JP6776334B2 - ショベル及びショベル用コントロールバルブ - Google Patents

Description

本発明は、油圧シリンダから作動油タンクに流れる作動油の流量を調整する制御弁を備えたショベル及びそのショベルに搭載されるショベル用コントロールバルブに関する。

油圧シリンダから作動油タンクに流れる作動油の流量を調整する制御弁を備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。

この制御弁は、油圧シリンダと作動油タンクとを連通させる内部流路を含む弁位置を切換可能に有する。その内部流路には油圧シリンダの動作速度を抑制できるように第１絞りが形成されている。

さらに、特許文献１のショベルは、制御弁と作動油タンクとの間の戻り油ラインに切換弁を備える。切換弁は、第２絞りのある内部流路を含む弁位置と第２絞りのない内部流路を含む弁位置とを切換可能である。

この構成により、特許文献１のショベルは、直列に接続された第１絞りと第２絞りを含む流路を通じて油圧シリンダから作動油タンクに作動油を流すことができる。その結果、第１絞りの開口面積を大きめに設定することができ、切換弁がない場合に比べ、作動油が第１絞りを通過する際の流体音を低減させている。

実開平４−２５００１号公報

しかしながら、特許文献１のショベルは、油圧シリンダから作動油タンクに作動油を流す際に絞りを通過させることに変わりはない。そのため、例えば、空中でアームを閉じる場合にはアームの閉じ速度を適切に抑制できるが、掘削作業のためにアームを閉じる場合には絞りで不必要な圧力損失を発生させてしまう。

上述に鑑み、油圧シリンダから作動油タンクに作動油を流す際に発生する圧力損失を必要に応じて低減させるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体上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エンジンと、前記エンジンに連結された油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動されて作業要素を動かす油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を制御する第１制御弁と、前記油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する第２制御弁と、前記第２制御弁の開閉を制御する制御装置と、を有し、前記第１制御弁及び前記第２制御弁は、ショベル用コントロールバルブのバルブブロック内に形成されている。

上述の手段により、油圧シリンダから作動油タンクに作動油を流す際に発生する圧力損失を必要に応じて低減させるショベルを提供できる。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す概略図である。 コントロールバルブの部分断面図である。 第２制御弁の部分断面図である。 アーム用第１制御弁の部分断面図である。 メータアウト処理の一例の流れを示すフローチャートである。 高負荷作業が行われているときの状態を示すコントロールバルブの部分断面図である。 低負荷作業が行われているときの状態を示すコントロールバルブの部分断面図である。

最初に、図１を参照して、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）について説明する。図１は、ショベルの側面図である。図１に示す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が搭載されている。上部旋回体３には、作業要素としてのブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、作業要素としてのアーム５が取り付けられ、アーム５の先端に作業要素及び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、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、キャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。

図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、太実線、破線、及び点線で示す。

ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、圧力センサ２９、コントローラ３０、及び、圧力制御弁３１を含む。

エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施例では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作する内燃機関としてのディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

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。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施例では、レギュレータ１３は、例えば、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの制御信号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。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６及び圧力制御弁３１を含む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、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４が吐出する作動油の流れを制御する第１制御弁（第１スプール弁）としての制御弁１７１〜１７６と第２制御弁（第２スプール弁）としての制御弁１７７とを含む。そして、コントロールバルブ１７は、それら制御弁１７１〜１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。制御弁１７１〜１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、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、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７７を通じ、油圧アクチュエータから流出する作動油を作動油タンクに選択的に流出させる。制御弁１７７は、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

圧力センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する。圧力センサ２９は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０は、作業内容判定部３００及びメータアウト制御部３０１のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、それぞれに対応する処理をＣＰＵに実行させる。

具体的には、コントローラ３０は、各種センサの出力に基づいて作業内容判定部３００及びメータアウト制御部３０１のそれぞれによる処理を実行する。その後、コントローラ３０は、作業内容判定部３００及びメータアウト制御部３０１のそれぞれの処理結果に応じた制御信号を適宜にレギュレータ１３、圧力制御弁３１等に対して出力する。

