JP2011144908A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧シリンダのロッド側からの戻り油がタンクに排出されるまでの通過圧損を作業状況に応じて適正に低減させることができる建設機械の油圧回路を提供する。
【解決手段】第１の油圧ポンプ１２に第一作業部用切換弁１６とタンデム接続され、第一作業部用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油をタンクに排出させるための排出通路２２ｃを備え、該排出通路２２ｃを介してタンクに戻す前記戻り油の流量を切り換える排出用切換弁２２と、油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であるか否かを判断する作業状態判断手段３０と、を備え、作業状態判断手段３０によって前記特定の作業状態であると判断されたときに、排出用切換弁２２を排出通路２２ｃが油圧シリンダ８０のロッド側と連通するように切り換え、油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の少なくとも一部を、排出用切換弁２２を介してタンクに戻す。
【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回路に関する。

特許文献１等において、例えば図５に代表されるような油圧ショベル１５０の油圧回路１００が開示されている。この油圧回路１００は、第１、第２油圧ポンプ１０２、１０４に接続され、アーム用操作レバー１２０Ａの操作位置に応じてアーム用油圧シリンダ１１０へ供給される圧油の方向と流量を切り換えるアーム用第１、第２切換弁１１６、１１８を備えている。

図５に示す油圧回路１００を備えた油圧ショベル１５０において、アーム１５２の閉じ動作を行う場合、アーム用操作レバー１２０Ａを図５において左方向に倒し、前記アーム用第１切換弁１１６をｐ側に、アーム用第２切換弁１１８をｑ側に切り換える。この結果、通路１１６ａ、１１８ａを介して、第１油圧ポンプ１０２および第２油圧ポンプ１０４からアーム用油圧シリンダ１１０のボトム側に圧油が供給され、アーム用油圧シリンダ１１０を伸長させることが可能となり、アームを閉じることができる。

このアーム閉じ動作において、アーム用油圧シリンダ１１０のロッド側から排出される戻り油は、アーム用油圧シリンダ１１０のロッド側からの通路１１０ａ、通路１１６ａ、１１８ａ、アーム用切換弁１１６、１１８、排出通路１１６ｃ、１１８ｃを通過してタンクＴに排出される。

特開２００２−４３３９号公報

ここで、アーム１５２を閉じる作業ではアーム用油圧シリンダ１１０のロッド側から作動油が排出されるが、アーム１５２が自重落下する場合はメータアウト制御が通常支配的となり、掘削作業等のようにアーム閉じ方向に駆動するときに負荷が加わる場合はメータイン制御が通常支配的となる。アーム１５２が自重落下する場合にメータアウト制御が通常支配的になされる理由は、アーム１５２が自重落下するときの落下量が操作者の意図から外れてアーム１５２に対する操作性が喪失することを防止するためである。

このため、アーム用油圧シリンダ１１０のロッド側からの戻り油がタンクＴに戻る通路の開度は、アーム１５２が自重落下する閉じ動作の際にメータアウト制御を行うべく、ある程度絞られている。

しかしながら、アーム用油圧シリンダ１１０のボトム側から排出された戻り油がタンクＴに戻る通路の断面積は、アーム用第１切換弁１１６およびアーム用第２切換弁１１８の切換位置によって「一意的」に決まっているため、アーム用油圧シリンダ１１０のロッド側から排出された戻り油を通過圧損を少なくタンクＴに戻したい場合（例えば、掘削作業等のようにアーム閉じ方向に駆動するときに負荷が加わる場合）であっても、通過圧損を少なくタンクＴに戻すことは難しい。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、油圧シリンダのロッド側からの戻り油がタンクに排出されるまでの通過圧損を作業状況に応じて適正に低減させることができる建設機械の油圧回路を提供することを課題とする。

本発明は、第１の油圧ポンプに接続され、第一作業部を駆動する第一作業部用油圧シリンダへ供給される圧油の方向と流量を、第一作業部用操作具の操作位置に応じて切り換える第一作業部用切換弁を備えた建設機械の油圧回路において、更に、前記第１の油圧ポンプに前記第一作業部用切換弁とタンデム接続され、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油をタンクに排出させるための排出通路を備え、該排出通路を介してタンクに戻す前記戻り油の流量を切り換える排出用切換弁と、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であるか否かを判断する作業状態判断手段と、を備え、前記作業状態判断手段によって前記特定の作業状態であると判断されたときに、前記排出用切換弁を前記排出通路が前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側と連通するように切り換え、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油の少なくとも一部を、前記排出用切換弁の前記排出通路を介してタンクに戻すことにより、前記課題を解決したものである。

