JPH03229001A - 流体圧アクチュエータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建設機械に備える油圧アクチュエータ等の駆
動回路の改良に関する。

（従来の技術） パワーショベル等の建設機械は、例えばブームの駆動や
走行のために敗多くの油圧アクチュエータを備えている
。これらの７クチユエータは原動機に結合した油圧ポン
プの吐出油により駆動されるが、同時に複数のアクチュ
エータを使用する場合もあるので、第６図に示すように
例えば７クチユエータに作動油を供給するコントロール
バルブを複数のユニ７ト２と３に分（す、これらのユニ
ット２と３に２台の油圧ポンプＩＡとＩＢから別々に作
動油を供給している。なお、アクチエエータとはコント
ロールバルブユニッ）２．３にヨｑ制御４されるシリン
グやモータ等をいう。

各油圧ポンプＩＡとＩＢには吐出圧に応じて傾転角を変
えるレギュレータ４０と４１が付設され、これにより吐
出量を吐出圧に応じて変化させる、いわゆる鳥カ一定制
御が行われ、油圧ポンプＩＡとＩＢを駆動するエンノン
に過大な負荷がかからないようになっている。

ところで、７クチユエータの負荷が小さく、かつアクチ
ュエータが必要とする作動油の量も少ないような場合に
、油圧ポンプ１ＡとＩＢが馬カー定制御のみの場合、各
々のポンプＩＡと１Ｂは最大流量を吐出するので、フン
トロールバルブユニット２と３に必要以上の作動油が供
給され、その結果エネルギーの無駄が多くなるとともに
、アクチュエータの微操作が困難になってしまう。

そこで、この駆動装置においては、フントロールバルブ
ユニット２と３からタンク２３へ還流する還流通路内の
圧力Ｐｎ、とＰｎ２を検出し、これらの合計圧力が高い
場合、つまり余剰流量が多い場合には、油圧ポンプＩＡ
とＩＢの吐出圧が低くてもレギュレータ４０と４１が油
圧ポンプＩＡとＩＢの傾転角を太き（しないようにする
、いわゆるネ〃ティブコントロール回路が備えられてい
る。

（発明の課題） しかしながら、この駆動装置の場合にはコントロールパ
ルプユニ７ト２と３ごとに油圧ポンプＩＡとＩＢを備え
ているため、装置が大型になり、コストも烏いという問
題があった。

一方、一つのポンプで複数の７クチユエータを同時に制
御する方法にロードセンシング回路がある。ロードセン
シング回路は回路圧を７クチユ工−タ群の最大の負荷圧
力とするとともに、各フントロールバルブの開度に応じ
た流量を各々のアクチュエータに供給し、ポンプを必要
な流ｉｔ（各アクチュエータへの供給流量の総和）にな
るように制御するもので、結果として省エネ効果と良好
な微操作性が得られる。

しかしながら、この回路の場合、各コントロールバルブ
毎に圧力補償回路や圧力信号回路等を備える必要があり
、その分Ｗ４造が！ＩＮになるという問題がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、単一
のポンプで複数のコントロールバルブユニットに圧力油
を供給し、複数の７クチユエータユニツトを駆動でき、
かつネガティブコントロール機能を備えた駆動回路を提
供することを目的とする。

（′ｓ題を達成するための手段） 本発明は、容量可変ポンプの吐出圧に応動してポンプ傾
転角を変化させるレギュレータと、このポンプに並列に
接続した複数のコントロールバルブユニットにポンプの
吐出流体を分流する分流弁ト、各コントロールバルブユ
ニットからタンクへ還流する流体の還流量に応じた圧力
を取り出す回路と、これらの回路圧力の差圧に応じて分
流比を変化させるように前記分流弁を駆動する手段と、
前記回路圧力の合成圧に応じてレギュレータのポンプ傾
転角調整を補正する手段とを備えている。

（作用） 圧力取り出し回路が各コントロールバルブユニットから
タンクに還流する流体の流量に基づく圧力を取り出すと
、駆動手段がこれらの圧力の差圧に応じて分流弁を駆動
し、余剰流量の少ないコントロールバルブユニットへの
流体の供給を増やし、余剰ｔｔの多いコントロールバル
ブユニットへの流体の供給を減らすように分流比を変化
させるので、ポンプの吐出流体を有効に利用することが
できる。

