JP6667994B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、作業要素を自重落下させる際に油圧シリンダの収縮側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を制限する可変絞りを備えるショベルに関する。

アームを自重落下させて閉じる際にアームシリンダのロッド側油室から作動油タンクへ流出する作動油の流量を制限する可変絞りを備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。

このショベルは、アームを自重落下させて閉じる際に可変絞りの開口面積を小さくしてその落下速度が大きくなり過ぎないようにする。また、掘削作業のためにアームを油圧駆動させて閉じる際には可変絞りの開口面積を最大にする。可変絞りでの圧力損失を最小限に抑えるためである。

特開２０１０−２３００６０号公報

しかしながら、この可変絞りの応答性が悪い場合、アームを自重落下させる際にその開口面積を頻繁に増減（ハンチング）させてアームの動きを不安定にしてしまうおそれがある。

そこで、作業要素を自重で動作させる際の作業要素の動きを安定化できるショベルを提供することが望まれる。

本発明の実施例に係るショベルは、作業要素が自重落下する際に膨張する膨張側油室と収縮する収縮側油室とを有する油圧シリンダと、前記収縮側油室から作動油タンクに向かう作動油の流量を調整する第１可変絞りと、前記膨張側油室に向かう作動油の流量を調整する第２可変絞りと、前記第１可変絞りと前記第２可変絞りとは別に設けられ、油圧ポンプから前記油圧シリンダへの流量を制御する流量制御弁とを有するとともに、前記流量制御弁は、一のスプール弁により前記油圧シリンダに流入及び流出する作動油を制御し、前記第１可変絞り及び前記第２可変絞りは、前記流量制御弁の動作とは独立して制御される。

上述の手段により、作業要素を自重で動作させる際の作業要素の動きを安定化できるショベルを提供することができる。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。 図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。 油圧回路の別の構成例を示す概略図である。 油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。 動作安定化処理の一例の流れを示すフローチャートである。 指令値導出方法の一例を示す図である。 アーム空中動作が行われる場合のアームロッド圧とアームボトム圧の時間的推移を示す図である。 指令値導出方法の別の一例を示す図である。 油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。 油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。 油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。 油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。

図１は、本発明が適用される建設機械としてのショベルを示す側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源及びコントローラ３０等が搭載される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

図２は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。本実施例では、油圧回路は、主に、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、コントロールバルブ１７、及び油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは、主に、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ２１を含む。

ブームシリンダ７は、ブーム４を昇降させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁７ａが接続され、ボトム側油室側には保持弁７ｂが設置される。また、アームシリンダ８は、アーム５を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁８ａが接続され、ロッド側油室側には保持弁８ｂが設置される。また、バケットシリンダ９は、バケット６を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁９ａが接続される。再生弁７ａ、８ａ、９ａは何れもコントロールバルブ１７の外部に設置され、例えば、関連する油圧シリンダに隣接して設置される。

また、本実施例では、アームシリンダ８のボトム側油室の作動油の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出するアームボトム圧センサＳ１が設置される。アームボトム圧センサＳ１は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、アームシリンダ８のロッド側油室の作動油の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出するアームロッド圧センサが設置されてもよく、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９のそれぞれのボトム側油室及びロッド側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサが設置されてもよい。

旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる油圧モータであり、ポート２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒを介して作動油タンクＴに接続され、且つ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して作動油タンクＴに接続される。

リリーフ弁２２Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｌ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。また、リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｒ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。

チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が負圧になった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｌ側に作動油を補給する。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が負圧になった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｒ側に作動油を補給する。このように、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の制動時に吸い込み側のポートに作動油を補給する補給機構を構成する。

第１ポンプ１４Ｌは、作動油タンクＴから作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプであり、本実施例では斜板式可変容量型油圧ポンプである。また、第１ポンプ１４Ｌはレギュレータ（図示せず。）に接続される。レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じて第１ポンプ１４Ｌの斜板傾転角を変更して第１ポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。第２ポンプ１４Ｒについても同様である。

また、第１ポンプ１４Ｌの吐出側にはリリーフ弁１４ａＬが設置されている。リリーフ弁１４ａＬは、第１ポンプ１４Ｌの吐出側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、吐出側の作動油を作動油タンクに排出する。第２ポンプ１４Ｒの吐出側に設置されるリリーフ弁１４ａＲについても同様である。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。また、コントロールバルブ１７は、主に、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒ、再生解除弁７５、及び流量制御弁１７０〜１７３を含む。

流量制御弁１７０〜１７３は、油圧アクチュエータに流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁である。本実施例では、流量制御弁１７０〜１７３のそれぞれは、対応する操作レバー等の操作装置（図示せず。）が生成するパイロット圧を左右何れかのパイロットポートで受けて動作する４ポート３位置のスプール弁である。操作装置は、操作量（操作角度）に応じて生成したパイロット圧を、操作方向に対応する側のパイロットポートに作用させる。

