JP3281542B2 - 油圧モータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧ショベ
ル等の建設機械に好適に用いられる油圧モータ制御装置
に関し、特に、旋回用油圧モータの起動時や停止時に衝
撃が発生するのを緩和できるようにした油圧モータ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６および図７に従来技術の油圧モータ
制御装置として、油圧ショベルの旋回用油圧回路を例に
挙げて示す。

【０００３】図において、１は油圧ショベルの基台とな
る下部走行体、２は該下部走行体１上に旋回可能に搭載
された上部旋回体を示し、該上部旋回体２は骨組み構造
をなす旋回フレーム３を備え、該旋回フレーム３上には
運転室４、機械室５およびカウンタウエイト６等が設け
られている。

【０００４】ここで、上部旋回体２には旋回フレーム３
の中央部側に後述の図７に示す旋回用の油圧モータ１１
が旋回用減速機（図示せず）等と共に配設され、上部旋
回体２は下部走行体１上で油圧モータ１１により旋回駆
動される構成となっている。また、上部旋回体２には旋
回フレーム３の前部側に作業装置７が俯仰動可能に設け
られ、該作業装置７はブーム８、アーム９およびバケッ
ト１０等によって構成されている。

【０００５】１１は上部旋回体２の旋回フレーム３上に
配設される旋回用の油圧モータを示し、該油圧モータ１
１は斜板型または斜軸型の油圧モータ等によって構成さ
れ、その出力軸１１Ａにより上部旋回体２全体を前記減
速機等を介して旋回駆動するものである。また、該油圧
モータ１１にはネガティブ式のブレーキ装置（図示せ
ず）が付設され、このブレーキ装置は上部旋回体２の旋
回停止時に制動力を付与し、例えば坂道の途中等で上部
旋回体２が下部走行体１に対して不用意に旋回（回転）
してしまうのを規制する構成となっている。

【０００６】１２はタンク１３と共に油圧源を構成する
油圧ポンプを示し、該油圧ポンプ１２は上部旋回体２の
機械室５内に原動機（図示せず）と共に設けられ、この
原動機で回転駆動されることによってタンク１３内の作
動油を後述する主管路１４Ａ，１４Ｂのいずれかに吐出
させるものである。

【０００７】１４Ａ，１４Ｂは油圧モータ１１を油圧ポ
ンプ１２、タンク１３に接続する一対の主管路、１５は
該主管路１４Ａ，１４Ｂの途中に配設された方向切換弁
を示し、該方向切換弁１５はオペレータが操作レバー１
５Ａを手動操作することにより中立位置（イ）から切換
位置（ロ），（ハ）に切換えられ、この切換位置
（ロ），（ハ）で油圧ポンプ１２から油圧モータ１１に
給排する圧油の方向を切換える構成となっている。

【０００８】１６は油圧モータ１１と方向切換弁１５と
の間の位置で主管路１４Ａ，１４Ｂを分岐管路１７Ａ，
１７Ｂまたは他の分岐管路１８Ａ，１８Ｂを介してタン
ク１３に接続するタンク管路、１９Ａ，１９Ｂは分岐管
路１７Ａ，１７Ｂの途中にそれぞれ配設されたメイクア
ップ用のチェック弁を示し、該チェック弁１９Ａ，１９
Ｂはタンク１３から主管路１４Ａ，１４Ｂ側に向けて作
動油（油液）が流通するのを許すことにより、主管路１
４Ａ，１４Ｂ内が負圧状態になるのを防止するものであ
る。

【０００９】２０Ａ，２０Ｂは油圧モータ１１と方向切
換弁１５との間に位置して分岐管路１８Ａ，１８Ｂの途
中にそれぞれ設けられたリリーフ手段としての一対のオ
ーバロードリリーフ弁で、該オーバロードリリーフ弁２
０Ａ，２０Ｂは圧力設定ばね２１Ａ，２１Ｂを有し、該
圧力設定ばね２１Ａ，２１Ｂによりリリーフ設定圧が一
定の圧力値（例えば２００〜２６０ｋｇ／ｃｍ² 程度）
に決められている。

【００１０】そして、オーバロードリリーフ弁２０Ａ，
２０Ｂは油圧モータ１１の慣性回転時等に主管路１４Ａ
または１４Ｂ内に、例えばリリーフ設定圧以上の圧力
（過剰圧）が発生すると、オーバロードリリーフ弁２０
Ａ，２０Ｂの弁体（図示せず）を開弁させ、この圧力
（過剰圧）をタンク管路１６側へとリリーフさせつつ、
主管路１４Ａ，１４Ｂ内の圧力をリリーフ設定圧以下に
制御するものである。

【００１１】さらに、２２は油圧ポンプ１２の吐出側と
タンク１３との間に配設されたメインのリリーフ弁を示
し、該リリーフ弁２２は油圧ポンプ１２の最高吐出圧を
設定し、これ以上の過剰圧をタンク１３側にリリーフさ
せるものである。

【００１２】このように構成される油圧ショベルの旋回
用油圧回路では、まず方向切換弁１５が中立位置（イ）
にあるときには、油圧モータ１１に付設した前記ブレー
キ装置が制動ばね等によって油圧モータ１１の出力軸１
１Ａ側に制動を与え、上部旋回体２が不用意に動いてし
まうのを防止している。

【００１３】次に、上部旋回体２を一方向に旋回させる
ためにオペレータが方向切換弁１５を中立位置（イ）か
ら、例えば切換位置（ロ）に切換えると、油圧ポンプ１
２からの圧油がモータ駆動圧となって主管路１４Ａ側に
供給され、前記ブレーキ装置による制動が解除されて油
圧モータ１１が回転駆動されるようになり、上部旋回体
２は前記減速機を介して油圧モータ１１により一方向に
旋回し始める。そして、油圧モータ１１からの戻り油は
主管路１４Ｂを介してタンク１３側に排出される。

