WO2019064715A1 - 油圧システム - Google Patents

Abstract

旋回モータ（４１）の加速性の向上と旋回モータ（４１）に供給される作動油の流量の増大の抑制とが可能な油圧システムが提供される。油圧システムは、旋回体（１１）の旋回速度Ｖｓを検出する旋回速度センサ（６１）と、旋回モータ（４１）の容量である旋回モータ容量Ｃｍを制御するコントローラ（７０）と、を備える。コントローラ（７０）は、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍを旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときの旋回モータ容量Ｃｍよりも大きくするように旋回モータ容量Ｃｍを制御する。

Description

油圧システム

　本発明は、建設機械の旋回体を駆動するための油圧システムに関する。

　建設機械の旋回体を駆動するための従来の油圧システムは、例えば特許文献１の図５に示されるように、旋回体を旋回させる旋回モータと、当該旋回モータに作動油を供給する油圧ポンプと、を備える。また、特許文献１の図５及び図６に開示される技術では、ブームシリンダのボトム圧が高くなるほど前記旋回モータの容量が増加される。

　しかし、前記ブームシリンダのボトム圧の低下に伴う前記旋回モータの容量の減少は、旋回モータの加速性を悪くするおそれがある。逆に、前記ブームシリンダのボトム圧の上昇に伴う前記旋回モータの容量の増加は旋回モータに供給される作動油の流量の増大を伴うおそれがある。

特開２０１１－３８２９８号公報

　本発明は、旋回モータの加速性の向上と、当該旋回モータに供給される作動油の流量の増大の抑制と、の双方が可能な油圧システムを提供することを目的とする。

　提供されるのは、旋回体を備える建設機械に設けられる油圧システムであって、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの作動油の供給を受けて前記旋回体を旋回させるように作動する可変容量型の油圧モータからなる旋回モータと、前記旋回体の旋回速度を検出する旋回速度センサと、前記旋回モータの容量を制御するコントローラと、を備える。前記コントローラには、前記旋回速度についての領域である速度領域として、前記旋回速度が一定以下である低速域と、前記低速域よりも旋回速度が高い高速域と、が設定される。前記コントローラは、前記旋回速度センサにより検出される前記旋回速度が前記低速域にあるときの旋回モータ容量を当該旋回速度が前記高速域にあるときの旋回モータ容量よりも大きくするように当該旋回モータ容量を制御する低速域大容量制御を行う。

本発明の実施の形態に係る油圧システムを示す回路図である。 図１に示す油圧システムにおけるコントローラの演算制御動作を示すフローチャートである。 図１に示す旋回体１１の速度と旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示す図である。 図１に示すポンプ２１のポンプ圧と旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示す図である。 図１に示すポンプ２１のポンプ圧と旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示す図である。 図１に示す旋回モータ４１及びブームシリンダ３１のそれぞれにおける作動油の流量の時間変化を示す図である。 図１に示す旋回体１１の旋回角度及びブームシリンダ３１の長さの時間変化を示す図である。

　図１～図７を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は当該実施の形態に係る油圧システム２０を示す。

　前記油圧システム２０は、建設機械１に設けられる。当該建設機械１は、建設作業などを行う機械であり、例えばショベルである。当該建設機械１は、図示されない下部走行体と、慣性体である旋回体（上部旋回体）１１と、ブーム１３と、油圧システム２０と、を備える。

　前記旋回体１１は、前記下部走行体に対して旋回可能となるように当該下部走行体の上に配置される。下部走行体は、地面上を走行する部分である。

　前記ブーム１３は、水平軸回りに上下動する、つまり起伏動作をする、ことが可能となるように前記旋回体１１に支持される。ブーム１３の先端には例えば図示されないアームが回転可能に取り付けられる。当該アームの先端には例えば図示されないバケットが回転可能に取り付けられる。

　前記油圧システム２０は、前記旋回体１１を油圧により旋回させるとともに、その旋回を制御する。当該油圧システム２０は、メインポンプ２１と、ブームシリンダ用ポンプ２３と、ブーム制御部３０と、旋回モータ制御部４０と、複数のセンサと、コントローラ７０と、を備える。

　前記メインポンプ２１は、本発明に係る油圧ポンプに相当し、作動油を吐出するように駆動される。前記ブームシリンダ用ポンプ２３は、前記メインポンプ２１とは別に設けられて作動油を吐出するように駆動される油圧ポンプである。

　前記ブーム制御部３０は、前記ブーム１３を上下動させかつその上下動を制御する。当該ブーム制御部３０は、ブームシリンダ３１と、ブーム制御弁３３と、ブーム操作部３５と、合流弁３７と、を備える。

　前記ブームシリンダ３１は、前記ブーム１３を動かすためのアクチュエータであり、伸縮可能な油圧シリンダにより構成される。当該ブームシリンダ３１は、その伸縮によって前記ブーム１３を前記旋回体１１に対して上下動させる。前記ブームシリンダ３１は、前記ブームシリンダ用ポンプ２３からの作動油の供給を受けることにより伸縮する。前記ブームシリンダ３１は、後述するように、前記ポンプ２１および前記ブームシリンダ用ポンプ２３の双方から作動油の供給を受けることも可能である。前記ブームシリンダ３１は、ヘッド室３１ａと、ロッド室３１ｂと、を備える。前記ブームシリンダ３１は、前記へッド側室３１ａに作動油が供給されることにより伸長して前記ブーム１３を上昇させるとともに前記ロッド側室３１ｂから作動油を排出する。前記ブームシリンダ３１は、逆に、前記ロッド側室３１ｂに作動油が供給されることにより収縮して前記ブーム１３を降下させるとともに前記へッド側室３１ａから作動油を排出する。