具体的には、流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７１は、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。

また、流量制御弁１７２は、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。

可変ロードチェック弁５１〜５３は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、可変ロードチェック弁５１〜５３は、流量制御弁１７１〜１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。なお、可変ロードチェック弁５１〜５３は、第１位置において、ポンプ側に戻る作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。具体的には、可変ロードチェック弁５１は、第１位置にある場合に流量制御弁１７１と第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。可変ロードチェック弁５２及び可変ロードチェック弁５３についても同様である。

合流弁５５は、合流切替部の一例であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、合流弁５５は、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油（以下、「第１作動油」とする。）と第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油（以下、「第２動油」とする。）とを合流させるか否かを切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、合流弁５５は、第１位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させ、第２位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させないようにする。

統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の電磁弁である。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。この構成により、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、流量制御弁１７０〜１７３のうちの関連する流量制御弁の合成開口を再現できる。具体的には、合流弁５５が第２位置にある場合に、統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７０及び流量制御弁１７１の合成開口を再現でき、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７２及び流量制御弁１７３の合成開口を再現できる。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその合成開口の開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその合成開口を遮断する。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。

再生解除弁７５は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、再生解除弁７５は、アームシリンダ８から作動油タンクＴに流出する作動油の流量を制御可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、再生解除弁７５は、第１位置にある場合にアームシリンダ８から流出する作動油の流量を制限する可変絞りとして機能する。但し、第２位置にある場合にはアームシリンダ８から流出する作動油の流量を制限しない。この構成により、再生解除弁７５は、アーム５を自重落下させる場合にアームシリンダ８から流出する作動油の流量を制限してアーム５の落下速度が過度に大きくなるのを防止できる。また、アーム５を油圧駆動させる場合にアームシリンダ８から流出する作動油の流量を制限しない。そのため、掘削の際に不要な圧力損失が発生するのを防止できる。また、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも一方に関し、同様の再生解除弁が設置されていてもよい。

なお、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒ、及び再生解除弁７５のそれぞれは、パイロット圧駆動のスプール弁であってもよい。

次に、図３Ａを参照し、油圧回路の別の構成例について説明する。図３Ａは、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例を示す概略図である。図３Ａの油圧回路は、主に、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量が２つの流量制御弁１７１Ａ、１７１Ｂによって制御される点、ブームシリンダ７のボトム側油室に流出入する作動油の流量が２つの流量制御弁１７２Ａ、１７２Ｂによって制御される点、合流切替部が合流弁ではなく可変ロードチェック弁によって構成される点（合流弁が省略される点）で、図２の油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

流量制御弁１７１Ａ、１７２Ｂは、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７１に対応する。具体的には、流量制御弁１７１Ａは、第１作動油をアームシリンダ８に供給し、流量制御弁１７１Ｂは、第２作動油をアームシリンダ８に供給する。したがって、アームシリンダ８には、第１作動油と第２作動油とが同時に流入し得る。

流量制御弁１７２Ａは、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７２に対応する。

流量制御弁１７２Ｂは、ブーム上げ操作が行われた場合に、ブームシリンダ７のボトム側油室に第１作動油を流入させる弁であり、ブーム下げ操作が行われた場合には、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を第１作動油に合流させることができる。

流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７３に対応する。なお、図３Ａの流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９のロッド側油室から流出する作動油をボトム側油室に再生するための再生回路１７３ｃをその内部に含む。再生回路１７３ｃは、バケットシリンダ９のロッド側油室とボトム側油室とを繋ぐ管路とその管路上に配置されるチェック弁とを含む。

可変ロードチェック弁５０、５１Ａ、５１Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５３は、流量制御弁１７０、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の弁である。これら６つの可変ロードチェック弁は、それぞれが連動して動作することで合流切替部としての機能を果たし、図２の合流弁５５の機能を実現できる。そのため、図３Ａの油圧回路では図２の合流弁５５が省略される。

統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の弁であり、図２の統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒに対応する。

なお、図３Ａの６つの流量制御弁は何れも６ポート３位置のスプール弁であり、図２の流量制御弁と違い、センターバイパスポートを有する。そのため、図３Ａの統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７１Ａの下流に配置され、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７１Ｂの下流に配置される。

切替弁６２Ｂは、ブームシリンダ７のロッド側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｂは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のロッド側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｂは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。

切替弁６２Ｃは、ブームシリンダ７のボトム側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｃは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｃは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。

