建設機械の油圧駆動装置
【課題】圧力損失を低減できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる建設機械の油圧駆動装置を提供する。
【解決手段】油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給される複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する方向切換弁を備えたコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、ブーム下げ操作時に、油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けたブーム用方向切換弁と、ブームシリンダのボトム側油室の圧力を検出する圧力検出手段と、ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備えた。
【解決手段】油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給される複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する方向切換弁を備えたコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、ブーム下げ操作時に、油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けたブーム用方向切換弁と、ブームシリンダのボトム側油室の圧力を検出する圧力検出手段と、ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の油圧駆動装置に係り、更に詳しくは、建設機械に装設したブームの下げ動作時のエネルギー損失を改善するとともに、ブーム下げ動作による車体のジャッキアップも可能な建設機械の油圧駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械においては、土砂等の掘削、放土の作業時に、走行体上に装設した旋回体の旋回と旋回体に装設した多関節構造の作業機（フロント）を構成するブームの上げとを複合して動作させる複合操作、又は、旋回体の旋回とブームの下げとを複合して動作させる複合操作が、頻繁に行われている。
【０００３】
上述した複合操作における良好な操作性を確保するとともに、エネルギーロスを十分に低減し、簡素化した油圧回路を備える建設機械の油圧駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０６４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の建設機械の油圧駆動装置を構成する油圧回路は、エネルギーロスを十分に低減すると共に、簡素化した構成となっていて、旋回とブーム上げ、又は旋回とブーム下げなどの複合操作において、良好な操作性を確保することができる。しかし、以下の事項については、更なる改善が望まれている。
（１）ブーム下げ操作時において、ブームの空中移動時には、フロントの自重が作用するが、上述した従来の油圧回路は、ブーム下げ操作時には、フロントの自重に抗して油圧ポンプからの圧油を常時ブームシリンダのピストンロッド側油室に供給することになるので、油圧ポンプからブームシリンダまでの管路内での圧力損失によるエネルギー損失が発生する。
（２）また、シリンダ圧力が低いブーム下げ動作と、アームやバケットの動作との複合動作の際には、油圧ポンプから吐出される圧油がブームシリンダのロッド側油室に供給されるので、アームやバケットを駆動するためのシリンダへの圧油の供給量が、相対的に減少してしまい、エネルギー効率が悪いという不都合もある。
（３）更には、建設機械の稼働時に、建設機械を沼地から脱出させる場合や、急勾配を下がりながら走行する場合等の対応が可能なように、ブームシリンダのピストンロッド側油室に圧油を供給し、ブームを下げて、バケット先端を地上に押し付けて、車体の一部を浮き上がらせる（ジャッキアップ）動作を実現させるジャッキアップ力が要求されている。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、上述した従来の建設機械の油圧駆動装置における油圧回路の構成を踏襲しつつ、ブーム下げ動作、及びブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作時に生じる圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる建設機械の油圧駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に回動可能に接続されたブームを含む複数の被駆動部材を備えた建設機械に設けられ、少なくとも２つの油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給され対応する前記被駆動部材をそれぞれ駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する少なくとも１つの方向切換弁をそれぞれ備えた少なくとも２つのコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、ブーム下げ操作時に、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けた少なくとも１つのコントロールバルブグループのブーム用方向切換弁と、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御装置は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を閾値として記憶した記憶部と、前記圧力検出手段からの圧力値を取込み、この圧力値と前記記憶部に記憶した閾値とを比較し、前記圧力値が前記閾値以上の場合には、前記再生流量制御弁手段のみを制御し、前記圧力値が前記閾値未満の場合には、さらに前記メータイン回路を有効にするために前記ブーム用方向切換弁を切換え制御する演算部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ブーム用方向切換弁は、アームシリンダのボトム側油室に圧油を供給するように該ボトム側油室に接続可能なアームクラウド用切換位置をさらに備えたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁であることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記再生流量制御弁手段は、ブームシリンダのボトム側油室とロッド側油室とを接続する再生管路の圧油の流量を制御可能とする再生流量制御弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の建設機械の油圧駆動装置によれば、従来の建設機械の油圧駆動装置における同様な弁グループと、方向切換え弁との構成を踏襲して、ブーム下げ動作、及びブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作時に生じる圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる。この結果、建設機械の作業機の複合操作の良好性が更に向上し、建設機械の生産性を更に高めることができるとともに、建設機械を沼地から脱出させる場合や、急勾配を下がりながら走行する場合等の対応が可能となり、機能性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態が適用される油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。
【図３】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を構成する制御装置の制御機能を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を、図１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態が適用される油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を表す油圧回路図、図３は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を構成する制御装置の制御機能を示す機能ブロック図である。
【００１５】
図１において、建設機械である油圧ショベルとして、いわゆるローダタイプの大型油圧ショベルを示している。この油圧ショベルは、下部走行体５５と、この下部走行体５５の上部に旋回台軸受け５７を介して旋回可能に設けた上部旋回体５６と、この上部旋回体５６に俯仰動可能に連結された多関節型のフロント作業機５８とを備えている。多関節型のフロント作業機５８に備えられたバケット５２が接地状態で開口部が前方側へ向くように配置され、バケット開閉シリンダ４がバケット５２に図示するように装設されている。また、ブームシリンダ１、バケットシリンダ２、アームシリンダ３、及びバケット開閉シリンダ４がそれぞれ伸長（又は縮短）動作によりブーム上げ（又はブーム下げ）、アーム押し（又はアーム引き）、バケットクラウド（又はバケットダンプ）、バケット閉止（又はバケット開放）を行うようになっている。
【００１６】
次に、上述した油圧ショベルに適用する本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を示す油圧回路図を説明する。
図２において、この油圧駆動装置は、図示しないエンジンによって駆動される３つの油圧ポンプ８，９，１０と、これら油圧ポンプ８〜１０から吐出される圧油が供給され、ブーム５１、バケット５２、及びアーム５３をそれぞれ駆動するブームシリンダ１、バケットシリンダ２、アームシリンダ３を含む７個の油圧アクチュエータ１〜７と、油圧ポンプ８〜１０からそれぞれ油圧アクチュエータ１〜７に供給される圧油の方向及び流量を制御する１２個の方向切換弁１１−１〜１３−４とを有している。
【００１７】
油圧アクチュエータ１〜７は、上記ブームシリンダ１、バケットシリンダ２、及びアームシリンダ３のほかに、油圧ショベルの下部走行体５５を駆動する左右の走行モータ６，７と、下部走行体５５に対して上部旋回体５６を旋回させる旋回モータ５と、バケット５２を開閉動作させる開閉シリンダ４とを含んでいる。
【００１８】
方向切換弁１１−１〜１３−４は、いずれもセンタバイパス型の切換弁であり、第１弁グループ１１、第２弁グループ１２、及び第３弁グループ１３の３つの弁グループに分かれている。第１弁グループ１１は、油圧アクチュエータ１〜７のうち左走行モータ７にのみ接続される左走行用方向切換弁１１−１、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａとバケットシリンダ２のボトム側油室２Ａに接続されるブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉シリンダ４にのみ接続される開閉用方向切換弁１１−３、及びアームシリンダ３にのみ接続される第１アーム用方向切換弁１１−４から構成されている。第２弁グループ１２は、油圧アクチュエータ１〜７のうち右走行モータ６にのみ接続される右走行用方向切換弁１２−１、アームシリンダ３にのみ接続される第２アーム用方向切換弁１２−２、ブームシリンダ１にのみ接続される第１ブーム用方向切換弁１２−３、及びバケットシリンダ２にのみ接続される第２バケット用方向切換弁１２−４から構成されている。第３弁グループ１３は、油圧アクチュエータ１〜７のうち旋回モータ５にのみ接続される旋回用方向切換弁１３−１、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａにのみ接続される第２ブーム用方向切換弁１３−２、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂとアームシリンダ３のボトム側油室３Ａに接続されるブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３、及びバケットシリンダ２にのみ接続される第３バケット用方向切換弁１３−４から構成されている。
