JP2009167658A - 作業機械の油圧制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の油圧制御回路に関し、簡素な構成で、回転切削アタッチメントとそれ以外の油圧アクチュエータとの連動性を向上させる。
【解決手段】回転切削用油圧モータ２６ａへ接続された第一油圧回路Ｌ１と、他の油圧アクチュエータ２３ａへ接続された第二油圧回路Ｌ２とを備えた作業機械の油圧制御回路において、パイロット圧制御により流量を変更可能に設けられた比例式の可変絞り弁１を第一油圧回路Ｌ１上に設け、回転切削用油圧モータ２６ａへの一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁２を第一油圧回路Ｌ１及び第二油圧回路Ｌ２の双方に介装する。
また、第一油圧回路Ｌ１における可変絞り弁１よりも上流側と作動油タンク１５とを接続する第五油圧回路Ｌ５を設けるとともに、リリーフ弁３及び一対のオリフィス４を介装させる。
さらに、一対のオリフィス間の作動油圧を可変絞り弁１のパイロット圧として導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転切削アタッチメントを備えた油圧ショベルを制御するための油圧制御回路に関する。

従来、油圧ショベルのフロント作業部に取り付けられるアタッチメントとして、エンドミルやツインヘッダ等の回転切削アタッチメントが知られている。これらの回転切削アタッチメントには油圧モータが内蔵されており、油圧ショベルの機体に設けられた油圧ポンプから供給される作動油で回転駆動されるようになっている。一方、回転切削アタッチメントが取り付けられるブームやアームといったフロント作業部も、同じ油圧ポンプを駆動源としている。そのため、フロント作業部を動かしながら回転切削アタッチメントを駆動すると、油圧ポンプから供給される作動油の配分に偏りが生じ、良好な連動性が得られない場合がある。特に、回転切削アタッチメントの場合は、油圧モータに要求される回転数や回転トルクが比較的大きいため、作動油流量の低下が直接的に作業効率の低下に繋がりやすい。

そこで、例えば特許文献１に示すように、油圧回路上に電磁比例式の優先バルブを設けて流量配分を制御する技術が提案されている。この技術では、回転切削アタッチメントの作動時に、回転切削アタッチメント側へ供給される作動油流量が常に所定の優先流量となるように優先バルブの開度を制御している。このような構成により、回転切削アタッチメントの安定駆動が可能となり、作業効率を向上させることができるようになっている。
特開２００６−２５７７１４号公報

しかしながら、電磁比例式の優先バルブは装置構成が複雑であり、コストが嵩むという課題がある。例えば、特許文献１に記載の技術では、回転切削アタッチメント側への優先流量を調整する可変絞り弁及び可変絞り弁へ導入される制御圧を出力する優先バルブ用電磁比例弁だけでなく、優先バルブ用電磁比例弁へ制御指令を出力するコントローラも必要であり、制御に係るソフトウェア構成も複雑である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、回転切削アタッチメントとそれ以外の油圧アクチュエータとの連動性を向上させることができるようにした、作業機械の油圧制御回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、該回転切削用油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、該第一油圧回路に介装され、パイロット圧制御により流量を変更可能に設けられた比例式の可変絞り弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該回転切削用油圧モータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、該第一油圧回路における該可変絞り弁よりも上流側と作動油タンクとを接続する第五油圧回路と、該第五油圧回路に介装されたリリーフ弁と、該第五油圧回路上における該リリーフ弁よりも下流側に介装された一対のオリフィスと、を備え、該可変絞り弁が、該第五油圧回路における該一対のオリフィス間のパイロット圧に応じて、該流量を減少させるように設けられていることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項１記載の構成に加えて、該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁と、をさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項２記載の構成に加えて、該第二油圧回路上に介装され、該他の油圧アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御するコントロール弁と、該コントロール弁の下流側の油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、該ネガコン回路に介装された第二電磁切換弁と、該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段と、をさらに備えたことを特徴としている。

また、請求項４記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項３記載の構成に加えて、操作者による該回転切削用油圧モータへの操作を検出する第一操作検出手段と、操作者による該他の油圧アクチュエータへの操作を検出する第二操作検出手段と、該第一操作検出手段及び該第二操作検出手段での検出結果に基づき、該電磁切換弁，該第二電磁切換弁及びネガコン圧変更手段を制御する制御手段と、をさらに備えたことを特徴としている。

