(57)【要約】      （修正有）【課題】メータアウト側のエネルギ損失を低減できる作業機械の油圧制御装置の提供。【解決手段】油圧ポンプ３と、油圧シリンダ４と、アクチュエータライン３ｃ，３ｄと、メータイン絞り８ｂ，８ｃおよびメータアウト絞り９ｂ，９ｃを有する流量制御弁６と、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄを油圧タンク７へ連通する分岐ライン１０に取り付けられたメータアウト制御弁１１と、油圧シリンダ４の推力を検出する推力検出手段１４と、メータアウト制御弁１１の開閉を制御する切替弁１２とを備えている。切替弁１２は、油圧シリンダ４の推力が働く方向に駆動する所定の力を超えた場合に推力の上昇とともにメータアウト制御弁１１の開口面積を増大させ、所定の力以下の場合にメータアウト制御弁１１の開口面積を減少させる構成にしてある。【選択図】図１
2014029180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油にて駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ向かうメータイン側、およびこの油圧アクチュエータから前記油圧ポンプへ向かうメータアウト側に取り付けられたアクチュエータラインと、
前記メータイン側のアクチュエータラインの圧油を制御するメータイン絞り、および前記メータアウト側のアクチュエータラインの圧油を制御するメータアウト絞りを有し、前記油圧アクチュエータの動作を制御する流量制御弁と、
前記メータアウト側のアクチュエータラインを前記油圧タンクへ連通する分岐ラインに取り付けられたメータアウト制御弁と、
前記油圧アクチュエータの推力を検出する推力検出手段と、
前記メータアウト制御弁の開閉を切り替え制御する切替制御手段と、を備え、
この切替制御手段は、前記推力検出手段にて検出された前記油圧アクチュエータの推力が働く方向に前記油圧アクチュエータが駆動する所定の推力を超えた場合に、この油圧アクチュエータへの推力の上昇とともに前記メータアウト制御弁の開口面積を増大させ、前記所定の推力以下の場合に、前記メータアウト制御弁の開口面積を減少させる
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の油圧制御装置において、
前記油圧アクチュエータは、ボトム室およびロッド室を備えた油圧シリンダであって、
この油圧シリンダにて駆動可能に支持された作業部を備え、
前記切替制御手段は、前記油圧シリンダの推力によりこの油圧シリンダが前記作業部の自重が作用する方向に駆動する場合に、この油圧シリンダの推力の上昇とともに前記メータアウト制御弁の開口面積を増大させ、前記作業部の自重により前記油圧シリンダの推力に抗して前記油圧シリンダが駆動する場合に、前記メータアウト制御弁の開口面積を減少させる
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械の油圧制御装置において、
前記メータアウト制御弁は、このメータアウト制御弁の開方向作動側端部に設けられた受圧部を有し、
前記推力検出手段は、前記油圧シリンダのメータイン側およびメータアウト側のそれぞれの圧力を検出し、
前記流量制御弁は、前記作業部を操作する際に生じる操作指令パイロット圧に基づいて前記油圧シリンダの動作を制御し、
前記切替制御手段は、前記操作指令パイロット圧を前記受圧部に導く信号圧ライン、およびこの信号圧ラインに配置され前記油圧シリンダのメータイン側の圧力とこの油圧シリンダのメータアウト側の圧力との圧力差にて制御される切替弁を有し、前記圧力差が所定の圧力を越えた場合に前記切替弁にて前記信号圧ラインを開き、前記操作指令パイロット圧を前記メータアウト制御弁指令信号として前記受圧部に作用させ、前記所定の圧力以下の場合に前記切替弁にて前記信号圧ラインを閉じ、前記操作指令パイロット圧を前記メータアウト制御弁指令信号として前記受圧部に作用させない
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の作業機械の油圧制御装置において、
前記メータアウト制御弁は、電磁弁で、
前記推力検出手段は、前記油圧シリンダのメータイン側およびメータアウト側のそれぞれの圧力を検出し、
前記切替制御手段は、前記作業部を操作する際に生じる操作指令パイロット圧を検出する圧力検出手段と、前記推力検出手段および前記圧力検出手段の検出信号が入力され、所定の演算処理をするコントローラとを有し、
このコントローラは、前記圧力検出手段にて検出された前記操作指令パイロット圧に応じたソレノイド電流値を演算するソレノイド電流演算部と、前記推力検出手段にて検出されたメータイン側の圧力およびメータアウト側の圧力から前記油圧シリンダの推力を演算する推力演算部と、前記推力演算部にて演算された推力に応じた制御係数を演算する制御係数演算部と、前記ソレノイド電流演算部にて演算されたソレノイド電流値および前記制御係数演算部にて演算された制御係数を乗算して目標ソレノイド電流値を演算する乗算部とを具備し、この乗算部にて演算された前記目標ソレノイド電流値を指令電流として前記メータアウト制御弁へ出力する
