JP2010071425A - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械の油圧駆動装置において、低温時のエンジン始動における油圧ポンプの負荷を低減し、エンジンの始動性を良好にする。
【解決手段】油圧ピストン装置２０とゲートロック弁２３及びゲートロックレバー２４とによりアンロード弁９を強制的に開状態に切り換える手動強制切換手段を構成する。油圧ピストン装置２０はピストンロッド２５を備えたピストン２６、ばね２７、油室２０ｂ、受圧部２８を有し、油室２０ｂは油路２２を介してパイロット油路３ｂに接続されている。ゲートロック弁２３がロック解除位置にあるときは、油室２０ｂにパイロットポンプ３の吐出油が導入され、アンロード弁９のバルブスプール５１を開方向に押すばね２７の力は解除され、ゲートロック弁２３がロック位置に操作すると、ばね２７の力でアンロード弁９のバルブスプール５１を開方向に押し、アンロード弁９を強制的に全開状態に切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動装置に係わり、特に、油圧ポンプの吐出圧力が複数のアクチュエータの最高負荷圧力より目標差圧だけ高くなるように制御するロードセンシング制御方式の油圧駆動装置に関する。

この種の油圧駆動装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１に記載の油圧駆動装置においては、油圧ポンプ（メインポンプ）の吐出油が導かれる油圧供給回路にメインリリーフ弁とアンロード弁とが接続されている。メインリリーフ弁は一種の安全弁であり、流量制御弁動作時に、アクチュエータの負荷圧が高く、油圧供給回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）がリリーフ設定圧（例えば２５Ｍｐａ）に達すると動作し、回路圧力のそれ以上の上昇を防止する。アンロード弁は、主に、流量制御弁が動作していない条件（中立時）で動作し、油圧供給回路の圧力（油圧ポンプの吐出圧力）をリリーフ設定圧より低い圧力（例えば２．０Ｍｐａ）に制限し、中立時のエネルギロスを低減する。

特開２００１−１９３７０５号公報

特許文献１記載のようなロードセンシング制御方式の油圧駆動装置においては、操作レバーが操作されず、流量制御弁が中立位置にあるときは、油圧ポンプの吐出油は全てアンロード弁を介してタンクに戻る。この状態で油圧ポンプの吐出流量はロードセンシング制御によりある最少流量に制御される。操作レバーの非操作時に油圧ポンプの吐出流量をゼロにせず、最少流量に制御するのは、操作レバーを操作して流量制御弁を中立位置から操作したときのアクチュエータの初期の応答性を確保するためである。このように操作レバーを操作しない（流量制御弁がが中立位置にある）ときであっても油圧ポンプ２は最少流量を吐出しているため、油圧ポンプにはアンロード弁の制御特性に応じた吐出圧力が発生している。

また、油圧ポンプは傾転量（容量）を制御するポンプ傾転制御機構は、通常、油圧ポンプの吐出圧力が高くなると油圧ポンプの傾転量を減少させ、油圧ポンプの吐出流量を減らすよう制御するトルク傾転制御部を備えており、エンジンの停止時は、油圧ポンプはそのトルク傾転制御部のばねの作用により最大傾転に制御されている。このためエンジンの始動時は、ロードセンシング制御により油圧ポンプの傾転は最大傾転から最小傾転へと制御される。

ところで、油圧ショベル等の建設機械は使用環境は様々であり、氷点下以下の低温時、場合によっては−１０℃前後又はそれ以下の極低温時に使用される場合もある。このような低温時にエンジンを始動をした場合、油圧ポンプは上記のようにロードセンシング制御により最大傾転から最小傾転へと制御されるが、作動油の粘性が著しく高いためロードセンシング制御に応答遅れが発生し、この応答遅れの間、油圧ポンプの吐出流量が過大となる。このためその過大流量とアンロード弁のオーバロード特性によりアンロード弁の制御圧力は上昇し、油圧ポンプの吐出圧力が上昇する。その結果、油圧ポンプの負荷（従ってエンジンの負荷）が過大となり、エンジン始動性が低下するという問題を生じる。

本発明の目的は、低温時のエンジン始動における油圧ポンプの負荷を低減し、エンジンの始動性を良好にする建設機械の油圧駆動装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するため、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、前記油圧ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より高くなるよう前記油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧力が前記最高負荷圧力より所定圧力以上高くなると開状態となって前記油圧ポンプの吐出油をタンクに戻し、前記油圧ポンプの吐出圧力を制御するアンロード弁と、前記アンロード弁を前記油圧ポンプの吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態に強制的に切り換える手動強制切換手段とを備えるものとする。