本発明では油圧シリンダのロッド側からの戻り油をタンクに排出させるための排出通路を備えた排出用切換弁が備えられ、該排出用切換弁は、作業状態判断手段によって特定の作業状態であると判断されたときに、排出通路が油圧シリンダのロッド側と連通するように切り換えられるので、油圧シリンダへ供給される圧油の方向と流量を制御する操作具の操作位置によって切換位置が一意的に決まるわけではなく、油圧シリンダのロッド側からの戻り油がタンクに排出されるまでの通過圧損を作業状況に応じて適正に低減させることができる。

なお、本発明において「操作具」とは、切換弁を切り換える機能をもった手段のことであり、形態は特に限定されず、レバー、スイッチ、ペダル等を含む概念である。

前記作業状態判断手段は、例えば、前記第一作業部が自重落下方向に動作している作業状態であるか否かも踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断する。

また、前記油圧回路において、更に、第２の油圧ポンプと、該第２の油圧ポンプに接続され、第二作業部を駆動する第二作業部用油圧シリンダへ供給される圧油の方向と流量を、第二作業部用操作具の操作位置に応じて切り換える第二作業部用切換弁と、前記第一作業部用操作具の前記第一作業部用油圧シリンダの操作量を検出する第一操作量検出手段と、前記第二作業部用操作具の前記第二作業部用油圧シリンダの操作量を検出する第二操作量検出手段と、を備えさせ、前記作業状態判断手段が、前記第一操作量検出手段が検出した操作量と、前記第二操作量検出手段が検出した操作量とを組み合わせて、前記特定の作業状態であるか否かを判断するようにしてもよい。

また、前記油圧回路において、更に、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド伸長時の推力を検出する推力検出手段を備えさせ、前記作業状態判断手段が、前記推力が所定の閾値以上であるとき、前記特定の作業状態であると判断するようにしてもよい。

また、前記油圧回路において、更に、前記第一作業部用油圧シリンダのボトム側の圧油の圧力からロッド側の圧油の圧力を減じた圧力差を検出する圧力差検出手段を備えさせ、前記作業状態判断手段が、前記圧力差が所定の閾値以上であるとき、前記特定の作業状態であると判断するようにしてもよい。

また、前記油圧回路において、更に、前記第一作業部用油圧シリンダの伸縮方向を検出する伸縮方向検出手段を備えさせ、前記作業状態判断手段が、前記伸縮方向を踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断するようにしてもよい。

また、前記油圧回路において、更に、前記第一作業部の支点において前記第一作業部が所定の方向となす角の角度を検出する角度検出手段を備えさせ、前記作業状態判断手段が、前記角度を踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断するようにしてもよい。

本発明によれば、油圧シリンダのロッド側からの戻り油がタンクに排出されるまでの通過圧損を作業状況に応じて適正に低減させることができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図 ハイブリッドショベルの制御系の一例の回路図 本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図 本発明の第３実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図 従来の油圧ショベルの油圧回路の構成の一例を示す図

以下図面に基づいて、本発明に係る油圧ショベルの油圧回路の好適な実施形態の例について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図である。

この油圧回路１０は、第１油圧ポンプ１２と、第２油圧ポンプ１４と、アーム用第１切換弁（第一作業部用切換弁）１６と、アーム用第２切換弁１８と、ブーム用切換弁（第二作業部用切換弁）２０と、排出用切換弁２２と、アーム用操作レバー装置２４と、ブーム用操作レバー装置２６と、アーム用パイロット圧センサ２８と、ブーム用パイロット圧センサ２９と、コントローラ３０と、電磁比例弁３２と、パイロット油圧ポンプ３４と、を備え、アーム用油圧シリンダ（第一作業部用油圧シリンダ）８０およびブーム用油圧シリンダ（第二作業部用油圧シリンダ）８２に圧油を供給して、アーム（第一作業部）８４およびブーム（第二作業部）８６を作動させて、掘削作業や床掘り作業等の各種作業を油圧ショベル７８に行わせる。符号８８はバケットである。本実施形態では、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき作業状態を、「特定の作業状態」と称する。

第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１４はパラレルに配置されている。第１油圧ポンプ１２にはタンデム通路３８が接続されており、タンデム通路３８には、上流側に排出用切換弁２２が設けられ、下流側にアーム用第１切換弁１６が設けられており、アーム用第１切換弁１６と排出用切換弁２２とはタンデム接続されている。第１油圧ポンプ１２からタンデム通路３８およびアーム用第１切換弁１６を経て、圧油がアーム用油圧シリンダ８０に供給される。

第２油圧ポンプ１４にはタンデム通路４２が接続されており、タンデム通路４２には、上流側にブーム用切換弁２０が設けられ、下流側にアーム用第２切換弁１８が設けられており、アーム用第２切換弁１８とブーム用切換弁２０とはタンデム接続されている。第２油圧ポンプ１４からタンデム通路４２、ブーム用切換弁２０およびアーム用第２切換弁１８を経て、圧油がアーム用油圧シリンダ８０および／またはブーム用油圧シリンダ８２に供給される。

