(57)【要約】【課題】圧力損失を少なく抑えて省エネを実現させることができるとともに、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させるようにした。【解決手段】本発明は、油圧ポンプ１０の吐出圧と、例えば最大負荷圧となるアームシリンダ８の負荷圧との差圧が所定の目標差圧となるように油圧ポンプ１０の吐出流量を制御するポンプ制御手段と、アームシリンダ８、ブームシリンダ７の供給圧力、及び戻し油の圧力を、それぞれ同圧となるように制御する圧力制御手段と、各種演算処理を行うコントローラ４０とを備えるとともに、例えば最大負荷圧となるアームシリンダ８のメータイン側の流量とメータアウト側の流量を、アームシリンダ８のボトム室８ａの受圧面積とロッド室８ｂの受圧面積との比に合わせて協調制御するメータイン・メータアウト制御手段を備えた構成にしてある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、この車体に取り付けられる作業装置とを有する作業機械に備えられ、
上記作業装置を作動させる複数の油圧シリンダと、これらの油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプから上記油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御するとともに、該当する油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する複数の弁体と、
上記油圧ポンプの吐出圧と、上記複数の油圧シリンダの最大負荷圧との差圧が、所定の目標差圧となるように上記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段と、
上記複数の油圧シリンダのそれぞれの供給圧力、及び戻し油の圧力が同圧となるように制御する圧力制御手段とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、
上記複数の油圧シリンダのうちの少なくとも最大負荷圧となる油圧シリンダの供給側を形成するメータイン側の流量と排出側を形成するメータアウト側の流量を、当該油圧シリンダのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御するメータイン・メータアウト制御手段を備えたことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記複数の油圧シリンダの全ての油圧シリンダそれぞれの上記メータイン側の流量と上記メータアウト側の流量を、上記油圧シリンダそれぞれのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御するものから成ることを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
上記弁体が、
上記複数の油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、
上記方向制御弁と該当する油圧シリンダとを連絡し、該当する油圧シリンダのメータイン側の主管路部分に設けられ、該当する油圧シリンダに供給される流量を制御する流量制御弁、及び該当する油圧シリンダのメータアウト側の主管路部分に設けられ、該当する油圧シリンダから排出される戻し油の流量を制御する流量制御弁とを含むことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
上記方向制御弁のそれぞれは、流量制御機能を有する方向制御弁から成り、
上記圧力制御手段は、上記複数の油圧シリンダのそれぞれに圧油を供給する全てのメータイン主管路側の上記方向制御弁の前後差圧を検出する圧力センサと、上記複数の油圧アクチュエータから排出される戻し油が流れる全てのメータアウト主管路側の上記方向制御弁の前後差圧を検出する圧力センサとを含み、
上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記方向制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁とを含むことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
【請求項５】
請求項３に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
上記方向制御弁のそれぞれは、流量制御機能を持たない方向制御弁から成り、
上記圧力制御手段は、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁の前後差圧を検出する圧力センサと、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁の前後差圧を検出する圧力センサとを含み、
上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁とを含むことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータの作動中に負荷方向が変わる状況が起こり得る油圧ショベル等の作業機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械例えば油圧ショベルは一般に、車体を構成する旋回体に取り付けられ、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ等の複数の油圧シリンダを含む作業装置と、これらの油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御するとともに、該当する油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する複数の弁体、すなわち、流量制御弁としても機能する複数の方向制御弁を備えている。また、この方向制御弁は、油圧シリンダに圧油を供給するメータイン側の主管路と、油圧シリンダから排出される戻し油が流れるメータアウト側の主管路の双方を跨ぐように配置されている。したがって、メータイン主管路側の開口特性とメータアウト主管路側の開口特性は、方向制御弁の開口特性に依存し、一意に設定される。
