JP2016075358A - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータの支持対象物の重量・姿勢の変化により、当該支持対象物が当該油圧アクチュエータに作用させる負の負荷の大きさが変化しても、当該負の負荷の変化に応じてメータアウト損失を低減できる建設機械の油圧制御装置を提供すること。
【解決手段】アームシリンダ４に対する圧油の給排を制御する制御弁３１と、制御弁３１のスプール位置を制御する操作レバー６と、アームシリンダから排出される圧油が流れるメータアウト流路３４と、当該メータアウト流路上に設けられた可変絞り２３ａと、外力によりアームシリンダに加えられる負荷であって、当該アームシリンダの動作方向と同じ方向の負荷である負の負荷の大きさを検出するための圧力センサ４１，４２と、可変絞り２３ａの開口面積を圧力センサ４１，４２の検出値から算出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減するコントローラ４５とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は油圧アクチュエータを備える建設機械の油圧制御装置に関する。

油圧ショベル等の建設機械は、一般に、油圧ポンプと、当該油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、当該油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する流量制御弁とを備えている。例えば、油圧ショベルの場合、油圧アクチュエータは、フロント作業装置の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、バケットを駆動するバケットシリンダ、旋回体を旋回させるための旋回油圧モータ、走行体を走行させるための走行油圧モータ等であり、それぞれのアクチュエータに対して流量制御弁が設けられている。また、各流量制御弁はメータイン絞りとメータアウト絞りを有し、メータイン絞りにより油圧ポンプから該当する油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御し、メータアウト絞りにより当該油圧アクチュエータからタンクへ排出される圧油の流量を制御する。

上記のように油圧アクチュエータを備える建設機械では、油圧アクチュエータの支持対象物（例えば、アームシリンダであればアームおよびバケット（アタッチメント）が主な支持対象となる）の自重が、当該油圧アクチュエータの動作方向と同一の方向の負荷（以下、「負の負荷」と称することがある）として作用し、当該油圧アクチュエータの動作速度が増加したり、これによりメータイン側の圧油の流量が不足することによって息継ぎ現象（キャビテーション）が発生したりして、操作性が悪化するおそれがある。

このような問題に関して、特許文献１の発明は、油圧シリンダのロッド側管路から分岐されタンクに連絡されるメータアウト管路にパイロット可変開口弁を介在させ、当該パイロット可変開口弁における開口の広狭を制御するように構成した回路を開示している。この回路において、アームシリンダにとって重量負荷であるアーム及びバケットの自重により当該アームシリンダの動作速度が増加する傾向（自重降下傾向）が生じたときは、パイロット可変開口弁の開口を絞ることによりロッド側油室の保持圧の降下を防止することで、その自重降下を抑えている。

特開２００６−１７７４０２号公報

ところで、建設機械の油圧アクチュエータの支持対象物の重量は変化することが多い。例えば、油圧ショベルのフロント作業装置の先端（アームの先端）に装着されるアタッチメント（作業具）の交換により重量が変化することがある。油圧ショベルで利用されるアタッチメントは、標準バケットの他に、大型バケット、破砕機および小割機等、重量の異なる種々のものが存在しており、標準バケットより重いものが多い。このため、開発時に標準バケットを装着した状態を想定してアームシリンダのメータアウト絞りの開口面積が調整された油圧ショベルにおいて、標準バケットの代わりに他の重いアタッチメントがユーザーによって装着された場合には、そのフロント作業装置のアームを地面より上（すなわち空中）でクラウドするとき、アームとアタッチメントの合計重量が標準バケットを装着した状態よりも増加することによってアームシリンダの速度が標準バケットを装着した状態よりも速くなったり、これによりメータイン側の圧油の流量が不足することによって息継ぎ現象（キャビテーション）が発生したりして、操作性が悪化するおそれがある。

この点を鑑みた方策としては、標準バケットよりも重いアタッチメントを装着した状態を想定し、アームシリンダのメータアウト絞りの開口面積の特性を標準バケットで最適な特性よりも小さい値に調整することが考えられる。しかしこのように調整した油圧ショベルで標準バケットを装着してアームクラウド操作を行うと、標準バケットとアームの重量負荷に抗する力を発生させるのに必要なメータアウト圧損（前記最適値での圧損）よりも高い圧損が生じるため、エネルギーロスが発生することになる。

また、アームシリンダの伸び速度の増加や息継ぎ現象の発生（以下「息継ぎ現象等」と称することがある）を防止するために必要なアームシリンダのロッド側の圧力（すなわちメータアウト圧損）は、各アタッチメントの重量だけではなく、アームシリンダが支持するアームの水平面に対する角度（姿勢）によっても変化する。例えば、アームシリンダによってアームが空中で略水平に保持された状態（このときのアーム角度をゼロとする）からアームシリンダを伸ばして、ブーム先端の回動軸を中心に油圧ショベル本体側にクラウドするとき、アームシリンダの伸長開始直後では、アーム等の自重がアームシリンダに与える負の負荷が相対的に大きいため、息継ぎ現象等の防止にはロッド側の圧力を高くすることが必要とされるのに対し、アームシリンダが伸長してアームが垂直に近い状態では、アームの重量の殆どはブームに支持され、アーム等の自重がアームシリンダに与える負の負荷は相対的に小さくなるので、伸長開始直後よりもロッド側圧力が低くても息継ぎ現象等を防止できる。

このように油圧ショベルでは、アームシリンダのロッドが支持する対象物（主としてアームやアタッチメント）の自重が負の負荷としてロッドに作用してロッド伸び方向のシリンダ推力が発生することがあるが、当該支持対象物の姿勢や重量（つまり、アームの姿勢や、アタッチメント等の重量）が変化すると、当該アームシリンダに作用する負の負荷（当該ロッド伸び方向のシリンダ推力）の大きさが変化するため、息継ぎ現象等の防止に必要なロッド側の圧力も変化する。つまり、或る重量の支持対象物の或る姿勢を基準にしてアームシリンダのメータアウト絞りの開口面積を設計しても、当該支持対象物の重量または姿勢が変われば当該基準から離れてしまうため、エネルギーロスを最小化できないことになる。この種の問題は、上記のアームクラウド操作だけでなく、バケットシリンダによるバケットクラウド操作、旋回油圧モータによる旋回操作等、他の油圧アクチュエータの操作においても同様に発生する。

本発明の目的は、油圧アクチュエータを備える建設機械において、当該油圧アクチュエータの支持対象物の重量・姿勢の変化により、当該支持対象物が当該油圧アクチュエータに作用させる負の負荷の大きさが変化しても、当該負の負荷の変化に応じてメータアウト損失を低減できる建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る建設機械の油圧制御装置は、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、当該油圧アクチュエータに対する圧油の給排をスプール位置に応じて制御する制御弁と、当該制御弁のスプール位置を操作量及び操作方向に応じて制御する操作装置と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる１つ又は複数のメータアウト流路と、前記１つのメータアウト流路に設けられた少なくとも１つの可変絞り、又は、前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設けられた可変絞りと、外力により前記油圧アクチュエータに加えられる負荷であって、当該油圧アクチュエータの動作方向と同じ方向の負荷である負の負荷の大きさを検出する負荷検出器と、前記可変絞りが１つの場合には当該１つの可変絞りの開口面積を、前記可変絞りが複数の場合には当該複数の可変絞りの開口面積の合計値を、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減する制御装置とを備えるものとする。

