JP5219912B2

JP5219912B2 - 油圧駆動装置

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Publication number: JP5219912B2
Application number: JP2009106571A
Authority: JP
Inventors: 海一遠藤; 啓市杢家; 稔和田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: JP2010255292A

Description

本発明は、油圧駆動装置に係り、より具体的には、建設機械に設けられたブレードの油圧駆動装置に関する。

建設機械のなかでも、ブルドーザやホイルドーザは、作業に用いるブレード（土工板とも称する）を備えている。ブレードには左右一対の油圧シリンダが設けられ、この油圧シリンダを伸縮駆動することにより、ブレードを左右均等に前傾または後傾させるピッチ動作や、ブレードの右端部または左端部を下方に傾動させるチルト動作を行っている。オペレータは、ブレードをピッチ動作またはチルト動作させた状態で、土砂を掘削したり、掘削後の地面を均したりする。

ここで、油圧ポンプから左右の油圧シリンダへの作動油の供給量は、油圧シリンダごとに設けられた制御弁と、各制御弁に対して設けられた圧力補償弁とによって、同じになるように構成されている。それにもかかわらず、油圧シリンダの負荷圧が大きい場合には、圧力補償のずれが生じ、左右の油圧シリンダに作動油を同じ流量で供給することができなくなってしまう。この場合は、例えば、ピッチ動作を要求したにもかかわらず、チルト動作してしまうという現象が発生することになる。

そこで、左右一対の油圧シリンダの各々に対して油圧ポンプを設け、各油圧ポンプから各油圧シリンダに独立して作動油を供給することで、油圧シリンダの負荷圧が大きい場合でも、左右の油圧シリンダに同じ流量の作動油を供給できるようにした油圧駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８８２７６号公報

しかしながら、油圧シリンダや制御弁の特性には、同じ製品であっても個体差があり、これにより左右の油圧シリンダへの作動油の供給流量に差が生じてしまうおそれがあるところ、特許文献１ではそのような問題まで考慮した構成となっていない。このため、個体差が大きい場合は左右の油圧シリンダへの作動油の供給流量に差が生じてしまい、ピッチ動作を要求した際にチルト動作してしまうという課題がある。特に、最大操作時のように操作量が大きい場合ほど油圧シリンダへの作動油の供給流量差が大きくなり、これにより油圧シリンダの速度差が大きくなるため、ピッチ動作要求に反するチルト動作がより顕著に現れる可能性がある。

本発明の目的は、ブレード動作時の作動油の供給特性に対する個体差の影響を吸収でき、さらに言えば、ピッチ操作時の意図しないチルト動作を防止するために、ブレード駆動用の油圧シリンダへの作動油の供給流量調整が可能な油圧駆動装置を提供することである。

第１発明に係る油圧駆動装置は、建設機械が備えるブレードの油圧駆動装置であって、前記ブレードの左右に取り付けられ、前記ブレードを駆動する第１および第２油圧シリンダと、前記第１油圧シリンダへの作動油の供給方向および供給流量を制御する第１制御弁と、前記第１制御弁と同期して駆動され、前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給方向および前記供給流量を制御する第２制御弁とを備え、前記第１制御弁は、スプールストローク量が第１閾値を超えた領域では、前記スプールストローク量に対する前記供給流量の増加勾配が前記第１閾値における増加勾配よりも小さい第１流量特性を有し、前記第２制御弁は、前記スプールストローク量が前記第１閾値よりも小さな第２閾値を超えた領域では、前記第１流量特性の増加勾配よりも大きな増加勾配となる第２流量特性を有し、前記スプールストローク量が前記第２閾値を超えた時点では、前記第１油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量が前記第２流量特性による前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量よりも大きく、前記スプールストローク量が増大することによって、前記第２流量特性による前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量が前記第１流量特性による前記第１油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量よりも大きくなることを特徴とする。

第２発明に係る油圧駆動装置は、第１発明において、前記第１流量特性は、前記増加勾配が略一定となる流量特性であることを特徴とする。

第３発明に係る油圧駆動装置は、第１発明または第２発明において、前記第１流量特性は、前記増加勾配がゼロとなる流量特性であることを特徴とする。

第４発明に係る油圧駆動装置は、第１発明から第３発明の何れかにおいて、前記スプールストローク量が前記第２閾値以下の領域では、前記第１制御弁と前記第２制御弁とが略同一の流量特性を有していることを特徴とする。

第５発明に係る油圧駆動装置は、第１発明から第４発明の何れかの発明において、前記第１制御弁および前記第２制御弁の動作を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ブレードを動作させるための操作手段の操作量に基づいて、前記操作手段の操作状態を判定する操作状態判定手段と、前記第１および前記第２油圧シリンダが基準位置からストロークエンドに達したか否かを判定するとともに、前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンド到達時間をカウントするストロークエンド到達判定手段と、前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンド到達時間の差に基づいて、前記第１流量特性による前記第１制御弁の前記供給流量と略一致する、前記第２流量特性による前記第２制御弁の前記供給流量のキャリブレーション値を設定するキャリブレーション値設定手段と、前記操作量に基づいて、前記第１制御弁の前記供給流量を設定するとともに、前記操作量および前記キャリブレーション値に基づいて、前記第２制御弁の前記供給流量を設定する供給流量設定手段とを備えていることを特徴とする。

