(57)【要約】【課題】供給圧の変動幅が小さい油圧源との組み合わせに適した油圧アクチュエータを提供すること。【解決手段】ブームフートピン４ｂ回りにブーム４を回動させる油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１４が供給する所定圧力の作動油で駆動されるブームシリンダ７及び油圧モータ４０を有する。ブーム４は、ブームシリンダ７が生成するブームフートピン４ｂ回りのシリンダトルクＴ３と油圧モータ４０が生成するブームフートピン４ｂ回りのモータトルクＴ４とを含むアクチュエータトルクＴ２によってブームフートピン４ｂ回りを回動する。なお、モータトルクＴ４は可変である。【選択図】図２
2015203470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動軸回りに作業要素を回動させる油圧アクチュエータであって、
油圧源が供給する所定圧力の作動油で駆動される油圧シリンダ及び油圧モータを有し、
前記作業要素は、前記油圧シリンダが生成する前記回動軸回りの第１トルクと前記油圧モータが生成する前記回動軸回りの第２トルクとを含む合成トルクによって前記回動軸回りを回動し、
前記第２トルクは可変である、
油圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記油圧モータは、１回転当たりの押し退け容積を変更可能な可変容量型油圧モータである、
請求項１に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記油圧モータは、斜板式可変容量型油圧モータであり、正傾転及び逆傾転が可能である、
請求項２に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記油圧シリンダ及び前記油圧モータを流れる前記所定圧力の作動油の流れを第１方向と第２方向とで反転させる切替弁を有し、
前記油圧シリンダは、複動シリンダであり、
前記切替弁は、前記第１トルクと前記第２トルクが逆向きの場合、前記第１方向に作動油が流れるときの前記合成トルクと、前記第２方向に作動油が流れるときの前記合成トルクとが等しくなるときに切り替わる、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記油圧シリンダが複動シリンダの場合、前記第２トルクの調整幅は、前記合成トルクの調整幅の４分の１である、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項６】
前記油圧シリンダは、単動シリンダである、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項７】
前記油圧シリンダが単動シリンダの場合、前記第２トルクの調整幅は、前記合成トルクの調整幅の２分の１である、
請求項６に記載の油圧アクチュエータ。
【請求項８】
前記作業要素は自重により前記回動軸回りを回動可能である、
請求項１乃至７の何れか一項に記載の油圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧モータと油圧シリンダとの組み合わせで構成される油圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧を用いた直動アクチュエータとして油圧シリンダが知られている。油圧シリンダは、内部を摺動するピストンで区切られた油室内に作動油を流出入させることでピストンに結合された出力部を移動させる。また、油圧シリンダは、ピストンの受圧面積が一定であるため、作動油の圧力が一定であれば出力部における推力も一定となる。そのため、出力部における推力を可変とする場合には作動油の圧力を可変とする必要がある。
【０００３】
また、このような油圧シリンダが発生させる推力を油圧モータでアシストする油圧駆動装置を搭載する建設機械が知られている（特許文献１参照。）。
【０００４】
この油圧駆動装置は、油圧ポンプが吐出する作業油に加え油圧モータが吐出する作業油を油圧シリンダに流入させることで油圧シリンダの動きをアシストさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０２３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の油圧駆動装置も油圧シリンダのピストンに結合されたロッドを伸縮させることでブーム等の操作対象を駆動する構成である。そのため、油圧シリンダの油室に流出入する作動油の圧力が一定であればブーム等の操作対象を動かす推力も一定であることに変わりはない。したがって、その推力を可変とする場合には作動油の圧力を可変とする必要があり、定圧源、又は、供給圧の変動幅が小さい油圧源との組み合わせには不適である。
【０００７】
上述に鑑み、供給圧の変動幅が小さい油圧源との組み合わせに適した油圧アクチュエータを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例に係るショベルは、回動軸回りに作業要素を回動させる油圧アクチュエータであって、油圧源が供給する所定圧力の作動油で駆動される油圧シリンダ及び油圧モータを有し、前記作業要素は、前記油圧シリンダが生成する前記回動軸回りの第１トルクと前記油圧モータが生成する前記回動軸回りの第２トルクとを含む合成トルクによって前記回動軸回りを回動し、前記第２トルクは可変である。
【発明の効果】
【０００９】
上述の手段により、供給圧の変動幅が小さい油圧源との組み合わせに適した油圧アクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係る油圧アクチュエータが搭載される建設機械の側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る油圧アクチュエータの構成例を示す概略図である。
【図３】ブームを上下動させる際にブームに作用するトルクを示す概略図である。
