JP6763326B2 - 油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられる油圧回路に関するものである。

例えば、下部走行体と、下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、上部旋回体に対して起伏可能に取り付けられたアタッチメントと、を有する油圧ショベルが知られている。

アタッチメントは、上部旋回体に対して回動可能に取り付けられたブームと、ブームの先端部に対して回動可能に取り付けられたアームと、アームの先端部に対して回動可能に取り付けられたバケットと、を有している。

また、油圧ショベルは、例えば、特許文献１に記載の油圧回路を備えている。

油圧回路は、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、上部旋回体に対してブームを回動させるブームシリンダと、ブームに対してアームを回動させるアームシリンダと、アームに対してバケットを回動させるバケットシリンダと、を備えている。

また、油圧回路は、例えば、特許文献１に開示されるように、ブームシリンダ及びバケットシリンダに作動油を供給するための第１ポンプと、アームシリンダに作動油を供給するための第２ポンプと、旋回モータに作動油を供給するための第３ポンプと、第１〜第３ポンプを駆動するエンジンと、を備えている。

さらに、特許文献１に記載の油圧回路は、第３ポンプからの作動油を第１ポンプの吐出ラインに合流させるための第１合流ラインと、第３ポンプからの作動油を第２ポンプの吐出ラインに合流させるための第２合流ラインと、を有する。

これにより、第１ポンプ及び第２ポンプからの作動油に第３ポンプからの作動油を加えて当該第１ポンプ及び第２ポンプの駆動対象となる油圧アクチュエータを確実に動作させることができる。

また、特許文献１に記載の油圧回路（合流弁）は、第３ポンプからの作動油を第１ポンプ及び第２ポンプの吐出ラインに合流させるときに第２合流ラインに優先的に作動油を導くために第１合流ラインの開口面積を制限する絞りを備えている。

これにより、例えば、ブーム下げとアーム動作とが同時に行われた場合に、アームシリンダに作動油を優先的に流すことによりアームを増速させ、作業性を向上することができる。

特開２０１３−１４７８６４号公報

上述のような油圧回路を有する建設機械においては、エンジンに要求される負荷トルクがエンジンの出力トルクを下回るように第１ポンプ及び第２ポンプの容量を制御するトルク制御が実行される。

また、油圧回路は、油圧回路内の作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上となったときに開放して油圧回路内の油圧機器が破損するのを防止するリリーフ弁を有している。

ここで、アーム引きとバケット掘削とが同時に行われて土砂を掘削する掘削作業が行われると、アームが地面から受ける反力によりアームシリンダに負荷が大きくなる。しかも、第３ポンプから吐出された作動油は、上述した絞りにより第２ポンプの吐出ライン（アームシリンダ）に優先的に供給される。

したがって、掘削作業中においては、油圧回路内の圧力が上昇してリリーフ弁が開放するとともに、このような高圧状態において作動油を吐出する第１ポンプ及び第２ポンプの負荷が増加するため、両ポンプの負荷の増加に伴いトルク制御が実行される。

その結果、第１ポンプの容量が低下することに伴いバケットの掘削速度が低下し、掘削作業の作業性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、アーム引き及びバケット掘削を伴う掘削作業中におけるバケットの掘削速度の低下を抑制することができる油圧回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ブームと、前記ブームの先端部に対して回動可能に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に対して回動可能に取り付けられたバケットと、を有する建設機械に設けられた油圧回路であって、前記ブームに対して前記アームを回動させるアームシリンダと、前記アームに対して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、前記バケットシリンダに作動油を供給するための第１ポンプと、前記アームシリンダに作動油を供給するための第２ポンプと、第３ポンプと、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ、及び前記第３ポンプを駆動するエンジンと、前記第３ポンプからの作動油を前記第１ポンプの吐出ラインに合流させるための第１合流ラインと、前記第３ポンプからの作動油を前記第２ポンプの吐出ラインに合流させるための第２合流ラインと、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が予め設定された設定圧以下のときに前記第１ポンプの吐出ラインと比較して前記第２ポンプの吐出ラインに対して優先的に前記第３ポンプからの作動油を導くために前記第１合流ラインの開口面積を予め設定された制限開口面積に制限するとともに、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記設定圧を超えたときに前記第１合流ラインの開口面積を前記制限開口面積よりも広げるように動作する開口調整弁と、を備えている、油圧回路を提供する。

本発明によれば、アーム及びバケットの複合動作が行われた状況であってアームシリンダの負荷が比較的に低い状況（例えば、アーム引き及びバケット掘削操作が行われ、地面から反力を受けていない状況）においては開口調整弁により第１合流ラインの開口面積が制限開口面積に制限される。これにより、バケットシリンダと比較してアームシリンダに優先的に第３ポンプからの作動油が導かれるため、アームを増速して作業性を向上することができる。

