JP7472321B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された作動油により駆動される油圧アクチュエータと、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する制御弁と、制御弁を操作する操作装置とを備えた作業機械が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の作業機械の油圧システムは、センタバイパスラインにおける特定の油圧シリンダに対応する制御弁の下流側に配置されるセンタバイパスカット弁と、特定の油圧シリンダの負荷保持側のシリンダ室に作動油を供給するよう操作手段が操作されたときにセンタバイパスカット弁を作動させ、油圧ポンプの吐出圧力が特定の油圧シリンダの負荷圧よりも高くなるように制御する制御手段と、を備えている。

特許文献２には、ブームシリンダの昇降をダイレクトに駆動制御する油圧回路において、油撃発生防止装置として、電磁開閉弁と絞り弁を介して負荷シリンダのボトム側油室とロッド側油室とを連通するバイパス回路を設けた昇降用油圧回路が開示されている。特許文献２に記載の昇降用油圧回路では、サージ圧が発生するシリンダ作動開始時、または停止時において、制御部が、予め定められた時間だけバイパス回路を開ける指令を電磁開閉弁に送信する。

特開２０１１―８５１９８号公報 特開２０１２―２２９７７７号公報

特許文献１に記載の油圧システムでは、特定の油圧シリンダに対応する制御弁に対して戻し操作を行ったときに、この制御弁の戻り動作に比べてセンタバイパスカット弁が開くのが遅れることに起因して、サージ圧が発生するおそれがある。サージ圧の発生は、作業効率の低下に繋がる。

特許文献２に記載の技術は、サージ圧の発生を低減することを目的としているが、油圧パイロット３位置切換弁の動作に比べて、バイパス回路に設けられる電磁開閉弁の動作が遅れる場合には、サージ圧の発生を防止することができないおそれがある。

本発明は、油圧アクチュエータの停止時のサージ圧の発生を防止することを目的とする。

本発明の第一の態様による作業機械は、タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御する。また、本発明の第一の態様による作業機械において、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部は、前記操作量が前記所定操作量未満の範囲では前記操作量が増加するほど開口面積が小さくなり、前記所定操作量で全閉となる開口特性を有し、前記制御装置は、前記操作量検出装置で検出された操作量が、前記所定操作量以上前記最大操作量以下であるときに、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積から増加するように前記電磁比例弁を制御する。
本発明の第二の態様による作業機械は、タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御する。また、本発明の第二の態様による作業機械は、前記バイパスカット弁を通過する作動油の温度を検出する温度センサを備え、前記制御装置は、前記温度センサで検出された作動油の温度が低いときには、高いときよりも前記バイパスカット弁の開口面積が大きくなるように、前記電磁比例弁を制御する。
本発明の第三の態様による作業機械は、タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御する。また、本発明の第三の態様による作業機械において、前記センタバイパスラインには、複数の前記流量制御弁が設けられ、前記制御装置は、前記複数の流量制御弁が複合操作されたときには、単独操作されたときよりも前記バイパスカット弁の開口面積が大きくなるように、前記電磁比例弁を制御する。

本発明によれば、油圧アクチュエータの停止時のサージ圧の発生を防止することができる。

図１は、第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 図２は、第１実施形態に係る油圧ショベルが備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。 図３は、流量制御弁のセンタバイパス通路部及びメータイン通路部の開口特性について示す図である。 図４は、バイパスカット弁の開口特性について示す図である。 図５は、第１実施形態に係る油圧ショベルのコントローラによる電磁比例弁の制御電流値の演算処理について示すブロック図である。 図６は、バイパスカット弁の目標開口特性について示す図である。 図７は、第１実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、ブーム戻し操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。 図８は、第１実施形態に係る油圧ショベルにおいて、ブーム戻し操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。 図９は、第２実施形態に係る油圧ショベルが備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。 図１０は、第２実施形態に係る油圧ショベルのコントローラによる電磁比例弁の制御電流値の演算処理について示すブロック図である。 図１１は、バイパスカット弁の第１目標開口特性及び第２目標開口特性について示す図である。 図１２は、第１実施形態に係る油圧ショベルにおいて、ブーム上げ操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０以上である場合のタイムチャートであり、（ｂ）は作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０未満である場合のタイムチャートである。 図１３は、第２実施形態に係る油圧ショベルにおいて、ブーム上げ操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。 図１４は、第３実施形態に係る油圧ショベルが備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。 図１５は、第３実施形態に係る油圧ショベルのコントローラによる電磁比例弁の制御電流値の演算処理について示すブロック図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機械について説明する。本実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベルである例について説明する。作業機械は、作業現場において、土木作業、建設作業、解体作業、浚渫作業等の作業を行う。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１００の側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１００は、機体１０５と、機体１０５に取り付けられる作業装置１０４と、を備える。機体１０５は、クローラ式の走行体１０２と、走行体１０２上に旋回可能に設けられた旋回体１０３と、を有する。走行体１０２は、左右一対のクローラを走行モータ１０２Ａによって駆動することにより走行する。旋回体１０３は、旋回モータ１０３Ａを有する旋回装置を介して走行体１０２に連結され、旋回モータ１０３Ａによって駆動されて走行体１０２に対して回動する（旋回する）。

旋回体１０３は、オペレータが搭乗する運転室１１８と、エンジン及びエンジンにより駆動される油圧ポンプ等の油圧機器が収容されるエンジン室と、を備える。エンジンは、油圧ショベル１００の動力源であり、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。

作業装置１０４は、旋回体１０３に取り付けられる多関節型の作業装置であって、複数の油圧アクチュエータ、及び複数の油圧アクチュエータにより駆動される複数の被駆動部材（フロント部材）を有する。作業装置１０４は、３つの被駆動部材（ブーム１１１、アーム１１２及びバケット１１３）が直列的に連結された構成である。ブーム１１１は、その基端部が旋回体１０３の前部に、ブームピンを介して回動可能に連結される。アーム１１２は、その基端部がブーム１１１の先端部に、アームピンを介して回動可能に連結される。バケット１１３は、アーム１１２の先端部に、バケットピンを介して回動可能に連結される。

ブーム１１１は、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）であるブームシリンダ１１１Ａの伸縮動作によって回転駆動される。アーム１１２は、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）であるアームシリンダ１１２Ａの伸縮動作によって回転駆動される。バケット１１３は、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）であるバケットシリンダ１１３Ａの伸縮動作によって回転駆動される。

図２は、第１実施形態に係る油圧ショベル１００が備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。なお、説明の簡略化のため、図２では、ブームシリンダ１１１Ａの駆動に関わる部分のみを示し、その他の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。

