JP6282941B2

JP6282941B2 - 作業機械の油圧駆動装置

Info

Publication number: JP6282941B2
Application number: JP2014119688A
Authority: JP
Inventors: 菅野　直紀; 直紀菅野; 直人堀
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-06-10
Also published as: JP2015232374A

Description

本発明は、クレーン等の作業機械において吊り荷等の負荷をその自重落下方向と同じ方向に移動させるための油圧駆動装置に関する。

従来、負荷をその自重落下方向と同じ方向に移動させるための装置、例えば吊り荷をワイヤによって吊るウインチを巻下げ方向に駆動するための巻下げ駆動装置、として、特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、前記ウインチを駆動するための油圧モータと、この油圧モータに作動油を供給するための油圧ポンプと、前記油圧モータのメータアウト回路に設けられるカウンタバランス弁と、を備える。前記カウンタバランス弁は、前記油圧モータの入口ポートに導入される作動油の圧力であるメータイン圧を受けて開閉作動する。具体的には、当該メータイン圧が予め設定された設定圧以下に下がった場合にのみ前記メータアウト回路を遮断することにより、当該メータイン圧を当該設定圧に保持する機能を有する。

特開平７−１７６８８号公報

前記従来の油圧駆動装置において、前記カウンタバランス弁による制御を有効にすべく十分なメータイン圧を確保しかつ前記油圧モータに十分な流量（メータイン流量）で作動油を供給するためには、前記油圧ポンプが吐出する作動油の流量であるポンプ流量を、前記油圧モータを流れる作動油の流量であるモータ流量よりも大きな流量にしなければならない。従って、当該油圧ポンプの駆動に求められる必要動力が大きい。

本発明は、油圧ポンプ及びこの油圧ポンプが吐出する作動油の供給により駆動されて負荷を下げ方向に移動させる油圧モータを備えた作業機械の油圧駆動装置であって、十分なモータ流量を確保しながら前記油圧ポンプの必要動力を低減して省エネルギー化を図ることが可能なものを提供することを目的とする。

前記目的を達成する手段として、本発明者らは、前記油圧モータのメータアウト流路を流れる作動油の一部をメータイン流路に還元して油圧ポンプが吐出する作動油と合流させることにより、当該油圧ポンプに求められる吐出流量すなわちポンプ流量を低減し、これにより当該油圧ポンプの必要動力を低減することに想到した。さらに本発明者らは、メータイン圧を確保するためのカウンタバランス弁が有する機能すなわち当該メータイン圧を予め設定された設定圧に保つ機能を利用することにより、前記再生流路を通じての作動油の再生を確実に行わせる手段に想到するに至った。

具体的に、本発明が提供するのは、油圧を利用して負荷をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させるための作業機械の油圧駆動装置であって、油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動して作動油を吐出させるための動力源と、入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記出口ポートから作動油を排出することにより前記負荷を前記下げ方向に移動させるように作動する油圧モータと、前記負荷を下げ方向に移動させるときに前記油圧ポンプから前記油圧モータの入口ポートに作動油を導くためのメータイン流路と、前記負荷を前記下げ方向に移動させるときに前記油圧モータの出口ポートから排出された作動油をタンクに導くためのメータアウト流路と、前記負荷の移動速度を指定するための操作を受け、その操作に応じた操作信号を出力する操作装置と、前記メータイン流路に設けられ、前記操作装置からの前記操作信号の入力に応じて開口面積が変化するように開閉作動するメータイン絞り弁と、このメータイン絞り弁の前後差圧を予め設定されたメータイン設定差圧に保つように開閉作動するメータイン流量調節弁と、前記メータアウト流路に設けられ、前記油圧モータの入口ポートに導入される作動油の圧力であるメータイン圧を予め設定された設定圧に保つように開閉作動するカウンタバランス弁と、前記カウンタバランス弁から流出する前記メータアウト流路内の作動油の一部を前記メータイン流路における前記メータイン絞り弁及び前記メータイン流量調節弁の上流側に還元して前記油圧ポンプから吐出される作動油と合流させるように前記メータアウト流路及び前記メータイン流路に接続される再生流路と、前記メータアウト流路において前記メータアウト流路と前記再生流路との接続部位よりも下流側の部位に設けられる絞り弁であって前記再生流路に前記作動油を流すための背圧を発生させるととともに前記操作装置から出力される操作信号に応じて開口面積が変化するように開閉作動する背圧用絞り弁と、を備える。そして、前記油圧モータを流れる作動油の流量であって前記メータイン絞り弁の開口面積及び前記メータイン設定差圧により推定されるモータ流量が、前記操作装置の操作信号にかかわらず、前記背圧用絞り弁を流れる作動油の流量であって前記背圧用絞り弁の開口面積と前記メータイン設定差圧と前記カウンタバランス弁の設定圧とにより推定されるタンク戻り流量よりも大きくなるように、前記操作信号に対する前記メータイン絞り弁の開口面積の特性及び前記操作信号に対する前記背圧用絞り弁の開口面積の特性が設定されている。

