JP2019031842A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトなコントロールバルブを搭載するショベルを提供すること。【解決手段】本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されるメインポンプ１４と、上部旋回体３に搭載される作動油タンクと、油圧アクチュエータと、メインポンプ１４と油圧アクチュエータと作動油タンクとの間の作動油の流れを制御する複数の回転弁としての制御弁１７１〜１７８を含むコントロールバルブ１７と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ショベルに関する。

従来、複数の直動型のスプール弁を含むコントロールバルブを搭載するショベルが知られている（特許文献１参照。）。

特開２０１４−１７６８号公報

しかしながら、直動型のスプール弁はストローク方向に長い。そのため、コントロールバルブは、複数の直動型のスプール弁をその内部に備えるためにサイズが大きくなってしまう。

上述に鑑み、よりコンパクトなコントロールバルブを搭載するショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、前記上部旋回体に搭載される作動油タンクと、油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータと前記作動油タンクとの間の作動油の流れを制御する複数の回転弁を含むコントロールバルブと、を備える。

上述の手段により、よりコンパクトなコントロールバルブを搭載するショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルに搭載される駆動制御系の構成例を示す図である。 図１のショベルに搭載されるコントロールバルブの概略断面図である。 コントロールバルブを構成する制御弁の断面図である。 図４における一点鎖線Ｄ１を含む平面に関する断面図である。 図５の制御弁の動きを説明する図である。 制御弁の別の構成例を示す図である。 制御弁の更に別の構成例を示す図である。 図８における一点鎖線Ｄ３を含む平面に関する断面図である。 図９の制御弁の動きを説明する図である。 図１０における一点鎖線Ｄ５を含む平面に関する断面図である。 図１０における一点鎖線Ｄ５を含む平面に関する断面図である。

図１は本発明の実施形態に係るショベル（掘削機）の側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３にはエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ、キャビン１０内にはコントローラ３０等が搭載されている。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置である。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

図２は、図１のショベルの駆動制御系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは実線、電気制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施形態では、エンジン１１はエンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラにより制御される。エンジンコントローラからは、エンジン１１の状態を示す各種データがコントローラ３０に送信される。

エンジン１１の回転軸には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの回転軸が接続されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。メインポンプ１４は、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

パイロットポンプ１５は、各種油圧制御機器に作動油を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。左走行用油圧モータ１Ｌ、右走行用油圧モータ１Ｒ、旋回用油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、作動油ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータを操作するために用いる装置であり、キャビン１０内に設けられている。本実施形態では、操作装置２６は電気式であり、操作内容に応じた電気信号をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、操作方向及び操作量を含む。

ショベルに搭載されている油圧システムは、基本的に、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から管路４０を経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５及び１７７のそれぞれに作動油を供給可能な作動油ラインである。管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７６及び１７８のそれぞれに作動油を供給可能な作動油ラインである。

制御弁１７１〜１７８は、回転式の弁体を含む回転弁である。本実施形態では、制御弁１７１〜１７８のそれぞれは、対応するサーボモータＭ１〜Ｍ８で駆動される。サーボモータＭ１〜Ｍ８は、図示しない電源（バッテリ）より電力供給を受けるとともに、コントローラ３０からの制御指令に応じて回転する。コントローラ３０は、操作装置２６が出力する電気信号に基づき、操作装置２６の操作内容に応じた制御指令を生成する。そして、サーボモータＭ１〜Ｍ８のうちの対応するものに対し、生成した制御指令を出力する。コントローラ３０は、サーボモータＭ１〜Ｍ８を駆動するための電力をサーボモータＭ１〜Ｍ８に供給してもよい。この場合、コントローラ３０は、制御指令に対応する電力を生成してサーボモータＭ１〜Ｍ８に供給する。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ１Ｌが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ１Ｒへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ１Ｒが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。

制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。

制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。

制御弁１７５は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換える。制御弁１７６は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。本実施形態では、制御弁１７５は、ブーム上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム下げ操作が行われた場合には作動しない。

制御弁１７７は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。制御弁１７８は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える。

本実施形態では、回転弁は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ１Ｌ、右走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａの全ての油圧アクチュエータに関して利用されている。但し、回転弁は、比較的高い位置合わせ精度が求められるブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のみに関して利用されてもよい。この場合、左走行用油圧モータ１Ｌ、右走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａに関しては、回転弁の代わりに直動型のスプール弁が利用されてもよい。或いは、回転弁は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９及び旋回用油圧モータ２Ａに関して利用されてもよい。この場合、走行用油圧モータのみに関しては、回転弁の代わりに直動型のスプール弁が利用されてもよい。