また、図３Ａの油圧回路は、再生弁８ａが流量制御弁１７１Ａに統合されていてもよい。図３Ｂは、再生弁８ａが流量制御弁１７１Ａに統合された油圧回路を示し、図３Ａに対応する。具体的には、流量制御弁１７１Ａは、アームシリンダ８のロッド側油室から流出する作動油をボトム側油室に再生するための再生回路１７１Ａｃをその内部に含む。再生回路１７１Ａｃは、アームシリンダ８のロッド側油室とボトム側油室とを繋ぐ管路とその管路上に配置されるチェック弁とを含む。図２の油圧回路でも同様に再生弁８ａが流量制御弁１７１Ａに統合されていてもよい。

次に、掘削動作が行われる場合における図２の油圧回路の状態を説明する。

コントローラ３０は、操作装置が生成するパイロット圧を検出する操作圧センサ（図示せず。）等の操作検出部の出力に基づいてショベルに対する操作者の操作内容を判断する。また、コントローラ３０は、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのそれぞれの吐出圧を検出する吐出圧センサ（図示せず。）、油圧アクチュエータのそれぞれの圧力を検出する負荷圧センサ（図示せず。）等の負荷検出部の出力に基づいてショベルの動作状態を判断する。なお、本実施例では、負荷圧センサは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のそれぞれのボトム側油室及びロッド側油室のそれぞれの圧力を検出するシリンダ圧センサを含む。

そして、コントローラ３０は、アーム５が操作されたと判断すると、アーム操作レバーの操作量に応じて、第２位置にある合流弁５５を第１位置の方向に移動させる。そして、第１作動油と第２作動油とを合流させ、第１作動油及び第２作動油を流量制御弁１７１に供給する。流量制御弁１７１は、アーム操作レバーの操作量に応じたパイロット圧（以下、「アームパイロット圧」とする。）を受けて右位置に移動し、第１作動油及び第２作動油をアームシリンダ８に流入させる。

また、コントローラ３０は、ブーム４及びバケット６が操作されたと判断した場合、負荷圧センサの出力に基づいて掘削動作であるか床堀動作であるかを判断する。床堀動作は、例えばバケット６で地面をならす動作であり、アームシリンダ８のボトム側油室の圧力が掘削動作のときに比べて低い。

掘削動作であると判断した場合、コントローラ３０は、ネガティブコントロール制御、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御、馬力制御等のポンプ吐出量制御に基づき、ブーム操作レバー及びバケット操作レバーの操作量に対応する第２ポンプ１４Ｒの吐出量指令値を決定する。そして、コントローラ３０は、対応するレギュレータを制御して第２ポンプ１４Ｒの吐出量が指令値通りとなるように制御する。

また、コントローラ３０は、上述の流量差、第１ポンプ１４Ｌの吐出圧、第２ポンプ１４Ｒの吐出圧等に基づいて合流弁５５の開口面積を制御する。例えば、コントローラ３０は、予め登録した開口マップを参照して合流弁５５の開口面積を決定し、その開口面積に対応する指令を合流弁５５に対して出力する。なお、コントローラ３０は、開口マップの代わりに所定の関数を用いて合流弁５５の開口面積を決定してもよい。

また、床堀動作であると判断した場合にも、コントローラ３０は、ショベルの動きが不安定にならない限りにおいて、できるだけ速やかに合流弁５５を閉じる。第２作動油のみをブームシリンダ７及びバケットシリンダ９に流入させるようにしてブーム４及びバケット６の操作性を向上させるためである。

次に、掘削動作が行われる場合における図３Ａの油圧回路の状態を説明する。

コントローラ３０は、図２の油圧回路の場合と同様、操作検出部の出力に基づいてショベルに対する操作者の操作内容を判断し、負荷検出部の出力に基づいてショベルの動作状態を判断する。

アーム５が操作されると、流量制御弁１７１Ａはアームパイロット圧を受けて左位置に移動し、流量制御弁１７１Ｂはアームパイロット圧を受けて右位置に移動する。

そして、コントローラ３０は、アーム５が操作されたと判断すると、可変ロードチェック弁５１Ａを第１位置にし、第１作動油が可変ロードチェック弁５１Ａを通じて流量制御弁１７１Ａに至るようにする。また、可変ロードチェック弁５１Ｂを第１位置にし、第２作動油が可変ロードチェック弁５１Ｂを通じて流量制御弁１７１Ｂに至るようにする。流量制御弁１７１Ａを通過した第１作動油は、流量制御弁１７１Ｂを通過した第２作動油と合流し、アームシリンダ８のボトム側油室に流入する。

その後、コントローラ３０は、ブーム４及びバケット６が操作されたと判断すると、負荷圧センサの出力に基づいて掘削動作であるか床堀動作であるかを判断する。そして、掘削動作であると判断した場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー及びバケット操作レバーの操作量に対応する第２ポンプ１４Ｒの吐出量指令値を決定する。そして、コントローラ３０は、対応するレギュレータを制御して第２ポンプ１４Ｒの吐出量が指令値通りとなるように制御する。

