JP4859431B2 - 油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータを作動する油圧制御装置に関し、特に、アクチュエータの作動を制御するメインバルブに対してパイロット制御弁から供給するパイロット圧を、アクチュエータの作動状況に応じて制御できる油圧制御装置に関するものである。

従来から、パワーショベルのような掘削積込み用車両においては、一般に上部旋回体上の左側には運転席、右側にはブーム、アーム、及びバケット等からなる作業機が設けられている。作業時には、ブームが上部旋回体に対して起伏し、ブームの先端に設けられたアーム及びアーム先端のバケットが、それぞれ前後方向に独立して回動するように構成されている。

しかし、車両の側方を掘る場合には、上述した構成の作業機では掘ることができない。このため、図９（ａ）にその側面図を示し、図９（ｂ）にその平面図を示しているように、従来のブームを上側ブーム７２と下側ブーム７１との上下に分割した構成として、上側ブーム７２を下側ブーム７１に対して左右方向にオフセットできるように構成した掘削積込み用車両が用いられている。

このような構成を持つ掘削積込み用車両においては、上側ブーム７２を運転席７５側にオフセットした場合、即ち、車両の左側に上側ブーム７２をオフセットした場合、アーム７３やバケット７４の作業範囲内に運転席７５が含まれてしまい、アーム７３やバケット７４が運転席７５と干渉してしまう危険がある。

このため、アーム７３やバケット７４と運転席７５との干渉を防止するために、運転席７５の周りに干渉防止領域を設定し、アーム７３やバケット７４が干渉防止領域に入った場合には自動的に作業を停止させることになっている。特許文献１には、停止させたい操作のみを停止できる干渉防止装置が提案されている。

特許文献１に記載された干渉防止装置を本発明の従来例として、図８に干渉防止装置における油圧回路を示している。図８に示すように、図示せぬアクチュエ−タに油圧を供給する方向切換弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃの切換え制御は、パイロット制御弁５３ａ、５３ｂ、５３ｃから出力されるパイロット圧によって行われる。パイロット制御弁５３ａ、５３ｂ、５３ｃから出力されるパイロット圧は、パイロットポンプ５２から供給される油圧をパイロット制御弁５３ａ、５３ｂ、５３ｃでそれぞれ減圧制御することによって行う。

パイロット制御弁５３ａにおけるブーム上げ側と方向切換弁５１ａにおけるブ−ム上げ側とを結ぶ回路６５の途中には、ブ−ム上げ停止用の電磁比例弁５５が設けられている。パイロット制御弁５３ｂにおけるア−ムの掘削側と方向切換弁５１ｂにおける掘削側とを結ぶ回路６６の途中には、ア−ム掘削停止用の電磁比例弁５６が設けられている。また、パイロット制御弁５３ｃにおける左オフセット側と方向切換弁５１ｃにおける左オフセット側とを結ぶ回路６７の途中には、オフセット停止用の電磁弁５７が設けられている。

コントロ−ラ５９は、ブ−ム６０の支点部に設けたポテンショメータ６９ａ、ア−ム６１の支点部に設けたポテンショメータ６９ｂ、オフセットブ−ム６２の支点部に設けたポテンショメータ６９ｃからの信号を入力し、作動中の作業機が運転室の回りに予め設定した干渉防止領域に入る恐れのある場合には、これを回避されるため各電磁比例弁５５、５６、電磁弁５７又は油圧ロック電磁弁６４に対しての制御信号を発する。

油圧ロック電磁弁６４は、干渉防止領域内の停止領域に更に緊急停止領域を設けた場合において、バケット刃先が緊急停止領域内に侵入した時に全操作の緊急停止を行うために設けられている。このため、油圧ロック電磁弁６４は、各パイロット制御弁５３ａ、５３ｂ、５３ｃとパイロットポンプ５２とを結ぶ回路６８に配されている。バケット刃先が緊急停止領域内に侵入した時には、コントロ−ラ５９からの制御信号によって回路６８を遮断して全操作の緊急停止を行うことができる。

電磁比例弁５５、５６の絞りを制御することによって、停止ショックを低減して荷こぼれを防止することができる。また、停止位置のバラツキを少なくすることができる。このため、スピ−ドに応じて電磁比例弁５５、５６の絞り量を加減することができ、作業機の移動速度が速いときには、絞りを大きくして流れる面積を少なくしている。

作業機の作動中にバケット６３の刃先が、干渉領域における減速領域から停止領域に接近したときには、コントロ−ラ５９はこれを検知して電磁比例弁５５、５６の両方に対して制御信号を出力する。今、電磁比例弁５５、５６の両方がコントロ−ラ５９からの制御信号を受けたものとすると、電磁比例弁５５、５６はそれぞれの方向切換弁５１ａ、５１ｂの回路６５、６６の圧力を下げるように作動する。

従って、操作レバーによって作業機の移動速度を速くなるように操作していても、コントローラ５９による電磁比例弁５５，５６の絞り制御によって、作業機の移動速度は遅くなる。これにより、作業機はゆっくりと停止領域で停止することができる。このため、作業機の移動停止に伴う荷こぼれが少なくなり、作業機と運転室との干渉も防止できる。

また、操作レバーの操作において、コントロ−ラ５９による作業機の移動速度よりも遅い移動速度での操作が行われている場合には、操作レバーの操作による移動速度で作業機は移動することができ、停止領域で作業機の移動を停止させることもできる。この状態からパイロット制御弁５３ａをブ−ム下げ位置、またはパイロット制御弁５３ｂをア−ムダンプ位置に操作すれば、バケット６３の刃先は干渉領域から抜け出る方向に移動する。従って、バケット６３の刃先が干渉領域から抜け出ると、電磁比例弁５５，５６における絞り制御は解除される。
特開平５−２７２１５４号公報