このように構成した本発明においては、手動強制切換手段を操作することによりアンロード弁は強制的前記油圧ポンプの吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態となるため、低温時のエンジン始動であっても作動油の粘性上昇によりロードセンシング制御に応答遅れが発生し、油圧ポンプの吐出流量が過大となっても、アンロード弁の制御圧力の発生はなく、油圧ポンプの負荷（従ってエンジンの負荷）を低減し、エンジン始動性を向上することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記アンロード弁は、前記圧力検出手段により検出された最高負荷圧力又はタンク圧が導かれる閉方向作用の第１受圧部と、前記油圧ポンプの吐出圧力が導かれる開方向作用の第２受圧部と、前記所定圧力を設定する閉方向作用の付勢手段とを有し、前記手動強制切換手段は、前記アンロード弁の第２受圧部側に設けられた油圧ピストン装置であって、前記アンロード弁の第２受圧部に直接作用するピストンロッドを備えたピストンと、前記ピストン及びピストンロッドを前記アンロード弁の開方向に付勢するばねと、前記ピストンの前記ばねの反対側に形成された油室と、前記ピストンの前記油室に位置する端面に形成され、前記ピストンを前記ばねと反対方向に付勢する第３受圧部とを備えた油圧ピストン装置と、前記油圧ピストン装置の油室をパイロット油圧源とタンクに選択的に連通させるバルブ手段と、前記バルブ手段を切り換える手動操作手段とを有する。

これにより手動操作手段を操作してバルブ手段を切り換えると、油圧ピストン装置の油室とパイロット油圧源及びタンクとの連通が切り換わり、ばねの力がピストン及びピストンロッドを介してアンロード弁に作用するかどうかが切り換わるので、アンロード弁を確実に通常の制御状態と強制的な開状態とに切り換えることができる。

（３）また、上記（２）において、好ましくは、油圧駆動装置は、パイロットポンプと、パイロット油路と、このパイロット油路に接続され、前記パイロットポンプの吐出圧力に基づいて前記複数の流量制御弁を切り換えるための制御パイロット圧を生成する複数のリモコン弁と、運転室の入口に設けられ、ロック解除位置とロック位置とに操作されるゲートロックレバーと、前記パイロットポンプの吐出油路と前記パイロット油路との間に介装され、前記ゲートロックレバーが前記ロック解除位置に操作されると前記パイロットポンプの吐出油路を前記パイロット油路に連通させ、前記ゲートロックレバーが前記ロック位置に操作されると前記パイロットポンプの吐出油路と前記パイロット油路との連通を遮断しかつ前記パイロット油路をタンクに連通させるゲートロック弁とを更に備え、前記パイロット油圧源は前記パイロットポンプであり、前記バルブ手段は前記ゲートロック弁であり、前記手動操作手段は前記ゲートロックレバーである。

このように既存のゲートロック弁及びゲートロックレバーを利用して、油圧ピストン装置の操作手段（バルブ手段及び手動操作手段）を構成することにより、部品点数が低減し、安価な装置構成とすることができるとともに、ゲートロックレバーを操作してゲートロック弁を切り換えると、油圧ピストン装置の動作状態も同時に切り換わるため、アンロード弁の状態を切り換えるための特別な操作が不要となる。

本発明によれば、低温時のエンジン始動であっても作動油の粘性上昇によって生じるロードセンシング制御に応答遅れによる圧力上昇を回避し、油圧ポンプの負荷を低減するので、低温時のエンジン始動性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
〜構成〜
図１は本発明の一実施の形態に係わる油圧駆動装置を示す油圧回路図である。

図１において、本実施の形態に係わる油圧駆動装置は、エンジン１と、このエンジン１により駆動されるメインポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ２及び固定容量型のパイロットポンプ３と、コントロールバルブ４と、メインの油圧ポンプ２から吐出された圧油がコントロールバルブ４を介して導かれ、その圧油により駆動される複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃとを備えている。

油圧ポンプ２は傾転量（容量）を制御するポンプ傾転制御機構３０を備えている。ポンプ傾転制御機構３０は、油圧ポンプ２の吐出圧力が高くなると油圧ポンプ２のの傾転量（以下、適宜「傾転」という）を減少させ、油圧ポンプ２の吐出流量を減らすよう制御するトルク傾転制御部３０ａと、油圧ポンプ２の吐出圧力が複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧力Ｐｌｍａｘ（コントロールバルブ４内の流量制御弁の非操作時はタンク圧、以下同）より所定圧力（目標ＬＳ差圧）だけ高くなるよう油圧ポンプ２の傾転を制御（ロードセンシング制御）するＬＳ傾転制御部３０ｂを備え、トルク傾転制御部３０ａはトルク制御アクチュエータ３１ａとばね３１ｂとを有し、ＬＳ傾転制御部３０ｂはＬＳ制御弁３２とＬＳ制御アクチュエータ３３とを備えている。トルク傾転制御部３０ａのばね３１ｂは油圧ポンプ２の最大吸収トルクを設定するものである。