【００１４】次に、油圧モータ１１の回転を停止させる
ために、方向切換弁１５を再び中立位置（イ）に戻す
と、油圧ポンプ１２から主管路１４Ａ側への圧油の供給
が断たれ、主管路１４Ｂは方向切換弁１５によりタンク
１３に対して遮断される。そして、このときに上部旋回
体２からの慣性負荷等で油圧モータ１１が慣性回転する
ようになると、該油圧モータ１１はポンプ作用を行な
い、主管路１４Ａ側から吸込んだ圧油を主管路１４Ｂ側
に吐出することにより主管路１４Ｂ側を高圧とし、これ
を油圧モータ１１のブレーキ圧として該油圧モータ１１
に油圧ブレーキをかける。

【００１５】そして、オーバロードリリーフ弁２０Ｂ
は、主管路１４Ｂ側のブレーキ圧（圧力）が圧力設定ば
ね２１Ｂによるリリーフ設定圧まで上昇すると、オーバ
ロードリリーフ弁２０Ｂの弁体が開弁し、このときの過
剰圧をタンク管路１６側に排出することにより、油圧モ
ータ１１を徐々に停止させる。

【００１６】また、油圧ショベルの上部旋回体２を他方
向に旋回すべく方向切換弁１５を切換位置（ハ）に切換
えたときには、油圧ポンプ１２からの圧油がモータ駆動
圧となって主管路１４Ｂ側に供給され、油圧モータ１１
からの戻り油は主管路１４Ａを介してタンク１３側に排
出される。そして、油圧モータ１１の回転を停止させる
ため、方向切換弁１５を中立位置（イ）に戻したとき
に、油圧モータ１１が慣性回転するようになると、主管
路１４Ａ側が高圧となってオーバロードリリーフ弁２０
Ａの弁体が開弁し、このときの過剰圧をタンク管路１６
側に排出することにより、油圧モータ１１を徐々に停止
させる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、オーバロードリリーフ弁２０Ａ，２０Ｂの
リリーフ設定圧を、圧力設定ばね２１Ａ，２１Ｂにより
一定の圧力値に設定（固定）しているに過ぎないから、
上部旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメント）が小さい
状態のときには油圧モータ１１の停止時または起動時に
衝撃等が発生し易くなり、逆に慣性負荷が大きくなった
ときには油圧モータ１１の停止または起動が遅れ易くな
るという問題がある。

【００１８】即ち、油圧ショベルの上部旋回体２は旋回
フレーム３の前部側に図６に示す如く作業装置７を備え
る構成であるから、該作業装置７のバケット１０内に掘
削土砂等を積込んでいるときと、積込んでいないとき、
さらには作業装置７のブーム８を上向きに仰動させ、ア
ーム９をブーム８側に小さく折り畳むようにした場合
と、ブーム８を下向きに俯動させ、図６に示す如くアー
ム８を前方に大きく延ばすようにした場合とでは、上部
旋回体２を油圧モータ１１で旋回駆動（停止）するとき
の慣性負荷（慣性モーメント）が大きく変わってしま
い、油圧モータ１１に供給すべきモータ駆動圧（停止時
のブレーキ圧）が土砂等の積込み具合や作業装置７の姿
勢（ブーム８の俯仰動等）によって大きく変化すること
になる。

【００１９】しかし、従来技術では、オーバロードリリ
ーフ弁２０Ａ，２０Ｂのリリーフ設定圧が圧力設定ばね
２１Ａ，２１Ｂにより一定の圧力値に固定されているか
ら、圧力設定ばね２１Ａ，２１Ｂのばね荷重を高めに設
定しリリーフ設定圧を、例えば２００ｋｇ／ｃｍ² を越
える高い圧力値とした場合は、前記方向切換弁１５を中
立位置（イ）に戻して回転（旋回）中の油圧モータ１１
を停止させるときに、該油圧モータ１１の慣性回転によ
って主管路１４Ｂ（１４Ａ）内には高圧のブレーキ圧が
発生し、このブレーキ圧でオーバロードリリーフ弁２０
Ｂ（２０Ａ）が開弁するときに衝撃が発生し易くなり、
この傾向は特に慣性負荷が小さいときほど顕著になると
いう問題がある。

【００２０】また、圧力設定ばね２１Ａ，２１Ｂのばね
荷重を低めに設定しリリーフ設定圧を、例えば１００ｋ
ｇ／ｃｍ² 程度の低い圧力値まで下げるようにした場合
には、前記方向切換弁１５を中立位置（イ）に戻して油
圧モータ１１が停止するまで慣性回転するときに、油圧
モータ１１の主管路１４Ｂ（１４Ａ）内に発生するブレ
ーキ圧がこのリリーフ設定圧（１００ｋｇ／ｃｍ² 程
度）を越えた時点で、オーバロードリリーフ弁２０Ｂ
（２０Ａ）は早期に開弁するようになり、特に慣性負荷
が大きくなった状態では、このときの負荷をオーバロー
ドリリーフ弁２０Ｂ（２０Ａ）で十分には吸収しきれず
に、油圧モータ１１の停止時期が遅れてしまうという問
題がある。

【００２１】一方、方向切換弁１５を中立位置（イ）か
ら切換位置（ロ）または（ハ）に切換えて油圧モータ１
１を起動する場合でも、オーバロードリリーフ弁２０
Ａ，２０Ｂのリリーフ設定圧を高めに設定すると、上部
旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメント）が小さい状態
のときに起動時の衝撃が大きくなり、逆にリリーフ設定
圧を低めに設定すると、上部旋回体２側の慣性負荷（慣
性モーメント）が大きい状態のときに油圧モータ１１の
起動が遅れて、上部旋回体２を早期に旋回駆動できなく
なるという問題がある。

【００２２】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は油圧モータの起動時や停止時に
衝撃等が発生するのを効果的に緩和でき、例えば上部旋
回体の旋回動作等を円滑化できる上に、油圧モータの起
動や停止が遅れる等の問題を確実に解消でき、信頼性を
高めることができるようにした油圧モータ制御装置を提
供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、容量可変部を有する可変容量式の油
圧モータと、該油圧モータの容量可変部を駆動し該油圧
モータの容量を変化させるレギュレータと、前記油圧モ
ータを油圧源に接続する一対の主管路と、該各主管路の
途中に設けられ、前記油圧源から油圧モータに給排する
圧油の方向を切換える方向切換弁と、該方向切換弁と油
圧モータとの間に位置して前記各主管路の途中に設けら
れ、該各主管路内の圧力をリリーフ設定圧以下に制御す
るリリーフ手段とからなる油圧モータ制御装置に適用さ
れる。

