特許 6814309 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6814309

(24)【登録日】2020年12月22日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/02 20060101AFI20201228BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/02 M

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-566016(P2019-566016)

(86)(22)【出願日】2018年1月16日

(86)【国際出願番号】JP2018001062

(87)【国際公開番号】WO2019142244

(87)【国際公開日】20190725

【審査請求日】2019年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏政

(72)【発明者】

【氏名】▲杉▼木 昭平

(72)【発明者】

【氏名】平工 賢二

(72)【発明者】

【氏名】清水 自由理

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 哲平

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０７６７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１５１４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００−１１／２２；２１／１４

Ｅ０２Ｆ ３／４２− ３／４３； ３／８４− ３／８５； ９／２０− ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャップ室およびロッド室を有する片ロッド式の油圧シリンダと、
両傾転可変容量ポンプである第１油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプの一方の吐出ポートと前記キャップ室とを接続するキャップ側油路と、
前記第１油圧ポンプの他方の吐出ポートと前記ロッド室とを接続するロッド側油路と、
油タンクと、
前記キャップ側油路および前記ロッド側油路のいずれか低圧側の余剰油を前記油タンクに排出するフラッシング弁と、
片傾転可変容量ポンプである第２油圧ポンプと、
前記第２油圧ポンプの吐出ポートと前記ロッド室とを連通または遮断するロッド側切換弁と、
前記油圧シリンダの動作を指示するための操作レバーと、
前記キャップ室の圧力を検出するキャップ圧力検出装置と、
前記ロッド室の圧力を検出するロッド圧力検出装置と、
前記操作レバー、前記キャップ圧力検出装置、および前記ロッド圧力検出装置からの入力に基づき、前記第１油圧ポンプ、前記第２油圧ポンプ、および前記ロッド側切換弁を制御するコントローラとを備えた建設機械において、
前記コントローラは、前記操作レバーを介して前記油圧シリンダの縮み動作が指示された場合に、前記ロッド室の圧力から前記キャップ室の圧力を引いた差圧が、前記フラッシング弁の切換設定圧以上に設定された第１閾値以下のときは、前記ロッド側切換弁を閉じて前記第２油圧ポンプから前記ロッド室に圧油を供給するロッドアシスト動作を不能とし、前記差圧が前記第１閾値よりも大きいときは、前記ロッド側切換弁を開いて前記ロッドアシスト動作を可能とする
ことを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記操作レバー、前記ロッド圧力検出装置、および前記キャップ圧力検出装置からの入力に基づき、前記第１および第２油圧ポンプの吐出流量指令、ならびに前記ロッド側切換弁の開閉指令を生成するバルブ・ポンプ指令生成部と、
前記操作レバーを介して前記油圧シリンダの縮み動作が指示された場合に、前記差圧が前記第１閾値以下のときに前記ロッドアシスト動作が可能と判定し、前記差圧が前記第１閾値よりも大きいときに前記ロッドアシスト動作が不能と判定するロッドアシスト可否判定部と、
前記ロッドアシスト可否判定部が前記ロッドアシスト動作が可能と判定した場合に、前記バルブ・ポンプ指令生成部が生成した前記ロッド側切換弁の開閉指令を開指令に補正し、前記ロッドアシスト可否判定部が前記ロッドアシスト動作が不能と判定した場合に、前記ロッド側切換弁の開閉指令を閉指令に補正するバルブ・ポンプ指令補正部とを有する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項２に記載の建設機械において、
前記コントローラは、更に、
前記ロッドアシスト可否判定部が前記ロッドアシスト動作が可能と判定し、かつ前記第１油圧ポンプの吐出流量指令および前記第２油圧ポンプの吐出流量指令に基づく前記フラッシング弁の通過予定流量が、前記差圧に応じた前記フラッシング弁の通過可能流量よりも大きい場合に、前記通過予定流量が前記通過可能流量以下となるような前記第２油圧ポンプの吐出流量を演算するロッドアシスト流量制限部を有し、
前記バルブ・ポンプ指令補正部は、前記ロッドアシスト流量制限部が演算した前記第２油圧ポンプの吐出流量に応じて、前記バルブ・ポンプ指令生成部が生成した前記第２油圧ポンプの吐出流量指令を補正する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項4】