【図４】ブーム上下動処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】アクチュエータトルクの調整幅を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る油圧アクチュエータの別の構成例を示す概略図である。
【図７】ブームを上下動させる際にブームに作用するトルクを示す概略図である。
【図８】油圧モータの斜板が逆傾転側に傾転されているときのシリンダトルク及びモータトルクの関係を示す図である。
【図９】アクチュエータトルクの調整幅を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の実施例に係る油圧アクチュエータ１００が搭載される建設機械の側面図である。建設機械としてのショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。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１例である掘削アタッチメントを構成し、油圧アクチュエータ１００、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源及びコントローラ３０が搭載される。
【００１２】
コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。
【００１３】
図２は、本発明の実施例に係る油圧アクチュエータ１００の構成例を示す概略図である。油圧アクチュエータ１００は、ブーム４を上下動させるための油圧アクチュエータであり、主に、ブームシリンダ７、油圧ポンプ１４、及び油圧モータ４０を含む。ブーム４は、連結ピン４ａを介してブームシリンダ７に連結され、ブームフートピン４ｂを介して上部旋回体３に連結される。そのため、ブーム４は、ブームフートピン４ｂの回りを回動可能である。
【００１４】
ブームシリンダ７は、シリンダ部７Ｃ及びロッド部７Ｒで構成される単動シリンダである。また、シリンダ部７Ｃの下端は連結ピン３ａを介して上部旋回体３に連結され、ロッド部７Ｒの上端は連結ピン４ａを介してブーム４に連結される。
【００１５】
油圧モータ４０は、レギュレータ４０ａを有する両側斜板式可変容量型油圧モータである。レギュレータ４０ａは、油圧モータ４０の斜板を傾転させる機構であり、コントローラ３０からの制御指令に応じて傾転角を変化させる。斜板は、正傾転側及び逆傾転側に傾転可能である。図２において斜板が正傾転側に傾転している場合、油圧モータ４０の第１ポート４０ｂに流入する作動油は油圧モータ４０を時計回りに回転させ、油圧モータ４０の第２ポート４０ｃに流入する作動油は油圧モータ４０を反時計回りに回転させる。反対に、斜板が逆傾転側に傾転している場合、油圧モータ４０の第１ポート４０ｂに流入する作動油は油圧モータ４０を反時計回りに回転させ、油圧モータ４０の第２ポート４０ｃに流入する作動油は油圧モータ４０を時計回りに回転させる。なお、図２は、斜板が正傾転側に傾転された状態を示す。
【００１６】
また、油圧モータ４０は、そのモータ軸がブーム４に連結される。具体的には、油圧モータ４０は、そのモータ軸の回転がブーム４のブームフートピン４ｂ回りの回動に機械的に変換されるようにブーム４に直結され或いはギア等を介してブーム４に連結される。本実施例では、油圧モータ４０が時計回りに回転するとブーム４が上昇し、油圧モータ４０が反時計回りに回転するとブーム４が下降する。
【００１７】
油圧ポンプ１４は、所定圧力の作動油を継続的に供給可能な油圧源の一例である。本実施例では、油圧ポンプ１４は、可変容量型油圧ポンプであり、吐出圧が所定圧力となるように作動油の吐出量を変化させる。なお、油圧源は、アキュムレータであってもよい。
【００１８】
本実施例では、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ２を通じてブームシリンダ７のシリンダ部７Ｃにおける油室７Ｃａに所定圧力の作動油を流入させる。また、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ３を通じて油圧モータ４０の第１ポート４０ｂに所定圧力の作動油を流入させる。油圧モータ４０は、第２ポート４０ｃ及び管路Ｄ４を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する。
【００１９】
次に、ブーム４に作用する各種トルクについて説明する。ブーム４には、主に、アタッチメントの重量によるブーム４のブームフートピン４ｂ回りの重力トルクＴ１と、油圧アクチュエータ１００が生成するトルクＴ２（以下、「アクチュエータトルクＴ２」とする。）とが作用する。なお、図２において、ブームフートピン４ｂから距離Ｒの位置に力の作用点Ｐ１を設定すると、重力トルクＴ１は力Ｆ１×Ｒで表され、アクチュエータトルクＴ２は力Ｆ２×Ｒで表されるが、以下では、便宜上、点Ｐ１に作用する力Ｆ１を重力トルクＴ１とし、点Ｐ１に作用する力Ｆ２をアクチュエータトルクＴ２とする。なお、アタッチメントの重量は、ブーム４、アーム５、バケット６、バケット６内の土砂のそれぞれの重量を含む。また、アクチュエータトルクＴ２は、ブームシリンダ７が生成するブームフートピン４ｂ回りのトルク（以下、「シリンダトルク」とする。）Ｔ３と、油圧モータ４０が生成するブームフートピン４ｂ回りのトルク（以下、「モータトルク」とする。）Ｔ４とを含む合成トルクである。
【００２０】
また、ブームシリンダ７がブーム４の連結ピン４ａに及ぼす推力Ｆｃは、所定圧力の作動油を利用する限り一定である。そのため、シリンダトルクＴ３の変動幅は小さい。なお、図２において、連結ピン４ａとブームフートピン４ｂとの間の距離をＲ３とし、推力Ｆｃの接線成分をＦ３とすると、シリンダトルクＴ３は力Ｆ３×Ｒ３で表されるが、以下では、便宜上、連結ピン４ａに作用する力Ｆ３をシリンダトルクＴ３とする。一方で、モータトルクＴ４は、油圧モータ４０の傾転角に応じて変化する。そのため、モータトルクＴ４の変動幅はシリンダトルクＴ３の変動幅よりも大きい。具体的には、正傾転側の傾転角が大きいほど、油圧モータ４０が時計回りに回転する際の油圧モータ１回転当たりの押し退け容積が大きくなり、時計回りのモータトルクＴ４は大きくなる。また、正傾転側の傾転角が小さいほど、油圧モータ４０が時計回りに回転する際の油圧モータ１回転当たりの押し退け容積が小さくなり、時計回りのモータトルクＴ４は小さくなる。同様に、逆傾転側の傾転角が大きいほど反時計回りのモータトルクＴ４は大きくなり、逆傾転側の傾転角が小さいほど反時計回りのモータトルクＴ４は小さくなる。