ＬＳ傾転制御部３０ｂのＬＳ制御弁３２は、対向して設けられた傾転減少方向作用の受圧部３２ａ及び傾転増加方向作用の受圧部３２ｂと、受圧部３２ｂと同じ側に位置するばね３４とを有し、受圧部３２ａには油圧ポンプ２の吐出圧力が導かれ、受圧部３２ｂにはアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧力Ｐｌｍａｘ（後述）が導かれる。ばね３４は、ロードセンシング制御の目標差圧（目標ＬＳ差圧）を設定する。受圧部３２ａ，３２ｂに対向して導かれた油圧ポンプ２の吐出圧力と最高負荷圧力Ｐｌｍａｘとの差圧（ＬＳ差圧）がばね３４により設定された目標ＬＳ差圧より高くなると、ＬＳ制御弁３２はアクチュエータ３３を増圧して油圧ポンプ２の傾転を減らし、油圧ポンプ２の吐出流量（従って油圧ポンプ２の吐出圧力）を減少させ、ＬＳ差圧が目標ＬＳ差圧より低くなると、ＬＳ制御弁３２はアクチュエータ３３を減圧して油圧ポンプ２の傾転を増やし、油圧ポンプ２の吐出流量（従って油圧ポンプ２の吐出圧力）を増大させる。これによりＬＳ制御弁３２はＬＳ差圧が目標ＬＳ差圧に等しくなるように（油圧ポンプ２の吐出圧力が最高負荷圧力Ｐｌｍａｘより目標ＬＳ差圧だけ高くなるよう）油圧ポンプ２の傾転を制御する。

コントロールバルブ４は、アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに対応したバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃと、それ以外のサブセクション４ｄとを有している。

バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ、油圧ポンプ２の圧油供給油路８ａに接続され、油圧ポンプ２からアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される圧油の流れ（流量と方向）をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び複数の流量制御弁（メインスプール）４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、アクチュエータ５ａ〜５ｃの負荷圧のうち最も高い負荷圧（最高負荷圧Ｐｌｍａｘ）を検出するシャトル弁６ａ，６ｂを備え、シャトル弁６ａ，６ｂで検出された最高負荷圧Ｐｌｍａｘは信号圧油路７に出力される。

流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃはそれぞれクローズドセンタ型のバルブであり、図示しない操作レバーの操作により切り換え操作され、その操作レバーの操作量に応じてメータイン絞り部４３ａ又は４３ｂの開口面積を決定する。また、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、それぞれ、アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの駆動時（流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの操作時）にそれらの負荷圧を取り出す負荷ポート４４を有し、シャトル弁６ａ，６ｂはそれらの負荷ポート４４より取り出された負荷圧のうちの最も高い圧力を検出し、最高負荷圧Ｐｌｍａｘとして信号圧油路７に出力する。また、各流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの負荷ポート４４は、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃが中立位置にあるとき（アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの非駆動時）は圧油排出油路８ｂを介してタンクＴに連通し、負荷ポート４４の圧力はタンク圧となっている。その結果、シャトル弁６ａ，６ｂはアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの非駆動時はタンク圧を検出し、これを信号圧油路７に出力する。

このようにシャトル弁６ａ，６ｂが流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの操作時は最高負荷圧Ｐｌｍａｘを検出し、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃが非操作時はタンク圧を検出する結果、ＬＳ傾転制御部３０ｂは流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの操作時は油圧ポンプ２の吐出圧力が最高負荷圧力Ｐｌｍａｘより目標ＬＳ差圧だけ高くなるよう油圧ポンプ２の傾転を制御し、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃが非操作時は油圧ポンプ２の吐出圧力がタンク圧より目標ＬＳ差圧だけ高くなるよう油圧ポンプ２の傾転を制御する。

複数の圧力補償弁４１，４１ｂ，４１ｃは、それぞれ、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部４３ａ，４３ｂの上流に設置され、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部４３ａ，４３ｂの前後差圧を制御する前置きタイプ（ビフォアオリフィスタイプ）の圧力補償弁であり、圧力補償弁４１ａは１対の対向する受圧部３１ａ，３１ｂともう１対の対向する受圧部３１ｃ，３１ｄとを有し、受圧部３１ａ，３１ｂに流量制御弁４２ａのメータイン絞り部４３ａ，４３ｂの上流側及び下流側の圧力がそれぞれ導かれ、受圧部３１ｃ，３１ｄに油圧ポンプ２の吐出圧力Ｐｄと信号圧油路７に出力された最高負荷圧Ｐｌｍａｘ（流量制御弁の非操作時はタンク圧）とがそれぞれ導かれ、油圧ポンプ２の吐出圧力と最高負荷圧力Ｐｌｍａｘ（流量制御弁の非操作時はタンク圧）との差圧を目標補償差圧として流量制御弁４２ａの前後差圧を制御する。圧力補償弁４１ｂ，４１ｃも同様に構成されている。これにより流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部４３ａ又は４３ｂの前後差圧は全て同じ値になるように制御され、負荷圧の大小に係わらず、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部の開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。また、油圧ポンプ２の吐出流量が要求流量に満たないサチュレーション状態になっても、流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃのメータイン絞り部４３ａ又は４３ｂの開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。

