油圧駆動装置および油圧駆動装置を備えた作業機械
【課題】従来よりも簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御してエンジンの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる油圧駆動装置を提供する。
【解決手段】油圧駆動装置は、油圧ポンプＰの容量を変化させて吐出油量を制御するポンプ制御装置１５０とを有し、このポンプ制御装置１５０は、油圧ポンプＰおよびパイロットポンプ７０の吐出油圧を容量制御油圧として用いて油圧ポンプＰの可変容量を変化させるサーボピストン１５１と、容量制御油圧としてパイロットポンプ７０の吐出油圧をサーボピストン１５１に導く油路９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路９７に設けられ、作業者の操作入力に応じて油路９７を開閉して油タンクＴへ流れる圧油流量を調整することにより容量制御油圧を調圧する可変絞り弁１５５とを備えて構成される。
【解決手段】油圧駆動装置は、油圧ポンプＰの容量を変化させて吐出油量を制御するポンプ制御装置１５０とを有し、このポンプ制御装置１５０は、油圧ポンプＰおよびパイロットポンプ７０の吐出油圧を容量制御油圧として用いて油圧ポンプＰの可変容量を変化させるサーボピストン１５１と、容量制御油圧としてパイロットポンプ７０の吐出油圧をサーボピストン１５１に導く油路９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路９７に設けられ、作業者の操作入力に応じて油路９７を開閉して油タンクＴへ流れる圧油流量を調整することにより容量制御油圧を調圧する可変絞り弁１５５とを備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置により所要の作業を行うように構成される作業機械に搭載される油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベル等の作業機械は、一般的に原動機としてディーゼルエンジンを備え、このエンジンにより油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される作動油（圧油）により油圧アクチュエータを駆動して所要の作業を行うように構成されている。このような作業機械において、エンジン回転数は油圧ポンプの負荷に応じて常に変動しており、作業を行う際に大きな力や速度を出力するために油圧ポンプの吐出流量を最大にした場合には、エンジンに大きな負荷がかかってエンジン回転数が低下し、さらに油圧ポンプの入力トルクがエンジンの出力トルクよりも大きくなるとエンジンストールが発生する虞がある。このため、エンジンの過負荷によるエンジンストールを防止する観点から、油圧ポンプの入力トルクが予め設定した最大値を超えないように油圧ポンプの斜板の傾転角（押し退け容積）を調整し、入力トルクの制限を行う制御が行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３‐２１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにエンジンストール防止機能を備えた作業機械の油圧駆動装置では、従来、油圧ポンプの吐出油圧を減圧弁を用いて減圧したものを、油圧ポンプの斜板の傾転角調整部に供給して油圧ポンプの吐出油量を制御するように構成されているが、減圧弁自体が高価であり、さらに圧力調整が不便であるという課題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御して、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる油圧駆動装置、およびこの油圧駆動装置を備えた作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧駆動装置は、可変容量型の第１油圧ポンプ（例えば、実施形態における油圧ポンプＰ）と、前記第１油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータ（例えば、実施形態におけるブームシリンダ８３）と、前記第１油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油流量を制御する流量制御手段（例えば、実施形態におけるブーム制御バルブ６３）と、前記流量制御手段を駆動させるための圧油を吐出する第２油圧ポンプ（例えば、実施形態におけるパイロット油圧ポンプ７０）と、前記第１油圧ポンプの容量を変化させて前記第１油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段（例えば、実施形態におけるポンプ制御装置１５０，２５０）とを有して構成される。その上で、前記ポンプ制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出油圧および前記第２油圧ポンプの吐出油圧を容量制御油圧として用いて前記第１油圧ポンプの可変容量を変化させるポンプ容量制御手段（例えば、実施形態におけるサーボピストン１５１，２５１）と、前記容量制御油圧として前記第２油圧ポンプの吐出油圧を前記ポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて前記分岐油路を開閉して前記油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより前記容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段（例えば、実施形態における可変絞り弁１５５，２５５）とを備えて構成される。
【０００７】
なお、上記構成の油圧駆動装置において、作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段（例えば、実施形態におけるブームリモコンバルブ５３）を備え、前記ポンプ容量制御手段は、前記第２油圧ポンプから前記パイロット油圧制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましい。または、前記ポンプ容量制御手段は、前記パイロット油圧制御手段により制御されて前記流量制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、上記目的を達成するため、第２の本発明に係る作業機械は、上記のように構成された油圧駆動装置と、前記油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置（例えば、実施形態におけるショベル装置３０）とを備え、前記建設用作業装置により所要の作業を行うように構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る油圧駆動装置によれば、流量制御手段に作動油を供給する第２油圧ポンプの吐出油圧をポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて分岐油路を開閉して油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより、油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１油圧ポンプの吐出油量を制御するための容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段を備えて構成される。このような構成により、複雑な構成であって高価な減圧弁を用いた従来の構成よりも、簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御してエンジンの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００１０】
なお、上記油圧駆動装置において、第２油圧ポンプからパイロット油圧制御手段に供給される油圧を容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましく、このように構成すると、上記同様の効果を達成した上で、油圧回路構成をより簡単な構成とすることができる。
【００１１】
また、上記油圧駆動装置において、作業者のアクチュエータ操作入力に応じて駆動されるパイロット油圧制御手段により制御されて流量制御手段に供給される油圧を容量制御油圧として用いるように構成されてもよく、このように構成すると、特定の油圧アクチュエータの操作時のみエンジンの負荷を低減させることができる。
【００１２】
第２の本発明に係る作業機械によれば、上記油圧駆動装置を備えて構成されるため、上述したように従来の構成よりも、簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御してエンジンの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の第１実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】本発明に係る油圧駆動装置を備えた作業機械の一例として示すパワーショベルの外観斜視図である。
【図３】上記パワーショベルにおける駆動制御系のブロック図である。
【図４】本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態を示す油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る油圧駆動装置を備えて作業機械の一例として、パワーショベルＰＳの外観斜視図を図２に示し、このパワーショベルＰＳにおける駆動制御系のブロック図を図３に示しており、まず、これらの図面を参照してパワーショベルＰＳの概要構成を説明する。