本発明によれば、油圧アクチュエータの支持対象物の重量や姿勢が変化しても、当該支持対象物が当該油圧アクチュエータに作用させる負の負荷の大きさの変化に応じてメータアウト損失を低減できる。

本発明に係る各実施の形態で共通する油圧ショベルの側面図。 本発明の第１の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダの制御に係る油圧回路部分を模式的に示した図。 本発明の第１の実施の形態に係るメータアウト絞り２３ａのメータリング特性。 本発明の第１の実施の形態に係るコントローラ２７が具備する処理機能を機能ブロック図。 本発明の比較例の油圧制御装置のアームシリンダに係る油圧回路部分を示す図。 アームを空中で水平に近い角度から鉛直までクラウドするときのアームの角度とアームシリンダの推力の関係図。 アーム角度とメータアウト絞り２３ａの目標開口面積の関係図。 本発明の第２の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダ４の制御に係る油圧回路部分を模式的に示した図。 本発明の第２の実施の形態に係るメータアウト制御弁５２および流量制御弁３１のストロークと開口面積との関係図。 本発明の第２の実施の形態におけるコントローラ４５Ａが具備する処理機能を機能ブロック図。 アーム３１２を空中で水平に近い角度から鉛直までクラウドするときのアーム角度とアームシリンダ４の推力の関係図。 アーム角度とメータアウト絞り５２ａの目標開口面積の関係図。 本発明の第３の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダ４の制御に係る油圧回路部分を模式的に示した図。

まず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の実施の形態に係る建設機械の油圧制御装置に含まれる主な特徴を説明する。

（１）後述する本発明の実施の形態に係る建設機械（例えば、油圧ショベル）の油圧制御装置は、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、当該油圧アクチュエータに対する圧油の給排をスプール位置に応じて制御する制御弁と、当該制御弁のスプール位置を操作量及び操作方向に応じて制御する操作装置と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる１つ又は複数のメータアウト流路と、前記１つのメータアウト流路に設けられた少なくとも１つの可変絞り、又は、前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設けられた可変絞りと、外力により前記油圧アクチュエータに加えられる負荷であって、当該油圧アクチュエータの動作方向と同じ方向の負荷である負の負荷の大きさを検出する負荷検出器と、前記可変絞りの数が１つの場合には当該１つの可変絞りの開口面積を、前記可変絞りの数が複数の場合には当該複数の可変絞りの開口面積の合計値を、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減する制御装置とを備えることを特徴とする。

このように構成した油圧制御装置では、外力（例えば前記油圧アクチュエータの支持対象物の重量）が前記油圧アクチュエータに加える負の負荷（前記油圧アクチュエータの駆動力として加算される負荷）の大きさが前記負荷検出器で検出され、そして、前記制御装置が、当該負荷検出器で検出される負の負荷の大きさが増加するほど前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の前記可変絞りの開口面積の合計値が低減するように前記１つ又は複数の可変絞りの開口面積を制御することで、前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の前記可変絞りの開口面積の合計値が前記負の負荷の大きさに適した値に適宜設定される。これにより、前記支持対象物の重量や姿勢が変化して当該負の負荷の大きさが変化しても、前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の前記可変絞りの開口面積の合計値は当該負の負荷の大きさに応じて息継ぎ現象等の防止に適した値にその都度設定されるので、余計なメータアウト損失の発生が回避されエネルギーロスを低減できる。

前記油圧アクチュエータには、油圧シリンダおよび油圧モータ等が含まれるが、その典型的なものとしては油圧ショベルにおけるアームシリンダやバケットシリンダ（ともに油圧シリンダ）が該当する。例えば、アームシリンダは、前記支持対象物として、アームと、当該アームの先端に装着されるアタッチメント（例えば、バケット）を備えており、特に、アームシリンダが伸び動作を行う場合（アームクラウド時）には、当該アームの姿勢や当該アタッチメントの重量に応じて前記負の負荷が変化することがあるため、この場合に本発明は効果を発揮することとなる。

なお、前記負荷検出器の具体例としては、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排に利用される２つの流路にそれぞれ設置され、当該２つの流路内の圧油の圧力値を検出する合計２つの圧力センサ（例えば、後述の圧力センサ４１，４２）がある。当該２つの圧力センサに基づいて前記油圧アクチュエータにおける圧油供給側と圧油排出側に作用する力をそれぞれ算出し、当該２つの力の差により負の負荷の大きさを検出できる。例えば、前記油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合であれば、当該油圧シリンダのボトム側油圧室の圧力を検出する第１圧力センサと、当該油圧シリンダのロッド側油圧室の圧力を検出する第２圧力センサを備え、当該２つの圧力センサの検出値と、当該ボトム側油圧室におけるピストンの受圧面積値と、当該ロッド側油圧室におけるピストンの受圧面積値とから負の負荷の大きさの演算が可能である。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の可変絞りの開口面積の合計値が前記制御装置により変化される範囲には、前記操作装置の操作量ごとに上限値と下限値が存在し、当該上限値と当該下限値は、前記操作装置の操作量の増加に応じて増加するように構成するものとする。

このように前記操作装置の操作量の増加に応じて前記上限値と前記下限値を増加すると、前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の可変絞りの開口面積の合計値が前記操作装置の操作量に適した値に調整されるので、前記操作装置の操作量に応じたエネルギーロスの低減を図ることができる。

（３）上記（２）において、「前記１つのメータアウト流路」は、前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記制御弁内を通過する第１流路（例えば、後述のアクチュエータライン３４）であり、「前記少なくとも１つの可変絞り」は、当該第１流路における前記制御弁内に設けられた第１可変絞り（例えば、後述のメータアウト絞り２３ａ）であり、「前記制御装置」は、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記制御弁のスプール位置を変更することで前記第１可変絞りの開口面積を低減することが好ましい。

このように前記負の負荷の大きさに応じて前記制御弁のスプール位置を変化させることで前記制御弁内の前記第１可変絞りの開口面積を制御する構成を採用すると、制御弁を備える通常の建設機械を改良して本発明の構成に到達することが容易で、追加する部品の点数も抑制でき油圧制御装置の大型化を招くことがない。

通常の建設機械の制御弁のスプール位置は、操作装置の操作量に応じて出力される操作信号（油圧ショベルの場合は、操作レバー操作量に応じて減圧されて制御弁に出力されるパイロット圧）に基づいて制御されるので、本発明の構成を採用する場合には、当該操作信号を前記負の負荷の大きさに応じて適宜修正する構成が考えられる。当該操作信号を修正する手段としては、例えば、操作レバーから出力されるパイロット圧を負の負荷の増加に応じて減圧する比例減圧弁（例えば、電磁比例減圧弁（後述の電磁比例弁４４））が利用可能であり、当該比例減圧弁を追加設置して、負の負荷の増加に伴って前記第１可変絞りの開口面積が低減するように構成することができる。

