(57)【要約】【課題】作動油の粘度変動があっても油圧作業機の操作性を良好に維持できる油圧駆動作業機を提供する。【解決手段】作業機用の可変容量型の油圧モータに作動油を供給する可変吐出量型の油圧ポンプと、油圧ポンプのポンプ容積と油圧モータのモータ容積を変更する容積制御手段と、作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、ポンプ容積制御手段は、温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたポンプ容積および／またはモータ容積を選択する。油圧ポンプおよび／または油圧モータの容積効率の変動を補償できるため、作業機用の油圧モータを一定の速度で駆動することができる。粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。【選択図】図１
2017155850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機用の油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータに作動油を供給する可変吐出量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプのポンプ容積を変更する容積制御手段と、
前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、
前記容積制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたポンプ容積を選択する
ことを特徴とする油圧駆動作業機。
【請求項２】
作業機用の可変容量型の油圧モータと、
該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧モータのモータ容積を変更する容積制御手段と、
前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、
前記容積制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたモータ容積を選択する
ことを特徴とする油圧駆動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動作業機に関する。さらに詳しくは、移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機では、ブームやウインチなどの作業機器を動作させるのに油圧シリンダや油圧モータなどの多数の油圧アクチュエータを用いている。油圧アクチュエータの駆動には油圧ポンプが吐出する作動油の給排が不可欠であるが、作動油は油温の上昇・低下により粘度が低下・上昇して油圧ポンプの容積効率が変動する。このような場合、オペレータが感じる操作感覚が通常の場合と違ってくるので、ブームやフックなどが周辺の建物などに衝突したり、安全限界を超えるようなことになると危険である。とくに、このような問題は、二つ以上の油圧アクチュエータを同時操作するときに著しかった。
【０００３】
しかるに、作動油の粘度を正確に計測するセンサは計測装置としては存在するものの、それを作業機に搭載し作業中の正確な粘度を測定する事は容易では無いので、粘度の変動により生じる容積効率の変動とそれに伴う操作感覚の補償を行うことができなかった。
【０００４】
従来技術としては、作動油の粘度を考慮し、低温時の高粘度状態でも性能向上を図るようにした特許文献１の技術がある。
この従来技術は、油圧制御ユニットをもつ油圧制御システムであって、ソレノイドにより作動されるバルブなどの電気エネルギー源が、流体粘度を下げて制御ユニットの性能を向上させるために、作動油を加熱するのに用いられる。
【０００５】
しかるに、この従来技術では、作動油の粘度を下げることだけを考慮したものであって、粘度の変動があったときでも、たとえば容積効率を補償等により油圧作業機の操作性を向上させるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、作動油の粘度変動があっても、油圧作業機の操作性が変動しないように維持できる油圧駆動作業機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】
【０００８】
第１発明の油圧駆動作業機は、作業機用の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに作動油を供給する可変吐出量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプのポンプ容積を変更する容積制御手段と、前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、前記容積制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたポンプ容積を選択することを特徴とする。
