JP6782272B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、両傾転ポンプで片ロッド式液圧シリンダを直接駆動する液圧回路を備えた建設機械に関する。

近年、油圧ショベルなどの作業機械において、油圧シリンダなどの油圧アクチュエータを駆動させる油圧回路内の絞り要素を減らし燃料消費率を低減するために、油圧ポンプなどの油圧駆動源から作動油を油圧アクチュエータへ送り、油圧アクチュエータで仕事を行った作動油をタンクに戻さず油圧ポンプへ戻すように構成した油圧回路（閉回路）の開発が進められている。このような閉回路の従来技術を開示するものとして、例えば特許文献１がある。

特許文献１には、両傾転型の油圧ポンプ（両傾転ポンプ）の吐出流量を調整して、この両傾転ポンプに接続されたアームシリンダの作動速度を制御する閉回路と、回路内の余剰油をタンクに排出するためのフラッシングバルブ、低圧側の圧力を保持するための低圧用リリーフ弁、シリンダの落下動作を防止するための電磁切換弁、バキューム防止用チェック弁、およびオーバーロードリリーフ弁によって構成されたバルブユニットと、片傾転型の油圧ポンプ（片傾転ポンプ）の作動油をアームシリンダに配分する配分回路と、この配分回路に設けられ、片傾転ポンプの圧油をアームシリンダに供給するための電磁比例切換弁とを備えた作業機械の駆動装置が記載されている（段落［００２７］、［００２９］、［００３１］）。

特許文献１に記載の作業機械の駆動装置によれば、アームシリンダが両傾転ポンプから供給される流量以上を要求した時は、アームシリンダのレバー操作量に応じて電磁比例切換弁の開口が制御され、片傾転ポンプの圧油がアームシリンダに補充され、レバー操作に対応したシリンダ速度が得られるように制御される（段落［００４９］）。

特開２００５―７６７８１号公報

特許文献１に記載の作業機械の駆動装置では、例えばアームダンプ動作を高速で行う時（アームシリンダを高速で収縮する時）に、両傾転ポンプと片傾転ポンプの吐出流量がアームシリンダのロッド室に供給される。この時、キャップ室から排出される流量の一部は両傾転ポンプに吸い込まれるが、残りの流量はフラッシングバルブおよび低圧用リリーフ弁を介してタンクに戻される。一般的な片ロッド式液圧シリンダでは、キャップ側の受圧面積がロッド側の受圧面積の約２倍であるため、キャップ室から排出される流量はロッド室に流入する流量の約２倍となる。前述の通り、ポンプ２台分の流量をロッド室に流入させると、キャップ室から排出される流量はポンプ４台分になり、このうち１台分が両傾転ポンプ吸収されるため、フラッシングバルブおよび低圧用リリーフ弁からタンクに排出される流量はポンプ３台分となる。その結果、フラッシングバルブおよび低圧用リリーフ弁の定格流量が増えることとなり、フラッシングバルブおよび低圧用リリーフ弁が大型化し、搭載性が悪化する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、両傾転ポンプで片ロッド式液圧シリンダを直接駆動する液圧回路を備え、片傾転ポンプの吐出流量をロッド室に補充することによりシリンダ収縮動作を増速できると共に、回路内の余剰流量をタンクに戻すための低圧選択弁およびリリーフ弁の大型化を防ぐことができる建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の作業部材からなる作業装置と、前記複数の作業部材の１つを駆動する片ロッド式液圧シリンダと、前記片ロッド式液圧シリンダの動作を指示するための第１操作装置と、前記片ロッド式液圧シリンダのキャップ室に接続されたキャップ側流路と、前記片ロッド式液圧シリンダのロッド室に接続されたロッド側流路と、両傾転ポンプと、前記両傾転ポンプの一方の入出力ポートに接続された第１ポンプ流路と、前記両傾転ポンプの他方の入出力ポートに接続された第２ポンプ流路と、前記第１ポンプ流路と前記キャップ側流路との間、および前記第２ポンプ流路と前記ロッド側流路との間を連通または遮断する閉回路切換弁と、作動液を貯留するタンクと、前記タンクから吸い込んだ作動液を吐出する片傾転ポンプと、前記片傾転ポンプの吐出ポートに接続された第３ポンプ流路と、前記第３ポンプ流路と前記キャップ側流路とを連通または遮断する第１開回路切換弁と、前記第３ポンプ流路と前記ロッド側流路とを連通または遮断する第２開回路切換弁と、前記タンクから吸い込んだ作動液を吐出するチャージポンプと、前記チャージポンプの吐出ポートに接続されたチャージ流路と、前記キャップ側流路および前記ロッド側流路のいずれか低圧側を前記チャージ流路に連通する低圧選択弁と、前記チャージ流路に設けられたリリーフ弁と、前記第１操作装置からの操作信号に応じて、前記閉回路切換弁ならびに前記第１および第２開回路切換弁を開閉し、かつ前記両傾転ポンプおよび前記片傾転ポンプの吐出流量を調整するコントローラとを備えた建設機械において、前記キャップ室の圧力を検出するキャップ圧検出装置と、前記ロッド室の圧力を検出するロッド圧検出装置と、前記キャップ側流路から分岐して前記タンクに接続する流路上に設けられた排出弁とを備え、前記コントローラは、前記第１操作装置を介して前記片ロッド式液圧シリンダの収縮動作が指示された場合に、前記キャップ室および前記ロッド室の圧力、ならびに前記両傾転ポンプおよび前記片傾転ポンプの吐出流量に基づいて、前記低圧選択弁が前記キャップ側流路に開口しているときの前記低圧選択弁の通過流量を演算し、前記通過流量が前記低圧選択弁の定格最大流量以下に設定された所定の流量を超えたときに、前記排出弁を開くものとする。

