(57)【要約】【課題】  流体圧制御装置及び流体圧制御方法に関し、簡素な構成で、流体圧アクチュエータの操作性を向上させる。【解決手段】  流体圧ポンプ２ａ，２ｂと、複数の流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｄと、それらの作動量を設定する操作レバー８ａ〜８ｄと、圧力流体の供給流量を調節する制御弁６ａ〜６ｄと、流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｄの負荷圧力を検出する負荷圧力センサ７ａ〜７ｄと、全ての流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｄの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、操作レバー８ａ〜８ｄによって作動量を設定された流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、制御弁６ａ〜６ｄの開度を制御するコントローラ１０とを備える。【選択図】        図２
2007032786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧回路の作動流体としての圧力流体を吐出する流体圧ポンプと、
該流体圧ポンプから吐出される該圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、
該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作レバーと、
該流体圧ポンプから該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に介装され、該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する制御弁と、
該制御弁から該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に介装され、該流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する負荷圧力センサと、
該負荷圧力センサによって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする、流体圧制御装置。
【請求項２】
流体圧回路の作動流体としての圧力流体を吐出する第１流体圧ポンプ及び第２流体圧ポンプと、
上記の第１流体圧ポンプ又は第２流体圧ポンプから吐出される圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、
該第１流体圧ポンプから吐出される作動流体を該流体圧アクチュエータへ供給する第１流体圧回路と、
該第２流体圧ポンプから吐出される圧力流体を該流体圧アクチュエータへ供給する第２流体圧回路と、
該第１流体圧回路と該第２流体圧回路とを連結する連結流体路と、
該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作レバーと、
上記の第１流体圧回路上及び第２流体圧回路上にそれぞれ介装され、上記複数の流体圧アクチュエータのうち対応する該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する複数の制御弁と、
該制御弁から該対応する流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上にそれぞれ介装され、該流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する複数の負荷圧力センサと、
該複数の負荷圧力センサによって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする、流体圧制御装置。
【請求項３】
該コントローラは、
上記全ての流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの該最大負荷圧力を選択する選択部と、
該最大負荷圧力と該制御弁の負荷圧力との該差圧を演算する差圧演算部と、
該差圧演算部で演算された該差圧に基づき該制御弁の開度制御を行う制御部と
を備えたことを特徴とする、請求項１又は２記載の流体圧制御装置。
【請求項４】
該コントローラは、該最大負荷圧及び予め設定された所定圧の和と該負荷圧力との差圧に基づいて該制御弁の開度を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体圧制御装置。
【請求項５】