（４）上記（２）において、「前記複数のメータアウト流路」は、前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記制御弁内を通過する第１流路（例えば、後述のアクチュエータライン３４）と、前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記第１流路の途中から分岐する第２流路（例えば、後述のメータアウト分岐ライン５１）とであり、「前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設けられた可変絞り」は、前記第１流路における前記制御弁内に設けられ、前記操作装置の操作量の増加に応じて開口面積が増加する第１可変絞り（例えば、後述のメータアウト絞り２３ａ）と、前記第２流路に設けられ、油圧源から出力されるパイロット圧の増加に応じて開口面積が増加する第２可変絞り装置（例えば、後述のメータアウト絞り５２ａ）とであり、「前記制御装置」は、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記第２可変絞りの開口面積を低減することで、前記第１可変絞りと前記第２可変絞りの開口面積の合計値を前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減する構成としても良い。

このように構成すると、前記第１可変絞りと前記第２可変絞りの開口面積の合計値で制御することができるので、前記第１可変絞りのみで開口面積を制御する（３）の場合と比較して開口面積の制御範囲を拡大することができる。例えば、前記油圧アクチュエータからのメータアウト流量が相対的に多くなる大型の建設機械では、このように開口面積の制御範囲が広い方が設計上のメリットとなることがある。

（５）上記（４）において、「前記第２可変絞り装置に対するパイロット圧の前記油圧源」としては、パイロットポンプの吐出圧（一次圧）を利用しても良いし、当該パイロットポンプの吐出圧を減圧して得られるパイロット圧（二次圧）を出力する前記操作装置を利用しても良い。この場合、特に前者の「パイロットポンプ」を利用すると、当該パイロットポンプの二次圧を利用する後者の場合よりもさらに広い制御範囲を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、以下で説明する各実施の形態で共通する油圧ショベル３０１の側面図である。この図に示す油圧ショベル３０１は、１本の多関節型のフロント作業装置Ａと、左右一対の覆帯３０２ａ，３０２ｂを備える走行体３０３と、走行体３０３の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体３０４を備えている。

走行体３０３には、覆帯３０２ａ，３０２ｂを駆動させる走行油圧モータ３１８ａ，３１８ｂが搭載されている。旋回体３０４中央部には、旋回体３０４を旋回させる旋回油圧モータ３１９が備えられている。旋回体３０４の前方左側には操作レバー（操作装置）６（図２参照）が格納された運転室３０５が設置されている。旋回体３０４前方中央部には作業装置Ａが取り付けられている。

作業装置Ａは、旋回体３０４の前方中央部に設けられたブームフート（図示せず）に上下揺動自在に取り付けられたブーム３１０と、ブーム３１０の先端に前後方向に揺動自在に取り付けられたアーム３１２と、アーム３１２の先端に上下回動自在に取り付けられた作業具（アタッチメント）であるバケット３１４を備えている。

また、作業装置Ａは、ブームフートとブーム３１０に連結され、ブーム３１０を上下方向に揺動させるブームシリンダ（油圧シリンダ）３１１と、ブーム３１０とアーム３１２とに連結され、アーム３１２を上下方向に揺動させるアームシリンダ（油圧シリンダ）４と、アーム３１２と作業具３１４とに連結され、バケット３１４を上下方向に回動させるバケットシリンダ（油圧シリンダ）３１５とを有している。すなわち、作業装置Ａはこれら各油圧シリンダ３１１，４，３１５により駆動される。

後述する「アームクラウド」とは、アームシリンダ４を伸ばすことで、ブーム３１０による支持軸（回動軸）を中心にアーム３１２が図１中の反時計回りに回動する動作のことであり、「バケットクラウド」とは、バケットシリンダ３１５を伸ばすことで、アームによる支持軸を中心にバケット３１４が図１中の反時計回りに回動する動作のことである。

バケット３１４は、作業機械３０１の作業内容に応じて、図中で示したバケットの他に、グラップル、カッタ、ブレーカ、その他のアタッチメントのいずれか１つに任意に交換可能である。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダ４の制御に係る油圧回路部分を模式的に示したものである。図２において、本実施の形態に係る油圧制御装置は、原動機（例えばエンジンや電動モータ）１と、この原動機１によって駆動される油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２の吐出ライン（吐出流路）３に接続され、アームシリンダ４に対する圧油の給排（圧油の流量および方向）をスプール位置に応じて制御するアーム３１２用の流量制御弁（制御弁）３１を有する弁装置５と、制御弁３１のスプール位置を操作量および操作方向に応じて制御するためのアーム３１２用の操作装置である操作レバー６とを備えている。

油圧ポンプ２は可変容量型であり、押しのけ容積可変部材、例えば斜板２ａを有し、斜板２ａは油圧ポンプ２の吐出圧が高くなるにしたがって容量を減らすように馬力制御アクチュエータ２ｂにより制御される。

流量制御弁３１は、中立位置Ａでポンプ吐出流量をセンタバイパスライン３２を介してタンクに流すセンタバイパス型であり、センタバイパス部２１がセンタバイパスライン３２上に位置している。センタバイパスライン３２は上流側を油圧ポンプ２の吐出ライン３に接続され、下流側をタンク３３に接続されている。また、流量制御弁３１はポンプポート３１ａおよびタンクポート３１ｂとアクチュエータポート３１ｃ，３１ｄとを有し、ポンプポート３１ａはセンタバイパスライン３２に接続され、タンクポート３１ｂはタンク３３に接続され、アクチュエータポート３１ｃ，３１ｄはアクチュエータライン３４，３５を介してアームシリンダ４のボトム側とロッド側に接続されている。

操作レバー６は、レバー部３６と、一対の減圧弁（図示せず）を内蔵したパイロット圧発生部３７とを有している。パイロット圧発生部３７はパイロットライン３８，３９を介して流量制御弁３１のパイロット圧受圧部３１ｅ，３１ｆに接続されている。運転室３０５に搭乗したオペレータによってレバー部３６が操作されると指令パイロット圧発生部３７はその操作方向に応じて一対の減圧弁の一方を作動させ、レバー部３６の操作量に応じたパイロット圧をパイロットライン３８，３９の一方に出力する。

ここで、流量制御弁３１は、スプールの切換位置として中立位置Ａ、切換位置Ｂおよび切換位置Ｃを有している。操作レバー６を介してオペレータからアームクラウド操作がされ、パイロットライン３８を介して図中左側の受圧部３１ｅにパイロット圧が与えられると、流量制御弁３１は図２に示すように切換位置Ｂに切り換えられる。このとき、アクチュエータライン３５がメータイン側の流路（メータイン流路）、アクチュエータライン３４がメータアウト側の流路（メータアウト流路）となり、アームシリンダ４のボトム側に圧油が供給されて、アームシリンダ４が伸長してアームクラウド動作が行われる。一方、アームダンプ操作がされ、パイロットライン３９を介して図中右側の受圧部３１ｆにパイロット圧が与えられると、流量制御弁３１は図示右側の位置Ｃに切り換えられる。このとき、アクチュエータライン３４がメータイン流路、アクチュエータライン３５がメータアウト流路となり、アームシリンダ４のロッド側に圧油が供給されてアームシリンダ４が収縮してアームダンプ動作が行われる。

