JP2010065511A

JP2010065511A - 作業機械の油圧制御装置

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Publication number: JP2010065511A
Application number: JP2008235689A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukamoto; 浩之塚本
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: JP4969541B2

Abstract

【課題】特にブーム及びバケットに対して意図する作業を確実に且つ迅速に行うことができ、合わせてヒートバランスの向上及び燃費性能の向上を図る。
【解決手段】バケット閉じのパイロット圧Ｐｐ１が入力される油室１６と、ブーム上げのパイロット圧Ｐｐ２が入力される油室８１Ｂと、バケット負荷圧Ｐ１が入力される油室８１Ａと、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を調整可能なストローク規制機構７４を含む流量調整手段ＦＲ１と、を備え、バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つバケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１が所定値以下であると検出されたときに、ストローク規制機構７４によってバケットスプール１４の動きを規制してバケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を抑える。これにより、圧油をブームシリンダ２０に誘導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧制御装置に関する。

従来、図７に示されるような油圧制御装置ＨＣｏが知られている。この油圧制御装置ＨＣｏでは、第１、第２油圧ポンプ５、６を備える。

第１油圧ポンプ５側では、センタバイパス油路５２にバケットシリンダ１０を制御するバケットシリンダ切換弁１１、ブームシリンダ２０を制御するブームシリンダ切換弁２１、アームシリンダ３０を制御するアームシリンダ切換弁３１がタンデムに接続されている。また、各シリンダ切換弁１１、２１、３１はパラレル回路６４にも接続されている。

第２油圧ポンプ６側では、センタバイパス油路５４に第２のブームシリンダ切換弁２２、アームシリンダ３０を制御する第２のアームシリンダ切換弁３２がタンデムに接続されている。また、各シリンダ切換弁２２、３２はパラレル回路６６にも接続されている。

しかし、この方式は、例えば、掘削作業等を行う場合に、「バケット閉じ」、「アーム引き」、「ブーム上げ」の３つの動作が同時に行われると、ブームの上げ動作が良好に行われなくなるという不具合があった。図７を用いてこの不具合を簡単に説明する。

上記３つの動作が同時に行われるとき、バケット操作レバー１３の「バケット閉じ」のパイロット圧Ｐｐ１は、バケットシリンダ切換弁１０のパイロットポート１１Ｐ１に作用する。ブーム操作レバー２３の「ブーム上げ」のパイロット圧Ｐｐ２は、ブームシリンダ切換弁２１、２２のパイロットポート２１Ｐ１、２２Ｐ１に作用する。アーム操作レバー３３の「アーム引き」のパイロット圧Ｐｐ３は、アームシリンダ切換弁３１、３２のパイロットポート３１Ｐ１、３２Ｐ１に作用する。この結果、バケットシリンダ切換弁１０、ブームシリンダ切換弁２１、２２、アームシリンダ切換弁３１、３２は、全てそれぞれのＡ位置に切り換わる。

しかるにこの状態では、アームは自重落下、バケットは自重落下（又は低負荷）であり、ブームは作業機全体の負荷が作用するため負荷圧は一番高くなる。この油圧制御装置ＨＣｏでは、第２油圧ポンプ６の圧油はパラレル油路６６を介して低負荷のアームシリンダ３４に多量に供給される。そのため、第２のブームシリンダ切換弁２２側からブームシリンダ２０への圧油の供給は殆どなされない。一方、第１ポンプ５側の圧油も、パラレル油路６４を介してブームシリンダ２０より低負荷のバケットシリンダ１０に多量に供給されてしまう。よって「ブーム上げ」の操作を行っているにも拘わらず、結局、ブームは上がらないことになる。

そこで、この不具合を回避するべくバケット負荷圧を上昇させる手段として、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール開口特性（ポート１１Ｐ３の開口特性）を後述する図４の実線で示されるような特性に設計変更し、バケットシリンダ切換弁１１のスプール１４がＡ位置にフルストロークしたとしても、ポート１１Ｐ３の開口が深く絞られた状態のままとなるような設定をすることが考えられる。しかしながら、常時このような設定をすると、バケット単独作業時に掘削力が低下するだけでなく、ポート１１Ｐ３の付近の発熱によるヒートバランスの悪化及び燃費の悪化を招く恐れがある。

