特開 2025-15347 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025015347

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/00 20060101AFI20250123BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/17 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/16 20060101ALI20250123BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

F15B11/00 H

F15B11/02 C

F15B11/17

F15B11/16 Z

E02F9/22 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023118707

(22)【出願日】2023-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】520196553

【氏名又は名称】ダンフォス・スコットランド・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＤＡＮＦＯＳＳ ＳＣＯＴＬＡＮＤ ＬＩＭＩＴＥＤ

(71)【出願人】

【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】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】平工 賢二

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏政

(72)【発明者】

【氏名】石田 勝久

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアムソン， クリストファー

【テーマコード（参考）】

2D003

3H089

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB05

2D003BA05

2D003CA04

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB03

3H089AA05

3H089AA72

3H089BB15

3H089BB30

3H089CC01

3H089CC12

3H089DA03

3H089DA07

3H089DA13

3H089DB43

3H089DB55

3H089EE36

3H089JJ02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】アクチュエータの必要速度を確保しつつ複合操作時の分流ロスを低減することを可能とした建設機械を提供する。
【解決手段】第１アクチュエータ１用の方向切換弁２３，２７は、第１バイパスライン５１を共有する第１バルブグループ２０ａに属し、第２アクチュエータ３用の方向切換弁２４，２６は、第２バイパスライン５２を共有する第２バルブグループ２０ｂに属し、建設機械は、第１バルブグループ２０ａの下流で第１バイパスライン５１を開閉可能な第１カット弁３１と、第２バルブグループ２０ｂの下流で第２バイパスライン５２を開閉可能な第２カット弁３２と、ポンプ装置１１，１２が有する複数の吐出ポートの各接続先を第１バイパスライン５１または第２バイパスライン５２に切換可能な複数の切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄとを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原動機と、
吐出流量を個別に制御可能な複数の吐出ポートを有し、前記原動機によって駆動されるポンプ装置と、
複数のアクチュエータと、
前記ポンプ装置から前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する複数の方向切換弁と、
前記複数のアクチュエータを駆動するための操作信号を生成する複数の操作装置と、
前記複数の操作装置の入力に応じて前記ポンプ装置および前記複数の方向切換弁を制御するコントローラとを備え、
前記複数の方向切換弁は、それぞれ、第１バイパスラインまたは第２バイパスライン上に配置され、
前記複数の方向切換弁のうち前記第１バイパスライン上に配置された方向切換弁が第１バルブグループを構成し、
前記複数の方向切換弁のうち前記第２バイパスライン上に配置された方向切換弁が第２バルブグループを構成する建設機械において、
前記複数のアクチュエータは、第１アクチュエータと第２アクチュエータとを含み、
前記複数の方向切換弁のうち前記第１アクチュエータ用の方向切換弁は前記第１バルブグループに属し、
前記複数の方向切換弁のうち前記第２アクチュエータ用の方向切換弁は前記第２バルブグループに属し、
前記建設機械は、
前記第１バルブグループの下流で前記第１バイパスラインを開閉可能な第１カット弁と、
前記第２バルブグループの下流で前記第２バイパスラインを開閉可能な第２カット弁と、
前記複数の吐出ポートの各接続先を前記第１バイパスラインまたは前記第２バイパスラインに切換可能な複数の切換弁とを備え、
前記コントローラは、前記複数の操作装置の入力に応じて、前記第１カット弁、前記第２カット弁、および前記複数の切換弁を制御する
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、前記第１カット弁、前記第２カット弁、前記複数の切換弁、および前記ポンプ装置から前記第１バイパスラインおよび前記第２バイパスラインのそれぞれへの圧油の流れを、前記複数の操作装置の入力に応じて協調して制御する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記ポンプ装置が前記第１バルブグループに圧油を供給するように制御される前に、前記第１バルブグループの下流側の前記第１バイパスラインを閉じるように前記第１カット弁を制御する、および／または、
前記ポンプ装置が前記第２バルブグループに圧油を供給するように制御される前に、前記第２バルブグループの下流側の前記第２バイパスラインを閉じるように前記第２カット弁を制御する
ことを特徴とする建設機械。

【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において、
前記コントローラは、
前記第１アクチュエータに対する前記複数の操作装置の入力量である第１操作信号量が第１閾値を超えた場合に前記第１カット弁を閉じ、
前記第１操作信号量が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、前記複数の吐出ポートのうち前記第１バルブグループに接続された１つ以上の吐出ポートの吐出流量と前記第１操作信号量に応じて設定された前記第１アクチュエータの必要流量とが一致するように前記ポンプ装置を制御し、
前記第２アクチュエータに対する前記複数の操作装置の入力量である第２操作信号量が前記第１閾値を超えた場合に前記第２カット弁を閉じ、
前記第２操作信号量が前記第２閾値を超えた場合に、前記複数の吐出ポートのうち前記第２バルブグループに接続された１つ以上の吐出ポートの吐出流量と前記第２操作信号量に応じて設定された前記第２アクチュエータの必要流量とが一致するように前記ポンプ装置を制御する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記複数の方向切換弁は、複数のオープンセンタ方式の方向切換弁である
ことを特徴とする建設機械。