このとき、流量制御弁１７２Ａはブーム操作レバーの操作量に応じたパイロット圧（以下、「ブームパイロット圧」とする。）を受けて左位置に移動する。また、流量制御弁１７３はバケット操作レバーの操作量に応じたパイロット圧（以下、「バケットパイロット圧」とする。）を受けて右位置に移動する。そして、コントローラ３０は、可変ロードチェック弁５２Ａを第１位置にし、第２作動油が可変ロードチェック弁５２Ａを通じて流量制御弁１７２Ａに至るようにする。また、可変ロードチェック弁５３を第１位置にし、第２作動油が可変ロードチェック弁５３を通じて流量制御弁１７３に至るようにする。そして、流量制御弁１７２Ａを通過した第２作動油は、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入し、流量制御弁１７３を通過した第２作動油は、バケットシリンダ９のボトム側油室に流入する。

また、コントローラ３０は、上述の流量差、第１ポンプ１４Ｌの吐出圧、第２ポンプ１４Ｒの吐出圧等に基づいて可変ロードチェック弁５１Ｂの開口面積を制御する。例えば、コントローラ３０は、予め登録した開口マップを参照して可変ロードチェック弁５１Ｂの開口面積を決定し、その開口面積に対応する指令を可変ロードチェック弁５１Ｂに対して出力する。これにより、アームシリンダ８のボトム側油室に流入する第２作動油が減少し或いは消失する。

次に、図４を参照し、操作者がアーム５を空中で動作（自重落下）させるアーム空中動作を実行する際に、図３Ａの油圧回路を制御するコントローラ３０がアーム５の動きを安定化させる処理（以下、「動作安定化処理」とする。）について説明する。図４は動作安定化処理の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの動作安定化処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、アーム空中動作中であるかを判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、コントローラ３０は、操作圧センサが検出するアームパイロット圧とアームボトム圧センサＳ１が検出するアームボトム圧とに基づいてアーム空中動作が実行されているか否かを判定する。例えば、コントローラ３０は、アーム操作レバーが閉じ方向に操作され、且つ、アームボトム圧が所定値以下の場合にアーム空中動作が実行されていると判定する。

アーム空中動作中でないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０は、第１可変絞りとしての再生解除弁７５、及び、第２可変絞りとしての統一ブリードオフ弁５６Ｌを特別に制御することなく、今回の動作安定化処理を終了する。例えば、アーム閉じを伴う掘削が行われている場合、再生解除弁７５は第２位置のまま維持され、アームシリンダ８のロッド側油室から流出する作動油の流量を制限しない。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置において、関連する流量制御弁の合成開口の開口面積を実現するように駆動される。

アーム空中動作中であると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、第２可変絞りの目標開口面積を取得し、且つ、目標アームボトム圧を取得する（ステップＳＴ２）。本実施例では、コントローラ３０は、各種油圧アクチュエータのパイロット圧を用いて目標開口面積テーブルを参照して統一ブリードオフ弁５６Ｌの目標開口面積を決定する。目標開口面積テーブルは各種油圧アクチュエータのパイロット圧と統一ブリードオフ弁５６Ｌの目標開口面積との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、ＲＯＭ等に予め記憶されている。また、コントローラ３０は、アームパイロット圧を用いて目標アームボトム圧テーブルを参照して目標アームボトム圧を決定する。目標アームボトム圧テーブルは、アームパイロット圧と目標アームボトム圧との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、ＲＯＭ等に予め記憶されている。なお、目標開口面積テーブル及び目標アームボトム圧テーブルのそれぞれにおける対応関係は、例えば、実験結果に基づいて決定される。

そして、コントローラ３０は、第１可変絞り及び第２可変絞りのそれぞれに対する指令値を導き出し（ステップＳＴ３）、それら指令値を第１可変絞り及び第２可変絞りのそれぞれに対して出力する（ステップＳＴ４）。本実施例では、コントローラ３０は、比例・積分制御（ＰＩ制御）を用いて指令値を導き出す。

図５は、コントローラ３０による指令値導出方法の一例を示す図である。具体的には、コントローラ３０は、減算器３１、ＰＩ制御器３２、ＰＩ制御器３３、及び減算器３４を含む。

減算器３１は、目標アームボトム圧テーブルを参照して決定した目標アームボトム圧Ｐｔと、アームボトム圧センサＳ１が検出するアームボトム圧Ｐｂとを入力として受け、その偏差ΔＰをＰＩ制御部３２及びＰＩ制御部３３のそれぞれに対して出力する。