また、請求項５記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、該回転切削用油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、該第一油圧回路に介装され、パイロット圧制御により流量を変更可能に設けられた比例式の可変絞り弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、該第一油圧回路における該可変絞り弁よりも上流側と作動油タンクとを接続するリリーフ回路と、該リリーフ回路に介装されたリリーフ弁と、該リリーフ回路上における該リリーフ弁よりも下流側に介装された一対のオリフィスと、を備え、該可変絞り弁が、該リリーフ回路における該一対のオリフィス間のパイロット圧に応じて、該流量を減少させるように設けられていることを特徴としている。

本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項１）によれば、圧力補償弁を備えたことにより、回転切削用モータの駆動に必要十分な作動油を確保することができ、回転切削用モータ及び他の油圧アクチュエータの連動性を高めることができる。また、第五油圧回路における一対のオリフィス間のパイロット圧を利用して可変絞り弁を作動させているため、油圧ポンプの負荷圧が上昇したときに回転切削用モータ側へ供給される作動油流量を減少させることができる。さらに、高価で複雑な制御が必要となる電磁比例弁を使わなくとも流量の比例制御を実施することができ、システム構成が簡素であり、コストを低減させることができる。

また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項２）によれば、電磁切換弁を開放することで、回転切削用油圧モータへの作動油流量を減少させることが可能となる。これにより、他のアクチュエータのみの作動時における作業効率を向上させることができる。また、ポンプ流量を有効に活用することができ、油圧エネルギの浪費を抑えることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項３）によれば、他のアクチュエータのみの作動時には、ネガコン圧を油圧ポンプへ導入して、アクチュエータの作動に必要十分な作動油流量を確保することができる。また、回転切削用油圧モータの作動時（単動時及び連動時）には、モータの動作に必要十分な作動油流量を任意に設定することができ、作業性を高めることができる。

また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項４）によれば、例えば操作レバーの圧力スイッチやコントローラといった既存のシステムを利用して安価に実現することができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項５）によれば、リリーフ回路における一対のオリフィス間のパイロット圧を利用して可変絞り弁を作動させているため、油圧ポンプの負荷圧が上昇したときに回転切削用モータ側へ供給される作動油流量を減少させることができる。さらに、高価で複雑な制御が必要となる電磁比例弁を使わなくとも流量の比例制御を実施することができ、システム構成が簡素であり、コストを低減させることができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態に係る油圧制御回路を説明するためのものであり、図１は本油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図、図２は本発明の一実施形態に係る油圧制御回路におけるＰ−Ｑ特性図（太実線は本油圧制御回路に設けられた油圧ポンプのＰ−Ｑ特性、細実線は油圧モータへ配分される作動油のＰ−Ｑ特性を示す）、図３は本油圧制御回路が適用された作業機械の側面図である。

［１．油圧ショベル構成］
本実施形態の油圧制御回路は、図３に示す油圧ショベル２０の油圧回路として適用されている。この油圧ショベル２０は、クローラ式の油圧走行装置を装備した下部走行体２２と、旋回装置を介して下部走行体２２の上に旋回自在に搭載された上部旋回体２１とを備えて構成される。上部旋回体２１の前端部には、フロント作業部としてのブーム２３及びアーム２４が枢支され、さらにその先端にはツインヘッダ（回転切削アタッチメント）２６が取り付けられている。

上部旋回体２１のフレームとブーム２３との間には、ブーム２３を上下方向へ揺動する油圧駆動式のブームシリンダ（油圧アクチュエータの一つ）２３ａが介装されている。このブーム２３は、ブームシリンダ２３ａの伸縮によって上部旋回体２１に対して起伏自在に設けられている。同様に、図３中に示されたアームシリンダ２４ａ，バケットシリンダ２５ａはそれぞれ、アーム２４，ツインヘッダ２６の姿勢を動かすための油圧アクチュエータである。

ツインヘッダ２６の基部には、油圧モータ（回転切削用油圧モータ）２６ａが内蔵されている。油圧モータ２６ａは、ツインヘッダ２６を駆動せしめる駆動源であり、先端のピックを回転させることで土砂壁面を切削できるようになっている。本発明に係る油圧制御回路は、上記の油圧アクチュエータ２３ａ，２４ａ，２５ａや油圧モータ２６ａを駆動するための油圧回路である。

また、これらのフロント作業部の車体左側には、操作者が搭乗するキャブ２７が設けられている。キャブ２７の内部には、油圧アクチュエータ２３ａ，２４ａ，２５ａや油圧モータ２６ａをはじめとして、油圧ショベル２０の走行装置，旋回装置といった各装置の操作レバー，各種操作スイッチが配設されている。

