(57)【要約】【課題】キャビテーション防止用のチャージポンプや流量制御弁の要らない油圧回路を構成できる可変容量型のアキシャルピストン装置を提供する。【解決手段】アキシャルピストン装置は、ハウジング本体の回転軸と一体回転するシリンダブロックと、第１〜第３ポート３８〜４０を有するバルブプレート７６とを備える。第２ポート３９の開口区間Ｓ２は第１ポート３８の開口区間Ｓ１よりも小さく、且つ、第２ポート３９と第３ポート４０との開口区間の和Ｓ２＋Ｓ３は、第１ポート３８の開口区間Ｓ１と同じに設定する。アキシャルピストン装置と油圧シリンダとは、第１ポート３８とボトム油室３５とをつなぐ第１油路３３、及び、第２ポート３９とロッド油室３６とをつなぐ第２油路３４にて閉ループ状に接続する。第３ポート４０は作動油タンクに接続する。第１ポート３８と第２ポート３９との開口区間比Ｓ２／Ｓ１がボトム油室３５とロッド油室３６との受圧面積比Ｒ／Ｂと同じに設定する。【選択図】図２
2009250204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング本体の回転軸と一体回転するシリンダブロックと、第１〜第３ポートを有するバルブプレートとを備えている可変容量型のアキシャルピストン装置であって、
前記第１及び前記第２ポートはそれぞれ油圧アクチュエータに接続されており、前記第３ポートは作動油タンクに接続されている一方、前記第２ポートの開口区間は、前記第１ポートの開口区間よりも小さく、且つ、前記第２ポートと前記第３ポートとの開口区間の和が前記第１ポートの開口区間と同じに設定されている、
アキシャルピストン装置。
【請求項２】
前記油圧アクチュエータは片ロッド複動型の油圧シリンダであり、
請求項１に記載したアキシャルピストン装置と前記油圧シリンダとは、前記第１ポートと前記油圧シリンダのボトム油室とをつなぐ第１油路、及び、第２ポートと前記油圧シリンダのロッド油室とをつなぐ第２油路にて閉ループ状に接続されており、
前記第１ポートと前記第２ポートとの開口区間比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じに設定されている、
油圧回路。
【請求項３】
前記アキシャルピストン装置における前記シリンダブロックの前記各シリンダ室は、前記シリンダブロックの一方向回転に伴い、回転上流側から前記第１ポート、前記第３ポート、前記第２ポートの順に連通するように構成されており、且つ、前記第３ポートの開口面積は、前記第１ポートと前記第２ポートとの開口面積の差よりも大きく設定されている、
請求項２に記載した油圧回路。
【請求項４】
請求項２又は３に記載した油圧回路を有する作業機械であって、
前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダは前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダである、
作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、アキシャルピストン装置、及び前記アキシャルピストン装置を使用した油圧回路、並びに前記油圧回路を有する作業機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、バックホウのような作業機械の可動部（例えばブーム等）を駆動させる油圧シリンダに対する油圧ポンプは、ハウジング本体の回転軸と一体回転するシリンダブロックと、２つのポートを有するバルブプレートとを備えており、シリンダブロックの一方向回転に連動して、シリンダブロックに形成された複数のシリンダ室内のピストンを往復動させることにより、各シリンダ室からバルブプレートの各ポートに作動油を供給するように構成されている（例えば特許文献１等参照）。この場合、第１ポートの開口区間と第２ポートの開口区間とはほぼ同じに設定されている。
【０００３】
この種の油圧ポンプを利用した作業機械用の油圧回路としては、特許文献２に記載のものがある。図５は特許文献２の第１図に開示されたものと同様の油圧回路図である。
【０００４】
図５に示す従来の油圧回路１００は、片ロッド複動型の油圧シリンダ１０１と、油圧シリンダ１０１に作動油を供給する可変容量型の油圧ポンプ１０２とを備えている。油圧シリンダ１０１と油圧ポンプ１０２とは、第１油路１０３及び第２油路１０４にて閉ループ状に接続されている。
【０００５】
この場合、油圧シリンダ１０１のボトム油室１０５が第１油路１０３を介して油圧ポンプ１０２の第１ポート（図示省略）に接続され、ロッド油室１０６が第２油路１０４を介して油圧ポンプ１０２の第２ポート（図示省略）に接続されている。なお、油圧ポンプ１０２は、駆動源１２１（例えばエンジンや電動モータ）の回転動力にて駆動するように構成されている。
【０００６】
第１油路１０３と第２油路１０４との間には、３ポート３位置切換型の流量制御弁１０８が配置されている。流量制御弁１０８は、油圧シリンダ１０１における両油室１０５，１０６の受圧面積差に起因して、一方の油室１０５から流出する作動油量が他方の油室１０６に流入する作動油量より多い場合の余剰分を排出するためのものである。
【０００７】
流量制御弁１０８の第１入口ポート１０８ａは第１入口油路１０９を介して第１油路１０３に接続され、第２入口ポート１０８ｂは第２入口油路１１０を介して第２油路１０４に接続されている。流量制御弁１０８の出口ポート１０８ｃは出口油路１１１を介して作動油タンク１１３に接続されている。出口油路１１１中にはリリーフ弁１１２が設けられている。
