WO2014073337A1

WO2014073337A1 - 建設機械

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Publication number: WO2014073337A1
Application number: PCT/JP2013/077990
Authority: WO
Inventors: 真司西川; 井村　進也; 枝穂泉; 石川　広二; Hidetoshi Satake (佐竹　英敏)
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-05-15
Also published as: EP2918733B1; US20150219123A1; CN104769191A; EP2918733A4; JP6013503B2; US10006472B2; EP2918733A1; JPWO2014073337A1; KR101955751B1; CN104769191B; KR20150070114A

Abstract

　旋回体（５０）と、油圧ポンプ（１）と、油圧ポンプ（１）からの作動油で旋回体（５０）を駆動する油圧モータ（３）と、油圧モータ（３）とともに又は単独で、旋回体（５０）を駆動する電動モータ（１４）と、旋回体（５０）と同時に動作することがあり、油圧ポンプ１からの作動油によって駆動される油圧アクチュエータ（１６）とを備え、旋回体（５０）と油圧アクチュエータ（１６）を同時に動作させるときは、電動モータ（１４）のみで旋回体（５０）を旋回させる。

Description

建設機械

　本発明は、旋回体の駆動源として油圧モータと電動モータの両方を備える建設機械に関する。

　エンジンによって駆動される油圧ポンプと、当該油圧ポンプからの作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、旋回体とを備える建設機械（例えば、油圧ショベル）には、電動モータで旋回体の駆動と制動を行い、旋回制動時の旋回体の運動エネルギを電気エネルギに回生するハイブリッド式のものがある。当該建設機械では、旋回制動時に得た回生電力を利用して電動モータで旋回体を駆動することで、油圧ポンプ動力（すなわちエンジン負荷）を下げ、エンジンの燃料消費量の削減による省エネルギ化を図っている。

　この種のハイブリッド式建設機械には、旋回体を旋回するためのモータ（旋回モータ）として油圧モータと電動モータの両方を搭載したもの（油圧電動複合旋回）がある（例えば、特開２０１１－２４１６５３号公報）。この建設機械では、通常、油圧旋回モータと、他の油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）とを同一の油圧回路上に配置し、同一の油圧ポンプで汲み上げた圧油でもってそれぞれを駆動することになるため、この点については油圧モータ単独で旋回体を駆動する従来型の建設機械と同じ構成となる。

特開２０１１－２４１６５３号公報

　上記のように油圧旋回モータと他の油圧アクチュエータが同一の油圧ポンプから圧油の供給を受けるシステムにおいて、当該油圧旋回モータと当該他の油圧アクチュエータがオペレータによって同時に操作された場合には、相対的に負荷の小さいアクチュエータにより多くの作動油が流れる。そのため、油圧旋回モータの負荷が相対的に小さい場合には、油圧旋回モータに作動油がより多く流れて旋回体が加速し、オペレータの操作フィーリングが低下することがある。特に、上記のように油圧旋回モータと電動旋回モータの両方で旋回体を駆動する場合には、従来型の建設機械よりも油圧旋回モータの負荷が小さくなる傾向があるので、油圧旋回モータにより作動油が流れ易くなる。

　例えば、上記のように油圧旋回モータと他の油圧アクチュエータが同一の油圧ポンプから作動油の供給を受けるシステムには、当該他の油圧アクチュエータとして油圧ショベルにおけるブームシリンダを配置したものがある。このシステムにおいて、旋回操作中にブーム上げ操作（旋回ブーム上げ操作）を実行した場合であって、油圧旋回モータよりも相対的に大きな負荷がブームシリンダに作用する場合（例えば、低速旋回中に吊り荷を持ち上げる動作を行った場合）には、ブーム上げ操作の開始によって油圧ポンプ圧が上昇し、高圧の作動油が負荷の軽い油圧旋回モータに流れ込んで（押し込まれて）旋回体を加速させることがある。例えば、低速旋回しながら所定の目標位置まで吊り荷を正確に移動させようとしている場合に、さらにブーム上げ操作をすることで上記のような旋回体の加速が発生すると、旋回体が加速しない通常の場合と異なる動作をすることになって、オペレータが当該目標位置で吊り荷を正確に停止することが難しくなる。

　本発明の目的は、旋回体の駆動源として油圧モータと電動モータを備える建設機械において、旋回複合動作時のオペレータの操作フィーリングを良好に保持できるものを提供することにある。

　（１）本発明は、上記目的を達成するために、旋回体と、油圧ポンプと、当該油圧ポンプからの作動油で前記旋回体を駆動する油圧モータと、当該油圧旋回モータとともに又は単独で、前記旋回体を駆動する電動モータと、前記旋回体と同時に動作することがあり、前記油圧ポンプからの作動油によって駆動される油圧アクチュエータとを備え、前記旋回体は、前記油圧アクチュエータと同時に動作するとき、前記電動モータのみで旋回されるものとする。

　（２）上記（１）において、好ましくは、前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するとき、前記油圧モータは、前記油圧ポンプからの作動油の供給が遮断されるものとする。

　（３）上記（２）において、好ましくは、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁と、前記油圧ポンプと前記方向制御弁とを接続する油路に設置された開閉弁とをさらに備え、前記開閉弁は、前記前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するときに閉位置に切り換えられるものとする。

