JP6730798B2

JP6730798B2 - 油圧駆動装置

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Publication number: JP6730798B2
Application number: JP2015224928A
Authority: JP
Inventors: 豊三田島
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2020-07-29
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Description

本発明の実施形態は、油圧駆動装置に関する。

建設機械の油圧アクチュエータを駆動させるための油圧駆動装置は、操作部（パイロット弁）と、可変容量型油圧ポンプ（以下、可変容量ポンプという）と、油圧制御弁と、ポンプ制御部（コントロールユニット）と、を備えている。操作部は、各油圧アクチュエータを操作するためのものである。可変容量ポンプは、各油圧アクチュエータに圧油を供給する。油圧制御弁は、油圧アクチュエータが接続される複数の切換弁（スプール）を備えており、操作信号に基づいて各切換弁の開閉動作が行われる。これにより、各油圧アクチュエータにそれぞれ供給される圧油の流量が制御される。ポンプ制御部は、操作信号に基づいて可変容量ポンプの駆動制御を行う。

ここで、可変容量ポンプの駆動制御の方式として、いわゆるロードセンシング方式がある。ロードセンシング方式では、切換弁としていわゆるクローズドセンタ型切換弁が用いられ、各切換弁がパラレルに接続される。また、切換弁ごとに圧力補償弁（圧力補償機能付き流量制御弁）が連結される。
そして、ロードセンシング方式では、各切換弁のシリンダポートにかかる負荷圧のうち、最高負荷圧を検出し、圧力補償弁（圧力補償機能付き流量制御弁）を制御することにより、圧力の高い系統（切換弁）に圧油を回すことで最適分流制御させる。また、これと共に、可変容量型油圧ポンプの流量制御も行う。このため、各油圧アクチュエータに対して適切な流量の圧油を供給しやすい。

しかしながら、切換弁ごとに圧力補償弁が設けられているので、各々圧力補償弁の動作にズレが生じたり、圧油の流体力により圧力補償弁が意図せず作動したりしてしまい、各油圧アクチュエータの動作が安定しない可能性があった。
また、圧力補償弁の個数が増大し、油圧駆動装置の構造が複雑化する可能性があった。

特開２００４−２８３３３号公報

本発明が解決しようとする課題は、油圧アクチュエータを安定動作させることができると共に、構造を簡素化できる油圧駆動装置を提供することである。

実施形態の油圧駆動装置は、可変容量ポンプと、油圧制御弁と、を持つ。可変容量ポンプは、複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する。油圧制御弁は、複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する。また、油圧制御弁は、油通路と、複数のパラレル通路と、複数の切換弁と、パイロットチェック弁と、圧力補償弁と、を持つ。油通路は、前記可変容量ポンプにポンプ通路を介して連結される。複数のパラレル通路は、ポンプ通路から分岐され、油通路に連結される。複数の切換弁は、複数のパラレル通路に対応してそれぞれ連結されている。パイロットチェック弁は、パラレル通路の切換弁よりも圧油の流れの下流側に設けられていると共にタンクラインを介してタンクに連結される。また、パイロットチェック弁は、油圧制御弁の負荷側の最高ロードセンシング圧よりも可変容量ポンプの圧油の油が切換弁を通過する圧力とパイロットチェック弁に設けられたスプリングのばね力とを合算した圧力が大きい場合、タンクラインを介してタンクに圧油を還流し、油圧制御弁の負荷側の最高ロードセンシング圧よりも可変容量ポンプの圧油の油が切換弁を通過する圧力とパイロットチェック弁に設けられたスプリングのばね力とを合算した圧力が小さい場合、圧力補償弁を介してタンクに圧油を還流する。圧力補償弁は、少なくとも２つのパラレル通路の切換弁よりも圧油の流れの下流側に設けられ、かつパイロットチェック弁と並列に設けられる。

第１の実施形態の油圧駆動装置を示す概略構成図。実施形態の油圧制御弁を示す正面図。実施形態の油圧制御弁を示す側面図。第１の実施形態の変形例における油圧駆動装置を示す概略構成図。第２の実施形態の油圧駆動装置を示す概略構成図。

