JP2008298185A

JP2008298185A - 油圧駆動装置

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Publication number: JP2008298185A
Application number: JP2007145068A
Authority: JP
Inventors: Koji Okazaki; 康治岡崎
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP4962143B2

Abstract

【課題】電磁比例減圧弁等のバルブを追加することなく、実機操作レバーの操作に対してアクチュエータの応答性を高めるため、予め可変ポンプの吐出圧を設定するアンロード弁を提供。
【解決手段】油圧駆動装置１０は、可変ポンプ１１の吐出圧Ｐと１つのアクチュエータ１７の最高負荷圧との差圧を検出する差圧減圧弁２５に応じた可変ポンプ１１の吐出圧油をタンク１８に導くアンロード弁１４を有する。アンロード弁１４は、第一受圧部２１に作用する可変ポンプ１１の吐出圧Ｐが吐出ライン１３を経て連通方向に作動し、第二受圧部２２に受ける最高負荷圧によって遮断方向に作動するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量形油圧ポンプ（以下、可変ポンプとする）の吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて作動し、可変ポンプの吐出圧油をタンクに連通・遮断するアンロード弁を有する油圧駆動装置に関する。

従来技術、この種のアンロード弁にはポンプ圧と、複数のアクチュエータの最高負荷圧力を導くとともに、電磁比例減圧弁で制御する制御圧力を導いている。実機において、操作レバー（操作用バルブ）の操作に対しアクチュエータの応答性をよくするため、この電磁比例減圧弁の制御圧力によって予めアンロード開始圧を設定することができるようにしている。アンロード開始圧を希望の値に設定することで、予め可変ポンプの吐出流量を多くして、アクチュエータの応答性を高めている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３１５８０５号公報

しかしながら、特許文献１ではアンロード開始圧を設定するために、電磁比例減圧弁を余分に使用しており、該電磁比例減圧弁を制御するコントローラも必要であるのでコスト高になってしまう。
本発明は、電磁比例減圧弁等のバルブを追加することなく、実機操作レバーの操作に対してアクチュエータの応答性を高めるため、アクチュエータ毎に予め可変ポンプの吐出圧を設定するアンロード弁を有する油圧駆動装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、可変ポンプの吐出圧と少なくとも１つのアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて可変ポンプの吐出圧油をタンクに導くアンロード弁とを有する油圧駆動装置において、
前記アンロード弁は、第一受圧部に作用する可変ポンプの吐出圧によって連通方向に作動し、第二受圧部に受ける最高負荷圧によって遮断方向に作動するように構成され、さらにパイロットポンプの下流に第一の固定絞りを設け、該第一の固定絞りの下流のタンクに連通する操作切換弁の回路の面積が、操作切換弁の切換位置によって変化することで制御される制御圧が第三受圧部に作用して、前記操作切換弁の切換位置毎の回路の面積の設定により、操作切換弁の切換位置によって制御圧が変化して可変ポンプの吐出圧の高さの度合が変化することを特徴とする。
本発明によれば、操作切換弁がストロークしたときの第一の固定絞りの下流からタンクへの回路の面積を任意に設定することで、制御圧が異なり、その結果、作動させるアクチュエータに合わせて可変ポンプの吐出圧が設定できる。このためアクチュエータの負荷に合わせ適切な可変ポンプの吐出圧を設定できるので、該アクチュエータの応答性が高くなりすぎることによる実機のショックなどを防止できる。

本発明は、作動させるアクチュエータに合わせて可変ポンプの吐出圧が設定できる。このためアクチュエータの負荷に合わせ適切な可変ポンプの吐出圧を設定できるので、該アクチュエータの応答性が高くなりすぎることによる実機のショックなどを防止できる。

以下、本発明に係る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、本発明の第一の実施の形態に係る油圧駆動装置１０の油圧回路図である。
図１に示す油圧駆動装置１０は、可変ポンプ１１の吐出圧Ｐと１つのアクチュエータ１７の最高負荷圧との差圧を検出する差圧減圧弁２５に応じ可変ポンプ１１の吐出圧油をタンク１８に導くアンロード弁１４を有する。
前記アンロード弁１４は、第一受圧部２１に作用する可変ポンプ１１の吐出圧Ｐが吐出ライン１３を経て連通方向（図１で左位置）に作動し、第二受圧部２２に受ける最高負荷圧ＰＬｍａｘによって遮断方向（図１で右位置）に作動するように構成されている。図１中、参照符号２４はリリーフ弁を示す。さらに、参照符号２６は圧力補償弁を示し、操作切換弁１９の前後の差圧を補償する機能を有する。