　（４）上記（２）において、好ましくは、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁と、前記方向制御弁と前記油圧モータとを接続する油路に設置された開閉弁とをさらに備え、前記開閉弁は、前記前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するときに閉位置に切り換えられるものとする。

　（５）上記（２）において、好ましくは、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁と、前記前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するとき、前記方向制御弁に作用する制御信号を遮断する遮断装置とをさらに備えるものとする。

　本発明によれば、旋回体の駆動源として油圧モータと電動モータを備える建設機械において、旋回複合動作時のオペレータの操作フィーリングを良好に保持できる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図。本発明の第１の実施の形態に係る油圧システム１００の概略構成図。本発明の比較例に係る油圧ショベルにおける油圧システムの概略構成図。本発明の第２の実施の形態に係る油圧システム１００Ａの概略構成図。本発明の第３の実施の形態に係る油圧システム１００Ｂの概略構成図。本発明の第４の実施の形態に係る油圧システム１００Ｃの概略構成図。本発明の第５の実施の形態に係る油圧システム１００Ｄの概略構成図。

　以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって、本発明に係る各実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、上部旋回体と、当該旋回体の駆動源として油圧旋回モータ及び電動旋回モータの両方を備えた建設機械全般に適用が可能であり、本発明の適用先は、以下で説明に用いるクローラ式の油圧ショベルに限定されない。例えば、ホイール式の油圧ショベルやクレーンをはじめとする他の建設機械にも適用可能である。

　図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。この図に示すハイブリッド式油圧ショベルは、下部走行体４０と、上部旋回体５０と、フロント作業装置６０を備えている。

　下部走行体４０は、一対のクローラ４１ａ，４１ｂ及びクローラフレーム４５ａ，４５ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ４１ａ，４１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ４６，４７及びその減速機構を備えている。

　上部旋回体５０は、原動機としてのエンジン５１と、アシスト発電モータ５２と、油圧ポンプ１（図２参照）と、油圧旋回モータ３と、電動旋回モータ１４と、蓄電装置５４と、減速機構５９と、これらの装置が搭載される旋回フレーム５８を備えている。

　アシスト発電モータ５２は、エンジン５１に機械的に連結されており、蓄電装置５４に電力が残存している場合にはエンジン５１をアシストし、電力が残存していない場合にはエンジン５１によって駆動されて発電を行う。油圧ポンプ１は、エンジン５１に機械的に連結されており、タンク４（図２参照）内の作動油を汲み上げて各油圧アクチュエータに作動油を供給する。

　油圧旋回モータ３及び電動旋回モータ１４は、ともに上部旋回体５０の駆動源であり、減速機構５９を介して上部旋回体５０を旋回駆動する。油圧旋回モータ３は、油圧ポンプ１からの作動油で上部旋回体５０を旋回駆動する。電動旋回モータ１４は、蓄電装置５４又はアシスト発電モータ５２からの電力によって上部旋回体５０を旋回駆動する。上部旋回体５０の駆動源として油圧モータ３及び電動モータ１４をどのように使用するか（例えば、油圧モータ３と電動モータ１４の双方又はいずれか一方を使用するか）は、他の油圧アクチュエータの動作状態や蓄電装置５４の蓄電残量等によって適宜変更される。電動旋回モータ１４と油圧旋回モータ３の駆動力は減速機構５９を介して伝達され、その駆動力により下部走行体４０に対して上部旋回体５０（旋回フレーム５８）が旋回駆動される。

　蓄電装置５４は、アシスト発電モータ５２及び電動旋回モータ１４への給電と、これらのモータ５２，１４が発生した電力の蓄電を行う。蓄電装置５４としては、例えば、電気二重層キャパシタが利用可能である。

　上部旋回体５０の前方部分にはフロント作業装置（ショベル機構）６０が取り付けられている。フロント作業装置６０は、ブーム６１と、ブーム６１を駆動するためのブームシリンダ１６と、ブーム６１の先端部分に回転可能に取り付けられたアーム６３と、アーム６３を駆動するためのアームシリンダ６２と、アーム６３の先端部分に回転可能に取り付けられたバケット６５と、バケット６５を駆動するためのバケットシリンダ６６を備えている。

　上部旋回体５０の旋回フレーム５８上には、上述した走行用油圧モータ４６，４７、油圧旋回モータ３、ブームシリンダ１６、アームシリンダ６２、バケットシリンダ６６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム１００が搭載されている。

　図２は本発明の第１の実施の形態に係るオープンセンタ方式の油圧システム１００の概略構成図である。ここでは上部旋回体５０と同時に動作する油圧アクチュエータはブームシリンダ１６とする。また、対象動作としては、アームとバケットの結合部の近傍に取り付けられたフック等を介して行われる「吊り荷作業」を想定して説明する。そのため、図１に示した油圧ショベルに搭載された各油圧アクチュエータを制御するための方向制御弁（コントロールバルブ）は、油圧旋回モータ１４とブームシリンダ１６を制御するもの（方向制御弁２，１５）だけを図示している。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明を省略することがある（後の図についても同様）。