また、流量制御弁３１は、スプール位置に応じて開口面積が変わる可変絞りとして機能するメータイン絞り２２ａ，２２ｂおよびメータアウト絞り２３ａ，２３ｂを有している。例えば、流量制御弁３１が切換位置Ｂにあるときはメータイン絞り２２ａによりアームシリンダ４に供給される圧油の流量が制御され、メータアウト絞り２３ａによりアームシリンダ４からの戻り油の流量が制御される。一方、流量制御弁３１が切換位置Ｃにあるときはメータイン絞り２２ｂによりアームシリンダ４に供給される圧油の流量が制御され、メータアウト絞り２３ｂによりアームシリンダ４からの戻り油の流量が制御される。

本実施の形態におけるメータアウト絞り２３ａのメータリング特性を図３に示す。図３中の実線Ａは、本実施の形態における流量制御弁３１にアームクラウドパイロット圧が与えられたときのメータアウト絞り２３ａのメータリング特性を示している。一方、破線Ｂは後述する比較例（図５参照）の流量制御弁３１にアームクラウドパイロット圧が与えられたときのメータアウト絞り２３ａのメータリング特性を示している。詳細については後述するが、当該比較例に係る油圧制御装置は、アームの先端に装着されるアタッチメントとして最も重いもの（すくなくとも標準バケットよりは重いもの）を装着した場合を想定して、アームクラウドパイロット圧とメータアウト絞り２３ａの開口面積の関係が設計されている。

本実施の形態のメータアウト絞り２３ａのメータリング特性、つまり流量制御弁３１のストロークと開口面積との関係は、実線Ａに示すように操作レバー６のストローク（アームクラウドパイロット圧）が増大するにしたがって開口面積が増大し、かつ比較例（破線Ｂ）のメータアウト絞り２３ａと比較して同じアームクラウドパイロット圧では大きくなるように設定されている。

図２に戻り、本実施の形態に係る油圧制御装置は、その特徴的構成として、アクチュエータライン３５に取り付けられアームシリンダ４のボトム側の圧力を検出する圧力センサ４１と、アクチュエータライン３４に取り付けられアームシリンダ４のロッド側の圧力を検出する圧力センサ４２と、パイロットライン３８に取り付けられ操作レバー６より出力されるアームクラウドパイロット圧（すなわちアームクラウド操作時の操作レバー６の操作量）を検出する圧力センサ４３と、パイロットライン３８に配置され、流量制御弁３１の受圧部３１ｅに出力されるパイロット圧を指令電流値に応じて制御する電磁比例弁４４と、圧力センサ４１、圧力センサ４２および圧力センサ４３の検出信号を入力し、所定の演算処理を行い、電磁比例弁４４に指令電流を出力するコントローラ（制御装置）４５を有している。

図４にコントローラ４５が具備する処理機能を機能ブロック図で示す。コントローラ４５は、アームシリンダ推力演算部４５ａと、メータアウト開口演算部４５ｂと、ソレノイド電流演算部４５ｃを有している。

アームシリンダ推力演算部４５ａは、圧力センサ４１からのアームシリンダボトム圧と、圧力センサ４２からのアームシリンダロッド圧が入力されており、これらの圧力値と規定値であるアームシリンダ４のボトム受圧面積とロッド受圧面積に基づいてアームシリンダ４の推力を演算する。具体的には、アームシリンダ推力演算部４５ａは、アームシリンダ４のボトム側の圧力と受圧面積の積からアームシリンダ４のロッド側の圧力と受圧面積の積を引き、アームシリンダ４の推力を演算する。アームシリンダ推力演算部４５ａが演算したアームシリンダ４の推力は、メータアウト開口演算部４５ｂに出力される。また、アームシリンダ推力演算部４５ａでは、圧力センサ４１と圧力センサ４２はアームシリンダ４に作用する負荷の大きさを検出するための負荷検出器として利用されている。

メータアウト開口演算部４５ｂは、図４中に示したテーブルを用いて、アームシリンダ推力演算部４５ａで算出されたアームシリンダ４の推力と、圧力センサ４３からのアームクラウドパイロット圧とに応じたメータアウト絞り２３ａの目標開口面積を演算する。

ソレノイド電流演算部４５ｃは、メータアウト開口演算部４５ｂで算出されたメータアウト絞り２３ａの目標開口面積に応じたソレノイド電流値を演算し、当該電流値を有する指令電流を電磁比例弁４４の制御信号として出力する。

アームシリンダ推力演算部４５ａは、アームシリンダ４の伸長時（アームクラウド時）にアームシリンダ４に加えられる外力による負荷を、アームシリンダ４の推力として算出している。アームシリンダ推力演算部４５ａは、アームクラウド時にアームシリンダ４に加えられる外力による負荷であって、アームシリンダ４の伸長方向と逆方向の負荷（正の負荷）がアームシリンダ４に作用すると、アームシリンダ４の推力を正の値として演算する。アームクラウド時の正の負荷としては、例えば、掘削作業時等に地面などの掘削対象がアタッチメント３１４およびアーム３１２を介してアームシリンダ４に作用させる力がある。一方、アームクラウド時にアームシリンダ４に加えられる外力による負荷であって、アームシリンダ４の伸長方向と同じ方向の負荷（負の負荷）がアームシリンダ４に作用すると、アームシリンダ４の推力を負の値として演算する。アームクラウド時の負の負荷としては、例えば、アームシリンダ４の支持対象物であるアーム３１２およびアタッチメント３１４等の重量がアームシリンダ４に作用させる負荷（重量負荷）がある。

メータアウト開口演算部４５ｂは、図４のテーブルに示したように、まず、アームシリンダ４の推力が正の値のときは、その推力の大きさによらずメータアウト絞り２３ａの目標開口面積をアームクラウドパイロット圧ごとに設定された一定値に保持する。一方、アームシリンダ４の推力が負の値のときは、その推力の大きさがゼロから大きくなるにしたがって所定の値（ｆ１）からメータアウト絞り２３ａの目標開口面積を単調に減少させ、推力の大きさがさらに増加して他の所定の値（ｆ２）に達するとメータアウト絞り２３ａの目標開口面積をアームクラウドパイロット圧ごとに設定された一定値に設定する。

したがって、アームクラウドパイロット圧が一定の場合で考えれば、メータアウト絞り２３ａの目標開口面積は、（１）アームシリンダ４の推力が正の値のとき、ゼロのとき、および負の値でｆ１未満のときは上限値をとり、（２）アームシリンダ４の推力が負の値でｆ１からｆ２までの範囲では推力の大きさの増加に伴って徐々に減少し、（３）アームシリンダ４の推力がｆ２を超える範囲では下限値をとるように設定されている。

