JP2015190518A - 定圧力制御液圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液圧アクチュエータの駆動側または制動側の圧力室に作用する圧力を必要最低限に抑制しながら所望の液圧アクチュエータ推力または制動力を得られるようにした。
【解決手段】本発明は、シリンダ１０，１１に供給される圧液の圧力と流量を制御するトランスフォーマ７，８が、それぞれ３つの可変容量型液圧ポンプ・モータ７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃの入出力軸を機械的に連結して構成されている。１つの可変容量型液圧ポンプ・モータ７ｂ，８ｂは、定圧力源１に高圧管路１５及び低圧管路１４を介して接続され、別の１つのポンプ・モータ７ａ，８ａは、シリンダ１０，１１に第１管路１５，１６を介して接続され、かつ定圧力源１に低圧管路１４を介して接続され、さらに別の１つのポンプ・モータ７ｃ，８ｃは、シリンダ１０，１１に第２管路１８，１９を介して接続され、かつ定圧力源１に低圧管路１４を介して接続されるようにしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機械等に備えられ、一定圧力の液圧源と液圧アクチュエータの間に液圧変換器（トランスフォーマ）を接続し、この液圧変換器の押しのけ容積を操作することによって液圧アクチュエータを出入りする圧力と流量を制御する定圧力制御液圧駆動装置に関する。

従来、油圧ショベル等の作業機械に用いられているロードセンシングシステムにおいては、１つのポンプで負荷の異なる複数のアクチュエータを同時に駆動する際、所定のアクチュエータへの供給流量を確保することで操作性を向上させるために圧力補償弁が用いられているが、この圧力補償弁が動作する際に絞り損失が発生し、エネルギー損失の増加を招くという問題がある。

また、ブーム下げ動作時には、作業装置の自重によってブーム下げ速度が過大となるのを防ぐため、方向切換弁等に設けられた絞りによってブームシリンダからの戻り油の流量を制御しているが、その際に作業装置の位置エネルギーが熱エネルギーとして放出されるという問題もある。さらに、アーム引き及びバケットクラウド動作時においても、アーム及びバケットが水平状態から鉛直状態に達するまでの間に同様の問題が生じる。

これらの問題を解決するため、特許文献１に示されるように、定圧力の液圧源と液圧アクチュエータの間に液圧変換器すなわちトランスフォーマを構成する可変容量型液圧ポンプ・モータを接続し、このポンプ・モータの押しのけ容積を操作することによって液圧アクチュエータを出入りする圧力と流量を制御する液圧駆動装置が考案されている。

図２は特許文献１に係る発明を適用した従来の定圧力制御液圧駆動装置を示す回路図である。図３は図２に示す従来の定圧力制御液圧駆動装置を備えることが考えられる作業機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。

図３に示す油圧ショベルは、走行体１０１と、この走行体１０１上に配置される旋回体１００と、この旋回体１００に上下方向の回動可能に接続され、土砂の掘削作業等を行う作業装置１０２とを備えている。作業装置１０２は、旋回体１００に接続されるブーム１０３と、このブーム１０３の先端に接続されるアーム１０４と、このアーム１０４の先端に接続されるバケット１０５とを含んでいる。また、この作業装置１０２は、ブーム１０３を作動させるブームシリンダ１０と、アーム１０４を作動させるアームシリンダ１１と、バケット１０５を作動させるバケットシリンダ１２とを含んでいる。

