(57)【要約】【課題】簡易な構成のフェールセーフ付油圧駆動システムを提供する。【解決手段】フェールセーフ付油圧駆動システム１は、油圧ポンプ２からの吐出流量を電磁比例弁４を用いて電気的に制御する。油圧ポンプ２の傾転角を調整するレギュレータ３は、サーボシリンダ３１、スプール３２、馬力制御ピストン３６および流量制御ピストン３５を含む。電磁比例弁４へは一次圧ライン４１により一次圧が導かれ、電磁比例弁４から流量制御ピストン３５用の受圧室３７へは二次圧が導かれる。電磁比例弁４は、指令電流が高くなるほど二次圧を低下させる。馬力制御ピストン３６用の受圧室３９へは分岐ライン５により一次圧が導かれ、分岐ライン５は切換弁６により受圧室３９と遮断または連通される。切換弁６は、遮断位置から連通位置へ移動させるためのパイロットポートを有し、このパイロットポートには電磁比例弁４からの二次圧が導かれる。【選択図】図１
2016011633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾転角に応じた流量の作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの傾転角を変更するサーボシリンダと、
前記傾転角が小さくなるように前記サーボシリンダを駆動する流量低減方向および前記傾転角が大きくなるように前記サーボシリンダを駆動する流量増加方向に移動するスプールと、
前記油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記スプールを前記流量低減方向に移動させる馬力制御ピストンと、
流量制御圧が上昇したときに前記スプールを前記流量増加方向に移動させる流量制御ピストンと、
前記流量制御圧として二次圧を出力する電磁比例弁であって、指令電流が高くなるほど前記二次圧を低下させる電磁比例弁と、
前記電磁比例弁から前記流量制御ピストン用の受圧室へ前記二次圧を直接導く二次圧ラインと、
前記電磁比例弁へ一次圧を導く一次圧ラインと、
前記一次圧ラインから分岐して前記一次圧を前記馬力制御ピストン用の受圧室へ導く分岐ラインと、
前記分岐ラインを前記馬力制御ピストン用の受圧室と遮断する遮断位置と前記分岐ラインを前記馬力制御ピストン用の受圧室と連通する連通位置との間で切り換えられる切換弁であって、当該切換弁を前記遮断位置に維持するためのスプリング、および当該切換弁を前記スプリングの付勢力に抗して前記遮断位置から前記連通位置へ移動させるためのパイロットポートを有する切換弁と、
前記二次圧ラインと前記切換弁のパイロットポートとを接続するパイロットラインと、
を備える、フェールセーフ付油圧駆動システム。
【請求項２】
油圧アクチュエータを作動させるためのパイロット式の操作弁が操作されたときに、前記操作弁から出力されるパイロット圧が高いほど小さな前記指令電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置をさらに備える、請求項１に記載のフェールセーフ付油圧駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプから吐出される作動油の流量を電気的に制御する油圧駆動システムであって、電気系統の寸断等のフェール時に安全に機能し得るフェールセーフ付油圧駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、油圧ポンプから吐出される作動油の流量を電磁比例弁を用いて電気的に制御する油圧駆動システムが知られている。油圧駆動システムは、一般に、図４（ａ）に示すように、電磁比例弁への指令電流と吐出流量とが正の相関を示すポジティブ型である。このような油圧駆動システムでは、フェール時に電磁比例弁が作動しなくなった場合の対策が施されている。例えば、特許文献１には、図３に示すようなフェールセーフ付油圧駆動システム１００が開示されている。
【０００３】
具体的に、油圧駆動システム１００は、可変容量型の油圧ポンプ１１０と、油圧ポンプ１１０の傾転角を調整するレギュレータ１２０と、電磁比例弁１３０と、切換弁１４０を備える。レギュレータ１２０は、油圧ポンプ１１０の斜板と連結されたサーボシリンダ１２１と、サーボシリンダ１２１を駆動するスプール１２２と、スプール１２２を操作する馬力制御ピストン１２４および流量制御ピストン１２３を含む。また、レギュレータ１２０は、馬力制御ピストン１２４用の２つの受圧室１２６，１２７と、流量制御ピストン１２３用の受圧室１２５を含む。