［２．油圧回路構成］
図１に、本油圧制御回路が適用された油圧回路を模式的に示す。この図１では、ブーム２３及びツインヘッダ２６の駆動に係る油圧回路の概略構成が示されている。本油圧回路はおもに、第一油圧回路Ｌ１，第二油圧回路Ｌ２，これらの二系統の油圧回路へ供給される作動油量を配分するための優先回路３０，及びネガコン回路Ｌ７を備えて構成される。

第一油圧回路Ｌ１は、油圧ポンプ１１から油圧モータ２６ａへの作動油流路を接続する回路である。図１に示すように、第一油圧回路Ｌ１上における油圧ポンプ１１と油圧モータ２６ａとの間には、第一油圧回路Ｌ１を通ってきた作動油の流通方向及び流量を調整するコントロールバルブ６ａが介装されている。
このコントロールバルブ６ａは、ステム（流量制御スプール）の位置を複数の位置に切り替えて作動油の流通方向及び流量を可変制御できる制御弁として構成されている。コントロールバルブ６ａのスプール位置は、ツインヘッダ用操作レバーの操作量に応じて制御されている。

また、油圧ポンプ１１及びコントロールバルブ６ａ間の回路から分岐した回路上には、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧の上限値Ｐ₁を設定するリリーフ弁１９ａが介装されている。
一方、第二油圧回路Ｌ２は、油圧ポンプ１１からブームシリンダ２３ａへの作動油流路を接続する回路である。この第二油圧回路Ｌ２上には、第一油圧回路Ｌ１と同様にコントロールバルブ６ｂが介装されており、ここでブームシリンダ２３ａへ供給される作動油流量及び流通方向が調節されるようになっている。コントロールバルブ６ｂのスプール位置は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて制御されている。また、コントロールバルブ６ｂとタンク（作動油タンク）１５とを連結する回路上に、第二油圧回路Ｌ２の作動油圧の上限値Ｐ₃を設定するリリーフ弁１９ｂが介装されている。

なお、図１に示すように、ツインヘッダ用操作レバー及びブーム用操作レバーにはそれぞれ、第一圧力センサ（第一操作検出手段）９ａ及び第二圧力センサ（第二操作検出手段）９ｂが設けられており、操作者による油圧モータ２６ａ，ブームシリンダ２３ａへの操作の有無を検出するようになっている。ここで検出された操作の有無は、後述するコントローラ（制御手段）１０へ入力されている。

油圧ポンプ１１は、レギュレータ１２が併設された容量可変式のポンプであり、エンジン１３によって駆動されている。この油圧ポンプ１１による吐出流量と吐出圧との関係を図２に示す。Ａ−Ｂ−Ｃ線は、油圧ポンプ１１の最大出力時（例えば、ブーム用操作レバーのフル操作時）のＰ−Ｑ特性を示している。

［３．ネガコン回路の構成］
ネガコン回路Ｌ７は、第二油圧回路Ｌ２上のコントロールバルブ６ｂとリリーフ弁１９ｂとの間から分岐した回路であり、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２におけるネガティブコントロール用の回路である。ネガティブコントロールでは、ネガコン回路Ｌ７の作動油圧の高低に対応するように油圧ポンプ１１での吐出流量を減少又は増加させて、油圧ポンプ１１の出力を一定に保たせている。以下、ネガコン回路Ｌ７を介してレギュレータ１２へ導入される作動油圧のことをネガコン圧とも呼ぶ。

ネガコン回路Ｌ７上には、電磁切換弁（第二電磁切換弁）７，電磁比例減圧弁１８及びシャトル弁１７が設けられている。電磁切換弁７は、後述するコントローラ１０によって制御される二位置切換弁であり、第二油圧回路Ｌ２側の作動油圧の導入及び遮断を担うものである。一方、電磁比例減圧弁１８も、コントローラ１０によって制御される比例減圧弁であり、パイロットポンプ１４から供給される作動油をネガコン回路Ｌ７へ導入することによって強制的にネガコン圧を変更するためのものである。

電磁比例減圧弁１８は、電磁切換弁７がオン（遮断）の状態でのみオン（励磁状態）にされて、パイロットポンプ１４から供給される作動油を下流側へ流通させるようになっている。また、電磁比例減圧弁１８は、開度調整により下流側の作動油圧を任意に設定することができるようになっている。なお、電磁比例減圧弁１８がオフのときには、図１に示すように、その二次圧が最低圧（タンク圧）に設定されるようになっている。

