JP2015183756A - 油圧ショベル駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】アームまたはバケット用のシリンダのヘッド側でキャビテーションが発生することとアームまたはバケットの揺動が一時的に停止することの防止を図りつつ、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる油圧ショベル駆動システムを提供する。【解決手段】油圧ショベル駆動システム１Ａは、アームまたはバケットである作動部を駆動するシリンダ２５を含む。シリンダ２５へは、油圧ポンプ２１から制御弁６１を介して作動油が供給される。ロッド側給排ライン２５ｂからは逃しライン７が分岐しており、逃しライン７は、規制装置８により遮断または開放される。規制装置８は、制御装置９により、ヘッド側給排ライン２５ａを通じてシリンダ２５へ作動油が供給される際に、負荷検出器９１で検出される圧力が所定値未満の場合は逃しライン７を遮断し、負荷圧力検出器９１で検出される圧力が前記所定値以上の場合は逃しライン７を開放するように制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル駆動システムに関する。

一般に、油圧ショベルでは、旋回体に対して俯仰するブームの先端にアームが揺動可能に連結され、アームの先端にバケットが揺動可能に連結される。この油圧ショベルに搭載される駆動システムは、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダおよびバケットを駆動するバケットシリンダなどを含み、これらの油圧アクチュエータには、油圧ポンプから制御弁を介して作動油が供給される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０１１８３号公報

ところで、アームおよびバケットは、その重心が揺動中心を通る鉛直線を横切るように駆動される。このため、アームを運転席に近づけるアーム引き操作を行う場合は、アームの位置によって、アームの自重がアームの揺動を加速させる方向に作用したり減速させる方向に作用したりする。同様に、バケットを運転席に近づけるバケットイン操作を行う場合は、バケットの位置によって、バケットの自重がバケットの揺動を加速させる方向に作用したり減速させる方向に作用したりする。

アーム引き操作またはバケットイン操作を行う場合、アームシリンダまたはバケットシリンダのロッド側から制御弁を介してタンクへ作動油が戻る。ここで、アームまたはバケット用の制御弁におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積が大きいと、空中でアームまたはバケットを作動させる場合には、アームまたはバケットの重心が揺動中心の真下に到達するまでは、上述したアームまたはバケットの自重の影響により、シリンダのヘッド側にキャビテーションが発生するおそれがある。また、そのまま操作を続ける場合、アームまたはバケットの重心が揺動中心の真下に到達した後は、シリンダのヘッド側の圧力が十分高くなるまでアームまたはバケットの揺動が一時的に停止するおそれがある。

このような不具合を防止する対策としては、アームシリンダまたはバケットシリンダの伸長時に、制御弁においてメータアウト制御を行うことが考えられる。具体的には、制御弁におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくする。しかしながら、このようにした場合には、特に掘削時に、小さくした開口面積が抵抗となって油圧ポンプの吐出圧力が必要以上に高くなり、エネルギーを無駄に消費することになる。

そこで、本発明は、アームまたはバケット用のシリンダのヘッド側でキャビテーションが発生することとアームまたはバケットの揺動が一時的に停止することの防止を図りつつ、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる油圧ショベル駆動システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の油圧ショベル駆動システムは、アームまたはバケットである作動部を駆動するシリンダと、前記シリンダとヘッド側給排ラインおよびロッド側給排ラインにより接続された制御弁と、前記制御弁を介して前記シリンダへ作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力または前記ヘッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ供給される作動油の圧力を検出するための負荷検出器と、前記ロッド側給排ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、前記逃しラインを遮断または開放する規制装置と、前記ヘッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ作動油が供給される際に、前記負荷検出器で検出される圧力が所定値未満の場合は前記逃しラインを遮断し、前記負荷圧力検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合は前記逃しラインを開放するように、前記規制装置を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、アームまたはバケット用のシリンダ伸長時（アーム引き操作時またはバケットイン操作時）に、シリンダのヘッド側の圧力が小さい場合（例えば、空中でアームまたはバケットを作動させる場合）には、逃しラインが遮断される。このため、アームまたはバケット用の制御弁におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておけば、アームまたはバケット用のシリンダのヘッド側でキャビテーションが発生することを防止できるとともに、アームまたはバケットの揺動が一時的に停止することを防止できる。一方、シリンダのヘッド側の圧力が大きい場合（例えば、掘削時）には、逃しラインが開放されるため、制御弁におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておいても、シリンダ伸長時にシリンダのロッド側の作動油の大部分は逃しラインを通じてタンクへ戻る。このため、油圧ポンプの吐出圧力が必要以上に高くなることがなく、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。

例えば、前記規制装置は、前記逃しラインに設けられた、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させる位置調整弁と、前記位置調整弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁と、を含んでもよい。

