JP7463163B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

作業者による操作レバーの操作に応じて、油圧ポンプが吐出する作動油を油圧アクチュエータに供給して、油圧アクチュエータを動作させるショベルが知られている。また、ショベルには、油圧ポンプが吐出する作動油のうち、油圧アクチュエータを経由せずに作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するブリード弁が設けられている。

例えば、特許文献１には、操作レバーの操作量（ストローク）に対してブリード弁の開口面積が一対一に対応するスプール開口特性を有する油圧ショベルの油圧回路が開示されている。

特開２０１０－４７９８３号公報

ところで、特許文献１に開示されたショベルでは、油圧アクチュエータが加速時であるか減速時であるかに係らず、操作レバーの操作量に対してブリード弁の開口面積が一対一に対応している。このため、油圧アクチュエータの動作状況に応じて、好適な操作性が得られるショベルが求められている。

そこで、上記課題に鑑み、操作性のよいショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルは、油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプが吐出する作動油を前記油圧アクチュエータに供給可能な油路と、前記油路に設けられ、前記油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を制御する制御弁と、前記油路に設けられ、前記油圧アクチュエータを経由せずに作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するブリード弁と、前記油圧アクチュエータの操作のために用いられる操作装置と、前記ブリード弁の開口面積を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記油圧アクチュエータが加速状態であるかまたは減速状態であるかの加減速状態を判定し、判定された前記加減速状態に基づいて、前記操作装置の操作量と前記ブリード弁の開口面積との対応関係を示す前記ブリード弁の開口特性を選択し、選択された前記開口特性と前記操作装置の操作量とに基づいて、前記ブリード弁の開口面積を制御し、前記油圧アクチュエータが加速状態と判定された場合に選択される前記開口特性と、前記油圧アクチュエータが減速状態と判定された場合に選択される前記開口特性とは、異なる。

本発明の実施形態によれば、操作性のよいショベルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図 図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図 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 レバー操作量とブリード弁開口面積との関係を示す図 比例弁電流値とブリード弁開口面積との関係を示す図 ブリード弁の制御を示すフローチャート レバー操作量とアクチュエータ速度との時間的推移を示すタイムチャート 電気式操作装置を含む操作システムの構成例を示す図

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係るショベルの全体構成について説明する。図１は本発明の実施形態に係るショベル（掘削機）の側面図である。

図１に示されるように、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が旋回可能に搭載されている。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、エンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。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としての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、運転室であるキャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。

キャビン１０内には、コントローラ３０が設置されている。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機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０の各種機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。

次に、図２を参照して、図１のショベルの駆動系の構成について説明する。図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図２中、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。

図２に示されるように、ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０、比例弁３１等を含む。

エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６及び比例弁３１を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６、及びブリード弁１７７を含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、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、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。ブリード弁１７７は、メインポンプ１４が吐出する作動油のうち、油圧アクチュエータを経由せずに作動油タンクに流れる作動油の流量（以下、「ブリード流量」とする。）を制御する。ブリード弁１７７は、コントロールバルブ１７の外部に設置されていてもよい。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５からコントロールバルブ１７内のブリード弁１７７のパイロットポートに導入される二次圧を調整する電磁弁である。比例弁３１は、例えば、電流指令が大きいほど、ブリード弁１７７のパイロットポートに導入される二次圧が大きくなるように動作する。

次に、図３を参照して、ショベルに搭載される油圧回路の構成例について説明する。図３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。図３は、図２と同様に、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。

図３の油圧回路は、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから、管路４２Ｌ、４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、図２のメインポンプ１４に対応する。

管路４２Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌのそれぞれをメインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で並列に接続する高圧油圧ラインである。管路４２Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒのそれぞれをメインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で並列に接続する高圧油圧ラインである。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ａへ供給し、且つ、左側走行用油圧モータ１Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｂへ供給し、且つ、右側走行用油圧モータ１Ｂが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するためのスプール弁である。

制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

ブリード弁１７７Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油に関するブリード流量を制御するスプール弁である。ブリード弁１７７Ｒは、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油に関するブリード流量を制御するスプール弁である。ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒは図２のブリード弁１７７に対応する。

ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒは、例えば、最小開口面積（開度０％）の第１弁位置と最大開口面積（開度１００％）の第２弁位置とを有する。ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒは、第１弁位置と第２弁位置との間で無段階に移動可能である。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、図２のレギュレータ１３に対応する。コントローラ３０は、例えば、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧の増大に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角をレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒで調節して吐出量を減少させる。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

