JP2013249900A - 油圧駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータへの供給側と排出側の流量を個別制御する油圧駆動回路において、作業中に負荷方向が変わる際にも、無駄な圧力損失を発生させずに、かつ操作量に応じたアクチュエータ速度を実現する。
【解決手段】操作レバー１０は操作量に応じた操作信号を演算装置１１に出力する。演算装置１１は、操作量に応じたアームシリンダの目標速度ｖを決定し、この目標速度ｖとアームシリンダのボトム側油室断面積Ａｂやロッド側油室断面積Ａｒとからボトム側油室、ロッド側油室への目標流量Ｑｂ，Ｑｒを演算する。次に、この目標流量Ｑｂ，Ｑｒ、圧力センサ７からの圧力Ｐｐ、圧力センサ８，９からの圧力Ｐｂ，Ｐｒ、作動油の流量係数Ｃおよび作動油粘性係数ρに基づき、方向制御弁３の目標開口面積Ａ_３と方向制御弁４の目標開口面積Ａ_４を演算する。そしてこの目標開口面積Ａ_３，Ａ_４となるよう方向制御弁３，４を独立して駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧駆動回路に関する。

油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油を制御する油圧駆動回路において、油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータインスプール弁と、油圧アクチュエータの供給側の圧力を制御するメータアウトスプール弁と、このメータアウトスプール弁によって制御された油圧アクチュエータの供給側の圧力に圧力ゲインβを乗ずる乗算器と指令流量Ｑｃから乗算器の演算値を減算する減算器とこの減算器の演算値に応じてメータインスプール弁を作動させ、開口面積を制御する電磁アクチュエータとを有する開度制御手段とを備えたものがある（特許文献１参照）。

特開平６−１９３６０５号公報

一般的に、油圧アクチュエータの駆動回路では、油圧ポンプによって吐出された圧油は方向制御弁を介して油圧アクチュエータに導かれると同時に、油圧アクチュエータから排出された圧油が方向制御弁を介して油圧タンクへ導かれる回路構成となっている。

このような油圧駆動回路では、通常、方向制御弁は、圧油を導く方向を切り替えると同時に開口面積を調節することによって油圧アクチュエータへ導かれる圧油の流量を制御する。
しかし、油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御しているため、その両経路の開口面積の組み合わせは設計時に一意に設定されることになる。

この方向制御弁の開口面積の一般的な決め方は以下のようである。油圧アクチュエータに動作方向に順ずる方向の負荷が掛かる場合には、動作の逸走を防ぐために、油圧アクチュエータの排出側の開口面積を絞るように設定する。また、油圧アクチュエータに動作方向に逆らう方向の負荷が発生する場合には、供給側の開口面積を絞るように設定する。これにより、排出側の経路に無駄な圧力を立てることなくアクチュエータ速度を制御する。

しかし、作業機械の油圧アクチュエータにおいては、その作業状態によって、作業中に負荷方向が変化するものが多々ある。
例えば油圧ショベルなどの作業機械のアームシリンダは、その掘削動作において、アーム軌跡が下死点に達するまで、もしくはバケット爪先が地面に達して掘削が始まるまでは、アームの自重により動作に順方向の負荷が発生する。アーム軌跡の下死点以降もしくは掘削が始まってからは、アームの自重および掘削抵抗により動作に逆方向の負荷が発生する。

このような負荷方向が変化する油圧アクチュエータの速度を制御する場合、通常は安全面を考慮して、動作の逸走を防ぐべく排出側の開口面積を絞るように設定する。
しかしながら、これら油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御する回路では、アクチュエータ負荷が動作に対して逆方向になって以降、メータアウト開口部で発生する圧力損失が一切無駄となり、省エネ性の面で問題がある。

また、油圧アクチュエータの供給側の開口面積と排出側の開口面積を個別に制御する特許文献１のような油圧駆動装置では、メータインスプール弁の開口面積をメータアウトスプール弁で制御した圧力に応じて制御するために、アクチュエータ動作に順方向の負荷が掛かっている場合は、操作レバーの操作量が油圧アクチュエータの速度に対応せず、操作レバーの操作量が油圧アクチュエータの力に対応することになってしまう。
このため、油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御する油圧駆動回路の場合と同様に油圧アクチュエータの力制御となる場面が生じ、オペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータ速度が得られないとの問題がある。