図２に示すように、油圧システムは、作動流体である作動油が貯留されるタンク４と、エンジン（不図示）によって駆動されタンク４から吸引した作動油を吐出するメインポンプ１及びパイロットポンプ９と、メインポンプ１から吐出された作動油によって駆動されるブームシリンダ１１１Ａと、メインポンプ１とタンク４とを接続するセンタバイパスライン１７１と、センタバイパスライン１７１に設けられる流量制御弁１３０と、センタバイパスライン１７１における流量制御弁１３０の下流側に設けられるバイパスカット弁６と、バイパスカット弁６を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁７と、ブームシリンダ１１１Ａを操作するための操作装置１８０と、油圧ショベル１００の各部を制御する制御装置としてのコントローラ１５０と、流量制御弁１３０のパイロット受圧部１３６，１３７に作用するパイロット圧を検出する圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂと、を備えている。センタバイパスライン１７１は、メインポンプ１から供給された作動油を、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１を経由してタンク４に導く油路である。

メインポンプ１は、吐出容量（押しのけ容積）を変更可能な可変容量型の油圧ポンプであり、パイロットポンプ９は、吐出容量が一定の固定容量型の油圧ポンプである。なお、メインポンプ１は、固定容量型の油圧ポンプであってもよい。

流量制御弁（方向制御弁）１３０は、メインポンプ１からブームシリンダ１１１Ａに供給される作動油の流れの方向及び流量を制御する。パイロット受圧部１３６及びパイロット受圧部１３７のそれぞれにタンク圧が作用している状態では、流量制御弁１３０は中立位置に位置する。流量制御弁１３０は、オープンセンタ型の制御弁であり、中立位置でメインポンプ１からの作動油をセンタバイパスライン１７１を通じてタンク４に導くセンタバイパス通路部１３１と、メインポンプ１から供給される作動油をブームシリンダ１１１Ａに導くメータイン通路部１３２と、ブームシリンダ１１１Ａから供給される作動油（戻り油）をタンク４に導くメータアウト通路部１３３と、を有する。

流量制御弁１３０は、中立位置からの変位量（スプールストローク）に応じて、ブームシリンダ１１１Ａへ供給される作動油の流量を制御する。流量制御弁１３０の中立位置からの変位量が大きくなるほど、ブームシリンダ１１１Ａの速度は大きくなる。また、流量制御弁１３０が中立位置から一方に移動すると、ブームシリンダ１１１Ａが伸長し、流量制御弁１３０が中立位置から他方に移動すると、ブームシリンダ１１１Ａが収縮する。つまり、流量制御弁１３０は、ブームシリンダ１１１Ａの駆動方向及び速度を制御する。

操作装置１８０は、ブーム１１１（ブームシリンダ１１１Ａ、流量制御弁１３０）を操作する操作装置であって、操作部材である操作レバー１８１と、操作レバー１８１の操作量に基づいて、流量制御弁１３０を制御するパイロット圧（以下、操作圧とも記す）を生成するブーム上げ用のパイロット弁１８２及びブーム下げ用のパイロット弁１８３とを有する。操作装置１８０は、操作レバー１８１の操作方向及び操作量に応じたパイロット圧（操作圧）をパイロット弁１８２，１８３で生成し、パイロット弁１８２，１８３で生成されたパイロット圧を流量制御弁１３０に直接供給する油圧パイロット式の操作装置である。操作レバー１８１は、例えば、運転席の右側に設けられ（図１参照）、前後方向に操作される。操作レバー１８１が後方に操作されると、ブーム１１１が上げ方向に動作する。操作レバー１８１が前方に操作されると、ブーム１１１が下げ方向に動作する。

ブーム上げ用のパイロット弁１８２は、パイロットポンプ９から供給されるパイロット一次圧を減圧し、操作レバー１８１のブーム上げ方向の操作量（レバーストローク）に応じたパイロット圧（操作圧）を生成する。ブーム上げ用のパイロット弁１８２から出力された操作圧は、パイロット油路を介して流量制御弁１３０の一方（図示右側）のパイロット受圧部１３６に導かれ、流量制御弁１３０を図示左方向に駆動する。これにより、メインポンプ１から吐出された作動油が、流量制御弁１３０のメータイン通路部１３２を通じてブームシリンダ１１１Ａのボトム側油室１１１ｂに供給されると共にロッド側油室１１１ｒの作動油が、流量制御弁１３０のメータアウト通路部１３３を通じてタンク４に排出される。その結果、ブームシリンダ１１１Ａが伸長する。

ブーム下げ用のパイロット弁１８３は、パイロットポンプ９から供給されるパイロット一次圧を減圧し、操作レバー１８１のブーム下げ方向の操作量（レバーストローク）に応じたパイロット圧（操作圧）を生成する。ブーム下げ用のパイロット弁１８３から出力された操作圧は、パイロット油路を介して流量制御弁１３０の他方（図示左側）のパイロット受圧部１３７に導かれ、流量制御弁１３０を図示右方向に駆動する。これにより、メインポンプ１から吐出された作動油が、流量制御弁１３０のメータイン通路部を通じてブームシリンダ１１１Ａのロッド側油室１１１ｒに供給されると共にボトム側油室１１１ｂの作動油が、流量制御弁１３０のメータアウト通路部を通じてタンク４に排出される。その結果、ブームシリンダ１１１Ａが収縮する。

図３は、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口特性Ａ１ｃ及びメータイン通路部１３２の開口特性Ａ２ｃについて示す図である。図３において、横軸はパイロット受圧部１３６に作用する操作圧Ｐｏ（パイロット弁１８２により生成されるパイロット圧）を示し、縦軸はセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１及びメータイン通路部１３２の開口面積Ａ２を示している。操作圧Ｐｏは、流量制御弁１３０のストローク量に概ね対応している。なお、パイロット受圧部１３７の圧力は、最小圧力（タンク圧）である。

図３に示すように、流量制御弁１３０が中立位置に位置しているとき、すなわち、パイロット受圧部１３６に作用する操作圧Ｐｏが最小圧力（タンク圧）であるときには、センタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１は最大開口面積Ａ１ｍａｘとなり、メータイン通路部１３２は全閉（すなわち、開口面積Ａ２は０）となる。

パイロット受圧部１３６に作用する操作圧Ｐｏが増加すると、流量制御弁１３０のストローク量が増加する。パイロット受圧部１３６に作用する操作圧Ｐｏが増加するほど、メータイン通路部１３２の開口面積Ａ２が大きくなり、センタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１は小さくなる。操作圧Ｐｏが後述する第２操作圧Ｐｏ２以上になると、センタバイパス通路部１３１は全閉（すなわち、開口面積Ａ１は０）となる。また、操作圧Ｐｏが、第２操作圧Ｐｏ２よりも高い所定圧力以上になると、メータイン通路部１３２の開口面積Ａ２は最大開口面積Ａ２ｍａｘとなる（Ａ２ｍａｘ＝Ａ１ｍａｘ）。このように、センタバイパス通路部１３１の操作圧Ｐｏに対する開口面積Ａ１の変化と、メータイン通路部１３２の操作圧Ｐｏに対する開口面積Ａ２の変化とは、逆の関係になっている。なお、図示しないが、メータアウト通路部１３３の開口特性は、メータイン通路部１３２の開口特性Ａ２ｃと概ね同じである。