第６発明に係る油圧駆動装置は、第５発明において、前記供給流量設定手段は、前記操作状態判定手段にて、前記操作量が所定値を超えていると判定された場合は、前記第２制御弁の前記供給流量を前記キャリブレーション値に設定し、前記操作状態判定手段にて、前記操作量が所定値以下であると判定された場合は、前記操作量に応じて、前記第２制御弁の前記供給流量を設定することを特徴とする。

第７発明に係る油圧駆動装置は、第５発明または第６発明において、前記ストロークエンド到達判定手段は、前記第１および前記第２油圧シリンダに流入する作動油の圧力を検出する圧力センサからの出力信号に基づいて、前記第１および前記第２油圧シリンダがストロークエンドに達したか否かを判定することを特徴とする。

第８発明に係る油圧駆動装置は、第５発明または第６発明において、前記ストロークエンド到達判定手段は、前記第１および前記第２油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサからの出力信号に基づいて、前記第１および前記第２油圧シリンダがストロークエンドに達したか否かを判定することを特徴とする。

第１発明の油圧駆動装置によれば、ブレードを駆動する第１油圧シリンダへの作動油の供給流量を制御する第１制御弁は、スプールストローク量が第１閾値を超えた領域では、スプールストローク量に対する前記供給流量の増加勾配が第１閾値における増加勾配よりも小さい第１流量特性を有している。また、ブレードを駆動する第２油圧シリンダへの作動油の供給流量を制御する第２制御弁は、スプールストローク量が第１閾値よりも小さな第２閾値を超えた領域では、第１流量特性の増加勾配よりも大きな増加勾配となる第２流量特性を有している。さらに、スプールストローク量が第２閾値を超えた時点では、第１油圧シリンダへの作動油の供給流量が第２流量特性による第２油圧シリンダへの作動油の供給流量よりも大きく、スプールストローク量が増大することによって、第２油圧シリンダへの作動油の供給流量が第１油圧シリンダへの作動油の供給流量よりも大きくなる。

このため、個体差による影響を受けやすいフル操作時であっても、スプールストローク量に関して、第１油圧シリンダへの作動油の供給流量と第２油圧シリンダへの作動油の供給流量とが等しくなるような等供給流量点を作ることができる。すなわち、スプールストローク量を調節することで、第２油圧シリンダの伸縮速度を第１油圧シリンダの伸縮速度に合わせることができる。従って、第１および第２の油圧シリンダが同じ特性を有していれば、スプールストローク量が等供給流量点以上とならないようにすることができるので、ピッチ操作時の意図しないチルト動作を防止することができる。

また、第１および第２の油圧シリンダに個体差があっても、スプールストローク量に対する等供給流量点があるので、その前後にスプールストローク量を制限することで、ピッチ操作時の意図しないチルト動作を防止することができる。

第２発明によれば、第１制御弁の第１流量特性は、増加勾配が略一定となる流量特性であるため、第１油圧シリンダへの作動油の供給流量は、第１制御弁のスプールストローク量の増加に伴ってリニアに増加することになる。これによれば、スプールストローク量の増加量に対して第１油圧シリンダへの供給流量が大きく変動することがないため、第１制御弁および第２制御弁の供給流量の調節をスプールストローク量の調節により行い易くなる。従って、第１および第２油圧シリンダ間の伸縮速度の調整を、容易に行うことができるようになる。

第３発明によれば、第１制御弁の第１流量特性は、増加勾配がゼロとなる流量特性であるため、第１油圧シリンダへの作動油の供給流量は、スプールストローク量にかかわらず一定となる。従って、第２制御弁の供給流量を調節するだけで、第１および第２油圧シリンダ間の伸縮速度の調整が行えるため、意図しないチルト動作を簡単かつ効果的に防止できる。

第４発明によれば、スプールストローク量が第２閾値以下の領域では、第１制御弁と第２制御弁とが同一の流量特性を有しているため、同領域における第１および第２油圧シリンダの伸縮速度は一致することになる。ここで、同領域における供給流量はそもそも他の領域に比べて少ないため、油圧シリンダや制御弁の特性に個体差があっても、第１および第２油圧シリンダの速度差はほとんど生じない。このため、第２閾値以下の領域ではスプールストローク量の調節を行う必要がないため、第１および第２制御弁の構造が複雑になるのを回避することができる。従って、第１および第２制御弁の構造を複雑にすることなく、第１および第２油圧シリンダ間の伸縮速度を一致させることができるので、簡易な構成により意図しないチルト動作を防止できる。

