JP2003262182A - 二速油圧モータの自動変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数が少なくハウジングの穴仕上げ加工が
容易でコンパクトで経済的で、低速時においてもシヤト
ル弁からリークして容積効率低下を招くことのない、二
速油圧モータの自動変速装置を提供。 【解決手段】二速制御弁５０は、二速スプール２と、二
速スプール２の一端に設けた中径盲孔１４に摺動可能に
挿入された中径スプール６と、二速スプール２の他端に
設けた小径盲孔１５に摺動可能に挿入された小径スプー
ル１６と、を有する。パイロット負荷圧力ポートＰの圧
力が第１の設定圧力Ｐ１以下においては、図１に示す第
１の位置にあり、シリンダ１７に供給され、斜板１１を
傾転させ油圧モータ１０を高速回転させる。負荷圧力ポ
ートＰの圧力が第１の圧力Ｐ１を越えると、小径スプー
ル内方端面と連通する連通路２４は第３のドレーンポー
ト DR3と連通するので二速油圧モータ１０の回転を自動
的に低速回転に切換える。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、パワーショベル、
ショベルドーザ等の建設機械に使用される走行用の二速
油圧モータの二速制御性能の向上のための二速油圧モー
タ制御回路に関する。 【０００２】 【従来の技術】パワーショベル等の走行モータは、掘削
作業時等では、低速高トルク作業を行い、移動時には高
速で移動ができるように高速、低速の２種の走行速度を
得られる二速油圧モータが使用されている。二速制御弁
及びシーケンス弁を有するこの二速油圧モータの使用回
路は例えば特開2001-55968号公報の図１、図２などに開
示されている。これらは改良されたものではあるが、二
速制御弁のスプールが複雑な段付形状のためハウジング
の穴仕上げ加工が難しいこと、常時シヤトル弁で高圧選
択をしているため低速時においてもシヤトル弁からリー
クし容積効率を低下させること及び二速制御弁のスプリ
ングをスプール外側に配置されておりコンパクトな設計
が困難であるなどの課題があった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述し
た問題点に鑑み二速油圧モータの高速運転において、走
行抵抗に応じて高速から低速、あるいは低速から高速に
自動的に制御し、オペレータの操作性を向上し、煩雑な
作業を改善し、作業効率を向上させ、かつ従来技術に較
べて部品点数が少なくハウジングの穴仕上げ加工が容易
でコンパクトで経済的で、低速時においてもシヤトル弁
からリークして容積効率低下を招くことのない、二速油
圧モータの自動変速装置を提供することにある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】このため本発明による
と、ポンプから供給される同流量に対して、高速、低速
の２種類の回転速度を得られるようにされた二速油圧モ
ータと、該二速油圧モータへ方向制御弁を介してポンプ
圧油を供給し、二速油圧モータからの戻り油を排出する
給排ラインと、前記二速油圧モータの回転速度の選択を
前記二速油圧モータの斜板を傾転するシリンダへの圧油
をシャットル弁を介して供給することにより高速とし排
出することにより低速とするようにされた二速制御弁と
を有する二速油圧モータ制御回路を有し、前記二速制御
弁は、ハウジングに摺動可能に挿入された二速スプール
と、二速スプールの一端に設けた中径盲孔に摺動可能に
挿入された中径スプールと、中径スプールを中径盲孔底
部に対して付勢するスプリングと、二速スプールの他端
に設けた小径盲孔に摺動可能に挿入された小径スプール
と、ハウジングに順次それぞれ設けられた前記中径スプ
ール外方端面と連通する第１のドレーンポート、第１の
負荷圧力ポート、第１の負荷出力ポート、第２のドレー
