JP7799953B2 - ショベル - Google Patents

Description

本開示は、ショベルに関する。

下部走行体と、下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、上部旋回体を旋回させる旋回油圧モータと、アタッチメントを駆動する油圧アクチュエータと、を備える作業機械が知られている。特許文献１には、油圧アクチュエータへ圧油を給排する駆動用回路にメイクアップ油路を備えた作業機械のキャビテーション防止回路において、前記油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブを通過した油路にネガコン絞りを設けることによりネガコン圧を発生させ、ポンプの吐出量を制御するレギュレータに該ネガコン圧を印加させるネガコン回路と、前記レギュレータに、前記ネガコン圧を擬似的に減圧させた疑似ネガコン圧に切り換えて印加可能なネガコン圧切換弁と、前記ネガコン絞りと並列に設けたアンロード弁と、前記油圧アクチュエータの減速を検出する減速検出手段と、を備え、前記油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、前記ネガコン圧切換弁により前記レギュレータに前記疑似ネガコン圧を作用させることにより前記ポンプの吐出量を増大させると共に、前記アンロード弁をアンロードすることを特徴とする作業機械のキャビテーション防止回路が開示されている。

特開２０１０－１１２４９４号公報

ところで、上部旋回体の旋回中に旋回速度を減速させる操作をすると、旋回油圧モータへ作動油を供給する制御弁の開口が狭くなり、旋回油圧モータに供給される作動油の流量が少なくなる。一方、旋回する上部旋回体は慣性によって急には減速せず、旋回油圧モータは旋回する上部旋回体の慣性力によって回転する。このため、旋回油圧モータへの作動油の供給流量が不足し、制御弁から旋回油圧モータへ作動油を供給する作動油路が低圧となる。これにより、作動油路内の作動油に気泡が発生しその後に気泡が消滅するキャビテーションが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、作動油にキャビテーションが発生することを防止するショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、前記上部旋回体を旋回させる旋回油圧モータと、作動油を吐出するポンプと、前記ポンプが吐出する作動油を前記旋回油圧モータへ供給し、かつ、前記旋回油圧モータが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える制御弁と、作動油の油路にキャビテーションが発生するか否かを判定する判定部と、前記制御弁を制御する制御部と、を備え、前記判定部は、操作装置における旋回を減速する減速操作量と、前記上部旋回体の旋回速度と、に基づいて、キャビテーションが発生するか否かを判定し、前記判定部が、キャビテーションが発生すると判定した場合、前記制御部は、前記減速操作量に対する前記制御弁のスプールストロークの減少を規制する。

本発明によれば、作動油にキャビテーションが発生することを防止するショベルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの上面図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 旋回油圧モータの油圧回路を説明する図である。 コントローラによるキャビティ抑制制御を説明するフローチャートである。 実レバー操作量とコントローラ０によるレバー操作量制御を説明するグラフである。 旋回速度とレートリミットの一例を示すグラフである。

最初に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１はショベル１００の側面図であり、図２はショベル１００の上面図である。

本実施形態では、ショベル１００の下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ２Ｍによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは左走行油圧モータ２ＭＬによって駆動され、右クローラ１ＣＲは右走行油圧モータ２ＭＲによって駆動される。

下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例であるアタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、アタッチメントアクチュエータを構成している。図１及び図２に示す例では、バケット６は、掘削バケットであるが、スケルトンバケット又は（除礫バケット）であってもよい。また、バケット６は、バケットチルト機構を備えていてもよい。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、及び操作方式切換装置ＳＤ等が設けられている。また、上部旋回体３には、空間認識装置７０及び旋回角速度センサＳ５等が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

空間認識装置７０は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。また、空間認識装置７０は、空間認識装置７０又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。撮像装置は、例えば、単眼カメラ又はステレオカメラ等である。本実施形態では、空間認識装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前方センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方センサ７０Ｒを含む。上部旋回体３の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル１００に取り付けられていてもよい。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、例えば、上部旋回体３の姿勢を計測する慣性計測装置（ＩＭＵ）である。また、旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも１つを含む。

