JP7053731B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に係り、更に詳しくは、オープンセンタ型の方向制御弁を用いて油圧アクチュエータの駆動を制御する作業機械に関する。

油圧ショベルやホイールローダ、クレーン等の作業機械では、原動機によって駆動される油圧ポンプが吐出した圧油を油圧アクチュエータに供給する構成が一般的である。油圧アクチュエータの駆動は、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁によって制御される。

方向制御弁の種類の１つとして、オープンセンタ型のものがある。この方向制御弁は、油圧ポンプからの圧油を油圧アクチェータに導くメータイン通路および当該圧油を作動油タンクに戻すブリードオフ通路を有しており、両通路の開口面積が変化するものである。油圧アクチュエータに対する操作が行われない場合、ブリードオフ通路の開口面積が最大となる一方、メータイン通路が閉止状態となる。これにより、油圧ポンプから吐出される圧油の全量が方向制御弁のブリードオフ通路を介して作動油タンクに流れ込む。それに対して、油圧アクチュエータに対する操作が行われると、当該操作の操作量に応じて、ブリードオフ通路の開口面積が減少する一方、メータイン通路の開口面積が増加する。これにより、油圧ポンプから吐出された圧油の一部あるいは全量が方向制御弁のメータイン通路を介して油圧アクチュエータに流れ込む。

オープンセンタ型の方向制御弁は、両通路の開口面積の大きさが弁体であるスプールの移動量（ストローク）によって定まる構造となっており、当該スプールの移動量（スプールストローク）が操作装置の操作に応じて調整されるように構成されている。オペレータは、操作装置を操作することで方向制御弁を介して油圧アクチュエータの位置や速度などの動作を制御し、掘削や整地などの各種作業を行うことが可能となっている。

正確な作業が要求される場合、オペレータは操作量の小さい操作を行うので、方向制御弁のスプールストロークが小さくなる。このような操作領域では、油圧アクチュエータに流入する圧油の流量が操作量に対して急激に変化しないように、メータイン通路の開口面積に対してブリードオフ通路の開口面積が大きくなっている。これにより、油圧アクチュエータの始動時のショックが少なく、油圧アクチュエータが滑らかに動作し、油圧アクチュエータの速度調整が行いやすくなっている。

一方、油圧アクチュエータを高速に動作させたい場合、オペレータは操作量の大きい操作を行うので、その分、方向制御弁のスプールストロークが大きくなる。このような操作領域では、油圧ポンプからの圧油が多量に油圧アクチュエータへ流入するように、ブリードオフ通路の開口面積が小さくなる一方、メータイン通路の開口面積が相対的に大きくなっている。

方向制御弁のブリードオフ通路を介して作動油タンクに戻る圧油は、エネルギ的に損失（ブリードオフ損失）となるので、省エネルギの観点から少ない方が望ましい。そこで、作業機械の操作に対する違和感の発生を抑えつつ省エネルギを実現できる技術が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載の作業機械では、オープンセンタ型のアクチュエータ流量制御弁（方向制御弁）をタンクに接続するブリードオフ管路にブリードオフ流量制御弁が配置されており、ブリードオフ流量制御弁の開度が操作装置の操作量に応じて制御されている。操作装置の操作量が小さいときには、ブリードオフ流量制御弁の開度（ブリードオフ開口面積）が大きく、それに伴いブリードオフ流量が大きくなる。操作量が大きくなるにつれて、ブリードオフ流量制御弁の開度が小さくなり、それに伴いブリードオフ流量が小さくなる。

国際公開第２０１４／０６１７４１号

ところで、最近の作業機械では、各油圧アクチュエータの駆動を制御する方向制御弁のスプールストロークと各通路の開口面積との関係性を変更することで、操作性を損なわない範囲でエネルギ消費の改善を図っている。特に、ブリードオフ損失の割合が大きくなる操作量の小さい領域において、当該関係性を変更することでエネルギ消費の改善を図っている。具体的には、スプールストロークが小さいときのブリードオフ通路の開口面積がより小さいスプールを採用するようになってきている。つまり、ブリードオフ通路の開口面積が０に近い領域を、従来のスプールストロークが大きい領域（フル操作の領域）だけから、それよりも小さな領域（ハーフ操作の領域）まで拡張させている。その結果、ブリードオフ損失は、フル操作の領域だけでなく、ハーフ操作の領域でも抑制されている。

しかし、このような方向制御弁のスプール構造（スプールストロークと各通路の開口面積との関係性）の改良によるブリードオフ損失の低減は限界に達している。なぜなら、前述したように、スプールストロークが小さい領域（微操作の領域）では、油圧アクチュエータの起動時や微速時の操作性を確保するため、比較的大きなブリードオフ通路の開口面積が必要となる。そのため、当該領域において、ブリードオフ通路の開口面積をさらに小さくするのは難しい。

そこで、方向制御弁のスプール構造の改良ではなく、特許文献１に記載のブリードオフ流量制御弁を用いることでブリードオフ損失を低減することが可能かを検討する。しかし、特許文献１に記載の技術では、ブリードオフ流量制御弁の開度（ブリードオフ開口面積）を操作レバーの操作量に応じて制御するので、ブリードオフ流量が当該操作量に応じて決まってしまう。そのため、油圧アクチュエータに対する微操作が継続されているときに、油圧アクチュエータの起動時だけでなく、起動後の動作中であっても、ブリードオフ流量が常に大きくなってしまう。すなわち、特許文献１に記載の技術を用いても、微操作時におけるエネルギ消費（ブリードオフ損失）の低減効果は少ないと想定される。

本発明は、上記の事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、油圧アクチュエータに対する微操作時における操作性と省エネルギを両立させることができる作業機械を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、一方側が前記油圧ポンプの吐出側に接続されると共に、他方側が作動油タンクに接続されたセンタバイパスラインと、前記センタバイパスライン上に配置され、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するオープンセンタ型の方向制御弁と、前記センタバイパスライン上における前記方向制御弁と前記作動油タンクとの間に配置されたセンタバイパスカット弁と、前記センタバイパスカット弁の開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記油圧アクチュエータに対する操作が微操作の領域を示す所定の範囲内にある微操作の状態であって且つ当該微操作の状態が所定の期間を超えて継続されている場合には、前記センタバイパスカット弁の開度を絞り、当該微操作の状態が前記所定の期間を超える前までは、前記センタバイパスカット弁を全開にする。

本発明によれば、油圧アクチュエータに対する微操作の初期時にはセンタバイパスカット弁によるブリードオフ流量の絞りを実行しないので、油圧アクチュエータの操作性が損なわれることがなく、且つ、当該微操作が所定期間経過した後にセンタバイパスカット弁の開度を絞ることでブリードオフ流量を減らすので、省エネルギを図ることができる。すなわち、油圧アクチュエータに対する微操作時における操作性と省エネルギを両立させることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの要部構成を示す回路図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する方向制御弁のスプールストロークに対するブリードオフ開口面積及びメータイン開口面積の変化を示す特性図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの各構成のフル操作時の経時的挙動の一例を示す図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの各構成の微操作時の経時的挙動の一例を示す図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。 本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例における油圧システムの各構成の微操作時の経時的挙動の一例を示す図である。 本発明の作業機械の第２の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。

以下、本発明の作業機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の作業機械の第１の実施の形態としての油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。ここでは、油圧ショベルの運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。

図１において、作業機械としての油圧ショベルは、掘削作業等を行うための多関節型のフロント作業装置１と、フロント作業装置１が取り付けられた機体２とで構成されている。機体２は、自走可能な下部走行体３と、下部走行体３上に旋回可能に搭載された上部旋回体４とで構成されている。

フロント作業装置１は、上部旋回体４の前部に俯仰動可能に設けられている。フロント作業装置１は、例えば、ブーム６、アーム７、作業具としてのバケット８とで構成されている。ブーム６の基端側は、上部旋回体４の前部に回動可能に支持されている。ブーム６の先端部には、アーム７の基端部が回動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケット８の基端部が回動可能に取り付けられている。ブーム６、アーム７、バケット８はそれぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１によって駆動される。