図２に示すように、バイパスカット弁６は、センタバイパスライン１７１の開口を制御可能な油圧パイロット式の制御弁である。バイパスカット弁６は、電磁比例弁７により生成されるパイロット圧（２次圧）が作用するパイロット受圧部６ａを有し、パイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧によって制御される。

電磁比例弁７は、エンジン（不図示）により駆動されるパイロットポンプ９とバイパスカット弁６のパイロット受圧部６ａとを結ぶパイロット油路に設けられている。電磁比例弁７は、パイロットポンプ９から供給されるパイロット一次圧を減圧し、コントローラ１５０からの制御電流に応じたパイロット圧を生成する。電磁比例弁７は、入力される制御電流の増加に応じて減圧度が小さくなる減圧弁である。このため、電磁比例弁７に入力される制御電流が増加すると、制御電流に応じて２次圧力（パイロット圧）が大きくなる。

図４は、バイパスカット弁６の開口特性Ａ３ｃについて示す図である。図４において、横軸はパイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧（電磁比例弁７によって生成されるパイロット圧）を示し、縦軸はバイパスカット弁６の開口面積Ａ３を示している。図４に示すように、パイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧が最小圧力（タンク圧）であるときには、ばねの力によって、バイパスカット弁６が全開位置に位置する。パイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧が所定圧力Ｐｐ３以上になると、バイパスカット弁６は遮断位置に位置する。バイパスカット弁６が遮断位置に位置しているときには、センタバイパスライン１７１が遮断される（すなわち、開口面積Ａ３は０となる）。パイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧Ｐｐが増加するほど、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３は小さくなる。なお、本第１実施形態では、後述するように、油圧ショベル１００の稼働中、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３は、操作圧Ｐｏの大きさに応じて、最小開口面積Ａ３ｍｉｎ（Ａ３ｍｉｎ＞０）以上最大開口面積Ａ３ｍａｘ以下の範囲で制御される（図６参照）。

図２に示すように、圧力センサ１８５Ａは、操作レバー１８１によりブーム上げ操作が行われたときにブーム上げ用のパイロット弁１８２から出力される操作圧Ｐｏを検出し、検出結果をコントローラ１５０に出力する。圧力センサ１８５Ｂは、操作レバー１８１によりブーム下げ操作が行われたときにブーム下げ用のパイロット弁１８３から出力される操作圧Ｐｏを検出し、検出結果をコントローラ１５０に出力する。圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂで検出される操作圧Ｐｏは、操作レバー１８１の操作量と相関関係（比例関係）を有している。このため、圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂは、操作装置１８０の操作量を検出する操作量検出装置としての機能を有する。

コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂで検出された操作圧Ｐｏ（操作装置１８０の操作量に相当）に基づいて、電磁比例弁７を制御する制御装置である。コントローラ１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ１５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ１５２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１５３、入力インタフェース１５４、出力インタフェース１５５及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、コントローラ１５０は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

不揮発性メモリ１５２には、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ１５２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。プロセッサ１５１は、不揮発性メモリ１５２に記憶されたプログラムを揮発性メモリ１５３に展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース１５４、不揮発性メモリ１５２及び揮発性メモリ１５３から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。

入力インタフェース１５４は、入力された信号をプロセッサ１５１で演算可能なように変換する。また、出力インタフェース１５５は、プロセッサ１５１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を電磁比例弁７等の装置に出力する。

図５は、第１実施形態に係る油圧ショベル１００のコントローラ１５０による電磁比例弁７の制御電流値の演算処理について示すブロック図であり、ブーム上げ操作が行われたときの演算処理について示す。図５に示すように、コントローラ１５０は、開口面積演算部１６１と、パイロット圧演算部１６２と、電流演算部１６３とを有する。開口面積演算部１６１、パイロット圧演算部１６２及び電流演算部１６３の機能は、不揮発性メモリ１５２に記憶されているプログラムがプロセッサ１５１によって実行されることにより発揮される。

開口面積演算部１６１は、不揮発性メモリ１５２に予め記憶されている目標開口特性Ａ３ｔｃを参照し、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏに基づいて、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３の目標値である目標開口面積Ａ３ｔを演算する。

図６は、バイパスカット弁６の目標開口特性Ａ３ｔｃについて示す図である。なお、図６では、破線で流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口特性Ａ１ｃについても示している。図６に示すように、目標開口特性Ａ３ｔｃは、パイロット受圧部１３６に作用する操作圧Ｐｏに対するバイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔの特性であり、テーブル形式で不揮発性メモリ１５２に記憶されている。

目標開口特性Ａ３ｔｃで定められる操作圧Ｐｏと目標開口面積Ａ３ｔの関係は以下のとおりである。操作圧Ｐｏが最小圧力（以下、最小操作圧とも記す）Ｐｏｎ以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲では、操作圧Ｐｏの増加に応じてバイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔが最小開口面積Ａ３ｍｉｎとなるまで小さくなる。具体的には、操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎのとき（すなわち操作レバー１８１が中立位置にあり操作量が０のとき）には、目標開口面積Ａ３ｔは最大開口面積Ａ３ｍａｘである。操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎ以上第１操作圧Ｐｏ１以下の範囲では、操作圧Ｐｏの増加に応じてバイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔが連続的に小さくなり、操作圧Ｐｏが第１操作圧Ｐｏ１のときに最小開口面積Ａ３ｍｉｎとなる。また、操作圧Ｐｏが第１操作圧Ｐｏ１以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲では、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔは最小開口面積Ａ３ｍｉｎである。

操作圧Ｐｏが増加して第２操作圧Ｐｏ２になると、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔは、最小開口面積Ａ３ｍｉｎから所定開口面積Ａ３０まで増加する。本第１実施形態では、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２以上最大操作圧Ｐｏｘ以下の範囲において、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔは所定開口面積Ａ３０である。所定開口面積Ａ３０は、最小開口面積Ａ３ｍｉｎよりも大きく、最大開口面積Ａ３ｍａｘ以下の値である。

図５に示すように、パイロット圧演算部１６２は、不揮発性メモリ１５２に予め記憶されている目標パイロット圧特性Ｃｐを参照し、開口面積演算部１６１で演算された目標開口面積Ａ３ｔに基づいて、電磁比例弁７で生成するパイロット圧Ｐｐの目標値である目標パイロット圧Ｐｐｔを演算する。目標パイロット圧特性Ｃｐは、目標開口面積Ａ３ｔが増加するほど目標パイロット圧Ｐｐｔが減少する特性であり、テーブル形式で不揮発性メモリ１５２に記憶されている。

電流演算部１６３は、不揮発性メモリ１５２に予め記憶されている制御電流特性Ｃｉを参照し、パイロット圧演算部１６２で演算された目標パイロット圧Ｐｐｔに基づいて、電磁比例弁７のソレノイドに供給する制御電流値Ｉｃを演算し、演算結果に応じた制御電流を電磁比例弁７に出力する。制御電流特性Ｃｉは、目標パイロット圧Ｐｐｔが増加するほど制御電流値Ｉｃが増加する特性である。