コントロールバルブ４のサブセクション４ｄには、油圧ポンプ２の吐出油路に至る配管に接続され、油圧ポンプ２の圧油をバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃに導く圧油供給油路８ａと、タンクＴに至る配管に接続され、バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃからの戻り油をタンクＴに戻す圧油排出油路８ｂとが形成されている。また、サブセクション４ｄは、上流側が圧油供給油路８ａに接続され、下流側が圧油排出油路８ｂに接続され、油圧ポンプ２の吐出圧力が信号圧油路７に出力された最高負荷圧Ｐｌｍａｘ（流量制御弁の非操作時はタンク圧）より所定圧力（目標アンロード差圧）以上高くなると開状態となって油圧ポンプ２の吐出油をタンクＴに戻し、油圧ポンプ２の吐出圧力をそれ以上高くならないよう制御するアンロード弁９と、同じく上流側が圧油供給油路８ａに接続され、下流側が圧油排出油路８ｂに接続され、圧油供給油路８ａの最高圧力（油圧ポンプ２の最高吐出圧力）を所定のリリーフ圧力Ｐｒ以下に制限するメインリリーフ弁１３とを備えている。

アンロード弁９は対向して設けられた閉方向作用の受圧部９ａ及び開方向作用の受圧部９ｂと、受圧部９ａと同じ側に位置するばね９ｃとを有し、受圧部９ａは絞り部１０を有する信号圧油路１１を介して信号圧油路７と接続され、シャトル弁６ａ，６ｂによって検出された最高負荷圧力Ｐｌｍａｘ（流量制御弁の非操作時はタンク圧）が導かれ、受圧部９ｂは信号圧油路１２を介してアンロード弁９の入口ポートに接続され、油圧ポンプ２の吐出圧力が導かれる。受圧部９ａの面積はＡａであり、受圧部９ｂの面積はＡｂであり、両者の面積Ａａ，Ａｂは等しく設定されている。ばね９ｃはアンロード弁の制御圧力（目標アンロード差圧）を設定する。

また、コントロールバルブ４のサブセクション４ｄは、アンロード弁９の受圧部９ｂ側に設けられた油圧ピストン装置２０を備えている。

アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃは例えば油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、旋回モータである。油圧ショベルには、その他のアクチュエータとして、左右の走行シリンダ、バケットシリンダ等が搭載されている。図１では、それらのアクチュエータと、コントロールバルブ３の対応する部分は図示を省略している。

パイロットポンプ３の吐出油路３ａにはパイロットリリーフ弁２１が接続され、このパイロットリリーフ弁２１によりパイロットポンプ３の吐出圧力（吐出油路３ａの圧力）が一定に保たれる。パイロットポンプ３の吐出油路３ａの下流側にはゲートロック弁２３を介してパイロット油路３ｂが接続され、このパイロット油路３ｂに、上記操作レバーにより操作されパイロットポンプ３の吐出圧力に基づいて流量制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃを操作するための制御パイロット圧を生成するリモコン弁（図示せず）が接続されている。

パイロットポンプ３の吐出流路３ａとパイロット油路３ｂとの間に介装されたゲートロック弁２３は油圧ショベルの運転室の入口に設けられたゲートロックレバー２４によって切り換え操作される。ゲートロックレバー２４は運転室への乗員の乗降を妨げるロック解除位置（流量制御弁操作可能位置）と運転室への乗員の乗降を許容するロック位置（流量制御弁操作不能位置）とに操作され、ゲートロックレバー２４がロック解除位置に操作されたとき、ゲートロック弁２３はパイロットポンプ３の吐出油路３ａをパイロット油路３ｂに連通させ（流量制御弁操作可能）、ゲートロックレバー２４がロック位置に操作されたとき、ゲートロック弁２３はパイロットポンプ３の吐出油路３ａとパイロット油路３ｂとの連通を遮断し、パイロット油路３ｂをタンクＴに連通させる（流量制御弁操作不能）。

本実施の形態において、油圧ピストン装置２０は油路２２を介してパイロット油路３ｂに接続されており、油圧ピストン装置２０はゲートロック弁２３及びゲートロックレバー２４とともにアンロード弁を油圧ポンプ２の吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態（全開状態）に強制的に切り換える手動強制切換手段を構成している。

図２及び図３はアンロード弁９及び油圧ピストン装置２０の詳細構造を示す断面図である。図２はゲートロック弁２３がロック解除位置にあるときの状態を示し、図３はゲートロック弁２３がロック位置にあるときの状態を示している。