一方、アーム及びバケットの複合動作が行われた状況であってアームシリンダの負荷が高い状況（例えば、アーム引き及びバケット掘削操作が行われ、かつ、地面からの反力を受けている掘削作業時）においては開口調整弁により第１合流ラインの開口面積が制限開口面積よりも広げられる。これにより、高負荷状態にあるアームシリンダに対して第３ポンプからの作動油の優先供給が継続される場合のように油圧回路内のリリーフ弁が開放するほど当該油圧回路内の圧力が上昇するのを抑制することができる。そのため、油圧回路内の圧力が上昇することに伴い第１ポンプ及び第２ポンプの負荷が上昇して、第１ポンプのトルクが制限されるのを抑制することができるとともに、第３ポンプから第１ポンプの吐出ラインに合流される作動油を有効に活用してバケットの掘削速度を向上することができる。

したがって、本発明によれば、アーム引き及びバケット掘削を伴う掘削作業中におけるバケットの掘削速度の低下を抑制することができる。

なお、本発明における『設定圧』は、第３ポンプの作動油が第１ポンプの吐出ライン及び第２ポンプの吐出ラインに導かれている合流状態において油圧回路に設定されるリリーフ圧よりも低い値として予め設定されたものである。つまり、合流状態において第１〜第３ポンプの吐出圧によりリリーフ可能となるように油圧回路に設けられたリリーフ弁に設定されたリリーフ圧よりも『設定圧』は低く設定されている。このようにすれば、合流状態においてアームシリンダの負荷が高くなることによるトルク制御の実行を抑制することができる。

ここで、アームシリンダのヘッド側室内の圧力が設定圧以下の値から設定圧を超える値に変化したときに、開口調整弁は、第１合流ラインの開口面積を急激に広げることも可能である。しかし、この場合、アームシリンダに対する第３ポンプからの作動油の供給量が急激に減少することにより当該アームシリンダが急激に減速し、作業性が低下するおそれがある。

そこで、前記油圧回路において、前記開口調整弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記設定圧を超えた状態において前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が大きいほど前記第１合流ラインの開口面積が大きくなるように動作することが好ましい。

この態様によれば、アームシリンダの負荷が比較的に小さい状況においてアームシリンダの増速期間をできるだけ維持しながら油圧回路内の圧力をトルク制御が実行されない程度に低く抑えることができる。

したがって、アームシリンダの減速を抑えて作業性の低下を抑制することができる。

前記油圧回路は、前記ブームを回動可能に支持する前記建設機械の機体に対して前記ブームを回動させるブームシリンダと、前記第１合流ラインからの作動油を前記ブームシリンダに導くためのブーム側ラインと、を有していてもよい。

この構成において、掘削作業時にさらにブーム上げ動作が行われることがある。この場合、第３ポンプからの作動油をブームシリンダに対しても無条件で供給すると、ブーム上げ動作に伴ってバケットが地面から離れる方向に移動してしまい掘削作業を効率的に行うことが難しい。

そこで、前記油圧回路は、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が予め設定された基準圧以下のときの前記ブーム側ラインの開口面積と比較して前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記基準圧を超えたときの前記ブーム側ラインの開口面積が制限されるように動作する開口変化弁をさらに備えていることが好ましい。

この態様によれば、ブーム上げ動作が行われた場合に、掘削作業時、つまり、アームシリンダの負荷が高い状況においては、ブームシリンダに対する第３ポンプからの作動油の供給量を抑えるとともに相対的にバケットシリンダに対する第３ポンプからの作動油の供給量を増加することができる。

したがって、前記態様によれば、掘削作業時にブーム上げ動作の速度を抑えながらバケット掘削を増速することにより、掘削作業をより効率的に行うことができる。

なお、前記態様において『基準圧』は、前記設定圧と同様、第３ポンプの作動油が第１ポンプの吐出ライン及び第２ポンプの吐出ラインに導かれている合流状態において油圧回路に設定されるリリーフ圧よりも低い値として予め設定されたものである。

ここで、アームシリンダのヘッド側室内の圧力が基準圧以下の値から基準圧を超える値に変化したときに、開口変化弁は、ブーム側ラインの開口面積を急激に制限することも可能である。しかし、この場合、ブームシリンダに対する第３ポンプからの作動油の供給量が急激に減少することによりブームシリンダが急激に減速し、作業性が低下するおそれがある。

そこで、前記油圧回路において、前記開口変化弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記基準圧を超えた状態において前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が大きいほど前記ブーム側ラインの開口面積が小さくなるように動作することが好ましい。

この態様によれば、アームシリンダの負荷が比較的に小さい状況においてブームの増速を図りながら、アームシリンダの負荷が大きい状況においてはバケットが地面から離れるのを防止することができる。

