JPH11117906A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷の大きく異なるアクチュエータ１２，１
３を同時に操作しても、速度が急変せずにショックなく
スムースな操作を可能とし、エネルギー損失や原動機の
負担を減少し、さらに簡単安価な油圧駆動装置及び圧力
補償弁を得る。 【解決手段】 差圧制御弁２３により可変容量ポンプ２
を制御し、流量調整機能を有する方向制御弁４，５の下
流側に配設された圧力補償弁１０，１１を、複数のアク
チュエータの最高負荷圧力Ｐｍ及び各制御弁に対応する
アクチュエータの負荷圧力ＰＬにより閉じ方向に作用さ
せ、方向制御弁の絞り部の下流側の圧力Ｐｄにより開方
向に作用させる。さらに、流量特性を、方向制御弁差圧
ΔＰを、吐出圧力３と最高負荷圧力との差圧と、アクチ
ュエータ負荷圧力と、を変数としかつ負荷圧力の増加に
応じて減少する一次式とし、低負荷側の圧力補償弁の流
量特性の流量減少割合を、高負荷側圧力補償弁の流量減
少割合より小とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械等で使用
される１つ又は複数の油圧ポンプの吐出油を複数のアク
チュエータに供給する油圧駆動装置において、特に大き
な慣性負荷と比較的小さな負荷を同時に駆動するのに好
適な油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の油圧駆動装置は建設機械や農業
機械用に主として用いられ、負荷圧力に応じて可変容量
ポンプ吐出量を制御するものが使用されている。また、
複数のアクチュエータを駆動するにあたって、それぞれ
のアクチュエータの負荷圧力等の差により互いに干渉し
てアクチュエータの速度変化を生じないように、各回路
に圧力補償弁を設けることにより、ポンプ吐出量を分流
するようにされている。さらに、ポンプ吐出量が複数の
駆動アクチュエータの所定要求流量を下まわった場合に
は、各アクチュエータに適切な比でポンプ吐出量を分配
させる機能いわゆるアンチサチュレーション機能を備え
たものも使用されている。

【０００３】かかる従来の油圧駆動装置について、例え
ば、図２に示す油圧回路図を例にとって説明する。図２
において、エンジン等の原動機１で駆動される可変容量
ポンプ２の吐出油路３に複数の方向制御弁４，５を並列
に接続し各方向制御弁４，５において絞り部を通過した
後、中間油路６，７及びチェック弁８，９を介して複数
の圧力補償弁３０，３１にそれぞれ接続し、再び方向制
御弁４，５を経た後に、各方向制御弁４，５の出力側を
アクチュエータ１２，１３にそれぞれ接続し、各アクチ
ュエータ１２，１３からの戻り油を再び方向制御弁４，
５を介してタンク１４へ戻すようにされている。

【０００４】圧力補償弁３０，３１は各圧力補償弁の上
流側の圧力を圧力補償弁を開く方向に第１の受圧面積を
有するパイロット油室１０ａ，１１ａに作用するように
され、シャトル弁１４で検出される最高負荷圧力１５で
閉じ方向に第２の受圧面積を有するパイロット油室１０
ｂ，１１ｂに作用するようにされている。そして、通常
はこれらの第１と第２の受圧面積は等しくなるようにさ
れている。

【０００５】さらに、可変容量ポンプ２の吐出圧力とシ
ャトル弁１４で検出された最高負荷圧力１５との差圧に
対応した２次圧力２４を発生する差圧制御弁２３がバル
ブ装置２２内に設けられ、該２次圧力２４を油路２０を
介して、可変容量ポンプ２の押しのけ容積変更手段１６
を駆動するための流量調整弁１７に作用させ、２次圧力
と該流量調整弁１７のスプリング１８であらかじめ設定
された作用力とつり合わせることにより、２次圧力がス
プリング１８の作用力よりも大きい場合は、可変容量ポ
ンプ２の押しのけ容積を小さくするように、２次圧力が
スプリング１８の作用力よりも小さな場合は、可変容量
ポンプ２の押しのけ容積を大きくするようにされてい
る。

【０００６】従って、可変容量ポンプ２の吐出圧力は、
２次圧力２４がスプリング１８の作用力に相当する圧力
と等しくなるように制御される。このことは、２次圧力
すなわちポンプ吐出圧力とアクチュエータに最高負荷圧
力の差圧がスプリング１８の作用力に相当する圧力と等
しくなるように制御される。即ち、ポンプ吐出圧力はア
クチュエータの最高負荷圧力に対し、スプリング１８の
作用力に相当する圧力分だけ高くなるように制御されて
いる。

【０００７】かかる構成によれば、各圧力補償弁３０，
３１の上流側の圧力、すなわち各方向制御弁４，５の絞
り部下流側の圧力は最高負荷圧力１５に対して，各圧力
補償弁のスプリング１０ｄ，１１ｄの作用力に相当する
分だけ高い圧力に設定されることになる。ここで各スプ
リング１０ｄ，１１ｄの作用力が等しいとすれば、各方
向制御弁４，５の絞り部下流側の圧力は等しい圧力とな
る。なお、通常はスプリング１０ｄ，１１ｄの作用力は
ごく弱いので、各方向制御弁４，５の絞り部下流側の圧
力は、最高負荷圧力１５にほぼ等しい圧力になる。一方
各方向制御弁４，５の上流側は可変容量ポンプ２の吐出
油路３に並列に接続されていることからそれぞれ等しい
圧力となっており、それ故、各方向制御弁４，５の絞り
前後の差圧は等しい圧力となる。

【０００８】従って、夫々の方向制御弁４，５絞り部前
後の差圧（以下方向制御弁差圧という）すなわち可変容
量ポンプ２の吐出油路３と方向制御弁４の絞り部下流側
の圧力との差圧及び可変容量ポンプ２の吐出油路３と方
向制御弁５の絞り部下流側の圧力との差圧が、ポンプ吐
出圧力と最高負荷圧力１５との差圧、言いかえれば前述
の差圧制御弁２３の２次圧力２４に等しい圧力、すなわ
ち流量調整弁１７のスプリング１８で設定される圧力で
決められるようにされている。

