(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧アクチュエータを操作する操作者が意図した操作性を十分に得ることができる作業機械の油圧制御装置の提供。【解決手段】方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積を演算する伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂと、左操作レバー１５Ａによる操作入力に応じて、目標アーム速度を演算するアーム速度算出器２６と、このアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度とアーム速度センサ１８Ｃによって検出された速度に基づいて、伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出された開口面積を補正する補正部とを有するコントローラを備え、補正部によって補正された開口面積に相当する流量の作動油を方向制御弁１６Ｃから流出させるようにした。【選択図】図５
2015197185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、前記油圧アクチュエータに対して給排される作動油の流量及び方向を制御する流量方向制御装置とを備えた作業機械に設けられ、
前記操作装置による操作入力に応じて、前記流量方向制御装置の動作を制御する制御部を備えた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の速度を検出する速度検出部を備え、
前記制御部は、
前記油圧アクチュエータから排出される作動油の絞り量を演算する絞り量演算部と、
前記操作装置による操作入力に応じて、前記油圧アクチュエータを動作させる速度の目標値を演算する目標速度演算部と、
この目標速度演算部によって演算された目標値と前記速度検出部によって検出された速度に基づいて、前記絞り量演算部によって演算された前記絞り量を補正する補正部とを有し、
この補正部によって補正された前記絞り量に相当する流量の作動油を前記流量方向制御装置から流出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、
前記補正部は、
前記目標速度演算部によって演算された目標値よりも前記速度検出部によって検出された速度が大きいとき、その差が大きい程、前記絞り量の補正量を増加させる補正を行う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に設けられ、油圧アクチュエータに対して給排される作動油の流量を制御する作業機械の油圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の作業機械は、原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された作動油によって動作するブームやアーム等の油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを操作する操作装置と、油圧アクチュエータに対して給排される作動油の流量及び方向を制御するコントロールバルブ等の流量方向制御装置とを備えている。このように構成された作業機械には、操作装置による操作入力に応じて、流量方向制御装置の動作を制御する制御部を備えた油圧制御装置が設けられている。
【０００３】
この種の油圧制御装置の従来技術の１つとして、流量方向制御装置にバイパスラインを設けたブリードオフ方式のシステムが知られている。ブリードオフ方式は、油圧ポンプから油圧アクチュエータへ供給される作動油の一部がバイパスラインを介して余剰油として排出されることにより、操作装置の操作入力に応じてシステム圧力を制御することができる。これにより、高い安定性を確保しつつ滑らかな操作感覚を得ることができるので、従来よりオーソドックスな方式として用いられている。しかし、ブリードオフ方式では、余剰油によるエネルギーの損失が発生する不都合があったので、余剰油を排出することなくエネルギーの損失を抑制することができる余剰油レスシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、油圧制御装置の他の従来技術の１つとして、油圧アクチュエータにかかる負荷が操作性に与える影響を考慮し、油圧ポンプから吐出された作動油を効率良く油圧アクチュエータに供給できるロードセンシング方式のシステムが知られている。このロードセンシング方式は、油圧アクチュエータの負荷を検出して補正を行うことにより、負荷に拘わらず、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御することができる。これにより、操作装置の操作入力に対して各油圧アクチュエータの高い速度制御性を実現することができるので、操作者が所望する各油圧アクチュエータの速度を迅速に得ることができる。
【０００５】
このように、余剰油レスシステムやロードセンシング方式のシステム等の油圧制御装置は、油圧アクチュエータへの油圧ポンプによるダイレクト駆動、圧力補償弁による流量制御機能、及び速度フィードバック制御機能等を取り入れることにより、掘削等の作業に伴って油圧アクチュエータが受ける負荷等の外乱に影響されず、油圧アクチュエータへ供給される流量を精度良く制御できる高機能な性能を有している。特に、これらの油圧制御装置は、油圧アクチュエータの供給側の圧油、すなわちメータイン側の作動油の流量を制御することにより、油圧アクチュエータの速度が目標値に追従するように構成されている。
【０００６】
一方、作業機械の流量方向制御装置は、油圧アクチュエータの自重や負荷等による逸走を防止するために油圧アクチュエータの排出側の圧油、すなわちメータアウト側の作動油の流量を絞る絞り（以下、便宜的にメータアウト絞りと呼ぶ）を含んでおり、このメータアウト絞りによって油圧アクチュエータの動作を減速させるブレーキの役割を果たす背圧を制御している。上述したように、高機能な性能を有する作業機械の油圧制御装置では、メータイン側の作動油の流量を制御することで油圧アクチュエータの速度制御を実現しており、背圧の大きさに拘わらず、油圧アクチュエータの速度は目標値に追従されるが、油圧アクチュエータの負荷を想定して逸走しない程度の背圧が確保されるようにメータアウト絞りの開口面積が設定される。すなわち、背圧の大きさはメータアウト絞りの開口面積に応じて決定される。
【０００７】
ここで、メータアウト絞りの開口面積をＡｍｏ、メータアウト絞りを流通する作動油の流量をＱ、メータアウト絞りの前後の有効差圧をΔＰとし、開口面積Ａｍｏをこれらの流量Ｑ及び有効差圧ΔＰで表すと、Ｃを比例定数として下記の数式（１）が成立する。
【数１】
2015197185.tif 000003
【０００８】
例えば、メータアウト絞りの開口面積は、必要とされるメータアウト側の作動油の流量と圧力の特性に合わせて上記の数式（１）に基づいて設定される。そのため、逸走を防止する観点から背圧を高めて油圧アクチュエータに対するブレーキ力を大きく機能させる場合には、メータアウト絞りの開口面積は数式（１）により小さく設定される。一方、背圧を低くして油圧アクチュエータに対するブレーキ力を抑える場合には、メータアウト絞りの開口面積は数式（１）により大きく設定される。このように、背圧の大きさはメータアウト絞りを設定することにより調整可能である。
【０００９】
油圧ショベル等の作業機械では、積荷の有無等により油圧アクチュエータが受ける負荷が異なることがあり、このような負荷のばらつきを考慮した上で油圧アクチュエータの逸走を防止したり、あるいは速度が過剰にならないように背圧を高く設定してブレーキ力を確保する必要があるので、メータアウト絞りの開口面積は比較的小さく設定されている。これにより、作業機械における油圧アクチュエータの逸走の防止や速度の抑制を実現することができるが、例えば油圧アクチュエータを加速させたいときのようにブレーキ力を確保する必要がないときであっても、必要以上の背圧によるブレーキが油圧アクチュエータに作用することになるので、無駄なエネルギーの損失が発生することが問題になっていた。
【００１０】
そこで、切換制御弁の出力側ポートに油圧アクチュエータを接続し、この油圧アクチュエータの戻り油路にメータアウト絞りと安全弁を設けた建設機械の油圧回路が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術の建設機械の油圧回路は、安全弁を可変リリーフ圧弁とこの可変リリーフ圧弁のリリーフ圧を制御するコントローラで構成し、このコントローラは、このリリーフ圧を油圧アクチュエータの供給側の油圧に応じて段階的に又は直線的に減少するように構成しているので、油圧アクチュエータの供給側の油圧が高くなったときには、可変リリーフ圧弁のリリーフ圧を減少させて背圧を低くすることにより、無駄なエネルギーの損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許３７４５０３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献２に開示された従来技術の建設機械の油圧回路では、上述したようにメータアウト側の可変リリーフ圧弁のリリーフ圧が油圧アクチュエータの供給側の油圧に応じて減少するように構成しており、油圧アクチュエータの速度が考慮されていないので、積荷等による油圧アクチュエータの負荷及び自重やメータアウト側の圧力等によっては、十分な背圧を確保することができず、油圧アクチュエータが逸走することを効果的に抑制することができない虞がある。
