JPH11158939A

JPH11158939A - 油圧制御装置

Info

Publication number: JPH11158939A
Application number: JP32634897A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kajita; 勇輔梶田; Junichi Hosono; 純一細野; Toshiaki Nishida; 利明西田; Shigetaka Takahashi; 重任高橋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】作業フロントの姿勢に係わらず旋回起動時のシ
ョックの発生を防止し、かつそれを簡単かつ低コストの
構造で実現できるようにする。【解決手段】ブリードオフ弁３５を油圧ポンプ２０と方
向制御弁２３とを連絡する吐出路２０ａに介在させ、ブ
リードオフ弁３５の下流側にリリーフ弁３０を設置し、
ブリードオフ弁３５の開度を作業フロント３のリーチｒ
に応じて変化させるためのコントローラ３１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械の油圧制
御装置に係わり、特に、上部旋回体と多関節型の作業フ
ロントを有する油圧ショベル等の建設機械に設けられ、
上部旋回体を駆動する旋回モータを備えた油圧制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】多関節型の作業フロントを備えた建設機
械の代表例に油圧ショベルがある。近年、この油圧ショ
ベルの活躍の場が広がって行くにつれて、狭い作業現場
でも作業のし易い小型系油圧ショベルの需要が高まって
いる。図１２にこの小型系油圧ショベルの外観を示す。

【０００３】図１２において、小型系油圧ショベルＡ
は、下部走行体１と上部旋回体２と作業フロント３とを
備えており、下部走行体１は前部（図示右方）に排土ブ
レード５を備え、上部旋回体２は下部走行体１上に旋回
可能に搭載され、作業フロント３は上部旋回体２の前部
（図示右方）に上下方向に回動可能に支持されている。

【０００４】油圧ショベルに搭載される油圧制御装置
は、これらの下部走行体１、上部旋回体２、作業フロン
ト３の各フロント部材を駆動するものであり、下部走行
体１は走行モータ１ａ（片側のみ図示）によって駆動さ
れ、上部旋回体２は旋回モータ２４（図１３参照）によ
って駆動され、作業フロント３の各フロント部材はブー
ムシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリン
ダ１８によって駆動される。

【０００５】ところで、小型系油圧ショベルの油圧制御
装置にあっては、２ポンプ又は３ポンプシステムが主流
であり、例えば特開平７―７１０５５号公報には３ポン
プシステムが開示されている。この２ポンプ又は３ポン
プシステムは、作業フロント・走行用の油圧制御装置と
旋回用の油圧制御装置とを分離、独立させ、作業フロン
ト・走行用の油圧制御装置は１つまたは２つの油圧ポン
プを備えた油圧回路で構成し、旋回用の油圧制御装置は
それと独立したもう１つの油圧ポンプを備えた油圧回路
で構成したものである。このような２ポンプ又は３ポン
プシステムにおける旋回用の油圧制御装置の回路構成を
図１３に示す。

【０００６】図１３において、原動機１１９により固定
容量型の油圧ポンプ１２０が回転駆動され、油圧ポンプ
１２０から吐出された圧油は方向制御弁１２３を介して
旋回モータ１２４に供給される。方向制御弁１２３はセ
ンタバイパスライン１２６が貫通するセンターバイパス
タイプである。センタバイパスライン１２６の上流側は
油圧ポンプ１２０の吐出路１２０ａに接続され、下流側
はタンクに接続されている。油圧ポンプ１２０の吐出路
１２０ａにはメインの安全弁としてのリリーフ弁１２２
が設けられ、方向制御弁１２３と旋回モータ１２４との
間のアクチュエータライン１２７、１２８にはオーバロ
ードリリーフ弁１２５、１２５が設けられている。

【０００７】更に、旋回モータ１２４の操作手段として
旋回操作レバー装置１２１が設けられている。オペレー
タが旋回操作レバー装置１２１の操作レバーを操作する
と、その操作方向と操作量に応じて方向制御弁１２３が
切り換え操作され、油圧ポンプ１２０からの圧油が方向
制御弁１２３を経由して旋回モータ１２４に導かれ、旋
回モータ１２４が回転駆動することで旋回体２（図１２
参照）が起動される。

【０００８】以上のような小型系油圧ショベルの旋回用
の油圧制御装置において、旋回モータ１２４の駆動圧を
制御し、小旋回姿勢（図１４参照）での旋回操作性の向
上を図るものとして下記の従来技術がある。

【０００９】特開平６―１７３２９９号公報この従来技術では、作業フロントのリーチに応じて旋回
モータのオーバロードリリーフ弁の設定圧を変化させて
おり、これにより小旋回姿勢での起動時のショックを低
減しようとしている。

【００１０】特開平６―１５９３１４号公報この従来技術では、旋回操作レバー装置のレバー操作量
に応じて同じく旋回モータのオーバロードリリーフ弁の
設定圧を変化させることで、円滑に起動できるようにし
ている。

【００１１】特開平６―３３０５４０号公報この従来技術では、アームとブームの角度がともに所定
の角度に達した時点で方向制御弁を操作して流量を減ら
し、微速旋回とする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。

【００１３】図１３に示す従来の小型系油圧ショベルの
旋回用の油圧制御装置においては、上述したようにオペ
レータが旋回操作レバー装置１２１の操作レバーを操作
することで旋回モータ１２４が回転駆動し、旋回体２が
起動される。このとき、旋回体２は慣性負荷であるた
め、通常動き始めにおいては駆動圧はかなり高い値とな
る。つまり、例えば瞬時にフルレバー操作をしたとする
と、旋回体２が回り始める直前では、油圧ポンプ１２０
から吐出され行き場のなくなった圧油は、図１５に模式
的に示すようにメインのリリーフ弁１２２より全量Ｑが
リリーフすることになり、このとき旋回モータ１２４の
駆動圧は、図１６（ａ）に示すようにリリーフ弁１２２
で設定された最大圧力Ｐｒとなり、旋回モータ１２４の
駆動トルクも最大（一定）となる。

