(57)【要約】【課題】流体圧アクチュエータの作動を安定させる。【解決手段】流体圧制御システム１００のコントローラ５０は、第２ポンプ３２から反ロッド側室２０ｂに作動油を供給し第１ポンプ３１によりロッド側室２０ａから作動油を排出することによりアームシリンダ１１を駆動させる場合には、第１圧力センサ６１の検出値が第１目標圧力となるように第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の少なくとも一方の容量を制御し、第１ポンプ３１からロッド側室２０ａに作動油を供給し第２ポンプ３２により反ロッド側室２０ｂから作動油を排出することによりアームシリンダ１１を駆動させる場合には、第２圧力センサ６２の検出値が第２目標圧力となるように第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の少なくとも一方の容量を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧制御システムであって、
第１圧力室及び第２圧力室を有し前記第１圧力室及び前記第２圧力室に対して作動流体が給排されることで駆動する流体圧アクチュエータと、
前記第１圧力室に対して作動流体を給排可能な両方向型の第１ポンプと、
前記第２圧力室に対して作動流体を給排可能な両方向型の第２ポンプと、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを駆動する駆動源と、
前記駆動源の駆動を制御するコントローラと、
前記第１圧力室の圧力を検出する第１圧力検出器と、
前記第２圧力室の圧力を検出する第２圧力検出器と、を備え、
前記コントローラは、
前記第２ポンプから前記第２圧力室に作動流体を供給し前記第１ポンプにより前記第１圧力室から作動流体を排出することにより前記流体圧アクチュエータを駆動させる場合には、前記第１圧力検出器の検出値が予め定められた大気圧以上の第１目標圧力となるように前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの少なくとも一方の容量を制御し、
前記第１ポンプから前記第１圧力室に作動流体を供給し前記第２ポンプにより前記第２圧力室から作動流体を排出することにより前記流体圧アクチュエータを駆動させる場合には、前記第２圧力検出器の検出値が予め定められた大気圧以上の第２目標圧力となるように前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの少なくとも一方の容量を制御することを特徴とする流体圧制御システム。
【請求項２】
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの一方は可変容量ポンプであり、他方は固定容量ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御システム。
【請求項３】
前記流体圧アクチュエータは、ロッド側室と反ロッド側室とを有する片ロッド型のシリンダであり、
前記第１ポンプは前記ロッド側室に対して作動流体を給排可能な可変容量ポンプであり、
前記第２ポンプは前記反ロッド側室に対して作動流体を給排可能な固定容量ポンプであり、
前記第１ポンプの最大容量は、前記第２ポンプの容量よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧制御システム。
【請求項４】
前記流体圧アクチュエータの変位量を検出する変位量検出器をさらに備え、
前記流体圧アクチュエータによって駆動される負荷が前記流体圧アクチュエータに及ぼす荷重の方向が前記流体圧アクチュエータの前記変位量に応じて切り換わる場合、前記コントローラは、前記変位量検出器の検出値に基づき、前記荷重の方向が切り換わるときの変位量である荷重反転変位量を境に前記第１目標圧力及び前記第２目標圧力を変更することを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の流体圧制御システム。
【請求項５】
前記流体圧アクチュエータの傾き、または、前記流体圧アクチュエータによって駆動される前記負荷の重心を変化させる遷移アクチュエータと、
前記遷移アクチュエータの変位量を検出する遷移変位量検出器と、をさらに備え、
前記コントローラは、前記遷移変位量検出器の検出値に基づいて前記荷重反転変位量を演算することを特徴とする請求項４に記載の流体圧制御システム。
【請求項６】
前記流体圧アクチュエータが設けられる装置の重力方向に対する傾きを検出する傾斜検出器をさらに備え、
前記コントローラは、前記傾斜検出器の検出値に基づいて前記荷重反転変位量を演算することを特徴とする請求項４または５に記載の流体圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、流体圧アクチュエータとしての流体圧シリンダと、流体圧シリンダのロッド側室及び反ロッド側室に対して作動流体を給排するポンプと、を備えた流体圧制御システムが記載されている。この流体圧制御システムでは、ポンプの容量を変化させることによりロッド側室及び反ロッド側室に対する作動流体の給排量を制御することで流体圧シリンダの伸縮を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５４６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の流体圧制御システムでは、流体圧シリンダのロッド側室の受圧面積と反ロッド側室の受圧面積とに基づいてポンプの吐出量が設定される。しかし、ポンプには個体差があるため、ポンプの吐出量はポンプ毎にわずかに異なる。また、ポンプの吐出量は、シール部の経年劣化等によっても変化する。このため、ロッド側室及び反ロッド側室に対して設定通りの流量を給排することができず、何れかの流量が過多または過少となるおそれがある。このように給排される流量にずれが生じると、ロッド側室及び反ロッド側室内の圧力が異常に上昇したり、負圧となってキャビテーションが発生したりすることで流体圧シリンダの作動が不安定となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体圧制御システムにおいて、流体圧アクチュエータの作動を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流体圧制御システムが、第１圧力室及び第２圧力室を有し第１圧力室及び第２圧力室に対して作動流体が給排されることで駆動する流体圧アクチュエータと、第１圧力室に対して作動流体を給排可能な両方向型の第１ポンプと、第２圧力室に対して作動流体を給排可能な両方向型の第２ポンプと、第１ポンプ及び第２ポンプを駆動する駆動源と、駆動源の駆動を制御するコントローラと、第１圧力室の圧力を検出する第１圧力検出器と、第２圧力室の圧力を検出する第２圧力検出器と、を備え、コントローラが、第２ポンプから第２圧力室に作動流体を供給し第１ポンプにより第１圧力室から作動流体を排出することにより流体圧アクチュエータを駆動させる場合には、第１圧力検出器の検出値が予め定められた大気圧以上の第１目標圧力となるように第１ポンプ及び第２ポンプの少なくとも一方の容量を制御し、第１ポンプから第１圧力室に作動流体を供給し第２ポンプにより第２圧力室から作動流体を排出することにより流体圧アクチュエータを駆動させる場合には、第２圧力検出器の検出値が予め定められた大気圧以上の第２目標圧力となるように第１ポンプ及び第２ポンプの少なくとも一方の容量を制御することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、流体圧アクチュエータが駆動される際に作動流体が排出される圧力室の圧力の大きさが大気圧以上の所定の目標圧力となるように第１ポンプまたは第２ポンプの容量が制御される。このように、作動流体が排出される圧力室の圧力の大きさが負圧ではない所定の大きさとなるように第１ポンプまたは第２ポンプの容量を制御することによって、圧力室に供給される作動流体の流量が過多または過少となることが防止される。この結果、圧力室の圧力が異常に上昇したり、圧力室の圧力が負圧となってキャビテーションが発生したりすることが抑制される。