　前記ブーム制御弁３３は、前記ブームシリンダ用ポンプ２３から前記ブームシリンダ３１に供給される作動油の流れ方向および流量を制御するための弁である。前記ブーム制御弁３３は、油圧回路において前記ブームシリンダ用ポンプ２３と前記ブームシリンダ３１との間に設けられる。前記ブーム制御弁３３は、複数の切換位置を有する。前記ブーム制御弁３３の切換位置は、当該ブーム制御弁３３に入力されるブーム指令（例えばパイロット油圧）によって切り換えられる。前記複数の切換位置は、第１作動位置３３ａと、第２作動位置３３ｂと、中立位置３３ｃと、を含む。

　前記第１作動位置３３ａはブーム上げ位置であり、このブーム上げ位置において前記ブーム制御弁３３は前記ブームシリンダ用ポンプ２３から前記ヘッド室３１ａへの作動油の供給と前記ロッド室３１ｂからタンクＴへの作動油の戻りを許容する油路を形成する。これにより前記ブーム１３は上昇するすなわち起こされる。前記第２作動位置３３ｂはブーム下げ位置であり、このブーム下げ位置において前記ブーム制御弁３３は前記ブームシリンダ用ポンプ２３から前記ロッド室３１ｂへの作動油の供給を許容しかつ前記ヘッド室３１ａからタンクＴへの作動油の戻りを許容する油路を形成する。これにより前記ブーム１３が降下する。前記中立位置３３ｃにおいて前記ブーム制御弁３３は前記ブームシリンダ用ポンプ２３から前記ブームシリンダ３１への作動油の供給をブロックする。

　ブーム操作部３５は、建設機械１の操作者によるブーム操作を受ける。前記ブーム操作は、前記ブームシリンダ３１を作動させて前記ブーム１３を上下動させるための操作である。前記ブーム操作部３５は、この実施の形態では、ブーム操作部材であるブーム操作レバー３５ａと弁本体３５ｂとを有するブームリモコン弁である。前記ブーム操作部３５の弁本体３５ｂは、前記ブーム操作レバー３５ａに与えられる前記ブーム操作に応じた指令（例えばパイロット油圧）を前記ブーム制御弁３３に入力することにより当該ブーム制御弁３３の前記切換位置を変える。

　前記合流弁３７は、前記メインポンプ２１から前記ブームシリンダ３１への作動油の供給を許容する状態と阻止する状態とに切り換えられる弁である。前記合流弁３７は、前記メインポンプ２１と前記ブームシリンダ３１の前記ヘッド室３１ａとの間に設けられる。詳しくは、前記合流弁３７は、合流油路３８の途中に設けられ、当該合流油路３８は前記メインポンプ２１から前記ブーム制御弁３３と前記ヘッド室３１ａとをつなぐ油路に至る。前記合流弁３７は、複数の切換位置を有し、当該複数の切換位置は連通位置３７ａと遮断位置３７ｂとを含む。前記ブームシリンダ合流弁３７は、前記連通位置３７ａにおいて前記メインポンプ２１から前記ヘッド室３１ａへの作動油の供給を許容するように前記合流油路３８を開通する。前記合流弁３７は、前記遮断位置３７ｂにおいて前記メインポンプ２１から前記ヘッド室３１ａへの作動油の供給を阻止するように前記合流油路３８を遮断する。前記合流弁３７の切換位置は、当該合流弁３７に入力される合流指令に応じて切り換わる。当該合流指令は、例えばパイロット油圧であり、この実施の形態では前記ブーム駆動指令のうち前記ブーム１３を上げるためのブーム上げ指令（ブーム上げパイロット圧）である。

　前記旋回制御部４０は、前記上部旋回体１１を旋回させかつその旋回を制御する。当該旋回制御部４０は、旋回モータ４１と、レギュレータ４２と、旋回制御弁４３と、旋回操作部４５と、を備える。

　旋回モータ４１は、可変容量型の油圧モータである。旋回モータ４１は、下部走行体（図示なし）に対して旋回体１１を旋回させる。旋回モータ４１は、減速機（図示なし）を介して、旋回体１１を旋回させる。旋回モータ４１は、前記メインポンプ２１からの作動油の供給を受けて前記旋回体１１を旋回させるように作動する。以下の記載では、旋回モータ４１の容量を、「旋回モータ容量Ｃｍ」とする。旋回モータ４１は、第１ポート４１ａと、第２ポート４１ｂと、を有する。旋回モータ４１は、前記第１ポート４１ａに作動油が供給されると、右回転して前記旋回体１１を右旋回させるとともに前記第２ポート４１ｂから作動油を排出する。旋回モータ４１は、逆に前記第２ポート４１ｂに作動油が供給されると、左回転して前記旋回体１１を左旋回させるとともに第１ポート４１ａから作動油を排出する。

　前記レギュレータ４２は、前記旋回モータ容量Ｃｍを制御するように前記旋回モータ４１に接続される。前記レギュレータ４２は、前記コントローラ７０から容量指令信号の入力を受けることにより前記旋回モータ容量Ｃｍを当該容量指令信号に対応した容量にするように作動する。

　前記旋回制御弁４３は、前記メインポンプ２１から前記旋回モータ４１に供給される作動油の流れ方向および流量を制御する弁である。前記旋回制御弁４３は、前記メインポンプ２１と前記旋回モータ４１との間に設けられる。前記旋回制御弁４３は複数の切換位置を有する。旋回制御弁４３の切換位置は、当該旋回制御弁４３に入力される旋回指令（例えばパイロット油圧）によって切り換えられる。前記複数の切換位置は、右旋回位置である第１作動位置４３ａと、左旋回位置である第２作動位置４３ｂと、中立位置４３ｃと、を含む。