【００１４】油圧ショベルの作業フロント３は多関節型
であり、作業フロント３の姿勢によってリーチが変化
し、旋回体２の慣性負荷が変化する。このため、旋回起
動時に旋回モータ１２４の駆動トルクが最大となると、
作業フロント３の姿勢によって旋回の加速度が変化して
しまう。即ち、図１２のごとく作業フロント３を伸ばし
た姿勢では、旋回体２の慣性負荷も大きいため、図１６
（ｂ）に実線で示すように、旋回起動時に旋回モータ１
２４の駆動トルクが最大となっても旋回の加速度はさほ
ど大きくはならない。ところが、図１４のごとく作業フ
ロント３を巻き込み、いわゆる小旋回姿勢とした場合
は、慣性負荷が著しく小さくなり、図１６（ｂ）に一点
鎖線で示すように、同時に加速度も極めて大きくなる。
この場合、オペレータはこの大きな加速度をショック
感、すなわち操作感の悪化として感じてしまう。

【００１５】特開平６―１７３２９９号公報や特開平６
―１５９３１４号公報に記載の従来技術では、作業フロ
ントのリーチ又は旋回操作レバー装置のレバー操作量に
応じて旋回モータのオーバーロードリリーフ弁の設定圧
を変化させることにより、小旋回姿勢での起動時の旋回
駆動圧（旋回駆動トルク）を低減し、旋回加速度を小さ
くしており、これにより小旋回姿勢での起動時のショッ
クを低減している。

【００１６】しかし、オーバーロードリリーフ弁の設定
圧を変化させるには可変リリーフ弁を用いる必要があ
る。可変リリーフ弁はバネ側の設定部に油圧信号により
動作するスプールを配置するなど、機構が極めて複雑で
あり、かつ高価であると共に、可変リリーフ弁はそれを
駆動する電磁弁が必要である。

【００１７】ここで、オーバーロードリリーフ弁は図１
３に示すように２個配置する必要がある。従って、オー
バーロードリリーフ弁を可変リリーフ弁とすることは、
上記のような複雑で高価な可変リリーフ弁を２個配置
し、更に、それぞれを駆動する電磁弁を２個配置する必
要があり、多大なコストがかかる。

【００１８】特開平６―３３０５４０号公報に記載の従
来技術では、アームとブームの角度がともに所定の角度
に達した時点で方向制御弁を操作して流量を減らし、微
速旋回としている。しかし、方向制御弁で流量を減らし
ても旋回モータの駆動圧力は制御できず、旋回起動時に
おける旋回モータの駆動圧力はメインのリリーフ弁で設
定された最大圧力まで上昇してしまう。このため、小旋
回姿勢での急加速の問題は実質的に解決できない。ま
た、オンオフのタイミングで速度が切換るため、操作性
に違和感を生じる。

【００１９】本発明の目的は、作業フロントの姿勢に係
わらず旋回起動時にショックを発生せず、かつそれを簡
単かつ低コストの構造で実現できる建設機械の油圧制御
装置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、下部走行体に旋回可能に搭載され
た上部旋回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能
に支持された少なくともブーム及びアームを含む多関節
型の作業フロントとを有する建設機械に設けられ、原動
機と、この原動機によって駆動される固定容量型の油圧
ポンプと、この油圧ポンプから供給される圧油によって
駆動され、前記上部旋回体を駆動する旋回モータと、前
記油圧ポンプから旋回モータに供給される圧油の流れを
制御する方向制御弁とを備え、前記ブーム及びアームを
駆動する各アクチュエータを前記固定容量型の油圧ポン
プ以外の油圧源に接続した油圧制御装置において、前記
油圧ポンプと方向制御弁とを連絡する主管路に設けら
れ、油圧ポンプから供給される圧油をタンクへブリード
するブリードオフ弁と、前記ブリードオフ弁の下流に設
置され、前記上部旋回体の旋回駆動圧の下限を設定する
リリーフ弁と、前記作業フロントの姿勢を検出する姿勢
検出手段と、この姿勢検出手段の検出値に基づき前記作
業フロントのリーチを計算し、このリーチに応じて前記
ブリードオフ弁の開度を変化させる制御手段とを備える
ものとする。

【００２１】以上のようにブリードオフ弁と姿勢検出手
段を設け、制御手段によりブリードオフ弁の開度を変化
させることにより、作業フロントのリーチに応じて油圧
ポンプから吐出された圧油の一部がブリードオフ弁から
抜かれ、油圧ポンプの吐出圧が小さくなるよう制御され
る。このため、旋回体の起動時に作業フロントのリーチ
に応じた旋回駆動圧の設定が可能となり、作業フロント
の姿勢に係わらず起動時のショックを防止することがで
きる。

【００２２】また、ブリードオフ弁だけを設けた場合
は、ブリードオフ弁の開口面積（開度）で決まる圧力以
上に旋回駆動圧は上がらない。また、作業フロントのリ
ーチを小さくすると、上記のようにブリードオフ弁の開
度が大きくなり、旋回駆動圧が小さくなる。このため、
上部旋回体の重量が加わる傾斜地での旋回等、旋回負荷
が大きくなるような旋回操作では、旋回駆動圧が小さい
ために旋回できなくなることがある。しかし、本発明で
はブリードオフ弁の下流にリリーフ弁を設け、このリリ
ーフ弁で旋回駆動圧の下限を設定したので、ブリードオ
フ弁の開度が大きくなっても旋回駆動圧はリリーフ弁の
設定圧以下には低下せず、常に必要な旋回駆動圧が確保
されることとなり、傾斜地での旋回等、旋回負荷が大き
くなる場合でも確実に旋回できるようになる。