このように、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作において、オペレータの操作感覚に合わない操作性となり、操作性が悪化する恐れがある。

本発明は、油圧アクチュエータへの供給側と油圧アクチュエータの排出側の圧油の流量を個別に制御する油圧駆動回路において、作業中に負荷方向が変わる際にも、無駄な圧力損失を発生させずに、かつオペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータの速度を実現することができる油圧駆動回路を提供する。

上記目的を達成するために、第１の発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプにより吐出された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量を制御する第１流量制御部と、前記油圧アクチュエータからタンクへ排出される圧油の流量を制御する第２流量制御部と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、前記第１流量制御部および前記第２流量制御部を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記第１および第２流量制御部の前後差圧をそれぞれ検出する差圧検出手段および操作レバーの操作量から前記油圧アクチュエータへ供給・排出する目標流量を演算する目標流量演算手段から得られる信号を取り込み、前記第１流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第１流量制御部の開口面積を制御し、前記第２流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第２流量制御部の開口面積を制御する指令を前記第１流量制御部および前記第２流量制御部にそれぞれ出力することを特徴とする。

更に、第３の発明は、第２の発明において、前記制御手段は、操作レバーの操作量信号から前記油圧アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、前記目標速度演算部で演算した前記目標速度で前記油圧アクチュエータを駆動させるための前記油圧アクチュエータへの圧油の目標流量を演算する目標流量演算部と、前記目標流量演算部で演算した圧油の前記目標流量と、前記差圧検出手段で検出した前記第１および前記第２流量制御部の前後差圧とに基づいて、前記第１および前記第２流量制御部の目標開口面積を演算する目標開口面積演算部と、前記目標開口面積演算部で演算した前記目標開口面積となるように前記第１および前記第２流量制御部を駆動する指令信号を演算する指令演算部とを備えた
ことを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、前記第１流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの一方の油室との間に配置し、前記第２流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの他方の油室との間に配置し、前記制御手段は、前記差圧検出手段および前記目標流量検出手段から得られる信号を取り込み、前記第１流量制御部および前記第２流量制御部の開口面積を調整して前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように制御することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記第１流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間および前記第２流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間に、メイクアップ用のチェック弁を更に備えたことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記油圧アクチュエータは、作業機械のアームを駆動するアームシリンダであることを特徴とする。

本発明によれば、作業機械の作業中に負荷方向が変わる際にも、無駄な圧力損失を発生させずに、オペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータの速度を実現することができるので、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができる。その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減することができる。

本発明の油圧駆動回路を備えた油圧ショベルの側面図である。 本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態の概略を示す構成図である。 本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態における方向制御弁の制御ロジックを示すブロック図である。 本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態における油圧ポンプの傾転角度の制御ロジックを示すブロック図である。 本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態を備える油圧ショベルの掘削作業の動作を示す説明図である。 本発明の油圧駆動回路の第２実施形態の概略を示す構成図である。 本発明の油圧駆動回路の他の形態の概略を示す図である。

以下に本発明の油圧駆動回路の実施形態を、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態を、図１乃至図５を用いて説明する。図１は本発明の油圧駆動回路を備えた油圧ショベルの側面図、図２は本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態の概略を示す構成図、図３は本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態における方向制御弁の制御ロジックを示すブロック図、図４は本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態における油圧ポンプの傾転角度の制御ロジックを示すブロック図、図５は本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態を備える油圧ショベルの掘削作業の動作を示す説明図である。
なお、図１乃至図５においては、油圧駆動回路を備える作業機械として油圧ショベル、油圧アクチュエータとして油圧ショベルのアームシリンダに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１において、油圧ショベルは走行体１００と旋回体１０１とフロント作業機１０２を備えている。

走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。旋回体１０１は走行体１００上に旋回可能に搭載され、旋回モータ（不図示）により旋回駆動される。フロント作業機１０２は旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、キャビン（運転室）１０７が備えられ、エンジンルーム１０６に後述するエンジンや油圧ポンプ１、サブポンプ等の油圧機器が配置され、キャビン１０７内には操作レバー１０等が配置されている。

