(57)【要約】【課題】建設機械の油圧アクチュエータを使った作業において、エネルギーのロスを減少させる。【解決手段】ブームと、ブームに取り付けられたバケットを有する建設機械において、バケットレバーがチルト位置になっていて（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、かつ、バケットがチルトエンドになっているとき（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、コントローラは、方向制御弁を制御してバケットシリンダへの圧油の供給を停止させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の油圧アクチュエータを有する建設機械であって、
前記第１の油圧アクチュエータを動作させる第１のシリンダ（２４）と、
圧油供給路（Ｐ１）を介して前記第１のシリンダへ圧油を供給する油圧ポンプ（１０）と、
前記圧油供給路の途中に設けられ、前記第１のシリンダへ圧油を供給するか、または供給を停止するかの切り替えを行う第１の方向制御弁（２０）と、
前記第１の油圧アクチュエータを動作させるために、オペレータによって操作される第１の操作レバー（１３０）と、
前記第１の操作レバーの位置に応じて、前記第１の方向制御弁及び前記油圧ポンプを制御するコントローラ（１２０）と、を備え、
前記コントローラは、前記第１操作レバーが前記第１の油圧アクチュエータを動作させる位置になっていて、かつ、前記第１の油圧アクチュエータがエンド位置になっているときは、前記第１の方向制御弁を制御して前記第１のシリンダへの圧油の供給を停止させることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
第２の油圧アクチュエータと、
第２の油圧アクチュエータを動作させる第２のシリンダと、
前記圧油供給路の途中に設けられ、前記第２のシリンダへ圧油を供給するか、または供給を停止するかの切り替えを行う第２の方向制御弁と、
前記第２の油圧アクチュエータを動作させるために、オペレータによって操作される第２の操作レバーと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第２の操作レバーの位置に応じて、前記第２の方向制御弁及び前記油圧ポンプを制御し、
前記第１及び第２の方向制御弁は、前記第１の方向制御弁が前段、前記第２の方向制御弁が後段に配置され、前記第１の方向制御弁は中立位置のときに、第１のシリンダへの圧油の供給を停止し、かつ、前記第２の方向制御弁へ圧油が供給されるシリーズ回路（１８）になっていて、
前記コントローラは、前記第１操作レバーが前記第１の油圧アクチュエータを動作させる位置になっていて、かつ、前記第１の油圧アクチュエータがエンド位置になっているときは、前記第１の方向制御弁を中立位置にすることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
【請求項３】
前記第１のシリンダへ圧油を供給する圧油供給回路内の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
前記コントローラは、前記圧力検出手段によって検出された前記第１のシリンダへ圧油を供給する圧油供給路内の圧力が規定値以上であれば、前記油圧ポンプを制御して、前記油圧ポンプからの圧油供給を停止させるか、または供給量を減少させることを特徴とする請求項１また２に記載の建設機械。
【請求項４】
前記第２の油圧アクチュエータは、ブームであり、
前記第１の油圧アクチュエータは、前記ブームに取り付けられたバケットであることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械による作業時のエネルギーのロスを減少させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブームとその先に取り付けられたバケットとを有するホイールローダが知られている。そして、オペレータの指示に従ってブームとバケットを動作させるホイールローダなどの作業機械において、ブームとバケットの衝突を回避するため、ブームとバケットの相対的位置が予め定められた境界条件になると、バケットを停止させることが、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１２１７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ブームとバケットとを有するホイールローダを用いて掘削作業を行う際、ブームレバーを上げ位置（例えば最大上げ位置）にするとともに、バケットレバーをチルト位置（例えば最大チルト位置）にすることがある。このとき、ブーム及びバケットの油圧回路がシリーズ回路となっていて、オープンセンタ回路であれば、前段の回路にのみ圧油が供給され、後段へは圧油が供給されない。そのため、前段がリリーフ状態となっていたとしても、後段の回路へは圧油が供給されず、エネルギーロスが生じている。これは、ブーム及びバケットの油圧回路がパラレル回路であっても、リリーフ状態となるまで圧油が供給されれば、エネルギーがロスされるという点では同様である。従って、このような運転を行うことにより、建設機械の燃費が悪くなる。
