JP3522959B2 - 油圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルや油
圧クレーンなどの油圧機械に備えられる油圧駆動装置に
係わり、特に、油圧ポンプとタンクとを連通するバイパ
ス通路上にセンターバイパス絞りを有するオープンセン
タ形の方向切換弁を備えた油圧駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ポンプとタンクとを連通するバイパ
ス通路上にセンターバイパス絞りを有するオープンセン
タ形の方向切換弁を備えた油圧駆動装置の従来技術とし
て、特開平６−１１７４０９号公報に記載のものがあ
る。この従来技術を図１０に示す。

【０００３】図１０において、可変容量型の油圧ポンプ
１からの吐出流量の供給路３にはオープンセンタ形の方
向切換弁５０が接続され、方向切換弁５０の操作により
アクチュエータ５に供給される圧油の流量が制御され
る。また、供給路３から分岐したバイパス通路４には、
方向切換弁５０に内蔵され、この弁５０のストローク
（切り換え量）の増加につれて開口面積が小さくなるよ
うに連動するセンターバイパス絞り５１が設けられると
もに、このセンターバイパス絞り５１の下流側のバイパ
ス管路１３に可変絞り弁５２と絞り２１とを設け、絞り
２１で発生した圧力を信号管路２３を介して油圧ポンプ
１の傾転制御装置２ｎに導き、その圧力に応じて油圧ポ
ンプ１の吐出流量をネガティブ流量制御している。

【０００４】更に、方向切換弁５０はメータイン絞りの
下流圧、すなわちアクチュエータ５の負荷圧力を検出で
きるようになっており、この検出圧力を信号管路５３を
介して可変絞り弁５２の閉弁方向に作用させる構造とな
っている。

【０００５】以上のようにな油圧駆動装置を例えば油圧
ショベルに搭載して掘削作業を行う場合、操作レバー装
置５４により方向切換弁５０を操作すると、センターバ
イパス絞り５１が絞られてバイパス流量が減少し、絞り
２１で発生する圧力が低下し、信号管路２３に検出され
たその圧力により油圧ポンプ１の吐出流量が増加するよ
う制御される。この油圧ポンプ１の吐出圧力がアクチュ
エータ５の負荷圧力よりも高くなると方向切換弁５０の
メータイン絞りを介してアクチュエータ５に圧油が供給
され始め、アクチュエータ５には方向切換弁５のストロ
ーク（メータイン絞りの開口面積）に応じた流量が供給
される。

【０００６】このような状態でアクチュエータ５の負荷
圧力が増大すると、それに応じて油圧ポンプ１の吐出圧
力は上昇し始め、もしバイパス通路４に可変絞り弁５２
が設けられていない場合は、ポンプ吐出圧の上昇により
絞り２１で発生する圧力が上昇し、油圧ポンプ１の吐出
流量が減少するように制御される。このため、方向切換
弁５０のストローク（メータイン絞りの開口面積）が一
定であってもアクチュエータ５に供給される流量が減少
する。また、方向切換弁５０の小ストローク領域側で不
感帯が生じるため、有効ストローク領域が狭まり、操作
性が低下する。

【０００７】上記従来技術では、バイパス管路１３に可
変絞り弁５２が設けられているので、アクチュエータ５
の負荷圧力が増大すると、信号管路５３に検出されたそ
の負荷圧力により可変絞り弁５２の開口面積が絞られて
バイパス流量が減少し、絞り２１で発生する圧力が低下
し、油圧ポンプ１の吐出流量が増大するように制御され
る。これにより油圧ポンプ１の吐出流量が減少すること
なく油圧ポンプ１の吐出圧力は更に上昇し、負荷圧力が
増大する前と同様の流量をアクチュエータ５に供給でき
る負荷補償特性が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の油圧駆動装置には次のような問題がある。

【０００９】まず、上記従来の油圧駆動装置の負荷補償
では、上記のようにバイパス管路１３に負荷圧力に応答
して開口面積を絞る可変絞り弁５２を設けているが、こ
れはバイパス流量に対しセンターバイパス絞り５１の絞
り抵抗に加えて負荷圧力に応じた絞り抵抗を付加すると
いう考えであり、このように単に絞り抵抗を付加すると
いう方法では、方向切換弁５０のストローク全量域でセ
ンターバイパス絞りとのマッチングをとることができ
ず、マッチングしていないストローク領域では適切な負
荷補償が行えない。

【００１０】例えば、方向切換弁５０のストローク前半
のある一点におけるセンターバイパス絞り５１の絞り量
（開口面積）で所望のメータイン流量（アクチュエータ
５への供給流量）が得られるよう、可変絞り弁５２の設
定（バネ定数や絞り開口量）を行った場合、マッチング
ストローク点より大きなストローク領域では、負荷圧力
の上昇にしたがって可変絞り弁５２が絞られると、この
絞り抵抗は過剰なものとなり、バイパス流量が減り過ぎ
て油圧ポンプ１の吐出流量が不要に増大し、メータイン
流量の増加が著しくなる。このため、油圧ポンプ１の吐
出流量は早期にサチュレートし、ストロークの最大側に
従来無かった不感帯を生じることになり、結局は有効ス
トロークが減少し、操作性が低下する。

【００１１】また、マッチングストローク点より大きな
ストローク領域では、上記のように適切な負荷補償がで
きず、ポンプ吐出流量が必要以上に増加するとともに、
可変絞り弁５２の絞り抵抗が過剰となるため、ポンプ吐
出圧も必要以上に上昇し過ぎてしまい、エネルギ効率が
低下するという問題も生じる。