以上のように構成した本発明によれば、両傾転ポンプに加えて片傾転ポンプから片ロッド式液圧シリンダのロッド室に作動液を供給することにより、片ロッド液圧シリンダの収縮動作を増速することが可能となる。その際、キャップ側流路とタンクとを接続する流路上に設けられた排出弁が開き、キャップ室から排出される作動液の一部が排出弁を介してタンクに戻される。これにより、回路内の余剰流量をタンクに戻すためのフラッシング弁およびチャージ用リリーフ弁の通過流量を抑制することができるため、フラッシング弁およびチャージ用リリーフ弁の大型化を防ぐことが可能となる。

本発明によれば、両傾転ポンプで片ロッド式液圧シリンダを直接駆動する液圧回路を備えた建設機械において、片傾転ポンプの吐出流量をロッド室に補充することによりシリンダ収縮動作を増速できると共に、回路内の余剰流量をタンクに戻すための低圧選択弁およびリリーフ弁の大型化を防ぐことが可能になる。

本発明の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルに搭載された液圧駆動装置の概略構成図である。 図２に示すコントローラの機能ブロック図である。 従来技術の制御を適用した場合の、アームシリンダを収縮させるアームダンプ動作時のレバー入力、ポンプ吐出流量、比例弁通過流量、切換弁状態、およびフラッシング弁通過流量の変化の一例を示す図である。 本発明の制御を適用した場合の、アームシリンダを収縮させるアームダンプ動作時のレバー入力、ポンプ吐出流量、比例弁通過流量、切換弁状態、フラッシング弁通過流量、および排出弁通過流量の変化の一例を示す図である。 図２に示すコントローラによる排出弁の制御を示すフローチャートである。 本発明の制御を適用した場合の、アームシリンダを収縮させるアームダンプ動作時のレバー入力、ポンプ吐出流量、比例弁通過流量、切換弁状態、フラッシング弁通過流量、および排出弁通過流量の変化のその他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの側面図である。

図１において、油圧ショベル１００は、クローラ式の走行装置８を装備した下部走行体１０１と、下部走行体１０１上に旋回装置７を介して旋回可能に取り付けられた上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前部に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業装置１０３とを備えている。上部旋回体１０２上には、オペレータが搭乗するキャブ１０４が設けられている。キャブ１０４には、後述の操作レバー装置８０，８１（図２に示す）が配設されている。

フロント作業装置１０３は、上部旋回体１０２の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業部材としてのブーム２と、このブーム２の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結された作業部材としてのアーム４と、このアーム４の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結された作業部材としてのバケット６と、ブーム２を駆動する片ロッド式液圧シリンダ（ブームシリンダ）１と、アーム４を駆動する片ロッド式液圧シリンダ（アームシリンダ）３と、バケット６を駆動する片ロッド式液圧シリンダ（バケットシリンダ）５とを備えている。

図２は、図１に示す油圧ショベル１００に搭載された液圧駆動装置の概略構成図である。なお、説明の簡略化のため、図２では、アームシリンダ３およびバケットシリンダ５の駆動に関わる部分のみを示し、その他のアクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。

図２において、液圧駆動装置３００は、アームシリンダ３と、バケットシリンダ５と、動力源であるエンジン９と、エンジン９の動力を配分する動力伝達装置１０と、動力伝達装置１０によって配分された動力で駆動される第１〜第４液圧ポンプ１２〜１５およびチャージポンプ１１と、第１および第２液圧ポンプ１２，１３を選択的にアームシリンダ３またはバケットシリンダ５に接続する切換弁（閉回路切換弁）４０〜４３と、第３および第４液圧ポンプ１４，１５を選択的にアームシリンダ３またはバケットシリンダ５に接続する切換弁（開回路切換弁）４４〜５１と、アームシリンダ３の動作を指示するためのアーム操作レバー装置（操作装置）８０と、バケットシリンダ５の動作を指示するためのバケット操作レバー装置（操作装置）８１と、アームシリンダ３およびバケットシリンダ５の動作を制御するコントローラ７０とを備えている。

第１および第２液圧ポンプ１２，１３は、両傾転型の液圧ポンプ（両傾転ポンプ）であり、一対の入出力ポートを有し、両方向に圧液を吐出可能な両傾転斜板機構（図示せず）と、この両傾転斜板機構を構成する両傾転斜板の傾転角（傾転量）を調整するための第１および第２レギュレータ１２ａ，１３ａとを備えている。第１および第２レギュレータ１２ａ，１３ａは、コントローラ７０からの指令信号に応じて、第１および第２液圧ポンプ１２，１３の両傾転斜板の傾転角を調整し、第１および第２液圧ポンプ１２，１３から吐出される作動液の方向および流量を制御する。

第３および第４液圧ポンプ１４，１５は、片傾転型の液圧ポンプ（片傾転ポンプ）であり、吸込ポートおよび吐出ポートを有し、一方向にのみ圧液を吐出可能な片傾転斜板機構（図示せず）と、この片傾転斜板機構を構成する片傾転斜板の傾転角を調整するための第３および第４レギュレータ１４ａ，１５ａとを備えている。第３および第４レギュレータ１４ａ，１５ａは、コントローラ７０からの指令信号に応じて、第３および第４液圧ポンプ１４，１５の片傾転斜板の傾転角を調整し、第３および第４液圧ポンプ１４，１５から吐出される作動液の流量を制御する。