特許文献１に記載されているような干渉防止装置では、左側オフセットによる干渉を防止するため、パイロット制御弁５３ｃに対して電磁弁５７が１個しか配設されていない。車体の形状、大きさによっては、右側オフセットによる干渉を防止するため、パイロット制御弁５３ｃにおける右側オフセット側のパイロット回路にも電磁弁５７を設けておく必要がある場合がある。しかしながら、電磁弁５７を新たに設けるための場積や電磁弁を新たに設けたことに伴うコスト上昇などを考慮すると、電磁弁５７は１個であるほうが好ましい構成となっている。

また、オフセット操作において、アッパーブームの移動速度を制御できるように構成したり、アッパーブームの移動を急激に停止させた場合に発生する衝撃を防止できるようにするには、電磁弁５７の代わりに電磁比例弁を用いた方が好ましい構成となる。

そこで、特許文献１に記載されているような干渉防止装置において、パイロット圧を検出する圧力スイッチをパイロット制御弁５３ｃと方向切換弁５１ｃとを結ぶ回路６７の途中に配設し、電磁弁５７の代わりに用いた電磁比例弁をパイロット制御弁５３ｃと油圧ロック電磁弁６４とを結ぶ回路の途中に配設した場合について検討してみる。この場合、パイロット制御弁５３ｃから出力されたパイロット圧を圧力スイッチによって検出することができる。そして、圧力スイッチによる検出信号に基づいて、コントローラ５９は制御信号を出力することができる。

この構成では、干渉防止領域内で停止中の作業機に対して、干渉側へ更にオフセットを行わせるべくパイロット圧が出力されたのを圧力スイッチで検出したときには、コントローラ５９は電磁比例弁を制御してパイロット制御装置５３ｃへの元圧カットを行うことができる。

この元圧カットを行う場合において、干渉防止領域内で停止中の作業機に対して干渉側へ更にオフセットを行わせるパイロット圧がパイロット制御弁５３ｃから出力されると、同パイロット圧は圧力スイッチによって検出される。コントローラ５９は、圧力スイッチからの検出信号によって、更にオフセットを行うためのパイロット圧が出力されたと判断することができ、電磁比例弁に対して回路６７を遮断する制御信号を発することになる。

電磁比例弁は、パイロット制御弁５３ｃに供給する元圧をカットする。パイロット制御弁５３ｃに供給される元圧がカットされると、圧力スイッチで検出していたパイロット圧が検出されなくなる。コントローラ５９は、圧力スイッチによってパイロット圧の出力が検出されなくなったので、電磁比例弁に対して出力していた制御信号を停止して、パイロット制御弁５３ｃへの元圧カットを解除する。

パイロット制御弁５３ｃへの元圧カットが解除されると、パイロット制御弁５３ｃには元圧が供給され、パイロット制御弁５３ｃからはパイロット圧が出力される。出力されたパイロット圧は圧力スイッチによって検出され、コントローラ５９は電磁比例弁に対して回路６７を遮断する制御信号を発することになる。
このようにして元圧の遮断、供給が繰り返えされて制御されるので、油圧制御装置はハンチングを起こしてしまうことになる。

前記ハンチングの発生を防止するため、干渉防止領域で停止中の作業機に対して干渉側へ更なるオフセットを行わせるパイロット圧が出力されて、元圧のカットを行ったときには、元圧カット状態を維持させておく構成にすることができる。

しかし、この構成にした場合には、干渉解除を行わせようとして干渉領域から作業機を抜け出させる方向のパイロット圧を出力させようとしても、パイロット制御弁５３ｃには元圧が供給されていないのでパイロット圧を出力することができない。従って、圧力スイッチによってパイロット圧の出力を検出することができず、干渉領域から作業機を抜け出させることができなくなる。

本発明はこれらの問題点に鑑み、干渉防止機能を備えた油圧制御装置において、従来技術の持つ欠点の解消を行うとともに、１個の電磁比例弁によって上述した欠点の解消を行うことのできる油圧制御装置を提供することにある。

本発明の課題は請求項１、２に記載された各発明により達成することができる。
即ち、アクチュエータを駆動するための油圧制御装置において、本発明では請求項１に記載したように、油圧ポンプと、外部入力に基づき前記油圧ポンプから供給される圧油の圧力を減圧して、パイロット圧を出力するパイロット制御弁と、前記パイロット圧により作動して、前記アクチュエータに供給する圧油の流れ方向と圧力とを調節するメインバルブと、前記油圧ポンプと前記パイロット制御弁との間の流路に配設される電磁比例弁と、前記圧油の流れ方向に対応した前記パイロット制御弁と前記メインバルブとの間の各流路にそれぞれ配設され、前記アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧未満の圧力である所定の切換り圧力で切換る圧力検出器と、前記アクチュエータの位置を検出する位置検出器と、前記各圧力検出器からの信号と前記位置検出器からの信号とから、前記アクチュエータに対する作動が所定の条件を満たす作動を行わせるものであるときには、前記パイロット圧が、前記所定の切換り圧以上でかつ前記最小パイロット圧未満の圧力となるように、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、を有してなることを最も主要な特徴となしている。

また、本発明では請求項２に記載したように、アクチュエータの作動を停止させるコントローラの構成を特定したことを主要な特徴となしている。

本発明によって、電磁比例弁を介してパイロット制御弁に供給する元圧は最低でも、アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧未満の圧力であって、かつ圧力検出器を作動させることのできる切換り圧力以上の圧力とすることができる。