上記の油圧ショベル駆動システムは、前記制御弁へパイロット圧を出力する操作弁と、前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、をさらに備え、前記制御装置は、前記負荷検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合に、前記操作検出器で検出されるパイロット圧に比例する電流を前記電磁比例弁へ送給してもよい。この構成によれば、位置調整弁の開口面積を操作弁での操作量に応じて適切に制御することができる。

上記の油圧ショベル駆動システムは、前記作動部の位置を検出するための位置検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席から遠い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に応じて前記逃しラインを遮断または開放するように前記規制装置を制御し、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席に近い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に拘らずに前記逃しラインを開放するように前記規制装置を制御してもよい。この構成によれば、アームまたはバケットである作動部の重心が運転席に近い側にある場合、換言すれば、作動部にその自重が揺動方向と逆方向に作用する場合に、逃しラインが開放される。すなわち、逃しラインを遮断する場合を、作動部にその自重が揺動方向に作用する場合に限定することができ、逃しラインを最大限に活用することができる。

前記作動部はアームであり、前記シリンダはアームシリンダであり、上記の油圧ショベル駆動システムは、バケットシリンダのヘッド側の圧力を検出するための掘削検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記位置検出器の検出結果によりアームの重心がアームの揺動中心を通る鉛直線よりも運転席に近い側にあると判定される場合において、前記掘削検出器で検出される圧力が閾値以上の場合には、前記負荷検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合に前記電磁比例弁へ送給される電流と同一の電流／パイロット圧関係線により定まる電流を前記電磁比例弁へ送給し、前記掘削検出器で検出される圧力が前記閾値未満の場合には、前記電流／パイロット圧関係線よりも傾きの小さな電流／パイロット圧関係線により定まる電流を前記電磁比例弁へ送給してもよい。この構成によれば、アームの揺動が速くなりすぎることもなく、且つ、油圧ポンプの吐出圧力が必要以上に高くなることがないため、エネルギの無駄な消費を抑えることができる。

前記位置調整弁は、中継ラインにより前記ヘッド側給排ラインと接続されており、前記ロッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ作動油が供給される際に、前記中継ラインを前記逃しラインを通じてタンクへ連通させるように構成されていてもよい。この構成によれば、アーム押し操作時またはバケットアウト操作時に、シリンダのヘッド側から流出する作動油の一部をアームまたはバケット用の制御弁を経由せずにタンクへ戻すことができる。すなわち、位置調整弁および逃しラインを合理的に利用して、シリンダ短縮時の背圧を低減することができる。

前記位置調整弁は、前記油圧ポンプから延びるブリードライン上に配置されていてもよい。この構成によれば、位置調整弁を制御弁と一緒にマルチ制御弁ユニットへ組み込むことができる。

本発明によれば、アームまたはバケット用のシリンダのヘッド側でキャビテーションが発生することとアームまたはバケットの揺動が一時的に停止することの防止を図りつつ、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの油圧回路図である。 油圧ショベルの側面図である。 第１実施形態における電流／パイロット圧関係線を示すグラフである。 第１実施形態の変形例の油圧回路図である。 本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの油圧回路図である。 本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの油圧回路図である。 本発明の第４実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの油圧回路図である。 第４実施形態における電流／パイロット圧関係線を示すグラフである。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ａを示し、図２に、その駆動システム１Ａが搭載された油圧ショベル１０を示す。

図２に示す油圧ショベル１０は、走行体１５と旋回体１１を含む。また、油圧ショベル１０は、旋回体１１に対して俯仰するブーム１２と、ブーム１２の先端に揺動可能に連結されたアーム１３と、アーム１３の先端に揺動可能に連結されたバケット１４を含む。

図１に示すように、駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図示しない左右一対の走行モータおよび旋回モータを含むとともに、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５およびバケットシリンダ２６を含む。ブームシリンダ２４はブーム１２を駆動し、アームシリンダ２５はアーム１３を駆動し、バケットシリンダ２６はバケット１４を駆動する。

また、駆動システム１Ａは、上記の油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２を含む。ブームシリンダ２４へは、第２油圧ポンプ２２からブーム第１制御弁５１を介して作動油が供給されるとともに、第１油圧ポンプ２１からブーム第２制御弁５２を介して作動油が供給される。アームシリンダ２５へは、第１油圧ポンプ２１からアーム第１制御弁６１を介して作動油が供給されるとともに、第２油圧ポンプ２２からアーム第２制御弁６２を介して作動油が供給される。また、バケットシリンダ２６へは、第２油圧ポンプ２２からバケット制御弁７１を介して作動油が供給される。なお、その他の旋回モータ用および走行モータ用の制御弁は図示を省略する。