【００２３】更に、ブリードオフ弁は単なる可変絞りで
あり、リリーフ弁は普通のリリーフ弁であると共に、そ
れらを一組設けるだけでよいので、簡単かつ低コストの
構造で信頼性の高い制御が可能となる。

【００２４】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記制御手段は、前記リーチが小さくなるに従って前記
ブリードオフ弁の開度が大きくなるようにブリードオフ
弁の開度を変化させる。

【００２５】これにより、作業フロントのリーチが小さ
くなるに従って旋回駆動圧力が低下するよう設定され、
小旋回起動時のショックを低減できる。

【００２６】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記原動機の回転数を検出する回転数検出手段を
更に備え、前記制御手段は、前記リーチが小さくなるに
従って前記ブリードオフ弁の開度が大きくなるように、
また前記回転数が低下するに従って前記ブリードオフ弁
の開度が小さくなるようにブリードオフ弁の開度を変化
させる。

【００２７】これにより、原動機の回転数を低く設定し
た場合でも、旋回駆動圧は、回転数が定格の場合と同じ
圧力まで上昇でき、旋回体の加速度を維持できる。

【００２８】（４）また、上記（１）において、好まし
くは、前記ブリードオフ弁及びリリーフ弁は、前記主管
路から分岐した管路に設けられている。

【００２９】これにより吐出路にバルブを設けることな
くブリードオフ弁及びリリーフ弁を配置でき、吐出路を
簡素化できる。

【００３０】（５）また、上記（１）において、好まし
くは、前記ブリードオフ弁は油圧パイロット駆動方式で
あり、前記制御手段は、コントローラとこのコントロー
ラからの信号により駆動され前記ブリードオフ弁に油圧
信号を出力する電磁比例減圧弁とを有する。

【００３１】これによりブリードオフ弁の駆動手段を安
価に製作できる。

【００３２】（６）また、上記（１）において、好まし
くは、前記ブリードオフ弁は電磁比例方式であり、前記
制御手段は前記ブリードオフ弁に指令信号を出力するコ
ントローラを有する。

【００３３】これによりブリードオフ弁の駆動手段を簡
素化できる。

【００３４】（７）また、上記（１）において、好まし
くは、前記姿勢検出手段は前記作業フロントの所定の関
節角度を検出する複数の角度センサを有する。

【００３５】これにより作業フロントのリーチを計算す
るための検出信号を出力できる。

【００３６】（８）また、上記目的を達成するために、
本発明は、下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回
体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持され
た多関節型の作業フロントとを有する建設機械に設けら
れ、原動機と、この原動機によって駆動される２つの可
変容量型の油圧ポンプ及び１つの固定容量型の油圧ポン
プと、前記可変容量型の油圧ポンプから供給される圧油
によって駆動され、前記下部走行体及び作業フロントを
駆動する複数のアクチュエータと、前記可変容量型の油
圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧
油の流れを制御する複数の方向制御弁と、前記固定容量
型の油圧ポンプから供給される圧油によって駆動され、
前記上部旋回体を駆動する旋回モータと、前記固定容量
型の油圧ポンプから旋回モータに供給される圧油の流れ
を制御する方向制御弁とを備えた油圧制御装置におい
て、前記固定容量型の油圧ポンプと方向制御弁とを連絡
する主管路に設けられ、前記固定容量型の油圧ポンプか
ら供給される圧油をタンクにブリードするブリードオフ
弁と、前記ブリードオフ弁の下流に設置され、前記上部
旋回体の旋回駆動圧の下限を設定するリリーフ弁と、前
記作業フロントの姿勢を検出する姿勢検出手段と、この
姿勢検出手段の検出値に基づき前記作業フロントのリー
チを計算し、このリーチに応じて前記ブリードオフ弁の
開度を変化させる制御手段とを備えるものとする。

【００３７】これにより上記（１）で述べたように、作
業フロントの姿勢に係わらず上部旋回体の起動時のショ
ックを防止することができ、かつ、傾斜地での旋回等、
旋回駆動圧が大きくなる場合でも確実に旋回できると共
に、簡単かつ低コストの構造で信頼性の高い制御が可能
となる。

【００３８】また、下部走行体や作業フロントのアクチ
ュエータは可変容量型の油圧ポンプによって駆動される
ため、ブリードオフ弁の開度が変化し固定容量型の油圧
ポンプの吐出圧が低下しても下部走行体や作業フロント
のアクチュエータはその吐出圧の低下に影響されずに駆
動することができ、旋回と下部走行体・作業フロントと
の優れた複合操作性を確保できる。

【００３９】（９）上記（８）において、好ましくは、
前記複数のアクチュエータはブームシリンダ及びアーム
シリンダを含む。

【００４０】これにより上記（８）で述べた旋回と作業
フロントの複合操作として、旋回ブーム上げ、旋回アー
ムクラウドの優れた複合操作性を確保できる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００４２】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
６により説明する。