フロント作業機１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ１１４の伸縮により上下方向に回動し、アーム１１２はアームシリンダ２の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット１１３はバケットシリンダ１１６の伸縮により上下、前後方向に回動する。

次に、本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態を図２を用いて説明する。
図２は本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態のうち、油圧ショベルのアーム１１２に備えられているアームシリンダ２を駆動する油圧駆動回路の概略を示す構成図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。

図２において、油圧駆動回路は、図１に示すような油圧ショベルに備えられており、圧油を吐出する油圧ポンプ１と、この圧油を受けて駆動されるアームシリンダ２（油圧アクチュエータ）とを有する。

また、この油圧ポンプ１とアームシリンダ２のボトム側油室２ａ及びピストンロッド側油室２ｂと連結する管路Ｘ１，Ｘ２には、アームシリンダ２に対して油圧ポンプ１からの圧油を導く方向を切り替える方向制御弁３，４がそれぞれ配置されている。
これらの方向制御弁３，４は、この例では２ポート３位置形であり、アームシリンダ２に対して供給・排出する圧油の供給・排出方向の切り替えを行うと同時に、絞りとしての機能を持ち、弁の開口面積を任意に調節することで圧油の流量を制御することができるように構成されている。更に、方向制御弁３，４とアームシリンダ２の間の管路Ｘ１，Ｘ２には、メイクアップ用のチェック弁５を介してタンク６と繋がる管路Ｘ３，Ｘ４がそれぞれ設けられている。

方向制御弁３とアームシリンダ２の間の管路Ｘ１には、圧力センサ８（第１圧力計）が設けられている。方向制御弁４とアームシリンダ２の間の管路Ｘ２には、圧力センサ９（第２圧力計）が設けられている。これらの圧力センサ８，９は、アームシリンダ２と方向制御弁３，４の間の圧油の圧力をそれぞれ検出し、後述する演算装置１１（制御手段）に出力する。

また、油圧ポンプ１と方向制御弁３，４の間の管路Ｘ５には、圧力センサ７（第３圧力計）が設けられている。この圧力センサ７は、油圧ポンプ１と方向制御弁３，４の間の圧油の圧力を検出し、後述する演算装置１１に出力する。第１圧力計と第２圧力計と第３圧力計は、第１および第２流量制御部の前後差圧を検出する差圧検出手段として構成される。

油圧ショベルのキャビン１０７内には、アームシリンダ２の動作方向を操作するための操作レバー１０が設けられている。この操作レバー１０は、オペレータの操作量を検出する操作量検出器１０ａを備え、この操作量検出器１０ａで検出した操作信号を演算装置１１に出力する。

演算装置１１は、操作レバー１０の操作量検出器１０ａ、各圧力センサ７，８，９で検出した検出値に従って、方向制御弁３，４の開口面積および油圧ポンプ１の傾転角度の指令値を演算し、この演算結果に基づいて油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、方向制御弁３，４を制御する。

更に、方向制御弁３，４には、その操作部にパイロット圧油を供給するパイロット電磁弁１２，１３，１４，１５がそれぞれ設けられている。油圧ポンプ１の斜板調整器１Ａには、斜板の傾斜角度を調整する圧油を供給するパイロット電磁弁１６が設けられている。