【０００９】かかる構成によれば、夫々のアクチュエー
タ１２，１３への流量が比較的少なく、その流量の合計
が可変容量ポンプ２の最大吐出流量に達しない場合は、
夫々の方向制御弁４，５絞り部前後の方向制御弁差圧
は、ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力１５との差圧、言い
かえれば流量調整弁１７のスプリング１８であらかじめ
設定された差圧に等しくなる。従って、夫々のアクチュ
エータの負荷圧力に差があっても負荷圧力によらず、夫
々のアクチュエータへの流量は、夫々の方向制御弁４，
５の絞り開度と、スプリング１８であらかじめ設定され
た差圧で決まり、所定の速度制御が可能となるいわゆる
ロードセンシング機能を有することになる。

【００１０】次に夫々のアクチュエータ１２，１３への
流量の合計が大きくなり、可変容量ポンプ２の最大吐出
流量に達したいわゆるサチュレーション状態について述
べる。この場合は、ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力１５
との差圧は前述のスプリング１８で設定された差圧を確
保することができなくなるため、夫々の方向制御弁４，
５絞り部前後の差圧もスプリング１８で設定された所望
の差圧にはならないが、夫々の方向制御弁差圧はそれぞ
れ等しくなるので、夫々のアクチュエータ１２，１３へ
の流量は、方向制御弁４，５の絞り開度の比率に等しい
流量に分流されることとなるいわゆるアンチサチュレー
ション機能を有することになる。

【００１１】このものは、さらに、低温時に作動油の粘
度が高くなり、ポンプ装置２１からバルブ装置２２への
管路２５での圧力損失が過大なものとなった場合、二次
圧力２４は、バルブ装置２２内でのポンプ吐出路３とア
クチュエータの最高負荷圧力１５との差圧に比例した圧
力を発生させていることから、管路２５の圧力損失の大
小に関係なく、バルブ装置２２内のポンプ吐出油路３の
ポンプ吐出圧力が、アクチュエータの最高負荷圧力１５
に対し前述のスプリング１８の作用力に相当する圧力に
制御されるため、低温時であっても、流量が大幅に減少
することがなく、アクチュエータの速度が遅くなること
がない。また、ポンプ装置２１とバルブ装置２２を接続
する管路を増す必要がないので、使い勝手が良いものと
なっている。

【００１２】なお、通常、油圧ショベル等の建設機械に
おいては、可変容量ポンプ２の吐出圧力が予め設定した
圧力を超えると、押しのけ容積変更手段１６を流量が減
少する方向に作用させ原動機１の定格トルクを超えない
ように流量を規制するいわゆる定馬力制御が多く用いら
れている。制御弁１９はかかる定馬力制御用の制御弁
で、さらに該制御弁１９は前述のロードセンシング用の
流量調整弁１７よりも優先して作用するようにされてい
る。すなわちロードセンシング制御よりも定馬力制御の
方を優先して働くようにされている。従って、最高負荷
圧力１５が比較的高い状態においては定馬力制御が作用
している場合が多く、ポンプ２の最大吐出流量は規制さ
れているので前述のアンチサチュレーション機能は必要
不可欠な機能となっている。

【００１３】さて図２において、アクチュエータ１２は
例えば油圧ショベルの上部旋回体を旋回動作する旋回モ
ータであり、アクチュエータ１３はブームを回動させる
ためのブームシリンダであるとする。上部旋回体には、
運転席、原動機、油圧機器及びブームアーム等のフロン
ト機構が取付けられているので、その重量が重く、極め
て慣性の大きい負荷を有する。それに対しブームシリン
ダ側の負荷は、比較的小さい。

【００１４】かかる油圧ショベルにおいて、旋回モータ
１２とブームシリンダ１３を同時に操作した場合を考え
る。なお、このような複合操作は、油圧ショベルの作業
としては、通常の作業である。すなわち、堀削した土砂
等をバケットに取り込み、次いでブームを上げて、バケ
ットを持ち上げながら、同時に上部旋回体を旋回させ待
機しているトラックに土砂等を積み込む作業である。

【００１５】まず、旋回及びブーム用の操作レバーを操
作し、方向制御弁４，５をストロークさせる。このスト
ローク量は通常かなり大きくフルストロークか、それに
近いストローク量である。すると、可変容量ポンプ２の
吐出油は、方向制御弁４，５、圧力補償弁３０，３１を
介して、アクチュエータ１２，１３へ流入しアクチュエ
ータを動かそうとするが、旋回モータ１２の慣性負荷が
過大であるため、すぐには動かない。そのため、旋回モ
ータ１２の流入側のアクチュエータポート１２ａ又は１
２ｂに過大な圧力が発生し、流入側アクチュエータポー
トに設置されている図示しないオーバロードリリーフ弁
の設定圧力まで負荷圧力が上昇し、アクチュエータポー
ト１２ａ又は１２ｂへ流入した圧油のほとんどがオーバ
ロードリリーフよりタンクへ流出する。

【００１６】また、オーバロードリリーフ弁の設定圧力
まで急上昇した負荷圧力は、シャトル弁１４を経て差圧
制御弁２３に作用するので差圧制御弁の２次圧力２４は
急激に低下し、その低下した２次圧力は管路２０を経由
してポンプ装置２１の流量調整弁１７へ作用するので、
ロードセンシング機構が働き、可変容量ポンプ２の吐出
流量を増加させるように働く。しかし、可変容量ポンプ
２の吐出圧力が、予め設定された値まで上昇すると、制
御弁１９の定馬力制御機構が優先して働くようにされて
いるので、逆に吐出流量が減少する。

【００１７】このように吐出流量が減少した状態であっ
ても、前述のアンチサチュレーション機能により各圧力
補償弁３０，３１は、各圧力補償弁の上流側の圧力を等
しい圧力にするように作用することから、それぞれの圧
力補償弁の開度は小さく絞られた状態となる。従ってブ
ームシリンダ１３の駆動速度はブームシリンダ１３を単
独で操作した場合より極端に遅くなると同時に旋回モー
タ１２へ流入した圧油のリリーフによる原動機のエネル
ギ損失が大きくなるという問題が生じる。