該コントローラは、該操作レバーによって設定された該作動量の大きさに応じて該流体圧アクチュエータへ供給される該圧力流体の目標流量を算出するとともに、該目標流量と該差圧とから該制御弁の目標開度を算出し、該制御弁の開度が該目標開度となるように該制御弁を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体圧制御装置。
【請求項６】
流体圧ポンプに作動流体としての圧力流体を吐出させ、該流体圧ポンプから吐出される該圧力流体により複数の流体圧アクチュエータを駆動する流体圧回路において、操作レバーにより該流体圧アクチュエータの作動量を設定するとともに、該流体圧ポンプから該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する制御弁を介装して、該流体圧アクチュエータの作動量に応じて該制御弁の開度を制御する流体圧制御方法であって、
該制御弁から該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上において、該複数の流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出し、
検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御する
ことを特徴とする、流体圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧回路内の作動流体圧力を制御する流体圧制御装置及び流体圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油圧シリンダ等をはじめとする流体圧アクチュエータを流体圧回路上に備え、流体圧アクチュエータによりバケットやブーム，スティック，旋回装置といった流体圧装置を作動させる作業機械（油圧ショベル等）が開発されている。このような作業機械においては、油圧ポンプによって加圧された作動油が油圧回路を介して各種油圧装置へ供給されるようになっており、油圧ポンプと油圧装置との間に制御弁が介装されて、油圧装置へ供給される作動油の流量や油圧が適切に制御される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ブームやスティック等を駆動する油圧シリンダ、走行装置や旋回装置を駆動する油圧モータ、各油圧シリンダ，油圧モータ等の各アクチュエータへ作動油を供給するエンジン駆動の二つの油圧ポンプ、及び各アクチュエータへ供給される作動油量を制御する複数のコントロール弁を備えた油圧回路において、各コントロール弁の開度を制御するための電子制御装置（コントローラ）が設けられた構成が記載されている。
【０００４】
この特許文献１に記載された油圧回路には、二つの油圧ポンプの各吐出圧を検出する圧力センサと、コントロール弁及び各アクチュエータ間の油路上における作動油圧（すなわち、負荷圧）を検出する圧力センサとが備えられ、また、運転操作室（キャブ）内には、各アクチュエータの作動量を設定する操作レバーが備えられている。そして、各圧力センサから入力される作動油圧及び操作レバーの操作量に基づいて、各コントロール弁の開度制御を実施し、各アクチュエータを適切に動作させるようになっている。
【０００５】
なお、上記のようなエンジン駆動の油圧ポンプを備えた一般的な作業機械においては、各種油圧装置の最大出力を設定するためのスイッチとして、エンジン回転数設定ダイヤルが設けられる。これは、エンジンの目標回転数を設定するためのスイッチであり、作業内容や作業負荷に応じてオペレータによって切替操作されて、エンジンの目標回転数を随時変更できるようになっている。
【０００６】
コントローラによる各コントロール弁の制御について、図５に、従来の典型的な制御構成をブロック図として示す。
各コントロール弁の開度制御を行うコントローラ３０は、差圧演算部３１と、目標流量設定部３２と、開度演算部３３と、制御部３４とを備えて構成される。なお、このコントローラ３０は、各コントロール弁の開度を個別に制御できるようになっているが、ここでは一つのコントロール弁の開度制御にかかる制御ブロックを示している。
【０００７】
差圧演算部３１は、コントロール弁の上流側と下流側との作動油圧の差（差圧）ΔＰを演算する演算部であり、油圧ポンプの吐出圧を上流側，アクチュエータの負荷圧を下流側として差圧ΔＰを算出する。ここで算出された差圧ΔＰは、開度演算部３３へ入力される。
目標流量設定部３２は、操作レバーの操作量に基づきアクチュエータへ供給すべき目標値としての作動油流量（目標流量Ｑ）を設定する演算部である。ここで設定された目標流量Ｑも、開度演算部３３へ入力される。
【０００８】
開度演算部３３は、差圧演算部３１で算出された差圧ΔＰ及び目標流量設定部３２で設定された目標流量Ｑに基づいて、コントロール弁の開度（開放すべき開口面積Ａ）に対応する値Ｃｄ・Ａを演算する制御部である。
そして制御部３４は、開度演算部３３で演算された値Ｃｄ・Ａからコントロール弁のステムストロークを設定し、設定されたステムストロークとコントロール弁のステムの位置とが等しくなるように制御を行う。