したがって、掘削作業時における作業性をより向上することができる。

ここで、アームシリンダのヘッド側室内の作動油の圧力を検出するセンサと、センサの検出値に基づいて開口調整弁及び開口変化弁に指令を出力するコントローラと、を有し、開口調整弁及び開口変化弁がコントローラからの指令に応じて動作する電磁式の切換弁によりそれぞれ構成されていてもよい。

一方、前記油圧回路において、前記開口調整弁及び前記開口変化弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の作動油の圧力に応じて動作するパイロット式の切換弁によりそれぞれ構成されていることが好ましい。

この態様によれば、回路調整弁及び開口変化弁が電磁式の切換弁により構成されている場合と比較して、センサやコントローラ等の構成を省略することができるため、コスト面で有利となる。

本発明によれば、アーム引き及びバケット掘削を伴う掘削作業中におけるバケットの掘削速度の低下を抑制することができる。

本発明の建設機械の一例である油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。 図１の油圧ショベルに設けられた第１実施形態に係る油圧回路の回路図である。 図２の開口調整弁の開口特性を示すグラフである。 図２の開口変化弁の開口特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る油圧回路の回路図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、建設機械の一例である油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に対して起伏可能に設けられたアタッチメント４と、を備えている。下部走行体２及び上部旋回体３は、アタッチメント４（ブーム５）を回動可能に支持する機体に相当する。

アタッチメント４は、上部旋回体３に対して回動可能に取り付けられた基端部を有するブーム５と、ブーム５の先端部に対して回動可能に取り付けられた基端部を有するアーム６と、アーム６の先端部に対して回動可能に取り付けられたバケット７と、を備えている。

また、油圧ショベル１は、図２に示す油圧回路を備えている。

油圧回路は、上部旋回体３に対してブーム５を回動させるブームシリンダ８と、ブーム５に対してアーム６を回動させるアームシリンダ９と、アーム６に対してバケット７を回動させるバケットシリンダ１０と、下部走行体２に対して上部旋回体３を旋回駆動する旋回モータ１１と、を備えている。

また、油圧回路は、バケットシリンダ１０及びブームシリンダ８に作動油を供給するための可変容量式の第１ポンプ１３と、アームシリンダ９に作動油を供給するための可変容量式の第２ポンプ１４と、旋回モータ１１に作動油を供給するための第３ポンプ１５と、後述する制御弁１７〜１９及び２１に対するパイロット圧を供給するためのパイロットポンプ１６と、これらのポンプ１３〜１６を駆動するエンジン１２と、を備えている。

以下、油圧回路における第１ポンプ１３とバケットシリンダ１０及びブームシリンダ８との間に設けられた構成について説明する。

油圧回路は、第１ポンプ１３とブームシリンダ８との間に設けられたブーム用制御弁１７と、第１ポンプ１３とバケットシリンダ１０との間に設けられたバケット用制御弁１８と、を備えている。

両制御弁１７、１８は、第１ポンプ１３に接続されたタンデムラインＬ１を介して互いに直列に接続されている。タンデムラインＬ１は、バケット用制御弁１８の下流側でタンクラインＬＴに接続されている。

また、両制御弁１７、１８は、ラインＬ２〜Ｌ４を介してパラレルに接続されている。

具体的に、ブーム用制御弁１７の供給側ポートには、タンデムラインＬ１のブーム用制御弁１７の上流側の部分から分岐する分岐ラインＬ２の途中部に接続された供給ラインＬ３が接続されている。分岐ラインＬ２における供給ラインＬ３の接続点よりもタンデムラインＬ１側には、当該タンデムラインＬ１から供給ラインＬ３側への作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁（符号省略）が設けられている。また、供給ラインＬ３には、分岐ラインＬ２からブーム用制御弁１７へ向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁（符号省略）が設けられている。

一方、バケット用制御弁１８の供給側ポートには、タンデムラインＬ１におけるブーム用制御弁１７とバケット用制御弁１８との間の部分から分岐する供給ラインＬ４が接続されている。供給ラインＬ４には、タンデムラインＬ１からバケット用制御弁１８へ向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制する一対のチェック弁（符号省略）が設けられている。また、供給ラインＬ４のチェック弁間の部分には分岐ラインＬ２が接続されている。なお、分岐ラインＬ２における供給ラインＬ３の下流側の位置には絞り（符号省略）が設けられている。この絞りは、ブーム５の上げ及びバケット７の掘削の複合動作が行われたときにブームシリンダ８に優先して作動油を導くことにより操作性を向上するために設けられたものである。

