JP6196567B2

JP6196567B2 - 建設機械の油圧駆動システム

Info

Publication number: JP6196567B2
Application number: JP2014043757A
Authority: JP
Inventors: 哲弘近藤; 善之東出
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN104895138A; CN104895138B; JP2015169250A

Description

本発明は、建設機械の油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械では、油圧駆動システムによって各部が駆動される。例えば、特許文献１には、図９に示すような油圧ショベルの油圧駆動システム１００が開示されている。この油圧駆動システム１００は、油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ１１０、アームシリンダ１２０およびバケットシリンダ１３０を含む。

ブームシリンダ１１０へは、第１油圧ポンプ１６１および第２油圧ポンプ１６２からブーム主制御弁１１１およびブーム副制御弁１１５を介して作動油が供給される。第１油圧ポンプ１６１は、バケット制御弁１３１を介してバケットシリンダ１３０にも作動油を供給し、第２油圧ポンプ１６２は、アーム制御弁１２１を介してアームシリンダ１２０にも作動油を供給する。ブーム主制御弁１１１およびブーム副制御弁１１５へは、ブーム操作弁１１２からパイロット圧が出力され、バケット制御弁１３１およびアーム制御弁１２１へは、それぞれバケット操作弁１３２およびアーム操作弁１２２からパイロット圧が出力される。

油圧ショベルでは、ブームシリンダ１１０が実行するブーム上げ動作の負荷が、バケットシリンダ１１０が実行するバケットイン動作の負荷およびアームシリンダ１２０が実行するアーム引き動作の負荷よりも高い。そこで、図９に示す油圧駆動システム１００では、ブーム上げ操作、アーム引き操作およびバケットイン操作が同時に行われたときに、第１油圧ポンプ１６１からの作動油がバケットシリンダ１３０へ優先して流れることを防ぐための構成が採用されている。

具体的には、バケット操作弁１３２とバケット制御弁１３１の間のバケットインパイロットライン１３３からタンクライン１４０が分岐しており、このタンクライン１４０に開閉弁１４１が設けられている。また、バケットインパイロットライン１３３には、タンクライン１４０の分岐点よりも上流側に第１絞り１５１が設けられており、タンクライン１４０には、開閉弁１４１よりも下流側に第２絞り１５２が設けられている。

開閉弁１４１は、ブーム上げ操作とアーム引き操作が同時に行われたときにのみタンクライン１４０を開く。これにより、バケットイン操作がブーム上げ操作およびアーム引き操作と同時に行われたときには、バケット操作弁１３２から出力されるパイロット圧が減圧されてバケット制御弁１３１のパイロットポートに導かれる。その結果、バケット制御弁１３１の開口面積が小さく抑えられ、第１油圧ポンプ１６１からの作動油がバケットシリンダ１３０へ優先的に流れることを防ぐことができる。

特開２００４−１５０１９８号公報

しかしながら、図９に示す油圧駆動システム１００では、第１絞り１５１がバケットインパイロットライン１３３に設けられているので、バケットイン操作を単独で行った場合でも、第１絞り１５１をパイロット油が通過する。このため、バケットイン操作時に応答遅れが生じる。また、バケットアウト操作を行ったときにも、バケット操作弁１３２に向かってバケットインパイロットライン１３３を流れるパイロット油が第１絞り１５１を通過するため、第１絞り１５１がバケット制御弁１３１の作動に対する抵抗となる。

そこで、本発明は、第１操作により第１動作を実行する第１アクチュエータと、第２操作により第１動作よりも負荷の軽い第２動作を実行する第２アクチュエータを備えた建設機械の油圧駆動システムにおいて、第１操作と第２操作が同時に行われたときには第２アクチュエータ用の制御弁の開口面積を小さく抑えることによって第２アクチュエータへ作動油が優先的に流れることを防ぐことができ、かつ、それ以外のときには第２アクチュエータ用の制御弁をスムーズに作動させることができるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の建設機械の油圧駆動システムは、第１操作により第１動作を実行する第１アクチュエータと、第２操作により前記第１動作よりも負荷の軽い第２動作を実行するとともに第３操作により第３動作を実行する第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータへの作動油の供給を制御する第１制御弁と、前記第２アクチュエータへの作動油の供給を制御する第２制御弁と、前記第１操作を受けて前記第１制御弁へパイロット圧を出力する第１操作弁と、前記第２操作および前記第３操作を受けて前記第２制御弁へパイロット圧を出力する第２操作弁と、前記第２操作弁と前記第２制御弁の前記第２操作用の第１パイロットポートとを接続する第１パイロットラインと、前記第２操作弁と前記第２制御弁の前記第３操作用の第２パイロットポートとを接続する第２パイロットラインと、前記第１パイロットラインから分岐する、第１絞りおよび第２絞りが設けられた分岐ラインと、前記第１操作と前記第２操作が同時に行われるときは、前記第１パイロットラインを流れるパイロット油の一部を前記分岐ラインを通じてタンクへ逃すとともに、前記第１絞りと前記第２絞りの間の中間圧を有するパイロット油の一部を前記第２パイロットポートへ出力し、前記第１操作が行われないときは、前記第１パイロットラインから前記分岐ラインへパイロット油が流出することを禁止するとともに、前記第１パイロットラインから前記第２パイロットポートへパイロット油が流出することを禁止するように構成された切換弁と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１操作と第２操作が同時に行われたときには、第２制御弁には第２操作弁から出力されるパイロット圧と切換弁から出力される中間圧が双方向から作用する。すなわち、第２操作によって第２制御弁が作動する圧力がパイロット圧と中間圧の差圧となり、その結果、第２制御弁の開口面積が小さく抑えられる。これにより、軽負荷側の第２アクチュエータへ作動油が優先的に流れることを防いで第１アクチュエータに作動油を十分に供給することができる。しかも、第１操作が行われないときには、第２操作時も第３操作時も、第２操作弁と第２制御弁の間を流れるパイロット油は第１絞りおよび第２絞りを通過しないため、第２制御弁をスムーズに作動させることができる。