より詳しくは、第１油圧ポンプ２１からは第１ブリードライン３１がタンクまで延びており、第２油圧ポンプ２２からは第２ブリードライン４１がタンクまで延びている。第１ブリードライン３１上には、ブーム第２制御弁５２とアーム第１制御弁６１が直列に配置されており、第２ブリードライン４１上には、ブーム第１制御弁５１とアーム第２制御弁６２とバケット制御弁７１が直列に配置されている。なお、第１ブリードライン３１上には、上述した図略の旋回モータ用の制御弁が配置される。また、第１ブリードライン３１および第２ブリードライン４１上には、上述した図略の走行モータ用の制御弁も配置される。

上述した制御弁のうち、ブーム第２制御弁５２は２位置弁であるが、その他の制御弁は３位置弁である。ブーム第２制御弁５２は、ブーム上げ操作専用の弁である。

第１ブリードライン３１からはパラレルライン３４が分岐しており、このパラレルライン３４を通じて第１ブリードライン３１上の全ての制御弁へ第１油圧ポンプ２１から吐出される作動油が導かれる。同様に、第２ブリードライン４１からはパラレルライン４４が分岐しており、このパラレルライン４４を通じて第２ブリードライン４１上の全ての制御弁へ第２油圧ポンプ２２から吐出される作動油が導かれる。第１ブリードライン３１上のブーム第２制御弁５２以外の制御弁はタンクライン３５によりタンクと接続されている一方、第２ブリードライン４１上の全ての制御弁はタンクライン４５によりタンクと接続されている。

第１ブリードライン３１および第２ブリードライン４１上に配置された全ての制御弁は、オープンセンター型の弁である。すなわち、ブリードライン（３１または４１）上の全ての制御弁が中立位置にあるときには制御弁によって当該ブリードラインにおける作動油の流通が制限されることがなく、いずれかの制御弁が作動して中立位置から移動するとその制御弁によって当該ブリードラインにおける作動油の流通が制限される。

本実施形態では、第１油圧ポンプ２１の吐出流量および第２油圧ポンプ２２の吐出流量がネガティブコントロール（以下、「ネガコン」という）方式で制御される。すなわち、第１ブリードライン３１には全ての制御弁の下流側に絞り３２が設けられているとともに、この絞り３２をバイパスするライン上にリリーフ弁３３が配置されている。同様に、第２ブリードライン４１には全ての制御弁の下流側に絞り４２が設けられているとともに、この絞り４２をバイパスするライン上にリリーフ弁４３が配置されている。

第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２は、図略のエンジンにより駆動される。第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２は、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する可変容量型のポンプであり、第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の傾転角はそれぞれ図略のレギュレータにより調整される。各レギュレータには、ブリードライン（３１または４１）における絞り（３２または４２）の上流側の圧力であるネガコン圧が導かれる。

上述したブーム第１制御弁５１は、ブーム上げ供給ライン２４ａおよびブーム下げ供給ライン２４ｂによりブームシリンダ２４と接続されている。ブーム第２制御弁５２は、副供給ライン２４ｃによりブーム上げ供給ライン２４ａと接続されている。

また、ブーム第１制御弁５１のパイロットポートは、ブーム上げパイロットライン５３およびブーム下げパイロットライン５４によりブーム操作弁５０と接続されている。ブーム操作弁５０は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧をブーム第１制御弁５１へ出力する。一方、ブーム第２制御弁５２のパイロットポートは、副パイロットライン５５によりブーム上げパイロットライン５３と接続されている。

アーム第１制御弁６１は、アーム引き供給ライン２５ａおよびアーム押し供給ライン２５ｂによりアームシリンダ２５と接続されている。アーム第２制御弁６２は、副供給ライン２５ｃによりアーム引き供給ライン２５ａと接続され、副供給ライン２５ｄによりアーム押し供給ライン２５ｂと接続されている。

また、アーム第１制御弁６１のパイロットポートは、アーム引きパイロットライン６３およびアーム押しパイロットライン６４によりアーム操作弁６０と接続されている。アーム操作弁６０は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧をアーム第１制御弁６１へ出力する。一方、アーム第２制御弁６２のパイロットポートは、副パイロットライン６５によりアーム引きパイロットライン６３と接続されているとともに、副パイロットライン６６によりアーム押しパイロットライン６４と接続されている。

バケット制御弁７１は、バケットイン供給ライン２６ａおよびバケットアウト供給ライン２６ｂによりバケットシリンダ２６と接続されている。また、バケット制御弁７１のパイロットポートは、バケットインパイロットライン７２およびバケットアウトパイロットライン７３により図略のバケット操作弁と接続されている。バケット操作弁は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧をバケット制御弁７１へ出力する。