アンロード弁９はバルブハウジング５０に形成されたバルブ室５０ａに摺動自在に挿入されたバルブスプール５１を有し、バルブスプール５１は、左右のランド部５１ａ，５１ｂと、中間軸部５１ｃと、左右の制御スプール部５１ｄ，５１ｅとを有している。バルブスプール５１の図示左側のランド部５１ａには可変絞り部を形成するためのノッチ（切り欠き）５１ｆが形成され、左右の制御スプール部５１ｄ，５１ｅの端面にはそれぞれ上述した閉方向作用の受圧部９ａ及び開方向作用の受圧部９ｂが形成されている。また、バルブハウジング５０には入口ポート９ｘと出口ポート９ｙが形成され、入口ポート９ｘは中間軸部５１ｃが位置する入口室５１ｇに開口し、出口ポート９ｙは図示左側のランド部５１ａのノッチ５１ｆに連通可能な位置に開口している。左右の制御スプール部５１ｄ，５１ｅの周囲にはドレン室５１ｈ，５１ｉが形成され、ドレン室５１ｈ，５１ｉはタンクＴに連通している。また、左右の制御スプール部５１ｄ，５１ｅの端面（受圧部９ａ，９ｂ）が位置する部分には、それぞれ、制御室５１ｊ，５１ｋが形成され、制御スプール部５１ｄ，５１ｅの端面部分は制御室５１ｊ，５１ｋ内に位置し、制御室５１ｊには信号圧油路１１が開口し、制御室５１ｋは信号圧油路１２を介して入口ポート９ｘに連通している。制御室５１ｊ内にはバルブスプール５１を閉方向（図示右方）に付勢し、アンロード弁９の制御圧力（目標アンロード差圧）を設定するばね９ｃが配置されている。

油圧ピストン装置２０はピストンロッド２５を備えたピストン２６を有し、ピストン２６はバルブハウジング５０に形成されたシリンダ室５０ｂに摺動自在に挿入されている。ピストンロッド２６はアンロード弁９の制御スプール部５１ｅの端面（開方向作用の受圧部９ｂ）に直接作用するよう、シリンダ室５０ｂを超えてアンロード弁９の制御室５１ｋ内へと進入している。シリンダ室５０ｂのピストンロッド２５の反対側にはタンクＴに連通するドレン室２０ａが形成され、このドレン室２０ａに、アンロード弁９の制御スプール部５１ｅの端面に向かう方向（アンロード弁９の開方向）にピストンロッド２５及びピストン２６を付勢するばね２７が配置されている。シリンダ室５０ｂのピストンロッド２５が位置する側（ピストン２６のばね２７の反対側）には油室２０ｂが形成され、油室２０ｂは油路２２を介してパイロット油路３ｂに接続されている。また、ピストン２６の油室２０ｂに位置する端面にはばね２７と反対方向にピストン２６を付勢する受圧部２８が形成されている。

図２に示すように、ゲートロック弁２３がロック解除位置にあり、パイロット油路３ｂがパイロットポンプ３の吐出油路３ａに連通するときは、油圧ピストン装置２０の油室２０ｂにはパイロットポンプ３の吐出油が導入され、ピストン２６の受圧部２８はパイロットポンプ３の吐出油の圧力によりばね２７に対向する油圧力を発生する。受圧部２８の面積は、その油圧力がばね２７の力より大きくなるように設定されており、これによりピストンロッド２５及びピストン２６は図示右方に移動し、アンロード弁９のバルブスプール５１を開方向に押すばね２７の力は解除される。

図３に示すように、ゲートロック弁２３がロック位置にあり、パイロット油路３ｂがタンクＴに連通するときは、油室２０ｂもタンクＴに連通し、ピストン２６の受圧部２８にばね２７に対向する油圧力は発生しない。このためピストンロッド２５及びピストン２６はばね２７の力により図示左方に移動し、ピストンロッド２５はアンロード弁９の制御スプール部５１ｅの端面（開方向作用の受圧部９ｂ）に直接接触してアンロード弁９のバルブスプール５１を開方向に押し、アンロード弁９を強制的に全開状態に切り換える。

図４は本実施の形態の油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは、下部走行体１０１、この下部走行体１０１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の先端部分にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機１０４とを備えている。下部走行体１０１はクローラ式であり、トラックフレーム１０５の前方側には上下動可能に排土用のブレード１０６が設けられている。上部旋回体１０２は基礎下部構造をなす旋回台１０７と、旋回台１０７上に設けられたキャノピタイプの運転室１０８とを備えている。フロント作業機１０４はブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを備え、ブーム
の基端はスイングポスト１０３にピン結合され、ブーム１１１の先端はアーム１１２の基端にピン結合され、アーム１１２の先端はバケット１１３にピン結合されている。

ブーム１１１及びアーム１１２は図１に示したブームシリンダ５ａ及びアームシリンダ５ｂを伸縮することにより回動し、上部旋回体１０２は図１に示した旋回モータ５ｃを回転させることにより旋回する。バケット１１３はバケットシリンダ１１７を伸縮することにより回動し、ブレード１０６はブレードシリンダ（図示せず）を伸縮することにより上下動し、下部走行体１０１は左右の走行モータ１１８ａ，１１８ｂを回転させることにより走行し、スイングポスト１０３はスイングシリンダ１１９を伸縮することにより回転する。図１の油圧回路図ではバケットシリンダ１１７、走行モータ１１８ａ、１１８ｂ、スイングシリンダ１１９等のアクチュエータの図示を省略している。

