JP2001065506A

JP2001065506A - 建設機械

Info

Publication number: JP2001065506A
Application number: JP23649699A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sugano; 直紀菅野; Etsujiro Imanishi; 悦二郎今西; Satoru Torii; 悟鳥居; Hirohisa Kimura; 浩久木村
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でアクチュエータの停止時の揺動
を確実に防止できる建設機械を提供する。【解決手段】操作レバー１３の操作により作動を制御
されるコントロール弁４と、コントロール弁４を介して
油圧ポンプ２から供給される圧油により駆動されるアク
チュエータの一例である旋回モータ１とを備えた建設機
械であって、メインライン３ａ，３ｂとタンク８との間
に設けられた切換弁９と、コントロール弁４が中立位置
に戻されてから一定時間だけ旋回モータ１の圧油排出側
のメインライン３ａ（又は３ｂ）がタンク８側に連通す
るように切換弁９を制御するチェック弁１１ａ，１１ｂ
と絞り１２ａ，１２ｂからなる並列回路等を備えたの
で、アクチュエータの停止時の揺動を確実に防止するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータの
停止時の揺動を防止するようにした建設機械に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、建設機械のアクチュエータの
停止時に発生する揺動を防止するための装置が種々提案
されている。例えば、実開平７−１４２０２号公報で
は、図１５に示すように、アクチュエータの一例である
ブームシリンダー５０１と、ブームシリンダー５０１に
圧油を供給する油圧ポンプ５０２と、圧油を制御するコ
ントロール弁５０４と、コントロール弁５０４の作動を
制御するパイロット油圧操作弁５０５とからなる油圧シ
ョベルのブームシリンダ駆動回路において、ブームシリ
ンダ５０１のボトム回路５０３ａとヘッド回路５０３ｂ
との間の連通回路５５５ａ，５５５ｂ上に絞り弁５５
７、パイロット油圧式の第１開閉弁５５２及び第２開閉
弁５５３が設けられ、パイロット油圧回路５０６ａ，５
０６ｂを連通する回路５６０には高圧側の圧油を選択導
入するシャトルバルブ５５１が設けられ、回路５６０と
第１開閉弁５５２のパイロットポートとはシャトルバル
ブ５５１を介して回路５６１により接続され、第２開閉
弁５５３のパイロットポートと回路５６１とを接続する
回路５６２には絞り弁５５４が配設された技術が開示さ
れている。

【０００３】この従来技術では、まず、パイロット油圧
操作弁５０５の操作レバー５１３を図中の左右方向のい
ずれかに操作すると、ブームシリンダ５０１は伸縮す
る。同時に、シャトルバルブ５５１を介して圧油は第１
開閉弁５５２を閉じ、第２開閉弁５５３を開く。つい
で、操作レバー５１３を中立位置に戻すと、第１開閉弁
５５２は開き、第２開閉弁５５３は閉じる。このとき、
第１開閉弁５５２と第２開閉弁５５３は絞り弁５５４の
働きにより開閉時期にタイムラグを生じ、短時間両方の
開閉弁が開状態となる。すなわち、従来技術では、ブー
ムシリンダ５０１のヘッド回路５０３ｂとボトム回路５
０３ａとをこの時間だけ連通させて、絞り弁５５７を介
して少量の圧油が高圧側から低圧側に流入させることに
より、ピーク圧を低減することを意図している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、両開閉弁５５２，５５３の時間差動作によって、ヘ
ッド，ボトム両回路５０３ｂ，５０３ａ間を一定時間だ
け連通させる構成であるため、２つの開閉弁５５２，５
５３と、これらに共通のパイロット圧を供給するための
シャトル弁５５１とが必要となる。このため、弁数が多
くなり、油圧回路構成が複雑になっている。

【０００５】また、上記従来技術においては、両開閉弁
５５２，５５３がともに開状態であるときのその流量特
性はいわゆるオリフィス絞りに近い特性となっている。
しかし、このオリフィス絞りの場合、流量特性はＱ＝ａ
√（ｐ）（ただしＱは流量，ｐは圧力，ａは比例係数で
ある。）となり、圧力の増加に比して通過流量が十分に
増加しないため、連通回路５５３ａ，５５３ｂの流量が
不十分となり、揺動防止効果が十分とはいえない。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、より簡単な構成で十分な揺動防止効果を発揮し
うる建設機械を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、操
作レバーの操作により作動を制御されるコントロール弁
と、コントロール弁を介して油圧源から供給される圧油
により駆動されるアクチュエータとを備えた建設機械に
おいて、上記アクチュエータの両側油路とタンクとの間
に設けられた切換弁と、上記コントロール弁が中立位置
に戻されてから一定時間だけ上記アクチュエータの圧油
排出側油路がタンク側に連通するように上記切換弁を制
御する切換弁制御手段とを具備したことを特徴とする建
設機械として構成されている。

【０００８】この構成によれば、コントロール弁により
アクチュエータの圧油排出側の油路が遮断される際に、
一定時間だけこの油路がタンクに連通するので、単純な
切換動作のみで、アクチュエータから排出される圧油を
タンクに逃がすことができる。したがって、従来よりも
必要な切換弁の数が少なくて済み、簡単な構成となる。
また、この構成では、上記一定時間だけアクチュエータ
の圧油排出側の油路が、従来の圧油供給ラインではな
く、無圧のタンクに連通するので、連通直後（瞬時）に
おける流路内の圧力差が大きくなって通過流量が流量が
多くなる。したがって、圧油排出側油路中のピーク圧を
低減して揺動を確実に防止できる。