【０００９】
上述のコントロール弁の開度制御によって、例えば、コントロール弁の上流・下流の差圧が大きいときには開度が絞られてアクチュエータへの作動油の過剰な供給が制限され、一方、差圧が小さいときには開度が開かれてアクチュエータへの作動油の供給が促進される。このように、コントロール弁の開度が適切に調整されて、アクチュエータへ適切な量の作動油を供給できるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−３０９９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、一般にコントロール弁の上流・下流の差圧に基づく開度制御においては、油圧ポンプから供給される作動油量の変化に対する僅かな時間的遅れ（弁の応答遅れ現象）が生じる。すなわち、操作レバーやエンジンスイッチの操作により、油圧ポンプからの供給油量が増加したときには、それに対応して作動油圧も上昇するが、実際のコントロール弁の開度制御は、作動油圧の上昇を検出した後にコントロール弁の上流・下流の差圧ΔＰを算出し、ステムストロークを算出して、ステム位置の制御を行うことになる。したがって、上流の作動油圧の上昇に対して僅かに時間的に遅れて開度が絞られることになり、弁開度に対して目標流量以上の作動油がアクチュエータへ流入することがある。
【００１１】
もちろん、このような弁の応答遅れ現象は過渡的なものであり、弁の開度が絞られると供給される作動油流量がいずれは安定する。しかし、過渡状態のみの現象とはいえ、アクチュエータに働いている負荷圧力（すなわち、コントロール弁の下流側の油圧）が小さい場合には、多量の作動油がアクチュエータ側へ流入することが考えられ、意図せずアクチュエータが移動して油圧装置の誤動作を招くおそれもある。
【００１２】
また、油圧ポンプの作動誤差により、実際にコントロール弁へ流入する作動油量がコントローラ３０で設定された目標流量よりも大きくなってしまった場合、実際に制御されているコントロール弁の開度に対し、過剰量の作動油が流入しようとすることになる。そこでコントローラ３０によって、アクチュエータへ流入する作動油流量が目標流量と等しくなるように弁開度が絞り方向へ制御される。
【００１３】
このため、一つのアクチュエータのみを動かす単独操作においては、コントロール弁の上流側において大きなブースト圧が発生してショックを生じるおそれがあるがある。さらに、複数のアクチュエータを同時に動かす連動操作時には、その余剰分の作動油が最も負荷圧の低いアクチュエータに流入して、意図せず作動スピードが増加することがある。
このように、従来のコントロール弁の開度制御では、コントロール弁の応答遅れや油圧ポンプの作動誤差に起因する操作性の低下を防ぎにくいという課題がある。
【００１４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、流体圧アクチュエータの操作性を向上させることができるようにした、流体圧制御装置及び流体圧制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の流体圧制御装置（請求項１）は、流体圧回路の作動流体としての圧力流体を吐出する流体圧ポンプと、該流体圧ポンプから吐出される該圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作レバーと、該流体圧ポンプから該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に介装され、該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する制御弁と、該制御弁から該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に介装され、該流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する負荷圧力センサと、該負荷圧力センサによって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御するコントローラとを備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の流体圧制御装置（請求項２）は、流体圧回路の作動流体としての圧力流体を吐出する第１流体圧ポンプ及び第２流体圧ポンプと、上記の第１流体圧ポンプ又は第２流体圧ポンプから吐出される圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、該第１流体圧ポンプから吐出される作動流体を該流体圧アクチュエータへ供給する第１流体圧回路と、該第２流体圧ポンプから吐出される圧力流体を該流体圧アクチュエータへ供給