JP7263003B2 - 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、１つの油圧ポンプが吐出する作動油を複数の油圧アクチュエータに同時に供給可能な油圧システム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。

複数の油圧アクチュエータに作動油を給排する複数のスプール弁を貫通するセンターバイパス管路を備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。

このショベルは、各油圧アクチュエータに対応するスプール弁で個別にブリードオフ制御を実行する代わりに、センターバイパス管路の最下流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。そのため、各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に構成されている。

また、アーム操作レバーが操作されたときにパラレル管路を通ってアームシリンダに流入する作動油の流量を制限できるポペット型制御弁を備えている。

この構成により、特許文献１のショベルは、アーム閉じ及びブーム上げを含む複合動作の際に、比較的低い負荷圧のアームシリンダにメインポンプが吐出する作動油の大部分が流入してしまうのを防止できるようにしている。

特開２０１４－１７６９号公報

しかしながら、特許文献１のショベルは、ポペット型制御弁を用いるため、アームシリンダに流入する作動油の流量を適切に制限できないおそれがある。そのため、複合動作の際に複数の油圧アクチュエータに作動油を適切に分配できないおそれがある。

上述に鑑み、複合動作の際に複数の油圧アクチュエータに作動油をより適切に分配でき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、センターバイパス管路に配置され、前記油圧ポンプからブリッジ管路を介して前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を前記ブリッジ管路と前記油圧アクチュエータへの管路との連通・遮断状態により制御する第１スプール弁と、前記センターバイパス管路に対して並行するパラレル管路に配置された、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２スプール弁と、前記第２スプール弁の動きを制御する制御装置と、を有し、前記第１スプール弁及び前記第２スプール弁はコントロールバルブのバルブブロック内に形成され、前記第１スプール弁は、戻り油管路と交差するように配置され、前記第２スプール弁は、前記第２スプール弁により流量が制限される前記第１スプール弁の上流において戻り油管路と交差するように配置され且つ前記戻り油管路を遮断しないように溝が形成され、前記第２スプール弁からの作動油は、前記第１スプール弁の前記ブリッジ管路に供給され、前記第２スプール弁の前記コントロールバルブ内における第２スプールの長さは、前記第１スプール弁の前記コントロールバルブ内における第１スプールの長さよりも短く、前記第１スプールと前記第２スプールとはそれぞれの軸線が平行になるように配置されている。

上述の手段により、複合動作の際に複数の油圧アクチュエータに作動油をより適切に分配でき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スプール弁の部分断面図である。 アーム用第１スプール弁の部分断面図である。 負荷圧調整処理の一例の流れを示すフローチャートである。 負荷圧調整前の状態を示すコントロールバルブの部分断面図である。 負荷圧調整後の状態を示すコントロールバルブの部分断面図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの別の構成例を示す概略図である。 アーム用第１スプール弁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スプール弁としての制御弁１７１～１７６と第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及び負荷圧調整部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及び負荷圧調整部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及び負荷圧調整部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、各種センサの出力に基づいて不均衡な複合動作が行われているか否かを判定する。本実施例では、作業内容判定部３００は、圧力センサ２９の出力に基づいてブーム上げ操作及びアーム閉じ操作が行われていると判定し、且つ、アームロッド圧がブームボトム圧未満であると判定した場合に、不均衡な複合動作が行われていると判定する。ブーム４の上げ速度が遅くアーム５の閉じ速度が速いと推定できるためである。アームロッド圧は、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力であり、アームロッド圧センサによって検出される。ブームボトム圧は、ブームシリンダ７のボトム側油室の圧力であり、ブームボトム圧センサによって検出される。そして、不均衡な複合動作が行われていると作業内容判定部３００が判定した場合、負荷圧調整部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に作動油を供給するパラレル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低減させる。この構成により、コントローラ３０は、アーム閉じ及びブーム上げを含む複合動作の際に、比較的低い負荷圧のアームシリンダ８にメインポンプ１４が吐出する作動油の大部分が流入してしまうのを防止できる。制御弁１７７は、制御弁１７６とアームシリンダ８のロッド側油室との間に設置されていてもよい。

圧力制御弁３１は、バケット６の開閉を含む複合動作の際に、比較的低い負荷圧のバケットシリンダ９に作動油の大部分が流入してしまわないよう、バケットシリンダ９に作動油を供給するパラレル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てもよい。同様に、圧力制御弁３１は、ブーム４の上げ下げを含む複合動作の際に、比較的低い負荷圧のブームシリンダ７に作動油の大部分が流入してしまわないよう、ブームシリンダ７に作動油を供給するパラレル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てもよい。

