JP4685542B2

JP4685542B2 - 油圧駆動装置

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Publication number: JP4685542B2
Application number: JP2005232080A
Authority: JP
Inventors: 靖貴釣賀
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: JP2007046712A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に用いられる油圧駆動装置に係わり、特に、油圧ポンプの吐出圧力が複数のアクチュエータの最高負荷圧力より目標差圧だけ高くなるように制御するロードセンシング制御方式の油圧駆動装置に関する。

この種の油圧駆動装置として、例えば特開２００１−１９３７０５号公報（特許文献１）等に記載のものがある。この従来技術において、油圧ポンプ（メインポンプ）の吐出が導かれる油圧供給回路にはメインリリーフ弁とアンロード弁とが接続されている。メインリリーフ弁は一種の安全弁であり、流量制御弁動作時に、アクチュエータの負荷圧が高く、油圧供給回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）がリリーフ設定圧（例えば２５Ｍｐａ）に達すると動作し、回路圧力それ以上の上昇を防止する。アンロード弁は、主に、流量制御弁が動作していない条件（中立時）で動作し、油圧供給回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）をリリーフ設定圧より低い圧力（例えば２．０Ｍｐａ）に制限し、中立時のエネルギロスを低減する。

特開２００１−１９３７０５号公報

ロードセンシング制御方式の油圧駆動装置においては、油圧供給回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）を制限するバルブとしてメインリリーフ弁とアンロード弁の２つのバルブが設けられている。メインリリーフ弁は流量制御弁の動作時に動作して油圧回路を保護し、アンロード弁は流量制御弁の中立時（非動作時）に動作してエネルギロスを回避する。つまり、両者は同時には動作しない。

メインリリーフ弁とアンロード弁は同時には動作しないことに着目し、アンロード弁にメインリリーフ弁の機能を持たせることで両者の機能を集約することが考えられる。このようにすると、メインリリーフ弁は不要となるため、回路構成を簡略化することが可能となる。また、メイン回路のバルブ数が減るため、製作コストも低減する。しかし、メインリリーフ弁を油圧回路から削除した場合、万一、アンロード弁にメインリリーフ弁の機能を持たせるために設けた部品の故障時等のフェイルセーフ安全弁機能がなくなってしまう。

本発明の目的は、ロードセンシング制御の油圧回路において、アンロード弁がメインリリーフ弁の機能を有するとともに、フェイルセーフ安全弁機能を維持することができる油圧駆動装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、前記油圧ポンプの吐出圧力が高くなると前記油圧ポンプの吐出量（傾転）を減らす馬力制御手段及び前記油圧ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より目標ロードセンシング差圧だけ高くなるよう前記油圧ポンプの吐出量（傾転）を制御するロードセンシング制御弁とロードセンシング制御（傾転）アクチュエータを備えたロードセンシング手段とを有するポンプ吐出量制御機構と、前記複数の流量制御弁の中立時に開口して前記油圧ポンプの吐出油が導かれる油圧供給回路の吐出油をタンクに排出し、前記油圧供給回路の吐出圧を目標アンロード差圧に制御するアンロード弁とを備え、前記ロードセンシング制御弁は前記油圧ポンプ吐出圧力が導かれて前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を減少方に向作用させる受圧部と、前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力が導かれて前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を増大方向に作用させる受圧部と、前記目標ロードセンシング差圧を設定する前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を増大方向に作用させる付勢手段とを有し、前記アンロード弁は、前記油圧ポンプの吐出圧力が導かれて前記アンロード弁を開方向に作用させる第１受圧部と、前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力が導かれて前記アンロード弁を閉方向に作用させる第２受圧部と、前記目標アンロード差圧を設定する前記アンロード弁の閉方向に作用する付勢手段とを有する油圧駆動装置において、前記アンロード弁の第２受圧部に前記最高負荷圧力を導く信号圧油路と、前記信号圧油路に設けられた絞り部と、前記信号圧油路の前記絞り部と前記第２受圧部との間に設けられた信号圧リリーフ弁とを備え、前記信号圧リリーフ弁の設定圧を前記油圧供給油路を含む油圧回路の定格圧力とし、前記アンロード弁の第１受圧部の面積を第２受圧部の面積より大きく設定すると共に前記信号圧リリーフ弁が故障で不作動時に前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧力を設定し、かつ、前記アンロード弁の前記信号圧リリーフ弁が設定圧でリリーフする直前の状態と前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧力の状態とで、アンロード弁に同等のストローク（開口面積）が得られるように前記アンロード弁の第１受圧部の面積と第２受圧部の面積比率を設定したものとする。