【０００４】
上記の問題は、ブーム及びバケットに限らず、他の油圧アクチュエータであっても同様である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、建設機械の油圧アクチュエータを使った作業において、エネルギーのロスを減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施態様に従う第１の油圧アクチュエータを有する建設機械は、前記第１の油圧アクチュエータを動作させる第１のシリンダ（２４）と、圧油供給路（Ｐ１）を介して前記第１のシリンダへ圧油を供給する油圧ポンプ（１０）と、前記圧油供給路の途中に設けられ、前記第１のシリンダへ圧油を供給するか、または供給を停止するかの切り替えを行う第１の方向制御弁（２０）と、前記第１の油圧アクチュエータを動作させるために、オペレータによって操作される第１の操作レバー（１３０）と、前記第１の操作レバーの位置に応じて、前記第１の方向制御弁及び前記油圧ポンプを制御するコントローラ（１２０）と、を備える。そして、前記コントローラは、前記第１操作レバーが前記第１の油圧アクチュエータを動作させる位置になっていて、かつ、前記第１の油圧アクチュエータがエンド位置になっているときは、前記第１の方向制御弁を制御して前記第１のシリンダへの圧油の供給を停止させる。
【０００７】
好適な実施形態では、第２の油圧アクチュエータと、第２の油圧アクチュエータを動作させる第２のシリンダと、前記圧油供給路の途中に設けられ、前記第２のシリンダへ圧油を供給するか、または供給を停止するかの切り替えを行う第２の方向制御弁と、前記第２の油圧アクチュエータを動作させるために、オペレータによって操作される第２の操作レバーと、をさらに備えてもよい。そして、前記コントローラは、前記第２の操作レバーの位置に応じて、前記第２の方向制御弁及び前記油圧ポンプを制御し、前記第１及び第２の方向制御弁は、前記第１の方向制御弁が前段、前記第２の方向制御弁が後段に配置され、前記第１の方向制御弁は中立位置のときに、第１のシリンダへの圧油の供給を停止し、かつ、前記第２の方向制御弁へ圧油が供給されるシリーズ回路（１８）になっていて、前記コントローラは、前記第１操作レバーが前記第１の油圧アクチュエータを動作させる位置になっていて、かつ、前記第１の油圧アクチュエータがエンド位置になっているときは、前記第１の方向制御弁を中立位置にしてもよい。
【０００８】
好適な実施形態では、前記第１のシリンダへ圧油を供給する圧油供給回路内の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備えてもよい。そして、前記コントローラは、前記圧力検出手段によって検出された前記第１のシリンダへ圧油を供給する圧油供給路内の圧力が規定値以上であれば、前記油圧ポンプを制御して、前記油圧ポンプからの圧油供給を停止させるか、または供給量を減少させるようにしてもよい。
【０００９】
好適な実施形態では、前記第２の油圧アクチュエータは、ブームであり、前記第１の油圧アクチュエータは、前記ブームに取り付けられたバケットであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る建設機械は、例えば図１に示すようなホイールローダＷＬであって、油圧アクチュエータであるブームＢＭとブームＢＭの先端に取り付けられたバケットＢＫとを備える。ブームＢＭ及びバケットＢＫは、それぞれ、ブームシリンダ２６及びバケットシリンダ２４を含む油圧装置によって動作させられる。以下、本実施形態に係る建設機械を動作させる油圧装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図２は、本実施形態に係る建設機械に搭載されている油圧装置１を示す。
【００１２】
同図に示すように、油圧装置１は、第１ポンプ１０と、第２ポンプ１２と、タンク１３と、方向制御弁１４と、リリーフ弁１６と、方向制御弁２０，２２から構成されるシリーズ回路１８と、バケットシリンダ２４と、ブームシリンダ２６と、圧力センサ１１０と、コントローラ１２０と、バケットレバー１３０と、ブームレバー１４０と、バケットセンサ１５０とを備える。
【００１３】
第１ポンプ１０は、例えば可変容量ポンプであって、第１圧油ラインＰ１を介して、シリーズ回路１８に常時接続されており、方向制御弁２０または２２に圧油を供給する。第１ポンプ１０の吐出容量は、コントローラ１２０によって制御される。第１圧油ラインＰ１の圧力は、リリーフ弁１６により調整される。つまり、リリーフ弁１６からの余り油は、第３圧油ラインＰ３を介して、タンク１３へ戻される。