【００１２】更に、油圧ショベルには複数のアクチュエ
ータに対応して複数の方向切換弁が備えられており、こ
れら複数の方向切換弁に内蔵されるセンターバイパス絞
り５１の開口面積は、これらアクチュエータ毎に種々設
定されている。したがって、上記のマッチングストロー
ク点の一点においても、バイパス通路４に設けた可変絞
り弁５２の一義的な絞り動作の設定では、複数の方向切
換弁の全てに対してアクチュエータの駆動に際して意図
した負荷補償を行うことは困難となる。

【００１３】本発明の第１の目的は、オープンセンタ形
の方向切換弁を操作してアクチュエータを駆動すると
き、方向切換弁の全ストローク領域で適切な負荷補償が
行える油圧駆動装置を提供することである。

【００１４】本発明の第２の目的は、オープンセンタ形
の方向切換弁を操作してアクチュエータを駆動すると
き、方向切換弁のセンタバイパス絞りの開口面積の設定
如何に係わらず適切な負荷補償を容易に行える油圧駆動
装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（１）上記第１及び第２の目的を達成するため、本発明
は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油
によって駆動される少なくとも１つのアクチュエータ
と、前記油圧ポンプとタンクとを連通するバイパス通路
上にセンターバイパス絞りを有するオープンセンタ形の
方向切換弁と、前記方向切換弁の操作に応じて前記油圧
ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段とを備え、
前記方向切換弁の操作に応じて前記油圧ポンプから前記
アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する油圧
駆動装置において、前記アクチュエータの負荷圧力を検
出する検出手段と、前記バイパス通路の前記センターバ
イパス絞りの下流側に配置され、前記センターバイパス
絞りの出口圧力が開弁方向に付与され、前記検出手段で
検出された負荷圧力が閉弁方向に付与され、前記センタ
ーバイパス絞りの出口圧力を前記アクチュエータの負荷
圧力と同じになるように制御する圧力制御弁とを備える
構成とする。

【００１６】以上のように構成した本発明においては、
圧力制御弁が方向切換弁のセンターバイパス絞りの出口
圧力をアクチュエータの負荷圧力と同じになるように制
御することにより、方向切換弁のメータイン絞りの前後
差圧とセンターバイパス絞りの前後差圧とがほぼ等しく
なり、油圧ポンプの吐出流量は常に方向切換弁のメータ
イン絞りとセンターバイパス絞りとの開口面積比に応じ
てアクチュエータ流入流量とバイパス流量とに分配され
る。このため、方向切換弁が操作され、メータイン絞り
が開けば、その時点で必ずアクチュエータには上記開口
面積比に応じた割合の流量が供給され、アクチュエータ
への圧油の流入が開始するストローク位置は負荷圧力に
係わらず常にほぼ一定となる。また、方向切換弁の操作
に応じて油圧ポンプ１の吐出流量を制御することによ
り、油圧ポンプの吐出流量が上記開口面積比に応じて分
配されるとき、方向切換弁がどのストローク位置にあっ
てもアクチュエータへの流入流量はその時の開口面積比
に応じた流量となり、方向切換弁の全ストローク領域に
おいて適切な負荷補償が行える。

【００１７】また、圧力制御弁は方向切換弁のセンター
バイパス絞りの出口圧力をアクチュエータの負荷圧力と
同じになるように制御するものであるため、方向切換弁
のセンターバイパス絞りの開口面積がアクチュエータ毎
に種々設定されていても同じ圧力制御弁を用いて上記作
用を得ることができ、センターバイパス絞りの開口面積
の設定如何に係わらず適切な負荷補償を容易に行える。

【００１８】（２）また、上記第１及び第２の目的を達
成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポン
プから吐出される圧油によって駆動される複数のアクチ
ュエータと、前記油圧ポンプとタンクとを連通するバイ
パス通路に直列に接続され、それぞれバイパス通路上に
センターバイパス絞りを有する複数のオープンセンタ形
の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁の操作に応じて
前記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段と
を備え、前記複数の方向切換弁の操作に応じて前記油圧
ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油
の流量をそれぞれ制御する油圧駆動装置において、前記
複数のアクチュエータのそれぞれで検出される負荷圧力
のうち最高負荷圧力を検出する検出手段と、前記バイパ
ス通路における最下流のセンターバイパス絞りの下流側
に配置され、前記最下流のセンターバイパス絞りの出口
圧力が開弁方向に付与され、前記検出手段で検出された
最高負荷圧力が閉弁方向に付与され、前記最下流のセン
ターバイパス絞りの出口圧力を前記最高負荷圧力と同じ
になるように制御する圧力制御弁とを備える構成とす
る。

【００１９】以上のように複数のアクチュエータと複数
の方向切換弁を備える油圧駆動装置では、最高負荷圧力
を検出し、圧力制御弁で最下流のセンターバイパス絞り
の出口圧力を最高負荷圧力と同じになるように制御する
ことにより、各アクチュエータの単独操作時に、上記
（１）と同様な作用が得られる。また、複数の方向切換
弁のそれぞれにメータイン絞りの前後差圧を一定に保つ
圧力補償弁を設ければ、複数のアクチュエータを同時に
駆動する複合操作時に、複数の方向切換弁のそれぞれの
メータイン絞りの前後差圧と複数のセンターバイパス絞
りの上下流の差圧とが全てほぼ等しくなり、油圧ポンプ
の吐出流量は複数の方向切換弁のそれぞれのメータイン
絞りとセンターバイパス絞りとの開口面積比に応じて複
数のアクチュエータへの流入流量とバイパス流量とに分
配され、各方向切換弁の全ストローク領域において適切
な負荷補償が行える。