以下、実施形態の油圧駆動装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、油圧駆動装置１の概略構成図である。
同図に示すように、油圧駆動装置１は、例えば油圧ショベルに搭載されるものであって、複数の油圧アクチュエータ２を備えている。また、各油圧アクチュエータ２を操作するための操作信号を出力する操作部３を備えている。さらに、各油圧アクチュエータ２に所望の圧油を供給する可変容量ポンプ４を備えている。そして、油圧アクチュエータ２と可変容量ポンプ４との間に設けられ、操作部３から出力される操作信号に基づいて、油圧アクチュエータ２に供給される圧油の流量を制御する油圧制御弁５を備えている。また、操作部３から出力される操作信号に基づいて、可変容量ポンプ４の駆動制御を行うポンプ制御部６を備えている。
なお、油圧アクチュエータ２としては、アーム駆動用の油圧シリンダ、バケット駆動用の油圧シリンダ、ブーム駆動用の油圧シリンダ等が挙げられる。

可変容量ポンプ４には、ギヤポンプ１４が併設されている。ギヤポンプ１４は、配管１５を介して操作部３に接続されており、操作部３からパイロット圧を発生させるために用いられる。具体的には、ギヤポンプ１４から吐出された圧油は配管１５を通流し、配管１５の途中に設けられた不図示のリリーフ弁によりタンク１７に還流される。そして、リリーフ弁 (不図示)を介し、ギヤポンプ１４から吐出された圧油が操作部３に供給される。

操作部３は、２つの操作レバー１１ａ，１１ｂと、これら操作レバー１１ａ，１１ｂで操作される複数のパイロット弁（不図示）と、を主構成としている。そして、各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作（操作角度）に応じて各パイロット弁が押圧され、各パイロット弁から各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作角度に比例したパイロット圧が出力される。このパイロット圧は、操作圧信号ａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３として、油圧制御弁５の後述する切換弁（スプール）７に付与される。

油圧制御弁５は、可変容量ポンプ４の吐出ポート４ａにポンプ通路２１を介して連結されている。油圧制御弁５は、ポンプ通路２１に連結されている油通路２２と、油通路２２から分岐するパラレル通路２３と、各パラレル通路２３に対応してそれぞれ連結される切換弁７と、各切換弁７に対応してそれぞれ設けられたパイロットチェック弁２４と、各パラレル通路２３と油通路２２との間に設けられた１つの圧力補償弁２５と、を備えている。油通路２２は、タンク１８に連結されるタンクライン２６を有している。そして、可変容量ポンプ４から吐出された圧油は、最終的にタンクライン２６を介してタンク１８に還流される。

切換弁７は、いわゆるクローズドセンタ型の切換弁である。この切換弁７のロードセンシング圧力が、パイロットチェック弁２４を介して最高ロードセンシング圧力ライン２７に導入されるようになっている。

パイロットチェック弁２４は、最高ロードセンシング圧力ライン２７に連結されていると共に、切換弁７を介してポンプ通路２１に連結されている。さらに、パイロットチェック弁２４は、タンクライン２６に連結されている。そして、パイロットチェック弁２４は、ポンプ通路２１の圧力と最高ロードセンシング圧力ライン２７の圧力（ロードセンシング圧）との差圧に基づいて駆動する。

具体的には、パイロットチェック弁２４は、スプリング２４ａを有しており、このスプリング２４ａのばね力と可変容量ポンプ４の油が切換弁７を通過する圧力とを合算した圧力（以下、合算圧力という）よりも、ロードセンシング圧が小さい場合（１次圧の値よりも２次圧の値が所定値以下の場合）、弁を開放し、タンクライン２６を介して圧油をタンク１８に還流する。
これに対し、合算圧力よりも、ロードセンシング圧が大きい場合（１次圧の値よりも２次圧の値が所定値よりも大きい場合）、弁が閉塞され、圧油は圧力補償弁２５を介してタンク１８に還流する。

圧力補償弁２５は、パラレル通路２３の下流側に設けられているので、各切換弁７がそれぞれ対応するパラレル通路２３、およびパイロットチェック弁２４を介して連結されていることになる。

このように構成された油圧制御弁５は、１つのハウジング３０によって一体化されている。
図２は、油圧制御弁５の正面図、図３は、油圧制御弁５の側面図である。
図２、図３に示すように、油圧制御弁５は、直方体のハウジング３０内に、切換弁７が並んで配置されていると共に、圧力補償弁２５が配置されている。