下部走行体３は、左右にクローラ式の走行装置１３を備えている。左右の走行装置１３はそれぞれ、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１３ａ（一方のみを図示）によって駆動する。

上部旋回体４は、油圧アクチュエータである旋回油圧モータ（図示せず）によって下部走行体３に対して旋回する。上部旋回体４は、支持構造体としての旋回フレーム（図示せず）上の前部左側に設置されたキャブ１５と、旋回フレームの後端部に設けられたカウンタウェイト１６と、キャブ１５とカウンタウェイト１６の間に設けられた機械室１７とを含んで構成されている。キャブ１５内には、オペレータが着座する運転席（図示せず）や後述の操作装置４１、４２、エンジンコントロールダイヤル４３（後述の図２参照）などが配置されている。カウンタウェイト１６は、フロント作業装置１との重量バランスを調整するものである。機械室１７は、後述のエンジン２１や油圧ポンプ２２（後述の図２参照）などの各種機器を収容している。

ブーム６、アーム７、バケット８、および上部旋回体の動作は、操作レバー装置（図示せず）からの操作信号よって指示される。下部走行体の動作は、操作ペダル装置（図示せず）の操作信号よって指示される。

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの要部構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの要部構成を示す回路図である。図３は本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する方向制御弁のスプールストロークに対するブリードオフ開口面積及びメータイン開口面積の変化を示す特性図である。

図２に示す油圧システム２０は、原動機としてのエンジン２１によって駆動される油圧ポンプ２２と、油圧ポンプ２２が吐出する圧油によって駆動する第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４と、油圧ポンプ２２から第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４にそれぞれ供給される圧油の流れ（方向及び流量）を制御するオープンセンタ型の第１方向制御弁２５及び第２方向制御弁２６とを備えている。なお、図２は、２つの油圧アクチュエータを駆動するための回路部分を代表的に抜き出して示したものである。図２では示されていない他の複数の油圧アクチュエータを駆動する回路部分も、図２に示す回路部分と同様に構成する。

エンジン２１は、油圧ポンプの回転軸に機械的に連結されている。エンジン２１は、燃料を噴射する噴射装置２１ａを有している。エンジン２１の回転数は、後述のエンジンコントローラ５８が噴射装置２１ａの燃料噴射量を調整することにより制御される。

油圧ポンプ２２は、可変容量型のポンプであり、斜板又は斜軸を含む可変容量機構を備えている。油圧ポンプ２２は、可変容量機構の斜板又は斜軸の傾転を制御することでポンプ容積を調整するレギュレータ２２ａを備えている。レギュレータ２２ａは、後述の機体コントローラ６０からの指令信号に基づきポンプ容積を調整する。油圧ポンプ２２は、吐出管路２７を介して第１方向制御弁２５及び第２方向制御弁２６に接続されている。

第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４は、前述したブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、左右の走行油圧モータ１３ａ（共に図１参照）、旋回油圧モータのいずれかによって構成されている。図２では、例示的に油圧シリンダが図示されている。

オープンセンタ型の第１方向制御弁２５と第２方向制御弁２６は、油圧ポンプ２２から吐出された圧油を作動油タンク２８に導くセンタバイパスライン２９上に、油圧ポンプ２２側から作動油タンク２８側に向かって順に配置されている。センタバイパスライン２９は、第１方向制御弁２５および第２方向制御弁２６の中立位置を貫通するように延在しており、上流側の第１方向制御弁２５と下流側の第２方向制御弁２６をタンデムに接続している。センタバイパスライン２９は、一端側（上流側）が油圧ポンプの吐出側である吐出管路２７に接続されると共に、他端側（下流側）が作動油タンク２８に接続されている。第１方向制御弁２５と第２方向制御弁２６は、例えば、圧油供給ライン３０を介して油圧ポンプ２２に対してパラレルに接続されている。

第１方向制御弁２５及び第２方向制御弁２６はそれぞれ、油圧パイロット操作式の弁であり、付加される操作パイロット圧の大きさに応じて移動するスプールを有している。各方向制御弁２５、２６のスプールには、メータイン通路２５ａ、２６ａと、ブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂと、メータアウト通路（不図示）とが設けられている。各方向制御弁２５、２６のメータイン通路２５ａ、２６ａは、吐出管路２７を各油圧アクチュエータ２３、２４のメータイン側に連通させるための通路である。各方向制御弁２５、２６のメータイン通路２５ａ、２６ａの開口面積をメータイン開口面積と称する。各方向制御弁２５、２６のブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂは、吐出管路２７をセンタバイパスライン２９に連通させるための通路である。各方向制御弁２５、２６のブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂの開口面積をブリードオフ開口面積と称する。各方向制御弁２５、２６のメータアウト通路は、各油圧アクチュエータ２３、２４のメータアウト側を作動油タンク２８に連通させるための通路である。各方向制御弁２５、２６のメータアウト通路の開口面積をメータアウト開口面積と称する。各方向制御弁２５、２６では、スプールが移動することで、メータイン開口面積、ブリードオフ開口面積、メータアウト開口面積の３つの開口面積の割合が変化する。各方向制御弁２５、２６は、スプールストロークに応じて上記３つの開口面積の割合が変化することで、油圧ポンプ２２の吐出流量を各油圧アクチュエータ２３、２４と作動油タンク２８とに分配し、各油圧アクチュエータ２３、２４の駆動（方向、位置、速度など）を調整するものである。すなわち、各方向制御弁２５、２６のメータイン通路２５ａ、２６ａを通過した圧油の流量に比例した速度で各油圧アクチュエータ２３、２４が駆動する。各方向制御弁２５、２６のブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂを通過した圧油は、各油圧アクチュエータ２３、２４に供給されずに作動油タンク２８に戻される。

第１方向制御弁２５および第２方向制御弁２６はそれぞれ、第１操作装置４１および第２操作装置４２によって操作される。第１操作装置４１および第２操作装置４２はそれぞれ、オペレータの操作を介して第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４の動作を指示するものであり、例えば、オペレータが操作する操作レバー４１ａ、４２ａを有している。第１操作装置４１および第２操作装置４２は、例えば、圧力源（図示しないパイロットポンプ）の油圧を減圧して操作量に応じた操作パイロット圧を生成する減圧弁として機能するように構成されている。各操作装置により生成された操作量に応じた操作パイロット圧が各方向制御弁２５、２６のスプールに作用することで、操作パイロット圧の大きさに応じた各方向制御弁２５、２６のスプールストロークが生じる。

各方向制御弁２５、２６のスプールストロークに対するメータイン開口面積及びブリードオフ開口面積の関係は、例えば、図３に示した特性図のとおりである。図３中、横軸Ｓは方向制御弁２５、２６のスプールストロークを、縦軸Ａは方向制御弁２５、２６のメータイン開口面積及びブリードオフ開口面積を示している。

操作レバー４１ａ、４２ａが中立である場合、すなわち操作レバー４１ａ、４２ａの操作量が０である場合、方向制御弁２５、２６のスプールストロークが０（スプールが中立位置）である。このとき、方向制御弁２５、２６のブリードオフ開口面積は最大（ブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂは全開）である一方、メータイン開口面積は０（メータイン通路２５ａ、２６ａは全閉）である。このため、方向制御弁２５、２６に対応する各油圧アクチュエータ２３、２４は駆動しない。

操作レバー４１ａ、４２ａの操作量が小さい領域では、スプールストロークも操作量に応じて小さい。スプールストローク（操作量）に応じて、ブリードオフ開口面積が減少する一方、メータイン開口面積が増加する。これにより、油圧ポンプ２２からの圧油の一部が方向制御弁２５、２６のメータイン通路２５ａ、２６ａを介して各油圧アクチュエータ２３、２４に流入する一方、残りの圧油がブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂを介して作動油タンク２８に戻る。

操作レバー４１ａ、４２ａの操作量が最大である場合（フル操作の場合）、最大の操作量に応じてスプールストロークが最大となる。このとき、ブリードオフ開口面積は０（ブリードオフ通路２５ｂ、２６ｂは全閉）である一方、メータイン開口面積は最大である。これにより、油圧ポンプ２２からの圧油の全量がメータイン通路２５ａ、２６ａを介して各油圧アクチュエータ２３、２４に流入する一方、作動油タンク２８に戻る圧油の流量が０となる。