レギュレータ１４ａは、ネガコン圧、メインポンプ１４の吐出圧等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１４ａは、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する。レギュレータ１４ａは、メインポンプ１４Ｌに関するレギュレータ１４ａＬとメインポンプ１４Ｒに関するレギュレータ１４ａＲを含む。レギュレータ１４ａは、例えば、メインポンプ１４の吐出圧が所定値以上となった場合にメインポンプ１４の斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

コントローラ３０は、吐出圧センサ、ネガコン圧センサ（何れも図示せず。）等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１４ａに対して制御信号を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

ブリード弁１８は、メインポンプ１４が吐出する作動油に関するブリード流量を制御するスプール弁である。本実施形態では、ブリード弁１８は、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作し、管路４０を通って作動油タンクに流れる作動油の流量であるブリード流量を制御する。ブリード弁１８は、管路４０Ｌに関するブリード弁１８Ｌと管路４０Ｒに関するブリード弁１８Ｒとを含む。ブリード弁１８は、例えば、最小開口面積（開度０％）の第１弁位置と最大開口面積（開度１００％）の第２弁位置とを有する。ブリード弁１８は、第１弁位置と第２弁位置との間で無段階に移動可能である。ブリード弁１８は、コントロールバルブ１７の内部に設置されていてもよい。その場合、ブリード弁１８は、回転弁で構成されていてもよい。

可変絞り弁５０は、メインポンプ１４からアームシリンダ８に流入する作動油の流量を制限する。本実施形態では、可変絞り弁５０は、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する。コントローラ３０は、例えば、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作を含む複合操作が行われた場合に、可変絞り弁５０の開口面積を小さくしてアームシリンダ８に流入する作動油の流量を制限する。負荷圧が比較的低いアームシリンダ８に作動油が流入するのを制限することで、負荷圧が比較的高いブームシリンダ７に作動油を流入させるためである。コントローラ３０は、操作装置２６の一例であるアーム操作レバーの操作量に基づいて生成されるサーボモータＭ７及びＭ８に対する制御指令を調整することで、可変絞り弁５０を用いずに、可変絞り弁５０による流量制限と同様の流量制限を実現してもよい。

可変絞り弁５１は、メインポンプ１４から旋回用油圧モータ２Ａに流入する作動油の流量を制限する。本実施形態では、可変絞り弁５１は、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する。コントローラ３０は、例えば、ブーム上げ操作と旋回操作を含む複合操作が行われた場合に、可変絞り弁５１の開口面積を小さくして旋回用油圧モータ２Ａに流入する作動油の流量を制限する。負荷圧が比較的低い旋回用油圧モータ２Ａに作動油が流入するのを制限することで、負荷圧が比較的高いブームシリンダ７に作動油を流入させるためである。コントローラ３０は、操作装置２６の一例である旋回操作レバーの操作量に基づいて生成されるサーボモータＭ３に対する制御指令を調整することで、可変絞り弁５１を用いずに、可変絞り弁５１による流量制限と同様の流量制限を実現してもよい。

次に、図３を参照し、コントロールバルブ１７について説明する。図３は、コントロールバルブ１７の概略断面図である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、Ｚ軸方向に延びる５つのプレート１７Ａ〜１７Ｅで構成されている。

プレート１７Ａには戻り管路４３の一部が形成されている。プレート１７Ｂには制御弁１７１、１７３、１７５、１７７のそれぞれの弁体を収容する貫通孔、管路４０Ｌの一部、及び、各油圧アクチュエータに接続される管路Ａ１、Ａ２の一部が形成されている。プレート１７Ｃには制御弁１７２、１７４、１７６、１７８のそれぞれの弁体を収容する貫通孔、管路４０Ｒの一部、及び、各油圧アクチュエータに接続される管路Ａ１、Ａ２の一部が形成されている。プレート１７ＤにはサーボモータＭ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７のそれぞれの回転軸Ｍ１Ａ、Ｍ３Ａ、Ｍ５Ａ、Ｍ７Ａを収容する貫通孔、及び、各油圧アクチュエータに接続される管路Ａ１、Ａ２の一部が形成されている。プレート１７Ｅには、サーボモータＭ２、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ８のそれぞれの回転軸Ｍ２Ａ、Ｍ４Ａ、Ｍ６Ａ、Ｍ８Ａを収容する貫通孔、及び、各油圧アクチュエータに接続される管路Ａ１、Ａ２の一部が形成されている。