次に、前述した演算装置１１の詳細な構成を図３，図４を用いて説明する。
図３，図４において、図１，２に示す符号は同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
演算装置１１は、操作レバー１０の操作量検出器１０ａからアームクラウド操作信号を取込み、予め記憶部に記憶された『レバー操作量／シリンダ速度』特性マップに従って、アームシリンダ２の目標速度ｖを決定する目標速度演算部１１ａと、この目標速度演算部１１ａで決定した目標速度ｖとアームシリンダ２のボトム側油室２ａの断面積Ａｂおよびロッド側油室２ｂの断面積Ａｒとの積を取って、ボトム側油室２ａへの圧油の目標流量Ｑｂおよびロッド側油室２ｂへの圧油の目標流量Ｑｒをそれぞれ演算する目標流量演算部１１ｂと、この目標流量演算部１１ｂで演算した目標流量Ｑｂ，Ｑｒから方向制御弁３の目標開口面積Ａ_３と方向制御弁４の目標開口面積Ａ_４を演算する目標開口面積演算部１１ｃと、演算した目標開口面積Ａ_３，Ａ_４に従って方向制御弁３，４を駆動するように、パイロット電磁弁１２，１３，１４，１５に対して、それぞれ予め記憶部に記憶された『目標面積／電磁弁指令値』特性マップ１１ｄ_１〜１１ｄ_４に従って電流値信号を出力する電磁弁指令電流値演算部１１ｄとを備えている。この目標流量演算部１１ｂと前述の目標速度演算部１１ａは、目標流量演算手段として構成される。
このうち、目標開口面積演算部１１ｃは、より詳細には、目標流量演算部１１ｂで演算した目標流量の符号が＋の場合、演算した目標流量Ｑｂ，Ｑｒ、圧力センサ７から入力された方向制御弁３，４前の圧力Ｐｐ、圧力センサ８，９から入力された方向制御弁３，４後の圧力Ｐｂ，Ｐｒ、使用している作動油の流量係数Ｃおよび粘性係数ρに基づいて、式（１），（２）に従って方向制御弁３の目標開口面積Ａ_３と方向制御弁４の目標開口面積Ａ_４をそれぞれ演算する。なお、Ｐｐ−Ｐｂ，Ｐｐ−Ｐｒは、それぞれ方向制御弁３，４の前後差圧ΔＰである。

Ａ_３＝Ｑｂ／Ｃ（ρ／２（Ｐｐ−Ｐｂ））^１／２ ・・・（１）
Ａ_４＝Ｑｒ／Ｃ（ρ／２（Ｐｐ−Ｐｒ））^１／２ ・・・（２）

目標流量の符号が−の場合、方向制御弁３，４前の圧力をＰｂ，Ｐｒ、方向制御弁３，４後の圧力を０（タンク圧）とし、更に目標流量に係数Ｋを加算した式（３），（４）に従って方向制御弁３，４の目標開口面積Ａ_３，Ａ_４をそれぞれ演算する。

Ａ_３＝（Ｑｂ＋Ｋ）／Ｃ（ρ／２Ｐｂ）^１／２ ・・・（３）
Ａ_４＝（Ｑｒ＋Ｋ）／Ｃ（ρ／２Ｐｒ）^１／２ ・・・（４）

なお、目標速度ｖはアームシリンダ２の駆動方向によって＋−の符号を持つものであり、アームクラウド方向を＋としている。

また、演算装置１１は、アームシリンダ２等の各油圧アクチュエータへの供給側の圧力を選出する（無操作時は０圧力となる）条件演算器１１ｅと、この条件演算器１１ｅで選出した各アクチュエータの供給側の圧力から複数のアクチュエータが同時操作された際の供給側最大圧力を選出する最大値演算器１１ｆと、この最大値演算器１１ｆで選出した供給側最大圧力Ｐｍａｘに、ある係数Ｌを加算したものをポンプ吐出目標圧力Ｐ０として演算する条件演算器１１ｇと、この条件演算器１１ｇで演算した吐出目標圧力Ｐ０と圧力センサ７により検出したポンプ吐出圧（方向制御弁３，４前の圧力）Ｐｐとの差分を演算する演算器１１ｈと、この演算器１１ｈで演算した差分を埋めるように油圧ポンプ１の斜板の傾転を駆動するよう斜板調整器１Ａへ圧油を供給する電磁弁１６への出力電流値を出力する出力機１１ｉとを備えている。

次に、上述した本発明の油圧駆動回路の第１の実施形態の動作を、図３乃至図５を用いて説明する。

図２に示すような油圧駆動回路を備えた油圧ショベルにおいて、オペレータが操作レバー１０に対してアームクラウド操作を行ったとする。このアームクラウド操作を受けた操作レバー１０は、図３に示すように、操作量に応じたアームクラウド操作信号を演算装置１１に出力する。

