(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-29
(45)【発行日】2022-12-07
(54)【発明の名称】液圧駆動装置
(51)【国際特許分類】
F03C 1/253 20060101AFI20221130BHJP
【FI】
F03C1/253
(21)【出願番号】P 2018229712
(22)【出願日】2018-12-07
【審査請求日】2021-09-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 宙
(72)【発明者】
【氏名】野上 靖夫
(72)【発明者】
【氏名】西山 佳孝
【審査官】松浦 久夫
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-100840(JP,A)
【文献】特開2006-161753(JP,A)
【文献】特開2003-074460(JP,A)
【文献】特開2007-303543(JP,A)
【文献】特開平08-219004(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F03C 1/253
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の出入口ポートを有するケーシングと、
斜板を含み、前記ケーシングに収容される可変容量式の液圧モータと、
前記一対の出入口ポートを前記液圧モータに接続する一対の主ラインと、
前記斜板を傾転させる液圧式の傾転機構と、
前記一対の主ラインの圧力のうち高い方の圧力を選択して出力する高圧選択弁と、
前記高圧選択弁を前記傾転機構に接続する傾転制御ラインと、
所定の条件に基づいて、前記傾転制御ラインを開閉する開閉機構と
、
前記傾転制御ラインと合流され、前記傾転機構に圧液を供給する供給ラインと、を備える
液圧駆動装置。
【請求項2】
前記開閉機構が、電磁開閉弁またはパイロット式開閉弁である
請求項
1に記載の液圧駆動装置。
【請求項3】
前記傾転機構が、前記斜板と連結されるピストン、および、前記ピストンへの圧液の給排を制御するレギュレータを備え、
前記開閉機構がパイロット式開閉弁である場合において、前記レギュレータに供給される指令圧が前記パイロット式開閉弁にも信号圧として供給される
請求項
2に記載の液圧駆動装置。
【請求項4】
前記供給ラインは、前記出入口ポートよりも高圧を供給し、
前記開閉機構が、
前記傾転制御ライン上に設けられ、前記傾転機構から前記主ラインへの逆流を阻止する逆止弁と、
前記所定条件の成否に応じて前記供給ラインを介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構と、を備える
請求項
1に記載の液圧駆動装置。
【請求項5】
前記開閉機構が、前記傾転制御ライン上に設けられたパイロット式開閉弁によって構成され、前記パイロット式開閉弁のスプールの一端に前記高圧選択弁から出力された圧力が作用し、前記スプールの他端に前記供給ラインの圧力が作用し、
前記パイロット式開閉弁が前記2つの圧力に基づいて前記傾転制御ラインを開閉可能に構成されている、
請求項
1に記載の液圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建設機械、産業機械あるいは農業機械に用いられ得る液圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
建設機械あるいは産業機械に搭載される作業機の駆動源として、液圧モータが一般的に採用されている。
【0003】
例えば特許文献1では、バックホーの旋回台の駆動源に可変容量式の液圧モータを用いている。斜板は、液圧式の傾転機構によって傾転させられる。傾転機構は、斜板に連結されたピストン、および、ピストンを作動させる液圧を制御するレギュレータを備えている。出入口圧のうち高圧側が、斜板に対して摺動して回転する回転部に供給され、また、レギュレータに一次圧として分配される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、液圧モータには「保持性能」あるいは「スリップ性能」が求められる。スリップとは、出入口ポートが閉止された状態で外部からトルクが加わった場合に、モータ内部での液漏れ部分が出口となって回転部が回転することである。この回転が少ないと、保持性能が高いとされる。
【0006】
従来のように、レギュレータとピストンに出入口圧の高圧側を導いていると、出口側ポートの閉止時に外部からトルクが加わると、レギュレータおよびピストンからの液漏れを招く。モータ内部での液漏れが増加して保持性能の低下を招く。
【0007】