【００１５】
パワーショベルＰＳは、走行可能に構成された走行装置１と、走行装置１に水平旋回可能に設けられた旋回台２と、旋回台２に取り付けられた作業装置３とを有して構成される。
【００１６】
走行装置１は、駆動輪１１、従動輪１２およびこれら両輪に掛け回された履帯１３等からなるクローラ機構１０を、車体フレーム１５の左右に設けて構成される。左右のクローラ機構１０，１０には、各々駆動輪１１，１１を回転駆動する左走行モータ８１ａおよび右走行モータ８１ｂが設けられており、左右の走行モータ８１ａ，８１ｂの回転（回転方向および回転速度）を制御することにより任意方向に走行可能に構成されている。
【００１７】
車体フレーム１５の中央上部には、図示省略する旋回駆動機構を介して旋回台２の本体フレーム２０が水平旋回自在に取り付けられ、旋回駆動機構に設けられた旋回モータ８６を正転または逆転させることにより、走行装置１に対して旋回台２を右旋回（平面視における時計回り）または左旋回（平面視における反時計回り）に水平旋回可能になっている。本体フレーム２０には、前方に突出して作業装置ブラケット２１が設けられており、ここに作業装置３としてショベル装置３０が取り付けられている。
【００１８】
ショベル装置３０は、作業装置ブラケット２１に上下揺動自在に枢結され、ブームシリンダ８３の伸縮作動により起伏動可能に設けられたブーム３３と、ブーム３３の先端部に上下揺動自在に枢結され、アームシリンダ８４の伸縮作動により屈伸動可能に設けられたアーム３４と、アーム３４の先端部に上下揺動自在に枢結され、バケットシリンダ８５の伸縮作動により揺動可能に設けられたバケット３５とを有して構成される。
【００１９】
旋回台２の本体フレーム２０上には、作業者が搭乗するオペレータキャビン２５が設けられている。オペレータキャビン２５の内部には、作業者が着座するオペレータシート２６と、走行装置１の作動操作を行う左右一対の走行操作レバー２７ａ，２７ｂと、旋回台２および作業装置３（ショベル装置３０）の作動操作を行う左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂと、詳細は後述するエンジン負荷設定ダイヤル２９と、各操作レバーおよび設定ダイヤルに対する操作に基づいて各部の作動を制御する制御コントローラ４０が設けられている。また、オペレータキャビン後方の車体カバー２２内には、エンジンＥ、およびエンジンＥにより駆動される油圧ポンプ等からなる油圧駆動装置が設けられている。
【００２０】
走行操作レバー２７ａ，２７ｂおよび作業操作レバー２８ａ，２８ｂには、各操作レバーの位置状態（中立位置からの傾倒操作方向及び操作量）を検出する操作検出器２７as，２７bs，２８as，２８bsがそれぞれ設けられており、各操作検出器により検出された操作信号が制御コントローラ４０に入力される。また、エンジン負荷設定ダイヤル２９には、ダイヤルの位置状態を検出する操作検出器２９ｓが設けられており、この検出器２９ｓにより検出された操作信号が制御コントローラ４０に入力される。なお、操作検出器は、各操作装置の位置状態を検出可能な構成であればよく、例えば、油圧式の操作装置の場合には、各操作装置の位置状態に応じて変動するパイロット信号圧を検出する圧力センサを用いて構成され、電気式の操作装置の場合には、操作装置の位置状態に応じて変動する電気抵抗を検出するポテンショメータを用いて構成される。
【００２１】
制御コントローラ４０は、走行操作レバー２７ａ，２７ｂおよび作業操作レバー２８ａ，２８ｂの各操作検出器から入力される操作信号に基づいて指令信号を生成し、その指令信号を後述する油圧駆動装置に出力して走行装置１や旋回台２、作業装置３等の各部の作動を制御する。
【００２２】
このように概要構成されたパワーショベルＰＳでは、左右の走行操作レバー２７ａ，２７ｂを中立位置から前・後に傾倒操作することにより、制御コントローラ４０から油圧駆動装置に指令信号を出力し、その指令信号に基づいて油圧駆動装置が左右の走行モータ８１ａ，８１ｂに供給する圧油の供給量および供給方向を制御し、車両を任意方向に移動させることができる。また、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂを中立位置から前・後・左・右に傾倒操作することにより、制御コントローラ４０からの指令信号に基づいて油圧駆動装置が旋回モータ８６および作業装置３の各シリンダ８３，８４，８５に供給する圧油の供給量および供給方向を制御し、ショベル装置３０による地盤の掘削作業等を行うことができる。以下、本発明に係る油圧駆動装置の構成について２つの実施形態を説明する。
【００２３】
まず、本発明に係る油圧駆動装置の第１の実施形態について、図１および図３を用いて説明する。第１実施形態に係る油圧駆動装置１００は、油圧ポンプＰ、パイロット油圧ポンプ７０（以下、パイロットポンプ７０と称する）、リモコンバルブ群５０、制御バルブ群６０およびポンプ制御装置１５０を有して構成される。
【００２４】
油圧ポンプＰは、入力軸（ポンプ軸）がエンジンＥの出力軸に連結され、エンジンＥの駆動力が伝達されて駆動されるように構成されており、作動油が貯留されている油タンクＴから作動油を吸引してこの作動油を圧送し、この圧送された作動油（圧油）が制御バルブ群６０を介して左右の走行モータ８１ａ，８１ｂ等の油圧アクチュエータに供給されて、当該油圧アクチュエータが駆動される。また、油圧ポンプＰは、斜板式の可変容量型油圧ポンプであり、ポンプ制御装置１５０により斜板Ｓの傾転角を変化させる制御が行われることにより、油圧ポンプＰからの圧油の吐出流量が増減されるように構成されている。
【００２５】
パイロットポンプ７０は、油圧ポンプＰと同様に入力軸（ポンプ軸）がエンジンＥの出力軸に連結され、エンジンＥの駆動力が伝達されて駆動されるように構成されており、油タンクＴから作動油を吸引してこの作動油を圧送し、この圧送された作動油（圧油）がリモコンバルブ群５０を介して制御バルブ群６０にパイロット圧として供給されて、制御バルブ群６０が駆動される。
【００２６】
リモコンバルブ群５０は、各操作レバーの傾倒操作により制御コントローラ４０から出力される指令信号を受けて駆動される複数の電磁比例弁からなり、左走行操作レバー２７ａの傾倒操作により駆動される左走行リモコンバルブ５１ａと、右走行操作レバー２７ｂの傾倒操作により駆動される右走行リモコンバルブ５１ｂと、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂの傾倒操作により駆動されるブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４、バケットリモコンバルブ５５および旋回リモコンバルブ５６とを有して構成され、パイロットポンプ７０から供給される作動油圧（パイロット圧）を各操作レバーの操作方向および操作量に応じて制御バルブ群６０の各制御バルブに出力する。なお、図１においては、左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂおよび旋回リモコンバルブ５６の図示は省略し、ブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のみを示している。
【００２７】
制御バルブ群６０は、左走行リモコンバルブ５１ａから出力されたパイロット圧により駆動される左走行制御バルブ６１ａと、右走行リモコンバルブ５１ｂから出力されたパイロット圧により駆動される右走行制御バルブ６１ｂと、ブームリモコンバルブ５３から出力されたパイロット圧により駆動されるブーム制御バルブ６３と、アームリモコンバルブ５４から出力されたパイロット圧により駆動されるアーム制御バルブ６４と、バケットリモコンバルブ５５から出力されたパイロット圧により駆動されるバケット制御バルブ６５と、旋回リモコンバルブ５６から出力されたパイロット圧により駆動される旋回制御バルブ６６とを有して構成され、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）を各油圧アクチュエータに供給する制御を行う。なお、図１においては、左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂおよび旋回制御バルブ６６の図示は省略し、ブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のみを示している。
【００２８】
ポンプ制御装置１５０は、サーボピストン１５１、可変絞り弁１５５および固定絞り弁１５６を有して構成される。油圧ポンプＰと各制御バルブとを繋ぐ油路９０は、図１に示すように分岐して、油路９１を介してサーボピストン１５１の第１油室１５２に接続される。そのため、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）は、各制御バルブを介して各油圧アクチュエータに供給されるとともに、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を制御するサーボピストン１５１の第１油室１５２に供給されるようになっている。
【００２９】
パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５は、図１に示すように分岐して、油路９６を介してサーボピストン１５１の第２油室１５３に接続される。そのため、パイロットポンプ７０から吐出される作動油（圧油）は、各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給されるとともに、油路９６を介してサーボピストン１５１の第２油室１５３に供給されるようになっている。また、油路９６は、図１に示すように分岐して、油路９７を介して油タンクＴに接続されており、この油路９７に可変絞り弁１５５が設けられ、油路９６，９７の接続点よりも上流側の油路９６に固定絞り弁１５６が設けられている。