　前記旋回制御弁４３は、前記第１作動位置４３ａおよび前記第２作動位置４３ｂのそれぞれにおいて、前記メインポンプ２１から前記旋回モータ４１に作動油が供給されるのを許容する油路を形成する。具体的に、前記旋回制御弁４３は、前記第１作動位置４３ａでは、前記メインポンプ２１から前記旋回モータ４１の第１ポート４１ａに作動油が供給されるのを許容しかつ第２ポート４１ｂから作動油がタンクＴに戻るのを許容する油路を形成する。これにより、前記旋回モータ４１は右に回転して旋回体１１をオペレータから見て右方向に旋回させる。逆に、前記旋回制御弁４３は、前記第２作動位置４３ｂでは、前記メインポンプ２１から前記第２ポート４１ｂに作動油が供給されるのを許容しかつ前記第１ポート４１ａから作動油がタンクＴに戻るのを許容する油路を形成する。これにより、前記旋回モータ４１が左回転して旋回体１１をオペレータから見て左方向に旋回させる。前記旋回制御弁４３は、前記中立位置４３ｃでは前記メインポンプ２１から前記旋回モータ４１に至る油路をブロックして当該旋回モータ４１への作動油の供給を阻止する。

　前記旋回操作部４５は、建設機械１の操作者による旋回操作を受ける。前記旋回操作は、前記旋回モータ４１を作動させて前記旋回体１１を旋回させるための操作である。前記旋回操作部４５は、この実施の形態では、操作部材である旋回操作レバー４５ａと弁本体４５ｂとを有する旋回リモコン弁である。前記旋回操作部４５の弁本体４５ｂは、前記旋回操作レバー４５ａに与えられる前記旋回操作に応じた指令（例えばパイロット油圧）を前記旋回制御弁４３に入力することにより当該旋回制御弁４３の前記切換位置を変える。

　前記複数のセンサは、旋回速度センサ６１と、ポンプ圧センサ６２と、ブーム操作センサ６３と、旋回操作センサ６４と、を含む。

　前記旋回速度センサ６１は、図示されない前記下部走行体に対する前記旋回体１１の回転速度（例えば角速度）を検出し、これに対応する電気信号である旋回速度検出信号を生成する。以下の記載では、前記下部走行体に対する前記旋回体１１の回転速度を「旋回速度Ｖｓ」とする。前記旋回速度センサ６１は、前記旋回速度Ｖｓを直接的に検出してもよく、間接的に検出してもよい。図１に示す旋回速度センサ６１は、直接的には前記旋回モータ４１の回転速度Ｖｍを検出し、これに基づいて前記旋回体１１の旋回速度Ｖｓを特定する。

　前記ポンプ圧センサ６２は、メインポンプ２１の吐出圧力、すなわち当該メインポンプ２１が吐出する作動油の圧力であるポンプ圧Ｐ１、を検出し、これに対応する電気信号であるポンプ圧検出信号を生成する。

　前記ブーム操作センサ６３は、前記ブーム１３を作動させるために前記ブーム操作レバー３５ａに与えられる前記ブーム操作を検出する。従って、当該ブーム操作センサ６３は、前記ブーム操作部３５に与えられる前記ブーム操作の有無を検出する。この実施の形態に係るブーム操作センサ６３は、前記ブーム操作のうち前記ブーム１３を上げるためのブーム上げ操作を検出する。具体的に、この実施の形態に係るブーム操作センサ６３は、前記ブーム操作部３５から前記ブーム制御弁３３に入力されるパイロット油圧であるブーム上げパイロット圧を検出し、これに対応する電気信号であるブーム操作検出信号を生成する。ブーム操作センサ６３は、あるいは、前記ブーム操作レバー３５ａのレバー角度を検出するポテンショメータ等であってもよい。

　前記旋回操作センサ６４は、前記旋回体１１を旋回させるために前記旋回操作レバー４５ａに与えられる前記旋回操作を検出する。従って、前記旋回操作センサ６４は、旋回操作部４５に与えられる前記旋回操作の有無を検出する。この実施の形態に係る旋回操作センサ６４は、前記旋回操作部４５から前記旋回制御弁４３に入力されるパイロット油圧である旋回パイロット圧を検出し、これに対応する電気信号である旋回操作検出信号を生成する。前記旋回操作センサ６４は、あるいは、前記旋回操作レバー４５ａのレバー角度を検出するポテンショメータ等であってもよい。

　前記コントローラ７０は、信号の入出力、判定および算出などの演算、および、情報の記憶などを行う。前記コントローラ７０は、前記レギュレータ４２に容量指令信号を入力することにより前記旋回モータ容量Ｃｍを制御する。コントローラ７０には、前記複数のセンサのそれぞれにおいて生成された検出信号が入力される。コントローラ７０は、前記ブーム上げパイロット圧に代えて前記ブーム合流弁３７に切換位置を変えるための合流指令を入力してもよい。コントローラ７０は、ブームシリンダ３１および旋回モータ４１の作動に必要な作動油の流量を演算し、これに基づいて前記メインポンプ２１およびブームシリンダ用ポンプ２３の吐出流量を制御する。

　前記旋回体１１の旋回に関する前記油圧システム２０の動作は、次の通りである。前記旋回操作部４５は、その旋回操作レバー４５ａに対して操作者から与えられる旋回操作に対応した旋回指令である旋回パイロット圧を旋回制御弁４３に入力する。旋回制御弁４３は、入力された旋回指令に応じて、第１作動位置４３ａまたは第２作動位置４３ｂに切り換わる。これにより、前記メインポンプ２１が吐出した作動油が前記旋回制御弁４３を通じて前記旋回モータ４１に流入し、当該旋回モータ４１が回転して下部走行体に対して旋回体１１を旋回させる。