そこで本発明は、保持性能の低下を抑止した液圧駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一形態に係る液圧駆動装置は、一対の出入口ポートを有するケーシングと、斜板を含む可変容量式の液圧モータと、前記一対の出入口ポートを前記液圧モータに接続する一対の主ラインと、前記斜板を傾転させる液圧式の傾転機構と、前記一対の主ラインの圧力のうち高い方の圧力を選択して出力する高圧選択弁と、前記高圧選択弁を前記傾転機構に接続する傾転制御ラインと、所定の条件に基づいて、前記傾転制御ラインを開閉する開閉機構と、を備える。
【0009】
前記構成によれば、傾転制御ラインが閉鎖されているときに、主ラインが傾転機構から遮断されるので、主ラインからの液漏れを防ぐことができる。よって、スリップ性能の低下を抑止できる。
【0010】
前記傾転制御ラインと合流され、前記傾転機構に圧液を供給する供給ラインを更に備えてもよい。
【0011】
前記構成によれば、開閉機構で傾転制御ラインを閉鎖しており主ラインを通流する液圧で傾転機構を作動させることができない状況であっても、供給ラインからの圧液で傾転機構を作動させることができる。開閉機構で傾転制御ラインを閉鎖しても、モータの容量制御を継続的に実行できる。
【0012】
前記開閉機構が、電磁開閉弁またはパイロット式開閉弁であってもよい。
【0013】
前記構成によれば、条件成否に応じて電気信号または信号圧の供給/停止すればよく、上記した作用を実現しやすい。
【0014】
前記傾転機構が、前記斜板と連結されるピストン、および、前記ピストンへの圧液の給排を制御するレギュレータを備え、前記開閉機構がパイロット式開閉弁である場合において、前記レギュレータに供給される指令圧が前記パイロット式開閉弁にも信号圧として供給されてもよい。
【0015】
前記構成によれば、開閉機構のための信号圧の供給源および供給経路を簡素化できる。
【0016】
前記供給ラインは、前記出入口ポートよりも高圧を供給し、前記開閉機構が、前記傾転制御ライン上に設けられ、前記傾転機構から前記主ラインへの逆流を阻止する逆止弁と、前記所定条件の成否に応じて前記供給ラインを介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構と、を備えてもよい。
【0017】
前記構成によれば、切換機構が高圧の圧液を供給する状態となれば、逆止弁が閉弁する。主ラインを傾転機構から切り離すことと、当該状態において傾転機構を作動させ続けることとを実現できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、保持性能の低下を抑止した液圧駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】第1実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【
図2】第2実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【
図3】第3実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【
図4】第4実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【
図5】第5実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【
図6】第6実施形態に係る液圧駆動装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。
【0021】
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る液圧駆動装置10を示す回路図である。実施形態に係る液圧駆動装置10は、建設機械、産業機械あるいは農業機械(以下、単に機械と総称する)に搭載される。機械には、旋回台などの作業機を駆動する液圧駆動ユニット1が設けられている。液圧
駆動ユニット1は、作業機を液圧式で駆動する液圧回路2、および、液圧回路2の動作を制御する制御装置9を備えている。液圧駆動装置10は、液圧回路2を構成する一要素であり、作業機を駆動するアクチュエータとしての役割を果たす。液圧駆動装置10の出力軸10aは、作業機と動力伝達可能に連結される。
【0022】
液圧回路2は、液圧駆動装置10の他、液圧駆動装置10に液圧を供給するポンプ3、作動液を溜めるタンク4、および、ポンプ3から液圧駆動装置10への圧液の給排を制御する制御弁5を備えている。
【0023】
液圧駆動装置10は、可変容量式の液圧モータ13、およびこれを収容するケーシング11を備える。液圧モータ13は、斜板12を含む。液圧モータ13は、斜板12に対して摺動しながら回転するロータリー部である。詳細構造の図示を省略するが、液圧モータ13は、ケーシング11に回転可能に支持されるシリンダブロック、シリンダブロックに進退可能に挿入された複数のピストン、各ピストンの先端に取り付けられて斜板12上で摺動するシューを含む。液圧モータ13の出力軸10aは、シリンダブロックと一体に回転する。斜板12の傾斜角は可変であり、液圧モータ13の容量が傾斜角に応じて変更される。
