JP2011231884A - 油圧作業機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混入した空気による操作信号の誤検出を極力防止して、電動アクチュエータ駆動制御の信頼性向上と操作性低下の防止が可能な油圧作業機の制御装置を提供すること。
【解決手段】操作装置４の出力ポート４２とパターン切替弁１７の入力ポート７１を接続する複数のパイロット管路４５と、旋回モータ１６の制御に利用される油圧信号が通過する可能性があるパイロット管路４５に設置された圧力センサ８６と、圧力センサ８６と入力ポート７１の間に位置するように設置された切替弁８７と、操作装置４の操作パターンに基づいて旋回モータの制御に利用される油圧信号が通過するパイロット管路４５を検出し、当該パイロット管路上の圧力センサ８６からの電気信号に基づいて旋回モータを制御し、当該パイロット管路上の切替弁８７により油圧信号を遮断するコントローラユニット１１とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧アクチュエータと電動アクチュエータの両方の制御が可能な操作装置を備える油圧作業機に関する。

油圧アクチュエータと電動アクチュエータを併有する油圧ショベル等の油圧作業機には、操作装置の操作に応じて出力される油圧信号（作動油）が通過する複数のパイロット管路（パイロットライン）のうち一部のものの終端に圧力センサを設置し、その圧力センサが検出した圧力に応じた電気信号を電動アクチュエータに出力することで、油圧アクチュエータと電動アクチュエータを共通の操作装置で制御可能にしたものがある（特許文献１参照）。ところで、このパイロット管路中の作動油には空気が混入していることがある。作動油に混入した空気は、圧力センサに接触すると誤った操作信号（油圧信号）として検出されるので、電動アクチュエータの誤動作の原因となるおそれがある。

そこで、このような混入空気による電動アクチュエータの誤作動を鑑みた技術として、終端に圧力センサが設置された複数のパイロット管路のうち操作装置から出力される油圧信号が同時に通過することのない２つの管路を操作パターン切替弁（オペレータの好みに応じて操作装置の操作パターンを切り替える弁）の下流で絞りを介して連通させ、一方のパイロット管路に油圧信号が通過しているときには、他方のパイロット管路をタンクと連通するように構成したものがある（特許文献２参照）。すなわち、この技術は、油圧信号が通過している一方のパイロット管路中に存在する空気を他方のパイロット管路を介してタンクに逃がすことで、その一方のパイロット管路の終端に設置された圧力センサと空気の接触防止を図っている。

特開２００５−２９０６７４号公報 特開２００７−１３９１４６号公報

しかしながら、上記特許文献２に係る技術では、操作パターン切替弁の下流側に圧力センサが設置されているので、操作パターン切替弁のメンテナンス作業を行った際などに何らかの理由によりパイロット管路に空気が混入することがある。この際、当該技術が謳うように、絞りを介して一方のパイロット管路から他方のパイロット管路に空気をうまく逃がすことができれば良いが、２つのパイロット管路が絞りを介して連通している部分（連通ポート）は各管路の中途に位置するため、その連通部分から圧力センサ（各パイロット管路の終端）までの間に空気が流れ込んでしまうおそれがある。この区間に空気が一旦流れ込んでしまうと、逃げ場が無いうえに圧力センサに近いので、電動アクチュエータが誤作動する可能性が高くなってしまう。

また、２つのパイロット管路の連通部分に設けた絞りの径は、大きくすることでタンクに空気を逃がすことが容易になるものの、限度を超えて大きくしてしまうと、圧力が低下してしまい操作信号を誤検出する可能性が高くなってしまう。一方、これとは反対に絞り径を小さくすると、空気が抜けにくくなり当初の機能が実現されないおそれがある。したがって、連通部分を介して空気をタンクに逃がすには、その絞り径の選定が非常に難しくなる。