　この図に示すシステムは、油圧旋回モータ３に供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁（コントロールバルブ）２と、ブームシリンダ１６に供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁（コントロールバルブ）１５と、開閉弁２５と、電磁切換弁２６と、上部旋回体５０の旋回動作を操作するため油圧操作信号（パイロット圧）を出力する操作レバー（操作装置）１０と、ブーム６１の回動動作（ブームシリンダ１６の伸縮動作）を操作するための油圧操作信号（パイロット圧）を出力する操作レバー（操作装置）１９と、電動旋回モータ１４及び電磁切換弁２６等の制御を含む油圧ショベル全般に係る制御を行うコントローラ（制御装置）１３と、コントローラ１３から出力される制御信号に基づいて電動旋回モータ１４を制御するためのインバータ装置（電力変換装置）１０３と、リリーフ弁２４を備えている。

　油圧ポンプ１から吐出された作動油が流れる油路は、センタバイパス油路７１と、センタバイパス油路７１に並列に接続されたメータイン油路７２とに接続されている。

　センタバイパス油路７１は、まず方向制御弁２を通り、次に方向制御弁１５を通って、タンク４に戻る。すなわち、センタバイパス油路７１は、２つの方向制御弁２，１５を直列に接続している。

　メータイン油路７２は、油圧ポンプ１から吐出された作動油を方向制御弁２，１５を介して各油圧アクチュエータ（油圧旋回モータ３及びブームシリンダ１６）に導入するもので、本実施の形態では２つの方向制御弁２，１５（２つの油圧アクチュエータ）を並列に接続している。

　メータイン油路７２が方向制御弁２と方向制御弁１５に接続される直前には、チェック弁２２，２３がそれぞれ設けられている。チェック弁２２，２３は、油圧ポンプ１の吐出圧（ポンプ圧）がアクチュエータ３，１６側の圧力（アクチュエータ圧）よりも高い場合にのみ、油圧旋回モータ３およびブームシリンダ１６に作動油を供給する。

　上部旋回体５０とブーム６１をゆっくり動かすとき（すなわち、操作レバー１０，１９の傾倒量が比較的小さいとき）を比較すると、旋回によるポンプ負荷はブーム上げによるポンプ負荷より小さい。そのため、２つの方向制御弁２，１５におけるセンタバイパス絞りの開口面積については、ブーム上げ時のポンプ圧をより高くできるようにブームシリンダ１６に係る方向制御弁１５の方が相対的に小さく設定されている（絞り量が相対的に大きい）。

　リリーフ弁２４は、センタバイパス油路７１とメータイン油路７２に対して並列に接続されており、ポンプ圧がリリーフ圧に達したときに作動油をタンク４に逃がす。

　操作レバー１０には、エンジン５１によって駆動されるパイロットポンプ（図示せず）が吐出した圧油が導入されている。当該パイロットポンプからの圧油は図２中の油圧源９から導入される。操作レバー１０は、その傾倒量に応じて油圧源９からの圧油を減圧しつつ、その傾倒方向に応じた油路にパイロット圧を生成する。操作レバー１０で生成されたパイロット圧は、方向制御弁２のスプールに作用して方向制御弁２の切換位置を適宜切り換える。

　操作レバー１０が出力したパイロット圧は、圧力センサ１１又は圧力センサ１２によって検出され、コントローラ１３に出力される。

　方向制御弁２は、メータイン油路７２を介して導入される作動油を油圧旋回モータ３へ供給する。油圧旋回モータ３に対する作動油の供給方向は、方向制御弁２の切替位置に応じて適宜選択される。油圧旋回モータ３からの戻り油は方向制御弁２を介してタンク４に還される。

　油圧旋回モータ３に係る油圧回路には、油圧旋回モータ３に作動油が流れる方向に対応させて２つのリリーフ弁５，６と、２つのメイクアップ弁７，８が設けられている。リリーフ弁５，６は、リリーフ圧まで達した作動油をタンク４に逃がすためのもので、旋回の加減速時等に発生する異常圧をカットして回路を保護する機能を有する。メイクアップ弁７，８は、油路の作動油が不足してその圧力がタンク圧よりも低くなった際に、タンク４から作動油を吸い込むためのものである。１組のリリーフ弁５，６の下流側と、１組のメイクアップ弁７，８の上流側は、タンク４に通じる油路に接続されている。

　油圧旋回モータ３には電動旋回モータ１４が同軸上に接続されており、電動旋回モータ１４の駆動および制動はインバータ装置１０３によって制御されている。旋回単独動作時（他のアクチュエータは停止させて旋回体５０のみを動作させる時）には、上部旋回体５０は、油圧旋回モータ３と電動旋回モータ１４の複合力によって駆動される。なお、電動旋回モータ１４と油圧旋回モータ３は、共通の駆動対象である上部旋回体５０を駆動可能な構成であれば機械的機構などを介して間接的に接続しても良い。

　操作レバー１９には、操作レバー１０と同様に、パイロットポンプからの圧油が油圧源９から導入されている。操作レバー１９は、その傾倒量に応じて油圧源９からの圧油を減圧しつつ、その傾倒方向に応じた油路にパイロット圧を生成する。操作レバー１９で生成されたパイロット圧は、方向制御弁１５のスプールに作用して方向制御弁１５の切換位置を適宜切り換える。

　操作レバー１９でブーム６１の上げ操作（ブームシリンダ１６の伸長動作）を実行した場合にパイロット圧が発生する油路には圧力センサ２０が設置されている。圧力センサ２０によって検出されたパイロット圧は、コントローラ１３に出力される。

