JP2009167659A - 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、回転切削アタッチメントとそれ以外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、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、絞り弁１の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続するパイロット回路Ｌ３に対して作動油タンク１５へ通じる第五油圧回路Ｌ５を設け、第五油圧回路Ｌ５上に電磁切換弁５を介装する。
さらに、第一油圧回路Ｌ１上に圧力検出手段３を設け、油圧ポンプ１１の吐出圧に応じて電磁切換弁５を開閉制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転切削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。

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、回転切削アタッチメントとそれ以外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、回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用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、該回転切削用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、該第一油圧回路に介装された絞り弁と、該第一油圧回路における該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、該第一油圧回路に介装され、該油圧ポンプから供給される作動油の吐出圧を検出する圧力検出手段と、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回転切削用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、該第三油圧回路と作動油タンクとを接続する第五油圧回路と、該第五油圧回路上に介装され、該圧力検出手段で検出された該吐出圧が予め設定された所定圧以上であるときに該第五油圧回路を接続し、該吐出圧が該所定圧未満であるときに該第五油圧回路を遮断する電磁切換弁と、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コントロール弁と、該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３記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項２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コントロール弁と、該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４記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用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、該回転切削用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、該第一油圧回路に介装された絞り弁と、該第一油圧回路における該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、該第一油圧回路に介装され、該油圧ポンプから供給される作動油の吐出圧を検出する圧力検出手段と、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回転切削用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及び該圧力補償スプールを駆動するパイロット回路を有する圧力補償弁と、該圧力補償弁の該パイロット回路と作動油タンクとを接続するリリーフ回路と、該リリーフ回路上に介装され、該圧力検出手段で検出された該吐出圧に応じて、該パイロット回路を該作動油タンクへ開放する電磁切換弁と、を備えたことを特徴としている。

例えばこの場合、該電磁切換弁は、該吐出圧に応じて該パイロット回路を開放することで該圧力補償スプールを駆動し、該油圧ポンプから供給される該作動油を該第一油圧回路及び該第二油圧回路のうちの何れか一方へ強制的に流通させるように機能する。

本発明の作業機械の油圧制御回路（請求項１）によれば、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。また、圧力検出手段で検出された油圧ポンプの吐出圧に応じて第五油圧回路をオン／オフ制御することにより、所定圧を閾値として、第一油圧回路及び第二油圧回路へ供給される作動油流量の配分を段階的に切り換えることができる。さらに、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、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、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３）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４）によれば、吐出圧に応じて圧力補償弁へ導入されるパイロット圧を制御することにより、圧力補償弁で配分される作動油流量を油圧ポンプの作動状態に応じて変更することができる。

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は本発明の一実施形態に係る油圧制御回路におけるＰ−Ｑ特性図（太実線は本油圧制御回路に設けられた油圧ポンプのＰ−Ｑ特性、細実線は油圧モータへ配分される作動油のＰ−Ｑ特性を示す）、図３は本油圧制御回路のコントローラの内部演算を説明するための制御ブロック図、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（回転切削アタッチメント）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（回転切削用油圧モータ）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、ツインヘッダ２６を駆動するためのツインヘッダスイッチ４、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。なお、ツインヘッダスイッチ４はツインヘッダ２６のメインスイッチであり、ツインヘッダ２６の使用時にオン操作され、不使用時にオフ操作されるものである。

［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Ｌ６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Ｐ₀を設定するリリーフ弁１９ａが介装されている。
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（作動油タンク）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Ｐ₁（Ｐ₀＜Ｐ₁）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。この油圧ポンプ１１による吐出流量と吐出圧との関係を図２に太実線で示す。Ａ−Ｂ−Ｃ線は、油圧ポンプ１１の最大出力時（例えば、ブーム用操作レバーのフル操作時）のＰ−Ｑ特性を示している。

［３．ネガコン回路の構成］
ネガコン回路Ｌ６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Ｌ６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Ｌ６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Ｌ６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Ｌ６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、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（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、予め絞り開度を任意に設定しておくことができるようになっている。これにより、可変絞り弁１の上流側と下流側との間には、絞り開度に応じた差圧が生じるようになっている。また、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。なお、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。