【００１９】
ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａと、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２とは、主油管１０１で接続されており、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂと、第１ブーム用方向切換弁１２−３，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３とは、主油管１０２で接続されている。また、バケットシリンダ２のボトム側油室２Ａと、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第２バケット用方向切換弁１２−４，第３バケット用方向切換弁１３−４とは、主油管２０１で接続されており、バケットシリンダ２のロッド側油室２Ｂと、第２バケット用方向切換弁１２−４，第３バケット用方向切換弁１３−４とは、主油管２０２で接続されている。さらに、アームシリンダ３のボトム側油室３Ａと、第１アーム用方向切換弁１１−４，第２アーム用方向切換弁１２−２，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３とは、主油管３０１で接続されており、アームシリンダ３のロッド側油室３Ｂと、第１アーム用方向切換弁１１−４，第２アーム用方向切換弁１２−２とは、主油管３０２で接続されている。また、バケット開閉シリンダ４のボトム側油室４Ａと、開閉用方向切換弁１１−３とは、主油管４０１で接続されており、バケット開閉シリンダ４のロッド側油室４Ｂと、開閉用方向切換弁１１−３とは、主油管４０２で接続されている。
【００２０】
油圧ポンプ８〜１０は、図示しないエンジンでそれぞれ駆動される可変容量型ポンプであり、第１弁グループ１１への圧油を吐出する第１油圧ポンプ８と、第２弁グループ１２への圧油を吐出する第２油圧ポンプ９と、第３弁グループ１３への圧油を吐出する第３油圧ポンプ１０とから構成されている。この第１弁グループ１１においては、左走行用切換弁１１−１が、他のブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉用方向切換弁１１−３、及び第１アーム用方向切換弁１１−４よりも優先的に第１油圧ポンプ８からの圧油を左走行用モータ７に供給するようにタンデムに接続されており、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉用方向切換弁１１−３、及び第１アーム用方向切換弁１１−４は互いにパラレルに接続されている。また、第２弁グループ１２においては、右走行用切換弁１２−１が、他の第２アーム用方向切換弁１２−２、第１ブーム用方向切換弁１２−３、及び第２バケット用方向切換弁１２−４よりも優先的に第２油圧ポンプ９からの圧油を右走行用モータ６に供給するようにタンデムに接続されており、第２アーム用方向切換弁１２−２、第１ブーム用方向切換弁１２−３、及び第２バケット用方向切換弁１２−４は互いにパラレルに接続されている。さらに、第３弁グループ１３においては、旋回用方向切換弁１３−１及び第２ブーム用方向切換弁１３−２は、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３及び第３バケット用方向切換弁１３−４よりも優先的に第３油圧ポンプ１０の圧油を旋回モータ５及びブームシリンダ１のボトム側油室に供給できるようにタンデムに接続されている。また、旋回用方向切換弁１３−１と第２ブーム用方向切換弁１３−２とは、互いにパラレルに接続されており、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３と第３バケット用方向切換弁１３−４も互いにパラレルに接続されている。
【００２１】
ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに接続された上記主管路１０１とロッド側油室１Ｂに接続された上記主管路１０２とが、再生管路１１０によって接続されており、この再生管路１１０に、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａからロッド側油室１Ｂへの圧油の流れを所望の絞り量に制御する可変絞り１１１を備えた、例えば電磁比例弁からなるブーム用再生流量制御弁１８が設けられている。このブーム用再生流量制御弁１８よりロッド側油室１Ｂ側には、ボトム側油室１Ａからロッド側油室１Ｂへの圧油の流れを許容すると共にその逆の流れを遮断する逆止弁１１２が設けられている。これにより、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油をロッド側油室１Ｂへ導くようになっている。また、このブーム用再生流量制御弁１８よりボトム側油室１Ａ側には、ボトム側油室１Ａにおける圧油の圧力を検出する圧力センサ１９が設けられている。この圧力センサ１９は検出した圧油の圧力信号を、上記油圧駆動装置の制御装置としてのコントローラ１５に出力する。
【００２２】
また、図２に示す油圧駆動装置はさらに、被駆動部材であるブーム５１、バケット５２、アーム５３、下部走行体５５、及び上部走行体５６の動作を指示するために油圧アクチュエータ１〜５のそれぞれに対応して設けられた操作手段として、ブーム用操作レバー装置１４を含む複数の操作レバー装置を備えている（但しブーム用操作レバー装置１４以外は図示省略）。ブーム用操作レバー装置１４は、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を操作信号としてコントローラ１５に出力する。
【００２３】
コントローラ１５は、このブーム用操作レバー装置１４からの操作信号を入力し、ブーム上げ用電磁比例弁１６，ブーム下げ用電磁比例弁１７，ブーム用再生流量制御弁１８，及びジャッキアップ用電磁比例弁２０に対して、後述する演算部で算出した電流信号を出力する。この電流信号が印加された電磁比例弁１６，１７，２０の一次ポート側は、詳細は図示しないが、油圧源、例えばパイロットポンプにそれぞれ接続されていて、２次ポート側に電流信号に比例したパイロット圧力を発生させることを可能にしている。このパイロット圧力が、パイロットライン１６０，１７０，２００を介して後述するそれぞれの切換弁をストロークさせる。また、電磁比例弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を調整する。
【００２４】
ブーム上げ用電磁比例弁１６の２次ポート側は、パイロットライン１６０を介して、対応するブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２の各駆動部１１−２ａ，１２−３ｂ，１３−２ａに接続されており、ブーム下げ用電磁比例弁１７の２次ポート側は、パイロットライン１７０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２の各駆動部１２−３ａ，１３−２ｂに接続されており、ジャッキアップ用電磁比例弁２０の２次ポート側は、パイロットライン２００を介して、対応するブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３の駆動部１３−３ｂに接続されている。これにより、操作レバー装置１４からの操作信号によって、対応する方向切換弁であるブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３が切り換えられ、第１〜３油圧ポンプ８〜１０からブームシリンダ１に供給される圧油の方向及び流量を制御するようになっている。
【００２５】
図３は、このコントローラ１５の制御機能を示す機能ブロック図であって、入力信号である操作レバー装置１４の操作信号、及び圧力センサ１９の圧力検出信号に対する、ブーム上げ用電磁比例弁１６，ブーム下げ用電磁比例弁１７，ブーム用再生流量制御弁１８，及びジャッキアップ用電磁比例弁２０への駆動信号の制御機能を示す。この図３において、コントローラ１５は、ブーム下げ用電磁比例弁１７とジャッキアップ用電磁比例弁２０の駆動信号演算器１５ｄと、ブーム用再生流量制御弁１８の駆動信号演算器１５ｅと、ブーム上げ用電磁比例弁１６の駆動信号演算器１５ｆと、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力Ｐｂと、ジャッキアップ動作時のブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力である圧力閾値Ｐｂｏとの大小比較判断を実施する比較判断部１５ｇと、比較判断部１５ｇの出力によって、駆動信号演算器１５ｄの出力Ｐｉ１７またはゼロ信号を出力する信号切換部１５ｈと、出力圧が急変しないように例えば１次遅れ要素からなるフィルタ部１５ｉとを備える演算部を有している。
【００２６】
また、コントローラ１５は、圧力センサ１９の出力電圧をブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力Ｐｂに変換する入力部１５ａと、ブーム用操作レバー装置１４の一方の出力電圧をブーム下げレバー操作量に変換する入力部１５ｂと、ブーム用操作レバー装置１４の他方の出力電圧をブーム上げレバー操作量に変換する入力部１５ｃとを備える入力変換部を有している。
【００２７】
更に、コントローラ１５は、フィルタ部１５ｉからの目標パイロット圧に応じてジャッキアップ用電磁比例弁２０を駆動する駆動部１５ｊと、駆動信号演算器１５ｄの出力である目標パイロット圧Ｐｉ１７に応じてブーム下げ用電磁比例弁１７を駆動する駆動部１５ｋと、駆動信号演算器１５ｅの出力である目標電流ｉ１８に応じてブーム用再生流量制御弁１８を駆動する駆動部１５ｍと、駆動信号演算器１５ｆの出力である目標パイロット圧Ｐｉ１６に応じてブーム上げ用電磁比例弁１６を駆動する駆動部１５ｎとを備える出力部を有している。
【００２８】
なお、各駆動信号演算器１５ｄ，１５ｅ，１５ｆにおけるレバー操作量に対する動作パターン（レバー操作量に対する目標パイロット圧Ｐｉ１７，Ｐｉ１６，ｉ１８を決めたもの）や、比較判断部１５ｇにおける圧力閾値Ｐｂｏは、図３中に示すようなテーブルとしてそれぞれコントローラ１５の記憶部に予め記憶されている。これらの動作テーブルは、対応するアクチュエータの特性に応じて操作量信号に対し操作者にとって最適なアクチュエータ動作特性となるように、操作量−駆動信号特性がそれぞれ設定されている。
【００２９】
すなわち、ブーム下げ用駆動信号演算器１５ｄは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム下げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム下げ用電磁比例弁１７，ジャッキアップ用電磁比例弁２０への制御信号である目標パイロット圧（各電磁比例弁への駆動信号）Ｐｉ１７を算出し出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７については、駆動部１５ｋを介して駆動信号が出力される。
【００３０】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０については、まず、演算部の比較判断部１５ｇにおいて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力値Ｐｂと、記憶部に記憶した圧力閾値Ｐｂｏとを比較し、圧力値Ｐｂが圧力閾値Ｐｂｏ未満の場合には、信号切換部１５ｈの出力Ｐｉ２０として上述した目標パイロット圧Ｐｉ１７の値が選択され、フィルタ部１５ｉ及び駆動部１５ｋを介して目標パイロット圧Ｐｉ１７の駆動信号が出力される。圧力値Ｐｂが圧力閾値Ｐｂｏ以上の場合には、信号切換部１５ｈの出力Ｐｉ２０としてゼロ信号が選択出力され、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は駆動しないため、２次ポート側のパイロット圧力は発生しない。
【００３１】