これにより最高負荷圧力が信号圧リリーフ弁の設定圧に達すると、絞り部下流の信号圧油路の圧力はその設定圧に制限され、圧油供給油路の圧力がその設定圧にアンロード弁の目標制御差圧を加算した圧力以上になろうとすると、アンロード弁は開き、圧油供給油路の圧油をタンクにドレンする。この機能により、アクチュエータ（油圧シリンダ）がストロークエンドに達する等により、圧油供給油路を含む油圧回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）が最高負荷圧力に一致する状態で、当該回路圧は信号圧リリーフ弁の設定圧にアンロード弁の目標制御差圧を加算した圧力に制限される。

一方、万一信号圧リリーフ弁が何らかの理由（スティック等）により動作しない場合は、アンロード弁は、第１受圧部の面積を第２受圧部の面積より大きく設定すると共に前記信号圧リリーフ弁が故障で不作動時に前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧力を設定し、かつ、前記アンロード弁の前記信号圧リリーフ弁が設定圧でリリーフする直前の状態と前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧力の状態とで、アンロード弁に同等のストローク（開口面積）が得られるように前記アンロード弁の第１受圧部の面積と第２受圧部の面積比率を設定したことで、その面積比率に基づく負荷依存特性により前記の最高負荷圧力に達すると自らのスプール推力で動作して圧油供給油路の圧油（油圧ポンプの吐出油）をタンクにドレンすることが可能となり、アンロード弁は安全弁として機能することとなる。

本発明によれば、ロードセンシング制御の油圧回路において、アンロード弁がメインリリーフ弁の機能を有するとともに、信号圧リリーフ弁が故障等により動作不能になった状態でも、圧油供給油路を含む油圧回路の圧力の極端な上昇を制限することが可能となり、フェイルセーフ安全弁機能を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係わる油圧駆動装置を示す図である。

図１において、本実施の形態に係わる油圧駆動装置は、エンジン１と、このエンジン１により駆動されるメインポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ２及びパイロットポンプとしての固定容量型のパイロットポンプ３と、メインの油圧ポンプ２から吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃと、コントロールバルブ４と、油圧ポンプ２の傾転（容量）を制御するポンプ傾転制御機構１２とを備えている。

パイロットポンプ３の吐出油路３ａにはパイロットリリーフ弁（信号圧リリーフ弁）１５が設けられ、パイロットポンプ３の吐出圧力（吐出油路４ａの圧力）が一定に保持されている。

ポンプ傾転制御機構１２は、油圧ポンプ２の吐出圧力が高くなると油圧ポンプ２の傾転を減らす馬力制御傾転アクチュエータ１２ａと、油圧ポンプ２の吐出圧力が複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧力より目標差圧だけ高くなるよう油圧ポンプ２の傾転を制御（ロードセンシング制御）するＬＳ制御弁１４及びＬＳ制御傾転アクチュエータ１２ｂとを備えている。

ＬＳ制御弁１４は、油圧源ポート１４ｘがパイロットポンプ３の吐出油路１３ａに接続され、出力ポート１４ｙがＬＳ制御傾転アクチュエータ１２ｂに接続され、排出ポート１４ｚがタンクＴに接続されている。また、ＬＳ制御弁１４は、アクチュエータ１２ｂを増圧し油圧ポンプ２の傾転を減らす側に位置する受圧部１４ａと、アクチュエータ１２ｂを減圧し油圧ポンプ２の傾転を増やす側に位置する受圧部１４ｂ及びばね１４ｃとを有し、受圧部１４ａには油圧ポンプ２の吐出圧力が導かれ、受圧部１４ｂにはアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧力が導かれる。ばね１４ｃは、ロードセンシング制御の目標差圧（目標ロードセンシング差圧）を設定する。

アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃは例えば油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、旋回モータである。油圧ショベルには、その他のアクチュエータとして、左右の走行シリンダ、バケットシリンダ等が搭載されている。図１では、それらのアクチュエータと、コントロールバルブ３の対応する部分は図示を省略している。

コントロールバルブ４は、油圧ポンプ２からアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される圧油の流れを制御するバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃとインレット・アウトレットセクション４ｄとを有している。

バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ、クローズドセンタ型の複数の流量制御弁（メインスプール）４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、これら複数の流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の前後差圧を制御する複数の圧力補償弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃとを含み、バルブセクション４ａは、更に、アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの駆動時に流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの負荷ポートより取り出された負荷圧のうちの最高の圧力（最高負荷圧力）を検出して信号圧油路７に出力するシャトル弁６ａを含み、バルブセクション４ｂは、更に、アクチュエータ５ｂ，５ｃの駆動時に流量制御弁４２ｂ，４２ｃの負荷ポートより取り出された負荷圧のうちの高圧側の圧力を検出して、シャトル弁６ａに出力するシャトル弁６ｂを含んでいる。

流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃはそれぞれ図示しない操作レバーの操作により切り換え操作され、その操作レバーの操作量に応じてメータイン絞り部の開口面積が決まる。

複数の圧力補償弁４１，４１ｂ，４１ｃは、それぞれ、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の上流に設置された前置きタイプ（ビフォアオリフィスタイプ）であり、圧力補償弁４１ａは１対の対向する受圧部３１ａ，３１ｂともう１対の対向する受圧部３１ｃ，３１ｄとを有し、受圧部３１ａ，３１ｂに流量制御弁４２ａのメータイン絞り部の上流側及び下流側の圧力がそれぞれ導かれ、受圧部３１ｃ，３１ｄに油圧ポンプ２の吐出圧力と信号圧油路７に検出された最高負荷圧力とがそれぞれ導かれ、油圧ポンプの吐出圧力と最高負荷圧力との差圧を目標補償差圧として流量制御弁４２ａの前後差圧を制御する。圧力補償弁４１ｂ，４１ｃも同様に構成されている。これにより流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の前後差圧は全て同じ値になるように制御され、負荷圧の大小に係わらず、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。また、油圧ポンプ２の吐出流量が要求流量に満たないサチュレーション状態になっても、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。

コントロールバルブ４のインレット・アウトレットセクション４ｄは、油圧ポンプ２の吐出油路に至る配管に接続され、油圧ポンプ２の圧油をバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃに導く圧油供給油路８ａと、タンクＴに至る配管に接続され、バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃからの戻り油をタンクＴに排出する圧油排出油路８ｂと、制御圧ポート９ｘが圧油供給油路８ａに接続され、排出ポート９ｙが圧油排出油路８ｂに接続され、圧油供給油路８ａの圧力（油圧ポンプ２の吐出圧力）を制御するアンロード弁９と、アンロード弁９をメインのリリーフ弁として機能させるためのリリーフカット弁１３とを備えている。

アンロード弁９は閉方向作用の受圧部９ａと、開方向作用の受圧部９ｂと、閉方向作用のばね９ｃとを有している。受圧部９ａは信号圧油路１０ａを介して信号圧油路７と接続され、受圧部９ｂは信号圧油路１０ｂを介して制御圧ポート９ｘ（圧油供給油路８ａ）に接続されている。信号圧油路１０ａには絞り部１１が設置されている。アンロード弁９の受圧部９ａにはシャトル弁６ａで検出された最高負荷圧力が絞り部１１を介して導かれ、受圧部９ｂには信号圧油路１０ｂを介して制御圧ポート９ｘの圧力（圧油供給油路８ａの圧力、つまり油圧ポンプ２の吐出圧力）が導かれる。ばね９ｃはアンロード弁の目標制御差圧（目標アンロード差圧）を設定する。リリーフカット弁１３は、制御圧ポート１３ｘが信号圧油路１２を介して信号圧油路１０ａの絞り部１１と受圧部９ａとの間に接続され、排出ポート１３ｙが圧油排出油路８ｂに接続されている。リリーフカット弁１３は、閉方向作用のばね１３ａと、開方向作用の受圧部１３ｂを有し、ばね１３ａは目標リリーフカット圧を設定し、受圧部１３ｂには信号圧油路１３ｃを介して制御圧ポート１３ｘの圧力（信号圧油路１０ａの圧力；通常時は、最大負荷圧）が導かれる。

