JP2009179983A - 作業機械の油圧制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の油圧制御回路に関し、簡素な構成で、アタッチメントに要求される作動油流量を正確に供給するとともに、他の油圧アクチュエータとの連動性を向上させる。
【解決手段】回転切削用油圧モータ２６ａへ接続された第一油圧回路Ｌ１と、他の油圧アクチュエータ２３ａへ接続された第二油圧回路Ｌ２とを備えた作業機械の油圧制御回路において、パイロット圧制御により開度を変更可能な可変絞り弁１を第一油圧回路Ｌ１上に設け、回転切削用油圧モータ２６ａへの一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁２を第一油圧回路Ｌ１及び第二油圧回路Ｌ２の双方に介装する。
また、第一油圧回路Ｌ１側のセンタバイパスＬ８上にネガコン用リリーフ弁１９ｃを介装し、ネガコン用リリーフ弁１９ｃの上流側と可変絞り弁１のパイロットポートとを接続する第五油圧回路Ｌ５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツインヘッダやブレーカといったアタッチメントを備えた油圧ショベルを制御するための油圧制御回路に関する。

従来、油圧ショベルのフロント作業部に取り付けられるアタッチメントとして、エンドミルやツインヘッダ等の回転切削アタッチメントが知られている。これらの回転切削アタッチメントには油圧モータが内蔵されており、油圧ショベルの機体に設けられた油圧ポンプから供給される作動油で回転駆動されるようになっている。一方、回転切削アタッチメントが取り付けられるブームやアームといったフロント作業部も、同じ油圧ポンプを駆動源としている。そのため、フロント作業部を動かしながら回転切削アタッチメントを駆動すると、油圧ポンプから供給される作動油の配分に偏りが生じ、良好な連動性が得られない場合がある。特に、回転切削アタッチメントの場合は、油圧モータに要求される回転数や回転トルクが比較的大きいため、作動油流量の低下が直接的に作業効率の低下に繋がりやすい。

そこで、例えば特許文献１に示すように、油圧回路上に電磁比例式の優先バルブを設けて流量配分を制御する技術が提案されている。この技術では、回転切削アタッチメントの作動時に、回転切削アタッチメント側へ供給される作動油流量が常に所定の優先流量となるように優先バルブの開度を制御している。このような構成により、回転切削アタッチメントの安定駆動が可能となり、作業効率を向上させることができるようになっている。
特開２００６−２５７７１４号公報

しかしながら、電磁比例式の優先バルブは装置構成が複雑であり、コストが嵩むという課題がある。例えば、特許文献１に記載の技術では、回転切削アタッチメント側への優先流量を調整する可変絞り弁及び可変絞り弁へ導入される制御圧を出力する優先バルブ用電磁比例弁だけでなく、優先バルブ用電磁比例弁へ制御指令を出力するコントローラも必要であり、制御に係るソフトウェア構成も複雑である。

また、特許文献１に記載の技術では、回転切削用供給ライン側に設けられた油圧モータが一個であり、回転切削アタッチメントの単独駆動時には油圧モータに適した所定の吐出流量の作動油を供給する制御が実施されている。このような制御により、回転切削用油圧モータに必要十分な作動油流量を確保している。
しかしながら、この制御では回転切削用供給ライン側に複数個のアクチュエータが設けられた油圧回路に対応できない。すなわち、回転切削用供給ライン上に油圧モータ以外のアクチュエータがある場合にはそれら全てが要求する流量を確保しなければならず、単一の吐出流量の設定で賄うことができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、アタッチメントに要求される作動油流量を正確に供給するとともに、他の油圧アクチュエータとの連動性を向上させることができるようにした、作業機械の油圧制御回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、アタッチメントを駆動せしめる油圧モータと、該油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、該油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、該第一油圧回路上に介装され、パイロット圧制御により開度を変更可能に形成された可変絞り弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該油圧モータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、該第一油圧回路上において該圧力補償弁の下流側に介装され、該油圧モータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、該第一コントロール弁のセンタバイパス上に介装されたネガコン用リリーフ弁と、該第一コントロール弁と該ネガコン用リリーフ弁との間のセンタバイパスと該可変絞り弁のパイロットポートとを接続し、該センタバイパスの作動油圧を該可変絞り弁へのパイロット圧として導入する第五油圧回路とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項１記載の構成に加えて、該可変絞り弁が、該パイロット圧が高圧であるほど該開度を絞り、該作動油圧が低圧であるほど該開度を増大させることを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項１又は２記載の構成に加えて、該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁と、をさらに備えたことを特徴としている。

また、請求項４記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項３記載の構成に加えて、該第二油圧回路上に介装され、該他の油圧アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第二コントロール弁と、該第二コントロール弁の下流側の油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、該ネガコン回路に介装された第二電磁切換弁と、該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段とをさらに備えたことを特徴としている。