本発明の目的は、混入した空気による操作信号の誤検出を極力防止して、電動アクチュエータ駆動制御の信頼性向上と操作性低下の防止が可能な油圧作業機の制御装置を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを含む複数のアクチュエータを備える油圧作業機械に設けられ、前記各アクチュエータの作動を制御する制御装置において、オペレータの操作に応じて圧力を付加された油圧信号が出力される複数の出力ポートを有する操作装置と、この操作装置における各出力ポートからの油圧信号が入力される複数の入力ポート及び当該複数の入力ポートのいずれかに連通される複数の出力ポートを有し、当該各出力ポートをどの当該入力ポートに連通するかを切り替えることで前記操作装置の操作パターンを切り替えるパターン切替手段と、このパターン切替手段における複数の出力ポートの一部と接続され、当該一部の出力ポートからの油圧信号の入力を受けて前記油圧アクチュエータの作動を制御する油圧制御手段と、前記操作装置における複数の出力ポートと前記パターン切替手段における複数の入力ポートを接続する複数のパイロット管路と、この複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過する可能性があるものにそれぞれ設置され、前記操作装置からの油圧信号をその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段と、前記信号変換手段が設置されたパイロット管路において、当該信号変換手段と前記パターン切替手段における入力ポートの間に位置するように設置され、前記パターン切替手段への油圧信号の通過又は遮断を選択的に切り替える切替弁と、前記パターン切替手段で選択されている操作パターンに基づいて、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出する検出手段と、この検出手段で検出されたパイロット管路に設置された前記信号変換手段からの電気信号の入力を受けて前記電動アクチュエータの作動を制御し、当該パイロット管路に設置された切替弁により油圧信号を遮断する電気制御手段とを備えるものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記切替弁は、前記油圧作業機の電源がＯＦＦ状態のとき、前記操作装置から前記パターン切替手段への油圧信号の通過を遮断しているものとする。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記切替弁は、当該切替弁が設置されたパイロット管路が接続する前記パターン切替手段の入力ポートの設置高さよりも低い位置に設置されているものとする。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記電動アクチュエータには、前記油圧作業機械の旋回体を旋回するモータが含まれているものとする。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記パターン切替手段は、切替位置に応じて前記操作装置の操作パターンを切り替えるパターン切替弁を有し、前記検出手段は、前記パターン切替弁の切替位置を検出することにより、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出するものとする。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記複数のパイロット管路のうち、前記操作装置の操作パターン別に異なる方向に割り当てられた特定の操作に対応する油圧信号が通過する可能性のあるものに設置された圧力検出手段をさらに備え、前記検出手段は、オペレータに対して前記操作装置による前記特定操作を要求する手順と、前記圧力検出手段のうち前記特定操作による圧力上昇が検出されたものの設置場所に基づいて前記操作装置の操作パターンを設定する手順とを実行し、前記設定された操作パターンに基づいて、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出しているものとする。

本発明によれば、電動アクチュエータ駆動制御の信頼性を向上することができるとともに、操作性低下を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る制御装置を備える油圧ショベルの外観図。 本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの制御装置の概略図。 信号変換部８０及びその近傍の詳細図。 図３の一部を斜視図で表した図。 本発明の実施の形態に係るパターン切替弁１７について、各切替位置ごとに各入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄが連通する出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを表した図。 本発明の実施の形態における操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンの説明図。 本発明の第１の実施の形態に係るコントローラユニット１１において行われる制御のフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る油圧ショベルの制御装置の概略図。 本発明の第２の実施の形態に係るコントローラユニット１１において行われる操作パターン設定モードのフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る制御装置を備える油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂを備えている。ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されており、ブームシリンダ３ａにより駆動される。アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されており、アームシリンダ３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されており、バケットシリンダ３ｃにより駆動される。上部旋回体１ｄは電動の旋回モータ１６（図２参照）により旋回駆動され、下部走行体１ｅは左右の走行モータ３ｅ，３ｆ（図２参照）により駆動される。このうち、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ及び走行モータ３ｅ，３ｆは油圧アクチュエータであり、旋回モータ１６は電動アクチュエータとなっている。そして、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ及び旋回モータ１６の作動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４Ａ，４Ｂ（図２参照）によって制御される。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの制御装置の概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示す制御装置は、操作装置４Ａ，４Ｂと、操作パターン切替弁１７と、切替位置センサ１９と、コントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、油圧信号を電気信号に変換する信号変換部８０と、コントロールユニット１１と、チョッパ１４と、バッテリ１５と、インバータ１３を備えている。図３は信号変換部８０及びその近傍の詳細図である。

操作装置４Ａ，４Ｂは、エンジン７に接続されたパイロットポンプ５１から供給される作動油を減圧して油圧・電動アクチュエータ（ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ及び旋回モータ１６）を制御するための油圧信号を発生するものである。詳細は後述するが、操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンは、パターン切替弁１７の切替位置を変更することで変更可能になっている。

操作装置４Ａには、運転室内の右側に設置される操作レバー４０ａと、操作レバー４０ａの操作に応じて圧力を付加された油圧信号が出力される４つの出力ポート４２ａ１，４２ａ２，４２ｂ１，４２ｂ２（以下、これらを「出力ポート４２ａ，４２ｂ」と総称することがある）が設置されている。操作レバー４０ａを前方向に傾倒させると出力ポート４２ａ１から油圧信号が出力され、操作レバー４０ａを後方向に傾倒させると出力ポート４２ａ２から油圧信号が出力され、操作レバー４０ａを右方向に傾倒させると出力ポート４２ｂ１から油圧信号が出力され、操作レバー４０ａを左方向に傾倒させると出力ポート４２ｂ２から油圧信号が出力される。４つの出力ポート４２ａ，４２ｂはそれぞれパイロット管路４５ａ１，４５ａ２，４５ｂ１，４５ｂ２（以下において、これらを「パイロット管路４５ａ，４５ｂ」と総称することがある）を介して操作パターン切替弁１７の入力ポート７１ａ１，７１ａ２，７１ｂ１，７１ｂ２（以下、これらを「入力ポート７１ａ，７１ｂ」と総称することがある）と接続されている。