【００２４】そして、請求項１に記載の発明は、前記油
圧モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記方
向切換弁が切換操作されたか否かを判定する操作判定手
段と、該操作判定手段により前記方向切換弁が切換操作
されたと判定した時点から一定時間が経過するまでの間
に亘って前記速度検出手段からの信号に基づき前記油圧
モータの回転速度の変化率を演算する変化率演算手段
と、該変化率演算手段で演算した回転速度の変化率に基
づいて前記レギュレータを作動させ、前記油圧モータの
容量を可変に制御する容量制御手段とを備えたことを特
徴としてなる構成を採用している。

【００２５】このように構成することにより、変化率演
算手段で演算した回転速度の変化率が小さいときには油
圧モータの回転速度がほとんど変化せず、例えば油圧モ
ータの起動時にあっては駆動トルクを増大させるべき状
態であるから、容量制御手段でレギュレータの作動を制
御し油圧モータの容量を大きくすることによって、該油
圧モータの駆動トルクを増大でき、該油圧モータの回転
速度を速やかに増速できる。一方、前記回転速度の変化
率が大きいときには油圧モータの回転速度が急激に変化
し、例えば油圧モータの停止時にあっては主管路内のブ
レーキ圧が急増して油圧モータの減速トルクが過大とな
った状態であるから、容量制御手段でレギュレータの作
動を制御し油圧モータの容量を減少させることによっ
て、前記油圧モータの減速トルクを小さくでき、油圧モ
ータが急激に停止するのを防止できる。

【００２６】また、前記操作判定手段の判定結果から油
圧モータの起動時と停止時とを判別でき、油圧モータの
起動（停止）時には前記変化率演算手段による油圧モー
タの回転速度の変化率を起動（停止）時の加速度（減速
度）として取り出すことができる。そして、起動（停
止）時の一定時間における油圧モータの加速度（減速
度）が小さいときには、例えば上部旋回体側の慣性負荷
が大きい場合であると判断でき、前記油圧モータの容量
を大きくすることにより油圧モータの駆動トルク（減速
トルク）を増大させつつ、該油圧モータの回転速度を速
やかに増速（減速）できる。

【００２７】また、請求項２に記載の発明では、前記容
量制御手段は、前記操作判定手段によって方向切換弁が
切換操作されたと判定した時点で前記レギュレータによ
り油圧モータの容量可変部を最小の容量位置とし、その
後に一定時間が経過した時点では該油圧モータの容量可
変部を、前記変化率演算手段による回転速度の変化率に
応じて前記最小の容量位置よりも大きい容量位置まで前
記レギュレータにより駆動させる構成としている。

【００２８】この結果、油圧モータを起動（停止）し始
めるときには、油圧モータの容量可変部を予め最小の容
量位置とし、その後に一定時間が経過した時点で該油圧
モータの容量可変部をより大きい容量位置に増大させる
ことができ、このときにモータ容量（容量位置）を前記
油圧モータの加速度（減速度）に応じて変化させること
により、該油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を例
えば上部旋回体側の慣性負荷に適した大きさに制御でき
る。

【００２９】また、請求項３に記載の発明では、前記変
化率演算手段による回転速度の変化率を予め決められた
判定値と比較判定する比較判定手段を備え、前記容量制
御手段は、該比較判定手段により前記回転速度の変化率
が判定値よりも小さいと判定したときに、前記レギュレ
ータにより油圧モータの容量可変部を最大の容量位置ま
で駆動させ、前記回転速度の変化率が判定値よりも大き
いと判定したときには、前記レギュレータにより前記最
小の容量位置と最大の容量位置との間で前記回転速度の
変化率に対応した容量位置まで前記油圧モータの容量可
変部を駆動させた後に、前記最大の容量位置まで徐々に
駆動させる構成としている。

【００３０】この結果、油圧モータを起動（停止）し始
めて一定時間が経過するまでの間に、例えば上部旋回体
側の慣性負荷が予め決められた判定値より大きいか小さ
いかを比較判定でき、回転速度の変化率が判定値よりも
小さく、慣性負荷が大きいと判定したときには油圧モー
タの容量可変部を最大の容量位置に増大させることによ
って、油圧モータの回転速度を速やかに増速（減速）で
きる。

【００３１】また、前記回転速度の変化率が判定値より
も大きく、例えば上部旋回体側の慣性負荷が小さいと判
定したときには、前記油圧モータの容量可変部を前記最
小の容量位置と最大の容量位置との間で、前記回転速度
の変化率（慣性負荷）に対応した容量位置まで駆動した
後に、前記最大の容量位置まで徐々に駆動することによ
り、油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を上部旋回
体側の慣性負荷に適した大きさに制御できる。

【００３２】さらに、請求項４に記載の発明では、前記
油圧モータを、基台上で上部旋回体を旋回駆動する旋回
用油圧モータによって構成している。

【００３３】これにより、旋回用油圧モータの回転速度
がほとんど変化しないときには、上部旋回体側の慣性モ
ーメント（慣性負荷）が大きい状態であるから、容量制
御手段で油圧モータの容量を大きくすることによって、
旋回用油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を増大で
き、該油圧モータの回転速度を速やかに増速（減速）で
きる。一方、旋回用油圧モータの回転速度が急激に変化
しているときには、上部旋回体側の慣性モーメント（慣
性負荷）が小さい状態であるから、容量制御手段で油圧
モータの容量を減少させることによって、旋回用油圧モ
ータの駆動トルク（減速トルク）を小さくでき、旋回用
油圧モータの回転速度が大きく急変するのを防止でき
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。

【００３５】ここで、図１ないし図５は本発明の実施例
を示し、本実施例では前述した図６および図７に示す従
来技術と同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省
略するものとする。