【００１３】
特に、油圧アクチュエータの供給側の油圧による可変リリーフ圧弁のリリーフ圧の制御により、メータアウト側の作動油の圧力が変化し易くなっているので、油圧アクチュエータが前後の差圧を受けることによって油圧アクチュエータにハンチングが発生することが懸念されている。このように、従来技術の建設機械の油圧回路は、操作者が操作装置を操作して油圧アクチュエータを動かしたときに、油圧アクチュエータの逸走やハンチング等の動作が発生し易く、操作者が意図した操作性を得ることができないことが問題になっている。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、油圧アクチュエータを操作する操作者が意図した操作性を十分に得ることが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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の作業機械の油圧制御装置は、原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、前記油圧アクチュエータに対して給排される作動油の流量及び方向を制御する流量方向制御装置とを備えた作業機械に設けられ、前記操作装置による操作入力に応じて、前記流量方向制御装置の動作を制御する制御部を備えた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の速度を検出する速度検出部を備え、前記制御部は、前記油圧アクチュエータから排出される作動油の絞り量を演算する絞り量演算部と、前記操作装置による操作入力に応じて、前記油圧アクチュエータを動作させる速度の目標値を演算する目標速度演算部と、この目標速度演算部によって演算された目標値と前記速度検出部によって検出された速度に基づいて、前記絞り量演算部によって演算された前記絞り量を補正する補正部とを有し、この補正部によって補正された前記絞り量に相当する流量の作動油を前記流量方向制御装置から流出させ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、制御部の補正部が、目標速度演算部によって演算された油圧アクチュエータの速度の目標値と速度検出部によって検出された油圧アクチュエータの速度に基づいて、絞り量演算部によって演算された絞り量を補正し、この補正した絞り量に相当する流量の作動油を流量方向制御装置から流出させるようにしているので、操作装置の操作入力に対する油圧アクチュエータの速度に応じて油圧アクチュエータの排出側の作動油の圧力を適切に制御することができる。
【００１７】
そのため、操作者が操作装置を操作して油圧アクチュエータを動かしたときに、仮に積荷等による油圧アクチュエータの負荷及び自重等の影響を受け、操作装置による操作入力に対して得られる速度の目標値よりも油圧アクチュエータの速度が大きくなっても、油圧アクチュエータにブレーキとして作用させる背圧を十分に確保することができる。これにより、油圧アクチュエータの逸走やハンチング等の動作の発生を効果的に抑制できるので、操作者が意図した操作性を十分に得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る作業機械の油圧制御装置は、前記発明において、前記補正部は、前記目標速度演算部によって演算された目標値よりも前記速度検出部によって検出された速度が大きいとき、その差が大きい程、前記絞り量の補正量を増加させる補正を行うことを特徴としている。
【００１９】
このように構成した本発明は、目標速度演算部によって演算された油圧アクチュエータの速度の目標値よりも速度検出部によって検出された油圧アクチュエータの速度が大きいときには、油圧アクチュエータの速度が操作装置の操作入力に対して過剰になっているので、制御部の補正部がこの目標値と油圧アクチュエータの速度との差に従って絞り量の補正量を増加させることにより、油圧アクチュエータが逸走し易い状態のときに背圧を効率良く高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の作業機械の油圧制御装置によれば、制御部の補正部が絞り量演算部によって演算された油圧アクチュエータの排出側の絞り量を補正することにより、操作装置の操作入力に対して油圧アクチュエータの速度を考慮した上で油圧アクチュエータの排出側の作動油の圧力を適切に制御できるので、油圧アクチュエータの逸走やハンチング等の動作の発生を効果的に抑制することができる。これにより、油圧アクチュエータを操作する操作者が意図した操作性を十分に得ることができるので、従来よりも作業機械の操作性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る油圧制御装置の第１実施形態が備えられる作業機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す図である。
【図２】本発明に係る作業機械の油圧制御装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図３】図２に示す方向制御弁の要部を示す図である。
【図４】図２に示す方向制御弁におけるスプールのストローク及び開口面積の関係を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に備えられたコントローラの構成を示す図である。
【図６】図５に示すアーム速度算出器の記憶部に記憶された目標速度テーブルの関数関係を説明する図である。
【図７】図５に示す伸長側開口面積算出器の記憶部に記憶された伸長側絞りテーブルの関数関係を説明する図である。
【図８】図５に示す収縮側開口面積算出器の記憶部に記憶された収縮側絞りテーブルの関数関係を説明する図である。
【図９】図５に示す補正値算出器の記憶部に記憶された補正テーブルの関数関係を説明する図である。
【図１０】本発明の第１実施形態における操作レバーの入力値、及びアームシリンダの伸長動作に対する方向制御弁のメータアウト側の開口面積の関係を説明する図であり、特にアーム引きの動作において目標アーム速度に対してアームシリンダが動作する速度が小さいときの関係を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態における操作レバーの入力値、及びアームシリンダの伸長動作に対する方向制御弁のメータアウト側の開口面積の関係を説明する図であり、特にアーム引きの動作において目標アーム速度に対してアームシリンダが動作する速度が大きいときの関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に備えられたコントローラの構成を示す図である。
【図１３】図９に示す補正値算出器の記憶部に記憶された補正テーブルの関数関係の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る作業機械の油圧制御装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
本発明に係る油圧制御装置の第１実施形態は、作業機械、例えば図１に示す油圧ショベル１に適用される。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に旋回装置３Ａを介して旋回可能に取付けられた旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４とから構成されている。
【００２４】
このフロント作業機４は、基端が旋回体３に回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有している。旋回体３は、前方に配置されたキャブ７と、後方に配置され、車体のバランスを保つカウンタウェイト６と、これらキャブ７とカウンタウェイト６との間に配置され、原動機としてのエンジン１１（図２参照）を格納するエンジンルーム５とを備えている。
【００２５】
旋回体３は、例えば図２に示すようにエンジン１１の駆動力で回転し、フロント作業機４を駆動する圧油として作動油を吐出する可変容量型斜板式油圧ポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと呼ぶ）１２を備え、この油圧ポンプ１２の回転軸に対する斜板（図示せず）の傾転角を変更して傾転量を調整する傾転量調整部１２Ａと、油圧ポンプ１２に吸入される作動油を貯蔵する作動油タンク１３と、油圧ポンプ１２から吐出された作動油によって動作する複数の油圧アクチュエータとを有している。