特許文献１では、このような問題を解消する技術の一例を提案している。この技術は、図７におけるパラレル油路６４からバケットシリンダ切換弁１１に分岐するフィーダ油路５４に該フィーダ油路５４の供給流量を制限する（破線で示すような）可変絞り弁５６を介在させるようにしたものである。これにより、ブーム上げ操作が検出されたときのみ、このフィーダ油路５４の供給流量を絞り込んでバケット負荷圧を高めることができる。

特許第２８９２９３９号公報

しかしながら、この特許文献１に係る技術は、「ブーム上げ」の操作が検出されると、バケットシリンダ切換弁１１へのフィーダ油路５４の流量を絞り込むという操作を行うものであったため、例えば、ブーム負荷圧よりもバケット負荷圧の方が上昇したような場合であっても、ブーム上げ操作を行っている限りは、上記フィーダ油路５４は絞られた状態のままとなっていた。そのため、不用意な回路圧の上昇、ヒートバランス特性の悪化、バケット作業速度の低下、あるいはエンジン出力の増加による燃費悪化等の不具合を招いていた。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、特にブーム及びバケットに対して意図する作業を確実に且つ迅速に行うことができ、合わせてヒートバランスの向上及び燃費性能の向上を図ることをその課題としている。

本発明は、作業機械のバケット及びブームを駆動するバケットシリンダ及びブームシリンダを少なくとも有し、各シリンダをバケットシリンダ切換弁及びブームシリンダ切換弁にてそれぞれ制御する作業機械の油圧制御装置において、前記バケットの閉じ操作が行われたことを検出するバケット閉じ操作検出手段と、前記ブームの上げ操作が行われたことを検出するブーム上げ操作検出手段と、前記バケットシリンダの負荷圧を検出するバケットシリンダ負荷圧検出手段と、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を調整可能な流量調整手段と、を備え、前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下であると検出されたときに、前記流量調整手段により、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を規制するように構成したことにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、バケットの閉じ操作がブーム上げ操作と同時に行われたときには、該バケットの閉じ操作に関し特別な制御がなされる。即ち、そのときのバケットシリンダの負荷圧が検出され、該バケットシリンダの負荷圧が所定値以下であると判断されると、バケットシリンダのロッド側の戻り油の流量が規制される。そのため、バケットシリンダの負荷圧が高まり、ポンプの吐出油がバケットシリンダに集中して流入するのを抑制することができ、その分ブームシリンダ側に円滑に誘導・供給することが可能となる。

ここで、本発明では、バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量規制は、バケットシリンダの負荷圧が所定値以下のときに行われる。逆に言うならば負荷圧が所定値を超えているときにはこの流量規制は行われない。また、本発明では、バケットシリンダのフィーダ油路については特にその流量を妨げる規制は行われない。この結果、バケットの駆動に悪影響が及ぶことがない。また、不必要にフィーダ油路が絞られていないため、ヒートバランス性能を向上させることができ、エンジン出力を高めに維持する必要がないため、燃費も向上する。

本発明の好ましい実施態様は、例えば、前記流量調整手段として、前記バケットシリンダ切換弁のスプールの閉じ操作側へのストロークを規制するストローク規制機構を備え、前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下と検出されたときに、前記ストローク規制機構が、前記バケットシリンダ切換弁のスプールが所定のストローク位置よりもバケット閉側へストロークすることを規制するように構成することである。

これにより、バケットシリンダ切換弁の僅かな設計変更のみで、上記課題を解決できる。また、電気的配線を伴う構成要素を必要とせず、油圧回路上の制御のみで実現できるため、作動の信頼性も高い。

また、本発明の好ましい実施態様は、例えば、前記流量調整手段として、前記バケットシリンダの開側のパイロットポートに任意のパイロット圧を付与可能な電磁比例弁を備え、前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下と検出されたときに、前記電磁比例弁で調圧されるパイロット圧により、前記バケットシリンダ切換弁のスプールがバケット閉じ側のストロークエンド以外の所定のストローク位置に維持されるように構成することである。

これにより、前記所定のストローク位置の設定自体を、例えばバケットシリンダの負荷圧のみならず、必要ならばブームシリンダの負荷圧等の他の状況をも考慮して、よりきめ細かに設定することができる。