また、請求項５記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項４記載の構成に加えて、操作者による該油圧モータへの操作を検出する第一操作検出手段と、操作者による該他の油圧アクチュエータへの操作を検出する第二操作検出手段と、該第一操作検出手段及び該第二操作検出手段での検出結果に基づき、該電磁切換弁，該第二電磁切換弁及びネガコン圧変更手段を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴としている。

請求項６記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、アタッチメントを駆動せしめる油圧モータと、該油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、該油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、該第一油圧回路上に介装され、パイロット圧制御により開度を変更可能に形成された可変絞り弁と、該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、該第一油圧回路上における該可変絞り弁よりも下流側に介装され、該油圧モータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、該第一コントロール弁のセンタバイパス上に介装されたネガコン用リリーフ弁と、該第一コントロール弁と該ネガコン用リリーフ弁との間のセンタバイパスと該可変絞り弁のパイロットポートとを接続し、該センタバイパスの作動油圧を該可変絞り弁へのパイロット圧として導入する第五油圧回路とを備えたことを特徴としている。

本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項１）によれば、第一コントロール弁とネガコン用リリーフ弁との間のセンタバイパスの作動油圧を可変絞り弁へのパイロット圧として導入することにより、油圧モータの駆動状態に応じて第一油圧回路側に要求される作動油流量を正確に供給することができる。特に、第一油圧回路側のセンタバイパスの作動油圧が低下するほど第一油圧回路へ分配される作動油流量が増加するため、第一油圧回路に複数個のアクチュエータが設けられた油圧回路であっても必要十分量の作動油流量を確保することができる。

また、圧力補償弁を備えたことにより、回転切削用モータの駆動に必要十分な作動油を確保することができ、回転切削用モータ及び他の油圧アクチュエータの連動性を高めることができる。さらに、システム構成が簡素であり、コストを低減させることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項２）によれば、第一油圧回路側のセンタバイパスの作動油圧が低圧であるほど可変絞り弁の開度が増大するため、油圧モータへ供給される作動油流量が増加するに連れて、第一油圧回路側へ配分される作動油流量を増加させることができ、油圧モータが要求する作動油流量を確保することができる。

また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項３）によれば、電磁切換弁を開放することで、回転切削用油圧モータへの作動油流量を減少させることが可能となる。これにより、他のアクチュエータのみの作動時における作業効率を向上させることができる。また、ポンプ流量を有効に活用することができ、油圧エネルギの浪費を抑えることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項４）によれば、他のアクチュエータのみの作動時には、ネガコン圧を油圧ポンプへ導入して、アクチュエータの作動に必要十分な作動油流量を確保することができる。また、回転切削用油圧モータの単動時には、モータの動作に必要十分な作動油流量を任意に設定することができ、作業性を高めることができる。

また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項５）によれば、例えば操作レバーの圧力スイッチやコントローラといった既存のシステムを利用して安価に実現することができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項６）によれば、簡素な構成で、油圧モータの駆動状態に応じて第一油圧回路側に要求される作動油流量を正確に供給することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態に係る油圧制御回路を説明するためのものであり、図１は本油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図、図２は本油圧制御回路に介装された可変絞り弁の開口特性図、図３は変形例に係る油圧制御回路の全体構成を示す油圧回路図、図４は本油圧制御回路が適用された作業機械の側面図である。

［１．油圧ショベル構成］
本実施形態の油圧制御回路は、図４に示す油圧ショベル２０の油圧回路として適用されている。この油圧ショベル２０は、クローラ式の油圧走行装置を装備した下部走行体２２と、旋回装置を介して下部走行体２２の上に旋回自在に搭載された上部旋回体２１とを備えて構成される。上部旋回体２１の前端部には、フロント作業部としてのブーム２３及びアーム２４が枢支され、さらにその先端にはツインヘッダ（アタッチメント）２６が取り付けられている。

上部旋回体２１のフレームとブーム２３との間には、ブーム２３を上下方向へ揺動する油圧駆動式のブームシリンダ（油圧アクチュエータの一つ）２３ａが介装されている。このブーム２３は、ブームシリンダ２３ａの伸縮によって上部旋回体２１に対して起伏自在に設けられている。同様に、図４中に示されたアームシリンダ２４ａ，バケットシリンダ２５ａはそれぞれ、アーム２４，ツインヘッダ２６の姿勢を動かすための油圧アクチュエータである。

ツインヘッダ２６の基部には、油圧モータ２６ａが内蔵されている。油圧モータ２６ａは、ツインヘッダ２６を駆動せしめる駆動源であり、先端のピックを回転させることで土砂壁面を切削できるようになっている。本発明に係る油圧制御回路は、上記の油圧アクチュエータ２３ａ，２４ａ，２５ａや油圧モータ２６ａを駆動するための油圧回路である。
また、これらのフロント作業部の車体左側には、操作者が搭乗するキャブ２７が設けられている。キャブ２７の内部には、油圧アクチュエータ２３ａ，２４ａ，２５ａや油圧モータ２６ａをはじめとして、油圧ショベル２０の走行装置，旋回装置といった各装置の操作レバー，各種操作スイッチが配設されている。

