(57)【要約】【課題】機器を大型化せず、低コストで、且つ省エネルギを実現しながらキャビテーションをより確実に防止する。【解決手段】旋回モータ２２を制御する旋回制御弁２０Ａを通過した油路にネガコン絞り１４を設けることによりネガコン圧を発生させ、ポンプ１８の吐出量を制御するレギュレータ１６に該ネガコン圧を印加させるネガコン回路を備え、旋回モータ２２の減速が検出されたときに、ネガコン圧切換弁５８によりレギュレータ１６に（低圧の）疑似ネガコン圧を作用させてポンプ１８の吐出量を増大させると共に、フートリリーフ弁（アンロード弁）６０をアンロードする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
請求項１において、
前記アンロード弁が、電磁パイロット式の可変リリーフ弁であり、前記油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、該可変リリーフ弁がアンロード側に駆動される
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。  
【請求項３】
請求項１において、
前記アンロード弁が、リリーフ弁と連通弁を並列に備えた構成とされ、前記油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、該連通弁が連通側に切り換る
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。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、更に
前記ネガコン絞りの下流のタンクへの油路に、背圧を発生可能な背圧チェック弁回路を設けた
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械のキャビテーション防止回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械等の作業機械の旋回モータ、走行モータ、あるいは各種油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを急停止させると、該油圧アクチュエータの慣性により、当該油圧アクチュエータの吸込側回路が負圧となっていわゆるキャビテーションが発生し易くなる。
【０００３】
図２は、このキャビテーションの発生を防止する油圧回路として、特許文献１に記載されている油圧ショベルの油圧制御回路の一例である。この油圧制御回路は、ネガティブコントロール方式と称されるもので、センタバイパス油路１２の下流にネガコン絞り１４を設けてネガコン圧と称される圧力を発生させ、これをレギュレータ１６に作用させてポンプ１８の吐出量をネガティブ制御するものである。
【０００４】
今、例えば、図示せぬ旋回操作レバーを操作すると、旋回制御弁２０Ａが切り換り、ポンプ１８の吐出油が供給油路２４（２６）を介して旋回モータ２２に供給され、図示せぬショベルの旋回体が旋回を開始する。旋回操作レバーを戻すと、旋回制御弁２０Ａが中立位置に復帰する。これにより、ポンプ１８の供給油路２４（２６）、タンクＴの連通油路２６（２４）が閉ざされ、旋回モータ２２はリリーフ弁２８によって減速される。減速の際、旋回モータ２２はポンプ作用により特に減速開始直後はオイルの吸い込みが必要となるため、この回路では、ドレン油路２６にメイクアップ油路３０を接続すると共に、ドレン油路２６の下流部に背圧チェック弁３２、３４を設けて回路圧を上昇させ、旋回モータ２２がオイルを吸い込み易くすることでキャビテーションを防止している。なお、符号３６はオイルクーラである。
【０００５】
しかしながら、この図２に記載された油圧制御回路は、前記背圧チェック弁３２、３４により常に背圧が発生するため、あらゆる状態においてポンプ１８の吐出圧が背圧分高くなり、その結果、ポンプ１８の消費エネルギが増大し、エンジン等の燃料消費を悪化させていた。
【０００６】
そこで、特許文献１では、図３に示されるように、図２の背圧チェック弁３２を可変チェック弁（可変差圧弁）４０に変更し、旋回モータ２２の減速状態を、シャトル弁４３を介して圧力スイッチ４４等で検出し、コントローラ４６により切換弁４８を介して旋回減速時にのみ可変チェック弁４０のパイロットポート４０Ａにパイロットポンプ５０の圧力を作用させる改良技術を提案している。これにより旋回減速時にのみドレン油路２６に背圧を発生させ、キャビテーションを防止する。この技術によれば、旋回減速時以外のときはドレン油路２６に背圧を発生させないようにできるため、省エネルギ化が実現できる。
【０００７】
一方、特許文献２では、同様の問題を解消する油圧制御回路として、前記背圧チェック弁（３２）と並列に設けられたバイパス通路にバイパス弁を設け、油圧アクチュエータの停止時にのみバイパス弁を閉じて背圧を発生させる改良技術を提案している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２０６０３号公報
