JP7406042B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械の操作性に関する。

油圧ショベルなどの作業機械には、エンジンでポンプを駆動し、ポンプから吐出された作動油を油圧アクチュエータに供給する構成のものがある。ポンプと油圧アクチュエータの間には方向制御弁が介在しており、方向制御弁は油圧アクチュエータへ流れ込む圧油の方向や流量を調整する。ポンプは容量を制御可能な可変容量ポンプであり、方向制御弁に流れ込む流量を調整することができる。

オープンセンタ方式の油圧システムでは、方向制御弁は、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開口と、圧油を作動油タンクに戻すブリードオフ開口の面積を調整する。

油圧アクチュエータを操作しないときは、メータイン開口が閉じ、ブリードオフ開口が開くのでポンプが吐出する作動油は全量、作動油タンクに戻る。このとき、燃費低減のため、ポンプは容量を最小にして吐出流量を減少させる。

油圧アクチュエータを動かすときは、その動作の大小に応じて、メータイン開口が増大し、ブリードオフ開口が減少する。これと同時にポンプも動作の大小に応じて吐出流量を調整する。これにより、ポンプは作業に必要な流量を方向制御弁に供給する一方で、無駄な流量を抑えて燃費悪化の原因となる圧力損失やブリードオフ流量が増大しないようにしている。

オペレータは操作レバーの操作量によって上記の開口面積とポンプが吐出する流量（ポンプ吐出流量）を調整し、整地や掘削などの作業を行う。

微操作が必要な作業のときは操作レバーの操作量は小さいので、油圧アクチュエータのメータイン側に流入する圧油の流量（メータイン流量）と、ポンプ吐出流量は小さくなる。しかし、さらに非常に低速で小さく操作レバーを操作する必要のある作業では、ポンプの容量を最小にした状態であっても、操作性の観点からは過大なポンプ吐出流量となり、操作性に影響が及ぶことがある。

このときエンジン回転数を下げてポンプ吐出流量をさらに小さくすることは可能であるが、オペレータが作業に応じてエンジン回転数を調整するのは煩わしい。さらに、エンジン回転数を下げるとすべての油圧アクチュエータに供給される流量が一律に低下し、複数の油圧アクチュエータを同時に動かすときなどに操作性が低下することがある。

この問題を解決するため、特許文献１では、油圧アクチュエータである油圧シリンダのボトム側とロッド側を作動油タンクに接続することができる流量制御弁を設け、小さく操作レバーを操作する微操作領域では、ポンプ吐出流量の一部を作動油タンクに戻すようにしている。これにより、ポンプ吐出流量を最小にしたとき、メータイン流量をその最小なポンプ吐出流量よりも小さくでき、微操作での操作性が向上する。

特許第３８２８６８０号公報

しかしながら、この方法では油圧アクチュエータが静止した状態から動き出すときの挙動を改善することは難しい。

微操作の動き出しではゆっくりと操作レバーを動かすので、ポンプ吐出流量もゆっくりと増加する。油圧アクチュエータが静止した状態では、シリンダの保持圧による推力と重力とがつり合っているが、油圧アクチュエータが動き出すためには、推力はさらにシリンダの摺動部の摩擦力を超える必要がある。一般的に、摺動部の摩擦力は、静止時が最大（静止摩擦）で、動き始めると急激に減少し、さらに速度が増加すると増加に転じる。通常の作業での比較的急峻な動き出しであれば、すぐに摩擦力の比較的小さい領域で動作することになる。しかし、微操作でゆっくり推力を増加させると、油圧アクチュエータの速度が増加するとともに摩擦力が急激に変化する領域での動作となるので、レバーの操作量に対して油圧アクチュエータの応答が遅れたり、速度の立ち上がりが急峻となることがある。この結果、油圧アクチュエータが動き出すタイミングや速度の立ち上がりにばらつきが生じ、微操作時の操作性を損なうおそれがある。