本実施形態では、電磁比例減圧弁１８の下流側の油圧の大きさが油圧モータ２６ａの特性によって定められる所定圧力Ｐとなるように、開度が予め設定されている。つまり、電磁比例減圧弁１８も、電磁切換弁７と同様に、コントローラ１０によってオン／オフ制御されている。
シャトル弁１７は、第二油圧回路Ｌ２とパイロットポンプ１４側からの回路との接続部分に介装された選択弁である。これらの回路のうちの高圧側がシャトル弁１７で自動的に選択されて、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２へと接続されるようになっている。

例えば、図１に示すように、電磁切換弁７がオフの状態にあるときには、第二油圧回路Ｌ２側の作動油圧がレギュレータ１２のネガコン圧となり、電磁切換弁７がオンの状態にあるときには、電磁比例減圧弁１８で設定される作動油圧がネガコン圧となる。つまり、電磁切換弁７がオンかつ電磁比例減圧弁１８がオンである場合には、所定圧力Ｐがネガコン圧となり、電磁切換弁７がオンかつ電磁比例減圧弁１８がオフである場合には、タンク圧がネガコン圧となる。

これらのパイロットポンプ１４，シャトル弁１７及び電磁比例減圧弁１８は、油圧ポンプ１１へ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段８として機能している。なお、レギュレータ１２とは公知のポンプ容量可変手段であり、ネガコン圧が高いほど油圧ポンプ１１の吐出流量を減少させるように、また、ネガコン圧が低いほど吐出流量を増加させるように、斜板制御を実施するものである。

［４．優先回路の構成］
続いて、優先回路３０の構成を詳述する。優先回路３０は、油圧ポンプ１１から供給される作動油の流量を第一油圧回路Ｌ１と第二油圧回路Ｌ２とに配分するための回路である。図１に示すように、油圧ポンプ１１から導かれた作動油の供給ラインは、優先回路３０の内部で第一油圧回路Ｌ１と第二油圧回路Ｌ２とに分岐形成されている。第二油圧回路Ｌ２は、第一油圧回路Ｌ１における可変絞り弁１よりも上流側で分岐している。

この優先回路３０は、可変絞り弁１，圧力補償弁２，リリーフ弁３及び電磁切換弁５を備えて構成されている。なお、複数種類の弁が一体に組み合わされたバルブユニットとして優先回路３０を形成してもよい。
可変絞り弁１は、図１に示すように、第一油圧回路Ｌ１上に介装された比例式の絞り弁であり、与えられるパイロット圧に応じて内蔵されたスプールを移動させて、流量を無段階に調整できるようになっている。この可変絞り弁１は、パイロットポート１ａにパイロット圧が作用していない状態で、上流側から下流側へそのまま作動油を流通させるようになっている。一方、パイロットポート１ａにパイロット圧が作用している状態では、そのパイロット圧が大きいほど開度を絞って流量を減少させるようになっている。なお、可変絞り弁１の上流側には、油圧ポンプ１１による作動油の吐出圧がそのまま作用しており、可変絞り弁１の下流側には、圧力補償弁２が接続されている。

圧力補償弁２は、第一油圧回路Ｌ１及び第二油圧回路Ｌ２に跨って介装された弁であり、双方の回路の作動油流量を同時に制御するものである。図１に示すように、圧力補償弁２の内部には、第一流路２ａ及び第二流路２ｂの二系統の流路が形成されており、それぞれの流路開度が単一のスプール（圧力補償スプール）の移動によって同時に変更されるよう構成されている。ここでは、第一流路２ａが第一油圧回路Ｌ１上に介装され、第二流路２ｂが第二油圧回路Ｌ２上に介装されている。

圧力補償弁２のスプールを駆動するためのパイロット回路は、二本用意されている。第三油圧回路Ｌ３と第四油圧回路Ｌ４である。まず、圧力補償弁２のスプールのうち、スプールの摺動方向における第一流路２ａが形成された側の一端には、可変絞り弁１の下流側の作動油を導く第三油圧回路Ｌ３が接続されている。図１に示すように、第三油圧回路Ｌ３上にはオリフィス１６が介装されている。一方、スプールの他端（スプールの摺動方向における第二流路２ｂが形成された側の一端）には、可変絞り弁１の上流側の作動油を導く第四油圧回路Ｌ４が接続されている。

このように二本のパイロット回路を設けることにより、圧力補償弁２のスプールが、第一流路２ａの上流側と下流側との差圧を一定に保持する位置に制御されている。したがって、第一流路２ａ側の流量は油圧ポンプ１１の吐出圧に係わらず一定に制御され、残りの流量が第二流路２ｂ側に流れることになる。つまり、圧力補償弁２は、油圧モータ２６ａへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有しているといえる。