【０００３】
このような従来の油圧駆動装置において、例えば油圧ショベルに備えられるブームの下げ操作に際してのブームシリンダの収縮時にそのボトム室方向に向かって負荷が発生するような場合、すなわち油圧シリンダの作動方向に対して順方向の負荷が発生する場合には、油圧シリンダの作動の逸走を防ぐために、メータアウト側の開口を絞るように設定して速度を制御する。また、油圧シリンダの作動方向に対して逆方向の負荷が発生する場合には、油圧シリンダの作動の逸走を生じる懸念が無く、メータイン側の開口を絞るように設定することで、メータアウト側に無駄な圧力を立てることなく速度を制御する。
【０００４】
しかし、作業機械に備えられる油圧シリンダにおいては、作業状態に応じて負荷方向が変化するものが多々ある。例えば油圧ショベルのアームシリンダは、掘削作業に際し、アーム軌跡が下死点に達するまで、もしくはバケット刃先が地面に達して掘削が始まるまではアームの自重によりアームシリンダの動作方向と同方向（順方向）の負荷が発生する。アーム軌跡の下死点以降、もしくは掘削が始まってからは、アームの自重及び掘削抵抗によりアームシリンダに動作方向と逆方向の負荷が発生する。通常、このように負荷方向が決まっていない油圧シリンダの逸走を防ぐために、メータアウト側の開口を絞るように設定される。しかしながら、上述した従来技術においては、動作方向に対して逆方向の負荷が発生している状況においてはメータアウト側を絞ることによる圧力損失が一切無駄となり、エネルギロスを招き、省エネの点で問題がある。
【０００５】
また、これに対して、メータイン開口とメータアウト開口を一意に設定するのではなく、これらの開口を個別に制御する発明が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された従来技術は、メータイン開口とメータアウト開口の制御をそれぞれ個別の方向制御弁で行い、メータイン開口を、その開口面積と開口部の前後差圧から算出した目標流量を流すことが可能なようにフィードバック制御する構成にしてある。このような制御を行う特許文献１に開示された従来技術にあっては、メータイン開口部における圧力損失を少なく抑え、エネルギロスを小さくして省エネを実現させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１９３６０５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、上述した特許文献１に示される従来技術にあっては、油圧シリンダの作動方向に対して順方向の負荷が発生する場合に結局、油圧シリンダの力制御となることから、負荷圧の変動に伴って作動速度が変化し、速度制御を実現できなくなる問題がある。したがって、特許文献１に開示された発明では、精度の高い速度制御が要求される油圧シリンダの操作などにあって順方向の負荷が発生する場合には、オペレータの操作感覚に合わない操作性となってしまう虞がある。
【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、圧力損失を少なく抑えて省エネを実現させることができるとともに、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる作業機械の油圧駆動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、車体と、この車体に取り付けられる作業装置とを有する作業機械に備えられ、上記作業装置を作動させる複数の油圧シリンダと、これらの油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプから上記油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御するとともに、該当する油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する複数の弁体と、上記油圧ポンプの吐出圧と、上記複数の油圧シリンダの最大負荷圧との差圧が、所定の目標差圧となるように上記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段と、上記複数の油圧シリンダのそれぞれの供給圧力、及び戻し油の圧力が同圧となるように制御する圧力制御手段とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、上記複数の油圧シリンダのうちの少なくとも最大負荷圧となる油圧シリンダの供給側を形成するメータイン側の流量と排出側を形成するメータアウト側の流量を、当該油圧シリンダのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御するメータイン・メータアウト制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
このように構成した本発明は、コントローラの吐出量演算部を含むポンプ制御手段によって、油圧ポンプの吐出圧が、油圧シリンダの最大負荷圧よりも高くなるように維持した状態で、全ての油圧シリンダへの供給流量が指令通りになるよう、メータイン・メータアウト制御手段によって、メータイン経路の絞りが制御される。これにより本発明は、アクチュエータへの供給流量を精度良く制御することができる。
【００１１】
また本発明は、メータイン・メータアウト制御手段によってメータアウト側の流量が、油圧シリンダのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御される。これにより本発明は、油圧シリンダの作動速度を、負荷圧の変動の影響を受けずに安定して保つことができるとともに、無駄な圧力損失を発生させることなくアクチュエータの速度制御が可能となる。
【００１２】
すなわち本発明は、圧力損失を少なく抑えて省エネを実現させることができるとともに、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記複数の油圧シリンダの全ての油圧シリンダそれぞれの上記メータイン側の流量と上記メータアウト側の流量を、上記油圧シリンダそれぞれのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御するものから成ることを特徴としている。