【００２１】
そして、コントローラ３０は、油圧モータ４０の傾転角を制御してアクチュエータトルクＴ２の向き及び大きさを調整し、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２の合成トルク（以下、「駆動トルク」とする。）を調整することでブーム４を上下動させる。
【００２２】
具体的には、コントローラ３０は、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２とが互いに逆向きで大きさが等しくなるようにして、すなわち、駆動トルクがゼロとなるようにしてブーム４を静止させる。
【００２３】
また、コントローラ３０は、アクチュエータトルクＴ２の大きさが逆向きの重力トルクＴ１の大きさより大きくなるようにしてブーム４を上昇させ、或いは、アクチュエータトルクＴ２の大きさが逆向きの重力トルクＴ１の大きさより小さくなるようにしてブーム４を下降させる。
【００２４】
上述の構成を用いてブーム４を上昇させるとき、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を正傾転側に傾転させる。そして、ブーム上昇中、ブームシリンダ７は伸張して油室７Ｃａに作動油を流入させる。また、油圧モータ４０は、第１ポート４０ｂで作動油を吸入し且つ第２ポート４０ｃで作動油を吐出して時計回りに回転する。このとき、油圧ポンプ１４は、吐出圧を所定圧力で維持するために吐出量を増大させる。
【００２５】
また、ブーム４を下降させるとき、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側に傾転させる。そして、ブーム下降中、ブームシリンダ７は収縮して油室７Ｃａから作動油を流出させる。油室７Ｃａから流出する作動油は油圧モータ４０の第１ポート４０ｂに向かう。また、油圧モータ４０は、第１ポート４０ｂで作動油を吸入し且つ第２ポート４０ｃで作動油を吐出して反時計回りに回転する。このとき、油圧ポンプ１４は、吐出圧を所定圧力で維持するために吐出量を増大させる。
【００２６】
次に、図３を参照し、ブーム４を上下動させる場合の重力トルクＴ１、アクチュエータトルクＴ２、シリンダトルクＴ３、及びモータトルクＴ４の関係について説明する。なお、図３は、ブーム４を上下動させる際にブーム４に作用するトルクを示す概略図である。具体的には、図３（Ａ）は、時計回りの大きな駆動トルクでブーム４を上昇させるときの状態を示し、図３（Ｂ）は、時計回りの小さな駆動トルクでブーム４を上昇させるときの状態を示す。また、図３（Ｃ）は、駆動トルクがほとんど作用しないときの状態を示し、図３（Ｄ）は、重力トルクＴ１よりも小さい反時計回りの駆動トルクでブーム４を下降させるときの状態を示す。また、図３（Ｅ）は、重力トルクＴ１でブーム４を自由落下させるときの状態を示し、図３（Ｆ）は、重力トルクＴ１よりも大きい反時計回りの駆動トルクでブーム４を下降させるときの状態を示す。なお、図３の点線で示される管路は、油圧モータ４０が吐出した作動油が流れる管路を表す。また、図３は、アクチュエータトルクＴ２を示すブロック矢印が太いほど、アクチュエータトルクＴ２の大きさが大きいことを表す。また、モータトルクＴ４を示す矢印が太いほど、モータトルクＴ４の大きさが大きいことを表す。
【００２７】
具体的には、ブーム４を上下動させる駆動トルクは、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２との合成トルクである。そのため、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２が互いに逆向きであり、且つ、重力トルクＴ１の大きさよりアクチュエータトルクＴ２の大きさが大きい場合、駆動トルクは、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すようにブーム４を上昇させる。また、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２が互いに逆向きであっても、重力トルクＴ１の大きさよりアクチュエータトルクＴ２の大きさが小さい場合、駆動トルクは、図３（Ｄ）に示すようにブーム４を下降させる。
【００２８】
また、アクチュエータトルクＴ２の大きさがゼロの場合、駆動トルクは重力トルクＴ１に等しいため、図３（Ｅ）に示すように重力トルクＴ１による力でブーム４を下降させる。
【００２９】
また、重力トルクＴ１とアクチュエータトルクＴ２が同じ向きの場合、駆動トルクは、図３（Ｆ）に示すように、重力トルクＴ１による力よりも大きな力でブーム４を下降させる。
【００３０】
また、上述の通り、アクチュエータトルクＴ２は、シリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４との合成トルクである。また、ブームシリンダ７における油室７Ｃａの作動油の圧力が所定圧力で一定であるため、シリンダトルクＴ３は略一定である。そのため、アクチュエータトルクＴ２の増減は、主に、モータトルクＴ４を増減させることで実現される。
【００３１】
具体的には、図３（Ａ）に示すように時計回りの大きな駆動トルクでブーム４を上昇させる場合、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を正傾転側に大きく傾転させる。シリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを大幅に上回るようにモータトルクＴ４を激増させるためである。この場合、油圧モータ４０の押し退け容積が大きいため、油圧モータ４０が時計回りに回転すると、油圧ポンプ１４は、作動油の圧力を所定圧力に維持するため、吐出量を大幅に増大させる。