【請求項6】

請求項５に記載の建設機械において、
前記第１バイパスラインおよび前記第２バイパスラインは、それぞれ、センタバイパスラインで構成されている
ことを特徴とする建設機械。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記第１カット弁および前記第２カット弁は、それぞれ、比例流量弁またはオンオフ弁で構成されている
ことを特徴とする建設機械。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記ポンプ装置を制御するポンプコントローラを備え、
前記ポンプ装置は、ポンプシャフトと、前記ポンプシャフトの回転に伴って周期的に作動容積が変化する作動室を３つ以上有し、
前記作動室は、前記作動室と低圧マニホールドとの間の作動油の流れを制御する低圧弁と、前記作動室と高圧マニホールドとの間の作動油の流れを制御する高圧弁とを有し、
前記作動室は、複数のポンプ要素に形成され、
前記複数のポンプ要素は、それぞれ、前記作動室を１つ以上内包し、内包している前記作動室に共通しかつ吐出ポートに連通している前記高圧マニホールドに接続されており、
前記ポンプコントローラは、前記高圧マニホールドを経由して前記吐出ポートに至るまでの前記作動容積の変化が、前記吐出ポートから吐出される作動油の要求流量に応じて制御されるように、前記作動容積の各サイクルにおいて、前記作動室が、前記低圧マニホールドと前記高圧マニホールドとの間の作動油の移動を伴う有効サイクル、または、前記低圧マニホールドと前記高圧マニホールドとの間の作動油の移動を伴わない無効サイクルのいずれを経るかを決定するために、前記作動容積のサイクルと位相的に相関して、前記作動室の少なくとも前記低圧弁を能動的に制御するように構成されている
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、油圧ショベル等の建設機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル向けの油圧回路装置として、２台の油圧ポンプと、２つのバルブグループからなるコントロールバルブとを備えた２ポンプ２バルブの油圧回路装置が広く普及している。また、油圧回路装置は、コントロールバルブの構造に由来し、オープンセンタ方式とクローズドセンタ方式とに分類される。

【0003】

２ポンプ２バルブのオープンセンタ方式の油圧回路装置を開示する先行技術文献として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、ブーム、アーム、バケットの３複合動作において円滑にブームを上げられるようにした構成が記載されている。

【0004】

特許文献１に記載の油圧回路装置では、ブーム用方向切換弁とアーム用の方向切換弁が各々２個設けられており、第１ポンプに接続される第１のバルブグループと、第２ポンプに接続される第２のバルブグループの両方にブーム用方向切換弁とアーム用方向切換弁が配置されている。これにより、ブームシリンダとアームシリンダにはいずれも最大でポンプ２台分の流量を供給することができるため高速動作が可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８－１３５４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の油圧回路装置では、ブームとアームを複合動作させる場合に、第１の油圧ポンプの吐出油が第１のブーム用方向切換弁を経由してブームシリンダに供給されると同時に、第１のアーム用方向切換弁を経由してアームシリンダに供給され、第２の油圧ポンプの吐出油が第２のブーム用方向切換弁を経由してブームシリンダに供給されると同時に、第２のアーム用方向切換弁を経由してアームシリンダに供給される。ここで、ブームシリンダの負荷圧力を２０ＭＰａ、アームシリンダの負荷圧を５ＭＰａとすると、第１及び第２の油圧ポンプはいずれも高い方の負荷圧力に合わせて２０ＭＰａ以上で作動油を吐出する必要があり、アームシリンダに供給される圧油はアーム用方向切換弁のメータイン通路を絞ることで２０ＭＰａ以上から５ＭＰａまで減圧される。この絞りによるエネルギロスが分流ロスであり、油圧ショベルの省エネ性を阻害する要因となっている。

【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、アクチュエータの必要速度を確保しつつ複合操作時の分流ロスを低減することを可能とした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、原動機と、吐出流量を個別に制御可能な複数の吐出ポートを有し、前記原動機によって駆動されるポンプ装置と、複数のアクチュエータと、前記ポンプ装置から前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する複数の方向切換弁と、前記複数のアクチュエータを駆動するための操作信号を生成する複数の操作装置と、前記複数の操作装置の入力に応じて前記ポンプ装置および前記複数の方向切換弁を制御するコントローラとを備え、前記複数の方向切換弁は、それぞれ、第１バイパスラインまたは第２バイパスライン上に配置され、前記複数の方向切換弁のうち前記第１バイパスライン上に配置された方向切換弁が第１バルブグループを構成し、前記複数の方向切換弁のうち前記第２バイパスライン上に配置された方向切換弁が第２バルブグループを構成する建設機械において、前記複数のアクチュエータは、第１アクチュエータと第２アクチュエータとを含み、前記複数の方向切換弁のうち前記第１アクチュエータ用の方向切換弁は前記第１バルブグループに属し、前記複数の方向切換弁のうち前記第２アクチュエータ用の方向切換弁は前記第２バルブグループに属し、前記建設機械は、前記第１バルブグループの下流で前記第１バイパスラインを開閉可能な第１カット弁と、前記第２バルブグループの下流で前記第２バイパスラインを開閉可能な第２カット弁と、前記複数の吐出ポートの各接続先を前記第１バイパスラインまたは前記第２バイパスラインに切換可能な複数の切換弁とを備え、前記コントローラは、前記複数の操作装置の入力に応じて、前記第１カット弁、前記第２カット弁、および前記複数の切換弁を制御するものとする。