【００１８】次に、旋回モータ１２の加速が終了し、定
常速度による旋回となると、旋回モータの駆動トルクが
急激に減少、即ち旋回負荷圧力が急激に低下して、ブー
ムシリンダ１３の負荷圧力の方が大きくなる。そのため
最高負荷圧力１５は急激に低下しそれに伴なってポンプ
吐出圧力３も低下して、前述の定馬力制御機構の働きが
緩和されることによりポンプ吐出流量が増加しポンプ吐
出流量に余裕が出ることになる。このため旋回速度が定
常速度に至ると、ブームシリンダは急激に加速するとい
うことになる。

【００１９】以上の一連の動作を、油圧ショベルの実際
の作業状況に照らして説明すると次のようになる。

【００２０】即ち、掘削した土砂等をバケットに取り込
み、ブームを上げながら旋回しようとすると初期には、
ブームの上昇速度が極端に遅くなる。次いである程度旋
回した後には、ブームが急加速してしまいギクシャクし
た動きとなるのである。従って、トラック積みの作業が
著しくやりにくく、作業効率が悪くなると同時にオペレ
ータの疲労を増大させてしまうという問題があった。

【００２１】加えて、前述したように旋回の初期段階で
は、旋回モータのオーバロードリリーフから油圧をリリ
ーフさせながらの駆動となり、大きなエネルギー損失を
伴なうという問題があった。

【００２２】そこで、特開平８−２５４２０１号公報に
おいては、旋回用圧力補償弁の下流側とブームシリンダ
の上げ側の流入ポートを合流通路で連通し、該連通路に
連通弁及び旋回用圧力補償弁の下流側からブームシリン
ダの流入ポートへの流入を許容するチェック弁を設け、
方向制御弁を操作するために設けた操作量に応じてパイ
ロット圧力が高くなる圧力制御弁のパイロット圧力のう
ち、ブーム上げ用のパイロット圧力を前記連通弁に作用
させて、該パイロット圧力により連通弁が開くと前記チ
ェック弁が開いて、旋回用圧力補償弁の下流側からブー
ムシリンダの流入ポートへ圧油が流れ旋回負荷圧力の急
上昇を防ぐと同時にブームの上昇速度の低下を防止した
ものが開示されている。

【００２３】さらに、特開平６−１１７４０６号公報に
おいては、旋回モータの負荷圧力検出ラインにシーケン
ス弁を設け、該シーケンス弁の出口側を絞りを介してタ
ンクに接続し、旋回負荷圧力が上昇し該シーケンス弁が
開弁すると絞りの上流側に発生する圧力を利用し、旋回
用の圧力補償弁を閉じるように作用させて、旋回モータ
に流入する流量を小さくしたものが開示されている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のものは、旋回負荷圧力の急上昇を防ぎブームの上昇速
度の低下を防止するために本来の圧力補償弁の他に、連
通弁やチェック弁及びシーケンス弁などの付属のバルブ
を設けて、それらの付属バルブに外部のパイロット圧力
を作用させたり、付属バルブそのものがある圧力条件に
なると作動するようにしている。

【００２５】このため、当然のことながら本来の圧力補
償弁の他に各種の付属バルブを設けていることから、バ
ルブの全体の寸法が大きく、また、コスト高という問題
があった。特に、特開平８−２５４２０１号公報のもの
では外部のパイロット圧力が必要でありより複雑でコス
トが高いという問題があった。

【００２６】本発明の目的は、従来のかかる問題点を鑑
みなされたもので、可変ポンプ吐出圧力と最高負荷圧力
との差圧を発生する差圧制御弁により可変ポンプの押し
のけ容積を２次圧力に応じて制御するようにした油圧駆
動装置において、極端に慣性負荷の大きなアクチュエー
タと比較的小さな負荷のアクチュエータを同時に操作し
ても、小さな負荷側へも、充分に圧油を供給することが
でき、かつ、慣性負荷が大きい方のアクチュエータの負
荷圧力が急激に低下した場合でも、夫々のアクチュエー
タの速度が急変せずにショックなくスムースな操作を可
能とする。また、エネルギー損失や原動機の負担を減少
することができ、さらには圧力補償弁以外の特別な付属
バルブや外部パイロット圧力が不要な安価な油圧駆動装
置を提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、可変容量ポンプと、該可変容量
ポンプの吐出する圧油によって駆動される少なくとも一
の低負荷側油圧アクチュエータと該アクチュエータより
大きな慣性負荷を有する一の高負荷側油圧アクチュエー
タとを有し、該複数の油圧アクチュエータに流入する圧
油をそれぞれ制御可能にされた流量調整機能を有する方
向制御弁と、複数のアクチュエータの最高負荷圧力と、
対応する方向制御弁の絞り部の下流側の圧力と、をそれ
ぞれ作用させて方向制御弁の圧力補償をする圧力補償弁
を方向制御弁絞り部の下流側に備え、かつ、可変ポンプ
吐出圧力（Ｐｐ）と前記最高負荷圧力（Ｐｍ）との差圧
に対応した２次圧（Ｐｃ＝Ｐｐ−Ｐｍ）を発生する差圧
制御弁を設け、該可変ポンプの吐出油を該可変ポンプの
押しのけ容積変更手段に連通させるポンプ流量調整弁を
有し、前記差圧制御弁の２次圧力（Ｐｃ）を油路を介し
て該ポンプ流量調整弁に作用させ、該可変ポンプの押し
のけ容積を該２次圧力に応じて制御するようにした油圧
駆動装置において、前記圧力補償弁は、対応する前記方
向制御弁の下流側の圧力を圧力補償弁を開き方向に作用
させ、前記最高負荷圧力及び対応する油圧アクチュエー
タ側の負荷圧力を閉じ方向に作用させ、かつ、流量補償
域の流量特性が、方向制御弁絞り部の上流側圧力と下流
側圧力の差圧である方向制御弁差圧を、可変容量ポンプ
吐出圧力と複数のアクチュエータの最高負荷圧力との差
圧と、アクチュエータ負荷圧力と、を変数としかつアク
チュエータ負荷圧力の増加に応じて減少するようにされ
た一次式とするような圧力補償弁を有する油圧駆動装置
であって、低負荷側油圧アクチュエータの圧力補償弁の
流量特性の流量減少割合を、高負荷側油圧アクチュエー
タの圧力補償弁の流量特性の流量減少の割合より小とす
ることにより解決した。