なお、このように、特に流量の調整をバケットシリンダ切換弁のスプールのストローク調整によって実現する場合には、例えば、前記バケットシリンダ切換弁が閉側から開側にストロークしてゆくときの、前記バケットシリンダからタンクへの戻りポートの開口特性が、バケット閉側から前記所定のストローク位置までは拡大の程度が小さく、該ストローク位置より開側では拡大の程度が大きく設定されるようにするとよい。

これにより、バケットシリンダの負荷圧が所定値以下のときにはブームシリンダ側へ吐出油を良好に誘導し、一方バケットシリンダの負荷圧が所定値を超える本来のバケットの駆動作業についてはこれをより迅速に行わせることができるようになる。

本発明の更に他の好ましい実施態様は、例えば、前記流量調整手段として、バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を調整可能な電磁比例流量調整弁を備え、前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧に依存して、前記電磁比例流量調整弁により、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を規制する構成とすることである。

この構成は、バケットシリンダ切換弁に関しては特に設計変更が必要なく、また、（必要ならば）バケットシリンダの負荷圧のみならず、ブームシリンダの負荷圧等の他の状況を考慮した上で、任意の特性で、バケットシリンダのロッド側の戻り油の流量のみを非常にきめ細かに制御することができ、ブーム駆動とバケット駆動とを一層良好に実現させることができるようになる。

本発明によれば、特にブームとバケットに対して意図する作業を確実に且つ迅速に行うことができ、合わせてヒートバランスの向上及び燃費性能の向上を図ることができる。

以下図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。

図３は、本発明の実施形態の一例が適用された油圧ショベル（作業機械）ＳＣ１の要部概略、図２は、その油圧制御装置ＨＣ１のバケットシリンダ切換弁付近の要部を示している。なお、理解を容易にするために、既に説明した油圧制御装置ＨＣｏと同一または類似する機能を有する部位には同一の符号を付している。

図３に示されるように、油圧ショベルＳＣ１は、ブーム１、アーム２、及びバケット３を備える。ブーム１はブームシリンダ２０によって、アーム２はアームシリンダ３０によって、バケット３はバケットシリンダ１０によってそれぞれ駆動される。

図２に示されるように、油圧制御装置ＨＣ１は、第１、第２油圧ポンプ５、６を備える。第１油圧ポンプ５側では、センタバイパス油路５２にバケットシリンダ１０を制御するバケットシリンダ切換弁１１、ブームシリンダ２０を制御するブームシリンダ切換弁２１、アームシリンダ３０を制御するアームシリンダ切換弁３１がタンデムに接続されている。また、各シリンダ切換弁１１、２１、３１はパラレル回路６４にも接続されている。

それぞれのセンタバイパス油路５２、５４の最も下流には、絞り弁５６、５８が配置され、これによって発生させるネガコン圧をポンプレギュレータ６０、６２に作用させて油圧ポンプ５、６の吐出流量を制御している。この制御方式は、２ポンプタイプのネガティブコントロール方式（いわゆるネガコン）と称されるもので、ブーム１、アーム２、バケット３の各種の複合制御が良好に実現できる方式として広く普及している。

以下、個々の構成について便宜上適宜に作用の説明を含めながら詳細に説明する。

バケットシリンダ１０は、バケットシリンダ切換弁１１によって作動・制御される。バケットシリンダ切換弁１１は、この例では６ポート３位置切換弁である。オペレータの操作するバケット操作レバー１３がバケット閉の状態とされると、図示せぬ公知のパイロット圧発生手段からのバケット閉のパイロット圧Ｐｐ１がパイロットポート１１Ｐ１に付与されるように連結されている。即ち、この実施形態では、パイロットポート１１Ｐ１のパイロット圧Ｐｐ１がバケット閉じ操作検出手段の閉じ信号を兼用していることになる。バケット操作レバー１３のバケット閉の信号がパイロットポート１１Ｐ１に付与されると、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４が図１のＡ位置に切り換わる。これによりバケットシリンダ１０のボトム側１０Ｂに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４、フィーダ油路５４を介して供給され、ロッド側１０Ｒの戻り油がドレンライン６９を介してドレンされる。また、操作レバー１３からのバケット開のパイロット圧Ｐｐ４がパイロットポート１１Ｐ２に付与されると、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１１Ａが図１のＣ位置に切り換わる。これによりバケットシリンダ１０のロッド側１０Ｒに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４、フィーダ油路５４を介して供給され、ボトム側１０Ｂがドレンライン６９からドレンされる。