　方向制御弁１５は、メータイン油路７２を介して導入される作動油をブームシリンダ１６へ供給する。ブームシリンダ１６に対する作動油の供給方向は、方向制御弁１５の切替位置に応じて適宜選択される。例えば、操作レバー１９をブーム上げ方向に操作すると、方向制御弁１５のスプールが図中の左方向に移動し、ブームシリンダ１６におけるボトム側油圧室にポンプ１から作動油が供給される。ブームシリンダ１６からの戻り油は方向制御弁１５を介してタンク４に還される。

　開閉弁２５は、油圧パイロット式の弁であり、油圧ポンプ１と方向制御弁２とを接続するメータイン油路７２におけるチェック弁２２の上流側に設置されている。開閉弁２５が閉位置（後述）に切り換えられると、メータイン油路７２から方向制御弁２への作動油の供給が遮断されるので、方向制御弁２の下流側に設置される油圧旋回モータ３への作動油の供給も遮断される。

　電磁切換弁２６は、開閉弁２５を操作するパイロット圧を発生するもので、コントローラ１３から出力される電気信号によって制御される。コントローラ１３から電気信号の入力が無い場合には、電磁切換弁２６は図２に示した位置（ＯＦＦ位置）に切り換えられており、開閉弁２５へのパイロット圧はタンク圧に保持されている。このとき開閉弁２５は図２に示した開位置に保持される。一方、コントローラ１３から電気信号の入力があった場合には、電磁切換弁２６が図２における上方（ＯＮ位置）に移動し、電磁切換弁２６は油圧源９を介してパイロットポンプから出力されるパイロット圧を開閉弁２５に作用させる。これにより開閉弁２５は図２における右側に移動して閉位置に切り換えられる。

　コントローラ１３は、操作レバー１０による旋回操作と操作レバー１９によるブーム上げ操作が同時に行われたか否かを判定し、当該判定処理において両操作が同時に行われたと判定された場合に電磁切換弁２６に電気信号を出力する処理を実行する。先述の通り、コントローラ１３は、旋回操作の有無を圧力センサ１１，１２の出力値によって判定しており、ブーム上げ操作の有無を圧力センサ２０の出力値によって判定している。操作の有無の判定方法としては、例えば、操作レバー１０，１９がオペレータに操作された場合に発生するパイロット圧の最小値に相当する出力値を閾値（例えば、１．０ＭＰａ）とし、各センサ１１，１２，２０からの出力値が当該閾値以上に達したか否かによって操作の有無を判定するものがある。

　コントローラ１３は、オペレータによって旋回操作とブーム上げ操作が同時に行われたと判定した場合、電気信号を出力することで電磁弁２６をＯＮ位置に切り換えて、開閉弁２５を閉位置に切り換える。これにより油圧ポンプ１からの作動油は方向制御弁２に辿り着く前で開閉弁２５によって遮断される。その結果、上部旋回体５０は、ブーム６１の上昇（ブームシリンダ１６の伸長）とともに、電動旋回モータ１４のみで旋回される。一方、旋回ブーム上げ操作が行われなかったと判定した場合には、電磁弁２６はＯＦＦ位置に保持され、開閉弁２５は開位置に保持される。これにより、油圧ポンプ１からの作動油は、メータイン油路７２から方向制御弁２を介して油圧旋回モータ３に導入され得る。

　また、コントローラ１３は、旋回複合動作の有無に関わらず操作レバー１０の操作方向及び操作量（すなわち、圧力センサ１１，１２の出力値）に従って上部旋回体５０が旋回するように、インバータ装置１０３が電動旋回モータ１４を制御するための制御信号を生成し、当該制御信号をインバータ装置１０３に出力する処理も行っている。コントローラ１３から出力された制御信号に基づいてインバータ装置１０３は電動旋回モータ１４を制御する。コントローラ１３及びインバータ装置１０３による電動旋回モータ１４の制御は公知の方法を利用すれよれば良い。例えば、操作レバーの操作量から決定される目標速度に上部旋回体５０の速度が近づくように、油圧モータ３の不足トルク分を補うために電動モータ１４をフィードバック制御するものや、操作レバー１０の操作量から算出される目標トルクが電動モータ１４と油圧モータ３から出力されるように両者のトルクを適宜分配するもの等がある。本実施の形態では、旋回複合動作時には油圧旋回モータ３はトルクを出力しない。そのため、当該不足分のトルクを電動旋回モータ１４で補うように制御することで、油圧モータ単独で旋回体を駆動する従来の油圧回路における操作フィーリングと、油圧モータ３及び電動モータ１４によって旋回体５０を駆動する本実施の形態の油圧回路及び制御による操作フィーリングとに変化が生じないようにすることができる。

　ここで、本発明が奏する効果の理解を容易にするために、従来型の油圧ショベルについて説明する。図２に示したシステムがオープンセンタ方式であるので、ここでもオープンセンタ方式のものを利用して説明する。オープンセンタ方式の油圧システムにおける方向制御弁は、タンクに通じるセンタバイパス開口と、アクチュエータへ供給される作動油が通るメータイン開口と、アクチュエータから戻ってきた作動油が通るメータアウト開口とを備えている。