【０００８】
本発明は、第１ポンプ及び第２ポンプの一方は可変容量ポンプであり、他方は固定容量ポンプであることを特徴とする。
【０００９】
この発明では、第１ポンプ及び第２ポンプの一方が可変容量ポンプであり、他方が固定容量ポンプである。このように、比較的構造が簡素で安価な固定容量ポンプを用いることによって、流体圧制御システムの製造コストを低減させることができる。
【００１０】
本発明は、流体圧アクチュエータが、ロッド側室と反ロッド側室とを有する片ロッド型のシリンダであり、第１ポンプはロッド側室に対して作動流体を給排可能な可変容量ポンプであり、第２ポンプは反ロッド側室に対して作動流体を給排可能な固定容量ポンプであり、第１ポンプの最大容量は、第２ポンプの容量よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
この発明では、容積が小さいロッド側室に対して作動流体を給排するポンプとして可変容量ポンプが用いられ、容積が大きい反ロッド側室に対して作動流体を給排するポンプとして固定容量ポンプが用いられる。比較的構造が複雑であり高価な可変容量型ポンプの容量を小さくすることが可能となることで、流体圧制御システムを小型化することができるとともに、流体圧制御システムの製造コストを低減させることができる。
【００１２】
本発明は、流体圧制御システムが、流体圧アクチュエータの変位量を検出する変位量検出器をさらに備え、流体圧アクチュエータによって駆動される負荷が流体圧アクチュエータに及ぼす荷重の方向が流体圧アクチュエータの変位量に応じて切り換わる場合、コントローラは、変位量検出器の検出値に基づき、荷重の方向が切り換わるときの変位量である荷重反転変位量を境に第１目標圧力及び第２目標圧力を変更することを特徴とする。
【００１３】
この発明では、第１目標圧力及び第２目標圧力の大きさが、流体圧アクチュエータによって駆動される負荷が流体圧アクチュエータに及ぼす荷重の方向が切り換わるときの変位量である荷重反転変位量を境に変更される。このように、荷重反転変位量を境に第１目標圧力及び第２目標圧力の大きさを変えることによって、流体圧アクチュエータに対してどのように荷重が作用している場合であっても、圧力室が負圧となることが抑制されることで、流体圧アクチュエータの作動を安定させることができるとともに、ポンプの吐出圧が低減されることで、駆動源において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【００１４】
本発明は、流体圧制御システムが、流体圧アクチュエータの傾き、または、流体圧アクチュエータによって駆動される負荷の重心を変化させる遷移アクチュエータと、遷移アクチュエータの変位量を検出する遷移変位量検出器と、をさらに備え、コントローラが、遷移変位量検出器の検出値に基づいて荷重反転変位量を演算することを特徴とする。
【００１５】
この発明では、荷重反転変位量が遷移変位量検出器の検出値に基づいて演算される。このように、流体圧アクチュエータの傾き、または、流体圧アクチュエータによって駆動される負荷の重心を変化させる遷移アクチュエータの変位量に基づいて荷重反転変位量を演算することによって、負荷が流体圧アクチュエータに及ぼす荷重の方向が切り換わるタイミングを精度よく求めることが可能となる。
【００１６】
本発明は、流体圧制御システムが、流体圧アクチュエータが設けられる装置の重力方向に対する傾きを検出する傾斜検出器をさらに備え、コントローラが、傾斜検出器の検出値に基づいて荷重反転変位量を演算することを特徴とする。
【００１７】
この発明では、荷重反転変位量が傾斜検出器の検出値に基づいて演算される。このように、流体圧アクチュエータの傾き、または、流体圧アクチュエータによって駆動される負荷の重心を変化させる装置の傾きに基づいて荷重反転変位量を演算することによって、負荷が流体圧アクチュエータに及ぼす荷重の方向が切り換わるタイミングを精度よく求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流体圧制御システムにおいて、流体圧アクチュエータの作動を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る流体圧制御システムが適用される油圧ショベルの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流体圧制御システムの概略図である。
【図３】図１に示される油圧ショベルのアームシリンダが伸長した状態を示す図である。
【図４】流体圧アクチュエータの変位量に対する第１目標圧力の変化を示すグラフである。
【図５】流体圧アクチュエータの変位量に対する第２目標圧力の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧制御システム１００について説明する。
【００２１】
流体圧制御システム１００は、可動部材等の負荷を駆動する流体圧アクチュエータを有する建設機械や工作機械といった産業機械に適用され、流体圧アクチュエータの作動を制御するものである。以下では、流体圧制御システム１００が、建設機械である油圧ショベル１に設けられる流体圧アクチュエータの作動を制御する場合について説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧制御システム１００が適用される油圧ショベル１について説明する。
【００２３】
油圧ショベル１は、クローラ式の走行部２と、走行部２の上部に旋回可能に設けられる旋回部３と、旋回部３の前方中央部に設けられる掘削部５と、を備える。旋回部３には、作業者が搭乗するキャビン３ａが設けられる。
【００２４】
走行部２は、走行モータ（図示省略）によって左右一対のクローラ２ａを駆動することで油圧ショベル１を走行させる。旋回部３は、旋回モータ（図示省略）によって駆動され、走行部２に対して左右方向に旋回する。
【００２５】
掘削部５は、旋回部３の左右方向に延びる水平軸まわりに揺動可能に取り付けられるブーム６と、ブーム６の先端に揺動可能に取り付けられるアーム７と、アーム７の先端に揺動可能に取り付けられて土砂等を掘削するバケット８と、を有する。
【００２６】
また、掘削部５は、ブーム６を上下に回動させるブームシリンダ１０と、アーム７を上下に回動させるアームシリンダ１１と、バケット８を回動させるバケットシリンダ１２と、を有する。
【００２７】
次に、図２を参照して、流体アクチュエータとしてのアームシリンダ１１と、アームシリンダ１１の作動を制御する流体圧制御システム１００について説明する。
【００２８】
アームシリンダ１１は、作動流体としての作動油が出入りするシリンダ２０と、シリンダ２０内に往復動自在に設けられたピストンロッド２２と、シリンダ２０内に摺動自在に収容されピストンロッド２２に連結されるピストン２１と、を有する片ロッド型の油圧シリンダである。シリンダ２０の内部は、ピストン２１によって第１圧力室としてのロッド側室２０ａと第２圧力室としての反ロッド側室２０ｂとの２つの油圧室に仕切られる。アームシリンダ１１は、ロッド側室２０ａ及び反ロッド側室２０ｂに対して作動油が給排されることで伸縮し、負荷Ｗであるアーム７及びアーム７に連結されたバケット８等を変位させる。
【００２９】
流体圧制御システム１００は、ロッド側室２０ａに対して作動油を給排可能な両方向型の第１ポンプ３１と、反ロッド側室２０ｂに対して作動油を給排可能な両方向型の第２ポンプ３２と、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を駆動する駆動源としての電動モータ４１と、を備える。
【００３０】