本実施形態では、制御弁の弁体はＺ軸方向において等間隔となるように配置されている。但し、制御弁の弁体は、Ｚ軸方向において異なる間隔で配置されていてもよい。

このように、コントロールバルブ１７は、５つのプレート１７Ａ〜１７Ｅを重ね合わせて形成される。そのため、鋳物として製造される場合に比べ、構造の簡素化、小型化及び軽量化を実現できる。

次に、図４〜図６を参照し、制御弁１７１〜１７８の代表である制御弁１７４について説明する。図４は、制御弁１７４の断面図であり、図３における一点鎖線領域ＩＶの拡大図である。図５は、図４における一点鎖線Ｄ１を含む平面に関する断面図（＋Ｘ側から見た断面図）である。図４は、図５における一点鎖線Ｄ２を含む平面に関する断面図である。図６は、制御弁１７４の断面図であり、図５に対応する。図６は、メインポンプ１４Ｒからバケットシリンダ９に作動油を流すときの制御弁１７４の状態を示す。図５は、メインポンプ１４Ｒからバケットシリンダ９に作動油を流さないときの制御弁１７４の状態を示す。

制御弁１７４の弁体は、例えば図４に示すように、スプライン結合、セレーション結合等によってサーボモータＭ４の回転軸Ｍ４Ａに結合されている。そして、図５に示すようにプレート１７Ｃに形成された貫通孔（円柱空間ＳＰ１）内を回転軸Ｍ４Ａ回りに回転できるように構成されている。

プレート１７Ｃには、図５に示すように、円柱空間ＳＰ１の周囲で９０度間隔に４つのポートＡ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２が形成されている。ポートＡ１１及びポートＡ１２は、管路Ａ１を介してバケットシリンダ９のボトム側油室に接続されている。ポートＡ２１及びポートＡ２２は、管路Ａ２を介してバケットシリンダ９のロッド側油室に接続されている。また、プレート１７Ｃには、円柱空間ＳＰ１の周囲で１８０度間隔に２つのポートＰ１、Ｐ２が形成されている。ポートＰ１は、ポートＡ１１とポートＡ２１の間に形成され、ポートＰ２は、ポートＡ１２とポートＡ２２の間に形成されている。そして、ポートＰ１及びポートＰ２は、管路Ａ３を介して管路４０Ｒに接続されている。

制御弁１７４の弁体は、図５に示すように、中央部ＶＣと、中央部ＶＣから半径方向に延びる４つの突出部ＶＰ１〜ＶＰ４を含む。４つの突出部ＶＰ１〜ＶＰ４は、４つのポートＡ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２に対応するように構成されている。すなわち、４つのポートＡ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２を同時に閉じることができるように構成されている。この構成により、制御弁１７４の弁体は、突出部ＶＰ１と突出部ＶＰ２と間に空間Ｃ１を形成し、突出部ＶＰ２と突出部ＶＰ３と間に空間Ｃ２を形成する。また、突出部ＶＰ３と突出部ＶＰ４と間に空間Ｃ３を形成し、突出部ＶＰ４と突出部ＶＰ１と間に空間Ｃ２を形成する。

中央部ＶＣには、中心部を貫通して回転軸Ｍ４Ａに垂直に延び、且つ、空間Ｃ２と空間Ｃ４をつなぐ管路Ｔ１と、図４に示すように中心部から回転軸Ｍ４Ａに沿って＋Ｘ方向に延びる管路Ｔ２とを有する。管路Ｔ２は、プレート１７Ａに形成された戻り管路４３に接続されている。

操作装置２６の一例であるバケット操作レバーが閉じ方向に操作されると、コントローラ３０は、サーボモータＭ４に対して制御指令を出力し、制御弁１７４の弁体を図６の矢印ＡＲ１で示す方向に回転させる。

矢印ＡＲ１で示す方向に制御弁１７４の弁体が回転すると、空間Ｃ１はポートＰ１とポートＡ１１を接続し、空間Ｃ３はポートＰ２とポートＡ１２を接続する。その結果、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油は、管路Ａ３、ポートＰ１、空間Ｃ１、ポートＡ１１及び管路Ａ１を介してバケットシリンダ９のボトム側油室に至る。また、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油は、管路Ａ３、ポートＰ２、空間Ｃ３、ポートＡ１２及び管路Ａ１を介してバケットシリンダ９のボトム側油室に至る。