運転室１０８には、オペレータが着座する運転席１２１が設けられ、運転席１２１の右左両側にバケット・ブーム用の操作レバー装置１２２と旋回・アーム用の操作レバー装置１２３とが設けられ、運転席１２１の入り口部分にゲートロックレバー２４が設けられている。図示の実線位置は運転室１２１への乗員の乗降を妨げるロック解除位置を示し、破線位置は運転室１２１への乗員の乗降を許容するロック位置を示す。操作レバー装置１２２，１２３には、図１〜図３に示すパイロット油路３ｂに接続されたリモコン弁が内蔵されている。
〜動作〜
次に、本実施の形態の動作を説明する。

一日の作業終了時、オペレータは図示しないエンジンキースイッチをオフにしてエンジン１を停止させる。この際オペレータは、安全性確保のため、ゲートロックレバー２４をロック位置に操作してゲートロック弁２３を流量制御弁の操作不能位置（パイロット油路３ｂをタンクTに連通させる位置）に切り換える。また、エンジン１が停止すると、油圧ポンプ２は圧油を吐出しないため、油圧ポンプ２はトルク傾転制御部３０ａのばね３１ｂの作用により最大傾転となる。このため翌日等の一日の作業開始時には、ゲートロックレバー２４はロック位置にあり、かつ油圧ポンプ２の傾転（容量）は最大となっている。

一日の作業の開始時、オペレータは図示しないエンジンキースイッチを操作してエンジン１を始動する。このとき、上記のようにゲートロックレバー２４はロック位置にあり、ゲートロック弁２３はパイロット油路３ｂをタンクTに連通させる位置にある。

エンジン１の始動直後、ＬＳ制御弁３２において、受圧部３２ａ，３２ｂに対向して導かれた油圧ポンプ２の吐出圧力と信号圧油路７の圧力との差圧（ＬＳ差圧）がばね３４により設定された目標ＬＳ差圧に等しくなるように油圧ポンプ２の傾転（容量）が制御される（ロードセンシング制御）。このとき、操作レバーが操作されず、流量制御弁４２ａ〜４２ｃは中立位置にあるため、信号圧油路７の圧力はタンク圧であり、油圧ポンプ２の傾転は上記作業開始前の最大傾転から最小傾転へと制御され、油圧ポンプ２の吐出流量は最少となるよう制御される。操作レバーが操作されず、流量制御弁４２ａ〜４２ｃが中立位置にあるときでも油圧ポンプ２の吐出流量をゼロではなく、最少に制御するのは、操作レバーを操作して流量制御弁４２ａ〜４２ｃを中立位置から操作したときのアクチュエータの初期の応答性を確保するためである。この油圧ポンプ２の吐出油は全てアンロード弁９を介してタンクＴに戻る。

この状態で、ゲートロックレバー２４はロック位置にあり、ゲートロック弁２３はパイロット油路３ｂをタンクTに連通させるため、アンロード弁９及び油圧ピストン装置２０は図３に示す状態にある。この状態では、油圧ピストン装置２０の油室２０ｂはタンクTに連通し、油室２０ｂに位置するピストン２６の受圧部２８による油圧力は発生せず、アンロード弁９はばね２７の力で全開状態に切り換えられている。この状態で油圧ポンプ２の吐出圧力はタンク圧程度の圧力に低減されている。

その後、オペレータがゲートロックレバー２４をロック解除位置に操作すると、ゲートロック弁２３はパイロットポンプ３の吐出油路３ａをパイロット油路３ｂに連通させるため、油圧ピストン装置２０の油室２０ｂにパイロットポンプ３の吐出油が導入され、ピストン２６の受圧部２８に発生する油圧力によりアンロード弁９のバルブスプール５１を強制的に開方向に押すばね２７の力は解除され、その結果、アンロード弁９は図２に示す状態となる。このとき、操作レバーが操作されず、流量制御弁４２ａ〜４２ｃが中立位置にあるときは、信号圧油路７の圧力がタンク圧となり、油圧ポンプ２の吐出圧力はアンロード弁９のばね９ｃの設定とアンロード弁９のオーバライド特性とに応じた圧力Ｐｕｎ（目標アンロード差圧相当の圧力）に制御される。この圧力Ｐｕｎは、回路のリリーフ圧であるメインリリーフ弁１３のリリーフ圧Ｐｒよりはるかに低い値に設定されている(Ｐｕｎ＜０．１５Ｐｒ)。アンロード弁９のオーバライド特性とは、アンロード弁９の通過流量が増大するにしたがってばね９ｃの設定（ばね力）が増加し、アンロード弁９の制御圧力（目標アンロード差圧）が増加する特性である。

また、オペレータがゲートロックレバー２４をロック解除位置に操作し、ゲートロック弁２３がパイロットポンプ３の吐出油路３ａをパイロット油路３ｂに連通させると、操作レバーを操作することで流量制御弁ａ〜４２ｃを操作可能となる。