アンロード弁９のポンプ吐出圧力が導かれる受圧部９ｂの面積は最高負荷圧力が導かれる受圧部９ａの面積より大きく設定され、アンロード弁９には負荷依存特性が持たせられている。

図２はアンロード弁９の弁構造を示す断面図である。アンロード弁９はバルブハウジング５０とバルブスプール５１とを有し、バルブスプール５１はバルブハウジング５０に摺動自在に挿入されている。バルブスプール５１は、左右のランド部５１ａ，５１ｂと、中間軸部５１ｃと、左右の制御スプール部５１ｄ，５１ｅとを有し、図示左側のランド部５１ａに可変絞り部を形成するためのノッチ（切り欠き）５１ｆが形成されている。バルブハウジング５０には上記の制御圧ポート９ｘと排出ポート９ｙが形成され、制御圧ポート９ｘは中間軸部５１ｃが位置する入口室５１ｇに開口し、排出ポート９ｙは図示左側のランド部５１ａの摺動面にノッチ５１ｆに近接して開口している。また、バルブハウジング５０には環状のドレン室５１ｈ，５１ｉと受圧室５１ｊ，５１ｋと上記の制御圧油路１０ａ，１０ｂが形成され、図示左側のドレン室５１ｈにはランド部５１ａの端面と制御スプール部５１ｄが位置し、図示右側のドレン室５１ｉにはランド部５１ｂの端面と制御スプール部５１ｅが位置し、図示左側の受圧室５１ｊには制御スプール部５１ｄの端面が位置し、図示右側の受圧室５１ｋには制御スプール部５１ｅの端面が位置し、信号圧油路１０ａ，１０ｂは受圧室５１ｊ，５１ｋに開口している。制御スプール部５１ｄの端面と受圧室５１ｊは受圧部９ａを構成し、制御スプール部５１ｅの端面と受圧室５１ｋは受圧部９ｂを構成している。制御スプール部５１ｄの端面は受圧部９ａの面積を規定し、制御スプール部５１ｅの端面は受圧部９ｂの面積を規定している。前述したように、制御スプール部５１ｄの端面の面積（受圧部９ｂの面積）は制御スプール部５１ｅの端面の面積（受圧部９ａの面積）より大きく設定されている。受圧室５１ｊ内にはアンロード弁９の目標制御差圧（目標アンロード差圧）を設定するばね９ｃが配置されている。

図３は比較例として、アンロード弁に負荷依存特性を持たせない場合の油圧駆動装置を示す図１と同様な図である。図中、図１に示す部分と同等の部分には同じ符号を付している。図３に示す比較例において、コントロールバルブ４Ａのインレット・アウトレットセクション４Ａｄにアンロード弁９Ａが設けられ、アンロード弁９Ａの受圧部９Ａｂの面積は受圧部９Ａａの面積と同じである。比較例のそれ以外の部分は図１に示すものと同じである。

次に、比較例と対比しつつ本実施の形態の動作を説明する。

ＬＳ制御弁１４において、対向する受圧部１４ａ，１４ｂに導かれた油圧ポンプ２の吐出圧力と最高負荷圧力との差圧がばね１４が設定する目標ロードセンシング差圧に等しくなるように油圧ポンプ２の傾転が制御される（ロードセンシング制御）。

流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃが全て中立の状態にあるとき（非操作時）、シャトル弁６ａで検出される最高負荷圧力はタンク圧となり、アンロード弁９においては、受圧部９ａに導かれる圧力がタンク圧となるため、受圧部９ｂに導かれる油圧ポンプ２の吐出圧力をばね９ｃによるアンロード弁９のオーバライド特性により設定される圧力（目標アンロード差圧）に制御する。この圧力は、圧油供給油路８ａを含む油圧回路のリリーフ圧であるリリーフカット弁１３のばね１３ａにより設定される圧力よりはるかに低い値になるように調整されている。ここで、このときの目標アンロード差圧をＰunとし、油圧回路のリリーフ圧力（リリーフカット弁１３のばね１３ａの設定圧力）をＰｒとすると、例えばＰun＜０．１５Ｐｒである。