アーム用第１切換弁１６は、３位置６ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ａ、Ｂ、Ｃを備えており、第１油圧ポンプ１２からアーム用油圧シリンダ８０へ向かう圧油の方向と流量を制御する。アーム用第１切換弁１６のスプールの両端には、それぞれパイロットポート１６ａ、１６ｂが設けられており、それぞれパイロット通路２４ａ、２４ｂからパイロット圧が供給される。

アーム用第１切換弁１６のスプールは、オペレータがアーム用操作レバー装置２４を操作することによって移動し、第１油圧ポンプ１２からアーム用油圧シリンダ８０に供給される圧油の方向と流量を制御する。第１油圧ポンプ１２からアーム用油圧シリンダ８０に供給される圧油は、パラレル通路４０、またはタンデム通路３８およびパラレル通路４０から、アーム用第１切換弁１６を経て、アーム用通路８０ａ、８０ｂを通ってアーム用油圧シリンダ８０に供給される。

また、アーム用第１切換弁１６には、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油をタンクＴに排出するための排出通路１６ｃが備えられている。アーム用第１切換弁１６が切り換え位置Ｃのとき、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の一部は、アーム用通路８０ａ、排出通路１６ｃ、タンク通路１６ｄを経由してタンクＴに排出される。

また、アーム用第１切換弁１６と並列にバイパス通路８０ｈが設けられている。バイパス通路８０ｈは、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側に連結するアーム用通路８０ａ上の分岐点８０ｇと、排出用切換弁２２の下流側のポートであるポート２２ｄとを連結する通路である。バイパス通路８０ｈは、排出用切換弁２２が切り換え位置Ｇのときに、排出用切換弁２２の排出通路２２ｃを介してタンクＴに通じるタンク通路２２ｅと連通する。これにより、排出用切換弁２２が切り換え位置Ｇのとき、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の一部は、アーム用通路８０ａ、バイパス通路８０ｈ、排出通路２２ｃ、タンク通路２２ｅを経由してタンクＴに排出される。

アーム用第２切換弁１８は、３位置６ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ｄ、Ｅ、Ｆを備えており、第２油圧ポンプ１４からアーム用油圧シリンダ８０へ向かう圧油の方向と流量を制御する。アーム用第２切換弁１８のスプールの両端には、それぞれパイロットポート１８ａ、１８ｂが設けられており、それぞれパイロット通路２４ａ、２４ｂからパイロット圧が供給される。

アーム用第２切換弁１８のスプールもアーム用第１切換弁１６のスプールと同様に、オペレータがアーム用操作レバー装置２４を操作することによって移動し、アーム用油圧シリンダ８０に供給される圧油の方向と流量を制御する。第２油圧ポンプ１４からアーム用油圧シリンダ８０に供給される圧油は、パラレル通路４４、またはタンデム通路４２およびパラレル通路４４から、アーム用第２切換弁１８を経て、アーム用合流通路８０ｃ、８０ｄを通り、合流点８０ｅ、８０ｆでアーム用通路８０ａ、８０ｂに合流してアーム用油圧シリンダ８０に供給される。

また、アーム用第２切換弁１８には、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側からの戻り油をタンクＴに排出するための排出通路１８ｃが備えられている。アーム用第２切換弁１８が切り換え位置Ｆのとき、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の一部は、アーム用通路８０ａ、排出通路１８ｃ、タンク通路１８ｄを経由してタンクＴに排出される。

ブーム用切換弁２０は、３位置６ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ｊ、Ｋ、Ｌを備えており、第２油圧ポンプ１４からブーム用油圧シリンダ８２へ向かう圧油の方向と流量を制御する。

排出用切換弁２２は、３位置６ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ｇ、Ｈ、Ｉを備えており、排出通路２２ｃが設けられた切り換え位置Ｉのとき、排出通路２２ｃを介してバイパス通路８０ｈがタンク通路２２ｅと連通してアーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに導かれる。切り換え位置Ｈには戻り油がタンクＴへ排出される通路は設けられておらず、切り換え位置Ｈのときはタンデム通路３８が連通するのみで、第１油圧ポンプ１２からの圧油がタンデム通路３８をそのまま下流側に流れるのみであり、切り換え位置Ｈのとき、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側からの戻り油は排出用切換弁２２を介してはタンクＴに導かれない。

排出用切換弁２２のスプールの両端には、それぞれパイロットポート２２ａ、２２ｂが設けられている。パイロットポート２２ｂに通じるパイロット通路２２ｆはタンクＴに連通しており、パイロットポート２２ｂに供給されるパイロット圧は常にタンク圧であり、排出用切換弁２２は切り換え位置Ｉには切り換わらない。パイロットポート２２ａに通じるパイロット通路３４ａにはパイロット油圧ポンプ３４からパイロット圧が供給され、後述するように、アーム８４が特定の作業状態のときにコントローラ３０からの指令によりパイロット通路３４ａに供給されるパイロット圧が大きくなり、パイロットポート２２ａに供給されるパイロット圧が大きくなって、排出用切換弁２２は切り換え位置Ｇに切り換わる。

