JP5617774B2

JP5617774B2 - 作業機械

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Publication number: JP5617774B2
Application number: JP2011139154A
Authority: JP
Inventors: 尚太小熊; 吉美早乙女
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP2013007175A

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関し、その中でも特に、油圧制御技術に関する。

油圧ショベル等には、上部旋回体の旋回動作や、ブームやアーム等の変位動作を行うために、旋回モータや油圧シリンダ等、作動油で駆動する油圧機器が多数備えられている。そして、作動油を貯留するタンクと油圧機器との間には、作動油供給用のフィード流路や作動油回収用のリターン流路で構成された油圧回路が設けられている。油圧ポンプにより、各油圧機器に作動油が圧送され、作動油は、油圧回路を通じて油圧機器とタンクとの間を循環する。

本発明に関し、油圧シリンダのリターン流路での圧力損失の抑制等を目的とした油圧回路が開示されている（特許文献１）。

具体的には、油圧シリンダのヘッド側から作動油がタンクに戻される場合には、戻り油の量が相対的に多くなるため、リターン流路の管路で生じる圧力損失が大きくなる。その結果、作動油の発熱を招くという問題や、ヘッド側の油圧が高くなるという問題がある。

そこで、リターン流路に直接タンクに連通するクイックリターン流路を設け、作動油が大量に戻される場合に、オイルクーラが配置された通常のリターン流路を通じて作動油を回収しながら、一部の作動油をクイックリターン流路を通じて直接タンクに回収している。

より具体的には、クイックリターン流路にはクイックリターン弁が設けられている。そして、大量の戻り油が発生するフル動作領域に操作レバーが入るとクイックリターン弁が開かれ、作動油の一部が直接タンクに回収される。

特開２００２−３３９９０４号公報

特許文献１のクイックリターン流路のように、直接タンクに連通するバイパス流路を通じて作動油を回収すれば、リターン流路で発生する圧力損失の抑制が可能になる。

しかし、リターン流路内に、直接タンクに連通するバイパス流路を設けると、リターン流路内の油圧が大きく低下することになるため、油圧シリンダや旋回モータでキャビテーションが発生する虞がある。

従来より、旋回減速時に旋回モータで発生するキャビテーションを防止するために、リターン流路には一定の背圧が加えられている。

具体的には、上部旋回体の旋回を減速する場合には、油圧ポンプから旋回モータへの作動油の圧送量を減らすと同時に戻り回路を絞ってブレーキをかけるなどの油圧制御が行われる。しかし、作動油の圧送が減少した後も、慣性によって上部旋回体が旋回するため、旋回モータも直ぐには減速しない。その結果、作動油の供給が不足すると旋回モータでキャビテーションが発生する。

そこで、リターン流路に一定の背圧を加え、リターン流路から旋回モータに不足分の作動油を供給することで、旋回モータでのキャビテーションの発生を防止している。ところが、バイパス流路が開かれるとリターン流路の内圧が低下するため、旋回モータへ充分な作動油の供給ができなくなり、旋回モータでキャビテーションが発生する虞がある。

図１に、油圧ショベルの一例を示す。油圧ショベルには、下部走行体１０１と、その上に旋回自在に搭載された上部旋回体１０２とが備えられている。上部旋回体１０２の前側には、油圧制御によって変位駆動されるアタッチメント１０６が配置されている。アタッチメント１０６は、ブーム１０６ａ、アーム１０６ｂ、バケット１０６ｃ、そして、油圧シリンダであるブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、バケットシリンダ１０９などで構成されている。

油圧シリンダでのキャビテーションに関し、ここではアームシリンダ１０８を例に説明する。例えば、同図において、実線で示す、アーム１０６ｂの先端側がブーム１０６ａに引き寄せられた状態（抱え込み姿勢）から、仮想線で示す、アーム１０６ｂの先端側がブームから離れた状態へ、矢印で示すようにアーム１０６ｂが押し出し操作された場合には、アームシリンダ１０８は縮む方向に油圧制御される。

図２に示すように、油圧シリンダは、シリンダ本体７１やロッド７２、ピストン７３などで構成され、シリンダ本体７１の内部は、ピストン７３により、ロッド側スペース７４とヘッド側スペース７５とに区画されている。アーム１０６ｂの押し出し操作時には、同図に矢印で示すように、ロッド側スペース７４に作動油が圧送され、ヘッド側スペース７５から作動油が回収される。このとき、断面積の違いから、作動油の圧送量よりも回収量の方が多くなるため、リターン流路での圧力損失が増加する。