【００２０】（３）上記（１）又は（２）において、好
ましくは、前記油圧ポンプは可変容量型であり、前記ポ
ンプ制御手段は前記バイパス通路の前記圧力制御弁の更
に下流に配置され、バイパス通路の流量に応じた圧力を
発生させる圧力発生手段と、この圧力発生装置で発生し
た圧力に応じて前記油圧ポンプの吐出容量をネガティブ
流量制御する傾転制御手段とする。

【００２１】このように油圧ポンプの吐出容量をネガテ
ィブ流量制御する傾転制御手段を設けることにより、上
記のように油圧ポンプの吐出流量が方向切換弁のメータ
イン絞りとセンターバイパス絞りとの開口面積比に応じ
てアクチュエータ流入流量とバイパス流量とに分配され
るとき、バイパス流量も開口面積比に応じた流量とな
り、負荷圧力が増大してもバイパス流量が過度に減少す
ることがなく、油圧ポンプ１の吐出流量が早期にサチュ
レートすることが回避される。これにより、方向切換弁
がどのストローク位置にあってもアクチュエータへの流
入流量はその時の開口面積比に応じた流量となり、方向
切換弁の全ストローク領域において適切な負荷補償が行
える。

【００２２】（４）また、好ましくは、前記油圧ポンプ
は可変容量型であり、前記ポンプ制御手段は、前記方向
切換弁に対する操作手段の操作信号を検出する手段と、
この検出手段で検出した操作信号に応じて前記油圧ポン
プの吐出容量をポジティブ流量制御する傾転制御手段と
する。

【００２３】このように油圧ポンプの吐出容量をポジテ
ィブ流量制御する傾転制御手段を設けることによって
も、ネガティブ流量制御する傾転制御手段を設け場合と
同様に、負荷圧力が増大しても油圧ポンプ１の吐出流量
が早期にサチュレートすることが回避され、方向切換弁
の全ストローク領域において適切な負荷補償が行える。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２５】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
６により説明する。

【００２６】図１において、１は可変容量型の油圧ポン
プであり、油圧ポンプ１からの吐出流量の供給路３には
オープンセンタ形の方向切換弁１０が接続され、方向切
換弁１０は操作レバー装置３０により操作されると方向
切換弁１０に内蔵されるメータイン絞り１０ａ，１０ｂ
の開口面積を変化させ、アクチュエータ５に供給される
圧油の流量が制御される。また、供給路３から分岐した
バイパス通路４には、方向切換弁１０に内蔵され、この
方向切換弁１０のストローク（切り換え量）の増加につ
れて開口面積が小さくなるように連動するセンターバイ
パス絞り１１が設けられるともに、このセンターバイパ
ス絞り１１の下流側のバイパス管路１３に圧力制御弁１
２が設けられている。また、バイパス管路１３の圧力制
御弁１２の更に下流には絞り２１とリリーフ弁２２とか
らなる圧力発生装置２０を設け、この圧力発生装置２０
で発生した圧力（ネガコン圧力）を信号管路２３を介し
て油圧ポンプ１の傾転制御装置２ｎに導き、その圧力に
応じて油圧ポンプ１の吐出流量をネガティブ流量制御し
ている。

【００２７】操作レバー装置３０は、通常の如く、操作
レバー３０ａと、この操作レバー３０ａの操作方向及び
操作量に応じて作動する１対の減圧弁３０ｂ，３０ｃと
で構成され、減圧弁３０ｂ，３０ｃで発生したパイロッ
ト圧力はパイロット管路３１ａ，３１ｂを介して導か
れ、方向切換弁１０を切り換え動作する。

【００２８】方向切換弁１０には、この方向切換弁１０
の図示左右方向への切換え動作に応じたアクチュエータ
５の負荷圧力としてメータイン絞り１０ａ，１０ｂの下
流圧を導く検出路１４ａ，１４ｂと、方向切換弁１０の
図示中立状態で有効となるドレン路１４ｃとが設けら
れ、方向切換弁１０の作動に応じて検出路１４ａ，１４
ｂ及びドレン路１４ｃのいずれかが信号管路１２ｂに接
続される。

【００２９】圧力制御弁１２は弁体１２ｖと、圧力制御
弁の上流側、すなわち方向切換弁１０のセンターバイパ
ス絞り１１の出口側に接続された信号管路１２ａと、上
記の信号管路１２ｂと、バネ１２ｓとを有し、センター
バイパス絞り１１の出口圧力がバイパス管路１３及び信
号管路１２ａを介し弁体１２ｖを開弁するよう導かれ、
開弁方向の制御力が付与され、アクチュエータ５の負荷
圧力が信号管路１２ｂを介して弁体１２ｖを閉弁するよ
う導かれ、バネ１２ｓとともに閉弁方向の制御力が付与
されている。バネ１２ｓは油圧駆動装置の非作動時に弁
体１２を閉弁位置に保つもので、弱いバネ力に設定され
ている。

【００３０】なお、６は安全弁、７は逆止弁である。

【００３１】図２は方向切換弁１０のストロークに対す
るメータイン絞り１０ａ，１０ｂ及びセンターバイパス
絞り１１の関係を示す。この図から分かるように、メー
タイン絞り１０ａ，１０ｂは、方向切換弁１０が中立付
近にあるストロークでは開口面積が０（全閉）で、方向
切換弁１０が中立付近から操作されストロークが増大す
るにしたがって開口面積が増大し、最大ストローク付近
で開口面積も最大になる。センターバイパス絞り１１
は、方向切換弁１０が中立付近にあるストロークでは開
口面積が最大（全開）で、方向切換弁１０が中立付近か
ら操作されストロークが増大するにしたがって開口面積
が減少し、最大ストローク付近で開口面積が０（全閉）
になる。