流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのいずれかが操作されると、シャトル弁６ａで検出される最高負荷圧力は、単独操作では、操作された流量制御弁に係わるアクチュエータの負荷圧となり、複合操作では、操作された流量制御弁に係わるアクチュエータのうちの高圧側（或いは最も高い）負荷圧となり、アンロード弁９は閉じ方向に動作し、アクチュエータ動作中は全閉或いは絞り状態（後述）となる。

この状態で、圧油供給油路８ａの圧力は、ロードセンシング制御により、最高負荷圧力よりＬＳ制御弁１４のばね１４ｃの目標ロードセンシング差圧だけ高い圧力に制御されている。つまり、圧油供給油路８ａの圧力（油圧ポンプ２の吐出圧力）をＰｓとし、最高負荷圧力をＰlmaxとし、ばね１４ｃの目標ロードセンシング差圧をＰls-refとすると、
Ｐｓ＝Ｐlmax＋Ｐls-ref
更に、最高負荷圧力Ｐlmaxがリリーフカット弁１３で設定したリリーフ圧Ｐrに達すると、絞り部１１の下流の信号圧油路１０ａの圧力はＰrに制限される。圧油供給油路８ａの圧力がそのＰrにアンロード弁９の目標制御差圧を加算した圧力以上になろうとすると、アンロード弁９は開き、圧油供給油路８ａの圧油をタンクＴにドレンする。この機能により、アクチュエータの油圧シリンダがストロークエンドに達する等により、圧油供給油路８ａを含む油圧回路の圧力（油圧ポンプ２の吐出圧力）がＰｓ＝Ｐlmaxとなる状態で、当該回路圧はリリーフカット弁１３で設定したリリーブ圧Ｐrにアンロード弁９の目標制御差圧を加算した圧力に制限される。

以上の動作は本実施の形態も比較例も同じである。リリーフカット弁１３が何らかの理由（スティック等）により動作しない場合、比較例では次のように動作する。

万一、リリーフカット弁１３が何らかの理由（スティック等）により動作しない場合は、図３に示す比較例では信号圧油路１０ａの圧力（最大負荷圧力）は制限されることなく上昇してしまう。この状態ではアンロード弁９Ａは開かず、圧油供給油路８ａの圧力（油圧ポンプ２の吐出圧力）はリリーフカット弁１３で設定したリリーフ圧Ｐr以上に上昇し、油圧機器を破損するおそれがある。

本実施の形態では、アンロード弁９の受圧室９ａ，９ｂは、それぞれ受圧面積をＡa，Ａbとすると、Ａa＜Ａbと設定している。この結果、アンロード弁９に作用する力のバランスは、ばね９ｃによる力をＦspとすると、下記のようになる。

Ｆsp＝Ａb×Ｐｓ−Ａa×Ｐlsmax
受圧室９ａ，９ｂの受圧面積の差をΔＡとすると、
Ａb＝Ａa＋ΔＡ
また、Ｐｓ＝Ｐlsmaxより、
Ｆsp＝（Ａa＋ΔＡ）×Ｐｓ−Ａa×Ｐlsmax
＝ΔＡ×Ｐlsmax（＝ΔＡ×Ｐｓ）
上式のように、アンロード弁９には、受圧部９ａ，９ｂの面積差ΔＡに圧油供給油路８ａの圧力（油圧ポンプ２の吐出圧力）を乗じた油圧力がアンロード弁９を開く方向に作用する。この力はばね９ｃのばね力Ｆspとバランスする。ここで、油圧ポンプ２の吐出圧力が上昇すると、それに従って面積差ΔＡによる油圧力が増大するため、その油圧力に対応するばね９ｃのばね力Ｆspが得られるばね変位も増大し、アンロード弁９はその変位で動作する。つまり、ばね９ｃの変位に応じて図２のノッチ５１ｆが開口する。これにより、ノッチ５１ｆの開口面積と油圧ポンプ２の吐出圧力に応じた流量の圧油がタンクＴへとドレンし、油圧ポンプ２の吐出圧力の過度の上昇を防止することができる。