操作装置４ｂには、運転室内の左側に設置される操作レバー４０ｂと、操作レバー４０ｂの操作に応じて圧力を付加された油圧信号が出力される４つの出力ポート４２ｃ１，４２ｃ２，４２ｄ１，４２ｄ２（以下、これらを「出力ポート４２ｃ，４２ｄ」と総称することがある）が設置されている。操作レバー４０ｂを前方向に傾倒させると出力ポート４２ｃ１から油圧信号が出力され、操作レバー４０ｂを後方向に傾倒させると出力ポート４２ｃ２から油圧信号が出力され、操作レバー４０ｂを右方向に傾倒させると出力ポート４２ｄ１から油圧信号が出力され、操作レバー４０ｂを左方向に傾倒させると出力ポート４２ｄ２から油圧信号が出力される。４つの出力ポート４２ｃ，４２ｄはそれぞれパイロット管路４５ｃ１，４５ｃ２，４５ｄ１，４５ｄ２（以下、これらを「パイロット管路４５ｃ，４５ｄ」と総称することがある）を介して操作パターン切替弁１７の入力ポート７１ｃ１，７１ｃ２，７１ｄ１，７１ｄ２（以下、これらを「入力ポート７１ｃ，７１ｄ」と総称することがある）と接続されている。

８つのパイロット管路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのうち、旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の制御に利用される油圧信号が通過する可能性がある６つのパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄには、図３に示すように、圧力センサ８６ｂ１，８６ｂ２，８６ｃ１，８６ｃ２，８６ｄ１，８６ｄ２（以下、これらを「圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ」と総称することがある）が設置されている。圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄは、操作装置４Ａ，４Ｂからの油圧信号をその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号をコントロールユニット１１に出力可能に構成されている。圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄからコントローラユニット１１に出力された電気信号は、インバータ１３を介して旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の作動を制御する操作信号として利用される。

なお、後述する図６から明らかなように、本実施の形態における操作レバー４０ａの前後方向は、パターン切替弁１７で切り替え可能などの操作パターンにおいても、上部旋回体１ｄの旋回動作に割り当てられることがない。そのため、操作装置４Ａの出力ポート４２ａ１，４２ａ２に接続するパイロット管路４５ａ１，４５ａ２には、圧力センサ８６が設置されていない。

圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄが設置された６つのパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄにおいて、圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄとパターン切替弁１７における入力ポート７１ｂ，７１ｃ，７１ｄとの間には、それぞれ切替弁８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｃ１，８７ｃ２，８７ｄ１，８７ｄ２（以下、「切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ」と総称することがある）が設置されている。切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄは、コントロールユニット１１から出力される操作信号に応答してパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを開放又は遮断する電磁切替弁で、操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンに応じてパターン切替弁１７への油圧信号の通過又は遮断を選択的に切り替える。本実施の形態に係る各切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄは、操作信号が入力されていない状態（例えば、油圧ショベルの電源がオフ状態のとき等）でパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを遮断する、いわゆるノーマルクローズタイプのもので、操作信号の入力があったときにはじめてパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを開放する。

なお、後の図４に示すように、各切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄは、自身が設置されたパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが接続するパターン切替弁１７の入力ポート７１ｂ，７１ｃ，７１ｄの設置高さよりも低い位置に設置することが好ましい。このように切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄを設置すると、メンテナンス等で切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄの下流側の管路に空気が混入することがあっても、その混入空気が切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄを超えて圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ側に流入することを防止できるので、旋回モータ１６の操作信号を誤検出する可能性を低減することができる。

パターン切替弁１７は、オペレータの好みに応じて操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンを切り替えるためのものであり、操作装置４Ａ，４Ｂにおける各出力ポート４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄからの油圧信号が入力される複数の入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと、この複数の入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄのいずれかに連通される複数の出力ポート７２ａ１，７２ａ２，７２ｂ１，７２ｂ２，７２ｃ１，７２ｃ２，７２ｄ１，７２ｄ２（以下、これらを「出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ」と総称することがある）と、回動されることで各入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄに連通する出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを切り替える回動式スプール５６（図４参照）と、回動式スプール５６を回動させて操作パターンを切り替えるための切替レバー１８を備えている。

図４は図３の一部を斜視図で表したものである。回動式スプール５６は、図４に示すように円筒体５５内に収納されており、入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを連通する複数の油路（図示せず）を有している。回動式スプール５６内の油路がどの入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄとどの出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを連通するかは、操作装置４ａ，４ｂの操作パターンに基づいて決定されており、切替レバー１８を介して回動式スプール５６の位置を切り替えると、入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄの連通関係が変わり、操作パターンを変更することができる。