上記の油圧駆動システムは、前記切換弁から出力されるパイロット油を前記第２パイロットラインの一部を通じてまたは前記第２パイロットラインとは独立して前記第２パイロットポートへ導くことが可能な背圧ラインをさらに備え、前記切換弁は、前記第１操作が行われるときは、前記背圧ラインに前記第１絞りと前記第２絞りの間の中間圧を有するパイロット油の一部を導き、前記第１操作が行われないときは、前記背圧ラインをタンクと連通させてもよい。この構成によれば、パイロット回路を簡単な構成とすることができる。

前記分岐ラインは、前記切換弁に設けられた第１内部流路と、前記切換弁からタンクへ延びる外部流路と、を含み、前記切換弁には、前記第１内部流路から分岐する第２内部流路が設けられており、前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記背圧ラインを前記外部流路と接続し、前記第１操作が行われるときは前記背圧ラインを前記第２内部流路と接続するとともに前記第１内部流路を前記外部流路と接続してもよい。この構成によれば、分岐ラインを合理的に利用して背圧ラインをタンクと連通させることができる。

前記切換弁には、前記第１パイロットラインの一部を構成するパイロット流路が設けられており、前記第１内部流路は前記パイロット流路から分岐し、前記第１内部流路には、前記第２内部流路の分岐点よりも上流側に前記第１絞りが設けられており、前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記第１内部流路を前記パイロット流路から隔離し、前記第１操作が行われるときは前記第１内部流路を前記パイロット流路と接続してもよい。この構成によれば、第１パイロットライン中に分岐用の継ぎ手を組み込まなくても、切換弁のみで第１パイロットラインから分岐ラインを分岐させることができる。

前記第１内部流路には、前記第２内部流路の分岐点よりも下流側に前記第２絞りが設けられていてもよい。この構成によれば、切換弁の内部に第１絞りと第２絞りの双方が設けられているので、切換弁の設計だけで中間圧を設定することができる。

前記分岐ラインは、前記切換弁の外部で前記パイロットラインから分岐して前記切換弁につながる上流流路を含み、前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記上流流路を遮断し、前記第１操作が行われるときは前記上流流路を前記第１内部流路と接続してもよい。この構成によれば、分岐ラインにおいて、例えば第１絞りが上流流路に、第２絞りが外部流路に設けられていると、第１絞りおよび第２絞りを簡単に取り換えることができる。

例えば、前記建設機械は油圧ショベルであり、前記第１操作がブーム上げ操作であり、前記第２操作がアーム引き操作、バケットイン操作または旋回操作であってもよい。

あるいは、前記建設機械は油圧ショベルであり、前記第１操作がアーム押し操作であり、前記第２操作がバケットイン操作であってもよい。あるいは、前記建設機械は油圧ショベルであり、前記第１操作が旋回操作であり、前記第２操作がアーム引き操作であってもよい。

前記切換弁は、前記第１操作が行われたときに前記第１操作弁から出力されるパイロット圧によって作動するパイロット式のものであってもよい。この構成によれば、電気的な制御を行うことなく切換弁を作動させることができる。

上記の油圧駆動システムは、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する油圧ポンプをさらに備え、前記第１制御弁および前記第２制御弁は、前記油圧ポンプから延びるブリードライン上に配置されており、前記油圧ポンプの吐出流量がネガティブコントロール方式又はポジティブコントロール方式で制御されてもよい。この構成によれば、ネガティブコントロール方式の場合であれば、第２制御弁の開口面積が小さく抑えられる分だけブリードライン上のネガティブコントロール圧が大きくなり、油圧ポンプの吐出流量が抑えられる。このため、エネルギー消費を低減することができる。

本発明によれば、第１操作と第２操作が同時に行われたときには、相対的に低い負荷の第２動作を実行する第２アクチュエータ用の第２制御弁の開口面積を小さく抑えることができる。これにより、第２アクチュエータへ作動油が優先的に流れることを防いで、相対的に高い負荷の第１動作を実行する第１アクチュエータに作動油を十分に供給することができる。さらに、それ以外のときには、第２制御弁をスムーズに作動させることができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムのパイロット回路以外の油圧回路図である。第１実施形態におけるパイロット回路を示す図である。油圧ショベルの側面図である。アーム操作弁の操作量とアーム副制御弁の開口面積の関係を示すグラフである。第１実施形態の第１変形例におけるパイロット回路を示す図である。第１実施形態の第２変形例におけるパイロット回路を示す図である。第１実施形態の第３変形例におけるパイロット回路を示す図である。本発明の第２実施形態におけるパイロット回路を示す図である。従来の油圧駆動システムの油圧回路図である。

（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ａを示し、図３に、その油圧駆動システム１Ａが搭載された建設機械１０を示す。なお、図３に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は、第１動作を実行する第１アクチュエータと第１動作よりも負荷の軽い第２動作を実行する第２アクチュエータを具備する建設機械であれば、どのような建設機械（例えば、油圧クレーン）にも適用可能である。

油圧駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図３に示すブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含むとともに、旋回モータ１６（図１のみに図示）および図示しない左右一対の走行モータを含む。また、油圧駆動システム１Ａは、上記の油圧アクチュエータに作動油を供給する第１油圧ポンプ１１および第２油圧ポンプ１２を含む。