［２．油圧回路構成］
図１に、本油圧制御回路が適用された油圧回路を模式的に示す。この図１には、ブーム２３及びツインヘッダ２６の駆動に係る油圧回路の概略構成が示されている。本油圧回路はおもに、第一油圧回路Ｌ１，第二油圧回路Ｌ２，これらの二系統の油圧回路へ供給される作動油量を配分するための優先回路３０，及びネガコン回路Ｌ７を備えて構成される。

第一油圧回路Ｌ１は、油圧ポンプ１１から油圧モータ２６ａへの作動油流路を接続する回路である。図１に示すように、第一油圧回路Ｌ１上における油圧ポンプ１１と油圧モータ２６ａとの間には、第一油圧回路Ｌ１を通ってきた作動油の流通方向及び流量を調整するコントロールバルブ（第一コントロール弁）６ａが介装されている。
このコントロールバルブ６ａは、ステム（流量制御スプール）の位置を複数の位置に切り替えて作動油の流通方向及び流量を可変制御できる制御弁として構成されている。コントロールバルブ６ａのスプール位置は、ツインヘッダ用操作レバーの操作量に応じて制御されている。

また、油圧ポンプ１１及びコントロールバルブ６ａ間の回路から分岐した回路上には、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧の上限値Ｐ_３を設定するリリーフ弁１９ａが介装されている。
なお、ツインヘッダ用操作レバーの非操作時（無負荷時）には、コントロールバルブ６ａのスプール位置が中立位置に制御されるようになっている。このとき、第一油圧回路Ｌ１内の作動油は、センタバイパスＬ８を通ってタンク（作動油タンク）１５へと環流するように回路が形成されている。

このセンタバイパスＬ８上には、ネガコン用リリーフ弁１９ｃが介装されている。ネガコン用リリーフ弁１９ｃは、無負荷時においてもセンタバイパスＬ８内にある程度の作動油圧を保持するためのリリーフ弁である。ネガコン用リリーフ弁１９ｃのリリーフ圧は、Ｐ_２に設定されている。以下、このセンタバイパスＬ８内の作動油圧のことを、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃとも呼ぶ。ネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃは、無負荷時に上限値Ｐ_２となり、コントロールバルブ６ａから油圧モータ２６ａへ供給される作動油量が増加するに連れて低下する。つまり、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃは、ツインヘッダ用操作レバーが操作されていないときに上限値Ｐ_２であり、レバー操作量が大きくなるほど低下する。

一方、第二油圧回路Ｌ２は、油圧ポンプ１１からブームシリンダ２３ａへの作動油流路を接続する回路である。この第二油圧回路Ｌ２上には、第一油圧回路Ｌ１と同様にコントロールバルブ（第二コントロール弁）６ｂが介装されており、ここでブームシリンダ２３ａへ供給される作動油流量及び流通方向が調節されるようになっている。コントロールバルブ６ｂのスプール位置は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて制御されている。また、コントロールバルブ６ｂとタンク１５とを連結する回路上に、第二油圧回路Ｌ２の作動油圧の上限値Ｐ_４を設定するリリーフ弁１９ｂが介装されている。

なお、図１に示すように、ツインヘッダ用操作レバー及びブーム用操作レバーにはそれぞれ、第一圧力センサ（第一操作検出手段）９ａ及び第二圧力センサ（第二操作検出手段）９ｂが設けられており、操作者による油圧モータ２６ａ，ブームシリンダ２３ａへの操作の有無を検出するようになっている。ここで検出された操作の有無は、後述するコントローラ（制御手段）１０へ入力されている。
油圧ポンプ１１は、レギュレータ１２が併設された容量可変式のポンプであり、エンジン１３によって駆動されている。

［３．ネガコン回路の構成］
ネガコン回路Ｌ７は、第二油圧回路Ｌ２上のコントロールバルブ６ｂとリリーフ弁１９ｂとの間から分岐した回路であり、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２におけるネガティブコントロール用の回路である。ネガティブコントロールでは、ネガコン回路Ｌ７の作動油圧の高低に対応するように油圧ポンプ１１での吐出流量を減少又は増加させて、油圧ポンプ１１の出力を一定に保たせている。以下、ネガコン回路Ｌ７を介してレギュレータ１２へ導入される作動油圧のことをネガコン圧とも呼ぶ。