第５発明によれば、油圧駆動装置は、第１および第２制御弁の動作を制御するコントローラを備え、コントローラは、第１流量特性による第１制御弁の供給流量と略一致する、第２流量特性による第２制御弁の供給流量のキャリブレーション値を設定する。そして、コントローラは、操作手段の操作量に基づいて、第１制御弁の供給流量を設定するとともに、操作量およびキャリブレーション値に基づいて、第２制御弁の供給流量を設定する。これによれば、コントローラは、第２制御弁の供給流量について、第１制御弁の供給流量と略一致するキャリブレーション値を設定し、このキャリブレーション値を用いて第２制御弁の供給流量を設定するため、第２制御弁の供給流量が第１制御弁間の供給流量と同じになるように自動的に調整される。このため、操作量を調節することなく、自動的に第２油圧シリンダの伸縮速度を第１油圧シリンダの伸縮速度に合わせることができる。従って、ピッチ操作時の意図しないチルト動作を容易かつ確実に防止することができる。

第６発明によれば、供給流量設定手段は、操作量が所定値を超えていると判定された場合は、第２制御弁の供給流量をキャリブレーション値に設定するため、例えば、フル操作時等、個体差による影響を受けやすい大きな操作量でのピッチ動作時のみ第２制御弁の流量調整が行われる。ここで、キャリブレーションを行うバルブストローク領域やバルブストローク位置を増やせば、個体差の影響をより広範囲にわたり吸収することが可能であるが、その分キャリブレーションに多くの時間を費やしてしまう。そこで、個体差の影響を受けやすい状況についてのみキャリブレーションを行うようにすることで、作業の効率化を図ることができる。

第７発明および第８発明によれば、ストロークエンド到達判定手段は、第１および第２油圧シリンダに流入する作動油の圧力や、第１および第２油圧シリンダのストローク量に基づいて、各油圧シリンダがストロークエンドに達したか否かを判定する。このため、シリンダ速度を別途計測する等の煩雑な作業を行うことなく、簡易な構成により流量調整を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る建設機械のブレード周辺部の構成を示す斜視図。前記第１実施形態に係る油圧駆動装置の構成を示す模式図。前記第１実施形態に係る油圧駆動装置の作用を説明するための図。本発明の第２実施形態に係る油圧駆動装置の構成を示す模式図。前記第２実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図。前記第２実施形態に係るコントローラの作用を説明するためのフローチャート。前記第２実施形態に係るコントローラの作用を説明するためのフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１〕第１実施形態
〔１−１〕ブレード１の周辺部の構成
図１には、建設機械のブレード１周辺部の構成が示されている。ブレード１は、例えば、図示しないホイルドーザに取り付けられ、ブレード１の長手方向の一方の側にはピッチシリンダ２が、他方の側にはチルトピッチシリンダ３が、それぞれ取り付けられている。

ブレード１は、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３の伸縮により、ピッチ動作やチルト動作を行う。すなわち、ブレード１は、両シリンダ２，３が同時に同じ方向に伸縮駆動することにより、前傾するピッチダンプ姿勢や、後傾するピッチバック姿勢をとることができる。また、ピッチシリンダ２を停止し、チルトピッチシリンダ３を伸長駆動することで、ブレード１の左端部が下方に傾動された左チルト姿勢をとることができる。さらに、ピッチシリンダ２を停止し、チルトピッチシリンダ３を縮退駆動することで、ブレード１の右端部が下方に形動された右チルト姿勢をとることができる。このようなブレード１の動作は、油圧駆動装置４により行われる。

〔１−２〕油圧駆動装置４の構成
図２には、油圧駆動装置４の構成が模式的に示されている。油圧駆動装置４は、ピッチシリンダ２、チルトピッチシリンダ３、および油圧回路５を備えて構成され、油圧駆動装置４は、操作レバー６の操作に基づいて動作する。

このうちの油圧回路５は、パイロット弁（ＰＰＣ（Proportional Pressure Control）バルブとも称する）５１、作動油供給系５２、ピッチシリンダ駆動部５３、およびチルトピッチシリンダ駆動部５４を備えて構成される。
パイロット弁５１は、操作レバー６に付設され、操作レバー６の操作方向や操作量に応じて、各シリンダ駆動部５３，５４にパイロット圧を出力する。

作動油供給系５２は、油圧ポンプ５２１およびタンク５２２を備えている。油圧ポンプ５２１は、図示しないエンジンやバッテリなどの駆動源により駆動され、タンク５２２内の作動油を昇圧して、ピッチシリンダ駆動部５３およびチルトピッチシリンダ駆動部５４に作動油を供給する。そして、各シリンダ駆動部５３，５４から排出された作動油は、タンク５２２に戻される。

ピッチシリンダ駆動部５３は、第１制御弁５３１および圧力補償弁５３２を備えている。第１制御弁５３１は、ピッチダンプ、ピッチバック、および保持の弁位置を有するスプール式の制御弁である。第１制御弁５３１のスプールは、パイロット弁５１から出力されるパイロット圧によりストロークし、ストロークにより、第１制御弁５３１の弁位置が切り換わるとともに、第１制御弁５３１からの作動油の供給流量が変化する。また、第１制御弁５３１の作動油供給系５２側のポートは、油路を介して油圧ポンプ５２１およびタンク５２２と接続され、第１制御弁５３１のピッチシリンダ２側のポートは、ピッチシリンダ２のトップ側およびボトム側に、それぞれ圧力補償弁５３２を介して接続されている。