本実施形態は、アームシリンダ２５の伸長時のメータアウト制御に本発明を適用した例である。すなわち、本発明の作動部がアーム１３であり、本発明のヘッド側給排ラインがアーム引き供給ライン２５ａに相当し、本発明のロッド側給排ラインがアーム押し供給ライン２５ｂに相当する。

アーム押し供給ライン２５ｂからは逃しライン７が分岐しており、この逃しライン７はタンクにつながっている。逃しライン７は、規制装置８により遮断されたり開放されたりする。規制装置８は、制御装置９により制御される。

規制装置８の制御のために、本実施形態では、第１ブリードライン３１における全ての制御弁の上流側に負荷検出器９１が設けられ、アーム引きパイロットライン６３に操作検出器９２が設けられている。負荷検出器９１は、第１油圧ポンプ２１から吐出される作動油の圧力を検出するためのものであり、操作検出器９２は、アーム引き操作時（アーム引き供給ライン２５ａを通じてアームシリンダ２５へ作動油が供給される際）にアーム操作弁６０から出力されるパイロット圧を検出するためのものである。負荷検出器９１および操作検出器９２としては、例えば圧力センサが用いられる。

本実施形態では、規制装置８が、逃しライン７に設けられたパイロット式の位置調整弁８１と、位置調整弁８１へパイロット圧を出力する電磁比例弁８２を含む。位置調整弁８１は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるように構成されている。そして、位置調整弁８１は、電磁比例弁８２からパイロット圧が出力されないときは逃しライン７を遮断し、電磁比例弁８２からパイロット圧が出力されると、そのパイロット圧に応じた開口面積で逃しライン７を開放する。

本実施形態では、位置調整弁８１が第１ブリードライン３１上に配置された４ポート弁である。そして、位置調整弁８１は、作動しないとき（電磁比例弁８２からパイロット圧が出力されないとき）でも作動したとき（電磁比例弁８２からパイロット圧が出力されたとき）でも第１ブリードライン３１における作動油の流通を制限しないように構成されている。ただし、位置調整弁８１は、第１ブリードライン３１上に配置されない２ポート弁であってもよい。

電磁比例弁８２は、一次圧ライン８３により補助ポンプ２３と接続されている。補助ポンプ２３は、上述した図略のエンジンにより駆動される。電磁比例弁８２は、制御装置９から電流が送給されたときに、その電流に応じた大きさのパイロット圧（二次圧）を位置調整弁８１へ出力し、制御装置９から電流が送給されないときは位置調整弁８１へパイロット圧を出力しない。

制御装置９は、アーム引き操作時以外は電磁比例弁８２へ電流を送給せず、アーム引き操作時には、上述した負荷検出器９１で検出される圧力に基づいて電磁比例弁８２へ電流を送給するか否かを決定する。アーム引き操作時か否かは、上述した操作検出器９２で検出される圧力がゼロであるか否かにより判定することができる。

より詳しくは、アーム引き操作時に、負荷検出器９１で検出される圧力が所定値Ｐ１未満の場合は、制御装置９は電磁比例弁８２へ電流を送給しない。これにより、逃しライン７が遮断される。一方、負荷検出器９１で検出される圧力が所定値Ｐ１以上の場合は、制御装置９は電磁比例弁８２へ電流を送給する。これにより、逃しライン７が開放される。

本実施形態では、負荷検出器９１で検出される圧力が所定値Ｐ１以上の場合、制御装置９は、図３に示すように、操作検出器９２で検出されるパイロット圧に比例する電流を電磁比例弁８２へ送給する。すなわち、制御装置９に予め格納される電流／パイロット圧関係線９ａは、一定の傾きの直線である。これにより、位置調整弁８１は、アーム操作弁６０での操作量にほぼ比例する開口面積で逃しライン７を開放する。

以上説明したように、本実施形態の駆動システム１Ａでは、アームシリンダ２５の伸長時（アーム引き操作時）に、アームシリンダ２５のヘッド側の圧力が小さい場合（例えば、空中でアーム１３を作動させる場合）には、逃しライン７が遮断される。このため、アーム第１制御弁６１およびアーム第２制御弁６２におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておけば、タンクに戻る作動油を絞ることができ、アームシリンダ２５のロッド側の背圧を十分高く保つことができる。これにより、アーム１３の重心が揺動中心１３ａ（図２参照）の真下に到達するまでにアームシリンダ２５のヘッド側でキャビテーションが発生することを防止できるとともに、アーム１３の重心が揺動中心１３ａの真下に到達した後にアーム２５の揺動が一時的に停止することを防止できる。