本実施の形態のパターン切替弁１７（回動式スプール５６）は、４つの位置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に切替可能であり、各切替位置に応じた操作パターン（Ａパターン、Ｂパターン、Ｃパターン、Ｄパターン）に切り替えることができる。図５は、本発明の実施の形態に係るパターン切替弁１７について、各切替位置ごとに各入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄが連通する出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを表した図である。

パターン切替弁１７の出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄの一部は、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃの作動を制御するコントロールバルブ（油圧制御手段）５Ａ，５Ｂ，５Ｃと接続されている。具体的には、本実施の形態に係る出力ポート７２ａ１，７２ａ２は、ブームシリンダ３ａの作動を制御するコントロールバルブ５Ａの受圧部にパイロット管路７５ａ１，７５ａ２を介して接続されており、出力ポート７２ｂ１，７２ｂ２は、アームシリンダ３ｂの作動を制御するコントロールバルブ５Ｂの受圧部にパイロット管路７５ｂ１，７５ｂ２を介して接続されており、出力ポート７２ｃ１，７２ｃ２は、バケットシリンダ３ｃの作動を制御するコントロールバルブ５Ｃの受圧部にパイロット管路７５ｃ１，７５ｃ２を介して接続されている。また、出力ポート７２ｄ１，７２ｄ２は、旋回モータ１６の制御に利用される油圧信号が到達するもので、コントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ等に接続されることなく遮断されている。

このような各出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄの接続先と、図５に示した各入力ポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと各出力ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄの連通関係とにより、本実施の形態では図６に示した４つの操作パターン（Ａパターン、Ｂパターン、Ｃパターン、Ｄパターン）を選択することができる。図６は、本発明の実施の形態における操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンの説明図である。

この図に示すように、Ａパターンでは、操作レバー４０ａの前後方向にブーム１ａの下げ／上げ動作が割り当てられており、操作レバー４０ａの左右方向にバケット１ｃのクラウド／ダンプ動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの前後方向にアーム１ｂのダンプ／クラウド動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの左右方向に上部旋回体１ｄの旋回動作が割り当てられている。Ｂパターンでは、操作レバー４０ａの前後方向にブーム１ａの下げ／上げ動作が割り当てられており、操作レバー４０ａの左右方向にバケット１ｃのクラウド／ダンプ動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの前後方向に上部旋回体１ｄの旋回動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの左右方向にアーム１ｂのダンプ／クラウド動作が割り当てられている。Ｃパターンでは、操作レバー４０ａの前後方向にアーム１ｂのクラウド／ダンプ動作が割り当てられており、操作レバー４０ａの左右方向に上部旋回体１ｄの旋回動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの前後方向にブーム１ａの上げ／下げ動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの左右方向にバケット１ｃのダンプ／クラウド動作が割り当てられている。Ｄパターンでは、操作レバー４０ａの前後方向にアーム１ｂのダンプ／クラウド動作が割り当てられており、操作レバー４０ａの左右方向に上部旋回体１ｄの旋回動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの前後方向にブーム１ａの上げ／下げ動作が割り当てられており、操作レバー４０ｂの左右方向にバケット１ｃのダンプ／クラウド動作が割り当てられている。

パターン切替弁１７には、パターン切替弁１７の切替位置（すなわち、パターン切替弁１７で選択されている操作パターン）を検出する切替位置センサ１９が設置されており、切替位置センサ１９の検出結果は電気信号としてコントローラユニット１１に出力されている。切替位置センサ１９によるパターン切替弁１７の切替位置の検出結果は、コントローラユニット１１において、８つのパイロット管路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのうち、どのパイロット管路が旋回モータ１６の制御に利用される油圧信号が通過するものであるかを検出する際に用いられる。

図２に戻り、エンジン７には、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆに圧油を供給するメインの油圧ポンプ６と、パイロットポンプ５１と、動力変換機１０が接続されている。油圧ポンプ６に接続された油圧管路内の圧力が過度に上昇した場合には、リリーフ弁８にて圧油をタンク９へ逃がす構造となっている。動力変換機１０は、インバータ１２を介してインバータ１３及びチョッパ１４と接続されており、エンジン７の動力を電気エネルギーに変換してインバータ１２，１３に出力する発電機として機能し、さらに、バッテリ１５に蓄えられた電気エネルギーの一部を利用して油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機として機能する。

インバータ１２は、バッテリ１５からの電気エネルギーにより、動力変換機１０に電力を供給して油圧ポンプ６をアシスト駆動する。インバータ１３は、動力変換機１０から出力される電力またはバッテリ１５の電気エネルギーを旋回モータ１６に供給する。