ネガコン回路Ｌ７上には、電磁切換弁（第二電磁切換弁）７，電磁比例減圧弁１８及びシャトル弁１７が設けられている。電磁切換弁７は、後述するコントローラ１０によって制御される二位置切換弁であり、第二油圧回路Ｌ２側の作動油圧の導入及び遮断を担うものである。一方、電磁比例減圧弁１８は、コントローラ１０によって制御される比例減圧弁であり、パイロットポンプ１４から供給される作動油をネガコン回路Ｌ７へ導入することによって強制的にネガコン圧を変更するためのものである。

電磁比例減圧弁１８がオン（励磁状態）になると、パイロットポンプ１４から供給される作動油が下流側へ流通するようになっている。また、電磁比例減圧弁１８は、開度調整により下流側の作動油圧を任意に設定することができるようになっている。なお、図１に示すように、電磁比例減圧弁１８はタンク１５にも接続されており、オフ（非励磁状態）のときにはその二次圧が最低圧（タンク圧）に設定されるようになっている。

本実施形態では、電磁比例減圧弁１８の下流側の油圧の大きさが油圧モータ２６ａの特性によって定められる所定圧力Ｐ_Ｎとなるように、開度が予め設定されている。つまり、本実施形態では、電磁比例減圧弁１８も、電磁切換弁７と同様にコントローラ１０によってオン／オフ制御されている。
シャトル弁１７は、第二油圧回路Ｌ２側からの回路とパイロットポンプ１４側からの回路との接続部分に介装された選択弁である。これらの回路のうちの高圧側がシャトル弁１７で自動的に選択されて、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２へと接続されるようになっている。

例えば、図１に示すように、電磁切換弁７がオフの状態にあるときには、第二油圧回路Ｌ２側の作動油圧がレギュレータ１２のネガコン圧となり、電磁切換弁７がオンの状態にあるときには、電磁比例減圧弁１８で設定される作動油圧がネガコン圧となる。つまり、電磁切換弁７がオンかつ電磁比例減圧弁１８がオンである場合には、所定圧力Ｐ_Ｎがネガコン圧となり、電磁切換弁７がオンかつ電磁比例減圧弁１８がオフである場合には、タンク圧がネガコン圧となる。

これらのパイロットポンプ１４，シャトル弁１７及び電磁比例減圧弁１８は、油圧ポンプ１１へ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段８として機能している。なお、レギュレータ１２とは公知のポンプ容量可変手段であり、ネガコン圧が高いほど油圧ポンプ１１の吐出流量を減少させるように、また、ネガコン圧が低いほど吐出流量を増加させるように、斜板制御を実施するものである。

［４．優先回路の構成］
続いて、優先回路３０の構成を詳述する。優先回路３０は、油圧ポンプ１１から供給される作動油の流量を第一油圧回路Ｌ１と第二油圧回路Ｌ２とに配分するための回路である。図１に示すように、油圧ポンプ１１から導かれた作動油の供給ラインは、優先回路３０の内部で第一油圧回路Ｌ１と第二油圧回路Ｌ２とに分岐形成されている。

この優先回路３０は、可変絞り弁１，圧力補償弁２及び電磁切換弁５を備えて構成されている。なお、複数種類の弁が一体に組み合わされたバルブユニットとして優先回路３０を形成してもよい。
可変絞り弁１は、図１に示すように、第一油圧回路Ｌ１上に介装された流量調節弁であり、パイロット圧制御によって絞りの大きさ（開度）を任意に変更できるようになっている。可変絞り弁１のパイロットポート１ａには、前述のセンタバイパスＬ８の作動油圧を導く第五油圧回路Ｌ５が接続されている。これにより、可変絞り弁１における絞り開度がセンタバイパスＬ８のネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃの大きさに応じて増減制御されるようになっている。可変絞り弁１の上流側と下流側との間にはネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃの大きさに応じた差圧が生じることになる。

なお、可変絞り弁１は、図２に示すような開口特性を備えており、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃが高いほど開度が絞られ、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃが低いほど開度が増大するようになっている。例えば、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_ＣがＰ_１以下のときに開口面積が最大値Ａ_２となり、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_ＣがＰ_１を超えると開口面積がＡ_２から徐々に減少し、ネガコン用リリーフ圧Ｐ_ＣがＰ_２以上の状態で開口面積が最小値Ａ_１となる。

本実施形態では、可変絞り弁１の開口特性の閾値の一つである上記のＰ_１が、所定圧力値Ｐ_５よりも低圧に設定されている。なお、所定圧力値Ｐ_５とは、油圧ポンプ１１が流量Ｑ_２の作動油を吐出することが可能な最大圧力である。また、流量Ｑ_２とは、可変絞り弁１の絞り開度がＡ_２である場合に第一油圧回路Ｌ１側へ配分される最大作動油流量である。