　前記ブーム１３の上下動に関する前記油圧システム２０の動作は次の通りである。前記ブーム操作部３５は、そのブーム操作レバー３５ａに対して操作者から与えられるブーム操作に応じたブーム指令であるパイロット油圧であるブームパイロット圧をブーム制御弁３３に入力する。ブーム制御弁３３は、入力された前記ブーム指令に応じて、第１作動位置３３ａまたは第２作動位置３３ｂに切り換わる。これにより、ブームシリンダ用ポンプ２３が吐出した作動油は前記ブーム制御弁３３を通じてブームシリンダ３１に流入し、当該ブームシリンダ３１が伸縮して旋回体１１に対してブーム１３を上下動させる。

　ブーム１３を下げるときには前記合流弁３７にパイロット圧が入力されず、よって当該合流弁３７は遮断位置３７ｂに保たれる。これに対し、ブーム１３を上げるときにはブーム上げパイロット圧が合流弁３７に入力されて当該合流弁３７が連通位置３７ａに切り換えられ、ブームシリンダ用ポンプ２３およびメインポンプ２１の双方からブームシリンダ３１への作動油の供給を許容する。よって、メインポンプ２１からブームシリンダ３１に作動油が供給されない場合に比べ、ブームシリンダ３１に供給される作動油の流量が増え、ブームシリンダ３１の作動（伸張）速度が上げられる。

　前記旋回操作及び前記ブーム上げ操作が前記旋回操作レバー４５ａ及び前記ブーム操作レバー３５ａのそれぞれに同時に与えられる同時操作時には、基本的に旋回体１１が旋回すると同時にブーム１３が上がる。このとき、メインポンプ２１は、ブームシリンダ３１と旋回モータ４１とに作動油を同時に並列的に供給する。つまり、パラレル回路を通じての作動油の供給が行われる。従って、同時操作時では、メインポンプ２１が吐出する作動油の流量をブームシリンダ３１と旋回モータ４１とに適切に配分することが重要になる。

　図２は、旋回モータ容量Ｃｍの制御について前記コントローラ７０が行う演算制御動作を示す。以下、上記の油圧システム２０の各構成要素については図１を参照しながら、前記演算制御動作の各ステップについては図２を参照しながら、説明する。

　前記コントローラ７０は、図３に示されるような低速域大容量制御を行う。この低速域大容量制御は、検出される旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍを、当該旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときの旋回モータ容量Ｃｍよりも大きくするような旋回モータ容量Ｃｍの制御である。前記低速域Ｖ１は、前記旋回速度Ｖｓについて前記コントローラ７０に予め設定された速度領域であって、当該旋回速度Ｖｓが予め設定された容量減算最小速度Ｖｍｉｎ以下である領域である。前記高速域Ｖ２も、前記旋回速度Ｖｓについて前記コントローラ７０に予め設定された速度領域であって、前記容量減算最小速度Ｖｍｉｎよりも高速の領域である。

　前記低速域大容量制御は、旋回モータ４１とブームシリンダ３１とが同時に作動するとき、つまり前記同時操作時、に行われる。しかし、低速域大容量制御は、同時操作時以外に行われてもよい。

　前記コントローラ７０は、図３および図４に示すような高圧時小容量制御も行う。高圧時小容量制御は、ポンプ圧Ｐ１が高いほど旋回モータ容量Ｃｍを小さくする制御である。高圧時小容量制御は、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときに行われる。高圧時小容量制御は、旋回速度Ｖｓが、低速域Ｖ１および前記高速域Ｖ２の中の第２高速域Ｖ２ｂのいずれかにあるときに行われてもよい。前記高速域Ｖ２は、前記第２高速域Ｖ２ｂと、それよりも高速側の第１高速域Ｖ２ａと、を有する。

　図２に示すように、前記コントローラ７０は、まず、前記旋回体１１を旋回させるための旋回操作と、前記ブーム１３を上げるためのブーム上げ操作と、がそれぞれ操作レバー４５ａ，３５ａに同時に与えられているか（つまり同時操作が行われているか）否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、前記コントローラ７０は、旋回操作部４５に前記旋回操作が与えられていることを前記旋回操作センサ６４が検出し、かつ、前記ブーム操作部３５に前記ブーム上げ操作が与えられていることをブーム操作センサ６３が検出しているか否かを判定する。

　同時操作が行われていない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、コントローラ７０は、旋回モータ容量Ｃｍを図３に示すような規定の容量Ｃ２（いわば通常の容量）に決定する。当該規定の容量Ｃ２は、例えば、旋回速度Ｖｓとは関係なく一定である。例えば、旋回体１１の旋回（旋回モータ４１の回転）に対してブレーキがかけられる場合は、旋回モータ容量Ｃｍは前記規定の容量Ｃ２に設定される。

　同時操作が行われている場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、コントローラ７０は、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるか否かを判定する。具体的に、当該コントローラ７０は、前記旋回速度センサ６１で検出された前記旋回速度Ｖｓが、予め設定された容量減算最小速度Ｖｍｉｎ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にある場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、コントローラ７０は旋回モータ容量Ｃｍを所定の容量Ｃ３に設定する（ステップＳ２２）。この容量Ｃ３は前記既定の容量Ｃ２よりも大きい。前記旋回速度Ｖｓが前記低速域Ｖ１にない場合、つまり高速域Ｖ２にある場合（ステップＳ２１でＮＯ）、コントローラ７０は前記旋回モータ容量Ｃｍを前記容量Ｃ３よりも小さい値、つまり、容量Ｃ３から減算した値、に設定する（ステップＳ２３）。

　前記コントローラ７０は、前記ステップＳ２２または前記ステップＳ２３において演算した旋回モータ容量Ｃｍを前記ポンプ圧センサ６２により検出されたポンプ圧Ｐ１に基づいて補正する（ステップＳ３１）。具体的に、コントローラ７０は、前記ポンプ圧Ｐ１が高いほど前記旋回モータ容量Ｃｍを小さくするような補正をする（高圧時小容量制御）。換言すれば、前記コントローラ７０は、前記ポンプ圧Ｐ１が高いほど大きな度合いで前記旋回モータ容量Ｃｍを前記ステップＳ２２またはＳ２３で設定された値から減算し、前記ポンプ圧Ｐ１が一定以下の場合には補正をしない。