一方、アームシリンダ２５のヘッド側の圧力が大きい場合（例えば、掘削時）には、逃しライン７が開放される。このため、アーム第１制御弁６１およびアーム第２制御弁６２におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておいても、アームシリンダ２５の伸長時にアームシリンダ２５のロッド側の作動油の大部分は逃しライン７を通じてタンクへ戻る。その結果、第１および第２油圧ポンプ２１，２２の吐出圧力が必要以上に高くなることがなく、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。

また、本実施形態では、操作検出器９２で検出されるパイロット圧に比例する電流を制御装置９が電磁比例弁８２へ送給するため、位置調整弁８１の開口面積をアーム操作弁６０での操作量に応じて適切に制御することができる。

さらに、本実施形態では、位置調整弁８１が第１ブリードライン３１上に配置されているので、位置調整弁８１をアーム第１制御弁６１や他の第１ブリードライン３１上の制御弁と一緒にマルチ制御弁ユニットへ組み込むことができる。

＜変形例＞
アーム第２制御弁６２は必ずしも設けられている必要はなく、駆動システム１Ａは、アームシリンダ２５用の制御弁として、アーム第１制御弁６１のみを有していてもよい。この点は、後述する後述する第２〜第４実施形態でも同様である。

負荷検出器９１は、必ずしも第１ブリードライン３１に設けられている必要はなく、図４に示すように、アーム引き供給ライン２５ａを通じてアームシリンダ２５へ供給される作動油の圧力を検出できるようにアーム引き供給ライン２５ａに設けられていてもよい。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｂを説明する。なお、本実施形態ならびに後述する第３および第４実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態では、第１実施形態の変形例（図４）と同様に負荷検出器９１がアーム引き供給ライン２５ａに設けられている。ただし、第１実施形態（図１）と同様に、負荷検出器９１が第１ブリードライン３１に設けられていてもよいことは言うまでもない。この点は、後述する第３および第４実施形態でも同様である。

また、本実施形態の駆動システム１Ｂは、アーム２５の位置を検出するための位置検出器９３を含む。本実施形態では、位置検出器９３が、ブームシリンダ２４に設けられたストロークセンサ９４とアームシリンダ２５に設けられたストロークセンサ９５で構成されている。ただし、位置検出器９３としては、例えばアーム１３に設けられた傾斜センサを用いてもよい。あるいは、位置検出器９３は、ブーム１２の俯仰角およびブーム１２とアーム１３の間の角度を検出する２つの角度センサで構成されていてもよい。

制御装置９が行う制御は、アーム引き操作時以外は第１実施形態と同様である。アーム引き操作時は、制御装置９が、まず位置検出器９３の検出結果により、アーム１３の重心が揺動中心１３ａを通る鉛直線Ｌよりも運転席（旋回体１１の一部）から遠い側である遠方領域Ａにあるか運転席に近い側である近接領域Ｂにあるかを判定する（図２参照）。アーム１３の重心が遠方領域Ａにあると判定される場合には、第１実施形態と同様に、制御装置９は、負荷検出器９１で検出される圧力に応じて逃しライン７を遮断または開放するように規制装置８を制御する。

一方、アーム１３の重心が近接領域Ｂにあると判定される場合には、制御装置９は、負荷検出器９１で検出される圧力に拘らずに逃しライン７を開放するように規制装置８を制御する。例えば、制御装置９は、アーム１３の重心が近接領域Ｂにあると判定される場合は、アーム１３の重心が遠方領域Ａにある場合と同様に、操作検出器９２で検出されるパイロット圧に比例する電流を電磁比例弁８２へ送給する。あるいは、制御装置９は、位置調整弁８１が全開となるような電流を電磁比例弁８２へ送給してもよい。

本実施形態によれば、アーム引き操作時にアーム１３の重心が近接領域Ｂにある場合、換言すれば、アーム１３にその自重が揺動方向と逆方向に作用する場合に、逃しライン７が開放される。すなわち、アーム引き操作時に逃しライン７を遮断する場合を、アーム１３にその自重が揺動方向に作用する場合に限定することができ、逃しライン７を最大限に活用することができる。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｃを説明する。本実施形態の駆動システム１Ｃは、第２実施形態の油圧駆動システム１Ｂに変更を加えたものである。ただし、駆動システム１Ｃは、第２実施形態で説明した位置検出器９３を有していなくてもよい。