このアームクラウド操作信号を受けた演算装置１１は、図３に示すように、目標速度演算部１１ａにおいて、アームシリンダ２の目標速度ｖを決定する。
その後、目標流量演算部１１ｂにおいて、先に決定した目標速度ｖからアームシリンダ２のボトム側油室２ａへの圧油の目標流量Ｑｂ（＝Ａｂ・ｖ）とロッド側油室２ｂへの圧油の目標流量Ｑｒ＝（−Ａｒ・ｖ）を演算する（ここでロッド側油室２ｂの面積には−符号が付き、ロッド側油室２ｂへの目標流量Ｑｒが−となる）。
次に、目標開口面積演算部１１ｃにおいて、ボトム側油室２ａへ圧油を供給するための方向制御弁３の目標開口面積Ａ_３を式（１）、ロッド側油室２ｂから圧油を排出するための方向制御弁４の目標開口面積Ａ_４を式（４）に基づいてそれぞれ演算する。
次に、電磁弁指令電流値演算部１１ｄにおいて、目標開口面積Ａ_３が＋符号になる方向制御弁３に対しては一番上の特性マップ１１ｄ_１に基づいて、目標開口面積Ａ_４が−符号になる方向制御弁４に対しては一番下の特性マップ１１ｄ_４に基づいてパイロット電磁弁１３，１５に対する電流値信号を演算し、出力する。
この電流値信号を受けたパイロット電磁弁１３，１５は、目標流量通りに圧油が流れるようスプールを駆動するために方向制御弁３，４の操作部に対してパイロット圧をそれぞれ供給する。
よって、方向制御弁３はアームシリンダ２に供給する圧油の流量を制御する第１流量制御部として機能し、方向制御弁４はアームシリンダ２から排出される圧油の流量を制御する第２流量制御部として機能する。

より具体的には、アーム１１２がそのクラウド動作において、アーム軌跡が下死点に達するまで（図５（Ａ）のＡの範囲）、もしくはバケット１１３の爪先が地面に達して掘削が始まるまで（図５（Ｂ）のＡの範囲）は、アーム１１２の自重により動作に順方向の負荷が発生するため、アームシリンダ２の排出側の流量に従ってアームシリンダ２の速度が決定される。
このとき、供給側である方向制御弁３および排出側である方向制御弁４での開口面積制御が正確に行われている場合や、制御のバラツキが生じて方向制御弁４の開口面積が目標開口面積Ａ_４より大きくなって目標流量Ｑｒよりも排出流量が大きくなった場合を考える。これらの場合、アームシリンダ２は排出側の流量に応じた速度、すなわち操作レバー１０の操作量に略応じた速度で動作し、また供給側の管路Ｘ１の圧力は負圧になろうとするもののチェック弁５を介して油圧タンク６から足りない流量が吸い込まれるため、管路Ｘ１が負圧になることは抑制される。また、制御のバラツキが生じて方向制御弁３の開口面積が目標開口面積Ａ_３より大きくなって目標流量Ｑｂよりも供給流量が大きくなった場合も、もともと排出側の目標開口面積Ａ_４が係数Ｋ分だけ多いために、アームシリンダ２は排出側の流量に応じた速度（操作レバー１０の操作量に応じた速度）で動作し、かつ係数Ｋに応じた流量範囲内で同様に供給側の管路Ｘ１においてタンク６から足りない流量を補うように油をタンク６から吸い込む。このため、供給側に発生する圧力損失を係数Ｋぶんだけ無駄にすることなく利用することができる。

また、アーム軌跡の下死点以降（図５（Ａ）のＢの範囲）、もしくは掘削が始まって以降（図５（Ｂ）のＢの範囲）は、アーム１１２の自重および掘削抵抗によって動作に逆方向の負荷が発生する。この場合、アームシリンダ２の供給側の流量に従ってアームシリンダ２の速度が決定される。
このとき、供給側および排出側の開口面積制御が正確に行われている場合や、制御のバラツキにより排出流量が目標流量よりも大きくなった場合は、方向制御弁４は目標通り開口しているものの、方向制御弁３側の開口面積との関係より排出圧力が不足するため、排出される圧油の流量が制限されるが、アームシリンダ２は供給側の流量に応じた速度、すなわち操作レバー１０の操作量に応じた速度で動作する。また制御のバラツキにより供給流量が目標値よりも大きくなってしまった場合も、もともと排出側の目標開口面積Ａ_４が係数Ｋ分だけ多いために、アームシリンダ２は供給側の流量に応じた速度（操作レバー１０の操作量に略応じた速度）で動作し、かつ係数Ｋぶんの流量範囲内で同様に排出流量が制限されるが、供給側に発生する圧力損失を係数Ｋぶんだけ無駄にすることなく利用することができる。