ここで、バケットシリンダ切換弁１１の、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４がバケット閉側から開側にストロークしてゆくときのバケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻りポート１１Ｐ３の開口特性が、従来とは異なった設計とされている。即ち、このときの戻りポート１１Ｐ３の開口特性は、図４に示されるように、バケット完全閉位置から「所定のストローク位置」Ｓｐの付近までは拡大の程度が小さいが、該ストローク位置Ｓｐより開側では拡大の程度がより大きく（この例では破線で示すように急激に拡大するように）設定されている。バケットシリンダ切換弁１１には、この所定のストローク位置Ｓｐを規定するストローク規制機構７４が付設されている。ストローク規制機構７４の構成については、後に詳述する。

ブームシリンダ２０はブームシリンダ切換弁２１及び第２のブームシリンダ切換弁２２によって作動・制御される。ブームシリンダ切換弁２１は、この例では６ポート３位置切換弁である。オペレータの操作するブーム操作レバー２３がブーム上げの状態とされると、図示せぬ公知のパイロット圧発生手段からのブーム上げのパイロット圧Ｐｐ２がパイロットポート２１Ｐ１に付与されるように連結されている。即ち、この実施形態では、パイロットポート２１Ｐ１のパイロット圧Ｐｐ２がブーム上げ操作検出手段の上げ信号を兼用していることになる。ブーム操作レバー２３からのブーム上げのパイロット圧Ｐｐ２がパイロットポート２１Ｐ１に付与されると、ブームシリンダ切換弁２１のブームスプール２４が図１のＡ位置に切り換わる。これによりブームシリンダ２０のボトム側２０Ｂに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４、フィーダ油路５５を介して供給され、ロッド側２０Ｒがドレンされる。また、操作レバー２３からのブーム下げの信号が図示せぬパイロットラインを介してパイロットポート２１Ｐ２に付与されると、ブームシリンダ切換弁２１のブームスプール２４が図１のＣ位置に切り換わる。これによりブームシリンダ２０のロッド側２０Ｒに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４、フィーダ油路５５を介して供給され、ロッド側２０Ｒがドレンライン７１を介してドレンされる。

第２のブームシリンダ切換弁２２は、６ポート２位置切換弁である。操作レバー２３からのブーム上げの信号がパイロットポート２２Ｐ１に付与されると、ブームシリンダ切換弁２２のブームスプール２６が図１のＡ位置に切り替わってブームシリンダ２０のボトム側２０Ｂに第２ポンプ６からの圧油がパラレル油路６６、フィーダ油路７３を介して供給され、ロッド側２０Ｒがドレンされる。また、ブーム上げの信号がパイロットポート２２Ｐ１に掛かっていないときは、ばね２５の付勢力により、ブームシリンダ切換弁２２のブームスプール２６は図１のＣ位置に切り替わるようになっている。この結果、ブームシリンダ２０はボトム側２０Ｂ、ロッド側２０Ｒとも遮断状態とされ、センタバイパス油路５４が第２のアームシリンダ切換弁３２側に連通される。

アームシリンダ３０は、アームシリンダ切換弁３１及び第２のアームシリンダ切換弁３２によって作動・制御される。アームシリンダ切換弁３１及び第２のアームシリンダ切換弁３２は、アーム引きのときにアームシリンダ３０のボトム側３０Ｂに圧油を供給するが、その他は基本的にブームシリンダ２１とほぼ同様な動きをする。

即ち、アームシリンダ切換弁３１は、この例ではブームシリンダ２１と同様の６ポート３位置切換弁である。オペレータの操作するアーム操作レバー３３がアーム引きの状態とされると、図示せぬ公知のパイロット圧発生手段からのアーム引きのパイロット圧Ｐｐ５がパイロットポート３１Ｐ１（及び第２のアームシリンダ切換弁３２のパイロットポート３２Ｐ１）に付与されるように連結されている。即ち、この実施形態では、パイロットポート３１Ｐ１（３２Ｐ１）のパイロット圧Ｐｐ５がアーム引き操作検出手段のアーム引き信号を兼用していることになる。アーム操作レバー３３からのアーム引きのパイロット圧Ｐｐ５がパイロットポート３１Ｐ１に付与されると、アームシリンダ切換弁３１のスプール３１Ａが図１のＡ位置に切り換わる。これによりアームシリンダ３０のボトム側３０Ｂに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４フィーダ油路５７を介して供給され、ロッド側３０Ｒがドレンライン７５を介してドレンされる。また、アーム操作レバー３３からのアーム上げの信号がパイロットポート３１Ｐ２に付与されると、アームシリンダ切換弁３１のスプール３４が図１のＣ位置に切り換わる。これによりアームシリンダ３０のロッド側３０Ｒに第１ポンプ５からの圧油がパラレル油路６４、フィーダ５７を介して供給され、ボトム側３０Ｂがドレンライン７５を介してドレンされる。