この図３に示す油圧ショベルに備えることが考えられる定圧力制御液圧駆動装置、すなわち特許文献１の発明を適用した定圧力制御液圧駆動装置においては、図２に示すように、定圧力源１の高圧ポート２には高圧管路１３が、低圧ポート３には低圧管路１４がそれぞれ接続されている。液圧が供給される液圧アクチュエータは、例えば前述したブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２より構成されており、ボトム室１０ａ，１１ａ，１２ａは第１管路１５，１６，１７を介して液圧変換器、すなわちトランスフォーマ４，５，６に、ロッド室１０ｂ，１１ｂ，１２ｂは第２管路１８，１９，２０を介して高圧管路１３にそれぞれ接続されている。トランスフォーマ４，５，６は、可変容量型液圧ポンプ・モータ４ａ，５ａ，６ａと定容量型液圧ポンプ・モータ４ｂ，５ｂ，６ｂの入出力軸を機械的に連結して構成されており、可変容量型液圧ポンプ・モータ４ａ，５ａ，６ａは高圧管路１３と低圧管路１４に、定容量型液圧ポンプ・モータ４ｂ，５ｂ，６ｂはシリンダ１０，１１，１２のボトム室１０ａ，１１ａ，１２ａと高圧管路１３にそれぞれ接続されている。可変容量型液圧ポンプ・モータ４ａ，５ａ，６ａは特許文献１に開示される作動装置に、定容量型液圧ポンプ・モータ４ｂ，５ｂ，６ｂは特許文献１に開示される油圧装置にそれぞれ対応する。

トランスフォーマ４，５，６の制御装置３０は、ブーム用操作レバー３１と、アーム用操作レバー３２と、バケット用操作レバー３３と、操作レバー３１，３２，３３の操作量を検出するポテンショメータ３４，３５，３６と、ポテンショメータ３４，３５，３６の検出信号に応じて可変容量型液圧ポンプ・モータ４ａ，５ａ，６ａの押しのけ容積制御手段、すなわちレギュレータ３８，３９，４０に押しのけ容積指令を出力する演算手段を含むコントローラ３７とで構成されている。

定圧力源１は、原動機５０と、この原動機５０によって駆動する定容量型の液圧ポンプ５１と、液圧ポンプ５１の吐出ポートを高圧ポート２に接続するポンプライン５２と、このポンプライン５２に接続されたアキュムレータ５４と、低圧ポート３をタンク５６に接続するタンクライン５３と、タンクライン５３の圧力を一定圧力Ｐ_Ｌに保つリリーフ弁５５とで構成され、原動機５０はポンプライン５２の圧力を目標圧力Ｐ_Ｈに保つよう間欠的に運転される。

以下にブーム上げ・下げ動作およびアーム押し・引き動作を例に説明する。

ブーム上げ動作では、ブーム用操作レバー３１を上げ方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ４ａの押しのけ容積をブームシリンダ１０が伸長する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ４ａは高圧管路１３の圧液によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ４ｂはポンプ作用を行うことで高圧の圧液がボトム室１０ａに供給される。ポンプ・モータ４ａに発生する軸トルクが増加するに伴ってポンプ・モータ４ａの回転数が上昇するため、ポンプ・モータ４ｂの吐出流量が増加することによりブームシリンダ１０の伸長速度が上昇する。

ブーム用操作レバー３１を中立方向に戻すと、制御装置３０はポンプ・モータ４ａの押しのけ容積を減少させる。すると、ポンプ・モータ４ａに発生する軸トルクが減少し、ポンプ・モータ４ａの回転数が低下するため、ポンプ・モータ４ｂの吐出流量が減少することによりブームシリンダ１０の伸長速度が低下する。

このように、図２に示す定圧力制御液圧駆動装置はポンプ・モータ４ａの押しのけ容積を操作することによって図３に示すブーム１０３の上昇速度を制御することができる。

ブーム下げ動作では、ブーム１０３が上昇した状態でブーム用操作レバー３１を下げ方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ４ａの押しのけ容積をブームシリンダ１０が収縮する方向に増加させる。このとき、ロッド室１０ｂに作用する高圧の圧液と作業装置１０２の自重によってボトム室１０ａの圧液がポンプ・モータ４ｂに供給され、ポンプ・モータ４ｂはモータ作用を行う。これにより、ポンプ・モータ４ａはポンプ作用を行い、高圧の圧液が高圧管路１３を通じて定圧力源１のアキュムレータ５４に回収される。

このとき、ポンプ・モータ４ａの押しのけ容積を操作することによって制動力となる軸トルクを制御することができる。すなわち、ブーム１０３の下降速度を制御することができる。