それに対し、上述したようなバイパス流路が設けてあると、バイパス流路を開くことで作動油の一部を直接タンクに回収することができるので、圧力損失を抑制することができる。ところが、このとき、ヘッド側スペース７５の内圧も大きく低下するため、アーム１０６ｂの押し出し操作の際には、アームシリンダ１０８でキャビテーションが発生する虞が生じる。

具体的には、アーム１０６ｂの押し出し操作が行われた場合、油圧ポンプから作動油がロッド側スペース７４に所定の流量で送られる。ところが、抱え込み姿勢にあってアーム１０６ｂの先端側が高い位置にある場合には、自重によってアーム１０６ｂは降下する。そのため、油圧を加えなくてもアームシリンダ１０８は縮む方向に作動する。従来のように、リターン流路に一定の背圧が保持されていれば、抱え込み姿勢から押し出し操作しても、この背圧に抗してピストン７３を変位させることになるので、安定した油圧制御ができていた。

ところが、バイパス流路が開かれ、リターン流路の内圧が大きく減少すると、ピストン７３の変位に抗する圧力も減少する。その結果、アーム１０６ｂの自重でピストン７３が過度に大きく変位すると、ピストン７３の変位にロッド側スペース７４への作動油の供給が追いつかなくなってアームシリンダ１０８でキャビテーションが発生する。

そこで本発明の目的は、リターン流路での圧力損失が効果的に抑制でき、油圧シリンダや旋回モータでのキャビテーションの発生も防止できる作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、押し出し操作時には、優先的に弁を開いて油圧シリンダから直接タンクに作動油を返すようにし、キャビテーションが発生し得る特定状態の場合に弁を閉じて背圧を保持するようにした。

具体的には、本発明の作業機械は、作業機及び旋回モータとタンクとの間で、油圧ポンプにより作動油を循環供給する油圧制御機構を有している。前記作業機は、支持腕に回動自在に支持された揺動腕と、当該揺動腕を駆動する油圧シリンダと、を有している。前記油圧シリンダのシリンダ本体内は、スライド変位するピストンによってロッド側スペースとヘッド側スペースとに区画されている。

前記油圧制御機構は、前記油圧シリンダへ作動油を送るフィード流路と、前記タンクに作動油を返すリターン流路と、当該リターン流路内を所定圧に保持する背圧保持弁と、前記油圧シリンダへの作動油の流路を切り替える方向制御弁と、当該方向制御弁と前記ヘッド側スペースとの間の流路から前記タンクに作動油を返すバイパス流路と、当該バイパス流路を開閉する開閉制御弁と、キャビテーション防止装置と、制御装置と、を有している。

そして、前記キャビテーション防止装置は、前記油圧シリンダ及び前記旋回モータの少なくともいずれかにおいて作動油の供給不足が発生し得る特定状態を示す検出値を、前記作業機械に配置されている機器から検出して前記制御装置に出力し、前記制御装置は、前記検出値に基づいて、特定状態であるか否かを判断して前記開閉制御弁を制御し、前記方向制御弁は、前記ロッド側スペースに作動油を送る第１の方向と、前記ヘッド側スペースに作動油を送る第２の方向と、に切り替え可能であり、前記方向制御弁が前記第１の方向に切り替えられている場合、前記開閉制御弁は開くように制御されており、前記キャビテーション防止装置によって前記特定状態が検出された場合には、前記方向制御弁が前記第１の方向に切り替えられている場合であっても、前記開閉制御弁が強制的に閉じられるように構成されている。

このように構成された作業機械によれば、作業機や旋回モータとタンクとの間には、油圧ポンプで作動油を循環供給する油圧制御機構が設けられている。その油圧制御機構では、油圧シリンダからタンクに作動油を返すリターン流路に背圧保持弁が配置されていて、リターン流路内は所定圧に保持される。方向制御弁とヘッド側スペースとの間の流路からタンクに作動油を返すバイパス流路が設けられている。

方向制御弁が第１の方向に切り替えられている場合、つまり押し出し操作時には、バイパス流路を開閉する開閉制御弁は優先的に開くように制御されている。従って、ヘッド側スペースの作動油は、方向制御弁等を経由せずに直接タンクに返すことができるので、圧力損失を抑制することができる。

そして、キャビテーション防止装置により、作動油の供給不足が発生し得る特定状態が検出された場合には、開閉制御弁は閉じられる。従って、キャビテーションの発生を防止することができる。