【００３６】図中、３１は本実施例による旋回用の油圧
モータを示し、該油圧モータ３１は従来技術で述べた油
圧モータ１１とほぼ同様に構成され、出力軸３１Ａによ
り上部旋回体２全体を旋回用減速機等を介して旋回駆動
するものである。しかし、該油圧モータ３１は容量可変
部３２を可変容量式油圧モータからなり、そのモータ容
量が容量可変部３２の傾転角θ（容量位置）に応じて可
変に制御される構成となっている。

【００３７】３３は油圧モータ３１の容量可変部３２を
傾転駆動するレギュレータを示し、該レギュレータ３３
は例えば電磁比例式のアクチュエータ等によって構成さ
れ、後述のコントローラ３６から制御信号が出力される
ことにより、この制御信号の電流値に応じて油圧モータ
３１の容量可変部３２を、図２および図３に示す最小傾
転角θL （最小の容量位置）と最大傾転角θH （最大の
容量位置）との間で傾転駆動する。

【００３８】ここで、油圧モータ３１のモータ容量ｑ
は、

【００３９】

【数１】ｑ＝Ｃ×θ 但し、Ｃ：定数 となって、容量可変部３２の傾転角θに比例して増減
し、レギュレータ３３により容量可変部３２を最小傾転
角θL まで傾転駆動したときにはモータ容量ｑが最小と
なり、容量可変部３２を最大傾転角θH まで傾転駆動し
たときにはモータ容量ｑが最大となる。

【００４０】また、油圧モータ３１の起動時における駆
動トルクまたは停止時の減速トルクは出力トルクＴout
として、下記の式の如く求められる。

【００４１】

【数２】Ｔout ＝η×Ｐ×ｑ／２π 但し、η：定数 Ｐ：モータ駆動圧（ブレーキ圧）

【００４２】そして、出力トルクＴout （駆動トルクま
たは減速トルク）は、モータ容量ｑ（容量可変部３２の
傾転角θ）に対応して増減し、容量可変部３２を最小傾
転角θL まで傾転駆動したときにはモータ容量ｑが最小
となって、出力トルクＴout（駆動トルクまたは減速ト
ルク）を減少させることができ、容量可変部３２を最大
傾転角θH まで傾転駆動したときにはモータ容量ｑが最
大となって、出力トルクＴout （駆動トルクまたは減速
トルク）を増大させることができる。

【００４３】３４は方向切換弁１５に設けられた位置検
出器を示し、該位置検出器３４は方向切換弁１５が中立
位置（イ）または切換位置（ロ），（ハ）のいずれの位
置にあるかを検出し、その検出信号をコントローラ３６
に出力するものである。そして、コントローラ３６は位
置検出器３４と共に操作判定手段を構成し、方向切換弁
１５が中立位置（イ）から切換位置（ロ）または（ハ）
に切換えられる油圧モータ３１の起動時と、方向切換弁
１５が逆に切換位置（ロ），（ハ）から中立位置（イ）
に戻される油圧モータ３１の停止時とを判別するように
なっている。

【００４４】３５は油圧モータ３１の回転速度を検出す
る速度検出手段としての速度センサを示し、該速度セン
サ３５は油圧モータ３１の出力軸３１Ａ等に近接して配
設され、出力軸３１Ａの回転を検出することによりその
検出信号をコントローラ３６に出力する構成となってい
る。

【００４５】３６はマイクロコンピュータ等から構成さ
れたコントローラを示し、該コントローラ３６は入力側
が位置検出器３４および速度センサ３５等に接続され、
出力側がレギュレータ３３等に接続されている。そし
て、コントローラ３６はその記憶回路内に図４および図
５に示すプログラム等を格納し、油圧モータ３１の起動
時制御処理および停止時制御処理等を行うようになって
いる。

【００４６】また、コントローラ３６の記憶回路はその
記憶エリア３６Ａ内に、後述のタイマＴと、例えば０．
５〜１．０秒程度の微少な一定時間Ｔ1 と、油圧モータ
３１の起動時における加速度αa の比較判定を行うため
に予め決められた判定値αa0と、油圧モータ３１の停止
時における減速度αd の比較判定を行うために予め決め
られた判定値αd0と、図２に示す加速度（減速度）に対
する傾転角θの特性マップ等とが格納されている。

【００４７】そして、この特性マップでは、速度センサ
３５で検出した油圧モータ３１の回転速度Ｖによる加速
度αa または減速度αd が、例えば１Ｇ（重力加速度）
以下となるときにレギュレータ３３による容量可変部３
２の傾転角θを最小傾転角θL から、加速度αa （減速
度αd ）が小さくなるに応じて反比例的に最大傾転角θ
H まで増大させ、加速度αa または減速度αd が１Ｇ
（重力加速度）以上となったときには、レギュレータ３
３による容量可変部３２の傾転角θを最小傾転角θL に
保持する特性となっている。

【００４８】本実施例による油圧ショベルの旋回用油圧
回路は上述の如き構成を有するもので、その基本的作動
については従来技術によるものと格別差異はない。

【００４９】そこで、本実施例の特徴であるコントロー
ラ３６による油圧モータ３１の起動時制御処理および停
止時制御処理について図４および図５を参照して説明す
る。

【００５０】まず、図４の起動時制御処理では処理動作
がスタートすると、ステップ１で位置検出器３４からの
検出信号に基づき、方向切換弁１５が中立位置（イ）か
ら切換位置（ロ）または切換位置（ハ）に切換えられた
か否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は油圧モータ３
１が停止している場合であるから、レギュレータ３３に
出力する制御信号の電流値を、例えば最低レベル（零）
としてレギュレータ３３により容量可変部３２の傾転角
θを最大傾転角θH に保持し、油圧モータ３１のモータ
容量ｑを最大容量まで高めるようにして該油圧モータ３
１を停止状態に置く。

【００５１】そして、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定し
たときには方向切換弁１５が中立位置（イ）から、例え
ば切換位置（ロ）に切換操作され、油圧モータ３１を起
動させようとする場合であるから、ステップ２に移って
レギュレータ３３に出力する制御信号の電流値を、例え
ば最高レベルまで上昇させることによりレギュレータ３
３で容量可変部３２の傾転角θを最大傾転角θH から最
小傾転角θL まで傾転駆動させる。