本実施形態では、本発明の第１〜第３操作がそれぞれブーム上げ操作、アーム引き操作およびアーム押し操作である。すなわち、ブームシリンダ１３が本発明の第１アクチュエータに相当し、アームシリンダ１４が本発明の第２アクチュエータに相当する。ブームシリンダ１３は、ブーム上げ操作によりブーム上げ動作（第１動作）を実行し、アームシリンダ１４は、アーム引き操作によりアーム引き動作（第２動作）を実行するとともに、アーム押し操作によりアーム押し動作（第３動作）を実行する。アーム引き動作の負荷は、ブーム上げ動作の負荷よりも軽い。

ブームシリンダ１３への作動油の供給は、ブーム主制御弁４１およびブーム副制御弁４２により制御される。また、アームシリンダ１４への作動油の供給は、アーム主制御弁５１およびアーム副制御弁５２により制御される。さらに、バケットシリンダ１５への作動油の供給はバケット制御弁６９により制御され、旋回モータ１６への作動油の供給は旋回制御弁６１により制御される。

第１油圧ポンプ１１からは第１ブリードライン２１がタンクまで延びており、第２油圧ポンプ１２からは第２ブリードライン３１がタンクまで延びている。第１ブリードライン２１上には、ブーム副制御弁４２とアーム主制御弁５１と旋回制御弁６１が直列に配置されており、第２ブリードライン３１上には、ブーム主制御弁４１とアーム副制御弁５２とバケット制御弁６９が直列に配置されている。なお、図示は省略するが、第１ブリードライン２１および第２ブリードライン３１上には、左右一対の走行モータへの作動油の供給を制御する一対の走行制御弁も配置される。

上述した制御弁のうち、ブーム副制御弁４２は２位置弁であるが、その他の制御弁は３位置弁である。ブーム副制御弁４２は、ブーム上げ操作専用の弁である。

第１ブリードライン２１からはパラレルライン２４が分岐しており、このパラレルライン２４を通じて第１ブリードライン２１上の全ての制御弁へ第１油圧ポンプ１１から吐出される作動油が導かれる。同様に、第２ブリードライン３１からはパラレルライン３４が分岐しており、このパラレルライン３４を通じて第２ブリードライン３１上の全ての制御弁へ第２油圧ポンプ１２から吐出される作動油が導かれる。第１ブリードライン２１上のブーム副制御弁４２以外の制御弁はタンクライン２５によりタンクと接続されている一方、第２ブリードライン３１上の全ての制御弁はタンクライン３５によりタンクと接続されている。

第１ブリードライン２１および第２ブリードライン３１上に配置された全ての制御弁は、オープンセンター型の弁である。すなわち、ブリードライン（２１または３１）上の全ての制御弁が中立位置にあるときには制御弁によって当該ブリードラインにおける作動油の流通が制限されることがなく、いずれかの制御弁が作動して中立位置から移動するとその制御弁によって当該ブリードラインにおける作動油の流通が制限される。

本実施形態では、第１油圧ポンプ１１の吐出流量および第２油圧ポンプ１２の吐出流量がネガティブコントロール（以下、「ネガコン」という）方式で制御される。すなわち、第１ブリードライン２１には全ての制御弁の下流側に絞り２２が設けられているとともに、この絞り２２をバイパスするライン上にリリーフ弁２３が配置されている。同様に、第２ブリードライン３１には全ての制御弁の下流側に絞り３２が設けられているとともに、この絞り３２をバイパスするライン上にリリーフ弁３３が配置されている。

第１油圧ポンプ１１および第２油圧ポンプ１２は、図略のエンジンにより駆動される。第１油圧ポンプ１１および第２油圧ポンプ１２は、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する可変容量型のポンプであり、第１油圧ポンプ１１および第２油圧ポンプ１２の傾転角はそれぞれ図略のレギュレータにより調整される。各レギュレータには、ブリードライン（２１または３１）における絞り（２２または３２）の上流側の圧力であるネガコン圧が導かれる。ネガコン圧はブリードライン（２１または３１）における制御弁による作動油の流通の制限度合によって定まり、ネガコン圧が大きくなれば油圧ポンプ（１１または１２）の傾転角が小さくなり、ネガコン圧が小さくなれば油圧ポンプの傾転角が大きくなる。

上述したブーム主制御弁４１は、ブーム上げ供給ライン１３ａおよびブーム下げ供給ライン１３ｂによりブームシリンダ１３と接続されている。ブーム副制御弁４２は、副供給ライン１３ｃによりブーム上げ供給ライン１３ａと接続されている。

アーム主制御弁５１は、アーム引き供給ライン１４ａおよびアーム押し供給ライン１４ｂによりアームシリンダ１４と接続されている。アーム副制御弁５２は、副供給ライン１４ｃによりアーム引き供給ライン１４ａと接続され、副供給ライン１４ｄによりアーム押し供給ライン１４ｂと接続されている。

バケット制御弁６９は、バケットイン供給ライン１５ａおよびバケットアウト供給ライン１５ｂによりバケットシリンダ１５と接続されている。また、旋回制御弁６１は、右旋回供給ライン１６ａおよび左旋回供給ライン１６ｂにより旋回モータ１６と接続されている。

本実施形態は、ブーム上げ操作とアーム引き操作が同時に行われたときに、第２油圧ポンプ１２からの作動油がアーム副制御弁５２を介してアームシリンダ１４に供給されることを抑制する例である。すなわち、ブーム主制御弁４１が本発明の第１制御弁に相当し、アーム副制御弁５２が本発明の第２制御弁に相当する。