これにより、パイロット制御弁からパイロット圧が出力されたことを常に圧力検出器によって検出することが可能となる。従って、作業機に対する干渉防止の制御によって電磁比例弁が制御されてアクチュエータの作動が停止している場合であっても、パイロット制御弁に対しての操作が行われれば、同操作がアクチュエータをどちら側に移動させるための操作であるのかを、圧力検出器からの検出信号によってコントローラで判別することができる。

尚、作業機に対する干渉防止の制御によってアクチュエータの作動が停止されている場合には、電磁比例弁が制御されてアクチュエータの作動を停止させることができる。このとき電磁比例弁からは予め設定した元圧が出力されている。この元圧は、アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧未満の圧力であって、かつ圧力検出器を作動させることのできる切換り圧力以上の圧力である。このため、パイロット制御弁を操作してメインバルブにパイロット圧を供給した場合には、メインバルブは作動しないが圧力検出器を作動させることができる。

このことから、例えば、アクチュエータ動作禁止領域として運転席側における干渉防止領域を設定した場合、同干渉防止領域内で左オフセットへの移動が停止されている作業機を、更に左オフセットさせるためのパイロット圧がパイロット制御弁から出力されたときには、パイロット制御弁から出力されたパイロット圧は圧力検出器によって検出することができる。圧力検出器からの検出信号によって、コントローラは操作された作業機の移動方向が干渉防止領域から抜け出る方向とは反対の方向への移動操作であると判別できる。即ち、コントローラはこの判別に基づいて、作業機の停止状態を継続させておく制御を行うことができる。

逆に、パイロット制御弁から出力されたパイロット圧が右オフセット用のパイロット圧である場合には、パイロット制御弁から出力された右オフセット用のパイロット圧を検出した圧力検出器からの検出信号によって、コントローラは操作された作業機の移動方向が干渉防止領域から抜け出る方向への移動操作であると判別できる。即ち、コントローラはこの判別に基づいて、作業機に対する干渉防止に基づく停止状態の解除を行い、電磁比例弁に対して作業機の移動動作を可能とする元圧を出力させることができる。

コントローラによって作業機の右オフセット移動に対して干渉防止領域が設定されている場合には、上述した左オフセット移動に対して干渉防止領域が設定されている場合とは逆の制御を行うことができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本発明の油圧制御装置として、オフセット機能を有するパワーショベルに適用した構成について、以下において説明を行う。しかし、本発明の油圧回路は、以下で説明する形状、配置構成以外にも本発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

オフセット機能を有するパワーショベルの構成は、例えば、図１の側面図に示すような構成となっている。オフセット機能を有するパワーショベル自体の構成は、本発明の要部をなすものではなく、本発明の油圧制御装置を備えた油圧回路を適用したものとして説明を行うものである。

オフセット機能を有するパワーショベル１は、下部走行体２上に上部旋回体３が設けられている。上部旋回体３には、ロアブーム５が上下方向に対して揺動可能に取り付けられている。ロアブーム５には、水平方向に対して揺動可能にアッパーブーム６が取り付けられている。アッパーブーム６には、水平方向に対して揺動可能にシリンダブラケット９が取り付けられている。

また、アッパーブーム６の側部には、サブリンク１４が平行に配設されており、サブリンク１４の両端部は、ロアブーム５の上端側部とシリンダブラケット９の端部先端側との間でピン結合されている。アッパーブーム６、サブリンク１４、ロアブーム５の上端側部及びシリンダブラケット９の端部先端側との間で平行リンク機構を構成している。

シリンダブラケット９には、上下方向に対して揺動可能にアーム７が取り付けられている。アーム７には、上下方向に対して揺動可能に作業具であるバケット８が取り付けられている。

上部旋回体３とロアブーム５との間にはブームシリンダ１０が配設され、ロアブーム５はブームシリンダ１０の作動によって上下方向に揺動する。ロアブーム５とアッパーブーム６との間にはオフセットシリンダ１１が配設されており、アッパーブーム６はオフセットシリンダ１１の作動によって水平方向に揺動する。

また、オフセットシリンダ１１の作動により、アッパーブーム６を水平方向に揺動させると、前記平行リンク機構によってシリンダブラケット９はアッパーブーム６とは反対向きの水平方向に揺動する。シリンダブラケット９はロアブーム５に対して平行状態が保たれることになるので、アッパーブーム６をオフセットさせたときには、アーム７はロアブーム５に対して平行に移動することができる。

即ち、アッパーブーム６、アーム７及びバケット８の作動を模式的に示した図２を用いて説明する。尚、図２の実線ではアッパーブーム６がオフセットされていない状態を示し、２点鎖線では、アッパーブーム６が水平方向に揺動した状態を示している。また、図２では、平行リンク機構の構成は省略している。

図２で示すように、上述した平行リンク機構によって、アッパーブーム６が２点鎖線で示すように水平方向に揺動しても、アーム７及びバケット８は、水平方向に対して平行移動することができる。従って、アーム７及びバケット８はロアブーム５に対して平行状態を保ったまま水平方向に平行移動することができる。

図１に示すように、アーム７とシリンダブラケット９との間にはアームシリンダ１２が配設され、アーム７はアームシリンダ１２の作動により上下方向に揺動する。バケット８とアーム７との間にはリンク機構を介してバケットシリンダ１３が配設され、バケット８はバケットシリンダ１３の作動により上下方向に揺動する。

図２に示したように、アッパーブーム６を運転室４側にオフセットした場合、バケット８の作業範囲内に運転室４が存在してしまい、バケット８の先端と運転室４とが干渉してしまう危険性がある。また、アッパーブーム６を右側水平方向にオフセットした場合に、バケット８の先端を図示せぬ車体本体の外装カバー等に干渉させてしまう危険性もある。