【特許文献２】特開２００２−８９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の改良技術では、確かに省エネルギ効果は相応に認められるものの、機器のコストが増大し、且つ装置が大型化してしまい易く、実用的な技術とは言いがたい面があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の改良技術では、バイパス弁を閉じるのにネガコン圧を使用しており、全てのアクチュエータの操作を止めないとバイパス弁の閉じ操作が機能しなかったため、例えば、アームと旋回を同時操作して先に旋回操作を止めても、ネガコン圧が上がらないためバイパス弁が閉じないという問題があった。即ち、全てのアクチュエータが停止した状態で、最後に旋回が停止したようなときでないと背圧が上昇せず、その結果多くの状況で旋回モータがうまくオイルを吸い込めずにキャビテーションが発生してしまうことがあった。
【００１１】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであって、機器を大型化せず、低コストで、且つ省エネルギを実現しながらキャビテーションをより確実に防止することのできる作業機械のキャビテーション防止回路を提供することその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、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により、上記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明では、キャビテーションの防止のために、基本的に（ドレン油路の背圧を高めるのではなく）ネガコン回路自体の特性を利用する。即ち、油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、ネガコン圧切換弁によりレギュレータに対して減圧された疑似ネガコン圧を作用させることによりポンプの吐出量を増大させ、キャビテーションを防止する。また、これと同時に、ネガコン絞りに対してアンローダ弁を配置し、疑似ネガコン圧を作用させるときには該アンローダ弁をアンロードする。これにより、ポンプの背圧負荷を低減できるようになるため、例えば旋回と停止が頻繁に繰り返されるような状況においてもポンプの吐出量が頻繁に最大吐出量となって燃費が悪化するのを効果的に防止することができる。
【００１４】
なお、本発明において、前記アンロード弁が、電磁パイロット式の可変リリーフ弁であり、油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、該可変リリーフ弁がアンロード側に駆動される構成とした場合には、疑似ネガコン圧への切換えと的確に連動したアンロード作用を得ることができる。
【００１５】
また、本発明において、前記アンロード弁が、リリーフ弁と連通弁を並列に備えた構成とされ、前記油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、該連通弁が連通側に切り換る構成とした場合でも、同様に、疑似ネガコン圧への切換えと的確に連動したアンロード作用を得ることができる。
【００１６】
本発明は、ネガコン回路の特性を利用してポンプの吐出量を増大させることによってキャビテーションを防止するものであるため、ネガコン絞りの下流のドレン油路には、従来の背圧発生用の背圧チェック弁回路は必ずしも設ける必要はない。しかし、本発明では、この背圧チェック弁回路を設けることを禁止するものではなく、該背圧チェック弁回路を設けることにより、キャビテーションの防止効果を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、作業機械の油圧制御装置の機器を大型化せず、低コストで、且つ省エネルギの実現しながらキャビテーションを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用された実施形態の一例に係る作業機械の油圧制御回路の全体構成を示す。なお、従来装置（図２、図３）と同様の構成要素については同じ参照番号を付して詳細な説明を適宜省略する。 
【００２０】
図１において、ポンプ１８のセンタバイパス油路１２には、制御弁群２０（図示の例では２０Ａ〜２０Ｄ）が接続されている。この例では符号２０Ａの制御弁が、本発明が適用される旋回制御弁（コントロールバルブ）に相当している。センタバイパス油路１２の下流にネガコン絞り（負帰還制御用の絞り）１４が配置され、いわゆるネガコン圧を発生可能である。ネガコン圧はフィードバック油路５６を介してポンプ１８の吐出量を制御するレギュレータ１６に作用し、ネガコン圧に応じてポンプ１８の吐出量が調整される「ネガコン回路」が構成されている。