【0009】

以上のように構成した本発明によれば、ポンプ装置の各吐出ポートから吐出される圧油を複数の切換弁を介して第１バイパスラインまたは第２バイパスラインに合流させることにより、各アクチュエータの必要速度を確保することができる。また、第１アクチュエータ１用の方向切換弁を第１バルブグループに集約し、第２アクチュエータ用の方向切換弁を第２バルブグループに集約したことにより、１つの吐出ポートから吐出される圧油が第１アクチュエータ１と第２アクチュエータ３とで分配されることがないため、第１アクチュエータと第２アクチュエータとを同時に駆動する複合操作時の分流ロスを防ぐことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、建設機械において、アクチュエータの必要速度を確保しつつ複合操作時の分流ロスを低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態における油圧ショベルを示す図

【図2】従来技術における油圧ショベルに搭載された、２ポンプ２バルブのオープンセンタ方式の油圧回路装置を示す図

【図3】本発明の実施形態における油圧ショベルに搭載された油圧回路装置を示す図

【図4】本発明の実施形態におけるポンプ装置、方向切換弁、およびカット弁の動作特性を示す図

【図5】ポンプ要素を実装した電子整流式のポンプ装置の一部を示す模式図

【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、本実施形態に係る油圧ショベルを示す図である。油圧ショベル１００は、クローラ式の走行装置７を有する下部走行体１０１と、下部走行体１０１上に旋回装置（図示せず）を介して旋回可能に搭載された上部旋回体１０２とを備えている。走行装置７は走行用油圧モータ８によって駆動され、上部旋回体１０２は旋回用油圧モータ（図示せず）によって駆動される。

【0014】

上部旋回体１０２の前部左側には、オペレータが搭乗するキャブ９が設けられている。上部旋回体１０２の前部右側にはブーム２が回動可能に接続されている。ブーム２は片ロッド式油圧シリンダからなるブームシリンダ１によって駆動される。ブーム２の先端にはアーム４が回動可能に接続されている。アーム４は片ロッド式油圧シリンダからなるアームシリンダ３によって駆動される。アーム４の先端にはバケット６が回動可能に接続されている。バケット６は片ロッド式油圧シリンダからなるバケットシリンダ５によって駆動される。

【0015】

図２は、従来技術における油圧ショベルに搭載された、２ポンプ２バルブのオープンセンタ方式の油圧回路装置を示す図である。

【0016】

第１油圧ポンプ１８および第２油圧ポンプ１９は、レギュレータ１８ａ，１９ａを有する可変容量ポンプであり、原動機であるエンジン１０によって駆動される。レギュレータ１８ａ，１９ａは、コントローラ５７からの指令に応じて油圧ポンプ１８，１９の容量（１回転当たりの吐出量）を変化させることにより、油圧ポンプ１８，１９の吐出流量を変化させる。

【0017】

第１油圧ポンプ１８の吐出ポートは、例えばセンタバイパスラインからなる第１バイパスライン５１に接続されている。第１バイパスライン５１には、上流側から順に、走行右用方向切換弁２１、バケット用方向切換弁２２、第１ブーム用方向切換弁２３、および第２アーム用方向切換弁２４が配置されている。第１バイパスライン５１を共有する方向切換弁２１～２４は第１バルブグループ２０ａを形成している。

【0018】

第２油圧ポンプ１９の吐出ポートは、例えばセンタバイパスラインからなる第２バイパスライン５２に接続されている。第２バイパスライン５２には、上流側から順に、旋回用方向切換弁２５、第１アーム用方向切換弁２６、第２ブーム用方向切換弁２７、予備用方向切換弁２８、および走行左用方向切換弁２９が配置されている。第２バイパスライン５２を共有する方向切換弁２５～２９は第２バルブグループ２０ｂを形成している。

【0019】

方向切換弁２１～２９には、それぞれ、センタバイパス通路、メータイン通路、およびメータアウト通路が形成されている。方向切換弁２１～２４が中立位置にあるときは、センタバイパス通路が開くことで第２バイパスラインが解放され、第１油圧ポンプ１８の吐出油がタンク５５に流れ込む。同様に、方向切換弁２５～２９が中立位置にあるときは、センタバイパス通路が開くことで第２バイパスライン５２が解放され、第２油圧ポンプ１９の吐出油がタンク５５に流れ込む。方向切換弁２１～２９が中立位置から左右いずれかの位置に切り換わると、センタバイパス通路が絞られるとともにメータイン通路が開き、油圧ポンプ１８，１９の吐出油がメータイン通路を経由してアクチュエータ１，３，５，８に供給され、アクチュエータ１，３，５，８から排出された作動油がメータアウト通路を経由してタンク５５に流れ込む。

【0020】

コントローラ５７は、複数の操作レバー（ブーム操作レバー５６ａおよびアーム操作レバー５６ｂのみ図示）からの入力とセンサ情報（エンジン回転数や各部の圧力など）とに応じてコントロールバルブ２０に指令を出力する。