【００１４】
このように構成した本発明は、全ての油圧シリンダのメータイン側の流量及びメータアウト側の流量が、それぞれの油圧シリンダのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合う流量となるので、精度の高い速度制御の実現に貢献する。
【００１５】
また本発明は、上記発明において、上記弁体が、上記複数の油圧シリンダのそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、上記方向制御弁と該当する油圧シリンダとを連絡し、該当する油圧シリンダのメータイン側の主管路部分に設けられ、該当する油圧シリンダに供給される流量を制御する流量制御弁、及び該当する油圧シリンダのメータアウト側の主管路部分に設けられ、該当する油圧シリンダから排出される戻し油の流量を制御する流量制御弁とを含むことを特徴としている。
【００１６】
このように構成した本発明は、それぞれの方向制御弁と、該当する油圧シリンダとの間に設けられ、該当する油圧シリンダのメータイン側の主管路部分に設けた流量制御弁、及びメータアウト側の主管路部分に設けた流量制御弁を介して、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる。
【００１７】
また本発明は、上記発明において、上記方向制御弁のそれぞれは、流量制御機能を有する方向制御弁から成り、上記圧力制御手段は、上記複数の油圧シリンダのそれぞれに圧油を供給する全てのメータイン主管路側の上記方向制御弁の前後差圧を検出する圧力センサと、上記複数の油圧アクチュエータから排出される戻し油が流れる全てのメータアウト主管路側の上記方向制御弁の前後差圧を検出する圧力センサとを含み、上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記方向制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁とを含むことを特徴としている。
【００１８】
このように構成した本発明は、流量制御機能を有する方向制御弁の切り換え操作を介して、該当する油圧シリンダの作動方向を制御できるとともに、方向制御弁と、油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する流量制御弁と、油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する流量制御弁とによって、該当する油圧シリンダへの供給流量及び該当する油圧シリンダからの戻し油の流量を負荷圧の影響を受けない流量に制御し、これによって精度の高い速度制御を実現させることができる。
【００１９】
また本発明は、上記発明において、上記方向制御弁のそれぞれは、流量制御機能を持たない方向制御弁から成り、上記圧力制御手段は、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁の前後差圧を検出する圧力センサと、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁の前後差圧を検出する圧力センサとを含み、上記メータイン・メータアウト制御手段は、上記油圧シリンダのそれぞれに供給される流量を制御する上記流量制御弁と、上記油圧シリンダのそれぞれから排出される戻し油の流量を制御する上記流量制御弁とを含むことを特徴としている。
【００２０】
このように構成した本発明は、流量制御機能を持たない方向制御弁の切り換え操作を介して、該当する油圧シリンダの作動方向を制御できるとともに、該当する油圧シリンダに供給される流量を制御する流量制御弁、及び該当する油圧シリンダから排出される戻し油の流量を制御する流量制御弁によって、該当する油圧シリンダの精度の高い速度制御を実現させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、ポンプ制御手段と圧力制御手段を介して油圧ポンプの駆動と全ての油圧シリンダの作動を制御することにより、圧力損失を少なく抑えて省エネを実現させることができるとともに、メータイン・メータアウト制御手段によって、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる。これにより本発明は、オペレータの操作感覚に合う優れた操作性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の第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側面図である。
【図２】本発明に係る油圧駆動装置の第１実施形態を示す油圧・電気回路図である。
【図３】第１実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に備えられる方向制御弁の開口特性を示す図である。
【図５】本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態を示す油圧・電気回路図である。
【図６】第２実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る作業機械の油圧駆動装置の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る油圧駆動装置の第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側面図である。
【００２５】
この図１に示すように、油圧ショベルは、走行体１と、この走行体１上に配置される旋回体２と、この旋回体２に上下方向の回動可能に取り付けられる作業装置３とを備えている。走行体１と旋回体２とは車体を構成している。作業装置３は、旋回体２に取り付けられるブーム４と、このブーム４の先端に取り付けられるアーム５と、このアーム５の先端に取り付けられるバケット６とを含んでいる。また、この作業装置３は、ブーム４を駆動するブームシリンダ７、アーム５を駆動するアームシリンダ８、及びバケット６を駆動するバケットシリンダ９を含んでいる。
【００２６】