本実施形態では、可変絞り弁１の開口特性の閾値の一つである上記のＰ_２が、ネガコン用リリーフ弁１９ｃで設定されている上限値Ｐ_２と同一の値となっている。つまり、ツインヘッダ用操作レバーを操作していない無負荷時には可変絞り弁１の開度がＡ_１であり、操作量に応じて開度が徐々に大きくなり、最大でＡ_２まで増大するようになっている。
第二油圧回路Ｌ２は、第一油圧回路Ｌ１における可変絞り弁１よりも上流側で分岐している。可変絞り弁１の上流側には油圧ポンプ１１による作動油の吐出圧がそのまま作用している。一方、可変絞り弁１の下流側には圧力補償弁２が接続されている。

圧力補償弁２は、第一油圧回路Ｌ１及び第二油圧回路Ｌ２に跨って介装された弁であり、双方の回路の作動油流量を同時に制御するものである。図１に示すように、圧力補償弁２の内部には、第一流路２ａ及び第二流路２ｂの二系統の流路が形成されており、それぞれの流路開度が単一のスプール（圧力補償スプール）の移動によって同時に変更されるよう構成されている。ここでは、第一流路２ａが第一油圧回路Ｌ１上に介装され、第二流路２ｂが第二油圧回路Ｌ２上に介装されている。

圧力補償弁２のスプールを駆動するためのパイロット回路は、二本用意されている。第三油圧回路Ｌ３と第四油圧回路Ｌ４である。まず、圧力補償弁２のスプールのうち、スプールの摺動方向における第一流路２ａが形成された側の一端には、可変絞り弁１の下流側の作動油を導く第三油圧回路Ｌ３が接続されている。図１に示すように、第三油圧回路Ｌ３上にはオリフィス１６が介装されている。一方、スプールの他端（スプールの摺動方向における第二流路２ｂが形成された側の一端）には、可変絞り弁１の上流側の作動油を導く第四油圧回路Ｌ４が接続されている。

このように二本のパイロット回路を設けることにより、圧力補償弁２のスプールが、第一流路２ａの上流側と下流側との差圧を一定に保持する位置に制御されている。したがって、第一流路２ａ側の流量は油圧ポンプ１１の吐出圧に係わらず一定に制御され、残りの流量が第二流路２ｂ側に流れることになる。つまり、圧力補償弁２は、油圧モータ２６ａへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有しているといえる。

なお、この第三油圧回路Ｌ３内の作動油は、第一流路２ａ側の作動油流量を増加させつつ第二流路２ｂ側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。また、第四油圧回路Ｌ４内の作動油は、第二流路２ｂ側の作動油流量を増加させつつ第一流路２ａ側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。例えば、油圧ポンプ１１の吐出圧が上昇した場合には、第一流路２ａにおける作動油の流速が上昇するが、これに応じて上昇する第四油圧回路Ｌ４内の作動油圧に押されてスプールが図１中左方向へ移動し、弁開度が絞られるため、第一流路２ａの下流側の作動油流量は変化しないことになる。

また、第三油圧回路Ｌ３におけるオリフィス１６の下流側には、タンク１５へと接続される第六油圧回路Ｌ６が設けられている。この第六油圧回路Ｌ６上には電磁切換弁５が介装されている。
電磁切換弁５は、コントローラ１０によって制御される二位置切換弁である。電磁切換弁５がオンのときには第六油圧回路Ｌ６が遮断されるため、上述のように第三油圧回路Ｌ３を介して圧力補償弁２のスプールの一端に可変絞り弁１の下流側の作動油圧が作用する。一方、電磁切換弁５がオフになると、第六油圧回路Ｌ６がタンク１５へ開放（リリーフ）されて、第三油圧回路Ｌ３内の作動油圧がタンク圧まで低下するようになっている。

つまり、電磁切換弁５をオフにすると、可変絞り弁１の絞り開度の状態に関わらず、圧力補償弁２のスプールが図１中左方向へ移動して、第一流路２ａが完全に閉鎖されるとともに第二流路２ｂが完全に開放されるようになっている。電磁切換弁５は、圧力補償弁２における圧力補償制御を強制的に停止させるように機能する。また、電磁切換弁５がオンの状態でのみ、可変絞り弁１による流量調節が働くことになる。

［５．制御構成］
コントローラ１０は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスとして提供されている。このコントローラ１０では、電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８の弁開度がオン／オフ制御されている。図１に示すように、コントローラ１０は、第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂによる検出情報に応じて、以下のような制御を実施する。

［５−１．電磁切換弁５の制御］
コントローラ１０は、第一圧力センサ９ａがオンである場合に電磁切換弁５をオン（遮断）に制御する。つまり、実際にツインヘッダ２６が作動している状態でのみ、圧力補償弁２で第一油圧回路Ｌ１側の圧力補償がなされることになる。
一方、第一圧力センサ９ａがオフである場合には電磁切換弁５をオフ（流通）に制御する。これにより、ブーム２３の単動時には第一油圧回路Ｌ１側に介装された第一流路２ａの作動油流通が遮断される。ツインヘッダ２６が作動していない状態では常時、第一油圧回路Ｌ１が遮断されることになる。