また、補正手段がこれらの圧力の合成圧に応じてポンプ
傾虻角を補正するので、タンクへの還流流体の総流量に
応じてポンプ吐出量が変化し、馬力一定制御のみならス
、コントロールバルブユニット即ちアクチュエータが必
要とする流量に基づきポンプ吐出量を制御することがで
きる。

この結果、余剰流量の少ないフントロールパルプユニッ
トへの流体供給量は変わらず、余剰流量の多イフントロ
ールバルブユニットへの供ｔｔのみ減少する。

（実施例） 第１図〜第５図に本発明の実施例を示す。

第１図において、１は油圧ポンプ、２と３は油圧ポンプ
１に並列に接続したコントロールバルブユニット（負荷
駆動回路）である。

油圧ポンプ１とコントロールバルブユニット２及び３の
間には分流弁４が介装される６分流弁４はオリフィス５
と６を介して導かれた油圧ポンプ１の吐出油をフントロ
ールパルプユニット２と３にそれぞれ供給するもので、
第２図に示すようにオリフィス５と６の下流側の圧力Ｐ
１とＰ２に応動するスプール７を中心に構成される。

このスプール７はハウジング８に摺動自由に収装され、
スプール７の外周には溝９と１０がそれぞれ形成される
。ハウジング８にはスプール７の溝９に臨んでボート１
１と１２が、溝１０に臨んでボート１３と１４が形成さ
れる。これらのうち、ボート１２と１４はフントロール
パルプユニット２と３にそれぞれ接続し、ボート１１と
１３はオリフィス５と６にそれぞれ接続する。

スプール７の両端には小径の受圧部１５と１６と、大径
の受圧部１７と１８が形成される。そして、受圧部１５
と１６１こ臨んでハウジング８に形成した油室１９と２
０にオリフィス５と６の下流側の圧力Ｐ１とＰ２が導か
れ、受圧［１７と１８に臨んでハウジング８に形成した
油室２１と２２に、コントロールパルプユニット３と２
からタンク２３に還流する余剰流のための油路の圧力Ｐ
ｎ２とＰｎ、が導かれる。なお、圧力Ｐｎ、とＰＩ２を
取り出すために、これらの余剰Ｆｊｔｊｌ流油路の途中
にオリフィス２６と２７及びこれと並列するりリーフ弁
２８と２９がそれぞれ介装される。

スプール７は圧力Ｐ１とＰｎｚの合成圧力と、Ｐ２とＰ
ｎ、の合成圧力とのバランスに応じてハウジング８内を
摺動し、コントロールバルブユニット２とｆ、−）１３
の闇及びコントロールバルブユニット３とボート１４の
闇の各流通断面積を摺動位置に応じて拡縮する。

油圧ポンプ１には傾転角を調整するレギュレータ２４が
付設される。レギュレータ２４はハウジング３０に摺動
自由に収装されたピストン３１と、ピストン３１の内側
に摺動自由に嵌合する小ピストン３２からなり、油圧ポ
ンプ１の傾転角調整部３６がピストン３１と小ピストン
３２の先端に支持され、これらのピストン３１と３２の
変位に応じて傾転角を変化させる構造となっている。ハ
ウジング３０にはピストン３１に萌記の圧力Ｐｎ、とＰ
ｎ、を及ぼす油室３３と３４と、小ピストン３２に油圧
ポンプ１の吐出圧Ｐｈを及ぼすための通路３５が形成さ
れる。

次に作用を説明する。

油圧ポンプ１を運転すると、 油圧ポンプ１の吐 出油が分流弁４を介してコントロールバルブユニット２
と３に供給される。

この場合に、油圧ポンプ１の吐出圧ｐｈとフントロール
バルブユニット２と３に供給される作動油の圧力Ｐ１と
Ｐ、との差は、オリフィス５と６における圧力損失によ
るものであり、この圧力損失はコントロールバルブユニ
ッ）２（３）への供給流量が多いほど大さく、シたがっ
てコントロールバルブユニット２（３）への作動油の供
給が増加するにつれて、オリフィス５（６）の前後の差
圧（ｐｈ−Ｐ、）ないしくＰｈ−Ｐ２）が大きくなる。