ンポート、パイロット負荷圧力ポート、第３のドレーン
ポート、第２の負荷出力ポート、第２の負荷圧力ポー
ト、及び前記小径スプール外方端面と連通するパイロッ
ト圧力ポートを有し、前記パイロット負荷圧力ポートの
圧力が第１の設定圧力以下においては前記二速スプール
は第１の位置にあり、前記第１の負荷圧力ポートと第１
の負荷出力ポート及び前記第２の負荷出力ポートと第２
の負荷圧力ポートとはそれぞれ連通しており、かつ前記
パイロット負荷圧力ポートと前記中径スプール及び小径
スプールの各内側面とはそれぞれ二速スプールに設けら
れた連通路により連通されており、前記パイロット負荷
圧力ポートの圧力が第１の設定圧力を越えた時に、前記
二速スプールは第２の位置に移動し、前記第１及び前記
第２の負荷圧力ポートは閉止され、前記第１及び前記第
２の負荷出力ポートはそれぞれ前記第２及び第３のドレ
ーンポートとそれぞれ連通しており、かつ二速スプール
に設けられた前記小径スプールの内側面と連通する連通
路は第３のドレーンポートと連通しており、さらに前記
パイロット負荷圧力ポートの圧力が第１の設定圧力より
低い第２の設定圧力以下になつた時に前記二速スプール
はもとの第１の位置に移動するようにされたことを特徴
とする二速油圧モータの自動変速装置を提供することに
よって、上述した従来技術の課題を解決した。 【０００５】かかる構成の二速油圧モータの自動変速装
置は、給排ラインと連通するパイロット負荷圧力ポート
の圧力が第１の設定圧力以下においては、二速スプール
は図１に示す第１の位置にあり、第１の負荷圧力ポート
及び第１の負荷出力ポートはそれぞれ第１の負荷出力ポ
ート及び第２の負荷圧力ポートと連通し、シャットル弁
を介して二速油圧モータの斜板を傾転するシリンダに連
通しており、給排ラインの圧油がシリンダに供給され、
斜板を傾転させ二速油圧モータを高速回転させる。平地
等の運転で二速油圧モータへの負荷が小さいときは、パ
イロット負荷圧力ポートの圧力が小さいので、二速制御
弁は切換わらず、給排ラインの圧油がシリンダに供給さ
れ続け二速油圧モータはそのまま高速回転する。 【０００６】坂道等や方向転換時において負荷が大きく
なり負荷圧力ポートの圧力が第１の設定圧力を越える
と、二速スプールは第２の位置に移動して、第１及び第
２の負荷圧力ポートはそれぞれ閉止され、第１及び第２
の負荷出力ポートはそれぞれ前記第２及び第３のドレー
ンポートとそれぞれ連通しており、シャットル弁を介し
て二速油圧モータの斜板を傾転するシリンダの圧油はド
レーンラインに排出され、二速油圧モータの回転を自動
的に低速回転に切換える。これにより二速油圧モータ容
量が増し、パイロット負荷圧力ポートの圧力も下がる
が、第２の設定圧力は第１の設定圧力より低く設定され
ているので、二速制御弁は切換られたままとなり、二速
油圧モータも低速にされたままとなる。このとき、二速
制御弁は切られた状態となり、シヤトル弁は切られた状
態となり、シヤトル弁からリークし容積効率を低下させ
ることはない。 【０００７】坂道が完了、あるいは方向転換が完了する
とパイロット負荷圧力ポートの圧力がさらに下がり、第
１の設定圧力より低い第２の設定圧力以下になると、二
速スプールの一端に連通されたパイロット圧力ポートの
圧油により二速スプールがもとの第１の位置に戻り、第
１の負荷圧力ポートと第１の負荷出力ポート及び前記第
２の負荷出力ポートと第２の負荷圧力ポートとはそれぞ
れ連通し、前記パイロット負荷圧力ポートと中径スプー
ル及び小径スプールの各内側面とはそれぞれ二速スプー
ルに設けられた連通路により連通され、給排ラインの圧
油がシリンダに供給され二速油圧モータの容量を小さく
して自動的に高速回転に復帰する。なお、二速油圧モー
タの停止時には、負荷圧力ライン即ちパイロット負荷圧
力ポートはタンク圧力となり、二速制御弁は切換わらな