また、ブーム用制御弁１７のタンク側ポートには、タンクラインＬＴに接続された導出ラインＬ５が接続されている。同様に、バケット用制御弁１８のタンク側ポートには、タンクラインＬＴに接続された導出ラインＬ６が接続されている。

また、タンデムラインＬ１における第１ポンプ１３とブーム用制御弁１７との間の部分とタンクラインＬＴとの間にはリリーフライン（符号省略）が設けられ、リリーフラインの途中部にはリリーフ弁２７が設けられている。リリーフ弁２７は、タンデムラインＬ１内の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上のときにリリーフラインを開いてタンデムラインＬ１内の作動油をタンクラインＬＴに導く。これにより、第１ポンプ１３の負荷（ブームシリンダ８及びバケットシリンダ１０の負荷）が高くなったときに油圧回路を保護することができる。

ブーム用制御弁１７は、図外の操作レバーが操作されていない状態で付勢される中立位置と、操作レバーの操作に応じてパイロットポンプ１６からの作動油（パイロット圧）により作動するブーム上げ位置（図２の右側位置）及びブーム下げ位置（図２の左側位置）と、を備えている。中立位置にあるブーム用制御弁１７は、ブームシリンダ８に対する作動油の給排を停止させるとともにタンデムラインＬ１を開放する。ブーム上げ位置にあるブーム用制御弁１７は、タンデムラインＬ１を閉じ、供給ラインＬ３からブームシリンダ８のヘッド側室へ作動油を導くとともにブームシリンダ８のロッド側室内の作動油を導出ラインＬ５に導く。ブーム下げ位置にあるブーム用制御弁１７は、タンデムラインＬ１を閉じ、供給ラインＬ３からブームシリンダ８のロッド側室へ作動油を導くとともにブームシリンダ８のヘッド側室内の作動油を導出ラインＬ５に導く。

バケット用制御弁１８は、図外の操作レバーが操作されていない状態で付勢される中立位置と、操作レバーの操作に応じてパイロットポンプ１６からの作動油（パイロット圧）により作動するバケット掘削位置（図２の右側位置）及びバケットダンプ位置（図２の左側位置）と、を備えている。中立位置にあるバケット用制御弁１８は、バケットシリンダ１０に対する作動油の給排を停止させるとともにタンデムラインＬ１を開放する。バケット掘削位置にあるバケット用制御弁１８は、タンデムラインＬ１を閉じ、供給ラインＬ４からバケットシリンダ１０のヘッド側室へ作動油を導くとともにバケットシリンダ１０のロッド側室内の作動油を導出ラインＬ６に導く。バケットダンプ位置にあるバケット用制御弁１８は、タンデムラインＬ１を閉じ、供給ラインＬ４からバケットシリンダ１０のロッド側室へ作動油を導くとともにバケットシリンダ１０のヘッド側室内の作動油を導出ラインＬ６へ導く。

次に、油圧回路における第２ポンプ１４とアームシリンダ９との間に設けられた構成について説明する。

油圧回路は、第２ポンプ１４とアームシリンダ９との間に設けられたアーム用制御弁１９を備えている。

アーム用制御弁１９は、第２ポンプ１４からタンクラインＬＴまで延びるポンプラインＬ７の途中部に設けられている。

また、アーム用制御弁１９の供給側ポートには、ポンプラインＬ７における第２ポンプ１４とアーム用制御弁１９との間の部分から分岐する供給ラインＬ８が接続されている。供給ラインＬ８には、ポンプラインＬ７からアーム用制御弁１９に向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁（符号省略）が設けられている。

さらに、ポンプラインＬ７における第２ポンプ１４とアーム用制御弁１９との間の部分とタンクラインＬＴとの間にはリリーフライン（符号省略）が設けられ、リリーフラインの途中部にはリリーフ弁２０が設けられている。リリーフ弁２０は、ポンプラインＬ７内の圧力が予め設定されたリリーフ圧未満のときにリリーフラインを閉じる一方、ポンプラインＬ７内の圧力がリリーフ圧以上のときにリリーフラインを開いてポンプラインＬ７内の作動油をタンクラインＬＴに導く。これにより、第２ポンプ１４の負荷（アームシリンダ９の負荷）が高くなったときに油圧回路を保護することができる。

一方、アーム用制御弁１９のタンク側ポートには、タンクラインＬＴに接続された導出ラインＬ９が接続されている。

アーム用制御弁１９は、図外の操作レバーが操作されていない状態で付勢される中立位置と、操作レバーの操作に応じてパイロットポンプ１６からの作動油（パイロット圧）により作動するアーム押し位置（図２の右側位置）及びアーム引き位置（図２の左側位置）と、を備えている。中立位置にあるアーム用制御弁１９は、アームシリンダ９に対する作動油の給排を停止させるとともにポンプラインＬ７を開放する。アーム押し位置にあるアーム用制御弁１９は、ポンプラインＬ７を閉じ、供給ラインＬ８からアームシリンダ９のロッド側室へ作動油を導くとともにアームシリンダのヘッド側室から導出ラインＬ９へ作動油を導く。アーム引き位置にあるアーム用制御弁１９は、ポンプラインＬ７を閉じ、供給ラインＬ８からアームシリンダ９のヘッド側室へ作動油を導くとともにアームシリンダ９のロッド側室から導出ラインＬ９へ作動油を導く。