この装置によれば、再生流路を流れる作動油が油圧ポンプから吐出される作動油と合流することにより、当該油圧ポンプから吐出される作動油の流量であるポンプ流量を抑えながら油圧モータに十分な流量でもって作動油を供給することができる。ここで、前記再生流路を流れる作動油の流量である再生流量は前記モータ流量から前記タンク戻り流量を差し引いた流量に相当するため、前記操作装置が出力する操作信号にかかわらず前記モータ流量が前記タンク戻り流量を上回るように当該操作信号に対する前記メータイン絞り弁及び前記背圧用絞り弁の開口面積の特性がそれぞれ設定されることにより、前記操作信号にかかわらず前記再生流量を確保することができる。

この「操作信号にかかわらず前記モータ流量が前記タンク戻り流量を上回るように当該操作信号に対する前記メータイン絞り弁及び前記背圧用絞り弁の開口面積の特性をそれぞれ設定すること」は、前記カウンタバランス弁がメータイン圧を予め設定された設定圧に保持する機能と、前記メータイン流量調節弁が前記メータイン絞り弁の前後差圧を予め設定されたメータイン設定差圧に保つ機能と、を利用することによって、可能である。具体的に、前記操作信号に対応する前記背圧用絞り弁の開口面積をＡｔ、前記メータイン絞り弁の開口面積をＡｍｉ、前記メータイン設定差圧をＰｆ、前記カウンタバランス弁の設定圧をＰｃとすると、前記操作信号にかかわらず例えば次の関係式が成立するように当該操作信号に対する前記各開口面積Ａｔ，Ａｍｉの特性を設定することにより、前記再生流量の確保が可能となる。

[数１]
Ａｔ＜Ｋ・Ａｍｉ；Ｋ^２＝Ｐｆ／（Ｐｆ＋Ｐｃ）（Ｋ＜１）

以上のように、本発明によれば、油圧ポンプ及びこの油圧ポンプが吐出する作動油の供給により駆動されて負荷を下げ方向に移動させる油圧モータを備えた作業機械の油圧駆動装置であって、前記油圧モータについて十分なメータイン圧及びメータイン流量を確保しながら前記油圧ポンプの必要動力を低減して省エネルギー化を図ることが可能なものを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。従来の油圧駆動装置におけるポンプ流量及びモータ流量の特性を示すグラフである。図１に示される油圧駆動装置における操作信号に対するポンプ流量、モータ流量及びタンク戻り流量の特性を示すグラフである。図１に示される油圧駆動装置における操作信号に対するメータイン絞り弁及び背圧用絞り弁の開口面積の特性をそれぞれ示すグラフである。図１に示される油圧駆動装置における操作信号に対するメータイン圧、メータイン絞り弁の上流圧及びカウンタバランス弁の上流圧の特性を示すグラフである。図１に示される油圧駆動装置に中立遮断弁が付加された例を示す回路図である。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、前記実施の形態に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。この装置は、エンジン１と、油圧ポンプ２と、油圧アクチュエータである油圧モータ４と、操作装置と、メータイン流路１０と、メータアウト流路２０と、再生流路３０と、メータイン流量制御器１２と、カウンタバランス弁２５と、背圧用絞り弁２３と、を備える。