［５−２．電磁切換弁７の制御］
また、コントローラ１０は、第一圧力センサ９ａがオンである場合に電磁切換弁７をオン（遮断）に制御する。一方、第一圧力センサ９ａがオフである場合には電磁切換弁７をオフ（流通）に制御する。つまり、ブーム２３の単動時にのみ、通常のネガティブコントロールに係る第二油圧回路Ｌ２の作動油圧がネガコン回路Ｌ７内へ導入されることになる。また、ツインヘッダ２６の作動時には、第二油圧回路Ｌ２側からの作動油圧が遮断されるため、次に説明する電磁比例減圧弁１８の制御に応じてネガコン回路Ｌ７のネガコン圧が強制的に変更されることになる。

［５−３．電磁比例減圧弁１８の制御］
さらにコントローラ１０は、第二圧力スイッチ９ｂがオフである場合に、電磁比例減圧弁１８をオンに制御する。一方、第二圧力スイッチ９ｂがオンである場合には、電磁比例弁１８をオフに制御する。
つまり、ツインヘッダ２６の単動時にのみ電磁比例減圧弁１８の二次圧を所定圧力Ｐ_Ｎに制御するようになっている。ブーム２３の単動時、あるいは、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時には、電磁比例減圧弁１８の二次圧が最低圧（タンク圧）に制御されることになる。

本発明に係るコントローラ１０での制御内容をまとめると以下の通りとなる。

［６．作用］
上記のような構成により、本油圧制御回路は以下のように作用する。
［６−１．ブームの単動操作時］
ブーム２３の単動操作時には、第一圧力センサ９ａがオフとなり、かつ、第二圧力センサ９ｂがオンとなる。これにより、電磁切換弁５がオフに制御されて第六油圧回路Ｌ６及び第三油圧回路Ｌ３がタンク１５へと開放される。そのため、圧力補償弁２のスプールが図１中左方向へ移動し、第一流路２ａが完全に閉鎖される。つまり、第一流路２ａ側の作動油流量がゼロになり、油圧ポンプ１１の全流量が第二油圧回路Ｌ２側へ供給されることになる。したがって、油圧ポンプ１１の全出力をブームシリンダ２３ａの駆動に割り当てることができる。

また、コントローラ１０によって電磁比例弁７がオフに制御されるため、ネガコン回路Ｌ７には第二油圧回路Ｌ２の作動油圧が導かれることになる。一方、電磁比例減圧弁１８もオフに制御されるため、電磁比例減圧弁１８の二次圧はタンク圧となる。したがって、シャトル弁１７では第二油圧回路Ｌ２の作動油圧がネガコン圧として選択されることになり、通常のネガコン制御を実施することができる。
なおこの場合、圧力補償弁２の第一流路２ａが閉鎖されるため、第一油圧回路Ｌ１側のセンタバイパスＬ８におけるネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃは保持されている。

［６−２．ツインヘッダの単動操作時］
ツインヘッダ２６の単動操作時には、第一圧力センサ９ａがオンとなり、かつ、第二油圧センサ９ｂがオフとなる。これにより、電磁比例弁５がオンに制御されて第六油圧回路Ｌ６が遮断されるため、第三油圧回路Ｌ３が圧力補償弁２の一方のパイロット回路として機能することになる。なお、第三油圧回路Ｌ３の作動油圧は、オリフィス１６を経て導入される圧力であるため、油圧ポンプ１１の吐出圧よりも減圧された大きさとなっている。一方、圧力補償弁２の他方のパイロット圧には、第四油圧回路Ｌ４を介して油圧ポンプ１１の吐出圧が導入される。

これにより、第一流路２ａの上流側と下流側との差圧が一定に保持されるため、油圧モータ２６ａへ供給される一定の作動油流量を確保することができる。例えば、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量は、油圧ポンプ１１の吐出圧に変動に対して一定量となる。
一方、ツインヘッダ用操作レバーの操作によりコントロールバルブ６ａのスプール位置が移動すると、センタバイパスＬ８の作動油圧が低下し、第五油圧回路Ｌ５内へ導入されるネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃも低下する。そのため、可変絞り弁１の開度が増大し、第一油圧回路Ｌ１側へ配分される作動油流量が増加する。これにより、第一油圧回路Ｌ１側へ供給される作動油流量は、ツインヘッダ用操作レバーの操作量に応じて自動的に制御されることになり、操作量を大きくするほど作動油流量を増大させて油圧モータ２６ａの回転数を増加させることができる。