【０００８】
第１油路１０３と第２油路１０４とをつなぐバイパス油路１１４中には、第１油路１０３の方向にのみ開く第１逆止弁１１５と、第２油路１０４の方向にのみ開く第２逆止弁１１６とが設けられている。バイパス油路１１４における両逆止弁１１５，１１６の間は、チャージ油路１１７を介して作動油タンク１１３に接続されている。
【０００９】
チャージ油路１１７中には、作動油の不足分を第１又は第２油路１０３，１０４に補給するためのチャージポンプ１１８が設けられている。チャージ油路１１７におけるチャージポンプ１１８より上流側から分岐したドレイン油路１１９も作動油タンク１１３に接続されている。ドレイン油路１１９中にはリリーフ弁１２０が設けられている。
【００１０】
かかる構成において、外部からの負荷がＸ１方向に作用している場合に、油圧ポンプ１０２から第１油路１０３に作動油を供給すると、作動油がボトム油室１０５に流入して、油圧シリンダ１０１が伸長動する。これに伴い、ロッド油室１０６からは作動油が流出し、流出した作動油は第２油路１０４を介して油圧ポンプ１０２に戻る。
【００１１】
ここで、ロッド油室１０６の受圧面積（断面積）は、ボトム油室１０５の受圧面積と比べて油圧シリンダ１０１におけるピストンロッド１０７の断面積分だけ小さいから、このままでは、ロッド油室１０６から流出して油圧ポンプ１０２に戻る作動油量が油圧ポンプ１０２から吐出してボトム油室１０５に流入する作動油量より少なく、油圧ポンプ１０２の吸入側でキャビテーションが生ずることになる。
【００１２】
そこで、キャビテーション防止のために、チャージポンプ１１８の駆動にて、不足分の作動油が作動油タンク１１３からチャージ油路１１７、バイパス油路１１４及び第２逆止弁１１６を介して第２油路１０４に補給される。
【００１３】
同様の負荷状態で油圧ポンプ１０２から第２油路１０４に作動油を供給すると、作動油がロッド油室１０６に流入して、油圧シリンダ１０１が短縮動する。これに伴い、ボトム油室１０５からは作動油が流出し、流出した作動油は第１油路１０３を介して油圧ポンプ１０２に戻る。
【００１４】
この場合は、ボトム油室１０５から流出して油圧ポンプ１０２に戻る作動油量が油圧ポンプ１０２から吐出してロッド油室１０６に流入する作動油量より多くなるから、このままでは、油圧ポンプ１０２が余剰分の作動油を吸引できず、第１油路１０３及びボトム油室１０５内の圧力が上昇してピストンロッド１０７の動きを止めることになる。
【００１５】
そこで、ピストンロッド１０７の動きを止めないために、第２油路１０４内の圧力にて流量制御弁１０８のスプールを図５の右位置に切り換えることにより、余剰分の作動油が第１油路１０３から第１入口油路１０９、出口油路１１１及びリリーフ弁１１２を介して作動油タンク１１３に排出される。
【特許文献１】実開昭６０−１３１６８１号公報
【特許文献２】特開昭５９−１３３８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、従来の油圧回路１００では、第１油路１０３と第２油路１０４との間に配置された流量制御弁１０８にハンチング現象が生じて、油圧シリンダ１０１がスムーズに作動しなくなる場合があった。
【００１７】
すなわち、油圧シリンダ１０１が短縮動するに際して、外部の負荷がＸ２方向に作用していれば、油圧シリンダ１０１のロッド油室の圧力がボトム油室よりも高くなるため、先に述べたように油圧ポンプ１０２から供給される作動油はロッド油室１０６に流入する一方、ボトム油室１０５からは作動油が流出し、油圧シリンダ１０１の断面積差によって生ずる余剰分の作動油を、流量制御弁１０８を介して排出しつつ、必要流量を油圧ポンプ１０２に戻す。
【００１８】
この状態のシリンダ速度は、油圧ポンプ１０２の流出側流量によって制御される。すなわち、油圧ポンプ１０２の流量をＱ、油圧シリンダ１０１のロッド油室の受圧面積をＡRとすると、シリンダ速度はＱ／ＡRとなる。
【００１９】
一方、外部の負荷がＸ１方向に作用している場合は、油圧シリンダ１０１のボトム油室の圧力がロッド油室の圧力よりも高くなり、油圧シリンダ１０１から排出される作動油はそのまま油圧ポンプ１０２に戻され、油圧ポンプ１０２から吐出される作動油は、油圧シリンダ１０１の断面積差によって生ずる余剰分の作動油を、流量制御弁１０８を介して排出しつつ、必要流量を油圧シリンダ１０１に供給する。
【００２０】
この状態のシリンダ速度は、油圧ポンプ１０２の吸入側流量によって制御される。すなわち、油圧ポンプ１０２の流量をＱ、油圧シリンダ１０１のボトム油室の受圧面積をＡBとすると、シリンダ速度はＱ／ＡBとなる。
【００２１】
このように外部負荷の方向変化が激しい場合、ロッド油室のボトム油室に対する断面積比ＡR／ＡBに相当する速度変化がシリンダ速度に対して生ずるため、ハンチング現象が生ずるという問題があった。
【００２２】
その上、前述の通り、従来の油圧回路１００では、キャビテーション防止のために、油圧ポンプ１０２に対する作動油の不足分を補給するチャージポンプ１１８が必要である。しかし、油圧ポンプ１０２とは別にチャージポンプ１１８が存在するため、油圧回路１００の構造全体が大型化して配置スペースを取るという問題や、部品点数増加に伴って製造コストが増大するという問題があった。
【００２３】