　操作レバーを操作して中立位置にある方向制御弁を移動させるとメータイン開口が開放されて、アクチュエータに圧油を流入できる。また、方向制御弁を移動させるとメータアウト開口が開放されて、アクチュエータからの戻り油をタンクに戻すことができる。

　また、中立位置にある方向制御弁を移動させるとセンタバイパス開口が絞られる。これによりセンタバイパス開口の通過前後における作動油の差圧が大きくなり、油圧ポンプの吐出圧が上昇する。ポンプ圧が油圧アクチュエータの駆動に必要な圧力（アクチュエータ負荷）を超えて上昇すれば、油圧ポンプからの圧油が当該アクチュエータに流入して当該アクチュエータが駆動する。また、センタバイパス開口面積は、油圧ポンプからの圧油がアクチュエータに流入するときに、油圧アクチュエータとセンタバイパスに分流する作動油の割合を決定するので、アクチュエータの動作速度も制御する。

　上記のように、方向制御弁のセンタバイパス開口は、駆動対象のアクチュエータに作用する負荷の程度や、操作レバーの操作量（パイロット圧）に対するアクチュエータ速度に応じて最適に設定されている。

　例えば、旋回に係る方向制御弁のセンタバイパス開口は次のように設定されている。オペレータが旋回に係る操作レバーを少しだけ傾倒した場合、オペレータは低速度での旋回を要求していることになる。また、油圧ショベルの上部旋回体をゆっくり旋回（等速旋回）させるために必要な負荷は高くはない。そのため、この場合にはポンプ圧を上昇させる必要性が低いので、旋回に係る方向制御弁のセンタバイパス開口は比較的大きく設定される。

　また、例えば、ブーム上げに係る方向制御弁のセンタバイパス開口は次のように設定されている。オペレータが操作レバーを少しだけ傾倒した場合、オペレータは低速度でのブーム上げを要求していることになる。しかし、吊り作業時はバケットに負荷が掛かるためブーム負荷が高く、ブームを駆動するためにはポンプ圧を上昇させる必要性が高い。そのため、ブームシリンダに作動油を供給するために、ブーム上げのセンタバイパス開口は比較的小さく設定される。

　このように、同じようなレバー操作量であっても、操作対象のアクチュエータの負荷や速度によっては、操作性と効率を両立する最適なセンタバイパス開口が異なっている。さらに、一般に、油圧ショベル等に搭載される油圧システムでは、１つの油圧ポンプからの吐出される作動油は、複数の油圧アクチュエータを駆動するために方向制御弁によって適宜分流されるようになっている。上記のオープンセンタ方式では、各方向制御弁のセンタバイパスラインは直列に接続されており、複数のアクチュエータのセンタバイパス開口の合成が、ポンプ圧と、アクチュエータ側に流れ込む流量とを決定している。

　図３は本発明の比較例に係る油圧ショベルにおける油圧システムの概略構成図である。この図に示す油圧システムは、図２に示した油圧システム１００から開閉弁２５と電磁切換弁２６を省略したものに相当する。本実施の形態と異なり、旋回ブーム上げ時には、上部旋回体５０は油圧旋回モータ３と電動旋回モータ１４によって駆動される。

　この図に示したオープンセンタ方式の油圧システムのように、旋回の制御に係る方向制御弁２とブームの制御に係る方向制御弁１５が同一ラインに配置されていると、次のような現象が発生する。ここでは当該現象について吊り荷作業を想定して説明する。

　まず、オペレータがブーム上げ単独操作によってゆっくり荷を持ち上げようとしたとする。ブームに係る方向制御弁１５のセンタバイパス開口は、高い負荷でもブームシリンダ１６に圧油を供給できるように閉じているため、ブームシリンダ１６が伸長して荷は持ち上がる。目的の高さまで荷が上がったら、オペレータはブーム上げ操作をやめる。

　次に、オペレータは旋回単独操作によってゆっくり荷を移動させようとしたとする。荷を吊っていても旋回の負荷としては高くはないため、旋回に係る方向制御弁２のセンタバイパス開口は、ブームに係る方向制御弁１５のセンタバイパス開口に比べて開いており、旋回体５０はゆっくり旋回する。すなわち、吊り荷作業時、旋回とブームそれぞれの単独動作では、方向制御弁２と方向制御弁１５のセンタバイパス絞りは、適切な絞りになっているため、ポンプ圧および油圧アクチュエータ１６，３へ流入する流量は問題なく制御される。

　これに対して、旋回中に荷を斜め上方向に移動させるため、旋回単独操作をしている状態から、ブーム上げ操作を行い複合動作（旋回ブーム上げ動作）をさせたとする。このとき、旋回の方向制御弁２とブームの方向制御弁１５は同一ポンプラインに配置されているため、ブーム上げ操作によって閉じられたセンタバイパス開口は旋回のセンタバイパス開口としても機能する。すなわち、旋回のセンタバイパスが閉じた状態となり、センタバイパス流量と旋回メータイン流量のバランスが変化する。さらに、ブーム上げ負荷は旋回負荷よりも大きいため、旋回側の回路に圧油が流れ込み易い状態となり、オペレータの意図に反して油圧旋回モータ３に圧油が流れ込んで旋回が加速することがある。吊り荷移動中に、操作に反して旋回が加速してしまうことは、荷が揺れてしまう原因となり望ましいことではない。