例えば、作業内容判定部３００は、アーム５の閉じ動作が掘削作業等の高負荷作業のための動作であるか或いは均し作業等の低負荷作業のための動作であるかを判定する。本実施例では、作業内容判定部３００は、アームシリンダ８のボトム側油室の圧力を検出するアームボトム圧センサの検出値が所定値以上の場合に高負荷作業のための動作であると判定する。そして、高負荷作業であると作業内容判定部３００が判定した場合、メータアウト制御部３０１は圧力制御弁３１に対して制御指令を出力する。

圧力制御弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。本実施例では、圧力制御弁３１は、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５からコントロールバルブ１７内の制御弁１７７のパイロットポートに導入される制御圧を調整する電磁弁である。コントローラ３０は、例えば、アームシリンダ８のロッド側油室と作動油タンクとを繋ぐ管路に設置されている制御弁１７７を作動させて制御弁１７７に関する流路の開口面積を増大させる。この構成により、コントローラ３０は、高負荷作業のためにアーム５を閉じる際にアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに流れる作動油が発生させる圧力損失を低減できる。

作業内容判定部３００は、ブーム４の下げ動作が高負荷作業のための動作であるか或いは低負荷作業のための動作であるかを判定してもよい。この場合、作業内容判定部３００は、ブームシリンダ７のロッド側油室の圧力を検出するブームロッド圧センサの検出値が所定値以上の場合に高負荷作業のための動作であると判定する。そして、高負荷作業であると作業内容判定部３００が判定した場合、メータアウト制御部３０１は圧力制御弁３１に対して制御指令を出力する。圧力制御弁３１は、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクとを繋ぐ管路に設置されている制御弁１７７を作動させて制御弁１７７に関する流路の開口面積を増大させる。この構成により、コントローラ３０は、高負荷作業のためにブーム４を下げる際にブームシリンダ７のボトム側油室から作動油タンクに流れる作動油が発生させる圧力損失を低減できる。

作業内容判定部３００は、ブーム下げ時に回生が行われているか否かを判定してもよい。ブーム下げ時の回生は、例えば、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油をアームシリンダ８のロッド側油室に流入させてアーム５を開く制御である。作業内容判定部３００は、例えば圧力センサ２９の出力に基づいてブーム下げ時の回生が行われているか否かを判定する。そして、ブーム下げ時の回生が行われていると作業内容判定部３００が判定した場合、メータアウト制御部３０１はブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクとを繋ぐ管路に設置されている制御弁に関する流路の開口面積を低減させる。例えば、メータアウト制御部３０１は、ブームシリンダ７のボトム側油室から第１制御弁（制御弁１７５）への作動油の流れを任意の手段で遮断する。そして、圧力制御弁３１に対して制御指令を出力し、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクとを繋ぐ管路に設置されている第２制御弁（制御弁１７７）に関する流路の開口面積を調整する。典型的には、第２制御弁に関する流路の開口面積は、ブーム下げ時の回生が行われていないと判定されたときの第１制御弁に関する流路の開口面積より小さくなるように調整される。この構成により、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のボトム側油室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量（回生量）を増大させることができる。

次に図３を参照し、ショベルに搭載される油圧システムの詳細について説明する。図３は、図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す概略図である。図３は、図２と同様に、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインを、それぞれ二重線、太実線、破線、及び点線で示す。

図３において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、図２のメインポンプ１４に対応する。

センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ａ及び１７６Ａを通る作動油ラインである。センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｂ及び１７６Ｂを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ａへ供給し、且つ、左側走行用油圧モータ１Ａ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スプール弁である。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｂへ供給し、且つ、右側走行用油圧モータ１Ｂ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スプール弁である。