また、ブーム再生用駆動信号演算器１５ｅは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム下げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム用再生流量制御弁１８への制御信号である目標電流（電磁比例弁への駆動信号）ｉ１８を算出し、駆動部１５ｍを介して駆動信号が出力される。
【００３２】
さらに、ブーム上げ用駆動信号演算器１５ｆは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム上げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム上げ用電磁比例弁１６への制御信号である目標パイロット圧（電磁比例弁への駆動信号）Ｐｉ１６を算出し、駆動部１５ｎを介して駆動信号が出力される。
【００３３】
つまり、本実施の形態の大きな特徴として、コントローラ１５は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力を閾値Ｐｂｏとして記憶し、圧力センサ１９からの圧力値Ｐｂとを比較し、前記圧力値Ｐｂが前記閾値Ｐｂｏ以上の場合には、再生流量制御弁１８のみを制御し、前記圧力値Ｐｂが前記閾値Ｐｂｏ未満の場合には、さらにメータイン回路を有効にするためにジャッキアップ用電磁比例弁２０を制御して、ブーム用方向切換弁１３−３を切換え制御するように構成されている。
【００３４】
なお、図２に示す本実施の形態において、コントローラ１５の入出力については、説明の都合上ブームシリンダ１についてのみ表示し、他の油圧アクチュエータにおける操作レバー装置と電磁比例弁については記載を省略している。
【００３５】
次に、上記構成による本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の動作について、説明する。
【００３６】
（１）ブーム上げ動作
まず、ブーム上げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム上げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム上げ用電磁比例弁１６に出力する。ブーム上げ用電磁比例弁１６は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム上げ側のパイロットライン１６０に接続されたブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２の駆動部１１−２ａ，第１ブーム用方向切換弁１２−３の駆動部１２−３ｂ，及び第２ブーム用方向切換弁１３−２の駆動部１３−２ａに導かれてこれら方向切換弁１１−２，１２−３，１３−２をブーム上げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００３７】
そして、第１〜第３油圧ポンプ８〜１０の圧油がこれら３つの切換弁を介してブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに流入する。このときロッド側油室１Ｂからの戻り油は、この油室１Ｂに接続されている第１ブーム用方向切換弁１２−３の切換位置を介してタンクへ排出される。これによってブーム５１が上昇する。
【００３８】
（２）空中動作でのブーム下げ動作
次に、ブーム下げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム下げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８に出力する。電磁比例弁１７は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム下げ側のパイロットライン１７０に接続された第１ブーム用方向切換弁１２−３の駆動部１２−３ａ，及び第２ブーム用方向切換弁１３−２の駆動部１３−２ｂに導かれてこれら方向切換弁１２−３，１３−２をブーム下げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００３９】
この結果、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに封じ込められていた圧油は、第１ブーム用方向切換弁１２−３及び第２ブーム用方向切換弁１３−２を介してタンクに戻る。また、ブーム用再生流量制御弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を開き側に駆動する。このとき、ブーム５１の自重によってブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには保持圧力が発生していることから、上記ブーム用再生流量制御弁１８の可変絞り１１１が開くことによって、ボトム側油室１Ａからの圧油の流出流量の一部は、ブーム用再生流量制御弁１８及び逆止弁１１２を通ってロッド側油室１Ｂへ導入される（環流される）。
【００４０】
なお、上述したように、空中動作でのブーム下げ動作の場合、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには、保持圧力が発生している。コントローラ１５は、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ以上の場合には、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に電流を出力しない。よって、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３は中立のままとなり、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂには第３油圧ポンプ１０からの圧油は供給されない。
【００４１】
（３）ジャッキアップ動作
さらに、ブーム５１を下げ続け、例えば地面にバケット５２が接触するようになると、フロントアタッチメントに押し付け力が作用するようになる。このとき、ブームシリンダ１には引張力が作用するため、ボトム側油室１Ａの圧油の圧力は、低下する。つまり、上述したブーム下げ操作に加えて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧力を検出し、ジャッキアップであると判断した場合には、上述した（２）と異なる動作が行われる。具体的には、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ未満の場合であって、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーのブーム下げ電圧信号がコントローラ１５に入力された場合には、コントローラ１５は、電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８と共に、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８とは、上述した（２）と同じ動作が行われる。
【００４２】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ジャッキアップ側のパイロットライン２００に接続されたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３の駆動部１３−３ｂに導かれて、この方向切換弁１３−３をブーム（ジャッキアップ）側の切換位置に切り換える。そして、第３油圧ポンプ１０の圧油がこの切換弁を介してブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに流入する。この結果、ロッド側油室１Ｂの圧油の圧力が上昇し強い押し付け力が発生し、ジャッキアップ力が確保できる。
【００４３】
以上のように、押し付け力を必要としないブーム下げ動作においては、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給せず、ボトム側油室１Ａからの戻り油の再生のみで流量をまかない、ジャッキアップ時には、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給することによって強い押し付け力を確保することができる。
【００４４】
上述した本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、押し付け力を必要としないブーム下げ動作においては、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａからの戻り油の再生のみでブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂへの圧油の流量をまかない、ジャッキアップ時においては、油圧ポンプからの圧油をロッド側油室１Ｂに供給するようにしたので、管路内での圧力損失を減少でき、ジャッキアップ時には押し付け力を発生させることができる。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れ、建設機械の生産性と作業性を向上することができる。
【００４５】
また、シリンダ圧力が低いブーム下げ動作と、このブーム下げ動作よりシリンダ圧力が高いアームやバケットの動作との複合動作の際には、従来の回路では、シリンダ圧力が高い動作側に流量を分配するには、シリンダ圧力が低いブーム下げの切換弁のメータインを絞らなければならず、ここでもエネルギー損失が発生していた。本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、ブーム下げのメータインがあるのはブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３だけであり、この方向切換弁１３−３も、押し付け力を必要としない空中動作でのブーム下げ動作においては中立の位置にあって、切り換えを発生させていない。したがって、従来の回路のように、シリンダ圧力が高い動作側に流量を分配するためにブーム下げの方向切換弁のメータインを絞る必要が無くなり、メータイン絞りによるエネルギー損失は発生しない。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れる。
【００４６】
さらに、上述したような、ブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作の際、従来の回路では、ブーム下げ動作にも油圧ポンプからの流量が取られアームやバケットの他の動作の動作速度を低下させていた。本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、押し付け力を必要としないブーム下げ動作の場合には、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給しないので、他の動作の動作速度を、従来の回路の場合よりも速くすることができる。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れ、建設機械の生産性と作業性を向上することができる。
【００４７】
また、本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、単純な回路構成のコントロールバルブを多数用いて油圧回路を構成している大型の建設機械において、従来回路と同様のコントロールバルブと切換弁による簡便な回路構成で、圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態においては、ブームシリンダ１のピストンロッドの先端を上部旋回体５６に、ブームシリンダ１の基端部をブーム５１に連結した場合について説明したが、ブームシリンダ１のピストンロッドの先端をブーム５１に、ブームシリンダ１の基端部を上部旋回体５６に連結した場合にも、本発明を適用することができる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。なお、図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【００５０】
本実施形態は、図２に示した構造をバックホウタイプの油圧ショベルに設けられた２ポンプ方式の油圧駆動装置に応用した場合の実施形態であり、図４はその油圧駆動装置の構成を表す油圧回路図である。図４において、本実施形態の油圧駆動装置は、大ざっぱに言うと、図２の構造から第３油圧ポンプ１０とその周辺機器を取り去り、さらに２ポンプ方式であることに対応して方向切換弁の数を低減し第１及び第２弁グループ２１，２２に集約した構造となっている。