更に、油圧ポンプ１０２に対する作動油の不足量は両油室１０５，１０６の受圧面積の関係で決まるものであり、例えばピストンロッド１０７の直径が大きいほど受圧面積の差が大きく、油圧ポンプ１０２に対する作動油の不足量が増えることになる。従って、両油室１０５，１０６の受圧面積の差が大きい場合は、大容量のチャージポンプ１１８を採用せざるを得ず、製造コストが更に嵩んでしまうという問題もあった。
【００２４】
そこで、本願発明は以上の問題を解消することを技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願発明は、アキシャルピストン装置、及び前記アキシャルピストン装置を使用した油圧回路、並びに前記油圧回路を有する作業機械を含んでいる。
【００２６】
請求項１の発明は、ハウジング本体の回転軸と一体回転するシリンダブロックと、第１〜第３ポートを有するバルブプレートとを備えている可変容量型のアキシャルピストン装置であって、前記第１及び前記第２ポートはそれぞれ油圧アクチュエータに接続されており、前記第３ポートは作動油タンクに接続されている一方、前記第２ポートの開口区間は、前記第１ポートの開口区間よりも小さく、且つ、前記第２ポートと前記第３ポートとの開口区間の和が前記第１ポートの開口区間と同じに設定されているというものである。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１に記載したアキシャルピストン装置を有する油圧回路に係るものである。当該発明では、前記油圧アクチュエータとして、片ロッド複動型の油圧シリンダが採用されている。そして、前記アキシャルピストン装置と前記油圧シリンダとは、前記第１ポートと前記油圧シリンダのボトム油室とをつなぐ第１油路、及び、第２ポートと前記油圧シリンダのロッド油室とをつなぐ第２油路にて閉ループ状に接続されており、前記第１ポートと前記第２ポートとの開口区間比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じに設定されている。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項２に記載した油圧回路において、前記アキシャルピストン装置における前記シリンダブロックの前記各シリンダ室は、前記シリンダブロックの一方向回転に伴い、回転上流側から前記第１ポート、前記第３ポート、前記第２ポートの順に連通するように構成されており、且つ、前記第３ポートの開口面積は、前記第１ポートと前記第２ポートとの開口面積の差よりも大きく設定されているというものである。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項２又は３に記載した油圧回路を有する作業機械に係るものであり、前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダとして、前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダが採用されている。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１の発明に係るアキシャルピストン装置によると、バルブプレートの第１及び第２ポートはそれぞれ油圧アクチュエータに接続されており、第３ポートは作動油タンクに接続されている一方、前記第２ポートの開口区間は、前記第１ポートの開口区間よりも小さく、且つ、前記第２ポートと前記第３ポートとの開口区間の和が前記第１ポートの開口区間と同じに設定されている。
【００３１】
このため、前記第１ポートに接続された油路、前記第２ポートに接続された油路、及び、前記第３ポートに接続された油路の３系統において、互いに独立した作動油の流れを形成できることになり、前記油圧アクチュエータに対する作動油の流量や圧力を個別に設定できるという効果を奏する。
【００３２】
請求項２の発明に係る油圧回路によると、前記油圧アクチュエータとしての片ロッド複動型の油圧シリンダと前記アキシャルピストン装置とは、前記第１ポートとボトム油室とをつなぐ第１油路、及び、第２ポートとロッド油室とをつなぐ第２油路にて閉ループ状に接続されており、前記第１ポートと前記第２ポートとの開口区間比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じに設定されているから、前記ボトム油室と前記ロッド油室とで受圧面積に差があるとしても、前記アキシャルピストン装置にて、前記各油室にその受圧面積に合わせた適量の作動油を供給できる。すなわち、前記油圧シリンダの高圧側が切り換わったりしても、前記ボトム油室が高圧のときのシリンダ速度と、前記ロッド油室が高圧のときのシリンダ速度とは変わらない（同じである）。
【００３３】
このため、前記油圧シリンダと前記アキシャルピストン装置とをつなぐ油圧回路中に、従来のようなチャージポンプや流量制御弁を備えなくても、前記アキシャルピストン装置の構成だけで、前記油圧シリンダの挙動を安定化できるという効果を奏する。
【００３４】
また、前記油圧回路の構成を採用すれば、前記油圧シリンダを伸長動させる際は、前記ロッド油室から流出して前記アキシャルピストン装置に戻る作動油量が、前記アキシャルピストン装置から吐出して前記ボトム油室に流入する作動油量より少なくなるものの、前記アキシャルピストン装置自身の駆動（自吸力）にて、前記作動油タンクから前記第３油路及び前記第３ポートを介して、不足分の作動油を補給できる。従って、従来のようなチャージポンプがなくても、キャビテーションの発生を防止できるという効果を奏する。
【００３５】