請求項２に記載の建設機械において、
前記第２油圧ポンプの吐出ポートと前記キャップ室とを連通または遮断するキャップ側切換弁と、
前記第２油圧ポンプの吐出ポートと前記油タンクとを接続する排出油路に設けられ、開口面積を連続的に調整可能な比例弁とを更に備え、
前記バルブ・ポンプ指令補正部は、前記ロッドアシスト可否判定部が前記ロッドアシスト動作が不能と判定した場合に、前記バルブ・ポンプ指令生成部が生成した前記キャップ側切換弁の開閉指令を開指令に補正し、前記キャップ室から前記油タンクへの油の排出を可能とする
ことを特徴とする建設機械。

【請求項5】

請求項４に記載の建設機械において、
前記コントローラは、更に、
前記ロッドアシスト可否判定部が前記ロッドアシスト動作が可能と判定し、かつ前記キャップ室の圧力が所定の第２閾値よりも小さい場合に、前記キャップ室の圧力が前記第２閾値以上となるような前記比例弁の開口面積を演算する比例弁開口制限部を有し、
前記バルブ・ポンプ指令補正部は、前記比例弁開口制限部が演算した前記比例弁の開口面積に応じて、前記比例弁の開口指令を補正する
ことを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ポンプで油圧アクチュエータを直接駆動する油圧閉回路を備えた建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、省エネ化が重要な開発項目になっている。建設機械の省エネ化には、油圧システムの省エネ化が有効である。そこで、両傾転型の油圧ポンプと油圧アクチュエータとを絞り弁を介さず接続し、油圧ポンプで油圧アクチュエータを直接駆動する油圧回路（以下「油圧閉回路」という。）の適用が検討されている。油圧閉回路では、絞り弁による圧損がなく、また、油圧アクチュエータが必要とする流量のみを油圧ポンプが吐出するため、分流による流量損失がない。そのため、油圧閉回路を適用した油圧システムでは、従来の油圧システムよりも省エネ化が可能となる。

【0003】

油圧閉回路を開示するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、流体圧アクチュエータ（以下、片ロッド式油圧シリンダ）と両傾転型可変容量ポンプ（以下、開回路ポンプ）とを直接接続し、さらに、片傾転可変容量ポンプ（以下、閉回路ポンプ）の圧油を片ロッド式油圧シリンダのボトム室（以下、キャップ室）またはロッド室に供給可能とした作業機械の駆動装置が開示されている。この油圧閉回路は、閉回路ポンプと片ロッド式油圧シリンダとを接続する２つの油路（以下、キャップ側油路およびロッド側油路）の低圧側を油タンクに連通し、キャップ側油路とロッド側油路の流量差を吸収するためのフラッシングバルブ（以下、フラッシング弁）を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−７６７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の作業機械の駆動装置によれば、開回路ポンプの圧油を片ロッド式油圧シリンダのロッド室に供給すること（ロッドアシスト動作）により、シリンダ縮み動作を増速することができる。