【0021】

図２に示す油圧回路装置では、２つの油圧ポンプ１８，１９の吐出油を合流させてアクチュエータ１，３に供給することでアクチュエータ１，３の必要速度を確保することができる。その一方で、ブーム２とアーム４を複合動作させる場合に、アーム用方向切換弁２４，２６のメータイン通路の絞りによる分流ロスが生じる。また、油圧ポンプ１８，１９の摺動部を潤滑保護するためと、アクチュエータ１，３，５，８の応答性を確保するため、ブリードオフ流量によるエネルギロスも生じる。

【0022】

図３は、本実施形態における油圧ショベル１００に搭載された油圧回路装置を示す図である。以下、従来技術における油圧回路装置（図２に示す）との相違点を中心に説明する。

【0023】

図３において、コントロールバルブ２０Ａは、従来技術のコントロールバルブ２０に対し、第２アーム用方向切換弁２４と第２ブーム用方向切換弁２７との配置が入れ替わっており、第１バルブグループ２０ａに２つのブーム用方向切換弁２３，２７が集結し、第２バルブグループ２０ｂに２つのアーム用方向切換弁２４，２６が集結している。また、第１バルブグループ２０ａの下流には、第１バイパスライン５１を開閉可能な第１カット弁３１が設けられており、第２バルブグループ２０ｂの下流には、第２バイパスライン５２を開閉可能な第２カット弁３２が設けられている。

【0024】

第１ポンプ装置１１および第２ポンプ装置１２は、図示しない電磁弁のオンオフ制御によって吐出流量を変化させることが可能なデジタルポンプで構成されている。第１ポンプ装置１１は４つの吐出ポートを有し、内包された４つのポンプ要素１１ａ～１１ｄにより各吐出ポートの吐出流量を個別に制御することができる。同様に、第２ポンプ装置１２は４つの吐出ポートを有し、内包された４つのポンプ要素１２ａ～１２ｄにより各吐出ポートの吐出流量を個別に制御することができる。各ポンプ要素は、それぞれに対応する電磁オンオフ弁（図示せず）がオフのときは圧油を吐出せず、当該電磁オンオフ弁がオンのときはポンプ回転数に応じた流量の圧油を吐出するように構成されており。したがって、これら電磁弁オンオフをオンにする頻度やタイミングを変更することにより、各吐出ポートから吐出される圧油の流量を個別に制御することができる。一般的な可変容量ポンプである斜板式ポンプや斜軸式ポンプの場合は、慣性が大きい傾転機構を駆動するため応答時間は数百ｍｓオーダーであるのに対し、デジタルポンプの応答時間は電磁オンオフ弁の応答時間と同程度であり、数ｍｓ～数十ｍｓオーダーである。したがって、ポンプ装置１１，１２をデジタルポンプで構成することにより、一般的な可変容量ポンプよりも高い応答性能を得ることができる。また、デジタルポンプは高速で摺動する部分が少ないため、潤滑のための待機時のブリードオフ流量を一般的な可変容量ポンプよりも低減することができる。

【0025】

ポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄの各吐出ポートは切換弁ブロック４０に接続されている。切換弁ブロック４０は切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２を有する。ポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄの各吐出ポートの接続先は、切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄを介して第１バイパスライン５１または第１バイパスライン５１に切換可能である。これにより、ポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄの吐出油の供給先を個別に切り換えることが可能となる。

【0026】

本実施形態における切換弁ブロック４０の油圧回路構成では、第１ポンプ装置１１の吐出油は、切換弁４１ａ～４１ｄへの指令が出力されていないときは第１バイパスライン５１に供給され、切換弁４１ａ～４１ｄへの指令が出力されているときは第２バイパスライン５２に供給される。一方、第２ポンプ装置１２の吐出油は、切換弁４２ａ～４２ｄへの指令が出力されていないときは第２バイパスライン５２に供給され、切換弁４２ａ～４２への指令が出力されているときは第１バイパスライン５１に供給される。

【0027】

コントローラ５７は、複数の操作装置（ブーム操作レバー５６ａおよびアーム操作レバー５６ｂのみ図示）からの入力とセンサ情報（エンジン回転数や各部の圧力など）とに応じてポンプコントローラ５８，５９、切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄ、およびコントロールバルブ２０Ａに指令を出力する。ポンプコントローラ５８，５９はデジタルポンプ専用のコントローラであり、コントローラ５７からの指令に応じてポンプ装置１１，１２の電磁オンオフ弁に指令を出力し、吐出流量を制御する。

【0028】

図４は、ポンプ装置１１，１２、方向切換弁２１～２９、およびカット弁３１，３２の動作特性を示す図である。横軸のレバー操作量に対し、上図はバルブ開口面積、下図は流量を示している。

【0029】

上図において、実線は方向切換弁２１～２９におけるバイパスライン開口面積の特性である。バイパスライン開口面積は、レバー操作量の増加に応じて方向切換弁２１～２９が中立位置から変位すると徐々に減少し、レバー操作量がＸ３以上でゼロとなる。一点鎖線はアクチュエータへのメータイン開口面積である。アクチュエータへのメータイン開口面積は、レバー操作量がＸ２以下でゼロとなり、レバー操作量がＸ２を超えると徐々に増加する。