いので、給排ラインの圧油がシリンダに供給される。本
発明の二速制御弁はシーケンス弁と二速制御弁とを一体
化しており、従来技術に較べて部品点数が少なくハウジ
ングの穴仕上げ加工が容易でコンパクトで経済的であ
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】次ぎに本発明の実施の形態につい
て説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態を示す二
速油圧モータ制御回路の油圧回路図であり、二速スプー
ルは第１の位置にあり油圧モータは高速回転しており、
（ｂ）はこのときの二速制御弁の概略断面図である。図
２（ａ）は二速スプールが第２の位置にあり油圧モータ
が高速回転時から低速回転に切換わった時の二速油圧モ
ータ制御回路の油圧回路図、（ｂ）はこのときの二速制
御弁の概略断面図である。図３は本発明の実施の形態の
例を示す二速油圧モータ制御回路の切換制御圧のヒステ
リシス特性を示す説明図である。 【０００９】本発明の実施の形態の二速油圧モータ制御
回路の油圧回路図においては、図示しないポンプから供
給されるポンプ流量に対して、高速、低速の２種類の回
転速度を得られるようにされた二速油圧モータ１０（以
下「油圧モータ」という）と、油圧モータの回転方向を
切換える図示しない切換弁と、油圧モータ１０と切換弁
の間に設けられ油圧モータ停止時のショック防止、及び
漏れ防止用等の働きをするカウンタバランス弁３０と、
二速油圧モータからの戻り油を排出する給排ライン３、
４とを有し、油圧モータ１０の回転速度の選択をする二
速制御弁４０とと油圧モータ１０の斜板１１を傾転する
シリンダ１７とがシャットル弁９０を介して連結されて
いる。 【００１０】油圧モータ１０には圧油が給排される給排
ポート 10a,10b、油圧モータの斜板１１を傾転させモー
タ容量を変更可能なシリンダピストンを有するシリンダ
１７が設けられている。シリンダ１７にはシリンダポー
ト 17aが設けられ、二速制御弁４０は、油圧モータ１０
の斜板１１を傾転するシリンダ１７のシリンダポート17
aへの圧油をシャットル弁９０を介して供給すると油圧
モータ容量が減少し油圧モータ１０を高速とし、シリン
ダ１７の圧油を排出することにより油圧モータ容量が増
大するすることにより低速とするようにされている。符
号１９は油圧モータ出力軸に接続された減速機、８はド
レンラインである。 【００１１】カウンタバランス弁３０は図示しない切換
弁の左右出口ポートと弁側給排メインラインＡ，Ｂを介
してそれぞれ接続される左右入口ポート 30a,30bと、左
右負荷ポート 30c,30d及びパイロット負荷出力ポート 3
0nを有する。カウンタバランス弁は給排ライン３，４と
接続された絞り付きパイロットライン３４，３４を有
し、弁側給排メインラインＡ，Ｂの圧油により左右位置
に切換可能にされ、また、スプリング３３，３３により
中立位置に付勢されている。中立位置ｎでは左右入口ポ
ート 30a,30bと左右負荷ポート 30c,30dとはチェック弁
３１，３１を介して連通され、左右入口ポートと出力ポ
ートとは絞り３２，３２を介して連通されている。図１
（ｂ）でみて、左位置ａでは、左入口ポートと左負荷ポ
ートとはチェック弁３１を介して、左位置ｂでは、右入
口ポートと右負荷ポートとがチェック弁３１を介して、
それぞれ連通するようにされている。油圧モータ１０の
給排ポート 10a,10bとカウンタバランス弁３０の負荷ポ
ート 30c,30dとはそれぞれ給排ライン３、４で接続され
ている。 【００１２】図１（ｂ）に示すように、二速制御弁４０
は、ハウジング１に摺動可能に挿入された二速スプール
２と、二速スプール２の一端に設けた中径盲孔１４に摺
動可能に挿入された中径スプール６と、中径スプール６