【００４３】図１は、多関節型の作業フロントを有する
油圧ショベルの全体図と旋回用の油圧制御装置の回路構
成を示している。

【００４４】図１において、油圧ショベルＡは、下部走
行体１と上部旋回体２と作業フロント３とを備えてお
り、下部走行体１は前部に排土ブレード５を備え、上部
旋回体２は下部走行体１上に旋回可能に搭載され、作業
フロント３は上部旋回体２の前部に上下方向に回動可能
に支持されている。

【００４５】また、油圧ショベルＡには、下部走行体
１、上部旋回体２、作業フロント３の各フロント部材
（ブーム１０,アーム１１,バケット１２）、排土ブレー
ド５を駆動するための油圧制御装置が搭載され、この油
圧制御装置は、下部走行体１を走行駆動する走行モータ
１ａ（片側のみ図示）と、上部旋回体２を旋回駆動する
旋回モータ２４と、作業フロント３の各フロント部材を
上下動させるブームシリンダ１６と、アームシリンダ１
７と、バケットシリンダ１８と、排土ブレード５を上下
動させる排土ブレードシリンダ（図示せず）を備えてい
る。

【００４６】また、油圧制御装置は、図２に示すよう
に、可変容量型の油圧ポンプ１０１ａ，１０１ｂ、固定
容量型の油圧ポンプ２０、パイロットポンプ３３と、こ
れらポンプ１０１ａ，１０１ｂ，２０，３３を回転駆動
するエンジン１９と、油圧ポンプ１０１ａ，１０１ｂに
接続された弁装置１０４と、油圧ポンプ２０に接続され
た弁装置１０５とを備えている。

【００４７】弁装置１０４は方向制御弁１０６〜１０９
と方向制御弁１１０〜１１３の２つの弁グループを有
し、方向制御弁１０６〜１０９は油圧ポンプ１０１ａの
吐出路１１４ａにつながるセンタバイパスライン１１５
ａ上に位置し、方向制御弁１１０〜１１３は油圧ポンプ
１０１ｂの吐出路１１４ｂにつながるセンタバイパスラ
イン１１５ｂ上に位置している。方向制御弁１０６〜１
０９はそれぞれ走行右用、バケット用、第１ブーム用、
第２アーム用であり、方向制御弁１１０〜１１３は第１
アーム用、第２ブーム用、予備用、走行左用であり、第
１及び第２ブーム用の方向制御弁１０８，１１１でブー
ムシリンダ１６に供給される圧油の流量が制御され、第
１及び第２アーム用の方向制御弁１１０，１０９でアー
ムシリンダ１７に供給される圧油の流量が制御され、バ
ケット用の方向制御弁１０７でバケットシリンダ１８に
供給される圧油の流量が制御され、走行右、左用の方向
制御弁１０６，１１３で右、左走行モータ１ａ（片側の
み図示）に供給される圧油の流量が制御される。

【００４８】また、弁装置１０５は方向制御弁２３，１
１７を有し、これら方向制御弁は油圧ポンプ２０の吐出
路２０ａにつながるセンタバイパスライン２６上に位置
している。方向制御弁２３は旋回用、方向制御弁１１７
は排土ブレード用であり、旋回用の方向制御弁２３で旋
回モータ２４に供給される圧油の流量が制御され、排土
ブレード用の方向制御弁１１７で排土ブレードシリンダ
（図示せず）に供給される圧油の流量が制御される。

【００４９】パイロットポンプ３３の吐出路３３ａには
パイロットポンプ３３の吐出圧力を一定圧に保持するパ
イロットリリーフ弁３４が接続されている。

【００５０】図１の旋回用の油圧制御装置は、図２に示
す固定容量型の油圧ポンプ２０に接続された油圧回路の
うち旋回用の方向制御弁２３に関する部分のみを抽出し
て示したものである。

【００５１】旋回用の油圧制御装置は、上記のように、
固定容量型の油圧ポンプ２０と、油圧ポンプ２０から吐
出される圧油によって回転駆動される旋回モータ２４
と、油圧ポンプ２０から伸びた吐出路２０ａにつながる
センタバイパスライン２６と、旋回用の方向制御弁２３
とを備えている。この方向制御弁２３はセンタバイパス
ライン２６が貫通するセンターバイパスタイプの弁であ
り、センタバイパスライン２６の下流側はタンクに接続
されている。また、方向制御弁２３に対しこれを駆動操
作する旋回操作レバー装置２１が設けられている。

【００５２】油圧ポンプ２０の吐出路２０ａからは管路
２０ｂ, ２０ｃが分岐しており、管路２０ｂにはメイン
の安全弁としてのリリーフ弁２２が設けられ、管路２０
ｃには可変的に動作する油圧駆動方式の可変絞り弁であ
るブリードオフ弁３５と、このブリードオフ弁３５の下
流側に設置され、ブリードオフ弁でブリードされる圧油
の圧力の下限（旋回駆動圧の下限）を設定するリリーフ
弁３０とが設けられている。方向制御弁２３と旋回モー
タ２４とは、アクチュエータライン２７,２８によって
接続されるとともに、アクチュエータライン２７, ２８
には、オーバロードリリーフ弁２５, ２５が設けられて
いる。

【００５３】更に、作業フロント３には、上部旋回体２
に対するブーム１０の角度θ１を検出するブーム角度セ
ンサ１３と、ブーム１０に対するアーム１１の角度θ２
を検出するアーム角度センサ１４と、この角度θ１, θ
２の検出信号を入力しその演算処理を行うコントローラ
３１と、このコントローラ３１から出力される指令信号
により動作する電磁比例減圧弁３２とが設けられてい
る。