次に、油圧駆動装置１の動作について説明する。
例えば、複数（本実施形態では３つ）の油圧アクチュエータ２のうち、１つの油圧アクチュエータ２を駆動させようとすると、対応する切換弁７（以下、対象切換弁７という）が中立位置から移動する。対象切換弁７が中立位置から移動すると、ロードセンシング圧よりも合算圧力が大きくなるので、対応するパイロットチェック弁２４の弁が開放され、タンクライン２６を介して圧油がタンク１８に還流される。このため、圧力補償弁２５へは圧油は流れない。これに対し、対象切換弁７以外の他の２つの切換弁７は中立位置のままであるので、タンク１８への還流もない。

複数の油圧アクチュエータ２を駆動させる場合は、複数の切換弁７が中立位置から移動する。このうち最高圧力で駆動しているセクションは、パイロットチェック弁２４が開放されるので油圧アクチュエータ２からの戻り油は制御されることなく動作させることができる。
一方、最高圧力で駆動していないセクションは、パイロットチェック弁２４は閉じたままで、また圧力補償弁２５は最高ロードセンシング圧力により動作するため、油圧アクチュエータ２からの戻り油は制御されてタンクライン２６へ戻る。そのため、負荷の低い（ロードセンシング圧の低い）セクションは動作を規制されるため、負荷の高いセクションへ圧油が優先的に供給される。

このように、上述の第１の実施形態では、油圧駆動装置１は、複数の油圧アクチュエータ２が接続される油圧制御弁５に、圧力補償弁２５を１つ有しているだけである。このため、各油圧アクチュエータ２の動作を安定させることができる。また、切換弁７ごとに圧力補償弁２５を設ける必要がなくなるので、この分、油圧制御弁５の構造を簡素化できる。

さらに、油圧制御弁５は、圧力補償弁２５と各切換弁７との連結を、パラレル通路２３、およびパイロットチェック弁２４を介して行っている。このため、圧力補償弁２５が１つしか設けられていないにも関わらず、複数の油圧アクチュエータ２に適切な流量の圧油を供給することができる。このため、油圧ショベル等の建設機械の操作性を向上可能な油圧駆動装置１を提供できる。

また、ハウジング３０内に、切換弁７と、圧力補償弁２５とを一体的に設けているので、油圧制御弁５を小型化できると共に、建設機械等への油圧駆動装置１のレイアウト性を高めることができる。

なお、上述の実施形態では、パイロットチェック弁２４を用いて、パラレル通路２３とタンクライン２６との間を、開放したり、遮断したりする場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、油圧駆動装置１に、合算圧力と、ロードセンシング圧との差圧に基づいて、パラレル通路２３とタンクライン２６とを、開放したり、遮断したりする構成を設けていればよい。例えば、パイロットチェック弁２４に代わって、スプールを設けてもよい。

また、上述の第１の実施形態では、油圧アクチュエータ２としては、アーム駆動用の油圧シリンダ、バケット駆動用の油圧シリンダ、ブーム駆動用の油圧シリンダ等が挙げられる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、図４に示すように、油圧アクチュエータ２として、キャブ（旋回体）旋回用の油圧モータ、走行駆動用の油圧モータ等としてもよい。

具体的には、例えば図４に示すように、油圧制御弁５に走行駆動用の油圧モータ２ａ（２）を２つ取り付けた場合、これら２つの油圧モータ２ａは、１つの圧力補償弁２５によって等しく圧油の流量制御が行われる。このため、同一の操作圧信号が付与されながら２つの油圧モータ２ａの回転数がばらついてしまうようなことを防止できる。よって、油圧ショベル等の建設機械の走行性を向上可能な油圧駆動装置１を提供できる。

（第２の実施形態）
次に、図５に基づいて、第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前述の第１の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
図５は、第２の実施形態における油圧駆動装置２０１の概略構成図である。
同図に示すように、第２の実施形態における油圧駆動装置２０１の圧力補償弁２２５は、片側にパイロット圧（Ｐｉ）が導入可能に構成されている。この点、前述の第１の実施形態と相違する。

ここで、前述の第１の実施形態における圧力補償弁２５のスプールは、最高ロードセンシング圧力により駆動して閉となるように構成されている。
これに対し、第２の実施形態における油圧制御弁２０５に設けられている圧力補償弁２２５は、そのスプールを、パイロット圧によって調整することができる。そのため任意でスプールを動作させることができ、制御性を向上できる。