ＰＩ制御器３２は、偏差ΔＰを入力として受け、偏差ΔＰをゼロに近づけるべく、第２可変絞りとしての統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積の目標開口面積Ａｔに対する調整量Ａｍ２を減算器３４に対して出力する。なお、調整量Ａｍ２は、統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積を目標開口面積Ａｔの近傍で微調整して所望の状態（偏差ΔＰがゼロとなる状態）を実現するための（目標開口面積Ａｔを基準とした）調整量である。

ＰＩ制御器３３は、偏差ΔＰを入力として受け、偏差ΔＰをゼロに近づけるべく、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積の現在値に対する調整量Ａｍ１を指令値Ａｔｃ１として再生解除弁７５に対して出力する。なお、調整量Ａｍ１は、再生解除弁７５の開口面積を現在値の近傍で微調整して所望の状態（偏差ΔＰがゼロとなる状態）を実現するための（現在値を基準とした）調整量である。例えば、ＰＩ制御器３３は、その指令値Ａｔｃ１に対応する制御電流を再生解除弁７５に対して出力する。また、再生解除弁７５がパイロット圧駆動のスプール弁の場合、ＰＩ制御器３３は、その指令値Ａｔｃ１に対応する制御電流を再生解除弁７５の制御圧を調整する電磁比例弁（図示せず。）に対して出力する。

減算器３４は、目標開口面積テーブルを参照して決定した目標開口面積Ａｔと調整量Ａｍ２とを入力として受け、目標開口面積Ａｔから調整量Ａｍ２を差し引いた調整後の目標開口面積を指令値Ａｔｃ２として統一ブリードオフ弁５６Ｌに対して出力する。例えば、減算器３４は、その指令値Ａｔｃ２に対応する制御電流を統一ブリードオフ弁５６Ｌに対して出力する。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌがパイロット圧駆動のスプール弁の場合、減算器３４は、その指令値Ａｔｃ２に対応する制御電流を統一ブリードオフ弁５６Ｌの制御圧を調整する電磁比例弁（図示せず。）に対して出力する。

次に、図６を参照し、アーム空中動作の際にコントローラ３０が動作安定化処理を実行した場合の効果について説明する。図６は、アーム空中動作が行われる場合のアームロッド圧Ｐｒとアームボトム圧Ｐｂの時間的推移を示す。具体的には、図６の実線は動作安定化処理を実行した場合（再生解除弁７５及び統一ブリードオフ弁５６Ｌのそれぞれの開口面積を調整する場合）のアームロッド圧Ｐｒとアームボトム圧Ｐｂの時間的推移を示す。また、図６の破線は動作安定化処理を実行しない場合（再生解除弁７５の開口面積のみを調整する場合）のアームロッド圧Ｐｒとアームボトム圧Ｐｂの時間的推移を示す。

図６に示すように、時刻ｔ１においてアーム操作レバーが閉じ方向に操作されてアーム５が自重落下すると、アームボトム圧Ｐｂは、アーム操作レバーの操作量に応じたアームパイロット圧に対応する目標アームボトム圧Ｐｔに近づくように制御される。

しかしながら、動作安定化処理を実行せずに再生解除弁７５の開口面積を調整するだけでアームボトム圧Ｐｂを目標アームボトム圧Ｐｔに近づけようとすると、再生解除弁７５の応答遅れに起因してアームロッド圧Ｐｒが破線で示すように振動的に変動（ハンチング）してしまう。また、アームボトム圧Ｐｂも破線で示すようにアームロッド圧Ｐｒの変動に連動して振動的に変動してしまう。

そこで、コントローラ３０は、図５の指令値導出方法にしたがって動作安定化処理を実行し、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積と第２可変絞りとしての統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積とを個別に調整する。具体的には、再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積を調整する。例えば、統一ブリードオフ弁５６Ｌ及び再生解除弁７５のそれぞれの開口面積の調整時期を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積を調整してもよい。或いは、統一ブリードオフ弁５６Ｌ及び再生解除弁７５のそれぞれの応答性を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積を調整してもよい。

その結果、アームボトム圧Ｐｂは実線で示すように変動が抑制されて目標アームボトム圧Ｐｔで維持され、アームロッド圧Ｐｒも変動が抑制されて目標アームボトム圧Ｐｔに対応するレベルで維持される。

このように、コントローラ３０は、作業要素が自重落下する際に膨張する油圧シリンダの収縮側油室から作動油タンクに向かう作動油の流量を調整する第１可変絞りとその油圧シリンダの膨張側油室に向かう作動油の流量を調整する第２可変絞りとを個別に制御する。具体的には、２つの可変絞りのうちの一方の可変絞りの開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように他方の可変絞りの開口面積を調整する。そのため、作業要素が自重落下する際の油圧シリンダ内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、作業要素を空中で動作させる際の作業要素の動きを安定化できる。