またこのとき、油圧ポンプ１１からの全流量のうち、残りの流量が第二流路２ｂ側へ供給されることになる。しかし、コントローラ１０によって電磁比例弁７及び電磁比例減圧弁１８がオンに制御されるため、ネガコン回路Ｌ７内の作動油圧（ネガコン圧）が、油圧モータ２６ａに対応する所定圧力Ｐ_Ｎとなる。つまり、油圧ポンプ１１の吐出流量が、レギュレータ１２によって油圧モータ２６ａの駆動に必要十分な適量に制御されることになる。したがって、第二流路２ｂ側の作動油流量を少なくすることができ、エネルギーロスを抑えることができる。

［６−３．ブーム及びツインヘッダの連動操作時］
ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動操作時には、第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂがともにオンとなる。これにより、電磁切換弁５がオンに制御されて第六油圧回路Ｌ６が遮断され、圧力補償弁２の第一流路２ａ側に一定の作動油流量が確保されるとともに、残りの作動油が第二流路２ｂ側へ供給される。

一方、電磁切換弁７はオンに制御されるとともに電磁比例減圧弁１８がオフに制御されるため、ネガコン回路Ｌ７のシャトル弁１７ではタンク圧がネガコン圧として選択される。これによりレギュレータ１２では、油圧ポンプ１１の吐出流量が最大量に設定されることになり、圧力補償弁２の第一流路２ａ側には一定の作動油流量を確保することができ、かつ、残りの作動油を第二流路２ｂ側へ供給することができる。したがって、ブーム２３とツインヘッダ２３との連動性を向上させることができる。

［７．効果］
本油圧制御回路によれば、圧力補償弁２を備えたことにより、第一油圧回路Ｌ１側へ配分される作動油流量を確保しつつ残りの作動油を第二油圧回路Ｌ２側へ供給することができ、油圧モータ２６ａ及びブームシリンダ２３ａの連動性を高めることができる。例えば、ツインヘッダ２６が回転と停止とを繰り返すような不具合が生じることがない。

また、第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂの検出情報に応じて電磁切換弁５をオン／オフ制御することにより、圧力補償弁２の圧力補償スプールを駆動して、作動油の配分を制御することができる。すなわち、電磁切換弁５を閉鎖することで油圧モータ２６ａへの作動油流量を確保し、あるいは電磁切換弁５を開放することで作動油供給を遮断することができる。例えば、ブームの単動操作時には油圧モータ２６ａ側への作動油の流通を遮断することができ、ポンプ流量を有効に活用することができる。

このように、油圧装置の作動状態に応じた供給制御によりエネルギーロスを抑制することができ、燃費低減に貢献することができる。また、簡素な構成で作動油の配分が可能となり、コストを削減することができる。
また、センタバイパスＬ８上にネガコン用リリーフ弁１９ｃを設けてネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃを生じさせ、このネガコン用リリーフ圧Ｐ_Ｃを可変絞り弁１における流量制御のパイロット圧として利用することにより、ツインヘッダ用操作レバーの操作量に応じて油圧モータ２６ａへ供給される作動油流量を増減させることができる。これにより、油圧モータ２６ａの駆動状態に応じて第一油圧回路Ｌ１側に要求される作動油流量を正確に供給することができる。また、高価で複雑な制御が必要となる電磁比例弁を使わなくとも流量の比例制御を実施することができる。

［８．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態ではブーム２３及びツインヘッダ２６の駆動に係る油圧回路が例示されているが、本発明の油圧制御回路は、アタッチメントとその他の油圧アクチュエータとを備えた油圧回路に広く適用可能である。すなわち、ブームシリンダ２３ａ以外の油圧シリンダ２４ａ，２５ａや上部旋回体２１の旋回装置、下部走行体２２の走行装置等のアクチュエータを駆動する油圧回路を具備した油圧回路に適用してもよい。また、ツインヘッダ２６だけでなくブレーカやマグネット等、油圧モータで駆動される各種油圧装置をアタッチメントとして具備した油圧回路に適用することができる。

また、上述の実施形態では、メインポンプ（油圧ポンプ１１）が一個の場合の油圧回路が示されているが、メインポンプの個数はこれに限定されず、二個以上であってもよい。同様に、第一油圧回路Ｌ１や第二油圧回路Ｌ２上に介装されるコントロールバルブの数に関しても、複数連のものとしてもよい。
図３は、第一油圧回路Ｌ１上に二連のコントロールバルブ６ａ，６ａ′を備えて二台の油圧モータ２６ａ，２６ａ′を制御する油圧回路の例である。このような構成では、第一油圧回路Ｌ１側に接続された油圧モータ２６ａ，２６ａ′の何れかが作動すればセンタバイパスＬ８の作動油圧が低下するため、この作動油圧を可変絞り弁１のパイロット圧として導入することにより、第一油圧回路Ｌ１側で要求される作動油流量を供給することが可能である。