チルトピッチシリンダ駆動部５４は、ピッチシリンダ駆動部５３と同様に、第２制御弁５４１および圧力補償弁５４２を備えている。第２制御弁５４１は、右チルト・ピッチダンプ、左チルト・ピッチバック、および保持の弁位置を有するスプール式の制御弁である。第２制御弁５４１は、第１制御弁５３１と同期して駆動され、パイロット弁５１から出力されるパイロット圧により、第２制御弁５４１の弁位置および作動油の供給流量が変化する。第２制御弁５４１の作動油供給系５２側のポートは、油路を介して油圧ポンプ５２１およびタンク５２２と接続され、第２制御弁５４１のチルトピッチシリンダ３側のポートは、チルトピッチシリンダ３のトップ側およびボトム側に、それぞれ圧力補償弁５４２を介して接続されている。

〔１−３〕油圧駆動装置４の作用および効果
次に、前述した構成の油圧駆動装置４の作用および効果を、図３に基づいて説明する。
ここで、以下では、油圧駆動装置４の作用および効果について、第１および第２制御弁５３１，５４１のスプールストローク量（バルブストローク量）と作動油の供給流量との関係を示す線図を用いて説明するが、以下の説明は、操作レバー６の操作量と作動油の供給流量との関係についても同様にあてはまる。すなわち、第１および第２制御弁５３１，５４１のスプールストローク量は、パイロット弁５１から出力されるパイロット圧に依存するところ、このパイロット圧は、操作レバー６の操作量に応じてパイロット弁５１から出力されるからである。

図３は、第１制御弁５３１および第２制御弁５４１のスプールストローク量（または操作レバー６の操作量）に対する作動油の供給流量特性を示している。図３の太実線で示す第１制御弁５３１の供給流量は、スプールストローク量が第１閾値以下の領域において、前半部分はスプールストローク量の増加に応じて徐々に増加し、かつ後半部分はスプールストローク量に比例して供給流量が一定の増加勾配で変化する流量特性を有している。さらに、第１制御弁５３１は、第１閾値を超えた領域では、増加勾配がゼロとなる流量特性、すなわちスプールストローク量にかかわらず作動油供給量が一定となる流量特性（第１流量特性）を有している。

一方、図３の太破線で示す第２制御弁５４１の供給流量は、第１制御弁５３１と同様に、スプールストローク量が第１閾値よりも小さな第２閾値以下の領域において、前半部分はスプールストローク量の増加に応じて供給流量が徐々に増加し、かつ後半部分はスプールストローク量に対する供給流量の増加勾配が略一定となる流量特性を有している。

ここで、第２制御弁５４１は、スプールストローク量が第２閾値を超えた領域では、第１制御弁５３１の第１流量特性の増加勾配よりも大きい増加勾配で作動油供給量が増加する流量特性（第２流量特性）を有している。すなわち、第２制御弁５４１の供給流量は、スプールストローク量が第２閾値上にある場合は第１制御弁５３１の供給流用よりもやや少ないが、スプールストローク量の増加に伴って徐々に第１制御弁５３１の一定の流量に近づき、その後は第１制御弁５３１の供給流量を上回るようになっている。

以上のように、油圧駆動装置４では、第１制御弁５３１からの作動油の供給流量と、第２制御弁５４１からの作動油の供給流量とは、スプールストローク量が第２閾値以下の領域において等しくなるように構成されている。すなわち、オペレータが、ピッチ動作を行うべく操作レバー６を図３の第２閾値以下の領域の範囲内で操作した場合、第１および第２制御弁５３１，５４１は、圧力補償弁５３２，５４２を介して略同じ流量の作動油をピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３に供給する。これにより、各シリンダ２，３は、ともに同じ速度で伸長または縮退し、ブレード１は、右端部および左端部の傾動量を等しく保ちながら、操作レバー６の操作量に応じた速度でピッチ動作を行う。

このように、スプールストローク量が第２閾値以下の領域では、第１および第２制御弁５３１，５４１の供給流量は、ともに等しくなるように構成されている。また、同領域における第１および第２制御弁５３１，５４１の供給流量は、他の領域に比べて少ないため、そもそも各シリンダ２，３の速度が低くなる。このため、各シリンダ２，３や各制御弁５３１，５４１の特性に個体差があっても、各シリンダ２，３の速度差はほとんど生じないため、ピッチ動作に対する個体差の影響はほとんど現れないことになる。