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧制御装置に係り、特に、油圧アクチュエータの駆動に伴うエネルギ損失を抑制できる作業機械の油圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の油圧ショベル等の作業機械は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油にて駆動される油圧アクチュエータと、流量制御弁とを備えている。特に、この油圧アクチュエータは、油圧ショベルの場合においては、フロント作業機のブームを駆動するブームシリンダと、このフロント作業機のアームを駆動するアームシリンダと、このフロント作業機のバケットを駆動するバケットシリンダ等となる。そして、これら各シリンダには、流量制御弁が設けられ、これら流量制御弁は、メータイン絞りとメータアウト絞りを有している。そして、これら各流量制御弁は、メータイン絞りにて油圧ポンプから各シリンダに供給される圧油の流量を制御し、メータアウト絞りにてシリンダから油圧タンクに戻される圧油を制御する構成とされている。
【０００３】
ここで、例えば油圧ショベルのアームシリンダの場合において、空中でクラウド（無負荷駆動）するときには、このアームシリンダにアーム等の自重の負荷が作用する。このとき、このアーム用の流量制御弁のメータアウト絞りは、アームシリンダを制動させるために必要であって、この流量制御弁のメータアウトを絞ることによって、アームシリンダのロッド室側の圧力を上昇させ、このアームより先の部分の自重によるロッド室側の圧力に対抗する力を発生させている。ところが、掘削作業等でアームシリンダを積極的に起動させる（積極駆動の）場合には、アーム用の流量制御弁をメータアウトで絞ってアームシリンダを制動させる必要がないため、メータアウト絞りの存在により、エネルギ損失を発生させてしまう原因となっている。
【０００４】
そして、このエネルギ損失を低減させることを目的とした従来技術が、特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、メータアウト側のアクチュエータラインの分岐ラインにメータアウト制御弁が設けられており、このメータアウト制御弁のメータリング特性は、流量制御弁のメータアウト絞りより大きくなるように開口面積が設定されている。そして、メータアウト制御弁は、メータイン側のアクチュエータラインの圧力と、各シリンダを操作する操作指令信号とに基づいて切替制御手段にて切り換えられる構成とされている。
【０００５】
すなわち、この特許文献１においては、油圧シリンダの積極駆動を、この油圧シリンダのメータイン側のアクチュエータラインの圧力上昇で検出している。そして、この検出した圧力と操作指令信号とに基づいて切替制御手段にてメータアウト制御弁を切り替え制御することによって、メータアウト絞りにて発生していたエネルギ損失を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７３２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来技術においては、流量制御弁のメータアウト絞りよりもメータアウト制御弁の開口面積が大きいため、メータイン側の圧力が上昇した場合に切替制御手段にてメータアウト制御弁を開方向に切り替えることによって、メータアウト側のエネルギ損失が低下し、アクチュエータラインのメータアウト側の圧力が低下していく。そして、この圧力低下に伴い、メータイン側の圧力も低下してしまうため、再度メータアウト制御弁が閉方向に切り替わってしまう。
さらに、このメータアウト制御弁が閉じた場合には、流量制御弁のメータアウト絞りの影響によって、再びメータイン側の圧力が上昇していく。この結果、メータアウト制御弁の開閉の繰り返しによって、このメータアウト制御弁の切替が連続して生じ、このメータアウト制御弁に異常振動、すなわちハンチング現象が発生してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる作業機械の油圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油にて駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ向かうメータイン側、およびこの油圧アクチュエータから前記油圧ポンプへ向かうメータアウト側に取り付けられたアクチュエータラインと、前記メータイン側のアクチュエータラインの圧油を制御するメータイン絞り、および前記メータアウト側のアクチュエータラインの圧油を制御するメータアウト絞りを有し、前記油圧アクチュエータの動作を制御する流量制御弁と、前記メータアウト側のアクチュエータラインを前記油圧タンクへ連通する分岐ラインに取り付けられたメータアウト制御弁と、前記油圧アクチュエータの推力を検出する推力検出手段と、前記メータアウト制御弁の開閉を切り替え制御する切替制御手段と、を備え、この切替制御手段は、前記推力検出手段にて検出された前記油圧アクチュエータの推力が働く方向に前記油圧アクチュエータが駆動する所定の推力を超えた場合に、この油圧アクチュエータへの推力の上昇とともに前記メータアウト制御弁の開口面積を増大させ、前記所定の推力以下の場合に、前記メータアウト制御弁の開口面積を減少させることを特徴としている。
【００１０】
このように構成した本発明は、推力検出手段にて油圧アクチュエータの推力を検出した際に、この油圧アクチュエータの推力が働く方向に油圧アクチュエータが駆動する所定の推力を越えた場合には、この油圧アクチュエータへの推力の上昇とともにメータアウト制御弁の開口面積を増大させる。また、この推力検出手段にて油圧アクチュエータの推力を検出した際に、この油圧アクチュエータの推力が働く方向に油圧アクチュエータが駆動する推力が所定の推力以下の場合には、メータアウト制御弁の開口面積を低下させる。この結果、メータアウト側の圧力低下に伴うメータイン側の圧力低下を防止でき、メータアウト制御弁の開口面積の増減に伴う油圧アクチュエータの推力の変化を少なくできる。よって、メータアウト側の圧力損失を低減できるから、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、前記油圧アクチュエータは、ボトム室およびロッド室を備えた油圧シリンダであって、この油圧シリンダにて駆動可能に支持された作業部を備え、前記切替制御手段は、前記油圧シリンダの推力によりこの油圧シリンダが前記作業部の自重が作用する方向に駆動する場合に、この油圧シリンダの推力の上昇とともに前記メータアウト制御弁の開口面積を増大させ、前記作業部の自重により前記油圧シリンダの推力に抗して前記油圧シリンダが駆動する場合に、前記メータアウト制御弁の開口面積を減少させることを特徴としている。