【００３２】
また、図３（Ｂ）に示すように時計回りの小さな駆動トルクでブーム４を上昇させる場合、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を正傾転側に小さく傾転させる。シリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを上回るようにモータトルクＴ４を増大させるためである。この場合、油圧モータ４０の押し退け容積は、図３（Ａ）のときより小さい。そのため、油圧モータ４０が時計回りに同じ角度だけ回転した場合であっても、油圧ポンプ１４の吐出量は、図３（Ａ）のときよりも小さい。
【００３３】
また、図３（Ｃ）に示すようにブーム４を静止させる場合、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を適切な角度に調整する。シリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２が重力トルクＴ１と釣り合うようにモータトルクＴ４を調整するためである。具体的には、シリンダトルクＴ３の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさより大きい場合には、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側の適切な角度に調整する。互いに逆向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２が重力トルクＴ１と釣り合うようにモータトルクＴ４を調整するためである。また、シリンダトルクＴ３の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさより小さい場合には、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を正傾転側の適切な角度に調整する。同じ向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２が重力トルクＴ１と釣り合うようにモータトルクＴ４を調整するためである。
【００３４】
また、図３（Ｄ）に示すように、重力トルクＴ１よりも小さい反時計回りの駆動トルクでブーム４を下降させる場合、コントローラ３０は、ブーム４を静止させたときの正傾転側の斜板傾転角を低減させ、或いは、斜板を逆傾転側に傾転させる。具体的には、シリンダトルクＴ３の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさより大きい場合には、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側に傾転させる。互いに逆向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを下回るように反時計回りのモータトルクＴ４の大きさを増大させるためである。また、シリンダトルクＴ３の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさより小さい場合には、コントローラ３０は、正傾転側にある斜板傾転角を低減させる。同じ向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４の合成トルクであるアクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを下回るように時計回りのモータトルクＴ４の大きさを低減させるためである。なお、この場合においても、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側に傾転させてもよい。時計回りのアクチュエータトルクＴ２の大きさをさらに小さくしてブーム４の下降速度を増大させるためである。
【００３５】
また、図３（Ｅ）に示すように重力トルクＴ１でブーム４を自由落下させる場合、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側にさらに傾転させる。互いに逆向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４を釣り合わせてアクチュエータトルクＴ２の大きさがゼロとなるように、反時計回りのモータトルクＴ４の大きさを増大させるためである。この場合、油圧モータ４０の押し退け容積が大きいため、油圧モータ４０が反時計回りに回転すると、油圧ポンプ１４は、作動油の圧力を所定圧力に維持するため、吐出量を増大させる。
【００３６】
また、図３（Ｆ）に示すように、重力トルクＴ１よりも大きい反時計回りの駆動トルクでブーム４を下降させる場合、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板を逆傾転側にさらに傾転させる。モータトルクＴ４の大きさを、逆向きのシリンダトルクＴ３の大きさよりも大きくし、反時計回りのアクチュエータトルクＴ２の大きさを増大させるように、反時計回りのモータトルクＴ４の大きさを増大させるためである。この場合、油圧モータ４０の押し退け容積は、図３（Ｅ）のときより大きい。そのため、油圧モータ４０が反時計回りに同じ角度だけ回転した場合であっても、油圧ポンプ１４の吐出量は、図３（Ｅ）のときよりも大きい。
【００３７】
次に、図４を参照し、ブーム４を上下動させるためにコントローラ３０がブーム操作レバー（図示せず。）の操作内容に応じて油圧アクチュエータ１００の油圧モータ４０を制御する処理（以下、「ブーム上下動処理」とする。）について説明する。なお、図４は、ブーム上下動処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、ブーム操作レバーが操作されている間、所定周期で繰り返しこのブーム上下動処理を実行する。