センタバイパスライン２９における最下流の第２方向制御弁２６と作動油タンク２８との間には、センタバイパスカット弁（以下、ＣＢカット弁という）３１が設けられている。ＣＢカット弁３１は、開口面積を連続的に変更可能にものであり、例えば、比例電磁弁によって構成されている。ＣＢカット弁３１は、機体コントローラ６０の制御指令によって開度（開口面積）が制御される。センタバイパスカット弁は、第１方向制御弁２５および第２方向制御弁２６と共に、油圧ポンプ２２から作動油タンク２８へセンタバイパスライン２９を介して流れる圧油の流量、いわゆるブリードオフ流量を調整するものである。

第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４にはそれぞれ、第１ストロークセンサ５１及び第２ストロークセンサ５２が設けられている。第１ストロークセンサ５１及び第２ストロークセンサ５２はそれぞれ、第１油圧アクチュエータ２３のストローク及び第２油圧アクチュエータ２４のストロークを検出するものであり、検出した第１油圧アクチュエータ２３のストローク及び第２油圧アクチュエータ２４のストロークに応じた検出信号を機体コントローラ６０へ出力する。

第１操作装置４１および第２操作装置４２が生成する操作パイロット圧はそれぞれ、第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４によって検出されている。第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４は、検出した操作パイロット圧に応じた検出信号を機体コントローラ６０へ出力する。第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４はそれぞれ、第１操作装置４１及び第２操作装置４２の操作量を検出する操作量検出器として機能するものである。吐出管路２７には、油圧ポンプ２２の吐出圧を検出する第３圧力センサ５５が設けられている。第３圧力センサ５５は、検出した吐出圧に応じた検出信号を機体コントローラ６０へ出力する。

エンジン２１には、エンジン２１の実回転数を検出する回転数センサ５６が設けられている。回転数センサ５６は、検出した実回転数に応じた検出信号をエンジンコントローラ５８へ出力する。

エンジンコントローラ５８は、機体コントローラ６０と相互に通信可能に構成されている。エンジンコントローラ５８は、機体コントローラ６０からエンジン２１の目標回転数を受信する一方、回転数センサ５６から入力されたエンジン２１の実回転数を機体コントローラ６０へ送信する。エンジンコントローラ５８は、回転数センサ５６が検出するエンジン２１の実回転数が機体コントローラ６０からの目標回転数に一致するような燃料噴射量の指令値を演算し、演算結果の指令値を噴射装置２１ａへ出力する。

機体コントローラ６０には、エンジンコントロールダイヤル（以下、ＥＣダイヤルという）４３が電気的に接続されている。ＥＣダイヤル４３は、オペレータの操作に応じてエンジン２１の設定回転数を指示するものであり、設定回転数の指示信号を機体コントローラ６０へ出力する。

機体コントローラ６０は、ＥＣダイヤル４３からの設定回転数や各操作装置４１、４２の操作などに基づきエンジン２１の目標回転数を決定し、決定した目標回転数をエンジンコントローラ５８へ出力する。すなわち、機体コントローラ６０は、エンジンコントローラ５８を介してエンジン２１の回転数を制御する。また、機体コントローラ６０は、第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４に対する操作の状態に応じて、ＣＢカット弁３１の開度（開口面積）を制御すると共に、油圧ポンプ２２のポンプ容量（吐出流量）も制御する。

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成する機体コントローラのハード構成および機能構成について図４を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。

機体コントローラ６０によるＣＢカット弁３１の開度（開口面積）の制御および油圧ポンプ２２のポンプ容量（吐出流量）の制御は、次の観点に基づくものである。

作業機械では、近年、オープンセンタ型の方向制御弁のスプール構造（スプールストロークに対するブリードオフ開口面積の関係性）の改良によるブリードオフ損失の低減が限界に達している。なぜなら、スプールストロークが小さい微操作の領域（操作装置の操作量が小さい操作領域）では、油圧アクチュエータの起動時や微速時の操作性を確保するため、比較的大きなブリードオフ開口面積が必要となる。そのため、微操作の領域において、ブリードオフ開口面積をさらに小さくすることは難しいので、ブリードオフ損失の低減を更に図ることはできない。

そこで先ず、油圧アクチュエータに対する微操作が行われたときの期間を、油圧アクチュエータの駆動状態が静止状態から始動状態へと移行して不安定な状態である過渡期の第１期間と、油圧アクチュエータの駆動状態が滑らかな動きになっている安定した状態である第１期間の経過後の第２期間とに分けることを考える。第１期間では、油圧アクチュエータの起動時のショックやスティックスリップなどをはじめとする操作性に悪影響を与える要素を考慮する必要性がある。そのため、操作性を重要視して相対的に大きなブリードオフ流量が求められる。それに対して、第２期間では、油圧アクチュエータが既に動き出して安定した駆動状態に達しており、上記の操作性に悪影響を与える要素の影響が軽減された状態となっている。したがって、相対的に大きなブリードオフ流量は、必ずしも必要ではない。

機体コントローラ６０のＣＢカット弁３１に対する制御は、上述の考え方を取り入れたものである。概略すると、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作のときの第２期間においては、ＣＢカット弁３１の開度（開口面積）を絞る（減少させる）ことで、ブリードオフ流量を減少させる。これにより、ブリードオフ損失を低減することができる。一方、当該微操作のときの第１期間においては、ＣＢカット弁３１の開度（開口面積）を絞らずに全開にすることで、ブリードオフ流量を従来通りに維持する。これにより、操作性の低下を防ぐことができる。

具体的には、図４において、機体コントローラ６０のハード構成として、例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置６１と、ＣＰＵやＭＰＵ等からなる処理装置６２とを備えている。記憶装置６１には、ＣＢカット弁３１の制御および油圧ポンプ２２の制御に必要なプラグラムを含む各種情報が予め記憶されている。処理装置６２は、記憶装置６１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで以下の機能を含む各種機能を実現する。

機体コントローラ６０は、処理装置６２により実行される機能として、微操作期間判定部７１、カット弁制御部７２、ポンプ容量制御部７３を備えている。

微操作期間判定部７１は、第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４に対する操作が微操作の領域を示す所定の範囲内にある微操作の状態であって、且つ、当該微操作の状態が所定の期間を超えて継続されているか否かを判定するものである。当該判定は、第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４の両油圧アクチュエータのうち、相対的に大きな操作が行われている油圧アクチュエータを対象とし、相対的に小さな操作が行われている油圧アクチュエータについては考慮しない。微操作の所定期間は、前述した第１期間に相当するものであり、第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４が微操作の開始によって静止状態から始動状態へと移行して不安定な駆動状態である過渡期を想定したものである。一方、微操作が所定期間を超えて継続している期間は、前述した第２期間に相当するものであり、第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４が始動後に滑らかに駆動して安定した駆動状態である期間を想定したものである。

具体的には、先ず、微操作期間判定部７１は、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるか否かを判定する。例えば、第１操作装置４１または第２操作装置４２の操作量が微操作の領域を示す所定の範囲内にあるか否かによって判定する。詳細には、微操作期間判定部７１は、例えば、第１圧力センサ５３または第２圧力センサ５４の検出した第１操作装置４１の操作パイロット圧Ｐ１または第２操作装置４２の操作パイロット圧Ｐ２（第１操作装置４１または第２操作装置４２の操作量）が微操作の領域を示す所定の範囲内にあるか否かを判定する。当該判定は、第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４が検出した操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２（第１操作装置４１及び第２操作装置４２の操作量）のうち、操作パイロット圧（操作量）の検出値が相対的に大きい方を用いて行う。微操作の領域を示す所定の範囲は、例えば、予め設定された第１閾値Ｐｔ１よりも大きく、且つ、予め設定された第２閾値Ｐｔ２（Ｐｔ２＞Ｐｔ１）未満の範囲である。第１閾値Ｐｔ１および第２閾値Ｐｔ２は、予め記憶装置６１に記憶されており、例えば、それぞれ０．５［ＭＰａ］および２．５［ＭＰａ］である。第１閾値Ｐｔ１は、操作装置４１、４２の操作が行われても油圧アクチュエータ２３、２４の駆動が生じない不感帯の領域を除外するために設定された値である。第２閾値Ｐｔ２は、微操作の領域の上限を規定する操作パイロット圧（操作量）であり、例えば、操作装置４１、４２の操作パイロット圧（操作量）が最大であるフル操作のときの約４０％～５０％に相当する値である。