次に、アンロード弁９の動作を検証する。

まず、アンロード弁９の負荷依存特性による目標制御差圧（目標アンロード差圧）の変化について検証する。

アンロード弁９に係わる諸量を次のように表す。

Ｆ：アンロード弁９のスプールに作用する力
ｘ：アンロード弁９のスプールストローク
ｋ：ばね９ｃのばね定数
Ａａ：受圧部９ａの受圧面積
Ａｂ：受圧部９ｂの受圧面積
ΔＡ：受圧部９ａと受圧部９ｂの面積差（ΔＡ＝Ａｂ−Ａａ）
ΔＰ：ポンプ吐出圧力と最大負荷圧力との差圧（ΔＰ＝Ｐｓ−Ｐlmax）
アンロード弁９の挙動の関係式は次のように表せる。

Ｆ＝ｋｘ＝ＡｂＰｓ−ＡａＰlmax
ここで、Ａｂ＝ΔＡ＋Ａａ、Ｐｓ＝Ｐlmax＋ΔＰであるため、
ｋｘ＝（ΔＡ＋Ａａ）（Ｐlmax＋ΔＰ）−ＡａＰlmax
この式を展開して、
ｋｘ＝ΔＡＰlmax＋（ΔＡ＋Ａａ）ΔＰ …（１）
本来、負荷依存特性を持たないアンロード弁では、上記（１）式でΔＡ＝０であるため、
ｋｘ＝ＡａΔＰ
として、ばね定数ｋにより差圧ΔＰは制御される。これに対し、本発明では、差圧ΔＰは（１）式より、
ΔＰ＝（１／ΔＡ＋Ａａ）（ｋｘ−ΔＡＰlmax）
として定義される。これは、最高負荷圧力Ｐlmaxによってアンロード弁９の制御差圧ΔＰが変化することを意味し、最高負荷圧力Ｐlmaxの上昇により、見かけのアンロード弁制御差圧を設定するばね９ｃのばね定数が低下したことになる。

次に、アンロード弁９に負荷依存特性を持たせたことによるアンロード弁としての制御機能への影響について検討する。

リリーフカット弁１３がリリーフ直前の状態を条件１とし、リリーフカット弁１３が何らかの理由により動作せず、アンロード弁９が安全弁として機能するときの状態を条件２とし、それぞれの状態でのアンロード弁の挙動を考える。

＜条件１＞
リリーフカット弁１３のばね１３ａによるリリーフ設定圧をＰRとすると、リリーフ直前ではＰlmax≒ＰRであるため、上記（１）式は下記のようになる。

Ｆ１＝ｋｘ１＝ΔＡＰR＋（ΔＡ＋Ａａ）ΔＰ …（２）
＜条件２＞
例えば油圧アクチュエータ５ａ，５ｂがストロークエンドに達すると、流量制御弁４２ａ、４２ｂの通過流量がなくなり、メータイン絞りでの圧損が０となるため、Ｐｓ＝Ｐlmaxとなる。よって、ΔＰ＝０となるため、上記（１）式は下記のようになる。

Ｆ２＝ｋｘ２＝ΔＡＰlmax＋（ΔＡ＋Ａａ）×０
＝ΔＡＰlmax …（３）
条件１と条件２でアンロード弁９に同等の開口面積（＝ストローク）が得られると仮定すると、Ｆ１＝Ｆ２より、
ΔＡＰR＋（ΔＡ＋Ａａ）ΔＰ＝ΔＡＰlmax
ΔＡ（Ｐlmax−ＰR）＝（ΔＡ＋Ａａ）ΔＰ
（ΔＡ＋Ａａ）／ΔＡ＝（Ｐlmax−ＰR）／ΔＰ …（４）
ここで、具体的に数値を下記のように与える。

ΔＰ＝ＰGR（目標ロードセンシング差圧）＝２０（ｋｇｆ／ｃｍ^２）
ＰR＝２３０（ｋｇｆ／ｃｍ^２）
Ｐlmax＝５００（ｋｇｆ／ｃｍ^２）
Ｐlmax＝５００（ｋｇｆ／ｃｍ^２）は、リリーフカット弁１３が何らかの理由により動作せず、アンロード弁９が安全弁として機能するときの最高負荷圧力（≒油圧ポンプ２の吐出圧力）である。これらの数値を上記（４）式の右辺に代入すると、
（ΔＡ＋Ａａ）／ΔＡ＝（Ｐlmax−ＰR）／ΔＰ
＝（５００−２３０）／２０＝１３．５
よって、下記の関係が得られる。