【００３８】
最初に、コントローラ３０は、ブーム操作レバーの操作方向を判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、コントローラ３０は、ブーム操作レバーの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出値に基づいてブーム操作レバーの操作方向を判定する。但し、コントローラ３０は、他の公知の方法を用いてブーム操作レバーの操作内容を取得してブーム操作レバーの操作方向を判定してもよい。
【００３９】
上げ方向（ブーム上げ操作）であると判定した場合（ステップＳＴ１の上げ方向）、コントローラ３０は、レギュレータ４０ａに制御指令を出力して油圧モータ４０の斜板の傾転角を増大させる（ステップＳＴ２）。本実施例では、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板の傾転角をブーム上げ時目標傾転角まで増大させる。なお、傾転角の増大は、正傾転側の傾転角の増大、逆傾転側の傾転角の低減、及び、逆傾転側から正傾転側への移行を含む。また、トルクの増大は、時計回りのトルクの増大、反時計回りのトルクの低減、及び、反時計回りから時計回りへの移行を含む。
【００４０】
傾転角が大きくなると、モータトルクＴ４が大きくなり、アクチュエータトルクＴ２も大きくなる。そして、アクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを上回るとブーム４が上昇する。また、アクチュエータトルクＴ２の大きさと逆向きの重力トルクＴ１の大きさとの差が大きいほど、ブーム４の上昇速度も大きくなる。
【００４１】
また、ブーム上げ時目標傾転角は、ブーム操作レバーの上げ操作量に応じて決まる値であり上げ操作量が大きいほど大きい。傾転角を大きくするほどモータトルクＴ４が大きくなり、駆動トルクも大きくなるためであり、また、上げ操作量が大きいほどブーム４をより迅速に上昇させる必要があるためである。
【００４２】
このようにして、コントローラ３０は、ブーム操作レバーの上げ操作量に応じた上昇速度でブーム４を上昇させるようにする。
【００４３】
一方、下げ方向（ブーム下げ操作）であると判定した場合（ステップＳＴ１の下げ方向）、コントローラ３０は、レギュレータ４０ａに制御指令を出力して油圧モータ４０の斜板の傾転角を低減させる（ステップＳＴ３）。本実施例では、コントローラ３０は、油圧モータ４０の斜板の傾転角をブーム下げ時目標傾転角まで低減させる。なお、傾転角の低減は、正傾転側の傾転角の低減、逆傾転側の傾転角の増大、及び、正傾転側から逆傾転側への移行を含む。また、トルクの低減は、時計回りのトルクの低減、反時計回りのトルクの増大、及び、時計回りから反時計回りへの移行を含む。
【００４４】
傾転角が小さくなると、モータトルクＴ４が小さくなり、アクチュエータトルクＴ２も小さくなる。そして、アクチュエータトルクＴ２の大きさが、逆向きの重力トルクＴ１の大きさを下回るとブーム４が下降する。また、アクチュエータトルクＴ２の大きさと逆向きの重力トルクＴ１の大きさとの差が大きいほど、ブーム４の下降速度も大きくなる。さらに、アクチュエータトルクＴ２が重力トルクＴ１と同じ向きであれば、アクチュエータトルクＴ２の大きさが大きいほど、ブーム４の下降速度は大きくなる。
【００４５】
また、ブーム下げ時目標傾転角は、ブーム操作レバーの下げ操作量に応じて決まる値であり下げ操作量が大きいほど大きい。傾転角を小さくするほどモータトルクＴ４が小さくなり、駆動トルクも小さくなるためであり、また、下げ操作量が大きいほどブーム４をより迅速に下降させる必要があるためである。
【００４６】
このようにして、コントローラ３０は、ブーム操作レバーの下げ操作量に応じた下降速度でブーム４を下降させるようにする。
【００４７】
次に、図５を参照し、油圧モータ４０に求められるモータトルクの調整幅について説明する。なお、図５は、油圧アクチュエータ１００に求められるアクチュエータトルクの調整幅を示す図であり、横軸がブーム動作速度に対応し、縦軸がブーム４に作用するトルクに対応する。また、図５のトルク値Ｔａはアクチュエータトルクの最大値（仕様値）であり、トルク値−Ｔｂはアクチュエータトルクの最小値（仕様値）である。なお、正値はブーム上げ方向（図２の時計回り）のトルクを表し、負値はブーム下げ方向（図２の反時計回り）のトルクを表す。また、ブーム動作速度では、正値はブーム上げ方向（図２の時計回り）の動作速度を表し、負値はブーム下げ方向（図２の反時計回り）の動作速度を表す。
【００４８】
上述の通り、アクチュエータトルクは、シリンダトルクとモータトルクの合成トルクである。また、シリンダトルクは、ブームシリンダ７のロッド部７Ｒの受圧面積に作動油の圧力を乗じた値であるため、ブーム動作速度にかかわらず略一定である。そのため、アクチュエータトルクの調整幅は、モータトルクの調整幅によって定められる。また、作動油の圧力が高い程、シリンダトルクは大きくなり、モータトルクの調整幅、ひいてはアクチュエータトルクの調整幅も大きくなる。
【００４９】
以上の関係から、油圧モータ４０の斜板傾転角の調整幅が正傾転側と逆傾転側とで等しい場合、最大供給圧時のモータトルクの正傾転側及び逆傾転側の調整幅のそれぞれの大きさＥは、アクチュエータトルクの調整幅の２分の１の大きさとなるように設定され、Ｅ＝（Ｔａ＋Ｔｂ）／２で表される。なお、最大供給圧は、油圧ポンプ１４が継続的に供給可能な作動油の最大圧力である。
【００５０】
また、最大供給圧時のシリンダトルクＴｃは、アクチュエータトルクの調整可能範囲の中央値となるように設定され、Ｔｃ＝Ｔａ−Ｅ＝Ｔａ−（Ｔａ＋Ｔｂ）／２＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２で表される。
【００５１】