【００３２】図３はネガティブ流量制御する油圧ポンプ
１の傾転制御装置２ｎの流量特性を示す。この図から分
かるように、傾転制御装置２ｎは、圧力発生装置２０で
発生した圧力（ネガコン圧力）の低下に応じて油圧ポン
プ１の吐出流量を増加させる。

【００３３】次に、このように構成した本実施形態の動
作を説明する。

【００３４】方向切換弁１０が図示の中立位置にある
時、圧力制御弁１２の信号管路１２ｂは方向切換弁１０
のドレン管路１４ｃを介してタンクに連通しており、圧
力制御弁１２は全開となって、油圧ポンプ１からの圧油
は供給路３、バイパス通路４、方向切換弁１０のセンタ
ーバイパス絞り１１、バイパス管路１３、圧力制御弁１
２を経て圧力発生装置２０へ全量流れ、絞り２１の上流
圧が高くなり、図３に示す傾転制御装置２ｎの特性によ
り油圧ポンプ１の吐出流量を最小流量に減少させる。

【００３５】このような中立状態から、操作レバー装置
３０の操作により方向切換弁１０が図示左右いずれかの
方向へ切換わると、図２に示すようにセンターバイパス
絞り１１の開口面積が小さくなり、かつメータイン絞り
１０ａ又は１０ｂの開口面積が増大する。このようにセ
ンターバイパス絞り５１が絞られるとバイパス流量が減
少し、絞り２１で発生する圧力が低下し、信号管路２３
に検出されたその圧力により油圧ポンプ１の吐出流量が
増加するよう制御される。この油圧ポンプ１の吐出圧力
がアクチュエータ５の負荷圧力よりも高くなると方向切
換弁５０のメータイン絞りを介してアクチュエータ５に
圧油が供給され始める。これと同時に、アクチュエータ
５の負荷圧力が検出路１４ａ又は１４ｂ、信号管路１２
ｂを介して圧力制御弁１２を開弁するように導かれ、バ
ネ１２ｓとともに閉弁方向の制御力が付与され、センタ
ーバイパス絞り１１の出口圧力がバイパス管路１３、信
号管路１２ａを介して圧力制御弁１２を開弁するように
導かれ、開弁方向の制御力が付与され、これにより圧力
制御弁１２はセンターバイパス絞り１１の出口圧力を信
号管路１２ｂで検出した負荷圧力と概ね等しくなるよう
に制御する。したがって、方向切換弁１０のメータイン
絞り１０ａ又は１０ｂの前後差圧とセンターバイパス絞
り１１の前後差圧とはほぼ等しくなり、油圧ポンプ１の
吐出流量は、方向切換弁のメータイン絞り１０ａ又は１
０ｂとセンターバイパス絞り１１の開口面積比に応じ
て、メータイン絞り１０ａ又は１０ｂを通過するアクチ
ュエータ５への流入流量（メータイン流量）とセンター
バイパス絞り１１を通過するバイパス流量とに分配され
る。

【００３６】このような状態で、例えばアクチュエータ
５の負荷圧力が増大すると、それに応じて油圧ポンプ１
の吐出圧力は上昇し、バイパス管路１３内の圧力も上昇
するが、当該負荷圧力は検出路１４ａ又は１４ｂから信
号管路１２ｂを介して圧力制御弁１２に導かれ、圧力制
御弁１２の閉弁方向へ作用する。そして、この負荷圧力
の上昇に応じて圧力制御弁１２の開口面積が減少してバ
イパス流量が減少するので、絞り２１で生じる圧力がこ
の流量減少に応じて低下する。この低下した圧力は信号
管路２３を介して傾転制御装置２ｎに導かれ、傾転制御
装置２ｎのネガティブ流量制御によって油圧ポンプ１の
吐出流量が増加し、この増加した吐出流量が再び方向切
換弁１０のメータイン絞り１０ａ又は１０ｂとセンター
バイパス絞り１１との開口面積比に応じてアクチュエー
タ流入流量とバイパス流量とに分配される。したがっ
て、図４に示す特性図のごとく、アクチュエータ５への
流入流量はメータイン絞り１０ａ又は１０ｂとセンター
バイパス絞り１１との開口面積比に応じた流量となり、
負荷圧力に関係なく一定の流入流量特性（メータリング
特性）が得られる。

【００３７】ここで、比較例として、圧力制御弁１２の
ない一般的なセンタバイパス方式の方向切換弁を備えた
油圧駆動装置を考える。このような油圧駆動装置では、
アクチュエータ５の負荷圧力が増大すると、それに応じ
て油圧ポンプ１の吐出圧力は上昇して絞り２１で発生す
る圧力も上昇し、油圧ポンプ１の吐出流量が減少するよ
うに制御され、方向切換弁５のストローク（メータイン
絞りの開口面積）が一定であってもアクチュエータ５に
供給される流量が減少してしまう。このため、アクチュ
エータ５への流入流量特性（メータリング特性）は図５
に示すように負荷圧力に応じて変化し、小ストローク側
に不感帯を生じ、操作性が低下する。

【００３８】次に、もう１つの比較例として、図１０に
示す従来の油圧駆動装置を考える。この油圧駆動装置で
は、バイパス管路１３に可変絞り弁５２が設けられてい
るので、アクチュエータ５の負荷圧力が増大すると、信
号管路５３に検出されたその負荷圧力により可変絞り弁
５２の開口面積が絞られてバイパス流量が減少し、絞り
２１で発生する圧力が低下し、油圧ポンプ１の吐出流量
が増大するように制御される。これにより油圧ポンプ１
の吐出流量が減少することなく油圧ポンプ１の吐出圧力
は更に上昇し、負荷圧力が増大する前と同様の流量をア
クチュエータ５に供給できる負荷補償特性が得られる。