さらに、アクチュエータ（シリンダ）１７を作動する操作切換弁１９の上流に第一の固定絞り１６を設け、該第一の固定絞り１６の下流が操作切換弁１９によってタンク１８へ連通・遮断して、制御される制御圧Ｐｕがアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用することで遮断方向に作動することを特徴としている。
図２は、操作切換弁１９の拡大回路図を示す。図２において、操作切換弁１９はスプール（図示しない）の中立位置では回路２７ａ、切換位置、例えば左位置１９ａ及び右位置１９ｂには、油路面積が調整される回路２７ｂ、２７ｃが構成されている。前記左位置１９ａ、右位置１９ｂでは、第一の固定絞り１６の下流とタンク１８の油路を絞って連通される回路２７ｂ乃至２７ｃとなっており、中立位置では第一の固定絞り１６の下流とタンク１８を連通する回路２７ａとなっている。これによって、操作切換弁１９が中立のとき第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０が一定ならアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用する制御圧Ｐｕが操作切換弁１９の切換位置１９ａの回路２７ｂ，及び切換位置１９ｂの回路２７ｃの面積（図示せず）により変わることになる。
よって、シリンダ１７を作動させる操作切換弁１９の切換位置１９ａ，１９ｂのときは第三受圧部２３に作用する制御圧Ｐｕが高くなり、可変ポンプ１１の吐出圧Ｐが予め高く設定できシリンダ１７の応答性を高めることができる。

図３は、アンロード弁１４を模写的に示した構造図である。図３においてアンロード弁１４は弁本体３２にスプール３３が摺動自在に嵌挿され、該弁本体３２の両端は栓３４，３５によって液密的に封止されている。スプール３３の一側（図３で左側）には、接触子３６がばね部材３７を介して当接している。前記ばね部材３７は栓３４と接触子３６との間に設けられている。スプール３３の他側（図３で右側）にはピストン３８が摺動自在に嵌挿されている。

図３において、ピストン３８の断面積、すなわちアンロード弁１４の第一受圧部２１の断面積をＡ１、スプール３３の第二受圧部２２の断面積をＡ２，第三受圧部２３の断面積をＡ３、ばね部材３７の弾発力Ｗｓｐとすると、
可変ポンプ１１の吐出ライン１３とタンクポート２８とを連通させる方向に作用する力は、Ｐ×Ａ１・・・式１で表わせる。
また、可変ポンプ１１の吐出ライン１３とタンクポート２８とを遮断させる方向に作用する力は、（Ｐｕ×Ａ３）＋（ＰＬ×Ａ２）＋Ｗｓｐ・・・式２で表わせる。
従って、アンロード弁１４のスプール３３における圧力バランスは、
Ｗｓｐ＋（Ｐｕ×Ａ３）＋（ＰＬ×Ａ２）＝Ｐ×Ａ１・・・式３となるように、アンロード弁１４が制御される。なお、ＰＬは負荷圧力、Ｐｕは制御圧を表わす。
ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３とすると、
操作切換弁１９が中立時（シリンダ１７に圧油の供給がない）は、ＰＬ＝０であることより、式３は、Ｐ＝Ｐｕ＋Ｗｓｐ／Ａ１・・・式４となる。
よって、アンロード状態の可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐは、制御圧Ｐｕによって、変化することがわかる。

次に制御圧Ｐｕの設定方法を図２により説明する。第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０をＰｐとし、第一の固定絞り１６の面積をａ１、操作切換弁１９における該第一の固定絞り１６側の下流とタンク１８間の回路２７ａ乃至２７ｃの面積をａ２、タンク１８の圧力をＰｔとすると、面積ａ１，ａ２の流量はオリフィスの式より、
Ｑ＝ｃ×ａ１×√（Ｐｐ−Ｐｕ）・・・式５
Ｑ＝ｃ×ａ２×√（Ｐｕ−Ｐｔ）・・・式６で表わせる。
Ｐｔ＝０とすると、ａ１×√（Ｐｐ−Ｐｕ）＝ａ２×√（Ｐｕ）
整理すると、Ｐｕ＝（ａ１^２）／（ａ１^２＋ａ２^２）Ｐｐ・・・式７で表わせる。
よって、第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０をＰｐの値と第一の固定絞り１６の面積ａ１と、操作切換弁１９における該第一の固定絞り１６の下流とタンク１８間の回路２７ａ乃至２７ｃの面積との関係で、制御圧Ｐｕは決まる。