操作方式切換装置ＳＤは、操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、操作方式切換装置ＳＤは、キャビン１０内の右側コンソールに設けられた押しボタンスイッチを含み、押しボタンスイッチが押される度に、第１操作方式と第２操作方式との間で操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、第１操作方式は、左操作レバー２６Ｌ（図３参照。）が前方に倒されたときにアーム５が開かれ、左操作レバー２６Ｌが後方に倒されたときにアーム５が閉じられ、左操作レバー２６Ｌが左方に倒されたときに左旋回が実行され、且つ、左操作レバー２６Ｌが右方に倒されたときに右旋回が実行されるように構成されている。また、第１操作方式は、右操作レバー２６Ｒ（図３参照。）が前方に倒されたときにブーム４が下げられ、右操作レバー２６Ｒが後方に倒されたときにブーム４が上げられ、右操作レバー２６Ｒが左方に倒されたときにバケット６が閉じられ、且つ、右操作レバー２６Ｒが右方に倒されたときにバケット６が開かれるように構成されている。一方で、第２操作方式は、左操作レバー２６Ｌ（図３参照。）が前方に倒されたときに右旋回が実行され、左操作レバー２６Ｌが後方に倒されたときに左旋回が実行され、左操作レバー２６Ｌが左方に倒されたときにアーム５が開かれ、且つ、左操作レバー２６Ｌが右方に倒されたときにアーム５が閉じられるように構成されている。

ショベル１００の操作者は、例えば、掘削バケットを用いて掘削作業を行う場合に第１操作方式を選択し、スケルトンバケット（除礫バケット）を用いて除礫作業を行う場合に第２操作方式を選択してもよい。

コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を支援したり或いはショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ３０は、ショベル１００の周囲の監視範囲内に存在する物体とショベル１００との接触を回避するためにショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。ショベル１００の周囲の物体の監視は、監視範囲内だけでなく監視範囲外に対しても実行される。

次に、図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図３は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。

ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作センサ２９、及びコントローラ３０等を含む。

図３において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０又はパラレル管路４２を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。

コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行油圧モータ２ＭＬ、右走行油圧モータ２ＭＲ及び旋回油圧モータ２Ａを含む。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、及び１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、及び１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（出力馬力）を超えないようにするためである。

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

図３に示す例では、左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されたときにアーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときに旋回操作レバーとして機能する。

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の左側パイロットポートに作動油を導入させる。

図３に示す例では、右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されたときにブーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときにバケット操作レバーとして機能する。

走行レバー２６Ｄは、クローラ１Ｃの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

操作センサ２９は、操作センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

同様に、操作センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＬは、操作者による左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＲは、操作者による右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、操作センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。また、コントローラ３０は、絞り１８の上流に設けられた制御圧センサ１９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図３で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

また、ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。また、旋回油圧モータ２Ａには左旋回圧センサＳ１０Ｌ及び右旋回圧センサＳ１０Ｒが取り付けられている。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。左旋回圧センサＳ１０Ｌは、旋回油圧モータ２Ａの左側ポートにおける作動油の圧力を検出する。右旋回圧センサＳ１０Ｒは、旋回油圧モータ２Ａの右側ポートにおける作動油の圧力を検出する。各センサで検出された値は、コントローラ３０に送信される。

次に、図４を参照し、旋回油圧モータ２Ａに作動油を供給する油圧回路について、更に説明する。図４は、旋回油圧モータ２Ａの油圧回路を説明する図である。

左操作レバー２６Ｌは、旋回機構２を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、右旋回方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の右側パイロットポートに作用させる。

操作センサ２９ＬＢ（図３参照）は、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬを介して制御弁１７３の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲを介して制御弁１７３の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＬは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁３１ＡＲは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構２を左旋回させることができる。

また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構２を右旋回させることができる。

旋回油圧モータ２Ａの油圧回路は、制御弁１７３から旋回油圧モータ２Ａの一方のポートに接続される作動油路２０１と、制御弁１７３から旋回油圧モータ２Ａの他方のポートに接続される作動油路２０２と、を有する。また、旋回油圧モータ２Ａの油圧回路は、背圧を供給するメイクアップライン２０３を有する。

作動油路２０１とメイクアップライン２０３との間には、リリーフ弁２１１と、チェック弁２２１と、を有する。作動油路２０２とメイクアップライン２０３との間には、リリーフ弁２１２と、チェック弁２２２と、を有する。

リリーフ弁２１１は、作動油路２０１の圧力が設定圧力よりも上昇すると開く弁である。これにより、作動油路２０１が設定圧力よりも高圧となると、リリーフ弁２１１が開き、作動油路２０１内の作動油をメイクアップライン２０３にリリーフする。

リリーフ弁２１２は、作動油路２０２の圧力が設定圧力よりも上昇すると開く弁である。これにより、作動油路２０２が設定圧力よりも高圧となると、リリーフ弁２１２が開き、作動油路２０２内の作動油をメイクアップライン２０３にリリーフする。

チェック弁２２１は、作動油路２０１の圧力がメイクアップライン２０３の圧力よりも低くなると開く弁である。これにより、作動油路２０１が低圧となると、チェック弁２２１が開き、メイクアップライン２０３から作動油路２０１に作動油を供給する。