前記エンジン１は、前記油圧ポンプ２の動力源である。前記油圧ポンプ２は、前記エンジン１により駆動され、これによりタンクＴ内の作動油を吐出する。

前記油圧モータ４は、本発明に係る油圧モータの一例であり、ウインチドラム５を有するウインチ装置に組み込まれ、当該ウインチドラム５を特定方向に正逆両方向に回転させることで負荷である吊り荷７を昇降させる。具体的に、この油圧モータ４は、第１ポート４ａと第２ポート４ｂとを有し、前記第１ポート４ａに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム５を巻下げ方向すなわち前記吊り荷７をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させる方向に回転させて当該作動油を前記第２ポート４ｂから排出する一方、前記第２ポート４ｂに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム５を巻上げ方向すなわち前記吊り荷７を上昇させる方向に回転させて当該作動油を前記第１ポート４ａから排出する。ただし、図１では、図示の簡略化のため、本発明の対象である下げ方向の油圧モータ４の駆動、すなわち前記吊り荷７を降下させるための巻下げ駆動、に関する回路のみを示している。換言すれば、図１は、油圧モータ４を正逆両方向に回転させるための油圧回路のうち前記油圧モータ４の第１ポート４ａに作動油を供給して第２ポート４ｂから排出される作動油をタンクＴに戻すための流路のみを示している。

図１に示す回路において、実際に前記油圧モータ４を正逆両方向に回すためには、当該油圧モータ４と前記油圧ポンプ２との間に例えば方向切換弁からなるコントロールバルブが介在し、このコントロールバルブが油圧ポンプ２を油圧モータ４の第１ポート４ａに接続する流路と第２ポート４ｂに接続する流路との間での切換を行うものであればよい。ただし、本発明では、油圧モータが正逆両方向に駆動されるものに限定されず、負荷を下げ方向に移動させる方向にのみ駆動されるものであってもよい。

前記メータイン流路１０は、前記巻下げ駆動時において前記油圧ポンプ２から吐出される作動油を前記油圧モータ４に供給するための流路であり、具体的には当該油圧ポンプ２の吐出口から当該油圧モータ４の第１ポート４ａに至る。前記メータアウト流路２０は、前記巻下げ駆動時において前記油圧モータ４の第２ポート４ｂから排出される作動油をタンクＴに戻すための流路であり、具体的には当該油圧モータ４の第２ポート４ｂからタンクＴに至る。

前記操作装置は、前記吊り荷７の下げ方向の移動速度を指定するための操作を受けるとともに、その操作に応じて増大する操作信号を出力するものであり、この実施の形態では、図略のパイロット油圧源と、リモコン弁６と、を有する。リモコン弁６は、回動操作を受けるレバー６ａと、このレバー６ａに連結された弁本体６ｂと、を有する。この弁本体６ｂは、前記パイロット油圧源に接続され、前記操作信号として、前記レバー６ａの操作量に応じた大きさのパイロット圧をもつ油圧信号であるパイロット信号を出力する。このパイロット信号は前記メータイン流量制御器１２及び背圧用絞り弁２３にそれぞれパイロットライン１６，２６を通じて入力される。

前記メータイン流量制御器１２は、前記メータイン流路１０の途中に設けられ、当該メータイン流路１０を通じて前記油圧モータ４に導入される作動油の流量であるメータイン流量Ｑｉｎを制御する。このメータイン流量Ｑｉｎは、油圧モータ４を流れるモータ流量Ｑｍに相当する。