【００１２】
このように構成した本発明は、油圧シリンダの推力によりこの油圧シリンダが作業部の自重が作用する方向に駆動する場合に、切替制御手段にて油圧シリンダの推力の上昇とともにメータアウト制御弁の開口面積を増大させる。また、作業部の自重により油圧シリンダの推力に抗して油圧シリンダが駆動する場合には、切替制御手段にてメータアウト制御弁の開口面積を減少させる。この結果、油圧シリンダのメータアウト側の圧力低下に伴うメータイン側の圧力低下を防止でき、この油圧シリンダの推力の変化を少なくできるため、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、前記メータアウト制御弁は、このメータアウト制御弁の開方向作動側端部に設けられた受圧部を有し、前記推力検出手段は、前記油圧シリンダのメータイン側およびメータアウト側のそれぞれの圧力を検出し、前記流量制御弁は、前記作業部を操作する際に生じる操作指令パイロット圧に基づいて前記油圧シリンダの動作を制御し、前記切替制御手段は、前記操作指令パイロット圧を前記受圧部に導く信号圧ライン、およびこの信号圧ラインに配置され前記油圧シリンダのメータイン側の圧力とこの油圧シリンダのメータアウト側の圧力との圧力差にて制御される切替弁を有し、前記圧力差が所定の圧力を越えた場合に前記切替弁にて前記信号圧ラインを開き、前記操作指令パイロット圧を前記メータアウト制御弁指令信号として前記受圧部に作用させ、前記所定の圧力以下の場合に前記切替弁にて前記信号圧ラインを閉じ、前記操作指令パイロット圧を前記メータアウト制御弁指令信号として前記受圧部に作用させないことを特徴としている。
【００１４】
このように構成した本発明は、油圧シリンダのメータイン側の圧力とこの油圧シリンダのメータアウト側の圧力との圧力差が所定の圧力を越えた場合に切替弁にて信号圧ラインを開き、作業部を操作する際に生じる操作指令パイロット圧をメータアウト制御弁指令信号として受圧部に作用させる。また、油圧シリンダのメータイン側の圧力とこの油圧シリンダのメータアウト側の圧力との圧力差が所定の圧力以下の場合には、切替弁にて信号圧ラインを閉じ、操作指令パイロット圧をメータアウト制御弁指令信号として受圧部に作用させない。この結果、操作指令パイロット圧をメータアウト制御弁の受圧部に導く信号圧ラインに配置した切替弁による作用によって、油圧シリンダのメータアウト側の圧力低下に伴うメータイン側の圧力低下を防止でき、この油圧シリンダの推力の変化を少なくできるため、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる。
【００１５】
また本発明は、上記発明において、前記推力検出手段は、前記油圧シリンダのメータイン側およびメータアウト側のそれぞれの圧力を検出し、前記切替制御手段は、前記作業部を操作する際に生じる操作指令パイロット圧を検出する圧力検出手段と、前記推力検出手段および前記圧力検出手段の検出信号が入力され、所定の演算処理をするコントローラとを有し、このコントローラは、前記圧力検出手段にて検出された前記操作指令パイロット圧に応じたソレノイド電流値を演算するソレノイド電流演算部と、前記推力検出手段にて検出されたメータイン側の圧力およびメータアウト側の圧力から前記油圧シリンダの推力を演算する推力演算部と、前記推力演算部にて演算された推力に応じた制御係数を演算する制御係数演算部と、前記ソレノイド電流演算部にて演算されたソレノイド電流値および前記制御係数演算部にて演算された制御係数を乗算して目標ソレノイド電流値を演算する乗算部とを具備し、この乗算部にて演算された前記目標ソレノイド電流値を指令電流として前記メータアウト制御弁へ出力することを特徴としている。
【００１６】
このように構成した本発明は、圧力検出手段にて検出された操作指令パイロット圧に応じたソレノイド電流値をソレノイド電流検出部にて演算する。また、推力検出手段にて検出されたメータイン側の圧力とメータアウト側の圧力とから油圧シリンダの推力を推力演算部にて演算し、この推力演算部にて演算された推力に応じた制御係数を制御係数演算部にて演算する。そして、演算されたソレノイド電流値と制御係数とを乗算して目標ソレノイド電流値を演算部にて演算し、この目標ソレノイド電流値を指令電流としてメータアウト制御弁へ出力する。この結果、メータアウト制御弁を電磁弁として電気的に制御することによっても、油圧シリンダのメータアウト側の圧力低下に伴うメータイン側の圧力低下を防止でき、この油圧シリンダの推力の変化を少なくできるため、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、推力検出手段にて油圧アクチュエータの推力を検出した際に、この油圧アクチュエータの推力が働く方向に油圧アクチュエータが駆動する所定の推力を越えた場合には、この油圧アクチュエータへの推力の上昇とともにメータアウト制御弁の開口面積を増大させる。また、この推力検出手段にて油圧アクチュエータの推力を検出した際に、この油圧アクチュエータの推力が働く方向に油圧アクチュエータが駆動する推力が所定の推力以下の場合には、メータアウト制御弁の開口面積を低下させる構成にしてある。この構成により本発明は、メータアウト側の圧力低下に伴うメータイン側の圧力低下を防止でき、メータアウト制御弁の開口面積の増減に伴う油圧アクチュエータの推力の変化を少なくできる。この結果、メータアウト側の圧力損失を低減でき、メータアウト側のエネルギ損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る作業機械の油圧制御装置を示す概略図である。
