JP5571350B2 - 液圧モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ容量切換アクチュエータを備えて液圧モータ（油圧モータ）の回転速度を切換える液圧モータ駆動装置に関するものである。

例えば油圧ショベルの走行モータは、斜板形の液圧モータ（油圧モータ）が用いられる。

この種の液圧モータの回転速度を切換える液圧モータ駆動装置として、特許文献１には、図８に示すように、液圧モータ（１）の斜板の傾転角度を切換えるモータ容量切換アクチュエータ（３）と、このモータ容量切換アクチュエータ（３）に導かれる作動液圧を切換えるモータ容量切換弁（４）とを備えるものが開示されている。

このモータ容量切換弁（４）が高速ポジション（ｂ）にあると、高圧ポート（４Ｂ）からの加圧作動液がモータ容量切換アクチュエータ（３）に導かれ、モータ容量切換アクチュエータ（３）が伸張作動し、液圧モータ（１）の容量が小さくなる。これにより、液圧モータ（１）の回転速度が高められる。

液圧モータ（１）の減速時、モータ容量切換弁（４）が高速ポジション（ｂ）から低速ポジション（ａ）に切換えられ、タンクポート（４Ｃ）からの加圧作動液がモータ容量切換アクチュエータ（３）に導かれ、モータ容量切換アクチュエータ（３）が収縮作動する。これにより、液圧モータ（１）の容量が大きくなり、液圧モータ（１）の回転速度が低くなる。

液圧モータ駆動装置には、モータ容量切換弁（４）とタンクポート（４Ｃ）との間に固定オリフィス（６）と減圧弁（７）とからなる流量制御弁（８）が設けられている。

上記の液圧モータ（１）の減速時、流量制御弁（８）によってモータ容量切換アクチュエータ（３）から流出する作動液の流量がほぼ一定に調整される。これにより、モータ容量切換アクチュエータ（３）が収縮作動する作動速度が調節され、液圧モータ（１）の減速時に生じる衝撃が緩和される。

特開平８−２１９００４号公報

しかしながら、このような従来の液圧モータ駆動装置にあっては、流量制御弁（８）がモータ容量切換弁（４）とタンクポート（４Ｃ）との間に設けられているため、液圧モータ（１）の減速時、流量制御弁（８）より上流側が高圧になると、作動液の一部がモータ容量切換弁（４）の隙間からドレン側に洩れる。モータ容量切換アクチュエータ（３）から流出する作動液の一部がモータ容量切換弁（４）の隙間からドレン側に洩れると、その分だけモータ容量切換アクチュエータ（３）が収縮する速度が高まり、液圧モータ（１）の減速時に生じる衝撃を十分に緩和されないという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、液圧モータの減速時に生じる衝撃を十分に緩和できる液圧モータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、液圧モータの容量を切換える液圧モータ駆動装置であって、駆動圧室に導かれる作動液圧によって液圧モータの容量を切換えるモータ容量切換アクチュエータと、このモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室に対する加圧作動液の給排を切換えるモータ容量切換弁と、モータ容量切換アクチュエータの駆動圧室から流出する作動液の流量を調節する流量制御弁と、を備え、この流量制御弁はモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室とモータ容量切換弁との間に配置され、流量制御弁は、モータ容量切換アクチュエータから流出する作動液が通るメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの前後に生じる作動液の差圧力によってモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室から出口ポートを通じて流出する作動液の流れを絞る流量制御スプールと、を備え、メータリングオリフィスはモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室と出口ポートとの間に配置されることを特徴とした。

本発明によると、流量制御弁がモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室から流出する作動液の流量を調節することにより、モータ容量切換アクチュエータが斜板を動かす作動速度を調節して、液圧モータの減速時に生じる衝撃を緩和する。