【0030】

下図において、一点鎖線は従来の油圧回路装置におけるポンプ流量である。従来のポンプ流量は、レバー入力の無い待機時（レバー操作量がＸ１以下）でも一定の最小流量Ｑ１を吐出している。これはポンプの摺動部を潤滑保護するためと、アクチュエータの動き始めの応答性を確保するためである。ポンプ流量は、レバー操作量がある値を超えると増加を開始し、レバー操作量に応じて徐々に増加する。これはポジティブコントロールと呼ばれる制御方式である。太い実線はアクチュエータへのメータイン流量の特性の一例である。バイパスラインが閉じていない間（レバー操作量が０～Ｘ３の間）はポンプの吐出油の一部がバイパスライン経由でタンク５５へも流れるため、ポンプ流量をアクチュエータへのメータイン流量よりも大きくする必要がある。その結果、ハッチングで示す部分がブリードオフ流量となり、省エネ性を阻害することになる。

【0031】

そこで本実施形態では、上図に破線で示すようにレバー操作量がＸ１を超えるとカット弁３１，３２を閉じ、下図に太線で示すようにレバー操作量がＸ２に達するまでポンプ流量を最小流量Ｑ１よりも小さい微小流量Ｑ０とし、レバー操作量がＸ２以上でアクチュエータのメータイン流量（必要流量）と同じ流量としている。これにより、待機時のブリードオフ流量を低減するとともに、ハーフレバー操作時およびフルレバー操作時のブリードオフ流量をゼロにすることができる。また、前述したように本実施形態では数ｍｓ～数十ｍｓオーダーの高応答が得られるデジタルポンプを用いているため、待機時のポンプ吐出流量が微小であってもレバー操作に瞬時に応答して必要流量を吐出することができるため、アクチュエータの動き始めの応答性を確保することができる。

【0032】

次に、ブーム２とアーム４を複合動作させる場合の油圧回路装置の動作を図３を参照して説明する。ブーム操作レバー５６ａが操作されると、カット弁３１が閉じ、第１ブーム用方向切換弁２３および第２ブーム用方向切換弁２７が中立位置から変位し、第１ポンプ装置１１からの圧油によりブームシリンダ１が駆動される。アーム操作レバー５６ｂが操作されると、カット弁３２が閉じ、第１アーム用方向切換弁２６および第２アーム用方向切換弁２４が中立位置から変位し、第２ポンプ装置１２からの圧油によりアームシリンダ３が駆動される。ブーム操作レバー５６ａとアーム操作レバー５６ｂが同時に操作された場合はこれらの動作が同時に行われる。

【0033】

ブームシリンダ１とアームシリンダ３は互いに重複しないポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄによって駆動されるため、各ポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄは接続された各アクチュエータ１，３の負荷に応じた最低限の圧力で作動油を吐出すればよい。例えばブームシリンダ１の負荷圧力を２０ＭＰａ、アームシリンダ３の負荷圧を５ＭＰａとすると、配管やバルブで１ＭＰａ程度の圧損があるとして、第１ポンプ装置１１は２１ＭＰａ程度の圧力、第２ポンプ装置１２は６ＭＰａ程度の圧力を供給すればよい。このように負荷圧力が大きく異なる複数のアクチュエータ１，３を互いに重複しないポンプ要素１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄで駆動することにより、従来の油圧回路装置のように方向切換弁のメータイン通路を極端に絞ってポンプ吐出圧を大きく減圧する必要が無くなるため、分流ロスを低減することが可能となる。

【0034】

また、例えばブームシリンダ１の必要流量が第１ポンプ装置１１だけでは賄えない場合は、例えば切換弁４２ａを切り換えることにより、第２ポンプ装置１２のポンプ要素１２ａの流量をブームシリンダ１に合流させることができる。さらに、切換弁４２ａ～４２ｄを切り換えることにより、第２ポンプ装置１２の全流量をブームシリンダ１に合流させることができる。このように、本実施形態では、８個の吐出ポートの全てをブームシリンダ１またはアームシリンダ３に接続することができるため、従来の２ポンプ方式と合計ポンプ容量が同程度であれば同等のアクチュエータ速度を確保することが可能となる。

【0035】

以下、ポンプ装置１１，１２の構成について詳しく説明する。ポンプ装置１１，１２はそれぞれ、ポンプシャフトと、ポンプシャフトの回転に伴って周期的に作動容積２０２が変化する少なくとも３つの作動室とを備える。ポンプ装置１１，１２の各作動室は、作動室と低圧マニホールドとの間の作動油の流れを制御する低圧弁と、作動室と吐出ポートに延びる高圧マニホールドとの間の作動油の流れを制御する高圧弁とを有する。作動室は、複数のポンプ要素に形成される。各ポンプ要素は、１つ以上の作動室（典型的には２つ以上の作動室）を内包し、ポンプ要素内の各作動室に共通でかつ吐出ポートに連通している高圧マニホールド２１３に接続されている。ポンプコントローラ５８（５９）は、各高圧マニホールドを経由して各吐出ポートに至るまでの各ポンプ要素の作動容積２０２の変化が作動油の各需要に応じて制御されるように、作動容積２０２の各サイクルにおいて、各作動室が、作動室の低圧マニホールドと高圧マニホールドとの間の作動油の移動を伴う有効サイクル、または、作動室の低圧マニホールドと高圧マニホールドとの間の作動油の移動を伴わない無効サイクルのいずれを経るかを決定するために、作動容積２０２のサイクルと位相的に相関して、作動室の少なくとも低圧弁２０９を能動的に制御するように構成されている。