さらに、微操作期間判定部７１は、第１操作装置４１または第２操作装置４２の操作（操作量）が微操作の領域を示す所定の範囲内にある微操作の状態であると判定した場合、当該微操作の状態が継続する経過時間ｔを計測し、計測している経過時間ｔが所定期間（時間閾値Ｔ０）を超えたか否かを判定する。時間閾値Ｔ０は、予め記憶装置６１に記憶されており、例えば、２秒である。微操作期間判定部７１は、微操作の経過時間（継続時間）ｔが時間閾値Ｔ０を超えているか否かの判定結果を、カット弁制御部７２およびポンプ制御部に出力する。

カット弁制御部７２は、微操作期間判定部７１の判定結果に応じてＣＢカット弁３１の開度（開口面積）を制御するものである。具体的には、カット弁制御部７２は、微操作期間判定部７１の判定結果がＮＯの場合には、ＣＢカット弁３１を全開にする弁制御指令をＣＢカット弁３１へ出力する。一方、微操作期間判定部７１の判定結果がＹＥＳの場合には、ＣＢカット弁３１の開度（開口面積）を時間経過と共に徐々に絞り（減少させ）最終的にＣＢカット弁３１を全閉させるような弁制御指令をＣＢカット弁３１へ出力する。ＣＢカット弁３１の開口面積の減少率は、ＣＢカット弁３１の全閉によるブリードオフ流量の急激な減少による油圧アクチュエータ２３、２４の微操作時の操作性の低下を防止する観点から設定される。

ポンプ容量制御部７３は、微操作期間判定部７１の判定結果に応じて油圧ポンプ２２のポンプ容量を制御するものである。具体的には、ポンプ容量制御部７３は、例えば、操作パイロット圧に対する基準ポンプ容積のテーブルを予め格納しておき、第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４がそれぞれ検出した第１操作装置４１及び第２操作装置４２の操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２に対応する基準ポンプ容積を当該テーブルに従って演算する。微操作期間判定部７１の判定結果がＮＯの場合には、ポンプ容量制御部７３は、演算結果の基準ポンプ容積を目標ポンプ容積とするポンプ制御指令をレギュレータ２２ａへ出力する。

一方、微操作期間判定部７１の判定結果がＹＥＳの場合、ポンプ容量制御部７３は、カット弁制御部７２によるＣＢカット弁３１の開口面積の減少に応じてポンプ容積の減少させるための補正容積を演算する。さらに、演算結果の基準ポンプ容積を演算結果の補正容積に基づき徐々に減らすような目標ポンプ容積を設定し、設定した目標ポンプ容積のポンプ制御指令をレギュレータ２２ａへ出力する。

具体的には、ポンプ容量制御部７３は、以下の関係式（１）及び（２）からＣＢカット弁３１が全開時のブリードオフ流量Ｑを演算する。
Ｑ＝Ｃ×Ａｓ×√（２×Ｐ／ρ） … （１）
Ａｓ＝Ａｂ１×Ａｂ２／√（Ａｂ１＾２＋Ａｂ２＾２） … （２）
ただし、Ａｂ１は第１方向制御弁２５のブリードオフ開口面積、Ａｂ２は第２方向制御弁２６のブリードオフ開口面積、Ａｓはセンタバイパスライン２９に直列に接続された第１方向制御弁２５と第２方向制御弁２６の両ブリードオフ開口面積の合成開口面積、Ｃは流量係数、Ｐは油圧ポンプ２２の吐出圧、ρは流体の密度を示している。第１方向制御弁２５及び第２方向制御弁２６のブリードオフ開口面積Ａｂ１、Ａｂ２はそれぞれ第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４が検出した検出値（操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２）に基づき推定可能である。油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐは第３圧力センサ５５が検出した検出値Ｐ３を用いることが可能である。流量係数Ｃおよび流体の密度ρは予め設定された定数である。

次に、ポンプ容量制御部７３は、演算結果のブリードオフ流量Ｑを回転数センサ５６が検出したエンジン２１の実回転数Ｎを基に算出される油圧ポンプ２２の回転数によって除算することで補正容積を演算する。ブリードオフ流量ＱはＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換によって減少するブリードオフ流量に相当し、演算結果の補正容積はＣＢカット弁３１の全閉への切換時に不要となるポンプ容積に相当するものである。ポンプ容量制御部７３は、カット弁制御部７２により設定されているＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換時間の間に演算結果の補正容積の分だけ基準ポンプ容積を減少させるような目標ポンプ容積を設定する。すなわち、ポンプ容量制御部７３は、ＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換制御に応じて減少するブリードオフ流量Ｑの分、ポンプ流量を減少させるものである。ポンプ容量制御部７３は、特に、カット弁制御部７２がＣＢカット弁３１の開口面積を徐々に減少させることに連動させて油圧ポンプ２２のポンプ容積を徐々に減少させる。

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成する機体コントローラのＣＢカット弁３１及び油圧ポンプ２２に対する制御手順について図５を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。

図５に示す機体コントローラ６０のＣＢカット弁３１及び油圧ポンプ２２に対する制御（スタートからリターンまでのステップ）は、例えば、所定の制御周期Δｔで繰り返し実行される。当該制御処理は、例えば、図示しない油圧ショベルの起動を指示するキースイッチのＯＮ操作により開始される。

まず、機体コントローラ６０（微操作期間判定部７１）は、経過時間ｔが０（ｔ＝０）であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。経過時間ｔは、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作が開始されてからの経過時間である。微操作の有無は、後述するステップＳ３０にて判定する。経過時間ｔ≠０は、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であることを意味している。一方、経過時間ｔ＝０は、操作が行われていない状態又は操作が微操作の領域を超えている状態を意味している。制御周期の初期の経過時間ｔは０に設定されている。

ステップＳ１０においてＹＥＳ（経過時間ｔ＝０）と判定した場合には、機体コントローラ６０（カット弁制御部７２）がＣＢカット弁３１を全開にする弁制御指令をＣＢカット弁３１へ出力し（ステップＳ２０）、ステップＳ３０へ進む。これにより、ＣＢカット弁３１は、全開状態に切り換わるか又は全開状態を維持する。一方、ステップＳ１０においてＮＯ（経過時間ｔ≠０）と判定した場合には、機体コントローラ６０は、ステップＳ２０を実行することなくステップＳ３０に進む。

次に、機体コントローラ６０（微操作期間判定部７１）は、第１操作装置４１または第２操作装置４２の操作（操作量）が微操作の領域を示す所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０）。具体的には、第１圧力センサ５３または第２圧力センサ５４が検出した第１操作装置４１または第２操作装置４２の操作パイロット圧が第１閾値Ｐｔ１よりも大きく且つ第２閾値Ｐｔ２未満の範囲内にあるか否かを判定する。なお、当該判定は、第１圧力センサ５３及び第２圧力センサ５４が検出した操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２（第１操作装置４１及び第２操作装置４２の操作量）のうち、検出値が相対的に大きい方を用いて行う。

微操作期間判定部７１は、ステップＳ３０においてＮＯと判定したとき、すなわち、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態ではない場合、ステップＳ１００に進み、経過時間ｔを０（ｔ＝０）に設定する。ステップＳ１００の実行後、リターンによりスタートに戻り、ステップＳ１０及びＳ２０を介して再びステップＳ３０を実行する。一方、ステップＳ３０においてＹＥＳと判定したとき、すなわち、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態である場合、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、微操作期間判定部７１は、経過時間ｔの計測を開始または継続する。具体的には、経過時間ｔを１制御周期Δｔの分だけ増加させる。すなわち、１制御周期Δｔの期間中、微操作が継続されていることを意味している。