第１ポンプ３１は、図示しない斜板の傾転角度に応じて吐出容量が変化する可変容量型のポンプである。斜板の傾転角度は、レギュレータ３１ａによって制御される。つまり、第１ポンプ３１の吐出容量は、レギュレータ３１ａに入力される指令信号に応じて変化する。なお、第１ポンプ３１は、斜板式の可変容量ポンプに限定されず、例えば、可変容量ベーンポンプ等のように吐出容量が可変なものであれば、どのような形式のポンプであってもよい。
【００３１】
第１ポンプ３１は、２つのポンプポートを有し、一方のポンプポートは、第１通路３４を通じてロッド側室２０ａに接続され、他方のポンプポートは、作動油が貯留されたタンク３３に接続される。
【００３２】
第２ポンプ３２は、吐出容量が一定の固定容量型のポンプである。第２ポンプ３２も、第１ポンプ３１と同様に２つのポンプポートを有し、一方のポンプポートは、第２通路３５を通じて反ロッド側室２０ｂに接続され、他方のポンプポートは、タンク３３に接続される。
【００３３】
第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は、電動モータ４１によって回転駆動される駆動軸３６に連結されている。つまり、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は、単一の電動モータ４１によって回転駆動される。なお、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２は、駆動軸３６に対して減速機等を介して連結されていてもよい。
【００３４】
駆動軸３６が電動モータ４１によって一方の方向（図２に示される矢印Ａの方向）に回転駆動されると、第２ポンプ３２は、タンク３３から吸入された作動油を反ロッド側室２０ｂへと供給し、第１ポンプ３１は、ロッド側室２０ａ内の作動油を吸引してタンク３３へと排出する。このように反ロッド側室２０ｂに作動油が供給されロッド側室２０ａから作動油が排出されることによってアームシリンダ１１は伸長する。
【００３５】
一方、駆動軸３６が電動モータ４１によって反対の方向（図２に示される矢印Ｂの方向）に回転駆動されると、第２ポンプ３２は、反ロッド側室２０ｂ内の作動油を吸引してタンク３３へと排出し、第１ポンプ３１は、タンク３３から吸入された作動油をロッド側室２０ａへと供給する。このようにロッド側室２０ａに作動油が供給され反ロッド側室２０ｂから作動油が排出されることによってアームシリンダ１１は収縮する。
【００３６】
このように、アームシリンダ１１の作動方向は、電動モータ４１の回転方向を切り換えることによって切り換えることが可能である。また、電動モータ４１の回転速度を増減させると第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の吐出流量、すなわちアームシリンダ１１に対して給排される作動油の流量も増減することから、電動モータ４１の回転数を変化させることによってアームシリンダ１１の作動速度を増減させることが可能である。電動モータ４１の回転方向及び回転数は、出力電圧の大きさ及び周波数を変更自在なインバータ４２によって電気的に制御される。なお、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を駆動する駆動源としては、電動モータ４１に限定されず、回転方向が切り換え可能な駆動源であればどのような形式のものであってもよく、例えば、油圧モータであってもよい。
【００３７】
また、上述のように、第１ポンプ３１は、第２ポンプ３２から作動油が供給される反ロッド側室２０ｂよりも容積が小さいロッド側室２０ａに作動油を供給するものである。このため、第１ポンプ３１の最大容量は、第２ポンプ３２の容量よりも小さく設定される。
【００３８】
このように第１ポンプ３１の最大容量を小さくすることで、比較的構造が複雑な可変容量型のポンプである第１ポンプ３１を小型化することができるとともに、第１ポンプ３１のコストを低減させることができる。なお、第１ポンプ３１の最大容量と第２ポンプ３２の容量とは同じであってもよいし、第１ポンプ３１の最大容量を第２ポンプ３２の容量よりも大きくしてもよい。
【００３９】
また、流体圧制御システム１００は、ロッド側室２０ａの圧力を検出する第１圧力検出器として第１圧力センサ６１と、反ロッド側室２０ｂの圧力を検出する第２圧力検出器として第２圧力センサ６２と、アームシリンダ１１の変位量を検出する変位量検出器としての第１変位センサ６３と、作業者が操作する操作装置６４と、操作装置６４の操作量及び操作方向に応じて電動モータ４１の駆動を制御するコントローラ５０と、をさらに備える。
【００４０】
第１圧力センサ６１は、ゲージ圧センサであり、ロッド側室２０ａに連通する第１通路３４に設けられ、第１通路３４内の作動油の圧力をロッド側室２０ａの圧力として検出する。第１圧力センサ６１は、検出されたロッド側室２０ａの圧力に対応する電圧信号をコントローラ５０へ出力する。なお、第１圧力センサ６１は、シリンダ２０に取り付けられ、ロッド側室２０ａの圧力を直接検出するものであってもよい。また、第１圧力センサ６１は、絶対圧センサであってもよいが、その場合は、大気圧センサが別途設けられる。
【００４１】
第２圧力センサ６２は、ゲージ圧センサであり、反ロッド側室２０ｂに連通する第２通路３５に設けられ、第２通路３５内の作動油の圧力を反ロッド側室２０ｂの圧力として検出する。第２圧力センサ６２は、検出された反ロッド側室２０ｂの圧力に対応する電圧信号をコントローラ５０へ出力する。なお、第２圧力センサ６２は、シリンダ２０に取り付けられ、反ロッド側室２０ｂの圧力を直接検出するものであってもよい。また、第２圧力センサ６２は、絶対圧センサであってもよいが、その場合は、大気圧センサが別途設けられる。
【００４２】
第１変位センサ６３は、ピストンロッド２２のストローク量を検出するストロークセンサであり、アームシリンダ１１が最も収縮した状態を零とし、アームシリンダ１１が最も収縮した状態からピストンロッド２２がどの程度突出しているかを変位量Ｘとして検出する。第１変位センサ６３は、検出された変位量Ｘに対応する電圧信号をコントローラ５０に出力する。なお、第１変位センサ６３は、ストロークセンサのようにピストンロッド２２の突出量を直接的に検出するものであってもよいし、角度センサのように、アームシリンダ１１によって駆動されるアーム７の回動角度を検出することによってピストンロッド２２の突出量を間接的に検出するものであってもよい。
【００４３】
操作装置６４は、運転席に設けられて作業者により操作されるジョイスティックである。操作装置６４は、作業者により操作された操作方向及び操作量に応じた電圧信号をコントローラ５０に出力する。なお、操作装置６４は、ジョイスティックに限定されず、単なるレバーやスイッチ等であってもよい。また、操作装置６４は、操作方向及び操作量に応じた電圧信号に加えて、操作速度に応じた電圧信号をコントローラ５０に出力してもよい。
【００４４】
コントローラ５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ５０は、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。
【００４５】
コントローラ５０は、入力された第１圧力センサ６１、第２圧力センサ６２、第１変位センサ６３及び操作装置６４の検出値を用いて第１ポンプ３１の吐出容量と電動モータ４１の回転方向及び回転数とを演算する演算部５１と、演算部５１で用いられる演算式やマップ等が記憶される記憶部５２と、演算部５１で演算された第１ポンプ３１の吐出容量に応じた指令信号をレギュレータ３１ａへ出力する吐出容量指令部５３と、演算部５１で演算された電動モータ４１の回転方向及び回転数に応じた指令信号をインバータ４２へ出力する回転指令部５４と、を有する。各部の具体的な機能については後述する。
【００４６】
なお、演算部５１、記憶部５２、吐出容量指令部５３及び回転指令部５４は、コントローラ５０の各機能を、仮想的なユニットとして示したものであり、物理的に存在することを意味するものではない。例えば、演算部５１で行われる演算は、主にＣＰＵにより行われ、記憶部５２で行われる記憶は、ＲＡＭやＲＯＭにより行われる。