【００２６】
これらの油圧アクチュエータは、例えば旋回装置３Ａを駆動する旋回モータ３ａと、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａの上側に配置されると共にブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを含んでいる。
【００２７】
また、旋回体３は、油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃに対して給排される作動油の流量及び方向を制御する流量方向制御装置を備えており、この流量方向制御装置は、例えば油圧ポンプ１２と各旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃとの間に接続され、油圧ポンプ１２から吐出された作動油の方向を制御する方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄと、各油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃへ流入する作動油の流量を制御する流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄとから構成されている。なお、各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄは、例えばセンタバイパス油路がないクローズドセンタ型であり、ブリードオフ回路を備えていないものである。また、各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄは、図３に示すように４つのポートＡ，Ｂ，Ｔ，Ｐを有し、内部のスプールがストロークすることにより３つの切換位置Ｒ，Ｎ，Ｌに切り換えられる構成になっている。
【００２８】
キャブ７は、操作者が着座する運転シート（図示せず）と、この運転シートの近傍に設けられ、各油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃを操作する操作装置を有し、この操作装置は、例えば運転シートの左側方に配置され、旋回装置３Ａを左右に旋回させたり、あるいはアーム４Ｂを上下方向に回動させる操作を行う左操作レバー１５Ａと、運転席の右側方に配置され、ブーム４Ａを上下方向に回動させたり、あるいはバケット４Ｃを上下方向に回動させる操作を行う右操作レバー１５Ｂとを含んでいる。
【００２９】
旋回体３は、パイロット圧油としての作動油を各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄの左右の受圧室へ供給するパイロットポンプ（図示せず）と、操作レバー１５Ａ，１５Ｂによる操作が行われ、外部からの制御信号に応じてパイロットポンプから各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄの伸長側（右側）の受圧室へ供給される作動油の流量を制御する伸長側電磁弁１４Ａ（図５参照）と、操作レバー１５Ａ，１５Ｂによる操作が行われ、外部からの制御信号に応じてパイロットポンプから各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄの収縮側（左側）の受圧室へ供給される作動油の流量を制御する収縮側電磁弁１４Ｂ（図５参照）とを含んでいる。
【００３０】
左操作レバー１５Ａは、例えば前後左右の四方のうち左右方向の操作が行われることにより、図３に示すように伸長側電磁弁１４Ａ及び収縮側電磁弁１４Ｂを介してパイロット圧油のパイロット圧を旋回モータ３ａ側の方向制御弁１６Ａに作用させ、方向制御弁１６Ａの切換位置を右位置（右回転側）Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置（左回転側）Ｌのいずれかに切り換えるようにしている。
【００３１】
また、左操作レバー１５Ａは、例えば前後左右の四方のうち前後方向の操作が行われることにより、伸長側電磁弁１４Ａ及び収縮側電磁弁１４Ｂを介してパイロット圧油のパイロット圧をアームシリンダ４ｂ側の方向制御弁１６Ｃに作用させ、方向制御弁１６Ｃの切換位置を右位置（伸長側）Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置（収縮側）Ｌのいずれかに切り替えるようにしている。
【００３２】
従って、操作者は、左操作レバー１５Ａを左右方向へ操作することにより、旋回装置３Ａを左右に旋回させたり、あるいは左操作レバー１５Ａを前後方向へ操作することにより、アーム４Ｂを上下方向に回動させることができる。
【００３３】
右操作レバー１５Ｂは、例えば前後左右の四方のうち前後方向の操作が行われることにより、伸長側電磁弁１４Ａ及び収縮側電磁弁１４Ｂを介してパイロット圧油のパイロット圧をブームシリンダ４ａ側の方向制御弁１６Ｂに作用させ、方向制御弁１６Ｂの切換位置を右位置（伸長側）Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置（収縮側）Ｌのいずれかに切り替えるようにしている。
【００３４】
また、右操作レバー１５Ｂは、例えば前後左右の四方のうち左右方向の操作が行われることにより、伸長側電磁弁１４Ａ及び収縮側電磁弁１４Ｂを介してパイロット圧油のパイロット圧を方向制御弁１６Ｄに作用させ、方向制御弁１６Ｄの切換位置を右位置（伸長側）Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置（収縮側）Ｌのいずれかに切り替えるようにしている。
【００３５】
従って、操作者は、右操作レバー１５Ｂを前後方向へ操作することにより、ブーム４Ａを上下方向に回動させたり、あるいは右操作レバー１５Ｂを左右方向へ操作することにより、バケット４Ｃを上下方向に回動させることができる。
【００３６】
ここで、各流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄは、例えば図２に示すように油圧ポンプ１２と、油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃとの間に設けられ、外部信号により通過する作動油の流量を調整して方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄへの供給圧力を制御する電磁比例減圧弁等の圧力制御弁から成っている。従って、各流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄは、上流側の油圧ポンプ１２の圧力を１次側圧力（入力圧力）として後述のコントローラ２０からの指令信号を受けて制限し、２次側圧力（出力圧力）に相当する流量の作動油を圧油として各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄへ供給する並列の回路構成となっている。
【００３７】
各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄは、切換位置を右位置Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置Ｌのいずれかに切り換えることにより、内部のスプールのストロークに対して、油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃの供給側、すなわちメータイン側（ＰＢ又はＰＡ）の開口面積及び油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃの排出側、すなわちメータアウト側（ＡＴ又はＢＴ）の開口面積が設定されるように構成されているが、上述したように各流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄが各油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃへ供給される作動油の流量を制御しているので、図４に示すように省エネルギーの観点からスプールのストロークに対して、メータイン側（ＰＢ又はＰＡ）の開口面積をメータアウト側（ＡＴ又はＢＴ）の開口面積よりも大きく設定している。これにより、各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄは、メータイン側において開き勝手となり、通常のオープンセンタ型における作動油の油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃへの分配制御に用いられる圧力損失を付加する絞り機能を必要としない。
【００３８】