第１液圧ポンプ１２の一対の入出力ポートは、一対のポンプ流路２００，２０１を介して切換弁４０，４１に接続されている。第１液圧ポンプ１２は、一対のポンプ流路２００，２０１の一方から作動液を吸い込み、他方に吐出する。切換弁４０は、アクチュエータ流路２１０を介してアームシリンダ３のキャップ室３ａに接続され、アクチュエータ流路２１１を介してアームシリンダ３のロッド室３ｂに接続されている。一方、切換弁４１は、アクチュエータ流路２１２を介してバケットシリンダ５のキャップ室５ａに接続され、アクチュエータ流路２１３を介してバケットシリンダ５のロッド室５ｂに接続されている。以下、特に区別する場合は、キャップ室３ａ，５ａに接続されたアクチュエータ流路２１０，２１２をキャップ側流路と称し、ロッド室３ｂ，５ｂに接続されたアクチュエータ流路２１１，２１３をロッド側流路と称する。アームシリンダ３は、キャップ側流路２１０を介してキャップ室３ａに作動液が供給されると伸長動作し、ロッド側流路２１１を介してロッド室３ｂに作動液が供給されると収縮動作する。バケットシリンダ５は、キャップ側流路２１２を介してキャップ室５ａに作動液が供給されると伸長動作し、ロッド側流路２１３を介してロッド室５ｂに作動液が供給されると収縮動作する。

切換弁４０，４１は、コントローラ７０からの指令信号に応じて、連通位置と遮断位置のいずれかに切り換わる。切換弁４０，４１は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは遮断位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると連通位置に切り換わる。切換弁４０が連通位置にあるときは、ポンプ流路２００，２０１とアクチュエータ流路２１０，２１１とがそれぞれ連通し、第１液圧ポンプ１２とアームシリンダ３とが閉回路接続される。一方、切換弁４１が連通位置にあるときは、ポンプ流路２００，２０１とアクチュエータ流路２１２，２１３とがそれぞれ連通し、第１液圧ポンプ１２とバケットシリンダ５とが閉回路接続される。

第２液圧ポンプ１３の一対の入出力ポートは、一対のポンプ流路２０２，２０３を介して切換弁４２，４３に接続されている。第２液圧ポンプ１３は、一対のポンプ流路２０２，２０３の一方から作動液を吸い込み、他方に吐出する。切換弁４２は、キャップ側流路２１０を介してアームシリンダ３のキャップ室３ａに接続され、ロッド側流路２１１を介してアームシリンダ３のロッド室３ｂに接続されている。一方、切換弁４３は、キャップ側流路２１２を介してバケットシリンダ５のキャップ室５ａに接続され、ロッド側流路２１３を介してバケットシリンダ５のロッド室５ｂに接続されている。

切換弁４２，４３は、コントローラ７０からの指令信号に応じて、連通位置と遮断位置のいずれかに切り換わる。切換弁４２，４３は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは遮断位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると連通位置に切り換わる。切換弁４２が連通位置にあるときは、ポンプ流路２０２，２０３とアクチュエータ流路２１０，２１１とがそれぞれ連通し、第３液圧ポンプ１３とアームシリンダ３とが閉回路接続される。一方、切換弁４３が連通位置にあるときは、ポンプ流路２０２，２０３とアクチュエータ流路２１２，２１３とがそれぞれ連通し、第２液圧ポンプ１３とバケットシリンダ５とが閉回路接続される。

第３液圧ポンプ１４の吐出ポートは、ポンプ流路２０４を介して切換弁４４〜４７に接続されており、第３液圧ポンプ１４の吸込ポートは、作動液を貯留するタンク２５に接続されている。第３液圧ポンプ１４は、タンク２５から作動液を吸い込み、ポンプ流路２０４に吐出する。ポンプ流路２０４は、リリーフ弁２１を介してタンク２５に接続されている。リリーフ弁２１は、ポンプ流路２０４の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、ポンプ流路２０４の作動液をタンク２５に逃がし、回路を保護する。切換弁４４はアームシリンダ３のロッド側流路２１１に接続され、切換弁４５はバケットシリンダ５のロッド側流路２１３に接続され、切換弁４６はアームシリンダ３のキャップ側流路２１０に接続され、切換弁４７はバケットシリンダ５のキャップ側流路２１２に接続されている。

切換弁４４〜４７は、コントローラ７０からの指令信号に応じて、連通位置と遮断位置のいずれかに切り換わる。切換弁４４〜４７は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは遮断位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると連通位置に切り換わる。

切換弁４４が連通位置にあるときは、第３液圧ポンプ１４は、ポンプ流路２０４およびロッド側流路２１１を介して、アームシリンダ３のロッド室３ｂに接続される。第３液圧ポンプ１４は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にアームシリンダ３のロッド室３ｂに作動液を供給することにより、アームシリンダ３の収縮動作を増速することができる。

切換弁４５が連通位置にあるときは、第３液圧ポンプ１４は、ポンプ流路２０４およびロッド側流路２１３を介して、バケットシリンダ５のロッド室５ｂに接続される。第３液圧ポンプ１４は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にバケットシリンダ５のロッド室５ｂに作動液を供給することにより、バケットシリンダ５の収縮動作を増速することができる。

切換弁４６が連通位置にあるときは、第３液圧ポンプ１４は、ポンプ流路２０４およびキャップ側流路２１０を介して、アームシリンダ３のキャップ室３ａに接続される。第３液圧ポンプ１４は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にアームシリンダ３のキャップ室３ａに作動液を供給することにより、アームシリンダ３の伸長動作を増速することができる。

切換弁４７が連通位置にあるときは、第３液圧ポンプ１４は、ポンプ流路２０４およびキャップ側流路２１２を介して、バケットシリンダ５のキャップ室５ａに接続される。第３液圧ポンプ１４は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にバケットシリンダ５のキャップ室５ａに作動液を供給することにより、バケットシリンダ５の伸長動作を増速することができる。