第一油圧回路Ｌ１上の可変絞り弁１よりも上流側には、油圧ポンプ１１から供給される作動油の吐出圧Ｐを検出する油圧センサ（圧力検出手段）３が介装されている。ここで検出された吐出圧Ｐは、後述するコントローラ１０へ入力されるようになっている。
さらに、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へと接続される第五油圧回路（リリーフ回路）Ｌ５が設けられている。この第五油圧回路Ｌ５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五油圧回路Ｌ５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、第五油圧回路Ｌ５がタンク１５へ開放（リリーフ）されるため、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、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のオン／オフを切り換えるように機能している。

［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，第二圧力センサ９ｂ，油圧センサ３及びツインヘッダスイッチ４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、ツインヘッダスイッチ４及び第一圧力センサ９ａがともにオンであり、かつ、油圧センサ３で検出された吐出圧Ｐが予め設定された所定圧Ｐ₀以下である場合に、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あって吐出圧ＰがＰ≦Ｐ₀である場合にのみ、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、ツインヘッダスイッチ４又は第一圧力センサ９ａがオフであるか、吐出圧ＰがＰ＞Ｐ₀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、例えば実際にツインヘッダ２６が作動している状態であっても吐出圧ＰがＰ₀を超えると、第一油圧回路Ｌ１側の作動油流通が遮断される。なお、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。
本実施形態では、ここで設定されている吐出圧の判定閾値としての所定圧Ｐ₀が、リリーフ弁１９ａで設定された第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧の上限値Ｐ₀と同一の値となっている。

［５−２．電磁切換弁７の制御］
また、コントローラ１０は、ツインヘッダスイッチ４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、ツインヘッダスイッチ４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、ツインヘッダスイッチ４がオフのときのみ、通常のネガティブコントロールが実施されることになる。そして、ツインヘッダスイッチ４がオンの状態では、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］
コントローラ１０が、ツインヘッダスイッチ４及び第一圧力センサ９ａがともにオンであり、かつ、第二圧力センサ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、ツインヘッダスイッチ４又は第一圧力センサ９ａがオフであるか、第二圧力センサ９ｂがオンである場合には、電磁比例減圧弁１８をオフに制御する。

つまり、ツインヘッダ２６の単動時にのみネガコン圧を所定圧力Ｐ_Nに制御するようになっている。また、ツインヘッダスイッチ４がオンであって、第一圧力センサ９ａがオフ又は第二圧力センサ９ｂがオンの場合には、ネガコン圧が最低圧（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。

［５−４．コントローラの内部演算］
図３に示す制御ブロック図を用いて、上述の制御を実施するための具体的なコントローラ１０の内部構成を説明する。コントローラ１０の内部には、関数テーブル３１，信号判定器３２，ＡＮＤ演算器３４，３６，ＮＯＴ演算器３５，信号切換器３７，ＭＩＮ圧設定器３８及びＡＴＴ圧（アタッチメント用圧力）設定器３９が備えられている。これらの制御回路の入力側には、四種類の入力情報（油圧センサ３，ツインヘッダスイッチ４，第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂからの信号）が入力され、出力側には三種類の制御対象（電磁切換弁５，７及び電磁比例減圧弁１８）が接続されている。

第一の制御対象である電磁切換弁７は、ツインヘッダスイッチ４の信号のみを参照して動作するため、ツインヘッダスイッチ４に直接接続されている。
第二の制御対象である電磁切換弁５は、油圧センサ３，ツインヘッダスイッチ４及び第一圧力センサ９ａからの信号に基づいて制御されている。
関数テーブル３１及び信号判定器３２は、油圧センサ３に対して直列に接続されている。関数テーブル３１は、油圧センサ３で検出された吐出圧Ｐを信号処理するためのものであり、吐出圧Ｐが予め設定された所定圧Ｐ₀を超えた場合にオフ信号（無信号を含む）を出力し、所定圧Ｐ₀以下である場合にオン信号を出力する。ここで出力された信号は、信号判定器３２へ入力される。

信号判定器３２は、関数テーブル３１からの信号が予め設定された所定時間以上継続して出力された場合に、その信号を下流側へ出力するフィルタである。ここで出力された信号は、ＡＮＤ演算器３４へ入力される。
ＡＮＤ演算器３４は、信号判定器３２，ツインヘッダスイッチ４及び第一圧力センサ９ａからの入力信号が全てオンである場合に、下流側へオン信号を出力する演算回路である。ここで出力された信号が、電磁切換弁５の制御信号となる。