【００３９】しかし、このようにバイパス管路１３に負
荷圧力に応答して開口面積を絞る可変絞り弁５２を設け
ることは、バイパス流量に対しセンターバイパス絞り５
１の絞り抵抗に加えて負荷圧力に応じた絞り抵抗を付加
するという考えであり、このような方法では、方向切換
弁５０のストローク全量域でセンターバイパス絞り５１
とのマッチングをとることができず、マッチングしてい
ないストローク領域では適切な負荷補償が行えない。こ
のことを図６を用いて説明する。

【００４０】図６において、例えば方向切換弁５０のス
トローク前半のある一点Ｍにおけるセンターバイパス絞
り５１の絞り量（開口面積）で所望のメータイン流量
（アクチュエータ５への供給流量）が得られるよう、可
変絞り弁５２のバネ定数や絞り開口量の設定を行った場
合、例えば、方向切換弁５０の小ストローク領域では、
もともとのセンターバイパス絞り５１の開口面積がスト
ロークマッチング点Ｍのそれよりも大きい状態となって
いる。つまり、可変絞り弁５２による負荷圧力の増大に
従って絞っても、その絞り抵抗は十分でなく、最初の比
較例のように大幅な不感帯はなくなるものの、依然とし
て不感帯は生じる。

【００４１】一方、ストロークマッチング点Ｍよりも大
きなストローク領域では、もともとのセンターバイパス
開口面積がストロークマッチング点Ｍのそれよりも小さ
い状態にあるので、負荷圧力の上昇にしたがって可変絞
り弁５２が絞られると、この絞り抵抗は過剰なものとな
り、バイパス流量が過度に減り過ぎ、強いてはネガコン
圧の減少が著しくなる。このため、傾転制御装置２ｎの
ネガコン制御により油圧ポンプ１の吐出流量が増大し過
ぎ、メータイン流量の増加が著しくなる。このように油
圧ポンプ１が制御されると、油圧ポンプ１の吐出流量は
早期にサチュレートし、先の比較例とは逆にストローク
の最大側に不感帯を生じることになり、有効ストローク
が減少し、操作性が低下する。

【００４２】また、マッチングストローク点Ｍより大き
なストローク領域では、上記のようにポンプ吐出流量が
必要以上に増加するとともに、可変絞り弁５２の絞り抵
抗が過剰となるためポンプ吐出圧も必要以上に上昇し過
ぎてしまい、エネルギ効率が低下するという問題も生じ
る。

【００４３】更に、油圧ショベルには複数のアクチュエ
ータに対応して複数の方向切換弁が備えられており、こ
れら複数の方向切換弁に内蔵されるセンターバイパス絞
り５１の開口面積は、これらアクチュエータ毎に種々設
定されている。したがって、上記のマッチングストロー
ク点Ｍの一点においても、バイパス通路４に設けた可変
絞り弁５２の一義的な絞り動作の設定では、複数の方向
切換弁の全てに対してアクチュエータの駆動に際して意
図した負荷補償を行うことは困難となる。

【００４４】本実施形態においては、圧力制御弁１２は
センターバイパス絞り１１の出口圧力をアクチュエータ
５の負荷圧力と概ね等しくなるように制御するものであ
り、これにより方向切換弁１０のメータイン絞り１０ａ
又は１０ｂの前後差圧とセンターバイパス絞り１１の前
後差圧とがほぼ等しくなる。このため、油圧ポンプの吐
出流量は常に方向切換弁１０のメータイン絞り１０ａ又
は１０ｂとセンターバイパス絞り１１との開口面積比に
応じてアクチュエータ流入流量とバイパス流量とに分配
され、この関係はアクチュエータ５の負荷圧力に係わら
ず常に成り立つ。このため、方向切換弁１０が操作さ
れ、メータイン絞り１０ａ又は１ｂが開けば、その時点
で必ずアクチュエータ５には上記開口面積比に応じた割
合の流量が供給され、アクチュエータ５への圧油の流入
が開始するストローク位置は負荷圧力に係わらず常にほ
ぼ一定となる。また、バイパス流量側も開口面積比に応
じた流量となり、負荷圧力が増大してもバイパス流量が
過度に減少することがなく、油圧ポンプ１の吐出流量が
早期にサチュレートすることが回避される。その結果、
図４に示すように、メータインの流量特性は負荷圧力の
影響を受けず常にほぼ一定となり、方向切換弁１０の小
ストローク側、大ストローク側のいずれにも不感帯の生
じない、広い有効ストロークが確保でき、優れた操作性
が得られる。

【００４５】また、圧力制御弁１２は方向切換弁１０の
センターバイパス絞り１１の出口圧力をアクチュエータ
５の負荷圧力と同じになるように制御するものであるた
め、センターバイパス絞り１１の開口面積がアクチュエ
ータ毎に種々設定されていても同じ圧力制御弁を用いて
上記作用を得ることができ、センタバイパス絞りの開口
面積の設定如何に係わらず適切な負荷補償を容易に行え
る。

【００４６】本実施形態の以上の作用を更に詳細に説明
する。

【００４７】傾転制御装置２ｎによる油圧ポンプ１のネ
ガコン流量制御は、センターバイパス流量の減少に対し
て油圧ポンプ１の吐出流量を増大させるもので、その特
性は、傾転制御装置２ｎに設定されている。ただし、油
圧式の傾転制御装置２ｎでは、バイパス流量を絞り２１
の発生圧力で検出し、この圧力に応じて傾転制御装置２
ｎを作動させ、油圧ポンプ１の傾転量を設定するように
なっている。