一方、第１制御弁５３１の作動油の供給流量は、第１閾値を超えた領域ではスプールストローク量にかかわらず略一定とされ、第２制御弁５４１の供給流量は、スプールストローク量が第２閾値を超えた領域では、第２閾値以下の領域の増加勾配よりも小さい増加勾配で徐々に供給流量を増加するように構成されている。すなわち、スプールストローク量が第２閾値を超えた時点では、第１制御弁５３１の作動油供給流量が第２制御弁５４１の作動油供給流量よりも大きく、スプールストローク量が増大することによって、第２制御弁５４１の作動油供給流量が第１制御弁５３１の作動油供給流量よりも大きくなる。このため、個体差による影響を受け易いフル操作近傍のストローク領域であっても、操作量の調節をすることで、チルトピッチシリンダ３の伸縮速度をピッチシリンダ２の伸縮速度に合わせることができる。

ここで、操作量の調節にあたっては、スプールストローク量が第２閾値を超えた領域において、操作レバー６の操作位置を、ピッチ動作時にブレード１が左右均等に前傾または後傾するような流量調整位置にすることが必要になる。このため、例えば、工場からの建設機械の出荷時にこのような流量調整位置を探し出した上で、当該流量調整位置から先への操作レバー６の操作を規制する規制部材を操作レバー６に設けることで、フル操作時にブレード１の左右端部の傾動差を小さく保ったままピッチ動作を行うことができるようになる。また、スプールストローク量が第１閾値を超えた領域では、第１制御弁５３１の供給流量を一定とする一方で、第２制御弁５４１の供給流量を第１閾値以下の領域よりも小さい増加勾配で増加するようにしているため、操作レバー６に規制部材を設けなくても、操作レバー６を操作して流量調整位置とすることで、ブレード１を左右均等にピッチ動作させることができる。

〔２〕第２実施形態
〔２−１〕油圧駆動装置４の構成
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分等については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述の第１実施形態では、第１制御弁５３１および第２制御弁５４１は、操作レバー６の操作量に対応する流量の作動油を、そのままピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３に供給していた。

これに対して、第２実施形態に係る油圧駆動装置４は、図４に示すように、コントローラ７および電磁比例制御弁（ＥＰＣ（Electronic Proportional Control）バルブとも称する）５５を備え、コントローラ７が、第２制御弁５３１の流量調整のためのキャリブレーションを行った上で、第１および第２制御弁５３１，５４１のパイロット圧を制御して、各シリンダ２，３への作動油の供給流量を一致させる点が相違する。

本実施形態において、電磁比例制御弁５５は、パイロット弁５１のかわりとして、第１および第２制御弁５３１，５４１のそれぞれに２つ設けられ、かつコントローラ７に電気的に接続されている。そして、電磁比例制御弁５５は、コントローラ７から入力する制御指令電流の大きさに応じ、各制御弁５３１，５４１のパイロット圧を変化させて、各制御弁５３１，５４１のスプールを動かす。そして、各制御弁５３１，５４１の供給流量は、パイロット圧に応じて変化する。

この際、第１制御弁５３１については、図３に示すように操作レバー６の操作量に対応する供給流量となるようにパイロット圧が設定される。一方で、第２制御弁５４１については、操作レバー６の操作量が図３に示す第２閾値を超えた領域にある場合、第２流量特性線上の供給流量のうち第１制御弁５３１の流量と一致する流量に対応するパイロット圧が、自動的に設定されるようになっている。すなわち、本実施形態では、図３の第２流量特性線を複数段階に分割して各段階の供給流量をコントローラ７に記憶させておく。コントローラ７は、第１制御弁５３１の供給流量と一致する値を記憶値の中から選択し、かつ選択値に対応するパイロット圧を第２制御弁５４１のパイロット圧にすることで、第２制御弁５４１のスプールストローク量を調節している。これにより、コントローラ７は、第２制御弁５４１の供給流量が第１制御弁５３１と一致する流量となるように自動的にキャリブレーションしているのである。

〔２−２〕コントローラ７の構成
図５には、コントローラ７の構成が示されている。コントローラ７は、記憶装置７１および演算処理装置７２を備えて構成される。
メモリ等で構成される記憶装置７１には、演算処理装置７２上で動作するプログラムの他、供給流量マップ、制御指令マップ、流量調整キャリブレーションマップ等の各種マップが格納され、要求に応じて読み出しまたは書き込みができるようになっている。

このうち、供給流量マップには、操作レバー６の操作量と、第１および第２制御弁５３１，５４１における作動油の供給流量とが関連付けて記憶されている。
また、制御指令マップには、第１および第２制御弁５３１，５４１における作動油の供給流量と、電磁比例制御弁５５への制御指令とが関連付けて記憶されている。

流量調整キャリブレーションマップは、後述する流量調整のキャリブレーションに用いられるマップであり、当該マップには、各シリンダ２，３の基準位置からのストロークエンド到達までの時間の差と、第２制御弁５４１における作動油の供給流量とが関連付けて記憶されている。より具体的には、図３に示す第２制御弁５４１の第２流量特性線上の流量を複数ピックアップし、これらの供給流量とストロークエンド到達時間の差とを関係付けて記憶している。