【0006】

しかしながら、ロッドアシスト動作を開始するタイミングによっては、キャップ側油路がフラッシング弁を介して油タンクに連通しておらず、キャップ側油路の余剰油をフラッシング弁を介して油タンクに戻すことができない。その結果、キャップ室の圧力（背圧）が過度に上昇し、シリンダ縮み動作を安定的に増速できないおそれがある。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、両傾転可変容量ポンプで片ロッド式油圧シリンダを直接駆動する油圧閉回路を備え、片ロッド式油圧シリンダの縮み動作を安定的に増速できる建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、キャップ室およびロッド室を有する片ロッド式の油圧シリンダと、両傾転可変容量ポンプである第１油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの一方の吐出ポートと前記キャップ室とを接続するキャップ側油路と、前記第１油圧ポンプの他方の吐出ポートと前記ロッド室とを接続するロッド側油路と、油タンクと、前記キャップ側油路および前記ロッド側油路のいずれか低圧側の余剰油を前記油タンクに排出するフラッシング弁と、片傾転可変容量ポンプである第２油圧ポンプと、前記第２油圧ポンプの吐出ポートと前記ロッド室とを連通または遮断するロッド側切換弁と、前記油圧シリンダの動作を指示するための操作レバーと、前記キャップ室の圧力を検出するキャップ圧力検出装置と、前記ロッド室の圧力を検出するロッド圧力検出装置と、前記操作レバー、前記キャップ圧力検出装置、および前記ロッド圧力検出装置からの入力に基づき、前記第１油圧ポンプ、第２油圧ポンプ、および前記ロッド側切換弁を制御するコントローラとを備えた建設機械において、前記コントローラは、前記操作レバーを介して前記油圧シリンダの縮み動作が指示された場合に、前記ロッド室の圧力から前記キャップ室の圧力を引いた差圧が、前記フラッシング弁の切換設定圧以上に設定された第１閾値以下のときは、前記ロッド側切換弁を閉じて前記第２油圧ポンプから前記ロッド室に圧油を供給するロッドアシスト動作を不能とし、前記差圧が前記第１閾値よりも大きいときは、前記ロッド側切換弁を開いて前記ロッドアシスト動作を可能とするものとする。

【0009】

以上のように構成した本発明によれば、片ロッド式油圧シリンダが縮み方向に操作された場合に、片ロッド式油圧シリンダのキャップ室がフラッシング弁を介して油タンクに連通していない場合にロッドアシスト動作が不能となり、キャップ室がフラッシング弁を介して油タンクに連通している場合にロッドアシスト動作が可能となる。これにより、ロッドアシスト動作を開始した直後からキャップ室の排出流量の一部がフラッシング弁を介して油タンクに戻されるため、キャップ圧の上昇が抑制される。その結果、片ロッド式油圧シリンダの縮み動作を安定的に増速することが可能となる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、両傾転可変容量ポンプで片ロッド式油圧シリンダを直接駆動する油圧閉回路を備えた建設機械において、片ロッド式油圧シリンダの縮み動作を安定的に増速することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルの側面図である。

【図2】図１に示す油圧ショベルに搭載された駆動装置の待機状態を示す図である。

【図3】図２に示すコントローラの機能ブロック図である。

【図4】図２に示すコントローラの一制御周期における処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】図２に示す駆動装置のロッドアシスト動作を行っていないときの状態を示す図である。

【図6】図３に示すロッドアシスト可否判定部の演算例を示す図である。

【図7】図２に示す駆動装置のロッドアシスト動作を行っているときの状態を示す図である。

【図8】図３に示すロッドアシスト流量制限部の演算例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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

【0013】

図１は、本実施の形態に係る油圧ショベルの側面図である。

【0014】

図１に示すように、油圧ショベル１００は、下部走行体１Ｃと、この下部走行体１Ｃ上に旋回可能に搭載された上部旋回体１Ｂと、この上部旋回体１Ｂの前側に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント装置１Ａとを備えている。下部走行体１Ｃは図示しない走行モータによって走行駆動され、上部旋回体１Ｂは図示しない旋回モータによって旋回駆動される。

【0015】

フロント装置１Ａは、基端部が上部旋回体１Ｂの前部に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム１と、このブーム１の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたアーム２と、このアーム２の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたバケット３、ブーム１を駆動する片ロッド式油圧シリンダ（以下「ブームシリンダ」という。）４と、アーム２を駆動する片ロッド式油圧シリンダ（以下「アームシリンダ」という。）５と、バケット３を駆動する片ロッド式油圧シリンダ（以下「バケットシリンダ」という。）６とを備えている。油圧ショベル１００のキャブ内には、油圧シリンダ４〜７の動作を指示するための操作レバー３０（図２に示す）が設置されている。

【実施例1】

【0016】

本発明の第１の実施例について図２〜図８を用いて説明する。

【0017】

図２は、図１に示す油圧ショベルに搭載された駆動装置の待機状態を示す図である。なお、図２では、図１に示すブームシリンダ４、アームシリンダ５、およびバケットシリンダ６を油圧シリンダ１０で代表して示している。