【図２】上記油圧制御装置が搭載される油圧ショベルの外観図である。
【図３】上記油圧制御装置のメータアウト制御弁の切替特性を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る作業機械の油圧制御装置を示す概略図である。
【図５】上記油圧制御装置のコントローラの演算処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る作業機械の油圧制御装置を示す概略図、図２は上記油圧制御装置が搭載される油圧ショベルの外観図、図３は上記油圧制御装置のメータアウト制御弁の切替特性を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る油圧制御装置１は、エンジン（原動機）２と、このエンジン２にて駆動される油圧ポンプ３と、この油圧ポンプ３から吐出される圧油にて駆動する油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）４と、この油圧シリンダ４を操作する操作装置（操作レバーおよび指令パイロット圧発生部を有する）５とを備えている。ここで、油圧ポンプ３は、可変容量型に構成され、押しのけ容量可変部材としての斜板（図示せず）を有している。そして、この油圧ポンプ３は、この油圧ポンプ３の吐出圧が予め設定した圧力以上になると、油圧ポンプ３の入力トルクがエンジン２の出力トルクを超えないように、圧力が高くなるに従って斜板が傾転して吐出容量を減少する方向に制御させる馬力制御用アクチュエータ（図示せず）を備えている。
【００２２】
また、油圧制御装置１は、操作装置５による操作に基づいて油圧シリンダ４の動作を制御する流量制御弁６を備えている。この流量制御弁６は、油圧ポンプ３の吐出ライン３ａに接続されている。具体的に、この流量制御弁６は、操作装置５からパイロットライン５ａ，５ｂを介した操作指令パイロット圧（操作指令信号）に基づいて油圧シリンダ４に供給される圧油の流れ（流量および供給方向）を制御して、この油圧シリンダ４の動作を制御する構成とされている。
【００２３】
さらに、流量制御弁６は、センタバイパス型に構成されており、センタバイパス部６ａを有している。このセンタバイパス部６ａは、センタバイパスライン３ｂ上に位置する構成とされている。ここで、このセンタバイパスライン３ｂは、上流側が油圧ポンプ３の吐出ライン３ａに接続され、下流側が油圧タンク７に接続されている。また、この流量制御弁６は、ポンプポート６ｂ、タンクポート６ｃ、およびアクチュエータポート６ｄ，６ｅを有している。そして、ポンプポート６ｂは、中立位置Ａでセンタバイパスライン３ｂに接続されている。また、タンクポート６ｃは、油圧タンク７に接続されている。さらに、アクチュエータポート６ｄ，６ｅは、アクチュエータライン３ｃ，３ｄを介して油圧シリンダ４のボトム側のボトム室４ａおよびロッド側のロッド室４ｂに接続されている。
【００２４】
また、操作装置５は、一対の減圧弁（図示せず）が内蔵され操作指令パイロット圧を発生させるための指令パイロット圧発生部５ｃを有している。そして、この操作装置５は、パイロットライン５ａ，５ｂを介して流量制御弁６のパイロット圧受圧部６ｆ，６ｇに接続されている。これらパイロット圧受圧部６ｆ，６ｇは、流量制御弁６の両端部に設けられている。また、操作装置５は、この操作装置５が操作されると、この操作装置５の操作方向に応じて一対の減圧弁のうちの一方を作動させ、その操作量に応じた操作指令パイロット圧を指令パイロット圧発生部５ｃからパイロットライン５ａ，５ｂの一方に出力させる構成とされている。
【００２５】
さらに、流量制御弁６は、中立位置Ａ、および切替位置Ｂ，Ｃを有している。そして、この流量制御弁６は、パイロットライン５ａを介してパイロット圧受圧部６ｆに操作指令パイロット圧が与えられた場合に、図１の左側の切替位置Ｂに切り替えられる。このとき油圧ポンプ３から油圧シリンダ４へと圧油を供給するアクチュエータライン３ｃがメータイン側、および油圧シリンダ４から油圧タンク７へと圧油を戻すアクチュエータライン３ｄがメータアウト側となり、この油圧シリンダ４のボトム室４ａに圧油が供給されて油圧シリンダ４が伸長する。また、この流量制御弁６は、パイロットライン５ｂを介してパイロット圧受圧部６ｇに操作指令パイロット圧が与えられた場合に、図１の右側の切替位置Ｃに切り替えられる。このとき、アクチュエータライン３ｄがメータイン側、およびアクチュエータライン３ｃがメータアウト側となり、油圧シリンダ４のロッド室４ｂに圧油が供給されて油圧シリンダ４が収縮する。このため、パイロットライン５ａを介したパイロット圧受圧部６ｆへの操作指令パイロット圧は、油圧シリンダ４のクラウド指令側となる。また、アクチュエータライン３ｃは、油圧シリンダ４のクラウド指令時のメータイン側となり、アクチュエータライン３ｄは、油圧シリンダ４のクラウド指令時のメータアウト側となる。
【００２６】
さらに、流量制御弁６は、メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧油を制御するメータイン絞り８ｂと、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧油を制御するメータアウト絞り９ｂとを有している。そして、この流量制御弁６は、切替位置Ｂの場合に、メータイン絞り８ｂにて油圧シリンダ４のボトム室４ａに供給される圧油の流量を制御し、メータアウト絞り９ｂにて油圧シリンダ４のロッド室４ｂからの戻り油の流量を制御する。また、この流量制御弁６は、切替位置Ｃの場合に、メータイン絞り８ｃにて油圧シリンダ４のロッド室４ｂに供給される圧油の流量を制御し、メータアウト絞り９ｃにて油圧シリンダ４のボトム室４ａからの戻り油の流量を制御する構成とされている。