従って、各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄは、操作レバー１５Ａ，１５Ｂの操作入力を受けて切換位置を右位置Ｒ、中立位置Ｎ、及び左位置Ｌのいずれかに切り換えることにより、メータイン側の作動油の方向（流れ）を制御して作動油を油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃへ供給すると共に、メータアウト側の作動油の流量及び方向（流れ）を制御して油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃからの作動油を作動油タンク１３へ排出するようになっている。
【００３９】
本発明の第１実施形態は、各方向制御弁１６Ａ〜１６Ｄと油圧ポンプ１２とを接続する管路に設けられ、油圧ポンプ１２の吐出圧を検出する吐出圧検出部としての吐出圧センサ１７と、各油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃの速度を検出する速度検出部としての速度センサ１８Ａ〜１８Ｄと、油圧ポンプ１２と各流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄとの間に接続され、油圧ポンプ１２から吐出される作動油が過剰となった場合に、作動油を作動油タンク１３へ流出させるリリーフ弁２１とを有している。
【００４０】
そして、本発明の第１実施形態は、各操作レバー１５Ａ，１５Ｂによる操作入力を受けて流量方向制御装置１６Ａ〜１６Ｄ，１９Ａ〜１９Ｄの動作を制御する制御部としてのコントローラ２０を備えており、このコントローラ２０には、操作レバー１５Ａ，１５Ｂ、吐出圧センサ１７、速度センサ１８Ａ〜１８Ｄ、傾転量調整部１２Ａ、及び流入制御弁１９Ａ〜１９Ｄが接続されている。このように、油圧ショベル１は、油圧源である油圧ポンプ１２、複数の油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃ、及びこれらの油圧アクチュエータ３ａ，４ａ〜４ｃを駆動する複数の弁を含む複数の回路で構成されることにより、複合動作等を行うことができる。
【００４１】
以下、本発明の第１実施形態に係るコントローラ２０の構成について図５を参照して詳細に説明するが、旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、及びバケットシリンダ４ｃの制御はアームシリンダ４ｂの制御と同様に行われるので、旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、及びバケットシリンダ４ｃの制御に関する構成及び動作の説明を省略している。
【００４２】
コントローラ２０は、アームシリンダ４ｂから排出される作動油の絞り量を演算する絞り量演算部２５と、左操作レバー１５Ａによる操作入力に応じて、アームシリンダ４ｂを動作させる速度の目標値（以下、便宜的に目標アーム速度と呼ぶ）を演算する目標速度演算部としてのアーム速度算出器２６と、このアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度と速度センサ（以下、便宜的にアーム速度センサと呼ぶ）１８Ｃによって検出された速度に基づいて、絞り量演算部２５によって演算された絞り量を補正する後述の補正部とを有し、この補正部によって補正された絞り量に相当する流量の作動油を方向制御弁１６Ｃから流出させるようにしている。
【００４３】
具体的には、アーム速度算出器２６は、例えば図６に示すように左操作レバー１５Ａの入力値Ｘと予め設定された目標アーム速度ＶＡとの関係を示す目標速度テーブルを記憶する記憶部（図示せず）を備えている。この記憶部の目標速度テーブルは、左操作レバー１５Ａの入力値Ｘが大きくなるに従って目標アーム速度ＶＡが増加する関数関係を有し、この関数関係は、アーム４Ｂの上方向の動作と下方向の動作においてそれぞれ同等の性能が要求されることを考慮して原点を中心とする点対象に設定されている。なお、左操作レバー１５Ａの入力値Ｘは、例えば操作方向が左方向又は前方向のときに正の値（＋）となり、操作レバー１５Ａの操作方向が右方向又は後方向のときに負の値（−）となる。また、目標速度テーブルの関数関係における目標アーム速度ＶＡが負の値（−）のときは、正の値（＋）のときの目標アーム速度ＶＡに対して逆方向であることを示している。
【００４４】
目標速度テーブルの関数関係は、最小値ＶＡｍｉｎ及び最大値ＶＡｍａｘを有し、左操作レバー１５Ａの入力値Ｘの絶対値が大きくなるに従ってこの入力値Ｘに対する目標アーム速度ＶＡの傾きの絶対値が段階的に増加するように設定されている。アーム速度算出器２６は、このように設定された目標速度テーブルの関数関係に対し、左操作レバー１５Ａの入力値Ｘを適用して目標アーム速度ＶＡを算出するようにしている。
【００４５】
絞り量演算部２５は、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて、伸長方向へ動作するアームシリンダ４ｂの排出側の作動油の絞り量、すなわち方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積を算出する伸長側開口面積算出器２５Ａと、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて、収縮方向へ動作するアームシリンダ４ｂの排出側の作動油の絞り量、すなわち方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積を算出する収縮側開口面積算出器２５Ｂとから構成されている。
【００４６】
ここで、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側を流通する作動油の流量はアームシリンダ４ｂの速度とアームシリンダ４ｂの有効断面積等により求められるが、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側を流通する作動油の流量をＱ、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積をＡ、方向制御弁１６Ｃの前後の有効差圧をΔＰ、流量係数をＣ、作動油密度をρとし、流量Ｑをこれらの開口面積Ａ、有効差圧ΔＰ、流量係数Ｃ、及び作動油密度ρで表すと、下記の数式（２）が成立する。
【数２】
2015197185.tif 000004
【００４７】
伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂによる方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａの算出は、上記の数式（２）に示される特性を考慮して行われる。伸長側開口面積算出器２５Ａは、例えば図７に示すようにアーム速度算出器２６によって算出される目標アーム速度ＶＡと、予め設定された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲとの関係を示す伸長側絞りテーブルを記憶する記憶部（図示せず）を備えている。
【００４８】
この記憶部の伸長側絞りテーブルは、目標アーム速度ＶＡが正の値（＋）のとき、目標アーム速度ＶＡが大きくなるに従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲが増加し、目標アーム速度ＶＡが負の値（−）のとき、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲが０である関数関係を有している。伸長側開口面積算出器２５Ａは、このように設定された伸長側絞りテーブルの関数関係に対し、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡを適用して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲを算出するようにしている。
【００４９】
同様に、収縮側開口面積算出器２５Ｂは、例えば図８に示すようにアーム速度算出器２６によって算出される目標アーム速度ＶＡと、予め設定された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＬとの関係を示す収縮側絞りテーブルを記憶する記憶部（図示せず）を備えている。
【００５０】
この記憶部の収縮側絞りテーブルは、目標アーム速度ＶＡが負の値（−）のとき、目標アーム速度ＶＡが小さくなるに従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＬが増加し、目標アーム速度ＶＡが正の値（＋）のとき、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＬが０である関数関係を有している。収縮側開口面積算出器２５Ｂは、このように設定された収縮側絞りテーブルの関数関係に対し、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡを適用して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＬを算出するようにしている。
【００５１】