例えば、コントローラ３０は、アーム５が自重落下する際に膨張するアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクＴに向かう作動油の流量を調整する再生解除弁７５とアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量を調整する統一ブリードオフ弁５６Ｌとを個別に制御する。具体的には、再生解除弁７５の開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積を調整する。そのため、アーム５が自重落下する際のアームシリンダ８内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、アーム５を空中で動作させる際のアーム５の動きを安定化できる。

なお、上述の実施例では、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌを第２可変絞りとして用いるが、統一ブリードオフ弁５６Ｒを第２可変絞りとして用いてもよく、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒの双方を第２可変絞りとして用いてもよい。

次に、図７を参照し、コントローラ３０による指令値導出方法の別の一例について説明する。図７は、コントローラ３０による指令値導出方法の別の一例を示す図である。具体的には、コントローラ３０は、演算器３５、演算器３６、及び減算器３７を含む。

演算器３５は、アームボトム圧センサＳ１が検出するアームボトム圧Ｐｂを入力として受け、第２可変絞りとしての統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積の目標開口面積Ａｔに対する調整量Ａｍ２を減算器３７に対して出力する。例えば、演算器３５は、アームボトム圧Ｐｂを用いて第２可変絞り調整量テーブルを参照し、現在のアームボトム圧Ｐｂに対応する調整量Ａｍ２を決定する。第２可変絞り調整量テーブルはアームボトム圧Ｐｂと調整量Ａｍ２との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、ＲＯＭ等に予め記憶されている。第２可変絞り調整量テーブルでは、例えば、アームボトム圧Ｐｂが大きいほど調整量Ａｍ２が小さくなるように設定されている。

演算器３６は、アームボトム圧センサＳ１が検出するアームボトム圧Ｐｂを入力として受け、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積の現在値に対する調整量Ａｍ１を指令値Ａｔｃ１として再生解除弁７５に対して出力する。例えば、演算器３６は、アームボトム圧Ｐｂを用いて第１可変絞り調整量テーブルを参照し、現在のアームボトム圧Ｐｂに対応する調整量Ａｍ１を決定する。第１可変絞り調整量テーブルはアームボトム圧Ｐｂと調整量Ａｍ１との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、ＲＯＭ等に予め記憶されている。第１可変絞り調整量テーブルでは、例えば、アームボトム圧Ｐｂが大きいほど調整量Ａｍ１が大きくなるように設定されている。そして、演算器３６は、その指令値Ａｔｃ１に対応する制御電流を再生解除弁７５に対して出力する。また、再生解除弁７５がパイロット圧駆動のスプール弁の場合、演算器３６は、その指令値Ａｔｃ１に対応する制御電流を再生解除弁７５の制御圧を調整する電磁比例弁（図示せず。）に対して出力する。

減算器３７は、目標開口面積テーブルを参照して決定した目標開口面積Ａｔと調整量Ａｍ２とを入力として受け、目標開口面積Ａｔから調整量Ａｍ２を差し引いた調整後の目標開口面積を指令値Ａｔｃ２として統一ブリードオフ弁５６Ｌに対して出力する。例えば、減算器３７は、その指令値Ａｔｃ２に対応する制御電流を統一ブリードオフ弁５６Ｌに対して出力する。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌがパイロット圧駆動のスプール弁の場合、減算器３７は、その指令値Ａｔｃ２に対応する制御電流を統一ブリードオフ弁５６Ｌの制御圧を調整する電磁比例弁（図示せず。）に対して出力する。

この構成により、コントローラ３０は、図５の指令値導出方法にしたがって動作安定化処理を実行する場合と同様、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積と第２可変絞りとしての統一ブリードオフ弁５６Ｌの開口面積とを個別に調整できる。例えば、作業要素が自重落下する際に膨張する油圧シリンダの収縮側油室から作動油タンクに向かう作動油の流量を調整する第１可変絞りとその油圧シリンダの膨張側油室に向かう作動油の流量を調整する第２可変絞りとを個別に制御できる。具体的には、２つの可変絞りのうちの一方の可変絞りの開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように他方の可変絞りの開口面積を調整できる。そのため、作業要素が自重落下する際の油圧シリンダ内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、作業要素を空中で動作させる際の作業要素の動きを安定化できる。

次に、図８を参照し、油圧回路のさらに別の構成例について説明する。図８は、図１のショベルに搭載される油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。図８の油圧回路は、主に、再生弁８ａを第２可変絞りとして用いる点で、図３Ａの油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

図８の油圧回路を制御するコントローラ３０は、操作者がアーム５を空中で動作させるアーム空中動作を実行する際に、統一ブリードオフ弁５６Ｌを第２可変絞りとして用いる代わりに、再生弁８ａを第２可変絞りとして用いる。なお、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌ及び再生弁８ａの双方を第２可変絞りとして用いてもよい。