ポンプ流路２０４は、また、比例弁５２を介してタンク２５に接続されている。比例弁５２は、コントローラ７０からの指令信号に応じて開口面積を変化させ、通過流量を制御する。比例弁５２は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは全開位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると、その指令信号に応じて全開位置から全閉位置側へ操作され、開口面積を最大開口面積からゼロまでの間で変化させる。また、コントローラ７０は、切換弁４４〜４７が遮断位置にあるときは、第３液圧ポンプ１４の吐出流量に応じて予め設定された開口面積となるように比例弁５２を制御する。

第４液圧ポンプ１５の吐出ポートは、ポンプ流路２０５を介して切換弁４８〜５１に接続されており、第４液圧ポンプ１５の吸込ポートは、タンク２５に接続されている。第４液圧ポンプ１５は、タンク２５から作動液を吸い込み、ポンプ流路２０５に吐出する。ポンプ流路２０５は、リリーフ弁２２を介してタンク２５に接続されている。リリーフ弁２２は、ポンプ流路２０５の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、ポンプ流路２０５の作動液をタンク２５に逃がし、回路を保護する。切換弁４８はアームシリンダ３のロッド側流路２１１に接続され、切換弁４９はバケットシリンダ５のロッド側流路２１３に接続され、切換弁５０はアームシリンダ３のキャップ側流路２１０に接続され、切換弁５１はバケットシリンダ５のキャップ側流路２１２に接続されている。

切換弁４８〜５１は、コントローラ７０からの指令信号に応じて、連通位置と遮断位置のいずれかに切り換わる。切換弁４８〜５１は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは遮断位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると連通位置に切り換わる。

切換弁４８が連通位置にあるときは、第４液圧ポンプ１５は、ポンプ流路２０５およびロッド側流路２１１を介して、アームシリンダ３のロッド室３ｂに接続される。第４液圧ポンプ１５は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にアームシリンダ３のロッド室３ｂに作動液を供給することにより、アームシリンダ３の収縮動作を増速することができる。

切換弁４９が連通位置にあるときは、第４液圧ポンプ１５は、ポンプ流路２０５およびロッド側流路２１３を介して、バケットシリンダ５のロッド室５ｂに接続される。第４液圧ポンプ１５は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にバケットシリンダ５のロッド室５ｂに作動液を供給することにより、バケットシリンダ５の収縮動作を増速することができる。

切換弁５０が連通位置にあるときは、第４液圧ポンプ１５は、ポンプ流路２０５およびキャップ側流路２１０を介して、アームシリンダ３のキャップ室３ａに接続される。第４液圧ポンプ１５は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にアームシリンダ３のキャップ室３ａに作動液を供給することにより、アームシリンダ３の伸長動作を増速することができる。

切換弁５１が連通位置にあるときは、第４液圧ポンプ１５は、ポンプ流路２０５およびキャップ側流路２１２を介して、バケットシリンダ５のキャップ室５ａに接続される。第４液圧ポンプ１５は、第１液圧ポンプ１２または第２液圧ポンプ１３と共にバケットシリンダ５のキャップ室５ａに作動液を供給することにより、バケットシリンダ５の伸長動作を増速することができる。

ポンプ流路２０５は、また、比例弁５３を介してタンク２５に接続されている。比例弁５３は、コントローラ７０からの指令信号に応じて開口面積を変化させ、通過流量を制御する。比例弁５３は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは全開位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると、その指令信号に応じて全開位置から全閉位置側へ操作され、開口面積を最大開口面積からゼロまでの間で変化させる。また、コントローラ７０は、切換弁４８〜５１が遮断位置にあるときは、第４液圧ポンプ１５の吐出流量に応じて予め設定された開口面積となるように比例弁５３を制御する。

チャージポンプ１１は、固定容量型の液圧ポンプであり、タンク２５から作動液を吸い込み、チャージ流路２１４に吐出する。チャージ流路２１４は、チャージ用リリーフ弁２０を介してタンク２５に接続されている。チャージ用リリーフ弁２０は、チャージ流路２１４の圧力が所定の圧力（チャージ圧）を上回ったときに、チャージ流路２１４の作動液をタンク２５に逃がし、チャージ流路２１４の圧力を一定（チャージ圧）に保持する。

第１液圧ポンプ１２のポンプ流路２００，２０１は、チャージ用チェック弁２６を介してチャージ流路２１４に接続されている。チャージ用チェック弁２６は、ポンプ流路２００，２０１の圧力がチャージ流路２１４の圧力（チャージ圧）を下回ったときに、チャージ流路２１４の作動液をポンプ流路２００，２０１に補充する。また、ポンプ流路２００，２０１は、リリーフ弁３０ａ，３０ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。リリーフ弁３０ａ，３０ｂは、ポンプ流路２００，２０１の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、ポンプ流路２００，２０１の作動液をチャージ流路２１４に逃がし、回路を保護する。

第２液圧ポンプ１３のポンプ流路２０２，２０３は、チャージ用チェック弁２７を介してチャージ流路２１４に接続されている。チャージ用チェック弁２７は、ポンプ流路２０２，２０３の圧力がチャージ流路２１４の圧力（チャージ圧）を下回ったときに、チャージ流路２１４の作動液をポンプ流路２０２，２０３に補充する。また、ポンプ流路２０２，２０３は、リリーフ弁３１ａ，３１ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。リリーフ弁３１ａ，３１ｂは、ポンプ流路２０２，２０３の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、ポンプ流路２０２，２０３の作動液をチャージ流路２１４に逃がし、回路を保護する。