図２に示すように、ブーム主制御弁４１は、ブーム上げ操作用の第１パイロットポート４ａと、ブーム下げ操作用の第２パイロットポート４ｂを有している。第１パイロットポート４ａは、ブーム上げパイロットライン４３によりブーム操作弁（第１操作弁）４０と接続されており、第２パイロットポート４ｂは、ブーム下げパイロットライン４４によりブーム操作弁４０と接続されている。ブーム副制御弁４２のパイロットポート４ｃは、ブーム上げパイロットライン４５によりブーム操作弁４０と接続されている。なお、ブーム上げパイロットライン４３，４５のブーム操作弁４０側の部分は共通の流路となっている。

ブーム操作弁４０は、ブーム上げ操作およびブーム下げ操作を受けて、ブーム主制御弁４１およびブーム副制御弁４２へパイロット圧を出力する。より詳しくは、ブーム操作弁４０は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧を出力する。

アーム主制御弁５１は、アーム引き操作用の第１パイロットポート５ａと、アーム押し操作用の第２パイロットポート５ｂを有している。第１パイロットポート５ａは、アーム引きパイロットライン５３によりアーム操作弁（第２操作弁）５０と接続させており、第２パイロットポート５ｂは、アーム押しパイロットライン５４によりアーム操作弁５０と接続されている。アーム副制御弁５２は、アーム引き操作用の第１パイロットポート５ｃと、アーム押し操作用の第２パイロットポート５ｄを有している。第１パイロットポート５ｃは、アーム引きパイロットライン（第１パイロットライン）５５によりアーム操作弁５０と接続させており、第２パイロットポート５ｄは、アーム押しパイロットライン（第２パイロットライン）５６によりアーム操作弁５０と接続されている。なお、アーム引きパイロットライン５３，５５のアーム操作弁５０側の部分は共通の流路となっており、アーム押しパイロットライン５４，５６のアーム操作弁５０側の部分は共通の流路となっている。

アーム操作弁５０は、アーム引き操作およびアーム押し操作を受けて、アーム主制御弁５１およびアーム副制御弁５２へパイロット圧を出力する。より詳しくは、アーム操作弁５０は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧を出力する。

本実施形態では、アーム引きパイロットライン５５上に切換弁８が配置されている。切換弁８には、アーム引きパイロットライン５５の一部を構成するパイロット流路８１と、パイロット流路８１から分岐する第１内部流路７１と、第１内部流路７１から分岐する第２内部流路８２が設けられている。また、切換弁８からは、外部流路７２がタンクへ延びている。第１内部流路７１および外部流路７２は、アーム引きパイロットライン５５から分岐する分岐ライン７を構成する。

第１内部流路７１には、第２内部流路８２の分岐点よりも上流側に第１絞り７３が設けられているとともに、第２内部流路８２の分岐点よりも下流側に第２絞り７４が設けられている。詳しくは後述するが、ブーム上げ操作とアーム引き操作が同時に行われたときは、第１内部流路７１にパイロット油が流れる。切換弁８は、そのときの第１絞り７３と第２絞り７４の間の中間圧Ｐｍを有するパイロット油の一部を第２内部流路８２から出力する。

切換弁８からは背圧ライン９が延びており、この背圧ライン９がアーム押しパイロットライン５６につながっている。アーム押しパイロットライン５６における背圧ライン９がつながる位置には選択弁９１が設けられており、アーム操作弁５０からのパイロット圧と切換弁８からの中間圧Ｐｍのどちらかが第２パイロットポート５ｄに導かれるようになっている。すなわち、背圧ライン９は、アーム押しパイロットライン５６の一部を通じて、切換弁８から出力される中間圧Ｐｍのパイロット油を第２パイロットポート５ｄに導くことが可能に構成されている。

切換弁８は、ブーム上げ操作が行われたときに、ブーム操作弁４０から出力されるパイロット圧によって作動するパイロット式のものである。すなわち、切換弁８のパイロットポートは、作動ライン４６によりブーム上げパイロットライン（４３または４５）と接続されている。

切換弁８は、ブーム上げ操作が行われないときは、第１内部流路７１をパイロット流路８１から隔離する第１位置に位置する。このため、アーム引きパイロットライン５５から分岐ライン７へのパイロット油の流出が禁止される。これにより、アーム引きパイロットライン５５から切換弁８を介したアーム押しパイロットライン５６へのパイロット油の流出も禁止される。また、第１位置では、切換弁８は、背圧ライン９を外部流路７２と接続し、背圧ライン９をタンクと連通させる。このため、次に説明するように切換弁８が第２位置に移動することによって高くなった背圧ライン９内の圧力がゼロ（大気圧）になる。

ブーム上げ操作が行われるときは、切換弁８は、第２位置に移動し、第１内部流路７１をパイロット流路８１および外部流路７２と接続する。これにより、第２操作時には、アーム引きパイロットライン５５を流れるパイロット油の一部が分岐ライン７を通じてタンクへ逃される。すなわち、分岐ライン７では、アーム操作弁４０から出力されたパイロット圧が第１絞り７３と第２絞り７４の比率で減圧されることによって中間圧Ｐｍが生成される。また、第２位置では、切換弁８は、背圧ライン９を第２内部流路８２と接続し、背圧ライン９を第１絞り７３と第２絞り７４の間で分岐ライン７と連通させる。これにより、第１絞り７３と第２絞り７４の間の中間圧Ｐｍを有するパイロット油の一部が第２パイロットポート５ｄへ出力される。