【００５２】この場合、油圧モータ３１の主管路１４
Ａ，１４Ｂのうち、例えば主管路１４Ａ側に油圧ポンプ
１２から圧油（モータ駆動圧）を供給すると、主管路１
４Ａ内の圧力は方向切換弁１５のストローク量に対応し
た速度で上昇（増大）する。しかし、油圧モータ３１は
容量可変部３２の傾転角θを最小傾転角θL としてモー
タ容量ｑが最小容量になっているから、前記数２の式に
より油圧モータ３１の出力トルクＴout （駆動トルク）
は低トルクに抑えられた状態となる。

【００５３】次に、ステップ３ではタイマＴをスタート
させ、ステップ４に移って速度センサ３５からの信号に
基づき油圧モータ３１の起動時における回転速度Ｖを、
まず起動初期の回転速度Ｖi として読込む。そして、次
のステップ５では微少な一定時間Ｔ1 （例えば０．５〜
１．０秒程度）が経過したか否かを判定し、「ＮＯ」と
判定する間はステップ４に戻って速度センサ３５から油
圧モータ３１の回転速度Ｖを順次読込み、ステップ５で
「ＹＥＳ」と判定したときにステップ６に移ってタイマ
Ｔを停止させる。なお、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定
する前に、ステップ４で最後に読込んだ回転速度Ｖが、
時間Ｔ1 の経過時に読込んだ最後の回転速度Ｖe とな
る。

【００５４】次に、ステップ７では前記起動初期の回転
速度Ｖi と最後の回転速度Ｖe との速度差（Ｖe −Ｖi
）を時間Ｔ1 で割算することにより、油圧モータ３１
の起動時における回転速度Ｖの変化率を、

【００５５】

【数３】αa ＝（Ｖe −Ｖi ）／Ｔ1 加速度αa として演算し、ステップ８に移ってこのとき
の加速度αa が予め決めた判定値αa0以下であるか否か
を判定する。

【００５６】そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定し
たときには、上部旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメン
ト）が大きいために、油圧モータ３１の起動初期におけ
る加速度αa を大きくできず、容量可変部３２の傾転角
θを最小傾転角θL とし油圧モータ３１のモータ容量ｑ
を最小容量にした状態では、油圧モータ３１を早期に旋
回駆動（起動）するのが困難と判定できるから、ステッ
プ９に移ってレギュレータ３３により容量可変部３２の
傾転角θを最大傾転角θH まで傾転駆動（増大）させ、
ステップ１０でリターンする。

【００５７】この結果、レギュレータ３３により容量可
変部３２の傾転角θは図３中に点線で示す特性線３７の
如く、一定時間Ｔ1 の経過後に最小傾転角θL から最大
傾転角θH まで短時間で傾転駆動（増大）され、前記数
１の式により油圧モータ３１のモータ容量ｑは最大容量
となるから、前記数２の式による油圧モータ３１の出力
トルクＴout （駆動トルク）を増大させることができ、
油圧モータ３１を早期に旋回駆動（起動）することがで
きる。

【００５８】また、前記ステップ８で「ＮＯ」と判定し
たときには、油圧モータ３１の起動初期における加速度
αa が判定値αa0よりも大きくなっているから、ステッ
プ１１に移って図２に示す特性マップを読出し、このと
きの加速度αa （例えば加速度αM ）に適した容量可変
部３２の傾転角θを、例えば中間の傾転角θM として算
定しつつ、レギュレータ３３を作動させることにより容
量可変部３２の傾転角θを図３中に実線で示す特性線３
８の如く、時間Ｔ1 の経過後に最小傾転角θLから中間
の傾転角θM まで短時間で増大させる。

【００５９】そして、次なるステップ１２ではレギュレ
ータ３３により容量可変部３２の傾転角θを、図３中の
特性線３８に沿って中間の傾転角θM から徐々に最大傾
転角θH まで傾転駆動（増大）させ、油圧モータ３１の
モータ容量ｑを中間の容量から最大容量まで徐々に増大
させる。

【００６０】この結果、油圧モータ３１の出力トルクＴ
out をモータ容量ｑに対応させて徐々に増大でき、上部
旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメント）に適した出力
トルクＴout （駆動トルク）をもって油圧モータ３１を
回転駆動できると共に、油圧モータ３１の起動時におけ
る回転速度が急激に変化するのを抑えることができる。

【００６１】なお、前記ステップ７による加速度αa が
十分に大きい場合には、図３に一点鎖線で示す特性線３
９の如く、前記ステップ１１で容量可変部３２の傾転角
θを最小傾転角θL に保ち、ステップ１２の処理で容量
可変部３２の傾転角θを最小傾転角θL から徐々に最大
傾転角θH まで増大させるように制御してもよい。

【００６２】次に、図５を参照して油圧モータ３１の停
止時制御処理について説明するに、まず、処理動作がス
タートすると、ステップ２１で位置検出器３４からの検
出信号に基づき、方向切換弁１５が切換位置（ロ）また
は切換位置（ハ）から中立位置（イ）に戻されたか否か
を判定し、「ＮＯ」と判定する間は油圧モータ３１が回
転している場合であるから、レギュレータ３３により容
量可変部３２の傾転角θを最大傾転角θH に保持し、油
圧モータ３１の出力トルクＴout （駆動トルク）を大き
くすることによって、バケット１０による土砂等の掘削
作業で慣性負荷が増大したときにも、上部旋回体２側を
油圧モータ３１で確実に旋回駆動できるようにする。

【００６３】そして、ステップ２１で「ＹＥＳ」と判定
したときには方向切換弁１５が、例えば切換位置（ロ）
から中立位置（イ）に切換操作され、油圧モータ３１を
停止させようとする場合であるから、ステップ２２に移
ってレギュレータ３３により容量可変部３２の傾転角θ
を最大傾転角θH から最小傾転角θL まで傾転駆動（減
少）させる。