【００５１】
すなわち、第１弁グループ２１には４つの方向切換弁２１−１，２１−２，２１−３，２１−４が設けられている。これらのうち、左走行用方向切換弁２１−１及び第１アーム用方向切換弁２１−４については図２そのままの位置に残したものであり、第１バケット用方向切換弁２１−３及び第１ブーム用方向切換弁２１−２は図２の第２弁グループ１２にあったものを移設したものである。そして、左走行用方向切換弁２１−１は、他の方向切換弁２１−２，２１−３，２１−４よりも優先的に第１油圧ポンプ８の圧油を左走行モータ７に供給できるようにタンデムに接続されており、第１ブーム油方向切換弁２１−２，第１バケット用方向切換弁２１−３，第１アーム用方向切換弁２１−４は、互いにパラレルに接続されている。
【００５２】
また、一方、第２弁グループ２２には、５つの方向切換弁２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５が設けられている。これらのうち旋回用方向切換弁２２−１及び第２ブーム用方向切換弁２２−２については図２の第３弁グループ１３にあったものを移設したものであり、ブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３は新たに配置され、第２アーム用方向切換弁２２−４及び右走行用方向切換弁２２−５は図２の第２弁グループ１２の位置を変えたものである。
【００５３】
そして、旋回用方向切換弁２２−１及び第２ブーム用方向切換弁２２−２と、ブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３及び第２アーム用方向切換弁２２−４と、右走行用方向切換弁２２−５は、この順序で優先的に第１油圧ポンプ８の圧油を対応するアクチュエータに供給できるようにタンデムに接続されている。また、旋回用方向切換弁２２−１と第２ブーム用方向切換弁２２−２とは互いにパラレルに接続されており、同様にブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３と第２アーム用方向切換弁２２−４とは互いにパラレルに接続されている。
【００５４】
また、ブーム上げ用電磁比例弁１６の２次ポート側は、パイロットライン１６０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２の各駆動部２１−２ｂ，２２−２ａに接続されており、ブーム下げ用電磁比例弁１７の２次ポート側は、パイロットライン１７０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２の各駆動部２１−２ａ，２２−２ｂに接続されており、ジャッキアップ用電磁比例弁２０の２次ポート側は、パイロットライン２００を介して、対応するブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３の駆動部２２−３ｂに接続されている。
【００５５】
これにより、操作レバー装置１４からの操作信号によって、対応する方向切換弁である第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２，ブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３が切り換えられ、第１及び第２油圧ポンプ８，９からブームシリンダ１に供給される圧油の方向及び流量を制御するようになっている。その他の構造は、図２に示した油圧駆動装置とほぼ同様である。
【００５６】
次に、上記構成による本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の動作について、説明する。
【００５７】
（１）ブーム上げ動作
まず、ブーム上げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム上げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム上げ用電磁比例弁１６に出力する。ブーム上げ用電磁比例弁１６は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム上げ側のパイロットライン１６０に接続された第１ブーム用方向切換弁２１−２の駆動部２１−２ｂ，及び第２ブーム用方向切換弁２２−２の駆動部２２−２ａに導かれてこれら方向切換弁２１−２，２２−２をブーム上げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００５８】
そして、第１及び第２油圧ポンプ８，９の圧油がこれら２つの切換弁を介してブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに流入する。このときロッド側油室１Ｂからの戻り油は、この油室１Ｂに接続されている第１ブーム用方向切換弁２１−２の切換位置を介してタンクへ排出される。これによってブーム５１が上昇する。
【００５９】
（２）空中動作でのブーム下げ動作
次に、ブーム下げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム下げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８に出力する。電磁比例弁１７は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム下げ側のパイロットライン１７０に接続された第１ブーム用方向切換弁２１−２の駆動部２１−２ａ，及び第２ブーム用方向切換弁２２−２の駆動部２２−２ｂに導かれてこれら方向切換弁２１−２，２２−２をブーム下げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００６０】
この結果、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに封じ込められていた圧油は、第１ブーム用方向切換弁２１−２及び第２ブーム用方向切換弁２２−２を介してタンクに戻る。また、ブーム用再生流量制御弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を開き側に駆動する。このとき、ブーム５１の自重によってブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには保持圧力が発生していることから、上記ブーム用再生流量制御弁１８の可変絞り１１１が開くことによって、ボトム側油室１Ａからの圧油の流出流量の一部は、ブーム用再生流量制御弁１８及び逆止弁１１２を通ってロッド側油室１Ｂへ導入される（環流される）。
【００６１】
なお、上述したように、空中動作でのブーム下げ動作の場合、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには、保持圧力が発生している。コントローラ１５は、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ以上の場合には、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に電流を出力しない。よって、ブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３は中立のままとなり、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂには第２油圧ポンプ９からの圧油は供給されない。
【００６２】
（３）ジャッキアップ動作
さらに、ブーム５１を下げ続け、例えば地面にバケット５２が接触するようになると、フロントアタッチメントに押し付け力が作用するようになる。このとき、ブームシリンダ１には引張力が作用するため、ボトム側油室１Ａの圧油の圧力は、低下する。つまり、上述したブーム下げ操作に加えて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧力を検出し、ジャッキアップであると判断した場合には、上述した（２）と異なる動作が行われる。具体的には、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ未満の場合であって、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーのブーム下げ電圧信号がコントローラ１５に入力された場合には、コントローラ１５は、電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８と共に、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８とは、上述した（２）と同じ動作が行われる。
【００６３】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ジャッキアップ側のパイロットライン２００に接続されたブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３の駆動部２２−３ｂに導かれて、この方向切換弁２２−３をブーム（ジャッキアップ）側の切換位置に切り換える。そして、第２油圧ポンプ９の圧油がこの切換弁を介してブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに流入する。この結果、ロッド側油室１Ｂの圧油の圧力が上昇し強い押し付け力が発生し、ジャッキアップ力が確保できる。
【００６４】
上述した本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ ブームシリンダ
２ バケットシリンダ
３ アームシリンダ
４ 開閉シリンダ
５ 旋回モータ
６ 右走行モータ
７ 左走行モータ
８ 第１油圧ポンプ
９ 第２油圧ポンプ
１０ 第３油圧ポンプ
１１ 第１弁グループ
１２ 第２弁グループ
１３ 第３弁グループ
１４ ブーム用操作レバー装置
１５ コントローラ
１６ ブーム上げ用電磁比例弁
１７ ブーム下げ用電磁比例弁
１８ ブーム用再生流量制御弁
１９ 圧力センサ
２０ ジャッキアップ用電磁比例弁
５１ ブーム
５２ バスケット
５３ アーム
５５ 下部走行体
５６ 上部旋回体
５７ 旋回台軸受け
５８ フロント作業機
１０１ 主管路
１０２ 主管路
１１０ 再生管路
１１１ 可変絞り
１１２ 逆止弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の油圧駆動装置に係り、更に詳しくは、建設機械に装設したブームの下げ動作時のエネルギー損失を改善するとともに、ブーム下げ動作による車体のジャッキアップも可能な建設機械の油圧駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械においては、土砂等の掘削、放土の作業時に、走行体上に装設した旋回体の旋回と旋回体に装設した多関節構造の作業機（フロント）を構成するブームの上げとを複合して動作させる複合操作、又は、旋回体の旋回とブームの下げとを複合して動作させる複合操作が、頻繁に行われている。
【０００３】
上述した複合操作における良好な操作性を確保するとともに、エネルギーロスを十分に低減し、簡素化した油圧回路を備える建設機械の油圧駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０６４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の建設機械の油圧駆動装置を構成する油圧回路は、エネルギーロスを十分に低減すると共に、簡素化した構成となっていて、旋回とブーム上げ、又は旋回とブーム下げなどの複合操作において、良好な操作性を確保することができる。しかし、以下の事項については、更なる改善が望まれている。
（１）ブーム下げ操作時において、ブームの空中移動時には、フロントの自重が作用するが、上述した従来の油圧回路は、ブーム下げ操作時には、フロントの自重に抗して油圧ポンプからの圧油を常時ブームシリンダのピストンロッド側油室に供給することになるので、油圧ポンプからブームシリンダまでの管路内での圧力損失によるエネルギー損失が発生する。