次に、油圧回路における第３ポンプ１５と旋回モータ１１との間に設けられた構成について説明する。

油圧回路は、第３ポンプ１５と旋回モータ１１との間に設けられた旋回用制御弁２１を備えている。

旋回用制御弁２１は、第３ポンプ１５から後述する第１合流ラインＬ１４及び第２合流ラインＬ１３まで延びるポンプラインＬ１０の途中部に設けられている。

また、旋回用制御弁２１の供給側ポートには、ポンプラインＬ１０における第３ポンプ１５と旋回用制御弁２１との間の部分から分岐する供給ラインＬ１１が接続されている。供給ラインＬ１１には、ポンプラインＬ１０から旋回用制御弁２１に向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁（符号省略）が設けられている。

さらに、ポンプラインＬ１０における第３ポンプ１５と旋回用制御弁２１との間の部分とタンクラインＬＴとの間にはリリーフライン（符号省略）が設けられ、リリーフラインの途中部にはリリーフ弁２２が設けられている。リリーフ弁２２は、ポンプラインＬ１０内の圧力が予め設定されたリリーフ圧未満のときにリリーフラインを閉じる一方、ポンプラインＬ１０内の圧力がリリーフ圧以上のときにリリーフラインを開いてポンプラインＬ１０内の作動油をタンクラインＬＴに導く。これにより、第３ポンプ１５の負荷（旋回モータ１１の負荷）が高くなったときに油圧回路を保護することができる。

一方、旋回用制御弁２１のタンク側ポートには、タンクラインＬＴに接続された導出ラインＬ１２が接続されている。

旋回用制御弁２１は、図外の操作レバーが操作されていない状態で付勢される中立位置と、操作レバーの操作に応じてパイロットポンプ１６からの作動油（パイロット圧）により作動する右旋回位置（図２の右側位置）及び左旋回位置（図２の左側位置）と、を備えている。中立位置にある旋回用制御弁２１は、旋回モータ１１に対する作動油の給排を停止させるとともにポンプラインＬ１０を開放する。右旋回位置及び左旋回位置にある旋回用制御弁２１は、それぞれ、ポンプラインＬ１０を閉じ、供給ラインＬ１１から旋回モータ１１の一方のポートへ作動油を導くとともに旋回モータの他方のポートから導出ラインＬ１２に作動油を導く。

以下、第３ポンプ１５から吐出された作動油を第１ポンプ１３及び第２ポンプ１４の吐出ラインに合流させるための構成について説明する。

油圧回路は、第３ポンプ１５からの作動油を第１ポンプ１３の吐出ラインに合流させるための第１合流ラインＬ１４と、第３ポンプ１５からの作動油を第２ポンプ１４の吐出ラインに合流させるための第２合流ラインＬ１３と、を有する。ここで、第１ポンプ１３の吐出ラインは、タンデムラインＬ１における第１ポンプ１３とブーム用制御弁１７との間の部分と、分岐ラインＬ２と、を有する。また、第２ポンプ１４の吐出ラインは、ポンプラインＬ７における第２ポンプ１４とアーム用制御弁１９との間の部分を有する。

具体的に、第１合流ラインＬ１４及び第２合流ラインＬ１３は、第３ポンプ１５に接続されたポンプラインＬ１０の旋回用制御弁２１の下流側の端部から分岐したラインである。第１合流ラインＬ１４は、分岐ラインＬ２における供給ラインＬ３との接続点に接続されている。一方、第２合流ラインＬ１３は、ポンプラインＬ７における供給ラインＬ８との接続点に接続されている。

これにより、旋回用制御弁２１が中立位置以外の位置に切り換えられた状態において、第３ポンプ１５からの作動油は、分岐ラインＬ２（第１ポンプ１３の吐出ライン）及び供給ラインＬ８（第２ポンプ１４の吐出ライン）に導かれる。