このメータイン流量制御器１２は、メータイン絞り弁１３と、メータイン流量調節弁１４と、を有する。

前記メータイン絞り弁１３は、前記リモコン弁６から前記パイロットライン１６を通じて入力されるパイロット信号のパイロット圧によって開口面積が変化する可変絞り弁により構成される。具体的に、メータイン絞り弁１３は、前記パイロット信号の入力がない場合にはバネによって閉位置すなわちメータイン流路１０を遮断する位置に保持される一方、前記パイロット信号が入力されるとそのパイロット圧の大きさに応じて開口面積が増大するように開弁し、メータイン流路１０での作動油の流通を許容する。すなわち、メータイン絞り弁１３は、前記リモコン弁６におけるレバー６ａが巻下げ駆動のための方向に操作されるのに従って当該メータイン絞り弁１３の開口面積が増大するように開口し、より大きな流量での作動油の流通を許容する。

メータイン流量調節弁１４は、前記メータイン流路１０における前記メータイン絞り弁１３の上流側の部位からタンクＴに至るブリードオフ流路の途中に設けられ、このブリードオフ流路の流量を変化させるように開閉作動することにより、メータイン流量Ｑｉｎの制御を可能にする。このメータイン流量調節弁１４は、前記メータイン絞り弁１３の上流側の圧力と下流側の圧力の差、つまりメータイン絞り弁１３の前後差圧ΔＰｉｎ、を予め設定されたメータイン設定差圧Ｐｆに保つように開閉動作する。具体的に、当該メータイン流量調節弁１４には、前記メータイン絞り弁１３の上流側の圧力及び下流側の圧力が互いに反対の側から導入され、そのバランスによってメータイン流量調節弁１４の開口面積ひいてはメータイン流量Ｑｉｎが決定される。

なお、前記油圧駆動装置が前記のような油圧モータ４の駆動方向の切換のためのコントロールバルブを備える場合、前記メータイン絞り弁１３は当該コントロールバルブ内に組み込まれてもよい。

前記カウンタバランス弁２５は、前記メータアウト流路２０に設けられ、前記油圧モータ４の入口ポート４ａに導入される作動油の圧力であるメータイン圧を予め設定された設定圧に保つように開閉作動する。具体的に、当該カウンタバランス弁２５には、これを閉弁状態に保持する方向の付勢力がバネによって与えられるとともに、前記メータイン流路１０における前記メータイン絞り弁１３の下流側に設定された計測点１５における圧力が前記バネと反対の側に導入され、当該圧力すなわちメータイン圧が予め設定された設定圧Ｐｃを上回る場合のみカウンタバランス弁２５が開弁する。換言すれば、カウンタバランス弁２５は、前記メータイン圧が前記設定圧Ｐｃ以下の場合にのみ閉弁し、これにより当該メータイン圧を当該設定圧Ｐｃに保持する。

前記再生流路３０は、前記カウンタバランス弁２５から流出する作動油であって前記メータアウト流路２０を通じてタンクＴに戻される作動油の一部を前記メータイン流路１０における前記メータイン絞り１３の上流側に還元するための流路である。この再生流路３０は、前記メータアウト流路２０において前記カウンタバランス弁２５の下流側の部分に接続される入口端と、前記メータイン流路１０において前記メータイン絞り弁１３を含む前記メータイン流量制御器１２の上流側の部分に接続される出口端と、を有する。この再生流路３０の途中にはチェック弁３２が設けられ、このチェック弁３２は前記メータイン流路１０から前記メータアウト流路２０への作動油の逆流を阻止する。