アクチュエータ流路２１０，２１１は、チャージ用チェック弁２８ａ，２８ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。チャージ用チェック弁２８ａ，２８ｂは、アクチュエータ流路２１０，２１１の圧力がチャージ流路２１４の圧力（チャージ圧）を下回ったときに、チャージ流路２１４の作動液をアクチュエータ流路２１０，２１１に補充する。また、アクチュエータ流路２１０，２１１は、リリーフ弁３２ａ，３２ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。リリーフ弁３２ａ，３２ｂは、アクチュエータ流路２１０，２１１の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、アクチュエータ流路２１０，２１１の作動液をチャージ流路２１４に逃がし、回路を保護する。

アクチュエータ流路２１０，２１１は、また、低圧選択弁としてのフラッシング弁３４を介してチャージ流路２１４に接続されている。フラッシング弁３４は、キャップ側流路２１０とロッド側流路２１１との差圧が所定の圧力（切換圧）を上回ったときに、アクチュエータ流路２１０，２１１の低圧側をチャージ流路２１４に連通させ、回路内の余剰流量をチャージ流路２１４に排出する。

キャップ側流路２１０は、また、排出弁５４を介してタンク２５に接続されている。排出弁５４は、コントローラ７０からの指令信号に応じて開口面積を変化させ、通過流量を制御する。排出弁５４は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは全閉位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると、その指令信号に応じて全閉位置から全開位置側へ操作され、開口面積をゼロから最大開口面積までの間で変化させる。

キャップ側流路２１０には、キャップ圧検出装置としての第１圧力センサ６０ａが設けられている。第１圧力センサ６０ａは、キャップ側流路２１０の圧力（キャップ室３ａの圧力）を圧力信号に変換し、コントローラ７０に出力する。また、ロッド側流路２１１には、ロッド圧検出装置としての第２圧力センサ６０ｂが設けられている。第２圧力センサ６０ｂは、ロッド側流路２１１の圧力（ロッド室３ｂの圧力）を圧力信号に変換し、コントローラ７０に出力する。

アクチュエータ流路２１２，２１３は、チャージ用チェック弁２９ａ，２９ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。チャージ用チェック弁２９ａ，２９ｂは、アクチュエータ流路２１２，２１３の圧力がチャージ流路２１４の圧力（チャージ圧）を下回ったときに、チャージ流路２１４の作動液をアクチュエータ流路２１２，２１３に補充する。また、アクチュエータ流路２１２，２１３は、リリーフ弁３３ａ，３３ｂを介してチャージ流路２１４に接続されている。リリーフ弁３３ａ，３３ｂは、アクチュエータ流路２１２，２１３の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を上回ったときに、アクチュエータ流路２１２，２１３の作動液をチャージ流路２１４に逃がし、回路を保護する。

アクチュエータ流路２１２，２１３は、また、低圧選択弁としてのフラッシング弁３５を介してチャージ流路２１４に接続されている。フラッシング弁３５は、キャップ側流路２１２とロッド側流路２１３との差圧が所定の圧力（切換圧）を上回ったときに、アクチュエータ流路２１２，２１３の低圧側をチャージ流路２１４に連通させ、回路内の余剰流量をチャージ流路２１４に排出する。

キャップ側流路２１２は、また、排出弁５５を介してタンク２５に接続されている。排出弁５５は、コントローラ７０からの指令信号に応じて開口面積を変化させ、通過流量を制御する。排出弁５５は、コントローラ７０から指令信号が出力されていないときは全閉位置に保持されており、コントローラ７０から指令信号が出力されると、その指令信号に応じて全閉位置から全開位置側へ操作され、開口面積をゼロから最大開口面積までの間で変化させる。

キャップ側流路２１２には、キャップ圧検出装置としての第３圧力センサ６１ａが設けられている。第３圧力センサ６１ａは、キャップ側流路２１２の圧力（キャップ室５ａの圧力）を圧力信号に変換し、コントローラ７０に出力する。また、ロッド側流路２１３には、ロッド圧検出装置としての第４圧力センサ６１ｂが設けられている。第４圧力センサ６１ｂは、ロッド側流路２１３の圧力（ロッド室５ｂの圧力）を圧力信号に変換し、コントローラ７０に出力する。

操作レバー装置８０，８１は、オペレータによる操作レバー８０ａ，８１ａの操作に応じた操作信号をコントローラ７０に出力する。コントローラ７０は、操作レバー装置８０，８１からの操作信号と第１〜第４圧力センサ６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂからの圧力信号とに基づいて、切換弁４０〜５１、比例弁５２，５３、排出弁５４，５５、および第１〜第４レギュレータ１２ａ〜１５ａを制御する。

図３は、図２に示すコントローラ７０の機能ブロック図である。なお、説明の簡略化のため、図３では、アームシリンダ３およびバケットシリンダ５の駆動に関わる部分のみを示し、その他のアクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。

図３において、コントローラ７０は、レバー操作量演算部７１と、アクチュエータ圧力演算部７２と、フラッシング弁通過流量演算部７３と、指令演算部７４とを備えている。

レバー操作量演算部７１は、操作レバー装置８０，８１から入力された操作信号に基づいて、アームシリンダ３およびバケットシリンダ５の動作方向および目標動作速度を演算し、演算結果を指令演算部７４に入力する。

アクチュエータ圧力演算部７２は，第１〜第４圧力センサ６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂの値から、各アクチュエータ３，５の圧力を演算し、指令演算部７４に入力する。

フラッシング弁通過流量演算部７３は、第１〜第４圧力センサ６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂからの圧力値からフラッシング弁３４，３５がキャップ側流路２１０，２１２に開口しているか否かを判定すると共に、第１〜第４レギュレータ１２ａ〜１５ａへの指令値から求まる第１〜第４液圧ポンプ１２〜１５の吐出流量の収支からフラッシング弁３４，３５の通過流量を演算し、指令演算部７４に入力する。

指令演算部７４は、レバー操作量演算部７１、アクチュエータ圧力演算部７２、およびフラッシング弁通過流量演算部７３の入力に基づいて、切換弁４０〜５１、比例弁５２，５３、排出弁５４，５５、および第１〜第４レギュレータ１２ａ〜１５ａへの指令値を演算する。