図２は本発明に係る油圧駆動装置の第１実施形態を示す油圧・電気回路図、図３は第１実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図、図４は第１実施形態に備えられる方向制御弁の開口特性を示す図である。
【００２７】
図２の電気・油圧回路図に示すように、図１に示す油圧ショベルには油圧駆動装置が備えられている。この図２は、説明を簡単にするために、油圧アクチュエータとしてブームシリンダ７とアームシリンダ８のみを描いてあるが、実際にはバケットシリンダ９等も備えている。以下にあっては、複数の油圧シリンダとして、図２に示すブームシリンダ７とアームシリンダ８とを挙げ、例えばアームシリンダ８に最大負荷圧が発生するものとし、アームシリンダ８を収縮させた際にそのボトム室８ｂ方向に向かって負荷が発生する状況、すなわちアームシリンダ８を収縮するように作動させたときに、アームシリンダ８の作動方向に対して順方向の負荷が発生するものとして説明を行う。
【００２８】
本実施形態に係る油圧駆動装置は、例えばブームシリンダ７、アームシリンダ８に圧油を供給する油圧ポンプ１０と、この油圧ポンプ１０からブームシリンダ７、アームシリンダ８のそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御するとともに、ブームシリンダ７、アームシリンダ８に供給される圧油の流量を制御する後述の複数の弁体を備えている。
【００２９】
また本実施形態は、油圧ポンプ１０の吐出圧と、複数の油圧シリンダの最大負荷圧例えばアームシリンダ８の負荷圧との差圧が、所定の目標差圧となるように油圧ポンプ１０の吐出流量を制御する後述のポンプ制御手段を備えている。また本実施形態は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８に対する供給圧力、及び戻し油の圧力を、それぞれ同等となるように制御する後述の圧力制御手段を備えている。これらのポンプ制御手段と圧力制御手段は、公知のものである。
【００３０】
また本実施形態は、上述のポンプ制御手段に含まれ、油圧ポンプ１０の吐出流量の演算処理を行う吐出量演算部と、上述の圧力制御手段に含まれ、供給圧力及び戻し油の圧力の演算処理を行う圧力演算部とを有する後述のコントローラ４０を備えている。
【００３１】
さらに本実施形態は、複数の油圧シリンダのうちの少なくとも最大負荷圧となる油圧シリンダの供給側であるメータイン側の主管路部分の流量と、排出側を形成するメータアウト側の主管路部分の流量を、該当する油圧シリンダのボトム室の受圧面積とロッド室の受圧面積との比に合わせて協調制御するメータイン・メータアウト制御手段を備えている。
【００３２】
上述した油圧ポンプ１０は、ポンプ制御手段に含まれる電磁弁３２から出力される信号に応じた吐出流量に制御される。また、メータイン・メータアウト制御手段は、例えば複数の油圧シリンダの全ての油圧シリンダ、今の場合はブームシリンダ７及びアームシリンダ８それぞれのメータイン側の主管路部分１５，１９の流量のそれぞれと、メータアウト側の主管路部分２１，１７の流量のそれぞれを、ブームシリンダ７、アームシリンダ８それぞれのボトム室７ｂ，８ｂの受圧面積とロッド室７ａ，８ａの受圧面積との比に合わせて協調制御するものから成っている。
【００３３】
上述した弁体は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８のそれぞれに供給される圧油の流れ方向を制御するブーム用方向制御弁１２及びアーム用方向制御弁１１を含んでいる。また上述した弁体は、方向制御弁１２，１１と該当するブームシリンダ７、アームシリンダ８とをそれぞれ連絡し、該当するブームシリンダ７、アームシリンダ８のメータイン側の主管路部分１９，１５に配置されて、これらのブームシリンダ７、アームシリンダ８に供給される流量をそれぞれ制御する流量制御弁２０，１６、及びブームシリンダ７、アームシリンダ８のメータアウト側の主管路部分２１，１７に配置されて、これらのブームシリンダ７、アームシリンダ８から排出される戻し油の流量をそれぞれ制御する流量制御弁２２，１８を備えている。なお、例えばアームシリンダ８のボトム室８ｂとロッド室８ａとの受圧面積の比率は、２：１に設定されている。同様に、ブームシリンダ７のボトム室７ｂとロッド室７ａとの受圧面積の比率も、２：１に設定されている。
【００３４】
すなわち、油圧ポンプ１０とアームシリンダ８との間にアーム用方向制御弁１１を配置してあり、このアーム用方向制御弁１１は、例えば流量制御機能を有する方向制御弁から成っている。このアーム用方向制御弁１１は、アーム用操作装置１３によって切り換え操作される。
【００３５】
また、このアーム用方向制御弁１１は、アームシリンダ８のメータイン側すなわちロッド室８ａの受圧面積と同等となる最大開口面積を備えたメータイン通路、及びアームシリンダ８のメータアウト側すなわちボトム室８ｂの受圧面積と同等となる最大開口面積のメータアウト通路を有する切換位置を含んでいる。アーム用方向制御弁１１の一方の切換位置１１ａのメータイン通路の最大開口面積は、図４の右側領域のＭ／Ｉで示すように、アームシリンダ８のロッド室８ａの受圧面積と同等となるように設定してあり、切換位置１１ａのメータアウト通路の最大開口面積は、図４の右側領域のＭ／Ｏで示すように、アームシリンダ８のボトム室８ｂの受圧面積と同等となるように設定してある。また、アーム用方向制御弁１１の他方の切換位置１１ｂのメータイン通路の最大開口面積は、図４の左領域のＭ／Ｉで示すように、アームシリンダ８のボトム室８ｂの受圧面積と同等となるように設定してあり、切換位置１１ｂのメータアウト通路の最大開口面積は、図４の左側領域のＭ／Ｏで示すように、アームシリンダ８のロッド室８ａの受圧面積と同等となるように設定してある。
【００３６】
上述した圧力制御手段は、アームシリンダ８のメータイン主管路側、今の場合はアームシリンダ８のロッド室８ａに連なる主管路部分１５ａ，１５にそれぞれ設けられ、アーム用方向制御弁１１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を検出する圧力センサ２４，２５と、アームシリンダ８から排出される戻し油が流れるメータアウト主管路側、今の場合はアームシリンダ８のボトム室８ｂに連なる主管路部分１７，１７ａにそれぞれ設けられ、アーム用方向制御弁１１の前後差圧（Ｐ３−Ｐ４）を検出する圧力センサ２６，２７とを含んでいる。