また、オリフィス５と６の面積を等しくすると、Ｐ、＝
Ｐ２の場合、コントロールバルブユニッ）２と３への供
給流量は等しくなる。

一方、コントロールバルブユニット２（３）からタンク
２３に還流する余剰作動油の圧力Ｐｎ１（ＰＩ２）は還
流量の増加とともに上昇する。

！！ｌ’！２ｋにおいて、スプール７の受圧部１５と１
６の受圧面積をＡ１、受圧１ｉ１７と１８の受圧面積を
Ａ２とすると、つり合い状態のスプール７に作用する力
は、 Ｐ　１−Ａ１＋ｐｎ２・Ａ２＝Ｐ２−　ＡＩ十Ｐｎ＋　
＋　Ａ２・・・・・（１） この式から、 Ｐ　ｎ、　＝　Ｐ　ｎ２＋７）場合には、Ｐ、＝Ｐ２と
なるようにスプール７が変位し、コントロールバルブユ
ニット２と３に等しい流量の作動油を供給する。例えば
仮にコントロールバルブユニッ）２１１の７クチユエー
タの負荷が増大し、ＰＩ＞Ｐ２どなると、そのままでは
コントロールバルブユニット２ｆｌＡへの供給油量が減
少し、コントロールパルプユニット３側への供給油量が
増大するが、これに対してスプール７が第２図の右寄り
に変位し、ボート１１からフントロールバルブユニット
２への油路の断面積を増やし、ボート１３からコントロ
ールバルブユニット３への油路の断面積を小さくする。

これにより、Ｐ２はＰ、と一致するまで上昇し、オリフ
ィス５と６に分流される流量の割合が均等化され、コン
トロールバルブユニット２と３へ等シい流量が供給され
る。

Ｐｎ、＝Ｐｎ２はコントロールバルブユニット２と３の
コントロールバルブ群を何も操作していないか、または
フントロールバルブ二二ッ）２と３の各々１個以上のコ
ントロールバルブをフル操作した場合に得られる。

何も操作しない場合は後述するポンプ制御により油圧ポ
ンプ１はあらかじめ設定された最小流量を吐出し、各コ
ントロールバルブユニット２と３へは等量のスタンバイ
流量として余剰流が流れる。

また、フントロールバルブユニー／　）　２　ト３の各
１セット以上のフントロールバルブをフル操作した場合
は、後述するポンプ制御により油圧ポンプ１は最大流量
を吐出し、フントロールバルブユニット２と３に等量の
作動油が供給される。なお、アクチュエータの負荷変動
によるＰｌ、Ｐ２の変化は前記スプール７の作動により
補償され、常にＰ＝Ｐ　２を保つように制御され、結果
としてフントロールバルブユニット２と３に等量の作動
油が供給される。

コントロールバルブ２と３のコントロールバルブを全く
操作しない場合及び各１個以上のコントロールバルブを
フル操作した場合以外はＰｎ、≠Ｐｎごとなる。このよ
うな場合として、例えばフントロールバルブユニット２
の必ｉとする流量カコントロールパルブユニット３の必
要とする流量に比べて相対的に減少すると、コントロー
ルバルブユツト２からタンク２３への余剰流の還流量が
増加することから、Ｐｌ、＞ＰＩ＋２となる。この圧力
変化により、スプール７は中立位置から第２図の左寄り
に変位し、ボート１３からコントロールバルブユニット
３への供給油路面積を増加させる一方で、ボー）１１か
らコントロールバルブユニット２への供給油路面積を小
さくする。、そして、スプール７の左右の圧力関係が前
記の（１）式を満たすとスプール７はその位置に停止す
る。つまり、！！１ｆｊｔ圧力Ｐｎ、とＰｎＨの変化に
応じてスプール７が変位することにより、分流弁４はコ
ントロールバルブユニット２の必要流量の減少時（Ｐ　
ｎ＋　＞　Ｐ　ｒ＋ｚ＞ニハコントロールバルプユニ／
ト２への供給ａ量を滅’ｌせ、フントロールバルブユニ
ット３の必要流量の減少時（Ｐｎ、＜Ｐｎ−にはフント
ロールバルブユニット３への供給流量を減少させる。こ
のＲ，反ｊｔｉｌｌのコントロールバルブユニー／）３
（２）に至る油路面積は増加するが、後述するポンプ制
御により油圧ポンプ１の吐出量が（Ｐ　ｎ、　＋　Ｐ　
ｎ２）の増加に伴って減少するように設定しであるため
、１９１１のコントロールバルブユニ７）３（２）への
供給流量は増加しない。このようにして、油圧ポンプ１
の吐出油はコントロールバルブユニット２と３に有効に
分配される。