本第１実施形態の主な動作について説明する。以下では、油圧ショベル１００で実施されるクレーン作業（吊り荷作業）を例に説明する。クレーン作業では、油圧ショベル１００のバケット１１３の背部に設けられたフックにワイヤーを掛けて吊り荷を吊り上げる。また、クレーン作業では、ブーム１１１の上げ動作及び下げ動作により、吊り荷の上下方向の移動を行う。ブーム１１１の上げ動作では、ブームシリンダ１１１Ａのボトム側油室１１１ｂが負荷保持側となる。

オペレータが、操作レバー１８１をブーム上げ側に操作すると、ブームシリンダ１１１Ａが伸長し、ブーム１１１が上方向に回動する。その後、オペレータが、操作レバー１８１を中立位置に戻す戻し操作を行うと、ブームシリンダ１１１Ａが減速し、停止する。

本第１実施形態では、操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎから流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１が全閉となる第２操作圧Ｐｏ２までの領域では、センタバイパスライン１７１の開口面積は、流量制御弁１３０の開口面積とバイパスカット弁６の開口面積の合成開口面積（実効面積）となる。この合成開口面積は、センタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１に比べて小さい。

これにより、ブームシリンダ１１１Ａの動作に必要なメインポンプ１の吐出圧力を確保しながら、センタバイパスライン１７１からタンク４に戻る作動油の流量を減少させることができる。その結果、エネルギーロスを低減することができ、燃費が向上する。また、良好な微操作性を得ることができる。

本第１実施形態に係るコントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが、最大操作圧Ｐｏｘであるときには、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎよりも大きい所定開口面積Ａ３０となるように、電磁比例弁７を制御する。

これにより、オペレータが、最大操作量まで操作レバー１８１をブーム上げ側に操作してから、操作レバー１８１を中立位置に戻す操作を行ったときに、ショックが発生することなく、滑らかにブームシリンダ１１１Ａを減速させ、停止することができる。以下、本第１実施形態の構成によって、操作レバー１８１の戻し操作の際に、ショックが発生することなくブームシリンダ１１１Ａの停止動作を行うことができる点について、本第１実施形態の比較例と比較して説明する。

図７は、本第１実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、ブーム戻し操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。図８は、本第１実施形態に係る油圧ショベルにおいて、ブーム戻し操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。図７及び図８に示すタイムチャートは、最大操作量まで操作レバー１８１をブーム上げ側に操作してから、操作レバー１８１が中立位置に戻し操作された場合におけるタイムチャートである。なお、開口面積の変化を示す上側のタイムチャートでは、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１及びメータイン通路部１３２の開口面積Ａ２並びにバイパスカット弁６の開口面積Ａ３の時間変化を示している。また、圧力の変化を示す下側のタイムチャートでは、メインポンプ１の吐出圧（ポンプ圧とも記す）Ｐｐｕ、ブームシリンダ１１１Ａのボトム側油室１１１ｂの作動油の圧力（ボトム圧とも記す）Ｐｂ、及びブームシリンダ１１１Ａのロッド側油室１１１ｒの作動油の圧力（ロッド圧とも記す）Ｐｒの時間変化を示している。

図７及び図８には、タイムチャートとともに、タイムチャートの説明のための簡略的な油圧回路図と、バイパスカット弁６の目標開口特性図が示されている。図７に示すように、本第１実施形態の比較例に係る油圧ショベルは、本第１実施形態に係る油圧ショベル１００と同様の構成を有しているが、不揮発性メモリ１５２に記憶されている目標開口特性Ａ３ｔｃｃが本第１実施形態で説明した目標開口特性Ａ３ｔｃと異なっている。具体的には、比較例に係る目標開口特性Ａ３ｔｃｃは、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２以上最大操作圧Ｐｏｘ以下の範囲で、目標開口面積Ａｔが最小開口面積Ａ３ｍｉｎとなる特性である。

図７に示すように、本実施形態の比較例に係る油圧ショベルでは、操作レバー１８１をブーム上げ側の最大操作量まで操作している状態から戻し操作を開始すると（時点ｔ１１）、流量制御弁１３０が中立位置に向かって動作する戻り動作が開始される。これにより、時点ｔ１１からメータイン通路部１３２の開口面積Ａ２が減少するとともにセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１が増加する。

バイパスカット弁６は、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１が開き始める時点ｔ１１から遅れ時間Δｔ１だけ遅れてから開き始める。このように、流量制御弁１３０とバイパスカット弁６との応答性に違いがでる理由について説明する。流量制御弁１３０は、操作レバー１８１の戻し操作によりパイロット弁１８２から出力されるパイロット圧（操作圧）が低下することにより戻り動作を開始する。

これに対してバイパスカット弁６は、電磁比例弁７から出力されるパイロット圧が低下することにより戻り動作を開始する。電磁比例弁７は、コントローラ１５０から出力される制御電流に基づいて制御される。コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが低下したことを検出してから、操作圧Ｐｏに応じた制御電流を電磁比例弁７に出力する。

このように、バイパスカット弁６の動作は、コントローラ１５０によって制御される。このため、コントローラ１５０が、操作圧Ｐｏの検出結果を取得してから電磁比例弁７に制御電流を出力するまでの通信、演算処理に要する時間が、応答遅れの原因の一つとして挙げられる。また、電磁比例弁７に制御電流が入力されてからバイパスカット弁６のパイロット受圧部６ａに作用するパイロット圧が変化するまでの時間も応答遅れの原因の一つとして挙げられる。これに対して、流量制御弁１３０は、コントローラ１５０によって制御されず、オペレータの操作に応じて操作装置１８０から出力される操作圧によって直接的に制御される。このことから、バイパスカット弁６の動作は、流量制御弁１３０の動作よりも遅れる。

流量制御弁１３０の戻り動作に比べてバイパスカット弁６の動作が遅れると、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１が増加したとしてもバイパスカット弁６が閉じられているため、ポンプ圧Ｐｐｕが上昇する。ポンプ圧Ｐｐｕが上昇すると、メータイン通路部１３２でメインポンプ１と繋がっているブームシリンダ１１１Ａのボトム側油室１１１ｂの作動油の圧力であるボトム圧Ｐｂも高くなる。ボトム圧Ｐｂが高くなると、ブームシリンダ１１１Ａを減速させるブレーキ力（ロッド圧Ｐｒ×ロッド側油室１１１ｒの受圧面積－ボトム圧Ｐｂ×ボトム側油室１１１ｂの受圧面積）が弱くなる。このため、比較例では、ブームシリンダ１１１Ａの速度が速い状態のまま、メータイン通路部１３２及びメータアウト通路部１３３が閉じられることになり、ロッド側油室１１１ｒにサージ圧が発生する（時点ｔ１２）。

ブームシリンダ１１１Ａを停止する際にサージ圧が発生すると、作業装置１０４に衝撃、振動が発生することになるため、作業装置１０４の位置決めが困難になる。また、作業装置１０４に衝撃、振動が発生すると、オペレータの疲労の増大にもつながる。このため、サージ圧の発生は、油圧ショベル１００による作業の効率の低下を招くおそれがある。