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スプール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スプール弁としてのスプール弁である。

制御弁１７７は、パラレル管路４２Ｒを通って制御弁１７６Ｂに流れる作動油の流量を制御するアーム用第２スプール弁としてのスプール弁である。制御弁１７７は、最大開口面積（例えば開度１００％）の第１弁位置と最小開口面積（例えば開度１０％）の第２弁位置とを有する。制御弁１７７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。制御弁１７７は、制御弁１７６Ｂとアームシリンダ８との間に設置されていてもよい。

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。圧力制御弁３１は、制御弁１７７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１７７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１７７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１７６Ｂ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４０Ｒにおける作動油の流れを示す。

本実施例では、制御弁１７５Ｂ、制御弁１７６Ｂ、及び制御弁１７７はコントロールバルブ１７のバルブブロック１７Ｂ内に形成されている。制御弁１７７は、制御弁１７５Ｂと制御弁１７６Ｂとの間に配置されている。すなわち、制御弁１７７は制御弁１７５Ｂの＋Ｘ側で且つ制御弁１７６Ｂ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４０Ｒは、制御弁１７５Ｂ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１７６Ｂ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４０Ｒ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１７７は、図５に示すように、センターバイパス管路４０Ｒの－Ｙ側に配置されている。図５は、制御弁１７７が開度１００％の第１弁位置にあることを示す。制御弁１７７は、第１弁位置のときに、ブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を最大にして作動油が最も流れ易い状態を創出する。そして、圧力制御弁３１が生成する制御圧の上昇に応じてバネ１７７ｓが収縮すると＋Ｙ側に移動してブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を低減させて作動油を流れ難くする。ブリッジ管路４２Ｒｕ及びブリッジ管路４２Ｒｄはパラレル管路４２Ｒの一部であり、制御弁１７７の下流にあるブリッジ管路４２Ｒｄにはポペット型チェック弁４２Ｒｃが設置されている。ポペット型チェック弁４２Ｒｃは、ブリッジ管路４２Ｒｕからブリッジ管路４２Ｒｄに向かって作動油が逆流するのを防止する。

制御弁１７６Ｂ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。制御弁１７６Ｂは、パラレル管路４２Ｒがアーム用ブリッジ管路４４Ｒ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。本実施例では、アーム用ブリッジ管路４４Ｒの断面形状（図６参照。）は、ブリッジ管路４２Ｒｕ及びブリッジ管路４２Ｒｄの断面形状を含むように、且つ、Ｚ軸方向における位置（高さ）が同じに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４０Ｒが遮断される。そして、スプールに形成された溝によってアーム用ブリッジ管路４４Ｒ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４２Ｒを流れる作動油が接続管路４２Ｒａ、アーム用ブリッジ管路４４Ｒ、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４０Ｒが遮断される。そして、スプールに形成された溝によってアーム用ブリッジ管路４４Ｒ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４２Ｒを流れる作動油が接続管路４２Ｒａ、アーム用ブリッジ管路４４Ｒ、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１７７に関する流路の開口面積を低減させて負荷圧の不均衡を調整する処理（以下、「負荷圧調整処理」とする。）について説明する。図７は負荷圧調整処理の流れを示すフローチャートである。ブーム上げ及びアーム閉じの複合動作中、コントローラ３０は所定の制御周期で繰り返しこの負荷圧調整処理を実行する。図８及び図９は、図４に対応し、アーム操作レバー２６Ａ及びブーム操作レバー２６Ｂ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は負荷圧調整処理を実行していないときの状態を示し、図９は負荷圧調整処理を実行しているときの状態を示す。

ブーム操作レバー２６Ｂがブーム上げ方向に操作されると、制御弁１７５Ｂ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４０Ｒを遮断する。これにより、センターバイパス管路４０Ｒの作動油は、制御弁１７５Ｂのスプールによって遮断され、その下流側には流れない。また、制御弁１７５Ｂのスプールに形成された溝によってブーム用ブリッジ管路４３Ｒとブームボトム管路４８Ｂとが連通され、且つ、ブームロッド管路４８Ｒと戻り油管路４９とが連通される。そして、パラレル管路４２Ｒを流れる作動油が接続管路４２Ｒａ、ブーム用ブリッジ管路４３Ｒ、及びブームボトム管路４８Ｂを通ってブームシリンダ７のボトム側油室に流入する。また、ブームシリンダ７のロッド側油室から流出する作動油がブームロッド管路４８Ｒ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、ブームシリンダ７が伸張してブーム４が上げられる。図８及び図９は、パラレル管路４２Ｒ及びブーム用ブリッジ管路４３Ｒを流れる作動油を細い点線矢印で表す。また、ブーム用ブリッジ管路４３Ｒからブームボトム管路４８Ｂに流れる作動油、及び、ブームロッド管路４８Ｒから戻り油管路４９に流れる作動油を細い実線矢印で表す。矢印の太さは作動油の流量を表し、矢印が太いほど流量が大きいことを表す。