　前記コントローラ７０は、前記旋回速度Ｖｓに基づく前記旋回モータ容量Ｃｍの制御のために、例えば、前記旋回速度Ｖｓから旋回モータ容量Ｃｍを算出するための関係式などを予め記憶してもよい。あるいは、図３～図５に示すような制御マップＭ１～Ｍ３を予め記憶してもよい。当該制御マップＭ１～Ｍ３は、旋回速度Ｖｓと旋回モータ容量Ｃｍとの関係を規定する。当該マップＭ１～Ｍ３では、旋回速度Ｖｓについて複数の領域（速度領域）が設定され、当該複数の速度領域は、前記低速域Ｖ１と前記高速域Ｖ２とを含む。

　前記低速域Ｖ１は、前記複数の速度領域の中で最も低速の領域である。当該低速域Ｖ１は、旋回速度Ｖｓがゼロの状態（旋回体１１が停止している状態）を含んでもよい。旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１のときコントローラ７０は旋回モータ容量Ｃｍを前記容量Ｃ３に設定する。この容量Ｃ３は、旋回モータ４１が取り得る容量の中で最大の容量（モータ最大容量）でもよく、あるいはモータ最大容量よりも小さい容量であってもよい。例えば、略最大容量でもよい。当該容量Ｃ３は、前記規定の容量Ｃ２よりも大きい。旋回速度Ｖｓが前記低速域Ｖ１にあるときの前記旋回モータ容量Ｃｍは、図３に示す例では一定の容量Ｃ３に設定されるが、このときの旋回モータ容量Ｃｍは必ずしも一定でなくてもよい。図３に示される前記容量減算最小速度Ｖｍｉｎは、高速域Ｖ２での最小速度であり、換言すれば、低速域Ｖ１での最大速度である。

　前記高速域Ｖ２は、前記低速域Ｖ１よりも旋回速度Ｖｓの高い領域であり、前記旋回モータ容量Ｃｍの減算が行われる容量減算領域である。前記コントローラ７０は、旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときの旋回モータ容量Ｃｍを、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍ（容量Ｃ３）よりも小さく設定する。

　前記高速域Ｖ２は、前記第１高速域Ｖ２ａと前記第２高速域Ｖ２ｂとを有する。前記第１高速域Ｖ２ａは、前記複数の速度領域の中で最も高速の領域である。第１高速域Ｖ２ａは、想定され得る旋回速度Ｖｓのうち最も高い旋回速度Ｖｍａｘを含んでもよい。コントローラ７０は、前記旋回速度Ｖｓが前記第１高速域Ｖ２ａにあるとき前記旋回モータ容量Ｃｍを容量Ｃ１に設定する。当該容量Ｃ１は、前記規定の容量Ｃ２よりも小さい。当該容量Ｃ１は、あるいは、当該規定の容量Ｃ２と等しくてもよい。容量Ｃ１は、例えば、旋回モータ４１が取り得る容量の中で最小の容量でもよい。前記旋回速度Ｖｓが前記第１高速域Ｖ２ａにあるときの旋回モータ容量Ｃｍは必ずしも一定でなくてもよい。

　前記第２高速域Ｖ２ｂは、前記低速域Ｖ１と前記第１高速域Ｖ２ａとの間の速度領域（中速域）である。コントローラ７０は、前記旋回速度Ｖｓが前記第２高速域Ｖ２ｂにあるとき前記旋回モータ容量Ｃｍを前記容量Ｃ３未満でかつ前記容量Ｃ１以上の範囲内で設定する。図３に示す例では、コントローラ７０は、前記旋回速度Ｖｓが前記第２高速域Ｖ２ｂにあるときに前記旋回モータ容量Ｃｍを当該旋回速度Ｖｓが大きくなるにしたがって連続的に（徐々に）小さくする。第２高速域Ｖ２ｂにおける前記旋回モータ容量Ｃｍは前記旋回速度Ｖｓが大きくなるにしたがって１または複数の段階にわたって段階的に小さくなる値に設定されてもよい。例えば、低速域Ｖ１と高速域Ｖ２とで、旋回モータ容量Ｃｍが２段階（例えば容量Ｃ１、容量Ｃ３）にのみ切り替えられてもよい。また、前記高速域Ｖ２は、必ずしも前記第１高速域Ｖ２ａと前記第２高速域Ｖ２ｂとに分けられなくてもよい。

　前記制御マップＭ１～Ｍ３の内容、具体的には前記旋回速度Ｖｓと前記旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示すグラフの形状は、様々に設定可能である。例えば、第２高速域Ｖ２ｂでの旋回速度Ｖｓと旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示すグラフの形状は、図３～図５に示す例では直線状であるが、折れ線状でもよく、曲線状でもよく、階段状でもよく、これらを組み合わせた形状でもよい。

　上述のように、前記コントローラ７０は、前記低速域Ｖ１において、前記ポンプ圧Ｐ１に基づく前記旋回モータ容量Ｃｍの変更を行うが、高速域Ｖ２においてポンプ圧Ｐ１に基づく旋回モータ容量Ｃｍの変更がなされてもよい。図４および図５に示す制御マップＭ２，Ｍ３は、低速域Ｖ１および第２高速域Ｖ２ｂにおいて旋回モータ容量Ｃｍがポンプ圧Ｐ１に応じて変化する特性を有する。