【０００４】
馬力制御ピストン１２４用の一方の受圧室１２６には油圧ポンプ１１０の吐出圧Ｐｄが導かれ、馬力制御ピストン１２４は、吐出圧Ｐｄが上昇したときにスプール１２２を流量低減方向に移動させる。他方の受圧室１２７は、通常時はタンクと連通している。
【０００５】
流量制御ピストン１２３用の受圧室１２５には流量制御圧が導かれ、流量制御ピストン１２３は、流量制御圧が上昇したときにスプール１２２を流量増加方向に移動させる。電磁比例弁１３０は、一次圧Ｐｓｖを受け、前記流量制御圧として二次圧を出力する。なお、馬力制御ピストン１２４と流量制御ピストン１２３は、そのうちの吐出流量を小さく制御する方が優先してスプール１２２を移動させるように構成される。
【０００６】
通常時は、電磁比例弁１３０からある程度大きな二次圧が出力されるため、切換弁１４０が図３中の左側の状態に維持され、電磁比例弁１３０からの二次圧が流量制御ピストン１２３用の受圧室１２５に導かれる。一方、フェール時には、電磁比例弁１３０からの二次圧がほぼゼロになるため、切換弁１４０が図３中の右側の状態に切り換えられる。これにより、パイロット圧Ｐｐが流量制御ピストン１２３用の受圧室１２５に導かれるとともに、一次圧Ｐｓｖが馬力制御ピストン１２４用の受圧室１２７に導かれる。一次圧Ｐｓｖが受圧室１２７に導かれると、図４（ｂ）に示すように馬力制御特性がラインＡからラインＢにシフトし、各々の吐出圧力Ｐｄにおける吐出流量Ｑの上限が低く抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４６９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３に示すフェールセーフ付油圧駆動システム１００では、切換弁１４０として６ポート弁を用いる必要がある。それ故に、さらに簡易な構成でスティックし難く確実に動作するフェールセーフ付油圧駆動システムが望まれる。
【０００９】
また、切換弁１４０はフェール時に低い圧力で切り換えられるので、コンタミ等によってスティックし易いという問題があった。それ故に、スティックし難いフェールセーフ付油圧駆動システムが望まれる。
【００１０】
そこで、本発明は、簡易な構成であって、スティックによる作動不良が発生し難いフェールセーフ付油圧駆動システム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】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、従来用いられていた電磁比例弁は指令電流が高くなるほど二次圧を上昇させるいわゆるノーマルクローズ型の比例弁であり、これに代えて指令電流が高くなるほど二次圧を低下させるいわゆるノーマルオープン型の比例弁を用いれば、構成をより簡易化できることを思い付いた。本発明は、このような観点からなされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明のフェールセーフ付油圧駆動システムは、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの傾転角を変更するサーボシリンダと、前記傾転角が小さくなるように前記サーボシリンダを駆動する流量低減方向および前記傾転角が大きくなるように前記サーボシリンダを駆動する流量増加方向に移動するスプールと、前記油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記スプールを前記流量低減方向に移動させる馬力制御ピストンと、流量制御圧が上昇したときに前記スプールを前記流量増加方向に移動させる流量制御ピストンと、前記流量制御圧として二次圧を出力する電磁比例弁であって、指令電流が高くなるほど前記二次圧を低下させる電磁比例弁と、前記電磁比例弁から前記流量制御ピストン用の受圧室へ前記二次圧を直接導く二次圧ラインと、前記電磁比例弁へ一次圧を導く一次圧ラインと、前記一次圧ラインから分岐して前記一次圧を前記馬力制御ピストン用の受圧室へ導く分岐ラインと、前記分岐ラインを前記馬力制御ピストン用の受圧室と遮断する遮断位置と前記分岐ラインを前記馬力制御ピストン用の受圧室と連通する連通位置との間で切り換えられる切換弁であって、当該切換弁を前記遮断位置に維持するためのスプリング、および当該切換弁を前記スプリングの付勢力に抗して前記遮断位置から前記連通位置へ移動させるためのパイロットポートを有する切換弁と、前記二次圧ラインと前記切換弁のパイロットポートとを接続するパイロットラインと、を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、通常時は電磁比例弁からある程度小さな二次圧が出力されるため、切換弁のスプリングの付勢力により切換弁が遮断位置に維持される。