演算処理装置７２の入力側には、操作レバー６と、各シリンダ２，３への入出力管路上に設けられた圧力センサ８とが、それぞれ電気的に接続されている。また、演算処理装置７２の出力側には、電磁比例制御弁５５が電気的に接続されている。
そして、演算処理装置７２は、キャリブレーション要求判定手段７２１、ストロークエンド到達判定手段７２２、ストロークエンド到達時間差判定手段７２３、キャリブレーション値設定手段７２４、操作状態判定手段７２５、供給流量設定手段７２６、および制御指令生成手段７２７を備えている。

キャリブレーション要求判定手段７２１は、キャリブレーション要求信号に基づいて、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３間での流量調整のためのキャリブレーション要求の有無を判定する。ここで、キャリブレーション要求の有無は、例えば、操作レバー６にキャリブレーション要求ボタンを設け、このボタンから出力されるキャリブレーション要求信号に基づいて判定する他、外部端末等の外部機器から送信されるキャリブレーション要求信号に基づいて、その有無を判定することができる。

ストロークエンド到達判定手段７２２は、圧力センサ８からの出力信号に基づいて、各シリンダ２，３がストロークエンドに達したか否かを、伸縮それぞれの方向について判定する。具体的に、ストロークエンド到達判定手段７２２は、各シリンダ２，３がストロークエンドに達した場合に圧力センサ８の値がそれまでの値に比べ大きくなることから、その状態を認識し、各シリンダ２，３がストロークエンドに達したことを判定する。さらに、ストロークエンド到達判定手段７２２は、各シリンダ２，３がストロークエンドに達するまでの時間を、第１および第２カウンターにてカウントする。

ストロークエンド到達時間差判定手段７２３は、各シリンダ２，３の基準位置からのストロークエンド到達時間の差が所定値以上であるか否かを判定する。
キャリブレーション値設定手段７２４は、ストロークエンド到達時間差判定手段７２３の判定結果に基づいて、各シリンダ２，３のストロークエンド到達時間の差に対応する供給流量を流量調整キャリブレーションマップから選択する。そして、キャリブレーション値設定手段７２４は、選択した供給流量を、チルトピッチシリンダ３への供給流量のキャリブレーション値として記憶装置７１に記憶する。

操作状態判定手段７２５は、操作レバー６からの出力信号に基づいて、操作レバー６の操作状態を判定する。すなわち、操作状態判定手段７２５は、操作レバー６がピッチ動作またはチルト動作の要求状態にあるか否か、およびその操作量の大きさを判定する。
供給流量設定手段７２６は、操作状態判定手段７２５の判定結果、操作レバー６の操作量、供給流量マップ、および後述する第２制御弁５４１のキャリブレーション値に基づいて、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３に供給する作動油の流量を設定する。

制御指令生成手段７２７は、供給流量設定手段７２６での設定値、またはキャリブレーション値設定手段７２４により記憶されたキャリブレーション値と、記憶装置７１に記憶されている制御指令マップとに基づいて、電磁比例制御弁５５に対する制御指令を生成し、かつ出力する。

〔２−３〕コントローラ７の作用
次に、図６および図７に基づき、油圧駆動装置４におけるコントローラ７の作用について説明する。
図６に示すように、コントローラ７は、先ず操作レバー６および圧力センサ８からの信号を含む各種入力信号を読みんだ後（ステップＳ１）、キャリブレーション要求判定手段７２１は、キャリブレーション要求信号に基づいて、各シリンダ２，３間の流量調整のキャリブレーション要求の有無を判定する（ステップＳ２）。

なお、キャリブレーション要求を行う場合には、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３のストローク位置が所定の基準位置にあることが必要となる。この基準位置としては、ブレード１がピッチ姿勢およびチルト姿勢のいずれにもなっていない図１に示すような中立状態でのストローク位置や、ブレード１がピッチダンプ姿勢またはピッチバック姿勢で最大限傾倒した状態であるストロークエンド到達位置が考えられる。

ステップＳ２においてキャリブレーション要求がない場合、操作状態判定手段７２５は、操作レバー６からの出力信号に基づいて、ピッチ動作要求の有無および操作レバー６の操作量の大きさを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で、ピッチ動作が要求されていないか、または操作量の大きさが所定値以下である場合、供給流量設定手段７２６は、操作レバー６の操作量および供給流量マップに基づいて、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３に供給する作動油の流量を設定する（ステップＳ４）。この際、各シリンダ２，３に供給する作動油の流量は、通常通り操作レバー６の操作量に対応する流量に設定される。なお、この所定値は、図３における第２閾値での流量となるスプールストローク量に相当する操作量の大きさである。

これに対し、ステップＳ３において、ピッチ動作が要求されており、かつ操作量の大きさが所定値を超えている場合、供給流量設定手段７２６は、各シリンダ２，３のストロークエンド到達時間の差に応じて記憶されたキャリブレーション値を記憶装置７１から読み出し、第２制御弁５４１における調整後の供給流量として設定する（ステップＳ５）。この際、第１制御弁５３１における供給流量は、通常通り操作レバー６の操作量および供給流量マップに基づいて設定される。