第２発明の油圧駆動作業機は、作業機用の可変容量型の油圧モータと、該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧モータのモータ容積を変更する容積制御手段と、前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、前記容積制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたモータ容積を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたポンプ容積を選択して油圧ポンプを駆動制御できるので、油圧ポンプの容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧アクチュエータを一定の速度で駆動することができる。また、粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
第２発明によれば、油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けたモータ容積を選択して油圧モータを駆動制御できるので、油圧モータの容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧モータを一定の速度で駆動することができる。また、粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の油圧駆動作業機における制御部の説明図である。
【図２】（Ａ）は作動油粘度とポンプ容積効率の関係説明図、（Ｂ）は作動油温度と作動油粘度の関係説明図、（Ｃ）は作動油温度とポンプ吐出量の関係説明図である。
【図３】（Ａ）は本発明に基づきポンプ容積を制御した場合の説明図。（Ｂ）は本発明に基づきモータ容積を制御した場合の説明図である。
【図４】本発明を適用した油圧駆動作業機の一例であるトラック搭載型クレーンの油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明に係る油圧駆動作業機は、トラック搭載型クレーンなどの移動式クレーン、高所作業車などであるが、これらに限られるものではなく、油圧アクチュエータを用いたあらゆる作業機が含まれる。
以下では、トラック搭載型クレーンを例に説明する。
【００１２】
本発明を適用したトラック搭載型クレーンは、汎用トラックの運転室と荷台との間の車体フレームに小型クレーンが搭載されたものである。
【００１３】
図４に示すように、トラック搭載型クレーンにおける小型クレーンの油圧回路１０は、複数の油圧アクチュエータ２１〜２５と、それら油圧アクチュエータ２１〜２５に作動油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧アクチュエータ２１〜２５と油圧ポンプ１２との間に介装された油圧バルブユニット１３とを備えている。
【００１４】
図示の油圧アクチュエータ２１〜２５は、フックを巻上巻下するウインチ用油圧モータ２１、小型クレーンのブームを伸縮させるブーム伸縮用油圧シリンダ２２、ブームを起伏させるブーム起伏用油圧シリンダ２３、アウトリガを伸縮させるアウトリガ用油圧シリンダ２４、ポストを旋回させる旋回用油圧モータ２５などであるが、これら以外のものを含んだものも、これらの一部で構成されたものも本発明を適用することができる。
【００１５】
油圧ポンプ１２は、オイルタンク１４に貯留された作動油を吸入し、その作動油をポンプ油路１５を介して油圧バルブユニット１３に供給する。
なお、図４に示す各油圧アクチュエータ２１〜２５の油圧ポンプ１２からみた並びは一例であって、図示と異なるものも本発明に含まれる。また、アウトリガ用油圧シリンダ２４は本来は２本備えているが、簡便のため１本のみ図示している。
【００１６】
油圧バルブユニット１３は、各油圧アクチュエータ２１〜２５への作動油の供給排出を制御する複数の切換制御弁１３ａ〜１３ｅで構成されている。各切換制御弁１３ａ〜１３ｅは３位置６ポートの切換制御弁であり、その中立位置で連通し切換位置で遮断されるキャリーオーバ油路を有している。各切換制御弁１３ａ〜１３ｅのキャリーオーバ油路を直列に連通して油圧ポンプ１２から供給された作動油をオイルタンク１４に還流させるように構成されている。また、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅは、それぞれＰポートがポンプ油路１５に接続され、Ｔポートがオイルタンク１４に接続されている。さらに、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅの一対の制御ポートは、対応する油圧アクチュエータ２１〜２５に接続されている。
【００１７】
油圧ポンプ１２にはエンジンや電動モータなどの駆動手段１６が接続されており、駆動手段１６にはエンジンコントロールユニットやインバータなどの回転数制御器１７が接続されており、この回転数制御器１７により駆動手段１６の回転数が制御されている。さらに、回転数制御器１７には駆動手段１６の回転数を指示する制御手段１８が接続されている。
【００１８】