第三の制御対象である電磁比例減圧弁１８は、ツインヘッダスイッチ４，第一圧力センサ９ａ及び第二圧力センサ９ｂからの信号に基づいて制御されている。
ＮＯＴ演算器３５は、第二圧力センサ９ｂの直下流に接続された演算回路であり、第二圧力センサ９ｂからの入力信号を反転させて下流側へ出力する。すなわち、ブーム２３の非作動時（ブーム用操作レバーが操作されていない状態）でオン信号を出力し、ブーム２３作動時にオフ信号を出力する。

一方、ＡＮＤ演算器３６は、ツインヘッダスイッチ４，第一圧力センサ９ａ及びＮＯＴ演算器３５からの入力信号が全てオンである場合に、下流側へオン信号を出力する演算回路である。ここで出力された信号は、信号切換器３７へと入力される。
信号切換器３７は、ＡＮＤ演算器３６からの信号がオフである場合に電磁比例減圧弁１８をオフに制御して、電磁比例減圧弁１８の二次圧が最低圧（タンク圧）になるように制御する。なお、ＭＩＮ圧設定器３８には、この最低圧（タンク圧）が設定されている。一方、ＡＮＤ演算器３６からの信号がオンである場合には、電磁比例減圧弁１８をオンに制御して、電磁比例減圧弁１８の二次圧が所定圧力Ｐ_Nとなるように制御する。この所定圧力Ｐ_NはＡＴＴ圧設定器３９に設定されている。

［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．ツインヘッダの不使用時］
ツインヘッダ２６の不使用時には、ツインヘッダスイッチ４がオフとなっているため、表１に示すように、コントローラ１０によって電磁切換弁５がオフに制御される。これにより第五油圧回路Ｌ５の作動油圧がタンク圧となり、第五油圧回路Ｌ５に接続された第三油圧回路Ｌ３の作動油圧もタンク圧となる。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、油圧ポンプ１１のレギュレータ１２にはコントロールバルブ６ｂのネガコン圧（第二油圧回路Ｌ２のネガコン圧）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、ブームシリンダ２３ａへ供給される作動油流量は、油圧ポンプ１１の吐出圧の変動に対して、図２中にＡ−Ｂ−Ｃ線として示す範囲内で変動する。

［６−２．ツインヘッダの単独使用時］
ツインヘッダ２６の単独使用時には、油圧ポンプ１１の吐出圧Ｐがリリーフ弁１９ａで設定された第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧の上限値Ｐ₀を超えることはない。したがって、コントローラ１０によって電磁比例弁５がオンに制御されて第五油圧回路Ｌ５が遮断される。つまり、第三油圧回路Ｌ３を介して導入される作動油圧が圧力補償弁２の一方のパイロット圧として用いられることになる。なお、このパイロット圧は、オリフィス１６を介して導入されるため、油圧ポンプ１１の吐出圧Ｐよりも減圧された大きさである。反対に、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Ｐ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。
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Ｌ６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の駆動に必要な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。

その後、ツインヘッダ２６の駆動負荷が増加して、第一油圧回路Ｌ１内の作動油圧が上昇したとしても、圧力補償弁２において第一流路２ａ側の作動油流量は一定に制御される。したがって、図２中にＤ−Ｅ線として示すように、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の所定量Ｑ₂となる。

［６−３．ブーム及びツインヘッダ連動時］
ツインヘッダ２６及びブーム２３の連動操作時においても、油圧ポンプ１１の吐出圧が所定圧Ｐ₀以下であるときにはコントローラ１０によって電磁比例弁５がオンに制御されて第五油圧回路Ｌ５が遮断される。これにより、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、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Ｌ６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。したがってレギュレータ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。

例えば、図２に示すように、油圧ポンプ１１の吐出圧がＰ₂であり吐出流量がＱ₃である場合には、Ｄ−Ｅ線よりも下の範囲のＱ₂が第一流路２ａの作動油流量となり、Ａ−Ｂ線とＤ−Ｅ線とで囲まれた範囲のＱ₃−Ｑ₂が第二流路２ｂの作動油流量となる。
その後、ブームシリンダ２３ａに作用する負荷が高まり、油圧ポンプ１１の吐出圧Ｐが所定圧Ｐ₀を超えて所定時間が経過すると、コントローラ１０によって電磁切換弁５がオフに制御される。これにより、圧力補償弁２の第一流路２ａが閉鎖され、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。したがって、図２中にＥ−Ｆ線として示すように、油圧ポンプ１１の吐出圧Ｐが所定圧Ｐ₀を超えた時点で、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がゼロとなる。