一方、前記油圧シリンダを短縮動させる場合においては、背景技術に記載した説明から分かるように、油圧シリンダにおいてロッド油室のボトム油室に対する断面積比（後述する図２ではＡR／ＡB）と、バルブプレートの開口区間比に比例して決まる油圧ポンプにおける流出側流量の吸入側流量に対する流量比（後述する図２ではＱR／ＱB）とは同じになっているため、ＱR／ＡR≒ＱB／ＡBとなり、シリンダ外部負荷の方向変化が生じてもシリンダ速度が一定となる。このため、激しい負荷変動に対してもハンチング現象が起こらなくなるという効果を奏する。
【００３６】
その上、前述の通り、従来のようなチャージポンプや流量制御弁が要らないから、前記油圧回路のコンパクト化（構造の簡単化）や、部品点数削減に伴う製造コストの抑制に寄与できるという利点もある。
【００３７】
特に請求項３の発明では、前記アキシャルピストン装置における前記シリンダブロックの前記各シリンダ室は、前記シリンダブロックの一方向回転に伴い、回転上流側から前記第１ポート、前記第３ポート、前記第２ポートの順に連通するように構成されており、前記第３ポートの開口面積を前記第１ポートと前記第２ポートとの開口面積の差よりも大きく設定しているから、前記油圧シリンダを短縮動させるに際して、外部の負荷が短縮方向と逆（後述する図２のＸ２方向）に作用していても、前記ボトム油室から流出する作動油のうち受圧面積差に起因して生ずる余剰分を、前記第３ポートから前記作動油タンクにスムーズに排出できる。従って、第３ポートでの圧力上昇による動力損失を簡単に抑制できるという効果を奏する。
【００３８】
また、前記油圧シリンダを伸長動させるに際しては、外部の負荷が伸長方向と逆（後述する図２のＸ１方向）に作用していても、前記ロッド油室から流出する作動油のうち受圧面積差に起因して生ずる不足分を、前記作動油タンクから前記第３ポートにスムーズに吸入できる。従って、第３ポートでの吸入抵抗によるキャビテーションの発生も簡単に抑制できるという効果を奏する。
【００３９】
請求項４の発明に係る作業機械によると、前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダは前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダであるから、掘削作業時にシリンダ外部負荷の作用する方向が頻繁に激しく変化したりしても、従来のようなチャージポンプや流量制御弁を備えていない簡単な構成の油圧回路を用いて、前記ブームシリンダひいては前記ブームをスムーズに作動できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本願発明を作業機械としてのバックホウに採用した実施形態を図面（図１〜図４）に基づいて説明する。図１はバックホウの側面図、図２はバックホウの油圧回路図、図３はアキシャルピストンポンプ・モータの側面断面図、図４はバルブプレートの正面図である。
【００４１】
（１）．バックホウの概要
まず始めに、図１を参照しながら、バックホウ１の概要について説明する。
【００４２】
作業機械の一例であるバックホウ１は、左右一対の走行クローラ３（図１では左側のみ示す）を有するクローラ式の走行装置２と、走行装置２上に水平旋回可能に設けられた旋回台４（機体）とを備えている。走行装置２の前部には排土板５が昇降回動可能に装着されている。
【００４３】
旋回台４には、操縦部としてのキャビン６と駆動源としてのエンジン７とが搭載されている。旋回台４の前部には、掘削作業のためのブーム１１、アーム１２及びバケット１３を有する作業部１０が設けられている。なお、詳細は図示していないが、キャビン６の内部には、オペレータが着座する操縦座席と、バックホウ１における各種操作用のレバー群とが配置されている。
【００４４】
作業部１０の構成要素であるブーム１１は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム１１の基端部は、旋回台４の前部に取り付けられたブームブラケット１４に、横向きのブーム軸１５を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の内面（前面）側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動型のブームシリンダ１６が配置されている。ブームシリンダ１６のシリンダ側端部は、ブームブラケット１４の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１６のロッド側端部は、ブーム１１における屈曲部の前面側（凹み側）に固定された前ブラケット１７に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１６は特許請求の範囲に記載した油圧シリンダに相当する。
【００４５】
ブーム１１の先端部には、長手角筒状のアーム１２の基端部が、横向きのアーム軸１９を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の上面前部側には、アーム１２を首振り回動させるための片ロッド複動型のアームシリンダ２０が配置されている。アームシリンダ２０のシリンダ側端部は、ブーム１１における屈曲部の背面側（突出側）に固定された後ブラケット１８に回動可能に枢支されている。アームシリンダ２０のロッド側端部は、アーム１２の基端側外面（前面）に固着されたアームブラケット２１に回動可能に枢支されている。
【００４６】
