するばね部材の弾発力を外部から供給される圧力信号によって調整する機能を有し、外部圧力信号が加圧される場合は前記可変ポンプの吐出圧力制御状態となり、外部圧力信号が加圧されない場合は前記可変ポンプの吐出圧力補償弁制御状態における開口面積より大きい開口状態に保たれるもので、
前記アンロード弁は、
弁本体と、
前記弁本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、を備え、
前記スプールは、
前記圧力検出手段により検出された最高負荷圧力が導かれる閉じ方向に作用する第一受圧部と、
前記可変ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力との差圧を確保する閉じ方向に作用するばね部材及びばね室がドレンに連通している第二受圧部と、
前記可変ポンプの吐出圧力が導かれ開き方向に作用するのに前記アンロード弁のスプールの内径に嵌合するピストンの第三受圧部と、
前記ピストン内部に組み付けられた開き方向に作用するばね部材を有し、前記可変ポンプ吐出圧力が導かれる第三受圧部の反対側端面、前記弁本体及び栓で形成されるドレンに連通した第四受圧部と、を備えたことを特徴とする油圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動装置に係わり、特に、油圧ポンプの吐出圧力が複数のアクチュエータの最高負荷圧力より目標差圧だけ高くなるように制御するロードセンシング制御方式の油圧駆動装置（以下、油圧駆動装置という。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この技術には、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１においては、可変ポンプ（メインポンプ）の吐出油が導かれる油圧供給回路にメインリリーフ弁とアンロード弁とが接続されている。メインリリーフ弁は、流量制御弁動作時に、アクチュエータの負荷圧が高く、可変ポンプの吐出圧力がリリーフ設定圧に達すると動作し、回路圧力が上昇し、油圧機器が破壊することを防止する。
アンロード弁は、メインスプールと圧力補償弁が動作していない場合（バルブを操作していない場合）に作動し、油圧ポンプの吐出圧力をアンロード圧力（一般的に低圧で１．５〜２．０Ｍｐａ程度）に抑制して、中立時のエネルギーロスを低減するだけではなく、低温時エンジン始動時の負荷を軽減するために、アンロード弁を強制的に通常の制御状態の開口面積よりも大きくなるようにする切換弁を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０９１０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のロードセンシング制御方式の油圧駆動装置では、操作レバーが操作されず、流量制御弁が中立位置にあるときは、可変ポンプの吐出油は全てアンロード弁を介してタンクに戻る。
この状態で可変ポンプの吐出流量はロードセンシング制御によりある最少流量に制御される。操作レバーの非操作時に油圧ポンプの吐出流量をゼロにせず、最少流量に制御するのは、操作レバーを操作して流量制御弁を中立位置から操作したときのアクチュエータの初期の応答性を確保するためである。
このように、操作レバーを操作しない（流量制御弁が中立位置にある）場合であっても可変ポンプは最少流量を吐出しているため、可変ポンプにはアンロード弁の制御特性に応じた吐出圧力が発生している。
【０００５】
また、可変ポンプの容量を制御するポンプ傾転制御機構は、通常、可変ポンプの吐出圧力が高くなると該可変ポンプの傾転量を減少させ、可変ポンプの吐出流量を減らすよう制御するトルク傾転制御部を備えており、エンジンの停止時に可変ポンプはそのトルク傾転制御部のばねの作用により最大傾転に位置している。
このためエンジンの始動後は、ロードセンシング制御により可変ポンプの傾転は最大傾転から最小傾転へと制御される。
【０００６】
特許文献１では、油圧ショベル等の建設機械は屋外で使用され、使用条件が多様であり、氷点下以下の極低温時に使用される場合に、エンジンを始動すると、可変ポンプは上記のようにロードセンシング制御により最大傾転から最小傾転へと作動するが、作動油の粘度が高いため応答遅れが発生し、応答遅れの間、可変ポンプの吐出流量が過大となる。
このため、過大流量とアンロード弁のオーバロード特性によりアンロード弁の制御圧力
は上昇し可変ポンプの吐出圧力が上昇する。その結果、可変ポンプの負荷（従ってエンジンの負荷）が過大となり、エンジン始動性が低下するという問題を、エンジン始動時にアンロード弁をメカ的に開口大の状態にして、低温時のエンジン始動における油圧ポンプの負荷を低減し、エンジンの始動性を良好にしている。
【０００７】