アーム操作レバー２６Ａは、操作装置２６の一例であり、アーム５を操作するために用いられる。アーム操作レバー２６Ａは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒのパイロットポートに導入させる。具体的には、アーム操作レバー２６Ａは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、アーム操作レバー２６Ａは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。

ブーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６の一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。ブーム操作レバー２６Ｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒのパイロットポートに導入させる。具体的には、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム上げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム下げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。

吐出圧センサ２８Ｌ、２８Ｒは、吐出圧センサ２８の一例であり、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９Ａ、２９Ｂは、操作圧センサ２９の一例であり、アーム操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

左右走行レバー（又はペダル）、バケット操作レバー、及び旋回操作レバー（何れも図示せず。）はそれぞれ、下部走行体１の走行、バケット６の開閉、及び、上部旋回体３の旋回を操作するための操作装置である。これらの操作装置は、アーム操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂと同様に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量（又はペダル操作量）に応じた制御圧を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁の左右何れかのパイロットポートに導入させる。これらの操作装置のそれぞれに対する操作者の操作内容は、操作圧センサ２９Ａ、２９Ｂと同様に、対応する操作圧センサによって圧力の形で検出され、検出値がコントローラ３０に対して出力される。

コントローラ３０は、操作圧センサ２９Ａ、２９Ｂ等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに対して制御指令を出力し、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を変化させる。また、必要に応じて比例弁３１Ｌ１、３１Ｒ１に対して電流指令を出力し、ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒの開口面積を変化させる。

比例弁３１Ｌ１、３１Ｒ１は、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５からブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒのパイロットポートに導入される二次圧を調整する。比例弁３１Ｌ１、３１Ｒ１は、図２の比例弁３１に対応する。

比例弁３１Ｌ１は、ブリード弁１７７Ｌを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように二次圧を調整可能である。比例弁３１Ｒ１は、ブリード弁１７７Ｒを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように二次圧を調整可能である。

次に、図３の油圧回路で採用されるネガティブコントロール制御（以下、「ネガコン制御」とする。）について説明する。

管路４２Ｌ、４２Ｒには、最も下流にあるブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒのそれぞれと作動油タンクとの間にネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒが配置されている。ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒを通過して作動油タンクに至る作動油の流れは、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒで制限される。そして、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒは、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる。ネガコン圧センサ１９Ｌ、１９Ｒは、ネガコン圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

本実施形態では、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒは、開口面積が変化する可変絞りである。ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒは、但し、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒは、固定絞りであってもよい。

コントローラ３０は、ネガコン圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。以下では、ネガコン圧とメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量との関係を「ネガコン特性」という。ネガコン特性は、例えば、参照テーブルとしてＲＯＭ等に記憶されていてもよく、所定の計算式で表現されていてもよい。コントローラ３０は、例えば、所定のネガコン特性を表すテーブルを参照し、ネガコン圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を減少させ、ネガコン圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させる。

具体的には、図３で示されるように油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒを通ってネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る。そして、ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒを通過する作動油の流れは、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を所定の許容最小吐出量まで減少させ、吐出された作動油が管路４２Ｌ、４２Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。待機状態におけるこの所定の許容最小吐出量は、ブリード流量の一例であり、以下では、「スタンバイ流量」という。

一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を通って操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そのため、ブリード弁１７７Ｌ、１７７Ｒを通ってネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒに至るブリード流量は減少し、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧は低下する。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を供給し、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、以下では、油圧アクチュエータに流れ込む作動油の流量を「アクチュエータ流量」という。この場合、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流量は、アクチュエータ流量とブリード流量の合計に相当する。

上述のような構成により、図３の油圧回路は、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。また、待機状態においては、油圧エネルギの無駄な消費を抑制できる。ブリード流量をスタンバイ流量まで低減させることができるためである。