また、上述の実施形態では、ネガコン回路Ｌ７から導入されるネガコン圧を利用した油圧ポンプ１１の出力制御が行われているが、ネガコン回路Ｌ７に係る構成は省略することが可能である。同様に、電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８の制御に関して、上述の実施形態ではコントローラ１０を介した制御が行われているが、このような電子制御の代わりに、物理的に電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８を開閉する機構を備えた構成とすることも考えられる。少なくとも、上記の表１に記載されたような対応関係で各弁が開弁／閉弁されるようなものであればよい。

また、上述の実施形態では、本発明を油圧ショベル２０の油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ブルドーザやホイールローダ，油圧式クレーン等様々な作業機械の油圧回路に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図である。 本発明の一実施形態に係る油圧制御回路に介装された可変絞り弁の開口特性図である。 本発明の変形例に係る油圧制御回路の全体構成を示す油圧回路図である。 本発明の一実施形態に係る油圧制御回路が適用された作業機械の側面図である。

符号の説明

１ 可変絞り弁
２ 圧力補償弁
５ 電磁切換弁
６ａ コントロールバルブ（第一コントロール弁）
６ｂ コントロールバルブ（第二コントロール弁）
７ 電磁切換弁（第二電磁切換弁）
８ ネガコン圧変更手段
９ａ 第一圧力センサ（第一操作検出手段）
９ｂ 第二圧力センサ（第二操作検出手段）
１０ コントローラ（制御手段）
１１ 油圧ポンプ
１２ レギュレータ
１５ タンク（作動油タンク）
１６ オリフィス
１７ シャトル弁
１８ 電磁比例減圧弁
１９ａ，１９ｂ リリーフ弁
１９ｃ ネガコン用リリーフ弁
２０ 油圧ショベル（作業機械）
２３ ブーム
２３ａ ブームシリンダ（他の油圧アクチュエータ）
２６ ツインヘッダ（アタッチメント）
２６ａ 油圧モータ
３０ 優先回路
Ｌ１ 第一油圧回路
Ｌ２ 第二油圧回路
Ｌ３ 第三油圧回路
Ｌ４ 第四油圧回路
Ｌ５ 第五油圧回路
Ｌ６ 第六油圧回路
Ｌ７ ネガコン回路
Ｌ８ センタバイパス

Claims (6)

1. アタッチメントを駆動せしめる油圧モータと、該油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、
   該油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、
   該第一油圧回路上に介装され、パイロット圧制御により開度を変更可能に形成された可変絞り弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、
   該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該油圧モータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、
   該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、
   該第一油圧回路上において該圧力補償弁の下流側に介装され、該油圧モータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、
   該第一コントロール弁のセンタバイパス上に介装されたネガコン用リリーフ弁と、
   該第一コントロール弁と該ネガコン用リリーフ弁との間のセンタバイパスと該可変絞り弁のパイロットポートとを接続し、該センタバイパスの作動油圧を該可変絞り弁へのパイロット圧として導入する第五油圧回路と
   を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。
2. 該可変絞り弁が、該パイロット圧が高圧であるほど該開度を絞り、該作動油圧が低圧であるほど該開度を増大させる
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の油圧制御回路。
3. 該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、
   該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁と、をさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の油圧制御回路。
4. 該第二油圧回路上に介装され、該他の油圧アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第二コントロール弁と、
   該第二コントロール弁の下流側の油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、
   該ネガコン回路に介装された第二電磁切換弁と、
   該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段と
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項３記載の作業機械の油圧制御回路。
5. 操作者による該油圧モータへの操作を検出する第一操作検出手段と、
   操作者による該他の油圧アクチュエータへの操作を検出する第二操作検出手段と、
   該第一操作検出手段及び該第二操作検出手段での検出結果に基づき、該電磁切換弁，該第二電磁切換弁及びネガコン圧変更手段を制御する制御手段と
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項４記載の作業機械の油圧制御回路。
6. アタッチメントを駆動せしめる油圧モータと、該油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該油圧モータ及び該他の油圧アクチュエータの油圧駆動源となる油圧ポンプとを備えてなる作業機械の油圧制御回路において、
   該油圧モータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、
   該第一油圧回路上に介装され、パイロット圧制御により開度を変更可能に形成された可変絞り弁と、
   該第一油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該他の油圧アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、
   該第一油圧回路上における該可変絞り弁よりも下流側に介装され、該油圧モータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、
   該第一コントロール弁のセンタバイパス上に介装されたネガコン用リリーフ弁と、
   該第一コントロール弁と該ネガコン用リリーフ弁との間のセンタバイパスと該可変絞り弁のパイロットポートとを接続し、該センタバイパスの作動油圧を該可変絞り弁へのパイロット圧として導入する第五油圧回路と
   を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。

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