建設機械の油圧制御装置
【課題】差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況に応じて生成される外部信号を導入してオペレータに操作上の違和感を可及的に少なくできるようにした建設機械の油圧制御装置を提供する。
【解決手段】スプール２８ａは、３つの径大部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する。ばね２８ｂを収納する油室ＲＭ１には、ポートＰＴ１を介して油圧アクチュエータ側の検出圧力Ｐｓが導かれる。油室ＲＭ２に設けられたポートＰＴ５には、ポートＰＴ５を介してポンプ２２の吐出口側の圧力Ｐｄが導かれている。油室ＲＭ３に隣接して設けられたポートＰＴ２には、操作指令圧力Ｘが導かれている。さらに、スプールの左端面は油室ＲＭ５に臨んでおり、この油室には外部信号生成部３２からの外部信号Ｚが与えられる。外部信号生成部へは油電変換部３２ａで電気信号に変換された操作指令圧力Ｘが入力される。外部信号Ｚを与えることによりばねの付勢力を等価的に増大させることができる。
【解決手段】スプール２８ａは、３つの径大部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する。ばね２８ｂを収納する油室ＲＭ１には、ポートＰＴ１を介して油圧アクチュエータ側の検出圧力Ｐｓが導かれる。油室ＲＭ２に設けられたポートＰＴ５には、ポートＰＴ５を介してポンプ２２の吐出口側の圧力Ｐｄが導かれている。油室ＲＭ３に隣接して設けられたポートＰＴ２には、操作指令圧力Ｘが導かれている。さらに、スプールの左端面は油室ＲＭ５に臨んでおり、この油室には外部信号生成部３２からの外部信号Ｚが与えられる。外部信号生成部へは油電変換部３２ａで電気信号に変換された操作指令圧力Ｘが入力される。外部信号Ｚを与えることによりばねの付勢力を等価的に増大させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械の油圧制御装置に係り、特に建設機械の各油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型ポンプのポジコン制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変容量型ポンプのポジコン制御は、一般に図４（特許文献１の図１５に対応する）に示されるように、センターバイパス通路１００を有する切換弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３にポンプ吐出容量調整機構１０２を有する可変容量ポンプＰＭの吐出油を供給し、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出容量を前記切換弁の操作信号（ａ１、ｂ１）、（ａ２、ｂ２）、（ａ３、ｂ３）にて調整し、各切換弁の操作量の増加に従い、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出流量を増加するよう構成するものである。
【０００３】
このポジコンシステムの場合、切換弁の中立および操作途中では、可変容量ポンプＰＭの吐出油の一部をセンターバイパス通路１００からタンクＴへ放出しているのでネガコンシステムの場合と同様、操作性においては良好であるもののシステム効率および複合操作時の操作性等においては、問題点を有する。特に可変容量型ポンプＰＭの吐出容量はセンターバイパス通路１００の開度如何にかかわらず、切換弁の操作信号に対応して一義的に定まるので、センターバイパス通路１００の開度とシリンダポートへの開口通路との面積およびタイミング調整が難しく、ポンプ供給ラインには異常高圧または供給圧力の立ち遅れ等の問題が生ずる恐れがある。なお、可変容量型ポンプＰＭの吐出容量は、前記切換弁の操作信号と並行して出力される信号により調整されるのでシステムの応答性は比較的良好である。
【０００４】
次に、ネガコンシステムの油圧回路図を図５（特許文献１の図１４に対応する）に示す。
【０００５】
このシステムでは、センターバイパス１００を有する切換弁Ｖ３のセンターバイパス出口に圧力発生手段１０４を設け当該圧力発生手段１０４の上流側圧力を可変容量ポンプＰＭの吐出容量調整機構１０２へ信号圧力Ｐｎとして作用させ、且つ当該吐出流量調整機構１０２は前記信号圧力の低下に応じて吐出容量を増加するよう構成されている。本システムは切換弁からポンプへフィードバックされる信号が低圧であることや、ポンプ吐出油の一部をブリードオフしつつ油圧アクチュエータへ圧油を供給するので、人が操作する油圧ショベル等には操作性に優れており多用されている。しかし、この場合、可変容量ポンプＰＭから切換弁へ供給される圧油は、その切換弁が中立又は操作途中では一部がセンターバイパス通路１００を経てタンクへ放出されるので、この分のエネルギーが熱に変換され捨てられている。特に、切換弁に接続された油圧アクチュエータの負荷が大きい場合には始動までの切換弁の操作量が大きく、この間に絞り捨てされる圧油は、当該圧油によってポンプＰＭの吐出容量は小容量に維持されてはいるが、依然としてエネルギーを無駄に捨てている点において問題がある。