【０００９】例えば、切換弁として、レバー操作される
パイロット操作弁からのパイロット圧によって作動する
パイロット式切換弁が用いられ、切換弁制御手段とし
て、上記操作弁からのパイロット圧を上記切換弁のパイ
ロットポートに導くパイロットラインにチェック弁と絞
りの並列回路が設けられればよい（請求項２）。

【００１０】さらに、切換弁には、所定の流量特性を有
する固定絞り部が設けられれば（請求項３）、この流量
特性を好適なものに設定しておくことにより、揺動をよ
り確実に防止できる。

【００１１】例えば、所定の流量特性は、油圧のｎ乗
（ｎ≧１．０）に比例することとすればよい（請求項
４）。この場合、油圧が高いときは十分な流量を確保し
て十分な揺動防止効果を発揮させるとともに、油圧が低
いときは流量を小さくしてアクチュエータ速度が０に近
づいたときでも十分なブレーキ力を確保することができ
るので、アクチュエータ停止時の揺動を効果的に抑える
ことができる。

【００１２】さらに、切換弁制御手段は、操作レバーの
操作量を検出する操作量検出手段と、この検出された操
作量に基づいて上記切換弁を作動させるコントローラと
が設けられたものであれば（請求項５）、油圧回路の構
成がより簡単化される。

【００１３】さらに、切換弁は、上記検出された操作量
に基づいてタンクに連通する油路の断面積を変化させる
可変絞り部を備えたものであれば（請求項６）、最適な
流量特性が得られるので、揺動をより確実に防止でき
る。

【００１４】また、本発明の請求項７は、操作レバーの
操作により作動を制御されるコントロール弁と、コント
ロール弁を介して油圧源から供給される圧油により駆動
されるアクチュエータと、上記アクチュエータの両側油
路間に設けられた連通弁と、上記コントロール弁が中立
位置に戻されてから一定時間だけ上記アクチュエータの
圧油排出側油路が圧油供給側油路に連通するように上記
連通弁を制御する連通弁制御手段とを備えた建設機械に
おいて、連通弁には、油圧のｎ乗（ｎ≧１．０）に比例
する流量特性を有する絞り部が設けられたことを特徴と
する建設機械として構成されている。

【００１５】この構成によれば、コントロール弁により
油路が遮断される際に、一定時間だけアクチュエータの
圧油排出側油路と圧油供給側油路とが、油圧のｎ乗（ｎ
≧１．０）に比例する流量特性を有する連通弁によって
連通されるので、油圧が高いときは十分な流量を確保し
て十分な揺動防止効果を発揮させるとともに、油圧が低
いときは流量を小さくしてアクチュエータ速度が０に近
づいたときでも十分なブレーキ力を確保することがで
き、アクチュエータ停止時の揺動を効果的に抑えること
ができる。

【００１６】さらに、連通弁制御手段は、操作レバーの
操作量を検出する操作量検出手段と、この検出された操
作量に基づいて上記連通弁を作動させるコントローラと
が設けられたものであれば（請求項８）、油圧回路がよ
り簡単化される。

【００１７】さらに、連通弁は、上記検出された操作量
に基づいて上記圧油供給側油路に連通する油路の断面積
を変化させる可変絞り部を備えたものであれば（請求項
９）、最適な流量特性が得られるので、揺動をより確実
に防止できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】上記従来技術では既述の通りの複
雑な構成となっているが、建設機械のアクチュエータ停
止時における揺動防止のためには必ずしもそのような構
成をとることは必要とされず、例えば以下の実施形態１
に示すような構成でも十分な揺動防止を図ることができ
る。

【００１９】（実施形態１）図１に本実施形態１に係る
油圧ショベルの全体構成を示す。同図において、１００
は建設機械の一例である油圧ショベルの下部走行体、２
００は上部旋回体、３００は上部旋回体２００の前部に
装着された掘削アタッチメントである。

【００２０】下部走行体１００は、いずれも片面のみ図
示する左右のクローラフレーム１０１及びクローラ１０
２からなり、両側クローラ１０２が個別に回転駆動され
て走行する。

【００２１】上部旋回体２００は、旋回フレーム２０
１、キャビン２０２等からなり、旋回モータ１により回
転駆動されて下部走行体１００上で旋回する。

【００２２】掘削アタッチメントは、ブーム３０１、ア
ーム３０２、バケット３０３からなり、それぞれがシリ
ンダ３０４〜３０６により伸縮駆動されて掘削作業動作
等を行う。

【００２３】図２に本実施形態１の特徴となる電気・油
圧回路を示す。以下、同回路について詳述する。

【００２４】図２において、上記旋回モータ１はアクチ
ュエータの一例であり、油圧ポンプ２からメインライン
（油路に相当）３ａ，３ｂを介して供給される圧油によ
って回転駆動される。油圧ポンプ２から供給される圧油
の流れ方向及び流量は、メインライン３ａ，３ｂ中に配
設されたコントロール弁４の動作によって制御される。
このコントロール弁４の動作は、さらに操作レバー１３
により操作されるパイロット油圧操作弁（パイロット操
作弁に相当）５からパイロットライン６ａ，６ｂを介し
て供給されるパイロット油圧によって制御される。

【００２５】本実施形態１では、メインライン３ａ，３
ｂは圧油逃がしライン７ａ，７ｂを介してタンク８に連
通されている。圧油逃がしライン７ａ，７ｂにおける流
路の開閉は同ライン中に配設されたパイロット式切換弁
９の動作によって制御される。この切換弁９の動作は、
さらにパイロットライン６ａ，６ｂの分岐ライン１０
ａ，１０ｂを介して供給されるパイロット油圧によって
制御される。分岐ライン１０ａ，１０ｂ中には流量を調
整するためのチェック弁１１ａ，１１ｂと絞り１２ａ，
１２ｂとがそれぞれ並列に配設されている。したがっ
て、これら分岐ライン１０ａ，１０ｂ、チェック弁１１
ａ，１１ｂ及び絞り１２ａ，１２ｂが切換弁制御手段に
相当する。