（２）また、シリンダ圧力が低いブーム下げ動作と、アームやバケットの動作との複合動作の際には、油圧ポンプから吐出される圧油がブームシリンダのロッド側油室に供給されるので、アームやバケットを駆動するためのシリンダへの圧油の供給量が、相対的に減少してしまい、エネルギー効率が悪いという不都合もある。
（３）更には、建設機械の稼働時に、建設機械を沼地から脱出させる場合や、急勾配を下がりながら走行する場合等の対応が可能なように、ブームシリンダのピストンロッド側油室に圧油を供給し、ブームを下げて、バケット先端を地上に押し付けて、車体の一部を浮き上がらせる（ジャッキアップ）動作を実現させるジャッキアップ力が要求されている。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、上述した従来の建設機械の油圧駆動装置における油圧回路の構成を踏襲しつつ、ブーム下げ動作、及びブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作時に生じる圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる建設機械の油圧駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に回動可能に接続されたブームを含む複数の被駆動部材を備えた建設機械に設けられ、少なくとも２つの油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給され対応する前記被駆動部材をそれぞれ駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する少なくとも１つの方向切換弁をそれぞれ備えた少なくとも２つのコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、ブーム下げ操作時に、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けた少なくとも１つのコントロールバルブグループのブーム用方向切換弁と、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御装置は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を閾値として記憶した記憶部と、前記圧力検出手段からの圧力値を取込み、この圧力値と前記記憶部に記憶した閾値とを比較し、前記圧力値が前記閾値以上の場合には、前記再生流量制御弁手段のみを制御し、前記圧力値が前記閾値未満の場合には、さらに前記メータイン回路を有効にするために前記ブーム用方向切換弁を切換え制御する演算部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ブーム用方向切換弁は、アームシリンダのボトム側油室に圧油を供給するように該ボトム側油室に接続可能なアームクラウド用切換位置をさらに備えたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁であることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記再生流量制御弁手段は、ブームシリンダのボトム側油室とロッド側油室とを接続する再生管路の圧油の流量を制御可能とする再生流量制御弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の建設機械の油圧駆動装置によれば、従来の建設機械の油圧駆動装置における同様な弁グループと、方向切換え弁との構成を踏襲して、ブーム下げ動作、及びブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作時に生じる圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる。この結果、建設機械の作業機の複合操作の良好性が更に向上し、建設機械の生産性を更に高めることができるとともに、建設機械を沼地から脱出させる場合や、急勾配を下がりながら走行する場合等の対応が可能となり、機能性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態が適用される油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。
【図３】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を構成する制御装置の制御機能を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を、図１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態が適用される油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を表す油圧回路図、図３は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態を構成する制御装置の制御機能を示す機能ブロック図である。
【００１５】
図１において、建設機械である油圧ショベルとして、いわゆるローダタイプの大型油圧ショベルを示している。この油圧ショベルは、下部走行体５５と、この下部走行体５５の上部に旋回台軸受け５７を介して旋回可能に設けた上部旋回体５６と、この上部旋回体５６に俯仰動可能に連結された多関節型のフロント作業機５８とを備えている。多関節型のフロント作業機５８に備えられたバケット５２が接地状態で開口部が前方側へ向くように配置され、バケット開閉シリンダ４がバケット５２に図示するように装設されている。また、ブームシリンダ１、バケットシリンダ２、アームシリンダ３、及びバケット開閉シリンダ４がそれぞれ伸長（又は縮短）動作によりブーム上げ（又はブーム下げ）、アーム押し（又はアーム引き）、バケットクラウド（又はバケットダンプ）、バケット閉止（又はバケット開放）を行うようになっている。
【００１６】
次に、上述した油圧ショベルに適用する本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の構成を示す油圧回路図を説明する。
図２において、この油圧駆動装置は、図示しないエンジンによって駆動される３つの油圧ポンプ８，９，１０と、これら油圧ポンプ８〜１０から吐出される圧油が供給され、ブーム５１、バケット５２、及びアーム５３をそれぞれ駆動するブームシリンダ１、バケットシリンダ２、アームシリンダ３を含む７個の油圧アクチュエータ１〜７と、油圧ポンプ８〜１０からそれぞれ油圧アクチュエータ１〜７に供給される圧油の方向及び流量を制御する１２個の方向切換弁１１−１〜１３−４とを有している。
【００１７】
油圧アクチュエータ１〜７は、上記ブームシリンダ１、バケットシリンダ２、及びアームシリンダ３のほかに、油圧ショベルの下部走行体５５を駆動する左右の走行モータ６，７と、下部走行体５５に対して上部旋回体５６を旋回させる旋回モータ５と、バケット５２を開閉動作させる開閉シリンダ４とを含んでいる。
【００１８】
方向切換弁１１−１〜１３−４は、いずれもセンタバイパス型の切換弁であり、第１弁グループ１１、第２弁グループ１２、及び第３弁グループ１３の３つの弁グループに分かれている。第１弁グループ１１は、油圧アクチュエータ１〜７のうち左走行モータ７にのみ接続される左走行用方向切換弁１１−１、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａとバケットシリンダ２のボトム側油室２Ａに接続されるブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉シリンダ４にのみ接続される開閉用方向切換弁１１−３、及びアームシリンダ３にのみ接続される第１アーム用方向切換弁１１−４から構成されている。第２弁グループ１２は、油圧アクチュエータ１〜７のうち右走行モータ６にのみ接続される右走行用方向切換弁１２−１、アームシリンダ３にのみ接続される第２アーム用方向切換弁１２−２、ブームシリンダ１にのみ接続される第１ブーム用方向切換弁１２−３、及びバケットシリンダ２にのみ接続される第２バケット用方向切換弁１２−４から構成されている。第３弁グループ１３は、油圧アクチュエータ１〜７のうち旋回モータ５にのみ接続される旋回用方向切換弁１３−１、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａにのみ接続される第２ブーム用方向切換弁１３−２、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂとアームシリンダ３のボトム側油室３Ａに接続されるブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３、及びバケットシリンダ２にのみ接続される第３バケット用方向切換弁１３−４から構成されている。
【００１９】
ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａと、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２とは、主油管１０１で接続されており、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂと、第１ブーム用方向切換弁１２−３，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３とは、主油管１０２で接続されている。また、バケットシリンダ２のボトム側油室２Ａと、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第２バケット用方向切換弁１２−４，第３バケット用方向切換弁１３−４とは、主油管２０１で接続されており、バケットシリンダ２のロッド側油室２Ｂと、第２バケット用方向切換弁１２−４，第３バケット用方向切換弁１３−４とは、主油管２０２で接続されている。さらに、アームシリンダ３のボトム側油室３Ａと、第１アーム用方向切換弁１１−４，第２アーム用方向切換弁１２−２，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３とは、主油管３０１で接続されており、アームシリンダ３のロッド側油室３Ｂと、第１アーム用方向切換弁１１−４，第２アーム用方向切換弁１２−２とは、主油管３０２で接続されている。また、バケット開閉シリンダ４のボトム側油室４Ａと、開閉用方向切換弁１１−３とは、主油管４０１で接続されており、バケット開閉シリンダ４のロッド側油室４Ｂと、開閉用方向切換弁１１−３とは、主油管４０２で接続されている。
【００２０】
油圧ポンプ８〜１０は、図示しないエンジンでそれぞれ駆動される可変容量型ポンプであり、第１弁グループ１１への圧油を吐出する第１油圧ポンプ８と、第２弁グループ１２への圧油を吐出する第２油圧ポンプ９と、第３弁グループ１３への圧油を吐出する第３油圧ポンプ１０とから構成されている。この第１弁グループ１１においては、左走行用切換弁１１−１が、他のブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉用方向切換弁１１−３、及び第１アーム用方向切換弁１１−４よりも優先的に第１油圧ポンプ８からの圧油を左走行用モータ７に供給するようにタンデムに接続されており、ブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２、開閉用方向切換弁１１−３、及び第１アーム用方向切換弁１１−４は互いにパラレルに接続されている。また、第２弁グループ１２においては、右走行用切換弁１２−１が、他の第２アーム用方向切換弁１２−２、第１ブーム用方向切換弁１２−３、及び第２バケット用方向切換弁１２−４よりも優先的に第２油圧ポンプ９からの圧油を右走行用モータ６に供給するようにタンデムに接続されており、第２アーム用方向切換弁１２−２、第１ブーム用方向切換弁１２−３、及び第２バケット用方向切換弁１２−４は互いにパラレルに接続されている。さらに、第３弁グループ１３においては、旋回用方向切換弁１３−１及び第２ブーム用方向切換弁１３−２は、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３及び第３バケット用方向切換弁１３−４よりも優先的に第３油圧ポンプ１０の圧油を旋回モータ５及びブームシリンダ１のボトム側油室に供給できるようにタンデムに接続されている。また、旋回用方向切換弁１３−１と第２ブーム用方向切換弁１３−２とは、互いにパラレルに接続されており、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３と第３バケット用方向切換弁１３−４も互いにパラレルに接続されている。