上述した本発明の第１の実施形態によれば、アームシリンダ２に動作方向に順ずる方向に負荷が掛かっている場合でも動作方向に逆らう方向に負荷が掛かっている場合でも、操作レバーの操作量をアームシリンダ２の速度に限りなく対応させることができる。このため、作業中に負荷方向が変わる際にもオペレータの操作レバー１０の操作量に応じたアームシリンダ２の速度が得られ、操作性を改善することができる。同時に、アームシリンダ２の供給側に無駄な押し込み圧力が発生することを抑制することができ、無駄な圧力損失の発生を防ぐことができる。よって、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができ、その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の油圧駆動回路の第２の実施形態を図６を用いて説明する。図６は、本発明の油圧駆動回路の第２実施形態の概略を示す構成図である。
油圧駆動回路の第２の実施形態は、油圧ショベルに搭載され、アームシリンダ２を駆動する点は油圧駆動回路の第１の実施形態と略同じであり、同じ構成には同じ符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、本発明の油圧駆動回路の第２の実施形態では、油圧ポンプ１からの圧油をアームシリンダ２のボトム側油室２ａ及びロッド側油室２ｂに切り替え供給するための管路Ｘ６，Ｘ７に、圧油の流量を制御する流量調整弁２３，２４がそれぞれ配置されている。
これら流量調整弁２３，２４は、弁の開口面積を後述する演算装置２１からの制御指令に基づいて任意に調節することができ、これによりこれらの弁を流れる圧油の流量を制御することができるように構成されている。更に、流量調整弁２３，２４とアームシリンダ２の間の管路Ｘ６，Ｘ７には、メイクアップ用のチェック弁５を介してタンク６と繋がる管路Ｘ８，Ｘ９がそれぞれ設けられている。

また、油圧ポンプ１と流量調整弁２３，２４の間の管路Ｘ１０およびタンク６と流量調整弁２３，２４の間の管路Ｘ１１には、アームシリンダ２に対して供給・排出する圧油の供給・排出方向の切り替えを行う方向制御弁２２が設けられている。

また、油圧ポンプ１と方向制御弁２２の間の管路Ｘ１０には、圧力センサ７が設けられている。また、流量調整弁２３とアームシリンダ２の間の管路Ｘ６に圧力センサ８が設けられ、流量調整弁２４とアームシリンダ２の間の管路Ｘ７に圧力センサ９が設けられている。これら圧力センサ７，８，９は、それぞれの管路Ｘ１０，Ｘ６，Ｘ７における圧油の圧力を検出し、演算装置２１に出力する。

演算装置２１は、操作レバー１０、各圧力センサ７，８，９で検出した検出値に従って、方向制御弁２２の動作方向、流量調整弁２３，２４の開口面積および油圧ポンプ１の傾転角度の指令値を演算し、この演算結果に基づいてアームシリンダ２から排出される圧油の流量をアームシリンダ２に供給する圧油の流量より大きくなるように、流量調整弁２３，２４および方向制御弁２２を制御する。

更に、流量調整弁２３，２４には、パイロット圧油を供給するパイロット電磁弁２５，２６がそれぞれ設けられている。また、方向制御弁２２には、その操作部にパイロット圧油を供給するパイロット電磁弁２７，２８が設けられている。