しかも、特許文献１は、アンロード弁の開口を大きくするための信号圧はもともとショベル等の建設機械に設置されているゲートロックレバーに連動する切換弁を使用しており、特別な操作も特別な油圧機器も不要となっている。
しかし、特許文献１は、アンロード弁自体に、信号圧を受けアンロード弁の開口を強制的に開放するピストンとばね部材およびピストン室が必要となり、アンロード弁の構造が複雑になり、アンロード弁を組み込む本体側の加工も複雑になる問題がある。
そこで、これらの問題を解決するため、本発明においてはアンロード弁の構造を簡素化し、該アンロード弁を組み込む本体側の加工を簡単にする油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本発明は、
エンジン等原動機と、
前記エンジン等原動機により駆動される可変ポンプと、
前記可変ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
前記可変ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数のメインスプール及び圧力補償弁と、
前記可変ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より高くなるよう前記可変ポンプの容量を制御するロードセンシング制御手段を備え、
前記可変ポンプの吐出圧力と前記最高負荷圧力の差圧が設定した差圧以上になると前記可変ポンプの吐出流量をタンクへ流し該可変ポンプの吐出圧力を制御するアンロード弁と、
前記アンロード弁の閉じ方向に作用するばね部材の弾発力を外部から供給される圧力信号によって調整する機能を有し、外部圧力信号が加圧される場合は前記可変ポンプの吐出圧力制御状態となり、外部圧力信号が加圧されない場合は前記可変ポンプの吐出圧力制御状態における開口面積より大きい開口状態に保たれるもので、
前記アンロード弁は、
弁本体と、
前記弁本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、を備え、
前記スプールは、
前記圧力検出手段により検出された最高負荷圧力が導かれる閉じ方向に作用する第一受圧部と、
前記可変ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力との差圧を確保する閉じ方向に作用するばね部材及びばね室がドレンに連通している第二受圧部と、
前記可変ポンプの吐出圧力が導かれ開き方向に作用する前記アンロード弁のスプール内径に嵌合するピストンを備えた第三受圧部と、
前記ピストン内部に組み付けられた開き方向に作用するばね部材を有し、前記可変ポンプの吐出圧力が導かれる前記第三受圧部の反対側端面、前記弁本体及び栓で形成されるドレンに連通した第四受圧部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成した本発明においては、外部圧力信号ポートの追加不要、配管も追加不要で、弁本体加工が複雑になることもなく、可変ポンプ吐出圧力がある設定圧より低い場合、アンロード弁閉じ方向に作用している弾発力が弱くなるので可変ポンプの吐出圧力制御時における開口面積より開口面積が大きくなり、低温時のエンジン始動であっても作動油の粘度が高く、ロードセンシング制御に応答遅れが発生したり、油圧ポンプの吐出流量
が過大となったり、アンロード弁の動きが遅くなったりしても制御圧力のオーバシュートの発生はなく、可変ポンプの負荷（従ってエンジンの負荷）を低減し、エンジン始動性を向上することができる。
また、上記において、油圧駆動装置は、パイロットポンプと、パイロット流路と、このパイロット流路に接続され、パイロットポンプの吐出圧力を制御するリリーフ弁が設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アンロード弁を強制的に開放させるピストンが不要で、アンロード弁を組み付ける本体を特別複雑にすることなく、配管を追加することもなく、低温時のエンジン始動であっても作動油の粘性上昇によって生じるロードセンシング制御の応答遅れによる圧力オーバシュートがなく、可変ポンプの負荷を低減できるので、低温時のエンジン始動性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る油圧駆動装置のアンロード弁の略縦断面図である。
【図３】アンロード弁の動作説明図である。
【図４】従来のアンロード弁の概略構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の油圧駆動装置につき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す油圧駆動装置の油圧回路図である。
図１において、本実施の形態に係る油圧駆動装置１０は、エンジン８と、このエンジン８により駆動されるメインポンプとしての可変ポンプ１１及び固定容量型のパイロットポンプ１２と、コントロールバルブ２と、アンロード弁２１Ｂと及び可変ポンプ１１から吐出された圧油がコントロールバルブ２を介して導かれ、その圧油により作動する複数のアクチュエータ２６，２７とを備えている。