【００６４】ここで、油圧モータ３１が上部旋回体２側
の慣性負荷（慣性モーメント）により慣性回転を始め、
ポンプ作用を行うようになると、該油圧モータ３１から
の戻り油が主管路１４Ａ，１４Ｂのうち、例えば主管路
１４Ｂ側に封じ込められることによって、該主管路１４
Ｂ側にブレーキ圧が発生する。そして、このブレーキ圧
はオーバロードリリーフ弁２０Ｂのリリーフ設定圧まで
漸次増大し、該オーバロードリリーフ弁２０Ｂが開弁し
たときに熱エネルギーに変換されることによって油圧モ
ータ３１は停止するようになる。

【００６５】しかし、ステップ２２の処理により油圧モ
ータ３１はモータ容量ｑが一旦最小容量になるまで、レ
ギュレータ３３により容量可変部３２の傾転角θを最小
傾転角θL に傾転駆動しているから、前記ポンプ作用に
より油圧モータ３１から主管路１４Ｂ側に排出する戻り
油の流量を最小流量とし、主管路１４Ｂ側に発生するブ
レーキ圧が前記オーバロードリリーフ弁２０Ｂのリリー
フ設定圧まで急激に増大するのを抑え得ると共に、前記
数２の式により油圧モータ３１の出力トルクＴout （減
速トルク）を低トルクに保つことができる。

【００６６】次に、ステップ２３ではタイマＴをスター
トさせ、ステップ２４に移って速度センサ３５からの信
号に基づき油圧モータ３１の停止時における回転速度Ｖ
を、まず慣性回転初期の回転速度Ｖi として読込む。そ
して、次のステップ２５では微少な一定時間Ｔ1 （例え
ば０．５〜１．０秒程度）が経過したか否かを判定し、
「ＮＯ」と判定する間はステップ２４に戻って速度セン
サ３５から油圧モータ３１の回転速度Ｖを順次読込み、
ステップ２５で「ＹＥＳ」と判定したときにステップ２
６に移ってタイマＴを停止させる。なお、ステップ２５
で「ＹＥＳ」と判定する前に、ステップ２４で最後に読
込んだ回転速度Ｖが、時間Ｔ1 の経過時に読込んだ後の
回転速度Ｖe となる。

【００６７】次に、ステップ２７では前記慣性回転初期
の回転速度Ｖi と後の回転速度Ｖeとの速度差（Ｖi −
Ｖe ）を時間Ｔ1 で割算することにより、油圧モータ３
１の停止（慣性回転）時における回転速度Ｖの変化率
を、

【００６８】

【数４】αd ＝（Ｖi −Ｖe ）／Ｔ1 減速度αd として演算し、ステップ２８に移ってこのと
きの減速度αd が予め決めた判定値αd0以下であるか否
かを判定する。

【００６９】そして、ステップ２８で「ＹＥＳ」と判定
したときには、上部旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメ
ント）が大きいために、油圧モータ３１の慣性回転初期
における減速度αd を大きくできず、前述の如く容量可
変部３２の傾転角θを最小傾転角θL に設定した状態で
は、油圧モータの減速トルク（出力トルクＴout ）が小
さ過ぎて、油圧モータ３１を早く停止させるのが困難と
判定できるから、ステップ２９に移ってレギュレータ３
３により容量可変部３２の傾転角θを最大傾転角θH ま
で傾転駆動（増大）させ、ステップ３０でリターンす
る。

【００７０】この結果、容量可変部３２の傾転角θはレ
ギュレータ３３により図３中に点線で示す特性線３７の
如く、一定時間Ｔ1 の経過後に最小傾転角θL から最大
傾転角θH まで短時間で傾転駆動（増大）されるように
なり、前記ポンプ作用により油圧モータ３１から主管路
１４Ｂ側に排出する戻り油の流量を最大流量まで増大さ
せることによって、主管路１４Ｂ側に発生するブレーキ
圧を前記オーバロードリリーフ弁２０Ｂのリリーフ設定
圧まで速やかに増大でき、上部旋回体２側の慣性負荷が
大きくなることによって、油圧モータ３１の停止動作が
遅れてしまうのを確実に防止できる。

【００７１】また、前記ステップ２８で「ＮＯ」と判定
したときには、油圧モータ３１の慣性回転初期における
減速度αd が判定値αd0よりも大きくなっているから、
ステップ３１に移って図２に示す特性マップを読出し、
このときの減速度αd （例えば減速度αM ）に適した容
量可変部３２の傾転角θを、例えば中間の傾転角θMと
して算定しつつ、レギュレータ３３により容量可変部３
２の傾転角θを図３中に実線で示す特性線３８のよう
に、時間Ｔ1 の経過後に最小傾転角θL から中間の傾転
角θM まで短時間で増大させる。

【００７２】そして、次なるステップ３２ではレギュレ
ータ３３により容量可変部３２の傾転角θを、図３中の
特性線３８に沿って中間の傾転角θM から徐々に最大傾
転角θH まで傾転駆動（増大）させ、油圧モータ３１の
モータ容量ｑを中間の容量から最大容量まで徐々に増大
させる。

【００７３】この結果、油圧モータ３１の出力トルクＴ
out （減速トルク）をモータ容量ｑに対応させて徐々に
増大でき、上部旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメン
ト）に適した出力トルクＴout （減速トルク）をもって
油圧モータ３１を徐々に停止させることができると共
に、油圧モータ３１の停止時における慣性回転の速度が
急激に変化するのを抑えることができる。

【００７４】また、前記ステップ２７による減速度αd
が十分に大きい場合には図３に一点鎖線で示す特性線３
９の如く、前記ステップ３１で容量可変部３２の傾転角
θを最小傾転角θL に保ち、ステップ３２の処理で容量
可変部３２の傾転角θを最小傾転角θL から徐々に最大
傾転角θH まで増大させるように制御してもよい。

【００７５】かくして、本実施例によれば、上部旋回体
２側を旋回駆動する油圧モータ３１の起動時または停止
時に、レギュレータ３３で容量可変部３２の傾転角θを
最小傾転角θL から最大傾転角θH の範囲内で変えるこ
とによって、油圧モータ３１のモータ容量ｑを最小容量
から最大容量の範囲内で可変に制御でき、このときに容
量可変部３２の傾転角θを図２に示す特性マップに基づ
いて上部旋回体２側の慣性負荷（慣性モーメント）に適
した傾転位置（容量位置）とすることができ、モータ容
量ｑを慣性負荷（慣性モーメント）に適した容量に制御
できる。