そこで、本発明は、操作レバーを小さく操作する微操作時において、油圧アクチュエータの動き出し時の操作性を向上させることが可能な作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置とを備え、前記第１タイミング検出装置および前記第２タイミング検出装置は、前記操作レバーの操作量を検出するセンサであり、前記コントローラは、前記センサによって検出された前記操作レバーの操作量が所定の第１操作量以上となったタイミングを前記第１タイミングとして検出し、前記センサによって検出された前記操作レバーの操作量が前記第１操作量よりも大きい所定の第２操作量以上となったタイミング、または、前記操作レバーの操作量が前記第１操作量以上となってからの経過時間が所定時間以上となったタイミングのいずれか早い方を前記第２タイミングとして検出し、前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御するものとする。
また、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置と、前記油圧アクチュエータの動作を不能とするロック位置と前記油圧アクチュエータの動作を可能とするアンロック位置とに切換操作可能なゲートロックレバーとを備え、前記第１タイミング検出装置は、前記ゲートロックレバーの前記ロック位置および前記アンロック位置を検出するセンサであり、前記コントローラは、前記センサによって検出された前記ゲートロックレバーの位置が前記ロック位置から前記アンロック位置に変化したタイミングを前記第１タイミングとして検出し、前記第２タイミング検出装置からの信号に基づいて前記第２タイミングを検出し、前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御する
ものとする。
また、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置とを備え、前記第２タイミング検出装置は、前記油圧アクチュエータの変位を計測する変位センサであり、前記コントローラは、前記第１タイミング検出装置からの信号に基づいて前記第１タイミングを検出し、前記変位センサで計測された前記油圧アクチュエータの変位が所定変位以上となったタイミングを前記第２タイミングとして検出し、前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御するものとする。

以上のように構成した本発明によれば、油圧アクチュエータが動き出す直前（第１タイミング）から動き出した直後（第２タイミング）までの間に、油圧ポンプの吐出流量（ポンプ吐出流量）を最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御されるため、油圧アクチュエータの動き出し時の推力が油圧アクチュエータの摺動部の静止摩擦力を速やかに上回る。これにより、油圧アクチュエータの動き出しのタイミングや速度の立ち上がりのばらつきが抑制されるため、操作レバーを小さく操作する微操作時において、油圧アクチュエータの動き出し時の操作性を向上させることが可能となる。

本発明に係る作業機械よれば、操作レバーを小さく操作する微操作時において、油圧アクチュエータの動き出し時の操作性を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルを示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧システムの要部構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施例における機体コントローラの油圧ポンプに対する制御手順を示すフローチャートである。 レバー操作量とポンプ吐出流量との関係を示す図である。 本発明の第１の実施例における油圧アクチュエータの動き出し時のレバー操作量に対するポンプ吐出流量の時間変化を従来技術と比較して示す図である。 本発明の第１の実施例における油圧アクチュエータの動き出し時のレバー操作量およびアクチュエータ速度の時間変化を従来技術と比較して示す図である。 油圧アクチュエータの速度と油圧アクチュエータの摺動部に生じる摩擦力との関係を示す図である。 本発明の第２の実施例における機体コントローラの油圧ポンプに対する制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例における油圧アクチュエータの動き出し時のアクチュエータ変位およびポンプ吐出流量の時間変化を従来技術と比較して示す図である。 本発明の第３の実施例における機体コントローラの油圧ポンプに対する制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例における油圧アクチュエータの動き出し時のレバー操作量およびポンプ吐出流量の時間変化を従来技術と比較して示す図である。

以下、本発明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、作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

本発明の第１の実施例に係る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は本実施例に係る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、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装置１と、フロント装置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。

フロント装置１は、上部旋回体４の前部に上下方向に回動可能に取り付けられている。フロント装置１は、例えば、ブーム５、アーム６、作業具としてのバケット７とで構成されている。ブーム５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５の先端部には、アーム６の基端部が回動可能に取り付けられている。アーム６の先端部には、バケット７の基端部が回動可能に取り付けられている。ブーム５、アーム６、バケット７はそれぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０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１１を備えている。左右の走行装置１１はそれぞれ、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１１ａ（一方のみを図示）によって駆動される。

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１２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１３と、キャブ１２とカウンタウェイト１３の間に設けられた機械室１４とを含んで構成されている。キャブ１２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（図２参照）、エンジンコントロールダイヤル４３（図２参照）などが配置されている。カウンタウェイト１３は、フロント装置１との重量バランスを調整するものである。機械室１４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５、アーム６、バケット７、および上部旋回体４の動作は、操作装置４１，４２からの操作信号よって指示される。下部走行体３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。

図２は、図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧システムの要部構成を示す回路図である。

図２において、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及びパイロットポンプ３１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２３，２４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２２及びパイロットポンプ３１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８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行油圧モータ１１ａ（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２２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（図示せず）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（ポンプ吐出流量）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、パイロットポンプ３１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。