アーム押し動作では、アーム用操作レバー３２を押し方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ５ａの押しのけ容積をアームシリンダ１１が収縮する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ５ａは高圧管路１３の圧液によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ５ｂはポンプ作用を行うことでボトム室１１ａの圧液が高圧管路１３に回収される。これにより、ボトム室１１ａの圧力が低下することに加え、ロッド室１１ｂには高圧の圧液が作用しているため、アームシリンダ１１は図３に示すアーム１０４の自重に抗して収縮する。

アーム引き動作では、図３に示す旋回体１００から見て、アーム１０４が鉛直状態よりも前方にある場合と後方にある場合とでは動作は異なる。

アーム１０４が鉛直状態よりも前方にある場合、アーム１０４及びバケット１０５の自重によってシリンダ１１のボトム室１１ａはロッド室１１ｂよりも低圧となる。この状態でアーム用操作レバー３２を引き方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ５ａの押しのけ容積をアームシリンダ１１が伸長する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ５ｂは高圧管路１３の圧液によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ５ａはポンプ作用を行うことで高圧の圧液が高圧管路１３に回収される。これにより、ボトム室１１ａの圧力は高圧管路１３の圧力以下の範囲で調整され、アーム１０４及びバケット１０５の自重とロッド室１１ｂの圧力とのつりあいでシリンダ１１は伸長する。これにより、ボトム室１１ａの圧力は、アーム１０４の自重とロッド室１１ｂに作用する圧力とのつりあいでシリンダ１１は伸長する。

これに対し、アーム１０４が鉛直状態よりも後方にある場合、前方にある場合とは逆にシリンダ１１のボトム室１１ａはロッド室１１ｂよりも高圧となる。この状態でアーム用操作レバー３２を引き方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ５ａの押しのけ容積をアームシリンダ１１が伸長する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ５ａは高圧管路１３の圧液によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ５ｂはポンプ作用を行うことで高圧の圧液がボトム室１１ａに供給される。これにより、ボトム室１１ａの圧力は上昇し、アーム１０４およびバケット１０５の自重とロッド室１１ｂに作用する圧力に抗してシリンダ１１は伸長する。同様の動作は、アーム１０４が鉛直状態よりも前方にあっても、バケット１０５を接地させ土砂を掘削する場合にも発現する。

アーム押し・引き動作においても、ブーム上げ・下げ動作と同様にポンプ・モータ５ａの押しのけ容積を操作することによりアーム１０４の動作速度を制御することができる。

このように、図２に示す従来の定圧力制御液圧駆動装置は絞りによる制御ではないので、負荷の異なる複数のアクチュエータを同時に相互干渉なく駆動可能としながら、絞り損失のない省エネルギー液圧駆動装置を実現できる。また、作業装置１０２の位置エネルギーをアキュムレータ５４に液圧エネルギーとして回収し、次に作業装置１０２の動作を行う際に再利用することができるので、この点でも省エネルギー液圧駆動装置となっている。

特公平６−２７５２１号公報

前述の通り、図２に示す従来の定圧力制御液圧駆動装置では、シリンダ１０，１１，１２のロッド室１０ｂ，１１ｂ，１２ｂには高圧管路１３が接続されているため、常に高圧の圧液が作用している。このため例えば、バケット１０５に土砂を満載した状態でブーム１０３を上昇させる動作等のようにシリンダ１０，１１，１２が伸長する方向に作動するに際して高い負荷が作用する作業を行うのに必要なシリンダ１０，１１，１２の推力を得ようとすると、ボトム室１０ａ，１１ａ，１２ａに作用する圧力を高める必要がある。例えば、従来のロードセンシングシステムを用いた油圧ショベルにおいて、シリンダのボトム室とロッド室の断面積の比が２：１であり、ボトム室に３０ＭＰａ、ロッド室に２ＭＰａの圧力がそれぞれ作用する場合を想定する。これと同じシリンダの推力を得るため、本定圧力制御液圧駆動装置では高圧管路１３の圧力を２０ＭＰａに設定した場合、ボトム室に作用する圧力は３９ＭＰａとなる。従って、トランスフォーマ４，５，６やシリンダ１０，１１，１２、ならびにこれらを接続する第１管路１５，１６，１７及び第２管路１８，１９，２０等を含む配管の耐圧性を高めなければならない。その結果として、装置の大型化や製造コストの増大を招く問題がある。同様の問題はブーム下げ動作等のようにシリンダ１０，１１，１２を収縮させて負荷を制動する作業においても生じる。