これにより、馬力制御ピストン用の受圧室には一次圧は導かれない。そして、流量制御ピストン用の受圧室には電磁比例弁からの二次圧が導かれるので、電磁比例弁への指令電流に応じた電気的な流量制御を行うことができる。一方、フェール時には、電磁比例弁から出力される二次圧は一次圧とほぼ等しくなるので、切換弁が連通位置に切り換えられる。これにより、馬力制御ピストン用の受圧室に一次圧が導かれる。流量制御ピストン用の受圧室にも一次圧とほぼ等しい二次圧が導かれるが、馬力制御ピストンには一次圧と吐出圧が印加され、馬力制御ピストンの方が流量制御ピストンよりも傾転角を小さくしようとするので、馬力制御だけが行われる。これにより、フェール時にもある程度の馬力で油圧アクチュエータを駆動することができる。さらに、切換弁としてポート数の少ない弁を用いることができるため、簡易な構成を実現できる。しかも、電磁弁はフェール時に高い圧力で遮断位置から連通位置に切り換えられるため、スティックによる作動不良が発生し難い。
【００１４】
例えば、上記のフェールセーフ付油圧駆動システムは、油圧アクチュエータを作動させるためのパイロット式の操作弁が操作されたときに、前記操作弁から出力されるパイロット圧が高いほど小さな前記指令電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成で確実に作動するフェールセーフ付油圧駆動システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るフェールセーフ付油圧駆動システムの油圧回路図である。
【図２】（ａ）は図１に示す油圧駆動システムにおける操作弁から出力されるパイロット圧Ｐｐと電磁比例弁への指令電流Ｉとの関係を示すグラフ、（ｂ）は指令電流Ｉと電磁比例弁からの二次圧Ｐ２の関係を示すグラフ、（ｃ）は二次圧Ｐ２と吐出流量Ｑの関係を示すグラフ、（ｄ）は指令電流Ｉと吐出流量Ｑの関係（入出力特性）を示すグラフである。
【図３】従来のフェールセーフ付油圧駆動システムの油圧回路図である。
【図４】（ａ）は一般的な従来の油圧駆動システムの入出力特性を示すグラフ、（ｂ）は図３に示す油圧駆動システムの馬力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態に係るフェールセーフ付油圧駆動システム１を示す。この油圧駆動システム１は、例えば、油圧ショベルや油圧クレーンなどの建設機械に搭載され、種々の油圧アクチュエータ（図示せず）へ作動油を供給する。
【００１８】
具体的に、油圧駆動システム１は、可変容量型の油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２の傾転角を調整するレギュレータ３と、電磁比例弁４と、切換弁６を備える。また、油圧駆動システム１は、電磁比例弁４へ指令電流Ｉを送給する制御装置７を備える。
【００１９】
油圧ポンプ２は、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する。本実施形態では、油圧ポンプ２として、斜板２１の角度により傾転角が規定される斜板ポンプが採用されている。ただし、油圧ポンプ２は、斜軸の角度により傾転角が規定される斜軸ポンプであってもよい。
【００２０】
レギュレータ３は、油圧ポンプ２の傾転角を変更するサーボシリンダ３１と、サーボシリンダ３１を駆動するための制御圧力を調整するスプール３２と、スプール３２を収容するスリーブ３３を含む。サーボシリンダ３１は、油圧ポンプ２の斜板２１と連結されている。スプール３２およびスリーブ３３は、サーボシリンダ３１用の圧力調整弁３４を構成する。
【００２１】