パイロットポンプ３１と第１操作装置４１および第２操作装置４２とを接続する油路には、ゲートロック弁３２が配置されている。ゲートロック弁３２は、オペレータの操作を介して操作レバー４１ａ，４２ａの操作を有効または無効にするものであり、例えば、オペレータが操作するゲートロックレバー３２ａを有している。ゲートロックレバー３２ａがアンロック位置に操作されると、パイロットポンプ３１は第１操作装置４１および第２操作装置４２に接続される。これにより、第１操作装置４１および第２操作装置４２は、操作レバー４１ａ，４２ａの操作に応じた操作圧を生成することができる。一方、ゲートロックレバー３２ａがロック位置に操作されると、パイロットポンプ３１は作動油タンク２８に接続される。これにより、第１操作装置４１および第２操作装置４２で生成される操作圧は、操作レバー４１ａ，４２ａの操作に関わらず０となり、方向制御弁２５，２６の動作が不能となる。ゲートロックレバー３２ａの切換位置は、レバー３２ａの位置やゲートロック弁３２と第１操作装置４１および第２操作装置４２との間の油路の圧力を検出するセンサ５５によって検出される。

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、油圧ポンプ２２が吐出する作動油は全て作動油タンク２８に戻り、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。このとき、機体コントローラ６０は、ポンプ容量を最小にする信号をレギュレータ２２ａに送り、油圧ポンプ２２の流量を最小にする。

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。このとき、機体コントローラ６０は、操作レバー４１ａ，４２ａの操作量に応じたポンプ容量をレギュレータ２２ａに指令し、油圧ポンプ２２の流量を増加させる。

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。

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変位センサ５１及び第２変位センサ５２が設けられている。第１変位センサ５１及び第２変位センサ５２はそれぞれ、第１油圧アクチュエータ２３の変位及び第２油圧アクチュエータ２４の変位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の変位及び第２油圧アクチュエータ２４の変位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。

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４３が電気的に接続されている。エンジンコントロールダイヤル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、エンジンコントロールダイヤル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、油圧ポンプ２２の吐出流量（ポンプ吐出流量）を制御する。

次に、本実施例における機体コントローラ６０の油圧ポンプ２２に対する制御処理について図３を用いて説明する。図３は、機体コントローラ６０の油圧ポンプ２２に対する制御処理を示すフローチャートである。

図３に示制御処理（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、油圧ショベルの起動を指示するキースイッチ（図示せず）のＯＮ操作により開始される。

まず、機体コントローラ６０は、操作レバー４１ａ、４２ａのレバー操作量ｍが所定の操作量ｍ１より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここでいう所定の操作量ｍ１は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前の操作量であり、例えば方向制御弁２５，２６のメータイン通路２５ａ，２６ａが開口するとき（油圧アクチュエータ２３，２４に作動油が流入し始めるとき）の操作量に設定される。

ステップＳ１０１でＹＥＳ（レバー操作量ｍ＜ｍ１）と判定した場合は、ポンプ吐出流量を最小吐出流量ｑ１に制御する。ステップＳ１０２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。

ステップＳ１０１でＮＯ（レバー操作量ｍ≧ｍ１）と判定した場合は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前であると判断し、ポンプ吐出流量を最小吐出流量ｑ１よりも大きい所定の吐出流量ｑ２に制御する（ステップＳ１０３）。すなわち、操作レバー４１ａ，４２ａの操作量を検出する圧力センサ５３，５４は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置を構成し、機体コントローラ６０は、レバー操作量ｍが所定の操作量ｍ１以上となったタイミングを第１タイミングとして判定する。ステップＳ１０３の実行後、ステップＳ１０３を最初に実行してからの経過時間ｔに制御周期Δｔを加算し（ステップＳ１０４）、レバー操作量ｍが所定の操作量ｍ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここでいう所定の操作量ｍ２は、操作レバー４１ａ，４２ａを中立位置から比較的速く操作したときに油圧アクチュエータ２３，２４が動き出すときの操作量であり、前述の操作量ｍ１よりも大きい値に設定される。