【００１３】
可変容量型の油圧ポンプ（以下、可変ポンプと略す）１１は該可変ポンプ１１の吐出圧力が高くなると可変ポンプ１１の吐出量を減少させるよう制御するトルク傾転制御部１５と、可変ポンプ１１の吐出圧力が複数のアクチュエータ２６，２７の最高負荷圧力Ｐｌｍａｘより設定圧（目標ＬＳ差圧）だけ高くなるよう可変ポンプ１１の吐出量を制御（ロードセンシング制御）するＬＳ制御部１４を備え、コントロールにピストン１３と、直列に配置され、トルク傾転制御部１５は、ＬＳ制御部１４より優先して作用する。
【００１４】
ＬＳ制御部１４は、目標ＬＳ差圧を設定するばね１４ａとこのばね１４ａに対向して設けられた傾転減少方向作用の受圧部にコントロールバルブ２内部で差圧減圧弁２３により検出された可変ポンプ１１の吐出圧力４と最高負荷圧力Ｐｌｍａｘ５の差圧６がフィードバックされる。差圧６がフィードバックされ、ばね１４ａよりも大きいと可変ポンプ１１の吐出圧力４がコントロールピストン１３に導かれ可変ポンプ１１の傾転を減らし、可変ポンプ１１の吐出流量を減少させる。
逆に差圧６がばね１４ａよりも小さいとコントロールピストン１３とタンクが連通し、可変ポンプ１１の傾転を増やし、油圧ポンプ２の吐出流量を増やす。これによりＬＳ制御部１４は差圧６が目標ＬＳ差圧（ばね１４ａ）に等しくなるように可変ポンプ１１の傾転を制御する。
【００１５】
コントロールバルブ２は、メインスプール２４ａ、２４ｂ、圧力補償弁２５ａ、２５ｂがそれぞれ、可変ポンプ１１の吐出圧力４に接続され、可変ポンプ１１からアクチュエータ２６，２７に供給される圧油の流れを制御している。アクチュエータ２６，２７の負荷圧のうち最も高い負荷圧（最高負荷圧Ｐｌｍａｘ）を検出するシャトル弁７を備え、該シャトル弁７で検出された最高負荷圧Ｐｌｍａｘは最高負荷圧ライン５に出力される。
【００１６】
次に本発明の要旨であるアンロード弁２１Ｂについて説明する。
図２は、アンロード弁２１Ｂを模写的に示した構造図である。アンロード弁２１Ｂの弁本体３０には段付軸状のスプール３１が摺動自在に嵌挿され、該弁本体３０の一端（図２で右端）は栓３２により液蜜的に封止されている。一方、弁本体３０の他端（図２で左端）は閉止プラグ５３、調整スリーブ４７、ピストン４９、配管プラグ５０によって液蜜的に封止されている。
スプール３１は大径部３１ａがタンクライン２９に接続しており、大径部３１ｂが圧油吐出圧力４に接続している。スプール３１の大径部３１ｂの端面には断面円形の内穴の段付開口部３４が形成され、該段付開口部３４にはピストン３５が摺動自在に嵌挿されている。
【００１７】
ピストン３５は有底の円筒形状であって、有底の外周面は断面円弧状に形成されて栓３２に接触するようになっており、有底の開口部３６にはばね３７が遊挿されている。
ばね３７は一端（図２で右端）がピストン３５の有底に支持され、他端（図２で左端）が段付開口部３４の小径奥部３８に支持されている。
【００１８】
小径奥部３８は該小径奥部３８に連通する通路３９を介してスプール３１の小径部３１ｃの径方向に穿設する通路４０に連通している。従って吐出圧力４は通路４０、３９よりピストン３５の端面（図２で左端）に連通している。ここで、ピストン３５の端面（図２で左端面）は吐出圧力４の圧油が作用する第三受圧部４３を形成する。なお、大径部３１ａ，３１ｂは小径部３１ｃにより一体的に形成されている。
【００１９】
タンクライン２９に連通する大径部３１ａの一端面（図２で右端面）には通路４５が径方向に複数個形成されている。また、大径部３１ａの他端面（図２で左端面）は、第一受圧部４１が形成される。
一方、スプール３１の中径部３１ｄの端面（図２で左端）はスプール３１に形成された小径の軸部３１ｅにはばね部材４６の一端が装着されている。なお、中径部３１ｄの端面（図２で左端面）には第二受圧部４２が形成されている。
【００２０】
固定スリーブ３３には段付形状の調整スリーブ４７が螺着され、該調整スリーブ４７はネジ部４７ｂにより軸方向の位置が調整可能なようになっており、調整完了後はナット４８で固定されている。
さらに、調整スリーブ４７には、ピストン４９が摺動自在に嵌挿され、該ピストン４９は先端（図２で右端）が小径の軸部４９ａを形成し、該軸部４９ａには調整スリーブ４７内に装着されるばね部材４６の他端（図２で左端）が支持されている。
【００２１】
配管プラグ５０には外部圧力信号５１が供給されるようになっており、該外部圧力信号５１によりピストン４９が前進（図２で右行）するように形成されており、該ピストン４９の前進によりばね部材４６を押し圧して該ばね部材４６の弾発力を調整するようになっている。
第四受圧部４４は、スプール３１の大径部３１ａとピストン３５の外径との断面積差の想到する部位を示し、ドレン２８（図１参照）に連通している。
【００２２】