する第２流体圧回路と、該第１流体圧回路と該第２流体圧回路とを連結する連結流体路と、該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作レバーと、上記の第１流体圧回路上及び第２流体圧回路上にそれぞれ介装され、上記複数の流体圧アクチュエータのうち対応する該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する複数の制御弁と、該制御弁から該対応する流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上にそれぞれ介装され、該流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する複数の負荷圧力センサと、該複数の負荷圧力センサによって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御するコントローラとを備えたことを特徴としている。
【００１７】
なお、ここでいう流体圧回路とは、所定の圧力変化に対して略体積を変化させない流体を作動流体とする回路一般を指しており、例えば、流体圧ポンプとして、油圧ポンプや水圧ポンプ等の液圧ポンプを備えたものを含む。また、流体圧アクチュエータとしては、液圧モータや液圧シリンダ等を含む。
また、該コントローラは、上記全ての流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの該最大負荷圧力を選択する選択部と、該最大負荷圧力と該制御弁の負荷圧力との該差圧を演算する差圧演算部と、該差圧演算部で演算された該差圧に基づき該制御弁の開度制御を行う制御部とを備えることが好ましい（請求項３）。
【００１８】
また、該コントローラは、該最大負荷圧及び予め設定された所定圧の和と該負荷圧力との差圧に基づいて該制御弁の開度を制御することが好ましい（請求項４）。
また、該コントローラは、該操作レバーによって設定された該作動量の大きさに応じて該流体圧アクチュエータへ供給される該圧力流体の目標流量を算出するとともに、該目標流量と該差圧とから該制御弁の目標開度を算出し、該制御弁の開度が該目標開度となるように該制御弁を制御することが好ましい（請求項５）。
【００１９】
また、本発明の流体圧制御方法（請求項６）は、流体圧ポンプに作動流体としての圧力流体を吐出させ、該流体圧ポンプから吐出される該圧力流体により複数の流体圧アクチュエータを駆動する流体圧回路において、操作レバーにより該流体圧アクチュエータの作動量を設定するとともに、該流体圧ポンプから該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に該流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する制御弁を介装して、該流体圧アクチュエータの作動量に応じて該制御弁の開度を制御する流体圧制御方法であって、該制御弁から該流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上において、該複数の流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出し、検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作レバーによって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該制御弁の開度を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の流体圧制御装置（請求項１）及び流体圧制御方法（請求項６）によれば、制御弁の開度制御において、流体圧ポンプから供給される作動流体の流量変化に影響を受けることがなく、制御弁の応答遅れをなくすことができる。これにより、流体圧アクチュエータの操作性を向上させることができる。
本発明の流体圧制御装置（請求項２）によれば、それぞれが流体圧ポンプを備えた二つの回路を連結して形成された流体圧回路において、流体圧ポンプから供給される作動流体の流量変化に対する制御弁の応答遅れをなくすことができ、操作性を向上させることができる。
【００２１】
本発明の流体圧制御装置（請求項３）によれば、コントローラを用いて正確に各制御弁の開度を演算することができる。また、最大負荷圧力と制御弁の負荷圧力との差圧に基づく制御を実施できる。例えば、差圧が大きい場合には制御弁の開度を開放方向へ制御でき、差圧が小さい場合には制御弁の開度を閉鎖方向へ制御できる。
本発明の流体圧制御装置（請求項４）によれば、一つの流体圧アクチュエータを作動させる単独操作時においては、コントローラで算出される差圧が常に予め設定された所定圧となるエリア制御を実施できる。つまり、操作レバーの操作量と制御弁の開度とを一対一の対応関係で定めることができ、オペレータの意図しないアクチュエータの動きを防止できる。