前述の補正部は、例えばアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡよりもアーム速度センサ１８Ｃによって検出された速度が大きいとき、その差が大きい程、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正量を増加させる補正を行うものである。例えば、補正部は、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡとアーム速度センサ１８Ｃによって検出された速度との偏差ｅを算出し、この算出した偏差ｅに基づいて、伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂによってそれぞれ算出された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値を算出する補正値算出器２７を含んでいる。なお、符号算出器３２は目標アーム速度ＶＡが正の値（＋）で１を出力し、負の値（−）で−１を出力し、符号算出器３２の出力と偏差ｅとの積を乗算器３３にて求め、乗算器３３からの出力を補正値算出器２７に出力する。これにより目標アーム速度ＶＡが負の値（−）のときも補正が対応できる。
【００５２】
この補正値算出器２７は、図９に示すようにアーム速度算出器２６によって算出される目標アーム速度ＶＡとアーム速度センサ１８Ｃによって検出されるアームシリンダ４ｂの速度の偏差ｅと、予め設定された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋとの関係を示す補正テーブルを記憶する記憶部（図示せず）を含んでいる。この記憶部の補正テーブルは、偏差ｅが正の値（＋）のとき、方向制御弁１６のメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋが０となり、偏差ｅが負の値（−）のとき、偏差ｅの絶対値が大きくなるに従って方向制御弁１６のメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋの絶対値、すなわち補正量が増加する関数関係を有している。
【００５３】
補正値算出器２７は、このように設定された補正テーブルの関数関係に対し、算出した偏差ｅを適用して方向制御弁１６のメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬに対する補正値Ｋを算出するようにしている。補正部は、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋを伸長側開口面積算出器２５Ａによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＲに加算し、その加算結果をアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｒとすると共に、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋを収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＬに加算し、その加算結果をアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｌとする補正を行うようにしている。
【００５４】
このように、伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出される方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬは補正部によって補正されるので、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬは、通常設定される開口面積よりも若干大きく設定されている。すなわち、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の絞り特性は、本来のメータアウト側の絞り特性よりも若干開き勝手に設定されている。
【００５５】
本発明の第１実施形態では、コントローラ２０は、補正部によって補正されたアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｒに対応する指令信号を伸長側電磁弁１４Ａへ出力する伸長側バルブ出力算出器２９Ａと、補正部によって補正されたアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｌに対応する指令信号を収縮側電磁弁１４Ｂへ出力する収縮側バルブ出力算出器２９Ｂとを備えている。なお、これらの伸長側バルブ出力算出器２９Ａ及び収縮側バルブ出力算出器２９Ｂは、補正部によって補正された各開口面積Ａｒ，Ａｌが補正値Ｋと一致したときには、指令信号を各電磁弁１４Ａ，１４Ｂへ出力しないようにしている。
【００５６】
また、コントローラ２０は、アーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度とアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて、アームシリンダ４ｂの駆動圧の目標値（以下、便宜的に目標アーム駆動圧と呼ぶ）を算出する目標アーム駆動圧算出器３０と、吐出圧センサ１７によって検出された油圧ポンプ１２の吐出圧、及び目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に応じて、油圧ポンプ１２の吐出圧の目標値（以下、便宜的に目標吐出圧と呼ぶ）を演算し、油圧ポンプ１２の吐出圧をこの演算した目標吐出圧に制御する油圧ポンプ制御部３１とを備えている。
【００５７】
目標アーム駆動圧算出器３０は、図示されないが、アーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度とアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡとの偏差に基づいて、比例制御、微分制御、及び積分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御部を有している。
【００５８】
このＰＩＤ制御部は、アーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度とアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに対してＰＩＤ制御を行うことにより、アームシリンダ４ｂの速度を目標アーム速度ＶＡに一致させるのに必要とされる目標アーム駆動圧を算出するようにしている。
【００５９】
流入制御弁１９Ｃは、このように目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に応じて、アームシリンダ４ｂへ流入する作動油の流量を設定するようにしている。油圧ポンプ制御部３１は、演算した目標吐出圧の制御信号を傾転量制御部１２Ａに入力し、この傾転量制御部１２Ａは、油圧ポンプ制御部３１から入力した目標吐出圧の制御信号に応じて油圧ポンプ１２の傾転量を調整するようにしている。
【００６０】
次に、本発明の第１実施形態に係るコントローラ２０による制御動作について説明するが、説明を分かり易くするためにアーム引きの動作（アームシリンダ４ｂの伸長動作）が行われたときのコントローラ２０による制御動作について説明する。最初に、積荷等による重負荷により目標アーム速度ＶＡに対してアームシリンダ４ｂが動作する速度が小さい場合について示す。
【００６１】
まず、キャブ７に乗車した操作者は、例えばアーム引きを行うために左操作レバー１５Ａを前方向へ操作すると、アーム速度算出器２６は、左操作レバー１５Ａによる操作入力の操作信号を受信し、この操作信号の入力値Ｘ（＞０）を目標速度テーブルの関数関係（ＶＡ＞０，Ｘ＞０）に適用して目標アーム速度ＶＡを算出する（ＶＡ＞０）。そして、アーム速度算出器２６は、算出結果（ＶＡ＞０）を伸長側開口面積算出器２５Ａ、収縮側開口面積算出器２５Ｂ、及び補正部へ送信する。
【００６２】
次に、伸長側開口面積算出器２５Ａは、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）を伸長側絞りテーブルの関数関係（ＡＲ＞０，ＶＡ＞０）に適用することにより、アームシリンダ４ｂの伸長動作に対する方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前の開口面積ＡＲを算出する（ＡＲ＞０）。同様に、収縮側開口面積算出器２５Ｂは、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）を収縮側絞りテーブルの関数関係（ＡＬ＝０，ＶＡ＞０）に適用することにより、アームシリンダ４ｂの収縮動作に対する方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前の開口面積ＡＬを算出する（ＡＬ＝０）。
【００６３】