以上のようなパワーショベルに、本願実施形態に係わる油圧制御装置が構成されている。油圧制御装置によって、アッパーブーム６を水平方向にオフセットしたときにバケット８が予め設定した干渉領域内に入った場合には、アッパーブーム６のオフセット動作を自動的に停止させることができ、かつ、干渉解除が容易にできる。図３には、油圧制御装置における油圧回路を示している。尚、以下の説明において、図３に記載されていない部材であっても、同部材を示す符号として図１で用いた部材符合を用いることにする。

図３に示すように、油圧回路では、２つのメインバルブ体２８、２９が配設されている。各メインバルブ体２８、２９は、それぞれアクチュエータ用の複数のメインバルブが積層して構成されている。メインバルブ体２８には、複数のロアブーム５を作動するブームシリンダ１０に対して作動圧油の給排制御を行うブーム用メインバルブ２８ａ、アームシリンダ１２に対する制御を行うアーム用メインバルブ２８ｂなどの各アクチュエータ用のメインバルブが積層して構成されている。

メインバルブ体２９には、アッパーブーム６をオフセットするオフセットシリンダ１１に対する制御を行うオフセット用メインバルブ２９ａ等の各アクチュエータ用のメインバルブが複数積層して構成されている。メインバルブ体２８、２９を２つ配設しているのは、メインバルブ体２８とメインバルブ体２９とにそれぞれ積層する各アクチュエータ用のメインバルブにおいて必要とする圧油の圧力や流量等が異なるためである。

このため、必要とする油圧の圧力や流量等が近いメインバルブ同士を集めたものであり、作動圧用油圧ポンプ３２〜３４を複数配設した構成として示している。しかし、メインバルブ体２８、２９を一つの積層したメインバルブ体として構成することは可能であり、作動圧用油圧ポンプの配設数を減らすことは可能である。また、各メインバルブは、パイロット圧制御式の方向制御弁により構成されている。

尚、図３では、油圧回路としての回路図を見易くし、かつ作動についての説明を行い易くするため、説明に用いなかった各アクチュエータ用のメインバルブに関しての回路構成等については省略して示している。

エンジン３０により駆動される作動圧用油圧ポンプ３２〜３４からは、それぞれメインバルブ体２８、２９に対して作動圧油が供給される。供給された作動圧油は、各メインバルブ体２８、２９を構成する各メインバルブに供給される。各メインバルブは、それぞれのメインバルブに供給されたパイロット圧の大きさに基づいて制御される。

各メインバルブを制御することによって、それぞれのメインバルブから出力する作動圧油の流量、及びメインバルブで制御するアクチュエータからの戻り圧油の排出流量を制御することができる。従って、メインバルブを制御することによって、対応するアクチュエータの作動を制御することができる。

各メインバルブを制御するパイロット圧の大きさは、図３ではパイロット制御弁２０〜２４によって制御される。ブーム用のパイロット制御弁２０及びバケット用のパイロット制御弁２１は、操作レバー２５の操作によって制御される。上部旋回体３における旋回用のパイロット制御弁２２及びアーム用のパイロット制御弁２３は、操作レバー２６の操作によって制御される。

操作レバー２５、２６によってそれぞれ２つのパイロット制御弁を制御する構成例を示しているが、パイロット制御弁２０〜２３毎に操作レバーを配設した構成とすることもできる。

パイロット制御弁２０〜２４に供給される元圧は、エンジン３０により駆動されるパイロット用の油圧ポンプ３１により生成される。油圧ポンプ３１により生成された圧油は、パイロット管路４１を介して各パイロット制御弁２０〜２４に対して元圧として供給される。パイロット管路４１の途中には、元圧の供給を停止させるロック用電磁制御弁３５が配設されている。ロック用電磁制御弁３５は、通常連通位置にあり、緊急時等において作業用のアクチュエータを全て停止させる必要が生じたときには、コントローラ１８からの信号によって遮断位置に切換えることができる電磁切換弁によって構成されている。

油圧回路を用いた干渉防止機構として、ブーム用のパイロット制御弁２０とブーム用メインバルブ２８ａとを接続するパイロット管路には、それぞれ電磁比例弁３６、３８が配設されている。アーム用のパイロット制御弁２３におけるアーム引き側とアーム用メインバルブ２８ｂの引き側とを接続するパイロット管路には、電磁比例弁３７が配設されている。また、干渉防止機構及び安全装置を構成するオフセット用のパイロット制御弁２４の入力側には、電磁比例弁３９が配設されている。

干渉防止機構としては、ロアブーム５の上下動時、アーム７の引き作動時、又はアッパーブーム６のオフセット時に干渉の発生又は干渉が発生する危険性が生じた場合に、対応する電磁比例弁３６〜３９を制御することによって、ロアブーム５、アーム７、又はアッパーブーム６の作動を個別に停止させることができる。

ロアブーム５又はアーム７の作動を停止させるのに、電磁比例弁３６〜３８に代えて電磁切換弁を用いることもできるが、電磁切換弁を用いたときにはロアブーム５又はアーム７の作動が急激に停止することになる。急激停止に伴う衝撃の発生するのを防止するため、電磁比例弁３６〜３８を用いることが望ましい。

また、アーム７の引き作動側に電磁比例弁３７を配設している。これは、図２に示すようにアッパーブーム６のオフセット時にアーム７が引かれると、運転室４とバケット８の先端部とが干渉してしまう危険性がある。このような危険性を防止するため、アーム７の引き作動側に電磁比例弁３７を配設している。必要があるならば、アーム７の押し作動側に電磁比例弁３７を配設しておくこともできる。