より詳しくは、スプール３２は、流量低減方向（図１の右向き）に移動したとき（左側位置に切り換ったとき）に油圧ポンプ２の傾転角が小さくなるようにサーボシリンダ３１を駆動するとともに、流量増加方向（図１の左向き）に移動したとき（右側位置に切り換ったとき）に油圧ポンプ２の傾転角が大きくなるようにサーボシリンダ３１を駆動する。スリーブ３３は、第１レバー３ａによりサーボシリンダ３１と連結されており、サーボシリンダ３１の小径側にはポンプ吐出圧Ｐｄが作用するとともに、サーボシリンダ３１の大径側には圧力調整弁３４で調圧された制御圧が作用する。サーボシリンダ３１の両側から作用する力（圧力×サーボシリンダ受圧面積）が釣り合うように、圧力調整弁３４から出力される制御圧は調整される。このように圧力調整弁３４はスプール３２とスリーブ３３との相対位置（メータリング特性）が一定となるように作動する。このようにして、スリーブ３３は、スプール３２の移動に追従して移動する。
【００２２】
また、レギュレータ３は、スプール３２を操作する流量制御ピストン３５および馬力制御ピストン３６を含む。流量制御ピストン３５および馬力制御ピストン３６は、それぞれ第２レバー３ｂおよび第３レバー３ｃを介してスプール３２と連結されている。さらに、レギュレータ３は、馬力制御ピストン３６用の２つの受圧室３８，３９と、流量制御ピストン３５用の受圧室３７を含む。
【００２３】
馬力制御ピストン３６用の一方の受圧室３８には、油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｄが導かれる。馬力制御ピストン３６は、吐出圧Ｐｄが上昇したときにスプール３２を流量低減方向に移動させ、吐出圧Ｐｄが低下したときにスプール３２を流量増加方向に移動させる。他方の受圧室３９は、下流ライン５２により切換弁６と接続されている。
【００２４】
流量制御ピストン３５用の受圧室３７には、流量制御圧が導かれる。流量制御ピストン３５は、流量制御圧が上昇したときにスプール３２を流量増加方向に移動させ、流量制御圧が低下したときにスプール３２を流量低減方向に移動させる。なお、馬力制御ピストン３６と流量制御ピストン３５は、そのうちの吐出流量Ｑを制限する方（すなわち、少ない流量を指令する方）が優先してスプール３２を移動させるように構成される。
【００２５】
流量制御ピストン３５用の受圧室３７は、二次圧ライン４２により電磁比例弁４と接続されており、電磁比例弁４は、一次圧ライン４１により補助ポンプ２５と接続されている。すなわち、電磁比例弁４へは、一次圧ライン４１により補助ポンプ２５からの一次圧Ｐ１が導かれる。
【００２６】
電磁比例弁４は、前記流量制御圧として二次圧Ｐ２を出力する。この二次圧Ｐ２は、二次圧ライン４２により電磁比例弁４から受圧室３７へ直接且つ常時導かれる。電磁比例弁４は、図２（ｂ）に示すように、指令電流Ｉが高くなるほど二次圧Ｐ２を低下させる。二次圧Ｐ２が低下すると、流量制御ピストン３５がスプール３２を流量低減方向に移動させる。このため、二次圧Ｐ２と吐出流量Ｑとの関係は図２（ｃ）に示す通りであり、指令電流Ｉと吐出流量Ｑの関係は図２（ｄ）に示す通りである。
【００２７】
図２（ｄ）に示すように、油圧駆動システム１は、電磁比例弁４への指令電流Ｉと吐出流量Ｑとが負の相関を示すネガティブ型である。このため、制御装置７は、図略の油圧アクチュエータを作動させるためのパイロット式の操作弁が操作されたときに、図２（ａ）に示すように、操作弁から出力されるパイロット圧Ｐｐが高いほど小さな指令電流Ｉを電磁比例弁４へ送給する。
【００２８】
図１に戻って、一次圧ライン４１は、上流ライン５１により切換弁６と接続されている。すなわち、上流ライン５１および上述した下流ライン５２は、一次圧ライン４１から分岐して一次圧Ｐ１を馬力制御ピストン３６用の受圧室３９へ導く分岐ライン５を構成する。
【００２９】
切換弁６は、分岐ライン５を馬力制御ピストン３６用の受圧室３９と遮断する遮断位置と、分岐ライン５を馬力制御ピストン３６用の受圧室３９と連通する連通位置との間で切り換えられる。本実施形態では、切換弁６にタンクライン５５も接続されており、切換弁６が遮断位置に位置するときには、下流ライン５２がタンクライン５５と連通させられる。
【００３０】
より詳しくは、切換弁６は、当該切換弁６を遮断位置に維持するためのスプリング６２と、当該切換弁６をスプリング６２の付勢力に抗して遮断位置から連通位置へ移動させるためのパイロットポート６１を有している。パイロットポート６１は、パイロットライン４３により二次圧ライン４２と接続されている。すなわち、パイロットポート６１へは、電磁比例弁４からの二次圧Ｐ２が導かれる。