一方、補正部の補正値算出器２７は、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）とアーム速度センサ１８Ｃによって検出された速度との偏差ｅを算出する。このとき、目標アーム速度ＶＡ（＞０）に対してアームシリンダの速度は小さいので、偏差ｅは正の値（＋）となる（ｅ＞０）。次に、補正値算出器２７は、算出した偏差ｅ（＞０）を補正テーブルの関数関係（Ｋ＝０，ｅ＞０）に適用して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋ（＝０）を算出する。
【００６４】
そして、補正部は、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋ（＝０）を伸長側開口面積算出器２５Ａによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＲ（＞０）に加算し、その加算結果（ＡＲ＞０）をアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｒとして求めると共に（Ａｒ＝ＡＲ＞０）、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋ（＝０）を収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＬ（＝０）に加算し、その加算結果（ＡＬ＝０）をアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｌとして求める（Ａｌ＝ＡＬ＝０）。補正部は、算出したこれらの加算結果（Ａｒ＞０，Ａｌ＝０）を伸長側バルブ出力算出器２９Ａ及び収縮側バルブ出力算出器２９Ｂへそれぞれ送信する。
【００６５】
次に、伸長側バルブ出力算出器２９Ａは、受信したアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｒ（＞０）に対応する指令信号を伸長側電磁弁１４Ａへ出力するが、収縮側バルブ出力算出器２９Ｂは、受信したアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｌが０となるので、指令信号を収縮側電磁弁１４Ｂへ出力しない。これにより、パイロットポンプから導かれたパイロット圧油が伸長側電磁弁１４Ａによって方向制御弁１６Ｃの右側の受圧室へ供給されるが、パイロット圧油が収縮側電磁弁１４Ｂによって方向制御弁１６Ｃの左側の受圧室へ供給されないので、方向制御弁１６Ｃはメータアウト側のスプールが開口面積Ａｒ（＝ＡＲ）だけストロークして中立位置Ｎから右位置Ｒに切り換えられる。
【００６６】
一方、目標アーム駆動圧算出器３０は、アーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度とアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて目標アーム駆動圧を算出すると、この算出結果を油圧ポンプ制御部３１へ送信すると共に、この目標アーム駆動圧に対応する指令信号を流入制御弁１９Ｃへ出力する。そして、油圧ポンプ制御部３１は、吐出圧センサ１７によって検出された油圧ポンプ１２の吐出圧、及び目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に応じて目標吐出圧を演算し、油圧ポンプ１２の吐出圧をこの演算した目標吐出圧に制御する。これにより、目標吐出圧に対応する流量の作動油が油圧ポンプ１２から吐出されるので、目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に対応する流量が流入制御弁１９Ｃからアームシリンダ４ｂへ流入し、アームシリンダ４ｂが伸長してアーム引きの動作が行われる。
【００６７】
ここで、図１０に示すように、本発明の第１実施形態におけるアームシリンダ４ｂの伸長動作に対する方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，Ａｒの比較例として、従来技術におけるメータアウト側の開口面積をＡＢとすると、本発明の第１実施形態におけるメータアウト側の補正前（初期状態）の開口面積ＡＲは、通常設定される開口面積、すなわち従来技術におけるメータアウト側の開口面積ＡＢよりも若干大きく設定されている（ＡＲ＞ＡＢ）。
【００６８】
従って、本発明の第１実施形態におけるアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｒは補正前の開口面積ＡＲと等しいので（Ａｒ＝ＡＲ）、操作者が左操作レバー１５Ａを前方向へ操作した状態で保持したとき（Ｘ＝Ｘ１）、メータアウト側の補正後の開口面積Ａｒ１（Ａｒ＝Ａｒ１）は従来技術における開口面積ＡＢ１（ＡＢ＝ＡＢ１）よりも大きくなる（Ａｒ１＞ＡＢ１）。そのため、操作者は左操作レバー１５Ａを保持して同じ流量の作動油を方向制御弁１６Ｃへ流したときには、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側における圧力損失を開口面積ＡＲ１の初期設定に相当する分、すなわち絞り相当分低減することができる。これにより、アーム引きの動作が行われ、目標アーム速度ＶＡに対してアームシリンダ４ｂが動作する速度が小さい場合に、油圧ショベル１の動力損失を抑えることができる。
【００６９】
次に、積荷等による軽負荷により目標アーム速度に対してアームシリンダが動作する速度が大きい場合（逸走し易い状態）について示す。
【００７０】
まず、キャブ７に乗車した操作者は、例えばアーム引きを行うために左操作レバー１５Ａを前方向へ操作すると、アーム速度算出器２６は、左操作レバー１５Ａによる操作入力の操作信号を受信し、この操作信号の入力値Ｘ（＞０）を目標速度テーブルの関数関係（ＶＡ＞０，Ｘ＞０）に適用して目標アーム速度ＶＡを算出する（ＶＡ＞０）。そして、アーム速度算出器２６は、算出結果（ＶＡ＞０）を伸長側開口面積算出器２５Ａ、収縮側開口面積算出器２５Ｂ、及び補正部へ送信する。
【００７１】
次に、伸長側開口面積算出器２５Ａは、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）を伸長側絞りテーブルの関数関係（ＡＲ＞０，ＶＡ＞０）に適用することにより、アームシリンダ４ｂの伸長動作に対する方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前の開口面積ＡＲを算出する（ＡＲ＞０）。同様に、収縮側開口面積算出器２５Ｂは、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）を収縮側絞りテーブルの関数関係（ＡＬ＝０，ＶＡ＞０）に適用することにより、アームシリンダ４ｂの収縮動作に対する方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前の開口面積ＡＬを算出する（ＡＬ＝０）。
【００７２】
一方、補正部の補正値算出器２７は、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡ（＞０）とアーム速度センサ１８Ｃによって検出された速度との偏差ｅを算出する。このとき、目標アーム速度ＶＡ（＞０）に対してアームシリンダの速度は大きいので、偏差ｅは負の値（−）となる（ｅ＜０）。次に、補正値算出器２７は、算出した偏差ｅ（＜０）を補正テーブルの関数関係（Ｋ＜０，ｅ＜０）に適用して方向制御弁１６のメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋ（＜０）を算出する。
【００７３】
そして、補正部は、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋ（＜０）を伸長側開口面積算出器２５Ａによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＲ（＞０）に加算し、その加算結果（ＡＲ＋Ｋ）をアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｒとして求めると共に（Ａｒ＝ＡＲ＋Ｋ）、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋ（＜０）を収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出されたメータアウト側の開口面積ＡＬ（＝０）に加算し、その加算結果（Ｋ）をアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｌとして求める（Ａｌ＝Ｋ）。補正部は、算出したこれらの加算結果（Ａｒ＝ＡＲ＋Ｋ，Ａｌ＝Ｋ）を伸長側バルブ出力算出器２９Ａ及び収縮側バルブ出力算出器２９Ｂへそれぞれ送信する。
【００７４】