第２のアームシリンダ切換弁３２は、６ポート２位置切換弁である。アーム操作レバー３３からのアーム引きのパイロット圧Ｐｐ５がパイロットポート３２Ｐ１に付与されると、アームシリンダ切換弁３２のアームスプール３６が図１のＡ位置に切り換わる。これによりアームシリンダ３０のボトム側３０Ｂに第２ポンプ６からの圧油がパラレル油路６６を介して供給され、ロッド側３０Ｒがドレンされる。また、アーム操作レバー３３からのアーム上げの信号がパイロットポート３２Ｐ２に付与されると、アームシリンダ切換弁３２のスプール３６が図１のＣ位置に切り換わる。これによりアームシリンダ３０のロッド側３０Ｒに第２ポンプ６からの圧油がパラレル油路６６を介して供給され、ボトム側３０Ｂがドレンされる。

なお、アームシリンダ３０のボトム側３０Ｂへの圧油の供給に関係して、従来の第１油圧ポンプ５のフィーダ油路５７に設けていた絞り弁７０（図７参照）は、本実施形態では省略されている。これは、この実施形態では、アームシリンダ３０のボトム側３０Ｂへの圧油の供給は主に第２ポンプ６のパラレル油路６６から行われること、本願発明の効果により、この部分でアームシリンダ１４への供給を特に制限しなくても、ブームシリンダ２０への圧油供給が十分期待できるという理由に基づいている。

ここで、図１を用いてバケットシリンダ切換弁１１に付設された流量調整手段ＦＲ１の構成について詳細に説明する。バケットシリンダ切換弁１１のバケット開側端部には、バケット閉操作時に作用するストローク規制機構７４が設けられている。このストローク規制機構７４は、流量調整手段ＦＲ１の中核をなすもので、バケット３の閉じ操作とブーム１の上げ操作とが同時に行われ、且つバケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１が所定値以下と検出されたときに、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４が所定のストローク位置Ｓｐよりもバケット閉側（矢示Ｘ１側）へストロークすることを規制するものである。なお、図１では、後述する各油室を説明するために、規制ピストン７８を所定のストローク位置Ｓｐより若干引いた位置にて描写してある。

具体的には、このストローク規制機構７４は、２箇所の段差面７６Ａ、７６Ｂを有する規制シリンダ７６と、段差面７６Ａ、７６Ｂとそれぞれ対応する２箇所の段差面７８Ａ、７８Ｂを有する規制ピストン７８とで主に構成されている。規制ピストン７８の小径部７８Ｃは、バケットシリンダ切換弁１１の開側のパイロットポート１１Ｐ２の油室１５内に臨まされている。パイロットポート１１Ｐ２の油室１５は、バケット３の開操作が行われているときに発生するパイロット圧Ｐｐ４が反映される空間である。バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４の先端１４Ａがバケット閉側（Ｘ１方向）に移動してくると、規制ピストン７８の端面７８Ｄと当接するように構成されている。

規制ピストン７８の中間径部７８Ｅの段差面７８Ａに形成された油室８１Ａは、バケットシリンダ１０のボトム側１０Ｂの負荷圧Ｐ１がライン７７を介して反映される空間であり、バケットシリンダ負荷圧検出手段として機能している。

規制ピストン７８の大径部７８Ｆのボトム面７８Ｇに形成された油室８１Ｂは、ブーム操作レバー２３のブーム上げのパイロット油圧Ｐｐ２がライン７９を介して反映される空間であり、ブーム上げ操作検出手段として機能している。

前述したように、バケット閉じのパイロット油圧Ｐｐ１は、パイロットポート１１Ｐ１（の油室１６）に掛かっており、該油室１６がバケット閉じ操作検出手段として機能している。

なお、規制ピストン７８の大径部７８Ｆの先端側に形成された油室８１ＣはタンクＴと連通している。また、図の符号１７Ａ、１７Ｂは、バケットスプール１４を中立位置Ｂに戻すためのばねである。