　このような課題に対して、上記のように構成された本実施の形態に係る油圧ショベルによれば、旋回ブーム上げ時にポンプ圧が上昇したとしても、油圧旋回モータ３への作動油の流入が開閉弁２５によって阻止されるので、オペレータの意図に反して旋回速度が加速する事態が発生することを防止できる。したがって、旋回複合動作の有無でオペレータの操作フィーリングが異なることが無くなるので、主に低速旋回時にバケット６５を目標位置に停止させることが容易になる。

　ところで、本実施の形態では、旋回ブーム上げ操作時における上部旋回体５０の旋回は、電動旋回モータ１４単独で行い、油圧旋回モータ３による駆動は行われない。そのため、油圧旋回モータ３は、電動旋回モータ１４によって回転させられることになる。このとき、油圧旋回モータ３の入口側への作動油の吸い込みは、２つのメイクアップ弁７，８のいずれか一方を介してタンク４から行われ、油圧旋回モータ３の出口側からの作動油の吐き出しは、方向制御弁２を介してタンク４に吐き出される。

　図４は本発明の第２の実施の形態に係る油圧システム１００Ａの概略構成図である。本実施の形態では、油圧旋回モータ３への作動油の流入を遮断する手段として、方向制御弁２と油圧旋回モータ３を接続する２つの油路に電磁開閉弁２８，２９が設けられている。なお、図示した電磁弁２８，２９は、油圧旋回モータ３の上流側であって、さらに、メイクアップ弁７，８及びリリーフ弁５，６の上流側に設置されている。

　電磁弁２８，２９は、コントローラ１３から出力される電気信号に基づいて制御される。コントローラ１３からの電気信号の入力が無い場合には、電磁切換弁２８，２９は図４に示した位置（ＯＦＦ位置（開位置））に切り換えられ、方向制御弁２と油圧モータ３の連通が保持される。一方、コントローラ１３から電気信号の入力があった場合には、電磁切換弁２８，２９が図４における上方（ＯＮ位置（閉位置））に移動し、方向制御弁２からの油路を遮断するとともに油圧旋回モータ３からの油路をタンク４と連通する。これにより電磁弁２８，２９は、油圧ポンプ１から油圧モータ３への作動油の供給を遮断する。なお、その際、電動モータ１４に回転させられる油圧モータ３による油の吸い込みは、旋回メイクアップ弁８（７）、又は、油圧ポンプ１からの圧油を遮断している電磁弁２８（２９）を通して行われる。

　上記のように構成される油圧システム１００Ａにおいて、コントローラ１３は、オペレータによって旋回ブーム上げ操作が行われたと判定した場合には、電気信号を出力することで電磁弁２８，２９をＯＮ位置に切り換える。これにより油圧ポンプ１からの作動油は油圧モータ３に辿り着く前で電磁弁２８又は電磁弁２９によって遮断される。一方、旋回ブーム上げ操作が行われなかったと判定した場合には、コントローラ１３は、電気信号を電磁弁２８，２９に出力しないので、電磁弁２８，２９はＯＦＦ位置に保持される。これにより、油圧ポンプ１からの作動油は、メータイン油路７２から方向制御弁２を介して油圧旋回モータ３に導入され得る。

　このように構成した実施形態においても、旋回ブーム上げ時にポンプ圧が高くなったとしても、その圧油は油圧モータ３へは流入しないので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　なお、上記では旋回ブーム上げ時に２つの電磁弁２８，２９をＯＮ位置に切り換える場合について説明したが、当該２つの電磁弁２８，２９のうち操作レバー１０による旋回指示方向に対応する１方の電磁弁のみをＯＮ位置に切り換えるだけでも良い。この場合には、油圧モータ３からの戻り油は、ＯＦＦ位置にある他方の電磁弁と方向制御弁２を介してタンク４に戻されるからである。例えば、圧力センサ１１の検出値が上昇する方向に操作レバー１０が操作された場合には、電磁弁２８に向かって作動油が供給されることになるので、電磁弁２８のみをＯＮ位置に切り換えて、電磁弁２９はＯＦＦ位置のまま保持しても良い。

　図５は本発明の第３の実施の形態に係る油圧システム１００Ｂの概略構成図である。本実施の形態では、方向制御弁２に作用するパイロット圧（制御信号）を遮断する装置（遮断装置）として電磁開閉弁３０，３１を備えており、旋回ブーム上げ時には当該電磁弁３０，３１によって油圧旋回モータ３への作動油の流入を遮断している。

　電磁弁３０，３１は、コントローラ１３から出力される電気信号に基づいて制御される。コントローラ１３からの電気信号の入力が無い場合には、電磁弁３０，３１は図５に示した位置（ＯＦＦ位置（開位置））に切り換えられ、操作レバー１０によって生成されるパイロット圧が方向制御弁２に作用可能となっている。一方、コントローラ１３から電気信号の入力があった場合には、電磁弁３０，３１が図５における上方（ＯＮ位置（閉位置））に移動し、操作レバー１０によって生成されるパイロット圧が方向制御弁２に作用することが遮断される。これにより方向制御弁２は中立位置に保持されるので、油圧ポンプ１から油圧モータ３への作動油の供給は遮断される。