【0024】
ケーシング11は、一対の出入口ポート14,15を有する。ケーシング11には、一対の出入口ポート14,15を液圧モータ13に接続する一対の主ライン16,17が設けられている。以下、一方のポート14を「第1出入口ポート14」、他方のポート15を「第2出入口ポート15」という場合がある。第1出入口ポート14に接続される主ライン16を「第1主ライン16」、第2出入口ポート15に接続された主ライン17を「第2主ライン17」という場合がある。
【0025】
液圧モータ13は、両方向に回転可能である。液圧回路2の制御弁5は、液圧モータ13を第1方向に回転させる第1駆動状態(
図1の右ファンクション)、液圧モータ13を第1方向と逆の第2方向に回転させる第2駆動状態(
図1の左ファンクション)、および、液圧モータ13を停止させる停止状態(
図1の中央ファンクション)のいずれかに状態を切り換えるように構成されている。機械の作業員の操作に応じて状態を切り換えるが、操作を制御弁5の動作に反映させるための構成は、特に限定されない。
【0026】
第1駆動状態では、第1出入口ポート14および第1主ライン16がポンプ3の吐出側と接続され、第2出入口ポート15および第2主ライン17がタンク4と接続される。第2駆動状態では、第2出入口ポート15および第2主ライン17がポンプ3の吐出側と接続され、第1出入口ポート14および第1主ライン16がタンク4と接続される。ポンプ3の吐出圧に基づく入口圧PAが、第1駆動状態では第1出入口ポート14に供給され、第2駆動状態では第2出入口ポート15に供給される。停止状態では、一対の出入口ポート14,15がポンプ3およびタンク4から遮断される。なお、制御弁5を3位置方向切換弁として図示しているのは単なる一例であり、状態の切換えを実現できればどのような回路構成を採用してもよい。
【0027】
本実施形態に係る液圧駆動装置10は、斜板12を傾転させる液圧式の傾転機構18を備える。傾転機構18は、斜板12と連結されるピストン19、ピストン19への圧液の給排を制御するレギュレータ20、および、斜板12の傾転角をレギュレータ20にフィードバックするフィードバック機構29を含む。
【0028】
ピストン19は、第1液室19aおよび第2液室19bを有する。圧液がこれら液室19a,19bに給排されることで、ピストン19はその軸方向に移動して斜板12の傾転角を変更させる。
【0029】
レギュレータ20は、一例として、スリーブ・スプール弁である。フィードバック機構29は、斜板12とレギュレータ20のスリーブとに連結されている。レギュレータ20のスプールには、互いに反対向きのバネ21の付勢力とシリンダ22の押圧力とが作用するようになっている。シリンダ22の液室には、指令圧ライン23が接続されており、指令圧Piが液圧駆動装置10の外部から指令圧ライン23を介してシリンダ22に供給され、シリンダ22は指令圧Piに応じた押圧力をスプールに付与する。
【0030】
レギュレータ20は、一次圧ポート20a、ドレンポート20bおよび二次圧ポート20cを有する。二次圧ポート20cは、二次圧ライン24を介してピストン19の第1液室19aと接続されている。一次圧ポート20aは、傾転制御ライン30と接続されている。
【0031】
液圧駆動装置10は、高圧選択弁31および傾転制御ライン30を備えている。高圧選択弁31は、一対の主ライン16,17それぞれから分岐する上流分岐部30a,30bと接続される。高圧選択弁31は、一対の主ライン16,17の圧力のうち高い方の圧力を選択して、傾転制御ライン30に出力する。傾転制御ライン30は、高圧選択弁31を傾転機構18に接続している。傾転制御ライン30は、高圧選択弁31に接続された共通部30c、および、共通部30cの下流で二股に分かれた一対の下流分岐部30d,30eを有する。一方の下流分岐部30dが共通部30cをピストン19の第2液室19bに接続しており、他方の下流分岐部30eが共通部30cをレギュレータ20の一次圧ポート20aに接続している。
【0032】
液圧駆動装置10は、傾転制御ライン30と合流され、傾転機構18に圧液を供給する供給ライン40を備えている。供給ライン40は、傾転制御ライン30のうち、共通部30cあるいは一対の下流分岐部30d,30eに接続されている。サーボ圧Psが、液圧駆動装置10の外部から供給ライン40および一対の下流分岐部30d,30eを介し、ピストン19およびレギュレータ20に供給されることができる。供給ライン40には、傾転機構18および傾転制御ライン30からの圧液の逆流を阻止する逆止弁41が設けられている。
【0033】
液圧駆動装置10は、所定の条件に基づいて、傾転制御ライン30を開閉する開閉機構35を備える。開閉機構35は、特に、共通部30cに設けられている。開閉機構35が閉鎖状態であるときには、一対の主ライン16,17のどちらが高圧であるのか否かに関わらず、ピストン19にもレギュレータ20にも一対の主ライン16,17から圧液が流れるのを阻止できる。他方、共通部30cが開閉されるので、サーボ圧Psは、供給ライン40および一対の下流分岐部30d,30eを介してピストン19およびレギュレータ20に供給されることができる。