第１および第２実施形態では規制装置８の位置調整弁８１が２位置弁であったが、本実施形態では位置調整弁８１が３位置弁である。位置調整弁８１は、第１および第２実施形態で説明した機能を実現するために、中立位置と第１位置（図６における右側位置）の間で作動する。すなわち、位置調整弁８１は、中立位置に位置するときは逃しライン７を遮断し、第１位置へ作動すると逃しライン７を開放する。換言すれば、位置調整弁８１は、アーム引き操作時において第１および第２実施形態で説明した条件を満たしたときに第１位置へ作動する。なお、位置調整弁８１は、第２位置（図６における左側位置）へ作動したときも逃しライン７を遮断する。

一方、位置調整弁８１は、アーム押し操作時（アーム押し供給ライン２５ｂを通じてアームシリンダ２５へ作動油が供給される際）には、常に中立位置から第２位置、あるいはそれらの中間位置へ作動する。位置調整弁８１は、中継ライン７５によりアーム引き供給ライン２５ａと接続されている。位置調整弁８１は、中立位置に位置するときは中継ライン７５を閉じ、第２位置へ作動すると中継ライン７５を逃しライン７における位置調整弁８１よりも下流側部分に連通させる。換言すれば、位置調整弁８１が第２位置へ作動すると、中継ライン７５が逃しライン７を通じてタンクへ連通する。

位置調整弁８１は、当該位置調整弁８１を第２位置へ作動させるためのパイロットポートを有している。このパイロットポートは、パイロットライン６７によりアーム押しパイロットライン６４と接続されている。すなわち、位置調整弁８１は、アーム押し操作時には、アーム操作弁６０から出力されるパイロット圧に応じた開口面積で中継ライン７５をタンクへ連通させる。

本実施形態によれば、アーム押し操作時に、アームシリンダ２５のヘッド側から流出する作動油の一部をアーム第１制御弁６１およびアーム第２制御弁６２を経由せずにタンクへ戻すことができる。すなわち、位置調整弁８１および逃しライン７を合理的に利用して、アームシリンダ２５の短縮時の背圧を低減することができる。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｄを説明する。本実施形態の駆動システム１Ｄは、第３実施形態の油圧駆動システム１Ｃに変更を加えたものである。ただし、駆動システム１Ｄで用いられる規制装置８の位置調整弁８１は、第３実施形態で説明したように３位置弁である必要はなく、第１実施形態で説明したように２位置弁であってもよい。

本実施形態では、バケットイン供給ライン２６ａに、バケットシリンダ２６のヘッド側の圧力を検出するための掘削検出器９６が設けられている。制御装置９は、第２実施形態で説明したのと同様の制御を行うものの、アーム１３の重心が近接領域Ｂ（図２参照）にあると判定される場合は、掘削検出器９６で検出される圧力に基づいて電磁比例弁８２へ送給する電流を異ならせる。

より詳しくは、アーム１３の重心が遠方領域Ａ（図２参照）にあると判定される場合であって、掘削検出器９６で検出される圧力が所定値Ｐ１以上の場合には、制御装置９は、図８に示すように、第１実施形態で説明した一定の傾きの電流／パイロット圧関係性９ａにより定まる電流を電磁比例弁８２へ送給する。

本実施形態では、制御装置９に、電流／パイロット圧関係線９ａだけでなく、電流／パイロット圧関係線９ａよりも傾きの小さな電流／パイロット圧関係線９ｂも予め格納されている。

アーム１３の重心が近接領域Ｂにあると判定される場合であって、掘削検出器９６で検出される圧力が閾値Ｐ２以上の場合には、制御装置９は、電流／パイロット圧関係線９ａにより定まる相対的に大きな電流を電磁比例弁８２へ送給する。すなわち、掘削検出器９６で検出される圧力が大きな場合には（例えば、掘削時）、近接領域Ｂでは逃しライン７が大きな開口面積で開放される。一方、掘削検出器９６で検出される圧力が閾値Ｐ２未満の場合には、制御装置９は、電流／パイロット圧関係線９ｂにより定まる相対的に小さな電流を電磁比例弁８２へ送給する。すなわち、掘削検出器９６で検出される圧力が小さな場合には（例えば、空荷時）、近接領域Ｂでは逃しライン７が小さな開口面積で開放される。

本実施形態によれば、アーム１３の重心が近接領域Ｂにあると判定される場合でバケットが掘削していない動作において、アームの動く速度が速すぎず、遅すぎない適度な速度とすることができる。また、油圧ポンプの吐出圧力が必要以上に高くなることがないため、エネルギの無駄な消費を抑えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、アームシリンダ２５の伸長時のメータアウト制御以外にも、バケットシリンダ２６の伸長時のメータアウト制御にも適用可能である。この場合、本発明の作業部がバケット１４であり、本発明のヘッド側給排ラインがバケットイン供給ライン２６ａに相当し、本発明のロッド側給排ラインがバケットアウト供給ライン２６ｂに相当する。そして、逃しライン７は、バケットアウト供給ライン２６ｂから分岐する。本発明の作動部がバケット１４である場合は、例えば、以下の（１）〜（４）の構成を採用することができる。