【００２６】なお、図中の２ａは油圧ポンプ２から供給
される作動油の圧力を調整するリリーフ弁、２ｂはこの
作動油を回収するタンクであり、タンク２ｂは上記タン
ク８と同一のものである。また、図中の５ａはパイロッ
ト油圧操作弁５にパイロット圧油を供給するパイロット
油圧ポンプ、５ｂはパイロット油圧ポンプ５ａから供給
される作動油を回収するタンク、５ｃ，５ｄは操作レバ
ー１３の操作量に応じてパイロット油圧ポンプ５ａから
供給される作動油の流れ方向を切り換える切換弁であ
り、この切換弁５ｃ，５ｄは上記パイロット油圧操作弁
５の構成要素である。さらに、切換弁９の出口側には、
後述する固定絞り部１４が備えられている。

【００２７】ここで、アクチュエータ（旋回モータ１）
停止時の揺動現象について説明する。図３は、基本的な
油圧回路（上記図２において、上記切換弁と切換弁制御
手段とを備えていないもの）の構成におけるアクチュエ
ータ停止時の揺動現象、すなわち、この基本的な油圧回
路において、オペレータが操作レバー１３を中立にした
ときのアクチュエータ速度、アクチュエータ供給側配管
（メインライン３ａ又は３ｂ）内圧力及びアクチュエー
タ排出側配管（メインライン３ｂ又は３ａ）内圧力の作
動例を示している。オペレータが操作レバー１３を例え
ば図２中の左側に入れている場合、パイロット圧により
コントロール弁４のスプールも図２中の左側に移動す
る。この際、メインライン３ａが旋回モータ１に圧油を
供給し、旋回モータ１はメインライン３ｂに圧油を排出
する。

【００２８】時刻において、オペレータが操作レバー
１３を中立状態に戻した場合、コントロール弁４も中立
位置に戻り、旋回モータ１のメインライン３ａ，３ｂを
遮断する。ところが、旋回モータ１及びそれに付属して
いるアタッチメント等はそれらの慣性により同方向に運
動を続けようとする。このため、メインライン３ｂ内の
作動油は圧縮されて大きなピーク圧が発生する。このピ
ーク圧により旋回モータ１は急減速し、さらに時刻に
おいて、逆方向に運動を始める。その結果、メインライ
ン３ｂ内の作動油の圧力は開放されるが、こんどはメイ
ンライン３ａ内の作動油が圧縮を受けるようになる。

【００２９】以上のような動作は、旋回モータ１の摺動
摩擦等により旋回モータ１の運動が減衰するまで繰り返
されて揺動が生じる。この逆に、オペレータが操作レバ
ー１３を一旦図２中の右側に入れてから、中立状態に戻
した場合も同様である。

【００３０】次に、本実施形態１の動作について説明す
る。オペレータが操作レバー１３を例えば図２中の右側
に入れた場合、パイロット油圧操作弁５の切換弁５ｃ，
５ｄの作用によりパイロットライン６ｂにパイロット圧
が発生する。その結果、コントロール弁４のスプールは
図２中の右側に移動し、圧油はメインライン３ｂより旋
回モータ１に供給され、メインライン３ａより排出され
る。これと同時に、パイロットライン６ｂのパイロット
圧により分岐ライン１０ｂ内にも圧力が発生する。その
結果、圧油は主にチェック弁１１ｂを通じて切換弁９の
パイロットポートに導かれ、切換弁９のスプールを図２
中の左側に移動させる。このようにして、メインライン
３ａは圧油逃がしライン７ａを介してタンク８と連通さ
れる。この際、メインライン３ｂはタンク８とは連通さ
れていないので、圧油の旋回モータ１に対する駆動力は
十分に確保される。

【００３１】オペレータが操作レバー１３を中立位置に
戻すと、パイロット油圧操作弁５の切換弁５ｃ，５ｄの
作用によりパイロットライン６ｂ及び分岐ライン１０ｂ
内のパイロット圧は開放される。その結果、コントロー
ル弁４及び切換弁９はスプリングリターンにより中立位
置に戻ろうとするが、この際、絞り１２ｂの作用により
切換弁９が中立位置に戻るのはコントロール弁４に比し
て遅れ、この間メインライン３ａはタンク８と連通した
ままとなる。

【００３２】図４は、本実施形態１において、オペレー
タが操作レバー１３を中立位置に戻したときのアクチュ
エータ速度、アクチュエータ供給側配管（このときはメ
インライン３ｂ）内圧力及びアクチュエータ排出側配管
（このときはメインライン３ａ）内圧力の作動例を示し
ている。時刻において、コントロール弁４が中立位置
に戻ることにより、コントロール弁４におけるメインラ
イン３ａの排出流路は遮断されるため、メインライン３
ａ内にはピーク圧が発生するが、上記メインライン３ａ
とタンク８とを連通する圧力逃がしライン７ａの存在に
より、排出側ピーク圧が低減され、旋回モータ１が反対
方向に運動することを防止する。この逆に、オペレータ
が操作レバー１３を一旦図中の左側に入れてから、中立
状態に戻した場合も同様である。