【００４７】
次に、上記構成の流体圧制御システム１００により行われるアームシリンダ１１の制御について説明する。
【００４８】
作業者が操作装置６４を介してアーム７を回動させる操作を行うと、操作装置６４は、操作方向及び操作量に応じた電圧信号をコントローラ５０に出力する。
【００４９】
操作装置６４の検出値がコントローラ５０に入力されると、演算部５１において、アーム７を下方に向けて回動させる操作、すなわち、アームシリンダ１１を伸長させる操作が行われたか、あるいは、アーム７を上方に向けて回動させる操作、すなわち、アームシリンダ１１を収縮させる操作が行われたかが判定される。
【００５０】
演算部５１において、アームシリンダ１１を伸長させる操作が行われたと判定された場合、コントローラ５０は、回転指令部５４を介して、電動モータ４１を矢印Ａの方向に回転させるように電動モータ４１の回転方向を指定する指令信号をインバータ４２へ出力する。一方、演算部５１において、アームシリンダ１１を収縮させる操作が行われたと判定された場合、コントローラ５０は、回転指令部５４を介して、電動モータ４１を矢印Ｂの方向に回転させるように電動モータ４１の回転方向を指定する指令信号をインバータ４２へ出力する。
【００５１】
また、演算部５１では、操作装置６４の操作量から要求されるアームシリンダ１１の伸縮速度が演算される。演算部５１で演算された伸縮速度に応じてコントローラ５０は、回転指令部５４を介して、電動モータ４１の目標回転数を指定する指令信号をインバータ４２へ出力する。電動モータ４１の目標回転数は、演算された伸縮速度が速いほど高く、遅いほど低く設定される。
【００５２】
コントローラ５０から指令信号を受け取ると、インバータ４２は、指令信号において指定された回転方向及び目標回転数に応じた周波数の電圧を電動モータ４１へと供給し、電動モータ４１を回転させる。
【００５３】
電動モータ４１の回転に伴って駆動軸３６が回転駆動されると、駆動軸３６に連結された第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２も回転し、アームシリンダ１１に対する作動油の給排が開始される。
【００５４】
駆動軸３６が矢印Ａの方向に回転すると、上述のように、第２ポンプ３２は、タンク３３から吸入された作動油を反ロッド側室２０ｂへと供給し、第１ポンプ３１は、ロッド側室２０ａ内の作動油を吸引してタンク３３へと排出する。このように反ロッド側室２０ｂに作動油が供給されロッド側室２０ａから作動油が排出されることによってアームシリンダ１１は伸長する。
【００５５】
ここで、アームシリンダ１１を円滑に伸長させるには、第２ポンプ３２から反ロッド側室２０ｂに供給される作動油の流量と、第１ポンプ３１によりロッド側室２０ａから排出される作動油の流量と、の比率が、反ロッド側室２０ｂの受圧面積と、ロッド側室２０ａの受圧面積と、の比率と一致するように第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の容量を設定しなければならない。
【００５６】
しかし、通常、ポンプには個体差があり、ポンプの容量はポンプ毎にわずかに異なるため、正確に容量を設定することは困難である。また、ポンプの容量は、シール部の経年劣化等によっても変化してしまう。したがって、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の容量を所定の大きさに設定したとしても、ポンプの個体差や経年変化によって、ロッド側室２０ａ及び反ロッド側室２０ｂに対して設定通りの作動油の流量を給排することができず、何れかの流量が過多または過少となる。
【００５７】
例えば、アームシリンダ１１を伸長させる際に、第１ポンプ３１によりロッド側室２０ａから排出される作動油の流量が設定値よりも大きいと、ロッド側室２０ａの圧力が負圧となってキャビテーションが発生し、アームシリンダ１１の作動が不安定になるおそれがある。また、ロッド側室２０ａの圧力が低くなると、ピストン２１が反ロッド側室２０ｂを拡張させるように移動することになるため、反ロッド側室２０ｂへの作動油の供給が追い付かず、結果として、反ロッド側室２０ｂの圧力も負圧となってキャビテーションが発生するおそれがある。
【００５８】
反対に、アームシリンダ１１を伸長させる際に、第１ポンプ３１によりロッド側室２０ａから排出される作動油の流量が設定値よりも小さいと、反ロッド側室２０ｂに供給される作動油によってピストン２１がロッド側室２０ａを収縮させるように移動することによって、ロッド側室２０ａの圧力が異常に高まり、アームシリンダ１１の伸長が妨げられるおそれがある。
【００５９】
このような状況を避けるために、流体圧制御システム１００では、ロッド側室２０ａと反ロッド側室２０ｂとのうち、作動油が排出される側の室の圧力が大気圧以上の所定の大きさとなるように、可変容量型のポンプである第１ポンプ３１の容量を制御している。
【００６０】
具体的には、アームシリンダ１１を伸長させる際、コントローラ５０では、演算部５１において、作動油が排出されるロッド側室２０ａの圧力を検出する第１圧力センサ６１の検出値と予め設定された大気圧以上の第１目標圧力Ｐ１とを比較する。
【００６１】
そして、第１圧力センサ６１の検出値が第１目標圧力Ｐ１よりも小さい場合、ロッド側室２０ａが負圧となってしまうおそれがあることから、コントローラ５０は、吐出容量指令部５３を介して、第１ポンプ３１の容量を小さくする指令信号、すなわち、ロッド側室２０ａから排出される作動油の流量を低減させる指令信号をレギュレータ３１ａへ出力する。
【００６２】
反対に、第１圧力センサ６１の検出値が第１目標圧力Ｐ１よりも大きい場合、ロッド側室２０ａが高圧となってしまうおそれがあることから、コントローラ５０は、吐出容量指令部５３を介して、第１ポンプ３１の容量を大きくする指令信号、すなわち、ロッド側室２０ａから排出される作動油の流量を増大させる指令信号をレギュレータ３１ａへ出力する。
【００６３】
コントローラ５０から指令信号を受け取ると、レギュレータ３１ａは、第１ポンプ３１の容量が指令信号において指定された容量だけ変化するように、第１ポンプ３１の斜板の傾転角度を変化させる。
【００６４】
このように、作動油が排出されるロッド側室２０ａの圧力が、第１目標圧力Ｐ１に一致するようにコントローラ５０によってフィードバック制御を行うことによって、ロッド側室２０ａの圧力が負圧となってしまったり異常に上昇してしまったりすることが回避され、結果として、アームシリンダ１１を円滑に伸長させることが可能となる。
【００６５】
アームシリンダ１１を伸長させる際と同様に、アームシリンダ１１を収縮させる際も、第２ポンプ３２により反ロッド側室２０ｂから排出される作動油の流量が設定値よりも大きいと、反ロッド側室２０ｂの圧力が負圧となってキャビテーションが発生し、アームシリンダ１１の作動が不安定になるおそれがある。
【００６６】
また、アームシリンダ１１を収縮させる際に、第２ポンプ３２により反ロッド側室２０ｂから排出される作動油の流量が設定値よりも小さいと、ロッド側室２０ａに供給される作動油によってピストン２１が反ロッド側室２０ｂを収縮させるように移動することによって、反ロッド側室２０ｂの圧力が異常に高まり、アームシリンダ１１の収縮が妨げられるおそれがある。
【００６７】
このような状況を避けるために、流体圧制御システム１００では、アームシリンダ１１を収縮させる際にもアームシリンダ１１を伸長させる際と同様の制御を行っている。
【００６８】
具体的には、アームシリンダ１１を収縮させる際、コントローラ５０では、演算部５１において、作動油が排出される反ロッド側室２０ｂの圧力を検出する第２圧力センサ６２の検出値と予め設定された大気圧以上の第２目標圧力Ｐ２とを比較する。なお、第２目標圧力Ｐ２の大きさは第１目標圧力Ｐ１と同じ大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよいが、ロッド側室２０ａの受圧面積の方が反ロッド側室２０ｂの受圧面積よりも小さいため、ロッド側室２０ａの目標圧力である第１目標圧力Ｐ１を、反ロッド側室２０ｂの目標圧力である第２目標圧力Ｐ２よりも高めに設定することが好ましい。