このような油圧駆動回路の第２の実施形態における演算装置２１は、第１の実施形態の油圧駆動回路の演算装置１１と同様に、オペレータが操作レバー１０に対してアームクラウド操作を行うと、予め記憶部に記憶された『レバー操作量／シリンダ速度』特性マップに従ってアームシリンダ２の目標速度ｖを決定する。その後、先に決定した目標速度ｖとアームシリンダ２のボトム側油室２ａとロッド側油室２ｂの断面積Ａｂ，−Ａｒの積をとって目標流量Ｑｂ，Ｑｒを演算し、この目標流量Ｑｂ，Ｑｒ、圧力センサ７から入力された流量調整弁２３，２４前の圧力Ｐｐ、圧力センサ８，９から入力された流量調整弁２３，２４後の圧力Ｐｂ，Ｐｒ、作動油の流量係数Ｃおよび粘性係数ρに基づいて、上述の式（１）−（４）に従って目標開口面積Ａ_２３，Ａ_２４を演算する（なお、流量調整弁２３，２４の前後差圧ΔＰは、流量の符号が＋の供給側ではＰｐ−ＰｒまたはＰｐ−Ｐｒ、流量の符号が−の排出側ではＰｂまたはＰｒとなる）。そしてこの目標開口面積Ａ_２３，Ａ_２４に従って流量調整弁２３，２４を駆動するように、それぞれのパイロット電磁弁２３，２４に対して、それぞれ予め記憶部に記憶された『目標面積／電磁弁指令値』特性マップに従って電流値信号を出力する。

本発明の油圧駆動回路の第２の実施態様においても、前述した油圧駆動回路の第１の実施形態とほぼ同様な効果、すなわち、アームシリンダ２に動作方向に順ずる方向に負荷が掛かっている場合でも動作方向に逆らう方向に負荷が掛かっている場合でも、操作レバーの操作量をアームシリンダ２の速度に限りなく対応させることができ、作業中に負荷方向が変わる際にもオペレータの操作レバー１０の操作量に応じたアームシリンダ２の速度が得られ、操作性を改善することができると同時に、アームシリンダ２の供給側に無駄な押し込み圧力が発生することを抑制することができ、無駄な圧力損失の発生を防ぐことができる。よって、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができ、その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減するとの効果が得られる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。

例えば、排出側の流量を供給側の流量より係数Ｋの分に応じた量だけ大きくなるよう制御しているが、供給側の流量を排出側の流量よりも係数Ｋの分に応じた量だけ少なくするよう制御することも可能である。
この場合、第１の実施形態と同様の構成を例にとると、演算装置は、目標開口面積Ａ_３，Ａ_４を演算する際に目標流量値の符号が＋の場合はＡ_３，Ａ_４＝（Ｑ−Ｋ）／Ｃ（ρ／２ΔＰ）^１／２、目標流量値の符号が−の場合はＡ_３，Ａ_４＝（Ｑ）／Ｃ（ρ／２ΔＰ）^１／２の式に従い、この目標開口面積Ａ_３，Ａ_４に従ってそれぞれのパイロット電磁弁１２，１３，１４，１５に対して電流値信号を出力する。
この構成によっても、油圧アクチュエータの仕様から演算する入出流量比に従って、供給側に対して排出側の流量が大きくなるよう供給側開口面積と排出側開口面積を制御することができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
また、目標流量Ｑｂ，Ｑｒを演算する際にロッド側油室２ｂの面積に−符号を付しているが、アームシリンダ２のボトム側油室２ａの面積に−符号を付しても同様の効果が得られる。

また、上述の式（３），（４）における係数Ｋは、制御のバラツキによって不可避的に生じる供給流量の増分がこの係数Ｋの範囲外とならないように適宜調整することが望ましい。これにより、不足分をタンクから補給したり、排出流量が制限されない、との事態が生じることを抑制し、動作における制御性が悪化することやアクチュエータに無駄な押し込み圧力が発生することも防止することができる。

また、アームクラウド操作時にシリンダが伸びてアームダンプ操作時にシリンダが縮むようにアームシリンダ２を取り付けた例を示したが、逆にアームクラウド操作時にシリンダが縮んでアームダンプ操作時にシリンダが伸びるようにシリンダを取り付けても、本発明は適用される。

また、油圧アクチュエータとしてアームシリンダ２に本発明の油圧駆動回路を適用した場合を説明したが、油圧ショベルの他の油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダ１１４やバケットシリンダ１１６、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂ、旋回モータを対象とした油圧駆動回路にも本発明の油圧駆動回路は適用することができる。
更には、図７に示すように、油圧ポンプ１の先に、アームシリンダ２を駆動するための油圧駆動回路と同様の回路が平行に接続されていても本発明は適用することができる。例えば図７に示すように、ブームシリンダ１１４やバケットシリンダ１１６を駆動する油圧駆動回路や、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂを駆動する油圧回路が同時に接続されている場合にも、本発明は適用可能である。