【００４８】例えば、油圧ポンプ１の吐出流量をＱ_p、
センターバイパス絞り１１を通過するバイパス流量をＱ
_t、メータイン絞り１０ａ又は１０ｂを通過するメータ
イン流量をＱ_mi、油圧ポンプ１の最大吐出流量をＱ_oと
すると、ネガティブ流量制御でのポンプ流量Ｑ_pは、 Ｑ_p＝Ｑ_o−ｋＱ_t （ｋ：定数） と設定される。ポンプ流量Ｑ_pはメータイン流量Ｑ_miと
バイパス流量Ｑ_tとの和でもあり、 Ｑ_p＝Ｑ_mi＋Ｑ_t である。したがって、ポンプ流量Ｑ_pからバイパス流量
Ｑ_tを引いたものがメータイン流量Ｑ_miである。

【００４９】ここで、本発明によれば、バイパス管路１
３に設けられた圧力制御弁１２により、センターバイパ
ス絞り１１の出口圧力（つまりは圧力制御弁１２の入口
圧力）が負荷圧力（すなわち、メータイン絞り１０ａ又
は１０ｂの出口圧力）と等しくなるように作動するた
め、メータイン絞り１０ａ又は１０ｂの前後差圧とセン
ターバイパス絞り１１の前後差圧とが、それぞれ下記Δ
Ｐと、ほぼ等しくなる。

【００５０】ΔＰ＝Ｐ_s−Ｐ_L （Ｐ_s：油圧ポンプ１の吐出圧力 Ｐ_L：アクチュエータ５の負荷圧力） すなわち、メータイン絞り１０Ａ又は１０ｂの開口面積
をＡ_mi、センターバイパス絞り１１の開口面積をＡ_tと
すると、それぞれの流量は、 Ｑ_mi＝Ｃ・Ａ_mi√ΔＰ Ｑ_t＝Ｃ・Ａ_t√ΔＰ ∴Ｑ_p＝Ｃ（Ａ_mi＋Ａ_t）√ΔＰ ・・・（Ａ） ただし、Ｃ＝Ｃ_f√（２／ρ） Ｃ_f：流量係数 ρ：油の密度 ネガコン制御より、 Ｑ_p＝Ｑ_o−ｋ・ＣＡ_t√ΔＰ ・・・（Ｂ） したがって、前後差圧ΔＰを仮にΔＰ_oなる値となるよ
うなセンターバイパス絞り１１の開口面積Ａ_tを求める
と、（Ａ）＝（Ｂ）より、 Ｃ（Ａ_mi＋Ａ_t）√ΔＰ_o＝Ｑ_o−ｋ・ＣＡ_t√ΔＰ_o （１＋ｋ）・Ｃ√（ΔＰ_o）・Ａ_t＝Ｑ_o−Ｃ√（ΔＰ_o）・Ａ_mi ∴Ａ_t＝（Ｑ_o−Ｃ′Ａ_mi）／Ｃ′（１＋ｋ） ・・・（Ｃ） ここで、Ｃ′＝Ｃ√ΔＰ_o （Ｃ）式において、方向切換弁１０のストロークに応じ
たメータイン絞り１０ａ又は１０ｂの開口面積Ａ_miを代
入すれば、センターバイパス絞り１１の開口面積Ａ_tが
一義的に算出できる。

【００５１】したがって、上記に基づけば、任意のスト
ローク点でも、絞り前後差圧をΔＰ＝ΔＰ_oにすること
ができるネガコン流量制御がなされ、かつ負荷圧力の変
化に対しても、メータイン流量及びバイパス流量とも変
化せず、いわゆる圧力補償性が確保できる。

【００５２】以上より、ストロークに対する各流量を示
せば図４のようになり、メータイン流量は負荷圧力の変
化によらず常に同一特性が得られ、また不感帯も存在し
ないから操作性が向上する。

【００５３】本発明の第２の実施形態を図７及び図８に
より説明する。本実施形態はポジティブ流量制御するポ
ンプ傾転制御装置を備えた油圧駆動装置に本発明を適用
したものである。図７中、図１に示す部材と同等の部材
には同一の符号を付している。

【００５４】図７において、油圧ポンプ１には図８に示
すようポジティブ流量制御特性を有する傾転制御装置２
ｐが備えられ、したがって、第１の実施形態におけるネ
ガティブ流量制御に係わる図１の圧力発生装置２０（絞
り２１及びリリーフ弁２２）はなく、ポジティブ流量制
御に係わるシャトル弁３２と信号管路３３が設けられ、
操作レバー装置３０によるパイロット圧力がシャトル弁
３２を介して信号管路３３に取り出され、傾転制御装置
２ｐに導かれる。

【００５５】このように構成される実施形態にあって
は、操作レバー装置３０が操作されず、方向切換弁１０
が図示状態の操作中立時、圧力制御弁１２の信号管路１
２ｂは方向切換弁１０のドレン管路１４ｃを介してタン
クに連通しており、圧力制御弁１２は全開となって、油
圧ポンプ１からの圧油は供給路３、バイパス通路４、セ
ンターバイパス絞り１１、バイパス管路１３、圧力制御
弁１２を経てタンクへ全量流れるとともに、パイロット
管路３１ａ，３１ｂには入力はなく、シャトル弁３２に
信号管路３３を介して接続された傾転制御装置２ｐのポ
ジティブ流量制御によってポンプ吐出流量が減少する。