そして、制御指令生成手段７２７は、記憶装置７１に記憶されている制御指令マップに基づいて、供給流量設定手段７２６での設定値、またはキャリブレーション値設定手段７２４により記憶されたキャリブレーション値に対応する制御指令を生成し、電磁比例制御弁５５に対して出力する（ステップＳ６）。

一方、ステップＳ２においてキャリブレーション要求がある場合、コントローラ７は、シリンダ速度差の調整のために、第１および第２制御弁５３１，５４１における作動油の供給流量を調整するキャリブレーションを行う（ステップＳ７）。

以下、図７に従って、各シリンダ２，３速度差の調整のための、第２制御弁５４１の流量調整キャリブレーション機能について詳しく説明する。
キャリブレーション要求がある場合、先ず、供給流量設定手段７２６は、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３に供給する作動油の流量を、ピッチ動作時の最大流量に設定する（ステップＳ１１）。これにより、ピッチ動作時の操作レバー６の最大操作量に相当するシリンダ速度で各シリンダ２，３が伸縮し、ピッチ動作が行われる。

次に、ストロークエンド到達判定手段７２２は、圧力センサ８からの出力信号に基づいて、各シリンダ２，３ともに伸長方向または縮退方向のストロークエンドに達したか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、いずれかのシリンダ２，３がストロークエンドに達していないか、または両シリンダ２，３ともストロークエンドに達していない場合、ストロークエンド到達判定手段７２２は、ピッチシリンダ２のストローク状態を判定し（ステップＳ１３）、ピッチシリンダ２がストロークエンドに達していない場合は、第１タイマーをカウントアップする（ステップＳ１４）。
また、ストロークエンド到達判定手段７２２は、チルトピッチシリンダ３がストロークエンドに達したか否かを判定し（ステップＳ１５）、チルトピッチシリンダ３がストロークエンドに達していない場合、第２タイマーをカウントアップする（ステップＳ１６）。

一方、ステップＳ１２において、両シリンダ２，３がともにフルスロトークに達したと判定された場合、ストロークエンド到達時間差判定手段７２３は、第１タイマー値から第２タイマー値を引いた値の絶対値が、所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
そして、第１タイマー値から第２タイマー値を引いた値の絶対値が所定値以上であると判定された場合、キャリブレーション値設定手段７２４は、第１タイマー値と第２タイマー値との差に対応する供給流量を流量調整キャリブレーションマップから選択し、第２制御弁５４１の供給流量のキャリブレーション値として記憶装置７１に記憶する（ステップＳ１８）。

以上のような構成の本実施形態の油圧駆動装置４によれば、コントローラ７が、第２制御弁５４１の供給流量について、第１制御弁５３１の供給流量と略一致する第２制御弁５４１の供給流量キャリブレーション値を設定することができる。このため、第１および第２制御弁５３１，５４１間の供給流量が自動的に調整され、チルトピッチシリンダ３の伸縮速度をピッチシリンダ２の伸縮速度に合わせることができる。従って、操作レバー６に対する規制部材を設けることなく、かつ操作レバー６の操作量を調節することなしに、ピッチ操作時の意図しないチルト動作を自動的に回避することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、第１制御弁５３１の第１流量特性は、増加勾配がゼロでスプールストロークにかかわらず供給流量が一定となる流量特性であったがこれに限られず、一定の増加勾配で供給流量が微増する流量特性であってもよい。すなわち、スプールストローク量が増大することによって、第２制御弁５４１の第２流量特性による供給流量が、第１制御弁５３１の第１流量特性による供給流量よりも大きくなっていれば、本発明の効果を奏することができる。

また、前記各実施形態では、第２制御弁５４１のみのスプールストローク量を調節してたがこれに限られず、第１制御弁５３１および第２制御弁５４１の両方のスプールストローク量調節して、第１制御弁５３１および第２制御弁５４１の供給流量を一致させるようにしてもよい。

前記第２実施形態では、第２制御弁５４１の供給流量についてのキャリブレーションを行った上で、第２制御弁５４１の供給流量をキャリブレーション値に設定し、キャリブレーション値に設定された流量に相当する制御指令を電磁比例制御弁５５に出力していたがこれに限られない。例えば、流量調整キャリブレーションマップに、各シリンダ２，３のストロークエンド到達時間の差と、電流値等の操作レバー６の操作量とを関連付けて記憶しておき、ストロークエンド到達時間の差に応じて操作レバー６の操作量をキャリブレーションし、キャリブレーション値に設定された操作量に相当する流量を第２制御弁５４１の供給流量としてもよい。

また、電磁比例制御弁５５の制御指令の生成段階でキャリブレーションを行うようにしてもよい。すなわち、流量調整キャリブレーションマップに、各シリンダ２，３のストロークエンド到達時間の差と、電磁比例制御弁５５の制御指令とを関連付けて記憶しておき、ストロークエンド到達時間の差に応じて電磁比例制御弁５５の制御指令をキャリブレーションし、制御指令をキャリブレーション値に設定するようにしてもよい。