オフセット用のパイロット制御弁２４の入力側には、電磁比例弁３９を配設している。しかも、前記パイロット制御弁２４の出力側には、それぞれ圧力検出器４０ａ、４０ｂを配設している。各圧力検出器４０ａ、４０ｂからの検出信号は、コントローラ１８に入力される。電磁比例弁３９、及び圧力検出器４０ａ、４０ｂによる作動等の説明は、図４〜図７を用いて後述する。

また、パイロット制御弁２０〜２４の構成は、それぞれ同様の構成となっている。このため、図４を用いてオフセット用のパイロット制御弁２４の構成を説明することで、それぞれのパイロット制御弁２０〜２３の構成についての説明は省略する。

図３に示すように、コントローラ１８は、作業機４９の各揺動点に配設したポテンショメータ１５〜１７からなる位置検出器からの検出信号を入力する。入力した検出信号に基づいて、コントローラ１８は、バケット８等の移動に対して予め設定した危険領域内にバケット８等が侵入したか否かの判別を行う。危険領域内にバケット８等が侵入したときには、コントローラ１８は対応する電磁比例弁３６〜３９に対して、信号を出力してロアブーム５等の作動を停止させる。これにより、運転室４に対する作業機４９の干渉や、構築物に対する作業機４９の干渉を防止できる。

作業機４９に対する危険領域は、例えば次のようにして設定することができる。ロアブーム５を上方に揺動させたときに、シリンダブラケット９等が天井等に当接する手前の位置でロアブーム５の上方への揺動を停止する。このとき、停止スイッチ１９をＯＮすることで、ロアブーム５を停止させた位置での各ポテンショメータ１５〜１７において検出した値を、記憶しておく。各ポテンショメータ１５〜１７における検出値の記憶を、危険領域と考えられる各領域に対して順次行う。

これにより、作業中に各ポテンショメータ１５〜１７から検出された検出値が、危険領域として記憶した値になったときには、コントローラ１８は該当する電磁比例弁３６〜３９に対してメインバルブの作動を停止させる信号を出力する。

危険領域の設定は、上述したように危険領域のポイント毎に、データを入力する方法以外にも、予めポテンショメータ毎に、あるいは複数のポテンショメータの組み合わせで危険な揺動角度を設定しておく方法など、各種の設定方法を用いることができる。

次に、図４を用いて油圧制御装置における回路構成について説明する。図４では、オフセット用のパイロット制御弁２４を例に挙げて、オフセット用のパイロット制御弁２４に関する油圧制御装置の回路構成についてその説明を行う。しかし、本発明に係わる油圧制御装置は、オフセット用のパイロット制御弁２４以外にも、ブーム用パイロット制御弁２０やアーム用のパイロット制御弁２３等に対しても構成することができる。尚、図４では、図３においてパイロット管路４１に配設したロック用電磁制御弁３５の記載は省略している。

油圧ポンプ３１から吐出した圧油は、リリーフ弁４５によってリリーフ圧に調整されて電磁比例弁３９に供給される。電磁比例弁３９のソレノイド３９ａには、常に最低でも所定の電流が供給されている。従ってソレノイド３９ａは少なくとも供給されている所定の電流によって常に磁励されていることになる。

これにより、電磁比例弁３９からは、オフセットシリンダ１１を作動させるのに必要な最小パイロット圧よりも小さな最小パイロット圧未満の圧力であって、圧力検出器４０ａ、４０ｂをそれぞれ作動させることのできる圧力を出力することができる。

パイロット制御弁２４は、操作ペダル２７により操作される２つの減圧弁２４ａ、２４ｂを備えている。操作ペダル２７を減圧弁２４ａ側に踏込むと、アッパーブーム６を図２における車両進行方向に対して右方向にオフセットさせることができる。このとき、減圧弁２４ａに供給されている元圧を一次圧として、操作ペダル２７を踏込んだ操作量に応じた二次圧を生成し、生成した二次圧をパイロット管路４２に出力することができる。減圧弁２４ａ、２４ｂは、図示例の中立状態に維持されているときには、減圧弁２４ａ、２４ｂの供給されている元圧をそれぞれパイロット管路４２、４３に出力することはない。

逆に、操作ペダル２７を減圧弁２４ｂ側に踏込むと、アッパーブーム６を図２における車両進行方向に対して左方向にオフセットさせることができる。このとき、減圧弁２４ｂに供給されている元圧を一次圧として、操作ペダル２７を踏込んだ操作量に応じた二次圧を生成し、生成した二次圧をパイロット圧としてパイロット管路４３に出力することができる。

減圧弁２４ａから二次圧となって出力されたパイロット圧は、圧力検出器４０ａに供給されるとともに、オフセット用メインバルブ２９ａのパイロット受圧部４７ａに供給される。コントローラ１８によって電磁比例弁３９が制御され、パイロット受圧部４７ａに供給される元圧が、オフセット用メインバルブ２９ａの図示せぬスプールを摺動させることのできる圧力Ｐ３であるときには、オフセット用メインバルブ２９ａのスプールはパイロット制御弁２４からのパイロット圧に応じて加減速制御される。即ち、減圧弁２４ａの操作量に応じた速度でアッパーブーム６は右方向に揺動することになる。

また、操作ペダル２７により減圧弁２４ｂが操作されたときには、同様にしてオフセット用メインバルブ２９ａのスプールをパイロット制御弁２４からのパイロット圧に応じて、上述したスプールの摺動方向とは逆方向にスプールの加減速制御を行うことができる。即ち、減圧弁２４ｂの操作量に応じた速度でアッパーブーム６は左方向に揺動することになる。

オフセット用メインバルブ２９ａが制御されることにより、オフセット用メインバルブ２９ａからオフセットシリンダ１１に出力する作動圧油の流量及びオフセットシリンダ１１からオフセット用メインバルブ２９ａを介してタンク等に排出される戻り圧油の流量を可変に制御することができる。従って、アッパーブーム６のオフセット揺動方向及び揺動速度を自由に制御することができる。