【0018】

図２に示すように、駆動装置２００は、閉回路ポンプ（第１油圧ポンプ）７と、開回路ポンプ（第２油圧ポンプ）８と、チャージポンプ９と、油圧シリンダ１０と、油タンク１１と、キャップ側切換弁１２ａと、ロッド側切換弁１２ｂと、比例弁１３と、フラッシング弁１４と、操作レバー３０と、コントローラ２０とを備えている。

【0019】

両傾転可変容量ポンプである閉回路ポンプ７、片傾転可変容量ポンプである開回路ポンプ８、および片傾転固定容量ポンプであるチャージポンプ９は図示しない原動機により駆動される。

【0020】

閉回路ポンプ７の一方の吐出ポートは、キャップ側油路１７ａを介して油圧シリンダ１０のキャップ室１０ａに接続され、他方の吐出ポートは、ロッド側油路１７ｂを介して油圧シリンダ１０のロッド室１０ｂに接続されている。閉回路ポンプ７は、アームシリンダ５のキャップ室１０ａまたはロッド室１０ｂの一方から油を吸い込み他方に吐出することにより、油圧シリンダ１０を直接駆動する。すなわち、閉回路ポンプ７、油圧シリンダ１０、キャップ側油路１７ａ、およびロッド側油路１７ｂは、閉回路を構成している。キャップ側油路１７ａにはキャップ室１０ａの圧力（キャップ圧）を検出するキャップ側圧力センサ（キャップ圧力検出装置）１８ａが設けられ、ロッド側油路１７ｂにはロッド室１０ｂの圧力（キャップ圧）を検出するロッド側圧力センサ（ロッド圧力検出装置）１８ｂが設けられている。

【0021】

開回路ポンプ８の吐出ポートは、キャップ側切換弁１２ａを介してキャップ側油路１７ａに接続され、ロッド側切換弁１２ｂを介してロッド側油路１７ｂに接続されている。キャップ側切換弁１２ａがオンオフ動作することにより、開回路ポンプ８の吐出ポートとキャップ室１０ａとが連通または遮断され、ロッド側切換弁１２ｂがオンオフ動作することにより、開回路ポンプ８の吐出ポートとロッド室１０ｂとが連通または遮断される。開回路ポンプ８は、油タンク１１から油を吸い込み、切換弁１２ａ，１２ｂを介してアームシリンダ５のキャップ室１０ａまたはロッド室１０ｂに圧油を供給する。

【0022】

比例弁１３は、開回路ポンプ８の吐出流路から分岐して油タンク１１に連通する排出流路１９に設けられている。比例弁１３は開回路ポンプ８を使用しないときに開口し、開回路ポンプ８の吐出流量を油タンク１１に戻す。また、比例弁１３は操作レバー３０の操作量に応じて開口面積を連続的に変化させ、キャップ室１０ａから油タンク１１に排出される流量を調整することにより、シリンダ縮み動作を増速する。チャージポンプ９は油タンク１１から油を吸い込み、チェック弁１５ａ，１５ｂを介して回路に油を補充する。フラッシング弁１４は、キャップ側油路１７ａおよび前記ロッド側油路１７ｂのいずれか低圧側の余剰油を油タンク１１に排出する。メインリリーフ弁１６ａ，１６ｂは回路の最大圧力を設定し、チャージリリーフ弁１６ｃはチャージポンプ９の最大圧力を設定する。

【0023】

コントローラ２０は、操作レバー３０の操作量や圧力センサ１８ａ，１８ｂの圧力情報などに基づき、閉回路ポンプ７の吐出方向、閉回路ポンプ７および開回路ポンプ８の吐出流量指令、切換弁１２ａ，１２ｂの開閉指令、および比例弁１３の開口指令を演算し、出力する。

【0024】

図２に示す通り、待機状態において切換弁１２ａは閉位置にあり、キャップ室１０ａの圧力を保持する。また、比例弁１３は開位置にあり、開回路ポンプ８の待機流量を油タンク１１に逃がして圧力の上昇を防止する。