【００３０】
可変絞り弁１５５は、油路９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路９７に設けられ、絞り部分の開口面積（絞り開度）を変化させることにより、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を制御可能に構成されている。この可変絞り弁１５５は、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて制御コントローラ４０から出力される指令信号により、絞り開度を変更可能に構成されている。このため、エンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて可変絞り弁１５５の絞り開度を変化させることにより、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を変化させることで、油路９６を介してサーボピストン１５１に供給される作動圧を制御することができるようになっている。
【００３１】
固定絞り弁１５６は、パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５から分岐した油路９６に設けられ、予め設定された絞り開度により、油路９５から油路９６に流れる圧油の流量を規制するように構成されている。この固定絞り弁１５６が油路９５から油路９６に流れる圧油の流量を規制することにより、パイロットポンプ７０から吐出され油路９５を介して各リモコンバルブに供給される圧油を所定圧（設定圧）に保持することができるようになっている。
【００３２】
サーボピストン１５１では、第１油室１５２が油路９１，９０を介して油圧ポンプＰに接続され、第２油室１５３が油路９６，９５を介してパイロットポンプ７０に接続されている。このため、第１油室１５２には、油圧ポンプＰの吐出圧が油路９０，９１を介して常時作用している。さらに、第２油室１５３には、パイロットポンプ７０の吐出圧が油路９５，９６を介し可変絞り弁１５５により調整されて常時作用している。そして、第１および第２油室１５２，１５３に作用する油圧力に応じてサーボピストン１５１がバネ１５４の付勢力に抗して移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を変化させて、油圧ポンプＰの吐出流量を制御することができるようになっている。
【００３３】
パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５には、この油路９５から分岐して油タンクＴに繋がるリリーフ油路９８が設けられている。このリリーフ油路９８には、パイロットポンプ７０から吐出され油路９５を介して各リモコンバルブに供給される圧油が所定圧（設定圧）を超えないように調整するリリーフ弁７５が設けられている。
【００３４】
このように構成される油圧駆動装置１００の作動について、作業装置３（ショベル装置３０）の各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行う場合について説明する。まず、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂが操作されると、各操作レバーの操作検出器２８as，２８bsから操作信号が制御コントローラ４０に入力され（図３を参照）、制御コントローラ４０は各操作レバーの操作方向および操作量に応じた指令信号をブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のそれぞれに出力する。
【００３５】
上記指令信号を受けた各リモコンバルブ５３〜５５は、パイロットポンプ７０から供給された作動油圧（パイロット圧）をパイロット油路を介してブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のそれぞれに出力する。そして、各制御バルブ６３〜６５は、上記パイロット圧に応じて駆動され、油圧ポンプＰから吐出される圧油をブームシリンダ８３、アームシリンダ８４およびバケットシリンダ８５のそれぞれに供給して各シリンダを伸縮駆動させる。このように各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてブーム３３、アーム３４およびバケット３５をそれぞれ揺動させ、ショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行うことができる。
【００３６】
ところで、油圧ポンプＰおよびパイロットポンプ７０を駆動させるエンジンＥの出力トルクは、エンジンＥを取り巻く環境で大きく変わってくる。例えば、気圧が低い高地などで作業を行う場合、エンジンＥの吸入空気量が平地に比べて減少するため、燃料濃度が濃くなって不完全燃焼となることにより、エンジンＥの燃焼効率が悪くなった結果、エンジンＥの出力トルクが低下する傾向にある。このため、各ポンプＰ，７０の入力トルクがエンジンＥの出力トルクよりも大きくなって、エンジンストールが発生し易い環境下での作業となる。
【００３７】
そこで、このような作業環境下の場合には、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９を操作してエンジンＥの負荷を低減させることができるようになっている。まず、エンジン負荷設定ダイヤル２９を操作して可変絞り弁１５５の絞り開度を小さくすると、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる油量が減少する。そのため、パイロットポンプ７０から吐出され油路９６を介してサーボピストン１５１の第１油室１５２に供給される圧油が増大して、サーボピストン１５１に作用する油圧力が大きくなり、この油圧力に応じてサーボピストン１５１がバネ１５４の付勢力に抗して図１における左方向に移動する。そして、サーボピストン１５１が左方向へ移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角が小さくなって油圧ポンプＰの吐出流量が減少される。したがって、油圧ポンプＰの入力トルクが小さくなり、これによりエンジンＥの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態について、図３および図４を用いて説明する。なお、上記の第１実施形態と同一の構成部材については、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。第２実施形態に係る油圧駆動装置２００は、油圧ポンプＰ、パイロットポンプ７０、リモコンバルブ群５０、制御バルブ群６０およびポンプ制御装置２５０を有して構成される。
【００３９】
なお、図４においては、左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂおよび旋回リモコンバルブ５６の図示は省略し、ブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のみを示している。また、図４においては、左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂおよび旋回制御バルブ６６の図示は省略し、ブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のみを示している。
【００４０】
ポンプ制御装置２５０は、サーボピストン２５１、可変絞り弁２５５、固定絞り弁２５６およびシャトル弁２６１〜２６５を有して構成される。油圧ポンプＰと各制御バルブとを繋ぐ油路９０は、図４に示すように分岐して、油路２９１を介してサーボピストン２５１の第１油室２５２に接続される。そのため、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）は、各制御バルブを介して各油圧アクチュエータに供給されるとともに、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を制御するサーボピストン２５１の第１油室２５２に供給されるようになっている。
【００４１】
ブームリモコンバルブ５３とブーム制御バルブ６３とを繋ぐパイロット油路５７，５７′、アームリモコンバルブ５４とアーム制御バルブ６４とを繋ぐパイロット油路５８，５８′、およびバケットリモコンバルブ５５とバケット制御バルブ６５とを繋ぐパイロット油路５９，５９′は、図４に示すように、シャトル弁２６１〜２６５および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に接続されている。そのため、パイロットポンプ７０から吐出される作動油（圧油）は、各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給されるとともに、各制御バルブのパイロット油路からシャトル弁２６１〜２６５および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給されるようになっている。また、油路２９６は、図４に示すように分岐して、油路２９７を介して油タンクＴに接続されており、この油路２９７に可変絞り弁２５５が設けられている。
【００４２】