【００２７】
そして、油圧シリンダ４のロッド室４ｂに接続されメータアウト側のアクチュエータライン３ｄを油圧タンク７へ連通するメータアウト側の分岐ライン１０には、メータアウト制御弁１１が取り付けられている。ここで、このメータアウト側の分岐ライン１０は、油圧シリンダ４へのクラウド指令時のメータアウト側のアクチュエータライン３ｄから分岐して油圧タンク７に至る部分である。さらに、メータアウト制御弁１１には、このメータアウト制御弁１１の開閉を切り替え制御する切替弁（切替制御手段）１２が取り付けられている。すなわち、このメータアウト制御弁１１は、パイロットライン５ａおよび信号圧ライン１３の操作指令パイロット圧が切替弁１２を介してメータアウト制御弁１１の受圧部１１ａへ導かれて切り替わる構成とされている。
【００２８】
具体的に、メータアウト制御弁１１は、２ポート２位置弁であって、パイロットライン５ａからの指令信号パイロット圧が上昇するに従い開口面積が増大するメータリング特性を有している。そして、このメータアウト制御弁１１の開口方向作動側の端部には、このメータアウト制御弁１１を開方向作動させるための受圧部１１ａが設けられている。また、このメータアウト制御弁１１の閉塞方向作動側の端部には、このメータアウト制御弁１１を閉方向作動方向に付勢するバネ１１ｂが取り付けられている。
【００２９】
そして、切替弁１２は、パイロットライン５ａを介した操作指令パイロット圧をメータアウト制御弁１１の受圧部１１ａに導く信号圧ライン１３に配置された開閉弁（スプール弁）である。すなわち、この切替弁１２は、この切替弁１２が切り替わることによりパイロットライン５ａを介した操作指令パイロット圧の圧油をメータアウト制御弁１１の受圧部１１ａに供給する構成とされている。さらに、切替弁１１の開口方向作動側の端部には、この切替弁１１を開方向作動させるための開方向受圧部１２ａが設けられている。また、この切替弁１２の閉塞方向作動側の端部には、この切替弁１２を閉方向作動させるための閉方向受圧部１２ｂと、この切替弁１２を閉方向作動方向に付勢するバネ１２ｃとが取り付けられている。そして、この切替弁１２は、開方向受圧部１２ａと閉方向受圧部１２ｂとの受圧面積の比率が、油圧シリンダ４のメータイン側であるボトム室４ａと、この油圧シリンダの４メータアウト側であるロッド室４ｂとの断面積の比率に等しくなる構成、例えば２対１とされている。
【００３０】
そして、切替弁１２の開方向受圧部１２ａは、油圧シリンダ４のボトム室４ａ側の圧力が導かれる構成とされている。また、この切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂは、油圧シリンダ４のロッド室４ｂ側の圧力が導かれる構成とされている。さらに、この切替弁１２の開方向受圧部１２ａおよび閉方向受圧部１２ｂの間には、油圧シリンダ４の推力を検出するための推力検出手段１４が取り付けられている。この推力検出手段１４は、メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力と、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力とのそれぞれを検出する構成とされている。すなわち、この推力検出手段１４にて検出したメータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力が切替弁１２の開方向受圧部１２ａに接続され、この推力検出手段１４にて検出したメータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力が切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂに接続されている。よって、切替弁１２は、油圧シリンダ４のメータイン側の圧力と、この油圧シリンダ４のメータアウト側の圧力との圧力差によって制御される構成とされている。また、切替弁１２と推力検出手段（アクチュエータライン３ｃ，３ｄの圧力検出機能）１４により、推力検出装置が構成されている。
【００３１】
＜油圧ショベル＞
次いで、油圧制御装置１が搭載される油圧ショベル（作業機械）１５は、走行装置１６ａを備えた下部走行体１６と、この下部走行体１６上に旋回モータ１７ａを介して旋回自在に配置された上部旋回体１７とを備えた建設機械である。そして、上部旋回体１７の前側には、内部に操作装置５が取り付けられた運転室１７ｂが設けられている。また、上部旋回体１７の中間部にエンジン室１７ｃが設けられ、この上部旋回体１７上の後部にカウンタウエイト１７ｄが設けられている。さらに、上部旋回体１７の前側には、掘削作業等が可能なフロント作業機１８が上下方向に回動可能に取り付けられている。このフロント作業機１８は、上部旋回体１７に俯抑動可能に取り付けられるブーム（作業部）１８ａと、このブーム１８ａの先端部に回動可能に取り付けられるアーム（作業部）１８ｂと、このアーム１８ｂの先端部に４節リンク機構１８ｃを介して回動可能に取り付けられるバケット（作業部）１８ｄとで構成されている。
【００３２】