ステップＳ１０５でＮＯ（レバー操作量ｍ≧ｍ２）と判定した場合は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後であると判断し、ポンプ吐出流量をレバー操作量ｍに応じた流量ｑ（ｍ）に制御する（ステップＳ１０６）。すなわち、操作レバー４１ａ，４２ａの操作量を検出する圧力センサ５３，５４は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置を構成し、機体コントローラ６０は、レバー操作量ｍが所定の操作量ｍ２以上となったタイミングを第２タイミングとして判定する。ここで、レバー操作量とポンプ吐出流量との関係を図４に示す。図４に示すように、ポンプ吐出流量は、レバー操作量がｍ１以下のときは最小吐出流量ｑ１となり、レバー操作量がｍ１を超えるとレバー操作量に応じて滑らかに増加する。ステップＳ１０６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。

ステップＳ１０５でＹＥＳ（レバー操作量ｍ＜ｍ２）と判定した場合は、経過時間ｔが所定時間Ｔ１以上か否かを判定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７でＮＯ（経過時間ｔ＜Ｔ１）と判定した場合は、機体コントローラ６０はリターンしてスタートに戻る。

ステップＳ１０７でＹＥＳ（経過時間ｔ≧Ｔ１）と判定した場合は、ステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６の実行後、コントローラ６０はリターンしてスタートに戻る。これにより、レバー操作量ｍが所定の操作量ｍ２に達しないまま長い時間が経過した場合も、ポンプ吐出流量は所定の吐出流量ｑ２からレバー操作量ｍに応じた吐出流量ｑ（ｍ）まで低下するため、油圧アクチュエータ２３，２４が必要以上に動いて操作性が悪化することを防止することができる。

図５に、本実施例における油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時の操作レバー４１ａ，４２ａの操作量（レバー操作量）および油圧ポンプ２２の吐出流量（ポンプ吐出流量）の時間変化を従来技術と比較して示す。図５において、レバー操作が開始されたタイミングを時刻ｔ１とし、比較的速いレバー操作が行われた場合の変化を実線で表し、比較的遅いレバー操作が行われた場合の変化を破線で表している。

従来技術では、レバー操作量が所定の操作量ｍ１より小さい間は、油圧ポンプ２２の吐出流量（ポンプ吐出流量）は最小吐出流量ｑ１となり、レバー操作量が操作量ｍ１に達して以降（時刻ｔ２以後）は、ポンプ吐出流量はレバー操作量に応じて滑らかに増加する。

これに対し、本実施例では、レバー操作量が所定の操作量ｍ１に達すると、ポンプ吐出流量は最小吐出流量ｑ１よりも大きい所定の吐出流量ｑ２まで増加する。その後、比較的速いレバー操作が行われた場合は、レバー操作量が所定の操作量ｍ２に達したタイミング（時刻ｔ３）で、ポンプ吐出流量はレバー操作量に応じた流量まで低下する。一方、比較的遅いレバー操作が行われた場合は、ポンプ吐出流量をｑ２まで増加させたタイミング（時刻ｔ２）からの経過時間ｔが所定時間Ｔ１に達したタイミング（時刻ｔ４）で、ポンプ吐出流量はレバー操作量に応じた流量まで低下する。このように、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前でかつ油圧アクチュエータ２３，２４の摺動部に静止摩擦が作用している間にポンプ吐出流量を最小吐出流量より大きい所定の吐出流量ｑ２まで増加させ、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出して静止摩擦の影響が無くなって以降は、従来技術と同様にレバー操作量に応じてポンプ吐出流量を増加させることで、油圧アクチュエータ２３，２４の動き出しが円滑になり、それ以外では従来技術と同様の操作性を実現できる。

図６に、本実施例における油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時の操作レバー４１ａ，４２ａの操作量（レバー操作量）および油圧アクチュエータ２３，２４の速度（アクチュエータ速度）の時間変化を従来技術と比較して示す。従来技術では、操作レバー４１ａ，４２ａの操作に対して油圧アクチュエータ２３，２４の動き出しのタイミングや速度の立ち上がりにばらつきが生じるおそれがある。その理由を図７を用いて説明する。図７は、油圧アクチュエータ２３，２４の速度（アクチュエータ速度）と油圧アクチュエータ２３，２４の摺動部に生じる摩擦力との関係を示す図である。摺動部の摩擦力は、静止時が最大（静止摩擦）で、動き始めると急激に減少し、さらに速度が増加すると緩やかに増加に転じる。通常の作業での比較的急峻な動き出しであれば、すぐに摩擦力の比較的小さい領域で動作することになる。しかし、微操作でゆっくり推力を増加させると、油圧アクチュエータ２３，２４の速度が増加するとともに摩擦力が急激に変化する領域での動作となるので、レバーの操作量に対して油圧アクチュエータ２３，２４の応答が遅れたり、速度の立ち上がりが急峻になることがある。この結果、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出すタイミングや速度の立ち上がりにばらつきが生じ、微操作時の操作性を損なうおそれがある。これに対し、本実施例では、操作レバー４１ａ，４２ａの操作量（レバー操作量）に対して、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出しのタイミングが一定となり、かつ油圧アクチュエータ２３，２４の速度がレバー操作量に応じて緩やか立ち上がる。