シャトル弁２６１〜２６５はいずれも、作用する油圧のうち高い方の油圧を油路２９６に導くように構成されている。このため、ブーム制御バルブ６３のパイロット油路５７，５７′、アーム制御バルブ６４のパイロット油路５８，５８′およびバケット制御バルブ６５のパイロット油路５９，５９′内の油圧のうち最も高い圧の圧油が油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給されるようになっている。
【００４３】
なお、図４において図示を省略した左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂと左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂとを繋ぐパイロット油路、および旋回リモコンバルブ５６と旋回制御バルブ６６とを繋ぐパイロット油路にはそれぞれ、シャトル弁が設けられており、各パイロット油路がこれらのシャトル弁および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に接続されている。
【００４４】
可変絞り弁２５５は、油路２９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路２９７に設けられ、絞り部分の開口面積（絞り開度）を変化させることにより、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を制御可能に構成されている。この可変絞り弁２５５は、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて制御コントローラ４０から出力される指令信号により、絞り開度を変更可能に構成されている。このため、エンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて可変絞り弁２５５の絞り開度を変化させることにより、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を変化させることで、油路２９６を介してサーボピストン２５１に供給される作動圧を制御することができるようになっている。
【００４５】
固定絞り弁２５６は、油路２９６における油路２９７との接続点よりもパイロット油路側の位置に設けられ、予め設定された絞り開度により、各パイロット油路から油路２９６に流れる圧油の流量を規制するように構成されている。この固定絞り弁２５６がパイロット油路から油路２９６に流れる圧油の流量を規制することにより、パイロットポンプ７０から吐出され各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給される圧油を所定圧（設定圧）に保持することができるようになっている。
【００４６】
サーボピストン２５１では、第１油室２５２が油路２９１，９０を介して油圧ポンプＰに接続され、第２油室２５３が油路２９６、固定絞り弁２５６、シャトル弁２６１〜２６５、制御バルブ６３〜６５のパイロット油路、リモコンバルブ５３〜５５および油路９５を介してパイロットポンプ７０に接続されている。このため、第１油室２５２には、油圧ポンプＰの吐出圧が油路９０，２９１を介して常時作用している。さらに、第２油室２５３には、パイロットポンプ７０の吐出圧がシャトル弁２６１〜２６５および油路２９６等を介し可変絞り弁２５５により調整されて常時作用している。そして、第１および第２油室２５２，２５３に作用する油圧力に応じてサーボピストン２５１がバネ２５４の付勢力に抗して移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を変化させて、油圧ポンプＰの吐出流量を制御することができるようになっている。
【００４７】
このように構成される油圧駆動装置２００の作動について、作業装置３（ショベル装置３０）の各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行う場合について説明する。左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂが操作されると、上述の油圧駆動装置１００と同様に、この操作に応じて制御コントローラ４０が指令信号を出力してリモコンバルブ５３〜５５および制御バルブ６３〜６５の作動制御がなされ、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）をブームシリンダ８３、アームシリンダ８４およびバケットシリンダ８５のそれぞれに供給して各シリンダを伸縮駆動させる。このように各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてブーム３３、アーム３４およびバケット３５をそれぞれ揺動させ、ショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行うことができる。
【００４８】
ここで、上述したようにエンジンＥの出力トルクが低下し易い作業環境下の場合（例えば、気圧の低い高地などで作業を行う場合）には、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９を操作して可変絞り弁２５５の絞り開度を小さくする。可変絞り弁２５５の絞り開度を小さくすると、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる油量が減少するため、パイロットポンプ７０から吐出され油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給される圧油が増大して、サーボピストン２５１に作用する油圧力が大きくなり、この油圧力に応じてサーボピストン２５１がバネ２５４の付勢力に抗して図４における左方向に移動する。そして、サーボピストン２５１が左方向へ移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角が小さくなって油圧ポンプＰの吐出流量が減少される。したがって、油圧ポンプＰの入力トルクが小さくなり、これによりエンジンＥの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００４９】
これまで、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、可変絞り弁は、エンジン負荷設定ダイヤルの操作に応じて制御コントローラから出力される指令信号により（電気的に）絞り開度を変更可能に構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、エンジン負荷設定ダイヤルの操作に応じて機械的に絞り開度を変更させる構成であってもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、本発明に係る油圧駆動装置を備えた作業機械の一例としてパワーショベルについて説明したが、本発明はパワーショベルに限られるものではなく、例えば、ショベルローダ、油圧クレーン等の他の作業機械であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
ＰＳ パワーショベル（作業機械）
Ｐ 油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）
３０ ショベル装置（建設用作業装置）
５３ ブームリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
５４ アームリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
５５ バケットリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
６３ ブーム制御バルブ（流量制御手段）
６４ アーム制御バルブ（流量制御手段）
６５ バケット制御バルブ（流量制御手段）
７０ パイロット油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）
８３ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８４ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８５ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１００，２００ 油圧駆動装置
１５０，２５０ ポンプ制御装置（ポンプ制御手段）
１５１，２５１ サーボピストン（ポンプ容量制御手段）