　図４に示す制御マップＭ２によれば、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるとき、前記旋回モータ容量Ｃｍは前記ポンプ圧Ｐ１が高いほど小さい容量に設定される。例えば、ポンプ圧Ｐ１が所定の圧力以下であるときの旋回モータ容量Ｃｍは容量Ｃ３ａである。前記低速域Ｖ１において前記ポンプ圧Ｐ１が所定の圧力を超える場合、旋回モータ容量Ｃｍはポンプ圧Ｐ１が大きくなるにしたがって小さい容量に設定される（容量Ｃ３ｂ、容量Ｃ３ｃ、および容量Ｃ３ｄを参照）。旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍは、ポンプ圧Ｐ１が大きくなるにしたがって段階的に小さくなる値に設定されてもよいし、あるいは、連続的（無段階的に）に小さくなる値に設定されてもよい（第２高速域Ｖ２ｂのときも同様）。

　前記旋回速度Ｖｓが前記第２高速域Ｖ２ｂにあるときの旋回モータ容量Ｃｍは、ポンプ圧Ｐ１が高いほど小さくなるように設定される。図４に示される例では、ポンプ圧Ｐ１が高いほど旋回速度Ｖｓと旋回モータ容量Ｃｍとの関係を示すグラフの傾斜がなだらかになるように（つまり傾きの絶対値が小さくなるように）設定される。あるいは、図５に示す制御マップＭ３のように、ポンプ圧Ｐ１が高いほど第２高速域Ｖ２ｂにおける旋回モータ容量Ｃｍの上限が小さくなるような特性が設定されてもよい。例えば、第２高速域Ｖ２ｂでの旋回モータ容量Ｃｍの上限は、低速域Ｖ１での旋回モータ容量Ｃｍ（図５の容量Ｃ３ａ～容量Ｃ３ｄを参照）と等しくてもよく、あるいは低速域Ｖ１での旋回モータ容量Ｃｍよりも小さくてもよい。

　前記高圧時小容量制御を行う理由は、次の通りである。ポンプ圧Ｐ１の変化はブームシリンダ３１と旋回モータ４１の挙動のバランスを変化させる可能性がある。例えば、ブーム１３に掛かる負荷が大きくなると、ブームシリンダ３１のヘッド室３１ａの圧力である保持圧が高くなり、当該保持圧と実質上等しいポンプ圧Ｐ１も高くなる。また、ブーム１３に掛かる負荷が大きくなると、ブームシリンダ３１の伸張の速度が低くなりやすい。一方、ポンプ圧Ｐ１が高くなると、旋回モータ４１に供給される作動油の圧力であって旋回駆動圧に相当する圧力が高くなり、旋回モータ４１のトルクが大きくなり、旋回体１１が加速しやすい。このように、ポンプ圧Ｐ１が高くなると、ブーム上げの速度は低下しやすく、旋回体１１は加速しやすくなる。このように、ポンプ圧Ｐ１の変化は、ブームシリンダ３１と旋回モータ４１とのうちの一方の速度の上昇と他方の速度の低下を伴う（挙動のバランスの変化を伴う）傾向がある。その結果、前記旋回操作と前記ブーム上げ操作とが同時に与えられる同時操作時の作業にかかる時間が長くなる可能性が生じる。

　ここで、前記旋回モータ４１のトルクは、当該旋回モータ４１に供給される作動油の圧力であって前記ポンプ圧Ｐ１と略同等の圧力と流量との積に比例するため、ポンプ圧Ｐ１が高い場合には旋回モータ容量Ｃｍを下げても旋回体１１の加速に必要なトルクを確保できる。従って、前記高圧時小容量制御、すなわちポンプ圧Ｐ１が高いほど旋回モータ容量Ｃｍを小さくする制御、を実行することにより、メインポンプ２１から旋回モータ４１に供給される作動油の流量を抑えることができる一方、メインポンプ２１からブームシリンダ３１に供給される作動油の流量を増やしてブームシリンダ３１の作動（伸張）速度を上げることができる。例えば、ポンプ圧Ｐ１が変わっても旋回モータ４１のトルクが一定になるように（またはトルクが所定範囲内に収まるように）当該ポンプ圧Ｐ１に応じて旋回モータ容量Ｃｍを変えることにより、旋回体１１の旋回動作とブーム１３の上げ動作との挙動バランスを保つことができる。このことは、前記旋回操作と前記ブーム上げ操作とが同時に与えられる前記同時操作時での作業にかかる時間の短縮を可能にする。

　図６および図７は、前記同時操作時のブームシリンダ３１および旋回モータ４１などの挙動を示す。図６および図７は、本実施形態と「例１」との対比を示している。「例１」は、同時操作時に旋回速度Ｖｓとは関係なく旋回モータ容量Ｃｍを一定の容量Ｃ２（図３参照）に保つ例である。図６は、メインポンプ２１からブームシリンダ３１に供給される作動油の流量であるブーム流量と、メインポンプ２１から旋回モータ４１に供給される作動油の流量である旋回流量と、の配分の挙動（時間変化）を示すグラフである。図７は、旋回体１１の旋回角度、および、ブームシリンダ３１の長さ（ストローク量）の挙動（時間変化）を示すグラフである。図７では、時刻ｔ０のときの旋回体１１の旋回角度及びブームシリンダ３１の長さがそれぞれ０とされる。図６は、前記実施形態及び前記例１での前記ブーム流量及び前記旋回流量の相対的な大きさを示し、図７は、前記実施形態及び前記例１での前記旋回角度及びブームシリンダ３１の長さの相対的な大きさを示している。