チェック弁２２２は、作動油路２０２の圧力がメイクアップライン２０３の圧力よりも低くなると開く弁である。これにより、作動油路２０２が低圧となると、チェック弁２２２が開き、メイクアップライン２０３から作動油路２０２に作動油を供給する。

メイクアップライン２０３は、絞り１８よりもタンク２５０側の作動油路２０４（２０４Ｌ，Ｒ）に接続される。作動油路２０４は、作動油路２０４Ｌ及び作動油路２０４Ｒを有する。作動油路２０４Ｒには、メイクアップライン２０３に背圧（所定圧）を発生させるための背圧チェック弁２３１が設けられている。また、作動油路２０４Ｒには、作動油を冷却するオイルクーラ２４０が設けられている。作動油路２０４Ｌは、作動油路２０４Ｒと並列して設けられる。作動油路２０４Ｌには、オイルクーラ２４０を保護するためのチェック弁２３２が設けられている。

また、アームシリンダ８の油圧回路は、制御弁１７６からアームシリンダ８のロッド側のポートに接続される作動油路３０１と、制御弁１７６からアームシリンダ８のボトム側のポートに接続される作動油路３０２と、を有する。アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１と作動油路２０４との間には、リリーフ弁３１１と、チェック弁３２１と、を有する。また、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２と作動油路２０４との間には、リリーフ弁３１２と、チェック弁３２２と、を有する。

リリーフ弁３１１は、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の圧力が設定圧力よりも上昇すると開く弁である。これにより、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の圧力が設定圧力よりも高圧（オーバーロード）となると、リリーフ弁３１１が開き、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の作動油を作動油路２０４にリリーフする。

リリーフ弁３１２は、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の圧力が設定圧力よりも上昇すると開く弁である。これにより、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の圧力が設定圧力よりも高圧（オーバーロード）となると、リリーフ弁３１２が開き、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の作動油を作動油路２０４にリリーフする。

チェック弁３２１は、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の圧力が作動油路２０４の圧力よりも低くなると開く弁である。これにより、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１が低圧となると、チェック弁３２１が開き、作動油路２０４からアームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１に作動油を供給する。

チェック弁３２２は、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の圧力が作動油路２０４の圧力よりも低くなると開く弁である。これにより、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２が低圧となると、チェック弁３２１が開き、作動油路２０４からアームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２に作動油を供給する。

例えば、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２が高圧（オーバーロード）となり、リリーフ弁３１２が開いた際、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の作動油がリリーフ弁３１２を介して作動油路２０４にリリーフされる。また、チェック弁３２１が開くことにより、作動油路２０４からアームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１に作動油を供給する。これにより、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２の作動油をアームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１に供給し、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１にキャビテーションが発生することを防止する。

同様に、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１が高圧（オーバーロード）となり、リリーフ弁３１１が開いた際、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の作動油がリリーフ弁３１１を介して作動油路２０４にリリーフされる。また、チェック弁３２２が開くことにより、作動油路２０４からアームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２に作動油を供給する。これにより、アームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１の作動油をアームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２に供給し、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２にキャビテーションが発生することを防止する。

なお、図示は省略するが、ブームシリンダ７のボトム側及びロッド側、バケットシリンダ９のボトム側及びロッド側についても、同様にリリーフ弁及びチェック弁が設けられていてもよい。

ここで、上部旋回体３が一の方向に回転し、旋回油圧モータ２Ａに作動油路２０１から作動油が供給され、作動油路２０２に作動油を排出している場合を例に説明する。

操作者が左操作レバー２６Ｌを操作して減速操作を行う。これにより、コントローラ３０は、比例弁３１（３１ＡＬ，３１ＡＲ）を制御し、制御弁１７３のスプールストロークを制御する。ここでは、センターバイパス管路４０から作動油路２０１への流路における制御弁１７３の開口面積を減少させるとともに、作動油路２０２から作動油路２０４への流路における制御弁１７３の開口面積を減少させる。

ここで、旋回する上部旋回体３の慣性力によって、旋回油圧モータ２Ａは回転する。このため、作動油路２０１の圧力は減少し、作動油路２０２の圧力は上昇する。作動油路２０２の圧力がリリーフ弁２１２の設定圧力に達すると、リリーフ弁２１２が開く。

また、作動油路２０１の圧力が低下することにより、作動油路２０１内の作動油に気泡が発生するおそれがある。その後、気泡が消滅することでキャビテーションが発生するおそれがある。