すなわち、本発明の作業機械では、キャビテーションが発生しない条件を選択して作動油を直接タンクに返すようにしたので、リターン流路での圧力損失が効果的に抑制でき、油圧シリンダや旋回モータでのキャビテーションの発生も防止できる。

例えば、前記特定状態は、前記旋回モータが減速制御されている状態である。この場合、前記キャビテーション防止装置は、前記旋回モータの制御状態を検出するモータ制御検出装置を有し、前記モータ制御検出装置の検出値に基づいて、前記制御装置が前記開閉制御弁を制御するように構成できる。

また、他の前記特定状態は、前記油圧シリンダが伸びて、前記揺動腕が自重に基づく力のモーメントに抗して持ち上げられた状態の場合である。この場合、前記キャビテーション防止装置は、前記ロッド側スペースの内圧を検出するロッド側圧力センサと、前記ヘッド側スペースの内圧を検出するへッド側圧力センサとを有し、前記ロッド側圧力センサ及び前記ヘッド側圧力センサの検出値に基づいて、前記制御装置が前記開閉制御弁を制御するように構成できる。

またこの場合、例えば、前記支持腕が回動自在であれば、前記キャビテーション防止装置は、前記支持腕の角度を検出する第１角度センサと、前記揺動腕の角度を検出する第２角度センサとを有し、前記第１角度センサ及び前記第２角度センサの検出値に基づいて、前記制御装置が前記開閉制御弁を制御するように構成できる。

また、他の前記特定状態は、前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数が所定の低速回転域にある状態である場合である。この場合、前記キャビテーション防止装置は、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出装置、を有し、前記エンジン回転数検出装置の検出値に基づいて、前記制御装置が前記開閉制御弁を制御するように構成できる。

本発明によれば、リターン流路での圧力損失が効果的に抑制でき、油圧シリンダや旋回モータでのキャビテーションの発生も防止できる作業機械を提供できる。

従来の油圧ショベルの一例を示す概略図である。従来の油圧シリンダの基本的な構成を示す概略図である。本発明を適用した油圧ショベルを示す概略図である。油圧制御機構を示す概略図である。開閉制御弁の制御を示すフローチャートである。開閉制御弁の制御を示すフローチャートである。開閉制御弁の制御を示すフローチャートである。第１変形例の油圧制御機構を示す概略図である。第１変形例での開閉制御弁の制御を示すフローチャートである。第２変形例の油圧制御機構を示す概略図である。第２変形例での開閉制御弁の制御を示すフローチャートである。

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。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図３に、本発明を適用した油圧ショベル（作業機械の一例）を示す。この油圧ショベルでは、クローラ式の下部走行体１の上に上部旋回体２が旋回自在に搭載されている。上部旋回体２には、キャブ３、機械室４、カウンターウエイト５、アタッチメント６（作業機）などが備えられている。キャブ３の内部には、操作レバー７ａ、７ｂなどの各種操作機器が配置されている。

機械室４の内部には、エンジン８や、エンジン８の駆動により作動油を圧送する油圧ポンプ９、作動油を貯留するタンク１０、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１１などの機器が配置されている。また、詳細は後述するが、アタッチメント６や旋回モータ１１を駆動するために、これらとタンク１０との間には、作動油を循環供給する油圧制御機構２０が設けられている。

アタッチメント６は、上部旋回体２の前側に配置され、ブーム６ａ（支持腕）やアーム６ｂ（揺動腕）、バケット６ｃ、ブームシリンダ６１、アームシリンダ６２、バケットシリンダ６３などで構成されている。なお、ブームシリンダ６１やアームシリンダ６２、バケットシリンダ６３はいずれも従来の油圧シリンダと基本的な構造は同じである。

ブーム６ａは、側面視略く字状形状をした支持部材であり、上部旋回体２に起伏自在に支持されている。ブーム６ａの基端部位は上部旋回体２に軸支されており、ブーム６ａは略水平方向に延びる第１回転軸Ａ１回りに回動する。アーム６ｂは、ブーム６ａよりも短寸の支持部材であり、ブーム６ａに揺動自在に支持されている。アーム６ｂの基端部位はブーム６ａの先端部位に軸支されており、アーム６ｂは略水平方向に延びる第２回転軸Ａ２回りに回動する。バケット６ｃは、容器状の部材であり、アーム６ｂに揺動自在に支持されている。バケット６ｃの基端部位はアーム６ｂの先端部位に軸支されており、バケット６ｃは略水平方向に延びる第３回転軸Ａ３回りに回動する。