次に、この実施形態の作用を、特に本発明で問題とする状況での圧油と戻り油の流れに着目して説明する。

例えば、図３で示されるような堆積された砂を掬う作業等を行う場合において、「バケット閉じ」、「アーム引き」、「ブーム上げ」の３つの動作が同時に行われた場合について説明する。この状況では、従来（図７）の油圧制御装置によれば、「ブーム上げ」が良好に行われなくなることについては既に述べた。本実施形態では、この状況において、ブーム１を全く問題なく上げ方向に駆動することができる。

図１を参照して、バケット操作レバー１３が「バケット閉じ」の状態とされると、バケットシリンダ切換弁１１のパイロットポート１１Ｐ１には、パイロット圧Ｐｐ１が印加される。このため、バケットスプール１４が、ばね１７Ｂの付勢力に打ち勝って図１の左方向（矢印Ｘ１方向）に移動し、ストローク規制機構７４の規制ピストン７８の端面７８Ｄに当接する。これと同時に、油室８１Ａにバケットシリンダ１０の負荷圧（ボトム側の圧力）Ｐ１が掛かり、更に、油室８１Ｂにブーム上げのパイロット圧Ｐｐ２が掛かる。

なお、「バケット閉じ」の状態であるため、バケットシリンダ切換弁１１の開側のパイロットポート１１Ｐ２（の油室１５）にはパイロット圧は掛かっていない。また、油室８１Ｃは、タンクＴと連結されているため、ここにも油圧は掛かっていない。

この結果、規制ピストン７８には、バケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１に、油室８１Ａに露出している段差面７８Ａの面積Ｓ１を乗じた付勢力が矢印Ｘ１方向に作用する。また、「ブーム上げ」のパイロット圧Ｐｐ２に、油室８１Ｂに臨んでいるボトム面７８Ｇの面積Ｓ２を乗じた付勢力が矢印Ｘ２方向に作用する。従って、バケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１がある程度大きくならない限り、ストローク規制機構７４のピストン７８は、図中右側（Ｘ２方向）への付勢力の方が勝り、規制ピストン７８はその段差面７８Ｂが規制シリンダ７６の段差面７６Ｂに当接した状態のまま動けなくなる。即ち、結果としてバケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１がある程度上昇するまではバケットスプール１４は、特定のストローク位置Ｓｐよりバケット閉じ側へは移動できないことになる。

これにより、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量が規制され、圧油がバケットシリンダ１０のボトム側１０Ｂに急速に流入するのが抑制される。その分、第１ポンプ５の圧油をブームシリンダ２０の駆動に有効に活用することができる。

更に、図４に示されるように、この実施形態においては、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４がバケット閉側から開側にストロークしてゆくときのバケットシリンダ１０のロッド側からタンクへの戻りポート１１Ｐ３の開口特性が、バケット完全閉位置から前記「所定のストローク位置Ｓｐ」の付近までは拡大の程度が小さいが、該ストローク位置Ｓｐより開側では拡大の程度がより大きく（この例では破線で示すように「急激に」拡大するように）設定されている。バケットスプール１４が所定のストローク位置Ｓｐから開方向に動き始めたということは、バケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１がある程度立ち上がってきたということにほかならない。この状態では、ブームシリンダ２０に圧油が供給できないという状況はほぼ解消されている。そこで本実施形態では、バケットスプール１４が「所定のストローク位置Ｓｐ」から開方向に動き始めると、当該戻り油の開口が急激に拡大される。これにより、バケットシリンダ１０のロッド側１０Ｒの圧油の負荷は激減し、バケットシリンダ１０のボトム側１０Ｂに円滑に圧油を流入させることができ、バケット３の作業性をより向上させることができる。

このストローク規制機構７４を用いた流量規制は、バケットシリンダ切換弁１１の僅かな設計変更のみで実現でき、また、電気的配線を伴う構成要素を必要とせず、油圧回路上の制御のみで実現できるため、作動の信頼性が高いというメリットがある。

この実施形態では、バケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１が所定値を超えているときには流量規制は行われない。また、バケットシリンダ１０のフィーダ油路５４については特にその流量を妨げる規制は行われない。この結果、バケット３の駆動に悪影響が及ぶことがない。また、不必要にフィーダ油路５４が絞られていないため、ヒートバランス性能を向上させることができ、エンジン出力を高めに維持する必要がないため、燃費も向上する。