【００７６】そして、このときに容量可変部３２の傾転
角θを最大傾転角θH よりも低い、例えば中間の傾転角
θM または最小傾転角θL に設定した場合には、図３に
示す特性線３８または３９の如く容量可変部３２の傾転
角θをその後に徐々に最大傾転角θH まで増大させるこ
とにより、油圧モータ３１の回転速度が急激に変化する
のを効果的に防止でき、油圧モータ３１を円滑に起動ま
たは停止させることができる。

【００７７】従って、旋回用の油圧モータ３１を起動す
るとき、または停止させるときに上部旋回体２からの慣
性負荷（慣性モーメント）によって油圧モータ３１の回
転速度が急変したり、油圧回路内等に衝撃が発生したり
するのを効果的に緩和でき、上部旋回体２の旋回動作を
円滑化することができる上に、油圧モータ３１の起動や
停止が遅れる等の問題も解消でき、旋回用油圧モータ制
御装置としての信頼性を確実に高めることができる。

【００７８】なお、前記実施例では、図４および図５に
示すプログラムのうち、ステップ７およびステップ２７
が変化率演算手段の具体例を示し、ステップ９、ステッ
プ１１およびステップ１２とステップ２９、ステップ３
１およびステップ３２とが容量制御手段の具体例を示し
ている。また、ステップ１およびステップ２１は操作判
定手段の具体例であり、ステップ８およびステップ２８
が比較判定手段の具体例である。

【００７９】また、前記実施例では、油圧ショベルの旋
回用油圧回路を例に挙げて説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば油圧クレーン等の種々
の建設機械に設ける旋回用油圧モータ制御回路に適用し
てもよい。また、例えば油圧ショベルや油圧クレーン等
の種々の建設機械に設ける走行用またはロープウインチ
用等の油圧モータ制御回路に適用してもよい。さらに、
油圧モータ３１としては斜板型または斜軸型の可変容量
式油圧モータに限らず、例えばラジアルピストン型の可
変容量式油圧モータ等を用いるようにしてもよい。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、油圧モータの回転速度を検出する速度検出
手段と、方向切換弁が切換操作されたか否かを判定する
操作判定手段と、該操作判定手段により前記方向切換弁
が切換操作されたと判定した時点から一定時間が経過す
るまでの間に亘って前記速度検出手段からの信号に基づ
き前記油圧モータの回転速度の変化率を演算する変化率
演算手段と、該変化率演算手段で演算した回転速度の変
化率に基づいて前記レギュレータを作動させ、前記油圧
モータの容量を可変に制御する容量制御手段とを備える
構成としたから、例えば油圧モータの回転速度がほとん
ど変化しない場合には、容量制御手段で油圧モータの容
量を増大させることによって前記油圧モータの駆動トル
ク（減速トルク）を大きくでき、該油圧モータの回転速
度を速やかに増速（減速）できる。一方、油圧モータの
回転速度が急激に変化している場合には、例えば容量制
御手段で油圧モータの容量を減少させることによって前
記油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を小さくする
ことができ、油圧モータの回転速度が大きく急変するの
を防止できる。従って、油圧モータの起動時や停止時に
衝撃等が発生するのを効果的に緩和できると共に、油圧
モータの起動や停止が遅れる等の問題を確実に解消で
き、信頼性を高めることができる。

【００８１】また、操作判定手段により前記方向切換弁
が切換操作されたと判定した時点から一定時間が経過す
るまでの間に亘って変化率演算手段は油圧モータの回転
速度の変化率を演算し、該変化率演算手段で演算した回
転速度の変化率に基づいて容量制御手段はレギュレータ
を作動させ、前記油圧モータの容量を可変に制御する構
成としているため、前記操作判定手段の判定結果から油
圧モータの起動時と停止時とを判別でき、油圧モータの
起動（停止）時には前記変化率演算手段による油圧モー
タの回転速度の変化率を起動（停止）時の加速度（減速
度）として取り出しつつ、起動（停止）時の一定時間に
おける油圧モータの加速度（減速度）が小さいときに
は、例えば上部旋回体側の慣性負荷が大きい場合である
と判断でき、油圧モータの容量を増大させることによっ
て油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を大きくしつ
つ、該油圧モータの回転速度を速やかに増速（減速）で
きる。一方、前記一定時間における油圧モータの加速度
（減速度）が大きいときには、例えば上部旋回体側の慣
性負荷が小さい場合であると判断でき、油圧モータの容
量を減少させることによって、該油圧モータの回転速度
が起動（停止）時に急変するのを抑えることができる。

【００８２】また、請求項２に記載の発明では、前記容
量制御手段は、前記操作判定手段によって方向切換弁が
切換操作されたと判定した時点で前記レギュレータによ
り油圧モータの容量可変部を最小の容量位置とし、その
後に一定時間が経過した時点では該油圧モータの容量可
変部を、前記変化率演算手段による回転速度の変化率に
応じて前記最小の容量位置よりも大きい容量位置まで前
記レギュレータにより駆動させる構成としているから、
油圧モータを起動（停止）し始めるときには、油圧モー
タの容量可変部を最小の容量位置とし、その後に一定時
間が経過した時点で該油圧モータの容量可変部をより大
きい容量位置に増大させることができ、このときの容量
位置を前記油圧モータの加速度（減速度）に応じて変化
させることにより、該油圧モータの駆動トルク（減速ト
ルク）を例えば上部旋回体側の慣性負荷に適した大きさ
に制御できる。

【００８３】また、請求項３に記載の発明では、前記変
化率演算手段による回転速度の変化率を予め決められた
判定値と比較判定する比較判定手段を備え、該比較判定
手段により前記回転速度の変化率が判定値よりも小さい
と判定したときには、前記容量制御手段により油圧モー
タの容量可変部を最大の容量位置にレギュレータで駆動
させ、前記比較判定手段により前記回転速度の変化率が
判定値よりも大きいと判定したときには、前記油圧モー
タの容量可変部を前記最小の容量位置と最大の容量位置
との間で前記回転速度の変化率に対応した容量位置まで
増大させた後に、前記最大の容量位置まで徐々に増大さ
せる構成としているから、油圧モータを起動（停止）し
始めて一定時間が経過するまでの間に、例えば上部旋回
体側の慣性負荷が予め決められた判定値より大きいか小
さいかを比較判定でき、回転速度の変化率が判定値より
も小さく、慣性負荷が大きいと判定したときには油圧モ
ータの容量可変部を最大の容量位置に増大させることに
よって、油圧モータの回転速度を速やかに増速（減速）
できる。