なお、この第三油圧回路Ｌ３内の作動油は、第一流路２ａ側の作動油流量を増加させつつ第二流路２ｂ側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。また、第四油圧回路Ｌ４内の作動油は、第二流路２ｂ側の作動油流量を増加させつつ第一流路２ａ側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。例えば、油圧ポンプ１１の吐出圧が上昇した場合には、第一流路２ａにおける作動油の流速が上昇するが、これに応じて上昇する第四油圧回路Ｌ４内の作動油圧に押されてスプールが図１中左方向へ移動し、弁開度が絞られるため、第一流路２ａの下流側の作動油流量は変化しない。

第一油圧回路Ｌ１上の可変絞り弁１よりも上流側には、タンク１５へ通じる第五油圧回路（リリーフ回路）Ｌ５が第一油圧回路Ｌ１から分岐して設けられている。この第五油圧回路Ｌ５上には、リリーフ弁３及び一対のオリフィス４が介装されている。一対のオリフィス４は、リリーフ弁３よりもタンク１５側に配置されている。さらに、一対のオリフィス４間には、可変絞り弁１のパイロットポート１ａへと接続されたパイロットラインＬ８が設けられている。パイロットラインＬ８は、可変絞り弁１へパイロット圧を導入するための回路である。これにより可変絞り弁１のスプール開度を変更して第一油圧回路Ｌ１の作動油圧を調整できるようになっている。

リリーフ弁３は、可変絞り１へパイロットラインＬ８のパイロット圧を導入するか否かを設定するオン／オフスイッチとして機能しており、第一油圧回路Ｌ１の作動油圧が予め設定された所定値Ｐ₀未満の状態で閉鎖され、所定値Ｐ₀以上の状態で開放されるようになっている。つまり、第一油圧回路Ｌ１の作動油圧が所定値Ｐ₀以上になると、可変絞り弁１の弁開度が絞られ始めることになる。

なお、所定値Ｐ₀は、図２に示すＰ−Ｑ特性図において、油圧モータ２６ａへの作動油として確保したい流量Ｑ₂を油圧ポンプ１１が吐出可能な最大吐出圧Ｐ₅よりも低圧に設定されている。
さらに、第三油圧回路Ｌ３におけるオリフィス１６の下流側と、第五油圧回路Ｌ５における一対のオリフィス４の下流側との間には、第六油圧回路Ｌ６が接続されている。この第六油圧回路Ｌ６上には、電磁切換弁５が介装されている。

電磁切換弁５は、コントローラ１０によって制御される二位置切換弁である。電磁切換弁５をオフ（切断）の状態にすることで、第三油圧回路Ｌ３の作動油圧をタンク圧（開放圧）まで低下させることができるようになっている。つまり、電磁切換弁５をオフにすると、圧力補償弁２のスプールが図１中左方向へ移動して、第一流路２ａが完全に閉鎖され、第二流路２ｂが完全に開放されるようになっている。

一方、電磁切換弁５をオン（接続）のときには第六油圧回路Ｌ６が遮断されるため、上述のように第三油圧回路Ｌ３を介して圧力補償弁２のスプールの一端に可変絞り弁１の下流側の作動油圧が作用するようになっている。このように、電磁切換弁５は、圧力補償弁２における圧力補償制御のオン／オフを切り換えるように機能している。

［５．制御構成］
コントローラ１０は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスとして提供されている。このコントローラ１０では、電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８の弁開度がオン／オフ制御されている。図１に示すように、コントローラ１０は、第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂによる検出情報に応じて、以下に示す三種類の制御を実施する。

［５−１．第二圧力センサのみがオンの場合］
第二圧力センサ９ｂのみがオンになるのは、ブーム２３の単動時である。この場合、コントローラ１０は、電磁切換弁５をオフ（流通）に制御し、電磁切換弁７をオフ（流通）に制御するとともに、電磁比例減圧弁１８をオフに制御する。
［５−２．第一圧力センサのみがオンの場合］
第一圧力センサ９ａのみがオンになるのは、ツインヘッダ２６の単動時である。この場合、コントローラ１０は、電磁切換弁５をオン（遮断）に制御し、電磁切換弁７をオン（遮断）に制御するとともに、電磁比例減圧弁１８をオンに制御する。