モータ容量切換アクチュエータから流出する作動液の流れは、流量制御弁によって絞られた後、モータ容量切換弁を通過するため、モータ容量切換アクチュエータから流出する作動液の一部がモータ容量切換弁を構成するスプールとバルブ孔の隙間からドレン側に洩れても、モータ容量切換アクチュエータが収縮する速度が高まることが抑えられ、流量制御弁を介して液圧モータの減速時に生じる衝撃を十分に緩和できる。

本発明の実施の形態を示す液圧モータ駆動装置の液圧回路図。 同じく液圧モータの縦断面図。 同じく流量制御弁を拡大した断面図。 同じくポートブロックの横断面図。 他の実施の形態を示す液圧モータ駆動装置の液圧回路図。 同じく液圧モータの縦断面図。 同じく流量制御弁を拡大した断面図。 従来例を示す液圧モータ駆動装置の液圧回路図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、作業機として油圧ショベルに搭載される液圧モータ駆動装置を示す液圧回路図である。液圧モータ１は、図示しない油圧ショベルに走行モータとして搭載され、車両の走行装置を駆動するものである。

図１において、液圧モータ１は回転方向に対応して作動液が給排される給排ポートＰ１、Ｐ２を備え、この給排ポートＰ１、Ｐ２とモータポートＭ１、Ｍ２とを結ぶ主通路１１、１２が配設される。

給排ポートＰ１、Ｐ２には、図示しない液圧源から方向切換弁を介して加圧作動液（オイルまたは水溶性代替液等）が選択的に供給される。

給排ポートＰ１、Ｐ２から主通路１１、１２を介してモータポートＭ１、Ｍ２へ選択的に供給される加圧作動液によって液圧モータ１が正方向または逆方向に回転作動し、負荷として図示しない走行装置を駆動する。

主通路１１、１２にはカウンタバランス弁２が介装される。このカウンタバランス弁２は、パイロット通路５、６を介して導かれるパイロット圧に応動するスプール５０（図４参照）を備える。

液圧モータ１の正転、逆転作動時に、スプール５０がパイロット通路５、６を介して導かれるパイロット圧に応動して作動ポジションＡ、Ｂに切換えられ、主通路１１、１２が開通する。

液圧モータ１の停止時に、スプール５０がパイロット通路５、６を介して導かれるパイロット圧に応動して停止ポジションＣに切換えられ、主通路１１、１２が閉じられる。

パイロット通路５、６に固定オリフィス１６がそれぞれ介装される。

この固定オリフィス１６は、スプール５０が作動ポジションＡ、Ｂから停止ポジションＣへと移動するときに、パイロット通路５、６を通ってドレン側へと流出する作動液の流れに抵抗を付与する。これにより、スプール５０の移動速度が低く調節され、液圧モータ１の回転作動が緩やかに停止する。

可変容量型の液圧モータ１は、その斜板３２（図２参照）を動かす一対のモータ容量切換アクチュエータ１０を備える。各モータ容量切換アクチュエータ１０が斜板３２を動かして液圧モータ１の容量（押しのけ容積）を調節することにより、液圧モータ１の作動速度が二段階に切換えられる。

液圧モータ１は、各モータ容量切換アクチュエータ１０に導かれる作動液圧を切換えるモータ容量切換弁２０を備える。

モータ容量切換弁２０には、主通路１１、１２から分岐した分岐通路２１、２２と、タンクポートＴ１に連通するドレン通路２３と、各モータ容量切換アクチュエータ１０に連通するアクチュエータ通路２４とが接続される。

モータ容量切換弁２０は、パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧に応動して高速側Ｈと低速側Ｌとの２つのポジションに切換えられる。

パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧が低いとき、モータ容量切換弁２０はバネ４１の付勢力によって低速側ポジションＬに保持される。この低速側ポジションＬにて、各アクチュエータ通路２４とドレン通路２３とが連通し、各モータ容量切換アクチュエータ１０はタンクポートＴ１に接続される。これにより、各モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮作動し、斜板３２の傾転角が大きくなり、液圧モータ１の回転速度が低くなる。

パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧が高められると、モータ容量切換弁２０はバネ４１の付勢力に抗して低速側ポジションＬから高速側ポジションＨに切換えられる。この高速側ポジションＨにて、分岐通路２１、２２と各アクチュエータ通路２４とが連通し、各モータ容量切換アクチュエータ１０の一方に加圧作動液が供給される。これにより、モータ容量切換アクチュエータ１０が伸張作動し、斜板３２の傾転角が小さくなり、液圧モータ１の回転速度が高くなる。

液圧モータ１の減速時に、パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧が下げられると、モータ容量切換弁２０が高速側ポジションＨから低速側ポジションＬに切換えられ、各モータ容量切換アクチュエータ１０からの作動液がアクチュエータ通路２４とドレン通路２３とを通って流出する。これにより、各モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮作動し、斜板３２の傾転角が大きくなり、液圧モータ１の回転速度が低くなる。

ところで、液圧モータ１の減速時に、各モータ容量切換アクチュエータ１０の収縮速度が高いと、液圧モータ１の回転速度が急に低くなるため、車両に減速ショックが生じる。

これに対処して、各アクチュエータ通路２４に流量制御弁１５を介装し、各モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流量を調節して、液圧モータ１の回転速度を緩やかに低下する構成とする。

図２は、液圧モータ１の縦断面図である。液圧モータ１は、モータケーシング３０とポートブロック４０とにより形成される内部空間にシリンダブロック３１および斜板３２が収装される。

シリンダブロック３１の１回転につき、各ピストン３３がシリンダ３４を１往復動する。主通路１１、１２からシリンダ３４に供給される加圧作動液によって各ピストン３３がシリンダ３４を往復動し、シリンダブロック３１が回転作動する。

斜板３２は、一対のボール軸受（図示せず）を介してモータケーシング３０に対して傾転可能に支持され、一対のモータ容量切換アクチュエータ１０によって動かされる。斜板３２は、図２に示すように、最大傾転角度の低速位置と、最小傾転角度の高速位置との２位置に切換えられる。

モータ容量切換アクチュエータ１０は、有底筒状の駆動ピストン７０を備える。モータケーシング３０にシリンダ部７１が形成され、このシリンダ部７１に駆動ピストン７０が摺動可能に介装される。

シリンダ部７１と駆動ピストン７０の間に駆動圧室７２が画成され、この駆動圧室７２にアクチュエータ通路２４が接続される。

駆動圧室７２にはバネ７３が圧縮して介装される。バネ７３の付勢力により駆動ピストン７０が斜板３２の背面に押し付けられる。

分岐通路２１、２２から導かれる加圧作動液がアクチュエータ通路２４を通って駆動圧室７２に流入することにより、駆動ピストン７０がシリンダ部７１から突出し、斜板３２の背面を押すようになっている。これにより、斜板３２が各ピストン３３から受ける押し付け力に抗して低速位置から高速位置へとを動かされる。斜板３２の傾転角が変えられることにより、シリンダ３４を往復動するピストン３３のストロークが変わり、シリンダブロック３１の回転速度が変えられる。

図４は、ポートブロック４０の横断面図である。ポートブロック４０にはカウンタバランス弁２とモータ容量切換弁２０と流量制御弁１５とが収容される。

ポートブロック４０には給排ポートＰ１、Ｐ２とモータポートＭ１、Ｍ２とを結ぶ主通路１１、１２が形成されるとともに、主通路１１、１２から分岐した分岐通路２１、２２が形成され、各分岐通路２１、２２に渡ってモータ容量切換弁２０が介装される。

カウンタバランス弁２を構成するスプール５０は、ポートブロック４０のバルブ孔４８に摺動可能に介装される。スプール５０の両端部にはパイロット圧室４３、４４が画成される。

液圧モータ１の正転、逆転作動時に、スプール５０がパイロット通路５、６を介して導かれるパイロット圧に応動して作動ポジションＡ、Ｂに切換えられ、主通路１１、１２が開通する。