ブーム６ａはブームシリンダ６１によって駆動され、アーム６ｂはアームシリンダ６２によって駆動される。バケット６ｃはバケットシリンダ６３によって駆動される。アームシリンダ６２の場合、シリンダ本体７１のヘッド側の部位はブーム６ａに軸支され、シリンダ本体７１から突出したロッド７２の突端はアーム６ｂの基端部位に軸支されている。ブームシリンダ６１やバケットシリンダ６３もこれと同様に軸支されている。

図２に示したように、ブームシリンダ６１等では、円筒状のシリンダ本体７１の内部にスライド変位するピストン７３が配置されている。シリンダ本体７１には、円柱状のロッド７２が出退自在に挿入されていて、その一端がピストン７３に固定され、他端はシリンダ本体７１の外側に突出している。

シリンダ本体７１は液密状に封止されていて、その内部は、ロッド７２側に位置するロッド側スペース７４と、ヘッド側スペース７５とにピストン７３によって区画されている。シリンダ本体７１には、ロッド側スペース７４に連通するロッド側送油口７６と、ヘッド側スペース７５に連通するヘッド側送油口７７とが設けられている。これら送油口７６，７７を通じて作動油が各スペース７４，７５と油圧制御機構２０との間を出入りする。

図４に、油圧制御機構２０を示す。油圧制御機構２０は、フィード流路２１やリターン流路２２、背圧保持弁２３、第１方向制御弁（ＣＶ１）２４、第２方向制御弁（ＣＶ２）２５、バイパス流路２６、開閉制御弁（ＣＶ３）２７、制御装置２８、キャビテーション防止装置５０などで構成されている。

フィード流路２１は、旋回モータ１１やアームシリンダ６２等へ作動油を送る送油配管で構成されている。フィード流路２１の上流側の一端は油圧ポンプ９の吐出口に接続されている。フィード流路２１は途中で分岐して、その下流側の一方の端部は第１方向制御弁２４に接続され、その下流側の他方の端部は第２方向制御弁２５に接続されている。なお、油圧ポンプ９の供給口は配管を介してタンク１０に接続されている（図示せず）。

リターン流路２２は、旋回モータ１１やアームシリンダ６２等からタンク１０に作動油を返す送油配管で構成されている。リターン流路２２の下流側の一端は背圧保持弁２３を介してタンク１０に接続されている。リターン流路２２は途中で分岐して、その上流側の一方の端部は第１方向制御弁２４に接続され、その上流側の他方の端部は第２方向制御弁２５に接続されている。背圧保持弁２３は、リターン流路２２内を所定圧に保持する機能を有し、リターン流路２２が所定圧以上になると開いてタンク１０に作動油が流出する。

第２方向制御弁２５は、流路の切り替えにより、旋回モータ１１の回転方向を切り替える機能を有している。具体的には、第２方向制御弁２５には、旋回モータ１１の第１モータ入出口１１ａに接続された第１モータ配管２９と、旋回モータ１１の第２モータ入出口１１ｂに接続された第２モータ配管３０とが接続されている。第２方向制御弁２５は、旋回モータ１１用の操作レバー７ａの操作に応じて、流路を遮断する中立位置と、右回転位置と左回転位置とに切り替わる。右回転位置では、第１モータ配管２９とフィード流路２１が接続され、第２モータ配管３０とリターン流路２２が接続される。左回転位置では、第２モータ配管３０とフィード流路２１が接続され、第１モータ配管２９とリターン流路２２が接続される。

第１モータ配管２９と第２モータ配管３０との間には、補油回路３１が設けられている。補油回路３１に作動油を供給する補油配管３１ａは、リターン流路２２に接続されている。従って、第１モータ配管２９及び第２モータ配管３０のいずれか一方の油圧が不足した場合には、背圧の加わったリターン流路２２から作動油が補油回路３１を通じて各モータ配管２９，３０に供給される。

第１方向制御弁２４は、流路の切り替えにより、アームシリンダ６２の伸縮方向を切り替える機能を有している。具体的には、第１方向制御弁２４には、アームシリンダ６２のロッド側送油口７６に接続されたロッド側配管３２と、アームシリンダ６２のヘッド側送油口７７に接続されたヘッド側配管３３とが接続されている。