【００１４】
第２ポンプ１２は、接続先の切り替えを行う方向制御弁１４を介して、第１圧油ラインＰ１または図示しないステアリング装置のいずれか一方へ圧油を供給する。
【００１５】
方向制御弁１４は、例えば、ソレノイドを利用した２位置弁である。すなわち、方向制御弁１４は、コントローラ１２０の指示に従って、第２ポンプ１２から送られてくる圧油を第１圧油ラインＰ１または図示しないステアリング装置のいずれか一方へ送り出す。
【００１６】
シリーズ回路１８は、前段の方向制御弁２０と、後段の方向制御弁２２とを有する。方向制御弁２０は、第１圧油ラインＰ１から供給された圧油をバケットシリンダ２４または方向制御弁２２のいずれか一方へ供給する。方向制御弁２２は、方向制御弁２０から供給された圧油をブームシリンダ２６へ供給するか、またはブームシリンダ２６へ供給せずにタンク１３へ戻す。
【００１７】
方向制御弁２０及び２２についてさらに詳細に説明すると、方向制御弁２０及び２２は、例えば、ソレノイド弁であって、３つの状態をとり得る３位置弁であってもよい。
【００１８】
すなわち、方向制御弁２０は、バケットをチルトさせるためにバケットシリンダ２４のボトム側へ圧油を供給する状態と、バケットをダンプさせるためにバケットシリンダ２４のヘッド側へ圧油を供給する状態と、バケットシリンダ２４へ圧油を供給せずに、方向制御弁２２へ圧油を供給する中立状態とのいずれかをとり得る。ここで、方向制御弁２０がバケットシリンダ２４のボトム側またはヘッド側へ圧油を供給しているときは、方向制御弁２２に対して圧油が供給されず、方向制御弁２０が中立状態の場合にだけ、方向制御弁２２へ圧油が供給される。
【００１９】
また、方向制御弁２２は、ブームを上昇させるためにブームシリンダ２６のボトム側へ圧油を供給する状態と、ブームを下降させるためにブームシリンダ２６のヘッド側へ圧油を供給する状態と、ブームシリンダ２６へ圧油を供給せずに、圧油をタンク１３へ戻す中立状態とのいずれかをとり得る。
【００２０】
コントローラ１２０は、油圧装置１を制御する。例えば、コントローラ１２０は、後述するように、圧力センサ１１０が検出した第１圧油ラインＰ１内の圧力、バケットセンサ１５０が検出したバケット位置、バケットレバー１３０及びブームレバー１４０の位置に応じて、油圧装置１を制御する。
【００２１】
なお、本願明細書で説明するコントローラ１２０の個々の機能は、例えば、ファームウェアによって実現してもよいし、コントローラ１２０が所定のプロセッサ及びメモリを備え、コンピュータプログラムを実行することにより実現してもよいし、あるいは、これらの組み合わせによって実現してもよい。
【００２２】
バケットレバー１３０及びブームレバー１４０は、オペレータによって操作される。バケットレバー１３０は、例えば、単一軸線に沿って移動するレバーでもよく、チルト位置、ダンプ位置及び中立位置のいずれかをとり得る。コントローラ１２０は、バケットレバー１３０がチルト位置であればバケットをチルトさせるように、ダンプ位置であればバケットをダンプさせるように、中立位置であればバケットを停止させるように、第１ポンプ１０，方向制御弁１４及び２０を制御する。ブームレバー１４０もまた、例えば、単一軸線に沿って移動するレバーでもよく、上げ位置、下げ位置及び中立位置のいずれかをとり得る。コントローラ１２０は、ブームレバー１４０が上げ位置であればブームを上昇させるように、下げ位置であればブームを下降させるように、中立位置であればブームを停止させるように、第１ポンプ１０，方向制御弁１４及び２２を制御する。
【００２３】
バケットセンサ１５０は、バケットの位置を検出するためのセンサである。本実施形態では、コントローラ１２０は、バケットセンサ１５０の出力に基づいてバケットがチルトエンドに到達しているか否かを判定する。バケットセンサ１５０は、例えば、シリンダストロークを検知する近接センサや近接スイッチであってもよい。
【００２４】
上記の構成を備える油圧装置１は、特に、バケットの自動中立制御を行う。バケットの自動中立制御とは、すなわち、バケットレバー１３０の位置にかかわらず、所定の条件を満たすときには、バケットレバー１３０を中立位置としたときと同じように制御することである。この制御では、積み込み作業時のエネルギーロスを抑制し、燃費を向上させることができる。エコノミーモードを有する建設機械では、エコノミーモードを設定しているときに、この制御を使用することもできる。
【００２５】
図３及び図４は、本実施形態に係る油圧装置１による処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに従って、エコノミーモード選択時の処理について説明する。