【００３３】ところで、本実施形態１では、一定時間だ
けアクチュエータ排出側配管が、従来技術におけるよう
な供給側配管ではなく、無圧のタンクに連通しているの
で、連通直後の流路内の圧力差が大きくなって通過流量
が多くなる。これに対し、後述する図１０（従来技術）
では、連通直後（瞬時）は供給側配管内の圧力が残って
いるので、上記図４の場合よりも連通流路内の圧力差が
小さくなって通過流量が少なくなる。したがって、本実
施形態１によれば、以下に述べるような固定絞り部１４
（又は１４’）による作用効果と相俟って、排出配管中
のピーク圧を従来技術の場合よりも低減して揺動を確実
に防止できる。

【００３４】図５は、切換弁９の出口側に備えられた例
えば円筒状の固定絞り部１４の詳細構造を示す。この固
定絞り部１４により、連通流路は所定の流量特性を有す
るものとなる。所定の流量特性は、例えば以下のような
式で表される。

【００３５】Ｑ＝ａｐ ……（１）ただし、Ｑは流量、ｐは圧力、ａは比例係数である。

【００３６】ここで、上記（１）式を満たすような固定
絞り部１４の形状はつぎのように決定される。絞りの形
状が例えば円筒状である場合、図中のｄ／Ｌが１以上で
あれば、絞りの流量特性はいわゆるチョーク絞りとな
り、以下のような式で表される。

【００３７】Ｑ＝Ａ²ｇｐ／（８πνγＬ） ……（２）ただし、Ｑは流量、Ａは断面積、ｇは重力加速度、ｐは
圧力、νは動粘性係数、γは比重である。

【００３８】この固定絞り部１４の作用はつぎのような
ものである。固定絞り部１４がない場合、メインライン
３ａとタンク８を連通する流路の流量特性はいわゆるオ
リフィス絞りに近い特性となっている。オリフィス絞り
の流量特性はつぎのような式で表される。

【００３９】Ｑ＝ＣｖＡ√（２ｇｐ／γ） ……（３）ただし、Ｑは流量、Ａは断面積、Ｃｖは流量係数、ｇは
重力加速度、ｐは圧力、γは比重である。

【００４０】上記（３）式により、固定絞り部１４がな
い場合の圧力と流量との関係を図６に示す。図中、符号
（１）は上記（３）式のＡが小さい場合であり、符号
（２）は上記（３）式のＡが大きい場合を示すものであ
る。符号（１）の場合は圧力の増加に比して通過流量が
十分に増加しないため、高いピーク圧が発生した場合で
も連通通路における流量が十分確保されず、揺動防止効
果が十分発揮されないことがある。また、符号（２）の
場合ではピーク圧発生時の連通流量は確保できるが、圧
力が低いときにかなりの流量が流れてしまうために、ア
クチュエータ速度が０に近づいたときに背圧がほとんど
発生せずブレーキ力が不足することがある。これに対
し、符号（３）は固定絞り部１４がある場合であり、そ
の流量特性は上記（２）式、つまり（１）式の形に示し
たようになる。この場合の圧力と流量との関係を図６に
併記した。

【００４１】図６から、固定絞り部１４がある場合、圧
力が高いときは十分な流量が確保されて十分な揺動防止
効果が発揮されることが分かる。一方、圧力が低いとき
は流量が小さくなり、アクチュエータ速度が０に近づい
たときでも背圧が発生して十分なブレーキ力が確保され
ることが分かる。

【００４２】また図７に示すような二重円筒状の固定絞
り部１４’を設けた場合、その流量特性は以下のように
表される。

【００４３】Ｑ＝πＤｐｔ³／（１２ηＬ） ……（４）ただし、Ｑは流量、Ｄは外筒の内径、ｐは圧力、ｔは外
筒と内筒との間隙幅、ηは粘性係数である。この場合
も、流量特性は上記（１）式の形になり、上記と同様の
効果が得られる。なお、固定絞り部は、上記と同様或い
はそれ以上の流量特性（ｐの少なくとも１．０乗に比例
するもの）を得られるものであれば、その他の形状とし
てもよい。

【００４４】このように、本実施形態１では、単純な切
換動作のみで、旋回モータ１から排出される圧油をタン
ク８に逃がすことができる。したがって、従来技術にお
けるよりも必要な切換弁の数が少なくて済み、簡単な構
成となる。

【００４５】本実施形態１の変形例を図８に示す。この
変形例では、上記切換弁は、内部に可変絞り部を備えた
電磁弁２１ａ，２１ｂにより構成され、また上記切換弁
制御手段は、操作量検出手段でもある圧力検出器２２
ａ，２２ｂと、他の圧力検出器２３ａ，２３ｂ、コント
ローラ２４及びドライバ２５ａ，２５ｂにより構成され
ている。なお、圧力検出器としては圧力スイッチ等を使
用することができる。

【００４６】この変形例における動作は、オペレータが
操作レバー１３を例えば図８中の右側に入れた場合に
は、圧力検出器２２ａ，２２ｂでパイロット油圧操作弁
５により発生するパイロット圧を検出し、コントローラ
２４によりドライバ２５ａを作動させて電磁弁２１ａを
開き、ドライバ２５ｂを作動させて電磁弁２１ｂを閉じ
る。そして、オペレータが操作レバー１３を中立状態に
戻した場合には、コントローラ２４によりドライバ２５
ａを作動させて電磁弁２１ａを閉じる。電磁弁２１ａ
は、その内部の可変絞り部によって、圧力検出器２３ａ
により検出されたメインライン３ａ内圧力を基に連通流
量を上記図６で示したような流量に制御することによ
り、上記と同様の作用効果を得ることができる。この逆
に、オペレータが操作レバー１３を一旦図８中の左側に
入れてから、中立状態にもどした場合も同様である。な
お、本変形例では上記切換弁として２つの電磁弁を設け
ているが、ドライバの駆動力等が許す限り、上記実施形
態１のようにこれらを１つにして構成を簡単化すること
も可能である。