さらに、フロント作業機１８は、ブーム１８ａを上下動自在に支持し操作駆動させるブームシリンダ（油圧アクチュエータ）１９ａと、アーム１８ｂを上下動自在に支持し操作駆動させるアームシリンダ（油圧アクチュエータ）１９ｂと、バケット１８ｄを上下動自在に支持し操作駆動させるバケットシリンダ（油圧アクチュエータ）１９ｃとを備えている。ここで、ブームシリンダ１９ａは、基端側のシリンダ側の端部が上部旋回体１７の前側上面に回動可能に固定され、先端側のロッド側の端部がブーム１８ａの基端部の側面に回動可能に固定されている。また、アームシリンダ１９ｂは、基端側のシリンダ側の端部がブーム１８ａの中間部の上面に回動可能に取り付けられ、先端側のロッド側の端部がアームの基端部に回動可能に取り付けられている。さらに、バケットシリンダ１９ｃは、基端側のシリンダ側の端部がアームの上面に回動可能に取り付けられ、先端側のロッド側の端部が４節リンク機構１８ｃを介してバケット１８ｄに取り付けられている。
＜切替特性＞
【００３３】
ここで、油圧シリンダ４がアームシリンダ１９ｂである場合に、流量制御弁６は、油圧ショベル１５のアーム１８ｂの引き動作を例として説明すると、このアーム１８ｂを動作させるためのパイロットライン５ａを介したアーム引き用の操作指令パイロット圧によって切替位置Ｂに切り替わる。すると、油圧ポンプ３からの圧油が、メータイン絞り８ｂを通ってメータイン側のアクチュエータライン３ｃからアームシリンダ１９ｂのボトム室４ａへ供給され、ロッド室４ｂからの圧油がメータアウト絞り９ｂを通って油圧タンク７に導かれ、このアームシリンダ１９ｂが伸長する。
【００３４】
すなわち、切替弁１２は、推力検出手段１４にて検出されたアームシリンダ１９ｂの推力が働く方向に、このアームシリンダ１９ｂにて支持するアーム１８ｂおよびバケット１８ｄの自重に抗してアームシリンダ１９ｂが駆動する所定の推力、つまりこのアームシリンダ１９ｂのメータイン側の圧力と、このアームシリンダ１９ｂのメータアウト側の圧力との圧力差である所定の力Ｆが、開方向受圧部１２ａおよび閉方向受圧部１２ｂの受圧面積と切替弁１２のバネ１２ｃとで設定した設計値Ｇを越えた積極駆動の場合（駆動時）に切替弁１２がＮ位置からＤ位置に切り替わり、信号圧ライン１３を開く。このとき、パイロットライン５ａを介した操作指令パイロット圧をメータアウト制御弁指令信号としてメータアウト制御弁１１の受圧部１１ａに作用させ、そのメータアウト制御弁指令信号の値に応じてメータアウト制御弁１１がＮ位置からＦ位置へ切り替わり、この油圧シリンダ４の推力の上昇とともにメータアウト制御弁１１の開口面積を増大させる。ここで、力Ｆは、メータアウト側のアクチュエータラインでの圧力損失を低減し得る値に設定されている。
【００３５】
また、切替弁１２は、推力検出手段１４にて検出された推力が所定の推力以下であって、アーム１８ｂおよびバケット１８ｄの自重によりアームシリンダ１９ｂの推力に抗してアームシリンダ１９ｂが自然落下して可動する場合（制動時）を、所定の力Ｆ以下の場合とする。この場合に、切替弁１２はＮ位置にあって、信号圧ライン１３を閉じ、パイロットライン５ａを介した操作指令パイロット圧を受圧部１１ａに作用せず、メータアウト制御弁１１はＮ位置になり、分岐ライン１０と油圧タンク７との連通は遮断される。
【００３６】
よって、切替弁１２は、図３に示すように、この切替弁１２の開方向受圧部１２ａに供給されるメータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力による力と、この切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂに供給されるメータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力による力との合力、すなわち油圧シリンダ４の推力に相当する力が所定の大きさの力Ｆを越えた場合、つまりは前述した開方向受圧部１２ａおよび閉方向受圧部１２ｂの受圧面積とバネ１２ｃで設定された設定値Ｇ以上のときに、開方向に切り替わる構成とされている。
【００３７】
＜作用効果＞
例えば、アーム１８ｂをブーム１８ａ側に巻き込むクラウド動作を空中で行うと、このアームシリンダ１９ｂがアーム１８ｂおよびバケット１８ｄの自重にて自重落下し、このアームシリンダ１９ｂに慣性負荷が作用している制動時には、メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力が低下し、この圧力によって切替弁１２の開方向受圧部１２ａに作用する力が小さくなり、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力が上昇し、この圧力によって切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂに作用する力が大きくなる。
【００３８】
この場合は、これらメータイン側およびメータアウト側のアクチュエータライン３ｃ，３ｄ間の圧力差による力、すなわち合力が力Ｆを越えないため、切替弁１２は開方向に切り替わらず閉位置のままとなる。このため、メータアウト制御弁１１も開方向に切り替わらず閉位置となるため、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧油は、流量制御弁６のメータアウト絞り９ｂを通って油圧タンク７へ戻っていく。
【００３９】
次いで、掘削時等を行いアーム１８ｂおよびバケット１８ｄの自重に抗してアームシリンダ１９ｂを積極駆動させる駆動時には、メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力が上昇し、この圧力によって切替弁１２の開方向受圧部１２ａに作用する力が、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力によって切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂに作用する力よりも大きくなる。
【００４０】
メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力とメータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力との圧力差が、メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力がさらに上昇して、これらメータイン側およびメータアウト側のアクチュエータライン３ｃ，３ｄ間の合力が力Ｆを超えると、切替弁１２がＮ位置から開方向のＤ位置に切り替わる。そして、この切替弁１２がＤ位置となった場合には、パイロットライン５ａおよび信号圧ライン１３を介して操作指令パイロット圧の圧油の圧力がメータアウト制御弁１１の受圧部１１ａに作用し、このメータアウト制御弁１１が開方向へ切り替わりＦ位置となる。この結果、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧油は、メータアウト制御弁１１および流量制御弁６を通って油圧タンク７へと戻っていく。
【００４１】
このとき、メータアウト制御弁１１がＦ位置に切り替わり、このメータアウト制御弁１１の開口面積が増大したことによって、メータアウト側で発生していたエネルギ損失を低減できる。さらに、メータアウト側のエネルギ損失を低減させたことにより、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力が低下していくため、この圧力低下に伴ってメータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力も低下していく。
【００４２】
この場合、推力検出装置を構成する切替弁１２と推力検出手段（アクチュエータライン３ｃ，３ｄの圧力検出機能）１４との作用により、アームシリンダ１９ｂに係るメータイン側およびメータアウト側の負荷荷重が変化せず、このアームシリンダ１９ｂの推力の変化が少ない。メータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力が切替弁１２の開方向受圧部１２ａに作用する力と、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力が切替弁１２の閉方向受圧部１２ｂに作用する力との合力が変化せず、その差が設定値Ｇを越えているとき、切替弁１２が閉方向に切り替わることはない。
【００４３】
よって、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力低下に伴うメータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力低下を切り替え設定値Ｇによる切替弁１２の制御により抑制でき、メータアウト制御弁１１の開口面積の増減に伴う油圧シリンダ４の推力の変化を少なくできる。このため、メータアウト制御弁１１を切り替える際の切替弁１２の弁体等が連続して振動する等のハンチング現象を抑制でき、メータアウト側のエネルギ損失を円滑に低減できる。また、油圧シリンダ４の操作性を良好に保ちつつ、油圧ショベル１５等の作業機械の省エネルギ化が可能となる。
【００４４】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る作業機械の油圧制御装置を示す概略図、図５は上記油圧制御装置のコントローラの演算処理を示す図である。
【００４５】
そして、本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、パイロットライン５ａからの操作指令パイロット圧による切替弁１２の切替動作にてメータアウト制御弁１１を油圧制御する構成であるのに対し、第２実施形態は、メータアウト制御弁２３を電磁的に制御する構成である。すなわち、第２実施形態に係る油圧制御装置１Ａにおいては、切替弁１１が取り付けられておらず、推進力検出装置の推力検出手段として圧力センサ２４，２５が取り付けられ、操作装置５から出力される操作指令パイロット圧の圧力検出手段として圧力センサ２６が取り付けられ、推進力検出装置の切替制御手段としてコントローラ２７が取り付けられている。なお、その他の構成は第１実施形態と同じであり、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
【００４６】
具体的に、圧力センサ２４は、メータイン側のアクチュエータライン３ｃに取り付けられており、このアクチュエータライン３ｃの圧力を検出する。また、圧力センサ２５は、メータアウト側のアクチュエータライン３ｄに取り付けられ、このアクチュエータライン３ｄの圧力を検出する。さらに、圧力センサ２６は、パイロットライン５ａに取り付けられ、このパイロットライン５ａの操作指令パイロット圧を検出する構成とされている。
【００４７】
そして、これら圧力センサ２４，２５，２６は、メータアウト制御弁２３とコントローラ２７とのそれぞれに接続されており、これら圧力センサ２４，２５，２６の検出信号がコントローラ２７に入力され、このコントローラ２７からメータアウト制御弁２３へ指令電流を出力させる。すなわち、メータアウト制御弁２３は、電磁弁であり、コントローラ２７から出力される指令信号にて開位置または閉位置に切り替わる構成とされている。
【００４８】
また、コントローラ２７は、圧力センサ２４，２５，２６からの検出信号が入力されて、所定の演算処理を行うものであり、図５に示すように、ソレノイド電流演算部２７ａと、推力演算部２７ｂと、制御係数演算部２７ｃと、乗算部２７ｄとを備えている。具体的に、ソレノイド電流演算部２７ａは、図５に示す変換テーブルＤを用い、圧力センサ２６の検出信号である操作指令パイロット圧に応じたソレノイド電流値を演算する。ここで、この変換テーブルＤは、予め設計されたものであって、圧力センサ２６にて検出した操作指令圧が予め定めた所定の値を越えた場合に、ソレノイド電流値を増加させるテーブルとされている。