【００２１】
ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに接続された上記主管路１０１とロッド側油室１Ｂに接続された上記主管路１０２とが、再生管路１１０によって接続されており、この再生管路１１０に、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａからロッド側油室１Ｂへの圧油の流れを所望の絞り量に制御する可変絞り１１１を備えた、例えば電磁比例弁からなるブーム用再生流量制御弁１８が設けられている。このブーム用再生流量制御弁１８よりロッド側油室１Ｂ側には、ボトム側油室１Ａからロッド側油室１Ｂへの圧油の流れを許容すると共にその逆の流れを遮断する逆止弁１１２が設けられている。これにより、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油をロッド側油室１Ｂへ導くようになっている。また、このブーム用再生流量制御弁１８よりボトム側油室１Ａ側には、ボトム側油室１Ａにおける圧油の圧力を検出する圧力センサ１９が設けられている。この圧力センサ１９は検出した圧油の圧力信号を、上記油圧駆動装置の制御装置としてのコントローラ１５に出力する。
【００２２】
また、図２に示す油圧駆動装置はさらに、被駆動部材であるブーム５１、バケット５２、アーム５３、下部走行体５５、及び上部走行体５６の動作を指示するために油圧アクチュエータ１〜５のそれぞれに対応して設けられた操作手段として、ブーム用操作レバー装置１４を含む複数の操作レバー装置を備えている（但しブーム用操作レバー装置１４以外は図示省略）。ブーム用操作レバー装置１４は、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を操作信号としてコントローラ１５に出力する。
【００２３】
コントローラ１５は、このブーム用操作レバー装置１４からの操作信号を入力し、ブーム上げ用電磁比例弁１６，ブーム下げ用電磁比例弁１７，ブーム用再生流量制御弁１８，及びジャッキアップ用電磁比例弁２０に対して、後述する演算部で算出した電流信号を出力する。この電流信号が印加された電磁比例弁１６，１７，２０の一次ポート側は、詳細は図示しないが、油圧源、例えばパイロットポンプにそれぞれ接続されていて、２次ポート側に電流信号に比例したパイロット圧力を発生させることを可能にしている。このパイロット圧力が、パイロットライン１６０，１７０，２００を介して後述するそれぞれの切換弁をストロークさせる。また、電磁比例弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を調整する。
【００２４】
ブーム上げ用電磁比例弁１６の２次ポート側は、パイロットライン１６０を介して、対応するブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２の各駆動部１１−２ａ，１２−３ｂ，１３−２ａに接続されており、ブーム下げ用電磁比例弁１７の２次ポート側は、パイロットライン１７０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２の各駆動部１２−３ａ，１３−２ｂに接続されており、ジャッキアップ用電磁比例弁２０の２次ポート側は、パイロットライン２００を介して、対応するブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３の駆動部１３−３ｂに接続されている。これにより、操作レバー装置１４からの操作信号によって、対応する方向切換弁であるブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２，第１ブーム用方向切換弁１２−３，第２ブーム用方向切換弁１３−２，ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３が切り換えられ、第１〜３油圧ポンプ８〜１０からブームシリンダ１に供給される圧油の方向及び流量を制御するようになっている。
【００２５】
図３は、このコントローラ１５の制御機能を示す機能ブロック図であって、入力信号である操作レバー装置１４の操作信号、及び圧力センサ１９の圧力検出信号に対する、ブーム上げ用電磁比例弁１６，ブーム下げ用電磁比例弁１７，ブーム用再生流量制御弁１８，及びジャッキアップ用電磁比例弁２０への駆動信号の制御機能を示す。この図３において、コントローラ１５は、ブーム下げ用電磁比例弁１７とジャッキアップ用電磁比例弁２０の駆動信号演算器１５ｄと、ブーム用再生流量制御弁１８の駆動信号演算器１５ｅと、ブーム上げ用電磁比例弁１６の駆動信号演算器１５ｆと、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力Ｐｂと、ジャッキアップ動作時のブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力である圧力閾値Ｐｂｏとの大小比較判断を実施する比較判断部１５ｇと、比較判断部１５ｇの出力によって、駆動信号演算器１５ｄの出力Ｐｉ１７またはゼロ信号を出力する信号切換部１５ｈと、出力圧が急変しないように例えば１次遅れ要素からなるフィルタ部１５ｉとを備える演算部を有している。
【００２６】
また、コントローラ１５は、圧力センサ１９の出力電圧をブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力Ｐｂに変換する入力部１５ａと、ブーム用操作レバー装置１４の一方の出力電圧をブーム下げレバー操作量に変換する入力部１５ｂと、ブーム用操作レバー装置１４の他方の出力電圧をブーム上げレバー操作量に変換する入力部１５ｃとを備える入力変換部を有している。
【００２７】
更に、コントローラ１５は、フィルタ部１５ｉからの目標パイロット圧に応じてジャッキアップ用電磁比例弁２０を駆動する駆動部１５ｊと、駆動信号演算器１５ｄの出力である目標パイロット圧Ｐｉ１７に応じてブーム下げ用電磁比例弁１７を駆動する駆動部１５ｋと、駆動信号演算器１５ｅの出力である目標電流ｉ１８に応じてブーム用再生流量制御弁１８を駆動する駆動部１５ｍと、駆動信号演算器１５ｆの出力である目標パイロット圧Ｐｉ１６に応じてブーム上げ用電磁比例弁１６を駆動する駆動部１５ｎとを備える出力部を有している。
【００２８】
なお、各駆動信号演算器１５ｄ，１５ｅ，１５ｆにおけるレバー操作量に対する動作パターン（レバー操作量に対する目標パイロット圧Ｐｉ１７，Ｐｉ１６，ｉ１８を決めたもの）や、比較判断部１５ｇにおける圧力閾値Ｐｂｏは、図３中に示すようなテーブルとしてそれぞれコントローラ１５の記憶部に予め記憶されている。これらの動作テーブルは、対応するアクチュエータの特性に応じて操作量信号に対し操作者にとって最適なアクチュエータ動作特性となるように、操作量−駆動信号特性がそれぞれ設定されている。
【００２９】
すなわち、ブーム下げ用駆動信号演算器１５ｄは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム下げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム下げ用電磁比例弁１７，ジャッキアップ用電磁比例弁２０への制御信号である目標パイロット圧（各電磁比例弁への駆動信号）Ｐｉ１７を算出し出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７については、駆動部１５ｋを介して駆動信号が出力される。
【００３０】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０については、まず、演算部の比較判断部１５ｇにおいて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力値Ｐｂと、記憶部に記憶した圧力閾値Ｐｂｏとを比較し、圧力値Ｐｂが圧力閾値Ｐｂｏ未満の場合には、信号切換部１５ｈの出力Ｐｉ２０として上述した目標パイロット圧Ｐｉ１７の値が選択され、フィルタ部１５ｉ及び駆動部１５ｋを介して目標パイロット圧Ｐｉ１７の駆動信号が出力される。圧力値Ｐｂが圧力閾値Ｐｂｏ以上の場合には、信号切換部１５ｈの出力Ｐｉ２０としてゼロ信号が選択出力され、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は駆動しないため、２次ポート側のパイロット圧力は発生しない。
【００３１】
また、ブーム再生用駆動信号演算器１５ｅは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム下げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム用再生流量制御弁１８への制御信号である目標電流（電磁比例弁への駆動信号）ｉ１８を算出し、駆動部１５ｍを介して駆動信号が出力される。
【００３２】
さらに、ブーム上げ用駆動信号演算器１５ｆは、ブーム用操作レバー装置１４からのブーム上げレバー操作量を入力し、図示テーブルに基づいてブーム上げ用電磁比例弁１６への制御信号である目標パイロット圧（電磁比例弁への駆動信号）Ｐｉ１６を算出し、駆動部１５ｎを介して駆動信号が出力される。
【００３３】
つまり、本実施の形態の大きな特徴として、コントローラ１５は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧油の圧力を閾値Ｐｂｏとして記憶し、圧力センサ１９からの圧力値Ｐｂとを比較し、前記圧力値Ｐｂが前記閾値Ｐｂｏ以上の場合には、再生流量制御弁１８のみを制御し、前記圧力値Ｐｂが前記閾値Ｐｂｏ未満の場合には、さらにメータイン回路を有効にするためにジャッキアップ用電磁比例弁２０を制御して、ブーム用方向切換弁１３−３を切換え制御するように構成されている。
【００３４】
なお、図２に示す本実施の形態において、コントローラ１５の入出力については、説明の都合上ブームシリンダ１についてのみ表示し、他の油圧アクチュエータにおける操作レバー装置と電磁比例弁については記載を省略している。
【００３５】
次に、上記構成による本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態の動作について、説明する。
【００３６】
（１）ブーム上げ動作
まず、ブーム上げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム上げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム上げ用電磁比例弁１６に出力する。ブーム上げ用電磁比例弁１６は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム上げ側のパイロットライン１６０に接続されたブーム上げ・バケットクラウド用方向切換弁１１−２の駆動部１１−２ａ，第１ブーム用方向切換弁１２−３の駆動部１２−３ｂ，及び第２ブーム用方向切換弁１３−２の駆動部１３−２ａに導かれてこれら方向切換弁１１−２，１２−３，１３−２をブーム上げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００３７】
そして、第１〜第３油圧ポンプ８〜１０の圧油がこれら３つの切換弁を介してブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに流入する。このときロッド側油室１Ｂからの戻り油は、この油室１Ｂに接続されている第１ブーム用方向切換弁１２−３の切換位置を介してタンクへ排出される。これによってブーム５１が上昇する。
【００３８】
（２）空中動作でのブーム下げ動作