【００６９】
そして、第２圧力センサ６２の検出値が第２目標圧力Ｐ２よりも小さい場合、反ロッド側室２０ｂが負圧となってしまうおそれがあることから、コントローラ５０は、吐出容量指令部５３を介して、第１ポンプ３１の容量を大きくする指令信号、すなわち、ロッド側室２０ａに供給される作動油の流量を増大させることによって、反ロッド側室２０ｂを収縮する方向へのピストン２１の移動を促進する指令信号をレギュレータ３１ａへ出力する。
【００７０】
反対に、第２圧力センサ６２の検出値が第２目標圧力Ｐ２よりも大きい場合、反ロッド側室２０ｂが高圧となってしまうおそれがあることから、コントローラ５０は、吐出容量指令部５３を介して、第１ポンプ３１の容量を小さくする指令信号、すなわち、ロッド側室２０ａに供給される作動油の流量を減少させることによって、反ロッド側室２０ｂを収縮する方向へのピストン２１の移動を抑制する指令信号をレギュレータ３１ａへ出力する。
【００７１】
コントローラ５０から指令信号を受け取ると、レギュレータ３１ａは、第１ポンプ３１の容量が指令信号において指定された容量だけ変化するように、第１ポンプ３１の斜板の傾転角度を変化させる。
【００７２】
このように、作動油が排出される反ロッド側室２０ｂの圧力が、第２目標圧力Ｐ２に一致するようにコントローラ５０によってフィードバック制御を行うことによって、反ロッド側室２０ｂの圧力が負圧となってしまったり異常に上昇してしまったりすることが回避され、結果として、アームシリンダ１１を円滑に収縮させることが可能となる。
【００７３】
ここで、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が、アームシリンダ１１の伸縮量が変化しても変わらない場合、例えば、アームシリンダ１１の伸縮方向に沿って負荷Ｗが移動する場合には、上述の制御によって、アームシリンダ１１を円滑に伸縮させることができる。
【００７４】
しかしながら、例えば、図１に示されるような油圧ショベル１では、図１に示される状態から図３に示される状態となるようにアームシリンダ１１を伸長させる際、負荷Ｗとなるアーム７及びバケット８は、支持軸７ａを中心として回動するため、アーム７及びバケット８がアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向は、アームシリンダ１１が伸長する間に切り換わる。
【００７５】
具体的には、図１に示される状態では、アーム７及びバケット８による荷重は、アームシリンダ１１に対して、アームシリンダ１１を伸長させる方向、すなわち、ロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用する。
【００７６】
一方で、図３に示される状態では、アーム７及びバケット８による荷重は、アームシリンダ１１に対して、アームシリンダ１１を収縮させる方向、すなわち、ロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用する。
【００７７】
このため、アームシリンダ１１を伸長させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合、コントローラ５０により制御されるロッド側室２０ａの圧力、すなわち、第１目標圧力Ｐ１が低いと、アーム７及びバケット８による荷重によってアームシリンダ１１の伸長が助長されることになる。このとき、アームシリンダ１１が伸長することで拡張された反ロッド側室２０ｂへの作動油の供給が追い付かないと、反ロッド側室２０ｂが負圧となってキャビテーションが発生し、アームシリンダ１１の作動が不安定になるおそれがある。
【００７８】
したがって、アームシリンダ１１を伸長させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合には、第１目標圧力Ｐ１を大きくし、反ロッド側室２０ｂが負圧となることを抑制する必要がある。
【００７９】
一方で、アーム７及びバケット８がアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わり、アームシリンダ１１を伸長させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合、アームシリンダ１１を円滑に伸長させるには、反ロッド側室２０ｂの圧力を高める必要がある。このとき、コントローラ５０により制御されるロッド側室２０ａの圧力、すなわち、第１目標圧力Ｐ１が高いと、アームシリンダ１１を伸長させるには、反ロッド側室２０ｂの圧力をさらに高めなければならず、第２ポンプ３２の駆動トルクが増大することで、結果として、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることになる。
【００８０】
したがって、アームシリンダ１１を伸長させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合には、第１目標圧力Ｐ１を小さく、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制する必要がある。
【００８１】
同様に、図３に示される状態から図１に示される状態となるようにアームシリンダ１１を収縮させる際、負荷Ｗとなるアーム７及びバケット８は、支持軸７ａを中心として回動するため、アーム７及びバケット８がアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向は、アームシリンダ１１が収縮する間に切り換わる。
【００８２】
上述のように、図３に示される状態では、アーム７及びバケット８による荷重は、アームシリンダ１１に対して、アームシリンダ１１を収縮させる方向に作用し、図１に示される状態では、アーム７及びバケット８による荷重は、アームシリンダ１１に対して、アームシリンダ１１を伸長させる方向に作用する。
【００８３】
このため、アームシリンダ１１を収縮させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合、コントローラ５０により制御される反ロッド側室２０ｂの圧力、すなわち、第２目標圧力Ｐ２が低いと、アーム７及びバケット８による荷重によってアームシリンダ１１の収縮が助長されることになる。このとき、アームシリンダ１１が収縮することで拡張されたロッド側室２０ａへの作動油の供給が追い付かないと、ロッド側室２０ａが負圧となってキャビテーションが発生し、アームシリンダ１１の作動が不安定になるおそれがある。
【００８４】
したがって、アームシリンダ１１を収縮させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合には、第２目標圧力Ｐ２を大きくし、ロッド側室２０ａが負圧となることを抑制する必要がある。
【００８５】
一方で、アーム７及びバケット８がアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わり、アームシリンダ１１を収縮させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合、アームシリンダ１１を円滑に収縮させるには、ロッド側室２０ａの圧力を高める必要がある。このとき、コントローラ５０により制御される反ロッド側室２０ｂの圧力、すなわち、第２目標圧力Ｐ２が高いと、アームシリンダ１１を収縮させるには、ロッド側室２０ａの圧力をさらに高めなければならず、第１ポンプ３１の駆動トルクが増大することで、結果として、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることになる。
【００８６】
したがって、アームシリンダ１１を収縮させる際にアーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合には、第２目標圧力Ｐ２を小さく、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制する必要がある。