【００２６】
まず、エコノミーモードで運転するためは、オペレータが予め定められた操作を行って、エコノミーモードでの運転を自ら選択する必要がある。従って、コントローラ１２０は、オペレータにより、エコノミーモードが選択されているか否かを判定する（Ｓ１０）。エコノミーモードが選択されていないときは（Ｓ１０：Ｎｏ）、自動中立制御を停止させて、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ１２）。
【００２７】
一方、エコノミーモードが選択されているときは（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、コントローラ１２０は、バケットレバー１３０が中立位置かまたはダンプ位置であるか否かを判定する（Ｓ１４）。これは、本実施形態では、バケットがチルトされたときが自動中立制御の対象としているからである。従って、バケットレバー１３０が中立位置かまたはダンプ位置であるときは（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、自動中立制御を停止させ、且つ、制御一時解除フラグをオフにして、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ１６，Ｓ１８）。なお、制御一時解除フラグとは、自動中立制御を一時的に解除する必要があるか否かを示すフラグである。初期状態では、制御一時解除フラグはオフである。
【００２８】
バケットレバー１３０が中立位置でもダンプ位置でもない、つまり、バケットレバー１３０がチルト位置のときは（Ｓ１４：Ｎｏ）、制御一時解除フラグがオンであるか否かを判定する（Ｓ２０）。制御一時解除フラグがオンであるときは（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、自動中立制御を停止させて、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ２２）。
【００２９】
制御一時解除フラグがオンでない場合は（Ｓ２０：Ｎｏ）、コントローラ１２０は、バケットレバー１３０が、チルト位置の中でも最も大きくレバーが操作されたフルチルトであるか否かを判定する（Ｓ２４）。ここで、バケットレバー１３０がフルチルトでないときは、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ２４：Ｎｏ）。
【００３０】
バケットレバー１３０がフルチルトである場合は（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、コントローラ１２０は、バケットセンサ１５０の出力に基づいて、バケットの位置がチルトエンドであるか否かを判定する（Ｓ２６）。
【００３１】
なお、ステップＳ２４の判定は省略することもできる。すなわち、コントローラ１２０は、ステップＳ２０の後、バケットレバー１３０がフルチルトであるか否かを判断せず、次のステップＳ２６以降の処理を行ってもよい。
【００３２】
バケットの位置がチルトエンドでないときは、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ２６：Ｎｏ）。一方、バケットの位置がチルトエンドであれば（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、コントローラ１２０は、バケットレバー１３０の現実の位置にかかわらず、バケットレバー１３０が中立位置にあるときと同じように制御する自動中立制御を行う（Ｓ２８）。つまり、自動中立制御では、コントローラ１２０は、方向制御弁２０を中立状態にして、バケットの動作を停止させて、圧油を方向制御弁２２へ送る。
【００３３】
バケットが既にチルトエンドに到達していれば、それ以上チルト側へ動作させるように圧油を供給しても意味がない。この自動中立制御では、バケットレバー１３０の現実の位置によらず、中立位置にした場合と同じように制御されるので、ムダな圧油の供給が停止される。
【００３４】
自動中立制御によって、方向制御弁２０が中立状態になっているとき、コントローラ１２０は、所定の制御一時解除条件が発生しているか否かを判定する（Ｓ３０）。制御一時解除条件が発生しているときは、（Ｓ３０：Ｙｅｓ）コントローラ１２０は、制御一時解除フラグをオンにして、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ３２）。
【００３５】