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スプール弁である。

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のスプール弁である。

制御弁１７５Ａ、１７５Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、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ブーム用第１制御弁としてのスプール弁である。本実施例では、制御弁１７５Ａは、ブーム４の上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム４の下げ操作が行われた場合には作動しない。

制御弁１７６Ａ、１７６Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、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アーム用第１制御弁としてのスプール弁である。

制御弁１７７Ａは、アームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を制御するアーム用第２制御弁としてのスプール弁である。制御弁１７７Ｂは、ブームシリンダ７のボトム側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を制御するブーム用第２制御弁としてのスプール弁である。制御弁１７７Ａ、１７７Ｂは図２の制御弁１７７に対応する。

制御弁１７７Ａ、１７７Ｂは、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。制御弁１７７Ａ、１７７Ｂ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。

パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ａの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｂの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、例えば、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、図２のレギュレータ１３に対応する。具体的には、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、例えば、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧が所定値以上となった場合にメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ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。

アーム操作レバー２６Ａは、操作装置２６の一例であり、アーム５を操作するために用いられる。アーム操作レバー２６Ａは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６Ａ、１７６Ｂのパイロットポートに導入させる。具体的には、アーム操作レバー２６Ａは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ａの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｂの左側パイロットポートに作動油を導入させる。アーム操作レバー２６Ａは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ａの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｂの右側パイロットポートに作動油を導入させる。

ブーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６の一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。ブーム操作レバー２６Ｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５Ａ、１７５Ｂのパイロットポートに導入させる。具体的には、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム上げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ａの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｂの左側パイロットポートに作動油を導入させる。一方、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム下げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ａの左側パイロットポートに作動油を導入させることなく、制御弁１７５Ｂの右側パイロットポートにのみ作動油を導入させる。

圧力センサ２９Ａ、２９Ｂは、圧力センサ２９の一例であり、アーム操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

左右走行レバー（又はペダル）、バケット操作レバー、及び旋回操作レバー（何れも図示せず。）はそれぞれ、下部走行体１の走行、バケット６の開閉、及び、上部旋回体３の旋回を操作するための操作装置である。これらの操作装置は、アーム操作レバー２６Ａと同様に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量（又はペダル操作量）に応じた制御圧を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁の左右何れかのパイロットポートに導入させる。これらの操作装置のそれぞれに対する操作者の操作内容は、圧力センサ２９Ａの場合と同様、対応する圧力センサによって圧力の形で検出され、検出値がコントローラ３０に対して出力される。

コントローラ３０は、圧力センサ２９Ａ等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに対して制御信号を出力し、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を変化させる。

圧力制御弁３１Ａ、３１Ｂは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５から制御弁１７７Ａ、１７７Ｂのパイロットポートに導入される制御圧を調整する。圧力制御弁３１Ａ、３１Ｂは、図２の圧力制御弁３１に対応する。

圧力制御弁３１Ａは、制御弁１７７Ａを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように制御圧を調整可能である。圧力制御弁３１Ｂは、制御弁１７７Ｂを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように制御圧を調整可能である。

ここで、図３の油圧システムで採用されるネガティブコントロール制御（以下、「ネガコン制御」とする。）について説明する。

センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒは、最も下流にある制御弁１７６Ａ、１７６Ｂのそれぞれと作動油タンクとの間にネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒを備える。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出した作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒで制限される。そして、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒは、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる。

破線で示されるネガコン圧管路４１Ｌ、４１Ｒは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生させたネガコン圧をレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに伝達するためのパイロットラインである。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、ネガコン圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。本実施例では、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、導入されるネガコン圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を減少させ、導入されるネガコン圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させる。

具体的には、図３で示されるように、ショベルにおける油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒを通ってネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る。そして、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。

一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る量を減少或いは消失させ、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を低下させる。その結果、低下したネガコン圧を受けるレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機モードにおいては、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒにおける無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒで発生させるポンピングロスを含む。