ここで、図２のアンロード弁９の状態を状態Ａ、図３のアンロード弁９の状態を状態Ｂと呼ぶと、油圧ポンプ２の吐出圧力は状態Ａより状態Ｂの方が低い。

また、周囲温度が例えば−１０℃以下となるような低温時においては、エンジン始動時の作動油の粘性が高く、ポンプ傾転制御機構３０の制御動作の応答遅れにより油圧ポンプ２の吐出流量が過大となるが、図３の状態Ｂではその過大流量によるアンロード弁９の制御圧力の発生はなく、油圧ポンプ２の負荷（従ってエンジン１の負荷）を低減し、エンジン１をスムーズに始動することができる。

すなわち、上述したように、エンジン１の始動時は、ポンプ傾転制御機構３０のロードセンシング制御により油圧ポンプ２の傾転はエンジン始動前の最大傾転から最小傾転へと制御され、油圧ポンプ２の吐出流量は最少となるよう制御される。このようなロードセンシング制御に際して、周囲温度が極端に低下しない常温時（例えば５℃以上のとき）は、エンジン始動時の作動油の粘性は比較的低いため、ポンプ傾転制御機構３０は応答性良く油圧ポンプ２の傾転を最大傾転から最小傾転へと制御し、油圧ポンプ２の吐出流量を速やかに最小流量へと制御する。このため、エンジン始動時にアンロード弁９が図３の状態Ｂ（強制開口状態）になく、図２の状態Ａにある場合でも、油圧ポンプ２の負荷（従ってエンジン１の負荷）は過大とならず、エンジン１の始動性が損なわれることはない。

しかし、周囲温度が例えば−１０℃以下となる極低温時は、エンジン始動時の作動油の粘性は著しく高いため、ポンプ傾転制御機構３０の制御動作に応答遅れが発生し、この応答遅れの間、油圧ポンプ２の吐出流量が過大となる。このためエンジン始動時にアンロード弁９が図３の状態Ｂ（強制開口状態）になく、図２の状態Ａにある場合は、その油圧ポンプ２の過大流量とアンロード弁９のオーバロード特性によりアンロード弁９の制御圧力Ｐｕｎは上昇し、油圧ポンプ２の吐出圧力が上昇する。その結果、油圧ポンプ２の負荷（従ってエンジン１の負荷）が過大となり、エンジン始動性が低下する。

これに対し、本実施の形態では、エンジン始動時はアンロード弁９は図３の状態Ｂにあり、アンロード弁９はばね２７の力で強制的に全開状態に切り換えられているため、アンロード弁９の制御圧力Ｐｕｎの発生はなく、作動油の粘性上昇による油圧ポンプ２の流量制御の応答遅れによる過大流量の影響を受けない。その結果、低温時であっても油圧ポンプ２の吐出圧力はタンク圧程度の低い圧力に保持され、油圧ポンプ２の負荷（従ってエンジン１の負荷）は低く保持され、エンジン１をスムーズに始動することができる。

以上のように本実施の形態によれば、手動強制切換手段（油圧ピストン装置２０、ゲートロック弁２３及びゲートロックレバー２４）を操作することによりアンロード弁９は強制的に油圧ポンプ２の吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい全開状態となり、低温時のエンジン始動における油圧ポンプ２の負荷を低減し、エンジン１の始動性を向上することができる。

また、油圧ピストン装置２０のばね２７の力と受圧部２８の油圧力とを対向させ、油圧力の発生の有無を切り換えることでばね２７の力がピストン２６及びピストンロッド２５を介してアンロード弁９に作用するかどうかを切り換えるので、アンロード弁９を確実に通常の状態（図２）と強制的開状態である全開状態（図３）に切り換えることができる。

更に、既存のゲートロック弁２３及びゲートロックレバー２４を利用して、油圧ピストン装置２０の操作手段（バルブ手段及び手動操作手段）を構成したので、部品点数が低減し、安価な装置構成とすることができるとともに、ゲートロックレバー２４を操作してゲートロック弁２３を切り換えると、油圧ピストン装置２０の動作状態も同時に切り換わるため、アンロード弁９の状態を切り換えるための特別な操作が不要となる。

なお、以上の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、油圧ピストン装置（手動強制切換手段）２０は、アンロード弁９を油圧ポンプ２の吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態として全開状態に切り換える構成としたが、その強制的な切り換え後の開状態は、油圧ポンプ２の吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態であれば全開状態でなくてもよく、この場合でも、アンロード弁９を強制的に切り換えない場合に比べ、低温時のエンジン始動時における圧ポンプ２の吐出圧力を低減し、エンジン始動性を向上することができる。

また、油圧ピストン装置２０は油圧駆動としたが、例えばソレノイド駆動のピストン装置であってもよく、その場合は、ゲートロックレバー２４の位置を電気的に検出し、ソレノイドの励磁、非励磁を制御することで、上記実施の形態と同様の効果（低温時のエンジン始動におけるエンジン始動性の向上）を得ることができる。

また、上記実施の形態では、ゲートロック弁２３及びゲートロックレバー２４を油圧ピストン装置２０の操作手段（バルブ手段及び手動操作手段）に兼用したが、専用のバルブ手段及び手動操作手段を設けてもよく、これによっても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