一方で、ロッド室１０ｂ，１１ｂ，１２ｂの受圧面積を減らす方法も考えられるが、バケット１０５を地面に押し付けながらブームシリンダ１０を収縮させ車体を地面から浮かせるジャッキアップ作業等のように、シリンダ１０，１１，１２が収縮する方向に作動するに際して高い負荷が作用する作業を行う際、必要なシリンダ１０，１１，１２の推力を得ることが難しくなる。

本発明は、前述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、液圧アクチュエータの駆動側または制動側の圧力室に作用する圧力を、必要最低限に抑制しながら所望の液圧アクチュエータ推力または制動力を得ることができる定圧力制御液圧駆動装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、一定圧力の圧液を供給する定圧力源と、この定圧力源の圧液が供給され、押しのけ容積が可変の複数の液圧変換器と、これらの液圧変換器から吐出される圧油によって作動する複数の液圧アクチュエータと、前記液圧変換器に指令を与える指令手段と、前記指令手段の指令に応じて前記液圧変換器の押しのけ容積を制御する制御装置とを備え、前記指令手段の指令により前記液圧変換器の押しのけ容積を操作することで前記液圧アクチュエータに供給される圧液の圧力と流量を制御し、負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置に適用される。

請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記液圧変換器は３つの可変容量型液圧ポンプ・モータの入出力軸を機械的に連結して構成され、前記可変容量型液圧ポンプ・モータの１つは前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続され、１つは前記液圧アクチュエータに第１管路を介して接続されかつ前記定圧力源に低圧管路を介して接続され、１つは前記液圧アクチュエータに第２管路を介して接続されかつ前記定圧力源に低圧管路を介して接続されていることである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記液圧アクチュエータは液圧シリンダであり、前記液圧シリンダのボトム室は前記第１管路に接続され、前記液圧シリンダのロッド室は前記第２管路に接続され、前記液圧シリンダを伸長させて負荷を駆動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記液圧シリンダを収縮させて負荷を駆動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記液圧シリンダを収縮させて負荷を制動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記液圧シリンダを伸長させて負荷を制動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記制御装置は、前記操作レバーの回動角を検出する角度検出手段と、前記液圧シリンダのボトム室およびロッド室に作用する圧力を検出する圧力センサと、前記角度検出手段によって検出された回動角と前記圧力センサによって検出された圧力に応じて対応する前記液圧変換器の押しのけ容積指令を出力する演算手段と、前記押しのけ容積指令により前記液圧変換器の押しのけ容積を制御する押しのけ容積制御手段とを有することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記液圧シリンダを伸長させて負荷を駆動する場合には、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのロッド室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、前記液圧シリンダを収縮させて負荷を駆動する場合には、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのボトム室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、前記液圧シリンダを収縮させて負荷を制動する場合には、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのロッド室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、前記液圧シリンダを伸長させて負荷を制動する場合には、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのボトム室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作されることを特徴としている。

本発明によれば、液圧アクチュエータの非駆動側または非制動側の圧力室と定圧力源の低圧管路との圧力差が所定の値以下となるように可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積を操作することが可能となり、このように操作することにより、駆動側または制動側の圧力室に作用する圧力を必要最低限に抑制しながら所望の液圧アクチュエータ推力または制動力を得ることができる。これにより従来技術におけるように、液圧変換器や液圧アクチュエータ、ならびにこれらを接続する配管の耐圧性を高める必要がなく、従来に比べて装置の大型化を抑制でき、また製造コストの高騰を抑えることができる。