第１方向制御弁２４は、アーム６ｂ用の操作レバー７ｂの操作に応じて、流路を遮断する中立位置と、アームシリンダ６２が縮む押し出し位置と、アームシリンダ６２が伸びる引き寄せ位置とに切り替わる。押し出し位置では、ロッド側配管３２とフィード流路２１が接続され、ヘッド側配管３３とリターン流路２２が接続される。引き寄せ位置では、ヘッド側配管３３とフィード流路２１が接続され、ロッド側配管３２とリターン流路２２が接続される。

すなわち、操作レバー７ｂの操作により、第１方向制御弁２４は、ロッド側スペース７４に作動油を送り、ヘッド側スペース７５から作動油を返す第１の方向（押し出し位置）と、ヘッド側スペース７５に作動油を送り、ロッド側スペース７４から作動油を返す第２の方向（引き寄せ位置）とに切り替わる。

バイパス流路２６は、ヘッド側スペース７５の作動油を、リターン流路２２を介さずに直接タンク１０に返すために設けられている。具体的には、バイパス流路２６の一端はヘッド側配管３３に接続され、他端はタンク１０に接続されている。

開閉制御弁２７は、バイパス流路２６を開閉する機能を有し、バイパス流路２６の途中に配設されている。

制御装置２８は、後述するキャビテーション防止装置５０等から情報を入力し、その情報に基づいて開閉制御弁２７を制御する機能を有している。アーム６ｂの押し出し操作が行われる場合（第１方向制御弁２４は押し出し位置にある）、タンク１０に返る作動油量が多くなるため、リターン流路２２のみでは圧力損失が増加する。

そのため、この油圧ショベルでは、アーム６ｂの押し出し操作が行われる場合には、優先的に開閉制御弁２７を開いてバイパス流路２６からも作動油を回収するようにしている。

具体的には、アームシリンダ６２用の操作レバー７ｂの油圧回路に、押し出し操作時のパイロット圧を検出する第１パイロット圧検出センサ３５が設けられている。第１パイロット圧検出センサ３５での検出値は、制御装置２８に入力される。制御装置２８は、第１パイロット圧検出センサ３５から入力された検出値に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無を判断し、開閉制御弁２７を開閉制御している。

ところが、開閉制御弁２７が開かれると、リターン流路２２やヘッド側配管３３の内圧が低下するため、所定の背圧が保持できなくなる。その結果、旋回モータ１１やアームシリンダ６２等でキャビテーションが発生する虞がある。

そこで、この油圧ショベルでは、キャビテーションの発生を防止するために、キャビテーション防止装置５０が油圧制御機構２０に組み込まれている。そして、アーム６ｂの押し出し操作が行われる場合であっても、キャビテーション防止装置５０により予め設定された特定状態が検出された場合には、開閉制御弁２７を強制的に閉じるように設定されている。

本実施形態では、そのキャビテーション防止装置５０として、モータ制御検出装置５１や第１角度センサ５２、第２角度センサ５３、エンジン回転数検出装置５４が設置されている。

モータ制御検出装置５１は、旋回モータ１１用の操作レバー７ａのパイロット圧を検出する第２パイロット圧検出センサ５１ａを有している。具体的には、旋回モータ１１用の操作レバー７ａの油圧回路に、左右の回転操作時のパイロット圧を検出する第２パイロット圧検出センサ５１ａが設けられている。第２パイロット圧検出センサ５１ａでの検出値は、制御装置２８に入力される。制御装置２８は、第２パイロット圧検出センサ５１ａから入力された検出値に基づいて旋回モータ１１の旋回操作の有無や旋回の加速や減速を判断する。

特に、旋回モータ１１が減速制御されている状態（第１の特定状態）であるか否かが判断される。

図５に、旋回モータ１１に関連した開閉制御弁２７の制御のフローチャートを示す。まず、第１パイロット圧検出センサ３５から入力される検出値（Ｐ１）に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無が判断される。例えば、検出値（Ｐ１）が０より大きいか否か判断され、０以下である場合には（ステップＳ１でＮｏ）、第１方向制御弁２４は押し出し位置にないため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ２）。

検出値（Ｐ１）が０より大きい場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、続いて、第２パイロット圧検出センサ５１ａから入力された検出値（Ｐ２）に基づいて旋回操作の有無が判断される（ステップＳ３）。具体的には、検出値（Ｐ２）が０より大きいか否か判断され、検出値（Ｐ２）が０以下の場合には（ステップＳ３でＮｏ）、旋回操作無しと判断され、開閉制御弁２７は開かれる（ステップＳ４）。