１５５，２５５ 可変絞り弁（容量制御調圧手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置により所要の作業を行うように構成される作業機械に搭載される油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベル等の作業機械は、一般的に原動機としてディーゼルエンジンを備え、このエンジンにより油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される作動油（圧油）により油圧アクチュエータを駆動して所要の作業を行うように構成されている。このような作業機械において、エンジン回転数は油圧ポンプの負荷に応じて常に変動しており、作業を行う際に大きな力や速度を出力するために油圧ポンプの吐出流量を最大にした場合には、エンジンに大きな負荷がかかってエンジン回転数が低下し、さらに油圧ポンプの入力トルクがエンジンの出力トルクよりも大きくなるとエンジンストールが発生する虞がある。このため、エンジンの過負荷によるエンジンストールを防止する観点から、油圧ポンプの入力トルクが予め設定した最大値を超えないように油圧ポンプの斜板の傾転角（押し退け容積）を調整し、入力トルクの制限を行う制御が行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３‐２１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにエンジンストール防止機能を備えた作業機械の油圧駆動装置では、従来、油圧ポンプの吐出油圧を減圧弁を用いて減圧したものを、油圧ポンプの斜板の傾転角調整部に供給して油圧ポンプの吐出油量を制御するように構成されているが、減圧弁自体が高価であり、さらに圧力調整が不便であるという課題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御して、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる油圧駆動装置、およびこの油圧駆動装置を備えた作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧駆動装置は、可変容量型の第１油圧ポンプ（例えば、実施形態における油圧ポンプＰ）と、前記第１油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータ（例えば、実施形態におけるブームシリンダ８３）と、前記第１油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油流量を制御する流量制御手段（例えば、実施形態におけるブーム制御バルブ６３）と、前記流量制御手段を駆動させるための圧油を吐出する第２油圧ポンプ（例えば、実施形態におけるパイロット油圧ポンプ７０）と、前記第１油圧ポンプの容量を変化させて前記第１油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段（例えば、実施形態におけるポンプ制御装置１５０，２５０）とを有して構成される。その上で、前記ポンプ制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出油圧および前記第２油圧ポンプの吐出油圧を容量制御油圧として用いて前記第１油圧ポンプの可変容量を変化させるポンプ容量制御手段（例えば、実施形態におけるサーボピストン１５１，２５１）と、前記容量制御油圧として前記第２油圧ポンプの吐出油圧を前記ポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて前記分岐油路を開閉して前記油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより前記容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段（例えば、実施形態における可変絞り弁１５５，２５５）とを備えて構成される。
【０００７】
なお、上記構成の油圧駆動装置において、作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段（例えば、実施形態におけるブームリモコンバルブ５３）を備え、前記ポンプ容量制御手段は、前記第２油圧ポンプから前記パイロット油圧制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましい。または、前記ポンプ容量制御手段は、前記パイロット油圧制御手段により制御されて前記流量制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、上記目的を達成するため、第２の本発明に係る作業機械は、上記のように構成された油圧駆動装置と、前記油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置（例えば、実施形態におけるショベル装置３０）とを備え、前記建設用作業装置により所要の作業を行うように構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る油圧駆動装置によれば、流量制御手段に作動油を供給する第２油圧ポンプの吐出油圧をポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて分岐油路を開閉して油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより、油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１油圧ポンプの吐出油量を制御するための容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段を備えて構成される。このような構成により、複雑な構成であって高価な減圧弁を用いた従来の構成よりも、簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御してエンジンの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００１０】
なお、上記油圧駆動装置において、第２油圧ポンプからパイロット油圧制御手段に供給される油圧を容量制御油圧として用いるように構成されることが好ましく、このように構成すると、上記同様の効果を達成した上で、油圧回路構成をより簡単な構成とすることができる。
【００１１】
また、上記油圧駆動装置において、作業者のアクチュエータ操作入力に応じて駆動されるパイロット油圧制御手段により制御されて流量制御手段に供給される油圧を容量制御油圧として用いるように構成されてもよく、このように構成すると、特定の油圧アクチュエータの操作時のみエンジンの負荷を低減させることができる。
【００１２】
第２の本発明に係る作業機械によれば、上記油圧駆動装置を備えて構成されるため、上述したように従来の構成よりも、簡単かつ安価な構成で油圧ポンプの吐出油量を制御してエンジンの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の第１実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】本発明に係る油圧駆動装置を備えた作業機械の一例として示すパワーショベルの外観斜視図である。
【図３】上記パワーショベルにおける駆動制御系のブロック図である。
【図４】本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態を示す油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る油圧駆動装置を備えて作業機械の一例として、パワーショベルＰＳの外観斜視図を図２に示し、このパワーショベルＰＳにおける駆動制御系のブロック図を図３に示しており、まず、これらの図面を参照してパワーショベルＰＳの概要構成を説明する。
【００１５】
パワーショベルＰＳは、走行可能に構成された走行装置１と、走行装置１に水平旋回可能に設けられた旋回台２と、旋回台２に取り付けられた作業装置３とを有して構成される。
【００１６】
走行装置１は、駆動輪１１、従動輪１２およびこれら両輪に掛け回された履帯１３等からなるクローラ機構１０を、車体フレーム１５の左右に設けて構成される。左右のクローラ機構１０，１０には、各々駆動輪１１，１１を回転駆動する左走行モータ８１ａおよび右走行モータ８１ｂが設けられており、左右の走行モータ８１ａ，８１ｂの回転（回転方向および回転速度）を制御することにより任意方向に走行可能に構成されている。
【００１７】
車体フレーム１５の中央上部には、図示省略する旋回駆動機構を介して旋回台２の本体フレーム２０が水平旋回自在に取り付けられ、旋回駆動機構に設けられた旋回モータ８６を正転または逆転させることにより、走行装置１に対して旋回台２を右旋回（平面視における時計回り）または左旋回（平面視における反時計回り）に水平旋回可能になっている。本体フレーム２０には、前方に突出して作業装置ブラケット２１が設けられており、ここに作業装置３としてショベル装置３０が取り付けられている。
【００１８】
ショベル装置３０は、作業装置ブラケット２１に上下揺動自在に枢結され、ブームシリンダ８３の伸縮作動により起伏動可能に設けられたブーム３３と、ブーム３３の先端部に上下揺動自在に枢結され、アームシリンダ８４の伸縮作動により屈伸動可能に設けられたアーム３４と、アーム３４の先端部に上下揺動自在に枢結され、バケットシリンダ８５の伸縮作動により揺動可能に設けられたバケット３５とを有して構成される。
【００１９】
旋回台２の本体フレーム２０上には、作業者が搭乗するオペレータキャビン２５が設けられている。オペレータキャビン２５の内部には、作業者が着座するオペレータシート２６と、走行装置１の作動操作を行う左右一対の走行操作レバー２７ａ，２７ｂと、旋回台２および作業装置３（ショベル装置３０）の作動操作を行う左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂと、詳細は後述するエンジン負荷設定ダイヤル２９と、各操作レバーおよび設定ダイヤルに対する操作に基づいて各部の作動を制御する制御コントローラ４０が設けられている。また、オペレータキャビン後方の車体カバー２２内には、エンジンＥ、およびエンジンＥにより駆動される油圧ポンプ等からなる油圧駆動装置が設けられている。
【００２０】