アーム１２の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット１３が、横向きのバケット軸２２を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム１２の外面（前面）側には、バケット１３を掬い込み回動させるための片ロッド複動型のバケットシリンダ２３が配置されている。バケットシリンダ２３のシリンダ側端部は、アームブラケット２１に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ２３のロッド側端部は、連結リンク２４及び中継ロッド２５を介してバケット１３に回動可能に枢支されている。
【００４７】
（２）．バックホウの油圧回路
次に、図２を参照しながら、バックホウ１の油圧回路について説明する。
【００４８】
図２に示すバックホウ１の油圧回路３０は、先に説明したブームシリンダ１６と、ブームシリンダ１６に作動油を供給するアキシャルピストン装置としての可変容量型のアキシャルピストンポンプ・モータ３２（以下、油圧ポンプ・モータ３２と称する）とを備えている。ブームシリンダ１６と油圧ポンプ・モータ３２とは、第１油路３３及び第２油路３４にて閉ループ状に接続されている。
【００４９】
ブームシリンダ１６は前述の通り片ロッド複動型のものであり、ボトム油室３５の受圧面積Ｂ（断面積）が、ロッド油室３６の受圧面積Ｒと比べて、ピストンロッド３７の断面積Ｐ分だけ大きくなっている。すなわち（ボトム油室３５の受圧面積Ｂ）＝（ロッド油室３６の受圧面積Ｒ）＋（ピストンロッド３７の断面積Ｐ）の関係が成り立っている。
【００５０】
油圧ポンプ・モータ３２は、第１ポート３８、第２ポート３９及び第３ポート４０からなる３つのポートを有しており、ブームシリンダ１６のボトム油室３５が第１油路３３を介して油圧ポンプ・モータ３２の第１ポート３８に接続され、ブームシリンダ１６のロッド油室３６が第２油路３４を介して油圧ポンプ・モータ３２の第２ポート３９に接続されている。油圧ポンプ・モータ３２の第３ポート４０は、第３油路４１を介して作動油タンク４２に接続されている。
【００５１】
油圧ポンプ・モータ３２はいわゆる斜板タイプのものであり（図３参照）、エンジン７の動力にて駆動するように構成されている。そして、バックホウ１のキャビン６内に配置された操作レバー（図示省略）の操作量に応じて油圧ポンプ・モータ３２における可動斜板８０の傾斜角度を変更することにより、油圧ポンプ・モータ３２からの作動油の吐出方向及び吐出量を調節するように構成されている。
【００５２】
なお、図示は省略しているが、油圧ポンプ・モータ３２から突出した回転軸７４は、別のポンプを貫通している。すなわち、油圧ポンプ・モータ３２の回転軸７４と別のポンプの回転軸とは、共通する１本の軸になっている。回転軸７４の軸心回りの回転にて別のポンプを駆動させることにより、別系統の油圧回路を介して、前述したアームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３に作動油を供給するように構成されている。
【００５３】
図２に示す油圧回路３０は、油圧ポンプ・モータ３２における可動斜板８０の傾斜角度に基づいて、油圧ポンプ・モータ３２からの作動油の吐出方向及び吐出量を制御する油圧サーボ機構４３を備えている。油圧サーボ機構４３は、油圧ポンプ・モータ３２における可動斜板の傾斜角度を変更させる片ロッド複動型の調整シリンダ４４と、調整シリンダ４４に作動油を供給する調整ポンプ４５と、調整ポンプ４５からの作動油の吐出方向及び吐出量を調節するための４ポート３位置切換型の電磁サーボ弁４６とを有している。
【００５４】
この場合、キャビン６内に配置された操作レバー（図示省略）の操作量に応じた電磁サーボ弁４６のスプール位置の切換にて、調整シリンダ４４を伸縮動させることにより、油圧ポンプ・モータ３２における可動斜板８０の傾斜角度が変更・調節される。
【００５５】
電磁サーボ弁４６の入口ポート４６ａは調整ポンプ４５を介して作動油タンク４２に接続され、出口ポート４６ｄは直接作動油タンク４２に接続されている。電磁サーボ弁４６のボトム側ポート４６ｂは、調整シリンダ４４のボトム油室４７に接続され、ロッド側ポート４６ｃは調整シリンダ４４のロッド油室４８に接続されている。調整シリンダ４４におけるピストンロッド４９の先端は、油圧ポンプ・モータ３２の可動斜板８０に連動連結されている。
【００５６】
第１油路３３中には、ブームシリンダ１６のボトム油室３５からの作動油の漏れ出しを防止する第１パイロットチェック弁５１が設けられている。第１パイロットチェック弁５１は通常、ブームシリンダ１６のボトム油室３５の方向にのみ開くが、例えば操作レバーのシリンダ短縮の操作に連動して、パイロット油路５２から作動油が供給されると、油圧ポンプ・モータ３２における第１ポート３８の方向に開くように構成されている。
【００５７】
第１油路３３における第１パイロットチェック弁５１とボトム油室３５との間は、第１ドレイン油路５３を介して作動油タンク４２に接続されている。第１ドレイン油路５３中には、第１油路３３内の圧力が高くなり過ぎたときに作動油タンク４２方向に作動油を逃がすためのリリーフ弁５４が設けられている。
【００５８】
一方、第２油路３４中には、ブームシリンダ１６のロッド油室３６からの作動油の漏れ出しを防止する第２パイロットチェック弁５５が設けられている。第２パイロットチェック弁５５は通常、ブームシリンダ１６のロッド油室３６の方向にのみ開くが、例えば操作レバーのシリンダ伸長の操作に連動して、パイロット油路５６から作動油が供給されると、油圧ポンプ・モータ３２における第２ポート３９の方向に開くように構成されている。