【００８４】また、比較判定手段により前記回転速度の
変化率が判定値よりも大きくなって上部旋回体側の慣性
負荷が比較的小さい場合と判定したときには、前記油圧
モータの容量可変部を最小の容量位置と最大の容量位置
との間で、前記回転速度の変化率（慣性負荷）に対応し
た容量位置まで駆動した後に、前記最大の容量位置まで
徐々に駆動することにより、油圧モータの駆動トルク
（減速トルク）を上部旋回体側の慣性負荷に適した大き
さに制御でき、油圧モータの回転速度が急激に変化する
のを効果的に防止できる。従って、油圧モータを円滑に
起動または停止させることが可能となり、油圧回路内等
に衝撃が発生したりするのを効果的に緩和できる上に、
油圧モータの起動や停止が遅れる等の問題も解消でき、
油圧モータ制御装置としての信頼性を確実に高めること
ができる。

【００８５】さらに、請求項４に記載の発明では、基台
上で上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータとして
前記油圧モータを構成することにより、旋回用油圧モー
タの回転速度がほとんど変化しない場合には、容量制御
手段で油圧モータの容量を増大させることによって、旋
回用油圧モータの駆動トルク（減速トルク）を大きくで
き、上部旋回体を速やかに旋回駆動（起動）または停止
させることができる。一方、旋回用油圧モータの回転速
度が急激に変化している場合には、容量制御手段で油圧
モータの容量を減少させることによって、旋回用油圧モ
ータの駆動トルク（減速トルク）を小さくすることがで
き、旋回用油圧モータが急激に起動または停止されるの
を防止できる。従って、旋回用油圧モータの起動時や停
止時に衝撃等が発生するのを効果的に緩和でき、上部旋
回体の旋回動作等を円滑化できる上に、油圧モータの起
動や停止が遅れる等の問題を確実に解消でき、信頼性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による油圧モータ制御装置が適
用された油圧ショベルの旋回用油圧回路図である。

【図２】コントローラの記憶エリア内に格納した加速度
（減速度）に対する傾転角の特性マップを示す説明図で
ある。

【図３】傾転角の制御特性を示す特性線図である。

【図４】コントローラによる油圧モータの起動時制御処
理を示す流れ図である。

【図５】コントローラによる油圧モータの停止時制御処
理を示す流れ図である。

【図６】従来技術による油圧モータ制御装置が設けられ
た油圧ショベルの斜視図である。

【図７】従来技術による油圧モータ制御装置が適用され
た油圧ショベルの旋回用油圧回路図である。

【符号の説明】

１ 下部走行体（基台） ２ 上部旋回体 ７ 作業装置 １２ 油圧ポンプ（油圧源） １３ タンク １４Ａ，１４Ｂ 主管路 １５ 方向切換弁 ３１ 油圧モータ ３２ 容量可変部 ３３ レギュレータ ３４ 位置検出器 ３５ 速度センサ（速度検出手段） ３６ コントローラ ３６Ａ 記憶エリア

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量可変部を有する可変容量式の油圧モ
   ータと、該油圧モータの容量可変部を駆動し該油圧モー
   タの容量を変化させるレギュレータと、前記油圧モータ
   を油圧源に接続する一対の主管路と、該各主管路の途中
   に設けられ、前記油圧源から油圧モータに給排する圧油
   の方向を切換える方向切換弁と、該方向切換弁と油圧モ
   ータとの間に位置して前記各主管路の途中に設けられ、
   該各主管路内の圧力をリリーフ設定圧以下に制御するリ
   リーフ手段とからなる油圧モータ制御装置において、 前記油圧モータの回転速度を検出する速度検出手段と、 前記方向切換弁が切換操作されたか否かを判定する操作
   判定手段と、 該操作判定手段により前記方向切換弁が切換操作された
   と判定した時点から一定時間が経過するまでの間に亘っ
   て前記速度検出手段からの信号に基づき前記油圧モータ
   の回転速度の変化率を演算する変化率演算手段と、 該変化率演算手段で演算した回転速度の変化率に基づい
   て前記レギュレータを作動させ、前記油圧モータの容量
   を可変に制御する容量制御手段とを備える構成としたこ
   とを特徴とする油圧モータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記容量制御手段は、前記操作判定手段
   によって方向切換弁が切換操作されたと判定した時点で
   前記レギュレータにより油圧モータの容量可変部を最小
   の容量位置とし、その後に一定時間が経過した時点では
   該油圧モータの容量可変部を、前記変化率演算手段によ
   る回転速度の変化率に応じて前記最小の容量位置よりも
   大きい容量位置まで前記レギュレータにより駆動させる
   構成としてなる請求項１に記載の油圧モータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記変化率演算手段による回転速度の変
   化率を予め決められた判定値と比較判定する比較判定手
   段を備え、前記容量制御手段は、該比較判定手段により
   前記回転速度の変化率が判定値よりも小さいと判定した
   ときに、前記レギュレータにより油圧モータの容量可変
   部を最大の容量位置まで駆動させ、前記回転速度の変化
   率が判定値よりも大きいと判定したときには、前記レギ
   ュレータにより前記最小の容量位置と最大の容量位置と
   の間で前記回転速度の変化率に対応した容量位置まで前
   記油圧モータの容量可変部を駆動させた後に、前記最大
   の容量位置まで徐々に駆動させる構成としてなる請求項
   １または２に記載の油圧モータ制御装置。
4. 【請求項４】 前記油圧モータは、基台上で上部旋回体
   を旋回駆動する旋回用油圧モータによって構成してなる
   請求項１，２または３に記載の油圧モータ制御装置。