　上記のように構成される油圧システム１００Ｂにおいて、コントローラ１３は、オペレータによって旋回ブーム上げ操作が行われたと判定した場合には、電気信号を出力することで４つの電磁弁２８，２９，３０，３１をＯＮ位置に切り換える。このうち２つの電磁弁３０，３１は、方向制御弁２に作用するパイロット圧（制御信号）を遮断するので、方向制御弁２は中立位置に保持される。これにより、油圧ポンプ１から油圧モータ３への作動油の供給が遮断される。また、残りの２つの電磁弁２８，２９は、油圧旋回モータ３をタンク４に接続する。これにより、旋回ブーム上げ時に電動モータ１４によって回転させられる油圧モータ３による作動油の吸い込みが旋回メイクアップ弁８（７）を通して行われ、吐き出しが電磁弁２８，２９の一方を通じて行われる（戻り油は最終的にタンク４に戻される）。

　一方、旋回ブーム上げ操作が行われなかったと判定した場合には、コントローラ１３は、電気信号をいずれの電磁弁２８，２９，３０，３１に出力しないので、電磁弁２８，２９，３０，３１はＯＦＦ位置に保持される。これにより、油圧ポンプ１からの作動油は、操作レバー１０の操作方向及び操作量に応じて方向制御弁２を介して油圧旋回モータ３に導入され得る。

　したがって、上記ように構成した実施形態においても、旋回ブーム上げ時にポンプ圧が高くなったとしても、その圧油は油圧モータ３へは流入しないので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、油圧ポンプ１からの作動油は油圧モータ３には流れないものの、方向制御弁２のセンタバイパス回路を絞っていたため、絞り損失を増加させることとなっていたが、本実施の形態によれば、方向制御弁２のセンタバイパスは閉じたまま保持されるため、ブーム上げに最適なセンタバイパス開口でブームシリンダ１６を制御することができる。

　なお、上記では旋回ブーム上げ時に４つの電磁弁２８，２９，３０，３１をＯＮ位置に切り換える場合について説明したが、当該４つの電磁弁２８，２９，３０，３１のうち操作レバー１０による旋回指示方向に関係する２つの電磁弁をＯＮ位置に切り換えるだけでも良い。例えば、圧力センサ１１の検出値が上昇する方向に操作レバー１０が操作された場合には、電磁弁３０と電磁弁２９をＯＮ位置に切り換えて、残りの電磁弁３１，２８はＯＦＦ位置のまま保持しても良い。

　図６は本発明の第４の実施の形態に係る油圧システム１００Ｃの概略構成図である。本実施の形態では、油圧旋回モータ３への圧油流入を遮断する手段は第３の実施の形態と同じ電磁弁３０，３１だが、旋回ブーム上げ時の油圧モータ３をタンク４に接続する手段として、可変リリーフ弁３３，３４を使用している点で第３の実施の形態と異なる。

　可変リリーフ弁３３，３４は、先の各実施の形態におけるリリーフ弁５，６に代えて油圧モータ３の回路に設置されたものであり、コントローラ１３からの信号でリリーフ圧を任意に変更することができる。コントローラ１３が旋回ブーム上げ操作が行われたと判定した場合、可変リリーフ弁３３，３４のリリーフ圧は、油圧モータ３からの戻り油が容易にタンク４に流れる程度にまでコントローラ１３からの信号によって充分に低減される。その他の場合のリリーフ圧は、リリーフ弁５，６と同じ設定圧に保持される。

　上記のように構成される油圧システム１００Ｃにおいて、コントローラ１３は、オペレータによって旋回ブーム上げ操作が行われたと判定した場合には、電気信号を出力することで２つの電磁弁３０，３１をＯＮ位置に切り換えるとともに可変リリーフ弁３３，３４のリリーフ圧を低減する。これにより、油圧ポンプ１から油圧モータ３への作動油の供給が遮断される。また、旋回ブーム上げ時に電動モータ１４によって回転させられる油圧モータ３による作動油の吸い込みが旋回メイクアップ弁８（７）を通して行われ、吐き出しが２つのリリーフ弁３３，３４の一方を通じて行われる。したがって、上記ように構成した実施形態においても第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　図７は本発明の第５の実施の形態に係る油圧システム１００Ｄの概略構成図である。本実施の形態では、油圧旋回モータ３への圧油流入を遮断する手段は第３の実施の形態と同じ電磁弁３０，３１だが、旋回ブーム上げ時の油圧モータ３をタンク４に接続する手段として、２つのパイロットチェック弁３５，３６を使用している点で第３の実施の形態と異なる。

　２つのパイロットチェック弁３５，３６は、先の各実施の形態における２つのメイクアップ弁７，８に代えて油圧モータ３の回路に設置されたものであり、コントローラ１３からの信号に応じて電磁弁３７を介して出力されるパイロット圧によって逆流可能となる。

　電磁弁３７は、コントローラ１３からの電気信号の入力があった場合に図７中の上方（ＯＮ位置）に移動し、当該ＯＮ位置において、油圧源９を介してパイロットポンプから出力されるパイロット圧を２つのパイロットチェック弁３５，３６に作用させる。これによりパイロットチェック弁３５，３６を介して作動油がタンク４に流れることが許可される。一方、コントローラ１３からの電気信号の入力が無い場合には、電磁弁３７は図７に示したＯＦＦ位置に保持され、パイロットチェック弁３５，３６を介して作動油がタンク４に流れることは制限される。