【0025】

次にアーム動作について説明する。

【0026】

油圧シリンダ１０の伸長動作においては、閉回路ポンプ７が油をロッド側油路１７ｂから吸い込み、キャップ側油路１７ａへ吐出する。また、切換弁１２ａを開位置とし、比例弁１３を閉位置とする。そして、開回路ポンプ８には閉回路ポンプ７の吐出流量およびシリンダの受圧面積差によって生じるキャップ室１０ａの不足分の油を補う流量指令がなされる。これによりシリンダ伸長動作の増速ができるとともに、回路の流量収支をとることができる。

【0027】

油圧シリンダ１０の縮み動作においては、閉回路ポンプ７が油をキャップ側油路１７ａから吸い込み、ロッド側油路１７ｂへ吐出する。また、切換弁１２ａを開位置とし、比例弁１３を操作レバー３０の操作量に応じて開き、キャップ室１０ａから排出される余剰流量を比例弁１３から排出する。これによりシリンダ縮み動作の増速ができるとともに、回路の流量収支をとることができる。

【0028】

図３はコントローラ２０の機能ブロック図であり、図４はコントローラの一制御周期における処理の流れを示すフローチャートである。

【0029】

図３に示すように、コントローラ２０は、バルブ・ポンプ指令生成部２１と、ロッドアシスト可否判定部２２と、比例弁開口制限部２３と、ロッドアシスト流量制限部２４と、バルブ・ポンプ指令補正部２５とを備えている。コントローラ２０は、図示しない演算装置としてのＣＰＵ、記憶装置としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、その他周辺回路で構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、各部の機能を実現する。

【0030】

図４の処理Ｆ１において、バルブ・ポンプ指令生成部２１は操作レバー３０の操作量および圧力センサ１８ａ，１８ｂの圧力情報に応じたバルブ指令およびポンプ指令を生成する。次の処理Ｆ２では、シリンダ動作方向が縮み方向か否か判定する。縮み方向である場合、処理Ｆ３に進み、そうでない場合はフローを終了する。処理Ｆ３では、ロッドアシスト可否判定部２２が、開回路ポンプ８がロッド室１０ｂに接続してダンプ動作を増速するロッドアシスト動作を開始するか否かの判定を行う。判定にはシリンダの圧力情報を用いる。ロッド室１０ｂの圧力からキャップ室１０ａの圧力を引いた差圧が所定の閾値（第１閾値）αよりも大きければ開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続してもよいと判定し処理Ｆ４に進み、そうでない場合は処理Ｆ７に進む。ここで、閾値αはフラッシング弁１４の切換設定圧βよりも大きい値に設定されている。

【0031】

ロッドアシスト動作をする場合の処理Ｆ４では、開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続するための指令を生成する。続く処理Ｆ５では、ロッドアシスト流量制限部２４が、開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続することにより増大するロッド圧の上昇を抑制するために、フラッシング弁１４の通過流量を抑制するための演算を行う。具体的には、ポンプ流量指令から演算したフラッシング弁１４の通過予定流量値が、予め設定された通過可能流量値よりも大きいか否か判定する。大きい場合は処理Ｆ６に進み、開回路ポンプ８の流量指令を制限する。バルブ・ポンプ指令補正部２５は、ロッドアシスト流量制限部２４によって制限された流量指令に応じて、バルブ・ポンプ指令生成部２１生成した開回路ポンプ８の吐出流量指令を補正する。通過予定流量値が通過可能流量値以下の場合はフローを終了する。

【0032】

処理Ｆ３においてロッド室１０ｂの圧力からキャップ室１０ａの圧力を引いた差圧が閾値α以下であると判定された場合、ロッドアシスト動作を行わず、処理Ｆ７へと進む。処理Ｆ７では、比例弁開口制限部２３が、ロッド室１０ｂの圧力が予め設定された閾値よりも小さいか否か判定する。閾値を下回った場合、処理Ｆ８に進み、比例弁１３の開口指令を制限する。バルブ・ポンプ指令補正部２５は、比例弁開口制限部２３によって制限された開口指令に応じて、バルブ・ポンプ指令生成部２１生成した比例弁１３の開口指令を補正する。差圧が閾値αよりも大きい場合はフローを終了する。