【００５６】方向切換弁１０が図示左右いずれかの方向
へ切換わるよう操作レバー装置３０を操作すると、対応
するパイロット圧力がシャトル弁３２、信号管路３３を
介して傾転制御装置２ｐへ導かれ、その信号圧力（パイ
ロット圧力）に基づき傾転制御装置２ｐのポジティブ流
量制御がなされ、油圧ポンプ１の吐出流量が増加する。
これと同時に方向切換弁１０が切り換え操作され、パイ
ロット圧力に応じてセンターバイパス絞り１１の開口面
積が減少し、メータイン絞り１０ａ又は１０ｂの開口面
積が増加し始める。そして、アクチュエータ５の負荷圧
力が検出路１４ａ又は１４ｂ、信号管路１２ｂを介して
圧力制御弁１２を閉弁するように導かれ、バネ１２ｓと
ともに閉弁方向の制御力が付与され、かつセンターバイ
パス絞り１１の出口圧力がバイパス管路１３、信号管路
１２ａを介して圧力制御弁１２を開弁するように導か
れ、開弁方向の制御力が付与され、圧力制御弁１２はセ
ンターバイパス絞り１１の出口圧力をその検出した負荷
圧力とほぼ等しくなるように制御する。したがって、油
圧ポンプ１の吐出流量は、方向切換弁１０のメータイン
絞り１０ａ又は１０ｂとセンターバイパス絞り１１との
開口面積比に応じてアクチュエータ５への流入流量とバ
イパス管路１３へのバイパス流量とに分配され、第１の
実施例と同様の効果が得られる。

【００５７】本発明の第３の実施形態を図９により説明
する。本実施形態はネガティブ流量制御するポンプ傾転
制御装置を備えた油圧駆動装置で方向切換弁が多連弁と
なったものに本発明を適用したものである。図９中、図
１に示す部材と同等の部材には同一の符号を付してい
る。

【００５８】図９において、方向切換弁１０と共に多連
弁を構成する方向切換弁１０Ａが設けられ、方向切換弁
１０Ａは油圧ポンプ１からの吐出流量の供給路３にバイ
パス管路４０を介して接続され、方向切換弁１０Ａの操
作により方向切換弁１０Ａに内蔵されるメータイン絞り
１０ａ，１０ｂの開口面積を変化させ、アクチュエータ
５Ａに供給される圧油の流量が制御される。また、方向
切換弁１０のセンターバイパス絞り１１の下流側のバイ
パス通路４ａには、方向切換弁１０Ａに内蔵され、この
方向切換弁１０Ａのストローク（切り換え量）の増加に
つれて開口面積が小さくなるように連動するセンターバ
イパス絞り１１Ａが設けられるともに、このセンターバ
イパス絞り１１Ａの下流側のバイパス管路１３に圧力制
御弁１２が設けられている。

【００５９】方向切換弁１０Ａには、方向切換弁１０と
同様、アクチュエータ５Ａの負荷圧力を導く検出路１４
ａ，１４ｂと、ドレン路１４ｃとが設けられ、方向切換
弁１０Ａの作動に応じて検出路１４ａ，１４ｂ及びドレ
ン路１４ｃのいずれかが負荷圧力導入路１７に接続され
る。一方、方向切換弁１０においては、方向切換弁１０
の作動に応じて検出路１４ａ，１４ｂ及びドレン路１４
ｃのいずれかが負荷圧力導入路１６に接続される。

【００６０】また、負荷圧力導入路１６，１７はシャト
ル弁１５を介して圧力制御弁１２の信号管路１２ｂに接
続されている。

【００６１】方向切換弁１０，１０Ａの操作によりそれ
ぞれ駆動されるアクチュエータ５，５Ａの負荷圧力は負
荷圧力導入路１６，１７を介してシャトル弁１５に導か
れ、シャトル弁１５によりそれらの高圧側の圧力（最高
負荷圧力）が選択され、この選択された負荷圧力が信号
管路１２ｂを介して圧力制御弁１２に導かれ、圧力制御
弁１２はその最高負荷圧力に基ずき動作が制御される。
このため、アクチュエータ５，５Ａのそれぞれの単独操
作時には、第１の実施形態と同様に圧力制御弁１２によ
る負荷補償が行える。また、方向切換弁１０，１０Ａの
それぞれのメータイン絞り１０ａ，１０ｂの下流側にメ
ータイン絞り１０ａ，１０ｂの前後差圧を一定に保つ圧
力補償弁（圧力制御弁）を設けることにより、アクチュ
エータ５，５Ａを同時に駆動する複合操作時には、方向
切換弁１０Ａのセンターバイパス絞り１１Ａの出口圧力
が最高負荷圧力と同じになるように制御され、高負荷圧
力側のアクチュエータに係わる方向切換弁のメータイン
絞り１０ａ又は１０ｂの前後差圧とセンターバイパス絞
り１１，１１Ａの上下流の差圧とが全てほぼ等しくなる
ので、油圧ポンプ１の吐出流量は方向切換弁１０，１０
Ａのそれぞれのメータイン絞りの開口面積とセンターバ
イパス絞り１１，１１Ａの複合開口面積（センターバイ
パス絞り１１の開口面積とセンターバイパス絞り１１Ａ
の開口面積との積）との比率に応じて複数のアクチュエ
ータへの流入流量とバイパス流量とに分配され、第１の
実施形態と同様に、方向切換弁１０，１０Ａのそれぞれ
の全ストローク領域において適切な負荷補償が行え、優
れた複合操作性が得られる。

【００６２】なお、以上の実施形態では、油圧ポンプ１
の傾転制御装置として油圧式を用いたが、電子制御式の
傾転制御装置を用いてもよく、これによっても同様の効
果が得られる。