また、図４のテーブルに示すように、操作レバー６の操作量（アームクラウドパイロット圧）ごとに設定されるメータアウト絞り２３ａの目標開口面積の上限値および下限値は、アームクラウドパイロット圧が低下するにしたがって減少するよう設定されている。つまり、操作レバー６の操作量の増加に応じて当該上限値および当該下限値は増加するように設定されている。当該上限値および当該下限値の最大値は図３の実線Ａに示すメータリング特性に相当し、その最小値は図３の破線Ｂに示すメータリング特性に相当する。

なお、図４に示した例では、メータアウト絞り２３ａの目標開口面積が変化するアームシリンダ推力の範囲はｆ１からｆ２までとし、これを全てのアームクラウドパイロット圧に対しての共通事項とする場合について説明したが、当該事項は本発明に必須ではないため、メータアウト絞り２３ａの目標開口面積が変化するアームシリンダ推力の範囲をアームクラウドパイロット圧ごとに変化させても良い。

次に、本実施の形態に係る油圧ショベルの動作を比較例と比較しながら説明する。図５は比較例の油圧制御装置のアームシリンダに係る油圧回路部分を示す図である。なお、以下において図５の比較例と図２の本実施の形態とで共通する部分に言及する場合については同じ符号を用いて参照することとし、説明は省略するものとする。この図に示した比較例に係る油圧制御装置では、図２に示した本実施の形態のものと比較して、圧力センサ４１、圧力センサ４２、圧力センサ４３、電磁比例弁４４およびコントローラ４５が設けられておらず、アーム３１２の先端に装着されるアタッチメントとして最も重いもの（すくなくとも標準バケットよりは重いもの）を装着した場合を想定して、アームクラウドパイロット圧とメータアウト絞り２３ａの開口面積の関係（メータリング特性）が設計されている。つまり、アームシリンダ推力の変化に応じてメータアウト絞り２３ａの開口面積は変化しない構成となっている。

図５に示した比較例に係る油圧制御装置において、アーム３１２を地面より上（すなわち空中）でクラウドするために、アーム用の流量制御弁３１を図５のＢ位置に切り換えたとする。このとき、流量制御弁３１は、アームシリンダ４からの戻り油の排出を制御弁３１の内部のメータアウト絞り２３ａにより制御することで、アームシリンダ４の伸長速度を制御するとともにアーム３１２の自由落下による息継ぎ現象（キャビテーション）を防止している。つまり、メータアウト絞り２３ａの開口面積を絞ってメータアウト側の流路を絞ることでアームシリンダ４のロッド側の圧力を上昇させ、アーム３１２とアタッチメント３１４の重量負荷に抗するために必要な力を発生させている。当該比較例では、標準バケットよりも重いアタッチメントの重量を基準としてメータアウト絞り２３ａの開口面積を設定しているので、当該アタッチメントをアーム３１２に装着しても、アームシリンダ４の速度が速くなったり、息継ぎ現象が発生したりすることがない。

しかしながら、上記比較例において、設計の基準とした重いアタッチメントに代えて標準バケットを装着して作業を行う場合には、アーム３１２と標準バケットの重量負荷に対してアームシリンダ４のロッド側の圧力が高いため、アームシリンダ４の推力を負荷に見合った大きさとするには、油圧ポンプ２からアームシリンダ４のボトム側へ圧油を供給することでボトム側の圧力を上昇させなければならず、エネルギーロスの原因となる。

以上のような比較例に対し、本実施の形態に係る油圧ショベルでは次のように動作する。まず、本実施の形態に係る油圧ショベルは、図４に示したように、アームシリンダ推力演算部４５ａによりアームシリンダ４に作用する負の負荷の検出およびその大きさの演算が行われる。そして、当該算出した負の負荷の大きさの増加に応じてメータアウト絞り２３ａの開口面積が低減される制御がメータアウト開口演算部４５ｂ及びソレノイド電流演算部４５ｃにより行われることになるので、アタッチメント３１４を重量の異なるものに交換しても当該交換後のアタッチメント３１４の重量に応じた最適なメータアウト絞り２３ａの開口面積を選択することができる。したがって、本実施の形態によれば、アームシリンダ４の支持対象物（主にアタッチメント）の重量が変化しても、当該支持対象物がアームシリンダ４に作用させる負の負荷の大きさの変化に応じてメータアウト損失を低減できる。

また、本実施の形態では、ボトム側圧力センサ４１とロッド側圧力センサ４２に加えてパイロット圧センサ４３の検出信号を用いることで、操作レバー６の操作量に応じてシリンダ推力とメータアウト絞り２３ａの開口面積との関係を変化させる構成を採用している。（図４の45bにおいて，開口面積の制御範囲を変化させることが相当する）。これによりロッド側油室の保持圧の最大値を制限し、結果としてポンプ吐出圧の過度な上昇を抑えることができ，エネルギーロスを低減することができる。

そして、本実施の形態ではアタッチメント３１４をはじめとするアームシリンダ４の支持対象物の重量変化だけではなく、次に説明するようにアーム３１２の角度（アーム角度）の変化に応じても最適なメータアウト絞り２３ａの開口面積を選択することができる。

アーム３１２を空中で水平に近い角度から鉛直までクラウドするときのアーム３１２の角度とアームシリンダ４の推力の関係を図６に示す。本稿では、アームシリンダ４によってアーム３１２が空中で略水平に保持された状態における水平面に対するアームの角度をゼロとし、この状態からアームシリンダ４を伸ばして図１中の反時計回りにアーム３１２を回動させる場合にアーム角度が増加するものとする。したがって、例えばアーム角度９０度の場合とは、アーム３１２が水平面に対して鉛直に保持された状態を示すことになる。

図６中の実線Ａは標準バケットを装着した場合の負荷をアームシリンダ４の推力で示しており、破線Ｂはアーム３１２に標準バケットよりも重いアタッチメントを装着した場合の負荷をアームシリンダ４の推力で示している。いずれの場合もアーム角度がゼロに近いときにはアーム３１２とアタッチメント３１４の重量負荷によって推力は負の値となるが、その状態からアームクラウドしてアーム角度が９０度（鉛直）に向かって増加するにつれてアームシリンダ推力の大きさは減少し、鉛直付近で正の値に変化している。

このようにアーム角度を変化させるとアームシリンダ推力も変化するが、当該アームシリンダ推力と図４のテーブルを利用してメータアウト開口演算部４５ｂでメータアウト絞り２３ａの目標開口面積を算出する本実施の形態によれば、アーム角度に応じてメータアウト絞り２３ａの目標開口面積も変化させることができる。この場合のアーム角度とメータアウト絞り２３ａの目標開口面積の関係を図７に示す。