具体的には、コントローラ３０は、図５又は図７の指令値導出方法にしたがって動作安定化処理を実行し、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積と第２可変絞りとしての再生弁８ａの開口面積とを個別に調整する。具体的には、再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように再生弁８ａの開口面積を調整する。例えば、再生弁８ａ及び再生解除弁７５のそれぞれの開口面積の調整時期を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように再生弁８ａの開口面積を調整してもよい。或いは、再生弁８ａ及び再生解除弁７５のそれぞれの応答性を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように再生弁８ａの開口面積を調整してもよい。

また、コントローラ３０は、例えば、アームロッド圧、アームボトム圧、及びアームパイロット圧を用いて目標開口面積テーブルを参照して再生弁８ａの目標開口面積を決定する。

その結果、コントローラ３０は、アーム５が自重落下する際に膨張するアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクＴに向かう作動油の流量を調整する再生解除弁７５とアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量を調整する再生弁８ａとを個別に制御する。具体的には、再生解除弁７５の開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように再生弁８ａの開口面積を調整する。そのため、アーム５が自重落下する際のアームシリンダ８内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、アーム５を空中で動作させる際のアーム５の動きを安定化できる。

次に、図９を参照し、油圧回路のさらに別の構成例について説明する。図９は、図１のショベルに搭載される油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。図９の油圧回路は、主に、第２可変絞りとしての流量制御弁７６Ｌ、７６Ｒを備える点で、図３Ｂの油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

流量制御弁７６Ｌ、７６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、流量制御弁７６Ｌは、第１ポンプ１４Ｌとコントロールバルブ１７との間のセンターバイパス管路を流れる作動油の流量を制御可能な２ポート２位置の電磁弁である。流量制御弁７６Ｒについても同様である。この構成により、流量制御弁７６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその開口を遮断する。流量制御弁７６Ｒについても同様である。

図９の油圧回路を制御するコントローラ３０は、操作者がアーム５を空中で動作させるアーム空中動作を実行する際に、統一ブリードオフ弁５６Ｌを第２可変絞りとして用いる代わりに流量制御弁７６Ｌ、７６Ｒの少なくとも一方を第２可変絞りとして用いる。なお、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌ及び流量制御弁７６Ｌ、７６Ｒの全てを第２可変絞りとして用いてもよい。

具体的には、コントローラ３０は、図５又は図７の指令値導出方法にしたがって動作安定化処理を実行し、第１可変絞りとしての再生解除弁７５の開口面積と第２可変絞りとしての流量制御弁７６Ｌの開口面積とを個別に調整する。具体的には、再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように流量制御弁７６Ｌの開口面積を調整する。例えば、流量制御弁７６Ｌ及び再生解除弁７５のそれぞれの開口面積の調整時期を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように流量制御弁７６Ｌの開口面積を調整してもよい。或いは、流量制御弁７６Ｌ及び再生解除弁７５のそれぞれの応答性を異ならせることで再生解除弁７５の応答遅れによる影響を打ち消すように流量制御弁７６Ｌの開口面積を調整してもよい。

また、コントローラ３０は、例えば、各種油圧アクチュエータのパイロット圧を用いて目標開口面積テーブルを参照して流量制御弁７６Ｌの目標開口面積を決定する。

その結果、コントローラ３０は、アーム５が自重落下する際に膨張するアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクＴに向かう作動油の流量を調整する再生解除弁７５とアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量を調整する流量制御弁７６Ｌとを個別に制御する。具体的には、再生解除弁７５の開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように流量制御弁７６Ｌの開口面積を調整する。そのため、アーム５が自重落下する際のアームシリンダ８内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、アーム５を空中で動作させる際のアーム５の動きを安定化できる。

次に、図１０を参照し、油圧回路のさらに別の構成例について説明する。図１０は、図１のショベルに搭載される油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。図１０の油圧回路は、主に、再生弁８ａを第２可変絞りとして用いる点で、図２の油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

図１０の油圧回路を制御するコントローラ３０は、操作者がアーム５を空中で動作させるアーム空中動作を実行する際に、統一ブリードオフ弁５６Ｌを第２可変絞りとして用いる代わりに、再生弁８ａを第２可変絞りとして用いる。なお、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌ及び再生弁８ａの双方を第２可変絞りとして用いてもよい。

この構成により、コントローラ３０は、アーム５が自重落下する際に膨張するアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクＴに向かう作動油の流量を調整する再生解除弁７５とアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量を調整する再生弁８ａとを個別に制御する。具体的には、再生解除弁７５の開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように再生弁８ａの開口面積を調整する。そのため、アーム５が自重落下する際のアームシリンダ８内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、アーム５を空中で動作させる際のアーム５の動きを安定化できる。