検出値（Ｐ２）が０より大きい場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、旋回操作有りと判断され、第２パイロット圧検出センサ５１ａから入力された検出値（Ｐ２）に基づいて減速の有無が判断される（ステップＳ５）。具体的には、制御装置２８は、経時的に連続して入力される検出値（Ｐ２）の大小を比較する。

例えば、ある検出値（Ｐ２_（ｔｎ））とその後に入力された検出値（Ｐ２_{（ｔｎ＋１）}）とを比較する。その結果、検出値（Ｐ２_{（ｔｎ＋１）}）が検出値（Ｐ２_（ｔｎ））以上の場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、減速無しと判断され、開閉制御弁２７は開けられる（ステップＳ４）。対して、検出値（Ｐ２_{（ｔｎ＋１）}）が検出値（Ｐ２_（ｔｎ））より小さい場合（ステップＳ５でＮｏ）、減速有りと判断され、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ２）。

図３に示したように、第１角度センサ５２はブーム６ａの基端部に設置され、第２角度センサ５３はアーム６ｂの基端部に設置されている。第１角度センサ５２はブーム６ａの回転角度を検出し、第２角度センサ５３はアーム６ｂの回転角度を検出する。両センサ５２，５３の検出値は、制御装置２８に入力される。制御装置２８は、両センサ５２，５３から入力される検出値に基づいてアーム６ｂの姿勢を判断する。

特に、アーム６ｂが抱え込み姿勢にあり、アーム６ｂが自重に基づく力のモーメントに抗して持ち上げられた状態（単に抱え込み姿勢という：第２の特定状態）にあるか否かが判断される。

図６に、アーム６ｂに関連した開閉制御弁２７の制御のフローチャートを示す。まず、第１パイロット圧検出センサ３５から入力される検出値（Ｐ１）に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無が判断される。検出値（Ｐ１）が０以下である場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、第１方向制御弁２４は押し出し位置にないため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ１２）。

検出値（Ｐ１）が０より大きい場合には（ステップＳ１１でＹｅｓ）、続いて、第１角度センサ５２から入力される検出値（θＢ）と、第２角度センサ５３から入力される検出値（θＡ）とに基づいてアーム６ｂが抱え込み姿勢にあるか否かが判断される（ステップＳ１３）。

例えば、所定の基準値（θＡ’、θＢ’）と各検出値（θＡ，θＢ）の大小を比較し、両検出値（θＡ，θＢ）が基準値（θＡ’、θＢ’）以下の場合には（ステップＳ１３でＮｏ）、アーム６ｂは抱え込み姿勢にあるため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ１２）。対して、両検出値（θＡ，θＢ）が基準値（θＡ’、θＢ’）より大きい場合には（ステップＳ１３でＹｅｓ）、アーム６ｂは抱え込み姿勢にないため、開閉制御弁２７は開かれる（ステップＳ１４）。

エンジン回転数検出装置５４は、エンジン８に実装されていて、エンジン８の回転数を検出する。エンジン回転数検出装置５４の検出値は制御装置２８に入力される。制御装置２８は、エンジン回転数検出装置５４から入力される検出値に基づいてエンジン８の回転数の高低を判断する。

特に、エンジン８の回転数が所定の低速回転域にある状態（第３の特定状態）であるか否かが判断される。この場合、油圧ポンプ９からの作動油の吐出量が少なくなるため、キャビテーションが発生し得る。

図７に、エンジン８の回転数に関連した開閉制御弁２７の制御のフローチャートを示す。まず、第１パイロット圧検出センサ３５から入力される検出値（Ｐ１）に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無が判断される。検出値（Ｐ１）が０以下である場合には（ステップＳ２１でＮｏ）、第１方向制御弁２４は押し出し位置にないため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ２２）。

検出値（Ｐ１）が０より大きい場合には（ステップＳ２１でＹｅｓ）、続いて、エンジン８の回転数が所定の低速回転域にあるか否かが判断される（ステップＳ２３）。例えば、エンジン回転数検出装置５４から入力される検出値（Ｎ）と、予め設定された所定の回転数（Ｎ’）の大小を比較する。その結果、検出値（Ｎ）が所定の回転数（Ｎ’）よりも小さい場合には（ステップＳ２３でＹｅｓ）、エンジン８の回転数は所定の低速回転域にあるため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ２２）。対して、検出値（Ｎ）が所定の回転数（Ｎ’）以上の場合には（ステップＳ２３でＮｏ）、エンジン８の回転数は所定の低速回転域にないため、開閉制御弁２７は開けられる（ステップＳ２４）。