以上説明したように、本実施形態の油圧駆動システム１Ａでは、ブーム上げ操作とアーム引き操作が同時に行われたときには、アーム副制御弁５２にはアーム操作弁５０から出力されるパイロット圧と切換弁８から出力される中間圧Ｐｍが双方向から作用する。すなわち、アーム引き操作によってアーム副制御弁５２が作動する圧力がパイロット圧と中間圧Ｐｍの差圧となり、その結果、アーム副制御弁５２の開口面積が小さく抑えられる。より詳しくは、図４に示すように、アーム副制御弁５２にアーム操作弁５０から出力されるパイロット圧のみが作用する場合はアーム副制御弁５２の開口面積はＡであるが、切換弁８から出力される中間圧Ｐｍによってアーム副制御弁５２の開口面積がＢまで減少する。これにより、第２油圧ポンプ１２からの作動油がアーム副制御弁５２を介して軽負荷側のアームシリンダ１４へ優先的に流れることを防いで、第２油圧ポンプ１２からの作動油をブーム主制御弁４１を介してブームシリンダ１３に十分に供給することができる。

しかも、ブーム上げ操作が行われないときには、アーム引き操作時もアーム押し操作時も、アーム操作弁５０とアーム副制御弁５２の間を流れるパイロット油は第１絞り７３および第２絞り７４を通過しないため、アーム副制御弁５２をスムーズに作動させることができる。

図４には、第２ブリードライン３１上のネガコン圧が一点鎖線で示されている。図４に示すように、アーム副制御弁５２の開口面積が小さく抑えられれば、その分だけ第２ブリードライン３１上のネガコン圧が大きくなる。その結果、第２油圧ポンプ１２の吐出流量が抑えられる。すなわち、ネガコン方式の制御に必要な構成（例えば、第２油圧ポンプ１２の傾転角を調整する図略のレギュレータのピストン）を合理的に利用して、エネルギー消費を低減することができる。

また、本実施形態では、切換弁８の内部に第１絞り７３と第２絞り７４の双方が設けられているので、切換弁８の設計だけで中間圧Ｐｍを設定することができる。

＜第１変形例＞
選択弁９１は、必ずしも必要ではない。例えば、図５に示す第１変形例の油圧駆動システム１Ｂのように、アーム副制御弁５２の第２パイロットポート５ｄが互いに独立した２つの作動室５ｅ，５ｆで構成されており、それらの作動室５ｅ，５ｆにアーム押しパイロットライン５６および背圧ライン９が別々につながっていてもよい。換言すれば、背圧ライン９は、切換弁８から出力される中間圧Ｐｍのパイロット油を、アーム押しパイロットライン５６とは独立して第２パイロットポート５ｂへ導くことが可能に構成されていてもよい。

＜第２変形例＞
分岐ライン７は、必ずしも切換弁８の内部でアーム引きパイロットライン５５から分岐している必要はない。すなわち、切換弁８は、パイロット流路８１を有していなくてもよい。例えば、図６に示す第２変形例の油圧駆動システム１Ｃのように、分岐ライン７は、切換弁８の外部でアーム引きパイロットライン５５から分岐して切換弁８につながる上流流路７０を含んでいてもよい。この場合、切換弁８は、第１位置では上流流路７０を遮断し、第２位置では上流流路７０を第１内部流路７１と連通する。この構成であれば、分岐ライン７において、例えば第１絞り７３が上流流路７０に、第２絞り７４が外部流路７２に設けられていると、第１絞り７３および第２絞り７４を簡単に取り換えて中間圧Ｐｍを調整することができる。

ただし、第１実施形態のように切換弁８がパイロット流路８１を有し、第１内部通路７１がパイロット通路８１から分岐していれば、アーム引きパイロットライン５５中に分岐用の継ぎ手を組み込まなくても、切換弁８のみでアーム引きパイロットライン５５から分岐ライン７を分岐させることができる。

図６では、第１絞り７３が上流流路７０に設けられているが、第１絞り７３は、第１内部流路７１における第２内部流路８２の分岐点よりも上流側に設けられていてもよい。同様に、第２絞り７４は、第１内部流路７１に設けられていてもよいし、外部流路７２に設けられていてもよい。

＜第３変形例＞
切換弁８は、第１位置で必ずしも背圧ライン９を分岐ライン７の外部流路７２と接続する必要はない。例えば、図７に示す第３変形例の油圧駆動システム１Ｄのように、外部流路７２とは別に切換弁８にタンクライン９２をつなげ、切換弁８が第１位置では背圧ライン９をタンクライン９２と接続してもよい。ただし、第１実施形態のように切換弁８によって背圧ライン９が分岐ライン７の外部流路７２と接続される構成であれば、分岐ライン７を合理的に利用して背圧ライン９をタンクと連通させることができる。

＜その他の変形例＞
第１実施形態では、本発明の第２制御弁がアーム副制御弁５２であったが、本発明の第２制御弁はアーム主制御弁５１であってもよい。すなわち、第１ブリードライン２１上にはアーム主制御弁５１とブーム副制御弁４２が配置されているので、アーム主制御弁５１の開口面積を小さく抑えても、第１油圧ポンプ１１からの作動油をブーム副制御弁４２を介してブームシリンダ１３に十分に供給することができる。

第１および第２油圧ポンプ１１，１２の吐出流量の制御方式は、必ずしもネガコン方式である必要はなく、ポジティブコントロール方式やロードセンシング方式であってもよい。ただし、ネガティブコントロール方式であれば、上述したようにその方式の制御に必要な構成を合理的に利用してエネルギー消費を低減するという効果を得ることができる。