【0033】

これら制限後の指令にもとづき、バルブ・ポンプ指令補正部２５はバルブおよびポンプへの指令を補正し、出力する。

【0034】

本実施例に係る油圧ショベル１００の動作を、アーム２を空中にて抱えこんだ状態からダンプする動作を例として説明する。

【0035】

処理Ｆ１ではレバー操作量およびシリンダ負荷圧に応じてポンプおよびバルブの指令を生成する。前述の通り、閉回路ポンプ７にはロッド側油路１７ｂへの吐出流量指令を操作レバー３０の操作量に応じて生成し、切換弁１２ａには開指令を、切換弁１２ｂには閉指令を、比例弁１３には閉回路ポンプ７への指令に応じた開口指令が生成される。

【0036】

処理Ｆ２ではシリンダ操作方向が縮み方向か否か判定を行う。アームダンプ動作はシリンダ縮み方向なので処理Ｆ３に進む。続く処理Ｆ３ではロッド室１０ｂの圧力からキャップ室１０ａの圧力を引いた差圧が正の閾値αよりも大きいか否か判定を行う。アーム２を抱え込んだ姿勢ではキャップ室１０ａの圧力がロッド室１０ｂの圧力よりも十分に大きいため、処理Ｆ３の判定基準を満たさず、処理Ｆ７に進む。処理Ｆ７では、キャップ室１０ａの圧力が所定の閾値（第２閾値）δよりも小さいか否か判定する。本実施例では当判定基準を満たさないとしフローを終了する。キャップ圧が閾値δよりも小さいと判定されて処理Ｆ８を行う場合の動作は第２の実施例において説明する。

【0037】

処理Ｆ３でロッド圧からキャップ圧を引いた差圧が閾値α以下であると判定した場合（すなわち、ロッドアシスト動作を行わないとき）の駆動装置２００の状態を図５に示す。閉回路ポンプ７の吐出流量をＱｃｐ、比例弁１３の排出流量をＱｂｖとすると、キャップ室１０ａから流出する流量はＱｃｐ＋Ｑｂｖとなるので、キャップ室１０ａとロッド室１０ｂの受圧面積をそれぞれＡｃ，Ａｒとすると、ロッド室１０ｂへ流入する流量は、

【0038】

【数1】

【0039】

となる。ここで、閉回路ポンプ７はキャップ室１０ａからＱｃｐの流量を吸い込むと同時にロッド室１０ｂへ同流量の油を吐出しているため、フラッシング弁１４を通過する流量は、

【0040】

【数2】

【0041】

となる。ここで、説明の簡単のためにＡｒ＝１，Ａｃ＝２とすると、式（２）は、

【0042】

【数3】

【0043】

と表され、比例弁１３と閉回路ポンプ７の流量が相殺されてフラッシング弁１４の通過流量となることがわかる。よってフラッシング弁１４の圧力損失が小さく済みロッド圧が上昇しづらい傾向にある。例えばＱｃｐ＝１００，Ｑｂｖ＝１００とすると、式（２）の値は０となり、フラッシング弁１４に油は流れない。

【0044】

アームダンプ動作を続け、シリンダ縮み方向に自重が作用し、ロッド圧からキャップ圧を引いた差圧が閾値αよりも大きくなると、処理Ｆ３の判定の結果、処理Ｆ４に進む。

【0045】

処理Ｆ４では開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続する指令を生成する。すなわち、切換弁１２ａを閉じ、１２ｂを開き、比例弁１３を閉じる指令を生成する。これにより、開回路ポンプ８の吐出流量をロッド室１０ｂに送りこみアームダンプ動作を増速することが可能となる。

【0046】

ここで、処理Ｆ３において閾値αを設けた理由について図５および図６を用いて説明する。図６は、ロッドアシスト可否判定部２２の演算例を示す図である。

【0047】

図５において、開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続した状態、すなわち比例弁１３を閉じる直前における閉回路ポンプ７の吐出流量をＱｃｐとする。このとき、もしロッド室１０ｂの圧力とキャップ室１０ａの圧力とが等しい時刻ｔ１において比例弁１３を閉じると、Ｑｂｖ＝０となるのでキャップ室１０ａからの排出流量はＱｃｐとなる。一方でロッド室１０ｂとキャップ室１０ａの圧力が等しいためフラッシング弁１４は中立位置にある。よってキャップ室１０ａからの排出流量Ｑｃｐをフラッシング弁１４から油タンク１１に排出することができず、キャップ圧が上昇してしまう。これによりフラッシング弁１４がロッド側油路１７ｂに開口するよう変位が戻され、シリンダ動作が不安定になる。