（第１変形例）
図８に本変形例の油圧ショベルの油圧制御機構２０を示す。この油圧ショベルでは、アームシリンダ６２に関するキャビテーション防止装置５０が上述した実施形態の油圧ショベルと異なっている。

具体的には、第１角度センサ５２や第２角度センサ５３の代わりに、ロッド側圧力センサ５６とへッド側圧力センサ５７とが設けられている。なお、油圧ショベルや油圧制御機構２０の各装置等、その他の構成については、上述した実施形態の油圧ショベルと同様であるため、同じ構成の装置については同じ符号を用いてその説明は省略する。

ロッド側圧力センサ５６は、ロッド側スペース７４の内圧を検出し、その検出値を制御装置２８に出力する。へッド側圧力センサ５７は、へッド側スペース７５の内圧を検出し、その検出値を制御装置２８に出力する。

制御装置２８は、これらロッド側圧力センサ５６及びヘッド側圧力センサ５７の検出値に基づいて、第２の特定状態を検出する。

図９に、その具体的な開閉制御弁２７の制御のフローチャートを例示する。まず、第１パイロット圧検出センサ３５から入力される検出値（Ｐ１）に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無が判断される。検出値（Ｐ１）が０以下である場合には（ステップＳ３１でＮｏ）、第１方向制御弁２４は押し出し位置にないため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ３２）。

検出値（Ｐ１）が０より大きい場合には（ステップＳ３１でＹｅｓ）、続いて、ピストン７３に作用する力のうち、ロッド側スペース７４側の力がへッド側スペース７５側の力よりも小さいか否かが判断される（ステップＳ３３）。ロッド側スペース７４側からピストン７３に作用する力は、ピストン７３のロッド７２を除く断面積（Ａｒ）と、ロッド側スペース７４の内圧（Ｐｒ）の積算によって求められ、ヘッド側スペース７５側からピストン７３に作用する力は、ピストン７３の断面積（Ａｈ）と、ヘッド側スペース７５の内圧（Ｐｈ）の積算によって求められる。

その結果、ロッド側スペース７４側の力がへッド側スペース７５側の力よりも小さい場合は（ステップＳ３３でＹｅｓ）、ロッド側スペース７４で油圧の不足が生じているため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ３２）。対して、ロッド側スペース７４側の力がへッド側スペース７５側の力以上の場合は（ステップＳ３３でＮｏ）、ロッド側スペース７４で油圧の不足は生じていないため、開閉制御弁２７は開けられる（ステップＳ３４）。

（第２変形例）
図１０に本変形例の油圧ショベルの油圧制御機構２０を示す。この油圧ショベルでは、旋回モータ１１に関するキャビテーション防止装置５０が上述した実施形態の油圧ショベルと異なっている。

具体的には、本変形例のモータ制御検出装置５１には、第２パイロット圧検出センサ５１ａに加え、旋回モータ１１の回転数を検出するモータ速度センサ５９が設けられている。なお、油圧ショベルや油圧制御機構２０の各装置等、その他の構成については、上述した実施形態の油圧ショベルと同様であるため、同じ構成の装置については同じ符号を用いてその説明は省略する。

モータ速度センサ５９は旋回モータ１１に設けられている。モータ速度センサ５９は、旋回モータ１１の角速度等を検出し、その検出値を制御装置２８に出力する。

図１１に、本変形例での開閉制御弁２７の制御のフローチャートを示す。まず、第１パイロット圧検出センサ３５から入力される検出値（Ｐ１）に基づいてアーム６ｂの押し出し操作の有無が判断される。具体的には、検出値（Ｐ１）が０より大きいか否か判断され、０以下である場合には（ステップＳ４１でＮｏ）、第１方向制御弁２４は押し出し位置にないため、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ４２）。

検出値（Ｐ１）が０より大きい場合には（ステップＳ４１でＹｅｓ）、続いて、第２パイロット圧検出センサ５１ａから入力された検出値（Ｐ２）に基づいて旋回操作の有無が判断される（ステップＳ４３）。具体的には、検出値（Ｐ２）が０より大きいか否か判断され、検出値（Ｐ２）が０以下の場合には（ステップＳ４３でＮｏ）、旋回操作無しと判断され、開閉制御弁２７は開かれる（ステップＳ４４）。