以上のように構成した液圧駆動装置３００の動作を説明する。

(１)非操作時
図２において、操作レバー８０ａ，８１ａが非操作時は、第１〜第４液圧ポンプ１２〜１５は最小傾転角に制御され、切換弁４０〜５１は全て閉じられ、アームシリンダ３およびバケットシリンダ５は停止状態で保持される。

(２)アームダンプ動作時
ここでは、まず従来技術の制御を適用した場合の動作を説明し、次に本発明の制御を適用した場合の動作を説明する。

＜従来技術の制御を適用した場合の動作＞
図４に、従来技術の制御を適用した場合の、アームシリンダ３を収縮させるアームダンプ動作時のレバー入力、ポンプ吐出流量、比例弁通過流量、切換弁状態、およびフラッシング弁通過流量の変化の一例を示す。

時刻ｔ０から時刻ｔ１にかけて、アーム操作レバー装置８０からの入力は０であり、アームシリンダ３は静止している。

時刻ｔ１から時刻ｔ６にかけて、アーム操作レバー装置８０からの入力はアームシリンダ３を収縮する指令値が最大値まで上げられる。

時刻ｔ１から時刻ｔ６において、アームシリンダ３のロッド室圧力は、キャップ室圧力よりも高いものとする。この時、フラッシング弁３４は、キャップ側流路２１０とチャージ流路２１４を接続する状態（キャップ側流路２１０に開口した状態）に保たれる。

時刻ｔ１において、コントローラ７０は、切換弁４０，４６を閉状態から開状態に切り替える。

時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、コントローラ７０は、第１液圧ポンプ１２の吐出流量Qcp12を最大値まで上げ、同時に比例弁５２の通過流量Qpv52も最大値まで上げる。比例弁５２の最大通過流量Qpv52maxは、第１液圧ポンプ１２の最大吐出流量Qcp12maxをアームシリンダ３のロッド室３ｂに流入させた時のキャップ室３ａからの排出流量のうち、第１液圧ポンプ１２の最大吐出流量Qcp12maxを差し引いたものに設定するとよい。

時刻ｔ１から時刻ｔ２において、アームシリンダ３のロッド室３ｂへ流入する流量Q3rodは、

となる。アームシリンダ３のロッド側の受圧面積A3rodとキャップ側の受圧面積A3capの比を受圧面積比α3とすると、

となり、キャップ室３ａから流出する流量Q3capは、

となる。キャップ側から流出する流量Q3capのうち、第１液圧ポンプ１２に戻る流量を差し引いた分は、全て比例弁５２を通過し、タンク２５へ排出されるので、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。

時刻ｔ２において、コントローラ７０は、切換弁４２，５０を閉状態から開状態に切り替える。

時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、コントローラ７０は、第２液圧ポンプ１３の吐出流量Qcp13を最大値まで上げ、同時に比例弁５３の通過流量Qpv53も最大値まで上げる。比例弁５３の最大通過流量Qpv53maxは、第２液圧ポンプ１３の最大吐出流量Qcp13maxをアームシリンダ３のロッド室３ｂに流入させた時のキャップ室３ａからの排出流量のうち、第２液圧ポンプ１３の最大吐出流量Qcp13maxを差し引いたものに設定するとよい。

時刻ｔ２から時刻ｔ３において、アームシリンダ３のロッド室へ流入する流量Q3rodは、

となる。キャップ側から流出する流量Q3capは、

となる。キャップ側から流出する流量Q3capのうち、第１液圧ポンプ１２と第２液圧ポンプ１３に戻る流量を差し引いた分は、全て比例弁５２，５３を通過し、タンク２５へ排出されるので、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。

時刻ｔ３において、コントローラ７０は、切換弁４６を開状態から閉状態に切り換え、切換弁４４を閉状態から開状態に切り換える。また、コントローラ７０は、比例弁５２の通過流量Qpv52を0にする。

この時、式(7)より、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて、コントローラ７０は、第３液圧ポンプ１４の吐出流量Qop14を最大値まで上げる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４において、アームシリンダ３のロッド室３ｂへ流入する流量Q3rodは、

となる。キャップ室３ａから流出する流量Q3capは、

となる。また、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。ここで、受圧面積比α3を2とし、第１〜第４液圧ポンプ１２〜１５の最大吐出容積が等しいとすると、式(11)より、時刻ｔ３から時刻ｔ４において、フラッシング弁３４には最大ポンプ３台分の流量が通過することになる。

時刻ｔ４において、コントローラ７０は、切換弁５０を開状態から閉状態に切り換え、切換弁４８を閉状態から開状態に切り換える。また、コントローラ７０は、比例弁５３の通過流量Qpv53を0にする。

この時、式(11)より、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。

時刻ｔ４から時刻ｔ６にかけて、コントローラ７０は、第４液圧ポンプ１５の吐出流量Qop15を最大値まで上げる。

時刻ｔ４から時刻ｔ６において、アームシリンダ３のキャップ室３ａへ流入する流量Q3rodは、

となる。キャップ側から流出する流量Q3capは、

となる。また、フラッシング弁３４を通過する流量Qfv34は、

となる。ここで、受圧面積比α3を2とし、第１〜第４液圧ポンプ１２〜１５の最大吐出容積が等しいとすると、式(15)より、時刻ｔ４から時刻ｔ６において、フラッシング弁３４には最大ポンプ６台分の流量が通過することになる。