前記背圧用絞り弁２３は、前記メータアウト流路２０と前記再生流路３０との接続点３４よりも下流側の流路すなわち前記接続点３４からタンクＴに至るタンク流路３６に設けられ、前記接続点３４から前記再生流路３０への作動油の流れを確保するための背圧を前記タンクＴの上流側に発生させるとともに、前記タンクＴに戻る作動油の流量を変化させる機能を有する。すなわち、この背圧用絞り弁２３は、前記リモコン弁６から前記パイロットライン２６を通じて入力されるパイロット信号のパイロット圧によって開口面積が変化する可変絞り弁により構成される。具体的に、背圧用絞り弁２３は、前記パイロット信号の入力がない場合にはバネによって閉位置すなわちメータアウト流路２０を遮断する位置に保持される一方、前記パイロット信号が入力されるとそのパイロット圧の大きさに応じて開口面積が増大するように開弁し、メータアウト流路２０での作動油の流通を許容する。このように、背圧用絞り弁２３は、前記リモコン弁６におけるレバー６ａが巻下げ駆動のための方向に操作されるのに従って当該背圧用絞り弁２３の開口面積が増大するように開弁し、より大きな戻り流量での作動油の流通を許容する。

この装置において、操作装置を構成するリモコン弁６のレバー６ａが操作されると、その操作量に応じた大きさのパイロット圧をもつパイロット信号すなわち操作信号がパイロットライン１６を通じてメータイン流量制御器１２のメータイン絞り弁１３に入力され、そのパイロット圧の大きさに応じた開口面積でメータイン絞り弁１３が開弁する。当該メータイン流量制御器１２のメータイン流量調節弁１４は、前記メータイン絞り弁１３の上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧ΔＰｉｎを予め設定されたメータイン設定差圧Ｐｆに保つように開閉動作する。こうして、前記メータイン絞り弁１３から前記油圧モータ４の入口ポート４ａに導入される作動油の流量すなわちメータイン流量Ｑｍｉが前記パイロット信号に対応した流量に制御される。油圧モータ４は当該メータイン流量Ｑｍｉに対応した速度で回転し、これによりウインチドラム５を巻下げ方向に駆動して吊り荷７を降下させる。

前記油圧モータ４の第２ポート４ｂから排出される作動油はカウンタバランス弁２５を流れるが、当該カウンタバランス弁２５は、前記第１ポート４ａに導入される作動油の圧力であるメータイン圧が設定圧に満たない場合にのみ閉弁することによりメータイン圧を前記設定圧に保持する。

前記カウンタバランス弁２５から流出する作動油は背圧用絞り弁２３を通じてタンクＴに戻るが、この背圧用絞り弁２３の開口面積は前記パイロット圧の大きさに対応した開口面積に制限される。従って、当該背圧用絞り弁２３はその絞り作用によってタンク圧よりも高い背圧を生成する。この背圧が油圧ポンプ２の吐出圧であるポンプ圧まで確保されれば、前記作動油の一部は再生流路３０を流れて前記メータイン流路１０に還元され、油圧ポンプ２から吐出される作動油に合流することができる。この作動油の還元及び合流は、必要なポンプ流量Ｑｐすなわち油圧ポンプ２から吐出される作動油の流量を低くすることを可能にし、これにより、油圧ポンプ２を駆動するための必要動力を低減して省エネルギー化を可能にする。

前記再生流路３０を持たない従来回路の場合、メータイン流量制御器１２によるメータイン流量Ｑｉｎの制御を可能にするためには、前記ポンプ流量Ｑｐは例えば図２に示すように前記モータ流量Ｑｍよりも高い流量に維持される必要がある。これに対して前記再生流路３０を通じての作動油の還元が行われると、その還元される作動油の流量すなわち再生流量Ｑｒｃの分だけポンプ流量を削減しながら十分なモータ流量Ｑｍを確保することが可能になり、例えば図３に示すように、当該ポンプ流量Ｑｐを当該モータ流量Ｑｍよりも小さい流量に設定することが可能になる。