【００２８】また、可変容量ポンプと、該可変容量ポン
プの吐出する圧油によって駆動される少なくとも一の低
負荷側油圧アクチュエータと該アクチュエータより大き
な慣性負荷を有する一の高負荷側油圧アクチュエータと
を有し、該複数の油圧アクチュエータに流入する圧油を
それぞれ制御可能にされた流量調整機能を有する方向制
御弁と、該方向制御弁の圧力補償を行う圧力補償弁を方
向制御弁絞り部の下流側に備え、かつ、可変ポンプ吐出
圧力（Ｐｐ）と前記最高負荷圧力（Ｐｍ）との差圧に対
応した２次圧（Ｐｃ＝Ｐｐ−Ｐｍ）を発生する差圧制御
弁を設け、該可変ポンプの吐出油を該可変ポンプの押し
のけ容積変更手段に連通させるポンプ流量調整弁を有
し、前記差圧制御弁の２次圧力（Ｐｃ）を油路を介して
該ポンプ流量調整弁に作用させ、該可変ポンプの押しの
け容積を該２次圧力に応じて制御するようにした油圧駆
動装置において、前記圧力補償弁を開き方向に対応する
方向制御弁の絞り部の下流側の圧力を作用させる第１の
受圧面積と、該圧力補償弁を閉じ方向に複数のアクチュ
エータの最高負荷圧力を作用させる第２の受圧面積と、
同じく該圧力補償弁を閉じ方向に該圧力補償弁の下流側
の圧力すなわち対応するアクチュエータの負荷圧力を作
用させる第３の受圧面積と、を有し、前記第１の受圧面
積と第２受圧面積をほぼ等しくし、第３の受圧面積はそ
れらの受圧面積に対してほんの僅かな面積（０〜７％）
とした圧力補償弁を有する油圧駆動装置であって、高負
荷側油圧アクチュエータの圧力補償弁の第３の受圧面積
を、低負荷側油圧アクチュエータの圧力補償弁の第３の
受圧面積より大きくするようにすればよい。

【００２９】さらに、高負荷側油圧アクチュエータの圧
力補償弁の第３の受圧面積は同圧力補償弁の第１及び第
２の受圧面積の３〜７％、低負荷側油圧アクチュエータ
の圧力補償弁の第３の受圧面積は同圧力補償弁の第１及
び第２の受圧面積の０〜２％が良い。

【００３０】（作用）圧力補償弁の流量補償域の流量特
性を可変容量ポンプ吐出圧力と複数のアクチュエータの
最高負荷圧力との差圧と、アクチュエータ負荷圧力と、
を変数とし、かつアクチュエータ負荷圧力の増加に応じ
て減少するようにされた一次式とするような圧力補償弁
を有する油圧駆動装置において、低負荷側油圧アクチュ
エータの圧力補償弁の流量特性の流量減少割合を、大慣
性負荷を有する高負荷側油圧アクチュエータの圧力補償
弁の流量特性の流量減少の割合より小としたので、高負
荷側アクチュエータの負荷圧力が急上昇した際には、高
負荷側アクチュエータの流量が減少しその減少した分の
流量が低負荷側アクチュエータに供給するようにしたの
で、低負荷側アクチュエータの速度低下を防止すること
ができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施形態にかかる
油圧回路図である。図１において、エンジン等の原動機
１で駆動される可変容量ポンプ２の吐出油路３に複数の
方向制御弁４，５を並列に接続し各方向制御弁４，５に
おいて絞り部を通過した後、中間油路６，７及びチェッ
ク弁８，９を介して複数の圧力補償弁１０，１１にそれ
ぞれ接続し、再び方向制御弁４，５を経た後に、各方向
制御弁４，５の出力側をアクチュエータ１２，１３にそ
れぞれ接続し、各アクチュエータからの戻り油を再び方
向制御弁を介してタンク１４へ戻すようにされている。
ここで、アクチュエータ１３は、比較的軽い負荷を有す
る低負荷側アクチュエータ（例えば油圧ショベルのブー
ムを上下させるブームシリンダや、アームシリンダ、バ
ッケトシリンダなどのフロント機構用アクチュエータ）
で、アクチュエータ１２は大きな慣性負荷を有する高負
荷側アクチュエータ（例えば油圧ショベルの旋回モー
タ）等である。

【００３２】圧力補償弁１０，１１は各圧力補償弁１
０，１１の上流側の圧力を圧力補償弁を開く方向に第１
の受圧面積を有するパイロット油室１０ａ，１１ａに作
用するようにされ、シャトル弁１４で検出される最高負
荷圧力１５で閉じ方向に第２の受圧面積を有するパイロ
ット油室１０ｂ，１１ｂに作用するようにされている。
通常は、これらの第１と第２の受圧面積は等しくなるよ
うにされている。また、圧力補償弁１０，１１を閉じる
方向にスプリング１０ｄ，１１ｄが設けられている。こ
こまでは図２の従来実施例と同様であるが、さらに図１
に示す本発明に於いては、各圧力補償弁１０，１１の下
流側の圧力、すなわち各アクチュエータの負荷圧力を圧
力補償弁を閉じる方向に第３の受圧面積を有するパイロ
ット油室１０ｃ，１１ｃに作用させる。そして、第３の
受圧面積は前記第１及び第２の受圧面積に対し、ほんの
僅かな面積（０〜７％程度）にされている。

【００３３】さらに、高負荷側アクチュエータ１２の第
３の受圧面積と第１及び第２の受圧面積の比率を、低負
荷側アクチュエータ１３の第３の受圧面積と第１及び第
２の受圧面積の比率より大きくしている。すなわち、高
負荷側アクチュエータ１２では、前記比率を３〜７％程
度とし、低負荷側アクチュエータ１３では０〜２％程度
としている。