［５−３．第一及び第二圧力センサがともにオンの場合］
第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂがともにオンになるのは、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時である。この場合、コントローラ１０は、電磁切換弁５をオン（遮断）に制御し、電磁切換弁７もオン（遮断）に制御するとともに、電磁比例減圧弁１８をオフに制御する。

本発明に係るコントローラ１０での制御内容をまとめると以下の通りとなる。

［６．作用］
上記のような構成により、本油圧制御回路は以下のように作用する。
［６−１．ブーム単動時］
ブーム２３の単動時には、コントローラ１０によって電磁比例弁５がオフに制御されるため、第六油圧回路Ｌ６の作動油圧がタンク圧となり、これに接続された第三油圧回路Ｌ３の作動油圧もタンク圧となる。そのため、圧力補償弁２のスプールが図１中左方向へ移動し、第一流路２ａが完全に閉鎖される。つまり、第一流路２ａ側の作動油流量がゼロになり、油圧ポンプ１１の全流量が第二油圧回路Ｌ２側へ供給されることになる。したがって、油圧ポンプ１１の全出力をブームシリンダ２３ａの駆動に割り当てることができる。

また、コントローラ１０によって電磁比例弁７がオフに制御されるため、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２にはコントロールバルブ６ｂのネガコン圧（第二油圧回路Ｌ２のネガコン圧）が導かれることになる。一方、電磁比例減圧弁１８もオフに制御されるため、電磁比例減圧弁１８の二次圧はタンク圧となる。したがって、シャトル弁１７では第二油圧回路Ｌ２の作動油圧がネガコン圧として選択されることになり、通常のネガコン制御を実施することができる。なおこの場合、ブームシリンダ２３ａへ供給される作動油流量は、油圧ポンプ１１の吐出圧の変動に対して、図２中にＡ−Ｂ−Ｃ線として示す範囲内で変動する。

［６−２．ツインヘッダ単動時］
ツインヘッダ２６の単動時には、コントローラ１０によって電磁比例弁５がオンに制御されて第六油圧回路Ｌ６が遮断されるため、第三油圧回路Ｌ３を介して導入される作動油圧が圧力補償弁２の一方のパイロット圧として用いられることになる。なお、このパイロット圧は、オリフィス１６を介して導入されるため、油圧ポンプ１１の吐出圧よりも減圧された大きさである。反対に、圧力補償弁２の他方のパイロット圧には、第四油圧回路Ｌ４を介して油圧ポンプ１１の吐出圧が導入される。

これにより、第一流路２ａの上流側と下流側との差圧が一定に保持されるため、油圧モータ２６ａへ供給される一定の作動油流量を確保することができる。
またこのとき、油圧ポンプ１１からの全流量のうち、残りの流量が第二流路２ｂ側へ供給されることになる。しかし、コントローラ１０によって電磁比例弁７及び電磁比例減圧弁１８がオンに制御されるため、ネガコン回路Ｌ７内の作動油圧（ネガコン圧）が、油圧モータ２６ａに対応する所定圧力Ｐとなる。つまり、油圧ポンプ１１の吐出流量が、レギュレータ１２によって油圧モータ２６ａの駆動に必要な量に制御されることになる。したがって、第二流路２ｂ側の作動油流量を少なくすることができ、エネルギーロスを抑えることができる。

その後、ツインヘッダ２６の駆動負荷が増加して、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧が上昇したとしても、圧力補償弁２において第一流路２ａ側の作動油流量は一定に制御される。したがって、図２中にＤ−Ｅ線として示すように、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量は、油圧ポンプ１１の吐出圧に変動に対して一定の所定量Ｑ₂となる。

さらに、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧がリリーフ弁３の設定圧Ｐ₀以上になると、第五油圧回路Ｌ５に作動油が流入し、可変絞り１へパイロットラインＬ８のパイロット圧が導入される。これにより、可変絞り弁１の弁開度が絞られ、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量が減少する。
また、リリーフ弁３でリリーフされる作動油圧が高いほど、可変絞り弁１の弁開度は小さくなる。したがって、図２中にＥ−Ｆ線として示すように、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量は、リリーフ弁３の設定圧Ｐ₀以上の領域で減少する。圧力値Ｐ₂は、パイロットラインＬ８において可変絞り弁１の弁開度を最も小さくするのに必要なパイロット圧が得られる油圧ポンプ１１の吐出圧に対応するものであり、可変絞り弁１のパイロット特性と一対のオリフィス４における圧力損失特性に応じて定まる値である。