時刻ｔ３から時刻ｔ６において、フラッシング弁３４を通過する流量が増えていくと、例えば時刻ｔ５でフラッシング弁３４の定格最大流量を超えてしまう。これを防ぐためには、フラッシング弁３４を大型化しなければならない。また、フラッシング弁３４を通過した流量は、チャージ用リリーフ弁２０を通過しタンク２５へ排出されるため、チャージ用リリーフ弁２０も同様に大型化しなければならない。

＜本発明の制御を適用した場合の動作＞
図５に、本発明の制御を適用した場合の、アームシリンダ３を収縮させるアームダンプ動作時のレバー入力、ポンプ吐出流量、比例弁通過流量、切換弁状態、フラッシング弁通過流量、および排出弁通過流量の変化の一例を示す。

時刻ｔ０から時刻ｔ５における挙動は、従来技術（図４に示す）と同様であるため省略する。

時刻ｔ５において、フラッシング弁３４を通過する流量が、定格最大流量を超えそうになる場合に排出弁５４が開く。図６は、コントローラ７０による排出弁５４の制御を示すフローチャートである。処理Ｆ１において、コントローラ７０は、式(15)に基づき、フラッシング弁３４の通過流量を演算している。図示しないが、フラッシング弁３４を通過する流量を直接検出する手段を設けても良い。

処理Ｆ２において、フラッシング弁３４の通過流量が許容流量以下か否かを判定する。本動作例では、許容流量を定格最大流量とするが、シリンダから排出される圧油を油圧ショベルの操作性に影響を与えずにタンクに戻すことが可能な限り許容流量の値は特に限定されず、例えば余裕をもった値（定格最大流量よりも小さい流量）に設定してもよい。

処理Ｆ２において、フラッシング弁３４の通過流量が許容流量を越えない場合は、処理Ｆ３に進み、コントローラ７０は、排出弁５４を閉じるよう指令値を演算する。

処理Ｆ２において、フラッシング弁３４の通過流量が許容流量を越える場合は、処理Ｆ４に進み、コントローラ７０は、排出弁５４を通過する流量を演算する。排出弁５４を通過する流量Qpv54は、処理Ｆ１で演算したフラッシング弁３４の通過流量Qfv34と、フラッシング弁の許容最大通過流量Qfv34maxの差分となるので、式(15)より、

となる。

処理Ｆ５において、処理Ｆ４で演算した排出弁５４の通過流量Qpv54を実現するための指令値を演算する。

図５に示す通り、時刻ｔ５からｔ６において、式(16)に基づき、排出弁５４の通過流量を制御することにより、フラッシング弁３４の通過流量を定格最大流量以下に抑えることが可能になる。

また、フラッシング弁３４の許容流量を0に設定すれば、図７に示す通り、時刻ｔ１からｔ２にかけて排出弁５４を開くため、図５の動作例で開いていた切換弁４６および比例弁５２をアームダンプ動作のために使用しなくて済む。このため、時刻ｔ１からｔ３にかけて、第３液圧ポンプ１４をアームシリンダ３以外の液圧アクチュエータ（例えばバケットシリンダ５）に接続することが可能になり、システム全体の冗長性を向上することができる。さらに、時刻ｔ３で排出弁５４をすでに開いているため、時刻ｔ３以降のフラッシング弁３４の通過流量を低減できる。そのため、フラッシング弁３４を小型化することができる。

以上のように構成した本実施の形態に係る油圧ショベル１００によれば、両傾転ポンプ１２，１３に加えて片傾転ポンプ１４，１５から片ロッド式液圧シリンダ３，５のロッド室３ｂ，５ｂに作動液を供給することにより、片ロッド液圧シリンダ３，５の収縮動作を増速することが可能となる。その際、キャップ側流路２１０，２１２とタンク２５とを接続する流路上に設けられた排出弁５４，５５が開き、キャップ室３ａ，５ａから排出される作動液の一部が排出弁５４，５５を介してタンク２５に戻される。これにより、フラッシング弁３４，３５およびチャージ用リリーフ弁２０の通過流量を抑制することができるため、フラッシング弁３４，３５およびチャージ用リリーフ弁２０の大型化を防ぐことが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態では、低圧選択弁をフラッシング弁で構成したが、パイロットチェック弁で構成しても良い。また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１…ブームシリンダ（片ロッド式液圧シリンダ）、２…ブーム（作業部材）、３…アームシリンダ（片ロッド式液圧シリンダ）、３ａ…キャップ室、３ｂ…ロッド室、４…アーム（作業部材）、５…バケットシリンダ（片ロッド式液圧シリンダ）、５ａ…キャップ室、５ｂ…ロッド室、６…バケット（作業部材）、７…旋回装置、８…走行装置、９…エンジン、１０…動力伝達装置、１１…チャージポンプ、１２…第１液圧ポンプ、１２ａ…第１レギュレータ、１３…第２液圧ポンプ、１３ａ…第２レギュレータ、１４…第３液圧ポンプ、１４ａ…第３レギュレータ、１５…第４液圧ポンプ、１５ａ…第４レギュレータ、２０…チャージ用リリーフ弁、２１，２２…リリーフ弁、２５…タンク、２６…チャージ用チェック弁、２７…チャージ用チェック弁、２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ…チャージ用チェック弁、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ…リリーフ弁、３４，３５…フラッシング弁、４０〜４３…切換弁（閉回路切換弁）、４４〜５１…切換弁（開回路切換弁）、５２，５３…比例弁、５４，５５…排出弁、６０ａ…第１圧力センサ（キャップ圧検出装置）、６０ｂ…第２圧力センサ（ロッド圧検出装置）、６１ａ…第３圧力センサ（キャップ圧検出装置）、６１ｂ…第４圧力センサ（ロッド圧検出装置）、７０…コントローラ、７１…レバー操作量演算部、７２…アクチュエータ圧力演算部、７３…フラッシング弁通過流量演算部、７４…指令演算部、８０…アーム操作レバー装置（操作装置）、８０ａ…アーム操作レバー、８１…バケット操作レバー装置（操作装置）、８１ａ…バケット操作レバー、１００…油圧ショベル、１０１…下部走行体、１０２…上部旋回体、１０３…フロント作業装置、１０４…キャブ、２００〜２０５…ポンプ流路、２１０…キャップ側流路（アクチュエータ流路）、２１１…ロッド側流路（アクチュエータ流路）、２１２…キャップ側流路（アクチュエータ流路）、２１３…ロッド側流路（アクチュエータ流路）、２１４…チャージ流路、３００…液圧駆動装置。