【００３７】
なお、アーム用方向制御弁１１とアームシリンダ８のロッド室８ａとを連絡する主管路部分１５には、コントローラ４０によって制御される電磁弁３６から出力される信号に応じてアームシリンダ８に供給される流量を制御する流量制御弁１６を配置してある。また、アームシリンダ８のボトム室８ｂとアーム用方向制御弁１１とを連絡する主管路部分１７には、コントローラ４０によって制御される電磁弁３５から出力される信号に応じて、アームシリンダ８のボトム室８ｂから主管路部分１７に流れる戻し油の流量を制御する流量制御弁１８を配置してある。
【００３８】
上述したメータイン・メータアウト制御手段は、今の場合、電磁弁３５，３６と、流量制御弁１６，１８と、アーム用方向制御弁１１のメータイン通路とメータアウト通路を有する切換位置１１ａとを含むものである。
【００３９】
上述したアームシリンダ８の駆動に関係する回路と同様に、油圧ポンプ１０とブームシリンダ７との間にブーム用方向制御弁１２を配置してあり、このブーム用方向制御弁１２は、例えば流量制御機能を有する方向制御弁から成っている。このブーム用方向制御弁１２はブーム用操作装置１４によって切り換え操作される。
【００４０】
また、このブーム用方向制御弁１２は、ブームシリンダ７のメータイン側すなわちロッド室７ａの受圧面積と同等となる最大開口面積を備えたメータイン通路、及びブームシリンダ７のメータアウト側すなわちボトム室７ｂの受圧面積と同等となる最大開口面積を備えたメータアウト通路を備えた切換位置を含んでいる。例えば、ブーム用方向制御弁１２の一方の切換位置１２ａのメータイン通路の最大開口面積は、ブームシリンダ７のロッド室７ａの受圧面積と同等となるように設定してあり、切換位置１２ａのメータアウト通路の最大開口面積は、ブームシリンダ７のボトム室７ｂの受圧面積と同等となるように設定してある。また、ブーム用方向制御弁１２の他方の切換位置１２ｂのメータイン通路の最大開口面積は、ブームシリンダ７のボトム室７ｂの受圧面積と同等となるように設定してあり、切換位置１２ｂのメータアウト通路の最大開口面積は、ブームシリンダ７のロッド室７ａの受圧面積と同等となるように設定してある。
【００４１】
上述した圧力制御手段は、ブームシリンダ７のメータイン主管路側、今の場合はブームシリンダ７のロッド室７ａに連なる主管路部分１９ａ，１９にそれぞれ設けられ、ブーム用方向制御弁１２の前後差圧（Ｐ５−Ｐ６）を検出する圧力センサ２８，２９と、ブームシリンダ７から排出される戻し油が流れるメータアウト主管路側、今の場合はブームシリンダ７のボトム室７ｂに連なる主管路部分２１，２１ａにそれぞれ設けられ、ブーム用方向制御弁１２の前後差圧（Ｐ７−Ｐ８）を検出する圧力センサ３０，３１とを含んでいる。
【００４２】
なお、ブーム用方向制御弁１２とブームシリンダ７のロッド室７ａとを連絡する主管路部分１９には、コントローラ４０によって制御される電磁弁３４から出力される信号に応じてブームシリンダ７に供給される流量を制御する流量制御弁２０を配置してある。また、ブームシリンダ７のボトム室７ｂとブーム用方向制御弁１２とを連絡する主管路部分２１には、コントローラ４０によって制御される電磁弁３３から出力される信号に応じて、ブームシリンダ７のボトム室７ｂから主管路部分２１に流れる戻し油の流量を制御する流量制御弁２２を配置してある。
【００４３】
上述したメータイン・メータアウト制御手段は、今の場合、電磁弁３３，３４と、流量制御弁２０，２２と、ブーム用方向制御弁１２のメータイン通路とメータアウト通路を有する切換位置１２ａとを含むものである。
【００４４】
図３に示すように、上述した圧力センサ２４−３１、及び電磁弁３２−３６が接続されるコントローラ４０は、圧力センサ２４で検出される圧力Ｐ１と、圧力センサ２５で検出される圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）を演算する演算部４０ａと、この演算部４０ａで演算された値と上述した所定の目標差圧との差を演算する演算部４０ｂと、この演算部４０ｂで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部４０ｃとを含んでいる。この電流値演算部４０ｃで演算された電流値の電流が電磁弁３２に出力され、この電磁弁３２の駆動に応じて油圧ポンプ１０の吐出流量が制御される。上述したコントローラ４０の演算部４０ａ，４０ｂ、及び電流値演算部４０ｃは、ポンプ吐出量の演算処理を行う吐出量演算部を構成している。
【００４５】
また、上述した油圧ポンプ１０の吐出圧を検出する圧力センサ２４と、最大負荷圧、すなわち今の場合アームシリンダ８の負荷圧を検出する圧力センサ２５と、コントローラ４０の演算部４０ａ，４０ｂ、及び電流値演算部４０ｃと、電磁弁３２とによって、油圧ポンプ１０の吐出圧とアームシリンダ８の負荷圧すなわち最大負荷圧との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が、所定の目標差圧となるように油圧ポンプ１０の吐出流量を制御するポンプ制御手段が構成されている。
【００４６】
また、コントローラ４０は、アームシリンダ８の主管路部分１５に設けた圧力センサ２５で検出される圧力Ｐ２と、ブームシリンダ７の主管路部分１９に設けた圧力センサ２９で検出される圧力Ｐ６との差圧（Ｐ２−Ｐ６）を演算する演算部４０ｄと、この演算部４０ｄで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部４０ｅとを含んでいる。この電流値演算部４０ｅで演算された電流値の電流が電磁弁３４に出力され、この電磁弁３４の駆動に応じて流量制御弁２０の開口面積が制御される。
【００４７】
上述したコントローラ４０の演算部４０ｄ、電流値演算部４０ｅ等によって供給圧力及び戻し油の圧力の演算処理を行う圧力制御部が構成され、また、圧力センサ２４−３１と、コントローラ４０の上述した圧力演算部と、電磁弁３３−３６によって、アームシリンダ８、ブームシリンダ７に対する供給圧力、及び戻し油の圧力を、それぞれ同圧となるように制御する圧力制御手段が構成されている。
【００４８】