【0048】

そこで、図６に示すように、ロッド圧からキャップ圧を引いた差圧が閾値αと一致する時刻ｔ２において比例弁１３を閉じることとする。ここで、閾値αはフラッシング弁１４の切換設定圧βよりも大きい値に設定されており、時刻ｔ２ではフラッシング弁１４がキャップ側油路１７ａに開口するように十分に変位しているので、キャップ室１０ａからの流量Ｑｃｐをフラッシング弁１４により排出することができ、キャップ圧の過度な上昇を抑制することができる。

【0049】

このように開回路ポンプ８をロッド室１０ｂに接続すると図７の回路状態に移行する。閉回路ポンプ７の吐出流量をＱｃｐ、開回路ポンプ８の吐出流量をＱｏｐとすると、ロッド室１０ｂに流入する流量はＱｃｐ＋Ｑｏｐとなるので、キャップ室１０ａから排出される流量は、

【0050】

【数4】

【0051】

となる。閉回路ポンプ７はロッド室１０ｂにＱｃｐの流量を吐出すると同時に同じ流量をキャップ室１０ａから吸い込むため、フラッシング弁１４を通過する流量は、

【0052】

【数5】

【0053】

となる。簡単のためにＡｒ＝１，Ａｃ＝２とすると、式（５）は、

【0054】

【数6】

【0055】

と表され、フラッシング弁１４の通過流量は閉回路ポンプ７の流量に開回路ポンプ８の２倍の流量が加算されたものであることがわかる。ところで、フラッシング弁１４の通過流量が増大するとフラッシング弁１４の圧力損失が大きくなり、キャップ圧が上昇する。キャップ圧が上昇すると、フラッシング弁１４をキャップ開口側に変位させるための油圧力が減少するので、フラッシング弁１４のキャップ側開口面積が減少する。これにより圧力損失が増幅され、フラッシング弁１４の変位が逆転し、シリンダ動作が不安定になる。

【0056】

そこでロッドアシスト流量制限部２４による演算を行う。処理Ｆ５ではフラッシング弁１４の通過予定流量が通過可能流量よりも大きいか否かの判定を行う。通過予定流量は式（５）で表される。通過可能流量はロッド圧からキャップ圧を引いた差圧に対しフラッシング弁１４に流すことができる流量として予め設定されている。

【0057】

この関係を、図８の例を用いて説明する。図８の横軸はロッド圧からキャップ圧を引いた差圧を示し、縦軸はフラッシング弁１４の通過流量を示している。実線９１はフラッシング弁１４の通過可能流量を示し、一点鎖線９２はフラッシング弁１４の通過予定流量を示している。差圧がフラッシング弁１４の切換設定圧βよりも小さいときは、フラッシング弁１４はキャップ側油路１７ａに開口していないため、通過可能流量９１はゼロとなる。差圧がフラッシング弁１４の切換設定圧βを超えると、フラッシング弁１４がキャップ側油路１７ａに開口し、差圧に応じて通過可能流量９１は増加する。通過予定流量９２は差圧に応じて増加し、差圧がγよりも小さいときは通過可能流量９１を上回り、差圧がγよりも大きいときは通過可能流量９１を下回る。従って、差圧がγよりも大きいとき（図６に示す時刻ｔ３以降）は通過予定流量９２は通過可能流量９１よりも小さくなるため、処理Ｆ５でフローを終了する。このとき、式（５）で表される通過予定流量がフラッシング弁１４を介して油タンク１１に排出される。差圧がγよりも小さいとき（図６に示す時刻ｔ３以前）は通過予定流量９２が通過可能流量９１よりも大きくなるため、処理Ｆ６に進み、開回路ポンプ８の吐出流量を制限する。これにより、通過予定流量が通過可能流量以下に抑えられるため、フラッシング弁１４に想定以上の過大流量を流さずに済み、フラッシング弁１４の変位およびキャップ圧を安定させることができる。