ところで、本発明においては、流量調整手段の具体的な構成については特に上記例に限定されない。例えば、図５に示されるような実施形態であってもよい。

図５に示す実施形態では、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を調整可能な流量調整手段ＦＲ２として、バケットシリンダ切換弁１１のバケットスプール１４を開側にストロークさせるパイロットポート１１Ｐ２に、任意のパイロット圧ＰｐＳを付与可能な電磁比例弁８２を備えている。バケットシリンダ切換弁１１は、前述の実施形態におけるバケットシリンダ切換弁１１からストローク規制機構７４を取り除いたもので、バケットシリンダ切換弁１１のポート１１Ｐ３の開口特性については先の実施形態におけるバケットシリンダ切換弁１１と同様の（図４の破線で示すような所定のストローク位置Ｓｐ付近から急増する）特性とされている。

この実施形態においては、バケット３の閉じ操作が行われたことを検出するバケット閉じ操作検出手段は、圧力スイッチ８４である。ブーム１の上げ操作が行われたことを検出するブーム上げ操作検出手段は、圧力スイッチ８６である。バケットシリンダ１１の負荷圧Ｐ１を検出するバケットシリンダ負荷圧検出手段は、圧力センサ８８である。

バケット３の閉じ操作とブーム１の上げ操作とが同時に行われ、且つバケットシリンダ１１の負荷圧Ｐ１が所定値以下と検出されると、これらの情報がコントローラ９０に入力され、相応の電気信号が電磁比例弁８２に出力される。電磁比例弁８２では、当該電気信号に対応するパイロット圧ＰｐＳを出力し、このパイロット油圧ＰｐＳが、バケットシリンダ１１のバケットスプール１４を開側にストロークさせるパイロットポート１１Ｐ２に入力される。この電気信号は、バケットスプール１４をバケット閉じ側のストロークエンド以外の「所定のストローク位置Ｐｓ」に位置させるパイロット圧に対応している。

この構成によっても、先のストローク規制機構７４を用いた先の実施形態と実質的に同等の作用効果が得られる。また、図示はされていないが、この構成によれば、例えばブームシリンダ２０の負荷圧、あるいはアームシリンダ３０の負荷圧等の更に他の要素（あるいはその時の状況をより詳細に推察し得る情報）をも考慮して電磁比例弁８２での出力を決定することもでき、必要に応じてよりきめ細かな流入規制を行うことができる。

本実施形態でも先の実施形態と同様に、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻りポート１１Ｐ３の開口特性を「所定のストローク位置Ｓｐ」付近から変更するように構成してあるため、特にバケットの作業性を一層向上させることができる。

図６に本発明の更に他の実施形態の例を示す。

この実施形態では、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を調整可能な流量調整手段ＦＲ３として、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を規制する電磁比例流量調整弁９２を、バケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油のドレンライン６９に直接配置するようにしている。前記実施形態と同様に、バケット３の閉じ操作が行われたことを検出するバケット閉じ操作検出手段としての圧力スイッチ８４、ブーム１の上げ操作が行われたことを検出するブーム上げ操作検出手段としての圧力スイッチ８６、バケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１を検出するバケットシリンダ負荷圧検出手段としての圧力センサ８８を備えている。バケット３の閉じ操作とブーム１の上げ操作とが同時に行われ、且つバケットシリンダ１０の負荷圧Ｐ１が所定値以下と検出されると、コントローラ９０での指令によりバケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量が、この電磁比例流量制御弁９２によって直接規制される。

この実施形態は、バケットスプール１４の動きを規制するものではないため、バケットシリンダ１０のボトム側１０Ｂへの圧油の供給に関しては、何ら影響が及ばず、戻り油の流量規制によってバケットシリンダ１０のロッド側１０Ｒの圧油の負荷の程度のみを独立して任意の値に制御することができる。そのため、バケットシリンダ切換弁１１に関しては、バケットスプール１４Ａの前述した「開口特性」をも含め、（従来のバケットスプールから）一切設計変更を施す必要がなく、しかも、実質的に開口特性を考慮したと同等の制御を一元的に実施できる。