一方、バケットシリンダ９のロッド側油室から流出する作動油は、管路Ａ２、ポートＡ２１、空間Ｃ２、管路Ｔ１、管路Ｔ２及び戻り管路４３を介して作動油タンクに至る。また、バケットシリンダ９のロッド側油室から流出する作動油は、管路Ａ２、ポートＡ２２、空間Ｃ４、管路Ｔ１、管路Ｔ２及び戻り管路４３を介して作動油タンクに至る。

上述の構成により、コントローラ３０は、バケット操作レバーのバケット閉じ方向への操作に応じて制御弁１７４の弁体を回転させることでバケットシリンダ９を伸張させてバケット６を閉じることができる。

次に、図７を参照し、制御弁の別の構成例について説明する。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、アームシリンダ８に関する制御弁１７７の断面図であり、図５に対応する。具体的には、図７（Ａ）は、制御弁１７７の突出部ＶＰ１と突出部ＶＰ２を利用し且つ突出部ＶＰ３と突出部ＶＰ４を利用せずに作動油の流量を制御する場合を示す。また、図７（Ｂ）は、制御弁１７７の突出部ＶＰ３と突出部ＶＰ４を利用し且つ突出部ＶＰ１と突出部ＶＰ２を利用せずに作動油の流量を制御する場合を示す。図７（Ｃ）は、制御弁１７７の回転角θとＰ−Ｃ流量との関係を示す。Ｐ−Ｃ流量は、例えば、メインポンプ１４からアームシリンダ８のロッド側油室に流れる作動油の流量である。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、プレート１７Ｃには、円柱空間ＳＰ１の周囲に２つのポートＡ１１、Ａ２１が形成されている。ポートＡ１１は、管路を介してアームシリンダ８のボトム側油室に接続されている。ポートＡ２１は、管路を介してアームシリンダ８のロッド側油室に接続されている。

図７（Ａ）に示すように、コントローラ３０からの制御指令に応じて制御弁１７７が時計回りに回転すると、突出部ＶＰ１によって閉じられていたポートＡ１１、及び、突出部ＶＰ２によって閉じられていたポートＡ２１が開く。その結果、メインポンプ１４が吐出する作動油は、ポートＰ１、空間Ｃ１及びポートＡ２１を介してアームシリンダ８のロッド側油室に至る。一方、アームシリンダ８のボトム側油室から流出する作動油は、ポートＡ１１、空間Ｃ４、管路Ｔ１及び管路Ｔ２を介して作動油タンクに至る。一点鎖線矢印は作動油の流れを表す。

また、図７（Ｂ）に示すように、コントローラ３０からの制御指令に応じて制御弁１７７が時計回りに回転すると、突出部ＶＰ３によって閉じられていたポートＡ１１、及び、突出部ＶＰ４によって閉じられていたポートＡ２１が開く。その結果、メインポンプ１４が吐出する作動油は、ポートＰ１、空間Ｃ３及びポートＡ２１を介してアームシリンダ８のロッド側油室に至る。一方、アームシリンダ８のボトム側油室から流出する作動油は、ポートＡ１１、空間Ｃ２、管路Ｔ１及び管路Ｔ２を介して作動油タンクに至る。一点鎖線矢印は作動油の流れを表す。

図７（Ａ）における制御弁１７７の回転角θと、図７（Ｂ）における制御弁１７７の回転角θは同じである。回転角θは、制御弁１７７の基準姿勢からの回転角を表す。基準姿勢は、例えば、制御弁１７７がポートＡ１１及びポートＡ２１を閉じているときの姿勢である。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、制御弁１７７の突出部ＶＰ２の端部にはノッチＮ１が形成され、突出部ＶＰ４の端部にはノッチＮ２が形成されている。そのため、図７（Ａ）に示す状態でポートＡ２１を通過する作動油の流量Ｑ１は、図７（Ｂ）に示す状態でポートＡ２１を通過する作動油の流量Ｑ２とは異なる。ノッチＮ１の形状（面積）がノッチＮ２の形状（面積）とは異なるためである。本実施形態では、図７（Ｃ）に示すように、回転角θが同じである場合、流量Ｑ１は流量Ｑ２より大きい。

コントローラ３０は、このような流量の違いを利用することで、回転角θが同じであっても、すなわち、アーム操作レバーの操作量が同じであっても、必要に応じてアームシリンダ８に流入する作動油の流量を変化させることができる。