バッテリ１５は、チョッパ１４を介して電圧を調整し、インバータ１２，１３に電力を供給したり、動力変換機１０が発生した電気エネルギーや旋回モータ１６からの電気エネルギーを蓄えたりする部分である。

コントローラユニット１１は、パターン切替弁１７で選択されている操作パターンに基づいて、６つのパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの中から旋回モータ１６の制御に利用される油圧信号が通過するものを検出する検出手段としての役割と、圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄからの電気信号の入力を受けて旋回モータ１６の作動を制御する電気制御手段としての役割を有する。なお、コントローラユニット１１は、旋回モータ１６の制動時には、旋回モータ１６から電気エネルギーを回収する動力回生制御も行う。さらに、動力回生制御時や油圧負荷が軽くて余剰電力が発生するような場合には、その回収電力や余剰電力をバッテリ１５に蓄える制御を行う。

図７は本発明の第１の実施の形態に係るコントローラユニット１１において行われる制御のフローチャートである。この図に示すフローチャートは、例えば、運転室内のキー穴に挿入された起動キーが廻されてキースイッチ５２がＯＮ状態になった際に出力される電気信号をきっかけにして開始される。フローチャートが開始されると、コントローラユニット１１は、パターン切替弁１７の切替位置を切替位置センサ１９から入力し（Ｓ７０１）、その切替位置に基づいて旋回モータ１６の制御に用いる２つの圧力センサ８６を特定する（Ｓ７０２）。例えば、切替位置センサ１９からの電気信号によりパターン切替弁１７が切替位置Ｂに位置し、操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンがＢパターンであると判定されたときには、操作レバー４０ｂの前後方向に上部旋回体１ｄの旋回動作が割り当てられていると判定できる。そこで、コントローラユニット１１は、パイロット管路４５ｃ１，４５ｃ２上の圧力センサ８６ｃ１，８６ｃ２からの電気信号に基づいて、旋回モータ１６の駆動制御を行う。

次に、コントローラユニット１１は、Ｓ７０２で特定した圧力センサ８６が設置されているパイロット管路４５に設置された合計２つの切替弁８７に対する操作信号の出力を停止し、その他の４つの切替弁８７に対して操作信号の出力を開始又は保持する（Ｓ７０３）。すなわち、上記のように操作パターンがＢパターンのときには、２つの切替弁８７ｃ１，８７ｃ２に対する操作信号の出力を停止してパイロット管路４５ｃ１，４５ｃ２を遮断し、その他の４つの切替弁８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｄ１，８７ｄ２に対して操作信号を出力してパイロット管路４５ｂ１，４５ｂ２，４５ｄ１，４５ｄ２を開放する。

Ｓ７０３が終了したら、コントローラユニット１１は、Ｓ７０２で特定した２つの圧力センサ８６の電気信号を入力し（Ｓ７０４）、その入力信号に対応する操作信号をインバータ１３に出力し（Ｓ７０５）、旋回モータ１６の制御を開始する。以降、油圧作業機の電源がＯＦＦ状態になるまで、Ｓ７０４とＳ７０５の処理を繰り返す。すなわち、圧力センサ８６ｃ１からの電気信号が入力されたときには、その電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを右旋回させるように旋回モータ１６を作動させ、圧力センサ８６ｃ２からの電気信号が入力されたときには、その電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを左旋回させるように旋回モータ１６を作動させる。

Ｓ７０４及びＳ７０５を繰り返している間に、起動キーが廻されてキースイッチ５２がＯＦＦ状態になった際に出力される電気信号をきっかけにする等して、油圧作業機の電源がＯＦＦ状態になったことが判定されたら（Ｓ７０６）、４つの切替弁８７に出力していたすべての操作信号を停止して一連の処理を終了する（Ｓ７０７）。これにより切替弁８７が設置されている６つのパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが遮断され、操作装置４Ａ，４Ｂからパターン切替弁１７への油圧信号の通過が遮断される。

上記のように構成した油圧作業機の制御装置では、パターン切替弁１７の上流側（操作装置４Ａ，４Ｂ側）に圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄを設置しているので、パターン切替弁１７のメンテナンス作業等でパイロット管路に空気が混入しても、その空気による影響を受ける可能性が少ない。特に、本実施の形態に係る制御装置では、パターン切替弁１７の入力ポート７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄの間に油圧信号を遮断する切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄを設置しているので、切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄの下流側で混入した空気が圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄに到達することを防止できる。さらに、本実施の形態では、切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄは、油圧作業機の電源がＯＦＦ状態にある場合には、パイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを遮断する構造となっているため、操作装置４Ａ，４Ｂからの油圧信号が通過する各種配管を油圧作業機のメンテナンス中に外したりしても、切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄの上流側に空気が流れ込むことを防止できる。したがって、本実施の形態によれば、電動アクチュエータ駆動制御の信頼性を向上することができるとともに、操作性低下を防止することができる。