【００３４】なお、可変容量ポンプ２の吐出圧力とシャ
トル弁１４で検出された最高負荷圧力１５との差圧に対
応した２次圧力２４を発生する差圧制御弁２３がバルブ
装置２２内に設けられ、該２次圧力２４を油路２０を介
して、可変容量ポンプ２の押しのけ容積変更手段１６を
駆動するための流量調整弁１７に作用させ、２次圧力と
該流量調整弁１７のスプリング１８であらかじめ設定さ
れた作用力とつり合わせることにより、２次圧力がスプ
リング１８の作用力よりも大きい場合は、可変容量ポン
プ２の押しのけ容積を小さくするように、２次圧力がス
プリング１８の作用力よりも小さな場合は、可変容量ポ
ンプ２の押しのけ容積を大きくするように制御されてい
ること、及び制御弁１９による定馬力制御については、
図２の従来実施例と同様であり説明を省略する。

【００３５】また、方向制御弁４，５は建設機械で広く
使用されている操作量に応じてパイロット圧力が高くな
る圧力制御弁のパイロット圧力で操作されるものであっ
てもよいし、電磁比例弁や高速応答電磁弁で操作される
ものであってもよい。また、アクチュエータは低負荷
側、高負荷側それぞれ一ずつ記載されているが、本発明
の説明の為のものであり、実際には同様な回路で構成さ
れる複数のアクチュエータが設けられるていることはい
うまでもない。

【００３６】ここで、かかる油圧駆動装置についてその
作用を説明する。図１において、圧力補償弁１０，１１
に作用する力のバランスを考える。まず、圧力補償弁１
０，１１を開く方向に作用する力Ｆ１は、圧力補償弁上
流側（方向制御弁絞り部下流側）の圧力をＰｄとし、圧
力補償弁の第１の受圧面積をＡａとすると Ｆ１＝（Ｐｄ・Ａａ） ………（１）

【００３７】逆に、圧力補償弁を閉じる方向に作用する
力Ｆ２は、最高負荷圧力をＰｍとし、圧力補償弁の第２
受圧面積をＡｂとし、さらに圧力補償弁下流側のアクチ
ュエータの負荷圧力をＰＬとし、圧力補償弁の第３の受
圧面積をＡｃとすると Ｆ２＝（Ｐｍ・Ａｂ＋ＰＬ・Ａｃ） ………（２）

【００３８】ここで、圧力補償弁の制御時は、両方向の
力がつり合っているので、（１）式と（２）式は等しく
（Ｆ１＝Ｆ２）なるので （Ｐｄ・Ａａ）＝（Ｐｍ・Ａｂ＋ＰＬ・Ａｃ） ………（３） なる関係が成立する。但し、スプリング１０ｄ，１１ｄ
の作用力は、弱いものとして無視する。

【００３９】一方、差圧制御弁２３により発生する２次
圧力Ｐｃは、Ｐｐをポンプ吐出圧力、Ｐｍを最高負荷圧
力とすると Ｐｃ＝Ｐｐ−Ｐｍ ……… （４） で与えられ、該２次圧力Ｐｃがポンプ流量調整弁１７に
より、スプリング１８であらかじめ設定された作用力と
つり合っていることから、次式が成立する。 Ｐｃ＝Ｐｓｐ ……… （５） 但し、Ｐｓｐは流量調整弁１７のスプリング１８により
あらかじめ設定された作用力に相当する圧力とする。
（５）式に（４）式を代入し整理すると Ｐｍ＝Ｐｐ−Ｐｓｐ ……… （６） を得る。

【００４０】（６）式を（３）式に代入すると Ｐｄ・Ａａ＝（Ｐｐ−Ｐｓｐ）・Ａｂ＋ＰＬ・Ａｃ ……… （７） ここで、第１の受圧面積Ａａと第２の受圧面積Ａｂが等
しいものとし Ａ＝Ａａ＝Ａｂ ……… （８） とおくと（７）式は、 Ｐｄ＝Ｐｐ−Ｐｓｐ＋ＰＬ・Ａｃ／Ａ ……… （９） となる。（９）式より方向制御弁の絞り部前後の方向制
御弁差圧ΔＰ＝Ｐｐ−Ｐｄを求めると ΔＰ＝Ｐｐ−Ｐｄ ＝Ｐｓｐ−ＰＬ・Ａｃ／Ａ ……… （１０） または、（１０）式に（６）式より得られる Ｐｓｐ＝
Ｐｐ−Ｐｍ の関係を代入すると、 ΔＰ＝Ｐｐ−Ｐｍ−ＰＬ・Ａｃ／Ａ ……… （１１） を得る。

【００４１】（１０）式によれば、方向制御弁の絞り部
前後の方向制御弁差圧ΔＰは、流量調整弁１７のスプリ
ング１８によりあらかじめ設定された圧力Ｐｓｐと圧力
補償弁下流側のアクチュエータの負荷圧力ＰＬの一次式
になり、かつアクチュエータの負荷圧力ＰＬの増加に伴
い減少することになる。すなわち、アクチュエータの負
荷圧力ＰＬの増大に応じて、流量が減少する右下がりの
圧力補償特性が得られる。

【００４２】また、式（１１）によれば、方向制御弁差
圧ΔＰは、ポンプ吐出圧力Ｐｐと最高負荷圧力Ｐｍの差
圧と圧力補償弁下流側のアクチュエータの負荷圧力ＰＬ
の一次式になり、同様にアクチュエータの負荷圧力ＰＬ
の増加に伴い減少すること、すなわち、アクチュエータ
の負荷圧力ＰＬの増大に応じて、流量が減少する右下が
りの圧力補償特性が得られることになる。

【００４３】ここで、本発明においては、第３の受圧面
積Ａｃは、第１及び第２の受圧面積の数パーセントとし
ているため、（１０）式の第二項及び（１１）式の第三
項のＡｃ／Ａの値はごく小さな値となる。従って、圧力
補償弁下流側のアクチュエータの負荷圧力ＰＬが比較的
低い場合は、（１０）式の第二項及び（１１）式の第三
項の値はごく小さな値となるので無視すると、方向制御
弁差圧ΔＰは、（１０）式より ΔＰ＝Ｐｓｐ ……… （１２） または、（１１）式より ΔＰ＝Ｐｐ−Ｐｍ ……… （１３） を得る。従って、負荷圧力ＰＬが比較的低い場合におい
ては、前述した図２の従来実施例のように、方向制御弁
差圧ΔＰは流量調整弁１７のスプリング１８であらかじ
め設定される圧力Ｐｓｐ言い換えれば、ポンプ吐出圧力
Ｐｐと最高負荷圧力Ｐｍの差圧に一致した差圧となる。
よって、負荷圧力によらず所定の速度制御が可能となる
と同時にアンチサチュレーション機能を有することにな
る。