【００５４】電磁比例減圧弁３２はパイロットポンプ３
３, パイロットリリーフ弁３４で生成されたパイロット
圧に基づき、指令信号の電流値に応じた圧力をパイロッ
ト圧力として出力する。このパイロット圧力は、パイロ
ット管路３６を介してブリードオフ弁３５の油圧駆動部
３７に導かれ、ブリードオフ弁３５を切り換え操作す
る。

【００５５】コントローラ３１の処理機能の概要を機能
ブロック図で図３に示す。図３において、コントローラ
３１は、リーチ演算部３１ａと、ブリードオフ弁の目標
開度演算部３１ｂと、指令信号演算部３１ｃの各処理機
能を有している。

【００５６】リーチ演算部３１ａは、ブーム角度センサ
１３, アーム角度センサ１４で検出した角度θ１, θ２
と、予め記憶しておいた作業フロント３の寸法に基づき
作業フロント３のフロントリーチｒを算出する。

【００５７】ブリードオフ弁の目標開度演算部３１ｂ
は、リーチ演算部３１ａにより算出されたフロントリー
チｒと、図４に示した関数関係とに基づいてブリードオ
フ弁３５の目標開度Ａoを算出する。図４に示した関数
関係は、目標開度演算部３１ｂで用いるテーブルとして
メモリに記憶されており、この関数関係は、フロントリ
ーチｒが小さくなるに従って目標開度Ａoが大きくなる
ように設定されている。

【００５８】指令信号演算部３１ｃは、目標開度演算部
３１ｂにより算出されたブリードオフ弁の目標開度Ａo
を電磁比例減圧弁３２の指令信号に変換し、この指令信
号に応じた電流値が電磁比例減圧弁３２のソレノイド３
２ａに出力される。

【００５９】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。

【００６０】まず、本発明の動作原理を説明する。図５
は、図１に示した本実施形態に係わる油圧回路を模式化
して示すものである。図中、図１に示す部材と同等の部
材には同じ符号を付している。

【００６１】図５において、上部旋回体の起動時におけ
る旋回モータ２４の瞬間的な停止状態を考える。このと
きのブリードオフ弁３５の開度（開口面積）をｆ、メイ
ンのリリーフ弁２２がないと仮定した場合の油圧ポンプ
２０の吐出圧力をＰｔ、油圧ポンプ２０の吐出流量を
Ｑ、ブリードオフ弁３５の絞りの流量係数をｃ、ブリー
ドオフ弁３５の下流側のリリーフ弁３０の設定圧をＰｂ
とすると、Ｐｔ≧Ｐｂの場合はＱの全量がブリードオフ
弁３５とリリーフ弁３０を通過するのであるから、Ｑ＝ｆ・ｃ√（Ｐｔ−Ｐｂ） …（１）という関係式が成り立つ。ここで、油圧ポンプ２０は固
定容量型であるので、原動機１９の回転数が一定である
限り、Ｑも一定であるので、（１）式を変形すると、Ｐｔ＝Ｑ²／（ｆ・ｃ）² ＋Ｐｂ …（２）となる。ここで、図５に示すようにリリーフ弁２２があ
る実際の油圧回路での油圧ポンプ２０の吐出圧力をＰ
ｄ、リリーフ弁２２の設定圧をＰａとすると、Ｐｔ≧ＰａならばＰｄ＝Ｐａ …（３）Ｐｔ＜ＰａならばＰｄ＝Ｐｔ …（４）となる。即ち、ＰｔがＰａ未満ではＰｄはＰｔとなり、
ブリードオフ弁３５の開度（開口面積）により油圧ポン
プ２０の吐出圧力を任意に設定することができる。

【００６２】したがって、作業フロントのリーチｒの関
数ｆ（ｒ）として開度を設定すれば（２）式は、Ｐｄ＝Ｑ²／（ｆ(ｒ)・ｃ）² ＋Ｐｂ …（５）となり、Ｑが一定であるときは、作業フロントのリーチ
ｒに応じて油圧ポンプ２０の吐出圧力Ｐｄ、すなわち上
部旋回体の起動時における旋回駆動圧を設定することが
可能である。

【００６３】一方、旋回モータ２４が回転を始め、Ｑが
減少しても、作業フロントのリーチｒに係わらずＰｄの
下限はＰｂである。従って、旋回駆動圧の下限はリリー
フ弁３０によって決まる。

【００６４】本実施形態の油圧制御装置は、上記原理に
基づいて動作するものであり、図６（ａ）,（ｂ）は、
そのときの上部旋回体２の起動時の旋回モータ２４の駆
動圧（旋回駆動圧）の変化と旋回速度の変化を示すもの
である。図中、実線は作業フロント３を伸ばした姿勢で
の変化であり、一点鎖線は、作業フロント３を巻き込ん
だ姿勢での変化である。

【００６５】図６（ａ）に実線で示すように、作業フロ
ント３を伸ばした姿勢（リーチｒ最大）では、ブリード
オフ弁３５の開度が最小になるため、上部旋回体２の旋
回起動時の旋回駆動圧は、リリーフ弁２２の設定リリー
フ圧Ｐａまで上昇する。

【００６６】また、作業フロント３を伸ばした姿勢では
上部旋回体２の慣性負荷が大きいため、旋回駆動圧（旋
回駆動トルク）が最大となっても、図６（ｂ）に示すよ
うに旋回速度は直ちには目標速度（旋回操作レバー装置
２１の指令速度）まで増大せず、旋回の加速度は大きく
ならない。

【００６７】一方、作業フロント３を巻き込んだ姿勢
（リーチｒ最小）では、ブリードオフ弁３５の開度が最
大になるため、図５に一点鎖線で示すように、上部旋回
体２の旋回起動時の旋回駆動圧はリリーフ弁２２の設定
リリーフ圧Ｐａまでは上昇せず、ブリードオフ弁３５と
リリーフ弁３０により設定された圧力となる。