【００５９】
第２油路３４における第２パイロットチェック弁５５とロッド油室３６との間は、第２ドレイン油路５７を介して作動油タンク４２に接続されている。第２ドレイン油路５７中には、第２油路３４内の圧力が高くなり過ぎたときに作動油タンク４２方向に作動油を逃がすためのリリーフ弁５８が設けられている。
【００６０】
第１油路３３と第２油路３４との間には、２つのリリーフ弁６４，６５と２つの逆止弁６６，６７とを有するチャージリリーフ回路６１が配置されている。チャージリリーフ回路６１は、一方の油路３３（３４）内の圧力が高くなり過ぎると、作動油をブームシリンダ１６における一方の油室３５（３６）に供給せずに、他方の油路３４（３３）や作動油タンク４２に逃がすことによって、油圧回路３０の過負荷を防止するものである。
【００６１】
実施形態では、第１油路３３と第２油路３４とには、一対のバイパス油路６２，６３が並列状に接続されている。シリンダ側バイパス油路６２中には、第１油路３３内の圧力（作動油）を逃がすための第１リリーフ弁６４と、第２油路３４内の圧力（作動油）を逃がすための第２リリーフ弁６５とが設けられている。ポンプ側バイパス油路６３中には、第１油路３３の方向にのみ開く第１逆止弁６６と、第２油路３４の方向にのみ開く第２逆止弁６７とが設けられている。
【００６２】
シリンダ側バイパス油路６２における両リリーフ弁６４，６５の間と、ポンプ側バイパス油路６３における両逆止弁６６，６７との間は、中継油路６８にてつながっている。中継油路６８の先端は、電磁サーボ弁４６の入口ポート４６ａと調整ポンプ４５とをつなぐ入口側油路６９に接続されている。すなわち、チャージリリーフ回路６１から延びる中継油路６８は調整ポンプ４５に連通している。
【００６３】
図２に示すように、第１油路３３及び第２油路３４のうち少なくとも一方は、エアブリード弁９１（９２）を介して作動油タンク４２に分岐接続されている。実施形態では、第１油路３３における第１パイロットチェック弁５１とボトム油室３５との間から分岐した副ドレイン油路９３が作動油タンク４２に連通しており、副ドレイン油路９３中に第１エアブリード弁９１が設けられている。また、第２油路３４における第２パイロットチェック弁５５とボトム油室３６との間から分岐した副ドレイン油路９４も作動油タンク４２に連通しており、副ドレイン油路９４中に第２エアブリード弁９２が設けられている。
【００６４】
エアブリード弁９１，９２は、油圧回路３０内に侵入した空気を取り除くエア抜きのためのものであり、油圧回路３０内の圧力が設定値より小さいときに、侵入した空気を外部（作動油タンク４２）に逃がす一方、油圧回路３０内の圧力が設定値以上のときに完全に遮断状態となるように構成されている。なお、エアブリード弁９１，９２が遮断状態となる設定値は、油圧回路３０からの作動油の排出を抑制すると共に、油圧回路３０内への空気の侵入を防ぐために、０（零）に近い正圧にするのが望ましい。
【００６５】
（３）．油圧ポンプ・モータの詳細構造
次に、図３及び図４を参照しながら、油圧ポンプ・モータ３２の詳細構造について説明する。
【００６６】
図３に示すように、油圧ポンプ・モータ３２は、中空箱状のハウジング本体７１内に軸受７２，７３を介して回転可能に軸支された回転軸７４と、回転軸７４に一体回転するようにスプライン嵌合されたシリンダブロック７５と、複数のポート３８〜４０を有するバルブプレート７６とを備えている。シリンダブロック７５には、回転軸７４を中心とする同一円周上に、回転軸７４と平行状に延びる複数のシリンダ室７７が形成されている。各シリンダ室７７内には、ピストン７８が往復摺動可能に嵌挿されている。
【００６７】
ハウジング本体７１内のうち軸受７２側には、油圧サーボ機構４３の作用にて傾斜角度を変更可能な可動斜板８０が配置されている。可動斜板８０のうちシリンダブロック７５と対峙する側のピストン摺動面には、ピストン７８の先端部に設けられたピストンシュー７９が当接している。可動斜板８０のうちピストン摺動面と反対側の凸球面部は、ハウジング本体７４内に設けられた斜板ホルダ８１の凹球面部に摺動可能に接触している。
【００６８】
シリンダブロック７５内の収容室８６には、回転軸７４に被嵌した状態で圧縮バネ８２が配置されている。当該圧縮バネ８２の作用（押圧付勢力）によって、ピストンシュー７９が可動斜板８０のピストン摺動面に押し付けられている。
【００６９】
ハウジング本体７１を構成する取り外し可能なエンドキャップ８３とシリンダブロック７５との間には、回転軸７４に被嵌した状態でバルブプレート７６が配置されている。前述した圧縮バネ８２は、その押圧付勢力にて、バルブプレート７６にシリンダブロック７５を押し付ける役割も担っている。従って、シリンダブロック７５は、バルブプレート７６に面接触した状態で回転軸７４と共に一体回転する。
【００７０】
バルブプレート７６には、厚み方向に貫通する３つのポート３８〜４０が、回転軸７４を中心とする同一円周に沿って延びる円弧状に、適宜間隔を空けて形成されている（図４参照）。実施形態では、第１ポート３８の開口区間Ｓ１が、第２ポート３９の開口区間Ｓ２と比べて、第３ポート４０の開口区間Ｓ３分だけ大きくなっている。すなわち、第２ポート３９と第３ポート４０との開口区間Ｓ２，Ｓ３の和が第１ポート３８の開口区間Ｓ１と同じに設定されている（Ｓ１＝Ｓ２＋Ｓ３の関係が成り立っている）。
【００７１】