ここで、第１合流ラインＬ１４には、第１合流ラインＬ１４の開口面積を調整するための開口調整弁２３が設けられている。

図３は、開口調整弁２３の開口特性を示すグラフである。

図２及び図３を参照して、開口調整弁２３は、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が予め設定された設定圧Ｐ１以下のときに第１ポンプ１３の吐出ラインと比較して第２ポンプ１４の吐出ラインに対して優先的に第３ポンプ１５からの作動油を導くために第１合流ラインＬ１４の開口面積を予め設定されて制限開口面積に制限する。一方、開口調整弁２３は、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が設定圧Ｐ１を超えたときに第１合流ラインＬ１４の開口面積を制限開口面積よりも広げる。

なお、設定圧Ｐ１は、第３ポンプ１５の作動油が第１ポンプ１３の吐出ライン及び第２ポンプ１４の吐出ラインに導かれている合流状態において油圧回路に設定されるリリーフ圧よりも低い値として予め設定されたものである。つまり、合流状態において第１〜第３ポンプ１３〜１５の吐出圧によりリリーフ可能となるように油圧回路に設けられたリリーフ弁２０、２２、２７に設定されたリリーフ圧よりも『設定圧』は低く設定されている。

具体的に、開口調整弁２３は、絞りにより開口面積を制限する制限位置と、絞りを有しない非制限位置と、を有している。また、開口調整弁２３のパイロットポートは、アームシリンダ９のヘッド側室に接続されている。そして、開口調整弁２３は、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が設定圧Ｐ１以下のときに制限位置に付勢されている一方、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が設定圧Ｐ１を超えたときに当該圧力が大きいほど開口面積が大きくなるように制限位置から非制限位置に連続的に切り換えられる。

したがって、例えば、アームシリンダ９とバケットシリンダ１０との複合動作が行われ、アームシリンダ９の負荷が比較的に小さいときには、開口調整弁２３は制限位置に付勢されている。これにより、第３ポンプ１５からの作動油がバケットシリンダ１０と比較してアームシリンダ９に優先して供給されてアーム６の増速を図ることができる。

一方、アーム６及びバケット７の複合動作が行われた状況であってアームシリンダ９の負荷が高い状況においては開口調整弁２３が非制限位置に動作し、第１合流ラインＬ１４の開口面積が制限開口面積よりも広げられる。これにより、高負荷状態にあるアームシリンダ９に対して第３ポンプ１５からの作動油の優先供給が継続される場合のようにリリーフ弁２０、２２、２７が開放するほど油圧回路内の圧力が上昇するのを抑制することができる。ここで、リリーフ弁２０、２２、２７が開放した場合には、図外のコントローラにより第１ポンプ１３及び第２ポンプ１４の容量が制限されるトルク制御が実行される。この状況においては、第１ポンプ１３の容量が制限されることによりバケット７の速度が低下してしまう。これに対し、上述のように、リリーフ弁２０、２２、２７の開放を抑制することにより、バケット７の増速を有効に図ることができる。

さらに、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力の大きさに応じて第１合流ラインＬ１４の開口面積が連続的に広げられるため、アームシリンダ９の負荷が比較的に小さい状況においてアームシリンダ９の増速期間をできるだけ維持しながら油圧回路内の圧力を低くおさえることができる。

さらに、油圧回路は、第１合流ラインＬ１４からの作動油をブームシリンダ８に導くための供給ラインＬ３（ブーム側ライン）に設けられた開口変化弁２４をさらに備えている。

図４は、開口変化弁２４の開口特性を示すグラフである。

図２及び図４を参照して、開口変化弁２４は、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が予め設定された基準圧Ｐ２以下のときに供給ラインＬ３の開口面積と比較してアームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が基準圧Ｐ２を超えたときの供給ラインＬ３の開口面積が制限されるように動作する。なお、基準圧Ｐ２は、前記設定圧と同様、第３ポンプ１５の作動油が第１ポンプ１３の吐出ライン及び第２ポンプ１４の吐出ラインに導かれている合流状態において油圧回路に設定されるリリーフ圧よりも低い値として予め設定されたものである。つまり、合流状態において第１〜第３ポンプ１３〜１５の吐出圧によりリリーフ可能となるように油圧回路に設けられたリリーフ弁２０、２２、２７に設定されたリリーフ圧よりも『基準圧』は低く設定されている。

また、開口変化弁２４の基準圧Ｐ２は、開口調整弁２３の設定圧Ｐ１よりも低く設定されている。

具体的に、開口変化弁２４は、絞りにより開口面積を制限する制限位置と、絞りを有しない非制限位置と、を有している。また、開口変化弁２４のパイロットポートは、アームシリンダ９のヘッド側室に接続されている。そして、開口変化弁２４は、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が基準圧Ｐ２以下のときに非制限位置に付勢されている一方、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が基準圧Ｐ２を超えたときに当該圧力が大きいほど開口面積が小さくなるように非制限位置から制限位置に切り換えられる。