【００６８】従って、作業フロント３を巻き込んだ姿勢
では上部旋回体２の慣性負荷が小さいにも係わらず、作
業フロント３を伸ばした姿勢のときと同様に、図６
（ｂ）に示すように旋回速度は直ちには目標速度（旋回
操作レバー装置２１の指令速度）まで増大せず、旋回起
動時の加速度は大きくならない。

【００６９】また、図６（ａ）に示すように、作業フロ
ント３の姿勢に係わらず旋回駆動圧の下限は、ブリート
オフ弁３５の下流側に設置されたリリーフ弁３０のリリ
ーフ圧Ｐｂとなる。

【００７０】以上のように本実施形態によれば、上部旋
回体の起動時に作業フロントのリーチに応じた旋回駆動
圧の設定が可能となり、作業フロントの姿勢に係わらず
起動時のショックを防止することができる。

【００７１】また、ブリードオフ弁だけを設けた場合
は、ブリードオフ弁の開口面積（開度）で決まる圧力以
上に旋回駆動圧は上がらない。また、作業フロントのリ
ーチを小さくすると、上記のようにブリードオフ弁の開
度が大きくなり、旋回駆動圧が小さくなる。このため、
上部旋回体の重量が加わる傾斜地での旋回等、旋回負荷
が大きくなるような旋回操作では、旋回駆動圧が小さい
ために旋回できなくなることがある。しかし、本発明で
はブリードオフ弁の下流にリリーフ弁を設け、このリリ
ーフ弁で旋回駆動圧の下限を設定したので、ブリードオ
フ弁の開度が大きくなっても旋回駆動圧はリリーフ弁の
設定圧以下には低下せず、常に必要な旋回駆動圧が確保
されることとなり、傾斜地での旋回等、旋回負荷が大き
くなる場合でも確実に旋回できるようになる。

【００７２】また、ブリードオフ弁は単なる可変絞りで
あり、リリーフ弁は普通のリリーフ弁であるので、簡単
かつ低コストの構造で信頼性の高い制御が可能となる。

【００７３】また、旋回モータ２４の油圧制御装置は、
下部走行体１や作業フロント３に係わるアクチュエータ
（走行モータ１ａ、ブームシリンダ１６、アームシリン
ダ１７等）の油圧制御装置とは別回路で構成され、下部
走行体１や作業フロント３に係わるアクチュエータは油
圧ポンプ１０１ａ，１０１ｂからの圧油により駆動され
るため、上記のようにブリードオフ弁の開度の変化で油
圧ポンプ２０の吐出圧が低下しても下部走行体１や作業
フロント３のアクチュエータはその吐出圧の低下に影響
されず駆動することができ、旋回ブーム上げ、旋回アー
ムクラウド等、旋回と下部走行体・作業フロントとの優
れた複合操作性を確保できる。

【００７４】次に、本発明の第２の実施形態を図７〜図
９により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材
には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態は、
油圧ポンプを駆動する原動機の回転数によってもブリー
ドオフ弁の開度を変化させるようにしたものである。

【００７５】図７において、油圧ポンプ２０を回転駆動
する原動機１９には、原動機１９の回転数（以下、回転
数という）Ｎを検出する回転数センサ１５が設けられ、
コントローラ３１Ａには、作業フロント３に設けられた
ブーム角度センサ１３とアーム角度センサ１４による角
度θ１, θ２の検出信号に加えて、この回転数センサ１
５による回転数Ｎの検出信号も入力される。

【００７６】コントローラ３１Ａは、図８に示すよう
に、リーチ演算部３１ａと、ブリードオフ弁の目標開度
演算部３１Ｂｂと、指令演算部３１ｃに加え、回転数セ
ンサ１５で検出したエンジン回転数Ｎを基にして油圧ポ
ンプ２０の吐出流量Ｑを計算するポンプ流量計算部３１
ｄの処理機能を有し、ブリードオフ弁の目標開度演算部
３１Ｂｂは、リーチ演算部３１ａに計算されたフロント
リーチｒと、このポンプ流量計算部３１ｄで計算された
回転数Ｎとにより、ブリードオフ弁３５の開度を計算す
る。

【００７７】ポンプ流量計算部３１ｄは、回転数Ｎに油
圧ポンプ２０の容量（押しのけ容積）と所定の係数を乗
ずることにより油圧ポンプ２０の吐出流量を計算する。
ブリードオフ弁の目標開度演算部３１Ｂｂは、フロント
リーチｒと、回転数Ｎと、図８に示す関数関係とに基づ
いて目標開度Ａoを計算する。図９に示した関数関係
は、ブリードオフ弁の目標開度演算部３１Ｂｂで用いる
テーブルとしてメモリに記憶されており、この関数関係
は、フロントリーチｒが小さくなるに従って目標開度Ａ
oが大きくなると共に、回転数Ｎが低下するに従って目
標開度Ａoが小さくなるように設定されている。

【００７８】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。

【００７９】原動機の回転数Ｎが定格（回転数Ｎｒにあ
る）である場合は、第１の実施形態と同様に動作する。

【００８０】原動機の回転数ＮをＮｒより低く設定した
場合は、油圧ポンプ２０の吐出流量が減少する。このと
き、第１の実施形態では、回転数Ｎが変わっても目標開
度Ａoは変わらないので、油圧ポンプ２０の吐出圧力が
低下し、フロントの加速度は小さくなってしまう。