切り換え位置Ｇには、前述のように、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からタンクＴへの戻り油が通過する排出通路２２ｃが設けられている。このため、排出用切換弁２２が切り換え位置Ｇに切り換わると、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の一部は、アーム用通路８０ａ、分岐点８０ｇ、バイパス通路８０ｈ、排出通路２２ｃ、タンク通路２２ｅを経てタンクＴへ排出される。

アーム用パイロット圧センサ２８は、アーム用第１切換弁１６のパイロットポート１６ｂおよびアーム用第２切換弁１８のパイロットポート１８ｂに供給されるパイロット通路２４ｂのパイロット圧を測定する役割を有し、得られた圧力データは電気信号線２８ａを介してコントローラ３０に送られる。

ブーム用パイロット圧センサ２９は、ブーム用切換弁２０のパイロットポート２０ａに供給されるパイロット通路２６ａのパイロット圧を測定する役割を有し、得られた圧力データは電気信号線２９ａを介してコントローラ３０に送られる。

コントローラ３０は、アーム用パイロット圧センサ２８およびブーム用パイロット圧センサ２９から送られた圧力データに基づき、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であるか否かを判断する。したがって、コントローラ３０は、作業状態判断手段である。また、コントローラ３０は、その判断結果に基づき電気信号線３０ａを介して電磁比例弁３２を操作して、パイロット通路３４ａの開度を調整し、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａにパイロット油圧ポンプ３４から供給されるパイロット圧を調整して、排出用切換弁２２の切換位置を調整する。

ここで、アーム用パイロット圧センサ２８から送られた圧力データが所定の閾値以上の大きいパイロット圧を示しているときは、アーム用第１切換弁１６の位置Ｃ側への切換量およびアーム用第２切換弁１８の位置Ｆ側への切換量が大きく、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側への供給油量は多くなり、アーム８４の閉じ動作が大きくなされ、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油量も多くなっている。また、ブーム用パイロット圧センサ２９から送られた圧力データが所定の閾値以上の大きいパイロット圧を示しているときは、ブーム用切換弁２０の位置Ｊ側への切換量が大きく、ブーム用油圧シリンダ８２のボトム側への供給油量は多くなり、ブーム８６の立ち上がり動作が大きくなされている。

アーム８４が自重落下する閉じ動作状態では、アーム８４の閉じ動作（アーム用油圧シリンダ８０の伸長動作）はメータアウト制御（アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油に対してメータアウト制御）がなされるが、通常ブーム８６の立ち上がり動作は伴わない。また、アーム８４が閉じ動作を行い、かつ、ブーム８６が立ち上がり動作を行っている作業状態では、通常掘削作業（アーム８４が閉じ方向に移動すると負荷のかかる作業）等が行われており、アーム８４の閉じ動作（アーム用油圧シリンダ８０の伸長動作）はメータイン制御（アーム用油圧シリンダ８０のロッド側に流入する圧油に対してメータイン制御）がなされている。

また、アーム８４が閉じ動作を行い、かつ、ブーム８６が立ち上がり動作を行っている作業状態（掘削作業等の作業状態）のとき、通常、アーム用パイロット圧センサ２８から送られた圧力データは所定の閾値以上の大きいパイロット圧を示し、かつ、ブーム用パイロット圧センサ２９から送られた圧力データは所定の閾値以上の大きいパイロット圧を示す。

そこで、コントローラ３０は、前記のようなパイロット圧が示されたとき、アーム８４が閉じ動作をメータイン制御でなす作業状態であると判断し、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であると判断する。

また、アーム用操作レバー（第一作業部用操作具）２４Ａのアーム用油圧シリンダ８０の伸長側への操作量（図１において右方向への操作量）を検出するアーム用操作量検出装置（第一操作量検出手段）およびブーム用操作レバー（第二作業部用操作具）２６Ａのブーム用油圧シリンダ８２の伸長側への操作量（図１において右方向への操作量）を検出するブーム用操作量検出装置（第二操作量検出手段）を設けて、アーム用操作レバー２４Ａの伸長側への操作量が所定の閾値以上であり、かつ、ブーム用操作レバー２６Ａの伸長側への操作量が所定の閾値以上であるとき、コントローラ３０が特定の作業状態であると判断するように構成してもよい。