このような再生流量Ｑｒｃを確実に発生させるには、つまりＱｒｃ＞０とするには、前記リモコン弁６が出力するパイロット信号のパイロット圧にかかわらず前記モータ流量Ｑｍ（＝Ｑｍｉ）が前記タンク流路３６における流量であるタンク戻り流量Ｑｔを上回るように当該パイロット圧に対する前記メータイン絞り弁１３の開口面積Ａｍｉ及び前記背圧用絞り弁２３の開口面積Ａｔの特性がそれぞれ設定されればよい。例えば図４に示すように両開口面積Ａｍｉ，Ａｔの特性が設定されればよい。前記再生流量Ｑｒｃは前記モータ流量Ｑｍすなわち前記メータイン流量Ｑｍｉから前記タンク戻り流量Ｑｔを差し引いた流量（＝Ｑｍｉ−Ｑｔ）に相当するため、前記の特性の設定により前記再生流量Ｑｒｃを確保することができる。

ここで、「前記パイロット圧にかかわらず前記モータ流量Ｑｍ（＝メータイン流量Ｑｉｎ）が前記タンク戻り流量Ｑｔを上回るように当該パイロット圧に対する前記メータイン絞り弁及び前記背圧用絞り弁の開口面積の特性をそれぞれ設定すること」は、前記カウンタバランス弁２５が前記メータイン圧Ｐｉｎを予め設定された設定圧Ｐｃに保持する機能と、前記メータイン流量調節弁１４が前記メータイン絞り弁１３の前後差圧ΔＰｉｎを予め設定されたメータイン設定差圧Ｐｆに保つ機能と、を利用することによって、可能である。すなわち、前記モータ流量Ｑｍは前記メータイン絞り弁１３の開口面積Ａｍｉ及び前記メータイン設定差圧Ｐｆにより推定可能であり、前記タンク戻り流量Ｑｔは前記背圧用絞り弁２３の開口面積Ａｔと前記メータイン設定差圧Ｐｆと前記カウンタバランス弁２５の設定圧Ｐｃとにより推定可能であり、これらの推定に基いて、前記の条件を満たすような各開口面積Ａｍｉ，Ａｔの特性の設定ができる。

具体的には、次の式（１）が成立するように前記パイロット圧に対する前記各開口面積Ａｔ，Ａｍｉの特性が設定されればよい。

[数２]
Ａｔ＜Ｋ・Ａｍｉ；Ｋ^２＝Ｐｆ／（Ｐｆ＋Ｐｃ）（∴Ｋ＜１） …（１）

その理由は以下のとおりである。既述のように前記再生流路３０における作動油の流量である再生流路Ｑｒｃは、油圧モータ４から排出される作動油の流量、すなわちモータ流量Ｑｍ、からタンク戻り流量Ｑｔを差し引いた流量に相当するので、Ｑｒｃ＞０とするには次の関係式を満たせばよい。

[数３]
Ｑｒｃ＝Ｑｍ−Ｑｔ＞０ …（２）

ここで、前記モータ流量Ｑｍは、前記メータイン流量Ｑｍｉに等しいので、前記作動油の流量係数をＣｖとすると次式で表される。

[数４]
Ｑｍ＝Ｑｍｉ＝Ｃｖ・Ａｍｉ・√Ｐｆ …（３）

一方、前記タンク戻り流量Ｑｔすなわち前記再生用絞り弁２３を流れる作動油の流量は、当該再生用絞り弁２３の前後差圧をΔＰｔとすると次式で表される。

[数５]
Ｑｔ＝Ｃｖ・Ａｔ・√ΔＰｔ …（４）

ここで、前記再生用絞り弁２３の前後差圧ΔＰｔは、ゲージ圧にして前記再生用絞り弁２３の上流側圧力に等しく、しかも、再生流量Ｑｒｃが発生している場合はチェック弁３２が開いているので、当該前後差圧ΔＰｔはポンプ圧Ｐｐに等しいとみなすことができる。すなわち、