次に、伸長側バルブ出力算出器２９Ａは、受信したアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｒ（＝ＡＲ＋Ｋ）に対応する指令信号を伸長側電磁弁１４Ａへ出力するが、収縮側バルブ出力算出器２９Ｂは、受信したアームシリンダ４ｂの収縮動作に対するメータアウト側の開口面積Ａｌが補正値Ｋと一致するので（Ａｌ＝Ｋ）、指令信号を収縮側電磁弁１４Ｂへ出力しない。これにより、パイロットポンプから導かれたパイロット圧油が伸長側電磁弁１４Ａによって方向制御弁１６Ｃの右側の受圧室へ供給されるが、パイロット圧油が収縮側電磁弁１４Ｂによって方向制御弁１６Ｃの左側の受圧室へ供給されないので、方向制御弁１６Ｃはメータアウト側のスプールが開口面積Ａｒ（＝ＡＲ＋Ｋ）だけストロークして中立位置Ｎから右位置Ｒに切り換えられる。
【００７５】
一方、目標アーム駆動圧算出器３０は、アーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度とアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて目標アーム駆動圧を算出すると、この算出結果を油圧ポンプ制御部３１へ送信すると共に、この目標アーム駆動圧に対応する指令信号を流入制御弁１９Ｃへ出力する。そして、油圧ポンプ制御部３１は、吐出圧センサ１７によって検出された油圧ポンプ１２の吐出圧、及び目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に応じて目標吐出圧を演算し、油圧ポンプ１２の吐出圧をこの演算した目標吐出圧に制御する。これにより、目標吐出圧に対応する流量の作動油が油圧ポンプ１２から吐出されるので、目標アーム駆動圧算出器３０によって算出された目標アーム駆動圧に対応する流量が流入制御弁１９Ｃからアームシリンダ４ｂへ流入し、アームシリンダ４ｂが伸長してアーム引きの動作が行われる。
【００７６】
図１１に示すように、本発明の第１実施形態における方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前（初期状態）の開口面積ＡＲは、上述したように通常設定される開口面積、すなわち従来技術におけるメータアウト側の開口面積ＡＢよりも若干大きく設定されているが（ＡＲ＞ＡＢ）、本発明の第１実施形態におけるアームシリンダ４ｂの伸長動作に対するメータアウト側の補正後の開口面積Ａｒは補正前の開口面積ＡＲに負の値（−）である補正値Ｋを加算したものであるので（Ａｒ＝ＡＲ＋Ｋ）、操作者が左操作レバー１５Ａを前方向へ操作した状態で保持したとき（Ｘ＝Ｘ１）、メータアウト側の補正後の開口面積Ａｒ１（Ａｒ＝Ａｒ１＝ＡＲ１＋Ｋ）は補正前（初期状態）の開口面積ＡＲ１よりも小さくなり（Ａｒ１＜ＡＲ１）、従来技術における開口面積ＡＢ１（ＡＢ＝ＡＢ１）により近い値となる。そのため、操作者は左操作レバー１５Ａを保持して同じ流量の作動油を方向制御弁１６Ｃへ流したときには、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側における圧力損失を絞り相当分増大させることができる。
【００７７】
これにより、アーム引きの動作が行われ、目標アーム速度ＶＡに対してアームシリンダ４ｂが動作する速度が大きい場合に、背圧を高めてアームシリンダ４ｂに対するブレーキ力を大きくすることができる。すなわち、本発明の第１実施形態は、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の補正前（初期状態）の開口面積ＡＲを従来技術におけるメータアウト側の開口面積ＡＢよりも開き勝手にしているにも拘わらず、補正部による補正によって従来技術におけるメータアウト側の開口面積ＡＢに対して同程度の開口面積Ａｒに制御され、背圧を十分に確保することができる。
【００７８】
このように構成した本発明の第１実施形態によれば、コントローラ２０の補正部が伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂによって算出されたアームシリンダ４ｂのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬを補正することにより、操作レバー１５Ａ，１５Ｂの操作入力に対してアームシリンダ４ｂの速度を考慮した上でアームシリンダ４ｂのメータアウト側の作動油の圧力を適切に制御することができる。
【００７９】
そのため、操作者が左操作レバー１５Ａを操作してアームシリンダ４ｂを動かしたときに、仮に積荷等によるアームシリンダ４ｂの負荷及び自重等の影響を受け、左操作レバー１５Ａよる操作入力に対して得られる目標アーム速度ＶＡよりもアームシリンダ４ｂの速度が大きくなっても、アームシリンダ４ｂにブレーキとして作用させる背圧を十分に確保することができる。これにより、アームシリンダ４ｂの逸走やハンチング等の動作の発生を効果的に抑制できるので、操作者が意図した操作性を十分に得ることができ、油圧ショベル１の操作性能を向上させることができる。
【００８０】
また、本発明の第１実施形態は、補正値算出器２７は、記憶部に設定された補正テーブルの関数関係に対し、算出した偏差ｅを適用して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正量を算出するようにしている。そのため、上述したようにアーム引きの動作においてアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡよりもアーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度が大きいときには、アームシリンダ４ｂの速度が左操作レバー１５Ａの操作入力に対して過剰になっているので、コントローラ２０の補正部がこの目標アーム速度ＶＡとアームシリンダ４ｂの速度との差に従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲの補正量を増加させることにより、アームシリンダ４ｂが逸走し易い状態のときに背圧を効率良く高めることができる。
【００８１】
従って、アームシリンダ４ｂの動作状態に合わせて背圧によるブレーキを作用させることができるので、良好な操作感覚が得られる装置を提供することができる。特に、本発明の第１実施形態では、補正値算出器２７の記憶部に設定された補正テーブルの関数関係において偏差ｅが正の値（＋）のときに補正値Ｋが０になっているので、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａｒ，Ａｌに対する制御を必要に応じて介入させることができ、優れた制御効率を得ることができる。
【００８２】
一方、アーム引きの動作においてアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡよりもアーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度が小さいときには、コントローラ２０の補正部が方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲの補正を行わないので、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側で発生する余分な圧力損失を低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００８３】
［第２実施形態］
図１２は本発明の第２実施形態に備えられたコントローラの構成を示す図である。
【００８４】
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、図１２に示すように第１実施形態の方向制御弁１６Ｃの下流側に制御弁４０を設けたものであり、本発明の第２実施形態の基本構成は、上述した第１実施形態の基本構成と同様である。従って、以下の説明において、第１実施形態の構成と重複又は対応する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、第１実施形態と同様に、アームシリンダ４ｂの制御に関する構成及び動作を説明し、旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、及びバケットシリンダ４ｃの制御に関する構成及び動作の説明を省略している。
【００８５】
本発明の第２実施形態は、第１実施形態に係る流入制御弁１９Ｃが設けられておらず、各伸長側電磁弁１４Ａ及び収縮側電磁弁１４Ｂは、左操作レバー１５Ａによる操作入力の操作信号を受信し、この操作信号の入力値に応じてパイロットポンプから方向制御弁１６Ｃの伸長側（右側）及び収縮側（左側）の受圧室へ供給される作動油の流量を制御するようにしている。また、油圧ポンプ制御部３１は、左操作レバー１５Ａによる操作入力の操作信号を受信し、この操作信号の入力値に応じて油圧ポンプ１２の吐出圧を制御するようにしている。
【００８６】