また、第１ポート３８の開口区間Ｓ１に対する第２ポート３９の開口区間Ｓ２の比は、ボトム油室３５の受圧面積Ｂに対するロッド油室３６の受圧面積Ｒの比と同じに設定されている。すなわち、Ｓ２／Ｓ１＝Ｒ／Ｂの関係が成り立っている。そして、図４に示すように、第３ポート４０の開口面積ａ３が第１ポート３８と第２ポート３９との開口面積ａ１，ａ２の差よりも大きく設定されている。すなわち、ａ３＞ａ１−ａ２の関係が成り立っている。
【００７２】
なお、実施形態では、ハウジング本体７１からエンドキャップ８３を取り外して、バルブプレート７６を付け替えることも可能である。このため、油圧シリンダが片ロッド複動型のものであれば、その大きさがブームシリンダ１６と違っていても、油圧ポンプ・モータ３２全体を交換することなく、バルブプレート７６の取り替えだけで対処できる。従って、実施形態における油圧ポンプ・モータ３２の汎用性は高いのである。
【００７３】
一方、シリンダブロック７５のうちバルブプレート７６に接触する側の端面には、各シリンダ室７７に連通する連通穴８４が形成されている。各連通穴８４は、シリンダブロック７５の回転に伴ってバルブプレート７６の各ポート３８〜４０に選択的に連通するように構成されている。
【００７４】
また、ハウジング本体７１のエンドキャップ８３には、第１油路３３の一部を構成する第１キャップ通路と、第２油路３４の一部を構成する第２キャップ通路と、中継油路６８の一部を構成する第３キャップ通路と、チャージリリーフ回路６１とが形成されている。バルブプレート７６の第１ポート３８は第１キャップ通路を介して第１油路３３に連通し、第２ポート３９は第２キャップ通路を介して第２油路３４に連通している。第３ポート４０は、第３キャップ通路を介して第３油路４１ひいては作動油タンク４２に連通している。
【００７５】
油圧ポンプ・モータ３２の回転軸７４は、エンジン７の動力にて一方向（図４では反時計方向（矢印Ｒ方向））にのみ回転するように構成されている。このため、シリンダブロック７５は、回転軸７４と共に、図４の矢印Ｒ方向にのみ回転する。そして、シリンダブロック７５の各シリンダ室７７は、シリンダブロック７５の一方向回転に伴い、回転上流側から第１ポート３８、第３ポート４０、第２ポート３９の順に連通するように構成されている。
【００７６】
エンジン７の動力にて回転軸７４を軸心回りに回転させると、シリンダブロック７５が回転軸７４と共に一体回転し、ピストンシュー７９が可動斜板８０のピストン摺動面上を摺動する。このときの可動斜板８０（ピストン摺動面）の傾斜角度に基づいて、各ピストン７８はシリンダ室７７内を往復摺動して、各シリンダ室７７の容積を変化させる。
【００７７】
このため、各シリンダ室７７では、吸引行程と吐出行程とが順次実行される一方、シリンダブロック７５の回転に伴って、各シリンダ室７７に対する各ポート３８〜４０の切換も、回転上流側から第１ポート３８、第３ポート４０、第２ポート３９の順で自動的に実行される。その結果、作動油が第１ポート３８（又は第２、第３ポート３９，４０）から吸い込まれ、第２、第３ポート３９，４０（又は第１ポート３８）から吐き出されることになる。
【００７８】
油圧サーボ機構４３の作用にて可動斜板８０の傾斜角度を変更すれば、各ピストン７８の行程ストロークが変化する。かかる行程ストロークの変化によって、油圧ポンプ・モータ３２からの作動油の吐出方向及び吐出量が調節される。
【００７９】
（４）．作用効果
以上の構成において、油圧ポンプ・モータ３２から第１ポート３８を経由して第１油路３３に作動油を供給すると、作動油がブームシリンダ１６のボトム油室３５に流入して、ブームシリンダ１６が伸長動する（ブームシリンダ１６のピストンロッド３７が突出動する）。これに伴い、ブームシリンダ１６のロッド油室３６からは作動油が流出し、流出した作動油は第２油路３４から第２ポート３９を介して油圧ポンプ・モータ３２に戻る。
【００８０】
ここで、ロッド油室３６の受圧面積Ｒは、ボトム油室３５の受圧面積Ｂと比べて、ピストンロッド３７の断面積Ｐ分だけ小さいから、仮にこのままであれば、ロッド油室３６から流出して油圧ポンプ・モータ３２に戻る作動油量は、油圧ポンプ・モータ３２から吐出してボトム油室３５に流入する作動油量より少なく、油圧ポンプ・モータ３２内でキャビテーションが生ずることになる。
【００８１】
これに対して実施形態では、第１ポート３８の開口区間Ｓ１に対する第２ポート３９の開口区間Ｓ２の比が、ボトム油室３５の受圧面積Ｂに対するロッド油室３６の受圧面積Ｒの比と同じ（Ｓ２／Ｓ１＝Ｒ／Ｂ）になっている。そして、第１油路３３と第２油路３４との間をつなぐチャージリリーフ回路６１から延びる中継油路６８が油圧サーボ機構４３の調整ポンプ４５に接続されている。
【００８２】
この場合、調整ポンプ４５の駆動によって、作動油タンク４２から中継油路６８及びチャージリリーフ回路６１を介して不足分の作動油が補給されることになるから、油圧ポンプ・モータ３２の自吸力を効果的に補完して、キャビテーションの発生を抑制できる。また、油圧ポンプ・モータ３２自身の自吸力によっても、作動油タンク４２から第３油路４１及び第３ポート４０を介して不足分の作動油を補給できるから、この点もキャビテーション防止に高い効果を発揮する。
【００８３】
実施形態では、第１油路３３及び第２油路３４のうち少なくとも一方がエアブリード弁９１（９２）を介して作動油タンク４２に分岐接続されているから、仮に油圧回路３０内でキャビテーションが発生したとしても、その初期段階において、油圧回路３０内の圧力、すなわち空気混入の作動油が、エアブリード弁９１（９２）の作用にて作動油タンク４２側に排出されると共に、調整ポンプ４５の駆動にて、前記排出分に相当する量の作動油が油圧回路３０中に補給されることになる。その結果、油圧回路３０内に侵入した空気を速やかに除去でき（簡単にエア抜きでき）、キャビテーションを確実に解消できるのである。