を中径盲孔底部に対して付勢するスプリング１８と、二
速スプール２の他端に設けた小径盲孔１５に摺動可能に
挿入された小径スプール１６と、ハウジング１に順次そ
れぞれ設けられた中径スプール外方端面２０と連通する
第１のドレーンポート DR1、給排ライン３と接続された
第１の負荷圧力ポートＡ′、第１の負荷出力ポート
Ａ″、第２のドレーンポート DR2、カウンタバランス弁
３０のパイロット負荷出力ポート 30nと連通するパイロ
ット負荷圧力ポートＰ、第３のドレーンポート DR3、第
２の負荷出力ポートＢ″、給排ライン４と接続された第
２の負荷圧力ポートＢ′、及び小径スプール外方端面２
１と連通する図示しないパイロット圧力源と連通された
パイロット圧力ポートPpを有する。 【００１３】作動について説明すると、二速制御弁４０
は、給排メインラインＡ，Ｂと連通するパイロット負荷
圧力ポートＰの圧力が第１の設定圧力Ｐ１以下において
は、二速スプール２は第２のパイロット圧力ポートPpの
圧油により押されて、図１に示す第１の位置にあり、第
１の負荷圧力ポートＡ′と第１の負荷出力ポートＡ″及
び第２の負荷出力ポートＢ′と第２の負荷圧力ポート
Ｂ″とはそれぞれ連通しており、かつパイロット負荷圧
力ポートＰと中径スプール６及び小径スプール１６の各
内側面とはそれぞれ二速スプール２に設けられた連通路
２３、２４により連通されている。給排ライン３、４の
圧油が二速制御弁４０及びシャトル弁９０を通り、シリ
ンダ１７に供給され、斜板１１を傾転させ油圧モータ１
０を高速回転させる。平地等の運転で二速油圧モータ１
０への負荷が小さいときは、パイロット負荷圧力ポート
Ｐの圧力が小さいので、二速制御弁４０は切換わらず、
二速油圧モータ１０はそのまま高速回転する。 【００１４】この図１（ｂ）に示す二速制御弁４０の二
速スプール２の第１の位置の各スプールに作用する力の
関係を簡単に示すと、二速スプール２の受圧面積をＤ、
中径スプール６及び小径スプール１６の各受圧面積をｄ
１、ｄ２とし、スプリング１８の力をＰｓとし、各ポー
トの圧力を各ポートの符号で示すと、二速スプール２を
左方向に押す力ＦＬは、ＦＬ＝Ｄ×Pp となり、二速ス
プール２を左方向に押す力ＦＲは、ＦＲ＝Ｐ×（ｄ１−
ｄ２）＋Ｐｓ となり、図１（ａ）に示す位置では、
ＦＬ＞ＦＲである。 【００１５】坂道等や方向転換時において負荷が大きく
なり負荷圧力ポートＰの圧力が第１の設定圧力Ｐ１を越
えると、二速制御弁４０が切換わり、二速スプール２は
図２（ｂ）に示す第２の位置に移動して、第１及び第２
の負荷圧力ポートＡ′、Ｂ′は共に閉止され、第１の負
荷出力ポート及び第２の負荷出力ポートＡ″、Ｂ″はそ
れぞれ第２及び第３のドレーンポート DR2、 DR3とそれ
ぞれ連通しており、かつ二速スプール２に設けられた小
径スプールの内側面と連通する連通路２４は第３のドレ
ーンポート DR3とと連通しており、給排ライン３、４の
圧油は二速制御弁４０でシャトル弁９０との連通を絶た
れ、シャトル弁９０は第２及び第３のドレーンポート D
R2、 DR3とそれぞれ連通してシリンダ１７の圧油を第２
及び第３のドレーンポート DR2、 DR3から排出すること
により二速油圧モータ１０の回転を自動的に低速回転に
切換える。これにより二速油圧モータ容量が増し、負荷
圧力ポートＰの圧力も下がるが、第２の設定圧力Ｐ２は
第１の設定圧力Ｐ１より低く設定されているので、二速
制御弁４０は切換られたままとなり、二速油圧モータも
低速にされたままとなる。このとき、二速制御弁は切ら
れた状態となり、シヤトル弁９０も切られた状態とな
り、シヤトル弁９０からリークし容積効率を低下させる
ことはない。 【００１６】この図２（ｂ）に示す二速制御弁４０の二
速スプール２の第２の位置の各スプールに作用する力の
関係を簡単に示すと、同様に、二速スプール２を左方向