図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できるようにする。

次に図４〜図６を参照し、制御弁１７７Ａ及び制御弁１７７Ｂ（図４では不可視。）の構成について説明する。図４はコントロールバルブ１７の部分断面図である。図５は図４の一点鎖線で示す線分Ｌ１を含む平面を−Ｘ側から見た制御弁１７７Ａ及び制御弁１７７Ｂの部分断面図である。図６は図４の二点鎖線で示す線分Ｌ２を含む平面を−Ｘ側から見た制御弁１７６Ａの部分断面図である。図４は、図５の一点鎖線で示す線分Ｌ３と図６の一点鎖線で示す線分Ｌ４とを含む平面を＋Ｚ側から見た部分断面図に相当する。図４の太い実線矢印はセンターバイパス管路４０Ｌにおける作動油の流れを示す。

本実施例では、制御弁１７５Ａ、制御弁１７６Ａ、制御弁１７７Ａ、及び制御弁１７７Ｂはコントロールバルブ１７のバルブブロック１７Ｂ内に形成されている。制御弁１７７Ａ及び制御弁１７７Ｂは、制御弁１７５Ａと制御弁１７６Ａとの間に配置されている。すなわち、制御弁１７７Ａ及び制御弁１７７Ｂは制御弁１７５Ａの＋Ｘ側で且つ制御弁１７６Ａの−Ｘ側に配置されている。

図４に示すように、センターバイパス管路４０Ｌは、制御弁１７５Ａのスプールの下流側で左右２つの管路に分岐し、その後に合流して１つの管路に戻る。そして、１つの管路の状態で次の制御弁１７６Ａに通じている。アーム操作レバー２６Ａ及びブーム操作レバー２６Ｂが何れも中立状態の場合、センターバイパス管路４０Ｌを流れる作動油は、図４の太い実線矢印で示すように、各制御弁のスプールを横切ってその下流側に流れる。

制御弁１７７Ｂは、図５に示すように、制御弁１７７Ａの＋Ｚ側に配置されている。図５は、制御弁１７７Ａが開度０％の第１弁位置にあり、制御弁１７７Ｂが開度１００％の第２弁位置にあることを示す。制御弁１７７Ａは、第１弁位置のときにメータアウト管路４５と戻り油管路４９との連通を遮断する。そして、圧力制御弁３１Ａが生成する制御圧の上昇に応じてバネ１７７Ａｓが収縮すると−Ｙ側に移動してメータアウト管路４５と戻り油管路４９とを繋ぐ流路の開口面積を増大させる。メータアウト管路４５は、アームシリンダ８のロッド側油室と制御弁１７７Ａとを繋ぐ管路である。同様に、制御弁１７７Ｂは、第１弁位置のときにメータアウト管路４６と戻り油管路４９との連通を遮断する。そして、圧力制御弁３１Ｂが生成する制御圧の上昇に応じてバネ１７７Ｂｓが収縮すると−Ｙ側に移動してメータアウト管路４６と戻り油管路４９とを繋ぐ流路の開口面積を増大させる。メータアウト管路４６は、ブームシリンダ７のボトム側油室と制御弁１７７Ｂとを繋ぐ管路である。