したがって、ブーム５とアーム６とバケット７との複合操作が行われ、かつ、アームシリンダ９の負荷が比較的低い状態においては、開口変化弁２４が非制限位置に保持され、第３ポンプ１５からの作動油をブーム５、アーム６、及びバケット７で有効に活用することができる。

一方、ブーム５とアーム６とバケット７との複合操作が行われ、かつ、アームシリンダ９の負荷が比較的に高い状態においては、開口変化弁２４が制限位置に切り換えられ、第３ポンプ１５からの作動油をブーム５と比較してバケット７に優先的に供給することができる。したがって、掘削作業時にブーム上げ操作が行われた場合であっても、バケット７の増速を図ることができる。

以上説明したように、アーム６及びバケット７の複合動作が行われた状況であってアームシリンダ９の負荷が比較的に低い状況（例えば、アーム引き及びバケット掘削操作が行われ、地面から反力を受けていない状況）においては開口調整弁２３により第１合流ラインＬ１４の開口面積が制限開口面積に制限される。これにより、バケットシリンダ１０と比較してアームシリンダ９に優先的に第３ポンプ１５からの作動油が導かれるため、アーム６を増速して作業性を向上することができる。

一方、アーム６及びバケット７の複合動作が行われた状況であってアームシリンダ９の負荷が高い状況（例えば、アーム引き及びバケット掘削操作が行われ、かつ、地面からの反力を受けている掘削作業時）においては開口調整弁２３により第１合流ラインＬ１４の開口面積が制限開口面積よりも広げられる。これにより、高負荷状態にあるアームシリンダ９に対して第３ポンプ１５からの作動油の優先供給が継続される場合のように油圧回路内のリリーフ弁２０、２２が開放するほど当該油圧回路内の圧力が上昇するのを抑制することができる。そのため、油圧回路内の圧力が上昇することに伴い第１ポンプ１３及び第２ポンプ１４の負荷が上昇して、第１ポンプ１３のトルクが制限されるのを抑制することができるとともに、第３ポンプ１５から第１ポンプ１３の吐出ラインに合流される作動油を有効に活用してバケット７の掘削速度を向上することができる。

したがって、アーム引き及びバケット掘削を伴う掘削作業中におけるバケット７の掘削速度の低下を抑制することができる。

また、第１実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力の大きいほど第１合流ラインＬ１４の開口面積を大きくしているため、アームシリンダ９の負荷が比較的に小さい状況においてアームシリンダ９の増速期間をできるだけ維持しながら油圧回路内の圧力をトルク制御が実行されない程度に低く抑えることができる。

したがって、アームシリンダ９の減速を抑えて作業性の低下を抑制することができる。

ブーム上げ動作が行われた場合に、掘削作業時、つまり、アームシリンダ９の負荷が高い状況においては、開口変化弁２４によりブームシリンダ８に対する第３ポンプ１５からの作動油の供給量を抑えるとともに相対的にバケットシリンダ１０に対する第３ポンプ１５からの作動油の供給量を増加することができる。

したがって、掘削作業時にブーム上げ動作の速度を抑えながらバケット掘削を増速することにより、掘削作業をより効率的に行うことができる。

アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力が大きいほど供給ラインＬ３の開口面積が大きくなるように開口変化弁２４が動作する。これにより、アームシリンダ９の負荷が比較的に小さい状況においてブーム５の増速を図りながら、アームシリンダ９の負荷が大きい状況においてはバケット７が地面から離れるのを防止することができる。

したがって、掘削作業時における作業性をより向上することができる。

開口調整弁２３及び開口変化弁２４は、アームシリンダ９のヘッド側室内の作動油の圧力に応じて動作するパイロット式の切換弁によりそれぞれ構成されている。

これにより、開口調整弁２３及び開口変化弁２４が電磁式の切換弁により構成されている場合と比較して、センサやコントローラ等の構成を省略することができるため、コスト面で有利となる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、油圧パイロット式の開口調整弁２３及び開口変化弁２４を採用した例について説明したが、これらの弁２３、２４は、油圧パイロット式に限定されない。

以下、図５を参照して、油圧回路における第１実施形態と異なる部分のみについて説明する。

図５に示す第２実施形態に係る油圧回路は、電磁式の開口調整弁２３と、電磁式の開口変化弁２４と、アームシリンダ９のヘッド側室内の圧力を検出可能な圧力センサ２５と、圧力センサ２５による検出信号に基づいて両弁２３、２４を制御するコントローラ２６とを備えている。

コントローラ２６は、圧力センサ２５により検出された圧力が設定圧Ｐ１を超えたときに開口調整弁２３のソレノイドに電気指令を出力する。これにより、開口調整弁２３は、圧力センサ２５による検出圧力の大きさに応じて制限位置から非制限位置に向けて連続的に動作する。