　図６に示すように、旋回モータ４１の加速の初期（旋回体１１の旋回の初期）では、例１における旋回流量よりも本実施形態における旋回流量が多い（時刻ｔ０～ｔ１を参照）。よって、例１よりも本実施形態の方が、旋回モータ４１のトルクが大きい。その結果、図７に示すように、例１よりも本実施形態の方が、旋回角度が所定の（所望の）角度Ａｔに早く到達することができ、これにより、旋回に要する時間を短縮できる。ここで、図６に示すように、旋回体１１の加速の初期では、例１におけるブーム流量よりも本実施形態におけるブーム流量が少ない。そのため、図７に示すように、旋回体１１の加速の初期では、例１よりも本実施形態の方が、ブームシリンダ３１が短い。

　図６に示すように、コントローラ７０は旋回速度Ｖｓの上昇に伴って旋回モータ容量Ｃｍを小さくする制御を実行し（図３参照）、これにより旋回流量を減らす。そして、例１における旋回流量よりも本実施形態における旋回流量が少ない（時刻ｔ１～ｔ２を参照）。一方、例１におけるブーム流量よりも本実施形態におけるブーム流量の方が多い。よって、例１よりも本実施形態の方が、ブーム１３の伸張速度が高い。

　図７に示すように、例１よりも本実施形態の方が、旋回体１１が所定の角度Ａｔに早く到達する。よって、例１よりも本実施形態の方が、旋回操作を早いタイミング（早い時刻）で終えることができ、メインポンプ２１から旋回モータ４１への作動油の供給を早いタイミングで終えることができる（時刻ｔ２～ｔ３を参照）。よって、メインポンプ２１が吐出する作動油の流量のうち、旋回モータ４１に供給していた流量をより早いタイミングでブームシリンダ３１に供給できる。このことは、本実施形態において例１よりもブームシリンダ３１を所定の（所望の）長さに早く到達させることを可能にし、前記同時操作時での作業にかかる時間を短くできる。例えば、前記同時操作を用いた作業が複数回（繰り返し）行われる場合、同時操作を用いた１回の作業にかかる時間（サイクルタイム）を短縮することにより、複数回の作業にかかる時間をさらに短縮することができる。

　図７に示す例では、時刻ｔ２で旋回操作が終了した後に旋回体１１が惰性で回転し、図６に示す例では、旋回操作終了後にブーム上げ操作が継続されるが、旋回操作の終了のタイミング及びブーム上げ操作の終了のタイミングは作業の内容や状況によって様々である。従って、前記両タイミングは同じタイミングでもよく、例えばほぼ同じタイミングなどでもよい。

　以上説明した実施の形態では、コントローラ７０に図３に示すような、旋回速度についての速度領域である低速域Ｖ１及び高速域Ｖ２が設定され、コントローラ７０は、低速域大容量制御、すなわち、旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍを旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときの旋回モータ容量Ｃｍよりも大きくするような旋回モータ容量Ｃｍの制御、を行う。この低速度大容量制御は、図１に示す旋回モータ４１の加速性、例えば、当該旋回モータ４１が停止した状態から当該旋回モータ４１の回転を加速させる時（旋回起動時）の加速性、を向上させることを可能にする。

　また、前記コントローラ７０は、図３に示すように、旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときの旋回モータ容量Ｃｍを旋回速度Ｖｓが低速域Ｖ１にあるときの旋回モータ容量Ｃｍよりも小さくすることにより、旋回流量、すなわち図１に示す旋回モータ４１に供給される作動油の流量、の増大を抑制できる。

　前記実施の形態に係る油圧システム２０は、旋回モータ４１とは別の油圧アクチュエータであって当該旋回モータ４１とパラレルにメインポンプ２１からの作動油の供給を受けて作動する供給対象油圧アクチュエータであるブームシリンダ３１をさらに備えるので、前記メインポンプ２１により吐出される作動油が旋回モータ４１およびブームシリンダ３１の双方に供給されるときにポンプ２１からブームシリンダ３１に供給される作動油の流量が不足してブームシリンダ３１の作動が遅くなる可能性があるが、当該実施の形態に係るコントローラ７０は、前記旋回モータ４１と前記ブームシリンダ３１とが同時に作動するときに低速域大容量制御を行うことで、前記ブームシリンダ３１の作動速度の低下を抑えることができる。具体的には、旋回速度Ｖｓが高速域Ｖ２にあるときに前記ブーム流量すなわち図１に示すメインポンプ２１からブームシリンダ３１に供給される作動油の流量を増やして前記ブームシリンダ３１の作動を速くすることができる。

　通常、前記ブームシリンダ３１は、当該ブームシリンダ３１以外のアクチュエータ（例えばアームアクチュエータやバケットアクチュエータ）に比べ、建設機械１が作業を行うときの作動の量（仕事量、移動量など）が多い。よって、旋回モータ４１とともにメインポンプ２１からの作動油の供給を受ける前記供給対象油圧アクチュエータが前記ブームシリンダ３１であることは、前記コントローラ７０の制御による建設機械１の作業性の向上をより顕著にする。

　例えば、ブームシリンダ３１は、ブーム１３に対してアームを回転させるアームシリンダよりも作動量が多く、また、アームに対してバケットを回転させるバケットシリンダよりも作動量が多い。よって、前記供給対象油圧アクチュエータが前記ブームシリンダ３１である場合、当該供給対象油圧アクチュエータがアームシリンダまたはバケットシリンダである場合に比べて建設機械１の作業性の向上がより著しい。

　前記実施の形態に係る油圧システム２０は、前記メインポンプ２１の吐出圧力であるポンプ圧Ｐ１を検出するポンプ圧センサ６２をさらに備え、前記コントローラ７０は、図４に示すように、前記ポンプ圧Ｐ１が高いほど旋回モータ容量Ｃｍを小さくする制御をすることにより、旋回モータ４１の加速性を確保しつつブームシリンダ３１の作動を速くすることができる。具体的に、前記旋回モータ４１のトルクはポンプ圧Ｐ１と図３に示される旋回モータ容量Ｃｍとの積に比例するため、ポンプ圧Ｐ１の上昇に伴って旋回モータ容量Ｃｍを小さくしても旋回モータ４１の加速性を確保しやすい。従って、ポンプ圧Ｐ１が高いほど旋回流量すなわちメインポンプ２１から旋回モータ４１に供給される作動油の流量を減らし、ブーム流量すなわちメインポンプ２１からブームシリンダ３１に供給される作動油の流量を増やすことにより、旋回モータ４１の加速性を確保しつつ、ブームシリンダ３１の作動を速くできる。