【００４７】以上のように、操作レバー１３を急速に中
立位置に戻した場合、上記基本的な油圧回路では、旋回
モータ１に取り付けられたアタッチメント等の慣性によ
り、旋回モータ１の排出側配管（メインライン３ａ又は
３ｂ）内に大きなピーク圧が立ち、旋回モータ１及びそ
れに付随するアタッチメント等が急減速し逆方向に運動
することにより揺動が発生するが、本実施形態１及び変
形例によれば、操作レバー１３を中立位置に戻してから
一定時間、旋回モータ１の排出側配管（メインライン３
ａ又は３ｂ）とタンク８とを連通することにより、排出
側配管内の圧力上昇を抑制し、上記揺動を確実に防止す
ることができる。また、一定時間だけ旋回モータ１の排
出側配管が、従来技術におけるような供給側配管ではな
く、無圧のタンク８に連通するので、連通直後（瞬時）
における流路（圧油逃がしライン７ａ又は７ｂ）内の圧
力差が大きくなって通過流量が流量が多くなる。したが
って、排出側配管中のピーク圧を低減して揺動を確実に
防止できる。さらに、排出側配管内の圧力が大きくなる
ほど排出側配管からタンク８へ連通する圧油の流量が大
きくなるような流量特性を持たせることにより、上記揺
動防止効果をさらに向上させることが可能になる。

【００４８】ところで、上記実施形態１のうちの連通流
路の流量特性を従来技術においても適用することにより
既述したような従来技術における不具合をなくすことが
できる。そのような場合を以下の実施形態２に示す。

【００４９】（実施形態２）図９は実施形態２に係る油
圧ショベルの制御系を示す電気・油圧回路図である。な
お、説明の便宜上、同図中の上記図２等と共通する要素
には同一符号を付している。

【００５０】ここでは、上記実施形態１で述べた基本的
な油圧回路に、連通弁に相当する第１開閉弁５２及び第
２開閉弁５３と、連通弁制御手段に相当するシャトルバ
ルブ５１、絞り５４及び連通通路５５ａ，５５ｂとを備
えて構成されている。

【００５１】このような構成は従来技術と同様のもので
あり、以下のように動作する。まず、オペレータが操作
レバー１３を例えば図９中の右側に入れると、同時にパ
イロットライン６ｂ、ライン６０、シャトルバルブ５１
及びライン６１，６２を介して供給された圧油は第１開
閉弁５２を閉じ、第２開閉弁５３を開く。次に、オペレ
ータが操作レバー１３を中立位置に戻すと、第１開閉弁
５２は開き、第２開閉弁５３は閉じる。このとき、第１
開閉弁５２と第２開閉弁５３は、絞り５４の働きにより
開閉時期にタイムラグを生じ、短時間両方の開閉弁が開
状態となる。したがって、旋回モータ１のメインライン
３ａとメインライン３ｂは、この間連通し、少量の作動
油が高圧側から低圧側に流入してピーク圧を低減する。

【００５２】しかし、上記ではメインライン３ａとメイ
ンライン３ｂとを連通するために開閉弁を用いているた
め、両方の開閉弁が開いている状態での開閉弁の流量特
性はいわゆるオリフィス絞りに近い特性となっている。
オリフィス絞りの流量特性については、前述した通りで
あり、圧力の増加に比して通過流量が十分に増加しな
い。このため、高いピーク圧が発生した場合でも、連通
流路における流量が十分に確保されず、揺動防止効果が
十分発揮されないことがある。

【００５３】図１０は、上記の場合の操作レバー１３を
図９中の右側に入れている状態から中立位置に戻したと
きのアクチュエータ速度、供給側配管（このときはメイ
ンライン３ｂ）内圧力、排出側配管（このときはメイン
ライン３ａ）内圧力の時間歴応答を示す。操作レバー１
３は時刻で中立位置に戻る。これにより、コントロー
ル弁４も中立位置に戻り、メインライン３ａ，３ｂの流
路を遮断する。一方、旋回モータ１は、それに付随した
アタッチメント等の慣性により同方向に運動を続けるた
め、メインライン３ａ内の作動油は圧縮されて圧力が上
昇する。この際、連通通路５５ａ，５５ｂを通じてメイ
ンライン３ａ内の圧油がメインライン３ｂに流れ、メイ
ンライン３ａ内の圧力の上昇をある程度は低減すること
ができる。しかしながら、この連通通路５５ａ，５５ｂ
の流量特性は、上記（３）式で示したような特性を示
し、圧力の増大に対して十分な流量が確保されず、十分
な揺動防止効果が得られないことがある。この逆に、オ
ペレータが操作レバー１３を一旦図９中の左側入れてか
ら、中立位置に戻した場合も同様である。