【００２２】
また、複数の流体アクチュエータを作動させる連動操作時には、負荷圧力の最も高いアクチュエータにおいてエリア制御が実施されるため、目標流量を超えた余剰分の作動流体が生じない。したがって、最も負荷圧力が低いアクチュエータへ余剰分の作動流体が流入しにくくすることができる。したがって、流体圧アクチュエータの操作性をより向上させることができる。
【００２３】
本発明の流体圧制御装置（請求項５）によれば、操作レバーの操作量に応じて目標流量を設定できる。例えば、操作レバーの操作量が大きい場合には目標流量を大きく設定でき、操作量が小さい場合には目標流量を小さく設定できる。また、従来のコントローラの構成を利用して、制御ロジックを変更することにより、さらに操作性の高い制御を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態としての流体圧制御装置を示すものであり、図１は本装置の制御ブロック図、図２は本装置が適用された油圧回路の油圧回路図、図３は図２に示す油圧回路におけるリリーフ圧とレバー操作量との関係を示すグラフ、図４は図２に示す油圧回路を備えた作業機械の構成を示す斜視図である。
【００２５】
［全体構成］
本油圧制御装置（流体圧制御装置）は、図５に示すような油圧ショベル２０に適用されている。この油圧ショベル２０は、図５に示すように、上部旋回体２２と下部走行体２１と作業用装置２６とを備えるとともに、作業用装置２６としてブーム２３，スティック（アーム）２４，バケット２５を備えて構成されている。下部走行体２１には無限軌道からなるクローラ装置が設けられており、その上部に上部旋回体２２が水平方向へ旋回可能に載置されている。
【００２６】
ブーム２３は上部旋回体２２に対して上下方向へ回動可能に枢着され、ブーム２３の先端には同じく鉛直面内に回動可能にアーム２４が連結され、さらにアーム２４の先端には鉛直方向へ回動可能にバケット２５が連結されている。
また、上部旋回体２２とブーム２３との間には、ブーム２３を上下方向へ揺動駆動するための２本のブームシリンダ４ｄが設けられるとともに、ブーム２３とスティック２４との間には、スティック２４をブーム２３に対して揺動駆動するためのスティックシリンダ４ａが設けられ、さらに、スティック２４とバケット２５との間には、バケット２５をスティック２４の先端で揺動駆動するためのバケットシリンダ４ｂが設けられている。本油圧制御装置は、これらの作業用装置２６を駆動する油圧回路であって、図２に示す油圧回路に適用されている。
【００２７】
［回路構成］
この油圧回路は２ポンプ合流式の油圧回路であって、作業機械２０の駆動源であるエンジン１の動力で駆動する可変容量型の２台の油圧ポンプ（流体圧ポンプ）２ａ，２ｂが備えられている。これらの油圧ポンプ２ａ，２ｂから吐出される作動油は、コントロール弁（制御弁）６ａ〜６ｄを介してアタッチメント用シリンダ４ａ，ブームシリンダ４ｂ，スティックシリンダ４ｃ及びバケットシリンダ４ｄの各油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）へ供給されるようになっている。
【００２８】
油圧シリンダについて、例えば、ブームシリンダ４ｂが伸張方向へ作動すると、ブーム２３が上方向へ移動し（ブーム上げ）ブームシリンダ４ｂが縮小方向へ作動すると、ブーム２３が下方向へ移動する（ブーム下げ）。同様に、スティックシリンダ４ｃの伸縮動作は、スティック２４の揺動運動（スティックイン，スティックアウト）に対応し、バケットシリンダ４ｄの伸縮動作は、バケットの揺動運動（バケットクローズ，バケットオープン）に対応する。なお、作業機械２０のブーム２３には、実際にはブームシリンダ４ｂが二本設けられているが、ここでは省略して一方のみを図示している。
【００２９】
各油圧シリンダ４ａ〜４ｄの作動量は、各々に対応して設けられる操作レバー８の操作量に応じて設定される。例えば、アタッチメント用操作レバー８ａは、アタッチメント用シリンダ４ａの作動量を設定するための操作レバーである。同様に、ブーム用操作レバー８ｂ，スティック用操作レバー８ｃ及びバケット用操作レバー８ｄは、それぞれ、ブームシリンダ４ｂ，スティックシリンダ４ｃ及びバケットシリンダ４ｄの作動量を設定する。図１に示すように、各操作レバー８ａ〜８ｄは、各々の操作量Ｌ1〜Ｌ4を検出し、コントローラ１０へ入力するようになっている。
【００３０】