　本発明は、前記実施の形態に限定されず、当該実施の形態から様々に変形されてもよい。

　例えば、図１に示す回路の接続、建設機械１に含まれる構成要素の数、図２に示すフローチャートのステップの順序、図３～図５に示す制御マップＭ１～Ｍ３（グラフ）の形状、のうちの一部または全部が変更されてもよい。

　前記ブームシリンダ用ポンプ２３および前記合流弁３７は必ずしも要しない。例えばメインポンプ２１のみからブームシリンダ３１に作動油が供給されてもよい。また、本発明に係る油圧ポンプの個数は限定されない。

　図４に示すようなポンプ圧Ｐ１に基づく旋回モータ容量Ｃｍの補正は省略されてもよい。

　旋回モータとともに共通の油圧ポンプから作動油の供給を受ける「供給対象アクチュエータ」は、前記ブームシリンダ３１に限られず、例えばアームシリンダやバケットシリンダであってもよい。あるいは、油圧シリンダ以外の油圧アクチュエータ、例えば油圧モータでもよい。

　以上のように、本発明によれば、旋回体を備える建設機械に設けられる油圧システムであって、旋回モータの加速性の向上と、当該旋回モータに供給される作動油の流量の増大の抑制と、の双方が可能な油圧システムが提供される。当該油圧システムは、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの作動油の供給を受けて前記旋回体を旋回させるように作動する可変容量型の油圧モータからなる旋回モータと、前記旋回体の旋回速度を検出する旋回速度センサと、前記旋回モータの容量を制御するコントローラと、を備える。前記コントローラには、前記旋回速度についての領域である速度領域として、旋回速度が一定以下である低速域と、前記低速域よりも旋回速度が高い高速域と、が設定される。前記コントローラは、前記旋回速度センサにより検出される旋回速度が前記低速域にあるときは当該旋回速度が前記高速域にあるときよりも旋回モータ容量を大きくするように当該旋回モータ容量を制御する低速域大容量制御を行う。この低速域大容量制御は、低速域では旋回モータ容量を相対的に大きくすることにより旋回加速性を向上させながら、高速域では旋回モータ容量を相対的に小さくすることにより前記旋回モータに供給される作動油の流量の増大を抑制することができる。

　前記油圧システムは、前記旋回モータとは別の油圧アクチュエータであって当該旋回モータとパラレルに前記油圧ポンプからの作動油の供給を受けて作動する供給対象油圧アクチュエータをさらに備えてもよい。この場合、前記コントローラは、前記旋回モータと前記供給対象油圧アクチュエータとが同時に作動するときに前記低速域大容量制御を行うことが、好ましい。このことは、前記旋回モータと前記供給対象油圧アクチュエータとが同時に作動するときの前記供給対象油圧アクチュエータの作動速度の低下を抑えることを可能にする。

　前記供給対象油圧アクチュエータは、例えば、前記建設機械において前記旋回体に対して上下動することが可能なブームを上下動させるブームシリンダであることが、好ましい。このことは、前記低速域大容量制御による作業性の向上をより著しいものにする。

　前記油圧システムは、前記油圧ポンプの吐出圧力であるポンプ圧を検出するポンプ圧センサをさらに備え、前記コントローラは、前記ポンプ圧が高いほど前記旋回モータ容量を小さくするように当該旋回モータ容量を制御することが、より好ましい。このような高圧小容量制御は、旋回モータの加速性を確保しつつ供給対象油圧アクチュエータの作動を速くすることを可能にする。
 

Claims (4)

1. 　旋回体を備える建設機械の油圧システムであって、
   　作動油を吐出する油圧ポンプと、
   　前記油圧ポンプからの作動油の供給を受けて前記旋回体を旋回させるように作動する可変容量型の旋回モータと、
   　前記旋回体の旋回速度を検出する旋回速度センサと、
   　前記旋回モータの容量である旋回モータ容量を制御するコントローラと、
   　を備え、
   　前記コントローラには、旋回速度についての領域である速度領域として、旋回速度が一定以下の低速域と、前記低速域よりも旋回速度が高い高速域と、が設定され、
   　前記コントローラは、前記旋回速度センサにより検出される前記旋回速度が前記低速域にあるときの前記旋回モータ容量を前記旋回速度が前記高速域にあるときの前記旋回モータ容量よりも大きくするように当該旋回モータ容量を制御する低速域大容量制御を行う、油圧システム。
2. 　請求項１に記載の油圧システムであって、前記旋回モータとは別の油圧アクチュエータであって当該旋回モータとパラレルに前記油圧ポンプからの作動油の供給を受けて作動する供給対象油圧アクチュエータをさらに備え、前記コントローラは、前記旋回モータと前記供給対象油圧アクチュエータとが同時に作動するときに前記低速域大容量制御を行う、油圧システム。
3. 　請求項２に記載の油圧システムであって、前記供給対象油圧アクチュエータは、前記建設機械において前記旋回体に対して上下動することが可能なブームを上下動させるブームシリンダである、油圧システム。
4. 　請求項２または３に記載の油圧システムであって、前記油圧ポンプの吐出圧力であるポンプ圧を検出するポンプ圧センサを備え、前記コントローラは、前記ポンプ圧が高いほど前記旋回モータ容量を小さくするように当該旋回モータ容量を制御する、油圧システム。

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