【0036】

図５は、ポンプ要素を実装した電子整流式のポンプ装置１１，１２の一部を示す模式図である。ポンプ装置１１（１２）は、シリンダの内面によって区画された作動容積２０２を有するシリンダ２０１を備えた複数の作動室と、偏心カム２０５によってポンプシャフト２０４に対して駆動され、シリンダ内で往復してシリンダの作動容積２０２を周期的に変化させるピストン２０３とを備えている。シャフト位置及び／又は速度センサ２０６は、ポンプシャフト２０４の瞬時の角度位置及び／又は回転速度を決定し、これを信号ライン２０８を介してポンプコントローラ５８（５９）に送信する。これにより、ポンプコントローラ５８（５９）は、各シリンダのサイクルの瞬時の位相を決定することができる。

【0037】

作動室はそれぞれ、電気駆動式の面封止ポペット弁からなる低圧弁２０９と連携している。低圧弁２０９は、１つの作動室と連携しており、作動室から低圧マニホールド２１０に延びる通路を選択的に封鎖するように動作可能である。低圧マニホールド２１０は、１または複数の作動室、あるいは実際にはここで図示するようにポンプ要素の全ての作動室をタンク５５（図３に示す）に接続しても良い。低圧弁２０９は、常開型の電磁作動弁であり、作動室内の圧力が低圧マニホールド２１０内の圧力以下であるとき（すなわち吸入ストローク中）に受動的に開いて作動室と低圧マニホールド２１０とを連通状態にするが、ポンプコントローラ５８（５９）の能動的制御下で低圧弁制御ライン２１１を介して選択的に閉じて作動室と低圧マニホールド２１０とを非連通状態にすることができる。なお、低圧弁２０９は常閉弁であっても良い。

【0038】

作動室はそれぞれ、圧力作動式吐出バルブからなる高圧弁２１２とさらに連携している。高圧弁２１２は、それぞれの作動室から外側に開くように構成されており、作動室から高圧マニホールド２１３に延びるそれぞれの流路を封鎖するように動作可能である。高圧マニホールド２１３は、ポンプ要素内の作動室を接続し、ポンプ要素内の作動室から吐出ポート２１４に作動油を導く。高圧弁２１２は、弁内のバイアス部材の力を加味した弁の前後差圧により受動的に開く常閉型圧力開放逆止弁として機能する。いくつかの実施形態では、高圧弁２１２はまた、連携している作動室内の圧力によって開かれると、ポンプコントローラ５８（５９）が高圧弁制御ライン２１５を介して選択的に開いたままにすることができる常閉型電磁作動逆止弁として機能する。通常、高圧弁２１２は、ポンプコントローラ５８（５９）によって高圧マニホールド２１３内の圧力に抗して開放させることはできない。高圧弁２１２は、さらに、高圧マニホールド２１３内に圧力が立っているが作動室内に圧力が立っていない場合に、ポンプコントローラ５８（５９）の制御下で開放可能としてもよく、部分的に開放可能としても良い。

【0039】

ポンプモードでは、ポンプコントローラ５８（５９）は、１または複数の低圧弁２０９を、通常は、連携している作動室のサイクルにおける最大容積点の近くで能動的に閉じ、低圧マニホールド２１０への経路を閉じ、それによって後続の収縮ストロークで、連携している高圧弁２１２を介して作動油を外に導き（ただし高圧弁２１２を積極的には開放せず）、作動油の移動を伴う有効サイクルを生じさせることによって、ポンプ装置１１，１２による作動室から高圧マニホールド２１３への作動油の流量を選択する。あるいは、低圧弁２０９を作動室のサイクル全体を通して開いたままにし（または、作動室をサイクル全体を通して密閉し）、作動油の移動を伴わない無効サイクルを生じさせても良い。ポンプコントローラ５８（５９）は、ポンプ要素からの流量に対する要求を満たすために、同一の高圧マニホールド２１３及び吐出ポート２１４に接続されているポンプ要素の作動室により、選択された作動油の流量を満たすような流れを生成するか又は軸トルクもしくは動力を生成するように、有効サイクルおよび無効サイクルの数および順序を選択する。

【0040】

ポンプコントローラ５８（５９）は、低圧弁２０９を閉じるか開いたままにするかをサイクルごとに決定して有効サイクルと無効サイクルのどちらかを選択するだけでなく、変化する作動容積２０２に対して低圧弁２０９及び／又は高圧弁２１２の閉鎖の正確な位相を変化させ、それによって高圧マニホールド２１３から低圧マニホールド２１０への（又はその逆の）作動油の流量を選択するように動作可能である。

【0041】

低圧マニホールド２１０および高圧マニホールド２１３上の矢印は、モーターモードでの作動油の流れを示しており、ポンプモードでは流れが逆になる。

【0042】

図５に示す例では、全ての作動室が同一の高圧マニホールド２１３及び吐出ポート２１４に接続されているが、典型的には、ポンプ装置１１，１２は、それぞれの高圧マニホールド２１３、吐出ポート２１４、及び要求信号を有する１または複数の別個のポンプ要素を形成する作動室をさらに備える。要求信号には、任意の好適な単位を使用して良い。１つの既知の例では、要求信号は、ポンプシャフト２０４の１回転あたりの最大可能容積変化量である容積変化率Ｆ_ｄとして表される。目標流量は、体積換算で、容積変化率Ｆ_ｄとポンプシャフト２０４の回転速度との積となる。