ｔｊ；、一方のコントロールバルブユニー）２（３）が
稼動していない場合には、もう一方のコントロールバル
ブ二二ツ）３（２）に油圧ポンプ１の吐出油のほぼ全量
が供給されることになるが、下記に示すように、油圧ポ
ンプ１の吐出量は余剰還流圧力Ｐｎ、＋ｐｎ、に応じて
制御されるので、吐出量はＰｎ２（Ｐｎ、）に対応した
値となる。

また、油圧ポンプ１の傾転角をｌＩＩ整するレギュレー
タ２４においては、ピストン３１と小ピストン３２が油
圧ポンプ１の傾転角調整＄３６を支持している。そして
、油圧ポンプ１の吐出圧ｐｈが第３図に示すように一定
以上に増加すると、この吐出圧ｐｈに支持された小ピス
トン３２が第１図の左側へと変位してピストン３１から
突出し、傾転角ｌｌ！！整部３６を介して油圧ポンプ１
傾転角を小さくし、吐出量Ｑを減少させる。また、吐出
圧Ｐｈが減少すると小ピストン３２は図の右側へ変位し
て油圧ポンプ１の傾転角を大きくし、吐出量Ｑを増加さ
せる。これにより、通常の馬カ一定望の運転が行われる
。

さらに、小ピストン３２の外側に構成されたピストン３
１は還流作動油の圧力Ｐｎ＋及びＰｎ２の合成圧力によ
って支持されているので、フントロールバルブユニット
２と３からタンク２３へ還流する作動油の総流量が増加
すると、圧力Ｐｎ＋とＰｎ２の合成圧力の増加によりピ
ストン３１が第１図の左側へと変位し、傾転角ｌｌｌ整
部３６を駆動して第４図に示すように油圧ポンプ１の傾
転角を小さくし、吐出量Ｑを減少させる。また、還流流
量が滅少すると圧力Ｐｎ、とＰｎ２の合成圧力の減少に
より逆方向へ変位して油圧ポンプ１の傾転角を大きくし
、吐出量Ｑを増加させる。

このようにして、小ピストン３２を介した通常の馬力一
定型の傾転角制御を、コントロールパルプユニット２と
３からタンク２３への還流作動油の流量に応じて補正す
るので、油圧ポンプ１の吐出量を過不足なく利用するこ
とができ、油圧ポンプ１を駆動する原動機の負担も軽減
される。なお、第３図及！Ｊ第４図中の破線はピストン
３１と３２に抗して傾転角ｌｌｌ整部３６を支持するス
プリング３７を２段ばねで構成した場合の流量特性を示
す。

第５図（ａ）は本発明の別の実施例を示し、ここではレ
ギュレータ２４を、傾転角１１１警部３６を支持するシ
リング４１と、シリング４１に油圧ポンプ１の吐出油を
供給するサーボバルブ４２と、サボバルブ４２に油圧ポ
ンプ１の吐出圧ｐｈを及ぼす別のサーボバルブ４３と、
このサーボバルブ・１３を吐出圧ｐｈに応じて制御する
小ピストン４５、及び、：れを還流作動油の圧力Ｐｎ、
とＰｎ２の合成圧力に応じて補正するピストン４４とで
構成する。なお、サーボバルブ４２にはシリング・ｔｌ
の伸縮位置がスプリング４６を介してフィードパ７りさ
れ、サーボバルブ４３にはサーボバルブ４２に作用する
圧力が油路４７を介してフィードバックされる。

この実施例においては、油圧ポンプ】の吐出圧ｐｈが上
昇すると、吐出圧ｐｈの作用を受けた小ピストン４５が
ピストン４３から第５図（ａ）の上方へと突出し、サー
ボバルブ４３を切り換えて油路４７の圧力を吐出圧に応
じた圧力に変化させ、その圧力をサーボバルブ４２に閏
の左向きに及１ｒす。

この結果、サーボバルブ４２は図の左向きに変位して油
圧ポンプ１の吐出油がシリング４１の油室４１Ａに供給
され、シリング４１が伸張して油圧ポンプ１の傾転角を
小さくする。一方、シリング４１の伸張に伴い、スプリ
ング４６が図の右向さにサーボバルブ４２に及ぼｔ支持
力が増加するので、サーボバルブ４２はスプリング４６
のこの支持力とサーボバルブ４３により制御される作動
油圧力との均衡位置に保持され、シリング４１もこの均
衡位置に対応した新たな伸張位置で油圧ボン７′１の傾
転角調整部３６を支持する。