また、この制御構成は、バケットシリンダ１０のロッド側ＲからタンクＴへの戻り油の流量を直接的に電磁比例流量調整弁９２によって制御するものであるため、バケットの閉じ操作の有無、ブームの上げ操作の有無、バケットシリンダの負荷圧という情報のほかに、必要ならば、更に、例えばブームシリンダ２０の負荷圧、アームシリンダ３０の負荷圧等をも考慮した上でバケットシリンダ１０のロッド側１０ＲからタンクＴへの戻り油の流量を制御することも可能である。よって、よりバランスのとれた一層きめ細かな総合的な制御をすることも可能である。

なお、上記実施形態においては、それぞれネガティブコントロール方式の油圧制御装置について例示してきたが、本願発明は、ポジティブコントロール方式の油圧制御装置においても、同様の作用効果が得られる。

作業機械の各シリンダ切換弁をタンデムに接続すると共に、該シリンダ切換弁をパラレル回路でも接続した作業機械の油圧制御装置に適用可能である。

本発明の実施形態の一例適用された作業機械の油圧制御装置のバケットシリンダ切換弁の付近の構成を示す概略油圧回路図前記油圧制御装置の全体構成の要部を示す油圧回路図前記作業機械のブーム、アーム、バケットの概略構成を示す正面図バケットシリンダ切換弁の開口特性を示すグラフ本発明の他の実施形態の一例を示すバケットシリンダ切換弁の付近を示す概略油圧回路図本発明の更に他の実施形態の一例を示すバケットシリンダ切換弁の付近を示す概略油圧回路図従来の作業機械の油圧制御装置の概略構成を示す図２相当の油圧回路図

符号の説明

５、６…第１、第２油圧ポンプ
１０…バケットシリンダ
１１…バケットシリンダ切換弁
１１Ｐ１…パイロットポート
１３…バケット操作レバー
１４…ストローク規制機構
２０…ブームシリンダ
２０Ｐ１…パイロットポート
２１…ブームシリンダ切換弁
２３…ブーム操作レバー
３０…アームシリンダ
３１…アームシリンダ切換弁
３３…アーム操作レバー
５２、５４…センタバイパス油路
６４、６６…パラレル油路
８２…電磁比例弁
９２…電磁比例流量制御弁

Claims

作業機械のバケット及びブームを駆動するバケットシリンダ及びブームシリンダを少なくとも有し、各シリンダを切り換えるバケットシリンダ切換弁及びブームシリンダ切換弁をタンデムに接続すると共に、該シリンダ切換弁をパラレル回路でも接続した作業機械の油圧制御装置において、
前記バケットの閉じ操作が行われたことを検出するバケット閉じ操作検出手段と、
前記ブームの上げ操作が行われたことを検出するブーム上げ操作検出手段と、
前記バケットシリンダの負荷圧を検出するバケットシリンダ負荷圧検出手段と、
前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を調整可能な流量調整手段と、を備え、
前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下であると検出されたときに、前記流量調整手段により、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を規制するように構成した
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
請求項１において、
前記流量調整手段として、前記バケットシリンダ切換弁のスプールの閉じ操作側へのストロークを規制するストローク規制機構を備え、
前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下と検出されたときに、前記ストローク規制機構が、前記バケットシリンダ切換弁のスプールが所定のストローク位置よりもバケット閉側へストロークすることを規制する
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
請求項１において、
前記流量調整手段として、前記バケットシリンダのスプールを開側にストロークさせるパイロットポートに、任意のパイロット圧を付与可能な電磁比例弁を備え、
前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下と検出されたときに、前記電磁比例弁が、前記バケットシリンダのスプールを開側にストロークさせるパイロットポートに、該スプールをバケット閉じ側のストロークエンド以外の所定のストローク位置に位置させるパイロット圧を付与する
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記バケットシリンダ切換弁のスプールが閉側から開側にストロークしてゆくときの、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻りポートの開口特性が、バケット完全閉位置から前記所定のストローク位置までは拡大の程度が小さく、該ストローク位置より開側では拡大の程度がより大きく設定されている
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
請求項１において、
前記流量調整手段として、バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を調整可能な電磁比例流量調整弁を備え、
前記バケットの閉じ操作とブームの上げ操作とが同時に行われ、且つ前記バケットシリンダの負荷圧が所定値以下と検出されたときに、前記電磁比例流量調整弁により、前記バケットシリンダのロッド側からタンクへの戻り油の流量を規制するように構成した
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。