コントローラ３０は、例えば、アーム操作レバーが中止されたとき（中立位置に戻ったとき）のアームシリンダ８のストローク位置（伸張度）に基づき、低流量モードを用いるか、或いは、高流量モードを用いるかを決定してもよい。低流量モードは、突出部ＶＰ１と突出部ＶＰ２を用いてアームシリンダ８に流入する作動油の流量を制御するモード、すなわち、比較的小さい流量Ｑ１がもたらされるモードを意味する。高流量モードは、突出部ＶＰ３と突出部ＶＰ４を用いてアームシリンダ８に流入する作動油の流量を制御するモード、すなわち、比較的大きい流量Ｑ２がもたらされるモードを意味する。

具体的には、コントローラ３０は、アーム操作レバーが中立位置に戻ったときに、必要に応じて制御弁１７７の動作モードを低流量モード又は高流量モードにする。次回のアーム操作レバーの操作が開始されたときに適切な動作モードで制御弁１７７を速やかに利用できるようにするためである。

コントローラ３０は、例えば、アーム操作レバーが中立位置に戻ったときに、アーム角度センサ、アームシリンダストロークセンサ等の出力に基づいてアームシリンダ８の伸張度を検出する。そして、伸張度が所定の閾値より小さい場合、アーム５が大きく開いていると判定し、低流量モードを採用する。掘削アタッチメントが延びた状態でアーム５を開閉したときに掘削アタッチメントの姿勢が不安定になるのを抑えるためである。本実施形態では、現在の制御弁１７７の動作モードが高流量モードである場合、コントローラ３０は、サーボモータＭ７の回転軸Ｍ７Ａを１８０度回転させることで制御弁１７７の動作モードを低流量モードに切り換える。この際、制御弁１７７を通過する作動油の流れは、任意の手段によって遮断されてもよい。

一方、コントローラ３０は、伸張度が所定の閾値以上の場合には、アーム５が大きく開いていないと判定し、高流量モードを採用する。アーム５を速やかに開閉できるようにするためである。本実施形態では、現在の制御弁１７７の動作モードが低流量モードである場合、コントローラ３０は、サーボモータＭ７の回転軸Ｍ７Ａを１８０度回転させることで制御弁１７７の動作モードを高流量モードに切り換える。この際、制御弁１７７を通過する作動油の流れは、任意の手段によって遮断されてもよい。

この構成により、コントローラ３０は、アームシリンダ８が伸張しているときと収縮しているときとで制御弁１７７の開口特性を変化させることができる。上述の例では、制御弁１７７は、２つの開口特性を選択的に利用できるように構成されているが、３つ以上の開口特性を選択的に利用できるように構成されてもよい。

次に、図８及び図９を参照し、制御弁の別の構成例について説明する。図８は、アームシリンダ８に関する制御弁１７７の断面図であり、図４に対応する。図９は、図８における一点鎖線Ｄ３を含む平面に関する断面図（＋Ｘ側から見た断面図）であり、図５に対応する。図８は、図９における一点鎖線Ｄ４を含む平面に関する断面図である。

制御弁１７７の弁体は、例えば図８に示すように、スプライン結合、セレーション結合等によってサーボモータＭ７の回転軸Ｍ７Ａに結合されている。そして、図９に示すように、プレート１７Ｃに形成された貫通孔（円柱空間ＳＰ１）内を回転できるように構成されている。

プレート１７Ｃには、図９に示すように、円柱空間ＳＰ１の周囲に円筒空間ＳＰ２が形成されている。円筒空間ＳＰ２は、図８に示すように、スリーブ弁１７７ＳをＸ軸方向に摺動可能に収容する空間であり、プレート１７Ａ及びプレート１７Ｅのそれぞれの内部にまで延びている。

また、プレート１７Ｃには、図９に示すように、円筒空間ＳＰ２の周囲で９０度間隔に４つのポートＡ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２が形成されている。ポートＡ１１及びポートＡ１２は、管路Ａ１を介してアームシリンダ８のボトム側油室に接続されている。ポートＡ２１及びポートＡ２２は、管路Ａ２を介してアームシリンダ８のロッド側油室に接続されている。また、プレート１７Ｃには、円筒空間ＳＰ２の周囲で１８０度間隔に２つのポートＰ１、Ｐ２が形成されている。ポートＰ１は、ポートＡ１１とポートＡ２１の間に形成され、ポートＰ２は、ポートＡ１２とポートＡ２２の間に形成されている。そして、ポートＰ１、Ｐ２は管路Ａ３を介して管路４０Ｌに接続されている。