ところで、ショベルにおいては、油圧アクチュエータ（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、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、旋回用油圧モータ２Ａ）の加速時には、メインポンプ１４（１４Ｌ、１４Ｒ）から制御弁（１７１～１７５）を介して油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力を高くすることが好ましい。油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力を高くすることで、油圧アクチュエータに供給する作動油量を増やし、好適に油圧アクチュエータを加速させることができる。一方、ショベルにおいては、油圧アクチュエータの減速時には、メインポンプ１４（１４Ｌ、１４Ｒ）から制御弁（１７１～１７５）を介して油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力を低くすることが好ましい。油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力を低くすることで、油圧アクチュエータに供給する作動油量を減らし、好適に油圧アクチュエータを減速させることができる。

そこで、本実施形態では、油圧アクチュエータの加減速状態に基づいてブリード弁１７７（１７７Ｌ、１７７Ｒ）の開口面積を制御することにより、油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力を調整する。

コントローラ３０は、加減速状態判定部３０１と、電流値生成部３０２と、記憶部３０３と、を備えている。

加減速状態判定部３０１は、油圧アクチュエータ（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、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、旋回用油圧モータ２Ａ）の加減速状態を判定する。ここで、油圧アクチュエータの加速状態とは、油圧アクチュエータに供給する作動油量を増やす状態をいう。油圧アクチュエータの減速状態とは、油圧アクチュエータに供給する作動油量を減らす状態をいう。換言すれば、操作装置２６の操作レバー（アーム操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂ等）を中立位置から離れる方向に操作している状態を加速状態とする。また、操作レバーを中立位置に戻す方向に操作している状態を減速状態とする。加減速状態判定部３０１は、操作圧センサ２９の検出値に基づいて、操作装置２６の操作レバーの操作状態を判定することで、油圧アクチュエータの加減速状態を判定する。

例えば、加減速状態判定部３０１は、所定の検出周期で、検出値（ここでは、操作圧センサ２９で検出するパイロット圧）を検出している。加減速状態判定部３０１は、検出値の現在値及び過去の検出値に基づいて、加減速状態を判定する。例えば、加減速状態判定部３０１は、検出値の現在値が、前回値よりも上昇していた場合には加速状態と判定し、前回値よりも減少していた場合には減速状態と判定してもよい。また、加減速状態判定部３０１は、現在値から過去所定回数分までの検出値に基づいて、検出値が上昇傾向（例えば、一次関数をフィッティングして傾きが正。）である場合には加速状態と判定し、減少傾向（例えば、一次関数をフィッティングして傾きが負。）である場合には減速状態と判定してもよい。

なお、加減速状態判定部３０１は、操作圧センサ２９の検出値に基づいて、油圧アクチュエータの加減速状態を判定するものとして説明したが、これに限られるものではない。加減速状態判定部３０１は、操作装置２６に設けられた操作レバーの操作量を検出する位置センサ（図示せず）や角度センサ（図示せず）の検出値に基づいて、油圧アクチュエータの加減速状態を判定する構成であってもよい。また、加減速状態判定部３０１は、油圧アクチュエータの作動油の圧力を検出する圧力センサ（例えば、ロッド圧センサ、ボトム圧センサ等）の検出値に基づいて、油圧アクチュエータの加減速状態を判定する構成であってもよい。また、加減速状態判定部３０１は、制御弁（１７１～１７５）のスプールの位置を検出する位置センサを有している場合、スプールの位置変化（スプールの移動方向）に基づいて、油圧アクチュエータの加減速状態を判定する構成であってもよい。

電流値生成部３０２は、比例弁３１（比例弁３１Ｌ１、３１Ｒ１）に出力する電流指令を生成する。比例弁３１は、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてブリード弁１７７のパイロットポートに導入される二次圧を調整する。ブリード弁１７７は、パイロットポートに導入される二次圧に基づいて、スプールが移動し、開口面積を変化させる。

記憶部３０３には、制御に用いるテーブル等が記憶されている。なお、記憶部３０３に記憶されるテーブルについて、図４から図５を用いて更に説明する。

図４は、レバー操作量とブリード弁開口面積との関係を示す図である。図５は、比例弁電流値とブリード弁開口面積との関係を示す図である。レバー操作量とブリード弁開口面積との関係（以下「ブリード弁開口特性」という。）、及び比例弁電流値とブリード弁開口面積との関係（以下「比例弁特性」という。）は、例えば、参照テーブルとして記憶部３０３に記憶されていてもよく、所定の計算式で表現され記憶部３０３に記憶されていてもよい。