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１７６Ｂは図８及び図９の矢印ＡＲ２で示すように－Ｙ方向に移動してセンターバイパス管路４０Ｒを遮断する。これにより、センターバイパス管路４０Ｒの作動油は、制御弁１７６Ｂのスプールによって遮断され、その下流側には流れない。また、制御弁１７６Ｂのスプールに形成された溝によってアーム用ブリッジ管路４４Ｒ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４２Ｒを流れる作動油が接続管路４２Ｒａ、アーム用ブリッジ管路４４Ｒ、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４２Ｒ及びアーム用ブリッジ管路４４Ｒを流れる作動油を太い点線矢印で表す。また、制御弁１７７を通過する作動油、アーム用ブリッジ管路４４Ｒ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。

負荷圧調整処理では、図７に示すようにコントローラ３０の作業内容判定部３００は不均衡な複合動作が行われているか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、アームロッド圧がブームボトム圧未満の場合に不均衡な複合動作が行われていると判定する。

不均衡な複合動作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の負荷圧調整部３０１は、ブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を低減させる（ステップＳ２）。本実施例では、負荷圧調整部３０１は、圧力制御弁３１に対して電流指令を出力することで、圧力制御弁３１が生成する制御圧を上昇させる。制御弁１７７は、図９の矢印ＡＲ３で示すように、制御圧の上昇に応じて＋Ｙ側に移動し、ブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を低減させる。その結果、ブリッジ管路４２Ｒｕから制御弁１７７を通ってブリッジ管路４２Ｒｄに流れる作動油の流量が制限されてブリッジ管路４２Ｒｕ内の作動油の圧力がブームボトム圧と同じレベルまで上昇する。この構成により、コントローラ３０は、比較的低い負荷圧のアームシリンダ８にメインポンプ１４が吐出する作動油の大部分が流入してしまうのを防止できる。すなわち、ブーム４の上げ速度が遅くアーム５の閉じ速度が速い不均衡な複合動作が行われてしまうのを防止できる。

不均衡な複合動作が行われていないと作業内容判定部３００が判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、負荷圧調整部３０１は、ブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を低減させない。

なお、作業内容判定部３００は、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作が行われていると判定し、且つ、アームロッド圧がブームボトム圧以上であると判定した場合に、不均衡な複合動作が行われていると判定してもよい。ブーム４の上げ速度が速くアーム５の閉じ速度が遅いと推定できるためである。この場合、負荷圧調整部３０１は、制御弁１７７に関する流路の開口面積が既に低減されている状態であれば、圧力制御弁３１が生成する制御圧を低下させる。制御弁１７７は、制御圧の低下に応じて－Ｙ側に移動し、ブリッジ管路４２Ｒｕとブリッジ管路４２Ｒｄとを繋ぐ流路の開口面積を増大させる。その結果、ブリッジ管路４２Ｒｕから制御弁１７７を通ってブリッジ管路４２Ｒｄに流れる作動油の流量が増大してブリッジ管路４２Ｒｕ内の作動油の圧力がブームボトム圧と同じレベルまで低下する。この構成により、コントローラ３０は、比較的低い負荷圧のブームシリンダ７にメインポンプ１４が吐出する作動油の大部分が流入してしまうのを防止できる。すなわち、ブーム４の上げ速度が速くアーム５の閉じ速度が遅い不均衡な複合動作が行われ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、ブーム４及びアーム５の不均衡な複合動作が行われていると判定した場合に制御弁１７７に関する流路の開口面積を増減させることでその不均衡な複合動作が継続されてしまうのを抑制し或いは防止する。この処理は、ブーム４及びバケット６の不均衡な複合動作、アーム５及びバケット６の不均衡な複合動作等の他の不均衡な複合動作が継続されてしまうのを抑制し或いは防止するために実行されてもよい。

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、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例には、本発明の範囲を逸脱することなしに種々の変形及び置換が適用され得る。

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、本発明は、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。