検出値（Ｐ２）が０より大きい場合には（ステップＳ４３でＹｅｓ）、旋回操作有りと判断され、モータ速度センサ５９から入力される検出値に基づいて減速の有無が判断される（ステップＳ４５）。例えば、制御装置２８は、経時的に連続して入力される旋回モータ１１の角速度（ω）の単位時間当たりの変化率（Δω／Δｔ）を求め、０より小さいか否かを判断する。

その結果、変化率（Δω／Δｔ）が０よりも小さい場合には（ステップＳ４５でＹｅｓ）、減速有りと判断され、開閉制御弁２７は閉じられる（ステップＳ４２）。対して、変化率が０以上の場合には（ステップＳ４５でＮｏ）、減速無しと判断され、開閉制御弁２７は開けられる（ステップＳ４４）。

なお、本発明にかかる作業機械は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、作業機械は、油圧ショベルに限らずクレーン等であってもよい。油圧シリンダは、アームシリンダ６２に限らず、ブームシリンダ６１やバケットシリンダ６３にも同様に適用できる。

キャビテーション防止装置５０をそれぞれ組み合わせて開閉制御弁２７を開閉制御してもよい。例えば、第３の特定状態にある場合において、第１の特定状態や第２の特定状態になった場合にのみ開閉制御弁２７を開くようにしてもよい。

また、キャビテーション防止装置５０をそれぞれ個別に組み付けて開閉制御弁２７を開閉制御してもよい。例えば、エンジン回転数検出装置５４だけにすれば、既存の装置が活用できるので、部品点数やコストが削減できる。

１下部走行体
２上部旋回体
５カウンターウエイト
６アタッチメント（作業機）
６ａブーム（支持腕）
６ｂアーム（揺動腕）
６ｃバケット
７ａ，７ｂ操作レバー
８エンジン
９油圧ポンプ
１０タンク
１１旋回モータ
２０油圧制御機構
２１フィード流路
２２リターン流路
２３背圧保持弁
２４第１方向制御弁
２５第２方向制御弁
２６バイパス流路
２７開閉制御弁
２８制御装置
２９第１モータ配管
３０第２モータ配管
３１補油回路
３１ａ補油配管
３２ロッド側配管
３３ヘッド側配管
３５第１パイロット圧検出センサ
５０キャビテーション防止装置
５１モータ制御検出装置
５１ａ第２パイロット圧検出センサ
５２第１角度センサ
５３第２角度センサ
５４エンジン回転数検出装置
５６ロッド側圧力センサ
５７へッド側圧力センサ
５９モータ速度センサ
６２アームシリンダ（油圧シリンダ）
７１シリンダ本体
７２ロッド
７３ピストン
７４ロッド側スペース
７５ヘッド側スペース
Ａ１第１回転軸
Ａ２第２回転軸

Claims

作業機及び旋回モータとタンクとの間で、油圧ポンプにより作動油を循環供給する油圧制御機構を有している作業機械であって、
前記作業機は、支持腕に回動自在に支持された揺動腕と、当該揺動腕を駆動する油圧シリンダと、を有し、
前記油圧シリンダのシリンダ本体内は、スライド変位するピストンによってロッド側スペースとヘッド側スペースとに区画され、
前記油圧制御機構は、前記油圧シリンダへ作動油を送るフィード流路と、前記タンクに作動油を返すリターン流路と、当該リターン流路内を所定圧に保持する背圧保持弁と、前記油圧シリンダへの作動油の流路を切り替える方向制御弁と、当該方向制御弁と前記ヘッド側スペースとの間の流路から前記タンクに作動油を返すバイパス流路と、当該バイパス流路を開閉する開閉制御弁と、キャビテーション防止装置と、制御装置と、を有し、
前記キャビテーション防止装置は、前記油圧シリンダ及び前記旋回モータの少なくともいずれかにおいて作動油の供給不足が発生し得る特定状態を示す検出値を、前記作業機械に配置されている機器から検出して前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記検出値に基づいて、特定状態であるか否かを判断して前記開閉制御弁を制御し、
前記方向制御弁は、前記ロッド側スペースに作動油を送る第１の方向と、前記ヘッド側スペースに作動油を送る第２の方向と、に切り替え可能であり、
前記方向制御弁が前記第１の方向に切り替えられている場合、前記開閉制御弁は開くように制御されており、
前記キャビテーション防止装置によって前記特定状態が検出された場合には、前記方向制御弁が前記第１の方向に切り替えられている場合であっても、前記開閉制御弁が強制的に閉じられる作業機械。