【００４９】
次いで、推力演算部２７ｂは、圧力センサ２４および圧力センサ２５の検出信号であるメータイン側およびメータアウト側の各アクチュエータライン３ｃ，３ｄの圧力に基づいて油圧シリンダ４の推力を演算する。具体的に、この推力演算部２７ｂは、（圧力センサ２４の検出値：ボトム室４ａの圧力［ＰＢ］）×（ボトム室４ａの断面積［ＡＢ］）−（圧力センサ２５の検出値：ロッド室４ｂの圧力［ＰＲ］）×（ロッド室４ｂの断面積［ＡＲ］）の式を用いて油圧シリンダ４の推力を演算する。すなわち、この推力演算部２７ｂは、（メータイン側の圧力）×（メータイン側の油圧シリンダ４の断面積）−（メータアウト側の圧力）×（メータアウト側の油圧シリンダ４の断面積）にて油圧シリンダ４の推力を算出する構成とされている。
【００５０】
さらに、制御係数演算部２７ｃは、図５に示す変換テーブルＥを用い、推力演算部２７ｂにて演算した油圧シリンダ４の推力に応じた制御定数ｋを演算する。ここで、この変換デーブルＥは、予め設定されたものであって、推力演算部２７ｂにて演算された油圧シリンダ４の推力が予め定めた所定の値を越えた場合に、制御定数Ｋｋを１とするテーブルとされている。そして、乗算部２７ｄは、ソレノイド電流演算部２７ａにて演算されたソレノイド電流値と、制御係数演算部２７ｃにて演算された制御定数ｋとを掛け合わせて乗算し、目標ソレノイド電流値を算出する。さらに、この目標ソレノイド電流値は、指令電流としてコントローラ２７からメータアウト制御弁２３へ出力される構成とされている。
【００５１】
＜作用効果＞
このように構成した本発明の第２実施形態は、メータアウト制御弁２３をコントローラ２７にて電気的に制御した場合であっても、油圧シリンダ４のメータアウト側のアクチュエータライン３ｄの圧力低下に伴うメータイン側のアクチュエータライン３ｃの圧力低下を抑制して、この油圧シリンダ４の推力の変化を少なくできる。よって、メータアウト側のエネルギ損失を低減できるから、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
＜その他＞
なお、上記各実施形態においては、作業機械を油圧ショベル１５とし、作業部をアーム１８ｂとし、油圧アクチュエータをアームシリンダ１９ｂとした場合を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の油圧アクチュエータで慣性負荷が作用する場合と積極駆動する場合とがあれば、油圧ショベル１５のバケットシリンダ１９ｄや、例えばクレーン、ホイルローダ等の作業部を油圧シリンダ４にて駆動させる作業機械にも用いることができる。さらに、例えば油圧モータ等の油圧シリンダ以外の油圧アクチュエータであっても対応させて用いることができる。
【００５３】
また、アーム１８ｂの引き動作の場合を例とし、メータアウト側となるロッド室４ｂ側にのみメータアウト制御弁１１，２３を設けた構成について説明したが、このロッド室４ｂ側とボトム室４ａ側の両方にメータアウト制御弁１１，２３を設ける構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１Ａ  油圧制御装置
２      エンジン
３      油圧ポンプ
３ａ    吐出ライン
３ｂ    センタバイパスライン
３ｃ，３ｄ  アクチュエータライン
４      油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
４ａ    ボトム室
４ｂ    ロッド室
５      操作装置
５ａ，５ｂ  パイロットライン
５ｃ    指令パイロット圧発生部
６      流量制御弁
６ａ    センタバイパス部
６ｂ    ポンプポート
６ｃ    タンクポート
６ｄ，６ｅ  アクチュエータポート
６ｆ，６ｇ  パイロット圧受圧部
７      油圧タンク
８ｂ，８ｃ  メータイン絞り
９ｂ，９ｃ  メータアウト絞り
１０    分岐ライン
１１    メータアウト制御弁
１１ａ  受圧部
１１ｂ  バネ
１２    切替弁
１２ａ  開方向受圧部
１２ｂ  閉方向受圧部
１２ｃ  バネ
１３    信号圧ライン
１４    推力検出手段
１５    油圧ショベル（作業機械）
１６    下部走行体
１６ａ  走行装置
１７    上部旋回体
１７ａ  旋回モータ
１７ｂ  運転室
１７ｃ  エンジン室
１７ｄ  カウンタウエイト
１８    フロント作業機
１８ａ  ブーム（作業部）
１８ｂ  アーム（作業部）
１８ｃ  ４節リンク機構
１８ｄ  バケット（作業部）
１９ａ  ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１９ｂ  アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１９ｄ  バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
２３    メータアウト制御弁
２４，２５  圧力センサ（推力検出手段）
２６    圧力センサ（圧力検出手段）
２７    コントローラ
２７ａ  ソレノイド電流演算部
２７ｂ  推力演算部
２７ｃ  制御係数演算部
２７ｄ  乗算部
Ａ      中立位置
Ｂ，Ｃ  切替位置
Ｄ，Ｅ  変換テーブル
【図１】
2014029180.tif 000003
【図２】
2014029180.tif 000004
【図３】
2014029180.tif 000005
【図４】
2014029180.tif 000006
【図５】
2014029180.tif 000007