　上記のように構成される油圧システム１００Ｄにおいて、コントローラ１３は、オペレータによって旋回ブーム上げ操作が行われたと判定した場合には、電気信号を出力することで２つの電磁弁３０，３１をＯＮ位置に切り換えるとともに電磁弁３７をＯＮ位置に切り換える。これにより、油圧ポンプ１から油圧モータ３への作動油の供給が遮断される。また、電磁弁３７を介して出力されるパイロット圧によってパイロットチェック弁３５，３６が開放される。これにより、旋回ブーム上げ時の油圧モータ３による作動油の吸い込み及び吐きだしが２つのパイロットチェック弁３５，３６を介して行われる。したがって、上記ように構成した実施形態においても第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　ところで、上記の各実施の形態では旋回とブーム上げの複合動作について記述したが、本発明が課題とする旋回複合動作時の旋回加速（速度変化）が起こる条件としては、油圧ポンプの吐出圧が上昇することであるので、ブーム６１との複合に限るものではなく、他のアクチュエータとの複合であっても本発明は有効である。

　また、上記の各実施の形態では、全ての方向制御弁に油圧ポンプが接続されたパラレル回路を例に挙げて説明したが、本発明は、油圧旋回モータと他の油圧アクチュエータがオペレータによって同時に操作された場合に、負荷の小さい油圧旋回モータにより多くの作動油が流れるものであれば適用可能である。すなわち、ブームシリンダを含む他の油圧アクチュエータに優先して油圧旋回モータが上流側に配置されるタンデム回路についても同様に適用可能である。さらに、オープンセンタ方式だけでなく、クローズドセンタ方式の方向制御弁を利用する場合についても同様に適用可能である。

　また、上記の各実施の形態では、操作装置１０から出力されるパイロット圧（油圧操作信号）を圧力センサ１１，１２で検出して電気信号に変換してコントローラ１３に出力しているが、操作レバー１０の操作量に応じた電気操作信号を直接出力する構成を採用しても良い。この場合には、操作レバー１０の回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）を利用することができる。また、本実施の形態では、パイロット圧を作用させて方向制御弁２のスプール位置を制御しているが、方向制御弁２を電気信号によってスプール位置が制御される電磁弁としても良い。さらに、本実施の形態では、圧力センサ１１，１２のみで操作レバー１０の操作量を検出しているが、例えば、圧力センサ１１，１２と上記位置センサの組合せ等、検出方式の異なるセンサを組み合わせて用いることもできる。このようにすれば、一のセンサに不具合が生じた場合にも他のセンサで対応することができるので、システムの信頼性を向上できる。

　なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

　１…ポンプ、２…旋回方向制御弁、３…油圧旋回モータ、４…タンク、５…リリーフ弁、６…リリーフ弁、７…メイクアップ弁、８…メイクアップ弁、９…パイロットポンプからの油圧源、１０…旋回操作レバー、１１…旋回パイロット圧力センサ、１２…旋回パイロット圧力センサ、１３…コントローラ、１４…電動旋回モータ、１５…ブーム方向制御弁、１６…ブームシリンダ、１７…タンク、１９…ブーム操作レバー、２０…圧力センサ、２２…チェック弁、２３…チェック弁、２４…リリーフ弁、２５…開閉弁、２６…電磁弁、２８…電磁弁、２９…電磁弁、３０…電磁弁、３１…電磁弁、３３…可変リリーフ弁、３４…可変リリーフ弁、３５…パイロットチェック弁、３６…パイロットチェック弁、３７…電磁弁、５０…上部旋回体、６１…ブーム

Claims

　旋回体（５０）と、
　油圧ポンプ（１）と、
　当該油圧ポンプからの作動油で前記旋回体を駆動する油圧モータ（３）と、
　当該油圧モータとともに又は単独で、前記旋回体を駆動する電動モータ（１４）と、
　前記旋回体と同時に動作することがあり、前記油圧ポンプからの作動油によって駆動される油圧アクチュエータ（１６）とを備え、
　前記旋回体は、前記油圧アクチュエータと同時に動作するとき、前記電動モータのみで旋回されることを特徴とする建設機械。
　請求項１に記載の建設機械において、
　前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するとき、前記油圧モータは、前記油圧ポンプからの作動油の供給が遮断されることを特徴とする建設機械。
　請求項２に記載の建設機械において、
　前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁（２）と、
　前記油圧ポンプと前記方向制御弁とを接続する油路に設置された開閉弁（２５）とをさらに備え、
　前記開閉弁は、前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するときに閉位置に切り換えられることを特徴とする建設機械。
　請求項２に記載の建設機械において、
　前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁（２）と、
　前記方向制御弁と前記油圧モータとを接続する油路に設置された開閉弁（２８，２９）とをさらに備え、
　前記開閉弁は、前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するときに閉位置に切り換えられることを特徴とする建設機械。
　請求項２に記載の建設機械において、
　前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油路に設置され、前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するための方向制御弁（２）と、
　前記前記旋回体と前記油圧アクチュエータが同時に動作するとき、前記方向制御弁に作用する制御信号を遮断する遮断装置（３０，３１）とをさらに備えることを特徴とする建設機械。