【００５４】本実施形態２では、上記連通通路５５ａ，
５５ｂ間の流量を制御する流量制御弁（これも連通弁に
相当）５６を設けている。図１１にその詳細構造を示
す。同図において、流量制御弁５６のスプール５６ａの
両端はバネ５６ｂ，５６ｂの各一端側に当接し、バネ５
６ｂ，５６ｂの各他端側は連通通路５５ａ，５５ｂの分
岐ライン５７ａ，５７ｂから受圧部５６ｄ，５６ｄを介
してそれぞれ圧油を受ける。したがって、スプール５６
ａは連通通路５５ａ，５５ｂ間の差圧とバネ５６ｂ，５
６ｂとが釣り合う位置に移動する。ノッチ５６ｃ，５６
ｃは可変絞り部を構成しており、このノッチ５６ｃ，５
６ｃの作用によりスプール５６ａの移動量に応じて連通
通路５５ａ，５５ｂ間の流路の断面積を変化させる。こ
の圧力と断面積の関係を適宜設定することにより、流量
制御弁５６の圧力と流量の関係を自由に設定することが
可能である。ここで、上記設定の一例として、以下のよ
うな関係を設定したとする。

【００５５】Ａ＝β√（ｐ） ……（５）ただし、Ａは断面積、βは係数、ｐは圧力である。

【００５６】一方、ノッチ５６ｃ，５６ｃの流量特性
は、以下のように表される。

【００５７】Ｑ＝ＣｖＡ√（２ｇｐ／γ） ……（６）ただし、Ｑは流量、Ｃｖは流量係数、Ａは断面積、ｇは
重力加速度、ｐは圧力、γは比重である。したがって、
流量制御弁５６の圧力と流量の関係は、以下のように表
される。

【００５８】Ｑ＝Ｃｖβｐ√（２ｇ／γ） ……（７）ただし、Ｑは流量、Ｃｖは流量係数、βは係数、ｐは圧
力、ｇは重力加速度、ｐは圧力、γは比重である。

【００５９】さらに、断面積を以下のように設定すれ
ば、流量制御弁５６の圧力と流量の関係は以下のように
表される。

【００６０】Ａ＝βｐ ……（８）Ｑ＝Ｃｖβｐ^1.5√（２ｇ／γ） ……（９）図１２に本実施形態２による流量制御弁５６を備えた場
合の圧力と流量の関係及び流量制御弁５６を備えていな
い場合の圧力と流量の関係を併記した。図中の符号
（１）は、上記（３）式の断面積Ａを小さくした場合で
あり、符号（２）は断面積Ａを大きくした場合である。
図より、符号（１）では、圧力が高くても十分な流量が
確保されておらず、十分な揺動防止効果が発揮されない
場合があることが分かる。一方、符号（２）では、圧力
が高いときは十分な流量が確保されているが、圧力が低
いときでもかなりの流量が流れてしまうために、アクチ
ュエータ速度が０に近づいたときに背圧がほとんど発生
せず、ブレーキ力が不足する場合があることが分かる。

【００６１】これに対し、本実施形態２では、同図中、
符号（４）が上記（７）式の場合であり、また符号
（５）が上記（９）式の場合であるが、いずれも圧力が
高いときは十分な流量が確保され、十分な揺動防止効果
が発揮されることが分かる。一方、圧力が低いときは流
量が小さくなり、アクチュエータ速度が０に近づいたと
きでも背圧が発生して十分なブレーキ力が確保されるこ
とが分かる。

【００６２】次に、本実施形態２における動作を図１３
に示す。同図は操作レバー１３を図９中の右側に入れて
いる状態から中立位置に戻した時のアクチュエータ速
度、供給側配管（このときはメインライン３ｂ）内圧
力、排出側配管（このときはメインライン３ａ）内圧力
の時刻歴応答を示すものである。上記図１０に示したも
のと比較すると、本実施形態２では、図１２に示すよう
な流量特性をもつことから、時刻直後の連通流量が、
流量制御弁５６を備えていない場合に比べて大きくな
る。その結果、排出側配管内圧力が流量制御弁５６を備
えていない場合よりも低くなり、従来技術のようにアク
チュエータ速度が急減速し、逆方向に運動することはな
い。さらに、アクチュエータ速度が０に近づくと、上記
図１０で説明したように、連通流量は小さくなる。その
結果、アクチュエータ速度が０になるまで背圧が立ち続
け、必要なブレーキ力を確保する。このようにして、ア
クチュエータ停止時の揺動は解消される。

【００６３】本実施形態２の変形例を図１４に示す。こ
の変形例では、上記連通弁は、可変絞り部をその内部に
備えた電磁弁７１により構成され、上記連通弁制御手段
は、操作量検出手段でもある圧力検出器７３、他の圧力
検出器７２ａ，７２ｂ、コントローラ７４及びドライバ
７５により構成されている。なお、圧力検出器として
は、圧力スイッチ等を使用することができる。

【００６４】本変形例における動作では、圧力検出器７
３で検出されたパイロット圧を基にコントローラ７４に
よりドライバ７５を介して電磁弁７１を動作させること
により連通回路５５ａ，５５ｂの開閉を切り換えるとと
もに、さらにその切り換え後にも圧力検出器７２ａ，７
２ｂにより検出された圧力を基にコントローラ７４によ
りドライバ７５を介して電磁弁７１の可変絞り部を動作
させることにより連通流量を上記図１２の符号（４）又
は（５）に示したような特性に制御することによって、
上記と同様の作用効果を得ることができる。

【００６５】以上のように、操作レバー１３を急速に中
立位置に戻した場合、上記流量制御弁５６を備えていな
い油圧回路では、旋回モータ１に取り付けられたアタッ
チメント等の慣性により、旋回モータ１の排出側配管内
に大きなピーク圧が立ち、旋回モータ１及びそれに付随
するアタッチメント等が急減速し逆方向に運動すること
により揺動が発生するが、本実施形態２及び変形例によ
れば、操作レバー１３を中立位置に戻してから一定時
間、旋回モータ１の排出側配管と供給側配管とを連通す
ることにより、排出側配管内の圧力上昇を抑制し、上記
揺動を防止することができる。さらに、排出側配管内の
圧力が大きくなるほど排出側配管から供給側配管へ連通
する圧油の流量が大きくなるような流量特性を持たせる
ことにより、上記揺動防止効果をさらに向上させること
が可能になる。