また、特許文献２の技術のように、パターン切替弁の出力ポートに接続したパイロット管路の終端に圧力センサを設置する場合には、車体へのレイアウトの関係で操作装置から圧力センサまでの経路が長くなるため、油圧信号が圧力センサに到達するまでに要する時間が長くなるおそれがある。このように油圧信号の到達時間が遅くなると、電動アクチュエータへの操作信号の伝達が遅くなって操作性が低下するおそれがある。このような油圧作業機は、操作性を重視するオペレータには敬遠される傾向がある。これに対して、本実施の形態では、パターン切替弁１７の入力ポート７１ｂ，７１ｃ，７１ｄに接続したパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ上に圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄを設置しているため、油圧信号の伝達経路が短く、操作信号の応答遅れを極力小さくすることができる。この場合、圧力センサ８６ｂ，８６ｃ，８６ｄと切替弁８７ｂ，８７ｃ，８７ｄのパイロット管路４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ上における位置は、なるべく操作装置４Ａ，４Ｂの出力ポート４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの近くに設置することが好ましい。このように圧力センサ８６及び切替弁８７を設置すると、油圧信号の伝達距離がさらに短くなるので、油圧信号の応答遅れをさらに低減することができる。

さらに、上部旋回体１ｄの旋回駆動源として油圧モータを利用する場合には、極低温時等の条件下で操作信号の応答遅れの影響により旋回動作の停止性が低下する可能性があるが、本実施の形態のように電動モータ１６を利用すると旋回動作の停止性の低下を抑制することができる。

なお、上記の実施の形態では、パターン切替弁１７として、４つの切替位置（操作パターン）に切替可能なものを例に上げて説明したが、３つあるいは２つの切替位置に切替可能なものを利用しても良い。また、上記の実施の形態では、電動アクチュエータとして旋回モータ１６を例に挙げて説明したが、モータ以外の電動アクチュエータや、旋回モータ１６を含めて複数の電動アクチュエータを制御対象としても良いことはいうまでもない。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る油圧作業機の制御装置は、操作パターンごとに異なる方向に割り当てられた特定の操作（以下、「特定操作」と称することがある）を実行することをオペレータに要求し、その実行された特定操作に基づいて操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンの設定及び検出を行っている点に特徴がある。本実施の形態では、４つの操作パターンにおいて異なる方向に割り当てられている「アームクラウド操作」が特定操作となっている（図６参照）。

図８は本発明の第２の実施の形態に係る油圧ショベルの制御装置の概略図である。この図に示す制御装置は、圧力センサ８８ａ１，８８ａ２（以下、「圧力センサ８８ａ」と総称することがある）と、起動スイッチ５７と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置５３を備えている。また、第１の実施の形態で設置されていた切替位置センサ１９は省略されている。

本実施の形態では、特定操作である「アームクラウド操作」が、Ａパターンでは操作レバー４０ｂの後方向、Ｂパターンでは操作レバー４０ｂの右方向、Ｃパターンでは操作レバー４０ａの前方向、Ｄパターンでは操作レバー４０ａの後方向に割り当てられている（図６参照）。そこで、オペレータが特定操作を実行した際における圧力上昇を検出するためには、特定操作に対応する油圧信号が通過する可能性のある４つのパイロット管路４５ａ１，４５ａ２，４５ｃ２，４５ｄ１に圧力センサを設置する必要がある。このうち、２つのパイロット管路４５ｃ２，４５ｄ１については、旋回モータ１６の制御に利用される油圧信号を検出する圧力センサ８６ｃ２，８６ｄ１が既に設置されているので、これらを特定操作の検出にも利用するものとする。そして、残りの２つのパイロット管路４５ａ１，４５ａ２については、特定操作を検出するための圧力センサとして、圧力センサ８８ａ１，８８ａ２が設置されている。

起動スイッチ５７は、操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンを設定する際の一連の処理（以下、「操作パターン設定モード」と称することがある（図９参照））を開始するためのスイッチであり、例えば、運転室内に設置されている。表示装置５３は、操作パターン設定モードにおいてオペレータに特定操作（アームクラウド）を要求する旨等が表示されるもので、例えば、運転室内に設置されている。

図９は本発明の第２の実施の形態に係るコントローラユニット１１において行われる操作パターン設定モードのフローチャートである。この図に示すフローチャートは、起動スイッチ５７がＯＮ状態になった際にコントローラユニット１１に出力される電気信号をきっかけにして開始される。フローチャートが開始されると、コントローラユニット１１は、ゲートロックレバー（図示せず）が降ろされていることを確認する（Ｓ８０１）。ゲートロックレバーは油圧ショベルの運転室内に標準的に装備されているレバーであり、このレバーを降ろすと操作装置４Ａ，４Ｂからコントローラバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ及び旋回モータ１６に対して操作信号が出力されない仕組みとなっている。Ｓ８０１においてゲートロックレバーが上がっていることが確認できたら、警告灯、警告表示又は警報等を用いて、オペレータにゲートロックレバーを降ろす旨報知する（Ｓ８０２）。一方、ゲートロックレバーが降ろされていることが確認できたら次のステップ（Ｓ８０３）に進む。