各パイロット圧室４３、４４にはバネ３、４が介装され、バネ３、４の付勢力によってスプール５０が停止ポジションＣに保持される。

液圧モータ１の停止時に、スプール５０がパイロット通路５、６を介して導かれるパイロット圧に応動して停止ポジションＣに切換えられ、主通路１１、１２が閉じられる。

スプール５０には、カウンタバランス弁２を構成するチェック弁５３、５４が介装される。チェック弁５３、５４は、モータポートＭ１、Ｍ２から給排ポートＰ１、Ｐ２へ向かう作動液の流れに対して閉弁する一方、給排ポートＰ１、Ｐ２からモータポートＭ１、Ｍ２へ向かう作動液の流れに対して開弁する。

モータ容量切換弁２０を構成するモータ容量切換スプール６０は、ポートブロック４０のバルブ孔４９に摺動可能に介装される。

モータ容量切換スプール６０の一端にはモータ容量切換パイロット圧室６７が画成される。モータ容量切換スプール６０の他端にはバネ４１が圧縮して介装され、バネ４１の付勢力によってモータ容量切換スプール６０が低速側ポジションＬに保持される。

パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧が高められると、モータ容量切換弁２０はバネ４１の付勢力に抗して低速側ポジションＬから高速側ポジションＨに切換えられる。モータ容量切換弁２０が高速側ポジションＨに切換えられると、分岐通路２１とアクチュエータ通路２４とが連通し、分岐通路２２とアクチュエータ通路２４とが連通し、各モータ容量切換アクチュエータ１０の一方に加圧作動液が供給される。これにより、モータ容量切換アクチュエータ１０が伸張作動し、斜板３２の傾転角が小さくなり、液圧モータ１の回転速度が高くなる。

パイロット給排ポートＰＳから導かれるパイロット圧が下げられ、モータ容量切換弁２０が高速側ポジションＨから低速側ポジションＬに切換えられると、各モータ容量切換アクチュエータ１０からの作動液がアクチュエータ通路２４とドレン通路２３とを通って流出する。これにより、各モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮作動し、斜板３２の傾転角が大きくなり、液圧モータ１の回転速度が低くなる。

図３は、図２における流量制御弁１５を拡大した断面図である。流量制御弁１５は、ポートブロック４０に形成されたバルブ孔４２と、このバルブ孔４２に摺動可能に介装される流量制御スプール６３と、この流量制御スプール６３を開弁方向に付勢するバネ６５とを備える。

この流量制御スプール６３には、メータリングオリフィス６１と出口ポート６２と環状溝６４とが形成される。ポートブロック４０には、バルブ孔４２と同軸方向に延びる入口５９と、バルブ孔４２に直交する出口６６が形成される。入口５９、メータリングオリフィス６１、出口ポート６２、環状溝６４、バルブ孔４２、出口６６によってアクチュエータ通路２４が画成される。駆動圧室７２からアクチュエータ通路２４を通って流出する作動液は、図３に矢印で示すように、入口５９、メータリングオリフィス６１、出口ポート６２、環状溝６４、バルブ孔４２、出口６６を順に通過する。

入口５９の圧力が低いと、図３の（ａ）に示すように、流量制御スプール６０がその内側の圧力及びバネ６５のバネ力によって図の右側位置にあり、出口ポート６２、環状溝６４の開口面積が最大になる。

入口５９の圧力が高まると、図３の（ｃ）に示すように、流量制御スプール６０がその内側の圧力とバネ６５のバネ力に抗して図の左側に移動し、出口ポート６２、環状溝６４の開口面積が小さくなる。

出口ポート６２、環状溝６４の開口面積が小さくなるのに伴って、出口ポート６２、環状溝６４の圧力損失が大きくなり、流量制御スプール６０の内側の圧力が低下することにより、図３の（ｂ）に示すように、流量制御スプール６０が入口５９の圧力と流量制御スプール６０の内側の圧力及びバネ６５のバネ力が釣り合う平衡状態になる。