またコントローラ４０は、同図３に示すように、アームシリンダ８のメータアウト側である主管路部分１７に設けた圧力センサ２６の圧力Ｐ３と、主管路部分１７ａに設けた圧力センサ２７の圧力Ｐ４との差圧（Ｐ３−Ｐ４）を演算する演算部４０ｆと、この演算部４０ｆで演算された値と上述した所定の目標差圧との差を演算する演算部４０ｇと、この演算部４０ｇで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部４０ｈとを含んでいる。この電流値演算部４０ｈで演算された電流値の電流が電磁弁３５に出力され、この電磁弁３５の駆動に応じて主管路部分１７に設けた流量制御弁１８の開口面積が制御される。このようにして、流量制御弁１６，１８と、アーム用方向制御弁１１のメータイン通路及びメータアウト通路を有する切換位置１１ａとにより、主管路部分１５，１７の流量が、アームシリンダ８のボトム室８ｂの受圧面積とロッド室８ａの受圧面積との比に合せて協調制御される。
【００４９】
上述と同様に、ブームシリンダ７のメータアウト側にあっても、例えば圧力センサ３０の圧力Ｐ７と圧力センサ３１の圧力Ｐ８との差圧（Ｐ７−Ｐ８）に応じてコントローラ４０から出力される信号によって電磁弁３３が駆動し、この電磁弁３３の駆動に応じて主管路部分２１に設けた流量制御弁２２の開口面積が制御される等の動作が行われる。すなわち、流量制御弁２０，２２と、ブーム用方向制御弁１２のメータイン通路及びメータアウト通路を有する切換位置１２ａとにより、主管路部分１４，２１の流量が、ブームシリンダ７のボトム室７ｂの受圧面積とロッド室７ａの受圧面積の比に合せて協調制御される。
【００５０】
このように構成した第１実施形態にあっては、例えばアーム用操作装置１３を所定の一方向に操作し、アーム用方向制御弁１１を図２の左位置すなわち同図２に示すように切換位置１１ａに切り換えると、油圧ポンプ１０から吐出される圧油が、主管路部分１５ａ、アーム用方向制御弁１１、主管路部分１５、及び流量制御弁１６を介してアームシリンダ８のロッド室８ａに供給され、アームシリンダ８のボトム室８ｂから排出された圧油が主管路部分１７、流量制御弁１８、アーム用方向制御弁１１、及び主管路部分１７ａを介してタンク４１に戻され、アームシリンダ８が収縮する方向に作動する。このとき例えば、上述したようにアームシリンダ８の作動方向に対して順方向の負荷が発生する状態となる。
【００５１】
上述とは逆方向にアーム用操作装置１３を操作し、アーム用方向制御弁１１を図２の右位置すなわち切換位置１１ｂに切り換えると、油圧ポンプ１０から吐出される圧油が主管路部分１５ａ、アーム用方向制御弁１１、主管路部分１７、及び流量制御弁１８を介してアームシリンダ８のボトム室８ｂに供給され、アームシリンダ８のロッド室８ａから排出された圧油が主管路部分１５、流量制御弁１６、アーム用方向制御弁１１、主管路部分１７ａを介してタンク４１に戻され、アームシリンダ８が伸長する方向に作動する。このとき例えば、アームシリンダ８の作動方向に対して逆方向の負荷が発生する状態となる。
【００５２】
また、ブーム用操作装置１４を所定の一方向に操作し、ブーム用方向制御弁１２を図２の左位置すなわち同図２に示すように切換位置１２ａに切り換えると、油圧ポンプ１０から吐出される圧油が、主管路部分１９ａ、ブーム用方向制御弁１２、主管路部分１９、及び流量制御弁２０を介してブームシリンダ７のロッド室７ａに供給され、ブームシリンダ７のボトム室７ｂから排出された圧油が主管路部分２１、流量制御弁２２、ブーム用方向制御弁１２、及び主管路部分２１ａを介してタンク４１に戻され、ブームシリンダ７が収縮する方向に作動する。
【００５３】
上述とは逆方向にブーム用操作装置１４を操作し、ブーム用方向制御弁１２を図２の右位置すなわち切換位置１２ｂに切り換えると、油圧ポンプ１０から吐出される圧油が主管路部分１９ａ、ブーム用方向制御弁１２、主管路部分２１、及び流量制御弁２２を介してブームシリンダ７のボトム室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のロッド室７ａから排出された圧油が主管路部分１９、流量制御弁２０、ブーム用方向制御弁１２、主管路部分２１ａを介してタンク４１に戻され、ブームシリンダ７が伸長する方向に作動する。
【００５４】
例えば、上述のようにアームシリンダ８とブームシリンダ７を駆動することによって、作業装置３に含まれるアーム５とブーム４の複合操作が実施され、バケット６による土砂の掘削作業等が実施される。
【００５５】
この第１実施形態によれば、コントローラ４０の吐出量制御部を含むポンプ制御手段によって、油圧ポンプ１０の吐出圧が、最大負荷圧であるアームシリンダ８の負荷圧よりも高くなるように維持した状態で、コントローラ４０の圧力演算部を含む圧力制御手段によって、アームシリンダ８、ブームシリンダ７のそれぞれの供給圧力、及び戻し油の圧力が、それぞれ同圧となるように制御されるので、圧力損失を少なく抑えながらこれらのアームシリンダ８及びブームシリンダ７にアーム用操作装置１３、ブーム用操作装置１４のそれぞれの操作量に応じた流量を供給して、所望の複合操作を実施することができる。これにより第１実施形態は、エネルギロスを少なくして省エネを実現させることができる。
【００５６】
また、この第１実施形態によれば、最大負荷圧の油圧シリンダ、今の場合は、アームシリンダ８の作動方向に対して順方向の負荷が発生するときでも、メータイン・メータアウト制御手段、すなわち流量制御弁１６，１８及び流量制御弁２０，２２と、アーム用方向制御弁１１の切換位置１１ａ及びブーム用方向制御弁１２の切換位置１２ａとによって、アームシリンダ８のメータイン側の主管路部分１５の流量とメータアウト側の主管路部分１７の流量が、アームシリンダ８のボトム室８ｂとロッド室８ａとの比に合わせて協調制御され、また、ブームシリンダ７のメータイン側の主管路部分１９の流量とメータアウト側の主管路部分２１の流量が、ブームシリンダ７のボトム室７ｂとロッド室７ａとの比に合わせて協調制御される。すなわち、各メータイン側にあっては、図４の右領域のＭ／Ｉ等で示されるアーム用方向制御弁１１、ブーム用方向制御弁１２の開口面積に相応する小さな流量に制御された状態で、アームシリンダ８、ブームシリンダ７のそれぞれの負荷圧に応じた流量制御弁１６，２０による流量制御が実施され、また各メータアウト側にあっては、図４の右領域のＭ／Ｏ等で示されるアーム用方向制御弁１１、ブーム用方向制御弁１２の開口面積に相応する大きな流量に制御された状態で、アームシリンダ８、ブームシリンダ７のそれぞれの負荷圧に応じた流量制御弁１８，２２による流量制御が実施される。これらにより、この第１実施形態は、アームシリンダ８、ブームシリンダ７の作動速度を、アームシリンダ８、ブームシリンダ７の負荷圧の変動の影響を受けずに安定して保つことができる。