図７において、実線Ａは標準バケットを装着した場合のメータアウト絞り２３ａの目標開口面積を示し、破線Ｂはアーム３１２に標準バケットよりも重いアタッチメントを装着した場合のメータアウト絞り２３ａの目標開口面積を示している。この図に示すように、本実施の形態によれば、アーム角度に応じて変化するアームシリンダ４に対する負の負荷の大きさに対してもメータアウト絞り２３ａの開口面積を最適に制御することができる。

図７において、標準バケットを装着した場合（実線Ａの場合）には、アーム角度がゼロに近い状態において目標開口面積は絞られているが、アーム角度が鉛直に近づくにつれて増加して最大値となる。当該最大値は、図３の実線Ａに示したメータリング特性に相当する。一方、重いアタッチメントを装着した場合（破線Ｂの場合）には、アーム角度がゼロに近い角度では目標開口面積は最小値となるが、アーム角度が鉛直に近づくにつれて増加し、最大値となる。ここにおける最小値は図３の破線Ｂに示したメータリング特性に相当する。

比較例では、アーム角度が変化してもメータアウト絞り２３ａの開口面積は一定であるのに対し、本実施の形態ではアーム３１２とアタッチメント３１４の重量負荷（負の負荷）の大きさの増加に応じてメータアウト絞り２３ａの開口面積を低減させているので、比較例よりもメータアウト圧損が低減され、エネルギーロスを低減できる。

また、本実施の形態では、ボトム側圧力センサ４１とロッド側圧力センサ４２に加えてパイロット圧センサ４３の検出信号を用いることで、操作レバー６の操作量（アームクラウド時のパイロット圧の大きさ）に応じてシリンダ推力とメータアウト絞り２３ａの開口面積との関係を変化させる構成を採用している。これによりロッド側油室の保持圧の最大値が操作量に応じて制限され、結果としてポンプ吐出圧の過度な上昇を抑えることができ、操作レバー６の操作量に応じてエネルギーロスを低減できる。

以上のように、本実施の形態によれば、アームシリンダ４の支持対象物（例えば、アタッチメント３１４、アーム３１２）の重量や姿勢が変化しても、当該支持対象物がアームシリンダ４に作用させる負の負荷の大きさに応じて、メータアウト絞り２３ａの開口面積がアームクラウド操作時の息継ぎ現象の発生防止に最適な値に制御されるので、当該負の負荷の大きさが変化してもメータアウト損失を低減できる。さらに、本実施の形態によれば、油圧制御装置を従来のものから過度に大型化させることなく簡易な構成で実現することが可能である。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、先の各図と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略することがある。図８は本発明の第２の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダ４の制御に係る油圧回路部分を模式的に示したものである。この図に示す油圧制御装置は、メータアウト制御弁５２と、メータアウト制御弁５２のスプール位置の切り換え制御を行うための電磁比例弁５３と、コントローラ４５Ａとを有している。

メータアウト制御弁５２は、メータアウト分岐ライン５１上に配置されている。メータアウト分岐ライン５１は、アームクラウド時にメータアウト流路となるアクチュエータライン３４の途中から分岐した流路であって、タンク３３に至る流路である。メータアウト分岐ライン５１のアクチュエータライン３４上の分岐点は、アームシリンダ４から流量制御弁３１に至るまでの間に位置している。

メータアウト制御弁５２は、２ポート２位置弁であり、メータアウト絞り５２ａと受圧部５２ｂを有している。受圧部５２ｂは、アームクラウド指令を出力するためのパイロットライン３８から分岐した信号圧ライン５４に接続されている。信号圧ライン５４には電磁比例弁５３が配置されている。電磁比例弁５３は、コントローラ４５Ａから出力される指令電流で決定されるスプール位置に応じて、パイロットライン３８を介して入力されるアームクラウドパイロット圧を減圧し、その減圧後のパイロット圧を制御弁５２の信号圧として受圧部５２ｂに出力する。

第１の実施の形態では、流量制御弁３１内のメータアウト絞り２３ａのみの開口面積を負の負荷の大きさに応じて制御することでメータアウト損失の低減を図っていたのに対して、本実施の形態では、流量制御弁３１内のメータアウト絞り２３ａの開口面積とメータアウト制御弁５２内のメータアウト絞り５２ａの開口面積の合計値を負の負荷の大きさに応じて制御することでメータアウト損失の低減を図っている点が主な特徴であり、本実施の形態では、負の負荷の大きさに応じてメータアウト絞り５２ａの開口面積を変更することで２つの絞り２３ａ，５２ａの開口面積の合計値を制御している。

本実施の形態におけるメータアウト絞り５２ａおよびメータアウト絞り２３ａのメータリング特性、つまりメータアウト制御弁５２および流量制御弁３１のストローク（スプール位置）と開口面積との関係を図９に示す。図中、実線Ａはメータアウト制御弁５２にアームクラウドパイロット圧が与えられたときのメータアウト絞り５２ａのメータリング特性を示し、破線Ｂは流量制御弁３１にアームクラウドパイロット圧が与えられたときのメータアウト絞り２３ａのメータリング特性を示している。

本実施の形態では、当該２つの絞り５２ａ，２３ａの目標開口面積の合計値によりアームクラウド時のアームシリンダ４のメータリング特性を決定しており、例えば、そのメータリング特性として、当該２つの絞り５２ａ，２３ａの目標開口面積の合計値が、図２の実線Ａのメータリング特性に一致又は近づくように設定しても良く、この場合には本実施の形態のメータリング特性は第１の実施の形態と同等のものとなる。

そして、本実施の形態では、メータアウト絞り５２ａの目標開口面積（実線Ａ）をアームシリンダ４に作用する負の負荷の大きさ（アームシリンダ推力の大きさ）に応じて変化させている（後述する図１０のメータアウト開口演算部４５ｄに係るテーブル参照）、メータアウト絞り２３ａの目標開口面積（破線Ｂ）は当該負の負荷の大きさに応じて変化しないように設定している。

なお、ここで説明する２つの絞り５２ａ，２３ａの開口面積の特性は一例に過ぎず、２つの絞り５２ａ，２３ａの開口面積の合計値が第１の実施の形態の場合と同様に負の負荷の大きさに応じて変化するように設定するものであれば、特に限定は無い。また図９の例では、破線Ｂの下方に実線Ａが位置するように開口面積を設定しているが、破線Ｂと実線Ａのメータリング特性は同じにしても良いし、破線Ｂの上方に実線Ａが位置するように設定しても良い。

コントローラ４５Ａは、圧力センサ４１、圧力センサ４２および圧力センサ４３の検出信号を入力し、当該検出信号に基づいて所定の演算処理を行うことソレノイド電流値を算出し、当該電流値を有する指令電流を電磁比例弁５３に出力している。

図１０に本実施の形態におけるコントローラ４５Ａが具備する処理機能を機能ブロック図で示す。本実施の形態に係るコントローラ４５Ａは、第１の実施の形態のコントローラ４５と異なる部分として、メータアウト開口演算部４５ｄを有している。メータアウト開口演算部４５ｄは、図１０中に示したテーブルを用いて、アームシリンダ４の推力とアームクラウドパイロット圧に応じたメータアウト絞り５２ａの目標開口面積を演算する。