こうして流量制御スプール６０は入口５９の圧力と流量制御スプール６０の内側の圧力（出口ポート６２の圧力）との圧力差に応じて移動し、微少運動をしながらアクチュエータ通路２４を通過する作動液の流量が一定になるように調節する。

流量制御弁１５がモータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流量を調節して、モータ容量切換アクチュエータ１０が斜板３２を動かす作動速度を制御し、液圧モータ１の回転を緩やかに減速させ、液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を緩和することができる。

流量制御弁１５がモータ容量切換アクチュエータ１０とモータ容量切換弁２０との間に配置され、液圧モータ１の減速時にモータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流れに対して、モータ容量切換弁２０は流量制御弁１５より下流側に位置しているため、モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の一部がモータ容量切換弁２０を構成するモータ容量切換スプール６０とバルブ孔４９の隙間からドレン側に洩れても、モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮する速度が高まることが抑えられ、流量制御弁１５を介して液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を十分に緩和できる。

モータ容量切換弁２０が低速側ポジションＬから高速側ポジションＨに切換わり、分岐通路２１、２２から導かれる加圧作動液がモータ容量切換アクチュエータ１０に流入するとき、流量制御弁１５は全開し、出口ポート６２、環状溝６４の開口面積は最大になっている。これにより、アクチュエータ通路２４を通って導かれる加圧作動液が流量制御弁１５を通ってモータ容量切換アクチュエータ１０に速やかに流入し、液圧モータ１の加速応答性が確保される。

以上のように本実施の形態では、液圧モータ１の容量を切換える液圧モータ駆動装置であって、駆動圧室７２に導かれる作動液圧によって液圧モータ１の容量を切換えるモータ容量切換アクチュエータ１０と、このモータ容量切換アクチュエータ１０の駆動圧室７２に対する加圧作動液の給排を切換えるモータ容量切換弁２０と、モータ容量切換アクチュエータ１０の駆動圧室７２から流出する作動液の流量を調節する流量制御弁１５とを備え、この流量制御弁１５をモータ容量切換アクチュエータ１０の駆動圧室７２とモータ容量切換弁２０との間に配置する構成とした。

上記構成に基づき、流量制御弁１５がモータ容量切換アクチュエータ１０の駆動圧室７２から流出する作動液の流量を調節することにより、モータ容量切換アクチュエータ１０が斜板３２を動かす作動速度を調節して、液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を緩和することができる。

モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流れは、流量制御弁１５によって絞られた後、モータ容量切換弁２０を通過するため、モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の一部がモータ容量切換弁２０を構成するモータ容量切換スプール６０とバルブ孔４９の隙間からドレン側に洩れても、モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮する速度が高まることが抑えられ、流量制御弁１５を介して液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を十分に緩和できる。

本実施の形態では、流量制御弁１５は、モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液が通るメータリングオリフィス６１と、このメータリングオリフィス６１の前後に生じる作動液の差圧力によってモータ容量切換アクチュエータ１０の駆動圧室７２から流出する作動液の流れを絞る流量制御スプール６３とを備える構成とした。

上記構成に基づき、流量制御弁１５は、その流路（出口ポート６２、環状溝６４）の断面積が増減する構造のため、固定オリフィスに比べて絞り流路断面積の最大値が大きく、作動液中に含まれるコンタミの影響を受けることが少なく、流量制御弁１５は設定された所期の特性が維持される。

図５〜７に示す他の実施の形態は、流量制御弁１５をモータ容量切換アクチュエータ１０に内蔵するものである。

図７は、図６における流量制御弁１５を拡大した断面図である。流量制御弁１５は、モータ容量切換アクチュエータ１０の駆動ピストン７０に形成されたバルブ孔８２と、このバルブ孔８２に摺動可能に介装される流量制御スプール６３と、この流量制御スプール６３を開弁方向に付勢するバネ６５とを備える。