更に、図１に示すようなバックホウショベルのアームシリンダ２に適用したがローディングショベルのいずれかの油圧アクチュエータの油圧駆動回路にも本発明は適用可能である。

更に、作業機械として油圧ショベルを例にしたが、作業機械はこれに限定されず、例えば、本発明はクレーン車等のその他の作業機械にも適用可能である。

１…油圧ポンプ、
１Ａ…斜板調整器、
２…アームシリンダ、
２ａ…ボトム側油室、
２ｂ…ロッド側油室、
３，４…方向制御弁、
５…チェック弁、
６…油圧タンク、
７，８，９…圧力センサ、
１０…操作レバー、
１０ａ…操作量検出器、
１１，２１…演算装置、
１１ａ…目標速度演算部、
１１ｂ…目標流量演算部、
１１ｃ…目標開口面積演算部、
１１ｄ…電磁弁指令電流値演算部、
１１ｅ…条件演算器、
１１ｆ…最大値演算器、
１１ｇ…条件演算器、
１１ｈ…演算器、
１１ｉ…出力機、
１２，１３，１４，１５，１６，２５，２６，２７，２８…パイロット電磁弁、
２２…方向制御弁、
２３，２４…流量調整弁、
１００…走行体、
１０１…旋回体、
１０２…フロント作業機、
１０３ａ…走行装置、
１０４ａ…走行モータ、
１０６…エンジンルーム、
１０７…運転室（キャビン）、
１１１…ブーム、
１１２…アーム、
１１３…バケット、
１１４…ブームシリンダ、
１１６…バケットシリンダ、
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１…管路。

Claims (6)

1. 油圧ポンプと、
   この油圧ポンプにより吐出された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量を制御する第１流量制御部と、
   前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を制御する第２流量制御部と、
   前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、前記第１流量制御部および前記第２流量制御部を制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動回路。
2. 請求項１記載の油圧駆動回路において、
   前記制御手段は、
   前記第１および第２流量制御部の前後差圧をそれぞれ検出する差圧検出手段および操作レバーの操作量から前記油圧アクチュエータへ供給・排出する目標流量を演算する目標流量演算手段から得られる信号を取り込み、前記第１流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第１流量制御部の開口面積を制御し、前記第２流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第２流量制御部の開口面積を制御する指令を前記第１流量制御部および前記第２流量制御部にそれぞれ出力する
   ことを特徴とする油圧駆動回路。
3. 請求項２記載の油圧駆動回路において、
   前記制御手段は、
   操作レバーの操作量信号から前記油圧アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、
   前記目標速度演算部で演算した前記目標速度で前記油圧アクチュエータを駆動させるための前記油圧アクチュエータへの圧油の目標流量を演算する目標流量演算部と、
   前記目標流量演算部で演算した圧油の前記目標流量と、前記差圧検出手段で検出した前記第１および前記第２流量制御部の前後差圧とに基づいて、前記第１および前記第２流量制御部の目標開口面積を演算する目標開口面積演算部と、
   前記目標開口面積演算部で演算した前記目標開口面積となるように前記第１および前記第２流量制御部を駆動する指令信号を演算する指令演算部とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動回路。
4. 請求項２または３に記載の油圧駆動回路において、
   前記第１流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの一方の油室との間に配置し、前記第２流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの他方の油室との間に配置し、
   前記制御手段は、前記差圧検出手段および前記目標流量検出手段から得られる信号を取り込み、前記第１流量制御部および前記第２流量制御部の開口面積を調整して前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように制御する
   ことを特徴とする油圧駆動回路。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧駆動回路において、
   前記第１流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間および前記第２流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間に、メイクアップ用のチェック弁を更に備えた
   ことを特徴とする油圧駆動回路。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧駆動回路において、
   前記油圧アクチュエータは、作業機械のアームを駆動するアームシリンダであることを特徴とする油圧駆動回路。

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