【００２１】
ネガコン絞り１４の下流は、メイクアップ油路３０が接続されると共に、更に、油路５２、５４に分岐している。分岐油路５２はチェック弁３２、オイルクーラ３６を介してタンクＴに接続され、分岐油路５４はチェック弁３４を介してタンクＴに接続されている。なお、チェック弁３２、３４のリリーフ圧はオイルクーラ３６の管路抵抗、各油路の流量比及びキャビテーション防止に必要な背圧等を考慮して定められる。この実施形態では、キャビテーションの防止は、基本的にはポンプ１８の吐出量の増大によって行われる。そのため、このチェック弁３２、３４のリリーフ圧は、これのみによってキャビテーションを防止していた従来のリリーフ圧よりも小さくすることができ、その分、燃費の悪化を抑制できる（場合によっては省略も可能である）。 
【００２２】
メイクアップ油路３０は、旋回モータ２２の駆動回路間Ｐ１に接続されている。このメイクアップ油路３０に流れ込むことのできる油量を或程度以上に確保できれば、（油路２４または油路２６の何れかの油圧が低下して、そのままでは油路中にある気体が気泡化してキャビテーションが発生するような状況でも）メイクアップ油路３０からオイルが低圧となった油路２４または油路２５に流れ込み、油圧の低下が緩和されて、キャビテーションの発生が防止される。これが、この実施形態におけるキャビテーション防止の基本技術原理である。 
【００２３】
ここで、ネガコン圧のフィードバック油路５６には、ネガコン圧切換弁（電磁弁）５８が配置される。また、ネガコン絞り１４と並列にフートリリーフ弁（アンロード弁）６０が配置される。フートリリーフ弁６０は、パイロット式のリリーフ弁であり、電磁弁６２のパイロット圧がパイロットポート６０Ａに作用しているときは、オイル遮断の状態となり、ネガコン絞り１４が機能し得るが、パイロット圧がパイロットポート６０Ａに作用しなくなると、アンロード側に駆動される。ネガコン圧切換弁５８及びフートリリーフ弁６０の電磁弁６２は、コントローラ６４からの制御信号Ｓ１、Ｓ２によって駆動される。制御信号Ｓ１、Ｓ２の生成については後に詳述する。
【００２４】
一方、コントローラ６４の入力側には、圧力スイッチ（減速検出手段）４４が接続される。圧力スイッチ４４は旋回操作レバー４２の出力側油路にシャトル弁４３を介して接続されている。旋回操作レバー４２の出力は旋回制御弁２０Ａのパイロットポート２０Ａ１、２０Ａ２に接続されている。 
【００２５】
コントローラ６４は圧力スイッチ４４のオン状態（パイロット圧が作用している状態）を検出し、記憶する。この状態からオフ状態（パイロット圧が作用しない状態）に切換わった瞬間を検出し（油圧アクチュエータである旋回モータ２２の減速を検出し）、所定時間だけ前記制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。
【００２６】
コントローラ６４から制御信号Ｓ１が出力されると、ネガコン圧切換弁５８が図の状態「Ａ」から状態「Ｂ」に切換わり、極低圧の疑似ネガコン圧がレギュレータ１６に作用するように構成されている。また、コントローラ６４から制御信号Ｓ２が出力されると、電磁弁６２が図の状態「Ａ」から状態「Ｂ」に切換わり、フートリリーフ弁６０のパイロットポート６０Ａに（それまで掛かっていた）パイロット圧が作用しなくなり、フートリリーフ弁６０がアンロード状態となるように構成されている。
【００２７】
なお、制御信号Ｓ１とＳ２は、この実施形態では圧力スイッチ４４の切り換えに連動して「同時に」発生するように構成しているが、実際の油圧制御回路の設計においては、各機器の特性や油路長に起因する応答遅れ等を考慮し、制御信号Ｓ１とＳ２の発生に若干の時間差を設けるようにしてもよい。例えば、まずネガコン圧切換弁５８の切り換えを行うための制御信号Ｓ１を発生してポンプ１８での油量を確保した後に、（僅かに遅れて）制御信号Ｓ２を発生し、フートリリーフ弁６０をアンロードする構成を採用するようにしてもよい。これにより、他の稼働中の油圧アクチュエータへの影響を最小限に抑えることができる。また、油圧制御回路中のメイクアップ油路３０の配置位置等の関係で、制御信号Ｓ２を早めに出した方がキャビテーションの防止効果が高い場合には、制御信号Ｓ２の方を早く出すようにしてもよい。
【００２８】
本実施形態は上記の構成により以下のように機能する。
【００２９】