本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置の一実施形態を示す回路図である。 特許文献１に係る発明を適用した従来の定圧力制御液圧駆動装置を示す回路図である。 図２に示す従来の定圧力制御液圧駆動装置を備えることが考えられる作業機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。 本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置においてポンプ・モータ７ａ〜７ｃがブーム上げ時にポンプ作用あるいはモータ作用のいずれで動作しているかを示す模式図である。 本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置においてポンプ・モータ７ａ〜７ｃがブーム下げ時にポンプ作用あるいはモータ作用のいずれで動作しているかを示す模式図である。 本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置においてポンプ・モータ８ａ〜８ｃがアーム引き時（アームが鉛直状態より前方にある場合）にポンプ作用あるいはモータ作用のいずれで動作しているかを示す模式図である。 本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置においてポンプ・モータ８ａ〜８ｃがアーム引き時（アームが鉛直状態より後方にある場合）にポンプ作用あるいはモータ作用のいずれで動作しているかを示す模式図である。

以下、本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る定圧力制御液圧駆動装置の一実施形態を示す回路図である。本実施形態に係る定圧力制御液圧駆動装置も、例えば図３に示した油圧ショベルに備えられる。したがって、以下にあっては必要に応じて図３に示した符号を用いて説明を行う。

図１に示すように、本実施形態に係る定圧力制御液圧駆動装置も、定圧力源１の高圧ポート２には高圧管路１３が、低圧ポート３には低圧管路１４がそれぞれ接続されている。液圧アクチュエータは例えば、図３にも示したブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２より構成されている。液圧変換器、すなわちトランスフォーマ７，８，９は、それぞれ３つの可変容量型液圧ポンプ・モータの入出力軸を機械的に連結して構成されており、ポンプ・モータ７ｂ，８ｂ，９ｂは定圧力源１に高圧管路１３及び低圧管路１４を介して接続され、ポンプ・モータ７ａ，８ａ，９ａはシリンダ１０，１１，１２のボトム室１０ａ，１１ａ，１２ａに第１管路１５，１６，１７を介して接続され、かつ定圧力源１に低圧管路１４を介して接続され、ポンプ・モータ７ｃ，８ｃ，９ｃはシリンダ１０，１１，１２のロッド室１０ｂ，１１ｂ，１２ｂに第２管路１８，１９，２０を介して接続され、かつ定圧力源１に低圧管路１４を介して接続されている。

トランスフォーマ７，８，９の制御装置３０は、指令手段を構成するブーム用操作レバー３１、アーム用操作レバー３２、及びバケット用操作レバー３３それぞれの回動角を検出する角度検出手段、すなわち操作レバー３１，３２，３３の操作量を検出するポテンショメータ３４，３５，３６と、シリンダ１０，１１，１２のボトム室１０ａ，１１ａ，１２ａおよびロッド室１０ｂ，１１ｂ，１２ｂに作用する圧力を検出する圧力センサ４４ａ，４５ａ，４６ａ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂと、ポテンショメータ３４，３５，３６と圧力センサ４４ａ，４５ａ，４６ａ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂの検出信号に応じて可変容量型液圧ポンプ・モータ７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃの押しのけ容積を制御する押しのけ容積制御手段、すなわちレギュレータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、これらのレギュレータ４１ａ−４３ｃに押しのけ容積指令を出力する演算手段を含むコントローラ３７とで構成されている。

定圧力源１は、原動機５０と、定容量型の液圧ポンプ５１と、液圧ポンプ５１の吐出ポートを高圧ポート２に接続するポンプライン５２と、ポンプライン５２に接続されたアキュムレータ５４と、低圧ポート３をタンク５６に接続するタンクライン５３と、タンクライン５３の圧力を一定圧力Ｐ_Ｌに保つリリーフ弁５５とで構成され、原動機５０はポンプライン５２の圧力を目標圧力Ｐ_Ｈに保つよう間欠的に運転される。