次に、微操作期間判定部７１は、経過時間ｔが時間閾値Ｔ０に到達したか否かを判定する（ステップＳ５０）。経過時間ｔの時間閾値Ｔ０への到達は、前述の微操作時の第１期間の経過に相当するものである。すなわち、微操作が行われている油圧アクチュエータ２３、２４が起動時の不安定な駆動状態を脱して安定した駆動状態へ移行したと想定している状態である。微操作期間判定部７１は、ステップＳ５０にてＹＥＳと判定した場合には、ステップ６０に進む。一方、ＮＯと判定した場合には、ステップＳ６０を実行することなくステップＳ７０へ進む。

ステップ６０では、機体コントローラ６０（ポンプ容量制御部７３）が補正容量を演算し、ステップＳ７０に進む。当該補正容量は、前述したように、ＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換により減少するブリードオフ流量Ｑに応じて不要となるポンプ流量に応じたポンプ容積である。補正容量は、前述したように、上記関係式（１）及び（２）と油圧ポンプ２２の回転数（エンジン２１の回転数Ｎ）とを基に演算することが可能である。

次に、機体コントローラ６０（微操作期間判定部７１）は、経過時間ｔが時間閾値Ｔ０を超えたか否かを判定する（ステップＳ７０）。ステップＳ７０にてＮＯと判定した場合には、リターンして再びスタートに戻り、ステップＳ１０を介して再びステップＳ３０にて操作装置４１、４２の操作パイロット圧（操作量）が微操作の領域を示す所定の範囲内にあるか（すなわち、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態か）否かを判定する。油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作が継続されている場合には、機体コントローラ６０は、ステップＳ１０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ７０を順に実行することを何度も繰り返す。経過時間ｔが時間閾値Ｔ０を超えると、ステップＳ７０にてＹＥＳと判定し、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、機体コントローラ６０（カット弁制御部７２）がＣＢカット弁３１の開口面積を１制御周期Δｔの間に所定分だけ減少させるような弁制御指令をＣＢカット弁３１へ出力する。ＣＢカット弁３１の開口面積の減少量は、ＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換を一定期間で完了させることを想定して算出される値である。すなわち、カット弁制御部７２は、操作装置４１、４２の微操作（油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作）の経過時間ｔの増加にしたがってＣＢカット弁３１の開口面積を徐々に減少させる。

次に、機体コントローラ６０（ポンプ容量制御部７３）は、前述した油圧ポンプ２２の基準ポンプ容積（第１操作装置４１及び第２操作装置４２の操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２に対応した容積）を制御周期Δｔの間に所定分だけ減少させるポンプ制御指令をレギュレータ２２ａへ出力する（ステップＳ９０）。これは、ＣＢカット弁３１の開口面積の減少に連動させて油圧ポンプ２２のポンプ容積を徐々に減少させるものである。ポンプ容積の減少量は、ＣＢカット弁３１の全開から全閉への切換期間（一定の期間）内に基準ポンプ容積がＳ６０にて演算した補正容積の分だけ減少するように設定される値である。ステップＳ９０の実行後、機体コントローラ６０はリターンしてスタートに戻る。

操作装置４１、４２の微操作（油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作）が所定の期間（時間閾値Ｔ０）を超えて継続されている場合には、機体コントローラ６０は、ステップＳ１０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ７０、Ｓ８０、Ｓ９０を順に実行することを何度も繰り返す。これにより、ＣＢカット弁３１は、全開状態から徐々に全閉状態へ切り換えられ、全閉の状態が微操作の終了時まで維持される。また、油圧ポンプ２２のポンプ流量は、ＣＢカット弁３１の全閉への切換制御に応じて徐々に減少し、最終的にＣＢカット弁３１の全開時のブリードオフ流量分を減少させた流量となり、その状態が微操作の終了時まで維持される。

本発明の作業機械の第１の実施の形態におけるフル操作時および微操作時の方向制御弁、ＣＢカット弁、油圧ポンプの挙動を図５～図７を用いて説明する。先ず、フル操作時の各機器の挙動に図５及び図６を用いて説明する。図６は本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの各構成のフル操作時の経時的挙動の一例を示す図である。

図６の最上段図は、操作装置４１、４２（図２参照）の「フル操作」が或る期間継続して行われたことを示した図である。操作装置４１、４２の操作量（操作）は、停止時の０から時間ｔｆ１にて第１閾値Ｌｔ１を超えてから第２閾値Ｌｔ２を大幅に超えた最大値（フル操作）に到達する。当該フル操作は、或る期間維持され、時間ｔｆ２を超えた時点で終了する。第１閾値Ｌｔ１は、不感帯の上限を示しており、操作パイロット圧の第１閾値Ｐｔ１に対応するものである。操作装置４１、４２の操作量が第１閾値Ｌｔ１以下の場合、操作装置４１、４２の操作が行われたとしても、油圧アクチュエータ２３、２４は駆動しない。また、第２閾値Ｌｔ２は、操作装置４１、４２の操作量に関する微操作の領域の上限を示しており、操作パイロット圧の第２閾値Ｐｔ２に対応するものである。

このとき、方向制御弁２５、２６（図２参照）は、操作装置４１、４２のフル操作に応じた生成された操作パイロット圧によってスプールが最大まで移動する。これにより、図６の中段図に示すように、方向制御弁２５、２６のブリードオフ開口面積が操作停止時の最大値から０まで減少する。当該フル操作が終了すると、スプールが中立位置に戻ることで、当該ブリードオフ開口面積が最大値に戻る。

一方、当該フル操作のとき、ＣＢカット弁３１（図２参照）は機体コントローラ６０によって全開に維持される。すなわち、図６の中段図に示すように、ＣＢカット弁３１のブリードオフ開口面積が最大値に維持される。これは、機体コントローラ６０の次の制御処理による。操作装置４１、４２のフル操作のとき、圧力センサ５３、５４が検出する操作パイロット圧は上述の第２閾値Ｐｔ２よりも大きくなる。したがって、機体コントローラ６０は、図５に示す制御処理におけるステップＳ３０にてＮＯと判定し、ステップＳ１００及びＳ１０を経てステップＳ２０にてＣＢカット弁３１を全開にする。フル操作が継続中、機体コントローラ６０はステップＳ３０、Ｓ１００、Ｓ１０、Ｓ２０を順に繰り返すので、ＣＢカット弁３１は全開に維持される。

また、油圧ポンプ２２（図２参照）のポンプ流量は、図６の最下段図に示すように、操作停止時の最小ポンプ流量から操作装置４１、４２のフル操作に応じたポンプ流量まで増加する。当該ポンプ流量はフル操作の継続中維持される。

次に、微操作時の各機器の挙動に図５及び図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の第１の実施の形態における油圧システムの各構成の微操作時の経時的挙動の一例を示す図である。

図７の上段図は、操作装置４１、４２（図２参照）の「微操作」が或る期間継続して行われたことを示した図である。操作装置４１、４２の操作量は、操作停止時の０から時間ｔｍ１にて第１閾値Ｌｔ１を超えて第２閾値Ｌｔ２未満の範囲内に維持され、時間ｔｍ４を超えた時点で終了する。操作装置４１、４２の操作量が第１閾値Ｌｔ１よりも大きく且つ第２閾値Ｌｔ２未満の範囲内である場合、当該操作装置４１、４２の操作は油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作の状態に該当する。

このとき、方向制御弁２５、２６（図２参照）は、操作装置４１、４２の微操作によって生成された操作パイロット圧に応じてスプールが移動する。これにより、図７の中段図に示すように、ブリードオフ開口面積がスプールの移動量に応じて減少する。当該微操作が終了すると、それに応じてスプールが中立位置に戻ることで、ブリードオフ開口面積が最大値に戻る。