【００８７】
このような理由から、流体圧制御システム１００では、第１目標圧力Ｐ１及び第２目標圧力Ｐ２の大きさを、図４及び図５にそれぞれ示されるように、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わる前後において変化させている。
【００８８】
具体的には、図４に示すように、第１目標圧力Ｐ１の大きさは、伸長方向において負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わるまでは、比較的大きな反転前第１目標圧力Ｐ１１とされ、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わった後は、反転前第１目標圧力Ｐ１１よりも小さい反転後第１目標圧力Ｐ１２とされる。
【００８９】
また、図５に示すように、第２目標圧力Ｐ２の大きさは、収縮方向において、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わるまでは、比較的大きな反転前第２目標圧力Ｐ２１とされ、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わった後は、反転前第２目標圧力Ｐ２１よりも小さい反転後第２目標圧力Ｐ２２とされる。
【００９０】
図４及び図５に示される負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わる荷重反転変位量Ｘ１や、アームシリンダ１１の変位量Ｘに対する各目標圧力の大きさは、コントローラ５０の記憶部５２に予めマップや相関曲線として記憶されている。
【００９１】
次に、図４及び図５に示されるマップを用いた制御について説明する。
【００９２】
コントローラ５０の演算部５１では、アームシリンダ１１を伸長させている間、ピストンロッド２２のストローク量を検出する第１変位センサ６３の出力値に基づいて、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１以下か荷重反転変位量Ｘ１よりも大きいかが判定される。
【００９３】
演算部５１において、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１以下であると判定されると、コントローラ５０は、第１目標圧力Ｐ１を反転前第１目標圧力Ｐ１１とし、第１圧力センサ６１の検出値が反転前第１目標圧力Ｐ１１に一致するように、第１ポンプ３１の容量を制御する。
【００９４】
これによりロッド側室２０ａの圧力が比較的高い反転前第１目標圧力Ｐ１１となるため、アーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合であっても、反ロッド側室２０ｂが負圧となることを抑制することができる。
【００９５】
一方、演算部５１において、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１よりも大きいと判定されると、コントローラ５０は、第１目標圧力Ｐ１を反転後第１目標圧力Ｐ１２とし、第１圧力センサ６１の検出値が反転後第１目標圧力Ｐ１２に一致するように、第１ポンプ３１の容量を制御する。
【００９６】
これによりロッド側室２０ａの圧力が比較的低い反転後第１目標圧力Ｐ１２となるため、アーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合であっても、第２ポンプ３２の吐出圧が低減されるため、結果として、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【００９７】
なお、第１目標圧力Ｐ１を反転前第１目標圧力Ｐ１１から反転後第１目標圧力Ｐ１２へと急激に切り換えると、アームシリンダ１１の動作にショックやハンチングを発生させるおそれがある。このため、図４に破線で示すように、荷重反転変位量Ｘ１近傍において、第１目標圧力Ｐ１を反転前第１目標圧力Ｐ１１から反転後第１目標圧力Ｐ１２へと緩やかに変化させてもよい。
【００９８】
アームシリンダ１１を伸長させる際と同様に、アームシリンダ１１を収縮させている間、コントローラ５０の演算部５１では、ピストンロッド２２のストローク量を検出する第１変位センサ６３の出力値に基づいて、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１以下か荷重反転変位量Ｘ１よりも大きいかが判定される。
【００９９】
演算部５１において、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１よりも大きいと判定されると、コントローラ５０は、第２目標圧力Ｐ２を反転前第２目標圧力Ｐ２１とし、第２圧力センサ６２の検出値が反転前第２目標圧力Ｐ２１に一致するように、第１ポンプ３１の容量を制御する。
【０１００】
これにより反ロッド側室２０ｂの圧力が比較的高い反転前第２目標圧力Ｐ２１となるため、アーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを拡張させ反ロッド側室２０ｂを収縮させる方向に作用している場合であっても、ロッド側室２０ａが負圧となることを抑制することができる。
【０１０１】
一方、演算部５１において、アームシリンダ１１の変位量Ｘが荷重反転変位量Ｘ１以下であると判定されると、コントローラ５０は、第２目標圧力Ｐ２を反転後第２目標圧力Ｐ２２とし、第２圧力センサ６２の検出値が反転後第２目標圧力Ｐ２２に一致するように、第１ポンプ３１の容量を制御する。
【０１０２】
これにより反ロッド側室２０ｂの圧力が比較的低い反転後第２目標圧力Ｐ２２となるため、アーム７及びバケット８による荷重がロッド側室２０ａを収縮させ反ロッド側室２０ｂを拡張させる方向に作用している場合であっても、第１ポンプ３１の吐出圧が低減されるため、結果として、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【０１０３】
なお、第２目標圧力Ｐ２を反転前第２目標圧力Ｐ２１から反転後第２目標圧力Ｐ２２へと急激に切り換えると、アームシリンダ１１の動作にショックやハンチングを発生させるおそれがある。このため、図５に破線で示すように、荷重反転変位量Ｘ１近傍において、第２目標圧力Ｐ２を反転前第２目標圧力Ｐ２１から反転後第２目標圧力Ｐ２２へと緩やかに変化させてもよい。
【０１０４】
ここで、重力方向に対するアームシリンダ１１の傾きがほぼ変わらず、さらにアームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心（質量中心）にも変化がなければ、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わる荷重反転変位量Ｘ１は一定の値となる。
【０１０５】
しかしながら、例えば、図１に示されるような油圧ショベル１では、ブームシリンダ１０が伸縮しブーム６が回動すると、ブーム６に設けられたアームシリンダ１１の重力方向に対する傾きは当然に変化する。また、バケットシリンダ１２が伸縮しバケット８がアーム７に対して回動するとアームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗであるアーム７及びバケット８の重心は当然に変化する。さらに、油圧ショベル１が傾斜地に移動すれば、重力方向に対するアームシリンダ１１の傾きは当然に変化する。
【０１０６】
つまり、荷重反転変位量Ｘ１は、アームシリンダ１１の傾きを変化させるブームシリンダ１０の変位量やアームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心を変化させるバケットシリンダ１２の変位量、アームシリンダ１１の傾きを変化させる油圧ショベル１の傾斜量に応じて変化することになる。
【０１０７】