【0034】
本実施形態では、開閉機構35は、電磁開閉弁36によって構成されている。一例として、電磁開閉弁36は常開型であり、制御装置9から閉鎖指令信号が出力されると、共通部30cを閉鎖するように構成されている。制御装置9は上記の所定の条件の成否を判定し、条件成立時に閉鎖指令信号を出力する。
【0035】
この所定の条件は、一例として、制御弁5が前述した停止状態となっているという条件を含む。この停止状態で機械の外部から作業機を介して出力軸10aにトルクが加わった場合に、液圧モータ13が液圧回路2のポンプ3およびタンク4から遮断されているにも関わらず、液圧モータ13(ロータリー部)が回転する現象を「スリップ」という。スリップは、液圧駆動装置10内で生じる液漏れによって発生する。仮に開閉機構35がなければ、一対の主ライン16,17のうち高圧側の圧液が、高圧選択弁31および共通部30cを介して、ピストン19およびレギュレータ20に供給される。ピストン19およびレギュレータ20において液漏れが生じやすく、そのためスリップの程度が大きくなる可能性がある。
【0036】
本実施形態では、このような停止状態において開閉機構35が傾転制御ライン30を閉鎖する。これにより、一対の主ライン16,17が液漏れを生じやすい傾転機構18から遮断される。したがって、保持性能(スリップ性能)の低下を抑止できる。
【0037】
停止状態でも、供給ライン40を介してサーボ圧Psを傾転機構18に供給できるので、開閉機構35が傾転制御ライン30を閉鎖している状態でも、斜板12の傾転角を変更する制御(液圧モータ13の容量を変更する制御)を継続的に実行できる。なお、共通部30cには、サーボ圧Psが主ライン16,17に逆流するのを阻止する逆止弁39が設けられており、そのため、液圧モータ13が逆止弁39で保護される。逆止弁39は電磁開閉弁36と直列に並んでいる。図示例では、逆止弁39が電磁開閉弁36に対して傾転機構18に近い側(下流側)に配置されているが、逆に配置されていてもよい。
【0038】
開閉機構35を電磁開閉弁で構成しているので、条件成否に応じて信号を供給/停止すればよく、上述した作用を実現しやすい。
【0039】
以下、第2~第6実施形態に係る液圧駆動装置について、第1実施形態との相違を中心に説明する。
【0040】
(第2および第3実施形態)
図2に示すように、第2実施形態に係る液圧駆動装置210においては、開閉機構235が、第1実施形態の電磁開閉弁に代えて、パイロット式開閉弁236によって構成されている。パイロット式開閉弁236は、常開型のスプール弁であり、信号圧の供給を受けて傾転制御ライン30の共通部30cを閉鎖するように構成されている。この構成によっても、条件成否に応じて信号を供給/停止すればよく、第1実施形態として説明した作用を実現しやすい。
【0041】
開閉機構235のための信号圧は、レギュレータ20のピストンに指令圧Piを供給する指令圧ライン23から分岐した信号圧ライン23bを介して、液圧駆動装置210の外部から供給される。このように、レギュレータ20に供給される指令圧Piがパイロット式開閉弁236にも信号圧として供給されるようにしており、指令圧Piに応じて開閉機構235が開閉可能に構成されているので、開閉機構235のための信号圧の供給源および供給経路を簡素化できる。
【0042】
この場合において、指令圧Piが立つという条件が成立するときに、開閉機構235が傾転制御ライン30を閉鎖する。
図2は、いわゆるネガティブコントロールを例示しており、指令圧Piが立つと、第1液室19aにサーボ圧Psが供給されて傾転角が小さくなる。これは一例であり、いわゆるポジティブコントロール(指令圧Piが立つと傾転角が大きくなる)ように構成されていてもよい。
【0043】
図3に示すように、第3実施形態に係る液圧駆動装置310においては、開閉機構335が、ポペット型のパイロット式開閉弁336によって構成されている。第2実施形態と同様、信号圧は、指令圧ライン23から分岐した信号圧ライン23bを介し、液圧駆動装置
310の外部から開閉弁336に供給される。高圧選択弁31で選択された高圧と、開閉弁336に設けられたバネによって設定されるセット圧と、信号圧ライン23bを介して供給される信号圧との大小関係に基づいて、開閉弁336は傾転制御ライン30の共通部30cを開閉する。この構成においても、第1実施形態および第2実施形態と同様の作用を得られる。
図3もいわゆるネガティブコントロールを例示しているが、第2実施形態と同様にして、いわゆるポジティブコントロールにも適用可能である。
【0044】
(第4および第5実施形態)
図4および