【００４４】さらに本発明においては、前述したように
高負荷側アクチュエータの圧力補償弁では第３の受圧面
積を第１及び第２の受圧面積に対し３〜７％とし、低負
荷側の圧力補償弁では第３の受圧面積を第１及び第２の
受圧面積に対し０〜２％として、上記の受圧面積の比Ａ
ｃ／Ａを低負荷側の圧力補償弁に対し、高負荷側の圧力
補償弁では大きくするようにしている。

【００４５】今、説明を容易にするため、高負荷側アク
チュエータ１２を旋回モータとし、旋回モータ側の圧力
補償弁１０の受圧面積の比をＡｃ／Ａとして、低負荷側
アクチュエータ１３をブームシリンダーとし、ブームシ
リンダー側の圧力補償弁１１の受圧面積の比をＡｃ／Ａ
＝０とした場合を考える。この場合は旋回モータでは、
（１０）及び（１１）式が成立し、ブームシリンダでは
（１２）及び（１３）式が成立する。

【００４６】そこで、ブームシリンダ１３と旋回モータ
１２の複合操作において、仮にポンプ吐出流量が十分に
あり、サチュレーション状態に至っていない場合であれ
ば、低負荷側であるブームシリンダ１３の方向制御弁５
の方向制御弁差圧は、（１２）及び（１３）式に示すよ
うにブームの負荷圧力に依らず一定の値となる。従って
負荷圧力が変動しても流量は一定のままとなる。一方、
高負荷側である旋回モータ１２の方向制御弁４の方向制
御弁差圧は、（１０）及び（１１）式に示すように旋回
モータの負荷圧力に依存して、小さくなる。このため負
荷圧力の上昇に伴い、流量が減少する。

【００４７】ところが、このような複合操作においては
旋回モータの負荷圧力が過大であるため、前述したよう
にポンプ装置の定馬力制御機構が優先して働き、ポンプ
吐出流量そのものが低下し、サチュレーション状態に至
ってしまう。この状態ではポンプ吐出圧力Ｐｐは、最高
負荷圧力Ｐｍに対して流量調整弁１７のスプリング１８
であらかじめ設定される圧力Ｐｓｐ分だけ高く保つこと
ができなくなる。この時のポンプ圧力をＰｐ′としＰ
ｐ′−Ｐｍ＝Ｐｓｐ′とすると、このＰｓｐ′の大きさ
はその時の流量不足の度合いにより左右され一定の値に
はならないが、各々の方向制御弁の上流側には、それぞ
れ等しいポンプ吐出圧力Ｐｐ′が作用している。この時
の各々の方向制御弁差圧ΔＰ′は次のようになる。

【００４８】ブームシリンダー側の方向制御弁差圧をΔ
Ｐｂ′とすると ΔＰｂ′＝Ｐｓｐ′＝Ｐｐ′−Ｐｍ ……… （１４） 旋回モータ側の方向制御弁差圧をΔＰｓ′とすると ΔＰｓ′＝Ｐｓｐ′−ＰＬｓ・Ａｃ／Ａ ＝Ｐｐ′−Ｐｍ−ＰＬｓ・Ａｃ／Ａ ……… （１５） を得る。但し、ここでＰＬｓは旋回モータの自己負荷圧
力とする。

【００４９】（１５）式によれば旋回モータ側の方向制
御弁差圧ΔＰｓ′は、最高負荷圧力Ｐｍと最高負荷圧力
Ｐｍに対しＰｓｐ′分だけ上昇しているポンプ吐出圧力
Ｐｐ′と自己負荷圧力ＰＬｓに依存し、サチュレーショ
ン状態になっても依然として自己負荷圧力のＰＬｓ上昇
に伴い減少する。一方（１４）式によればブームシリン
ダ側の方向制御弁差圧ΔＰｂ′は、ブームの自己負荷圧
力に依存せず最高負荷圧力Ｐｍと最高負荷圧力Ｐｍに対
しＰｓｐ′分だけ上昇しているポンプ吐出圧力Ｐｐ′の
みに依存する。

【００５０】従って、ブーム上げと旋回の同時操作の初
期段階において、急上昇した旋回負荷圧力の上昇に伴
い、ポンプ吐出流量が減少しサチュレーション状態にな
っても旋回負荷圧力の上昇に伴い旋回側へ供給される流
量が少なくなることから、全体として流量に余剰が生
じ、ポンプ吐出圧力Ｐｐ′が高目になる。よって（１
４）式によりブーム側の方向制御弁差圧ΔＰｂ′は大き
くなり、ブーム側の流量は増加する。言い換えれば、旋
回側の流量が減少した分ブーム側の流量が増加するので
ある。

【００５１】さらに、旋回モータ側に供給される流量が
減少するので、旋回モータのオーバーロードリリーフバ
ルブからの無駄なリリーフ流量が少なくなると同時に、
旋回モータの負荷圧力そのものの上昇も抑制する。従っ
て、ポンプ吐出圧力の上昇が低く押さえられ、定馬力制
御機構による流量規制も緩和されて、吐出流量そのもの
が増加する。そこで、ブームの流量はさらに増加する。
このようにして複合同時操作の初期段階における、ブー
ム速度の低下と旋回モータのオーバロードリリーフから
の圧油のリリーフによる原動機のエネルギ損失を防止で
きる。

【００５２】また旋回モータに流入する流量は、旋回動
作の初期段階で旋回モータの過大な慣性により旋回側の
負荷圧力ＰＬｓが増大し（１５）式に示すように方向制
御弁差圧ΔＰｓ′が減少、即ち方向制御弁の流量が小さ
くなるようにされている。その状態から、その後旋回速
度が増加し加速度が減少するに従い負荷圧力ＰＬｓも徐
々に減少するので方向制御弁差圧ΔＰｓ′が増加し方向
制御弁の流量が徐々に大きくなる。いいかえれば、流量
は旋回負荷圧力の減少に伴い徐々に増加していくことに
なるので、緩やかな旋回モータの加速が得られることに
なる。