【0043】

（まとめ）
本実施形態では、原動機１０と、吐出流量を個別に制御可能な複数の吐出ポートを有し、原動機１０によって駆動されるポンプ装置１１，１２と、複数のアクチュエータ１，３，５，８と、ポンプ装置１１，１２から複数のアクチュエータ１，３，５，８に供給される圧油の流れを制御する複数の方向切換弁２１～２９と、複数のアクチュエータ１，３，５，８を駆動するための操作信号を生成する複数の操作装置５６ａ，５６ｂと、複数の操作装置５６ａ，５６ｂの入力に応じてポンプ装置１１，１２および複数の方向切換弁２１～２９を制御するコントローラ５７とを備え、複数の方向切換弁２１～２９は、それぞれ、第１バイパスライン５１または第２バイパスライン５２上に配置され、複数の方向切換弁２１～２９のうち第１バイパスライン５１上に配置された方向切換弁２１～２３，２７が第１バルブグループを構成し、複数の方向切換弁２１～２９のうち第２バイパスライン５２上に配置された方向切換弁２４～２６，２８，２９が第２バルブグループを構成する建設機械１００において、複数のアクチュエータ１，３，５，８は、第１アクチュエータ１と第２アクチュエータ３とを含み、複数の方向切換弁２１～２９のうち第１アクチュエータ１用の方向切換弁２３，２７は第１バルブグループ２０ａに属し、複数の方向切換弁２１～２９のうち第２アクチュエータ３用の方向切換弁２４，２６は第２バルブグループ２０ｂに属し、建設機械１００は、第１バルブグループ２０ａの下流で第１バイパスライン５１を開閉可能な第１カット弁３１と、第２バルブグループ２０ｂの下流で第２バイパスライン５２を開閉可能な第２カット弁３２と、前記複数の吐出ポートの各接続先を第１バイパスライン５１または第２バイパスライン５２に切換可能な複数の切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄとを備え、コントローラ５７は、複数の操作装置５６ａ，５６ｂの入力に応じて、第１カット弁３１、第２カット弁３２、および複数の切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄを制御する。

【0044】

以上のように構成した本実施形態によれば、ポンプ装置１１，１２の各吐出ポートから吐出される圧油を複数の切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄを介して第１バイパスライン５１または第２バイパスライン５２に合流させることにより、各アクチュエータ１，３，５，８の必要速度を確保することができる。また、第１アクチュエータ１用の方向切換弁２３，２７を第１バルブグループ２０ａに集約し、第２アクチュエータ３用の方向切換弁２４，２６を第２バルブグループ２０ｂに集約したことにより、１つの吐出ポートから吐出される圧油が第１アクチュエータ１と第２アクチュエータ３とで分配されることがないため、第１アクチュエータ１と第２アクチュエータ３とを同時に駆動する複合操作時の分流ロスを防ぐことができる。なお、本実施形態では、ポンプ装置１１，１２を複数の吐出ポートを有するデジタルポンプで構成したが、複数の吐出ポートを有する可変容量ポンプ、または１つの吐出ポートを有する複数の可変容量ポンプで構成しても良い。

【0045】

また、本実施形態におけるコントローラ５７は、第１カット弁３１、第２カット弁３２、複数の切換弁４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄ、およびポンプ装置１１，１２から第１バイパスライン５１および第２バイパスライン５２のそれぞれへの圧油の流れを、複数の操作装置５６ａ，５６ｂの入力に応じて協調して制御する。これにより、オペレータの意図に応じた建設機械１００の動作を実現させることが可能となる。

【0046】

また、本実施形態におけるコントローラ５７は、ポンプ装置１１，１２が第１バルブグループ２０ａに圧油を供給するように制御される前に、第１バルブグループ２０ａの下流側の第１バイパスライン５１を閉じるように第１カット弁３１を制御する、および／または、ポンプ装置１１，１２が第２バルブグループ２０ｂに圧油を供給するように制御される前に、第２バルブグループ２０ｂの下流側の第２バイパスライン５２を閉じるように第２カット弁３２を制御する。これにより、アクチュエータ１，３，５，８を駆動しているときのブリードオフ流量がゼロになるため、省エネ性を向上させることが可能となる。

【0047】

また、本実施形態におけるコントローラ５７は、第１アクチュエータ１に対する複数の操作装置５６ａ，５６ｂの入力量である第１操作信号量が第１閾値Ｘ１を超えた場合に第１カット弁３１を閉じ、前記第１操作信号量が第１閾値Ｘ１よりも大きい第２閾値Ｘ２を超えた場合に、前記複数の吐出ポートのうち第１バルブグループ２０ａに接続された１つ以上の吐出ポートの吐出流量と前記第１操作信号量に応じて設定された第１アクチュエータ１の必要流量とが一致するようにポンプ装置１１，１２を制御し、第２アクチュエータ３に対する複数の操作装置５６ａ，５６ｂの入力量である第２操作信号量が第１閾値Ｘ１を超えた場合に第２カット弁３２を閉じ、前記第２操作信号量が第２閾値Ｘ２を超えた場合に、前記複数の吐出ポートのうち第２バルブグループ２０ｂに接続された１つ以上の吐出ポートの吐出流量と前記第２操作信号量に応じて設定された第２アクチュエータ３の必要流量とが一致するようにポンプ装置１１，１２を制御する。これにより、アクチュエータ１，３を駆動しているときのブリードオフ流量がゼロになるため、省エネ性をさらに向上させることが可能となる。