（１）第１実施形態およびその変形例で説明したのと同様に、第２油圧ポンプ２２から吐出される作動油の圧力またはバケットイン供給ライン２６ａを通じてバケットシリンダ２６へ供給される作動油の圧力を検出するための負荷検出器が設けられてもよい。そして、逃しライン７を遮断または開放する規制装置８は、制御装置９により、バケットイン操作時（バケットイン供給ライン２６ａを通じてバケットシリンダ２６へ作動油が供給される際）に、前記負荷検出器で検出される圧力が所定値Ｐ３未満の場合は逃しライン７を遮断し、前記負荷圧力検出器で検出される圧力が所定値Ｐ３以上の場合は逃しライン７を開放するように制御されてもよい。

上記の構成によれば、バケットシリンダ２６の伸長時（バケットイン操作時）に、バケットシリンダ２６のヘッド側の圧力が小さい場合（例えば、空中でバケット１４（図２参照）を作動させる場合）には、逃しライン７が遮断される。このため、バケット制御弁７１におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておけば、タンクに戻る作動油を絞ることができ、バケットシリンダ２６のロッド側の背圧を十分高く保つことができる。これにより、バケット１４の重心が揺動中心１４ａ（図２参照）の真下に到達するまでにバケットシリンダ２６のヘッド側でキャビテーションが発生することを防止できるとともに、バケット１４の重心が揺動中心１４ａの真下に到達した後にバケット１４の揺動が一時的に停止することを防止できる。

一方、バケットシリンダ２６のヘッド側の圧力が大きい場合（例えば、掘削時）には、逃しライン７が開放される。このため、バケット制御弁７１におけるシリンダ伸長時のタンク戻し用の開口面積を小さくしておいても、バケットシリンダ２６の伸長時にバケットシリンダ２６のロッド側の作動油の大部分は逃しライン７を通じてタンクへ戻る。その結果、第２油圧ポンプ２２の吐出圧力が必要以上に高くなることがなく、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。

（２）第１実施形態と同様に、規制装置８は、逃しライン７に設けられた位置調整弁８１と電磁比例弁８２で構成されていてもよい。また、制御装置９は、前記負荷検出器で検出される圧力が所定値Ｐ３以上の場合に、図略のバケット操作弁からバケット制御弁７１へ出力されるパイロット圧と比例する電流を電磁比例弁８２へ送給してもよい。位置調整弁８１は、第２ブリードライン４１上に配置される４ポート弁であってもよいし、第２ブリードライン４１上に配置されない２ポート弁であってもよい。

（３）第２実施形態と同様に、バケット１４の位置を検出するための位置検出器が設けられていてもよい。前記位置検出器は、ブームシリンダ２４に設けられたストロークセンサ９４、アームシリンダ２５に設けられたストロークセンサ９５、およびバケットシリンダ２６に設けられたストロークセンサ（図示せず）で構成されていてもよい。あるいは、前記位置検出器は、例えばバケットに設けられた傾斜センサであってもよいし、ブーム１２の俯仰角、ブーム１２とアーム１３の間の角度およびアーム１３とバケット１４の間の角度を検出する３つの角度センサで構成されていてもよい。

前記位置検出器が設けられている場合、制御装置９は、前記位置検出器の検出結果によりバケット１４の重心が揺動中心１４ａを通る鉛直線よりも運転席から遠い側である遠方領域にあるか運転席に近い側である近接領域にあるかを判定してもよい。バケットの重心が遠方領域にあると判定される場合には、制御装置９は、前記負荷検出器で検出される圧力に応じて逃しライン７を遮断または開放するように規制装置８を制御してもよい。逆に、バケット１４の重心が近接領域にあると判定される場合には、制御装置９は、前記負荷検出器で検出される圧力に拘らずに逃しライン７を開放するように規制装置８を制御してもよい。

（４）前記第３実施形態と同様に、位置調整弁８１は、中継ライン７５によりバケットイン供給ライン２６ａと接続されており、バケットアウト供給ライン２６ｂを通じてバケットシリンダ２６へ作動油が供給される際に、中継ライン７５を逃しライン７を通じてタンクへ連通させるように構成されていてもよい。この構成によれば、バケットアウト操作時に、バケットシリンダ２６のヘッド側から流出する作動油の一部をバケット操作弁７１を経由せずにタンクへ戻すことができる。

また、本発明がアームシリンダ２５の伸長時のメータアウト制御に適用されるかバケットシリンダ２６の伸長時のメータアウト制御に適用されるかを問わず、規制装置８は、必ずしも位置調整弁８１と電磁比例弁８２で構成されている必要はなく、単体の電磁開閉弁であってもよいし、単体の電磁絞り弁であってもよい。