Claims (4)

1. 複数の作業部材からなる作業装置と、
   前記複数の作業部材の１つを駆動する片ロッド式液圧シリンダと、
   前記片ロッド式液圧シリンダの動作を指示するための第１操作装置と、
   前記片ロッド式液圧シリンダのキャップ室に接続されたキャップ側流路と、
   前記片ロッド式液圧シリンダのロッド室に接続されたロッド側流路と、
   両傾転ポンプと、
   前記両傾転ポンプの一方の入出力ポートに接続された第１ポンプ流路と、
   前記両傾転ポンプの他方の入出力ポートに接続された第２ポンプ流路と、
   前記第１ポンプ流路と前記キャップ側流路との間、および前記第２ポンプ流路と前記ロッド側流路との間を連通または遮断する閉回路切換弁と、
   作動液を貯留するタンクと、
   前記タンクから吸い込んだ作動液を吐出する片傾転ポンプと、
   前記片傾転ポンプの吐出ポートに接続された第３ポンプ流路と、
   前記第３ポンプ流路と前記キャップ側流路とを連通または遮断する第１開回路切換弁と、
   前記第３ポンプ流路と前記ロッド側流路とを連通または遮断する第２開回路切換弁と、
   前記タンクから吸い込んだ作動液を吐出するチャージポンプと、
   前記チャージポンプの吐出ポートに接続されたチャージ流路と、
   前記キャップ側流路および前記ロッド側流路のいずれか低圧側を前記チャージ流路に連通する低圧選択弁と、
   前記チャージ流路に設けられたリリーフ弁と、
   前記第１操作装置からの操作信号に応じて、前記閉回路切換弁ならびに前記第１および第２開回路切換弁を開閉し、かつ前記両傾転ポンプおよび前記片傾転ポンプの吐出流量を調整するコントローラとを備えた建設機械において、
   前記キャップ室の圧力を検出するキャップ圧検出装置と、
   前記ロッド室の圧力を検出するロッド圧検出装置と、
   前記キャップ側流路から分岐して前記タンクに接続する流路上に設けられた排出弁とを備え、
   前記コントローラは、前記第１操作装置を介して前記片ロッド式液圧シリンダの収縮動作が指示された場合に、前記キャップ室および前記ロッド室の圧力、ならびに前記両傾転ポンプおよび前記片傾転ポンプの吐出流量に基づいて、前記低圧選択弁が前記キャップ側流路に開口しているときの前記低圧選択弁の通過流量を演算し、前記通過流量が前記低圧選択弁の定格最大流量以下に設定された所定の流量を超えたときに、前記排出弁を開く
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記第１操作装置からの操作信号に基づいて、前記第１操作装置の操作量を演算する操作量演算部と、
   前記キャップ圧検出装置および前記ロッド圧検出装置からの圧力信号に基づいて、前記キャップ室および前記ロッド室の圧力を演算する圧力演算部と、
   前記キャップ室および前記ロッド室の圧力、ならびに前記両傾転ポンプおよび前記片傾転ポンプの吐出流量に基づいて、前記通過流量を演算する通過流量演算部と、
   前記通過流量が前記所定の流量を超えたときに、前記通過流量が前記所定の値以下に保たれるような前記排出弁の開口面積を演算する指令演算部とを有する
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記片傾転ポンプの吐出ポートを前記タンクに接続する流路上に設けられた比例弁を更に備え、
   前記コントローラは、前記第１操作装置を介して前記片ロッド式液圧シリンダの収縮動作が指示された場合に、前記閉回路切換弁を開き、前記第１開回路切換弁を開き、前記第２開回路切換弁を閉じ、前記第１操作装置の操作量に応じて前記両傾転ポンプの吐出流量および前記比例弁の開口面積を調整することにより、前記キャップ室から排出される作動液の一部を前記比例弁を介して前記タンクに戻す
   ことを特徴とする建設機械。
4. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記片ロッド式液圧シリンダとは別に設けられた液圧アクチュエータと、
   前記液圧アクチュエータの動作を指示するための第２操作装置と、
   前記片傾転ポンプの吐出ポートを前記液圧アクチュエータに接続するアクチュエータ流路と、
   前記アクチュエータ流路に設けられ、前記アクチュエータ流路の連通と遮断とを切り換える第３開回路切換弁とを更に備え、
   前記コントローラは、前記第１操作装置を介して前記片ロッド式液圧シリンダの収縮動作が指示され、かつ前記第２操作装置を介して前記液圧アクチュエータの動作が指示された場合に、前記閉回路切換弁を開き、前記第１開回路切換弁を閉じ、前記第２開回路切換弁を閉じ、前記第３開回路切換弁を開き、前記第１操作装置の操作量に応じて前記両傾転ポンプの吐出流量および前記排出弁の開口面積を調整し、前記第２操作装置の操作量に応じて前記片傾転ポンプの吐出流量または前記比例弁の開口面積を調整することにより、前記片傾転ポンプの吐出流量を前記液圧アクチュエータに供給し、または、前記液圧アクチュエータから排出される作動液の一部を前記比例弁を介して前記タンクに戻す
   ことを特徴とする建設機械。

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