また、上述の実施例では、図３に示すように、アーム用ブリッジ管路４４Ｒとセンターバイパス管路４０Ｒとは非連通である。しかしながら、アーム用ブリッジ管路４４Ｒとセンターバイパス管路４０Ｒとは、図１０に示すように、接続管路４５Ｒを介して接続されていてもよい。この場合、アーム用ブリッジ管路４４Ｒとセンターバイパス管路４０Ｒとの間の接続管路４５Ｒには開弁圧を調整可能な可変チェック弁４６Ｒが設けられる。可変チェック弁４６Ｒは、制御弁１７７に関する流路の開口面積が低減されたときには、アーム用ブリッジ管路４４Ｒからセンターバイパス管路４０Ｒへの作動油の流ればかりでなく、センターバイパス管路４０Ｒからアーム用ブリッジ管路４４Ｒへの作動油の流れも遮断するように構成される。

図１１は、アーム用ブリッジ管路４４Ｒとセンターバイパス管路４０Ｒとが接続管路４５Ｒを介して接続された場合の制御弁１７６Ｂの部分断面図であり、図６に対応する。図１１の破線は、可変チェック弁４６Ｒの移動経路を示す。センターバイパス管路４０Ｒとパラレル管路４２Ｒとを接続する接続管路４５Ｒは、可変チェック弁４６Ｒによって連通・非連通が切り替えられる。アーム５の単独動作の場合には、アームシリンダ８以外のブームシリンダ７等の他の油圧アクチュエータは非操作状態にあり、アーム操作レバー２６Ａ以外の操作レバーは中立状態にある。そのため、制御弁１７６Ｂの上流側に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｂにおいては、センターバイパス管路４０Ｒは、連通状態に維持されている。したがって、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路４０Ｒを通って制御弁１７６Ｂに向かう。このとき、コントローラ３０は、図１１に示すように可変チェック弁４６Ｒを開くことで、接続管路４５Ｒを通じてセンターバイパス管路４０Ｒの作動油をアームシリンダ８に流入させることができる。つまり、制御弁１７７を通る作動油と、センターバイパス管路４０Ｒ及び接続管路４５Ｒを通る作動油とを合わせてアームシリンダ８に供給できる。

ブーム４とアーム５の複合動作の場合には、コントローラ３０は、制御弁１７７に関する流路の開口面積を低減させてパラレル管路４２Ｒの管路抵抗を増大させる。また、可変チェック弁４６Ｒにより接続管路４５Ｒを遮断する。そのため、アームシリンダ８に流入する作動油の流れを抑制できる。

本願は、２０１６年３月２２日に出願した日本国特許出願２０１６－０５７３３８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・・・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 ４２Ｒｃ・・・ポペット型チェック弁 ４２Ｒａ・・・接続管路 ４２Ｒｕ、４２Ｒｄ・・・ブリッジ管路 ４３Ｒ・・・ブーム用ブリッジ管路 ４４Ｒ・・・アーム用ブリッジ管路 ４５Ｒ・・・接続管路 ４６Ｒ・・・可変チェック弁 ４７Ｂ・・・アームボトム管路 ４７Ｒ・・・アームロッド管路 ４８Ｂ・・・ブームボトム管路 ４８Ｒ・・・ブームロッド管路 ４９・・・戻り油管路 １７１～１７４、１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ、１７７・・・制御弁 １７７ｓ・・・バネ ３００・・・作業内容判定部 ３０１・・・負荷圧調整部

Claims (14)