【００８１】本実施形態では目標開度Ａoは、回転数Ｎ
が低下するに従って小さくなるように制御されるので、
回転数Ｎが低下し油圧ポンプ２０の吐出流量が減少して
も油圧ポンプ２０の吐出圧力は、回転数ＮがＮｒにある
ときと同じ圧力に制御でき、旋回体の加速度を維持でき
る。

【００８２】したがって、本実施形態によれば、第１の
実施形態と同様な効果を得られるだけでなく、回転数Ｎ
の変化に係わらず旋回体の起動時に作業フロントのリー
チに応じた旋回駆動圧の設定が可能となり、作業フロン
トの姿勢に係わらず起動時のショックを防止することが
できる。

【００８３】本発明の第３の実施形態を図１０により説
明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符
号を付し、説明を省略する。本実施形態は、第１の実施
形態に対してブリードオフ弁の取り付け位置を変更した
ものである。

【００８４】即ち、図１０において、ブリードオフ弁３
５Ａは油圧ポンプ２０の吐出路２０ａ上に直接取り付け
られている。

【００８５】このように構成した本実施形態も第１の実
施形態とほぼ同様に動作し、第１の実施形態と同様の効
果が得られる。また、本実施形態では分岐管路を使わず
にブリードオフ弁を設置できるので、回路構成を簡素化
できる。

【００８６】本発明の第４の実施形態を図１１により説
明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符
号を付し、説明を省略する。本実施形態は、第１の実施
形態に対してブリードオフ弁の操作方法を変更したもの
である。

【００８７】即ち、図１１において、ブリードオフ弁３
５Ｂは電磁比例方式であり、このブリードオフ弁３５Ｂ
の油圧駆動部３７Ｂには、コントローラ３１から直接指
令信号が伝えられる。

【００８８】このように構成した本実施形態は、第１の
実施形態とほぼ同様に動作し、第１の実施形態と同様の
効果が得られる。また、本実施形態ではブリードオフ弁
の駆動手段を簡素化できる。

【００８９】以上、本発明のいくつかの実施形態を図面
によって説明したが、本発明はこれらの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の変更や追加があってもよい。

【００９０】例えば、本発明はリーチｒとブリードオフ
弁の開度との間に関数関係ｆ（ｒ）が成立することが重
要であり、これは吐出流量Ｑが一定で、その全量が旋回
モータに供給されることを前提とする。このため、上記
実施形態では、旋回用の油圧制御装置の油圧回路に、旋
回モータ以外のアクチュエータとして旋回モータ２４と
同時に駆動される機会の少ない排土ブレード用油圧シリ
ンダを備えるものとしたが、旋回モータ２４と同時に駆
動される機会の少ないアクチュエータであれば排土ブレ
ード用油圧シリンダ以外のアクチュエータを備えていて
もよい。

【００９１】また、上記実施形態では、作業フロントの
姿勢を検出する姿勢検出手段として角度センサを用いた
が、ブームシリンダ及びアームシリンダのそれぞれのス
トロークを検出するストロークセンサを用いてもよい。

【００９２】更に、図７に示す第２の実施形態のブリー
ドオフ弁を図１０に示すように、油圧ポンプの吐出路上
に配置してもよいし、図７に示す第２の実施形態のブリ
ードオフ弁の操作方法を図１１に示すように、電磁比例
方式にしてもよいし、図１０に示す第３の実施形態のブ
リードオフ弁の操作方法を図１１に示すように、電磁比
例方式にしてもよい。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、作業フロントの姿勢に
係わらず旋回起動時にショックを発生しないようにし、
かつそれを簡単かつ低コストの構造で実現できる。

【００９４】また、傾斜地での旋回等、旋回駆動圧が大
きくなる場合でも確実に旋回できる。

【００９５】また、ブリードオフ弁の開度の変化で固定
容量型の油圧ポンプの吐出圧が低下しても下部走行体や
作業フロントのアクチュエータはその吐出圧の低下に影
響されずに駆動することができ、旋回と下部走行体・作
業フロントとの優れた複合操作性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルの全体図と旋回用の油圧
制御装置の回路構成を示す図である。

【図２】図１に示す油圧ショベルの油圧制御装置全体の
概念を示す回路図である。

【図３】本発明の第１の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルの制御装置の処理内容を
示す機能ブロック図である。

【図４】本発明の第１の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルのブリードオフ弁の目標
開度演算部で用いるテーブルに記憶した関数関係を示す
図である。

【図５】本発明の第１の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルの旋回モータの駆動トル
クが最大（一定）である時の油圧回路の状態を模式化し
た図である。

【図６】（ａ）は本発明の第１の実施形態による多関節
型の作業フロントを有する油圧ショベルの旋回体の旋回
起動時における旋回モータの駆動圧（旋回駆動圧）の変
化を示す図であり、（ｂ）は同じく旋回速度の変化を示
す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルの全体図と旋回用の油圧
制御装置の回路構成を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルの制御装置の処理内容を
示す機能ブロック図である。

【図９】本発明の第２の実施形態による多関節型の作業
フロントを有する油圧ショベルのブリードオフ弁の目標
開度演算部で用いるテーブルに記憶した関数関係を示す
図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態による多関節型の作
業フロントを有する油圧ショベルの全体図と旋回用の油
圧制御装置の回路構成を示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施形態による多関節型の作
業フロントを有する油圧ショベルの全体図と旋回用の油
圧制御装置の回路構成を示す図である。