に押す力ＦＬは、ＦＬ＝Ｄ×Pp となり、二速スプール
２を右方向に押す力ＦＲは、ＦＲ＝Ｐ×ｄ１＋Ｐｓ と
なり、図２（ｂ）に示す位置では、ＦＲ＞ＦＬである。 【００１７】坂道が完了、あるいは方向転換が完了する
とパイロット負荷圧力ポートの圧力がさらに下がり、第
１の設定圧力Ｐ１より低い第２の設定圧力Ｐ２以下にな
ると、二速スプールの一端に連通されたパイロット圧力
ポートＰの圧油により二速スプールが２もとの図１
（ｂ）に示す第１の位置に戻り、第１の負荷圧力ポート
Ａ′と第１の負荷出力ポートＡ″及び第２の負荷出力ポ
ートＢ′と第２の負荷圧力ポートＢ″とはそれぞれ連通
しており、かつパイロット負荷圧力ポートＰと中径スプ
ール及び小径スプールの各内側面とはそれぞれ二速スプ
ール２に設けられた連通路２３、２４により連通されて
おり、給排ライン３、４の圧油がシリンダ１７に供給さ
れ油圧モータ１０の容量を小さくして自動的に高速回転
に復帰する。なお、図示しないパイロット圧力源とパイ
ロット圧力ポートPpは図示しないＯＮ−ＯＦＦ電磁切換
弁により、切換可能にされており、電磁切換弁がＯＦＦ
のときは、パイロット圧力ポートPpの圧力は０となり、
二速制御弁は切換わらないので、二速油圧モータも低速
にされたままとなる。また二速油圧モータの停止時に
は、負荷圧力ライン即ちパイロット負荷圧力ポートはタ
ンク圧力となり、二速制御弁は切換わらないので、給排
ラインの圧油がシリンダに供給される。本発明の二速制
御弁はシーケンス弁と二速制御弁とを一体化しており、
従来技術に較べて部品点数が少なくハウジングの穴仕上
げ加工が容易でコンパクトで経済的である。 【００１８】この図２（ｂ）に示す二速制御弁４０の二
速スプール２の第２の位置から図１（ｂ）に示す二速ス
プール２の第１の位置に戻るときの、スプールに作用す
る力の関係を簡単に示すと、同様に、二速スプール２を
左方向に押す力ＦＬは、ＦＬ＝Ｄ×Pp となり、 二
速スプール２を右方向に押す力ＦＲは、ＦＲ＝Ｐ×ｄ１
＋Ｐｓ となり、図２（ｂ）に示す位置から第１の位置
に戻るときは、 ＦＬ＞ＦＲ となり、Ｐ２がＰ１ま
で上がる間は二速スプール２は図２（ｂ）の位置に戻ら
ない。図３に本発明の実施の形態の例を示す二速油圧モ
ータ制御回路の切換制御圧のヒステリシス特性を示す。
である。 【００１９】 【発明の効果】本発明においては、二速油圧モータの高
速運転において二速スプールの切換位置に対応して、小
径スプールの内側受圧面に働く圧油をＯＮ−ＯＦＦする
ことにより、ヒステリシスが得られるようにし、油圧力
に対してスプリング力の力を十分小さくでき、スプリン
グ力に依存することなく確実な制御を可能にした。かつ
スプリングの制約を受けないため、スプリングの制約を
受けないので各スプール径は自在に選定可能となり、必
要なヒステリシスが得られるため、円滑な切換が可能と
なり、走行抵抗に応じて高速から低速、あるいは低速か
ら高速に自動的に制御し、オペレータの操作性を向上
し、煩雑な作業を改善し、作業効率を向上させるものと
なった。スプリングを二速スプールの一端に設けた中径
孔底部と中径スプールとの間に挿入することにより、よ
りコンパクトな設計が可能となり、従来技術に較べてシ
ーケンス弁を二速制御弁と一体化し、部品点数が少なく
ハウジングの穴仕上げ加工が容易で経済的で、低速時に
おいてもシヤトル弁からリークして容積効率低下を招く
ことのない、二速油圧モータの自動変速装置を提供する
ものとなった。

【図面の簡単な説明】 【図１】ａ）は本発明の実施の形態を示す二速油圧モー
タ制御回路の油圧回路図であり、二速スプールは第１の
位置にあり油圧モータは高速回転しており、（ｂ）はこ
のときの二速制御弁の概略断面図である。 【図２】（ａ）は二速スプールが第２の位置にあり油圧
モータが高速回転時から低速回転に切換わった時の二速
油圧モータ制御回路の油圧回路図、（ｂ）はこのときの