メータアウト開口演算部４５ｄは、図１０中のテーブルに示したように、まず、アームシリンダ４の推力が正の値のときは、その推力の大きさによらずメータアウト絞り５２ａの目標開口面積をアームクラウドパイロット圧ごとに設定された一定値に保持する。一方、アームシリンダ４の推力が負の値のときは、その推力の大きさがゼロから大きくなるにしたがって所定の値（ｆ１）からメータアウト絞り５２ａの目標開口面積を単調に減少させ、推力の大きさがさらに増加して他の所定の値（ｆ２）に達するとメータアウト絞り５２ａの目標開口面積をゼロに設定する。

したがって、アームクラウドパイロット圧が一定の場合で考えれば、メータアウト絞り５２ａの目標開口面積は、（１）アームシリンダ４の推力が正の値のとき、ゼロのとき、および負の値でｆ１未満のときは上限値をとり、（２）アームシリンダ４の推力が負の値でｆ１からｆ２までの範囲では推力の大きさの増加に伴って徐々に減少し、（３）アームシリンダ４の推力がｆ２を超える範囲ではゼロ（下限値）をとるように設定されている。

また、図１０のテーブルに示すように、操作レバー６の操作量（アームクラウドパイロット圧）ごとに設定されるメータアウト絞り５２ａの目標開口面積の上限値（アームシリンダ推力が、負でｆ１未満のとき、ゼロおよび正のとき）は、アームクラウドパイロット圧が低下するにしたがって減少するよう設定されている。つまり、操作レバー６の操作量の増加に応じて当該上限値は増加するように設定されている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。上記のように構成された本実施の形態に係る油圧ショベルは、図１０に示したように、アームシリンダ推力演算部４５ａによりアームシリンダ４に作用する負の負荷の検出およびその大きさの演算が行われる。そして、当該算出した負の負荷の大きさ（アームシリンダ推力の大きさ）の増加に応じてメータアウト絞り５２ａの開口面積が低減される制御がメータアウト開口演算部４５ｄ及びソレノイド電流演算部４５ｃで行われる。これにより２つの絞り５２ａ，２３ａの開口面積の合計値が、第１の実施の形態と同様に、負の負荷の大きさの増加に応じて減少するように制御される（例えば、アームクラウド時のメータリング特性を、２つの絞り５２ａ，２３ａの目標開口面積の合計値が図２の実線Ａのメータリング特性に一致するように設定した場合には第１の実施の形態の油圧制御装置と同様に機能することになる。）。そして、アームシリンダ４の支持対象物（主にアタッチメント３１４）の重量が変化しても、２つの絞り５２ａ，２３ａの開口面積がそのときの負の負荷の大きさ（重量負荷）に最適な値に適宜選択されるので、当該支持対象物がアームシリンダ４に作用させる負の負荷の大きさの変化に応じてメータアウト損失を低減できる。

さらに、本実施の形態では、メータアウト絞り５２ａの開口面積とメータアウト絞り２３ａの開口面積の合計値を、アームシリンダ４の支持対象物の重量変化に最適な値に制御できるだけでなく、アーム角度の変化に応じても最適な値に制御できる。

アーム３１２を空中で水平に近い角度から鉛直までクラウドするときのアーム角度とアームシリンダ４の推力の関係を図１１に示す。図中の実線Ａは標準バケットを装着した場合の負荷をアームシリンダ４の推力で示し、破線Ｂはアーム３１２に標準バケットよりも重いアタッチメントを装着した場合の負荷をアームシリンダ４の推力で示している。いずれの場合もアーム角度がゼロに近いときにはアーム３１２とアタッチメント３１４の重量負荷によってアームシリンダ推力は負の値となるが、アーム角度が鉛直に近づくにつれてアームシリンダ推力は減少し、鉛直付近で正の値となる。

第１の実施の形態のときと同様に、このときのアーム角度とメータアウト絞り５２ａの目標開口面積の関係を図１２に示す。図中の実線Ａは標準バケットを装着した場合のメータアウト絞り５２ａの目標開口面積を示し、破線Ｂはアームに標準バケットよりも重いアタッチメントを装着した場合のメータアウト絞り５２ａの目標開口面積を示している。標準バケットを装着した場合（実線Ａの場合）には、アーム角度がゼロに近い状態において目標開口面積は絞られているが、アーム角度が鉛直に近づくにつれて増加して最大値となる。一方、重いアタッチメントを装着した場合（破線Ｂの場合）には、アーム角度がゼロに近い角度では目標開口面積は最小値（すなわちゼロ）となるが、アームの角度が鉛直に近づくにつれて増加し、最大値となる。

図５に示した比較例では、アーム角度が変化してもメータアウト絞り２３ａの開口面積は一定であるのに対し、本実施の形態ではアーム３１２とアタッチメント３１４の重量負荷（負の負荷）の大きさの増加に応じてメータアウト絞り５２ａの開口面積とメータアウト絞り２３ａの開口面積の合計値を低減させているので、比較例よりもメータアウト圧損が低減され、エネルギーロスを低減される。そして、この動作はアームクラウドパイロット圧に応じて行われるので、操作レバー６の操作量に応じたエネルギーロス低減効果を得ることができる。

したがって、本実施の形態によっても、アームシリンダ４の支持対象物（例えば、アタッチメント３１４、アーム３１２）の重量や姿勢が変化しても、当該支持対象物がアームシリンダ４に作用させる負の負荷の大きさに応じて、メータアウト絞り５２ａの開口面積とメータアウト絞り２３ａの開口面積の合計値がアームクラウド操作時の息継ぎ現象の発生防止に最適な値に制御されるので、当該負の負荷の大きさが変化してもメータアウト損失を低減できる。

特に、本実施の形態では、２つのメータアウト流路３４，５１のそれぞれに可変絞り２３ａ，５２ａを設置し、当該２つの可変絞り２３ａ，５２ａの開口面積の合計値でもってアームクラウド時のメータリング特性を決定することができるので、可変絞り２３ａのみでメータリング特性を決定している第１の実施の形態の場合と比較して開口面積の制御可能範囲を拡大することができる。当該特徴は、例えば、油圧アクチュエータからのメータアウト流量が多量となる傾向のある大型の建設機械で設計上のメリットとなる。

また、本実施の形態では、受圧部５２ｂに作用してメータアウト制御弁５２のスプール位置を変更するためのパイロット圧の油圧源として、操作レバー６から出力されるパイロット圧（パイロットポンプ（図示せず）の吐出圧（一次圧）を減圧することで得られるため、二次圧と称されることがある）を利用したが、二次圧に代えて一次圧を利用しても良い。すなわち、メータアウト制御弁５２のパイロット圧として、パイロットポンプの吐出圧を利用しても良い。この場合の実施の形態を、本発明の第３の実施の形態として図１３を利用して説明する。