なお、油圧モータ４０の斜板傾転角の調整幅は正傾転側と逆傾転側とで異なっていてもよい。この場合、最大供給圧時のシリンダトルクは、アクチュエータトルクの最大値Ｔａから最大供給圧時のモータトルクの正傾転側の調整幅の大きさを差し引いた値で、且つ、アクチュエータトルクの最小値−Ｔｂに最大供給圧時のモータトルクの逆傾転側の調整幅の大きさを加えた値となるように設定される。
【００５２】
以上より、最大供給圧時のシリンダトルクＴｃが（Ｔａ−Ｔｂ）／２となるブームシリンダ７を採用し、モータトルクの調整幅の大きさＥがアクチュエータトルクの調整幅の２分の１の大きさとなる油圧モータ４０を採用することで、油圧アクチュエータ１００は、アクチュエータトルクの所望の調整可能範囲を最も効率的に実現できる。
【００５３】
次に、図６及び図７を参照し、本発明の実施例に係る油圧アクチュエータ１００の別の構成例について説明する。なお、図６は、油圧アクチュエータ１００の別の構成例を示す概略図であり、図２に対応する。また、図７は、ブーム４を上下動させる際にブーム４に作用するトルクを示す概略図であり、図３に対応する。
【００５４】
図６の油圧アクチュエータ１００は、ブームシリンダ７が複動シリンダである点、及び、方向切替弁Ｖ１を備える点で図２の油圧アクチュエータ１００と相違する。なお、図６の油圧アクチュエータ１００は、その他の点で図２の油圧アクチュエータ１００と共通する。そのため、共通点の説明を省略し、相違点を詳細に説明する。
【００５５】
ブームシリンダ７は、シリンダ部７Ｃ及びロッド部７Ｒで構成される複動シリンダである。シリンダ部７Ｃは、ボトム側油室７Ｃｂ及びロッド側油室７Ｃｒを有する。
【００５６】
方向切替弁Ｖ１は、ブームシリンダ７及び油圧モータ４０のそれぞれを流れる作動油の流れ方向を切り替える弁である。本実施例では、方向切替弁Ｖ１は、４ポート３位置の電磁式スプール弁であり、コントローラ３０からの制御指令に応じて弁位置を切り替える。なお、図６における括弧内の数字１〜３は方向切替弁Ｖ１の３つの弁位置のそれぞれを表す。また、方向切替弁Ｖ１は、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する別の電磁弁が調整するパイロット圧を利用して切り替わる油圧式スプール弁であってもよい。
【００５７】
弁位置が第１位置にある場合、方向切替弁Ｖ１は、管路Ｄ１と管路Ｄ２及び管路Ｄ３とを連通させ、油圧ポンプ１４とブームシリンダ７のボトム側油室７Ｃｂ及び油圧モータ４０の第１ポート４０ｂのそれぞれとを連通させる。また、方向切替弁Ｖ１は、管路Ｄ５及び管路Ｄ６と管路Ｄ４とを連通させ、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｃｒ及び油圧モータ４０の第２ポート４０ｃのそれぞれと作動油タンクＴとを連通させる。
【００５８】
また、弁位置が第２位置にある場合、方向切替弁Ｖ１は、油圧ポンプ１４とブームシリンダ７及び油圧モータ４０のそれぞれとの間の連通を遮断し、且つ、ブームシリンダ７及び油圧モータ４０のそれぞれと作動油タンクＴとの間の連通を遮断する。本実施例では、第２位置は、例えばブーム４を静止させる場合に使用される。
【００５９】
また、弁位置が第３位置にある場合、方向切替弁Ｖ１は、管路Ｄ１と管路Ｄ５及び管路Ｄ６とを連通させ、油圧ポンプ１４とブームシリンダ７のロッド側油室７Ｃｒ及び油圧モータ４０の第２ポート４０ｃのそれぞれとを連通させる。また、方向切替弁Ｖ１は、管路Ｄ２及び管路Ｄ３と管路Ｄ４とを連通させ、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｃｂ及び油圧モータ４０の第１ポート４０ｂのそれぞれと作動油タンクＴとを連通させる。
【００６０】
また、方向切替弁Ｖ１が第１位置にある場合、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ２を通じてブームシリンダ７のボトム側油室７Ｃｂに所定圧力の作動油を流入させる。そして、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｃｒは、管路Ｄ５及び管路Ｄ４を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する。また、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ３を通じて油圧モータ４０の第１ポート４０ｂに所定圧力の作動油を流入させる。そして、油圧モータ４０は、第２ポート４０ｃ、管路Ｄ６、及び管路Ｄ４を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する。
【００６１】
また、方向切替弁Ｖ１が第２位置にある場合、油圧ポンプ１４は、作動油の吐出を止めて吐出量をゼロにする。
【００６２】
また、方向切替弁Ｖ１が第３位置にある場合、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ５を通じてブームシリンダ７のロッド側油室７Ｃｒに所定圧力の作動油を流入させる。そして、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｃｂは、管路Ｄ２及び管路Ｄ４を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する。また、油圧ポンプ１４は、管路Ｄ１及び管路Ｄ６を通じて油圧モータ４０の第２ポート４０ｃに所定圧力の作動油を流入させる。そして、油圧モータ４０は、第１ポート４０ｂ、管路Ｄ３、及び管路Ｄ４を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する。
【００６３】
方向切替弁Ｖ１が第１位置にある場合、油圧アクチュエータ１００は、図２の油圧アクチュエータ１００と同様に動作する。具体的には、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）のそれぞれの状態では、油圧アクチュエータ１００は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）のそれぞれの状態のときと同様に動作する。そのため、詳細な説明を省略する。