【００５３】その後、旋回モータの加速が終了し、定常
速度による旋回となると、旋回負荷圧力が急激に低下
し、ブームシリンダの負荷圧力の方が大きくなる。この
際従来実施例においては、ポンプ吐出圧力の急激な減少
に伴い、定馬力機構の働きが緩和されることによりポン
プ吐出流量が急激に増加することから、ブームシリンダ
ーを加速することになったが、本実施例におては、ブー
ムシリンダの速度は、前述したように、旋回動作の当初
から確保されているので、ショックを伴って加速すると
いうことはない。

【００５４】なお、以上の作動は旋回モータの負荷圧力
の減少に伴い連続的に作用し、前述した従来例のように
不連続ではないのでショックの発生はより一層少ない。

【００５５】以上の説明では便宜上、低負荷側アクチュ
エータ用の圧力補償弁の面積比Ａｃ／Ａの値を０として
示したが、この値は０でなくても良いし、場合によって
は高負荷側アクチュエータ用の圧力補償弁のＡｃ／Ａの
値と同一であっても同様な傾向を示す。仮に、面積比Ａ
ｃ／Ａの値を低負荷側、高負荷側ともに３〜７％程度で
同一の値とした場合について述べる。この場合には、低
負荷側のアクチュエータの負荷圧力は元々低いため、方
向制御弁差圧ΔＰに対する自己負荷圧力の依存の度合い
は小さく、また、高負荷側アクチュエータでの流量が減
少した分、低負荷側アクチュエータの流量が増加するこ
とには変わりはない。従って、前述した高負荷側と低負
荷側のアクチュエータの同時操作における問題点を解消
できる。

【００５６】しかしながら、かかる場合は同時操作にお
ける問題点を解消できるが、面積比Ａｃ／Ａの値を大き
くするので、圧力補償弁の本来の目的である負荷圧力に
よらず流量を一定とする機能が低下する。従って、低負
荷側の面積比Ａｃ／Ａを高負荷側と同一する場合には、
かかるデメリットを考慮する必要がある。

【００５７】以上、本発明の実施形態を示したが、他に
も様々な構成が可能である。本発明の特長は、圧力補償
弁の閉じ方向に二つの受圧面積を設け、一方に最高負荷
圧力Ｐｍを他方に自己の負荷圧力ＰＬを作用させ、それ
らの作用力に対抗して圧力補償弁を開く方向に一つの受
圧面積を設け、圧力補償弁の上流側（方向制御弁の下流
側）の圧力Ｐｄを作用させる。さらに、圧力補償弁の上
流側の圧力Ｐｄが作用する第１の受圧面積と最高負荷圧
力Ｐｍが作用する第２の受圧面積をほぼ等しくし、自己
の負荷圧力ＰＬが作用する第３の受圧面積を前記第１及
び第２の受圧面積に対して、ほんの僅かな受圧面積とし
た圧力補償弁において、上記第１及び第２の受圧面積Ａ
と第３の受圧面積Ａｃの比率Ａｃ／Ａの値を、低負荷側
アクチュエータ用の圧力補償弁の該比率に対し、高負荷
側アクチュエータ用の圧力補償弁の該比率を大きくする
ように構成したことである。従ってこの精神を逸脱しな
い限り種々の改変が可能であるが、本発明は該改変され
たものに及ぶことは当然である。

【００５８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、圧力補償弁の閉
じ方向に最高負荷圧力Ｐｍと自己の負荷圧力ＰＬを作用
させ、それらの作用力に対抗して圧力補償弁を開く方向
に圧力補償弁の上流側（方向制御弁の下流側）の圧力Ｐ
ｄを作用させる。さらに、圧力補償弁の上流側の圧力Ｐ
ｄが作用する第１の受圧面積と最高負荷圧力Ｐｍが作用
する第２の受圧面積をほぼ等しくし、自己の負荷圧力Ｐ
Ｌが作用する第３の受圧面積を前記第１及び第２の受圧
面積に対して、ほんの僅かな受圧面積とした圧力補償弁
において、上記第１及び第２の受圧面積Ａと第３の受圧
面積Ａｃの比率Ａｃ／Ａの値を、低負荷側アクチュエー
タ用の圧力補償弁の該比率に対し、高負荷側アクチュエ
ータ用の圧力補償弁の該比率を大きくするように構成し
たことによって、高負荷側アクチュエータの負荷圧力が
急上昇した際には、高負荷側アクチュエータの流量が減
少しその減少した分の流量が低負荷側アクチュエータに
供給され低負荷側アクチュエータの速度低下を防止する
ことができるので、負荷が極端に異なった高負荷側アク
チュエータと低負荷側アクチュエータを同時操作をして
も、さらに、高負荷側アクチュエータの負荷圧力が急激
に減少した場合においても、アクチュエータの速度の急
激な変化や、ショックの発生がなくスムースなものとす
ることができた。また、低負荷側アクチュエータの速度
低下をも解消できるものとなった。

【００５９】さらに、高負荷側アクチュエータの供給流
量が減少するので、可変容量ポンプの定馬力制御による
流量規制を緩和し、吐出流量の低下を押えるとともに、
オーバロードリリーフからのリリーフ流量を少なくし
て、エネルギ損失を少なくすることができるものとなっ
た。

【００６０】より具体的には、油圧ショベルに於ける堀
削した土砂等をトラックに積み込むような作業に於いて
も、旋回初期にブームの速度が遅くならず、オーバロー
ドリリーフからのリリーフロスによるエネルギ損失も少
なく、定常旋回後の旋回負荷圧力の急激な低下に対して
も、夫々のアクチュエータの速度変化やショックの発生
が無く、スムースな動きが得られ、作業効率の良い、オ
ペレータに疲労を与えないという優れた効果を奏するも
のとなった。