Ａａ：Ａｂ＝１２．５：１３．５＝２５：２７
つまり、受圧部９ａの受圧面積Ａａと受圧部９ｂの受圧面積Ａｂの比率を２５：２７にすれば、万一、リリーフカット弁１３が何らかの理由により動作しない場合でも、アンロード弁９の負荷依存特性により油圧ポンプ２の吐出圧力の上限は５００ｋｇｆ／ｃｍ^２に制限される。

図４は、条件１及び条件２で仮定した開口面積におけるアンロード弁９の流量特性を示す図である。図４の横軸はアンロード弁９からタンクＴへと流れる流量（アンロード流量）であり、縦軸は油圧ポンプ２の吐出圧力である。また、条件１及び条件２では、馬力制御傾転アクチュエータ１２ａによる馬力制御のため、油圧ポンプ２の最大吐出流量は、それぞれ、例えば３０Ｌ／min、１５Ｌ／minに制限されているものとする。

条件１では、最大負荷圧ＰlmaxがＰlmax≒ＰR＝２３０ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、ΔＰ＝２０ｋｇｆ／ｃｍ^２であるため、油圧ポンプ２の吐出圧力は２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝２５．０Ｍｐａ）であり、このときのアンロード流量は１０．６Ｌ／minである。条件２では、油圧ポンプ２の吐出圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ^２（５０．０Ｍｐａ）であり、このときのアンロード流量は１５Ｌ／minである。つまり、条件１では、油圧ポンプ２の吐出流量の約１／３がアンロードし、条件２では、油圧ポンプ２の吐出流量の全量がアンロードする。

条件１において、油圧ポンプ２の吐出流量の約１／３がアンロードするということは、その分が無駄に消費されることを意味する。しかし、高負荷領域の作業では、速度よりも力を要求される場合が多く、油圧ポンプ２の吐出流量の約２／３がアクチュエータに供給されれば、高負荷領域での作業を支障なく行うことができる場合が多いと考えられる。

一方、アンロード弁９は負荷依存特性を有し、油圧ポンプ２の吐出流量の一部がアンロードするということは、アンロード弁９がブリード弁として機能することを意味する。つまり、面積比を２５：２７と設定した場合、アンロード弁の負荷依存特性によりアンロード弁９の開口面積とアンロード流量は次のように変化する。油圧ポンプ２の吐出圧力Ｐｓが低圧時は、アンロード弁９は全閉し、ポンプ吐出圧力Ｐｓがある圧力まで上昇するとアンロド弁９は開き始め、その後、ポンプ吐出圧力Ｐｓの上昇と共にアンロード弁９の開口面積は増加し、Ｐｓ＝２５Ｍｐａで条件１の開口面積になる。また、それに対応してアンロード流量も変化し、油圧ポンプ２の吐出圧力Ｐｓが低圧時は、アンロード流量は０であり、アンロード弁９が開き始めるとアンロード流量も流れ始め、その後、ポンプ吐出圧力Ｐｓの上昇と共にアンロード流量は増加し、Ｐｓ＝２５Ｍｐａの条件１でアンロード流量は１０．６Ｌ／ｍｉｎになる。

このようにアンロード弁９が動作する結果、アンロード弁９はオープンセンタタイプの流量制御弁におけるセンタバイパス絞りのブリード機能と類似の機能を果たすこととなり、この機能によりロードセンシング制御時の圧力変動を抑制し、操作性を向上することができるという付加的効果も得られる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。例えば、上記実施の形態では、圧力補償弁４１，４１ｂ，４１ｃは、それぞれ、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の上流に設置された前置きタイプ（ビフォアオリフィスタイプ）としたが、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の下流側に設置され、メータイン絞り部の下流側の圧力を最高負荷圧と同じになるように制御することでメータイン絞り部の前後差圧を同じに制御する後置きタイプ（アフターオリフィスタイプ）であってもよい。また、ポンプ傾転制御機構１２はＬＳ制御弁１４及びＬＳ制御傾転アクチュエータ１２ｂにより油圧的に構成したが、圧力センサと、コントローラと、電磁弁とで電気油圧的に構成してもよい。この場合、油圧ポンプの吐出圧と最高負荷圧を圧力センサで検出し、その検出値をコントローラに入力してコントローラにより電磁弁を制御することにより、油圧ポンプ２の吐出圧と複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧との差圧が目標ロードセンシング差圧に保たれるよう油圧ポンプ２の傾転量を制御することができる。