二つの油圧ポンプのうち、一方の油圧ポンプ（第１流体圧ポンプ）２ａは、主にスティック及びアタッチメント用の油圧シリンダ４ａ，４ｃへ作動油を供給する。また、他方の油圧ポンプ（第２流体圧ポンプ）２ｂは、主にブーム及びバケット用の油圧シリンダ４ｂ，４ｄへ作動油を供給する。なお、ここでは、油圧ポンプ２ａから吐出される作動油が主に流通するＡ回路（第１流体圧回路）３ａと、油圧ポンプ２ｂから吐出される作動油が主に流通するＢ回路（第２流体圧回路）３ｂとが、互いに作動油を流通させうるように接続されている。このように、２台の油圧ポンプ２ａ，２ｂによって作動油が供給されるＡ回路３ａとＢ回路３ｂとを接続することによって、各々の回路に供給される作動油に余剰が生じたときに互いに補完できるようにし、効率よく作動油を各種油圧装置へ供給できるようになっている。
【００３１】
電磁リリーフ弁５ａ，５ｂは、Ａ回路３ａ，Ｂ回路３ｂのそれぞれの回路を流通する作動油圧の上限値を制限するリリーフ弁であり、入力された電気信号に基づいて、各回路のリリーフ圧を変化させる。ここでは、操作レバー８の操作量に応じて、図３に示す対応関係に基づいてリリーフ圧が設定される。例えば、Ａ回路３ａの電磁リリーフ弁５ａはスティック又はアタッチメント用操作レバー８ａ，８ｃの操作量を参照してリリーフ圧を設定し、Ｂ回路３ｂの電磁リリーフ弁５ｂはバケット又はブーム用操作レバー８ｂ，８ｄの操作量を参照してリリーフ圧を設定する。
【００３２】
なお、リリーフ弁９は、本油圧回路全体の作動油圧の上限値を制限するリリーフ弁である。このリリーフ弁９は、作動油圧が電磁リリーフ弁５ａ，５ｂで設定されるリリーフ圧よりも大きい所定圧を超えたときに、作動油をリリーフさせる安全弁として機能している。
コントロール弁６ａ〜６ｄは、各油圧シリンダ４ａ〜４ｄに対応して設けられており、ここでは図２に示すように、ステム（流量制御スプール）の位置を３つの位置に連続的に切り替え可能なスプール弁として構成されている。これらのコントロール弁６ａ〜６ｄは、コントローラ１０によってその開度を制御される。なお、ここで示されているコントロール弁６ａ〜６ｄは、各油圧シリンダ４ａ〜４ｄへ供給する作動油量を制御するための弁として挙げられた一例である。
【００３３】
油圧センサ７ａ〜７ｄは、各コントロール弁６ａ〜６ｄとそれらに対応する油圧シリンダ４ａ〜４ｄとの間の油路内における作動油圧を検出するセンサである。つまり、これらの油圧センサ７ａ〜７ｄは、各油圧シリンダ４ａ〜４ｄへ働く負荷圧力を検出するセンサとして機能する。例えば、油圧センサ７ａは、アタッチメント用の油圧シリンダ４ａの負荷圧力ＰAを検出する。同様に、油圧センサ７ｂ，７ｃ及び７ｄは、各々、ブームシリンダ４ｂ，スティックシリンダ４ｃ及びバケットシリンダ４ｄの負荷圧力ＰB，ＰC及びＰDを検出する。ここで検出された負荷圧力ＰA〜ＰDは、コントローラ１０へ入力されるようになっている。
【００３４】
［制御構成］
次に、図１にコントローラ１０の制御ブロック図を示す。
コントローラ１０は、制御ブロックとして、記憶部１１，選択部（最大負荷圧力選択部）１２，対応差圧演算部１３，目標流量設定部１４，開度演算部１５及び制御部１６を備えている。
【００３５】
記憶部１１は、予め設定された所定のマージン圧（一定値）Ｐmを記憶している。
選択部１２は、作動中の全油圧シリンダ４ａ〜４ｄのうちの最高負荷圧力、すなわち、稼働中の油圧シリンダについて油圧センサ７ａ〜７ｄで検出された負荷圧力ＰA〜ＰDのうちの最大の負荷圧力を選択するようになっている。なお、選択部１２には、コントロール弁６ａ〜６ｄの下流側の油圧情報（負荷圧力情報）として、油圧センサ７ａ〜７ｄによって検出された各種油圧装置の負荷圧力（ＰA〜ＰD）が入力されるようになっている。選択部１２は、入力された負荷圧力（ＰA〜ＰD）の中から最大の負荷圧力を選択する。
【００３６】
対応差圧演算部１３は、選択部１２で選択された最大負荷圧とコントロール弁の下流側の作動油圧（負荷圧力）との差を演算し、その演算結果に対して記憶部１１に記憶されたマージン圧Ｐmを加算して、対応差圧ΔＰ′を算出する。
例えば、スティック操作とバケット操作が同時に行われ、スティックシリンダ４ｃの負荷圧力ＰCがバケットシリンダ４ｄの負荷圧力ＰDよりも高い（ＰC＞ＰD）場合、バケットシリンダ４ｄにかかるコントロール弁６ｄの制御においては、最大負荷圧力として負荷圧力ＰCとバケットシリンダ４ｃの負荷圧力ＰDとの差にマージン圧Ｐmを加算されることになり、演算結果はΔＰ＝ＰC−ＰD＋Ｐmとなる。
【００３７】
一方、スティックシリンダ４ｃにかかるコントロール弁６ｃの制御においては、最大負荷圧力としての負荷圧力ＰCとスティックシリンダ４ａの負荷圧力ＰCとの差にマージン圧Ｐmを加算されることになり、演算結果はΔＰ＝Ｐmとなる。つまりここでは、負荷圧力に基づく目標流量の補正がない、所謂エリア制御が実施されることになり、スティック用操作レバー８ｃの操作量とコントロール弁６ｃのステムストロークとが一対一の関係で定められる。
【００３８】