第２実施形態によれば、両弁２３、２４を電気指令により制御することができるため、両弁２３、２４の切換タイミング等の自由度が高くなる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の態様を採用することもできる。

ブームシリンダ８は第１ポンプ１３から作動油の供給を受けているが、ブームシリンダ８に対する作動油の供給源は第１ポンプ１３に限定されない。

第３ポンプ１５は、旋回モータ１１に作動油を供給しているが、第３ポンプ１５の作動油の供給先は旋回モータ１１に限定されない。

第１合流ラインＬ１４及び第２合流ラインＬ１３がポンプラインＬ１０から分岐している構成を例に挙げて説明したが、第３ポンプ１５からの作動油を第１ポンプ１３及び第２ポンプ１４の吐出ラインに導くための切換位置を有する合流弁（例えば、特許文献１の合流弁）をポンプラインＬ１０に設けることもできる。この場合、合流弁及びこれと第１ポンプの吐出ラインとを接続するラインが第１合流ラインに相当し、合流弁及びこれと第２ポンプの吐出ラインとを接続するラインが第２合流ラインに相当する。さらに、この場合には、合流弁が第１合流ラインの開口面積を調整する、つまり、開口調整弁の機能を有していてもよい。

開口調整弁２３が開口面積を連続的に調整可能な例について説明したが、設定圧を境として制限位置（図２の左側位置）から非制限位置（図２の右側位置）に瞬間的に調整可能な開口調整弁２３を採用することもできる。

建設機械は、油圧式のものに限定されず、ハイブリッド式のものでもよい。

Ｌ１ タンデムライン（第１ポンプ１３の吐出ライン）
Ｌ２ 分岐ライン（第１ポンプ１３の吐出ライン）
Ｌ３ 供給ライン（ブーム側ライン）
Ｌ７ ポンプライン（第２ポンプ１３の吐出ライン）
Ｌ１３ 第２合流ライン
Ｌ１４ 第１合流ライン
Ｐ１ 設定圧
Ｐ２ 基準圧
１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体（機体）
３ 上部旋回体（機体）
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ
９ アームシリンダ
１０ バケットシリンダ
１２ エンジン
１３ 第１ポンプ
１４ 第２ポンプ
１５ 第３ポンプ
２３ 開口調整弁
２４ 開口変化弁

Claims (5)

1. ブームと、前記ブームの先端部に対して回動可能に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に対して回動可能に取り付けられたバケットと、を有する建設機械に設けられた油圧回路であって、
   前記ブームに対して前記アームを回動させるアームシリンダと、
   前記アームに対して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、
   前記バケットシリンダに作動油を供給するための第１ポンプと、
   前記アームシリンダに作動油を供給するための第２ポンプと、
   第３ポンプと、
   前記第１ポンプ、前記第２ポンプ、及び前記第３ポンプを駆動するエンジンと、
   前記第３ポンプからの作動油を前記第１ポンプの吐出ラインに合流させるための第１合流ラインと、
   前記第３ポンプからの作動油を前記第２ポンプの吐出ラインに合流させるための第２合流ラインと、
   前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が予め設定された設定圧以下のときに前記第１ポンプの吐出ラインと比較して前記第２ポンプの吐出ラインに対して優先的に前記第３ポンプからの作動油を導くために前記第１合流ラインの開口面積を予め設定された制限開口面積に制限するとともに、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記設定圧を超えたときに前記第１合流ラインの開口面積を前記制限開口面積よりも広げるように動作する開口調整弁と、を備えている、油圧回路。
2. 請求項１に記載の油圧回路であって、
   前記開口調整弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記設定圧を超えた状態において前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が大きいほど前記第１合流ラインの開口面積が大きくなるように動作する、油圧回路。
3. 請求項１又は２に記載の油圧回路は、
   前記ブームを回動可能に支持する前記建設機械の機体に対して前記ブームを回動させるブームシリンダと、
   前記第１合流ラインからの作動油を前記ブームシリンダに導くためのブーム側ラインと、
   前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が予め設定された基準圧以下のときの前記ブーム側ラインの開口面積と比較して前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記基準圧を超えたときの前記ブーム側ラインの開口面積が制限されるように動作する開口変化弁と、をさらに備えている、油圧回路。
4. 請求項３に記載の油圧回路であって、
   前記開口変化弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が前記基準圧を超えた状態において前記アームシリンダのヘッド側室内の圧力が大きいほど前記ブーム側ラインの開口面積が小さくなるように動作する、油圧回路。
5. 請求項３又は４に記載の油圧回路であって、
   前記開口調整弁及び前記開口変化弁は、前記アームシリンダのヘッド側室内の作動油の圧力に応じて動作するパイロット式の切換弁によりそれぞれ構成されている、油圧回路。

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