走行操作レバー２７ａ，２７ｂおよび作業操作レバー２８ａ，２８ｂには、各操作レバーの位置状態（中立位置からの傾倒操作方向及び操作量）を検出する操作検出器２７as，２７bs，２８as，２８bsがそれぞれ設けられており、各操作検出器により検出された操作信号が制御コントローラ４０に入力される。また、エンジン負荷設定ダイヤル２９には、ダイヤルの位置状態を検出する操作検出器２９ｓが設けられており、この検出器２９ｓにより検出された操作信号が制御コントローラ４０に入力される。なお、操作検出器は、各操作装置の位置状態を検出可能な構成であればよく、例えば、油圧式の操作装置の場合には、各操作装置の位置状態に応じて変動するパイロット信号圧を検出する圧力センサを用いて構成され、電気式の操作装置の場合には、操作装置の位置状態に応じて変動する電気抵抗を検出するポテンショメータを用いて構成される。
【００２１】
制御コントローラ４０は、走行操作レバー２７ａ，２７ｂおよび作業操作レバー２８ａ，２８ｂの各操作検出器から入力される操作信号に基づいて指令信号を生成し、その指令信号を後述する油圧駆動装置に出力して走行装置１や旋回台２、作業装置３等の各部の作動を制御する。
【００２２】
このように概要構成されたパワーショベルＰＳでは、左右の走行操作レバー２７ａ，２７ｂを中立位置から前・後に傾倒操作することにより、制御コントローラ４０から油圧駆動装置に指令信号を出力し、その指令信号に基づいて油圧駆動装置が左右の走行モータ８１ａ，８１ｂに供給する圧油の供給量および供給方向を制御し、車両を任意方向に移動させることができる。また、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂを中立位置から前・後・左・右に傾倒操作することにより、制御コントローラ４０からの指令信号に基づいて油圧駆動装置が旋回モータ８６および作業装置３の各シリンダ８３，８４，８５に供給する圧油の供給量および供給方向を制御し、ショベル装置３０による地盤の掘削作業等を行うことができる。以下、本発明に係る油圧駆動装置の構成について２つの実施形態を説明する。
【００２３】
まず、本発明に係る油圧駆動装置の第１の実施形態について、図１および図３を用いて説明する。第１実施形態に係る油圧駆動装置１００は、油圧ポンプＰ、パイロット油圧ポンプ７０（以下、パイロットポンプ７０と称する）、リモコンバルブ群５０、制御バルブ群６０およびポンプ制御装置１５０を有して構成される。
【００２４】
油圧ポンプＰは、入力軸（ポンプ軸）がエンジンＥの出力軸に連結され、エンジンＥの駆動力が伝達されて駆動されるように構成されており、作動油が貯留されている油タンクＴから作動油を吸引してこの作動油を圧送し、この圧送された作動油（圧油）が制御バルブ群６０を介して左右の走行モータ８１ａ，８１ｂ等の油圧アクチュエータに供給されて、当該油圧アクチュエータが駆動される。また、油圧ポンプＰは、斜板式の可変容量型油圧ポンプであり、ポンプ制御装置１５０により斜板Ｓの傾転角を変化させる制御が行われることにより、油圧ポンプＰからの圧油の吐出流量が増減されるように構成されている。
【００２５】
パイロットポンプ７０は、油圧ポンプＰと同様に入力軸（ポンプ軸）がエンジンＥの出力軸に連結され、エンジンＥの駆動力が伝達されて駆動されるように構成されており、油タンクＴから作動油を吸引してこの作動油を圧送し、この圧送された作動油（圧油）がリモコンバルブ群５０を介して制御バルブ群６０にパイロット圧として供給されて、制御バルブ群６０が駆動される。
【００２６】
リモコンバルブ群５０は、各操作レバーの傾倒操作により制御コントローラ４０から出力される指令信号を受けて駆動される複数の電磁比例弁からなり、左走行操作レバー２７ａの傾倒操作により駆動される左走行リモコンバルブ５１ａと、右走行操作レバー２７ｂの傾倒操作により駆動される右走行リモコンバルブ５１ｂと、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂの傾倒操作により駆動されるブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４、バケットリモコンバルブ５５および旋回リモコンバルブ５６とを有して構成され、パイロットポンプ７０から供給される作動油圧（パイロット圧）を各操作レバーの操作方向および操作量に応じて制御バルブ群６０の各制御バルブに出力する。なお、図１においては、左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂおよび旋回リモコンバルブ５６の図示は省略し、ブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のみを示している。
【００２７】
制御バルブ群６０は、左走行リモコンバルブ５１ａから出力されたパイロット圧により駆動される左走行制御バルブ６１ａと、右走行リモコンバルブ５１ｂから出力されたパイロット圧により駆動される右走行制御バルブ６１ｂと、ブームリモコンバルブ５３から出力されたパイロット圧により駆動されるブーム制御バルブ６３と、アームリモコンバルブ５４から出力されたパイロット圧により駆動されるアーム制御バルブ６４と、バケットリモコンバルブ５５から出力されたパイロット圧により駆動されるバケット制御バルブ６５と、旋回リモコンバルブ５６から出力されたパイロット圧により駆動される旋回制御バルブ６６とを有して構成され、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）を各油圧アクチュエータに供給する制御を行う。なお、図１においては、左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂおよび旋回制御バルブ６６の図示は省略し、ブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のみを示している。
【００２８】
ポンプ制御装置１５０は、サーボピストン１５１、可変絞り弁１５５および固定絞り弁１５６を有して構成される。油圧ポンプＰと各制御バルブとを繋ぐ油路９０は、図１に示すように分岐して、油路９１を介してサーボピストン１５１の第１油室１５２に接続される。そのため、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）は、各制御バルブを介して各油圧アクチュエータに供給されるとともに、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を制御するサーボピストン１５１の第１油室１５２に供給されるようになっている。
【００２９】
パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５は、図１に示すように分岐して、油路９６を介してサーボピストン１５１の第２油室１５３に接続される。そのため、パイロットポンプ７０から吐出される作動油（圧油）は、各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給されるとともに、油路９６を介してサーボピストン１５１の第２油室１５３に供給されるようになっている。また、油路９６は、図１に示すように分岐して、油路９７を介して油タンクＴに接続されており、この油路９７に可変絞り弁１５５が設けられ、油路９６，９７の接続点よりも上流側の油路９６に固定絞り弁１５６が設けられている。
【００３０】
可変絞り弁１５５は、油路９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路９７に設けられ、絞り部分の開口面積（絞り開度）を変化させることにより、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を制御可能に構成されている。この可変絞り弁１５５は、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて制御コントローラ４０から出力される指令信号により、絞り開度を変更可能に構成されている。このため、エンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて可変絞り弁１５５の絞り開度を変化させることにより、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を変化させることで、油路９６を介してサーボピストン１５１に供給される作動圧を制御することができるようになっている。
【００３１】
固定絞り弁１５６は、パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５から分岐した油路９６に設けられ、予め設定された絞り開度により、油路９５から油路９６に流れる圧油の流量を規制するように構成されている。この固定絞り弁１５６が油路９５から油路９６に流れる圧油の流量を規制することにより、パイロットポンプ７０から吐出され油路９５を介して各リモコンバルブに供給される圧油を所定圧（設定圧）に保持することができるようになっている。
【００３２】
サーボピストン１５１では、第１油室１５２が油路９１，９０を介して油圧ポンプＰに接続され、第２油室１５３が油路９６，９５を介してパイロットポンプ７０に接続されている。このため、第１油室１５２には、油圧ポンプＰの吐出圧が油路９０，９１を介して常時作用している。さらに、第２油室１５３には、パイロットポンプ７０の吐出圧が油路９５，９６を介し可変絞り弁１５５により調整されて常時作用している。そして、第１および第２油室１５２，１５３に作用する油圧力に応じてサーボピストン１５１がバネ１５４の付勢力に抗して移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を変化させて、油圧ポンプＰの吐出流量を制御することができるようになっている。
【００３３】