ここで例えば、ブームシリンダ１０のボトム室１０ａの受圧面積をＡ_Ｂ、ロッド室１０ｂの受圧面積をＡ_Ｒ、ボトム室１０ａの圧力をＰ_Ｂ、ロッド室１０ｂの圧力をＰ_Ｒとすると、ブーム１０３を上昇させるための推力Ｆは下記の式（１）で表される。
Ｆ ＝ Ｐ_Ｂ×Ａ_Ｂ −Ｐ_Ｒ×Ａ_Ｒ・・・（１）
式（１）をＰ_Ｂについて変形すると、下記の式（２）となる。
Ｐ_Ｂ ＝ Ｐ_Ｒ×Ａ_Ｒ／Ａ_Ｂ ＋Ｆ／Ａ_Ｂ・・・（２）
図２に示した従来技術では、ロッド室１０ｂには高圧管路１３が接続されているので、Ｐ_Ｒ =Ｐ_Ｈとなる。一方で、本実施形態では、ロッド室１０ｂに接続されているポンプ・モータ７ｃの作用によってＰ_Ｒ＜Ｐ_Ｈとすることができる。このようにすることにより、同じ推力Ｆを得るために必要なボトム室の圧力Ｐ_Ｂを従来技術よりも低く抑えることができる。

以下にブーム上げ・下げ動作およびアーム押し・引き動作を例に説明する。各動作状態におけるポンプ・モータ作用（ポンプ作用／モータ作用）は図４から図７に示すとおりである。各ポンプ・モータの圧力が低い状態から高い状態へ移行する場合はポンプ作用によること、高い状態から低い状態へ移行する場合はモータ作用によることを示す。

ブーム上げ動作では、ブーム用操作レバー３１を上げ方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ７ｂの押しのけ容積をブームシリンダ１０が伸長する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ７ｂは高圧管路１３の圧液（圧力は図４に示す圧力Ｐ_Ｈ）によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ７ａはポンプ作用を行うことで高圧（図４に示す圧力Ｐ_Ｂ）の圧液がボトム室１０ａに供給される。この点は図２に示される従来技術と同様である。一方で、ポンプ・モータ７ｃはロッド室１０ｂから排出される圧液（圧力は図４に示す圧力Ｐ_Ｒ）によってモータ作用を行うが、押しのけ容積はコントローラ３７の演算手段で設定される押しのけ容積指令によってロッド室１０ｂと低圧管路１４の圧力差（図４に示す圧力Ｐ_Ｒ−Ｐ_Ｌ＝ΔＰ_１とする）が所定の値ΔＰ_Ｍ以下となるように操作される。ロッド室１０ｂと低圧管路１４の圧力差ΔＰ_１は高圧管路１３と低圧管路１４の圧力差（図４の圧力Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｌ＝ΔＰ_２とする）よりも十分に小さく（ΔＰ_１≦ΔＰ_Ｍ＜ΔＰ_２）設定され、例えば１ＭＰａ程度が望ましい。

ブーム用操作レバー３１を中立方向に戻すと、制御装置３０はポンプ・モータ７ｂの押しのけ容積を減少させる。すると、ポンプ・モータ７ｂに発生する軸トルクが減少し、ポンプ・モータ７ｂの回転数が低下するため、ポンプ・モータ７ａの吐出流量が減少することによりブームシリンダ１０の伸長速度が低下する。この点は図２に示される従来技術と同様である。

ブーム下げ動作では、ブーム１０３が上昇した状態でブーム用操作レバー３１を下げ方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ７ｂの押しのけ容積をブームシリンダ１０が収縮する方向に増加させる。このとき、作業装置１０２の自重によってボトム室１０ａの圧液がポンプ・モータ７ａに供給され、ポンプ・モータ７ａはモータ作用を行う。これにより、ポンプ・モータ７ｂはポンプ作用を行い、高圧（図５に示す圧力Ｐ_Ｂ）の圧液が高圧管路１３を通じて定圧力源１のアキュムレータ５４に回収される。ポンプ・モータ７ｃはロッド室１０ｂに圧液（圧力は図５に示す圧力Ｐ_Ｒ）を供給するためにポンプ作用を行うが、押しのけ容積はブーム上げ動作時と同様にコントローラ３７の演算手段で設定される押しのけ容積指令によってロッド室１０ｂと低圧管路１４の圧力差（図５に示す圧力Ｐ_Ｒ−Ｐ_Ｌ＝ΔＰ_３とする）が所定の値ΔＰ_Ｍ以下となるように操作される。圧力差ΔＰ_３も前述と同様に設定することが望ましい。