これに対して、本第１実施形態では、上述したように、コントローラ１５０は、操作圧が第２操作圧Ｐｏ２以上になると、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が所定開口面積Ａ３０となるように、電磁比例弁７を制御する。したがって、本第１実施形態では、図８に示すように、操作レバー１８１をブーム上げ側の最大操作量まで操作している状態では、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が所定開口面積Ａ３０となっている。

この状態から、操作レバー１８１の戻し操作が行われたときには（時点ｔ２１）、既にバイパスカット弁６が開いているため、メインポンプ１から吐出された作動油をタンク４へ逃がすことができる。これにより、ポンプ圧Ｐｐｕ及びボトム圧Ｐｂが上昇することを防止することができ、ブレーキ力が適切にブームシリンダ１１１Ａに作用するため、ブームシリンダ１１１Ａは滑らかに減速し、停止する。

このように、本第１実施形態では、流量制御弁１３０が戻り動作を開始する時点ｔ２１からバイパスカット弁６が開き始めるまで（バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が増加し始めるまで）に遅れ時間Δｔ２が発生するが、予め、バイパスカット弁６を開いておくことで、ロッド側油室１１１ｒにサージ圧が発生することを防止することができる。つまり、本第１実施形態では、作業装置１０４に衝撃、振動が発生することを防止することができるので、作業装置１０４の位置決めを容易に行うことができる。また、本第１実施形態では、作業装置１０４に衝撃、振動が発生することを防止することができるので、オペレータの疲労を軽減することができる。その結果、油圧ショベル１００による作業の効率を向上することができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）油圧ショベル（作業機械）１００は、タンク４から吸引した作動油を吐出するメインポンプ（ポンプ）１と、メインポンプ１から吐出された作動油によって駆動されるブームシリンダ（油圧アクチュエータ）１１１Ａと、中立位置でメインポンプ１からの作動油をタンク４に導くセンタバイパス通路部１３１を有し、中立位置からの変位量に応じてブームシリンダ１１１Ａへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁１３０と、メインポンプ１から供給された作動油を、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１を経由してタンク４に導くセンタバイパスライン１７１と、センタバイパスライン１７１における流量制御弁１３０の下流側に設けられセンタバイパスライン１７１の開口を制御するバイパスカット弁６と、バイパスカット弁６を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁７と、ブームシリンダ１１１Ａを操作するための操作装置１８０と、操作装置１８０の操作量に基づいて、流量制御弁１３０を制御する操作圧（パイロット圧）を生成するパイロット弁１８２と、操作装置１８０の操作圧（操作量）を検出する圧力センサ（操作量検出装置）１８５Ａと、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏに基づいて、電磁比例弁７を制御するコントローラ（制御装置）１５０と、を備える。

コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが、最小操作圧Ｐｏｎ以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲では、操作圧Ｐｏの増加に応じてバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎとなるまで小さくなるように電磁比例弁７を制御する。これにより、メインポンプ１のエネルギーロスが低減され、燃費が向上する。また、良好な微操作性を得ることができる。

コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが、最大操作圧Ｐｏｘであるときには、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎよりも大きい開口面積（所定開口面積Ａ３０）となるように、電磁比例弁７を制御する。これにより、ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）１１１Ａの停止時のサージ圧の発生を防止することができる。その結果、油圧ショベル１００の作業効率を向上することができる。

（２）流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１は、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲では操作圧Ｐｏが増加するほど開口面積Ａ１が小さくなり、第２操作圧Ｐｏ２で全閉となる開口特性Ａ１ｃを有する。コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが、第２操作圧Ｐｏ２以上最大操作圧Ｐｏｘ以下であるときに、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加するように電磁比例弁７を制御する。これにより、操作圧Ｐｏが、第２操作圧Ｐｏ２未満でバイパスカット弁６の開口面積Ａ３を最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加させる場合に比べて、エネルギーロスを低減することができる。なお、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２であるときのバイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔを所定開口面積Ａ３０に設定することにより、バイパスカット弁６の開き遅れを効果的に防止することができる。

＜第２実施形態＞
図９から図１３を参照して、第２実施形態に係る油圧ショベル２００について説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図９は、図２と同様の図であり、第２実施形態に係る油圧ショベル２００が備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。図９に示すように、第２実施形態に係る油圧ショベル２００は、第１実施形態に係る油圧ショベル１００と同様の構成に加え、バイパスカット弁６を通過する作動油の温度を検出する温度センサ２８６を備えている。

本実施形態では、温度センサ２８６は、メインポンプ１によって吸い上げられる作動油が貯留されるタンク４内の作動油の温度を検出する。なお、温度センサ２８６の設置場所は、タンク４に限られない。

図１０は、図５と同様の図であり、第２実施形態に係る油圧ショベル２００のコントローラ２５０による電磁比例弁７の制御電流値の演算処理について示すブロック図である。図１０に示すように、コントローラ２５０は、第１開口面積演算部２６１Ａと、第２開口面積演算部２６１Ｂと、選択部２６４と、パイロット圧演算部１６２と、電流演算部１６３と、を有する。第１開口面積演算部２６１Ａは、第１実施形態で説明した開口面積演算部１６１と同様の機能を有する。第１開口面積演算部２６１Ａは、第１目標開口特性Ａ３ａｃを参照し、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏに基づいて、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔを演算する。

第２開口面積演算部２６１Ｂは、第１目標開口特性Ａ３ａｃとは異なる第２目標開口特性Ａ３ｂｃを参照し、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏに基づいて、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔを演算する。図１１は、バイパスカット弁６の第１目標開口特性Ａ３ａｃ及び第２目標開口特性Ａ３ｂｃについて示す図である。第１目標開口特性Ａ３ａｃ及び第２目標開口特性Ａ３ｂｃは、テーブル形式で不揮発性メモリ１５２に記憶されている。図１１では、細い実線で第１目標開口特性Ａ３ａｃについて示し、太い実線で第２目標開口特性Ａ３ｂｃについて示している。なお、図１１では、破線で流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口特性Ａ１ｃについても示している。第１目標開口特性Ａ３ａｃは、第１実施形態で説明した目標開口特性Ａ３ｔｃと同じ特性であるので、説明を省略する。

第２目標開口特性Ａ３ｂｃで定められる操作圧Ｐｏと目標開口面積Ａ３ｔの関係は以下のとおりである。操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎのときには、目標開口面積Ａ３ｔは最大開口面積Ａ３ｍａｘである。操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎ以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲では、操作圧Ｐｏの増加に応じてバイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔが最小開口面積Ａ３ｍｉｎ２となるまで連続的に小さくなる。なお、第２目標開口特性Ａ３ｂｃにおける最小開口面積Ａ３ｍｉｎ２は、第１目標開口特性Ａ３ａｃにおける最小開口面積Ａ３ｍｉｎよりも大きい。