［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、ツインヘッダ２６の油圧モータ２６ａの駆動に必要十分な作動油流量Ｑ₂を確保することができ、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。
また、油圧ポンプ１１の吐出圧Ｐに応じて電磁切換弁５のオン／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。このように、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、油圧ポンプ１１の負荷圧Ｐが第一油圧回路Ｌ１のリリーフ圧Ｐ₀を超えた場合にこのような油圧モータ２６ａへの優先流量をカットする制御となっているため、第二油圧回路Ｌ２側の作動油圧が高圧になったとしても、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く、動作を安定させることができる。
なお、ブームシリンダ２３ａには余剰分の作動油が宛がわれるため、ツインヘッダ２６の出力を保ちつつブーム２３を動かすことができる。したがって、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時においては、ツインヘッダ２６の駆動に必要な作動油流量を確保したうえで残りの作動油をブーム２３へ供給することができ、連動性を向上させることができる。

また、吐出圧Ｐに応じて圧力補償弁へ導入されるパイロット圧を制御する構成となっているため、圧力補償弁２で配分される作動油流量を油圧ポンプの作動状態に応じて変更することができる。例えば、ツインヘッダ２６の単独作業時なのか、あるいは、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動作業時なのかをコントローラ１０で判断しなくとも、吐出圧Ｐの状態から適切な制御を実施することができる。

また、ネガコン圧の制御により、ブーム２３の単動時にはブームシリンダ２３ａの作動に必要十分な作動油流量を確保することができ、ツインヘッダ２６の単動時には油圧モータ２６ａ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。さらに、ブーム２３及びツインヘッダ２６の連動時には、油圧ポンプ１１の出力を最大に設定して作業効率を高めることができる。

［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、回転切削用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、上述の実施形態では、油圧ポンプ１１の出力制御にネガコン圧を利用した制御が用いられているが、ネガコン回路Ｌ６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おけるＰ−Ｑ特性図であり、太実線は本油圧制御回路に設けられた油圧ポンプのＰ−Ｑ特性，細実線は油圧モータへ配分される作動油のＰ−Ｑ特性を示す。 本発明の一実施形態に係る油圧制御回路のコントローラの内部演算を説明するための制御ブロック図である。 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（絞り弁）
２ 圧力補償弁
３ 油圧センサ（圧力検出手段）
４ ツインヘッダスイッチ
５ 電磁切換弁
６ａ，６ｂ コントロールバルブ（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
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（回転切削アタッチメント）
２６ａ 油圧モータ（回転切削用油圧モータ）
３０ 優先回路
３１ 関数テーブル
３２ 信号判定器
３４ ＡＮＤ演算器
３５ ＮＯＴ演算器
３６ ＡＮＤ演算器
３７ 信号切換器
３８ ＭＩＮ圧設定器
３９ ＡＴＴ圧（アタッチメント用圧力）設定器
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（リリーフ回路）
Ｌ６ ネガコン回路

Claims (4)

1. 回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用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、
   該回転切削用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、
   該第一油圧回路に介装された絞り弁と、
   該第一油圧回路における該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、
   該第一油圧回路に介装され、該油圧ポンプから供給される作動油の吐出圧を検出する圧力検出手段と、
   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回転切削用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、
   該第三油圧回路と作動油タンクとを接続する第五油圧回路と、
   該第五油圧回路上に介装され、該圧力検出手段で検出された該吐出圧が予め設定された所定圧以上であるときに該第五油圧回路を接続し、該吐出圧が該所定圧未満であるときに該第五油圧回路を遮断する電磁切換弁と、
   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コントロール弁と、
   該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１記載の作業機械の油圧制御回路。
3. 操作者による該回転切削用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２記載の作業機械の油圧制御回路。
4. 回転切削アタッチメントを駆動せしめる回転切削用油圧モータと、該回転切削用油圧モータ以外の他の油圧アクチュエータと、該回転切削用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、
   該回転切削用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、
   該第一油圧回路に介装された絞り弁と、
   該第一油圧回路における該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、
   該第一油圧回路に介装され、該油圧ポンプから供給される作動油の吐出圧を検出する圧力検出手段と、
   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回転切削用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及び該圧力補償スプールを駆動するパイロット回路を有する圧力補償弁と、
   該圧力補償弁の該パイロット回路と作動油タンクとを接続するリリーフ回路と、
   該リリーフ回路上に介装され、該圧力検出手段で検出された該吐出圧に応じて、該パイロット回路を該作動油タンクへ開放する電磁切換弁と、
   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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