【００３１】
スプリング６２は、図２（ｂ）に示すように、電磁比例弁４からの二次圧Ｐ２に基づいてフェール時を判定する（切換弁６を切り換える）ための閾値を決定するものである。例えば、図２（ｃ）に示すように、二次圧Ｐ２には、吐出流量Ｑに影響しない低圧側不感帯と高圧側不感帯がある。閾値は、高圧側不感帯の最小値以上であり、二次圧Ｐ２の最大値未満であることが望ましい。言うまでもないが、二次圧Ｐ２の最大値は一次圧Ｐ１とほぼ等しい。切換弁６を切り換えるための閾値は、一次圧Ｐ１に近い高圧値を用いているため、スプリング６２の付勢力を十分に大きく設定できる。このため、フェール時において、切換弁６２がコンタミ等の原因でスティックして作動不良となることを確実に防止することができる。
【００３２】
次に、油圧駆動システム１の動作について説明する。
【００３３】
通常時は、電磁比例弁４からある程度小さな二次圧Ｐ２が出力されるため、切換弁６はスプリング６２の付勢力によって遮断位置に維持される。これにより、馬力制御ピストン３６用の受圧室３９には一次圧が導かれず、受圧室３９の圧力はほぼゼロになる。これにより、馬力制御ピストン３６には受圧室３８に導かれる吐出圧Ｐｄのみが作用し、吐出圧Ｐｄのみに基づく馬力制御が行われる。この馬力制御ピストン３６による馬力制御は、図４（ｂ）中のラインＡと同様に、非常に高い馬力、例えばエンジン馬力より大きい馬力に設定してあるため、通常時は吐出流量Ｑを制限しない。つまり、通常時は、流量制御ピストン３５のみの働きによって吐出流量Ｑが制御される。そして、流量制御ピストン３５用の受圧室３７には電磁比例弁４からの二次圧Ｐ２が導かれるので、電磁比例弁４への指令電流Ｉに応じた電気的な流量制御を行うことができる。
【００３４】
一方、フェール時には、電磁比例弁４から出力される二次圧は一次圧とほぼ等しくなるので、切換弁６が連通位置に切り換えられる。これにより、馬力制御ピストン３６用の受圧室３９に一次圧Ｐ１が導かれる。また、流量制御ピストン３５用の受圧室３７にも一次圧とほぼ等しい二次圧Ｐ２が導かれる。馬力制御ピストン３６に一次圧Ｐ１と吐出圧Ｐｄが印加されることにより、馬力制御ピストン３６が作動し、馬力制御が行われるようになる。つまり、馬力制御ピストン３６の方が流量制御ピストン３５よりも傾転角を小さくしようとするので、馬力制御だけが行われる。これにより、フェール時には、ある程度の馬力、例えばエンジン馬力よりも小さい馬力で油圧アクチュエータ（図示せず）を駆動することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、切換弁６としてポート数の少ない弁を用いることができるため、簡易な構成を実現できる。
【００３６】
また、スプリング６２の付勢力を十分に大きく設定でき、フェール時には電磁弁６が高い圧力で遮断位置から連通位置に切り換えられるため、切換弁６２がコンタミ等の原因でスティックして作動不良となることを確実に防止することができる。
【００３７】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば、図示は省略するが、油圧駆動システム１は、ダブルポンプ方式の２つの油圧供給ラインの一方に組み込まれていてもよい。この場合、レギュレータ３が馬力制御ピストン３６用にもう１つの受圧室を含み、この受圧室に相手方の油圧ポンプの吐出圧が導かれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の油圧駆動システムは、種々の油圧回路に適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    フェールセーフ付油圧駆動システム
２    油圧ポンプ
３１  サーボシリンダ
３２  スプール
３５  流量制御ピストン
３６  馬力制御ピストン
３７〜３９  受圧室
４    電磁比例弁
４１  一次圧ライン
４２  二次圧ライン
４３  パイロットライン
５    分岐ライン
６    切換弁
６１  パイロットポート
７    制御装置
【図１】
2016011633.tif 000003
【図２】
2016011633.tif 000004
【図３】
2016011633.tif 000005
【図４】
2016011633.tif 000006