絞り量演算部は、第１実施形態に係る伸長側開口面積算出器２５Ａ及び収縮側開口面積算出器２５Ｂの代わりに、アーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡに基づいて、アームシリンダ４ｂの排出側の作動油の絞り量、すなわち方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａ１を算出する第１の開口面積算出器３５から構成されている。なお、この第１の開口面積算出器３５Ａは、左操作レバー１５Ａの操作入力の入力値に対して絶対値をとるようにしている。
【００８７】
補正部は、第１実施形態に係る補正値算出器２７に加え、補正値算出器２７によって算出された補正値Ｋを第１の開口面積算出器３５によって算出された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａ１に加算し、その加算結果をアームシリンダ４ｂのメータアウト側の開口面積Ａとして補正した後、第１の開口面積算出器３５によって算出された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａ１及びメータアウト側の補正後の開口面積Ａに応じて、制御弁４０の開口面積Ａ２を算出する第２の開口面積算出器３６を含んでいる。
【００８８】
この第２の開口面積算出器３６は、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａ１に直列に設けられた制御弁４０の開口面積Ａ２を算出するものであり、アームシリンダ４ｂのメータアウト側の開口面積Ａは、これらの開口面積Ａ１，Ａ２を合成した等価な開口面積として下記の数式（３）が成立する。
【数３】
2015197185.tif 000005
【００８９】
従って、第２の開口面積算出器３６は、第１の開口面積算出器３５によって算出された方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａ１及びアームシリンダ４ｂのメータアウト側の開口面積Ａを上記数式（３）に代入することにより、制御弁４０の開口面積Ａ２を算出するようにしている。本発明の第２実施形態では、コントローラ２０は、第１実施形態に係るバルブ出力算出器２９Ａ，２９Ｂの代わりに、第２の開口面積算出器３６によって算出された開口面積Ａ２に対応する指令信号を制御弁４０へ出力するバルブ出力算出器３９を備えている。その他の構成は第１実施形態と同じである。
【００９０】
このように構成した本発明の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる他、方向制御弁１６Ｃに対して直列に制御弁４０を設けることにより、第１実施形態において絞り量演算部２５及び補正部で行われた方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａｒ，Ａｌの制御を制御弁４０の開口面積Ａ２の制御によって実行することができる。このように、本発明の第２実施形態は、方向制御弁１６Ｃの開口面積Ａ１の制御と制御弁４０の開口面積Ａ２の制御を分けることができるので、制御ロジックを簡素化することができる。
【００９１】
なお、上述した本発明の第１、第２実施形態では、アーム速度算出器２６は、左操作レバー１５Ａによる操作入力の操作信号を受信し、この操作信号の入力値Ｘを用いて目標アーム速度ＶＡを算出した場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、左操作レバー１５Ａが電気レバーで構成されていれば、アーム速度算出器２６は、この電気レバーの電気信号の入力値を用いて目標アーム速度ＶＡを算出しても良いし、左操作レバー１５Ａがパイロット駆動方式のレバーで構成されていれば、左操作レバー１５Ａによる操作入力に応じたパイロット圧を検出する圧力センサを設けることにより、アーム速度算出器２６は、この圧力センサの検出信号の検出値を用いて目標アーム速度ＶＡを算出しても良い。
【００９２】
また、本発明の第１実施形態では、補正値算出器２７の記憶部に記憶された補正テーブルは、図９に示すように偏差ｅが正の値（＋）のとき、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋが０となり、偏差ｅが負の値（−）のとき、偏差ｅの絶対値が大きくなるに従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値Ｋの絶対値、すなわち補正量が増加する関数関係に設定された場合について説明したが、この場合に限られない。
【００９３】
例えば、補正テーブルは、図１３（ａ）に示すように偏差ｅが正の値（＋）のときにも、偏差ｅが大きくなるに従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲ，ＡＬの補正値が増加する関数関係に設定されても良い。これにより、アーム引き動作においてアーム速度算出器２６によって算出された目標アーム速度ＶＡよりもアーム速度センサ１８Ｃによって検出されたアームシリンダ４ｂの速度が小さいときには、補正部がこの目標アーム速度ＶＡとアームシリンダ４ｂの速度との差に従って方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積ＡＲの補正量を増加して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａｒを増加させることができるので、アームシリンダ４ｂの速度を目標アーム速度ＶＡに迅速に到達させることができる。
【００９４】
また、補正テーブルは、図１３（ｂ）に示すように偏差ｅが大きくなるに従って補正値Ｋが段差状に設定されても良い。これにより、左操作レバー１５Ａによる操作入力に対して方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａｒ，Ａｌが緩やかに変化するので、アームシリンダ４ｂのきめ細かな動作を実現することができる。これにより、アームシリンダ４ｂに対する操作性をより向上させることができる。さらに、補正値算出器２７は、これらの補正テーブルを用いて補正値Ｋを算出する際にヒステリシス等を設定しても良い。これにより、方向制御弁１６Ｃのメータアウト側の開口面積Ａｒ，Ａｌの制御においてチャタリングが発生することを防止することができる。
【００９５】
本発明の第１、第２実施形態では、油圧ショベル１が、油圧ポンプ１２と、旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃの４つの油圧アクチュエータとを備えた場合について説明したが、この場合に限らず、例えば油圧ポンプは２つ以上あっても良いし、油圧アクチュエータは、旋回モータ３ａ、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃ以外のものを含んでも良い。特に、本発明の第１、第２実施形態では、アームシリンダ４ｂの制御に関する構成及び動作について詳細に説明したが、アームシリンダ４ｂ以外の油圧アクチュエータ３ａ，４ａ，４ｃに対してもアームシリンダ４ｂと同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  油圧ショベル（作業機械）
３  旋回体
３Ａ  旋回装置
３ａ  旋回モータ（油圧アクチュエータ）
４  フロント作業機
４Ａ  ブーム
４ａ  ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４Ｂ  アーム
４ｂ  アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４Ｃ  バケット
４ｃ  バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１１  エンジン（原動機）
１２  油圧ポンプ
１２Ａ  傾転量調整部
１３  作動油タンク
１４Ａ  伸長側電磁弁
１４Ｂ  収縮側電磁弁
１５Ａ  左操作レバー（操作装置）
１５Ｂ  右操作レバー（操作装置）
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ  方向制御弁（流量方向制御装置）
１７  吐出圧センサ（吐出圧検出部）
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ  速度センサ（速度検出部）
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ  流入制御弁（流量方向制御装置）
２０  コントローラ（制御部）
２１  リリーフ弁
２５  絞り量演算部
２５Ａ  伸長側開口面積算出器
２５Ｂ  収縮側開口面積算出器
２６  アーム速度算出器（目標速度演算部）
２７  補正値算出器（補正部）
２９Ａ  伸長側バルブ出力算出器
２９Ｂ  収縮側バルブ出力算出器
３０  目標アーム駆動圧算出器
３１  油圧ポンプ制御部
３５  第１の開口面積算出器
３６  第２の開口面積算出器
３９  バルブ出力算出器
４０  制御弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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