制御手段１８の指示に従って、回転数制御器１７が駆動手段１６の回転数を制御すると、それにより油圧ポンプ１２の回転数が制御される。一般に、油圧ポンプはその回転数に比例して吐出流量が増減する。そのため、制御手段１８により油圧ポンプ１２の吐出流量を制御できる。
【００１９】
オイルタンク１４には、オイルタンク１４に貯留された作動油の油温を検出する温度センサ１９が設けられている。この温度センサ１９は制御手段１８に接続されており、検出した油温を制御手段１８に入力するように構成されている。
【００２０】
上記油圧回路１０に用いられる油圧ポンプ１２は、可変吐出量型が用いられる。可変吐出量型の油圧ポンプには、各種のタイプが存在するが、代表的なものとして、アキシャル形ポンプが例示できる。この可変吐出量型油圧ポンプのポンプ容積（ポンプ室の内容積をいう。つまり、１回転当りの吐出量を画定する体積である。）は、アキシャル形ポンプなら斜板や斜軸の傾斜角度を公知の方法で変位させることにより変更することができる。斜板や斜軸の変位は、後述する容積制御手段３１を介して行われる。
【００２１】
また、上記油圧回路１０に用いられる油圧モータ２５は、可変容量型が用いられる。可変容量型の油圧モータには、各種のタイプが存在するが、代表的なものとして、アキシャル形モータを例示できる。これらの可変容量型油圧モータのモータ容積（モータ室の内容積をいう。つまり、１回転当りの必要油量を画定する体積である）は、アキシャル形モータなら斜板の傾斜角度を、公知の方法で変位させることにより変更することができる。斜板や斜軸の変位は、後述する容積制御手段３１を介して行われる。
【００２２】
本発明において、油圧ポンプの型式と油圧モータの型式には、つぎの３つの組合せが可能である。
ａ）可変吐出量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータ
ｂ）可変吐出量型油圧ポンプと定容量型油圧モータ
ｃ）定量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータ
【００２３】
（本発明の技術原理）
上記のような油圧駆動作動機に適用される本発明の技術原理を説明する。
油圧駆動作業機のアクチュエータである油圧シリンダ２２、２３、２４およびウインチ用油圧モータ２１、旋回用油圧モータ２５は、油圧ポンプ１２によって供給される作動油によって駆動される。油圧ポンプ１２はタンク１４から作動油を吸引して加圧し、各アクチュエータ２１〜２５に圧送するのであるが、油圧モータ２１、２５および油圧ポンプ１２の容積効率は作動油粘度に応じて変化する。
【００２４】
たとえば、図２（Ａ）に示すように、作動油粘度が高くなると、流動性は低くなり、油圧ポンプの容積効率は高くなる。
従って、同じポンプ容積でも吐出流量は作動油粘度によって変化するので、アクチュエータに供給する流量も作動油粘度によって変化する。
一方、図２（Ｂ）に示すように、作動油の粘度は温度によって変化する。すなわち、作動油温度が高くなると、作動油粘度は低下する。
【００２５】
そこで、（１）作動油粘度とポンプ容積効率の関係、および（２）作動油温度と作動油粘度との関係を利用すれば、図２（Ｃ）に示すように作動油温度を直接的な制御パラメータとしてポンプ吐出量を制御することができる。すなわち、作動油粘度で変化するポンプ容積効率の変化に応じて、後述の可変容量ポンプの容量を制御することでポンプ吐出量を作動油温度によらず一定に制御することができ、図２（Ｃ）に示した傾きを一定に制御することができる。
そして、可変容量型の油圧モータについても、同様の原理で、作動油温度を直接的な制御パラメータとして、油圧モータの回転数を制御することができる。
【００２６】
つぎに、図１に基づき、本発明の技術原理を応用した制御部の基本構成を説明する。
符号１８は既述の制御手段１８を示しており、コンピュータ等で構成されている。この制御手段１８には油温センサ１９からの作動油油温とラジコン操作器２０からの操作量が入力される。油温センサ１９はタンク１４内の作動油の油温を検出するものであり、公知の油温センサ１９で構成できる。油温センサ１９の配置位置は油温を検出できる場所であればとくに制約はない。最も正確に油温測定できるのは、タンク１４内であるが、タンク１４に近いところにある作動油供給配管や帰還配管であってもよい。
【００２７】
ラジコン操作器２０は、小型クレーンを遠隔操作するための公知のラジオコントロール型操作器（以下、ラジコン操作器という）で構成されている。
ラジコン操作器２０からの入力信号によって油圧バルブユニット１３に送信すべきバルブ操作量が演算され（ステップＳ１）、バルブ操作量に対応付けられたポンプ回転数で油圧ポンプ１２が駆動される。これが本発明における制御の基本である。
【００２８】
本発明が適用できる操作器は、ラジコン操作器に限られるものでなく、手動操作レバー等の他の操作手段を用いた油圧駆動作業機にも適用できる。この場合は、手動操作レバーの動きを前記ステップＳ１に入力してやればよい。
【００２９】
上記制御手段１８は、さらにポンプ容積およびモータ容積の変更値演算を行い（ステップＳ４）、その結果を容積制御手段３１に送り、油圧ポンプ１２や油圧モータ２１、２５の容積変更を実行する。