また、油圧ポンプ１の吐出圧ｐｈが低下すると、小ピス
トン４５が後退し、サーボバルブ４３により制御される
サーボバルブ４２に作用する作動油圧力が低下する。こ
れに伴い、油室４１Ａに供給される作動油圧力が低下し
、シリング４１が収縮することにより油圧ポンプ１の傾
転角が大きくなる。

一一方、コントロールバルブユニット２と３からタンク
２３への還流する作動油の総流量が増加すると、Ｐｎ、
とＰｎ２の合成圧力が上外し、ピストン４４が第５図（
、）の上方へ変位してサーボバルブ４３を切り換え、サ
ーボバルブ４２に作用する油路４７の圧力を上昇させ、
吐出圧ｐｈの上昇時と同様に、サーボバルブ４２を介し
た作動油の供給によりシリング４１が伸張して油圧ポン
プ１の傾転角を小さくし、吐出量を低下させる。また、
コントロールバルブユニー／　）　２　ト３からタンク
２３への１１流総流量が減少すると、ピストン４４の後
退により、サーボバルブ４３がサーボバルブ４２に及ぼ
す作動油圧力（油路４７の圧力）が低下し、サーボバル
ブ４２を介して油室４１Ａに供給される作動油圧力も低
下する。この結果、シリング４１が収縮して油圧ポンプ
１の傾転角を大きくし、吐出量を増加させる。

第５図（ｂ）はさらに別の実施例を示し、吐出圧ｐｈが
作用するピストン４５及び還流作動油の圧力Ｐｎ、、Ｐ
ｎ２の作用するピストン４４で直接サーボパルプ４２を
制御するようにしている。この実施例の場合、サーボバ
ルブ４２に油路４７の圧力が作用する代わりにピストン
４５またはピストン４４の力が直接作用する。

このようにして、これらの実施例においても、前記実施
例と同様に馬力一定型の傾転角制御と、コントロールバ
ルブユニット２と３からタンク２３への還流流量に基づ
き傾転角を制御する、いわゆるネ〃ティブコントロール
とが行われる。

なお、以上の説明ではコントロールパルブ二二フト２と
３への分流比を１＝１としたが、オリフィス５と６の面
積を変えるが、あるいは第２図に示すスプール７の片側
にスプリングを挿入してＰとＰ、の値を差をっけて制御
することにより分流比を変えることが′Ｃきる。

（発明の効果） 以上のように、本発明はコントロールバルブユニットか
らタンクへ還流する流体の圧力に応動して分流弁の分流
比を変化させるとともに、レギュレータによるポンプ傾
転角調整を補正する手段を備工たので、常にフントロー
ルバルブユニットの余剰流量を少なくするよう、つまり
必要流量が供給されるように分流比が変化し、また油圧
ボン７の吐出量もトータルな必要流量に応じて変化する
。

このため、−台のポンプで複数の７クチユエータ及びコ
ントロールバルブユニットを効率良く駆動でさ、複数の
７クチユエータ及びコントロールバルブユニットを駆動
するポンプの単一化と小型軽量化及びコストの低減に大
きな効果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すアクチュエータ駆動装置
の油圧回路図、第２図は分流弁の概略断面図、第３図及
び第４図は油圧ポンプの流量特性を示すグラフ、第５図
（ａ）は別の実施例を示すレギュレータの油圧回路図、
第５図（ｂ）はさらに別の実施例を示すレギュレータの
油圧回路図である。 また、第６図は従来例を示すアクチュエータ駆動装置の
油圧回路図である。 １・・油圧ポンプ、２，３・・・コントロールバルブユ
ニット、４・・・分流弁、７・・・スプール、２４・・
・レギュレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容量可変ポンプの吐出圧に応動してポンプ傾転角を変化
   させるレギュレータと、このポンプに並列に接続した複
   数のコントロールバルブユニットにポンプの吐出流体を
   分流する分流弁と、各コントロールバルブユニットから
   タンクへ還流する流体の還流量に応じた圧力を取り出す
   回路と、これらの回路圧力の差圧に応じて分流比を変化
   させるように前記分流弁を駆動する手段と、前記回路圧
   力の合成圧に応じてレギュレータのポンプ傾転角調整を
   補正する手段とを備えたことを特徴とする流体圧アクチ
   ュエータの駆動回路。