前記第２実施形態では、ストロークエンド到達判定手段７２２は、ピッチシリンダ２およびチルトピッチシリンダ３への入出力管路上に設けられた圧力センサ８からの出力信号に基づいて、各シリンダ２，３がストロークエンドに達したか否かを判定していたがこれに限られない。例えば、各シリンダ２，３にストロークセンサを設け、このストロークセンサからの出力信号に基づいて、各シリンダ２，３がストロークエンドに達したか否かを判定するようにしてもよい。

前記各実施形態では、第１および第２制御弁５３１，５４１をパイロット圧で駆動していたがこれに限られず、例えば、第１および第２制御弁を電磁弁とし、コントローラ７により、操作レバー６の操作量に基づいて第１および第２制御弁を電気的に駆動するようにしても良い。

本発明は、ブレードを備えた建設機械や作業機械に利用することができる。

１…ブレード、２…ピッチシリンダ（第１油圧シリンダ）、３…チルトピッチシリンダ（第２油圧シリンダ）、４…油圧駆動装置、７…コントローラ、８…圧力センサ、５３１…第１制御弁、５４１…第２制御弁、７２２…ストロークエンド到達判定手段、７２４…キャリブレーション値設定手段、７２５…操作状態判定手段、７２６…供給流量設定手段。

Claims

建設機械が備えるブレードの油圧駆動装置であって、
前記ブレードの左右に取り付けられ、前記ブレードを駆動する第１および第２油圧シリンダと、
前記第１油圧シリンダへの作動油の供給方向および供給流量を制御する第１制御弁と、
前記第１制御弁と同期して駆動され、前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給方向および前記供給流量を制御する第２制御弁とを備え、
前記第１制御弁は、
スプールストローク量が第１閾値を超えた領域では、前記スプールストローク量に対する前記供給流量の増加勾配が前記第１閾値における増加勾配よりも小さい第１流量特性を有し、
前記第２制御弁は、
前記スプールストローク量が前記第１閾値よりも小さな第２閾値を超えた領域では、前記第１流量特性の増加勾配よりも大きな増加勾配となる第２流量特性を有し、
前記スプールストローク量が前記第２閾値を超えた時点では、前記第１油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量が前記第２流量特性による前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量よりも大きく、
前記スプールストローク量が増大することによって、前記第２流量特性による前記第２油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量が前記第１流量特性による前記第１油圧シリンダへの前記作動油の前記供給流量よりも大きくなることを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１に記載の油圧駆動装置において、
前記第１流量特性は、前記増加勾配が略一定となる流量特性であることを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１または請求項２に記載の油圧駆動装置において、
前記第１流量特性は、前記増加勾配がゼロとなる流量特性であることを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１から請求項３の何れかに記載の油圧駆動装置において、
前記スプールストローク量が前記第２閾値以下の領域では、前記第１制御弁と前記第２制御弁とが略同一の流量特性を有していることを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１から請求項４の何れかに記載の油圧駆動装置において、
前記第１制御弁および前記第２制御弁の動作を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記ブレードを動作させるための操作手段の操作量に基づいて、前記操作手段の操作状態を判定する操作状態判定手段と、
前記第１および前記第２油圧シリンダが、基準位置から前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンドに達したか否かを判定するとともに、前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンド到達時間をカウントするストロークエンド到達判定手段と、
前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンド到達時間の差に基づいて、前記第１流量特性による前記第１制御弁の前記供給流量と略一致する、前記第２流量特性による前記第２制御弁の前記供給流量のキャリブレーション値を設定するキャリブレーション値設定手段と、
前記操作量に基づいて、前記第１制御弁の前記供給流量を設定するとともに、前記操作量および前記キャリブレーション値に基づいて、前記第２制御弁の前記供給流量を設定する供給流量設定手段とを備えていることを特徴とする油圧駆動装置。
請求項５に記載の油圧駆動装置において、
前記供給流量設定手段は、
前記操作状態判定手段にて、前記操作量が所定値を超えていると判定された場合は、前記第２制御弁の前記供給流量を前記キャリブレーション値に設定し、
前記操作状態判定手段にて、前記操作量が所定値以下であると判定された場合は、前記操作量に応じて、前記第２制御弁の前記供給流量を設定することを特徴とする油圧駆動装置。
請求項５または請求項６に記載の油圧駆動装置において、
前記ストロークエンド到達判定手段は、前記第１および前記第２油圧シリンダに流入する前記作動油の圧力を検出する圧力センサからの出力信号に基づいて、前記第１および前記第２油圧シリンダが、前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンドに達したか否かを判定することを特徴とする油圧駆動装置。
請求項５または請求項６に記載の油圧駆動装置において、
前記ストロークエンド到達判定手段は、前記第１および前記第２油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサからの出力信号に基づいて、前記第１および前記第２油圧シリンダが、前記第１および前記第２油圧シリンダのストロークエンドに達したか否かを判定することを特徴とする油圧駆動装置。