【００５７】
すなわち、この第１実施形態は、圧力損失を少なく抑えて省エネを実現させることができるとともに、負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる。これにより、この第１実施形態は、オペレータの操作感覚に合う優れた操作性を確保することができる。
【００５８】
また、この第１実施形態は、アーム用方向制御弁１１、ブーム用方向制御弁１２を介して該当するアームシリンダ８、ブームシリンダ７の作動方向を制御することができるとともに、アームシリンダ８のメータイン側に設けられる流量制御弁１６による流量制御、及びメータアウト側に設けられる流量制御弁１８による流量制御、また、ブームシリンダ７のメータイン側に設けられる流量制御弁２０による流量制御、及びメータアウト側に設けられる流量制御弁２２による流量制御と、アーム用方向制御弁１１のメータイン通路及びメータアウト通路を有する切換位置１１ａによる流量制御、ブーム用方向制御弁１２のメータイン通路及びメータアウト通路を有する切換位置１２ａによる流量制御とによって、アームシリンダ８のメータイン側の流量及びメータアウト側の流量、またブームシリンダ７のメータイン側の流量及びメータアウト側の流量を、負荷圧の影響を受けない速度が得られる流量に制御し、これによって精度の高い速度制御を実現させることができる。
【００５９】
図５は本発明に係る油圧駆動装置の第２実施形態を示す油圧・電気回路図、図６は第２実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示す図である。
【００６０】
この第２実施形態は、アーム用方向制御弁５０及びブーム用方向制御弁５１が圧油の流れ方向を切り換える機能を有するものの、流量制御機能を持たない方向制御弁から成っている。すなわち図５に示すように、アーム用方向制御弁５０は、全閉位置である中立位置５０ｃと、全開位置である左右の切換位置５０ａ，５０ｂを有する構成となっている。同様に、ブーム用方向制御弁５１は、全閉位置である中立位置５１ｃと、全開位置である左右の切換位置５１ａ，５１ｂを有する構成となっている。
【００６１】
また同図５に示すように、アーム用操作装置１３の所定の一方向の操作を検出するとともに、そのときの操作量を検出し、圧力Ｐｉ１を出力する圧力センサ５２と、アーム用操作装置１３の他方の操作方向を検出するとともに、そのときの操作量を検出し、圧力Ｐｉ２を出力する圧力センサ５３と、ブーム用操作装置１４の一方の操作方向を検出するとともに、そのときの操作量を検出し圧力Ｐｉ３を出力する圧力センサ５４と、ブーム用操作装置１４の他方の操作方向を検出するとともに、そのときの操作量を検出し圧力Ｐｉ４を出力する圧力センサ５５とを備えている。
【００６２】
また、この第２実施形態は、同図５に示すように、アームシリンダ８に圧油を供給する例えばアームシリンダ８のロッド室８ａに連なるメータイン主管路側の流量制御弁１６の前後差圧、すなわち流量制御弁１６の上流側の主管路部分１５に設けた圧力センサ２４の圧力Ｐ１と、流量制御弁１６の下流側の主管路部分１５に設けた圧力センサ２５の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）と、アームシリンダ８のボトム室８ｂに連なるメータアウト主管路側の流量制御弁１８の前後差圧、すなわち流量制御弁１８の上流側の主管路部分１７に設けた圧力センサ２６の圧力Ｐ３と、流量制御弁１８の下流側の主管路部分１７に設けた圧力センサ２７の圧力Ｐ４との差圧（Ｐ３−Ｐ４）を求めるように構成してある。この第２実施形態ではメータイン・メータアウト制御手段は、アームシリンダ８に供給される流量を制御する上述の流量制御弁１６と、アームシリンダ８から排出される戻し油の流量を制御する上述の流量制御弁１８とを含んでいる。
【００６３】
また、この第２実施形態のコントローラ６０は、図６に示すように、圧力センサ２４で検出される圧力Ｐ１と、圧力センサ２５で検出される圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）を演算する演算部６０ａと、この演算部６０ａで演算された値と、所定の目標差圧すなわち規定差圧との差を演算する演算部６０ｂと、この演算部６０ｂで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部６０ｃとを含んでいる。これらの演算部６０ａ，６０ｂ、及び電流値演算部６０ｃを備えた点については第１実施形態のコントローラ４０と同等である。
【００６４】
またコントローラ６０は、例えばアーム用操作装置１３の所定の一方向の操作を検出する圧力センサ５２から出力される圧力Ｐｉ１に相当する操作量に応じた目標流量を演算する関数発生部６０ｄと、この関数発生部６０ｄから出力される目標流量と、上述の規定差圧とからアームシリンダ８の主管路部分１５に設けた流量制御弁１６の開口面積を演算する演算部６０ｅと、この演算部６０ｅで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部６０ｆとを含んでいる。この電流値演算部６０ｆで求められた電流値に応じて電磁弁３６が駆動し、この電磁弁３６によって流量制御弁１６の開口面積が制御される。すなわち、流量制御弁１６の開口面積の最大値がアームシリンダ８のロッド室８ａの受圧面積となる範囲内において、アームシリンダ８の負荷圧の変動の影響を受けることなく、アーム用操作装置１３の操作量に応じた速度となるようにアームシリンダ８の作動速度が制御される。
【００６５】