コントローラ３０は、特定の作業状態であると判断すると、電気信号線３０ａを介して電磁比例弁３２のソレノイド部３２ａに指令を送り、パイロット通路３４ａの開度を大きくして、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａに加えるパイロット圧を大きくして、排出用切換弁２２を位置Ｇ側へ切り換える。排出用切換弁２２が位置Ｇ側へ切り換えられると、バイパス通路８０ｈ、排出通路２２ｃ、タンク通路２２ｅが連通する。これにより、アーム用通路８０ａを流れる、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側から排出された戻り油は、分岐点８０ｇでバイパス通路８０ｈにも一部流れ込み、排出通路２２ｃ、タンク通路２２ｅを経た経路によってもタンクＴに排出される。

電磁比例弁３２は、コントローラ３０からの指令を受けて、パイロット通路３４ａの開度を調整して、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａに供給するパイロット圧を調整し、排出用切換弁２２の切換位置を調整する役割を有する。電磁比例弁３２のソレノイド部３２ａにコントローラ３０から電気信号線３０ａを介して電気信号が送られると、電磁比例弁３２はその電気信号に応じて電磁比例弁３２のスプールを切り換え、パイロット通路３４ａの開度を調整する。これにより、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａに供給されるパイロット圧が調整され、排出用切換弁２２の切換位置が調整される。

以上説明した本実施形態の構成の特徴的な点は、アーム用パイロット圧センサ２８から送られた圧力データおよびブーム用パイロット圧センサ２９から送られた圧力データに基づき、コントローラ３０が特定の作業状態であるか否か判断して排出用切換弁２２の位置を切り換えており、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出通路の断面積が、アーム用第１切換弁１６およびアーム用第２切換弁１８の切換位置によって「一意的」に決まっていないことである。

これにより、本実施形態においては、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出通路の開度を、アーム用第１切換弁１６およびアーム用第２切換弁１８の切換位置のみによらず、作業状態に応じて機動的に変更することができ、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに排出されるまでの通過圧損を作業状態に応じて適正に低減させることができる。

ここで、電動機が導入されたハイブリッドショベルへの本発明の適用について説明する。図２はハイブリッドショベルの制御系の一例の回路図であり、旋回用油圧モータ２５２に替えて旋回用電動機２１４が導入された場合の回路図である。符号２０２はエンジン、符号２０４は電動発電機、符号２０６は減速機、符号２０８、２１０はインバータ、符号２１２はバッテリ、符号２１４は旋回用電動機、符号２１６はレゾルバ、符号２１８はメカニカルブレーキ、符号２２０は旋回減速機、符号２２２はコントローラ、符号２３２はメインポンプ、符号２３４はパイロット油圧ポンプ、符号２３６は操作装置、符号２３８は圧力センサ、符号２４０は切換弁機構、符号２４２はブーム用油圧シリンダ、符号２４２Ａはブーム用切換弁、符号２４４はアーム用油圧シリンダ、符号２４４Ａはアーム用切換弁、符号２４６はバケット用油圧シリンダ、符号２４６Ａはバケット用切換弁、符号２４８は走行用（左）油圧モータ、符号２４８Ａは走行用（左）切換弁、符号２５０は走行用（右）油圧モータ、符号２５０Ａは走行用（右）切換弁、符号２５２Ａは旋回用切換弁である。

旋回用油圧モータ２５２は実際には存在しないが、説明の便宜上記載している。油圧系に従来の切換弁機構を用いている場合、旋回用油圧モータ２５２への圧油の給排の制御用としての必要性のなくなった旋回用切換弁２５２Ａが存在することとなるが、この場合、この必要性のなくなった旋回用切換弁２５２Ａを改良・転用して本実施形態に係る排出用切換弁２２とすれば、ほとんどコストアップとはならず、また、油圧ショベル７８への搭載性に全く悪影響を与えない。

次に、上述のように構成された第１実施形態に係る油圧回路１０の動作および作用について説明する。

オペレータが、図１において、アーム用操作レバー装置２４の操作レバー（第一作業部用操作具）２４Ａを右に傾けて、パイロット通路２４ｂを介してパイロットポート１６ｂ、１８ｂにパイロット圧を加えると、アーム用第１切換弁１６は位置Ｃに切り換わり、アーム用第２切換弁１８は位置Ｆに切り換わる。これにより、第１油圧ポンプ１２からの圧油は、パラレル通路４０、またはタンデム通路３８およびパラレル通路４０から、アーム用第１切換弁１６（切換位置Ｃ）を経て、アーム用通路８０ｂを通ってアーム用油圧シリンダ８０のボトム側に供給され、第２油圧ポンプ１４からの圧油は、パラレル通路４４、またはタンデム通路４２およびパラレル通路４４から、アーム用第２切換弁１８（切換位置Ｆ）を経て、分岐通路８０ｄ、合流点８０ｆ、アーム用通路８０ｂを通ってアーム用油圧シリンダ８０のボトム側に供給される。これにより、第１油圧ポンプ１２および第２油圧ポンプ１４の両方から圧油がアーム用油圧シリンダ８０のボトム側に供給され、アーム用油圧シリンダ８０のロッドは大きく伸長することができ、アーム８４は大きな閉じ動作を行うことができる。