また、切換弁８は、必ずしも背圧ライン９をタンクと連通させることができるように構成されている必要はない。例えば、切換弁８は第１位置では背圧ライン９を遮断してもよい。この場合、背圧ライン９から分岐するタンクラインを設け、このタンクラインに開閉弁を設けてもよい。ただし、第１実施形態のように切換弁８が背圧ライン９をタンクと連通させることができるように構成されていれば、パイロット回路を簡単な構成とすることができる。

図２および図５において、第２絞り７４は、外部流路７２に設けられていてもよい。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システム１Ｅを説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、本実施形態における図８に示すパイロット回路以外の油圧回路は図１と同じである。

本実施形態では、本発明の第１操作がブーム上げ操作であり、本発明の第２操作が右旋回操作および左旋回操作のいずれか一方であり、本発明の第３操作が右旋回操作および左旋回操作の他方である。すなわち、ブームシリンダ１３が本発明の第１アクチュエータに相当し、旋回モータ１６が本発明の第２アクチュエータに相当する。ブームシリンダ１３は、ブーム上げ操作によりブーム上げ動作（第１動作）を実行し、旋回モータ１６は、右旋回操作により右旋回動作（第２または第３動作）を実行するとともに、左旋回操作により左旋回動作（第３または第２動作）を実行する。右旋回動作および左旋回動作の負荷は、ブーム上げ動作の負荷よりも軽い。

旋回制御弁６１は、右旋回操作用の第１パイロットポート６ａと、左旋回操作用の第２パイロットポート６ｂを有している。第１パイロットポート６ａは、右旋回パイロットライン６２により旋回操作弁（第２操作弁）６０と接続させており、第２パイロットポート６ｂは、左旋回パイロットライン６３により旋回操作弁６０と接続されている。

旋回操作弁６０は、右旋回操作および左旋回操作を受けて、旋回制御弁６１へパイロット圧を出力する。より詳しくは、旋回操作弁６０は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧を出力する。

本実施形態では、右旋回および左旋回パイロットライン６２，６３上に、それぞれ切換弁８Ａ，８Ｂが配置されている。切換弁８Ａ，８Ｂのそれぞれの構成は、第１実施形態で説明した切換弁８と同じである。すなわち、切換弁８Ａ，８Ｂのそれぞれは、右旋回パイロットライン６２または左旋回パイロットライン６３の一部を構成するパイロット流路８１と、パイロット流路８１から分岐する第１内部流路７１と、第１内部流路７１から分岐する第２内部流路８２を有している。また、切換弁８Ａ，８Ｂからは、外部流路７２がタンクへ延びている。切換弁８Ａの第１内部流路７１および外部流路７２は、右旋回パイロットライン６２から分岐する分岐ライン７Ａを構成し、切換弁８Ｂの第１内部流路７１および外部流路７２は、左旋回パイロットライン６３から分岐する分岐ライン７Ｂを構成する。

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、切換弁８Ａ，８Ｂのそれぞれの第１内部流路７１には、第２内部流路８２の分岐点よりも上流側に第１絞り７３が設けられているとともに、第２内部流路８２の分岐点よりも下流側に第２絞り７４が設けられている。

また、切換弁８Ａからは背圧ライン９Ａが延びており、この背圧ライン９Ａが左旋回パイロットライン６３につながっている。左旋回パイロットライン６３における背圧ライン９Ａがつながる位置には選択弁９１が設けられており、旋回操作弁６０からのパイロット圧と切換弁８Ａからの中間圧Ｐｍのどちらかが第２パイロットポート６ｂに導かれるようになっている。すなわち、背圧ライン９Ａは、左旋回パイロットライン６３の一部を通じて、切換弁８Ａから出力される中間圧Ｐｍのパイロット油を第２パイロットポート６ｂに導くことが可能に構成されている。

同様に、切換弁８Ｂからは背圧ライン９Ｂが延びており、この背圧ライン９Ｂが右旋回パイロットライン６２につながっている。右旋回パイロットライン６２における背圧ライン９Ｂがつながる位置には選択弁９１が設けられており、旋回操作弁６０からのパイロット圧と切換弁８Ｂからの中間圧Ｐｍのどちらかが第１パイロットポート６ａに導かれるようになっている。すなわち、背圧ライン９Ｂは、右旋回パイロットライン６２の一部を通じて、切換弁８Ｂから出力される中間圧Ｐｍのパイロット油を第１パイロットポート６ａに導くことが可能に構成されている。

切換弁８Ａ，８Ｂは、ブーム上げ操作が行われたときに、ブーム操作弁４０から出力されるパイロット圧によって作動するパイロット式のものである。すなわち、切換弁８Ａ，８Ｂのパイロットポートは、それぞれ作動ライン４７，４８によりブーム上げパイロットライン（４３または４５）と接続されている。

切換弁８Ａは、ブーム上げ操作が行われないときは、第１内部流路７１をパイロット流路８１および外部流路７２から隔離する第１位置に位置する。このため、右旋回パイロットライン６２から分岐ライン７Ａへのパイロット油の流出が禁止される。これにより、右旋回パイロットライン６２から切換弁８Ａを介した左旋回パイロットライン６３へのパイロット油の流出も禁止される。また、第１位置では、切換弁８Ａは、背圧ライン９Ａを外部流路７２と接続し、背圧ライン９Ａをタンクと連通させる。このため、次に説明するように切換弁８Ａが第２位置に移動することによって高くなった背圧ライン９Ａ内の圧力がゼロになる。