以上説明したように、図２に示すアンロード弁２１Ｂはシャトル弁７で検出された最高負荷圧力５が導かれる閉じ方向に作用する第一受圧部４１と、可変ポンプ１１の吐出圧力４と複数のアクチュエータ２６，２７の最高負荷圧力５との差圧６を確保する閉じ方向に作用するばね部材４６とばね室５２がドレン２８に連通している第二受圧部４２と、前記可変ポンプ１１の吐出圧力４が導かれ開き方向に作用するスプール３１に嵌合するピストン３５の第三受圧部４３と、ピストン３５の内部に組み付けられた開き方向に作用するばね部材３７を有し可変ポンプ１１の吐出圧力４が導かれる第三受圧部４３と、反対側端面と弁本体３０および栓３２で形成されドレン２８に連通した第四受圧部４４と、を有する構造となっている。
【００２３】
図３により通常実機を操作している場合の作動原理を説明する。図３は可変ポンプ１１の吐出圧力４の外部圧力信号５１が入っている状態で、該外部圧力信号５１がピストン４９に作用する。
これにより、ピストン４９はアンロード弁２１Ｂが閉じる方向（図３の右方向）にピストン４９のつば部が調整スリーブ４７の内径段差に接するまで移動し、ばね部材４６の弾発力をあげ、可変ポンプ１１の吐出圧力４が所定の圧力になるまでスプール３１は可変ポンプ１１の吐出圧力４とタンクライン２９を遮断した状態を保つ。
【００２４】
可変ポンプ１１の吐出流量が余剰状態になり、吐出圧力４が上昇し、スプール３１に作用する力のバランスで吐出圧力４をタンクライン２９に連通する位置に移動する。
この状態は従来のアンロード弁２１Ａの構造を示す図４の状態と同じで、この状態のままでは、氷点下の極低温時にエンジン始動時の作動油の粘度が高いため、可変ポンプ１１のＬＳ制御部１４に応答遅れが発生し、この応答遅れの間、可変ポンプ１１の吐出流量が過大となる。
【００２５】
このため、エンジン始動時にアンロード弁２１Ｂが図３の状態で、可変ポンプ１１の過大流量とアンロード２１Ｂのオーバライド特性とアンロード弁２１Ｂの作動遅れによりアンロード弁２１Ｂの制御圧力が上昇し、可変ポンプ１１の吐出圧力４が上昇する。そのため、可変ポンプ１１の負荷が過大となり、エンジン始動性が低下する。
また、可変ポンプ１１の吐出圧力４がある設定圧より低い場合（たとえば、エンジン始動前などで図３の状態）では、ピストン４９はばね部材４６の弾発力に押され、配管プラグ５０の端面に接する位置に留まる。この時、スプール３１は可変ポンプ１１の吐出圧力４のポートとタンクポート２９が常に大きな開口面積で連通されている状態である。
【００２６】
したがって、この状態であれば、極低温時のエンジン始動でも、可変ポンプ１１から吐出される流量はスプール３１の予め開口している吐出圧力４とタンクライン２９の流路を通過するため、エンジン８の始動時に低圧しか発生しない。よって、エンジン８の負荷が軽く、エンジン始動性の低下を防止できる。
当然、エンジン８が始動してしまうとまとまった吐出流量が流れ、可変ポンプ１１の吐出力４はアンロード圧まで昇圧するが、すでにエンジン８が始動してしまっているので、エンジン８の始動時に可変ポンプ１１の負荷つまり、エンジン８の負荷が大きくなることはない。
しかも本発明ではアンロード弁を組み付ける弁本体を特別複雑にすることなく、エンジン始動性の低下を防止できる。
【００２７】
図４は従来のアンロード弁２１Ａの概略構造を示す略縦断面図で、図４中、図２の構成と同一の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
参照符号５５は、調整スリーブ４７の内孔の螺合した調整ボルトで、該調整ボルトを軸心方向に移動させることによりばね部材４６の弾発力を調整して可変ポンプ１１の吐出圧力を制御するようになる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  油圧駆動装置                  １１  可変ポンプ
２１Ｂ  アンロード弁                ２３  減圧弁
２４ａ，２４ｂ  メインスプール      ２５ａ，２５ｂ  圧力補償弁
３０  弁本体                        ３１  スプール
３２  栓                            ４１  第一受圧部
４２  第二受圧部                    ４３  第三受圧部
４４  第四受圧部                    ４５  通路
４６  ばね部材                      ４７  調整スリーブ
４９  ピストン                      ５０  配管プラグ
５１  外部圧力信号                  ５３  閉止プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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