次に、図１１を参照し、油圧回路のさらに別の構成例について説明する。図１１は、図１のショベルに搭載される油圧回路のさらに別の構成例を示す概略図である。図１１の油圧回路は、ネガティブコントロール絞り１９Ｌ、１９Ｒの上流で生成される制御圧を用いたネガティブコントロール制御を採用する点で他の油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

図１１の油圧回路を制御するコントローラ３０は、操作者がアーム５を空中で動作させるアーム空中動作を実行する際に、再生弁８ａ、流量制御弁７６Ｌ、及び流量制御弁７６Ｒの少なくとも１つを第２可変絞りとして用いる。

この構成により、コントローラ３０は、アーム５が自重落下する際に膨張するアームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクＴに向かう作動油の流量を調整する再生解除弁７５とアームシリンダ８のボトム側油室に向かう作動油の流量を調整する第２可変絞りとを個別に制御する。具体的には、再生解除弁７５の開口面積を調整する際の応答遅れによる影響を打ち消すように第２可変絞りの開口面積を調整する。そのため、アーム５が自重落下する際のアームシリンダ８内の作動油の圧力を振動的に変動させることなく安定化させることができる。その結果、アーム５を空中で動作させる際のアーム５の動きを安定化できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、油圧アクチュエータは、左側走行用油圧モータ（図示せず。）及び右側走行用油圧モータ（図示せず。）を含んでいてもよい。また、旋回用油圧モータ２１は電動モータであってもよい。

また、上述の実施例では、コントローラ３０は、アームシリンダ８に関する再生解除弁７５を第１可変絞りとするが、ブームシリンダ７、バケットシリンダ９等の他の油圧シリンダに関する再生解除弁を第１可変絞りとしてもよい。

また、上述の実施例では、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、再生弁８ａ、又は流量制御弁７６Ｌを第２可変絞りとして用いる。しかしながら、コントローラ３０は、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、再生弁８ａ、及び流量制御弁７６Ｌのうちの２つ以上の任意の組み合わせを第２可変絞りとして用いてもよい。

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ ７ａ、８ａ、９ａ・・・再生弁 ７ｂ、８ｂ・・・保持弁 １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・変速機 １４Ｌ・・・第１ポンプ １４Ｒ・・・第２ポンプ １４ａＬ、１４ａＲ・・・リリーフ弁 １７・・・コントロールバルブ １９Ｌ、１９Ｒ・・・ネガティブコントロール絞り ２１・・・旋回用油圧モータ ２１Ｌ、２１Ｒ・・・ポート ２２Ｌ、２２Ｒ・・・リリーフ弁 ２３Ｌ、２３Ｒ・・・チェック弁 ３０・・・コントローラ ３１・・・減算器 ３２、３３・・・ＰＩ制御器 ３４・・・減算器 ３５、３６・・・演算器 ３７・・・減算器 ５０、５１、５１Ａ、５１Ｂ、５２、５２Ａ、５２Ｂ、５３・・・可変ロードチェック弁 ５５・・・合流弁 ５６Ｌ、５６Ｒ・・・統一ブリードオフ弁 ６２Ｂ、６２Ｃ・・・切替弁 ７５・・・再生解除弁 ７６Ｌ、７６Ｒ・・・流量制御弁 １７０、１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３・・・流量制御弁 Ｔ・・・作動油タンク

Claims (6)

1. 作業要素が自重落下する際に膨張する膨張側油室と収縮する収縮側油室とを有する油圧シリンダと、
   前記収縮側油室から作動油タンクに向かう作動油の流量を調整する第１可変絞りと、
   前記膨張側油室に向かう作動油の流量を調整する第２可変絞りと、
   前記第１可変絞りと前記第２可変絞りとは別に設けられ、油圧ポンプから前記油圧シリンダへの流量を制御する流量制御弁とを有するとともに、
   前記流量制御弁は、一のスプール弁により前記油圧シリンダに流入及び流出する作動油を制御し、
   前記第１可変絞り及び前記第２可変絞りは、前記流量制御弁の動作とは独立して制御される、
   ショベル。
2. 前記第１可変絞りの開口面積の調整時期は前記第２可変絞りの開口面積の調整時期と異なる、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記第１可変絞りの応答性は前記第２可変絞りの応答性と異なる、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 前記第２可変絞りは、前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと前記膨張側油室とを繋ぐ第１管路から前記作動油タンクに延びる第２管路に配置される、
   請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
5. 前記第２可変絞りは、前記膨張側油室と前記収縮側油室とを繋ぐ管路に配置される、
   請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
6. 前記第２可変絞りは、前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと前記膨張側油室とを繋ぐ管路に配置される、
   請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。

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