【００８４】
一方、油圧ポンプ・モータ３２から第２ポート３９を経由して第２油路３４に作動油を供給すると、作動油がブームシリンダ１６のロッド油室３６に流入して、ブームシリンダ１６が短縮動する（ブームシリンダ１６のピストンロッド３７が後退動する）。これに伴い、ブームシリンダ１６のボトム油室３５からは作動油が流出し、流出した作動油は第１油路３３から第１ポート３８を介して油圧ポンプ・モータ３２に戻る。
【００８５】
この場合は、ボトム油室３５から流出して油圧ポンプ・モータ３２に戻る作動油量が、油圧ポンプ・モータ３２から吐出してロッド油室３６に流入する作動油量より多くなるから、仮にこのままであれば、油圧ポンプ・モータ３２が余剰分の作動油を吸引できず、第１油路３３及びボトム油室３５内の圧力が上昇してピストンロッド３７の動きを止めることになる。
【００８６】
これに対して実施形態では、前述の通り、油圧ポンプ・モータ３２の第３ポート４０が作動油タンク４２に接続されており、且つ、Ｓ２／Ｓ１＝Ｒ／Ｂという関係が成立しているので、油圧ポンプ・モータ３２自身の駆動にて、余剰分の作動油を第３ポート４０から排出できる。
【００８７】
従って、従来のような流量制御弁１０８（図５参照）がなくても、余剰分の作動油に起因して、ピストンロッド３７の動きが止まることはない。その上、前述の通り、従来のような流量制御弁１０８が要らないから、流量制御弁１０８の作動に起因したハンチング現象もなくなり、ブームシリンダ１６をスムーズに作動できる。そして、油圧回路３０のコンパクト化（構造の簡単化）や、部品点数削減に伴う製造コストの抑制に貢献できるという利点もある。
【００８８】
しかも、シリンダブロック７５の各シリンダ室７７は、シリンダブロック７５の一方向回転に伴い、回転上流側から第１ポート３８、第３ポート４０、第２ポート３９の順に連通するように構成されており、且つ、第３ポート４０の開口面積ａ３を第１ポート３８と第２ポート３９との開口面積ａ１，ａ２の差よりも大きく設定しているから（ａ３＞ａ１−ａ２）、ブームシリンダ１６を短縮動させるに際して、外部の負荷が短縮方向と逆（図２のＸ２方向）に作用していても、ボトム油室３５から流出する作動油のうち受圧面積差に起因して生ずる余剰分を、第３ポート４０から作動油タンク４２にスムーズに排出できる。従って、第３ポート４０での圧力上昇による動力損失を簡単に抑制できる。
【００８９】
また、ブームシリンダ１６を伸長動させるに際しては、外部の負荷が伸長方向と逆（図２のＸ１方向）に作用していても、ロッド油室３６から流出する作動油のうち受圧面積差に起因して生ずる不足分を、作動油タンク４２から第３ポート４０にスムーズに吸入できる。従って、第３ポート４０での吸入抵抗によるキャビテーションの発生も簡単に抑制できるのである。
【００９０】
以上まとめると、実施形態の構成によれば、ブームシリンダ１６のボトム油室３５とロッド油室３６とで受圧面積に差（Ｂ＞Ｒ）があるにも拘らず、各油室３５，３６にその受圧面積Ｂ，Ｒに併せた適量の作動油を供給できる。すなわち、ブームシリンダ１６の高圧側が切り換わったりしても、第１油路３３側（ボトム油室３５側）が高圧時のシリンダ速度と、第２油路３４側（ロッド油室３６側）が高圧時のシリンダ速度とが変わらない（同じである）。このため、ブームシリンダ１６の挙動が安定化するのである。
【００９１】
（５）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば本願発明はバックホウに限らず、コンバイン等の農作業機や、ホイルローダ等の特殊作業用車両にも適用可能である。また、アキシャルピストン装置は、斜板式のアキシャルピストンポンプ・モータ３２に限らず、斜軸式やラジアル式のものでもよい。単なるアキシャルピストンポンプでも構わない。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】バックホウの側面図である。
【図２】バックホウの油圧回路図である。
【図３】アキシャルピストンポンプ・モータの側面断面図である。
【図４】バルブプレートの正面図である。
【図５】従来例の油圧回路図である。
【符号の説明】
【００９３】
Ｂ  ボトム油室の受圧面積
Ｒ  ロッド油室の受圧面積
Ｐ  ピストンロッドの断面積
Ｓ１  第１ポートの開口区間
Ｓ２  第２ポートの開口区間
Ｓ３  第３ポートの開口区間
１  作業機械としてのバックホウ
７  エンジン
１１  ブーム
１６  油圧シリンダとしてのブームシリンダ
３０  油圧回路
３２  アキシャルピストン装置としてのアキシャルピストンポンプ・モータ
３３  第１油路
３４  第２油路
３５  ボトム油室
３６  ロッド油室
３７  ピストンロッド
３８  第１ポート
３９  第２ポート
４０  第３ポート
４２  作動油タンク
４３  油圧サーボ機構
４５  調整ポンプ
６１  チャージリリーフ回路
６８  中継油路
９１，９２  エアブリード弁
【図１】
2009250204.tif 000003
【図２】
2009250204.tif 000004
【図３】
2009250204.tif 000005
【図５】
2009250204.tif 000006
【図４】
2009250204.tif 000007