ブーム上げ操作が行われるときは、切換弁８Ａは、第２位置に移動し、第１内部流路７１をパイロット流路８１および外部流路７２と接続する。これにより、第２操作時には、右旋回パイロットライン６２を流れるパイロット油の一部が分岐ライン７Ａを通じてタンクへ逃される。すなわち、分岐ライン７Ａでは、旋回操作弁６０から出力されたパイロット圧が第１絞り７３と第２絞り７４の比率で減圧されることによって中間圧Ｐｍが生成される。また、第２位置では、切換弁８Ａは、背圧ライン９Ａを第２内部流路８２と接続し、背圧ライン９Ａを第１絞り７３と第２絞り７４の間で分岐ライン７Ａと連通させる。これにより、第１絞り７３と第２絞り７４の間の中間圧Ｐｍを有するパイロット油の一部が第２パイロットポート６ｂへ出力される。

同様に、切換弁８Ｂは、ブーム上げ操作が行われないときは、第１内部流路７１をパイロット流路８１および外部流路７２から隔離する第１位置に位置する。このため、左旋回パイロットライン６３から分岐ライン７Ｂへのパイロット油の流出が禁止される。これにより、左旋回パイロットライン６３から切換弁８Ｂを介した右旋回パイロットライン６２へのパイロット油の流出も禁止される。また、第１位置では、切換弁８Ｂは、背圧ライン９Ｂを外部流路７２と接続し、背圧ライン９Ｂをタンクと連通させる。このため、次に説明するように切換弁８Ｂが第２位置に移動することによって高くなった背圧ライン９Ｂ内の圧力がゼロになる。

ブーム上げ操作が行われるときは、切換弁８Ｂは、第２位置に移動し、第１内部流路７１をパイロット流路８１および外部流路７２と接続する。これにより、第２操作時には、左旋回パイロットライン６３を流れるパイロット油の一部が分岐ライン７Ｂを通じてタンクへ逃される。すなわち、分岐ライン７Ｂでは、旋回操作弁６０から出力されたパイロット圧が第１絞り７３と第２絞り７４の比率で減圧されることによって中間圧Ｐｍが生成される。また、第２位置では、切換弁８Ｂは、背圧ライン９Ｂを第２内部流路８２と接続し、背圧ライン９Ｂを第１絞り７３と第２絞り７４の間で分岐ライン７Ｂと連通させる。これにより、第１絞り７３と第２絞り７４の間の中間圧Ｐｍを有するパイロット油の一部が第１パイロットポート６ａへ出力される。

以上説明したように、本実施形態の油圧駆動システム１Ｅでは、ブーム上げ操作と右旋回操作または左旋回操作が同時に行われたときには、旋回制御弁６１には旋回操作弁６０から出力されるパイロット圧と切換弁（８Ａまたは８Ｂ）から出力される中間圧Ｐｍが双方向から作用する。すなわち、右旋回操作または左旋回操作によって旋回制御弁６１が作動する圧力がパイロット圧と中間圧Ｐｍの差圧となり、その結果、旋回制御弁６１の開口面積が小さく抑えられる。これにより、第１油圧ポンプ１１（図１参照）からの作動油が旋回制御弁６１を介して軽負荷側の旋回モータ６１へ優先的に流れることを防いで、第１油圧ポンプ１１からの作動油をブーム副制御弁４２を介してブームシリンダ１３に十分に供給することができる。

しかも、ブーム上げ操作が行われないときには、右旋回操作時も左旋回操作時も、旋回操作弁６０と旋回制御弁６１の間を流れるパイロット油は第１絞り７３および第２絞り７４を通過しないため、旋回制御弁６１をスムーズに作動させることができる。

さらには、旋回制御弁６１の開口面積が小さく抑えられれば、その分だけ第１ブリードライン２１上のネガコン圧が大きくなる。その結果、第１油圧ポンプ１１の吐出流量が抑えられる。すなわち、ネガコン方式の制御に必要な構成（例えば、第１油圧ポンプ１１の傾転角を調整する図略のレギュレータのピストン）を合理的に利用して、エネルギー消費を低減することができる。

また、本実施形態では、切換弁８Ａ，８Ｂの内部に第１絞り７３と第２絞り７４の双方が設けられているので、切換弁８Ａ，８Ｂの設計だけで中間圧Ｐｍを設定することができる。

なお、本実施形態でも、切換弁８Ａ，８Ｂおよび選択弁９１に対しては、第１実施形態で説明した変形例が適用可能であることは言うまでもない。

（その他の実施形態）
本発明の切換弁は、必ずしもパイロット式である必要はなく、電磁式であってもよい。切換弁が電磁式である場合は、例えば、ブーム上げパイロットライン（４３または４５）に圧力センサを設け、その圧力センサの検出値と閾値との比較により、切換弁のソレノイドをオンにするかオフにするかを切り換えればよい。ただし、第１および第２実施形態のように、ブーム操作弁４０からのパイロット圧によって作動するパイロット式の切換弁８，８Ａ，８Ｂを用いれば、電気的な制御を行うことなく切換弁を作動させることができる。

また、本発明の第１〜第３操作の組合せは、第１実施形態および第２実施形態に限定されない。すなわち、第２操作により実行される第２動作の負荷が第１操作により実行される第１動作の負荷よりも軽い限り、どのような組み合わせも可能である。例えば、第１操作がブーム上げ操作であり、第２操作がバケットイン操作であり、第３操作がバケットアウト操作であってもよい。あるいは、第１操作がアーム押し操作であり、第２操作がバケットイン操作であり、第３操作がバケットアウト操作であってもよい。あるいは、第１操作が旋回操作であり、第２操作がアーム引き操作であり、第３操作がアーム押し操作であってもよい。その他にも、第１〜第３操作の組合せは、建設機械の種類に応じて適宜選択可能である。