パイロットポンプ７０と各リモコンバルブとを繋ぐ油路９５には、この油路９５から分岐して油タンクＴに繋がるリリーフ油路９８が設けられている。このリリーフ油路９８には、パイロットポンプ７０から吐出され油路９５を介して各リモコンバルブに供給される圧油が所定圧（設定圧）を超えないように調整するリリーフ弁７５が設けられている。
【００３４】
このように構成される油圧駆動装置１００の作動について、作業装置３（ショベル装置３０）の各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行う場合について説明する。まず、左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂが操作されると、各操作レバーの操作検出器２８as，２８bsから操作信号が制御コントローラ４０に入力され（図３を参照）、制御コントローラ４０は各操作レバーの操作方向および操作量に応じた指令信号をブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のそれぞれに出力する。
【００３５】
上記指令信号を受けた各リモコンバルブ５３〜５５は、パイロットポンプ７０から供給された作動油圧（パイロット圧）をパイロット油路を介してブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のそれぞれに出力する。そして、各制御バルブ６３〜６５は、上記パイロット圧に応じて駆動され、油圧ポンプＰから吐出される圧油をブームシリンダ８３、アームシリンダ８４およびバケットシリンダ８５のそれぞれに供給して各シリンダを伸縮駆動させる。このように各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてブーム３３、アーム３４およびバケット３５をそれぞれ揺動させ、ショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行うことができる。
【００３６】
ところで、油圧ポンプＰおよびパイロットポンプ７０を駆動させるエンジンＥの出力トルクは、エンジンＥを取り巻く環境で大きく変わってくる。例えば、気圧が低い高地などで作業を行う場合、エンジンＥの吸入空気量が平地に比べて減少するため、燃料濃度が濃くなって不完全燃焼となることにより、エンジンＥの燃焼効率が悪くなった結果、エンジンＥの出力トルクが低下する傾向にある。このため、各ポンプＰ，７０の入力トルクがエンジンＥの出力トルクよりも大きくなって、エンジンストールが発生し易い環境下での作業となる。
【００３７】
そこで、このような作業環境下の場合には、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９を操作してエンジンＥの負荷を低減させることができるようになっている。まず、エンジン負荷設定ダイヤル２９を操作して可変絞り弁１５５の絞り開度を小さくすると、油路９６から油路９７を介して油タンクＴに流れる油量が減少する。そのため、パイロットポンプ７０から吐出され油路９６を介してサーボピストン１５１の第１油室１５２に供給される圧油が増大して、サーボピストン１５１に作用する油圧力が大きくなり、この油圧力に応じてサーボピストン１５１がバネ１５４の付勢力に抗して図１における左方向に移動する。そして、サーボピストン１５１が左方向へ移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角が小さくなって油圧ポンプＰの吐出流量が減少される。したがって、油圧ポンプＰの入力トルクが小さくなり、これによりエンジンＥの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態について、図３および図４を用いて説明する。なお、上記の第１実施形態と同一の構成部材については、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。第２実施形態に係る油圧駆動装置２００は、油圧ポンプＰ、パイロットポンプ７０、リモコンバルブ群５０、制御バルブ群６０およびポンプ制御装置２５０を有して構成される。
【００３９】
なお、図４においては、左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂおよび旋回リモコンバルブ５６の図示は省略し、ブームリモコンバルブ５３、アームリモコンバルブ５４およびバケットリモコンバルブ５５のみを示している。また、図４においては、左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂおよび旋回制御バルブ６６の図示は省略し、ブーム制御バルブ６３、アーム制御バルブ６４およびバケット制御バルブ６５のみを示している。
【００４０】
ポンプ制御装置２５０は、サーボピストン２５１、可変絞り弁２５５、固定絞り弁２５６およびシャトル弁２６１〜２６５を有して構成される。油圧ポンプＰと各制御バルブとを繋ぐ油路９０は、図４に示すように分岐して、油路２９１を介してサーボピストン２５１の第１油室２５２に接続される。そのため、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）は、各制御バルブを介して各油圧アクチュエータに供給されるとともに、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を制御するサーボピストン２５１の第１油室２５２に供給されるようになっている。
【００４１】
ブームリモコンバルブ５３とブーム制御バルブ６３とを繋ぐパイロット油路５７，５７′、アームリモコンバルブ５４とアーム制御バルブ６４とを繋ぐパイロット油路５８，５８′、およびバケットリモコンバルブ５５とバケット制御バルブ６５とを繋ぐパイロット油路５９，５９′は、図４に示すように、シャトル弁２６１〜２６５および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に接続されている。そのため、パイロットポンプ７０から吐出される作動油（圧油）は、各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給されるとともに、各制御バルブのパイロット油路からシャトル弁２６１〜２６５および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給されるようになっている。また、油路２９６は、図４に示すように分岐して、油路２９７を介して油タンクＴに接続されており、この油路２９７に可変絞り弁２５５が設けられている。
【００４２】
シャトル弁２６１〜２６５はいずれも、作用する油圧のうち高い方の油圧を油路２９６に導くように構成されている。このため、ブーム制御バルブ６３のパイロット油路５７，５７′、アーム制御バルブ６４のパイロット油路５８，５８′およびバケット制御バルブ６５のパイロット油路５９，５９′内の油圧のうち最も高い圧の圧油が油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給されるようになっている。
【００４３】
なお、図４において図示を省略した左右の走行リモコンバルブ５１ａ，５１ｂと左右の走行制御バルブ６１ａ，６１ｂとを繋ぐパイロット油路、および旋回リモコンバルブ５６と旋回制御バルブ６６とを繋ぐパイロット油路にはそれぞれ、シャトル弁が設けられており、各パイロット油路がこれらのシャトル弁および油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に接続されている。
【００４４】
可変絞り弁２５５は、油路２９６から分岐して油タンクＴに繋がる油路２９７に設けられ、絞り部分の開口面積（絞り開度）を変化させることにより、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を制御可能に構成されている。この可変絞り弁２５５は、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて制御コントローラ４０から出力される指令信号により、絞り開度を変更可能に構成されている。このため、エンジン負荷設定ダイヤル２９の操作に応じて可変絞り弁２５５の絞り開度を変化させることにより、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる圧油の流量を変化させることで、油路２９６を介してサーボピストン２５１に供給される作動圧を制御することができるようになっている。
【００４５】
固定絞り弁２５６は、油路２９６における油路２９７との接続点よりもパイロット油路側の位置に設けられ、予め設定された絞り開度により、各パイロット油路から油路２９６に流れる圧油の流量を規制するように構成されている。この固定絞り弁２５６がパイロット油路から油路２９６に流れる圧油の流量を規制することにより、パイロットポンプ７０から吐出され各リモコンバルブを介して各制御バルブに供給される圧油を所定圧（設定圧）に保持することができるようになっている。
【００４６】
サーボピストン２５１では、第１油室２５２が油路２９１，９０を介して油圧ポンプＰに接続され、第２油室２５３が油路２９６、固定絞り弁２５６、シャトル弁２６１〜２６５、制御バルブ６３〜６５のパイロット油路、リモコンバルブ５３〜５５および油路９５を介してパイロットポンプ７０に接続されている。このため、第１油室２５２には、油圧ポンプＰの吐出圧が油路９０，２９１を介して常時作用している。さらに、第２油室２５３には、パイロットポンプ７０の吐出圧がシャトル弁２６１〜２６５および油路２９６等を介し可変絞り弁２５５により調整されて常時作用している。そして、第１および第２油室２５２，２５３に作用する油圧力に応じてサーボピストン２５１がバネ２５４の付勢力に抗して移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角を変化させて、油圧ポンプＰの吐出流量を制御することができるようになっている。