制御弁１７６Ａのスプールは、図６の双方向矢印で示すように、アーム操作レバー２６Ａが閉じ方向に操作された場合に−Ｙ側に移動し、開き方向に操作された場合に＋Ｙ側に移動する。アーム操作レバー２６Ａが操作されている場合、センターバイパス管路４０Ｌの作動油は、制御弁１７６Ａのスプールによって遮断され、その下流側には流れない。制御弁１７６Ａは、パラレル管路４２Ｌがブリッジ管路４４Ｌを介してアームボトム管路４７Ｂ及びアームロッド管路４７Ｒの何れか一方に選択的に連通可能となるように構成されている。具体的には、スプールが−Ｙ方向に移動すると、センターバイパス管路４０Ｌが遮断される。そして、スプールに形成された溝によってブリッジ管路４４Ｌとアームボトム管路４７Ｂとが連通され、且つ、アームロッド管路４７Ｒと戻り油管路４９とが連通される。そして、パラレル管路４２Ｌを流れる作動油が接続管路４２Ｌａ、ブリッジ管路４４Ｌ、及びアームボトム管路４７Ｂを通ってアームシリンダ８のボトム側油室に流入する。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がアームロッド管路４７Ｒ及び戻り油管路４９を通って作動油タンクに排出される。その結果、アームシリンダ８が伸張してアーム５が閉じられる。或いは、スプールが＋Ｙ方向に移動すると、センターバイパス管路４０Ｌが遮断される。そして、スプールに形成された溝によってブリッジ管路４４Ｌとアームロッド管路４７Ｒとが連通され、且つ、アームボトム管路４７Ｂと戻り油管路４９とが連通される。そして、パラレル管路４２Ｌを流れる作動油が接続管路４２Ｌａ、ブリッジ管路４４Ｌ、及びアームロッド管路４７Ｒを通ってアームシリンダ８のロッド側油室に流入する。また、アームシリンダ８のボトム側油室から流出する作動油がアームボトム管路４７Ｂ及び戻り油管路４９を通って作動油タンクに排出される。その結果、アームシリンダ８が収縮してアーム５が開かれる。

次に図７〜図９を参照し、コントローラ３０が制御弁１７７Ａの開閉を制御する処理（以下、「メータアウト処理」とする。）について説明する。図７はメータアウト処理の流れを示すフローチャートである。アーム閉じ操作中、コントローラ３０は所定の制御周期で繰り返しこのメータアウト処理を実行する。図８及び図９は、図４に対応し、アーム操作レバー２６Ａが操作されたときのコントロールバルブ１７の状態を示す。そして、図８は高負荷作業が行われているときの状態を示し、図９は低負荷作業が行われているときの状態を示す。

アーム操作レバー２６Ａがアーム閉じ方向に操作されると、制御弁１７６Ａは図８及び図９の矢印ＡＲ１で示すように−Ｙ方向に移動してセンターバイパス管路４０Ｌを遮断する。また、制御弁１７６Ａのスプールに形成された溝によってブリッジ管路４４Ｌとアームボトム管路４７Ｂとが連通され、且つ、アームロッド管路４７Ｒと戻り油管路４９とが連通される。そして、パラレル管路４２Ｌを流れる作動油が接続管路４２Ｌａ、ブリッジ管路４４Ｌ、及びアームボトム管路４７Ｂを通ってアームシリンダ８のボトム側油室に流入する。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がアームロッド管路４７Ｒ及び戻り油管路４９を通って作動油タンクに排出される。その結果、アームシリンダ８が伸張してアーム５が閉じられる。図８及び図９は、パラレル管路４２Ｌ及びブリッジ管路４４Ｌを流れる作動油を太い点線矢印で表す。また、ブリッジ管路４４Ｌからアームボトム管路４７Ｂに流れる作動油、及び、アームロッド管路４７Ｒから戻り油管路４９に流れる作動油を太い実線矢印で表す。

メータアウト処理では、図７に示すようにコントローラ３０の作業内容判定部３００はアーム閉じによる高負荷作業が行われているか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、アームボトム圧センサの検出値が所定値以上の場合にアーム閉じによる高負荷作業が行われていると判定する。