この制御一時解除条件とは、例えば、バケットがチルトエンド状態において、第１圧油ラインＰ１から圧油を意識的にリリーフさせたい場合に、一時的に自動中立制御を解除可能とするための条件である。制御一時解除条件は、例えば、オペレータによる所定の操作が実行された場合であってもよい。この所定の操作とは、例えば、バケットレバー１３０のフルチルト位置をＡとし、中立位置をＢとしたときに、短時間（例えば１．０秒）の間に、バケットレバー１３０がＡ→Ｂ→Ａとなる操作であってもよい。なお、中立位置Ｂは、厳密な中立位置と、そこからレバーのストロークの±１０％以内の範囲としてもよい。オペレータによる操作は、これ以外にも、例えば、バケットレバー１３０にボタンが設けられていて、そのボタンが受け付ける操作であってもよい。
【００３６】
図４に戻ると、制御一時解除条件が発生していないときは（Ｓ３０：Ｎｏ）、コントローラ１２０は、圧力センサ１１０の出力に基づいて、第１圧油ラインＰ１の圧力が規定値以上であるか否かを判定する（Ｓ３４）。これは、ステップＳ２８で自動中立制御を行ったにもかかわらず、第１圧油ラインＰ１が依然として高圧であることを検出するものである。そして、第１圧油ラインＰ１の圧力が規定値以上でないときは（Ｓ３４：Ｎｏ）、コントローラ１２０は、第１ポンプ１０を通常制御する（Ｓ３６）。ここで、通常制御とは、第１ポンプ１０が吐出する容量は、このエコノミーモード以外の制御（例えば、レバー操作量に従いバルブスプールを制御、ポンプ斜板制御など）によって決定するという意味である。
【００３７】
なお、この規定値は、例えば、リリーフ圧あるいはリリーフ圧よりも少し低いリリーフバルブが開口し始めるクラッキング圧としてもよい。または適当な圧力値を設定して、コントローラに記憶させておいてもよい。これにより、リリーフ時の無駄な圧油の供給を回避でき、エネルギーロスを改善することができる。
【００３８】
第１圧油ラインＰ１の圧力が規定値以上のときは（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、コントローラ１２０は、第１ポンプ１０が吐出する圧油量を最小とするように制御する（Ｓ３８）。さらに、コントローラ１２０は、方向制御弁１４を制御して、第２ポンプから第１圧油ラインＰ１への圧油の供給を行わないようにする（Ｓ４０）。そして、ステップＳ１０へ戻る。
【００３９】
上記の処理を繰り返すことにより、バケットシリンダ２４に対するムダな圧油供給を抑制することができる。とくに、シリーズ回路となっているときには、前段への圧油供給を止めて、後段へ圧油を供給することができる。
【００４０】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、バケットがチルトエンドになっているときに自動中立制御を行っているが、ダンプのときに適用してもよい。さらには、本発明は、バケット以外の油圧アクチュエータに対しても適用できる。
【００４２】
上述した実施形態では、バケット及びブームの二つの制御対象アクチュエータを備え、シリンダ、方向制御弁及び操作レバーも二つ備えている。しかしながら、本発明は、制御対象のアクチュエータ、シリンダ、方向制御弁及び操作レバーが一つの場合であっても適用可能である。この場合、アクチュエータがエンド位置にあることが検知されると、シリンダへ圧油の供給を停止すべく、方向制御弁が中立位置に制御される。
【００４３】
また、上記実施形態では、バケットシリンダ及びブームシリンダは、シリーズ回路に接続されているが、バケットシリンダ及びブームシリンダは、パラレル回路に接続されていてもよい。この場合、ブームまたはバケットの一方がエンド位置にあることが検知されると、そのエンド位置にあるアクチュエータのシリンダへ圧油の供給する方向制御弁が中立位置に制御される。これにより、他方のアクチュエータのシリンダへ圧油が供給され、ムダな圧油供給を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る建設機械の構成図を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る建設機械に搭載されている油圧装置を示す。
【図３】本実施形態に係る油圧装置１による処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る油圧装置１による処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１           油圧装置
１０       第１ポンプ
１２       第２ポンプ
１３       タンク
１４、２０、２２ 方向制御弁
１６       リリーフ弁
１８       シリーズ回路
２４       バケットシリンダ
２６       ブームシリンダ
１１０    圧力センサ
１２０    コントローラ
１３０    バケットレバー
１４０    ブームレバー
１５０    バケットセンサ
【図１】
2009203725.tif 000003
【図２】
2009203725.tif 000004
【図３】
2009203725.tif 000005
【図４】
2009203725.tif 000006