図４は操作切換弁１９（図１参照）の構造を示す要部拡大縦断面図で、該操作切換弁１９は弁本体３９のスプール穴４３にスプール４０が摺動自在に嵌挿されている。前記スプール４０には、第一の固定絞り１６側の下流とタンク１８（図１参照）の間の回路２７ａ乃至２７ｃの形状が例えば、図５及び図６のように形成されている。
図５では、第一の固定絞り１６側，タンク１８側の連通孔４１，４２が間隔をおいて設けられ、該連通孔４１、４２に連通する内部環状溝４４、４５がスプール４０の外周面に臨んで弁本体３９に設けられている。スプール４０の軸心方向には内部環状溝４４、４５の幅の一側端面（図５で内部環状溝４４の右側及び内部環状溝４５の左側を指す）に対してアンダーラップ量Ｘ１を有する段付面４６、４７が形成され、該段付面４６、４７は環状溝４８により連通している。

前記段付面４６、４７はそれぞれスプール４０の軸径よりも若干小さい軸部４９、５０を形成している。このため、例えばスプール４０が図５で右方向にストロークした場合は、スプール穴４３と軸部４９との間に隙間５１が形成され、かつ隙間５１は図５で示す中立位置のスプール穴４３と軸部４８の隙間よりも小さいため連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量は絞られている。逆にスプール４０が図５で左方向にストロークした場合は、スプール穴４３と軸部５０との間に隙間５２が形成され、かつ隙間５２も図５で示す中立位置のスプール穴４３と軸部４８の隙間よりも小さいため連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量は絞られている。また、隙間５１より隙間５２の方が小さく、スプール４０が左方向にストロークした方が、連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量はより絞られていることになる。

図６では、連通孔４１、４２に連通し、スプール４０の軸心方向に指向するノッチ５３、５４を間隔をおいて外周部に複数個設け、該ノッチ５３、５４の一端面と環状溝４４、４５の一側端面（図６で内部環状溝４４の右側及び内部環状溝４５の左側を指す）に対して距離Ｘ１を有する。ノッチ５３及び５４は環状溝４８により連通している。このため、例えばスプール４０が図６の右方向にストロークした場合は、ノッチ５３で連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量は絞られている。逆にスプール４０が図６の左方向にストロークした場合は、ノッチ５４で連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量は絞られている。また、ノッチ５３よりノッチ５４の方が深さが浅く、スプール４０が左方向にストロークした方が、連通孔４１より連通孔４２に流れる圧油の流量はより絞られていることになる。

図４に示す操作切換弁１９のスプール４０に設けた回路２７ａ乃至２７ｃにおいて、第一の固定絞り１６の下流とタンク１８への流路が絞られるまでの距離をＸ１とする。さらに、圧力ポートＰからシリンダ１７（図１参照）のポート（図示しない）への開口面積が開き始めるまでのストロークをＸ２とする。
ここで、Ｘ１＜Ｘ２の関係に設定すると、図７に示すように負荷圧力ＰＬが低い場合は
、該負荷圧力ＰＬに対し可変ポンプの吐出圧も高くする必要がなく、回路２７ｂ、２７ｃの面積を大きめにして、制御圧Ｐｕを低くすることで、可変ポンプ１１の吐出圧Ｐが低くできる。また、負荷圧ＰＬが高い場合は、回路２７ｂ、２７ｃの面積を小さめにして、制御圧Ｐｕを高くすることで可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐを高くできる。負荷圧ＰＬの特性に合わせて、負荷圧ＰＬより可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐを僅か高くできる。