スリーブ弁１７７Ｓは、図８に示すように、円筒空間ＳＰ２内をＸ軸方向に摺動可能な円筒体であり、円筒空間ＳＰ２の一端側（−Ｘ側）に収容されたばねＳ１によって＋Ｘ方向に付勢されている。円筒空間ＳＰ２の他端側（＋Ｘ側）は、管路Ａ４を通じてパイロットポンプ１５に接続されている。そして、管路Ａ４には電磁弁５２が配置されている。電磁弁５２は、コントローラ３０からの制御指令に応じ、円筒空間ＳＰ２内に導入される作動油の圧力（以下、「スリーブ圧」とする。）を調整する。コントローラ３０は、電磁弁５２を制御してスリーブ圧を増大させることで、ばねＳ１による付勢力に抗してスリーブ弁１７７Ｓを−Ｘ方向に移動させることができる。

スリーブ弁１７７Ｓには、図９に示すように、ポートＰ１、Ａ２１、Ａ１２、Ｐ２、Ａ２２及びＡ１１のそれぞれに対応する位置に貫通孔Ｈ１〜Ｈ６が形成されている。貫通孔Ｈ１〜Ｈ６は、スリーブ圧が所定圧未満の場合、すなわち、スリーブ弁１７７Ｓの＋Ｘ側端部がプレート１７Ａと接触している場合、対応するポートとの連通が遮断されるように構成されている。また、貫通孔Ｈ１〜Ｈ６は、スリーブ圧が所定圧以上の場合、対応するポートと連通するように構成されている。

制御弁１７７の弁体は、図９に示すように、中央部ＶＣと、中央部ＶＣから半径方向に延びる４つの突出部ＶＰ１〜ＶＰ４を含む。４つの突出部ＶＰ１〜ＶＰ４は、４つの貫通孔Ｈ６、Ｈ２、Ｈ３及びＨ５に対応するように構成されている。すなわち、４つの貫通孔Ｈ６、Ｈ２、Ｈ３及びＨ５を同時に閉じることができるように構成されている。この構成により、制御弁１７７の弁体は、突出部ＶＰ１と突出部ＶＰ２と間に空間Ｃ１を形成し、突出部ＶＰ２と突出部ＶＰ３と間に空間Ｃ２を形成する。また、突出部ＶＰ３と突出部ＶＰ４と間に空間Ｃ３を形成し、突出部ＶＰ４と突出部ＶＰ１と間に空間Ｃ４を形成する。

中央部ＶＣには、中心部を貫通して回転軸Ｍ７Ａに垂直に延び、且つ、空間Ｃ２と空間Ｃ４をつなぐ管路Ｔ１と、図８に示すように中心部から回転軸Ｍ７Ａに沿って＋Ｘ方向に延びる管路Ｔ２とを有する。管路Ｔ２は、プレート１７Ａに形成された戻り管路４３に接続されている。

次に、図１０〜図１２を参照し、制御弁１７７の動きについて説明する。図１０は、制御弁１７７の断面図であり、図９に対応する。図１０は、制御弁１７７が基準姿勢から矢印ＡＲ２で示す方向に回転した状態を示す。図１１及び図１２は、図１０における一点鎖線Ｄ５を含む平面に関する断面図である。図１１は、スリーブ弁１７７Ｓが−Ｘ方向に最も移動したときの状態を示す。図１２は、スリーブ弁１７７Ｓが中間位置まで移動したときの状態を示す。

アーム操作レバーが閉じ方向に操作されると、コントローラ３０は、サーボモータＭ７に対して制御指令を出力し、図１０に示すように制御弁１７７の弁体を矢印ＡＲ２で示す方向に回転させる。

また、アーム操作レバーが閉じ方向に操作されると、コントローラ３０は、図１１に示すように電磁弁５２に対して制御指令を出力し、矢印ＡＲ３で示す方向にスリーブ弁１７７Ｓを移動させる。矢印ＡＲ３で示す方向にスリーブ弁１７７Ｓが移動すると、貫通孔Ｈ１はポートＰ１と空間Ｃ１を連通させ、貫通孔Ｈ４はポートＰ２と空間Ｃ３を連通させる。

この状態で図１０の矢印ＡＲ２で示す方向に制御弁１７７の弁体が回転すると、空間Ｃ１はポートＰ１とポートＡ１１を連通させ、空間Ｃ３はポートＰ２とポートＡ１２を連通させる。