なお、上述の第２の実施形態では、油圧駆動装置２０１は、圧力補償弁２２５の片側に、パイロット圧が導入され、もう一方の片側に、最高ロードセンシング圧力ライン２７を介したロードセンシング圧が導入されるように構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、圧力補償弁２２５の両側にパイロット圧が導入されるように構成してもよい。

また、上述の第１の実施形態および第２の実施形態では、各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作（操作角度）に応じて各パイロット弁が押圧され、各パイロット弁から各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作角度に比例したパイロット圧が出力される場合について説明した。そして、パイロット圧は、操作圧信号ａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３として、油圧制御弁５の切換弁（スプール）７に付与される場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作角度を電気信号として受ける不図示の装置を設け、この装置から電気信号に基づくパイロット圧を出力するように構成してもよい。

さらに、上述の第１の実施形態および第２の実施形態では、各パラレル通路２３とタンクライン２６との間に１つの圧力補償弁２５を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも２つのパラレル通路２３とタンクライン２６との間に、圧力補償弁２５が設けられていればよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、油圧駆動装置１，２０１は、複数の油圧アクチュエータ２が接続される油圧制御弁５，２０５に、圧力補償弁２５，２２５を１つ有しているだけで、各油圧アクチュエータ２の動作を安定させることができる。また、切換弁７ごとに圧力補償弁２５，２２５を設ける必要がなくなるので、この分、油圧制御弁５，２０５の構造を簡素化できる。

さらに、油圧制御弁５，２０５は、圧力補償弁２５，２２５と各切換弁７との連結を、パラレル通路２３、およびパイロットチェック弁２４を介して行っている。このため、圧力補償弁２５，２２５が１つしか設けられていないにも関わらず、複数の油圧アクチュエータ２に適切な流量の圧油を供給することができる。このため、油圧ショベル等の建設機械の操作性を向上可能な油圧駆動装置１，２０１を提供できる。

また、油圧制御弁５，２０５は、ハウジング３０内に、切換弁７と、圧力補償弁２５とを一体的に備えたものである。このため、油圧制御弁５，２０５を小型化できると共に、建設機械等への油圧駆動装置１，２０１のレイアウト性を高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，２０１…油圧駆動装置、２…油圧アクチュエータ、２ａ…油圧モータ、４…可変容量ポンプ、５，２０５…油圧制御弁、７…切換弁、２１…ポンプ通路、２２…油通路、２３…パラレル通路、２４…パイロットチェック弁、２５，２２５…圧力補償弁、３０…ハウジング

Claims

複数の油圧アクチュエータに圧油を供給するための可変容量ポンプと、
前記複数の油圧アクチュエータに供給される前記圧油の流量を制御する油圧制御弁と、
を備え、
前記油圧制御弁は、
前記可変容量ポンプにポンプ通路を介して連結された油通路と、
前記ポンプ通路から分岐され、前記油通路に連結される複数のパラレル通路と、
複数の前記パラレル通路に対応してそれぞれ連結される複数の切換弁と、
前記パラレル通路の前記切換弁よりも前記圧油の流れの下流側に設けられていると共にタンクラインを介してタンクに連結されたパイロットチェック弁と、
少なくとも２つの前記パラレル通路の前記切換弁よりも前記圧油の流れの下流側に設けられ、かつ前記パイロットチェック弁と並列に設けられた圧力補償弁と、を備え、
前記パイロットチェック弁は、前記油圧制御弁の負荷側の最高ロードセンシング圧よりも前記可変容量ポンプの前記圧油の油が前記切換弁を通過する圧力と前記パイロットチェック弁に設けられたスプリングのばね力とを合算した圧力が大きい場合、前記タンクラインを介して前記タンクに前記圧油を還流し、前記油圧制御弁の負荷側の最高ロードセンシング圧よりも前記可変容量ポンプの前記圧油の油が前記切換弁を通過する圧力と前記パイロットチェック弁に設けられたスプリングのばね力とを合算した圧力が小さい場合、前記圧力補償弁を介して前記タンクに前記圧油を還流する油圧駆動装置。
前記複数の切換弁のうち、少なくとも２つの前記切換弁には、それぞれ前記複数の油圧アクチュエータとしての油圧モータが接続される請求項１に記載の油圧駆動装置。
１つのハウジングに、前記複数の切換弁と、１つの前記圧力補償弁とが設けられている請求項１または請求項２に記載の油圧駆動装置。