一方、ＣＢカット弁３１（図２参照）は、図７の中段図に示すように、機体コントローラ６０によって当該微操作の経過時間に応じて開口面積が制御される。

具体的には、時間ｔｍ１から時間ｔｍ２までの期間は、ＣＢカット弁３１が操作停止時と同じく全開に維持される。微操作の開始時刻に相当する時間ｔｍ１（操作装置４１、４２の操作量が第１閾値Ｌｔ１に達した時間、すなわち、圧力センサ５３、５４が検出した操作パイロット圧が第１閾値Ｌｔ１に達したと推定される時間）から時間ｔｍ２までの当該期間は、図５に示す制御処理におけるステップＳ５０及びＳ７０における時間閾値Ｔ０に相当するものである。当該期間は、油圧アクチュエータ２３、２４の始動時の不安定な駆動状態を想定した期間である。当該期間では、油圧アクチュエータ２３、２４に圧油が急激に流入すると、オペレータが油圧アクチュエータ２３、２４の起動のショックとして感じることがある。また、摩擦により生じるスティックスリップなどが操作性に大きな影響を与える懸念がある。そこで、当該期間中、ＣＢカット弁３１を全開に維持し、相対的に大きなブリードオフ流量を確保している。当該期間では、センタバイパスライン２９上のブリードオフ開口面積は、第１方向制御弁２５のブリードオフ開口面積と第２方向制御弁２６のブリードオフ開口面積のみで決定される。

微操作が時間ｔｍ２以降も継続すると、ＣＢカット弁３１の開口面積が減少し、ＣＢカット弁３１は全開から最終的に全閉へと切り換えられる。その後、微操作が終了する時間ｔｍ４までの期間中、ＣＢカット弁３１は全閉に維持される。時間ｔｍ２以降は、微操作が行われている油圧アクチュエータ２３、２４の駆動状態が起動時の操作性の悪影響が軽減されている状態であると想定されている。そのため、ＣＢカット弁３１の開度を絞っても、油圧アクチュエータ２３、２４の操作性を損なうことなく、ブリードオフ流量を減らすことが可能である。ただし、ＣＢカット弁３１の開口面積（ブリードオフ開口面積）は、時間ｔｍ２から時間ｔｍ３までの一定期間ΔＴｃの間において徐々に減少している。これは、ＣＢカット弁３１の開口面積の減少によってブリードオフ流量の急激な変化が生じ、その結果、ショックなどの違和感が生じることを防止するためである。

これは、機体コントローラ６０の次の制御処理による。機体コントローラ６０は、図５に示す制御処理におけるステップＳ３０にてＹＥＳと判定し、ステップＳ７０にてＹＥＳと判定し、ステップＳ８０にてＣＢカット弁３１の開口面積を減少させる弁指令をＣＢカット弁３１へ出力する。機体コントローラ６０は、これらのステップＳ３０、Ｓ７０、Ｓ８０を制御周期ごとに何度も繰り返すことで、ＣＢカット弁３１の開口面積の減少制御を実行する。

このように、微操作の期間が時間ｔｍ２から時間ｔｍ４までの間は、ＣＢカット弁３１のブリードオフ開口面積が小さくなるので、その分、ブリードオフ流量が減少する。したがって、時間ｔｍ２から時間ｔｍ４までの期間は、ブリードオフ損失が減少するので、時間ｔｍ１から時間ｔｍ２までの期間に比べ、省エネルギを図ることができる。また、時間ｔｍ２から時間ｔｍ３までの一定期間ΔＴｃにおけるＣＢカット弁３１の全閉への切換の際に、ＣＢカット弁３１の開度を徐々に絞るので、ＣＢカット弁３１の絞りによるブリードオフ流量の急激な減少を防止している。すなわち、ＣＢカット弁３１の絞りによってブリードオフ流量を減らす際に、油圧アクチュエータ２３、２４の操作性を損なうことがない。

ただし、ＣＢカット弁３１の全閉によりブリードオフ流量が減少すると、その分、油圧ポンプ２２からの吐出流量が油圧アクチュエータ２３、２４へ流入することになる。この場合、操作装置４１、４２の操作量が同じであっても、油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度が増加してしまう。そのため、ＣＢカット弁３１の絞り制御中に油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度を同じに保つためには、オペレータがＣＢカット弁３１の操作量を変更して調整する必要がある。

そこで、油圧ポンプ２２（図２参照）のポンプ流量は、図７の下段図に示すように、ＣＢカット弁３１の開口面積の減少に応じて減少するように制御されている。具体的には、時間ｔｍ２から時間ｔｍ３までの一定期間ΔＴｃにおいて、ポンプ流量は、操作装置４１、４２の微操作に応じた流量からＣＢカット弁３１の開口面積の減少に連動して減少している。その後の微操作が終了する時間ｔｍ４までの期間中、ポンプ流量は、ＣＢカット弁３１の全閉により減少したブリードオフ流量Ｑ（上記の関係式（１）の算出値）分を、微操作に応じた流量から減算した流量に維持されている。

これは、機体コントローラ６０の次の制御処理による。機体コントローラ６０は、図５に示す制御処理におけるステップＳ３０にてＹＥＳと判定し、ステップＳ７０にてＹＥＳと判定し、ステップＳ９０にて油圧ポンプ２２のポンプ容積を徐々に減少させるポンプ制御指令をレギュレータ２２ａへ出力する。なお、ポンプ容積の減少量は、ステップＳ６０にて演算した補正容積を基に算出した値である。機体コントローラ６０は、これらのステップＳ３０、Ｓ７０、Ｓ８０を制御周期ごとに何度も繰り返すことで、油圧ポンプ２２のポンプ容積の減少制御を実行する。

このように、ＣＢカット弁３１の絞り制御と同じタイミングで、ＣＢカット弁３１の絞りによって生じるブリードオフ流量の減少分だけ油圧ポンプ２２のポンプ容量を減少させている。このため、微操作時に操作装置４１、４２の操作量を変更することなく油圧アクチュエータ２３、２４の速度を略一定に保つことができる。すなわち、微操作において省エネルギを図る際に、操作性の低下を防止することができる。

上述したように、本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、エンジン２１（原動機）により駆動される油圧ポンプ２２と、油圧ポンプ２２から供給される圧油により駆動される油圧アクチュエータ２３、２４と、一方側が油圧ポンプ２２の吐出側に接続されると共に他方側が作動油タンク２８に接続されたセンタバイパスライン２９と、センタバイパスライン２９上に配置され油圧ポンプ２２から油圧アクチュエータ２３、２４に供給される圧油の流れを制御するオープンセンタ型の方向制御弁２５、２６と、センタバイパスライン２９上における方向制御弁２６と作動油タンク２８との間に配置されたＣＢカット弁３１と、ＣＢカット弁３１の開度を制御する機体コントローラ６０（制御装置）とを備えている。機体コントローラ６０（制御装置）は、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の領域を示す所定の範囲内である微操作の状態であって且つ当該微操作の状態が所定の期間を超えて継続されている場合にはＣＢカット弁３１の開度を絞り、それ以外の場合にはＣＢカット弁３１を全開にする。

この構成よれば、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作の初期時にはＣＢカット弁３１によるブリードオフ流量の絞りを実行しないので、油圧アクチュエータ２３、２４の操作性が損なわれることがなく、且つ、当該微操作が所定期間経過した後にＣＢカット弁３１の開度を絞ることでブリードオフ流量を減らすので、省エネルギを図ることができる。すなわち、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作時における操作性と省エネルギを両立させることができる。

また、第１の実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、油圧アクチュエータ２３、２４を操作するための操作装置４１、４２を備えている。さらに、機体コントローラ６０（制御装置）は、操作装置４１、４２の操作パイロット圧（操作量）が所定の第１閾値Ｐｔ１よりも大きく且つ所定の第２閾値Ｐｔ２よりも小さい場合に、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であると判定する。この構成によれば、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作を新たな検出器を設置することなく操作装置４１、４２の操作パイロット圧（操作量）によって判定することができる。すなわち、微操作時のＣＢカット弁３１の制御に関する構成の複雑化を回避することができる。

また、本実施の形態においては、機体コントローラ６０（制御装置）が、ＣＢカット弁３１の開度を絞るとき、ＣＢカット弁３１が一定の期間ΔＴｃで全閉状態へ切り換わるように開度を徐々に絞る。この構成によれば、ＣＢカット弁３１の絞り制御を実行するときに、ブリードオフ流量の急激な減少を防止することができ、油圧アクチュエータ２３、２４の操作性の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態においては、ポンプ容量が可変となるように油圧ポンプ２２を構成すると共に、ＣＢカット弁３１の開度の絞りに連動させて油圧ポンプ２２のポンプ容量を減少させるように機体コントローラ６０（制御装置）を構成している。この構成によれば、ＣＢカット弁３１の絞り制御によってブリードオフ流量が減少するときに、操作装置４１、４２の操作量を変更することなく油圧アクチュエータ２３、２４の速度を略一定に保つことができる。すなわち、微操作時に省エネルギを図るときでも良好な操作性を維持することができる。