その結果、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、管路Ａ３、ポートＰ１、貫通孔Ｈ１、空間Ｃ１、貫通孔Ｈ６、ポートＡ１１及び管路Ａ１を介してアームシリンダ８のボトム側油室に至る。また、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、管路Ａ３、ポートＰ２、貫通孔Ｈ４、空間Ｃ３、貫通孔Ｈ３、ポートＡ１２及び管路Ａ１を介してアームシリンダ８のボトム側油室に至る。

一方、アームシリンダ８のロッド側油室から流出する作動油は、管路Ａ２、ポートＡ２１、貫通孔Ｈ２、空間Ｃ２、管路Ｔ１、管路Ｔ２及び戻り管路４３を介して作動油タンクに至る。また、アームシリンダ８のロッド側油室から流出する作動油は、管路Ａ２、ポートＡ２２、貫通孔Ｈ５、空間Ｃ４、管路Ｔ１、管路Ｔ２及び戻り管路４３を介して作動油タンクに至る。

その後、操作装置２６の一例であるブーム操作レバーが上げ方向に追加的に操作されると、コントローラ３０は、図１２に示すように電磁弁５２に対して制御指令を出力し、矢印ＡＲ４で示す方向にスリーブ弁１７７Ｓを移動させる。アーム閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合操作が行われた場合に、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を制限することで、ブームシリンダ７に流入する作動油の流量を増大させるためである。すなわち、スリーブ弁１７７Ｓを可変絞り弁５０のように機能させるためである。

この場合、メインポンプ１４Ｌから貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ４を通ってアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量は、破線矢印で示すように、図１１のときに比べて低下する。図１１及び図１２における破線矢印の太さは流量の大きさを表す。

このように、コントローラ３０は、スリーブ弁１７７Ｓを可変絞り弁５０のように機能させることができる。そのため、コントローラ３０は、例えばブーム上げ操作とアーム閉じ操作を含む複合操作が行われた場合に、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を制限できる。その結果、負荷圧が比較的低いアームシリンダ８に作動油が流入するのを制限することで、負荷圧が比較的高いブームシリンダ７に作動油を流入させることができる。

スリーブ弁は他の用途に利用されてもよい。例えば、ブーム２速弁として機能するように構成されてもよい。ブーム２速弁は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油のみをブームシリンダ７に流入させるモードと、メインポンプ１４Ｌ及びメインポンプ１４Ｒのそれぞれが吐出する作動油をブームシリンダ７に流入させるモードとを切り換え可能な弁である。

以上の通り、本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載される油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と、上部旋回体３に搭載される作動油タンクと、油圧アクチュエータと、メインポンプ１４と油圧アクチュエータと作動油タンクとの間の作動油の流れを制御する複数の回転弁としての制御弁１７１〜１７８を含むコントロールバルブ１７と、を備える。ショベルは、望ましくは、マシンガイダンス機能又はマシンコントロール機能を備えたショベルである。

この構成により、よりコンパクトなコントロールバルブ１７を搭載するショベルが提供される。回転弁は、直動型のスプール弁より小さい占有体積で同様の機能を実現できるためである。すなわち、直動型のスプール弁は一般的にストローク方向に長く、複数の直動型のスプール弁を含むコントロールバルブは不可避的に大きなサイズを必要とするためである。

コントロールバルブ１７は、５つのプレート１７Ａ〜１７Ｃを重ね合わせて組み立てられてもよい。この場合、鋳物として製造される場合に比べ、構造の簡素化、小型化及び軽量化を実現できる。

回転弁としての制御弁１７１〜１７８は、例えば、サーボモータＭ１〜Ｍ８で電気的に駆動される。そのため、パイロット圧とばねによる直動型のスプール弁の位置決め精度に比べ、位置決め精度を向上させることができる。また、比較的小さい駆動力で制御弁１７１〜１７８の位置（姿勢）を変化させることができる。

また、回転弁としての制御弁１７１〜１７８は、直動型のスプール弁に比べ、作動油の流体力の影響を受け難い。そのため、この点においても、制御弁１７１〜１７８は、直動型のスプール弁に比べ、位置決め精度を向上させることができる。また、比較的小さい駆動力で制御弁１７１〜１７８の位置（姿勢）を変化させることができる。

また、回転弁としての制御弁１７１〜１７８の位置（姿勢）は、例えば、ロータリエンコーダ等の位置検出器によって検出される。そのため、ストロークセンサ等を用いた直動型のスプール弁のストローク位置の検出に比べ、容易に且つ正確に検出される。