【００６６】なお、上記実施形態１，２及びそれらの変
形例では、建設機械として油圧ショベルを例示したが、
本発明はその他の建設機械、例えばクレーン等にも適用
可能である。また、アクチュエータとして旋回モータ１
を例示したが、本発明はその他のアクチュエータ、例え
ば油圧ショベルにおけるブームシリンダ等にも適用可能
である。

【００６７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項
１は、操作レバーの操作により作動を制御されるコント
ロール弁と、コントロール弁を介して油圧源から供給さ
れる圧油により駆動されるアクチュエータとを備えた建
設機械において、上記アクチュエータの両側油路とタン
クとの間に設けられた切換弁と、上記コントロール弁が
中立位置に戻されてから一定時間だけ上記アクチュエー
タの圧油排出側油路がタンク側に連通するように上記切
換弁を制御する切換弁制御手段とを具備したことを特徴
とする建設機械として構成されている。

【００６８】この構成によれば、コントロール弁により
アクチュエータの圧油排出側の油路が遮断される際に、
一定時間だけこの油路がタンクに連通するので、単純な
切換動作のみで、アクチュエータから排出される圧油を
タンクに逃がすことができる。したがって、従来よりも
必要な切換弁の数が少なくて済み、簡単な構成となる。
また、この構成では、上記一定時間だけアクチュエータ
の圧油排出側の油路が、従来の圧油供給ラインではな
く、無圧のタンクに連通するので、連通直後（瞬時）に
おける流路内の圧力差が大きくなって通過流量が流量が
多くなる。したがって、圧油排出側油路中のピーク圧を
低減して揺動を確実に防止できる。

【００６９】例えば、切換弁として、レバー操作される
パイロット操作弁からのパイロット圧によって作動する
パイロット式切換弁が用いられ、切換弁制御手段とし
て、上記操作弁からのパイロット圧を上記切換弁のパイ
ロットポートに導くパイロットラインにチェック弁と絞
りの並列回路が設けられればよい（請求項２）。

【００７０】さらに、切換弁には、所定の流量特性を有
する固定絞り部が設けられれば（請求項３）、この流量
特性を好適なものに設定しておくことにより、揺動をよ
り確実に防止できる。

【００７１】例えば、所定の流量特性は、油圧のｎ乗
（ｎ≧１．０）に比例することとすればよい（請求項
４）。この場合、油圧が高いときは十分な流量を確保し
て十分な揺動防止効果を発揮させるとともに、油圧が低
いときは流量を小さくしてアクチュエータ速度が０に近
づいたときでも十分なブレーキ力を確保することができ
るので、アクチュエータ停止時の揺動を効果的に抑える
ことができる。

【００７２】さらに、切換弁制御手段は、操作レバーの
操作量を検出する操作量検出手段と、この検出された操
作量に基づいて上記切換弁を作動させるコントローラと
が設けられたものであれば（請求項５）、油圧回路の構
成がより簡単化される。

【００７３】さらに、切換弁は、上記検出された操作量
に基づいてタンクに連通する油路の断面積を変化させる
可変絞り部を備えたものであれば（請求項６）、最適な
流量特性が得られるので、揺動をより確実に防止でき
る。

【００７４】また、本発明の請求項７は、操作レバーの
操作により作動を制御されるコントロール弁と、コント
ロール弁を介して油圧源から供給される圧油により駆動
されるアクチュエータと、上記アクチュエータの両側油
路間に設けられた連通弁と、上記コントロール弁が中立
位置に戻されてから一定時間だけ上記アクチュエータの
圧油排出側油路が圧油供給側油路に連通するように上記
連通弁を制御する連通弁制御手段とを備えた建設機械に
おいて、連通弁には、油圧のｎ乗（ｎ≧１．０）に比例
する流量特性を有する絞り部が設けられたことを特徴と
する建設機械として構成されている。

【００７５】この構成によれば、コントロール弁により
油路が遮断される際に、一定時間だけアクチュエータの
圧油排出側油路と圧油供給側油路とが、油圧のｎ乗（ｎ
≧１．０）に比例する流量特性を有する連通弁によって
連通されるので、油圧が高いときは十分な流量を確保し
て十分な揺動防止効果を発揮させるとともに、油圧が低
いときは流量を小さくしてアクチュエータ速度が０に近
づいたときでも十分なブレーキ力を確保することがで
き、アクチュエータ停止時の揺動を効果的に抑えること
ができる。

【００７６】さらに、連通弁制御手段は、操作レバーの
操作量を検出する操作量検出手段と、この検出された操
作量に基づいて上記連通弁を作動させるコントローラと
が設けられたものであれば（請求項８）、油圧回路がよ
り簡単化される。

【００７７】さらに、連通弁は、上記検出された操作量
に基づいて上記圧油供給側油路に連通する油路の断面積
を変化させる可変絞り部を備えたものであれば（請求項
９）、最適な流量特性が得られるので、揺動をより確実
に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。