上述したようにパイロット制御弁２４には、最低でも上述した圧力が元圧として電磁比例弁３９から供給されている。このため、操作ペダル２７を操作してパイロット制御弁２４からパイロット圧を出力させれば、メインバルブ２９ａを作動させずに圧力検出器４０ａ、４０ｂをそれぞれ作動させることができる。即ち、操作ペダル２７が操作されたとき、同操作ペダル２７の操作が、右オフセット側への移動操作なのか、左オフセット側への移動操作なのかを、圧力検出器４０ａ、４０ｂからの検出信号によってコントローラ１８は判別することができる。

次に、図３、図４を用いて油圧制御装置におけるコントローラ１８の作動について説明する。コントローラ１８の作動を説明するにあたって、アッパーブーム６を左方向にオフセット揺動中に、位置検出器であるポテンショメータ１５〜１７からの検出信号によりコントローラ１８は、バケット８が運転席に干渉する等の予め設定した危険領域に侵入したものと判断しているものと仮定する。

そして、コントローラ１８からは、電磁比例弁３９に対してパイロット制御弁２４に供給する元圧を、アッパーブーム６、バケット８等のアクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧よりも小さな最小パイロット圧未満の圧力であって、しかも圧力検出器４０ａ、４０ｂをそれぞれ作動させることのできる圧力Ｐ２にする制御信号が出力される。これによって、アッパーブーム６の作動が停止しアッパーブーム６に対する干渉防止制御が行われる。

この状態のとき、操作ペダル２７が減圧弁２４ｂ側、即ち、アッパーブーム６を更に左方向にオフセットする側に踏込まれて操作されると、パイロット制御弁２４からはパイロット管路４３に圧力Ｐ２のパイロット圧が出力される。圧力Ｐ２のパイロット圧によって圧力検出器４０ｂは切換わり、減圧弁２４ｂ側から出力されたパイロット圧の検出信号を出力することができる。そして、図５に示すように、圧力検出器４０ｂは、検出信号をコントローラ１８の第２判定部に出力する。

第２判定部では操作ペダル２７による操作が、予め記憶されているアクチュエータ動作禁止領域において、アッパーブーム６を更に左方向にオフセットする操作なのか、アッパーブーム６を右方向にオフセットする操作なのかの判別を行う。第２判定部での判別結果は、出力信号制御部に出力される。

出力信号制御部では、位置検出器１５〜１７からの位置情報に基づいて、アッパーブーム６がアクチュエータ動作禁止領域内にあるか否かの判定を行った第１判定部からの出力信号と、第２判定部からの出力信号とを基に、操作ペダル２７の操作がアッパーブーム６を更に左方向にオフセットする操作であるときには、電磁比例弁３９に対して元圧を圧力Ｐ２とする制御信号を出力する。

上述した例の場合、アッパーブーム６を更に左方向にオフセットする操作であるので、出力信号制御部から電磁比例弁３９に対して、圧力Ｐ２の元圧を出力させる制御信号が出力される。操作ペダル２７による操作が、アッパーブーム６をアクチュエータ動作禁止領域から抜け出る方向への操作であるときには、出力信号制御部から電磁比例弁３９に対して、アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧以上である圧力Ｐ３の元圧を出力させる制御信号が出力される。

電磁比例弁３９からパイロット制御弁２４に供給される元圧が圧力Ｐ２の状態のときは、圧力検出器４０ａ、４０ｂを作動させることはできるが、メインバルブ２９ａを作動させることのない圧力となっている。従って、アクチュエータを作動させずに、パイロット制御弁２４での操作が行われたことを検出できる。

これによって、オフセット用メインバルブ２９ａのスプールは、スプールを押圧する図示せぬバネの付勢力によって、オフセットシリンダ１１への作動圧油の供給を遮断する位置に復帰することになる。従って、オフセットシリンダ１１の作動を停止させて、停止させた状態を維持させておくことができる。即ち、作業機４９が更に左方向に揺動するのが禁止され、運転席や構築物等との干渉を防止することができる。

因みに、出力信号制御部で作業機がアクチュエータ動作禁止領域に入っていないことが判別されているときには、出力信号制御部から電磁比例弁３９に対して、アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧以上の圧力Ｐ３となる元圧をパイロット制御弁２４に対して出力するように制御信号が出力される。

次に、図６（ａ）〜（ｅ）、図７（ａ）〜（ｅ）を用いて、油圧制御装置の作動の説明を続ける。このとき、アッパーブーム６の右方向への揺動中にバケット８等が干渉防止領域に入ってしまいオフセットシリンダ１１の作動停止が行われた後に、操作ペダル２７が中立位置に復帰しているものとする。

図６は、アッパーブーム６を更に右方向にオフセットさせようとしたとき、即ち、減圧弁２４ａを作動させる方向に操作ペダル２７を操作したときの、油圧制御装置の作動状況を示している。図７は、アッパーブーム６を反対の左方向にオフセットさせようとしたとき、即ち、減圧弁２４ｂを作動させる方向に操作ペダル２７を操作したときの、油圧制御装置の作動状況を示している。

図６、図７における横軸は、全て時間軸である。図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）における縦軸は、圧力検出器４０ａ、４０ｂがパイロット圧を検出したＯＮ状態か、パイロット圧を検出していないＯＦＦ状態かを示している。圧力検出器４０ａ、４０ｂは、パイロット管路４２、４３におけるパイロット圧が、Ｐ１以上の圧力のとき作動してＯＮ信号を出力する。パイロット管路４２、４３におけるパイロット圧が、Ｐ１よりも低い圧力のときには作動せずＯＦＦ信号を出力する。