またコントローラ６０は、例えばブーム用操作装置１４の所定の一方向の操作を検出する圧力センサ５４から出力される圧力Ｐｉ３に相応する操作量に応じた目標流量を演算する関数発生部６０ｇと、アームシリンダ８の主管路部分１５に設けた圧力センサ２５で検出される圧力Ｐ２と、ブームシリンダ７の主管路部分１９に設けた圧力センサ２９で検出される圧力Ｐ６との差圧（Ｐ２−Ｐ６）を演算する演算部６０ｉと、関数発生部６０ｇから出力される目標流量及び演算部６０ｉから出力される差圧（Ｐ２−Ｐ６）に基づいてブームシリンダ７の主管路部分１９に設けた流量制御弁２０の開口面積を演算する演算部６０ｈと、この演算部６０ｈで演算された値に基づいて電流値を求める電流値演算部６０ｊとを含んでいる。この電流値演算部６０ｊで求められた電流値の電流が電磁弁３４に出力され、この電磁弁３４の駆動に応じて流量制御弁２０の開口面積が制御される。これにより、ブームシリンダ７の負荷圧の変動の影響を受けることなく、ブーム用操作装置１４の操作量に応じた速度となるようにブームシリンダ７の作動速度が制御される。
【００６６】
さらにコントローラ６０は、例えばアーム用操作装置１３の所定の一方向の操作量、すなわち圧力センサ５２から出力される圧力Ｐｉ１に応じた目標流量を演算する関数発生部６０ｍと、この関数発生部６０ｍで演算された値に基づいてアームシリンダ８に係る理論流量比、今の場合はアームシリンダ８のボトム室８ｂの受圧面積とロッド室８ａの受圧面積の比である２：１に相応する流量、すなわちロッド室８ａに供給される流量の２倍の流量を演算する演算部６０ｎと、アームシリンダ８のメータアウト側である主管路部分１７に設けた圧力センサ２６の圧力Ｐ３と、圧力センサ２７の圧力Ｐ４との差圧（Ｐ３−Ｐ４）を演算する演算部６０ｋと、演算部６０ｎで演算された値及び演算部６０ｋで演算された差圧（Ｐ３−Ｐ４）に基づいてアームシリンダ８のボトム室８ｂに連なる主管路部分１７に設けた流量制御弁１８の開口面積を演算する演算部６０ｒと、この演算部６０ｒから出力される値に基づいて電流値を求める電流値演算部６０ｓとを含んでいる。この電流値演算部６０ｓで求められた電流値の電流が電磁弁３５に出力され、この電磁弁３５の駆動に応じて主管路部分１７に設けた流量制御弁１８が制御される。
【００６７】
上述と同様に、ブームシリンダ７のメータアウト側にあっても、圧力センサ３０の圧力Ｐ７と圧力センサ３１の圧力Ｐ８との差圧（Ｐ７−Ｐ８）、及び圧力センサ５４によって検出されるブーム用操作装置１４の例えば所定の一方向の操作量に相応する圧力Ｐｉ３に応じてコントローラ６０から出力される信号によって電磁弁３３が駆動し、この電磁弁３３の駆動に応じて主管路部分２１に設けた流量制御弁２２が制御される。
【００６８】
この第２実施形態では、コントローラ６０の演算部６０ｄ，６０ｅと電流値演算部６０ｆと、演算部６０ｇ，６０ｈ，６０ｉと電流値演算部６０ｊと、演算部６０ｋ，６０ｍ，６０ｎ，６０ｒと電流値演算部６０ｓ等と、流量制御弁１６，１８，２０，２２とによって、アームシリンダ８のメータイン側の主管路部分１５の流量、及びメータアウト側の主管路部分１７の流量が、アームシリンダ８のボトム室８ｂの受圧面積とロッド室８ａの受圧面積の比に合うように、またブームシリンダ７のメータイン側の主管路部分１９の流量、及びメータアウト側の主管路部分２１の流量が、ブームシリンダ７のボトム室７ｂの受圧面積とロッド室７ａの受圧面積の比に合うように、それぞれ協調制御するメータイン・メータアウト制御手段が構成されている。その他の構成は、上述した第１実施形態と同等である。
【００６９】
このように構成した第２実施形態にあっても、上述した第１実施形態におけるのと同様に、圧力損失を少なく抑えることができるとともに、例えばアームシリンダ８が収縮する際に順方向の負荷が発生するときでも、アームシリンダ８、ブームシリンダ７の負荷圧の変動の影響を受けない精度の高い速度制御を実現させることができる。したがって、オペレータの操作感覚に合う優れた操作性を確保することができる。
【００７０】
また、この第２実施形態は、流量制御機能を持たないアーム用方向制御弁１１、ブーム用方向制御弁１２を介してアームシリンダ８、ブームシリンダ７の作動方向を制御できるとともに、アームシリンダ８のメータイン側に設けられる流量制御弁１６による流量制御及びメータアウト側に設けられる流量制御弁１８による流量制御、ブームシリンダ７のメータイン側に設けられる流量制御弁２０による流量制御及びメータアウト側に設けられる流量制御弁２２による流量制御によって、アームシリンダ８のメータイン側の流量及びメータアウト側の流量、またブームシリンダ７のメータイン側の流量及びメータアウト側の流量を、負荷圧の影響を受けない速度が得られる流量に制御し、これによって精度の高い速度制御を実現させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１    走行体（車体）
２    旋回体（車体）
３    作業装置
４    ブーム
５    アーム
７    ブームシリンダ
７ａ  ロッド室
７ｂ  ボトム室
８    アームシリンダ
８ａ  ロッド室
８ｂ  ボトム室
１０    油圧ポンプ
１１    アーム用方向制御弁
１１ａ  切換位置
１２    ブーム用方向制御弁
１２ａ  切換位置
１３    アーム用操作装置
１４    ブーム用操作装置
１５    主管路部分
１５ａ  主管路部分
１６    流量制御弁
１７    主管路部分
１７ａ  主管路部分
１８    流量制御弁
１９    主管路部分
１９ａ  主管路部分
２０    流量制御弁
２１    主管路部分
２１ａ  主管路部分
２２    流量制御弁
２４    第１圧力センサ
２５    第２圧力センサ
２６    第３圧力センサ
２７    第４圧力センサ
２８    第５圧力センサ
２９    第６圧力センサ
３０    第７圧力センサ
３１    第８圧力センサ
３２    第１電磁弁
３３    第２電磁弁
３４    第３電磁弁
３５    第４電磁弁
３６    第５電磁弁
４０    コントローラ
４１    タンク
５０    アーム用方向制御弁
５１    ブーム用方向制御弁
５２    第９圧力センサ
５４    第１１圧力センサ
６０    コントローラ
【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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