このため、流体圧制御システム１００は、遷移アクチュエータとしてのブームシリンダ１０の変位量を検出する遷移変位量検出器としての第２変位センサ６５と、遷移アクチュエータとしてのバケットシリンダ１２の変位量を検出する遷移変位量検出器としての第３変位センサ６６と、アームシリンダ１１が設けられる装置としての油圧ショベル１の重力方向に対する傾きを検出する傾斜検出器としての傾斜センサ６７と、をさらに備える。
【０１０８】
第２変位センサ６５及び第３変位センサ６６は、第１変位センサ６３と同じストロークセンサであり、検出された変位量に対応する電圧信号をコントローラ５０に出力する。
【０１０９】
傾斜センサ６７は、水平面に対する油圧ショベル１の傾きを検出可能な加速度センサであり、検出された傾斜量に対応する電圧信号をコントローラ５０に出力する。なお、傾斜センサ６７は、加速度センサに限定されず、傾斜量を検出可能なセンサであれば他の形式のセンサであってもよく、例えば、ジャイロセンサであってもよい。
【０１１０】
また、コントローラ５０の記憶部５２には、第２変位センサ６５、第３変位センサ６６及び傾斜センサ６７の検出値により荷重反転変位量Ｘ１を補正する補正マップが予め記憶される。具体的には、第２変位センサ６５により検出されるブームシリンダ１０の変位量が大きくなるにつれて、荷重反転変位量Ｘ１は、アームシリンダ１１の変位量Ｘが大きい方に補正され、第３変位センサ６６により検出されるバケットシリンダ１２の変位量が大きくなるにつれて、荷重反転変位量Ｘ１は、アームシリンダ１１の変位量Ｘが小さい方に補正される。また、傾斜センサ６７により検出される油圧ショベル１の傾きが前傾となるほど荷重反転変位量Ｘ１は、アームシリンダ１１の変位量Ｘが小さい方に補正され、後傾となるほど荷重反転変位量Ｘ１は、アームシリンダ１１の変位量Ｘが大きい方に補正される。
【０１１１】
コントローラ５０の演算部５１では、入力された第２変位センサ６５、第３変位センサ６６及び傾斜センサ６７の検出値と、記憶部５２に記憶された補正マップと、を用いて、荷重反転変位量Ｘ１を随時補正するとともに、補正された荷重反転変位量Ｘ１を用いて、第１目標圧力Ｐ１及び第２目標圧力Ｐ２の大きさを適宜切り換える。
【０１１２】
このように、第１目標圧力Ｐ１が反転前第１目標圧力Ｐ１１から反転後第１目標圧力Ｐ１２へと切り換えられるタイミング及び第２目標圧力Ｐ２が反転前第２目標圧力Ｐ２１から反転後第２目標圧力Ｐ２２へと切り換えられるタイミングは、アームシリンダ１１の傾きの変化やアームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心の変化に応じて適宜変更される。
【０１１３】
したがって、アームシリンダ１１の傾きやアームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心が変化した場合であっても、ロッド側室２０ａ及び反ロッド側室２０ｂが負圧となることが抑制され、アームシリンダ１１を円滑に作動させることができるとともに、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の吐出圧が低減され、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【０１１４】
以上の本実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【０１１５】
流体圧制御システム１００では、アームシリンダ１１が駆動される際に作動油が排出される圧力室２０ａ，２０ｂの圧力の大きさが大気圧以上の所定の目標圧力となるように可変容量型の第１ポンプ３１の容量が制御される。このように、作動油が排出される圧力室２０ａ，２０ｂの圧力の大きさが負圧ではない所定の大きさとなるように第１ポンプ３１の容量を制御することによって、圧力室２０ａ，２０ｂに供給される作動油の流量が過多または過少となることが防止される。この結果、圧力室２０ａ，２０ｂの圧力が異常に上昇したり、圧力室２０ａ，２０ｂの圧力が負圧となってキャビテーションが発生したりすることが抑制されることで、アームシリンダ１１の作動を安定させることができる。
【０１１６】
以下に、本発明の実施形態の変形例について説明する。
【０１１７】
上記実施形態では、流体圧制御システム１００により制御されるアームシリンダ１１は、片ロッド型の油圧シリンダである。これに代えて、流体圧アクチュエータは、両ロッド型の油圧シリンダであってもよい。なお、両ロッド型の油圧シリンダの場合、ピストンを挟んで設けられる２つの圧力室の受圧面積が同じであるため、第１目標圧力Ｐ１と第２目標圧力Ｐ２とは同じ大きさに設定される。
【０１１８】
また、上記実施形態では、流体圧制御システム１００により制御される流体圧アクチュエータは、油圧シリンダである。これに代えて、流体圧アクチュエータは、油圧で駆動する油圧モータであってもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態では、第１ポンプ３１のみが可変容量型のポンプである。これに代えて、第１ポンプ３１と第２ポンプ３２との両方を可変容量型のポンプとしてもよい。この場合も、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の何れか一方または両方の容量を適宜変更することで、上記実施形態と同様に、アームシリンダ１１の作動を安定させることができる。
【０１２０】
また、上記実施形態では、アームシリンダ１１の傾き、または、アームシリンダ１１によって駆動される負荷の重心Ｗを変化させる遷移アクチュエータは、ブームシリンダ１０やバケットシリンダ１２といった油圧シリンダである。これに代えて、遷移アクチュエータは、電動シリンダのように電気的に駆動するアクチュエータであってもよい。また、遷移アクチュエータは、図１に示すブームシリンダ１０やバケットシリンダ１２のように、アームシリンダ１１の伸縮方向と平行な平面上において伸縮するアクチュエータに限定されず、アームシリンダ１１の傾き、または、アームシリンダ１１によって駆動される負荷の重心Ｗを変化させるものであればどのようなアクチュエータであってもよく、例えば、アームシリンダ１１の伸縮方向と交差する平面上において伸縮または回転するアクチュエータであってもよい。
【０１２１】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【０１２２】
流体圧制御システム１００は、ロッド側室２０ａ及び反ロッド側室２０ｂを有しロッド側室２０ａ及び反ロッド側室２０ｂに対して作動油が給排されることで駆動するアームシリンダ１１と、ロッド側室２０ａに対して作動油を給排可能な両方向型の第１ポンプ３１と、反ロッド側室２０ｂに対して作動油を給排可能な両方向型の第２ポンプ３２と、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２を駆動する電動モータ４１と、電動モータ４１の駆動を制御するコントローラ５０と、ロッド側室２０ａの圧力を検出する第１圧力センサ６１と、反ロッド側室２０ｂの圧力を検出する第２圧力センサ６２と、を備え、コントローラ５０は、第２ポンプ３２から反ロッド側室２０ｂに作動油を供給し第１ポンプ３１によりロッド側室２０ａから作動油を排出することによりアームシリンダ１１を駆動させる場合には、第１圧力センサ６１の検出値が予め定められた大気圧以上の第１目標圧力となるように第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の少なくとも一方の容量を制御し、第１ポンプ３１からロッド側室２０ａに作動油を供給し第２ポンプ３２により反ロッド側室２０ｂから作動油を排出することによりアームシリンダ１１を駆動させる場合には、第２圧力センサ６２の検出値が予め定められた大気圧以上の第２目標圧力となるように第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の少なくとも一方の容量を制御する。
【０１２３】