次に、ブーム下げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム下げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８に出力する。電磁比例弁１７は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム下げ側のパイロットライン１７０に接続された第１ブーム用方向切換弁１２−３の駆動部１２−３ａ，及び第２ブーム用方向切換弁１３−２の駆動部１３−２ｂに導かれてこれら方向切換弁１２−３，１３−２をブーム下げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００３９】
この結果、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに封じ込められていた圧油は、第１ブーム用方向切換弁１２−３及び第２ブーム用方向切換弁１３−２を介してタンクに戻る。また、ブーム用再生流量制御弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を開き側に駆動する。このとき、ブーム５１の自重によってブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには保持圧力が発生していることから、上記ブーム用再生流量制御弁１８の可変絞り１１１が開くことによって、ボトム側油室１Ａからの圧油の流出流量の一部は、ブーム用再生流量制御弁１８及び逆止弁１１２を通ってロッド側油室１Ｂへ導入される（環流される）。
【００４０】
なお、上述したように、空中動作でのブーム下げ動作の場合、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには、保持圧力が発生している。コントローラ１５は、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ以上の場合には、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に電流を出力しない。よって、ブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３は中立のままとなり、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂには第３油圧ポンプ１０からの圧油は供給されない。
【００４１】
（３）ジャッキアップ動作
さらに、ブーム５１を下げ続け、例えば地面にバケット５２が接触するようになると、フロントアタッチメントに押し付け力が作用するようになる。このとき、ブームシリンダ１には引張力が作用するため、ボトム側油室１Ａの圧油の圧力は、低下する。つまり、上述したブーム下げ操作に加えて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧力を検出し、ジャッキアップであると判断した場合には、上述した（２）と異なる動作が行われる。具体的には、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ未満の場合であって、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーのブーム下げ電圧信号がコントローラ１５に入力された場合には、コントローラ１５は、電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８と共に、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８とは、上述した（２）と同じ動作が行われる。
【００４２】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ジャッキアップ側のパイロットライン２００に接続されたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３の駆動部１３−３ｂに導かれて、この方向切換弁１３−３をブーム（ジャッキアップ）側の切換位置に切り換える。そして、第３油圧ポンプ１０の圧油がこの切換弁を介してブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに流入する。この結果、ロッド側油室１Ｂの圧油の圧力が上昇し強い押し付け力が発生し、ジャッキアップ力が確保できる。
【００４３】
以上のように、押し付け力を必要としないブーム下げ動作においては、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給せず、ボトム側油室１Ａからの戻り油の再生のみで流量をまかない、ジャッキアップ時には、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給することによって強い押し付け力を確保することができる。
【００４４】
上述した本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、押し付け力を必要としないブーム下げ動作においては、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａからの戻り油の再生のみでブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂへの圧油の流量をまかない、ジャッキアップ時においては、油圧ポンプからの圧油をロッド側油室１Ｂに供給するようにしたので、管路内での圧力損失を減少でき、ジャッキアップ時には押し付け力を発生させることができる。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れ、建設機械の生産性と作業性を向上することができる。
【００４５】
また、シリンダ圧力が低いブーム下げ動作と、このブーム下げ動作よりシリンダ圧力が高いアームやバケットの動作との複合動作の際には、従来の回路では、シリンダ圧力が高い動作側に流量を分配するには、シリンダ圧力が低いブーム下げの切換弁のメータインを絞らなければならず、ここでもエネルギー損失が発生していた。本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、ブーム下げのメータインがあるのはブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁１３−３だけであり、この方向切換弁１３−３も、押し付け力を必要としない空中動作でのブーム下げ動作においては中立の位置にあって、切り換えを発生させていない。したがって、従来の回路のように、シリンダ圧力が高い動作側に流量を分配するためにブーム下げの方向切換弁のメータインを絞る必要が無くなり、メータイン絞りによるエネルギー損失は発生しない。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れる。
【００４６】
さらに、上述したような、ブーム下げ動作とアームやバケットの動作との複合動作の際、従来の回路では、ブーム下げ動作にも油圧ポンプからの流量が取られアームやバケットの他の動作の動作速度を低下させていた。本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、押し付け力を必要としないブーム下げ動作の場合には、油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに供給しないので、他の動作の動作速度を、従来の回路の場合よりも速くすることができる。この結果、油圧回路のエネルギー効率の向上が図れ、建設機械の生産性と作業性を向上することができる。
【００４７】
また、本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１の実施の形態によれば、単純な回路構成のコントロールバルブを多数用いて油圧回路を構成している大型の建設機械において、従来回路と同様のコントロールバルブと切換弁による簡便な回路構成で、圧力損失を低減しエネルギー効率を向上できると共に、車体のジャッキアップ力などの大きな押し付け力を発生させることができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態においては、ブームシリンダ１のピストンロッドの先端を上部旋回体５６に、ブームシリンダ１の基端部をブーム５１に連結した場合について説明したが、ブームシリンダ１のピストンロッドの先端をブーム５１に、ブームシリンダ１の基端部を上部旋回体５６に連結した場合にも、本発明を適用することができる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の構成を示す油圧回路図である。なお、図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【００５０】
本実施形態は、図２に示した構造をバックホウタイプの油圧ショベルに設けられた２ポンプ方式の油圧駆動装置に応用した場合の実施形態であり、図４はその油圧駆動装置の構成を表す油圧回路図である。図４において、本実施形態の油圧駆動装置は、大ざっぱに言うと、図２の構造から第３油圧ポンプ１０とその周辺機器を取り去り、さらに２ポンプ方式であることに対応して方向切換弁の数を低減し第１及び第２弁グループ２１，２２に集約した構造となっている。
【００５１】
すなわち、第１弁グループ２１には４つの方向切換弁２１−１，２１−２，２１−３，２１−４が設けられている。これらのうち、左走行用方向切換弁２１−１及び第１アーム用方向切換弁２１−４については図２そのままの位置に残したものであり、第１バケット用方向切換弁２１−３及び第１ブーム用方向切換弁２１−２は図２の第２弁グループ１２にあったものを移設したものである。そして、左走行用方向切換弁２１−１は、他の方向切換弁２１−２，２１−３，２１−４よりも優先的に第１油圧ポンプ８の圧油を左走行モータ７に供給できるようにタンデムに接続されており、第１ブーム油方向切換弁２１−２，第１バケット用方向切換弁２１−３，第１アーム用方向切換弁２１−４は、互いにパラレルに接続されている。
【００５２】
また、一方、第２弁グループ２２には、５つの方向切換弁２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５が設けられている。これらのうち旋回用方向切換弁２２−１及び第２ブーム用方向切換弁２２−２については図２の第３弁グループ１３にあったものを移設したものであり、ブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３は新たに配置され、第２アーム用方向切換弁２２−４及び右走行用方向切換弁２２−５は図２の第２弁グループ１２の位置を変えたものである。
【００５３】
そして、旋回用方向切換弁２２−１及び第２ブーム用方向切換弁２２−２と、ブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３及び第２アーム用方向切換弁２２−４と、右走行用方向切換弁２２−５は、この順序で優先的に第１油圧ポンプ８の圧油を対応するアクチュエータに供給できるようにタンデムに接続されている。また、旋回用方向切換弁２２−１と第２ブーム用方向切換弁２２−２とは互いにパラレルに接続されており、同様にブーム下げ・バケットクラウド方向切換弁２２−３と第２アーム用方向切換弁２２−４とは互いにパラレルに接続されている。
【００５４】
また、ブーム上げ用電磁比例弁１６の２次ポート側は、パイロットライン１６０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２の各駆動部２１−２ｂ，２２−２ａに接続されており、ブーム下げ用電磁比例弁１７の２次ポート側は、パイロットライン１７０を介して、対応する第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２の各駆動部２１−２ａ，２２−２ｂに接続されており、ジャッキアップ用電磁比例弁２０の２次ポート側は、パイロットライン２００を介して、対応するブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３の駆動部２２−３ｂに接続されている。
【００５５】