【0058】

なお、通過可能流量は、フラッシング弁１４の駆動圧力−変位特性、変位−開口特性、ある開口時における流量−圧損特性、キャップ圧の許容上限値などのパラメータを用い、シリンダ増速と安定した動作とのバランスをとって設計されるものである。

【0059】

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００によれば、油圧シリンダ１０が縮み方向に操作された場合に、油圧シリンダ１０のキャップ室１０ａがフラッシング弁１４を介して油タンク１１に連通していない場合にロッドアシスト動作が不能となり、キャップ室１０ａがフラッシング弁１４を介して油タンク１１に連通している場合にロッドアシスト動作が可能となる。これにより、ロッドアシスト動作を開始した直後からキャップ室１０ａの排出流量の一部がフラッシング弁１４を介して油タンク１１に戻され、キャップ圧の上昇が抑制されるため、油圧シリンダ１０の縮み動作を安定的に増速することが可能となる。

【0060】

また、シリンダ縮み動作において開回路ポンプ８をキャップ室１０ａに接続した際に、キャップ側油路の余剰流量（通過予定流量）がフラッシング弁１４の通過可能流量以下に抑えられるように開回路ポンプ８の吐出流量が制限されるため、キャップ圧の上昇を更に抑制することができる。

【実施例2】

【0061】

本発明の第２の実施例では、図４の処理Ｆ７において油圧シリンダ１０のキャップ圧が閾値よりも小さいと判定した場合について説明する。ロッドアシスト動作を行っていない状態（図５に示す）では、シリンダ速度はキャップ室１０ａの排出流量（閉回路ポンプ７の吸込み流量および比例弁１３の排出流量の合計流量）で制御することとなる。

【0062】

このときシリンダ増速のために比例弁１３の流量Ｑｂｖを大きくし過ぎてしまうと、キャップ圧が過剰に低くなり、閉回路ポンプ７の吸込み側でキャビテーションが発生してポンプが損傷するなどの不都合が生じうる。

【0063】

これを防ぐため、比例弁開口制限部２３（図４に示す）は、キャップ圧が所定の閾値δを下回った場合に比例弁１３の開口を制限する。閾値としては例えばチャージリリーフ弁１６ｃの設定圧力が挙げられる。これにより、キャップ圧が閾値を下回らないように比例弁１３の開口が抑制されるので、前述したキャビテーションの発生を防ぐことができる。

【0064】

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態では、油圧ショベルを例に説明したが、本発明は、油圧ショベル以外の建設機械にも適用可能である。また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0065】

１Ａ…フロント装置、１Ｂ…上部旋回体、１Ｃ…下部走行体、１…ブーム、２…アーム、３…バケット、４…ブームシリンダ（油圧シリンダ）、５…アームシリンダ（油圧シリンダ）、６…バケットシリンダ（油圧シリンダ）、７…閉回路ポンプ、８…開回路ポンプ、９…チャージポンプ、１０…油圧シリンダ、１０ａ…キャップ室、１０ｂ…ロッド室、１１…油タンク、１２…切換弁、１３…比例弁、１４…フラッシング弁、１５…チェック弁、１６ａ，１６ｂ…メインリリーフ弁、１６ｃ…チャージリリーフ弁、１７ａ…キャップ側油路、１７ｂ…ロッド側油路、１８ａ…キャップ側圧力センサ（キャップ圧力検出装置）、１８ｂ…ロッド側圧力センサ（ロッド圧力検出装置）、１９…排出油路、２０…コントローラ、２１…バルブ・ポンプ指令生成部、２２…ロッドアシスト可否判定部、２３…比例弁開口制限部、２４…ロッドアシスト流量制限部、２５…バルブ・ポンプ指令補正部、３０…操作レバー、９１…フラッシング弁通過可能流量、９２…フラッシング弁通過予定流量、１００…油圧ショベル、２００…駆動装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】