[数６]
Ｑｔ＝Ｃｖ・Ａｔ・√Ｐｐ …（５）

式（３）及び（５）を式（２）に代入して変形すると次式が得られる。

[数７]
Ａｔ＜（√Ｐｆ／√Ｐｐ）Ａｍｉ …（６）

ここで、前記メータイン圧Ｐｉｎすなわち油圧モータ４の第１ポート４ａに導入される作動油の圧力は、ポンプ圧Ｐｐからメータイン絞り弁１３の前後差圧ΔＰｉｎを差し引いた圧力（＝Ｐｐ−ΔＰｉ）であり、しかも、当該メータイン圧Ｐｉｎは前記カウンタバランス弁２５によってその設定圧Ｐｃに保たれ、当該前後差圧ΔＰｉｎはメータイン流量調節弁１４によってメータイン設定差圧Ｐｆに保たれるから、前記ポンプ圧Ｐｐは次式で表すことができる。

Ｐｐ＝Ｐｉｎ＋ΔＰｉｎ＝Ｐｃ＋Ｐｆ …（７）

この式（７）を式（６）に代入することにより、前記式（１）を得ることができる。

なお、図１に示す回路において、前記カウンタバランス弁２５の上流側の圧力（吊り荷７を保持するための保持圧）、前記背圧用絞り弁２３の上流側の圧力（≒ポンプ圧Ｐｐ）及びメータイン圧Ｐｉｎ（≒Ｐｃ）は、例えば図５に示すようになる。

以上のように、この装置によれば、カウンタバランス弁２５がメータイン圧Ｐｉｎを設定圧Ｐｃに制御する機能、及び、メータイン流量調節弁１４がメータイン絞り弁１３の前後差圧ΔＰｉｎをメータイン設定差圧Ｐｆに制御する機能を利用することにより、リモコン弁６が出力するパイロット信号のパイロット圧にかかわらず背圧用絞り弁２３の生成する背圧によって再生流路３０を作動油が流れるように前記パイロット圧に対するメータイン絞り弁１３及び背圧用絞り弁２３の開口面積Ａｍｉ，Ａｔの特性を設定することが可能であり、これにより、必要なポンプ流量Ｑｐを低減して省エネルギー化を図ることができる。しかも、ポンプ流量Ｑｐと再生流量Ｑｒｃとの和をメータイン流量制御器１２により制御されるメータイン流量Ｑｉｎすなわちモータ流量Ｑｍ以上とすることができ、これにより、当該メータイン流量制御器１２を確実に制御域で動作させることができる。このことは、実際のレバー６ａの操作量（パイロット圧）にモータ流量Ｑｍを確実に対応させることを可能にし、操作性の改善に寄与する。

一方、前記カウンタバランス弁２５の存在は、メータイン圧Ｐｉｎを安定させて高い安全性を確保することを可能にする。例えばメータイン流路１０を構成する配管が破損する等してメータイン圧が急激に低下した場合、前記カウンタバランス弁２５は当該メータイン圧の降下に伴って全閉することによりメータアウト流路２０を遮断して吊り荷７の急降下を防ぐことができる。

さらに、前記装置が図６に示すような中立遮断弁４０，４２の少なくとも一方を備えることにより、さらに高い安全性を確保することができる。これらの中立遮断弁４０，４２は、前記再生流路３０及び前記メータアウト流路２０の途中にそれぞれ設けられ、リモコン弁６が出力するパイロット信号のパイロット圧が一定以上の場合にのみ開弁する。換言すれば、リモコン弁６のレバー６ａが中立位置にあるときは閉弁して流路を遮断する。当該中立遮断弁４０，４２は、その閉弁により、前記レバー６ａが中立位置にあるときに油圧モータ４を確実に停止させることを可能にする。