容積制御手段３１は、アキシャル形ポンプ／モータに付属する斜板角度変更器具の動作信号発生器が該当する。
【００３０】
前記制御手段１８における基準値には、（Ａ）ポンプ容積と（Ｂ）モータ容積の２点が含まれる。この基準値としての（Ａ）ポンプ容積と（Ｂ）モータ容積の２点は、バルブ操作量に予め対応付けられている。
変更値としての（ａ）ポンプ容積と（ｂ）モータ容積は、作動油の粘度に対応付けて変更するもので、基準値に対する補正要因となるものである。
【００３１】
つぎに、本発明による制御方法を説明する。
制御手段１８では、内蔵プログラムにより、バルブ操作量把握ステップ（Ｓ１）とそれに対応した基準値判断ステップ（Ｓ２）とが実行される。
制御手段１８ではまた、粘度推定ステップ（Ｓ３）と変更値決定ステップ（Ｓ４）が実行される。
【００３２】
粘度推定ステップ（Ｓ３）は、油温センサ１９から入力された作動油油温に基づき粘度を推定する。この推定は適宜の式に基づいて計算してもよく、対比表を用いて対応粘度を特定してもよく、公知の任意の方法をとってもよい。
【００３３】
変更値決定ステップ（Ｓ４）は、ステップ（Ｓ３）で得られた作動油粘度に基づき対応付けられた変更値を選択する。
変更値には、（ａ）ポンプ容積の変更値と（ｂ）モータ容積の変更値の２点が含まれているが、（ａ）ポンプ容積と（ｂ）モータ容積の変更値のうち、どちらか一方を採用してもよく、両方を採用してもよい。
【００３４】
基本的には、ラジコン操作器２０または手動操作レバーの操作量に対しポンプ回転数は比例的に増減する制御が行われている。かような基本運転状態に対し、作動油の粘度変化に対応する補正制御はつぎのように行われる。
【００３５】
（１）ポンプ容積の変更
図３（Ａ）に示すように、作動油の油温が高くなると、粘度が低くなって流動性が高まる。そうするとポンプ室内の隙間からの漏洩が増えるので、ポンプ吐出量を一定にするにはポンプ容積を大きくすることが必要となる。逆に作動油の油温が低くなると、粘度が高くなって流動性が低くなるので、ポンプ室内の隙間からの漏洩は減るので、ポンプ吐出量を一定にするにはポンプ容積を小さくすることが必要となる。
【００３６】
ポンプ容積の変更は、粘度変化に伴う作動油吐出量を補償する量で足り、それより過少でもなく過大でないように変更すればよい。
【００３７】
（２）モータ容積の変更
図３（Ｂ）に示すように、作動油の油温が高くなると、粘度が低くなって流動性が高まる。そうするとモータ室内の隙間からの漏洩が増えるので、モータ回転数を一定にするにはモータ容積を小さくすることが必要となる。逆に作動油の油温が低くなると、粘度が高くなって流動性が低くなるので、モータ室内の隙間からの漏洩は減るので、モータ回転数を一定にするにはモータ容積を大きくすることが必要となる。
【００３８】
モータ室の容積の変更は、粘度変化に伴う回転数変動を補償する量で足り、それより過少でもなく過大でないように変更すればよい。
【００３９】
（３）ポンプ容積の変更とモータ容積の変更
ポンプ容積の変更とモータ容積の変更は、双方を組合せて行ってもよく、いずれか一方を単独で行ってもよい。ポンプ容積の変更とモータ容積の変更を組合わせる場合、モータ容積の変更で基本的な吐出量補正を行え、さらにモータ容積の変更で回転数の微少補正を行えるので、油圧モータ２１、２５の回転数一定化を高精度に行える。
【００４０】
上記（１）、（２）または（３）に記述した容積変更制御において、ポンプ容積の変更は、作動油供給先の複数の油圧モータ２１、２５をまとめて回転数を一定化できるという利点がある。
また、モータ容積の変更は、各油圧モータ２１、２５自体の回転数を直接補正するので高精度な回転数一定化を達成できるという利点がある。
【００４１】
以上のように、制御手段１８においては、油温から作動油の粘度を推定し（Ｓ３）、推定粘度に対応付けたポンプ容積および／またはモータ容積の変更値を算出し（Ｓ４）、容積制御手段３１を介して、油圧ポンプ１２の容積を変更するか、または油圧モータ２１、２５の容積を変更する。あるいは油圧ポンプ１２と油圧モータ２１、２５の双方の容積を変更する。
【００４２】
上記のように容積変更することで、作動油の粘度変化に係わらず油圧モータ２１、２５の回転速度を一定にして駆動することができるので、フックの昇降速度や旋回台の回転速度を作動油粘度に係りなく一定化することができる。このため、季節の違いや、毎日の作業開始時と作業中との間での操作感覚の違いを克服でき、安全作業に貢献することができる。
【００４３】
また、本発明において粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
【符号の説明】
【００４４】
１２  油圧ポンプ
１３  油圧バルブユニット
１８  制御手段
１９  温度センサ
２１、２５  油圧モータ
３１  容積制御手段
【図１】
2017155850.tif 000003
【図２】
2017155850.tif 000004
【図３】
2017155850.tif 000005
【図４】
2017155850.tif 000006