【図１２】従来の多関節型の作業フロントを有する油圧
ショベルの作業フロントを伸ばした姿勢を示す全体図で
ある。

【図１３】従来の多関節型の作業フロントを有する油圧
ショベルの旋回用の油圧制御装置の回路構成を示す図で
ある。

【図１４】従来の多関節型の作業フロントを有する油圧
ショベルの小旋回姿勢を示す全体図である。

【図１５】従来の多関節型の作業フロントを有する油圧
ショベルの旋回モータの駆動トルクが最大（一定）であ
る時の油圧回路の状態を模式化した図である。

【図１６】（ａ）は従来の多関節型の作業フロントを有
する油圧ショベルの旋回体の旋回起動時における旋回モ
ータの駆動圧（旋回駆動圧）の変化を示す図であり、
（ｂ）は同じく旋回速度の変化を示す図である。

【符号の説明】

Ａ小型系油圧ショベル１下部走行体２上部旋回体３作業フロント１０ブーム１１アーム１２バケット１３ブーム角度センサ１４アーム角度センサ１５エンジン回転数センサ１６ブームシリンダ１７アームシリンダ１８バケットシリンダ１９原動機２０固定容量型の油圧ポンプ２１旋回操作レバー２２メインのリリーフ弁２３方向制御弁２４旋回モータ３０リリーフ弁３１, ３１Ａコントローラ３２電磁比例減圧弁３５, ３５Ａ, ３５Ｂブリードオフ弁３７, ３７Ａ, ３７Ｂ油圧駆動部１０１ａ，１０１ｂ可変容量型の油圧ポンプ１０６〜１１３下部走行体及び作業フロントのブリー
ドオフ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋重任茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋
回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持さ
れた少なくともブーム及びアームを含む多関節型の作業
フロントとを有する建設機械に設けられ、原動機と、こ
の原動機によって駆動される固定容量型の油圧ポンプ
と、この油圧ポンプから供給される圧油によって駆動さ
れ、前記上部旋回体を駆動する旋回モータと、前記油圧
ポンプから旋回モータに供給される圧油の流れを制御す
る方向制御弁とを備え、前記ブーム及びアームを駆動す
る各アクチュエータを前記固定容量型の油圧ポンプ以外
の油圧源に接続した油圧制御装置において、前記油圧ポンプと方向制御弁とを連絡する主管路に設け
られ、油圧ポンプから供給される圧油をタンクへブリー
ドするブリードオフ弁と、前記ブリードオフ弁の下流に設置され、前記上部旋回体
の旋回駆動圧の下限を設定するリリーフ弁と、前記作業フロントの姿勢を検出する姿勢検出手段と、この姿勢検出手段の検出値に基づき前記作業フロントの
リーチを計算し、このリーチに応じて前記ブリードオフ
弁の開度を変化させる制御手段とを備えることを特徴と
する建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記制御手段は、前記リーチが小さくなるに従
って前記ブリードオフ弁の開度が大きくなるようにブリ
ードオフ弁の開度を変化させることを特徴とする建設機
械の油圧制御装置。
【請求項３】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記原動機の回転数を検出する回転数検出手段
を更に備え、前記制御手段は、前記リーチが小さくなる
に従って前記ブリードオフ弁の開度が大きくなるよう
に、また前記回転数が低下するに従って前記ブリードオ
フ弁の開度が小さくなるようにブリードオフ弁の開度を
変化させることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記ブリードオフ弁及びリリーフ弁は、前記主
管路から分岐した管路に設けられていることを特徴とす
る建設機械の油圧制御装置。
【請求項５】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記ブリードオフ弁は油圧パイロット駆動方式
であり、前記制御手段は、コントローラとこのコントロ
ーラからの信号により駆動され前記ブリードオフ弁に油
圧信号を出力する電磁比例減圧弁とを有することを特徴
とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項６】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記ブリードオフ弁は電磁比例方式であり、前
記制御手段は前記ブリードオフ弁に指令信号を出力する
コントローラを有することを特徴とする建設機械の油圧
制御装置。
【請求項７】請求項１記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記姿勢検出手段は前記作業フロントの所定の
関節角度を検出する複数の角度センサを有することを特
徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項８】下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋
回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持さ
れた多関節型の作業フロントとを有する建設機械に設け
られ、原動機と、この原動機によって駆動される２つの
可変容量型の油圧ポンプ及び１つの固定容量型の油圧ポ
ンプと、前記可変容量型の油圧ポンプから供給される圧
油によって駆動され、前記下部走行体及び作業フロント
を駆動する複数のアクチュエータと、前記可変容量型の
油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される
圧油の流れを制御する複数の方向制御弁と、前記固定容
量型の油圧ポンプから供給される圧油によって駆動さ
れ、前記上部旋回体を駆動する旋回モータと、前記固定
容量型の油圧ポンプから旋回モータに供給される圧油の
流れを制御する方向制御弁とを備えた油圧制御装置にお
いて、前記固定容量型の油圧ポンプと方向制御弁とを連絡する
主管路に設けられ、前記固定容量型の油圧ポンプから供
給される圧油をタンクにブリードするブリードオフ弁
と、前記ブリードオフ弁の下流に設置され、前記上部旋回体
の旋回駆動圧の下限を設定するリリーフ弁と、前記作業フロントの姿勢を検出する姿勢検出手段と、この姿勢検出手段の検出値に基づき前記作業フロントの
リーチを計算し、このリーチに応じて前記ブリードオフ
弁の開度を変化させる制御手段とを備えることを特徴と
する建設機械の油圧制御装置。
【請求項９】請求項８記載の建設機械の油圧制御装置に
おいて、前記複数のアクチュエータはブームシリンダ及
びアームシリンダを含むことを特徴とする建設機械の油
圧制御装置。