アーム押し動作では、アーム用操作レバー３２を押し方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ８ｂの押しのけ容積をアームシリンダ１１が収縮する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ８ｂは高圧管路１３の圧液によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ８ｃはポンプ作用を行うことで高圧の圧液がロッド室１１ｂに供給される。ポンプ・モータ８ａはボトム室１１ａから排出される圧液によってモータ作用を行うが、押しのけ容積はコントローラ３７の演算手段で設定される押しのけ容積指令によってボトム室１１ａと低圧管路１４の圧力差が所定の値以下となるように操作される。

アーム引き動作では、旋回体１００から見て、アーム１０４が鉛直状態よりも前方にある場合と後方にある場合とで動作は異なる。

アーム１０４が鉛直状態よりも前方にある場合、アーム用操作レバー３２を引き方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ８ｂの押しのけ容積をアームシリンダ１１が伸長する方向に増加させる。このとき、アーム１０４の自重によってロッド室１１ｂの圧液がポンプ・モータ８ｃに供給され、ポンプ・モータ８ｃはモータ作用を行う。これにより、ポンプ・モータ８ｂはポンプ作用を行い、高圧（図６に示す圧力Ｐ_Ｈ）の圧液が高圧管路１３を通じて定圧力源１のアキュムレータ５４に回収される。ポンプ・モータ８ａはボトム室１１ａに圧液を供給するためにポンプ作用を行うが、押しのけ容積はコントローラ３７の演算手段で設定される押しのけ容積指令によってボトム室１１ａと低圧管路１４の圧力差（図６に示す圧力Ｐ_Ｂ−Ｐ_Ｌ＝Ｐ_４とする）が所定の値ΔＰ_Ｍ以下となるように操作される。

これに対し、アーム１０４が鉛直状態よりも後方にある場合、アーム用操作レバー３２を引き方向に動かすと、制御装置３０はポンプ・モータ８ｂの押しのけ容積をアームシリンダ１１が伸長する方向に増加させる。すると、ポンプ・モータ８ｂは高圧管路１３の圧液（圧力は図７に示す圧力Ｐ_Ｈ）によってモータ作用を行い、ポンプ・モータ８ａはポンプ作用を行うことで高圧（図７に示す圧力Ｐ_Ｂ）の圧液がボトム室１１ａに供給される。ポンプ・モータ８ｃはロッド室１１ｂから排出される圧液（圧力は図７に示す圧力Ｐ_Ｒ）によってモータ作用を行うが、押しのけ容積はコントローラ３７の演算手段で設定される押しのけ容積指令によってロッド室１１ｂと低圧管路１４の圧力差（図７に示す圧力Ｐ_Ｒ−Ｐ_Ｌ＝ΔＰ_５とするが所定の値ΔＰ_Ｍ以下となるように操作される。

上記のいずれの動作においても、各可変容量型液圧ポンプ・モータ７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃの押しのけ容積を操作することによりブーム１０３またはアーム１０４の動作速度を制御することができる。

このように本実施形態では、シリンダ１０，１１の非駆動側または非制動側の圧力室と定圧力源１の低圧管路１４との圧力差が所定の値ΔＰ_Ｍ以下となるよう、シリンダ１０，１１の圧力室と低圧管路１４の間に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータ７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃの押しのけ容積を操作することにより、駆動側または制動側のシリンダ１０，１１の圧力室に作用する圧力を必要最低限に抑制しながら、所望のシリンダ推力または制動力を得ることができる。これにより本実施形態は、トランスフォーマ７，８やシリンダ１０，１１、ならびにこれらを接続する第１配管１５，１６及び第２配管１８，１９等の配管の耐久性を高める必要がなく、装置の大型化を抑制することができ、また製造コストの高騰を抑えることができる。