本発明の油圧駆動システムは、油圧ショベル以外にも、油圧クレーンやホイールローダなどの種々の建設機械に対して有用である。

１Ａ〜１Ｅ油圧駆動システム
１０建設機械
１３ブームシリンダ（第１および第２実施形態における第１アクチュエータ）
１４アームシリンダ（第１実施形態における第２アクチュエータ）
１６旋回モータ（第２実施形態における第２アクチュエータ）
４０ブーム操作弁（第１および第２実施形態における第１操作弁）
４１ブーム主制御弁（第１および第２実施形態における第１制御弁）
５０アーム操作弁（第１実施形態における第２操作弁）
５２アーム副制御弁（第１実施形態における第２制御弁）
５５アーム引きパイロットライン（第１実施形態における第１パイロットライン）
５６アーム押しパイロットライン（第１実施形態における第２パイロットライン）
５ａ第１パイロットポート
５ｂ第２パイロットポート
６０旋回操作弁（第２実施形態における第２操作弁）
６１旋回制御弁（第２実施形態における第２制御弁）
６２右旋回パイロットライン（右旋回操作時は第２パイロットライン、左旋回操作時は第１パイロットライン）
６３左旋回パイロットライン（右旋回操作時は第１パイロットライン、左旋回操作時は第２パイロットライン）
６ａ第１パイロットポート
６ｂ第２パイロットポート
７，７Ａ，７Ｂ分岐ライン
７１第１内部流路
７２外部流路
７３第１絞り
７４第２絞り
８，８Ａ，８Ｂ切換弁
８１パイロット流路
８２第２内部流路
９，９Ａ，９Ｂ背圧ライン

Claims

第１操作により第１動作を実行する第１アクチュエータと、
第２操作により前記第１動作よりも負荷の軽い第２動作を実行するとともに第３操作により第３動作を実行する第２アクチュエータと、
前記第１アクチュエータへの作動油の供給を制御する第１制御弁と、
前記第２アクチュエータへの作動油の供給を制御する第２制御弁と、
前記第１操作を受けて前記第１制御弁へパイロット圧を出力する第１操作弁と、
前記第２操作および前記第３操作を受けて前記第２制御弁へパイロット圧を出力する第２操作弁と、前記第２操作弁と前記第２制御弁の前記第２操作用の第１パイロットポートとを接続する第１パイロットラインと、
前記第２操作弁と前記第２制御弁の前記第３操作用の第２パイロットポートとを接続する第２パイロットラインと、
前記第１パイロットラインから分岐する、第１絞りおよび第２絞りが設けられた分岐ラインと、
前記第１操作と前記第２操作が同時に行われるときは、前記第１パイロットラインを流れるパイロット油の一部を前記分岐ラインを通じてタンクへ逃すとともに、前記第１絞りと前記第２絞りの間の中間圧を有するパイロット油の一部を前記第２パイロットポートへ出力し、前記第１操作が行われないときは、前記第１パイロットラインから前記分岐ラインへパイロット油が流出することを禁止するとともに、前記第１パイロットラインから前記第２パイロットポートへパイロット油が流出することを禁止するように構成された切換弁と、
を備える、建設機械の油圧駆動システム。
前記切換弁から出力されるパイロット油を前記第２パイロットラインの一部を通じてまたは前記第２パイロットラインとは独立して前記第２パイロットポートへ導くことが可能な背圧ラインをさらに備え、
前記切換弁は、前記第１操作が行われるときは、前記背圧ラインに前記第１絞りと前記第２絞りの間の中間圧を有するパイロット油の一部を導き、前記第１操作が行われないときは、前記背圧ラインをタンクと連通させる、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記分岐ラインは、前記切換弁に設けられた第１内部流路と、前記切換弁からタンクへ延びる外部流路と、を含み、
前記切換弁には、前記第１内部流路から分岐する第２内部流路が設けられており、
前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記背圧ラインを前記外部流路と接続し、前記第１操作が行われるときは前記背圧ラインを前記第２内部流路と接続するとともに前記第１内部流路を前記外部流路と接続する、請求項２に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記切換弁には、前記第１パイロットラインの一部を構成するパイロット流路が設けられており、
前記第１内部流路は前記パイロット流路から分岐し、前記第１内部流路には、前記第２内部流路の分岐点よりも上流側に前記第１絞りが設けられており、
前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記第１内部流路を前記パイロット流路から隔離し、前記第１操作が行われるときは前記第１内部流路を前記パイロット流路と接続する、請求項３に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記第１内部流路には、前記第２内部流路の分岐点よりも下流側に前記第２絞りが設けられている、請求項３または４に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記分岐ラインは、前記切換弁の外部で前記パイロットラインから分岐して前記切換弁につながる上流流路を含み、
前記切換弁は、前記第１操作が行われないときは前記上流流路を遮断し、前記第１操作が行われるときは前記上流流路を前記第１内部流路と接続する、請求項３に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記建設機械は油圧ショベルであり、
前記第１操作がブーム上げ操作であり、前記第２操作がアーム引き操作、バケットイン操作または旋回操作である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記建設機械は油圧ショベルであり、
前記第１操作がアーム押し操作であり、前記第２操作がバケットイン操作である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記建設機械は油圧ショベルであり、
前記第１操作が旋回操作であり、前記第２操作がアーム引き操作である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記切換弁は、前記第１操作が行われたときに前記第１操作弁から出力されるパイロット圧によって作動するパイロット式のものである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
傾転角に応じた流量の作動油を吐出する油圧ポンプをさらに備え、
前記第１制御弁および前記第２制御弁は、前記油圧ポンプから延びるブリードライン上に配置されており、
前記油圧ポンプの吐出流量がネガティブコントロール方式又はポジティブコントロール方式で制御される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。