図６（ｃ）及び図７（ｃ）における縦軸は、パイロット制御弁２４の各減圧弁２４ａ、２４ｂから出力されるパイロット圧をそれぞれ示している。図６（ｄ）及び図７（ｄ）における縦軸は、それぞれ電磁比例弁３９のソレノイド３９ａに供給される電流値を示している。電磁比例弁３９から出力されるパイロット圧は、ソレノイド３９ａに供給される電流値に応じて制御されることになる。

図６（ｅ）及び図７（ｅ）における縦軸は、操作ペダル２７の操作状態を示している。操作ペダル２７がフルに踏込まれたときには、フルの状態となり、操作ペダル２７が中立状態では、ゼロの状態となっている。

図６（ｅ）に示すように、アッパーブーム６が右方向への揺動中に干渉防止制御によってオフセットシリンダ１１の作動が停止しているとき、操作ペダル２７が操作されなければ、操作ペダル２７はゼロの状態となっている。このとき、図６（ｄ）に示すように、電磁比例弁３９のソレノイド３９ａには所定の電流値の電流が供給され、オフセット用のパイロット制御弁２４の一部を構成する減圧弁２４ａには、圧力Ｐ２となった元圧を供給しておくことができる。

このとき、操作ペダル２７が中立状態となっているため、図６（ｃ）に示すように、減圧弁２４ａからはパイロット圧が出力されず、減圧弁２４ａからの出力圧はゼロとなっている。また、操作ペダル２７が中立状態となっているため、減圧弁２４ｂからもパイロット圧が出力されていない。このため、アッパーブーム６の右方向へのオフセット制御を行わせるパイロット圧の出力を検出する圧力検出器４０ａ、及びアッパーブーム６の左方向へのオフセット制御を行わせるパイロット圧の出力を検出する圧力検出器４０ｂからの出力はゼロ状態となっている。

図６（ｅ）において、アッパーブーム６を右にオフセットする方向に操作ペダル２７が踏み込まれると、右方向にオフセットする操作ペダル２７はフル状態となる。このとき、コントローラ１８は、まだ操作ペダル２７がフル状態に操作されたことを検出していない。このため、図６（ｄ）に示すように、コントローラ１８から電磁比例弁３９のソレノイド３９ａに供給される電流値は、変更されず所定の電流値の電流が供給される。即ち、減圧弁２４ａには、圧力Ｐ２の元圧が供給されている。

図６（ｃ）に示すように、操作ペダル２７がフル状態に操作されたことにともなって、減圧弁２４ａからは、圧力Ｐ２のパイロット圧が所定の立ち上がりをもって出力されていくことになる。減圧弁２４ａから出力されたパイロット圧が、圧力検出器４０ａを作動させる圧力Ｐ１以上になると、図６（ｂ）で示すように圧力検出器４０ａは、ＯＮ信号を出力する。このとき、減圧弁２４ｂからはパイロット圧が出力されていないので、圧力検出器４０ｂはＯＦＦ状態のままである。

図６（ｂ）で示すように圧力検出器４０ａからＯＮ信号が出力されると、コントローラ１８は、アッパーブーム６を右方向にオフセットするために操作ペダル２７が踏み込まれたことを検出することができる。しかし、アッパーブーム６は、既に右方向にオフセットした状態において干渉防止のため、その作動が停止させられている。

このため、コントローラ１８は操作ペダル２７の踏み込み操作による制御をキャンセルして、図６（ｄ）で示すように電磁比例弁３９のソレノイド３９ａに対する電流値を変更せずに、所定の電流値の電流を供給し続ける。従って、図６（ｃ）で示すように、操作ペダル２７の踏み込み操作が行われている間中、減圧弁２４ａからは圧力Ｐ２のパイロット圧が出力されていることになる。

操作ペダル２７を一旦中立位置に戻してから、改めて減圧弁２４ａを作動させる側に踏み込んでも、上述した通り減圧弁２４ａからは圧力Ｐ２のパイロット圧が出力されることになる。パイロット制御弁２４から出力されるパイロット圧が、圧力Ｐ２よりも所定量高圧の圧力に上昇しない限り、オフセット用メインバルブ２９ａを作動させることができない。このため、オフセットシリンダ１１は、停止位置を維持しアッパーブーム６のオフセット作動が禁止された状態のままとなる。

次に、アッパーブーム６の右方向へのオフセット作動が干渉防止制御によって禁止されている状態で、図７に示すように操作ペダル２７がアッパーブーム６を左方向にオフセットする方向に操作された場合について説明する。操作ペダル２７が減圧弁２４ｂを作動さる方向に踏み込まれないと、図６で説明したと同様に圧力検出器４０ｂからはＯＮ信号が出力されない。このとき、減圧弁２４ｂに対しても、圧力Ｐ２の元圧が電磁比例弁３９から供給されたままである。

図７（ｅ）で示すように操作ペダル２７が減圧弁２４ｂを作動さる方向へフルに踏み込まれると、図７（ｃ）に示すように、操作ペダル２７がフル状態に操作されたことにともなって、減圧弁２４ｂからは、元圧Ｐ２としたパイロット圧が所定の立ち上がりをもって出力されていくことになる。減圧弁２４ｂから出力されたパイロット圧が、圧力検出器４０ｂを作動させる圧力Ｐ１以上になると、図７（ｂ）で示すように圧力検出器４０ｂは、ＯＮ信号を出力する。このとき、減圧弁２４ａからはパイロット圧が出力されていないので、圧力検出器４０ａはＯＦＦ状態のままである。