これに対し、図４に示す油圧回路において、作動油路２０４には、メイクアップライン２０３に背圧を発生させるための背圧チェック弁２３１が設けられている。これにより、作動油路２０１の圧力がメイクアップライン２０３の圧力（背圧）よりも低下すると、チェック弁２２１が開く。これにより、作動油路２０１にキャビテーションが発生することを防止する。

なお、上部旋回体３が一の方向とは逆向きに回転し、旋回油圧モータ２Ａに作動油路２０２から作動油が供給され、作動油路２０１に作動油を排出している場合についても同様である。

しかしながら、作動油路２０４に背圧チェック弁２３１を設けることにより、コストが上昇する。また、背圧チェック弁２３１は、圧損の原因となり、ショベル１００の燃費、ヒートバランスを悪化させる要因となる。

また、例えば、アームシリンダ８のボトム側の作動油路３０２が高圧（オーバーロード）となった際、チェック弁３２１が開くことにより、作動油路２０４からアームシリンダ８のロッド側の作動油路３０１に作動油を供給する。この際、作動油路２０４の圧力が低下して背圧チェック弁２３１が閉じることがある。背圧チェック弁２３１が閉じることで、作動油路２０４内が低圧となり作動油路２０４内に気泡が発生する。その後、作動油路２０４内の圧力が戻り気泡が消滅することでキャビテーションが発生し、サージ圧が発生する。

次に、図５を参照し、本実施形態に係るショベル１００の制御について、図５を用いて説明する。図５は、コントローラ３０によるキャビティ抑制制御を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回中において、旋回レバー（左操作レバー２６Ｌ）が減速方向（左操作レバー２６Ｌの中立位置に向かう方向）に倒されたか否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、操作センサ２９ＬＢ（図３参照）で操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出する。減速方向に倒されていない場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０１に戻る。減速方向に倒された場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、上部旋回体３の現在の旋回速度を測定する。具体的には、コントローラ３０は、旋回角速度センサＳ５によって上部旋回体３の旋回速度を測定する。また、コントローラ３０は、左旋回圧センサＳ１０Ｌ及び右旋回圧センサＳ１０Ｒで検出される作動油路２０１，２０２の圧力差によって上部旋回体３の旋回速度を測定（推定）してもよい。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、レートリミット（後述する図７参照）に基づいて、現在の旋回速度に対するレバー操作量の減少量のリミット値を算出する。コントローラ３０は、旋回速度に対するリミット値を格納したレートリミットを予め記憶している。コントローラ３０は、レートリミットに基づいて、ステップＳ１０２で測定した現在の旋回速度に対するリミット値を算出する。

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、減速操作量とリミット値を比較し、小さい値を選択する。即ち、ステップＳ１０１で検出した左操作レバー２６Ｌの減速操作量と、ステップＳ１０３で算出したリミット値とを比較する。そして、コントローラ３０は、小さい値を選択する。

換言すれば、コントローラ３０は、左操作レバー２６Ｌの減速操作量と現在の上部旋回体３の旋回速度に基づいて、作動油路２０１にキャビテーションが発生するか否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１０１で検出した左操作レバー２６Ｌの減速操作量が現在の旋回速度に対するレバー操作量の減少量のリミット値よりも大きい場合、作動油路２０１にキャビテーションが発生するおそれがあると判定する。キャビテーションが発生するおそれがあると判定した場合、コントローラ３０は、リミット値を選択する。一方、キャビテーションが発生するおそれがないと判定した場合、コントローラ３０は、減速操作量（実操作量）を選択する。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、選択した値を用いて比例弁３１を制御する。これにより、比例弁３１を制御することで、制御弁１７３のパイロット圧を制御し、制御弁１７３のスプールを制御する。

図６は、実レバー操作量とコントローラ３０によるレバー操作量制御を説明するグラフである。図６において、横軸は時間を示し、縦軸はレバー操作量を示す。また、実線は、
操作者が左操作レバー２６Ｌを操作した実レバー操作量を示す。破線は、コントローラ３０が、比例弁３１を制御する際のレバー操作量を示す。図７は、旋回速度とレートリミットの一例を示すグラフである。

図６の実線に示すように、操作者は左操作レバー２６Ｌを上部旋回体３の旋回状態から旋回速度を減速する方向に操作する（実線参照）。即ち、操作者は、時間Ｔ１までは左操作レバー２６Ｌを一定のレバー操作量で操作し、時間Ｔ１から左操作レバー２６Ｌの操作量を減少させ、時間Ｔ２において左操作レバー２６Ｌは中立位置（操作量ゼロ）となるように操作する。