（効果）
本実施例では、可変容量型の油圧ポンプ２２と、油圧ポンプ２２から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータ２３，２４と、油圧アクチュエータ２３，２４の動作を指示するための操作レバー４１ａ，４２ａと、油圧ポンプ２２の吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラ６０とを備えた油圧ショベル（作業機械）において、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置５３，５４と、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置５３，５４とを備え、コントローラ６０は、第１タイミング検出装置５３，５４からの信号及び、第２タイミング検出装置５３，５４からの信号に基づき、前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量ｑ１に制御し、前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量ｑ１よりも大きい所定の吐出流量ｑ２に制御し、前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を操作レバー４１ａ，４２ａの操作量に応じた吐出流量に制御する。

以上のように構成した本実施例によれば、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前（第１タイミング）から動き出した直後（第２タイミング）までの間に、油圧ポンプ２２の吐出流量（ポンプ吐出流量）が最小吐出流量ｑ１よりも大きい所定の吐出流量ｑ２に制御されるため、油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時の推力が油圧アクチュエータ２３，２４の摺動部の静止摩擦力を速やかに上回る。これにより、油圧アクチュエータ２３，２４の動き出しのタイミングや速度の立ち上がりのばらつきが抑制されるため、操作レバー４１ａ，４２ａを小さく操作する微操作時において、油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時の操作性を向上させることが可能となる。

また、本実施例における第１タイミング検出装置は操作レバー４１ａ，４２ａの操作量を検出するセンサ５３，５４であり、コントローラ６０は、センサ５３，５４によって検出された操作レバー４１ａ，４２ａの操作量が所定の第１操作量ｍ１以上となったタイミングを前記第１タイミングとして判定する。これにより、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミング（第１タイミング）を操作レバー４１ａ，４２ａの操作量に基づいて検出することが可能となる。

また、本実施例における前記第２タイミング検出装置は操作レバー４１ａ，４２ａの操作量を検出するセンサ５３，５４であり、コントローラ６０は、センサ５３，５４によって検出された操作レバー４１ａ，４２ａの操作量が第１操作量ｍ１よりも大きい所定の第２操作量ｍ２以上となったタイミング、または、操作レバー４１ａ，４２ａの操作量が第１操作量ｍ１以上となってからの経過時間ｔが所定時間Ｔ１以上となったタイミングのいずれか早い方を前記第２タイミングとして判定する。これにより、比較的速いレバー操作が行われた場合と比較的遅いレバー操作が行われた場合の双方において、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミング（第２タイミング）を適切に検出することが可能となる。

本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルについて、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

第１の実施例における機体コントローラ６０は、レバー操作量が所定の操作量ｍ２以上になったタイミングを油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミング（第２タイミング）として判定する。しかし、レバー操作量に基づいて油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミング（第２タイミング）を正確に判定することは容易ではない。そのため、油圧アクチュエータ２３，２４が実際に動き出したタイミングよりも早く第２タイミングが検出された場合、ポンプ吐出流量の不足によって油圧アクチュエータ２３，２４が動き出すタイミングに遅れが生じるおそれがある。反対に、第２タイミングが遅れて検出された場合、ポンプ吐出流量が過剰となって油圧アクチュエータ２３，２４の速度の立ち上がりが急峻となるおそれがある。本実施例はこの課題を解決するものである。

図８は、本実施例における機体コントローラ６０のポンプ制御を示すフローチャートである。以下、第１の実施例における機体コントローラ６０のポンプ制御との相違点を説明する。