図４（ａ）において、油圧アクチュエータの加速状態におけるブリード弁開口特性を実線で示し、油圧アクチュエータの減速状態におけるブリード弁開口特性を破線で示す。

加速時のブリード弁開口特性４１０（実線）と減速時のブリード弁開口特性４２０（破線）とを対比して示すように、レバー操作量が同じである場合、油圧アクチュエータの減速状態でのブリード弁１７７の開口面積を、油圧アクチュエータの加速状態でのブリード弁１７７の開口面積よりも大きくする。即ち、油圧アクチュエータの減速状態では、ブリード流量を増大させてアクチュエータ流量を低減する。また、油圧アクチュエータの加速状態では、ブリード流量を減少させてアクチュエータ流量を増大する。

なお、ブリード弁開口特性は、加速状態と減速状態に分かれるものとして説明したが、これに限られるものではない。図４（ｂ）に示すように、加速状態において、加速度に応じてブリード弁開口特性を変化させてもよい。例えば、加速度が第１閾値以上の場合、ブリード弁開口特性４１１を用い、加速度が第１閾値未満第２閾値以上の場合、ブリード弁開口特性４１２を用い、加速度が第２閾値未満の場合、ブリード弁開口特性４１３を用いるようにしてもよい。また、例えば、減速度が第３閾値以上の場合、ブリード弁開口特性４２１を用い、減速度が第３閾値未満第４閾値以上の場合、ブリード弁開口特性４２２を用い、減速度が第４閾値未満の場合、ブリード弁開口特性４２３を用いるようにしてもよい。

ここで、比例弁３１の特性により、比例弁３１の電流指令値（比例弁電流値）と比例弁３１の開口面積との対応が定まる。また、ブリード弁１７７のパイロット圧は、パイロットポンプ１５と比例弁３１の開口面積との対応が定まる。また、ブリード弁１７７の特性により、パイロット圧とブリード弁１７７の開口面積との対応が定まる。このため、図５に示すように、比例弁３１の電流指令値（比例弁電流値）とブリード弁１７７の開口面積との対応が定まる。このように、比例弁３１の電流指令値（比例弁電流値）とブリード弁１７７の開口面積との対応（例えば、図５）に基づいて、要求するブリード弁１７７の開口面積に対応する比例弁３１の電流指令値（比例弁電流値）を求めることができる。

次に、ブリード弁１７７の制御について、図６を用いて説明する。図６は、ブリード弁１７７の制御を示すフローチャートである。なお、コントローラ３０は、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの処理を実行する。

ステップＳ１０１において、加減速状態判定部３０１は、アクチュエータの加減速状態を判定する。

ステップＳ１０２において、電流値生成部３０２は、ステップＳ１０１において判定したアクチュエータの加減速状態の判定結果に基づいて、図４（ａ）に示す加速時のブリード弁開口特性４１０と減速時のブリード弁開口特性４２０のいずれを用いるかを選択する。なお、図４（ｂ）に示すように、加減速状態と加減速度に基づいてブリード弁開口特性を切り替える構成では、加減速状態と加減速度に基づいてブリード弁開口特性４１１～４１３，４２１～４２３からいずれのブリード弁開口特性を用いるかを選択する。

ステップＳ１０３において、電流値生成部３０２は、ステップＳ１０２において選択したブリード弁開口特性と操作レバーの操作量に基づいて、ブリード弁１７７の開口面積を決定する。

ステップＳ１０４において、電流値生成部３０２は、ステップＳ１０３において決定したブリード弁１７７の開口面積と比例弁特性（図５参照）に基づいて、比例弁３１の電流指令値を決定する。

ステップＳ１０５において、電流値生成部３０２は、ステップＳ１０４において決定した電流指令値を比例弁３１に出力する。

図７は、レバー操作量とアタッチメント速度との時間的推移を示すタイムチャートである。ここでは、操作装置２６を操作して油圧アクチュエータを動作させることにより、アタッチメントを移動させる。図７において、上段にアタッチメント速度、下段にレバー操作量を示し、横軸は時間ｔを示す。

図７の例において、プロファイル７０１に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間で中立位置から倒し込み、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間で倒し込んだ操作レバーを中立位置まで戻す操作を行ったものとする。

一点鎖線で示すプロファイル７１０は、操作レバーの操作に完全に追随する理想的なアタッチメント速度のプロファイルを示す。ここでは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間でアタッチメント速度が上昇し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間でアタッチメント速度が減少する。