操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２以上では、バイパスカット弁６の目標開口面積Ａ３ｔは、最小開口面積Ａ３ｍｉｎ２よりも大きい所定開口面積Ａ３０となる。なお、操作圧Ｐｏが最小操作圧Ｐｏｎ以上第３操作圧Ｐｏ３未満の範囲における操作圧Ｐｏに対する目標開口面積Ａ３ｔの変化率（傾き）と、第３操作圧Ｐｏ３以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲における操作圧Ｐｏに対する目標開口面積Ａ３ｔの変化率（傾き）とは異なっている。なお、各操作圧の大小関係は、Ｐｏｎ＜Ｐｏ３＜Ｐｏ１＜Ｐｏ２＜Ｐｏｘである。

操作圧Ｐｏが第３操作圧Ｐｏ３以上第２操作圧Ｐｏ２未満の範囲において、第２目標開口特性Ａ３ｂｃで定められる目標開口面積Ａ３ｔは、第１目標開口特性Ａ３ａｃで定められる目標開口面積Ａ３ｔよりも大きい。

図１０に示すように、選択部２６４は、温度センサ２８６で検出された作動油の温度Ｔが、閾値Ｔ０以上であるか否かを判定する。閾値Ｔ０は、作動油が低温状態であるか否かを判定するための閾値であり、予め不揮発性メモリ１５２に記憶されている。選択部２６４は、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０以上であると判定した場合、第１開口面積演算部２６１Ａで演算された目標開口面積Ａ３ｔを選択し、パイロット圧演算部１６２に出力する。選択部２６４は、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０未満であると判定した場合、第２開口面積演算部２６１Ｂで演算された目標開口面積Ａ３ｔを選択し、パイロット圧演算部１６２に出力する。なお、これに限られるものではなく、例えば、操作圧と作動油温とを入力し３次元テーブルとして目標開口面積Ａ３ｔを選択するようにしてもよい。

パイロット圧演算部１６２は、選択部２６４で選択された目標開口面積Ａ３ｔに基づいて、目標パイロット圧Ｐｐｔを演算する。電流演算部１６３は、パイロット圧演算部１６２で演算された目標パイロット圧Ｐｐｔに基づいて制御電流値Ｉｃを演算し、演算結果に応じた制御電流を電磁比例弁７に出力する。

本第２実施形態の主な動作について説明する。以下では、油圧ショベル２００で実施されるクレーン作業（吊り荷作業）を例に説明する。オペレータが、操作レバー１８１をブーム上げ側に操作すると、ブームシリンダ１１１Ａが伸長し、ブーム１１１が上方向に回動する。オペレータは、操作レバー１８１の操作量を徐々に増加させることにより（微操作を行うことにより）、吊り荷が作業装置１０４によってスムーズに持ち上げられる。

ここで、第１実施形態に係る油圧ショベル１００では、作動油の温度Ｔが低温の状態であると、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１及びバイパスカット弁６を通過する作動油の圧力損失が大きくなることに起因して、ブームシリンダ１１１Ａをスムーズに動作させることができないおそれがある。

これに対して、本第２実施形態では、コントローラ１５０が、温度センサ２８６で検出された作動油の温度Ｔが低いとき（Ｔ＜Ｔ０）には、高いとき（Ｔ≧Ｔ０）よりもバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が大きくなるように、電磁比例弁７を制御する。

これにより、例えば、オペレータが、操作レバー１８１をブーム上げ側に操作したときに、ショックが発生することなく、滑らかにブームシリンダ１１１Ａを動作させることができる。以下、本第２実施形態の構成によって、ブーム上げ操作の際に、ショックが発生することなくブームシリンダ１１１Ａを動作させることができる点について、第１実施形態と比較して説明する。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第１実施形態に係る油圧ショベル１００において、ブーム上げ操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。図１２（ａ）は作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０以上である場合のタイムチャートであり、図１２（ｂ）は作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０未満である場合のタイムチャートである。図１３は、本第２実施形態に係る油圧ショベル２００において、ブーム上げ操作を行ったときの各弁の開口面積及び作動油の圧力の時間変化を示すタイムチャートである。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１３に示すタイムチャートは、操作レバー１８１を中立位置からブーム上げ側に操作した場合におけるタイムチャートである。なお、開口面積の変化を示す上側のタイムチャートでは、流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１及びメータイン通路部１３２の開口面積Ａ２並びにバイパスカット弁６の開口面積Ａ３の時間変化を示している。また、圧力の変化を示す下側のタイムチャートでは、ポンプ圧Ｐｐｕ、ブームシリンダ１１１Ａのボトム圧Ｐｂ、及びブームシリンダ１１１Ａのロッド圧Ｐｒの時間変化を示している。

図１２（ａ）に示すように、第１実施形態では、作動油の温度Ｔが所定の温度Ｔ０以上である場合には、操作レバー１８１を中立位置からブーム上げ側に操作を開始すると（時点ｔ３１）、流量制御弁１３０が中立位置から変位する。これにより、時点ｔ３１からセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１及びバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が徐々に減少する。また、メータイン通路部１３２が時点ｔ３２から開き始め、操作量の増加に応じて、メータイン通路部１３２の開口面積Ａ２が増加する。

作動油の温度Ｔが所定の温度Ｔ０以上である場合には、時点ｔ３１からポンプ圧Ｐｐｕが緩やかに上昇する。ポンプ圧Ｐｐｕは、メータイン通路部１３２が開き始める時点ｔ３２の直前にボトム圧Ｐｂを超える。このように、メータイン通路部１３２が開く際のポンプ圧ｐｐをボトム圧Ｐｂに合わせることにより、スムーズにブームシリンダ１１１Ａの動作を開始させることができる。したがって、ブーム１１１をゆっくりと動作させて吊り荷を上昇させることができる。

しかしながら、図１２（ｂ）に示すように、作動油の温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低くなると、作動油の粘性（粘度）が増加するため、作動油が流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１及びバイパスカット弁６を通過する際の圧力損失が大きくなる。このため、操作レバー１８１を中立位置からブーム上げ側に操作を開始した時点ｔ４１からポンプ圧Ｐｐｕが急上昇する。つまり、ポンプ圧Ｐｐｕの上昇率が、作動油の温度が高いとき（Ｔ≧Ｔ０）に比べて大きくなる。その結果、作動油の温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低いときには、所定温度Ｔ０よりも高いときに比べて、ブーム上げ動作を行う場合において、ブームシリンダ１１１Ａのボトム側油室１１１ｂに流入する作動油の圧力（すなわち、ボトム圧Ｐｂ）が必要以上に高くなる。その結果、ブームシリンダ１１１Ａが急に動作することに起因して、ショックが発生するおそれがある。このように、作動油の温度Ｔが低い場合には、微操作性が悪化し、作業装置１０４の位置決めが困難になる。また、作業装置１０４が急に動作を開始すると（動作開始時にショックが発生すると）、オペレータの疲労の増大にもつながる。このため、作業装置１０４の急な動作は、油圧ショベル１００による作業の効率の低下を招くおそれがある。