本実施例における機体コントローラ６０は、第１の実施例におけるステップＳ１０５（図３参照）に代えて、アクチュエータ変位ｄが所定変位ｄ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５Ａ）。ここでいう所定変位ｄ１は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出したとみなすことができるアクチュエータ変位の最小値に設定することが望ましい。ステップＳ１０５ＡでＹＥＳ（アクチュエータ変位ｄ＜ｄ１）と判定した場合はステップＳ１０７へ移行し、ＮＯ（アクチュエータ変位ｄ≧ｄ１）と判定した場合はステップＳ１０６へ移行する。すなわち、変位センサ５１，５２は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置を構成し、機体コントローラ６０は、アクチュエータ変位ｄが所定変位ｄ１以上となったタイミングを第２タイミングとして判定する。

図９は、本実施例における油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時のアクチュエータ変位およびポンプ吐出流量の時間変化を従来技術と比較して示す図である。第１の実施例（図５参照）では、レバー操作量が所定値ｍ２に達したタイミングでポンプ吐出流量が流量ｑ２からレバー操作量ｍに応じた流量ｑ（ｍ）まで減少するが、本実施例では、アクチュエータ変位がｄ１に達したタイミング（時刻ｔ３）でポンプ吐出流量が流量ｑ２からレバー操作量ｍに応じた流量ｑ（ｍ）まで減少する。

（効果）
本実施例に係る油圧ショベルは、油圧アクチュエータ２３，２４の変位を計測する変位センサ５１，５２を第２タイミング検出装置として備え、コントローラ６０は、変位センサ５１，５２で計測された油圧アクチュエータ２３，２４の変位ｄが所定変位ｄ１以上となったタイミングを第２タイミング（油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミング）として判定する。

以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果を達成することができる。また、油圧アクチュエータ２３，２４の変位ｄに基づいて油圧アクチュエータ２３，２４の動き出しを検出することにより、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出した直後のタイミング（第２タイミング）の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明の第３の実施例に係る油圧ショベルについて、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

第１の実施例における機体コントローラ６０は、レバー操作量が所定の操作量ｍ１以上になったタイミングを油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミング（第１タイミング）として判定する。しかし、油圧アクチュエータ２３，２４に作動油が流入し始めるときのレバー操作量は機体によってばらつきがある。そのため、油圧アクチュエータ２３，２４に実際に作動油が流入し始めるタイミングよりも遅れて第１タイミングが検出された場合、ポンプ吐出流量の不足によって油圧アクチュエータ２３，２４が動き出すタイミングに遅れが生じるおそれがある。本実施例はこの課題を解決するものである。

図１０は、本実施例における機体コントローラ６０のポンプ制御を示すフローチャートである。以下、第１の実施例における機体コントローラ６０のポンプ制御との相違点を説明する。

本実施例における機体コントローラ６０は、第１の実施例におけるステップＳ１０１（図３参照）に代えて、ゲートロックレバー３２ａがロック位置にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１Ａ）。ステップＳ１０１ＡでＹＥＳ（ゲートロックレバー３２ａがロック位置にある）と判定した場合はステップＳ１０２へ移行し、ＮＯ（ゲートロックレバー３２ａがアンロック位置にある）と判定した場合はステップＳ１０３へ移行する。すなわち、ゲートロックレバー３２ａの切換位置を検出するセンサ５５は、油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置を構成し、機体コントローラ６０は、ゲートロックレバー３２ａがアンロック位置に操作されたタイミングを第１タイミングとして判定する。

図１１は、本実施例における油圧アクチュエータ２３，２４の動き出し時のレバー操作量およびポンプ吐出流量の時間変化を従来技術と比較して示す図である。第１の実施例（図５参照）では、レバー操作量が所定の操作量ｍ１以上となったタイミング（時刻ｔ２）でポンプ吐出流量が最小吐出流量ｑ１から所定の流量ｑ２まで増加するが、本実施例では、ゲートロックレバー３２ａがアンロック位置に操作されたタイミング（時刻ｔ０）でポンプ吐出流量が最小吐出流量ｑ１から所定の流量ｑ２まで増加する。

（効果）
本実施例において、油圧アクチュエータ２３，２４の動作を不能とするロック位置と油圧アクチュエータ２３，２４の動作を可能とするアンロック位置とに切換操作可能なゲートロックレバー３２ａを備え、第１タイミング検出装置は、ゲートロックレバー３２ａの前記ロック位置および前記アンロック位置を検出するセンサ５５であり、コントローラ６０は、センサ５５によって検出されたゲートロックレバー３２ａの位置が前記ロック位置から前記アンロック位置に変化したタイミングを第１タイミング（油圧アクチュエータ２３，２４が動き出す直前のタイミング）として判定する。