一方、前述したように、自重落下によるアーム８４の閉じ動作に対してメータアウト制御を行うために、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに戻るための従来から設けられていた通路（例えば従来例である図５に示す油圧回路の場合、アーム用第１切換弁１１６を経由する通路１１６ａ、１１６ｃ、およびアーム用第２切換弁１１８を経由する通路１１８ａ、１１８ｃの２つの通路であり、本実施形態に係る油圧回路１０の場合、アーム用第１切換弁１６を経由する通路８０ａ、１６ｃ、１６ｄおよびアーム用第２切換弁１８を経由する通路８０ａ、８０ｃ、１８ｃ、１８ｄの２つの通路である。）はある程度絞られている。このため、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに排出されるまでの通過圧損は大きくなりやすい。

また、従来例である図５に示す油圧回路の場合、アーム用油圧シリンダ１１０のロッド側から排出された戻り油がタンクＴに戻る、アーム用第１切換弁１１６またはアーム用第２切換弁１１８を経由した通路の断面積は、アーム用第１切換弁１１６およびアーム用第２切換弁１１８の切換位置によって「一意的」に決まっており、この点からも通過圧損は大きくなりやすい。

これに対し、本実施形態では、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに排出される通路は、アーム用第１切換弁１６の排出通路１６ｃを経由してタンクＴに通じる第１の通路、アーム用第２切換弁１８の排出通路１８ｃを経由してタンクＴに通じる第２の通路に加えて、バイパス通路８０ｈおよび排出用切換弁２２の排出通路２２ｃを経由してタンクＴに通じる第３の通路が存在する。本実施形態では、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であると判断されたとき、これら３つの通路を同時に用いて、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油をタンクに排出させることにより、該戻り油の通過圧損を低減させることができ、メータイン制御が支配的となるアーム８４の閉じ動作による掘削作業等において、アーム用油圧シリンダ８０が伸長する際の損失を小さくすることができる。

また、排出用切換弁２２の切換位置は、アーム用第１切換弁１６およびアーム用第２切換弁１８の切換位置によって「一意的」に決まっていない。このため、排出用切換弁２２の切換位置を切り換えることにより、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出通路の開度を、アーム用第１切換弁１６およびアーム用第２切換弁１８の切換位置のみによらず、作業状態に応じて機動的に変更することができ、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油がタンクＴに排出されるまでの通過圧損を作業状態に応じて適正に低減させることができ、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であると判断されたときの通過圧損を適正に低減させることができる。

なお、本実施形態では、パイロット圧センサ２８、２９により測定されたパイロット圧データ（または操作レバー２４Ａ、２６Ａの伸長側への操作量）をパラメータとして、アーム８４が閉じ動作を行い、かつ、アーム用油圧シリンダ８０に対してメータイン制御が行われているか否かを検出し、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であるか否かを判断するようにしたが、特定の作業状態であるか否かを判断することができるパラメータであれば、他の指標をパラメータとしてもよい。また、他の指標も加味して特定の作業状態であるか否かを判断してもよい。

例えば、アーム用操作レバー２４Ａのアーム用油圧シリンダ８０の伸長側への操作速度（図１において右方向への操作速度）を検出するアーム用操作速度検出装置（第一操作速度検出手段）およびブーム用操作レバー２６Ａのブーム用油圧シリンダ８２の伸長側への操作速度（図１において右方向への操作速度）を検出するブーム用操作速度検出装置（第二操作速度検出手段）を設け、前記２つの操作速度をパラメータとし、アーム用操作レバー２４Ａの伸長側への操作速度が所定の閾値以上であり、かつ、ブーム用操作レバー２６Ａの伸長側への操作速度が所定の閾値以上であるとき、特定の作業状態であると判断してもよい。

また、例えば、アーム用油圧シリンダ８０のロッドの伸縮方向を検出するアームシリンダ伸縮方向検出装置を設け、アーム用油圧シリンダ８０の伸縮方向を踏まえて、特定の作業状態であるか否かを判断してもよい。アーム用油圧シリンダ８０のロッドが伸長しているときは、アーム８４は自重落下方向に動作していると判断できるからである。

また、例えば、アーム８４の支点８４Ａにおいてアーム８４がブーム８６となす角の角度を検出する角度検出装置を設け、前記角度を踏まえて、アーム用油圧シリンダ８０が伸長方向に動作しているか否かを判断して、特定の作業状態であるか否かを判断してもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路７０について説明する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路７０の構成を示す図である。第１実施形態に係る油圧回路１０と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明は省略する。