本発明の一実施の形態による油圧駆動装置を示す図である。負荷依存特性を持つアンロード弁の構造を示す断面図である。比較例として、アンロード弁に負荷依存特性を持たせない場合の油圧駆動装置を示す図１と同様な図である。条件１及び条件２で仮定した開口面積におけるアンロード弁９の流量特性を示す図である。

符号の説明

１エンジン
２油圧ポンプ（メインポンプ）
３油圧ポンプ（パイロットポンプ）
４コントロールバルブ
４ａ，４ｂ，４ｃバルブセクション
４ｄインレット・アウトレットセクション
５ａ，５ｂ，５ｃアクチュエータ
６ａ，６ｂシャトル弁
７信号ライン
８ａ圧油供給油路
９アンロード弁
９ａ，９ｂ受圧部
９ｃばね
９ｘ制御圧ポート
９ｙ排出ポート
１０ａ，１０ｂ信号圧油路
１１絞り部
１２ポンプ傾転制御機構
１２ａ馬力制御傾転アクチュエータ
１２ｂＬＳ制御傾転アクチュエータ
１３リリーフカット弁（信号圧リリーフ弁）
１３ａばね
１３ｂ受圧部
１３ｃ信号圧油路
１３ｘ制御圧ポート
１３ｙ排出ポート
１４ＬＳ制御弁
１５パイロットリリーフ弁
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ圧力補償弁
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ流量制御弁

Claims

可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧力が高くなると前記油圧ポンプの吐出量（傾転）を減らす馬力制御手段及び前記油圧ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より目標ロードセンシング差圧だけ高くなるよう前記油圧ポンプの吐出量（傾転）を制御するロードセンシング制御弁とロードセンシング制御（傾転）アクチュエータを備えたロードセンシング手段とを有するポンプ吐出量制御機構と、
前記複数の流量制御弁の中立時に開口して前記油圧ポンプの吐出油が導かれる油圧供給回路の吐出油をタンクに排出し、前記油圧供給回路の吐出圧を目標アンロード差圧に制御するアンロード弁とを備え、
前記ロードセンシング制御弁は前記油圧ポンプ吐出圧力が導かれて前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を減少方向に作用させる受圧部と、前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力が導かれて前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を増大方向に作用させる受圧部と、前記目標ロードセンシング差圧を設定する前記油圧ポンプ吐出量（傾転）を増大方向に作用させる付勢手段とを有し、
前記アンロード弁は、前記油圧ポンプの吐出圧力が導かれて前記アンロード弁を開方向に作用させる第１受圧部と、前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力が導かれて前記アンロード弁を閉方向に作用させる第２受圧部と、前記目標アンロード差圧を設定する前記アンロード弁の閉方向に作用する付勢手段とを有する油圧駆動装置において、
前記アンロード弁の第２受圧部に前記最高負荷圧力を導く信号圧油路と、前記信号圧油路に設けられた絞り部と、前記信号圧油路の前記絞り部と前記第２受圧部との間に設けられた信号圧リリーフ弁とを備え、
前記信号圧リリーフ弁の設定圧を前記油圧供給油路を含む油圧回路の定格圧力とし、
前記アンロード弁の第１受圧部の面積を第２受圧部の面積より大きく設定すると共に前記信号圧リリーフ弁が故障で不作動時に前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧を設定し、かつ、前記アンロード弁の前記信号圧リリーフ弁が設定圧でリリーフする直前の状態と前記アンロード弁が安全弁として機能する最高負荷圧力の状態とで、アンロード弁に同等のストローク（開口面積）が得られるように前記アンロード弁の第１受圧部の面積と第２受圧部の面積比率を設定したことを特徴とする油圧駆動装置。