更に、上記実施の形態では、建設機械として油圧ショベルを例にとって説明したが、油圧ショベル以外の建設機械（例えばクレーン、ホイールローダ等）であっても本発明を同様に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係わる建設機械の油圧駆動装置の全体構成を示す図である。 アンロード弁及び油圧ピストン装置の詳細構造を示す断面図であって、ゲートロック弁がロック解除位置にあるときの状態を示す図である。 アンロード弁及び油圧ピストン装置の詳細構造を示す断面図であって、ゲートロック弁がロック位置にあるときの状態を示す図である。 本実施の形態の油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 油圧ポンプ（メインポンプ）
３ パイロットポンプ
３ａ 吐出油路
３ｂ パイロット油路
４ コントロールバルブ
４ａ，４ｂ，４ｃ バルブセクション
４ｄ サブセクション
６ａ，６ｂ シャトル弁
７ 信号圧油路
８ａ 圧油供給油路
８ｂ 圧油排出油路
９ アンロード弁
９ａ 受圧部（第１受圧部）
９ｂ 受圧部（第２受圧部）
９ｃ ばね
９ｘ 入口ポート
９ｙ 出口ポート
１０ 絞り部
１１，１２ 信号圧油路
１３ メインリリーフ弁
２０ 油圧ピストン装置（手動強制切換手段）
２０ａ ドレン室
２０ｂ 油室
２１ パイロットリリーフ弁
２２ 油路
２３ ゲートロック弁（バルブ手段）
２４ ゲートロックレバー（手動操作手段）
２５ ピストンロッド
２６ ピストン
２７ ばね
２８ 受圧部（第３受圧部）
３０ ポンプ傾転制御機構
３０ａ トルク傾転制御部
３０ｂ ＬＳ傾転制御部（ロードセンシング制御手段）
３１ａ トルク制御アクチュエータ
３１ｂ ばね
３２ ＬＳ制御弁
３３ ＬＳ制御アクチュエータアクチュエータ
３４ ばね
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 圧力補償弁
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 流量制御弁（メインスプール）
４３ａ，４３ｂ メータイン絞り部
４４ 負荷ポート
５０ バルブハウジング
５０ａ バルブ室
５０ｂ シリンダ室
５１ バルブスプール
５１ａ，５１ｂ ランド部
５１ｃ 中間軸部
５１ｄ，５１ｅ 制御スプール部
５１ｆ ノッチ
５１ｇ 入口室
５１ｈ，５１ｉ ドレン室
５１ｊ，５１ｋ 制御室

Claims (3)

1. エンジンと、
   このエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
   この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
   前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、
   前記油圧ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧力より高くなるよう前記油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング制御手段と、
   前記油圧ポンプの吐出圧力が前記最高負荷圧力より所定圧力以上に高くなると開状態となって前記油圧ポンプの吐出油をタンクに戻し、前記油圧ポンプの吐出圧力を制御するアンロード弁と、
   前記アンロード弁を前記油圧ポンプの吐出圧力制御時における開状態より開口面積が大きい開状態に強制的に切り換える手動強制切換手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、
   前記アンロード弁は、前記圧力検出手段により検出された最高負荷圧力又はタンク圧が導かれる閉方向作用の第１受圧部と、前記油圧ポンプの吐出圧力が導かれる開方向作用の第２受圧部と、前記所定圧力を設定する閉方向作用の付勢手段とを有し、
   前記手動強制切換手段は、
   前記アンロード弁の第２受圧部側に設けられた油圧ピストン装置であって、前記アンロード弁の第２受圧部に直接作用するピストンロッドを備えたピストンと、前記ピストン及びピストンロッドを前記アンロード弁の開方向に付勢するばねと、前記ピストンの前記ばねの反対側に形成された油室と、前記ピストンの前記油室に位置する端面に形成され、前記ピストンを前記ばねと反対方向に付勢する第３受圧部とを備えた油圧ピストン装置と、
   前記油圧ピストン装置の油室をパイロット油圧源とタンクに選択的に連通させるバルブ手段と、
   前記バルブ手段を切り換える手動操作手段とを有することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
3. 請求項２記載の建設機械の油圧駆動装置において、
   パイロットポンプと、
   パイロット油路と、
   このパイロット油路に接続され、前記パイロットポンプの吐出圧力に基づいて前記複数の流量制御弁を切り換えるための制御パイロット圧を生成する複数のリモコン弁と、
   運転室の入口に設けられ、ロック解除位置とロック位置とに操作されるゲートロックレバーと、
   前記パイロットポンプの吐出油路と前記パイロット油路との間に介装され、前記ゲートロックレバーが前記ロック解除位置に操作されると前記パイロットポンプの吐出油路を前記パイロット油路に連通させ、前記ゲートロックレバーが前記ロック位置に操作されると前記パイロットポンプの吐出油路と前記パイロット油路との連通を遮断しかつ前記パイロット油路をタンクに連通させるゲートロック弁とを更に備え、
   前記パイロット油圧源は前記パイロットポンプであり、前記バルブ手段は前記ゲートロック弁であり、前記手動操作手段は前記ゲートロックレバーであることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。

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