なお、本実施形態では、リリーフ弁１９ａによって第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧の上限値Ｐ₁が設定されている。つまり、例えばこの上限値Ｐ₁が圧力値Ｐ₂未満である場合には、図２に示すように、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量が図２中にＤ−Ｅ−Ｇ線として示される範囲で変動することになる。したがって、少なくとも油圧モータ２６ａに対して所定量Ｑ₁以上の作動油流量を確保することができる。油圧モータ２６ａがその特性上所定の作動油流量を要求するような場合には、その作動油流量が得られるような圧力をリリーフ弁１９ａが開弁する設定圧にしておけばよい。

［６−３．ブーム及びツインヘッダ連動時］
ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時には、上記のツインヘッダ２６の単動時と同様に、コントローラ１０によって電磁比例弁５がオンに制御されて、第一流路２ａの上流側と下流側との差圧が一定に保持されるため、油圧モータ２６ａへ供給される一定の作動油流量を確保することができる。

一方、ネガコン回路Ｌ７では、電磁比例弁７がオンに制御されるとともに電磁比例減圧弁１８がオフに制御される。つまり、第二油圧回路Ｌ２側が遮断された状態のまま電磁比例減圧弁１８がタンク１５に開放されるため、シャトル弁１７ではタンク圧がネガコン圧として選択される。したがってレギュレータ１２では、油圧ポンプ１１の吐出流量が最大量に設定されることになり、圧力補償弁２の第一流路２ａ側には一定の作動油流量が確保されるとともに、残りの作動油が第二流路２ｂ側へ供給される。

また、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧がリリーフ弁３の設定圧Ｐ₀以上になった場合も同様であり、可変絞り弁１の弁開度が絞られて、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量が減少する。
例えば、図２に示すように、油圧ポンプ１１の吐出圧がＰ₄であり吐出流量がＱ₃である場合には、Ｄ−Ｅ線よりも下の範囲のＱ₂が第一流路２ａの作動油流量となり、Ａ−Ｂ線とＤ−Ｅ線とで囲まれた範囲のＱ₃−Ｑ₂が第二流路２ｂの作動油流量となる。

［７．効果］
本油圧制御回路によれば、圧力補償弁２を備えたことにより、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａの駆動に必要十分な作動油を確保することができ、油圧モータ２６ａ及びブームシリンダ２３ａの連動性を高めることができる。
また、電磁切換弁５のオン／オフ制御で圧力補償弁２の圧力補償スプールを駆動して、作動油を配分を制御することができる。すなわち、電磁切換弁５を閉鎖することで油圧モータ２６ａへの作動油流量を確保し、あるいは電磁切換弁５を開放することで作動油供給を遮断することができる。このように、エネルギーロスを抑制することができ、燃費低減に貢献することができる。また、簡素な構成で作動油の配分が可能となり、コストを削減することができる。

また、第五油圧回路Ｌ５上に介装された一対のオリフィス４間の作動油圧を可変絞り弁１のパイロット圧として作用させることにより、高価で複雑な制御が必要となる電磁比例弁を使わなくとも流量の比例制御を実施することができる。例えば、図２中にＥ−Ｆ線で示すような特性を与えることができる。これにより、回路構成が簡素となり、コストを低減させることができる。

さらに、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧がリリーフ弁３の設定圧Ｐ₀以上の状態では、可変絞り弁１を自動的に絞らせて油圧モータ２６ａへの作動油流量を減少させることができ、負荷圧力が低下するまでの間、暫定的にツインヘッダ２６の出力を抑えることができる。またその際、Ｅ−Ｆ線とＢ−Ｃ線とで囲まれた範囲の作動油流量がブームシリンダ２３ａへ供給されるため、ブーム２３を動かすことができ、作業性の低下を防止することができる。

一方、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧がリリーフ弁３の設定圧Ｐ₀未満である状態では、油圧モータ２６ａへの作動油流量Ｑ₂を確保することができる。ブームシリンダ２３ａには余剰分の作動油が宛がわれるため、ツインヘッダ２６の出力を保ちつつブーム２３を動かすことができる。したがって、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時においては、ツインヘッダ２６の駆動に必要な作動油流量を確保したうえで残りの作動油をブーム２３へ供給することができ、連動性を向上させることができる。

また、ネガコン圧の制御により、ブーム２３の単動時にはブームシリンダ２３ａの作動に必要十分な作動油流量を確保することができ、ツインヘッダ２６の単動時には油圧モータ２６ａの作動に必要十分な作動油流量を確保することができる。さらに、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時には、油圧ポンプ１１の出力を最大に設定して作業効率を高めることができる。