これに対して、本第２実施形態では、上述したように、コントローラ２５０は、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０未満のときには、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０以上のときよりもバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が大きくなるように、電磁比例弁７を制御する。したがって、本第２実施形態では、図１３に示すように、操作レバー１８１を中立位置からブーム上げ側に操作を開始した時点ｔ５１からセンタバイパス通路部１３１の開口面積Ａ１及びバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が減少するが、時点ｔ５２においてバイパスカット弁６の開口面積Ａ３の減少率が小さくなる。時点ｔ５２は、メータイン通路部１３２が開き始める時点よりも前の時点である。時点ｔ５２からセンタバイパス通路部１３１が全閉となる時点ｔ５３まで、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０未満のときのバイパスカット弁６の開口面積Ａ３は、作動油の温度Ｔが閾値Ｔ０以上のときの開口面積Ａ３よりも大きくなる。これにより、作動油が流量制御弁１３０のセンタバイパス通路部１３１及びバイパスカット弁６を通過する際の圧力損失が低下するため、ポンプ圧Ｐｐｕの急な上昇が防止される。その結果、ボトム圧Ｐｂの急な上昇も防止される。

以上のとおり、本第２実施形態によれば、作動油の温度が低い場合において、作業装置１０４が急に動作を開始することを防止することができるので、作業装置１０４の位置決めを容易に行うことができる。また、本第２実施形態では、作動油の温度が低い場合において、作業装置１０４が急に動作を開始することを防止することができるので、オペレータの疲労を軽減することができる。その結果、油圧ショベル２００による作業の効率を向上することができる。

＜第３実施形態＞
図１４及び図１５を参照して、第３実施形態に係る油圧ショベル３００について説明する。なお、図中、第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１４は、図２及び図９と同様の図であり、第３実施形態に係る油圧ショベル３００が備える油圧システム（油圧駆動回路）について示す図である。

図１４に示すように、第３実施形態に係る油圧ショベル３００は、センタバイパスライン１７１に、複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが設けられている。タンデム接続される流量制御弁１３０Ａ及び流量制御弁１３０Ｂは、第１実施形態で説明した流量制御弁１３０と同様の構成である。流量制御弁１３０Ａは、ブームシリンダ１１１Ａに供給される作動油の流れの方向及び流量を制御し、流量制御弁１３０Ｂは、アームシリンダ１１２Ａに供給される作動油の流れの方向及び流量を制御する。

油圧ショベル３００は、アームシリンダ１１２Ａを操作するための操作装置３８０と、流量制御弁１３０Ｂのパイロット受圧部１３６，１３７に作用するパイロット圧を検出する圧力センサ３８５Ａ，３８５Ｂと、を備えている。

操作装置３８０は、アーム１１２（アームシリンダ１１２Ａ、流量制御弁１３０Ｂ）を操作する操作装置であって、操作部材である操作レバー３８１と、操作レバー３８１の操作量に基づいて、流量制御弁１３０Ｂを制御するパイロット圧（操作圧）を生成するアームクラウド用のパイロット弁３８２及びアームダンプ用のパイロット弁３８３とを有する。操作装置３８０は、操作レバー３８１の操作方向及び操作量に応じたパイロット圧（操作圧）をパイロット弁３８２，３８３で生成し、パイロット弁３８２，３８３で生成されたパイロット圧を流量制御弁１３０Ｂに直接供給する油圧パイロット式の操作装置である。操作レバー３８１は、例えば、運転席の左側に設けられ（図１参照）、左右方向に操作される。操作レバー３８１が左方に操作されると、アームダンプ動作が行われる。アームダンプ動作とは、アーム１１２の先端が機体１０５から離れるようにアーム１１２が回動する動作である。操作レバー３８１が右方に操作されると、アームクラウド動作が行われる。アームクラウド動作とは、アーム１１２の先端が機体１０５に近づくようにアーム１１２が回動する動作である。

圧力センサ３８５Ａは、操作レバー３８１によりアームクラウド操作が行われたときにアームクラウド用のパイロット弁３８２から出力される操作圧Ｐｏを検出し、検出結果をコントローラ３５０に出力する。圧力センサ３８５Ｂは、操作レバー３８１によりアームダンプ操作が行われたときにアームダンプ用のパイロット弁３８３から出力される操作圧Ｐｏを検出し、検出結果をコントローラ３５０に出力する。

操作レバー１８１及び操作レバー３８１により複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂの複合操作が行われた場合、単独操作が行われた場合に比べて、センタバイパスライン１７１の開口面積（合成開口面積）が絞られる。このため、タンデム接続される複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂのうち、センタバイパスライン１７１の上流側の流量制御弁１３０Ａから作動油が供給されるブームシリンダ１１１Ａの供給側圧力が必要以上に高くなる。このため、第２実施形態で説明した作動油の温度が低温状態のときと同様、ブームシリンダ１１１Ａの動作開始時にショックが発生するおそれがある。

そこで、本第３実施形態では、コントローラ３５０は、複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが複合操作されたときには、単独操作されたときよりもバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が大きくなるように、電磁比例弁７を制御する。

図１５は、図５及び図１０と同様の図であり、第３実施形態に係る油圧ショベル３００のコントローラ３５０による電磁比例弁７の制御電流値の演算処理について示すブロック図である。図１５に示すように、コントローラ３５０は、第２実施形態で説明した選択部２６４に代えて、選択部３６４を有している。選択部３６４は、圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂ，３８５Ａ，３８５Ｂで検出された操作圧Ｐｏに基づいて、流量制御弁１３０Ａ及び流量制御弁１３０Ｂが同時に操作されている複合操作状態であるか否かを判定する。

選択部３６４は、圧力センサ１８５Ａ，１８５Ｂで検出された操作圧Ｐｏのいずれか一方が閾値Ｐｏ０以上であり、かつ、圧力センサ３８５Ａ，３８５Ｂで検出された操作圧のいずれか一方が閾値Ｐｏ０以上である場合、複合操作状態であると判定し、それ以外の場合には複合操作状態でないと判定する。閾値Ｐｏ０は、操作装置１８０，３８０が操作されているか否かを判定するための閾値であり、予め定められ不揮発性メモリ１５２に記憶されている。選択部３６４は、複合操作状態でない（すなわち単独操作状態である）と判定した場合、第１開口面積演算部２６１Ａで演算された目標開口面積Ａ３ｔを選択し、パイロット圧演算部１６２に出力する。選択部３６４は、複合操作状態であると判定した場合、第２開口面積演算部２６１Ｂで演算された目標開口面積Ａ３ｔを選択し、パイロット圧演算部１６２に出力する。なお、これに限られるものではなく、例えば、操作装置１８０から出力される操作圧と、操作装置３８０から出力される操作圧とを入力し３次元テーブルとして目標開口面積Ａ３ｔを選択するようにしてもよい。

このように第３実施形態では、センタバイパスライン１７１に複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが設けられている。コントローラ３５０は、複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが複合操作されたときには、単独操作されたときよりもバイパスカット弁６の開口面積Ａ３が大きくなるように、電磁比例弁７を制御する。