この流量制御スプール６３には、メータリングオリフィス６１と出口ポート６２とが形成される。メータリングオリフィス６１と出口ポート６２と環状溝６４はアクチュエータ通路２４に直列に介装される。

流量制御スプール６３の外周に環状溝６４が形成される。出口ポート６２は、環状溝６４を介してモータケーシング３０の通孔７６に連通する。流量制御スプール６３がバネ６５に抗して軸方向に移動するとき、通孔７６に対する出口ポート６２、環状溝６４の開口面積が次第に減少する。

駆動圧室７２から流出する作動液が、図７に矢印で示すように、メータリングオリフィス６１と出口ポート６２と環状溝６４を順に通過するとき、メータリングオリフィス６１の前後差圧が高まるのに伴って流量制御スプール６３がバネ６５に抗して軸方向に移動し、出口ポート６２、環状溝６４の開口面積を減らし、流量制御弁１５を通過する作動液の流量が所定値以下になるように制御される。

このように、流量制御弁１５は、流量制御スプール６３が出口ポート６２、環状溝６４の開口面積を増減して作動液の流れを絞る構造のため、固定オリフィスによって作動液の流れを絞る構造に比べて、作動液中に含まれるコンタミの影響を少なくする。これにより、流量制御弁１５は設定された所期の特性が維持される。

流量制御弁１５がモータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流量を調節して、モータ容量切換アクチュエータ１０が斜板３２を動かす作動速度を制御し、液圧モータ１の回転を緩やかに減速させ、液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を緩和する。

流量制御弁１５が、液圧モータ１の減速時にモータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の流れに対して、モータ容量切換弁２０は流量制御弁１５より下流側に位置しているため、モータ容量切換アクチュエータ１０から流出する作動液の一部がバルブ孔４９と流量制御スプール６３の隙間からドレン側に洩れても、モータ容量切換アクチュエータ１０が収縮する速度が高まることが抑えられ、流量制御弁１５を介して液圧モータ１の減速時に生じる衝撃を十分に緩和できる。

本実施の形態では、流量制御弁１５がモータ容量切換アクチュエータ１０に内蔵される構成とした。

上記構成に基づき、流量制御弁１５とモータ容量切換アクチュエータ１０をユニット化することが可能となり、液圧モータ１を構成する部品数を減らし、生産性、整備性を高められる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 液圧モータ
１０ モータ容量切換アクチュエータ
１５ 流量制御弁
２０ モータ容量切換弁
３２ 斜板
６１ メータリングオリフィス
６２ 出口ポート
６３ 流量制御スプール
６４ 環状溝
６５ バネ
６６ 通孔
７０ プランジャ
７２ 駆動圧室

Claims (2)

1. 液圧モータの容量を切換える液圧モータ駆動装置であって、
   駆動圧室に導かれる作動液圧によって前記液圧モータの容量を切換えるモータ容量切換アクチュエータと、
   このモータ容量切換アクチュエータの駆動圧室に対する加圧作動液の給排を切換えるモータ容量切換弁と、
   前記モータ容量切換アクチュエータの前記駆動圧室から流出する作動液の流量を調節する流量制御弁と、を備え、
   この流量制御弁は前記モータ容量切換アクチュエータの前記駆動圧室と前記モータ容量切換弁との間に配置され、
   前記流量制御弁は、
   前記モータ容量切換アクチュエータから流出する作動液が通るメータリングオリフィスと、
   このメータリングオリフィスの前後に生じる作動液の差圧力によって前記モータ容量切換アクチュエータの前記駆動圧室から出口ポートを通じて流出する作動液の流れを絞る流量制御スプールと、を備え、
   前記メータリングオリフィスは前記モータ容量切換アクチュエータの前記駆動圧室と前記出口ポートとの間に配置されることを特徴とする液圧モータ駆動装置。
2. 前記流量制御弁が前記モータ容量切換アクチュエータに内蔵されたことを特徴とする請求項１に記載の液圧モータ駆動装置。

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