ここで、参考例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１２を破線で示す。参考例では、アタッチメントの加速減速に係らず、１つのブリード弁開口特性を用いた制御である。この場合、アタッチメントの加速時には、ポンプ圧が立ち上がるまでに遅延が生じることで遅れが生じる。一方、アタッチメントの減速時には、ポンプ圧が下がるまでに遅延が生じることで遅れが生じている。このため、操作者による操作レバーの操作量と、実際のアタッチメントの動作との間に時間的ずれが生じることで、操作性の改善が求められている。

これに対し、本実施例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１１を実線で示す。本実施例では、アタッチメントの加速時には、ブリード弁１７７の開口面積を小さくしてポンプ圧を速やかに立ち上げる。これにより、アタッチメントは、速やかに加速する。また、アタッチメントの減速時には、ブリード弁１７７の開口面積を大きくすることでポンプ圧を速やかに下げる。これにより、アタッチメントは、速やかに減速する。このため、操作者による操作レバーの操作量と、実際のアタッチメントの動作との間の時間的ずれを減少して、良好な操作性が得られる。

なお、本実施例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１１と参考例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１２とは、加速度及び減速度がほぼ同一である。ここで、参考例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１２において、加速度が減速度よりも小さくなることも起こりえる。この場合、参考例におけるアタッチメント速度のプロファイル７１２は、理想的なアタッチメント速度のプロファイルに対して、より大きな遅れが生じてしまう。これに対して、本実施例では、参考例よりも加速度が大きく、減速度は小さくなる。このため、操作者による操作レバーの操作量と、実際のアタッチメントの動作との間の時間的ずれをより減少させることができるため、良好な操作性が得られる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

例えば、図３では、メインポンプ１４Ｌから油圧アクチュエータに向かう作動油の流れを制御する制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌのそれぞれは、メインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で互いに並列に接続されている。しかしながら、制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌのそれぞれは、メインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で直列に接続されていてもよい。この場合、各制御弁を構成するスプールが何れの弁位置に切り換えられていたとしても、管路４２Ｌは、スプールで遮断されることなく、下流側に配置された隣接する制御弁に作動油を供給できる。

同様に、メインポンプ１４Ｒから油圧アクチュエータに向かう作動油の流れを制御する制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒのそれぞれは、メインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で互いに並列に接続されている。しかしながら、制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒのそれぞれは、メインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で直列に接続されていてもよい。この場合、各制御弁を構成するスプールが何れの弁位置に切り換えられていたとしても、管路４２Ｒは、スプールで遮断されることなく、下流側に配置された隣接する制御弁に作動油を供給できる。

また、制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌのそれぞれがメインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で直列に接続され、制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒのそれぞれがメインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で直列に接続される場合、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ及びパラレル管路４２Ｌ、４２Ｒを有する構成であってもよい。

また、上述の実施形態では、操作装置２６として油圧式操作装置が採用されているが、電気式操作装置が採用されてもよい。図８は、電気式操作装置を含む操作システムの構成例を示す。具体的には、図８の操作システムは、ブーム操作システムの一例であり、主に、パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７と、電気式操作レバーとしてのブーム操作レバー２６Ｂと、コントローラ３０と、ブーム上げ操作用の電磁弁６０と、ブーム下げ操作用の電磁弁６２とで構成されている。図８の操作システムは、アーム操作システム、バケット操作システム等にも同様に適用され得る。

パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７は、図３に示すように、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを含む。電磁弁６０は、パイロットポンプ１５と制御弁１７５Ｌの右側（上げ側）パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側（上げ側）パイロットポートのそれぞれとを繋ぐ油路の流路面積を調整できるように構成されている。電磁弁６２は、パイロットポンプ１５と制御弁１７５Ｒの右側（下げ側）パイロットポートとを繋ぐ油路の流路面積を調整できるように構成されている。

手動操作が行われる場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。ブーム操作レバー２６Ｂの操作信号生成部が出力する操作信号は、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量及び操作方向に応じて変化する電気信号である。

具体的には、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂがブーム上げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム上げ操作信号（電気信号）を電磁弁６０に対して出力する。電磁弁６０は、ブーム上げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調整し、制御弁１７５Ｌの右側（上げ側）パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側（上げ側）パイロットポートとに作用するパイロット圧を制御する。同様に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂがブーム下げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム下げ操作信号（電気信号）を電磁弁６２に対して出力する。電磁弁６２は、ブーム下げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調整し、制御弁１７５Ｒの右側（下げ側）パイロットポートに作用するパイロット圧を制御する。