【００６３】また、上記実施形態では、油圧ポンプ１を
可変容量形とし、油圧ポンプ１の容量を制御することで
ポンプ吐出流量を制御したが、油圧ポンプ１を固定ポン
プとし、油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数を制御
することでポンプ吐出流量を制御しても良く、このよう
な油圧駆動装置に本発明を適用しても同様の効果が得ら
れる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、オープンセンタ形の方
向切換弁を操作してアクチュエータを駆動するとき、方
向切換弁の全ストローク領域で適切な負荷補償が行え、
有効ストローク領域の広い優れた操作性が得られると共
に、方向切換弁のセンタバイパス絞りの開口面積の設定
如何に係わらず適切な負荷補償を負荷補償を容易に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による油圧駆動装置の
油圧回路図である。

【図２】方向切換弁のメータイン絞りとセンターバイパ
ス絞りのストロークに対する開口面積の関係を示す図で
ある。

【図３】ネガティブ流量制御する傾転制御装置の流量特
性を示す図である。

【図４】メータイン流量特性、バイパス流量特性及びポ
ンプ流量特性を示す図である。

【図５】従来の油圧駆動装置のメータイン流量特性を示
す図である。

【図６】他の従来の油圧駆動装置のメータイン流量特性
を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による油圧駆動装置の
油圧回路図である。

【図８】ポジティブ流量制御する傾転制御装置の流量特
性を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施形態による油圧駆動装置の
油圧回路図である。

【図１０】従来の油圧駆動装置の油圧回路図である。

【符号の説明】

１ 可変容量型油圧ポンプ ２ｎ 傾転制御手段（ネガコン制御） ２ｐ 傾転制御手段（ポジコン制御） ３ 供給路 ４ バイパス通路 ５ アクチュエータ ６ 安全弁 ７ 逆止弁 １０ 方向切換弁 １０ａ，１０ｂ メータイン絞り １１ センターバイパス絞り １２ 圧力制御弁 １２ａ，１２ｂ 信号管路 １２ｓ ばね １２ｖ 弁体 １３ バイパス管路 １４ａ，１４ｂ 検出路 １４ｃ ドレン管路 １５ シャトル弁 １６ 負荷圧導入路 １７ 負荷圧導入路 ２０ 圧力発生装置 ２１ 絞り ２２ 低圧リリーフ弁 ２３ 信号管路（ネガコン信号管路） ３０ 操作レバー装置 ３１ａ，３１ｂ パイロット管路 ３２ シャトル弁 ３３ 信号管路（ポジコン信号管路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−117409（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−81003（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−81004（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−71561（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 11/00 - 11/02 E02F 9/22

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出さ
   れる圧油によって駆動される少なくとも１つのアクチュ
   エータと、前記油圧ポンプとタンクとを連通するバイパ
   ス通路上にセンターバイパス絞りを有するオープンセン
   タ形の方向切換弁と、前記方向切換弁の操作に応じて前
   記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段とを
   備え、前記方向切換弁の操作に応じて前記油圧ポンプか
   ら前記アクチュエータに供給される圧油の流量を制御す
   る油圧駆動装置において、 前記アクチュエータの負荷圧力を検出する検出手段と、 前記バイパス通路の前記センターバイパス絞りの下流側
   に配置され、前記センターバイパス絞りの出口圧力が開
   弁方向に付与され、前記検出手段で検出された負荷圧力
   が閉弁方向に付与され、前記センターバイパス絞りの出
   口圧力を前記アクチュエータの負荷圧力と同じになるよ
   うに制御する圧力制御弁とを備えることを特徴とする油
   圧駆動装置。
2. 【請求項２】油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出さ
   れる圧油によって駆動される複数のアクチュエータと、
   前記油圧ポンプとタンクとを連通するバイパス通路に直
   列に接続され、それぞれバイパス通路上にセンターバイ
   パス絞りを有する複数のオープンセンタ形の方向切換弁
   と、前記複数の方向切換弁の操作に応じて前記油圧ポン
   プの吐出流量を制御するポンプ制御手段とを備え、前記
   複数の方向切換弁の操作に応じて前記油圧ポンプから前
   記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量をそれ
   ぞれ制御する油圧駆動装置において、 前記複数のアクチュエータのそれぞれで検出される負荷
   圧力のうち最高負荷圧力を検出する検出手段と、 前記バイパス通路における最下流のセンターバイパス絞
   りの下流側に配置され、前記最下流のセンターバイパス
   絞りの出口圧力が開弁方向に付与され、前記検出手段で
   検出された最高負荷圧力が閉弁方向に付与され、前記最
   下流のセンターバイパス絞りの出口圧力を前記最高負荷
   圧力と同じになるように制御する圧力制御弁とを備える
   ことを特徴とする油圧駆動装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の油圧駆動装置におい
   て、前記油圧ポンプは可変容量型であり、前記ポンプ制
   御手段は、前記バイパス通路の前記圧力制御弁の更に下
   流に配置され、バイパス通路の流量に応じた圧力を発生
   させる圧力発生手段と、この圧力発生装置で発生した圧
   力に応じて前記油圧ポンプの吐出容量をネガティブ流量
   制御する傾転制御手段であることを特徴とする油圧駆動
   装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２記載の油圧駆動装置におい
   て、前記油圧ポンプは可変容量型であり、前記ポンプ制
   御手段は、前記方向切換弁に対する操作手段の操作信号
   を検出する手段と、この検出手段で検出した操作信号に
   応じて前記油圧ポンプの吐出容量をポジティブ流量制御
   する傾転制御手段であることを特徴とする油圧駆動装
   置。