本発明において、メータイン絞り弁や再生用絞り弁に入力される操作信号は電気信号であってもよい。すなわち、本発明に係る操作装置は操作信号として電気信号を出力するものであってもよい。この場合、前記メータイン絞り弁及び前記再生用絞り弁には例えば電磁油圧パイロット式の絞り弁が用いられれば良い。

１エンジン（動力源）
２油圧ポンプ
４油圧モータ（油圧アクチュエータ）
６リモコン弁（操作装置）
７吊り荷（負荷）
１０メータイン流路
１２メータイン流量制御器
１３メータイン絞り弁
１４メータイン流量調節弁
１５カウンタバランス弁の計測点
２０メータアウト流路
２３背圧用絞り弁
２５カウンタバランス弁
３０再生流路
３４接続点
３６タンク流路
Ｔタンク

Claims

油圧を利用して負荷をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させるための作業機械の油圧駆動装置であって、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプを駆動して作動油を吐出させるための動力源と、
入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記出口ポートから作動油を排出することにより前記負荷を前記下げ方向に移動させるように作動する油圧モータと、
前記負荷を下げ方向に移動させるときに前記油圧ポンプから前記油圧モータの入口ポートに作動油を導くためのメータイン流路と、
前記負荷を前記下げ方向に移動させるときに前記油圧モータの出口ポートから排出された作動油をタンクに導くためのメータアウト流路と、
前記負荷の移動速度を指定するための操作を受け、その操作に応じた操作信号を出力する操作装置と、
前記メータイン流路に設けられ、前記操作装置からの前記操作信号の入力に応じて開口面積が変化するように開閉作動するメータイン絞り弁と、
このメータイン絞り弁の前後差圧を予め設定されたメータイン設定差圧に保つように開閉作動するメータイン流量調節弁と、
前記メータアウト流路に設けられ、前記油圧モータの入口ポートに導入される作動油の圧力であるメータイン圧を予め設定された設定圧に保つように開閉作動するカウンタバランス弁と、
前記カウンタバランス弁から流出する前記メータアウト流路内の作動油の一部を前記メータイン流路における前記メータイン絞り弁及び前記メータイン流量調節弁の上流側に還元して前記油圧ポンプから吐出される作動油と合流させるように前記メータアウト流路及び前記メータイン流路に接続される再生流路と、
前記メータアウト流路において前記メータアウト流路と前記再生流路との接続部位よりも下流側の部位に設けられる絞り弁であって前記再生流路に前記作動油を流すための背圧を発生させるととともに前記操作装置から出力される操作信号に応じて開口面積が変化するように開閉作動する背圧用絞り弁と、を備え、
前記油圧モータを流れる作動油の流量であって前記メータイン絞り弁の開口面積及び前記メータイン設定差圧により推定されるモータ流量が、前記操作装置の操作信号にかかわらず、前記背圧用絞り弁を流れる作動油の流量であって前記背圧用絞り弁の開口面積と前記メータイン設定差圧と前記カウンタバランス弁の設定圧とにより推定されるタンク戻り流量よりも大きくなるように、前記操作信号に対する前記メータイン絞り弁の開口面積の特性及び前記操作信号に対する前記背圧用絞り弁の開口面積の特性が設定されている、作業機械の油圧駆動装置。
請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記操作信号に対応する前記背圧用絞り弁の開口面積をＡｔ、前記メータイン絞り弁の開口面積をＡｍｉ、前記メータイン設定差圧をＰｆ、前記カウンタバランス弁の設定圧をＰｃとしたときに前記操作信号にかかわらず次の関係式が成立するように当該操作信号に対する前記各開口面積Ａｔ，Ａｍｉの特性が設定されている、作業機械の油圧駆動装置。
[数８]
Ａｔ＜Ｋ・Ａｍｉ；Ｋ^２＝Ｐｆ／（Ｐｆ＋Ｐｃ）（Ｋ＜１）