第２実施形態に係る油圧回路７０は、第１実施形態に係る油圧回路１０において、パイロット通路２４ａのパイロット圧を測定するアーム用パイロット圧センサ２８およびパイロット通路２６ａのパイロット圧を測定するブームパイロット圧センサ２９に替えて、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側の圧油の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ５２と、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側の圧油の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ５４とを設けた構成である。アームシリンダ圧センサ５２が検出したシリンダ圧データは電気信号線５２ａを介してコントローラ５０に送られ、アームシリンダ圧センサ５４が検出したシリンダ圧データは電気信号線５４ａを介してコントローラ５０に送られる。コントローラ５０は、送られた２つのシリンダ圧データに基づき、アーム用油圧シリンダ８０のロッド伸長時の推力を算出する。

アーム８４が閉じ方向（自重落下方向）に動作して掘削作業を行っているときは、アーム用油圧シリンダ８０のロッドは伸長しており、また、その伸長の推力は大きくなっている。

そこで、コントローラ５０は、算出した推力が所定の閾値以上のとき、特定の作業状態であると判断し、パイロット通路３４ａの開度が大きくなるように電磁比例弁３２に電気信号線３０ａを介して指令を送り、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａに加えるパイロット圧を大きくする。これにより、排出用切換弁２２は位置Ｇ側に切り換わり、バイパス通路８０ｈ、排出通路２２ｃ、タンク通路２２ｅが連通して、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油をタンクＴに排出させる際の通過圧損を低減させることができる。前記所定の閾値は、例えば、アーム８４が閉じ動作を行ってもアーム８４に対して外力が加わらない状態（空荷の状態）のときにアーム用油圧シリンダ８０のロッドが伸長するときの推力としてもよい。

ここで、算出した推力の大きさが大きいほど、排出用切換弁２２のパイロットポート２２ａに加えるパイロット圧が大きくなるようにしてもよく、この場合、算出した推力の大きさにより、排出用切換弁２２の位置Ｇ側への切換量が連続的に切り換わり、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側からの戻り油の排出通路の開度も連続的に切り換わる。

なお、第２実施形態に係る油圧回路７０では、アームシリンダ圧センサ５２、５４が検出したシリンダ圧データ（ロッド側およびボトム側の圧油の圧力についてのデータ）に基づき、コントローラ５０がアーム用油圧シリンダ８０のロッド伸長時の推力を算出するので、アームシリンダ圧センサ５２、５４およびコントローラ５０は、推力検出手段ということができる。

また、第２実施形態に係る油圧回路７０では、アームシリンダ圧センサ５２、５４が検出したシリンダ圧データに基づき、コントローラ５０がアーム用油圧シリンダ８０のロッド伸長時の推力を算出し、算出した推力に基づき、特定の作業状態であるか否かを判断するようにしたが、アーム用油圧シリンダ８０のロッド伸長時の推力を算出せずに、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側の圧油の圧力からロッド側の圧油の圧力を減じた圧力差を算出し、該圧力差が所定の閾値以上のとき、特定の作業状態であると判断するようにしてもよい。この場合、アームシリンダ圧センサ５２、５４およびコントローラ５０は、圧力差検出手段ということができる。

なお、第２実施形態に係る油圧回路７０では、ブーム用油圧シリンダ８２を制御するためのパラメータを用いずに、アーム用油圧シリンダ８０のロッド伸長時の推力（またはアーム用油圧シリンダ８０のボトム側の圧油の圧力からロッド側の圧油の圧力を減じた圧力差）のみで特定の作業状態であるか否かを判断することができるので、第２実施形態に係る油圧回路７０にブーム用切換弁２０が設けられていなくても本発明を適用することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路７２について説明する。

図４は、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路７２の構成を示す図である。第１実施形態に係る油圧回路１０または第２実施形態に係る油圧回路７０と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明は省略する。

第３実施形態に係る油圧回路７２は、第１実施形態に係る油圧回路１０の構成に、アーム用油圧シリンダ８０のロッド側の圧油の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ５２と、アーム用油圧シリンダ８０のボトム側の圧油の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ５４とを追加した構成であり、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた構成である。

コントローラ５６には、第１実施形態と同様にパイロット圧センサ２８、２９が測定したパイロット通路２４ｂ、２６ａのパイロット圧データが送られ、また、第２実施形態と同様にアームシリンダ圧センサ５２、５４が検出したシリンダ圧データが送られるので、コントローラ５６は、これらのデータを総合的に判断して、特定の作業状態であるか否かを判断することができ、より正確な判断が可能となる。また、パイロット圧センサ２８、２９またはアームシリンダ圧センサ５２、５４のどちらかが故障しても、特定の作業状態であるか否かを判断することができる。

なお、以上説明した実施形態では、タンデム通路３８において、排出用切換弁２２をアーム用第１切換弁１６の上流側に設けたが、排出用切換弁２２をアーム用第１切換弁１６の下流側に設けてもよい。また、タンデム通路４２において、アーム用第２切換弁１８をブーム用切換弁２０の下流側に設けたが、アーム用第２切換弁１８をブーム用切換弁２０の上流側に設けてもよい。