以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果を達成することができる。また、ゲートロックレバー３２ａがアンロック位置に操作されたタイミング（オペレータが作業を開始するタイミング）で油圧ポンプ２２の吐出流量（ポンプ吐出流量）を所定の吐出流量ｑ２に制御することにより、油圧アクチュエータ２３，２４に作動油が流入し始める前に確実にポンプ吐出流量を所定の吐出流量ｑ２まで増加させることができる。これにより、ポンプ吐出流量の不足によって油圧アクチュエータ２３，２４が動き出すタイミングに遅れが生じることを防ぐことが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分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。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…フロント装置、２…機体、３…下部走行体、４…上部旋回体、５…ブーム、６…アーム、７…バケット、８…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…走行装置、１１ａ…走行油圧モータ、１２…キャブ、１３…カウンタウェイト、１４…機械室、２０…油圧システム、２１…エンジン、２１ａ…噴射装置、２２…油圧ポンプ、２２ａ…レギュレータ、２３…第１油圧アクチュエータ、２４…第２油圧アクチュエータ、２５…第１方向制御弁、２５ａ…メータイン通路、２５ｂ…ブリードオフ通路、２６…第２方向制御弁、２６ａ…メータイン通路、２６ｂ…ブリードオフ通路、２８…作動油タンク、３１…パイロットポンプ、３２…ゲートロック弁、３２ａ…ゲートロックレバー、４１…第１操作装置、４１ａ…操作レバー、４２…第２操作装置、４２ａ…操作レバー、４３…エンジンコントロールダイヤル、５１…第１変位センサ（第２タイミング検出装置）、５２…第２変位センサ（第２タイミング検出装置）、５３…第１圧力センサ（第１タイミング検出装置、第２タイミング検出装置）、５４…第２圧力センサ（第１タイミング検出装置、第２タイミング検出装置）、５５…センサ（第１タイミング検出装置）、５６…回転数センサ、５８…エンジンコントローラ、６０…機体コントローラ。

Claims (3)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
   前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
   前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、
   前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置とを備え、
   前記第１タイミング検出装置および前記第２タイミング検出装置は、前記操作レバーの操作量を検出するセンサであり、
   前記コントローラは、
   前記センサによって検出された前記操作レバーの操作量が所定の第１操作量以上となったタイミングを前記第１タイミングとして検出し、
   前記センサによって検出された前記操作レバーの操作量が前記第１操作量よりも大きい所定の第２操作量以上となったタイミング、または、前記操作レバーの操作量が前記第１操作量以上となってからの経過時間が所定時間以上となったタイミングのいずれか早い方を前記第２タイミングとして検出し、
   前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、
   前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、
   前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
   前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
   前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、
   前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置と、
   前記油圧アクチュエータの動作を不能とするロック位置と前記油圧アクチュエータの動作を可能とするアンロック位置とに切換操作可能なゲートロックレバーとを備え、
   前記第１タイミング検出装置は、前記ゲートロックレバーの前記ロック位置および前記アンロック位置を検出するセンサであり、
   前記コントローラは、
   前記センサによって検出された前記ゲートロックレバーの位置が前記ロック位置から前記アンロック位置に変化したタイミングを前記第１タイミングとして検出し、
   前記第２タイミング検出装置からの信号に基づいて前記第２タイミングを検出し、
   前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、
   前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、
   前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
   前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ吐出流量を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
   前記油圧アクチュエータが動き出す直前のタイミングである第１タイミングを検出するための第１タイミング検出装置と、
   前記油圧アクチュエータが動き出した直後のタイミングである第２タイミングを検出するための第２タイミング検出装置とを備え、
   前記第２タイミング検出装置は、前記油圧アクチュエータの変位を計測する変位センサであり、
   前記コントローラは、
   前記第１タイミング検出装置からの信号に基づいて前記第１タイミングを検出し、
   前記変位センサで計測された前記油圧アクチュエータの変位が所定変位以上となったタイミングを前記第２タイミングとして検出し、
   前記第１タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を最小吐出流量に制御し、
   前記第１タイミングを検出した後でかつ前記第２タイミングを検出する前は、前記ポンプ吐出流量を前記最小吐出流量よりも大きい所定の吐出流量に制御し、
   前記第２タイミングを検出した後は、前記ポンプ吐出流量を前記操作レバーの操作量に応じた吐出流量に制御する
   ことを特徴とする作業機械。

Images