目標流量設定部１４は、操作レバー８の操作量に基づいて、油圧シリンダ４ａ〜４ｄへ供給すべき目標値としての作動油の目標流量Ｑを設定する。例えば、スティック操作とバケット操作とが同時に行われたときには、スティック用操作レバー８ｃの操作量に基づいてスティックシリンダ４ａへ供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定するとともに、バケット用操作レバー８ｄの操作量に基づいてバケットシリンダ４ｂへ供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定する。このように、各操作レバー８ａ〜８ｄの操作量に対応して、各油圧シリンダ４ａ〜４ｄの目標流量Ｑが個別に設定されるようになっている。
【００３９】
なお、本実施形態では、図１に示すように、レバー操作量の増大に応じて目標流量Ｑが増大するように設定され、また、レバー操作量が所定量を超えると、それ以上目標流量Ｑが増加しないようにその上限値が制限されている。
開度演算部１５は、対応差圧演算部１３で演算された対応差圧ΔＰ′と、目標流量設定部１４で設定された目標流量Ｑとに基づき、コントロール弁６ａ〜６ｄの開度（開放すべき開口面積Ａ）に対応する値Ｃｄ・Ａを、以下の式１に従って演算する。
【００４０】
【数１】
2007032786.tif 000003
【００４１】
（ただし、Ｃｄ：流量係数，Ａ：開口面積，ρ：作動油密度）
そして、制御部１６は、開度演算部１５で演算された値Ｃｄ・Ａから、図１に示すような対応関係に基づいて、目標開度、すなわち、コントロール弁６ａ〜６ｄのステムストロークを設定し、設定されたステムストロークとコントロール弁６ａ〜６ｄのステムの位置とが等しくなるように、制御信号Ｖ1〜Ｖ4を出力する。これにより、各コントロール弁６ａ〜６ｄの開度を制御するようになっている。なお、このコントローラ１０は、各コントロール弁６ａ〜６ｄの開度を個別に制御するようになっている。
【００４２】
［作用］
以上のような構成により、本実施形態における流体圧制御装置によれば以下のように作用する。
例えば、オペレータによってスティック操作レバー８ｃとバケット操作レバー８ｄとが同時に操作されて、スティックイン操作とバケットクローズ操作とを同時に行って掘削するような場合、コントローラ１０はスティックシリンダ４ｃへ供給される作動油流量を調整するコントロール弁６ｃと、バケットシリンダ４ｄへ供給される作動油流量を調整するコントロール弁６ｄとの開度制御を行う。
【００４３】
これらのコントロール弁６ｃ，６ｄの開度制御に際し、まず、コントローラ１０の目標流量設定部１４では、スティック操作レバー８ｃ，バケット操作レバー８ｄの操作量に応じて、各々の油圧シリンダへ供給すべき作動油の目標流量Ｑが設定される。
また、選択部１２には、油圧センサ７ｃ，７ｄで検出されたスティックシリンダ４ｃ及びバケットシリンダ４ｄに働く負荷圧力ＰC，ＰDが入力され、これらの負荷圧力のうち最大の負荷圧力が選択される。そして、対応差圧演算部１３では、選択部１２で選択された最大負荷圧と各コントロール弁の下流側の作動油圧（負荷圧力）との差圧が演算され、その演算結果に対してマージン圧Ｐmが加算される。
【００４４】
このとき、例えばスティックシリンダ４ｃに働く負荷圧力ＰCの方がバケットシリンダ４ｄに働く負荷圧力ＰDよりも大きい場合には、スティック側のコントロール弁６ｃの制御にかかる対応差圧ΔＰ′はΔＰ′＝Ｐmになり、バケット側のコントロール弁６ｄの制御にかかる対応差圧ΔＰ′はΔＰ′＝ＰA−ＰB＋Ｐmとなる。
また、開度演算部１５において、コントロール弁が開放すべき開口面積Ａに対応する値（Ｃｄ・Ａ）が演算される。この演算では、目標流量Ｑが大きくなるほど、また、対応差圧ΔＰ′が小さくなるほどＣｄ・Ａが増加するようになっている。
【００４５】
そして、制御部１６において、予め設定されたマップに基づいてこのＣｄ・Ａの値からコントロール弁のステムストローク（ステム位置）が設定され、設定されたステムストロークとコントロール弁のステムの位置とが等しくなるように制御される。
つまり、一つの油圧シリンダのみを動かす単独操作時には、「作動中の全油圧シリンダのうちの最高負荷圧と、コントロール弁の下流側の負荷圧との差」が０になるため、対応差圧ΔＰ′は常に一定の値（マージン圧Ｐm）となる。したがって、コントローラ１０によるコントロール弁６ａ〜６ｄの開度制御は、操作レバーの操作量とステムストロークとが一対一で定まる制御（エリア制御）となる。
【００４６】
また、複数の油圧シリンダを同時に動かす連動操作時には、負荷圧力の一番大きい油圧シリンダがエリア制御となり、その他の油圧シリンダにおいては、「作動中の全油圧シリンダのうちの最高負荷圧＋マージン圧」をポンプ圧力（油圧シリンダの上流の油圧）と見做して差圧（対応差圧）が演算され、コントロール弁の開度制御が実施されることになる。
【００４７】
［効果］