図８は、従前の操作切換弁の開口面積と可変ポンプの吐出圧との関係を示す説明図である。図８では、操作切換弁１９のスプール４０（図４参照）の開口面積が開き始めるまでのストロークＸ２してから負荷圧力ＰＬが上昇し、それに伴い、可変ポンプのポンプ圧Ｐが遅れて上昇するので、Ｐ＜ＰＬのストローク範囲Ｘ３の間は、シリンダ１７（図１参照）は作動しない。
図９は本発明の第二の実施の形態に係る油圧駆動装置６０の油圧回路図を示す。図１０中、図１の構成要素と同一の構成要素は同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、同様とする。
図９の油圧駆動装置６０は、パイロットポンプ１２の下流に第一の固定絞り１６とは別に第二の固定絞り６１を設け、第二の固定絞り６１の前後の差圧Ｐｒを検出する差圧減圧弁６２を設け、前後の差圧Ｐｒを第一の固定絞り１６へ供給し、該第一の固定絞り１６の下流とタンク１８への流路面積が操作切換弁１９の切換位置によって変化することで、制御される制御圧Ｐｕがアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用することで遮断方向に作動することを特徴する。但し、原動機の回転で可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐが変わる。なお、参照符号６３は第二の固定絞り６１の上流側の圧力ラインを示す。

図１０は本発明の第三の実施の形態に係る油圧駆動装置７０の油圧回路図を示す。図１０の油圧駆動装置７０の特徴は、図１の油圧駆動装置１０に油圧モータ７１を付加して、該油圧モータ７１の操作を行う操作切換弁７２、圧力補償弁７３を設けている。
この油圧駆動装置７０では、操作切換弁１９、及び７２の切換ストロークに応じて、シリンダ１７及び油圧モータ７１に適した可変ポンプ１１の吐出圧Ｐに予め高めることができ、応答性を高めることができる。

図１１は本発明の第四の実施の形態に係る油圧駆動装置８０の油圧回路図を示す。図１１の油圧駆動装置８０の特徴は、図９の油圧駆動装置６０に油圧モータ８１を付加して、該油圧モータ８１の操作を行う操作切換弁８２、圧力補償弁８３を設けている。

図１、図９乃至図１１に示す油圧駆動装置１０、６０、７０及び８０によれば、前記第一の固定絞りの断面積と前記操作切換弁によって制御されるタンクへの流路面積の設定条件によって、制御圧が選定可能であるので、操作切換弁が作動した際のタンクへの流路面積を任意に設定することで、制御圧が異なり、その結果、作動させるアクチュエータに合わせ可変ポンプの吐出圧を設定できる。このためアクチュエータの負荷に合わせ適切な可変ポンプの吐出圧を設定できるので、各アクチュエータとも応答性を高めることができ、かつ可変ポンプ吐出圧が高すぎることによる実機のショックを防止できる。また無駄ポンプ圧が高くなることもない。

本発明の第一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１に示す操作切換弁の拡大油圧回路図である。図１のアンロード弁の概略構造図である。図１の操作切換弁の要部拡大縦断面図である。図４のスプールの拡大詳細図である。図４のスプールの変形例を示す拡大詳細図である。図１に示す操作切換弁の開口面積とアンロード弁の可変ポンプの吐出圧との関係を示す従前の操作切換弁の開口面積と可変ポンプの吐出圧との関係を示す説明図である。本発明の第二の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。本発明の第三の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。本発明の第四の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。

符号の説明

１０、６０、７０，８０油圧駆動装置１１可変ポンプ
１４アンロード弁１６、６１、第一の固定絞り１
１９、７２、８２操作切換弁２１、２２、２３受圧部
２４リリーフ弁２５、６２差圧減圧弁
２６、７３、８３圧力補償弁

Claims

可変ポンプの吐出圧と少なくとも１つのアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて可変ポンプの吐出圧油をタンクに導くアンロード弁とを有する油圧駆動装置において、
前記アンロード弁は、第一受圧部に作用する可変ポンプの吐出圧によって連通方向に作動し、第二受圧部に受ける最高負荷圧によって遮断方向に作動するように構成され、さらにパイロットポンプの下流に第一の固定絞りを設け、該第一の固定絞りの下流のタンクに連通する操作切換弁の回路の面積が、操作切換弁の切換位置によって変化することで制御される制御圧が第三受圧部に作用して、前記操作切換弁の切換位置毎の回路の面積の設定により、操作切換弁の切換位置によって制御圧が変化して可変ポンプの吐出圧の高さの度合が変化することを特徴とする油圧駆動装置。