［８．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、油圧ポンプ１１の出力制御にネガコン圧を利用した制御が用いられているが、ネガコン回路Ｌ７に係る構成は省略することが可能である。同様に、電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８の制御に関して、上述の実施形態ではコントローラ１０を介した制御が行われているが、このような電子制御の代わりに、物理的に電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８を開閉する機構を備えた構成とすることも考えられる。少なくとも、上記の表１に記載されたような対応関係で各弁が開弁／閉弁されるようなものであればよい。

また、上述の実施形態における第六油圧回路Ｌ６及び電磁切換弁５を省略した油圧制御回路とすることも考えられる。この場合においても、図２に示すような作動油流量の配分が可能である。
また、上述の実施形態では、本発明を油圧ショベル２０の油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ブルドーザやホイールローダ，油圧式クレーン等様々な作業機械の油圧回路に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図である。 本発明の一実施形態に係る油圧制御回路におけるＰ−Ｑ特性図であり、太実線は本油圧制御回路に設けられた油圧ポンプのＰ−Ｑ特性，細実線は油圧モータへ配分される作動油のＰ−Ｑ特性を示す。 本発明の一実施形態に係る油圧制御回路が適用された作業機械の側面図である。

符号の説明

１ 可変絞り弁
２ 圧力補償弁
３ リリーフ弁
４ 一対のオリフィス
５ 電磁切換弁
６ａ，６ｂ コントロールバルブ（コントロール弁）
７ 電磁切換弁（第二電磁切換弁）
８ ネガコン圧変更手段
９ａ 第一圧力センサ（第一操作検出手段）
９ｂ 第二圧力センサ（第二操作検出手段）
１０ コントローラ（制御手段）
１１ 油圧ポンプ
１２ レギュレータ
１５ タンク（作動油タンク）
１６ オリフィス
１７ シャトル弁
１８ 電磁比例減圧弁
１９ａ，１９ｂ リリーフ弁
２０ 油圧ショベル（作業機械）
２３ ブーム
２３ａ ブームシリンダ（他の油圧アクチュエータ）
２６ ツインヘッダ（回転切削アタッチメント）
２６ａ 油圧モータ（回転切削用油圧モータ）
３０ 優先回路
Ｌ１ 第一油圧回路
Ｌ２ 第二油圧回路
Ｌ３ 第三油圧回路
Ｌ４ 第四油圧回路
Ｌ５ 第五油圧回路（リリーフ回路）
Ｌ６ 第六油圧回路
Ｌ７ ネガコン回路
Ｌ８ パイロットライン

Claims (5)

1. 回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、
   該回転切削用油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、
   該第一油圧回路に介装され、パイロット圧制御により流量を変更可能に設けられた比例式の可変絞り弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、
   該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該回転切削用油圧モータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、
   該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁よりも上流側と作動油タンクとを接続する第五油圧回路と、
   該第五油圧回路に介装されたリリーフ弁と、
   該第五油圧回路上における該リリーフ弁よりも下流側に介装された一対のオリフィスと、を備え、
   該可変絞り弁が、該第五油圧回路における該一対のオリフィス間のパイロット圧に応じて、該流量を減少させるように設けられている
   ことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。
2. 該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、
   該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁と、をさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の油圧制御回路。
3. 該第二油圧回路上に介装され、該他の油圧アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御するコントロール弁と、
   該コントロール弁の下流側の油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、
   該ネガコン回路に介装された第二電磁切換弁と、
   該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段と、をさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項２記載の作業機械の油圧制御回路。
4. 操作者による該回転切削用油圧モータへの操作を検出する第一操作検出手段と、
   操作者による該他の油圧アクチュエータへの操作を検出する第二操作検出手段と、
   該第一操作検出手段及び該第二操作検出手段での検出結果に基づき、該電磁切換弁，該第二電磁切換弁及びネガコン圧変更手段を制御する制御手段と、をさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項３記載の作業機械の油圧制御回路。
5. 回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、
   該回転切削用油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、
   該第一油圧回路に介装され、パイロット圧制御により流量を変更可能に設けられた比例式の可変絞り弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁よりも上流側と作動油タンクとを接続するリリーフ回路と、
   該リリーフ回路に介装されたリリーフ弁と、
   該リリーフ回路上における該リリーフ弁よりも下流側に介装された一対のオリフィスと、を備え、
   該可変絞り弁が、該リリーフ回路における該一対のオリフィス間のパイロット圧に応じて、該流量を減少させるように設けられている
   ことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。

Images