【００６４】
一方、図７（Ｅ）に示すように重力トルクＴ１でブーム４を自由落下させる場合、コントローラ３０は、方向切替弁Ｖ１を第１位置から第３位置に切り替え、図７（Ｄ）の状態に対して、シリンダトルクＴ３及びモータトルクＴ４のそれぞれの向きを反転させる。その上で、コントローラ３０は、逆傾転側の傾転角を低減させる。互いに逆向きのシリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４を釣り合わせてアクチュエータトルクＴ２の大きさがゼロとなるように、反時計回りのシリンダトルクＴ３の大きさよりも大きい時計回りのモータトルクＴ４の大きさを低減させるためである。
【００６５】
また、図７（Ｆ）に示すように、重力トルクＴ１よりも大きい反時計回りの駆動トルクでブーム４を下降させる場合、コントローラ３０は、逆傾転側の傾転角をさらに低減させ、或いは、斜板を正傾転側に傾転させる。反時計回りのアクチュエータトルクＴ２の大きさを増大させるように、反時計回りのモータトルクＴ４の大きさを増大させるためである。
【００６６】
なお、方向切替弁Ｖ１の第１位置と第３位置との間の切り替えは、アクチュエータトルクＴ２の向き及び大きさが変化しないように行われる。
【００６７】
ここで、図８を参照し、方向切替弁Ｖ１の切り替えタイミングについて説明する。なお、図８は、油圧モータ４０の斜板が逆傾転側に傾転されているときのシリンダトルクＴ３及びモータトルクＴ４の関係を示す図であり、横軸が傾転角（逆傾転側）に対応し、縦軸がトルクに対応する。また、推移線ＴＬ１は、方向切替弁Ｖ１が第１位置にあるときの最大供給圧時のシリンダトルクＴ３の推移を表し、推移線ＴＬ２は、方向切替弁Ｖ１が第３位置にあるときの最大供給圧時のシリンダトルクＴ３の推移を表す。また、推移線ＴＬ３は、方向切替弁Ｖ１が第１位置にあるときの最大供給圧時のモータトルクＴ４の推移を表し、推移線ＴＬ４は、方向切替弁Ｖ１が第３位置にあるときの最大供給圧時のモータトルクＴ４の推移を表す。また、推移線ＴＬ５は、方向切替弁Ｖ１が第１位置にあるときの最大供給圧時のアクチュエータトルクＴ２の推移を表し、推移線ＴＬ６は、方向切替弁Ｖ１が第３位置にあるときの最大供給圧時のアクチュエータトルクＴ２の推移を表す。また、推移線ＴＬ７は、実際に採用されるアクチュエータトルクＴ２の推移を表す。
【００６８】
図８に示すように、方向切替弁Ｖ１が第１位置にある場合で、且つ、ブーム上げ方向（時計回り）のアクチュエータトルクＴ２の大きさを推移線ＴＬ５に沿って徐々に低減させる場合、コントローラ３０は、傾転角（逆傾転側）を徐々に増大させ、傾転角（逆傾転側）が値Ａｘに達した場合に方向切替弁Ｖ１を第１位置から第３位置に切り替える。このとき、アクチュエータトルクＴ２は値Ｔｘを示す。なお、点（Ａｘ、Ｔｘ）は、推移線ＴＬ５と推移線ＴＬ６とが交差する点であり、方向切替弁Ｖ１が第１位置にあるときの最大供給圧時のアクチュエータトルクＴ２の値と、方向切替弁Ｖ１が第３位置にあるときの最大供給圧時のアクチュエータトルクＴ２の値が等しくなる点である。その後、コントローラ３０は、ブーム上げ方向（時計回り）のアクチュエータトルクＴ２の大きさを推移線ＴＬ６に沿ってさらに低減させる場合、或いは、アクチュエータトルクＴ２の向きをブーム下げ方向（反時計回り）にしてその大きさを推移線ＴＬ６に沿って増大させる場合には、値Ａｘに至った傾転角（逆傾転側）を低減させる。
【００６９】
また、方向切替弁Ｖ１が第３位置にある場合で、且つ、ブーム下げ方向（反時計回り）のアクチュエータトルクＴ２の大きさを推移線ＴＬ６に沿って徐々に低減させ、或いは、アクチュエータトルクＴ２の向きをブーム上げ方向（時計回り）にしてその大きさを推移線ＴＬ６に沿って増大させる場合、コントローラ３０は、傾転角（逆傾転側）を徐々に増大させ、傾転角（逆傾転側）が値Ａｘに達した場合に方向切替弁Ｖ１を第３位置から第１位置に切り替える。このとき、アクチュエータトルクＴ２は値Ｔｘを示す。その後、コントローラ３０は、ブーム上げ方向（時計回り）のアクチュエータトルクＴ２の大きさを推移線ＴＬ５に沿ってさらに増大させる場合には、値Ａｘに至った傾転角（逆傾転側）を低減させる。
【００７０】
この構成により、コントローラ３０は、図８の双方向矢印で示すように、シリンダトルクＴ３のブーム上げ方向（時計回り）の最大値Ｔｃとブーム下げ方向（反時計回り）の最大値−Ｔｄとの間でアクチュエータトルクＴ２を滑らかに推移させることができる。
【００７１】
次に、図９を参照し、図６の油圧アクチュエータ１００における油圧モータ４０に求められるモータトルクの調整幅について説明する。なお、図９は、図６の油圧アクチュエータ１００に求められるアクチュエータトルクの調整幅を示す図であり、図５に対応する。
【００７２】
上述の通り、アクチュエータトルクは、シリンダトルクとモータトルクの合成トルクである。また、シリンダトルクは、複動式のブームシリンダ７のピストンの受圧面積に作動油の圧力を乗じた値であるため、ブーム動作速度にかかわらず略一定である。具体的には、ブーム上げ方向のシリンダトルクは、ブーム上げ速度にかかわらず値Ｔｃで略一定であり、ブーム下げ方向のシリンダトルクは、ブーム下げ速度にかかわらず値−Ｔｄで略一定である。そのため、アクチュエータトルクの調整幅は、モータトルクの調整幅によって定められる。また、作動油の圧力が高い程、シリンダトルクは大きくなり、モータトルクの調整幅、ひいてはアクチュエータトルクの調整幅も大きくなる。
【００７３】
以上の関係から、油圧モータ４０の斜板傾転角の調整幅が正傾転側と逆傾転側とで等しい場合、最大供給圧時のモータトルクの正傾転側及び逆傾転側の調整幅のそれぞれの大きさＥは、アクチュエータトルクの調整幅の４分の１の大きさとなるように設定され、Ｅ＝（Ｔａ＋Ｔｂ）／４で表される。なお、トルク値Ｔａはアクチュエータトルクの最大値（仕様値）であり、トルク値−Ｔｂはアクチュエータトルクの最小値（仕様値）である。
【００７４】