【図２】実施形態１に係る油圧ショベルの制御系を示す
電気・油圧回路図である。

【図３】基本的な制御系における時刻履歴の一例を示す
説明図である。

【図４】上記実施形態１の制御系における時刻履歴の一
例を示す説明図である。

【図５】上記実施形態１に係る切換弁出口の固定絞り部
を示す説明図である。

【図６】上記実施形態１に係る切換弁出口の固定絞り部
の流量特性を示す説明図である。

【図７】上記実施形態１に係る切換弁出口の固定絞り部
の変形例を示す説明図である。

【図８】上記実施形態１の変形例に係る油圧ショベルの
制御系を示す電気・油圧回路図である。

【図９】実施形態２に係る油圧ショベルの制御系を示す
電気・油圧回路図である。

【図１０】流量制御弁を備えていない制御系における時
刻履歴の一例を示す説明図である。

【図１１】上記実施形態２の流量制御弁の構造図であ
る。

【図１２】上記実施形態２に係る流量制御弁の内部に備
えられた可変絞り部の流量特性を示す説明図である。

【図１３】上記実施形態２に係る制御系における時刻履
歴の一例を示す説明図である。

【図１４】上記実施形態２の変形例に係る油圧ショベル
の制御系を示す電気・油圧回路図である。

【図１５】従来の油圧ショベルの一例における制御系を
示す電気・油圧回路図である。

【符号の説明】

１旋回モータ２油圧ポンプ３ａ，３ｂメインライン（油路に相当）４コントロール弁５パイロット油圧操作弁（パイロット操作弁に相当）６ａ，６ｂパイロットライン７ａ，７ｂ圧油逃がしライン（切換弁制御手段に相
当）８タンク９切換弁１０ａ，１０ｂ分岐ライン（切換弁制御手段に相当）１１ａ，１１ｂチェック弁（切換弁制御手段に相当）１２ａ，１２ｂ絞り（切換弁制御手段に相当）１３操作レバー１４，１４’ 固定絞り部２１ａ，２１ｂ電磁弁（切換弁に相当）２２ａ，２２ｂ圧力検出器（切換弁制御手段、操作量
検出手段に相当）２３ａ，２３ｂ圧力検出器（切換弁制御手段に相当）２４コントローラ（切換弁制御手段に相当）５１シャトルバルブ（連通弁制御手段に相当）５２第１開閉弁（連通弁に相当）５３第２開閉弁（連通弁に相当）５４絞り（連通弁制御手段に相当）５５ａ，５５ｂ連通通路（連通弁制御手段に相当）５６流量制御弁（連通弁に相当）５７ａ，５７ｂ分岐ライン７１電磁弁（連通弁に相当）７２ａ，７２ｂ圧力検出器（連通弁制御手段に相当）７３圧力検出器（連通弁制御手段、操作量検出手段に
相当）７４コントローラ（連通弁制御手段に相当）

フロントページの続き (72)発明者今西悦二郎神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者鳥居悟岐阜県大垣市本今町1682番地の２神鋼造機株式会社内 (72)発明者木村浩久岐阜県大垣市本今町1682番地の２神鋼造機株式会社内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB02 BA08 CA03 CA08 DA03 DA04 DB02 DC04 3F059 AA08 FC00 FC12 3H089 BB06 CC08 DA02 DB03 DB46 DB49 EE07 EE13 EE15 EE17 FF05 GG02 JJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作レバーの操作により作動を制御され
るコントロール弁と、コントロール弁を介して油圧源か
ら供給される圧油により駆動されるアクチュエータとを
備えた建設機械において、上記アクチュエータの両側油路とタンクとの間に設けら
れた切換弁と、上記コントロール弁が中立位置に戻され
てから一定時間だけ上記アクチュエータの圧油排出側油
路がタンク側に連通するように上記切換弁を制御する切
換弁制御手段とを具備したことを特徴とする建設機械。
【請求項２】切換弁として、レバー操作されるパイロ
ット操作弁からのパイロット圧によって作動するパイロ
ット式切換弁が用いられ、切換弁制御手段として、上記
操作弁からのパイロット圧を上記切換弁のパイロットポ
ートに導くパイロットラインにチェック弁と絞りの並列
回路が設けられたことを特徴とする請求項１記載の建設
機械。
【請求項３】切換弁には、所定の流量特性を有する固
定絞り部が設けられたことを特徴とする請求項１又は２
記載の建設機械。
【請求項４】所定の流量特性は、油圧のｎ乗（ｎ≧
１．０）に比例することを特徴とする請求項３記載の建
設機械。
【請求項５】切換弁制御手段は、操作レバーの操作量
を検出する操作量検出手段と、この検出された操作量に
基づいて上記切換弁を作動させるコントローラとが設け
られたことを特徴とする請求項１記載の建設機械。
【請求項６】切換弁は、上記検出された操作量に基づ
いてタンクに連通する油路の断面積を変化させる可変絞
り部を備えたものであることを特徴とする請求項５記載
の建設機械。
【請求項７】操作レバーの操作により作動を制御され
るコントロール弁と、コントロール弁を介して油圧源か
ら供給される圧油により駆動されるアクチュエータと、
上記アクチュエータの両側油路間に設けられた連通弁
と、上記コントロール弁が中立位置に戻されてから一定
時間だけ上記アクチュエータの圧油排出側油路が圧油供
給側油路に連通するように上記連通弁を制御する連通弁
制御手段とを備えた建設機械において、連通弁には、油圧のｎ乗（ｎ≧１．０）に比例する流量
特性を有する絞り部が設けられたことを特徴とする建設
機械。
【請求項８】連通弁制御手段は、操作レバーの操作量
を検出する操作量検出手段と、この検出された操作量に
基づいて上記連通弁を作動させるコントローラとが設け
られたことを特徴とする請求項７記載の建設機械。
【請求項９】連通弁は、上記検出された操作量に基づ
いて上記圧油供給側油路に連通する油路の断面積を変化
させる可変絞り部を備えたものであることを特徴とする
請求項８記載の建設機械。