【００６１】また、かかる目的を達成するための手段と
して、従来のように圧力補償弁の他に各種の付属バルブ
を設けたり、外部のパイロット圧力を必要としないた
め、バルブ全体の寸法が大きくならないとともに、コス
トも安く、同時に、使い勝手も良いという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油圧駆動装置の実施の形態を示す油圧
回路図である。

【図２】従来の油圧駆動装置の油圧回路図である。

【符号の説明】

２ 可変容量ポンプ ３，２５ 可変容量ポンプの吐出する圧油 ４，５ 方向制御弁 １０，１１ 圧力補償弁 １０ａ，１１ａ 第１の受圧面積（Ａａ）を有するパ
イロット室 １０ｂ，１１ｂ 第２の受圧面積（Ａｂ）を有するパ
イロット室 １０ｃ，１１ｃ 第３の受圧面積（Ａｃ）を有するパ
イロット室 １２ 高負荷側油圧アクチュエータ １３ 低負荷側油圧アクチュエータ １６ 容積変更手段 １７ ポンプ流量調整弁 ２３ 差圧制御弁 ２４ 二次圧力 ΔＰ 方向制御弁差圧 Ｐｄ 絞り部の下流側の圧力 ＰＬ アクチュエータ負荷圧力 Ｐｍ 最高負荷圧力 Ｐｐ 可変容量ポンプ吐出圧力

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量ポンプと、該可変容量ポンプの
   吐出する圧油によって駆動される少なくとも一の低負荷
   側油圧アクチュエータと該アクチュエータより大きな慣
   性負荷を有する一の高負荷側油圧アクチュエータとを有
   し、該複数の油圧アクチュエータに流入する圧油をそれ
   ぞれ制御可能にされた流量調整機能を有する方向制御弁
   と、複数のアクチュエータの最高負荷圧力と、対応する
   方向制御弁の絞り部の下流側の圧力と、をそれぞれ作用
   させて方向制御弁の圧力補償をする圧力補償弁を方向制
   御弁絞り部の下流側に備え、かつ、可変ポンプ吐出圧力
   （Ｐｐ）と前記最高負荷圧力（Ｐｍ）との差圧に対応し
   た２次圧（Ｐｃ＝Ｐｐ−Ｐｍ）を発生する差圧制御弁を
   設け、該可変ポンプの吐出油を該可変ポンプの押しのけ
   容積変更手段に連通させるポンプ流量調整弁を有し、前
   記差圧制御弁の２次圧力（Ｐｃ）を油路を介して該ポン
   プ流量調整弁に作用させ、該可変ポンプの押しのけ容積
   を該２次圧力に応じて制御するようにした油圧駆動装置
   において、前記圧力補償弁は、対応する前記方向制御弁
   の下流側の圧力を圧力補償弁を開き方向に作用させ、前
   記最高負荷圧力及び対応する油圧アクチュエータ側の負
   荷圧力を閉じ方向に作用させ、かつ、流量補償域の流量
   特性が、方向制御弁絞り部の上流側圧力と下流側圧力の
   差圧である方向制御弁差圧を、可変容量ポンプ吐出圧力
   と複数のアクチュエータの最高負荷圧力との差圧と、ア
   クチュエータ負荷圧力と、を変数としかつアクチュエー
   タ負荷圧力の増加に応じて減少するようにされた一次式
   とするような圧力補償弁を有する油圧駆動装置であっ
   て、低負荷側油圧アクチュエータの圧力補償弁の流量特
   性の流量減少割合を、高負荷側油圧アクチュエータの圧
   力補償弁の流量特性の流量減少の割合より小とすること
   を特徴とする油圧駆動装置。
2. 【請求項２】 可変容量ポンプと、該可変容量ポンプの
   吐出する圧油によって駆動される少なくとも一の低負荷
   側油圧アクチュエータと該アクチュエータより大きな慣
   性負荷を有する一の高負荷側油圧アクチュエータとを有
   し、該複数の油圧アクチュエータに流入する圧油をそれ
   ぞれ制御可能にされた流量調整機能を有する方向制御弁
   と、該方向制御弁の圧力補償を行う圧力補償弁を方向制
   御弁絞り部の下流側に備え、かつ、可変ポンプ吐出圧力
   （Ｐｐ）と前記最高負荷圧力（Ｐｍ）との差圧に対応し
   た２次圧（Ｐｃ＝Ｐｐ−Ｐｍ）を発生する差圧制御弁を
   設け、該可変ポンプの吐出油を該可変ポンプの押しのけ
   容積変更手段に連通させるポンプ流量調整弁を有し、前
   記差圧制御弁の２次圧力（Ｐｃ）を油路を介して該ポン
   プ流量調整弁に作用させ、該可変ポンプの押しのけ容積
   を該２次圧力に応じて制御するようにした油圧駆動装置
   において、前記圧力補償弁を開き方向に対応する方向制
   御弁の絞り部の下流側の圧力を作用させる第１の受圧面
   積と、該圧力補償弁を閉じ方向に複数のアクチュエータ
   の最高負荷圧力を作用させる第２の受圧面積と、同じく
   該圧力補償弁を閉じ方向に該圧力補償弁の下流側の圧力
   すなわち対応するアクチュエータの負荷圧力を作用させ
   る第３の受圧面積と、を有し、前記第１の受圧面積と第
   ２受圧面積をほぼ等しくし、第３の受圧面積はそれらの
   受圧面積に対してほんの僅かな面積（０〜７％）とした
   圧力補償弁を有する油圧駆動装置であって、高負荷側油
   圧アクチュエータの圧力補償弁の第３の受圧面積を、低
   負荷側油圧アクチュエータの圧力補償弁の第３の受圧面
   積より大きくするようにされていることを特徴とする請
   求項１記載の油圧駆動装置。
3. 【請求項３】 前記高負荷側油圧アクチュエータの圧力
   補償弁の第３の受圧面積は同圧力補償弁の第１及び第２
   の受圧面積の３〜７％、前記低負荷側油圧アクチュエー
   タの圧力補償弁の第３の受圧面積は同圧力補償弁の第１
   及び第２の受圧面積の０〜２％であることを特徴とする
   請求項２記載の油圧駆動装置。