コントローラ１８は、アッパーブーム６を左方向にオフセットするため操作ペダル２７が踏み込まれたことを検出することができる。このとき、アッパーブーム６の左方向へのオフセット移動は禁止されていない。即ち、アッパーブーム６を干渉防止領域から抜け出す方向への移動となっている。このため、コントローラ１８は操作ペダル２７の操作を有効な操作と判断して、図７（ｄ）で示すように電磁比例弁３９に対してパイロット制御弁２４に供給する元圧を圧力Ｐ３とするように、ソレノイド３９ａに供給する電流値をフル状態まで増大する。

電磁比例弁３９から減圧弁２４ｂに供給される元圧が圧力Ｐ３まで増圧されると、図７（ｃ）で示すように減圧弁２４ｂから出力するパイロット圧は、オフセット用メインバルブ２９ａを作動させる圧力Ｐ３となる。尚、ここでは、オフセット用メインバルブ２９ａを作動させる圧力を圧力Ｐ３として説明しているが、圧力Ｐ３はオフセット用メインバルブ２９ａに供給することのできる最高圧力であって、オフセット用メインバルブ２９ａのスプールは、圧力Ｐ２よりも所定量大きな圧力において作動させることができる。

操作ペダル２７の減圧弁２４ｂを作動させる方向への操作により、即ち、アッパーブーム６を禁止領域から退避させる操作によって、干渉防止によるアッパーブーム６の作動停止を解除することができる。しかも、干渉防止によるアクチュエータの作動停止中であっても、操作ペダル２７が操作されれば、操作ペダル２７の操作状態を圧力検出器により検出することができる。

これによって、干渉防止による作動停止状態の解除を、操作ペダル２７の操作により行うことができる。特に、操作ペダル２７の操作だけで、干渉防止による作動停止状態の解除とアッパーブーム６の退避動作を同時に行わせることができるので、誤操作が防止される。

本発明に係わる油圧制御装置は、干渉防止による作動停止状態の解除と作動停止状態からの退避動作を行うこと以外にも、本発明の技術思想を適用することができる油圧回路における機能として適用することができるものである。

本発明は、本発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本発明の技術思想を適用することができる。

オフセット機能を有するパワーショベルの側面図である。（実施例１） パワーショベルのオフセット状況の作動説明図である。（実施例１） 油圧回路装置における油圧回路の説明図である。（実施例１） 一部の油圧回路を示す回路図である。（実施例１） コントローラの概略構成図である。（実施例１） パイロット制御弁の操作状態に関する説明図である。（実施例１） パイロット制御弁の操作状態に関する別の説明図である。（実施例１） 干渉防止装置における油圧回路図である。（従来例１） オフセット式掘削積込み車両の側面図及び平面図である。（従来例）

符号の説明

５・・・ロアブーム、６・・・アッパーブーム、１１・・・オフセットシリンダ、１８・・・コントローラ、２０・・・パイロット制御弁（ブーム用）、２４・・・パイロット制御弁（オフセット用）、２４ａ、２４ｂ・・・減圧弁、２５、２６・・・操作レバー、２７・・・操作ペダル、２８・・・メインバルブ、２８ａ・・・ブーム用メインバルブ、２９・・・メインバルブ、２９ａ・・・オフセット用メインバルブ、３５・・・パイロット圧ロック用電磁制御弁、３６、３７・・・電磁比例弁、３８・・・電磁制御弁、３９・・・電磁比例弁、４０ａ、４０ｂ・・・圧力検出器、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ・・・方向切換弁、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ・・・パイロット制御弁、５５、５６、５７・・・電磁比例弁、５９・・・コントローラ、６４・・・油圧ロック電磁弁、７２・・・上ブーム。

Claims (2)

1. アクチュエータを駆動するための油圧制御装置であって、
   油圧ポンプと、
   外部入力に基づき前記油圧ポンプから供給される圧油の圧力を減圧して、パイロット圧を出力するパイロット制御弁と、
   前記パイロット圧により作動して、前記アクチュエータに供給する圧油の流れ方向と圧力とを調節するメインバルブと、
   前記油圧ポンプと前記パイロット制御弁との間の流路に配設される電磁比例弁と、
   前記圧油の流れ方向に対応した前記パイロット制御弁と前記メインバルブとの間の各流路にそれぞれ配設され、前記アクチュエータを作動させるのに必要な最小パイロット圧未満の圧力である所定の切換り圧力で切換る圧力検出器と、
   前記アクチュエータの位置を検出する位置検出器と、
   前記各圧力検出器からの信号と前記位置検出器からの信号とから、前記アクチュエータに対する作動が所定の条件を満たす作動を行わせるものであるときには、前記パイロット圧が、前記所定の切換り圧以上でかつ前記最小パイロット圧未満の圧力となるように、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、
   を有してなることを特徴とする油圧制御装置。
2. 前記コントローラは、前記位置検出器からの信号に基づき前記アクチュエータがアクチュエータ動作禁止領域内にあるか否かの判定を行う第１判定部と、
   前記圧力検出器からの信号に基づき、前記アクチュエータの動作方向が、前記アクチュエータ動作禁止領域から抜け出る方向であるか否かの判定を行う第２判定部と、
   前記電磁比例弁に制御信号を出力する出力信号制御部と、
   を有し、
   前記出力信号制御部は、前記第１判定部による判定結果が、前記アクチュエータがアクチュエータ動作禁止領域内にあり、かつ前記第２判定部による判定結果が、前記アクチュエータの動作方向が前記アクチュエータ動作禁止領域から抜け出る方向ではないとする場合には、前記パイロット圧が前記所定の切換り圧以上でかつ最小パイロット圧未満の圧力とする制御信号を前記電磁比例弁に対して出力してなることを特徴とする請求項１記載の油圧制御装置。

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