【0048】

また、本実施形態における複数の方向切換弁２１～２９は、複数のオープンセンタ方式の方向切換弁２１～２９である。これにより、オープンセンタ方式の方向切換弁２１～２９を備える油圧回路装置が搭載された建設機械１００において、アクチュエータ１，３の必要速度を確保しつつ複合操作時の分流ロスを低減することが可能となる。

【0049】

また、本実施形態における第１バイパスライン５１および第２バイパスライン５２は、それぞれ、センタバイパスラインで構成されている。これにより、複数の方向切換弁２１～２９がセンタバイパスライン上に配置される油圧回路装置が搭載された建設機械１００において、アクチュエータ１，３の必要速度を確保しつつ複合操作時の分流ロスを低減することが可能となる。

【0050】

また、本実施形態における第１カット弁３１および第２カット弁３２は、それぞれ、比例流量弁またはオンオフ弁で構成されている。これにより、比例流量弁またはオンオフ弁で構成された第１カット弁３１および第２カット弁３２により、ブリードオフ流量を低減することが可能となる。

【0051】

また、本実施形態における建設機械１００は、ポンプ装置１１（１２）を制御するポンプコントローラ５８（５９）を備え、ポンプ装置１１（１２）は、ポンプシャフト２０４と、ポンプシャフト２０４の回転に伴って周期的に作動容積２０２が変化する作動室を３つ以上有し、前記作動室は、前記作動室と低圧マニホールド２１０との間の作動油の流れを制御する低圧弁と、前記作動室と高圧マニホールド２１３との間の作動油の流れを制御する高圧弁とを有し、前記作動室は、複数のポンプ要素に形成され、前記複数のポンプ要素は、それぞれ、前記作動室を１つ以上内包し、内包している前記作動室に共通しかつ吐出ポート２１４に連通している高圧マニホールド２１３に接続されており、ポンプコントローラ５８（５９）は、高圧マニホールド２１３を経由して吐出ポート２１４に至るまでの作動容積２０２の変化が、吐出ポート２１４から吐出される作動油の各要求流量に応じて制御されるように、作動容積２０２の各サイクルにおいて、前記作動室が、低圧マニホールド２１０と高圧マニホールド２１３との間の作動油の移動を伴う有効サイクル、または、低圧マニホールド２１０と高圧マニホールド２１３との間の作動油の移動を伴わない無効サイクルのいずれを経るかを決定するために、作動容積２０２のサイクルと位相的に相関して、前記作動室の少なくとも低圧弁２０９を能動的に制御するように構成されている。これにより、待機時のブリードオフ流量を低減して省エネ性を向上させるとともに、各アクチュエータ１，３，５，８の応答性を向上させることが可能となる。

【0052】

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】

【0053】

１…ブームシリンダ（第１アクチュエータ）、２…ブーム、３…アームシリンダ（第２アクチュエータ）、４…アーム、５…バケットシリンダ（アクチュエータ）、６…バケット、７…走行装置、８…走行用油圧モータ（アクチュエータ）、９…キャブ、１０…エンジン（原動機）、１１…第１ポンプ装置、１１ａ～１１ｄ…ポンプ要素、１２…第２ポンプ装置、１２ａ～１２ｄ…ポンプ要素、１８…第１油圧ポンプ、１８ａ…レギュレータ、１９…第２油圧ポンプ、１９ａ…レギュレータ、２０，２０Ａ…コントロールバルブ、２０ａ…第１バルブグループ、２０ｂ…第２バルブグループ、２１…走行右用方向切換弁、２２…バケット用方向切換弁、２３…第１ブーム用方向切換弁、２４…第２アーム用方向切換弁、２５…旋回用方向切換弁、２６…第１アーム用方向切換弁、２７…第２ブーム用方向切換弁、２８…予備用方向切換弁、２９…走行左用方向切換弁、３１…第１カット弁、３２…第２カット弁、４０…切換弁ブロック、４１ａ～４１ｄ…切換弁、４２…切換弁、４２ａ～４２ｄ…切換弁、５１…第１バイパスライン（センタバイパスライン）、５２…第２バイパスライン（センタバイパスライン）、５５…タンク、５６ａ…ブーム操作レバー（操作装置）、５６ｂ…アーム操作レバー（操作装置）、５７…コントローラ、５８，５９…ポンプコントローラ、１００…油圧ショベル（建設機械）、１０１…下部走行体、１０２…上部旋回体、２０１…シリンダ、２０２…作動容積、２０３…ピストン、２０４…ポンプシャフト、２０５…偏心カム、２０６…シャフト位置及び／又は速度センサ、２０８…信号ライン、２０９…低圧弁、２１０…低圧マニホールド、２１１…低圧弁制御ライン、２１２…高圧弁、２１３…高圧マニホールド、２１４…吐出ポート、２１５…高圧弁制御ライン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】