［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例について図５、図８、図９を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。図９は本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例における油圧システムの各構成の微操作時の経時的挙動の一例を示す図である。なお、図８及び図９において、図１～図７に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の作業機械の第１の実施の形態の変形例が第１の実施の形態に対して相違する点は、図８に示す機体コントローラ６０Ａの微操作期間判定部７１Ａの判定方法が異なることである。それ以外の構成は、第１の実施の形態の場合と同様である。

当該変形例に係る微操作期間判定部７１Ａは、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるか否かを判定する方法として、第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４の駆動速度が微操作の領域を示す所定の速度範囲内にあるか否かによって判定する。具体的には、例えば、微操作期間判定部７１Ａは、第１ストロークセンサ５１または第２ストロークセンサ５２が検出した第１油圧アクチュエータ２３のストロークＳ１または第２油圧アクチュエータ２４のストロークＳ２を基に得られる第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４の駆動速度が微操作の領域を示す所定の速度範囲内にあるか否かを判定する。微操作期間判定部７１Ａは、各ストロークセンサ５１、５２が検出したストロークＳ１、Ｓ２を１制御周期ごとに取り込み、直近の制御周期の間のストロークからストロークの時間変化量、すなわち、アクチュエータの駆動速度を得ることができる。当該判定は、第１ストロークセンサ５１及び第２ストロークセンサ５２が検出したストロークＳ１、Ｓ２の時間変化量（駆動速度）のうち、ストロークの時間変化量（駆動速度）の検出値が相対的に大きい方を用いて行う。微操作の領域を示す所定の速度範囲は、例えば、予め設定された第１閾値Ｖｔ１よりも大きく且つ予め設定された第２閾値Ｖｔ２（Ｖｔ２＞Ｖｔ１）未満の範囲である。第１閾値Ｖｔ１および第２閾値Ｖｔ２は、予め記憶装置６１に記憶されており、例えば、それぞれ１０［ｍｍ／ｓ］および１００［ｍｍ／ｓ］の速度である。第１閾値Ｖｔ１は、油圧アクチュエータ２３、２４の静止状態を除外するために設定された値である。第２閾値Ｖｔ２は、微操作の領域の上限を規定する油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度である。本変形例においては、第１ストロークセンサ５１及び第２ストロークセンサ５２はそれぞれ、第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４の駆動速度に関する情報を検出する検出器として機能するものである。

このような機能構成を備えた機体コントローラ６０ＡのＣＢカット弁３１及び油圧ポンプ２２に対する制御手順が第１の実施の形態に係る機体コントローラ６０の当該制御手順と相違する点は、図５に示す制御処理のうちステップＳ３０の処理が異なることである。それ以外のステップの処理は、第１の実施の形態の場合と同様である。

図５に示すステップＳ３０では、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるか否かを判定する。第１の実施の形態では、当該判定の１つの処理方法として、操作装置４１、４２の操作（操作量）が微操作の領域を示す所定の範囲内にあるか否かによって判定する方法が用いられている。詳細には、微操作期間判定部７１は、圧力センサ５３、５４が検出した操作装置４１、４２の操作パイロット圧Ｐ１、Ｐ２が第１閾値Ｐｔ１よりも大きく且つ第２閾値Ｐｔ２未満の範囲内にあるか否かを判定している。それに対して、本変形例では、当該判定の別の処理方法として、第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４の駆動速度が微操作の領域を示す所定の速度範囲内にあるか否かによって判定する方法が用いられている。詳細には、微操作期間判定部７１Ａは、第１ストロークセンサ５１または第２ストロークセンサ５２が検出した第１油圧アクチュエータ２３または第２油圧アクチュエータ２４のストロークＳ１、Ｓ２の時間変化量（駆動速度）が第１閾値Ｖｔ１よりも大きく且つ第２閾値Ｖｔ２未満の範囲内にあるか否かを判定している。なお、当該判定は、第１ストロークセンサ５１及び第２ストロークセンサ５２が検出した第１油圧アクチュエータ２３及び第２油圧アクチュエータ２４のストロークＳ１、Ｓ２の時間変化量（駆動速度）のうち、ストロークの時間変化量（駆動速度）の値が相対的に大きい方を用いて行う。

本変形例におけるＣＢカット弁３１及び油圧ポンプ２２の微操作時の挙動が第１の実施の形態の場合と相違する点は、以下のとおりである。ＣＢカット弁３１の開度（開口面積）の絞り制御の開始時期は、操作装置４１、４２（図２参照）の操作量が第１閾値Ｌｔ１に到達した時間ｔｍ１から所定の期間（時間閾値Ｔ０）を経過した時間ｔｍ２（図７の上段図及び中段図を参照）でなく、図９に示すように、油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度が第１閾値Ｖｔ１に到達した時間ｔｍ１ａから所定の期間（時間閾値Ｔ０）を経過した時間ｔｍ２ａに変更される。油圧ポンプ２２のポンプ流量の減少制御の開始時期もＣＢカット弁３１の絞り制御の開始時期の変更に応じて時間ｔｍ２ａに変更される。また、ＣＢカット弁３１の閉止の終了時期は、操作装置４１、４２の操作量が第１閾値Ｌｔ１にまで小さくなった時間ｔｍ４（図７の上段図及び中段図を参照）でなく、図９に示すように、油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度が第１閾値Ｖｔ１にまで低下した時間ｔｍ４ａに変更される。

上述した第１の実施の形態の変形例によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作の初期時にはＣＢカット弁３１によるブリードオフ流量の絞りを実行しないので、油圧アクチュエータ２３、２４の操作性が損なわれることがなく、且つ、当該微操作が所定期間経過した後にＣＢカット弁３１の開度を絞ることでブリードオフ流量を減らすので、省エネルギを図ることができる。すなわち、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作時における操作性と省エネルギを両立させることができる。

また、第１の実施の形態の変形例に係る油圧ショベル（作業機械）は、油圧アクチュエータ２３、２４のストローク（駆動速度に関する情報）を検出するストロークセンサ５１、５２（検出器）を更に備える。さらに、機体コントローラ６０Ａ（制御装置）は、ストロークセンサ５１、５２（検出器）が検出したストローク（情報）を基に得られた油圧アクチュエータ２３、２４のストロークの時間変化量（駆動速度）が所定の第１閾値Ｖｔ１よりも大きく且つ所定の第２閾値Ｖｔ２よりも小さい場合に、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であると判定する。この構成によれば、油圧アクチュエータ２３、２４の実際の駆動速度に基づき油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるかを判定しているので、油圧アクチュエータ２３、２４の不安定な駆動状態である始動時期を確実に捕捉することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の作業機械の第２の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能構成を示すブロック図である。なお、図１０において、図１～図９に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の作業機械の第２の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、図１０に示すように、油圧ショベルが制御モード選択装置４５を更に備えること、及び、機体コントローラ６０Ｂが制御モード選択装置４５の出力（指示信号）に基づきＣＢカット弁３１及び油圧ポンプ２２に対する上記制御の実行を不能とすることがあることである。それ以外の構成は、第１の実施の形態の場合と同様である。

具体的には、制御モード選択装置４５は、第１の実施の形態の機体コントローラ６０によるＣＢカット弁３１の開度の絞り制御及び油圧ポンプ２２のポンプ容積の減少制御を実行可能とする第１制御モードと当該第１制御モードの実行を不能にする第２制御モードとのいずれか一方をオペレータの操作に応じて選択するものである。制御モード選択装置４５は、例えば、キャブ１５内に設置されており、第１制御モードと第２制御モードのいずれか一方を選択するスイッチによって構成することが可能である。また、第１制御モードと第２制御モードを表示画面上のインターフェースを介して選択可能とするタッチパネルによって構成することも可能である。制御モード選択装置４５は、機体コントローラ６０Ｂに電気的に接続されており、オペレータの操作により選択された第１制御モード又は第２制御モードのいずれか一方の制御モードの実行を指示する指示信号を機体コントローラ６０Ｂへ出力する。