図１３は本発明の第３の実施の形態に係る油圧制御装置のうちアームシリンダ４の制御に係る油圧回路部分を模式的に示した図である。この図における電磁比例弁５３の一次側は、図８のようにアームクラウド指令側のパイロットライン３８に接続されていない。その代わりに電磁比例弁５３の一次側は、パイロットポンプ（図示せず）からの吐出圧が入力されるパイロット油圧源５５に接続されている。

また、説明の繰り返しを避けるため詳細な説明は省略するが、本実施の形態のコントローラ４５Ｂは、第２の実施の形態のコントローラ４５Ａと同様に、２つの絞り５２ａ，２３ａの開口面積の合計値をアームシリンダ推力の大きさに応じて制御するものとする。

本実施の形態によれば、電磁比例弁５３の一次圧にパイロット油圧源５５を用いることで、一次圧にアームクラウドパイロット圧を用いた第２の実施の形態の場合と比較してメータアウト制御弁５２のパイロット圧の上限値を大きくできるので、メータアウト絞り５２ａの開口面積の制御範囲を広げることができる。当該構成は、特にアームクラウドパイロット圧が低いときに大きなメリットとなる。

なお、上記第２および第３の実施の形態では、２つの可変絞り２３ａ，５２ａのうち一方の絞り（メータアウト絞り５２ａ）の開口面積のみをアームシリンダ推力の大きさに応じて変化させたが、両者２３ａ，５２ａの開口面積の合計値が負の負荷の増加に応じて低減するように制御され得るものであれば、双方２３ａ，５２ａの開口面積をアームシリンダ推力の大きさに応じて変化させても良い。

また、上記第２および第３の実施の形態では、アームクラウド時に２つのメータアウト流路３４，５１を介してアームシリンダ４からタンクに圧油が排出される構成を備える油圧制御装置について説明したが、アームクラウド時のメータアウト流路は３つ以上でも良く、その場合には当該３つ以上のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つの可変絞りを設置し、当該３つ以上のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設置した可変絞りの開口面積の合計値をアームシリンダ推力の大きさに応じて変化させることで、メータアウト損失の低減を図っても良い。

なお、上記の各実施の形態では、本発明を油圧ショベルのアームシリンダ４の弁装置に適用してアームクラウド時の損失低減を図る場合について説明したが、バケットシリンダ３１５を伸長させるバケットクラウド時においても同様の問題が生じるため、本発明をバケットシリンダ３１５の弁装置に適用してもよい。この場合、例えば図２に示した油圧回路でアームシリンダ４をバケットシリンダ３１５に置き換え、アーム用の流量制御弁３１をバケット用の流量制御弁に置き換え、アーム用の操作レバー６をバケット用の操作レバーに置き換えればよい。また、本発明は、油圧アクチュエータに大小様々な重量負荷が作用するものであれば、油圧ショベルのアームシリンダ４やバケットシリンダ３１５以外のアクチュエータ（例えば、走行油圧モータ３１８や旋回油圧モータ３１９）の弁装置、または、油圧ショベル以外の建設機械（例えば、ホイールローダ、クレーン等）のアクチュエータの弁装置にも同様に適用可能である。

また、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

１…原動機、２…油圧ポンプ、２ａ…押しのけ容積可変部材（斜板）、２ｂ…馬力制御アクチュエータ、３…吐出ライン、４…アームシリンダ、５…弁装置、６…操作レバー、２１…センタバイパス部、２２ａ，２２ｂ…メータイン絞り、２３ａ，２３ｂ…メータアウト絞り、３１…流量制御弁、３１ｅ，３１ｆ…受圧部、３２…センタバイパスライン、３３…タンク、３４，３５…アクチュエータライン、３６…レバー部、３７…パイロット圧発生部、３８，３９…パイロットライン、４１，４２，４３…圧力センサ、４４…電磁比例弁、４５…コントローラ、４５ａ…アームシリンダ推力演算部、４５ｂ…メータアウト開口演算部、４５ｃ…ソレノイド電流演算部、４５ｄ…メータアウト開口演算部、５１…分岐ライン、５２…メータアウト制御弁、５２ａ…メータアウト絞り、５２ｂ…受圧部、５３…電磁比例弁、５４…信号圧ライン、５５…パイロット油圧源、３１２…アーム、３１４…バケット（アタッチメント）、３１５…バケットシリンダ

Claims (5)

1. 油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、
   当該油圧アクチュエータに対する圧油の給排をスプール位置に応じて制御する制御弁と、
   当該制御弁のスプール位置を操作量及び操作方向に応じて制御する操作装置と、
   前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる１つ又は複数のメータアウト流路と、
   前記１つのメータアウト流路に設けられた少なくとも１つの可変絞り、又は、前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設けられた可変絞りと、
   外力により前記油圧アクチュエータに加えられる負荷であって、当該油圧アクチュエータの動作方向と同じ方向の負荷である負の負荷の大きさを検出する負荷検出器と、
   前記可変絞りが１つの場合には当該１つの可変絞りの開口面積を、前記可変絞りが複数の場合には当該複数の可変絞りの開口面積の合計値を、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減する制御装置と
   を備えることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
2. 請求項１に記載の建設機械の油圧制御装置において、
   前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記１つの可変絞りの開口面積又は前記複数の可変絞りの開口面積の合計値が前記制御装置により変化される範囲には、前記操作装置の操作量ごとに上限値と下限値が存在し、
   当該上限値と当該下限値は、前記操作装置の操作量の増加に応じて増加されることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
3. 請求項２に記載の建設機械の油圧制御装置において、
   前記１つのメータアウト流路は、前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記制御弁内を通過する第１流路であり、
   前記少なくとも１つの可変絞りは、当該第１流路における前記制御弁内に設けられた第１可変絞りであり、
   前記制御装置は、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記制御弁のスプール位置を変更することで前記第１可変絞りの開口面積を低減することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
4. 請求項２に記載の建設機械の油圧制御装置において、
   前記複数のメータアウト流路は、
   前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記制御弁内を通過する第１流路と、
   前記油圧アクチュエータが前記負の負荷と同じ方向に動作するときに当該油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる流路であって、前記第１流路の途中から分岐する第２流路とであり、
   前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも１つ設けられた可変絞りは、
   前記第１流路における前記制御弁内に設けられ、前記操作装置の操作量の増加に応じて開口面積が増加する第１可変絞りと、
   前記第２流路に設けられ、油圧源から出力されるパイロット圧の増加に応じて開口面積が増加する第２可変絞り装置とであり、
   前記制御装置は、前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて前記第２可変絞りの開口面積を低減することで、前記第１可変絞りと前記第２可変絞りの開口面積の合計値を前記負荷検出器により検出される負の負荷の大きさの増加に応じて低減することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
5. 請求項４に記載の建設機械の油圧制御装置において、
   前記第２可変絞り装置に対するパイロット圧の前記油圧源は、パイロットポンプ、または、当該パイロットポンプからの圧油を減圧して出力する前記操作装置であることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。

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