油圧アクチュエータは、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧シリンダを含む。サーボモータＭ４〜Ｍ８は、油圧シリンダに関する回転弁としての制御弁１７４〜１７８を駆動する。そして、サーボモータＭ４〜Ｍ８による位置制御の特性は、油圧シリンダのストローク位置に応じて変化するように構成されてもよい。すなわち、コントローラ３０は、油圧シリンダの伸張度に応じ、操作装置２６の操作量と制御弁１７４〜１７８の開口面積との関係を変化させることができる。そのため、コントローラ３０は、例えば、掘削アタッチメントの姿勢に応じ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも１つの操作特性を変化させることができる。具体的には、掘削アタッチメントが延びているとき（旋回半径が大きいとき）の操作特性と、掘削アタッチメントが縮んでいるとき（旋回半径が小さいとき）の操作特性とを異ならせることができる。

回転弁としての制御弁１７４〜１７８の開口特性は、油圧シリンダのストローク位置に応じて変化するように構成されてもよい。例えば、コントローラ３０は、図７に示すように弁として機能する突出部を選択的に切り換えることで、操作装置２６の操作量と制御弁１７４〜１７８の開口面積との関係を選択的に切り換えるようにしてもよい。この構成により、コントローラ３０は、同じ操作量であっても、そのときの油圧シリンダの伸張度に応じ、制御弁の開口面積を変化させることができる。

回転弁としての制御弁１７１〜１７８の外周にはスリーブ弁が配置されていてもよい。すなわち、制御弁１７１〜１７８は、スリーブ弁を一体的に含むように構成されていてもよい。スリーブ弁は、制御弁とは独立して動作するように構成される。そして、スリーブ弁は、可変絞り弁又はブーム２速弁として機能するように構成されてもよく、他の機能を有する弁として構成されてもよい。この構成により、スリーブ弁を一体的に含む制御弁は、コンパクトなサイズを維持しながら複数の機能を実現できる。すなわち、コントロールバルブ１７は、コンパクトなサイズを維持しながら、多くの機能を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施形態が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施形態を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。

例えば、図４に関し、ポートＡ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２、Ｐ１及びＰ２は、プレート１７Ｃに形成される代わりに、プレート１７Ａ及び１７Ｅの少なくとも一方に形成されていてもよい。この場合、制御弁１７４の弁体は、上述の実施形態で説明した形状以外の形状を有していてもよい。

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １４・・・メインポンプ １４ａ・・・レギュレータ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ １７Ａ〜１７Ｅ・・・プレート １８・・・ブリード弁 ２６・・・操作装置 ３０・・・コントローラ ４０・・・管路 ４３・・・戻り管路 ５０、５１・・・可変絞り弁 ５２・・・電磁弁 １７１〜１７８・・・制御弁 １７７Ｓ・・・スリーブ弁 Ａ１〜Ａ４・・・管路 Ａ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２・・・ポート Ｃ１〜Ｃ４・・・空間 Ｍ１〜Ｍ８・・・サーボモータ Ｍ１Ａ〜Ｍ８Ａ・・・回転軸 Ｎ１、Ｎ２・・・ノッチ Ｐ１、Ｐ２・・・ポート Ｓ１・・・ばね ＳＰ１・・・円柱空間 ＳＰ２・・・円筒空間 Ｔ１、Ｔ２・・・管路 ＶＣ・・・中央部 ＶＰ１〜ＶＰ４・・・突出部

Claims (6)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、
   前記上部旋回体に搭載される作動油タンクと、
   油圧アクチュエータと、
   前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータと前記作動油タンクとの間の作動油の流れを制御する複数の回転弁を含むコントロールバルブと、を備える、
   ショベル。
2. 前記回転弁は、サーボモータで駆動される、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記油圧アクチュエータは油圧シリンダを含み、
   前記油圧シリンダに関する前記回転弁を駆動する前記サーボモータによる位置制御の特性は、該油圧シリンダのストローク位置に応じて変化する、
   請求項２に記載のショベル。
4. 前記油圧アクチュエータは油圧シリンダを含み、
   前記油圧シリンダに関する前記回転弁の開口特性は、該油圧シリンダのストローク位置に応じて変化する、
   請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
5. 前記油圧アクチュエータは、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ及び旋回用油圧モータのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１乃至４の何れかに記載のショベル。
6. 前記回転弁の外周に配置されるスリーブ弁を備える、
   請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。

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