Ｓ８０３において、コントローラユニット１１は、アームクラウド操作をオペレータに要求する旨表示装置５３に表示し、オペレータに対して操作装置４Ａ，４Ｂによる特定操作（アームクラウド操作）を要求する。表示装置５３に表示されるメッセージの例としては「操作パターンの設定を行います。アームクラウド操作をしたい方向に右又は左の操作レバーを操作してください。」等がある。Ｓ８０３において特定操作を促す旨表示したら、４つの圧力センサ８８ａ１，８８ａ２，８６ｃ２，８６ｄ１からの電気信号を監視し、アームクラウド操作による圧力上昇が検出された圧力センサ８８ａ１、８８ａ２、８６ｃ２又は８６ｄ１の設置場所に基づいて、オペレータが所望する操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンの設定を行う（Ｓ８０４〜Ｓ８１２）。

ここで、操作レバー４０ｂが後方向に操作され圧力センサ８６ｃ２の圧力上昇が検出された場合には（Ｓ８０４）、オペレータはＡパターンを所望していると判定できるので、操作パターンをＡパターンに設定し、その旨をコントローラユニット１１内の記憶部（図示せず）に記憶する（Ｓ８０５）。一方、Ｓ８０４において操作レバー４０ｂが後方向に操作されていないときには、操作レバー４０ｂが右方向に操作されたか否かを判定する（Ｓ８０６）。ここで、操作レバー４０ｂが右方向に操作され圧力センサ８６ｄ１の圧力上昇が検出された場合には、オペレータはＢパターンを所望していると判定できるので、操作パターンをＢパターンに設定し、その旨を記憶する（Ｓ８０７）。一方、Ｓ８０６において操作レバー４０ｂが右方向に操作されていないときには、操作レバー４０ａが前方向に操作されたか否かを判定する（Ｓ８０８）。ここで、操作レバー４０ａが前方向に操作され圧力センサ８８ａ１の圧力上昇が検出された場合には、オペレータはＣパターンを所望していると判定できるので、操作パターンをＣパターンに設定し、その旨を記憶する（Ｓ８０９）。一方、Ｓ８０８において操作レバー４０ａが前方向に操作されていないときには、操作レバー４０ａが後方向に操作されたか否かを判定する（Ｓ８１０）。ここで、操作レバー４０ａが後方向に操作され圧力センサ８８ａ２の圧力上昇が検出された場合には、オペレータはＤパターンを所望していると判定できるので、操作パターンをＤパターンに設定し、その旨を記憶する（Ｓ８１１）。最後に、Ｓ８１０において圧力センサ８８ａ２の圧力上昇が検出されないときには、オペレータがどの操作パターンを所望しているか判定できないので、コントローラユニット１１の記憶部に記憶されているものを流用して操作パターンの変更は行わない（Ｓ８１２）。

上記のようにオペレータの操作に基づいてＳ８０５，８０７，８０９，８１１，８１２において操作装置４Ａ，４Ｂの操作パターンを設定したら、操作パターンを設定した旨及びその設定した操作パターンを表示装置５３に表示し（Ｓ８１３）、起動スイッチ５７をＯＦＦ状態にして一連の処理を終了する。

上記のように構成される油圧ショベルの制御装置を用いて旋回モータ１６の作動を制御する場合には、図７のフローチャートのＳ７０１において、切替位置センサ１９からパターン切替弁１７の切替位置を入力する代わりに、上記のＳ８０５，８０７，８０９，８１１，８１２でコントローラユニット１１の記憶部に記憶した操作パターンを入力すれば良い。Ｓ７０２以降の処理については、図７に示したものと同様に実行すれば良い。このように本実施の形態のように操作パターンを設定しても、電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するパイロット管路を検出することができるので、第１の実施の形態と同様に電動アクチュエータ駆動制御の信頼性を向上することができるとともに操作性低下を防止することができる。

なお、本実施の形態では、Ｓ８０１においてゲートロックレバーが降ろされていることを確認して操作パターン設定モードを実行したが、これに代えて、操作パターン設定モード実行中は、操作装置４Ａ，４Ｂから出力される油圧信号の圧力をコントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃが移動しない値（例えば、５ｋＰａ）に保持するように構成しても良い。具体的には、図８に示すようにパイロットポンプ５１と操作装置４Ａ，４Ｂの間に電磁比例減圧弁５８を設置し、操作パターン設定モード実行中（図９におけるＳ８０４〜Ｓ８１３の間）は、コントローラユニット１１から電磁比例減圧弁５８に対して操作信号を出力することで、操作装置４Ａ，４Ｂから出力される油圧信号の圧力を上記設定値まで減圧する方法がある。このように構成しても、先に説明した場合と同様に、操作パターン設定モード実行中に操作レバー４０ａ，４０ｂを傾倒させても各アクチュエータが作動することを防止することができる。