これにより、操作レバー装置１４からの操作信号によって、対応する方向切換弁である第１ブーム用方向切換弁２１−２，第２ブーム用方向切換弁２２−２，ブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３が切り換えられ、第１及び第２油圧ポンプ８，９からブームシリンダ１に供給される圧油の方向及び流量を制御するようになっている。その他の構造は、図２に示した油圧駆動装置とほぼ同様である。
【００５６】
次に、上記構成による本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態の動作について、説明する。
【００５７】
（１）ブーム上げ動作
まず、ブーム上げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム上げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム上げ用電磁比例弁１６に出力する。ブーム上げ用電磁比例弁１６は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム上げ側のパイロットライン１６０に接続された第１ブーム用方向切換弁２１−２の駆動部２１−２ｂ，及び第２ブーム用方向切換弁２２−２の駆動部２２−２ａに導かれてこれら方向切換弁２１−２，２２−２をブーム上げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００５８】
そして、第１及び第２油圧ポンプ８，９の圧油がこれら２つの切換弁を介してブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに流入する。このときロッド側油室１Ｂからの戻り油は、この油室１Ｂに接続されている第１ブーム用方向切換弁２１−２の切換位置を介してタンクへ排出される。これによってブーム５１が上昇する。
【００５９】
（２）空中動作でのブーム下げ動作
次に、ブーム下げ操作の場合は、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーをブーム下げ側に操作すると、レバー操作量に応じた電圧信号がコントローラ１５に入力される。コントローラ１５は電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８に出力する。電磁比例弁１７は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ブーム下げ側のパイロットライン１７０に接続された第１ブーム用方向切換弁２１−２の駆動部２１−２ａ，及び第２ブーム用方向切換弁２２−２の駆動部２２−２ｂに導かれてこれら方向切換弁２１−２，２２−２をブーム下げ側の切換位置にそれぞれ切り換える。
【００６０】
この結果、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａに封じ込められていた圧油は、第１ブーム用方向切換弁２１−２及び第２ブーム用方向切換弁２２−２を介してタンクに戻る。また、ブーム用再生流量制御弁１８は、電流に比例してストロークし、可変絞り１１１の絞り量を開き側に駆動する。このとき、ブーム５１の自重によってブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには保持圧力が発生していることから、上記ブーム用再生流量制御弁１８の可変絞り１１１が開くことによって、ボトム側油室１Ａからの圧油の流出流量の一部は、ブーム用再生流量制御弁１８及び逆止弁１１２を通ってロッド側油室１Ｂへ導入される（環流される）。
【００６１】
なお、上述したように、空中動作でのブーム下げ動作の場合、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａには、保持圧力が発生している。コントローラ１５は、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ以上の場合には、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に電流を出力しない。よって、ブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３は中立のままとなり、ブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂには第２油圧ポンプ９からの圧油は供給されない。
【００６２】
（３）ジャッキアップ動作
さらに、ブーム５１を下げ続け、例えば地面にバケット５２が接触するようになると、フロントアタッチメントに押し付け力が作用するようになる。このとき、ブームシリンダ１には引張力が作用するため、ボトム側油室１Ａの圧油の圧力は、低下する。つまり、上述したブーム下げ操作に加えて、ブームシリンダ１のボトム側油室１Ａの圧力を検出し、ジャッキアップであると判断した場合には、上述した（２）と異なる動作が行われる。具体的には、ボトム側油室１Ａの圧力を圧力センサ１９で検出し、検出圧力が所定の圧力Ｐｂｏ未満の場合であって、ブーム用操作レバー装置１４の操作レバーのブーム下げ電圧信号がコントローラ１５に入力された場合には、コントローラ１５は、電圧信号に応じた電流信号をブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８と共に、ジャッキアップ用電磁比例弁２０に出力する。ブーム下げ用電磁比例弁１７とブーム用再生流量制御弁１８とは、上述した（２）と同じ動作が行われる。
【００６３】
一方、ジャッキアップ用電磁比例弁２０は、電流に比例したパイロット圧力を発生させ、このパイロット圧力が、ジャッキアップ側のパイロットライン２００に接続されたブーム下げ・バケットクラウド用方向切換弁２２−３の駆動部２２−３ｂに導かれて、この方向切換弁２２−３をブーム（ジャッキアップ）側の切換位置に切り換える。そして、第２油圧ポンプ９の圧油がこの切換弁を介してブームシリンダ１のロッド側油室１Ｂに流入する。この結果、ロッド側油室１Ｂの圧油の圧力が上昇し強い押し付け力が発生し、ジャッキアップ力が確保できる。
【００６４】
上述した本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ ブームシリンダ
２ バケットシリンダ
３ アームシリンダ
４ 開閉シリンダ
５ 旋回モータ
６ 右走行モータ
７ 左走行モータ
８ 第１油圧ポンプ
９ 第２油圧ポンプ
１０ 第３油圧ポンプ
１１ 第１弁グループ
１２ 第２弁グループ
１３ 第３弁グループ
１４ ブーム用操作レバー装置
１５ コントローラ
１６ ブーム上げ用電磁比例弁
１７ ブーム下げ用電磁比例弁
１８ ブーム用再生流量制御弁
１９ 圧力センサ
２０ ジャッキアップ用電磁比例弁
５１ ブーム
５２ バスケット
５３ アーム
５５ 下部走行体
５６ 上部旋回体
５７ 旋回台軸受け
５８ フロント作業機
１０１ 主管路
１０２ 主管路
１１０ 再生管路
１１１ 可変絞り
１１２ 逆止弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に回動可能に接続されたブームを含む複数の被駆動部材を備えた建設機械に設けられ、少なくとも２つの油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給され対応する前記被駆動部材をそれぞれ駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する少なくとも１つの方向切換弁をそれぞれ備えた少なくとも２つのコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、
前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、
ブーム下げ操作時に、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けた少なくとも１つのコントロールバルブグループのブーム用方向切換弁と、
前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記制御装置は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を閾値として記憶した記憶部と、前記圧力検出手段からの圧力値を取込み、この圧力値と前記記憶部に記憶した閾値とを比較し、前記圧力値が前記閾値以上の場合には、前記再生流量制御弁手段のみを制御し、前記圧力値が前記閾値未満の場合には、さらに前記メータイン回路を有効にするために前記ブーム用方向切換弁を切換え制御する演算部とを備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記ブーム用方向切換弁は、アームシリンダのボトム側油室に圧油を供給するように該ボトム側油室に接続可能なアームクラウド用切換位置をさらに備えたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁である
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記再生流量制御弁手段は、ブームシリンダのボトム側油室とロッド側油室とを接続する再生管路の圧油の流量を制御可能とする再生流量制御弁である
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項１】
下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に回動可能に接続されたブームを含む複数の被駆動部材を備えた建設機械に設けられ、少なくとも２つの油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油が供給され対応する前記被駆動部材をそれぞれ駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する少なくとも１つの方向切換弁をそれぞれ備えた少なくとも２つのコントロールバルブグループとを有する建設機械の油圧駆動装置において、
前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油をロッド側油室へ導く再生流量制御弁手段と、
ブーム下げ操作時に、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのロッド側油室への圧油流量を制御するメータイン回路を設けた少なくとも１つのコントロールバルブグループのブーム用方向切換弁と、
前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ブーム用方向切換弁と前記再生流量制御弁手段とを制御する制御装置とを備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記制御装置は、ジャッキアップ動作時の前記ブームシリンダのボトム側油室の圧油の圧力を閾値として記憶した記憶部と、前記圧力検出手段からの圧力値を取込み、この圧力値と前記記憶部に記憶した閾値とを比較し、前記圧力値が前記閾値以上の場合には、前記再生流量制御弁手段のみを制御し、前記圧力値が前記閾値未満の場合には、さらに前記メータイン回路を有効にするために前記ブーム用方向切換弁を切換え制御する演算部とを備える
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記ブーム用方向切換弁は、アームシリンダのボトム側油室に圧油を供給するように該ボトム側油室に接続可能なアームクラウド用切換位置をさらに備えたブーム下げ・アームクラウド用方向切換弁である
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記再生流量制御弁手段は、ブームシリンダのボトム側油室とロッド側油室とを接続する再生管路の圧油の流量を制御可能とする再生流量制御弁である
ことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２７５８１８（Ｐ２０１０−２７５８１８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１３２４（Ｐ２００９−１３１３２４）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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