さらに、第１および第２油圧ポンプ２１，２２の吐出流量の制御方式は、必ずしもネガコン方式である必要はなく、ポジティブコントロール方式であってもよい。また、第１および第２油圧ポンプ２１，２２の吐出流量の制御方式は、ロードセンシング方式であってもよい。

本発明は、自走式の油圧ショベルだけでなく種々の形式の油圧ショベルに有用である。

１Ａ〜１Ｃ 油圧ショベル駆動システム
１３ アーム
１３ａ 揺動中心
１４ バケット
１４ａ 揺動中心
２１，２２ 油圧ポンプ
２５ アームシリンダ
２５ａ アーム引き供給ライン（ヘッド側給排ライン）
２５ｂ アーム押し供給ライン（ロッド側給排ライン）
２６ バケットシリンダ
２６ａ バケットイン供給ライン（ヘッド側給排ライン）
２６ｂ バケットアウト供給ライン（ロッド側給排ライン）
３１，４１ ブリードライン
６０ アーム操作弁
６１ アーム第１制御弁
６２ アーム第２制御弁
７ 逃しライン
７１ バケット制御弁
７５ 中継ライン
８ 規制装置
８１ 位置調整弁
８２ 電磁比例弁
９ 制御装置
９１ 負荷検出器
９２ 操作検出器
９３ 位置検出器
９４、９５ ストロークセンサ
９６ 掘削検出器

Claims (8)

1. アームまたはバケットである作動部を駆動するシリンダと、
   前記シリンダとヘッド側給排ラインおよびロッド側給排ラインにより接続された制御弁と、
   前記制御弁を介して前記シリンダへ作動油を供給する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力または前記ヘッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ供給される作動油の圧力を検出するための負荷検出器と、
   前記ロッド側給排ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、
   前記逃しラインを遮断または開放する規制装置と、
   前記ヘッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ作動油が供給される際に、前記負荷検出器で検出される圧力が所定値未満の場合は前記逃しラインを遮断し、前記負荷圧力検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合は前記逃しラインを開放するように、前記規制装置を制御する制御装置と、
   を備える、油圧ショベル駆動システム。
2. 前記規制装置は、前記逃しラインに設けられた、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させる位置調整弁と、前記位置調整弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁と、を含む、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
3. 前記制御弁へパイロット圧を出力する操作弁と、
   前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記負荷検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合に、前記操作検出器で検出されるパイロット圧に比例する電流を前記電磁比例弁へ送給する、請求項２に記載の油圧ショベル駆動システム。
4. 前記作動部の位置を検出するための位置検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席から遠い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に応じて前記逃しラインを遮断または開放するように前記規制装置を制御し、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席に近い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に拘らずに前記逃しラインを開放するように前記規制装置を制御する、請求項１または２に記載の油圧ショベル駆動システム。
5. 前記作動部の位置を検出するための位置検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席から遠い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に応じて前記逃しラインを遮断または開放するように前記規制装置を制御し、前記位置検出器の検出結果により前記作動部の重心が当該作動部の揺動中心を通る鉛直線よりも運転席に近い側にあると判定される場合には、前記負荷検出器で検出される圧力に拘らずに前記逃しラインを開放するように前記規制装置を制御する、請求項３に記載の油圧ショベル駆動システム。
6. 前記作動部はアームであり、前記シリンダはアームシリンダであり、
   バケットシリンダのヘッド側の圧力を検出するための掘削検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記位置検出器の検出結果によりアームの重心がアームの揺動中心を通る鉛直線よりも運転席に近い側にあると判定される場合において、前記掘削検出器で検出される圧力が閾値以上の場合には、前記負荷検出器で検出される圧力が前記所定値以上の場合に前記電磁比例弁へ送給される電流と同一の電流／パイロット圧関係線により定まる電流を前記電磁比例弁へ送給し、前記掘削検出器で検出される圧力が前記閾値未満の場合には、前記電流／パイロット圧関係線よりも傾きの小さな電流／パイロット圧関係線により定まる電流を前記電磁比例弁へ送給する、請求項５に記載の油圧ショベル駆動システム。
7. 前記位置調整弁は、中継ラインにより前記ヘッド側給排ラインと接続されており、前記ロッド側給排ラインを通じて前記シリンダへ作動油が供給される際に、前記中継ラインを前記逃しラインを通じてタンクへ連通させるように構成されている、請求項２〜６のいずれか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
8. 前記位置調整弁は、前記油圧ポンプから延びるブリードライン上に配置されている、請求項２〜７のいずれか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
   

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