自動制御を実行する場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂの操作信号生成部が出力する操作信号の代わりに、補正操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。補正操作信号は、コントローラ３０が生成する電気信号であってもよく、コントローラ３０以外の外部の制御装置等が生成する電気信号であってもよい。

また、操作装置２６として、電気式操作装置が用いられる構成において、加減速状態判定部３０１は、所定の検出周期で、検出値（例えば、ブーム操作レバー２６Ｂの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号））を検出している。加減速状態判定部３０１は、検出値の現在値及び過去の検出値に基づいて、加減速状態を判定する。例えば、加減速状態判定部３０１は、検出値の現在値が、前回値よりも上昇していた場合には加速状態と判定し、前回値よりも減少していた場合には減速状態と判定してもよい。また、加減速状態判定部３０１は、現在値から過去所定回数分までの検出値に基づいて、検出値が上昇傾向（例えば、一次関数をフィッティングして傾きが正。）である場合には加速状態と判定し、減少傾向（例えば、一次関数をフィッティングして傾きが負。）である場合には減速状態と判定してもよい。

１Ａ 左側走行用油圧モータ（油圧アクチュエータ）
１Ｂ 右側走行用油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２Ａ 旋回用油圧モータ（油圧アクチュエータ）
７ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１７ コントロールバルブ
２６ 操作装置
２６Ａ アーム操作レバー
２６Ｂ ブーム操作レバー
２９ 操作圧センサ
２９Ａ、２９Ｂ 操作圧センサ
３０ コントローラ
３１ 比例弁
４２Ｌ、４２Ｒ 管路（油路）
１７１～１７６ 制御弁
１７７ ブリード弁
３０１ 加減速状態判定部
３０２ 電流値生成部
３０３ 記憶部

Claims (5)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油を前記油圧アクチュエータに供給可能な油路と、
   前記油路に設けられ、前記油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を制御する制御弁と、
   前記油路に設けられ、前記油圧アクチュエータを経由せずに作動油タンクに流れる作動油の流量を制御するブリード弁と、
   前記油圧アクチュエータの操作のために用いられる操作装置と、
   前記ブリード弁の開口面積を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記油圧アクチュエータが加速状態であるかまたは減速状態であるかの加減速状態を判定し、
   判定された前記加減速状態に基づいて、前記操作装置の操作量と前記ブリード弁の開口面積との対応関係を示す前記ブリード弁の開口特性を選択し、
   選択された前記開口特性と前記操作装置の操作量とに基づいて、前記ブリード弁の開口面積を制御し、
   前記油圧アクチュエータが加速状態と判定された場合に選択される前記開口特性と、前記油圧アクチュエータが減速状態と判定された場合に選択される前記開口特性とは、異なる、
   ショベル。
2. 前記油圧アクチュエータの加減速状態は、
   前記操作装置から前記制御弁に供給されるパイロット圧、前記操作装置の操作量、前記油圧アクチュエータによって駆動されるアタッチメントの動作量のうち少なくとも１つに基づいて判断される、
   請求項１に記載のショベル。
3. 同一の前記操作装置の操作量において、前記油圧アクチュエータが減速状態と判定された場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積は、前記油圧アクチュエータが加速状態と判定された場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積よりも大きい、
   請求項１または請求項２に記載のショベル。
4. 前記制御部は、
   判定された前記加減速状態及び前記油圧アクチュエータの加減速度に基づいて、前記ブリード弁の前記開口特性を選択する、
   請求項１または請求項２に記載のショベル。
5. 同一の前記操作装置の操作量において、前記油圧アクチュエータが加速状態と判定され、加速度が第１閾値以上の場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積は、前記油圧アクチュエータが加速状態と判定され、加速度が前記第１閾値未満の場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積よりも小さく、
   同一の前記操作装置の操作量において、前記油圧アクチュエータが減速状態と判定され、減速度が第２閾値以上の場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積は、前記油圧アクチュエータが加速状態と判定され、減速度が前記第２閾値未満の場合に選択される前記開口特性における前記ブリード弁の開口面積よりも大きい、
   請求項４に記載のショベル。

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