図5に示すように、第4実施形態および第5実施形態に係る液圧駆動装置410,510においては、開閉機構が、傾転制御ライン30上に設けられて傾転機構18から主ライン16,17への逆流を阻止する逆止弁39と、所定条件の成否に応じて供給ライン40を介した高圧の圧液の供給可否を切り換える切換機構とを備えている。逆止弁39は、傾転制御ライン
30の共通部30c上に介在している。
【0045】
図4を参照して、第4実施形態においては、開閉機構435の切換機構が、供給ライン40に介在する制御弁
436によって構成されている。制御弁
436は、第1入口ポート、第2入口ポートおよび出口ポートを有する。出口ポートは供給ライン40を介して傾転制御ライン30に接続されている。制御弁
436は、出口ポートが第1入口ポートと接続される状態(第1状態)と、第2入口ポートと接続される状態(第2状態)とで状態を切り換えるように構成されている。第1入口ポートにはサーボ圧Psが供給され、第2入口ポートには傾転制御ライン30を閉鎖するよう高圧に設定された閉鎖制御圧Pyが供給される。制御弁
436は一例として電磁弁であり、通常は第1状態とされる。制御装置9から閉鎖指令信号が出力されると、第1状態から第2状態に切り換わる。第1実施形態と同様、制御装置9は所定の条件成立時に閉鎖指令信号を開閉機構435(制御弁436)に出力する。
【0046】
閉鎖制御圧Pyは主ライン16,17を流れる液圧よりも高圧に設定される。そのため、制御弁436が第2状態となると、高圧選択弁31で主ライン16,17のいずれの液圧が選択されたとしても、傾転制御ライン30上の逆止弁39が閉弁する。これにより、傾転制御ライン30上に開閉するための弁を設けない場合であっても、第1実施形態と同様にして、傾転制御ライン30を所定条件成立下で閉鎖して主ライン16,17を傾転機構18から遮断できる。また、この状況下で、閉鎖制御圧Pyをピストン19およびレギュレータ20に供給でき、かつ、レギュレータ20のシリンダ22に開閉機構435のための信号供給とは独立して指令圧Piを供給できるので、斜板12の傾転角制御を継続的に実行できる。
【0047】
図5を参照して、第5実施形態においては、開閉機構535の切換機構が、供給ライン40に介在する制御弁
536によって構成されている。制御弁
536は一次圧ポート、二次圧ポート、ドレンポートを有し、二次圧ポートが逆止弁41を介して傾転制御ライン30に接続されている。一次圧ポートにはサーボ圧Psが供給される。本実施形態に係るサーボ圧Psは、第4実施形態に係る閉鎖制御圧Pyと同様、主ライン16,17を流れる液圧よりも高圧に設定される。
【0048】
制御弁536は一例として比例電磁弁であり、制御装置9から出力される閉鎖指令信号の電流値に基づいて二次圧ポートに出力される液圧を調整可能である。制御装置9は、所定の条件成立時に所定電流値以上の閉鎖指令信号を開閉機構535(制御弁536)に出力する。これにより、第4実施形態と同様にして、高圧選択弁31で主ライン16,17のいずれの液圧が選択されたとしても、傾転制御ライン30上の逆止弁39が閉弁する。これにより、傾転制御ライン30を所定条件下で閉鎖して主ライン16,17を傾転機構18から遮断できる。また、この状況下で、サーボ圧Ps(二次圧)をピストン19およびレギュレータ20に供給でき、かつ、レギュレータ20のシリンダ22に開閉機構535への信号供給とは独立して指令圧Piを供給できるので、斜板12の傾転角制御を継続的に実行できる。
【0049】
(第6実施形態)
図6に示すように、第6実施形態に係る液圧駆動装置610では、開閉機構635が、高圧選択弁31から出力された圧力と供給ライン40の圧力(サーボ圧Ps)との差に基づいて傾転制御ライン30(特に、その共通部30c)を開閉するパイロット式開閉弁によって構成されている。開閉弁はスプール弁であり、スプールの一端に高圧選択弁31から出力された圧力が作用し、スプールの他端にサーボ圧Psが作用する。スプール一端の受圧面積と、スプール他端の受圧面積とは、同じでも異なってもいてもよい。異なる場合、スプール他端の受圧面積が、スプール一端の受圧面積よりも大きくてもよい。その場合、サーボ圧Psが高圧選択弁31から出力された圧力よりも小さくても、開閉機構635が傾転制御ライン30を閉鎖することができる。
【0050】
これまで実施形態について説明したが、上記構成は単なる一例であり、本発明の範囲内で適宜追加、変更および/または削除可能である。いずれの実施形態でも液圧回路2が開回路で構成されているが、液圧回路は双方向に回転可能なポンプを用いて閉回路で構成されていてもよい。
【符号の説明】
【0051】
10,210,310,410,510,610 液圧駆動装置
11 ケーシング
12 斜板
13 液圧モータ
14,15 出入口ポート
16,17 主ライン
18 傾転機構
19 ピストン
20 レギュレータ
30 傾転制御ライン
35,235,335,435,535,635 開閉機構
36 電磁開閉弁
236,336 パイロット式開閉弁
40 供給ライン