また、上記の説明では、操作パターン設定用と旋回モータ１６の制御用とで圧力センサ８６ｃ２，８６ｄ１を兼用したが、用途別に個別圧力センサを設置して各圧力センサからの電気信号を利用しても良い。さらに、上記の説明では特定操作としてアームクラウド操作を割り当てたが、この他の操作を特定操作としても良いことはいうまでもない。

３ 油圧アクチュエータ
４ 操作装置
５ コントロールバルブ
１１ コントローラユニット
１６ 旋回モータ（電動アクチュエータ）
１７ パターン切替弁
１９ 切替位置センサ
４０ 操作レバー
４２ 操作装置の出力ポート
４５ パイロット管路
５１ パイロットポンプ
５３ 表示装置
７１ パターン切替弁の入力ポート
７２ パターン切替弁の出力ポート
８０ 信号変換部
８６ 圧力センサ
８７ 切替弁
８８ 圧力センサ

Claims (6)

1. 油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを含む複数のアクチュエータを備える油圧作業機械に設けられ、前記各アクチュエータの作動を制御する制御装置において、
   オペレータの操作に応じて圧力を付加された油圧信号が出力される複数の出力ポートを有する操作装置と、
   この操作装置における各出力ポートからの油圧信号が入力される複数の入力ポート及び当該複数の入力ポートのいずれかに連通される複数の出力ポートを有し、当該各出力ポートをどの当該入力ポートに連通するかを切り替えることで前記操作装置の操作パターンを切り替えるパターン切替手段と、
   このパターン切替手段における複数の出力ポートの一部と接続され、当該一部の出力ポートからの油圧信号の入力を受けて前記油圧アクチュエータの作動を制御する油圧制御手段と、
   前記操作装置における複数の出力ポートと前記パターン切替手段における複数の入力ポートを接続する複数のパイロット管路と、
   この複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過する可能性があるものにそれぞれ設置され、前記操作装置からの油圧信号をその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段と、
   前記信号変換手段が設置されたパイロット管路において、当該信号変換手段と前記パターン切替手段における入力ポートの間に位置するように設置され、前記パターン切替手段への油圧信号の通過又は遮断を選択的に切り替える切替弁と、
   前記パターン切替手段で選択されている操作パターンに基づいて、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出する検出手段と、
   この検出手段で検出されたパイロット管路に設置された前記信号変換手段からの電気信号の入力を受けて前記電動アクチュエータの作動を制御し、当該パイロット管路に設置された切替弁により油圧信号を遮断する電気制御手段とを備えることを特徴とする油圧作業機の制御装置。
2. 請求項１に記載の油圧作業機の制御装置において、
   前記切替弁は、前記油圧作業機の電源がＯＦＦ状態のとき、前記操作装置から前記パターン切替手段への油圧信号の通過を遮断していることを特徴とする油圧作業機の制御装置。
3. 請求項１に記載の油圧作業機の制御装置において、
   前記切替弁は、当該切替弁が設置されたパイロット管路が接続する前記パターン切替手段の入力ポートの設置高さよりも低い位置に設置されていることを特徴とする油圧作業機の制御装置。
4. 請求項１に記載の油圧作業機の制御装置において、
   前記電動アクチュエータには、前記油圧作業機械の旋回体を旋回するモータが含まれていることを特徴とする油圧作業機の制御装置。
5. 請求項１に記載の油圧作業機の制御装置において、
   前記パターン切替手段は、切替位置に応じて前記操作装置の操作パターンを切り替えるパターン切替弁を有し、
   前記検出手段は、前記パターン切替弁の切替位置を検出することにより、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出することを特徴とする油圧作業機の制御装置。
6. 請求項１に記載の油圧作業機の制御装置において、
   前記複数のパイロット管路のうち、前記操作装置の操作パターン別に異なる方向に割り当てられた特定の操作に対応する油圧信号が通過する可能性のあるものに設置された圧力検出手段をさらに備え、
   前記検出手段は、
   オペレータに対して前記操作装置による前記特定操作を要求する手順と、
   前記圧力検出手段のうち前記特定操作による圧力上昇が検出されたものの設置場所に基づいて前記操作装置の操作パターンを設定する手順とを実行し、
   前記設定された操作パターンに基づいて、前記複数のパイロット管路のうち前記電動アクチュエータの制御に利用される油圧信号が通過するものを検出していることを特徴とする油圧作業機の制御装置。

Images