１ 定圧力源
７，８ トランスフォーマ（液圧変換器）
７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ 可変容量型液圧ポンプ・モータ
１０ ブームシリンダ（液圧アクチュエータ）
１１ アームシリンダ（液圧アクチュエータ）
１０ａ，１１ａ ボトム室
１０ｂ，１１ｂ ロッド室
１３ 高圧管路
１４ 低圧管路
１５，１６ 第１管路
１８，１９ 第２管路
３０ 制御装置
３１ ブーム用操作レバー（指令手段）
３２ アーム用操作レバー（指令手段）
３４，３５ ポテンショメータ（角度検出手段）
３７ コントローラ（演算手段）
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ レギュレータ（押しのけ容積制御手段）
４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ 圧力センサ
５０ 原動機
５１ 定容量型液圧ポンプ
５２ ポンプライン
５３ タンクライン
５４ アキュムレータ
５５ リリーフ弁
５６ タンク
１０２ 作業装置
１０３ ブーム
１０４ アーム

Claims (3)

1. 一定圧力の圧液を供給する定圧力源と、この定圧力源の圧液が供給され、押しのけ容積が可変の複数の液圧変換器と、これらの液圧変換器から吐出される圧油によって作動する複数の液圧アクチュエータと、前記液圧変換器に指令を与える指令手段と、前記指令手段の指令に応じて前記液圧変換器の押しのけ容積を制御する制御装置とを備え、前記指令手段の指令により前記液圧変換器の押しのけ容積を操作することで前記液圧アクチュエータに供給される圧液の圧力と流量を制御し、負荷を駆動する定圧力制御液圧駆動装置において、
   前記液圧変換器は３つの可変容量型液圧ポンプ・モータの入出力軸を機械的に連結して構成され、前記可変容量型液圧ポンプ・モータの１つは前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続され、１つは前記液圧アクチュエータに第１管路を介して接続されかつ前記定圧力源に低圧管路を介して接続され、１つは前記液圧アクチュエータに第２管路を介して接続されかつ前記定圧力源に低圧管路を介して接続されていることを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
2. 請求項１に記載の定圧力制御液圧駆動装置において、
   前記液圧アクチュエータは液圧シリンダであり、前記液圧シリンダのボトム室は前記第１管路に接続され、前記液圧シリンダのロッド室は前記第２管路に接続され、
   前記液圧シリンダを伸長させて負荷を駆動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、
   前記液圧シリンダを収縮させて負荷を駆動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、
   前記液圧シリンダを収縮させて負荷を制動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、
   前記液圧シリンダを伸長させて負荷を制動する場合には、前記定圧力源に高圧管路および低圧管路を介して接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はポンプとして作動するように操作され、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積はモータとして作動するように操作され、
   前記指令手段は回動操作される操作レバーであり、前記制御装置は、前記操作レバーの回動角を検出する角度検出手段と、前記液圧シリンダのボトム室およびロッド室に作用する圧力を検出する圧力センサと、前記角度検出手段によって検出された回動角と前記圧力センサによって検出された圧力に応じて対応する前記液圧変換器の押しのけ容積指令を出力する演算手段と、前記押しのけ容積指令により前記液圧変換器の押しのけ容積を制御する押しのけ容積制御手段とを有することを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。
3. 請求項２に記載の定圧力制御液圧駆動装置において、
   前記液圧シリンダを伸長させて負荷を駆動する場合には、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのロッド室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、
   前記液圧シリンダを収縮させて負荷を駆動する場合には、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのボトム室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、
   前記液圧シリンダを収縮させて負荷を制動する場合には、前記第２管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのロッド室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作され、
   前記液圧シリンダを伸長させて負荷を制動する場合には、前記第１管路に接続された可変容量型液圧ポンプ・モータの押しのけ容積は前記液圧シリンダのボトム室と前記低圧管路の圧力差が一定値以下となるように操作されることを特徴とする定圧力制御液圧駆動装置。