第１制御モードは、前述したように、微操作時における操作性と省エネルギを両立させることを目的としたものである。一方、第２制御モードは、微操作時に操作性を最重視したものである。第１制御モードでは、微操作中にＣＢカット弁３１の絞りによりブリードオフ流量を減らすので、操作性への影響が僅かながらでも生じる懸念がある。また、作業内容によっては、省エネルギの向上よりも操作性の方が重要な場合も想定される。このようなときに、オペレータの操作によって第２制御モードを選択することで、第１制御モードの実行を不能とする。

第２実施の形態に係る機体コントローラ６０Ｂは、制御モード選択装置４５からの指示信号に基づき、第１制御モード及び第２制御モードのうち選択された制御モードを実行するように構成されている。第１制御モードは、前述した第１の実施の形態の機体コントローラ６０が実行するＣＢカット弁３１の開度の制御及び油圧ポンプ２２のポンプ容量の制御と同じ制御である。一方、第２制御モードは、第１制御モードの実行を不能とし、ＣＢカット弁３１を常時全開に維持するものである。すなわち、第２制御モードの実行中、たとえ、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作が所定の期間を超えて継続されても、ＣＢカット弁３１の絞り制御を実行しない。

上述した第２の実施の形態によれば、機体コントローラ６０Ｂが第１制御モードを実行する場合には、前述した第１の実施の形態と同様に、油圧アクチュエータ２３、２４に対する微操作時における操作性と省エネルギを両立させることができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベルは、オペレータの操作に応じて第１制御モードと第２制御モードのいずれか一方を選択する制御モード選択装置４５を更に備えている。さらに、機体コントローラ６０Ｂ（制御装置）は、制御モード選択装置４５の選択に基づき、ＣＢカット弁３１の開度の絞り制御を実行可能とする第１制御モードと第１制御モードの実行を不能にしてＣＢカット弁３１を全開に維持する第２制御モードのいずれか一方を実行するように構成されている。この構成によれば、オペレータが状況に応じて制御モードを選択することで省エネと操作性の両立を図るか又は操作性を重視するかを選択することが可能となる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

例えば、上述した実施の形態においては、本発明を油圧ショベルに適用した例を示したが、本発明はオープンセンタ型の方向制御弁を備える油圧クレーンやホイールローダ等の各種の作業機械に広く適用することができる。

また、上述した実施の形態においては、第１操作装置４１及び第２操作装置４２を油圧式で構成した例を示した。しかし、第１操作装置及び第２操作装置を電気式で構成することも可能である。電気式の操作装置は、ポテンショメータなどによって操作方向および操作量を検出し、検出値に応じた電気信号を機体コントローラ６０、６０Ａ、６０Ｂへ出力する。すなわち、操作装置は、操作装置の操作量を検出する操作量検出器として機能する。この場合、第１及び第２の実施の形態に係る機体コントローラ６０、６０Ｂは、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるか否かの判定を、圧力センサ５３、５４が検出する操作パイロット圧に代えて、操作装置が検出する操作量に基づき行うように構成する。すなわち、当該判定を、操作装置が検出した操作装置の操作量が第１閾値Ｌｔ１よりも大きく且つ第２閾値Ｌｔ２未満の範囲内にあるかによって行う。

また、上述した第１の実施の形態の変形例においては、機体コントローラ６０Ａが、ストロークセンサ５１、５２が検出したストロークＳ１、Ｓ２を基に得られるストロークの時間変化量（油圧アクチュエータ２３、２４の駆動速度）に基づき、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるかを判定する構成の例を示した。しかし、フロント作業装置１を構成するブーム６やアーム７、バケット８を駆動するブームシリンダ９やアームシリンダ１０、バケットシリンダ１１などの油圧アクチュエータの駆動速度を、ストロークセンサに代えて、ブーム６やアーム７、バケット８に取り付けた角度センサが検出するフロント作業装置１の姿勢情報に基づき算出することも可能である。すなわち、機体コントローラは、角度センサが検出するフロント作業装置１の姿勢情報を基に油圧アクチュエータの駆動速度を算出し、当該駆動速度に基づき油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作の状態であるか否かを判定することが可能である。

また、上述した実施の形態においては、説明の簡略化のために、センタバイパスライン２９上でタンデムに接続される方向制御弁の数が２つである場合ついて説明した。この場合、油圧アクチュエータ２３、２４に対する操作が微操作であるかについての判定を、２つの圧力センサ５３、５４またはストロークセンサ５１、５２が検出した検出値のうち相対的に大きな値を用いて行っている。また、ブリードオフ開口面積の合成開口面積Ａｓを上記の関係式（２）により算出している。それに対して、センタバイパスライン２９上でタンデムに接続される方向制御弁の数が３つ以上である場合、当該微操作の判定は、複数のセンサが検出した複数の検出値のうち最大値を用いる。また、ブリードオフ開口面積の合成開口面積Ａｓは、関係式（２）に類似するように、各方向制御弁のブリードオフ開口面積Ａｂｎの各項を追加することで求めることができる。

２１…エンジン（原動機）、 ２２…油圧ポンプ、 ２３…第１油圧アクチュエータ（油圧アクチュエータ）、 ２４…第２油圧アクチュエータ（油圧アクチュエータ）、 ２５…第１方向制御弁（方向制御弁）、 ２６…第２方向制御弁（方向制御弁）、 ２８…作動油タンク、 ２９…センタバイパスライン、 ３１…センタバイパスカット弁、 ４１…第１操作装置（操作装置）、 ４２…第２操作装置（操作装置）、 ４５…制御モード選択装置、 ５１…第１ストロークセンサ（検出器）、 ５２…第２ストロークセンサ（検出器）、 ６０、６０Ａ、６０Ｂ…機体コントローラ（制御装置）

Claims (6)

1. 原動機により駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、
   一方側が前記油圧ポンプの吐出側に接続されると共に、他方側が作動油タンクに接続されたセンタバイパスラインと、
   前記センタバイパスライン上に配置され、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するオープンセンタ型の方向制御弁と、
   前記センタバイパスライン上における前記方向制御弁と前記作動油タンクとの間に配置されたセンタバイパスカット弁と、
   前記センタバイパスカット弁の開度を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記油圧アクチュエータに対する操作が微操作の領域を示す所定の範囲内にある微操作の状態であって且つ当該微操作の状態が所定の期間を超えて継続されている場合には、前記センタバイパスカット弁の開度を絞り、
   当該微操作の状態が前記所定の期間を超える前までは、前記センタバイパスカット弁を全開にする
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記操作装置の操作量が所定の第１閾値よりも大きく且つ所定の第２閾値よりも小さい場合に、前記油圧アクチュエータに対する操作が前記微操作の状態であると判定する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧アクチュエータの駆動速度に関する情報を検出する検出器を更に備え、
   前記制御装置は、前記検出器が検出した情報を基に得られる前記油圧アクチュエータの駆動速度が所定の第１閾値よりも大きく且つ所定の第２閾値よりも小さい場合に、前記油圧アクチュエータに対する操作が前記微操作の状態であると判定する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記センタバイパスカット弁の開度を絞るとき、前記センタバイパスカット弁が一定の期間で全閉状態へ切り換わるように開度を徐々に絞る
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧ポンプは、ポンプ容量が可変に構成されており、
   前記制御装置は、前記センタバイパスカット弁の開度の絞りに連動させて前記油圧ポンプのポンプ容量を減少させる
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項１に記載の作業機械において、
   オペレータの操作に応じて第１制御モードと第２制御モードのいずれか一方を選択する制御モード選択装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記制御モード選択装置の選択に基づき、前記センタバイパスカット弁の開度の絞り制御を実行可能とする前記第１制御モードと前記第１制御モードの実行を不能にして前記センタバイパスカット弁を全開に維持する前記第２制御モードのいずれか一方を実行する
   ことを特徴とする作業機械。

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