したがって、まず単独操作時には、対応差圧ΔＰ′が常に一定の値となり、従来のようなステムストロークを算出するための応答遅れがなくなるため、意図しない油圧シリンダの動きも発生しない。また、油圧ポンプ２ａ，２ｂの作動誤差により、実際に供給される作動油流量がコントローラ１０の目標流量設定部１４で設定された目標流量Ｑよりも多くなった場合であっても、コントロール弁の開度が過度に絞り方向へ制御されることがなく、ブースト圧及びそれにかかるショックの発生を防止できる。したがって、油圧ポンプの作動誤差に起因する操作性の低下を防止できる。
【００４８】
また、連動操作時においても、負荷圧力の最も高い油圧シリンダの弁開度制御はエリア制御となり、油圧ポンプ２ａ，２ｂからの作動油供給量が多い場合であってもコントロール弁の開度が過度に絞り方向へ制御されることがない。したがって、負荷圧力の低い油圧シリンダ側への余剰油の流入を抑制することができ、良好な操作性を獲得できる。
このように、本実施形態の流体圧制御装置によれば、コントロール弁の開度制御において、油圧ポンプから供給される作動油の流量変化や圧力変化の影響を受けることがなく、制御弁の応答遅れをなくすことができる。これにより、各油圧シリンダ４ａ，４ｄの操作性を向上させることができる。
【００４９】
また、単独操作時及び連動操作時における最大の負荷圧力の油圧シリンダについて、操作レバーの操作量と制御弁の開度とが一対一の対応関係で定められたエリア制御を実施することができ、一方、連動操作時における最大でない負荷圧力の油圧シリンダについては、負荷圧力の大きさに応じた制御が可能となる。この場合、負荷圧力が小さいほど制御弁の開度を開放方向へ制御して、油圧シリンダへの供給流量を確保でき、逆に負荷圧力が大きいほど制御弁の開度を閉鎖方向へ制御して、作動油の過剰な流出を抑制することができる。
【００５０】
なお、上述の制御によれば、目標流量設定部２２により、操作レバーの操作量が大きい場合には目標流量を大きく設定でき、操作量が小さい場合には目標流量を小さく設定できるという利点もある。
【００５１】
［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５２】
例えば、上述の実施形態では、コントロール弁６ａ〜６ｄが、ステムの位置を３つの位置に連続的に切り替え可能なスプール弁として構成されているが、このような弁に限定されるものではなく、各油圧シリンダ４ａ〜４ｄへ供給する作動油量を制御するための弁であれば、弁の形式は問われない。
また、上述の実施形態では、２台の油圧ポンプ２ａ，２ｂが備えられた２ポンプ合流式油圧回路において本発明にかかる流体圧制御装置を適用した例を示したが、単独の油圧ポンプによる油圧回路での油圧制御に本装置を適用することもでき、あるいは３台以上の油圧ポンプを備えた油圧回路での油圧制御に適用することもできる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、作動油量を制御することによって油圧の大きさをコントロールする油圧制御装置に本発明を適用したものとなっているが、作動油以外の各種流体の圧力の大きさをコントロールする制御装置に適用可能である。
また、ここでは、本発明にかかる流体圧制御装置が建設機械に適用されたものを例示したが、流体圧を利用した様々な機械の回路制御に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態としての流体圧制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本装置が適用された油圧回路の油圧回路図である。
【図３】図２に示す油圧回路におけるリリーフ圧とレバー操作量との関係を示すグラフである。
【図４】図２に示す油圧回路を備えた作業機械の構成を示す斜視図である。
【図５】従来の流体圧制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン
２ａ  油圧ポンプ（流体圧ポンプの一つ，第１流体圧ポンプ）
２ｂ  油圧ポンプ（流体圧ポンプの一つ，第２流体圧ポンプ）
３ａ  Ａ回路（流体圧回路の一つ，第１流体圧回路）
３ｂ  Ｂ回路（流体圧回路の一つ，第２流体圧回路）
４ａ〜４ｄ  油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）
５ａ，５ｂ  電磁リリーフ弁
６ａ〜６ｄ  コントロール弁（制御弁）
７ａ〜７ｄ  油圧センサ（負荷圧力センサ）
８  操作レバー
９  リリーフ弁
１０  コントローラ
１１  記憶部
１２  選択部
１３  対応差圧演算部
１４  目標流量設定部
１５  開度演算部
１６  制御部
２０  作業機械
２１  下部走行体
２２  上部旋回体
２３  ブーム
２４  スティック
２５  バケット
２６  作業用装置
【図１】
2007032786.tif 000004
【図２】
2007032786.tif 000005
【図３】
2007032786.tif 000006
【図４】
2007032786.tif 000007
【図５】
2007032786.tif 000008