アーム閉じによる高負荷作業が行われていると作業内容判定部３００が判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０のメータアウト制御部３０１は、メータアウト管路４５と戻り油管路４９とを繋ぐ流路の開口面積を増大させる（ステップＳ２）。本実施例では、メータアウト制御部３０１は、圧力制御弁３１Ａに対して電流指令を出力することで、圧力制御弁３１Ａが生成する制御圧を上昇させる。制御弁１７７Ａは、図８の矢印ＡＲ２で示すように、制御圧の上昇に応じて−Ｙ側に移動し、メータアウト管路４５と戻り油管路４９とを繋ぐ流路の開口面積を増大させる。その結果、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、その大部分がメータアウト管路４５及び戻り油管路４９を通って作動油タンクに排出される。図８は、アームロッド管路４７Ｒからメータアウト管路４５を通って戻り油管路４９に流れる作動油を太い破線矢印で表す。この構成により、コントローラ３０は、アームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに作動油を流出させる際に発生する圧力損失を低減でき、高負荷作業の際に油圧エネルギが無駄に消費されてしまうのを防止できる。

アーム閉じによる低負荷作業が行われていると作業内容判定部３００が判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、メータアウト制御部３０１は、メータアウト管路４５と戻り油管路４９とを繋ぐ流路の開口面積を増大させない。制御弁１７７Ａは、図９に示すように静止したままとなり、メータアウト管路４５と戻り油管路４９とを繋ぐ流路を連通させない。その結果、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、その全てが制御弁１７６Ａのスプールに形成された溝によって連通されるアームロッド管路４７Ｒと戻り油管路４９とを繋ぐ流路を通って作動油タンクに排出される。この構成により、コントローラ３０は、アームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を適切に制限することができ、低負荷作業の際にアーム５の動きが過度に速まってしまうのを防止できる。

上述の実施例では、コントローラ３０は、アーム閉じによる高負荷作業が行われていると判定した場合に制御弁１７７Ａを制御して開口面積を増大させることでアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに作動油を流出させる際に発生する圧力損失を低減させる。この処理はブーム下げを伴う高負荷作業が行われていると判定した場合においても実行される。具体的には、コントローラ３０は、ブーム下げを伴う高負荷作業が行われていると判定した場合に制御弁１７７Ｂを制御して開口面積を増大させることでブームシリンダ７のボトム側油室から作動油タンクに作動油を流出させる際に発生する圧力損失を低減させる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、制御弁１７７はコントロールバルブ１７のバルブブロック１７Ｂ内に組み込まれている。そのため、バルブブロック１７Ｂの外部に制御弁１７７を取り付ける必要がなく、制御弁１７７を含む低コストでコンパクトな油圧システムを実現できる。但し、バルブブロック１７Ｂの外部に制御弁１７７を取り付ける構成を排除しない。すなわち、制御弁１７７はバルブブロック１７Ｂの外部に設置されていてもよい。

また、上述の実施例では、各油圧アクチュエータに対応する第１スプール弁で個別にブリードオフ制御を実行する構成が採用されているが、センターバイパス管路と作動油タンクとの間に設けられた統一ブリードオフ弁を用いて複数の油圧アクチュエータに関するブリードオフ制御を統一的に実行する構成が採用されてもよい。この場合、各第１スプール弁が中立位置から移動した場合であってもセンターバイパス管路の流路面積が低減しないよう、すなわち、各第１スプール弁がセンターバイパス管路を遮断しないように構成される。この統一ブリードオフ弁が用いられた場合であっても、本願発明の適用に際しては、センターバイパス管路とは別に、パラレル管路が形成される。

本願は、２０１６年３月２２日に出願した日本国特許出願２０１６−０５７３３７号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１・・・下部走行体 １Ａ・・・左側走行用油圧モータ １Ｂ・・・右側走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ 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 １３、１３Ｌ、１３Ｒ・・・レギュレータ １４、１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ １７Ｂ・・・バルブブロック １８Ｌ、１８Ｒ・・・ネガティブコントロール絞り ２６・・・操作装置 ２６Ａ・・・アーム操作レバー ２６Ｂ・・・ブーム操作レバー ２９、２９Ａ、２９Ｂ・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ３１、３１Ａ、３１Ｂ・・・圧力制御弁 ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路 ４１Ｌ、４１Ｒ・・・ネガコン圧管路 ４２Ｌ、４２Ｒ・・・パラレル管路 ４３Ｌ、４４Ｌ・・・ブリッジ管路 ４５、４６・・・メータアウト管路 ４７Ｂ・・・アームボトム管路 ４７Ｒ・・・アームロッド管路 ４８・・・ブームボトム管路 ４９・・・戻り油管路 １７１〜１７４、１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ、１７７Ａ、１７７Ｂ・・・制御弁 ３００・・・作業内容判定部 ３０１・・・メータアウト制御部