また、以上説明した実施形態では、アーム用切換弁として、アーム用第１切換弁１６およびアーム用第２切換弁１８の２つの切換弁を用いたが、アーム用切換弁がアーム用第１切換弁１６の１つだけの油圧回路にも本発明は適用することができる。

また、本発明は、ポジコン、ネガコン、オープンセンタ等のポンプ制御方式には依存せず、適用可能である。

例えば、油圧ショベルの油圧回路に好適に用いることができ、油圧シリンダのロッド側からの戻り油がタンクに排出されるまでの通過圧損を作業状況に応じて適正に低減させることができる。

また、電動機が導入されたハイブリッドショベルに特に好適に用いることができる。

１０、７０、７２…油圧回路
１２…第１油圧ポンプ
１４…第２油圧ポンプ
１６…アーム用第１切換弁（第一作業部用切換弁）
１８…アーム用第２切換弁
２０…ブーム用切換弁（第二作業部用切換弁）
２２…排出用切換弁
１６Ｃ、１８Ｃ、２２Ｃ…排出通路
２４…アーム用操作レバー装置
２４Ａ…アーム用操作レバー（第一作業部用操作具）
２６…ブーム用操作レバー装置
２６Ａ…ブーム用操作レバー（第二作業部用操作具）
２８…アーム用パイロット圧センサ
２９…ブーム用パイロット圧センサ
３０、５０、５６…コントローラ
３２…電磁比例弁
３４…パイロット油圧ポンプ
３８、４２…タンデム通路
４０、４４、８０ｈ…パラレル通路
５２、５４…アームシリンダ圧センサ
７８…油圧ショベル
８０…アーム用油圧シリンダ（第一作業部用油圧シリンダ）
８２…ブーム用油圧シリンダ（第二作業部用油圧シリンダ）
８４…アーム（第一作業部）
８６…ブーム（第二作業部）
８８…バケット

Claims (7)

1. 第１の油圧ポンプに接続され、第一作業部を駆動する第一作業部用油圧シリンダへ供給される圧油の方向と流量を、第一作業部用操作具の操作位置に応じて切り換える第一作業部用切換弁を備えた建設機械の油圧回路において、
   更に、前記第１の油圧ポンプに前記第一作業部用切換弁とタンデム接続され、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油をタンクに排出させるための排出通路を備え、該排出通路を介してタンクに戻す前記戻り油の流量を切り換える排出用切換弁と、
   前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油の排出を促進させるべき特定の作業状態であるか否かを判断する作業状態判断手段と、
   を備え、
   前記作業状態判断手段によって前記特定の作業状態であると判断されたときに、前記排出用切換弁を前記排出通路が前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側と連通するように切り換え、前記第一作業部用油圧シリンダのロッド側からの戻り油の少なくとも一部を、前記排出用切換弁の前記排出通路を介してタンクに戻すことを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 請求項１において、
   前記作業状態判断手段は、前記第一作業部が自重落下方向に動作している作業状態であるか否かも踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。
3. 請求項１または２において、更に、
   第２の油圧ポンプと、
   該第２の油圧ポンプに接続され、第二作業部を駆動する第二作業部用油圧シリンダへ供給される圧油の方向と流量を、第二作業部用操作具の操作位置に応じて切り換える第二作業部用切換弁と、
   前記第一作業部用操作具の前記第一作業部用油圧シリンダの操作量を検出する第一操作量検出手段と、
   前記第二作業部用操作具の前記第二作業部用油圧シリンダの操作量を検出する第二操作量検出手段と、
   を備え、
   前記作業状態判断手段は、前記第一操作量検出手段が検出した操作量と、前記第二操作量検出手段が検出した操作量とを組み合わせて、前記特定の作業状態であるか否かを判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、更に、
   前記第一作業部用油圧シリンダのロッド伸長時の推力を検出する推力検出手段を備え、
   前記作業状態判断手段は、前記推力が所定の閾値以上であるとき、前記特定の作業状態であると判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、更に、
   前記第一作業部用油圧シリンダのボトム側の圧油の圧力からロッド側の圧油の圧力を減じた圧力差を検出する圧力差検出手段を備え、
   前記作業状態判断手段は、前記圧力差が所定の閾値以上であるとき、前記特定の作業状態であると判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、更に、
   前記第一作業部用油圧シリンダの伸縮方向を検出する伸縮方向検出手段を備え、
   前記作業状態判断手段は、前記伸縮方向を踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、更に、
   前記第一作業部の支点において前記第一作業部が所定の方向となす角の角度を検出する角度検出手段を備え、
   前記作業状態判断手段は、前記角度を踏まえて、前記特定の作業状態であるか否かを判断することを特徴とする建設機械の油圧回路。

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