即ち、旋回操作レバー４２を操作するとパイロット油圧が旋回制御弁２０Ａのパイロットポート２０Ａ１または２０Ａ２に作用し、ポンプ１８が操作方向に回転する。このとき、圧力スイッチ４４はこのパイロット油圧を検出し、オン状態になる。コントローラ６４はそのオン状態をメモリーに記憶する。なお、この状態では、コントローラ６４は制御信号をゼロとし、制御信号Ｓ１、Ｓ２は出力しない。次に、この状態から旋回操作レバー４２を停止状態（中立状態）に操作すると、パイロット油圧が低下する。このとき、圧力スイッチ４４がオフ状態に切換わり、そのオフ状態がコントローラ６４に入力される。コントローラ６４はキャビテーションの防止に必要な時間だけ制御信号Ｓ１、Ｓ２を同時に出力し、この時間経過後は制御信号Ｓ１、Ｓ２をともにゼロにすると同時にメモリーの記憶をクリアする。 
【００３０】
コントローラ６４から制御信号Ｓ１が出力されると、ネガコン圧切換弁５８が図の状態「Ａ」から状態「Ｂ」に切換わり、極低圧の疑似ネガコン圧がレギュレータ１６に作用するようになる。この結果、該レギュレータ１６の機能によりポンプ１８の吐出量がほぼ最大にまで増大される。コントローラ６４はこれ以外のときは制御信号Ｓ１をゼロとし、ネガコン圧切換弁５８を状態「Ａ」に維持する。なお、圧力スイッチ４４は比較的高い圧力でスイッチがオン・オフすることが望ましく、これによりメイクアップ油路３０の油量増大の応答速度を速くすることができる。 
【００３１】
一方、コントローラ６４から制御信号Ｓ２が出力されると、電磁弁６２が図の状態「Ａ」から状態「Ｂ」に切換わり、フートリリーフ弁６０のパイロットポート６０Ａにそれまで掛かっていたパイロット圧が作用しなくなる。これにより、フートリリーフ弁６０がアンロード状態となり、チェック弁３２、３４の存在により、タンクＴへのドレン油路に背圧が発生することと相俟って、センタバイパス油路１２中のオイルはネガコン絞り１４の存在に関わらず無負荷状態でメイクアップ油路３０側に多量に流れ込むことができるようになる。センタバイパス油路１２中のオイルは、ポンプ１８により、最大吐出量でオイルが供給されるので、枯渇の心配はない。なお、コントローラ６４はこれ以外のときは制御信号Ｓ２をゼロとし、電磁弁６２を状態「Ａ」に維持する。
【００３２】
ポンプ１８は、最大吐出量でオイルを吐出するが、フートリリーフ弁６０がアンロード状態とされているため、ポンプ１８での負荷は極小であり、（たとえ旋回・停止が頻繁に行われてポンプ１８での吐出量の増大が頻繁に行われるような状況であったとしても）省エネルギ運転が可能となる。 
【００３３】
以上、本発明を旋回モータに適用した実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。例えば、本発明は旋回モータのほか、走行モータ、或いはブーム、アーム等の油圧シリンダのような油圧アクチュエータに対しても有効に機能する。
【００３４】
又、アンロード弁の構成も上記実施形態の構成に限定されない。例えば、 該アンロード弁が、リリーフ弁と連通弁を並列に備えた構成とされ、油圧アクチュエータの減速が検出されたときに、該連通弁が連通側に切り換るような構成とした場合でも、同様な、作用効果が得られる。
【００３５】
更には、上記実施形態では、ネガコン絞りの下流に従来と同様の背圧発生用の背圧チェック弁回路を配置するようにしていたが、本発明は、基本的にはネガコン回路の特性を利用してポンプの吐出量を増大させることによってキャビテーションを防止するものであるため、当該ネガコン絞りの下流のドレン油路に、背圧発生用の背圧チェック弁回路を設ける必要は必ずしもない。背圧発生用の背圧チェック弁回路を省力した場合には、コストの一層の低減と一層の省エネルギ運転が可能となり、一方、この背圧チェック弁回路を設けるようにした場合には、キャビテーションの防止効果を一層高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
建設機械のような作業機械において、急減速した際にキャビテーションが発生するような油圧アクチュエータに対して好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る作業機械のキャビテーション防止回路が適用された作業機械の油圧制御回路の全体構成図
【図２】従来の作業機械のキャビテーション防止回路の一例を示す図１相当の全体構成図
【図３】従来の作業機械のキャビテーション防止回路の改良例を示す部分回路図
【符号の説明】
【００３８】
１２…センタバイパス油路
１４…ネガコン絞り
１６…レギュレータ
１８…ポンプ
２０Ａ…旋回制御弁（コントロールバルブ）
２２…旋回モータ（油圧アクチュエータ）
２６…ドレン油路
３０…メイクアップ油路
４２…旋回操作レバー
４３…シャトル弁
４４…圧力スイッチ（減速検出手段）
５８…ネガコン圧切換弁
６０…フートリリーフ弁（アンロード弁）
６２…電磁弁
６４…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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