二速制御弁の概略断面図である。 【図３】本発明の実施の形態の例を示す二速油圧モータ
制御回路の切換制御圧のヒステリシス特性を示す説明図
である。 【符号の説明】 １ ハウジング ２ 二速スプール ３、
４ 給排ライン ５ パイロット負荷圧力ライン ６
中径スプール １０ 二速油圧モータ １１ 斜板 １６
小径スプール １７ シリンダ １７ａ シリンダポート ４０
二速制御弁 Ａ，Ｂ 給排メインライン Ａ′第１の負荷圧
力ポート Ａ″第１の負荷出力ポート Ｂ′第２の負荷圧
力ポート Ｂ″第２の負荷出力ポート DR1 第１のドレ
ーンポート DR2 第２のドレーンポート DR3 第３のドレ
ーンポート Ｐ パイロット負荷圧力ポート Pp パイロット
圧力ポート

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 BA01 BA02 CA02 DA03 3H084 AA01 AA45 BB11 CC39 CC47 CC51 CC70 3H089 AA20 BB15 BB27 CC09 DB06 DB09 DB78 DB79 FF07 GG02 JJ01

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ポンプから供給される同流量に対して、高
   速、低速の２種類の回転速度を得られるようにされた二
   速油圧モータと、該二速油圧モータへ方向制御弁を介し
   てポンプ圧油を供給し、二速油圧モータからの戻り油を
   排出する給排ラインと、前記二速油圧モータの回転速度
   の選択を前記二速油圧モータの斜板を傾転するシリンダ
   への圧油をシャットル弁を介して供給することにより高
   速とし排出することにより低速とするようにされた二速
   制御弁とを有する二速油圧モータ制御回路を有し、 前記二速制御弁は、ハウジングに摺動可能に挿入された
   二速スプールと、二速スプールの一端に設けた中径盲孔
   に摺動可能に挿入された中径スプールと、中径スプール
   を中径盲孔底部に対して付勢するスプリングと、二速ス
   プールの他端に設けた小径盲孔に摺動可能に挿入された
   小径スプールと、ハウジングに順次それぞれ設けられた
   前記中径スプール外方端面と連通する第１のドレーンポ
   ート、第１の負荷圧力ポート、第１の負荷出力ポート、
   第２のドレーンポート、パイロット負荷圧力ポート、第
   ３のドレーンポート、第２の負荷出力ポート、第２の負
   荷圧力ポート、及び前記小径スプール外方端面と連通す
   るパイロット圧力ポートを有し、前記パイロット負荷圧
   力ポートの圧力が第１の設定圧力以下においては前記二
   速スプールは第１の位置にあり、前記第１の負荷圧力ポ
   ートと第１の負荷出力ポート及び前記第２の負荷出力ポ
   ートと第２の負荷圧力ポートとはそれぞれ連通してお
   り、かつ前記パイロット負荷圧力ポートと前記中径スプ
   ール及び小径スプールの各内側面とはそれぞれ二速スプ
   ールに設けられた連通路により連通されており、 前記パイロット負荷圧力ポートの圧力が第１の設定圧力
   を越えた時に、前記二速スプールは第２の位置に移動
   し、前記第１及び前記第２の負荷圧力ポートは閉止さ
   れ、前記第１及び前記第２の負荷出力ポートはそれぞれ
   前記第２及び第３のドレーンポートとそれぞれ連通して
   おり、かつ二速スプールに設けられた前記小径スプール
   の内側面と連通する連通路は第３のドレーンポートと連
   通しており、さらに前記パイロット負荷圧力ポートの圧
   力が第１の設定圧力より低い第２の設定圧力以下になつ
   た時に前記二速スプールはもとの第１の位置に移動する
   ようにされたことを特徴とする二速油圧モータの自動変
   速装置。