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、
   センターバイパス管路に配置され、前記油圧ポンプからブリッジ管路を介して前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を前記ブリッジ管路と前記油圧アクチュエータへの管路との連通・遮断状態により制御する第１スプール弁と、
   前記センターバイパス管路に対して並行するパラレル管路に配置された、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２スプール弁と、
   前記第２スプール弁の動きを制御する制御装置と、を有し、
   前記第１スプール弁及び前記第２スプール弁はコントロールバルブのバルブブロック内に形成され、
   前記第１スプール弁は、戻り油管路と交差するように配置され、
   前記第２スプール弁は、前記第２スプール弁により流量が制限される前記第１スプール弁の上流において前記戻り油管路と交差するように配置され且つ前記戻り油管路を遮断しないように溝が形成され、
   前記第２スプール弁からの作動油は、前記第１スプール弁の前記ブリッジ管路に供給され、
   前記第２スプール弁の前記コントロールバルブ内における第２スプールの長さは、前記第１スプール弁の前記コントロールバルブ内における第１スプールの長さよりも短く、前記第１スプールと前記第２スプールとはそれぞれの軸線が平行になるように配置されている、
   ショベル。
2. 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、及び、前記ブームシリンダから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１スプール弁と、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、及び、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１スプール弁とを含み、
   前記第２スプール弁は、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２スプール弁を含み、
   前記ブーム用第１スプール弁及び前記アーム用第１スプール弁は、前記戻り油管路と交差するように配置され、
   前記アーム用第２スプール弁は、前記バルブブロック内において前記ブーム用第１スプール弁と前記アーム用第１スプール弁との間において前記戻り油管路と交差するように配置され且つ前記戻り油管路を遮断しないように溝が形成されている、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記アーム用第２スプール弁を流れる作動油は、アーム用ブリッジ管路を通って前記アームシリンダに至り、
   前記アーム用ブリッジ管路は、前記パラレル管路とアームボトム管路及びアームロッド管路の一方とを選択的に連通させる、
   請求項２に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、アーム及びブームの複合動作が行われているか否かを判定し、複合動作が行われていると判定した場合に前記アーム用第２スプール弁の開口面積を低減させる、
   請求項３に記載のショベル。
5. 前記アーム用ブリッジ管路と前記センターバイパス管路とは非連通である、
   請求項３に記載のショベル。
6. 前記アーム用ブリッジ管路と前記センターバイパス管路との間にはチェック弁が設けられている、
   請求項３に記載のショベル。
7. 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、
   センターバイパス管路に配置され、前記油圧ポンプからブリッジ管路を介して前記油圧アクチュエータに流れる作動油の流量を前記ブリッジ管路と前記油圧アクチュエータへの管路との連通・遮断状態により制御する第１スプール弁と、
   前記センターバイパス管路に対して並行するパラレル管路に配置された、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、前記第１スプール弁は、戻り油管路と交差するように配置され、前記第２スプール弁は、前記第２スプール弁により流量が制限される前記第１スプール弁の上流において戻り油管路と交差するように配置され且つ前記戻り油管路を遮断しないように溝が形成され、前記第２スプール弁からの作動油は、前記第１スプール弁の前記ブリッジ管路に供給され、
   前記第２スプール弁の前記ショベル用コントロールバルブ内における第２スプールの長さは、前記第１スプール弁の前記ショベル用コントロールバルブ内における第１スプールの長さよりも短く、前記第１スプールと前記第２スプールとはそれぞれの軸線が平行になるように配置されている、
   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ブームシリンダに流れる作動油の流量、及び、前記ブームシリンダから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１スプール弁と、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、及び、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１スプール弁とを含み、
   前記第２スプール弁は、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２スプール弁を含み、
   前記ブーム用第１スプール弁及び前記アーム用第１スプール弁は、前記戻り油管路と交差するように配置され、
   前記アーム用第２スプール弁は、前記バルブブロック内において前記ブーム用第１スプール弁と前記アーム用第１スプール弁との間において前記戻り油管路と交差するように配置され且つ前記戻り油管路を遮断しないように溝が形成されている、
   請求項７に記載のショベル用コントロールバルブ。
9. 前記アーム用第２スプール弁を流れる作動油は、アーム用ブリッジ管路を通って前記アームシリンダに至り、
   前記アーム用ブリッジ管路は、前記パラレル管路とアームボトム管路及びアームロッド管路の一方とを選択的に連通させる、
   請求項８に記載のショベル用コントロールバルブ。
10. 前記アーム用ブリッジ管路と前記センターバイパス管路とは非連通である、
    請求項９に記載のショベル用コントロールバルブ。
11. 前記アーム用ブリッジ管路と前記センターバイパス管路との間にはチェック弁が設けられている、
    請求項９に記載のショベル用コントロールバルブ。
12. 前記第１スプール弁は、前記油圧ポンプから一のシリンダに流れる作動油の流量を制御する一の第１スプール弁と、前記油圧ポンプから他の一のシリンダに流れる作動油の流量を制御する他の一の第１スプール弁とを含み、
    前記第２スプール弁は、前記バルブブロック内において前記一の第１スプール弁と前記他の一の第１スプール弁との間に配置されている、
    請求項１に記載のショベル。
13. 前記第１スプール弁は、前記油圧ポンプから一のシリンダに流れる作動油の流量を制御する一の第１スプール弁と、前記油圧ポンプから他の一のシリンダに流れる作動油の流量を制御する他の一の第１スプール弁とを含み、
    前記第２スプール弁は、前記バルブブロック内において前記一の第１スプール弁と前記他の一の第１スプール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。
14. 前記第２スプール弁の制御圧を調整する圧力制御弁を更に有し、
    前記制御装置は、前記圧力制御弁へ制御指令を出力する、
    請求項１に記載のショベル。

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