したがって、本第３実施形態によれば、複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが複合操作された場合において、作業装置１０４が急に動作を開始することを防止することができるので、作業装置１０４の位置決めを容易に行うことができる。また、本第３実施形態では、複数の流量制御弁１３０Ａ，１３０Ｂが複合操作された場合において、作業装置１０４が急に動作を開始することを防止することができるので、オペレータの疲労を軽減することができる。その結果、油圧ショベル３００による作業の効率を向上することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、コントローラ１５０は、圧力センサ１８５Ａで検出された操作圧Ｐｏが、第２操作圧Ｐｏ２であるときに、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加するように電磁比例弁７を制御する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

＜変形例１－１＞
コントローラ１５０は、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２よりも大きいときに、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加するように電磁比例弁７を制御してもよい。上述したように、操作圧Ｐｏが、第２操作圧Ｐｏ２以上最大操作圧Ｐｏｘ以下であるときに、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加するように電磁比例弁７を制御することにより、エネルギーロスを低減することができる。

＜変形例１－２＞
コントローラ１５０は、操作圧Ｐｏが第２操作圧Ｐｏ２未満のときに、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加するように電磁比例弁７を制御してもよい。なお、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加する操作圧Ｐｏは低いほどエネルギーロスが発生する。このため、バイパスカット弁６の開口面積Ａ３が最小開口面積Ａ３ｍｉｎから増加する操作圧Ｐｏは、高い方が（すなわち第２操作圧Ｐｏ２に近い方が）好ましい。

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、操作装置１８０が、油圧パイロット式の操作装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。操作装置１８０は、電気式の操作装置であってもよい。電気式の操作装置の操作量は、操作レバーの回動角度を検出するポテンショメータ等の操作量検出装置によって検出される。コントローラ１５０は、操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、電磁比例弁（パイロット弁）に制御電流を出力する。電磁比例弁（パイロット弁）は、パイロットポンプ９から供給されるパイロット一次圧を減圧してパイロット圧（操作圧）を生成し、生成したパイロット圧（操作圧）を流量制御弁１３０のパイロット受圧部１３６，１３７に出力する。このような構成では、バイパスカット弁６を制御する電磁比例弁７と、流量制御弁１３０を制御する電磁比例弁（パイロット弁）は、それぞれコントローラ１５０によって制御されるので、応答性に差が生じにくい。しかしながら、流量制御弁１３０のパイロット受圧部１３６と電磁比例弁（パイロット弁）とを接続するパイロット油路と、バイパスカット弁６と電磁比例弁７とを接続するパイロット油路との長さの違い、及び弁の特性の違い等により、バイパスカット弁６の動作が、流量制御弁１３０の動作に比べて遅れることもある。したがって、電気式の操作装置を有する油圧ショベルに対しても、上記実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、ブームシリンダ１１１Ａにおけるサージ圧の発生を防止するための構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。アームシリンダ１１２Ａ及びバケットシリンダ１１３Ａにおけるサージ圧の発生も同様に防止することができる。

＜変形例４＞
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１００である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、ホイールローダ等の種々の作業機械に本発明を適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…メインポンプ、４…タンク、６…バイパスカット弁、７…電磁比例弁、９…パイロットポンプ、１００…油圧ショベル（作業機械）、１１１Ａ…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１１２Ａ…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１１３Ａ…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、１３０…流量制御弁、１３０Ａ…流量制御弁、１３０Ｂ…流量制御弁、１３１…センタバイパス通路部、１３２…メータイン通路部、１３３…メータアウト通路部、１５０…コントローラ（制御装置）、１６１…開口面積演算部、１６２…パイロット圧演算部、１６３…電流演算部、１７１…センタバイパスライン、１８０…操作装置、１８１…操作レバー（操作部材）、１８２，１８３…パイロット弁、１８５Ａ，１８５Ｂ…圧力センサ（操作量検出装置）、２００…油圧ショベル（作業機械）、２５０…コントローラ（制御装置）、２６１Ａ…第１開口面積演算部、２６１Ｂ…第２開口面積演算部、２６４…選択部、２８６…温度センサ、３００…油圧ショベル（作業機械）、３５０…コントローラ（制御装置）、３６４…選択部、３８０…操作装置、３８１…操作レバー（操作部材）、３８２，３８３…パイロット弁、３８５Ａ，３８５Ｂ…圧力センサ（操作量検出装置）、Ａ１…センタバイパス通路部の開口面積、Ａ１ｃ…センタバイパス通路部の開口特性、Ａ２…メータイン通路部の開口面積、Ａ２ｃ…メータイン通路部の開口特性、Ａ３…バイパスカット弁の開口面積、Ａ３ａｃ…バイパスカット弁の第１目標開口特性、Ａ３ｂｃ…バイパスカット弁の第２目標開口特性、Ａ３ｔｃ…バイパスカット弁の目標開口特性

Claims (3)

1. タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、
   前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、
   前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、
   前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、
   前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
   前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、
   前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、
   前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御し、
   前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部は、前記操作量が前記所定操作量未満の範囲では前記操作量が増加するほど開口面積が小さくなり、前記所定操作量で全閉となる開口特性を有し、
   前記制御装置は、前記操作量検出装置で検出された操作量が、前記所定操作量以上前記最大操作量以下であるときに、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積から増加するように前記電磁比例弁を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
2. タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、
   前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、
   前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、
   前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、
   前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
   前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、
   前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、
   前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御し、
   前記バイパスカット弁を通過する作動油の温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御装置は、前記温度センサで検出された作動油の温度が低いときには、高いときよりも前記バイパスカット弁の開口面積が大きくなるように、前記電磁比例弁を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
3. タンクから吸引した作動油を吐出するポンプと、
   前記ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   中立位置で前記ポンプからの作動油を前記タンクに導くセンタバイパス通路部を有し、前記中立位置からの変位量に応じて前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、
   前記ポンプから供給された作動油を、前記流量制御弁の前記センタバイパス通路部を経由して前記タンクに導くセンタバイパスラインと、
   前記センタバイパスラインにおける前記流量制御弁の下流側に設けられ前記センタバイパスラインの開口を制御するバイパスカット弁と、
   前記バイパスカット弁を制御するパイロット圧を生成する電磁比例弁と、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
   前記操作装置の操作量に基づいて、前記流量制御弁を制御するパイロット圧を生成するパイロット弁と、
   前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、
   前記操作量検出装置で検出された操作量に基づいて、前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最小操作量以上所定操作量未満の範囲では、前記操作量の増加に応じて前記バイパスカット弁の開口面積が最小開口面積となるまで小さくなるように前記電磁比例弁を制御し、
   前記操作量検出装置で検出された操作量が、最大操作量であるときには、前記バイパスカット弁の開口面積が前記最小開口面積よりも大きい開口面積となるように、前記電磁比例弁を制御し、
   前記センタバイパスラインには、複数の前記流量制御弁が設けられ、
   前記制御装置は、前記複数の流量制御弁が複合操作されたときには、単独操作されたときよりも前記バイパスカット弁の開口面積が大きくなるように、前記電磁比例弁を制御する
   ことを特徴とする作業機械。

Images