ここで、コントローラ３０は、図７に示すレートリミットを参照して現在の旋回速度に応じて、旋回速度の減少量に制限をかける。この例では、旋回速度が減少するにしたがってレートリミットＲＬ１からレートリミットＲＬ２に増加する。即ち、旋回速度が高いほどレートリミットを小さくして旋回操作量の減少を制限する。そして、旋回速度が低いほどレートリミットを大きくして旋回操作量の減少の制限を緩和する。これにより、コントローラ３０は、図６の破線に示すように、左操作レバー２６Ｌが操作されたものとして比例弁３１を制御し、制御弁１７３を制御する。これにより、コントローラ３０は、時間Ｔ１までは左操作レバー２６Ｌを一定のレバー操作量で操作されたものとして比例弁３１を制御し、時間Ｔ１から左操作レバー２６Ｌの操作量を減少されたものとして比例弁３１を制御し、時間Ｔ２よりも遅い時間Ｔ３において左操作レバー２６Ｌは中立位置（操作量ゼロ）に操作されたものとして比例弁３１を制御する。また、左操作レバー２６Ｌの操作量を減少させる時間Ｔ１から時間Ｔ３において、減少を開始した初期（例えば、時間Ｔ１の直後）においては、旋回速度が高く、レバー操作量は緩やかに減少する。一方、終期（例えば、時間Ｔ３の直前）においては、旋回速度が低く、レバー操作量は初期よりも急に減少する。

これによれば、上部旋回体３の減速時において、コントローラ３０は、作動油路２０１の圧力が低下して作動油路２０１内に気泡が発生することを防止するように、比例弁３１を制御する。換言すれば、コントローラ３０は、作動油路２０１の圧力が低下して作動油路２０１内に気泡が発生することを防止するように、制御弁１７３のスプールストロークを制御する。これにより、上部旋回体３の減速時におけるキャビテーションの発生を防止することができる。

また、図５に示す制御によれば、メイクアップライン２０３の背圧チェック弁２３１を省略しても、作動油路２０１内にキャビテーションが発生することを防止することができる。これにより、背圧チェック弁２３１による圧損を防止することができ、燃費、ヒートバランスを向上させることができる。したがって、図４において、背圧チェック弁２３１が存在しない油圧回路が採用されてもよい。

また、図５に示す制御によれば、メイクアップライン２０３の背圧チェック弁２３１を省略しても、オーバーロード時における作動油路２０４内のキャビテーションの発生を防止することができる。

１００ ショベル
１ 下部走行体
２ 旋回機構
２Ａ 旋回油圧モータ
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１７ コントロールバルブユニット
１７１～１７６ 制御弁
１８ 絞り
２６ 操作装置
２６Ｌ 左操作レバー
２９ＬＢ 操作センサ
３０ コントローラ
３１ 比例弁（電磁比例弁）
２０１，２０２ 作動油路
２０３ メイクアップライン
２０４ 作動油路
２１１，２１２ リリーフ弁
２２１，２２２ チェック弁
２３１ 背圧チェック弁
２３２ チェック弁
２４０ オイルクーラ
２５０ タンク
３１１，３１２ リリーフ弁
３２１，３２２ チェック弁
Ｓ５ 旋回角速度センサ（旋回速度センサ）

Claims (5)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、
   前記上部旋回体を旋回させる旋回油圧モータと、
   作動油を吐出するポンプと、
   前記ポンプが吐出する作動油を前記旋回油圧モータへ供給し、かつ、前記旋回油圧モータが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換える制御弁と、
   作動油の油路にキャビテーションが発生するか否かを判定する判定部と、
   前記制御弁を制御する制御部と、を備え、
   前記判定部は、操作装置における旋回を減速する減速操作量と、前記上部旋回体の旋回速度と、に基づいて、キャビテーションが発生するか否かを判定し、
   前記判定部が、キャビテーションが発生すると判定した場合、
   前記制御部は、前記減速操作量に対する前記制御弁のスプールストロークの減少を規制する、
   ショベル。
2. 前記旋回油圧モータから吐出された作動油を前記旋回油圧モータの吸い込み側に供給するメイクアップラインは、背圧を生成する背圧チェック弁がない、
   請求項１に記載のショベル。
3. 操作者の操作を受け付ける前記操作装置を更に備え、
   前記判定部は、前記操作装置における前記上部旋回体の旋回の減速操作を検出する、
   請求項１または請求項２に記載のショベル。
4. 前記判定部は、前記上部旋回体の前記旋回速度を検出する、
   請求項３に記載のショベル。
5. 前記判定部は、
   前記上部旋回体の姿勢を計測する慣性計測装置、前記旋回油圧モータの旋回速度センサ、前記旋回油圧モータの差圧のうちいずれかに基づいて、前記旋回速度を検出する、
   請求項４に記載のショベル。