この構成では、アームシリンダ１１が駆動される際に作動油が排出される圧力室２０ａ，２０ｂの圧力の大きさが大気圧以上の所定の目標圧力となるように第１ポンプ３１または第２ポンプ３２の容量が制御される。このように、作動油が排出される圧力室２０ａ，２０ｂの圧力の大きさが負圧ではない所定の大きさとなるように第１ポンプ３１または第２ポンプ３２の容量を制御することによって、圧力室２０ａ，２０ｂに供給される作動油の流量が過多または過少となることが防止される。この結果、圧力室２０ａ，２０ｂの圧力が異常に上昇したり、圧力室２０ａ，２０ｂの圧力が負圧となってキャビテーションが発生したりすることが抑制されることで、アームシリンダ１１の作動を安定させることができる。
【０１２４】
また、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の一方は可変容量ポンプであり、他方は固定容量ポンプである。
【０１２５】
この構成では、第１ポンプ３１及び第２ポンプ３２の一方が可変容量ポンプであり、他方が固定容量ポンプである。このように、比較的構造が簡素で安価な固定容量ポンプを用いることによって、流体圧制御システム１００の製造コストを低減させることができる。
【０１２６】
また、アームシリンダ１１は、ロッド側室２０ａと反ロッド側室２０ｂとを有する片ロッド型のシリンダであり、第１ポンプ３１はロッド側室２０ａに対して作動油を給排可能な可変容量ポンプであり、第２ポンプ３２は反ロッド側室２０ｂに対して作動油を給排可能な固定容量ポンプであり、第１ポンプ３１の最大容量は、第２ポンプ３２の容量よりも小さい。
【０１２７】
この構成では、容積が小さいロッド側室２０ａに対して作動油を給排するポンプとして可変容量ポンプが用いられ、容積が大きい反ロッド側室２０ｂに対して作動油を給排するポンプとして固定容量ポンプが用いられる。比較的構造が複雑であり高価な可変容量型ポンプの容量を小さくすることが可能となることで、流体圧制御システム１００を小型化することができるとともに、流体圧制御システム１００の製造コストを低減させることができる。
【０１２８】
また、流体圧制御システム１００は、アームシリンダ１１の変位量を検出する第１変位センサ６３をさらに備え、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向がアームシリンダ１１の変位量に応じて切り換わる場合、コントローラ５０は、第１変位センサ６３の検出値に基づき、荷重の方向が切り換わるときの変位量である荷重反転変位量Ｘ１を境に第１目標圧力及び第２目標圧力を変更する。
【０１２９】
この構成では、第１目標圧力及び第２目標圧力の大きさが、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わるときの変位量である荷重反転変位量Ｘ１を境に変更される。このように、荷重反転変位量Ｘ１を境に第１目標圧力及び第２目標圧力の大きさを変えることによって、アームシリンダ１１に対してどのように荷重が作用している場合であっても、圧力室２０ａ，２０ｂが負圧となることが抑制されることで、アームシリンダ１１の作動を安定させることができるとともに、ポンプ３１，３２の吐出圧が低減されることで、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【０１３０】
また、流体圧制御システム１００は、アームシリンダ１１の傾き、または、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心を変化させるブームシリンダ１０及びバケットシリンダ１２と、ブームシリンダ１０及びバケットシリンダ１２の変位量を検出する第２変位センサ６５及び第３変位センサ６６と、をさらに備え、コントローラ５０は、第２変位センサ６５及び第３変位センサ６６の検出値に基づいて荷重反転変位量Ｘ１を演算する。
【０１３１】
この構成では、荷重反転変位量Ｘ１が第２変位センサ６５及び第３変位センサ６６の検出値に基づいて演算される。このように、アームシリンダ１１の傾き、または、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心を変化させるアクチュエータの変位量に基づいて荷重反転変位量Ｘ１を演算することによって、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わるタイミングを精度よく求めることが可能となる。この結果、圧力室２０ａ，２０ｂが負圧となることが確実に抑制されることで、アームシリンダ１１の作動を安定させることができるとともに、ポンプ３１，３２の吐出圧が低減されることで、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【０１３２】
また、流体圧制御システム１００は、アームシリンダ１１が設けられる油圧ショベル１の重力方向に対する傾きを検出する傾斜センサ６７をさらに備え、コントローラ５０は、傾斜センサ６７の検出値に基づいて荷重反転変位量Ｘ１を演算する。
【０１３３】
この構成では、荷重反転変位量Ｘ１が傾斜センサ６７の検出値に基づいて演算される。このように、アームシリンダ１１の傾き、または、アームシリンダ１１によって駆動される負荷Ｗの重心に影響を及ぼす油圧ショベル１の傾きに基づいて荷重反転変位量Ｘ１を演算することによって、負荷Ｗがアームシリンダ１１に及ぼす荷重の方向が切り換わるタイミングを精度よく求めることが可能となる。この結果、圧力室２０ａ，２０ｂが負圧となることが確実に抑制されることで、アームシリンダ１１の作動を安定させることができるとともに、ポンプ３１，３２の吐出圧が低減されることで、電動モータ４１において無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。
【０１３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１３５】
例えば、上記実施形態では、流体圧制御システム１００がアームシリンダ１１の作動を制御する場合について説明したが、流体圧制御システム１００により制御される流体圧アクチュエータは、アームシリンダ１１に限定されず、ブームシリンダ１０やバケットシリンダ１２であってもよい。
【０１３６】
また、上記実施形態では、作動流体として作動油が用いられるが、作動水等の他の流体を作動流体として用いてもよい。
【０１３７】
また、上記実施形態では、流体圧制御システム１００が適用される装置が油圧ショベル１である場合について説明したが、流体圧制御システム１００は、可動部材等の負荷を駆動する流体圧アクチュエータを有する作業機であれば、移動式、定置式を問わず、どのような作業機にも適用可能であり、例えば、ホイールローダ、掘削機等の建設機械や、クレーンや昇降荷台といった流体圧アクチュエータにより駆動される装置を備えた車両、プレス機等の加工機械であってもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１００・・・流体圧制御システム、１・・・油圧ショベル（装置）、６・・・ブーム、７・・・アーム（負荷）、８・・・バケット（負荷）、１０・・・ブームシリンダ（遷移アクチュエータ）、１１・・・アームシリンダ（流体圧アクチュエータ）、１２・・・バケットシリンダ（遷移アクチュエータ）、２０ａ・・・ロッド側室（第１圧力室）、２０ｂ・・・反ロッド側室（第２圧力室）、３１・・・第１ポンプ、３２・・・第２ポンプ、４１・・・電動モータ（駆動源）、５０・・・コントローラ、６１・・・第１圧力センサ（第１圧力検出器）、６２・・・第２圧力センサ（第１圧力検出器）、６３・・・第１変位センサ（変位量検出器）、６５・・・第２変位センサ（遷移変位量検出器）、６６・・・第３変位センサ（遷移変位量検出器）、６７・・・傾斜センサ（傾斜検出器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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