【００４７】
このように構成される油圧駆動装置２００の作動について、作業装置３（ショベル装置３０）の各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行う場合について説明する。左右の作業操作レバー２８ａ，２８ｂが操作されると、上述の油圧駆動装置１００と同様に、この操作に応じて制御コントローラ４０が指令信号を出力してリモコンバルブ５３〜５５および制御バルブ６３〜６５の作動制御がなされ、油圧ポンプＰから吐出される作動油（圧油）をブームシリンダ８３、アームシリンダ８４およびバケットシリンダ８５のそれぞれに供給して各シリンダを伸縮駆動させる。このように各シリンダ８３〜８５を伸縮駆動させてブーム３３、アーム３４およびバケット３５をそれぞれ揺動させ、ショベル装置３０により地盤の掘削作業等を行うことができる。
【００４８】
ここで、上述したようにエンジンＥの出力トルクが低下し易い作業環境下の場合（例えば、気圧の低い高地などで作業を行う場合）には、オペレータキャビン２５内に設けられたエンジン負荷設定ダイヤル２９を操作して可変絞り弁２５５の絞り開度を小さくする。可変絞り弁２５５の絞り開度を小さくすると、油路２９６から油路２９７を介して油タンクＴに流れる油量が減少するため、パイロットポンプ７０から吐出され油路２９６を介してサーボピストン２５１の第２油室２５３に供給される圧油が増大して、サーボピストン２５１に作用する油圧力が大きくなり、この油圧力に応じてサーボピストン２５１がバネ２５４の付勢力に抗して図４における左方向に移動する。そして、サーボピストン２５１が左方向へ移動することにより、油圧ポンプＰの斜板Ｓの傾転角が小さくなって油圧ポンプＰの吐出流量が減少される。したがって、油圧ポンプＰの入力トルクが小さくなり、これによりエンジンＥの負荷を低減させることができ、エンジン過負荷によるエンジンストールを防止することができる。
【００４９】
これまで、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、可変絞り弁は、エンジン負荷設定ダイヤルの操作に応じて制御コントローラから出力される指令信号により（電気的に）絞り開度を変更可能に構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、エンジン負荷設定ダイヤルの操作に応じて機械的に絞り開度を変更させる構成であってもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、本発明に係る油圧駆動装置を備えた作業機械の一例としてパワーショベルについて説明したが、本発明はパワーショベルに限られるものではなく、例えば、ショベルローダ、油圧クレーン等の他の作業機械であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
ＰＳ パワーショベル（作業機械）
Ｐ 油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）
３０ ショベル装置（建設用作業装置）
５３ ブームリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
５４ アームリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
５５ バケットリモコンバルブ（パイロット油圧制御手段）
６３ ブーム制御バルブ（流量制御手段）
６４ アーム制御バルブ（流量制御手段）
６５ バケット制御バルブ（流量制御手段）
７０ パイロット油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）
８３ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８４ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８５ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１００，２００ 油圧駆動装置
１５０，２５０ ポンプ制御装置（ポンプ制御手段）
１５１，２５１ サーボピストン（ポンプ容量制御手段）
１５５，２５５ 可変絞り弁（容量制御調圧手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型の第１油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油流量を制御する流量制御手段と、前記流量制御手段を駆動させるための圧油を吐出する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの容量を変化させて前記第１油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段とを有する油圧駆動装置であって、
前記ポンプ制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出油圧および前記第２油圧ポンプの吐出油圧を容量制御油圧として用いて前記第１油圧ポンプの可変容量を変化させるポンプ容量制御手段と、前記容量制御油圧として前記第２油圧ポンプの吐出油圧を前記ポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて前記分岐油路を開閉して前記油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより前記容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段とを備えて構成されることを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段を備え、
前記ポンプ容量制御手段は、前記第２油圧ポンプから前記パイロット油圧制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項３】
作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段を備え、
前記ポンプ容量制御手段は、前記パイロット油圧制御手段により制御されて前記流量制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の油圧駆動装置と、前記油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置とを備え、前記建設用作業装置により所要の作業を行うように構成されることを特徴とする作業機械。
【請求項１】
可変容量型の第１油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油流量を制御する流量制御手段と、前記流量制御手段を駆動させるための圧油を吐出する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの容量を変化させて前記第１油圧ポンプの吐出油量を制御するポンプ制御手段とを有する油圧駆動装置であって、
前記ポンプ制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出油圧および前記第２油圧ポンプの吐出油圧を容量制御油圧として用いて前記第１油圧ポンプの可変容量を変化させるポンプ容量制御手段と、前記容量制御油圧として前記第２油圧ポンプの吐出油圧を前記ポンプ容量制御手段に導く油路から分岐して油タンクに繋がる分岐油路に設けられ、作業者の操作入力に応じて前記分岐油路を開閉して前記油タンクへ流れる圧油流量を調整することにより前記容量制御油圧を調圧する容量制御調圧手段とを備えて構成されることを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段を備え、
前記ポンプ容量制御手段は、前記第２油圧ポンプから前記パイロット油圧制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項３】
作業者のアクチュエータ操作入力に応じて前記第２油圧ポンプから前記流量制御手段に供給されるパイロット油圧を制御するパイロット油圧制御手段を備え、
前記ポンプ容量制御手段は、前記パイロット油圧制御手段により制御されて前記流量制御手段に供給される油圧を前記容量制御油圧として用いることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の油圧駆動装置と、前記油圧アクチュエータにより駆動される建設用作業装置とを備え、前記建設用作業装置により所要の作業を行うように構成されることを特徴とする作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−８７９１４（Ｐ２０１２−８７９１４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７２１２（Ｐ２０１０−２３７２１２）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００１５０１５４）株式会社竹内製作所 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００１５０１５４）株式会社竹内製作所 (50)
【Ｆターム（参考）】
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