また、ブーム上げ方向の最大供給圧時のシリンダトルクＴｃは、アクチュエータトルクの最大値Ｔａからモータトルクの調整幅の大きさＥを差し引いた値となるように設定され、Ｔｃ＝Ｔａ−Ｅ＝Ｔａ−（Ｔａ＋Ｔｂ）／４＝（３×Ｔａ−Ｔｂ）／４で表される。
【００７５】
また、ブーム下げ方向の最大供給圧時のシリンダトルク−Ｔｄは、アクチュエータトルクの最小値−Ｔｂにモータトルクの調整幅の大きさＥを加えた値となるように設定され、−Ｔｄ＝−Ｔｂ＋Ｅ＝−Ｔｂ＋（Ｔａ＋Ｔｂ）／４＝（Ｔａ−３×Ｔｂ）／４で表される。
【００７６】
この設定により、アクチュエータトルクの調整幅の中央値には、方向切替弁Ｖ１の第１位置と第３位置とを切り替えるときのアクチュエータトルクの値Ｔｘが対応する。そのため、ブーム上げ方向の最大供給圧時のシリンダトルクＴｃとモータトルクの調整幅Ｅに基づくアクチュエータトルクの調整可能範囲と、ブーム下げ方向の最大供給圧時のシリンダトルク−Ｔｄとモータトルクの調整幅Ｅに基づくアクチュエータトルクの調整可能範囲との値Ｔｘの近傍での重複が防止される。
【００７７】
以上より、ブーム上げ方向の最大供給圧時のシリンダトルクＴｃが（３×Ｔａ−Ｔｂ）／４となり、ブーム下げ方向の最大供給圧時のシリンダトルク−Ｔｄが（Ｔａ−３×Ｔｂ）／４となるブームシリンダ７を採用し、モータトルクの調整幅の大きさＥがアクチュエータトルクの調整幅の４分の１の大きさとなる油圧モータ４０を採用することで、油圧アクチュエータ１００は、アクチュエータトルクの所望の調整可能範囲を最も効率的に実現できる。
【００７８】
以上の構成により、油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１４が継続的に供給する所定圧力の作動油で駆動されるブームシリンダ７及び油圧モータ４０を用いてブーム４を上下動させる。具体的には、ブームシリンダ７が生成するブームフートピン４ｂ回りのシリンダトルクＴ３と油圧モータ４０が生成するブームフートピン４ｂ回りのモータトルクＴ４とを含むアクチュエータトルクＴ２によってブーム４を回動させる。また、油圧モータ４０は、１回転当たりの押し退け容積を変更可能な可変容量型油圧モータであり、押し退け容積を変えることでモータトルクＴ４を増減できる。そのため、油圧アクチュエータ１００は、所定の調整可能範囲内でアクチュエータトルクＴ２を増減できる。その結果、供給圧の変動幅が小さい油圧源である油圧ポンプ１４を用いながらブーム４を上下動させることができる。
【００７９】
また、油圧アクチュエータ１００は、ブームシリンダ７と油圧モータ４０とを併用するため、油圧モータ単独でブームを上下動させる構成に比べてモータ容量を小さくできる。
【００８０】
また、油圧モータ４０は、斜板式可変容量型油圧モータであり、正傾転及び逆傾転が可能である。そのため、シリンダトルクＴ３より大きいアクチュエータトルクＴ２とシリンダトルクＴ３より小さいアクチュエータトルクＴ２の双方の生成を可能にする。なお、油圧モータ４０は、正傾転側にのみ傾転可能な構成であってもよく、逆傾転側にのみ傾転可能な構成であってもよい。
【００８１】
また、油圧アクチュエータ１００は、複動シリンダとしてのブームシリンダ７と、ブームシリンダ７及び油圧モータ４０を流れる所定圧力の作動油の流れを第１方向と第２方向とで反転させる方向切替弁Ｖ１とを含んでいてもよい。なお、方向切替弁Ｖ１は、シリンダトルクＴ３とモータトルクＴ４が逆向きの場合、第１方向に作動油が流れるときのアクチュエータトルクＴ２と第２方向に作動油が流れるときのアクチュエータトルクＴ２とが等しくなるときに切り替えられる。第１方向に作動油が流れるときは、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｃｂ及び油圧モータ４０の第１ポート４０ｂのそれぞれに向かって作動油が流れる。また、第２方向に作動油が流れるときは、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｃｒ及び油圧モータ４０の第２ポート４０ｃのそれぞれに向かって作動油が流れる。なお、この構成では、モータトルクＴ４の調整幅は、アクチュエータトルクＴ２の調整幅の４分の１となるように設定される。
【００８２】
また、油圧アクチュエータ１００は、単動シリンダとしてのブームシリンダ７を採用し、方向切替弁Ｖ１を省略してもよい。なお、この構成では、モータトルクＴ４の調整幅は、アクチュエータトルクＴ２の調整幅の２分の１となるように設定される。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・下部走行体  ２・・・旋回機構  ３・・・上部旋回体  ３ａ・・・連結ピン  ４・・・ブーム  ４ａ・・・連結ピン  ４ｂ・・・ブームフートピン  ５・・・アーム  ６・・・バケット  ７・・・ブームシリンダ  ７Ｃ・・・シリンダ部  ７Ｃａ・・・油室  ７Ｃｂ・・・ボトム側油室  ７Ｃｒ・・・ロッド側油室  ７Ｒ・・・ロッド部  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０・・・キャビン  １４・・・油圧ポンプ  ３０・・・コントローラ  ４０・・・油圧モータ  ４０ａ・・・レギュレータ  ４０ｂ・・・第１ポート  ４０ｃ・・・第２ポート  １００・・・油圧アクチュエータ  Ｄ１〜Ｄ６・・・管路  Ｎ１・・・重力トルクＴ２・・・アクチュエータトルクＴ３・・・シリンダトルクＴ４・・・モータトルク  Ｔ・・・作動油タンク  Ｖ１・・・方向切替弁
【図１】
2015203470.tif 000003
【図２】
2015203470.tif 000004
【図３】
2015203470.tif 000005
【図４】
2015203470.tif 000006
【図５】
2015203470.tif 000007
【図６】
2015203470.tif 000008
【図７】
2015203470.tif 000009
【図８】
2015203470.tif 000010
【図９】
2015203470.tif 000011