Claims (10)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体上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エンジンと、
   前記エンジンに連結された油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動されて作業要素を動かす油圧アクチュエータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を制御する第１制御弁と、
   前記油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する第２制御弁と、
   前記第２制御弁の開閉を制御する制御装置と、を有し、
   前記第１制御弁及び前記第２制御弁は、ショベル用コントロールバルブのバルブブロック内に形成されている、
   ショベル。
2. 前記第１制御弁は、前記油圧ポンプからブームシリンダに流れる作動油の流量を制御するブーム用第１制御弁と、前記油圧ポンプからアームシリンダに流れる作動油の流量を制御するアーム用第１制御弁とを含み、
   前記第２制御弁は、前記ブームシリンダから前記作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するブーム用第２制御弁と、前記アームシリンダから前記作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するアーム用第２制御弁との少なくとも一方を含む、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記ブーム用第１制御弁、前記ブーム用第２制御弁、前記アーム用第１制御弁、及び前記アーム用第２制御弁の少なくとも１つは前記ショベル用コントロールバルブの前記バルブブロック内に形成され、
   前記ブーム用第２制御弁及び前記アーム用第２制御弁の少なくとも１つは、前記ブーム用第１制御弁と前記アーム用第１制御弁との間に配置される、
   請求項２に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、前記油圧アクチュエータによって動かされる前記作業要素による掘削が行われているか否かを判定し、掘削が行われていると判定した場合に前記第２制御弁の開口面積を増大させる、
   請求項１に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、前記油圧アクチュエータから流出する作動油を別の油圧アクチュエータに供給する回生が行われているか否かを判定し、回生が行われていると判定した場合に前記第２制御弁の開口面積を調整して回生量を増大させる、
   請求項１に記載のショベル。
6. 下部走行体と、前記下部走行体上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エンジンと、前記エンジンに連結された油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動されて作業要素を動かす油圧アクチュエータと、を備えたショベルにおけるショベル用コントロールバルブであって、
   前記ショベル用コントロールバルブは、
   バルブブロックと、
   前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を制御する第１スプール弁と、
   前記油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する第２スプール弁と、を有し、
   前記第１スプール弁及び前記第２スプール弁は、前記ショベル用コントロールバルブの前記バルブブロック内に形成されている、
   ショベル用コントロールバルブ。
7. 前記第２スプール弁は、ブームシリンダから前記作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するブーム用第２制御弁である、
   請求項６に記載のショベル用コントロールバルブ。
8. 前記第１スプール弁は、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダに流れる作動油の流量を制御するブーム用第１制御弁と、前記油圧ポンプからアームシリンダに流れる作動油の流量を制御するアーム用第１制御弁と、を含み、
   前記ブーム用第２制御弁は、前記ブーム用第１制御弁と前記アーム用第１制御弁との間に配置されている、
   請求項７に記載のショベル用コントロールバルブ。
9. 前記第２スプール弁は、アームシリンダから前記作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するアーム用第２制御弁である、
   請求項６に記載のショベル用コントロールバルブ。
10. 前記第１スプール弁は、前記油圧ポンプからブームシリンダに流れる作動油の流量を制御するブーム用第１制御弁と、前記油圧ポンプから前記アームシリンダに流れる作動油の流量を制御するアーム用第１制御弁と、を含み、
    前記アーム用第２制御弁は、前記ブーム用第１制御弁と前記アーム用第１制御弁との間に配置されている、
    請求項９に記載のショベル用コントロールバルブ。

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