【０００６】
一方、このセンターバイパス通路１００から放出される油量を例えば、切換弁のセンターバイパス通路１００を小さくして、比較的小容量とすることは可能であるが、当該シリンダポートへの開口通路との適切な面積およびタイミング調整が非常に困難であり、加工精度や切換弁の操作によってはポンプ吐出油が供給ライン封入されて異常高圧が発生し、却ってエネルギー効率の悪化を招く恐れがある。又、油圧ショベルにおける油圧制御システムでは複数の油圧アクチュエータを同時に操作した場合の操作性つまり可変容量ポンプＰＭからの各油圧アクチュエータへの流量配分特性が極めて重要であるが、この特性は一般には所定のポンプ回転数における流量に対して各切換弁における開口面積によって一義的に定まるものであり、従って、エンジン回転数や負荷圧力が変化した場合には、良好な操作性が維持されない恐れがあるという問題がある。
【０００７】
また、図６（特許文献１の図１６に対応する）に示されるように、ロードセンシングシステムにおいては、油圧アクチュエータ１０６への供給油量は切換弁Ｖ１、Ｖ２が操作された時、当該切換弁のメータイン側の差圧が一定となる様、可変容量ポンプＰＭの吐出容量が調整される。従って、ネガコンシステムやポジコンシステムの様に絞り捨てされる油がないのでその分、システム効率は改善される。
【０００８】
しかし、ポンプ吐出容量を適切に調整するためには前記メータイン側の差圧はある程度、例えば２０ｂａｒ程度以上維持しなければならず、その結果、各切換弁Ｖ１、Ｖ２を通過する毎に通過油量に関らず圧力損失が生じ、システム効率上は依然として問題がある。
【０００９】
さらには、ポンプ吐出容量の調整に関して、先ず切換弁を操作し、その結果としてポンプ容量が調整されるため、応答遅れが生ずる等の問題がある。
【００１０】
こうした問題を解消する方法として、図７（特許文献１の図１に対応する）のブロック線図に示されるように、可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御することが開示されている。この可変容量型ポンプから供給される圧油は、１つまたは複数の切換弁およびその周辺油圧回路を含む切換弁ユニットを介して１つまたは複数の油圧アクチュエータへ与えられる。
【００１１】
オペレータ操作指令部からは前記各油圧アクチュエータの駆動方向および駆動量が前記切換弁ユニットにパイロット圧油として指令される。さらに、オペレータ操作指令部からは信号圧力としての調整信号Ｘが調整量修正部に与えられている。この調整信号Ｘは切換弁ユニットの切換弁に与えられるパイロット圧油の中で最高圧が選択される。
【００１２】
一方、前記切換弁ユニットを挟んで、可変容量型ポンプの吐出油圧力Ｐｄと油圧アクチュエータへ供給される圧油の圧力Ｐｓが検出され、その差圧が差圧生成部で形成される。差圧生成部から信号圧力として出力される調整信号Ｙは前記調整量修正部に与えられている。調整量修正部では前記調整信号Ｘに対し調整信号Ｙを作用させて調整信号Ｘを低減させるようになっている。そして、調整量修正部の出力が前記吐出流量調整部に与えられている。
【００１３】
即ち、切換弁への駆動信号の最高圧が差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に対応して修正され、吐出流量調整部に与えられるようになっている。（特許文献１）
【００１４】
しかしながら、前記図７において、調整量修正部の機能は、オペレータ操作指令部からの調整信号Ｘは差圧生成部からの信号Ｙにより修正するものである。すなわち、この機能を切換弁スプールの開口特性の点から考察すると、油圧アクチュエータの圧力とポンプ吐出圧力との差圧が一定となるように当該差圧により切換弁スプールの開口特性を見かけ上変化させるものではあるが、この差圧によりオペレータ操作指令部からの調整信号Ｘを修正する機能だけでは、オペレータの油圧アクチュエータに対する操作性の点からは違和感がある。
【００１５】
例えば、図８のＱ２に示されるように、オペレータが操作量（Ｐｍ）を増加させていく場合、操作量Ｐｍ１まではポンプの理論吐出量に対し相対的に少ない流量が供給され、操作量Ｐｍ１より大きい範囲では相対的に大きい流量が供給されるよう油圧アクチュエータを駆動させたい場合がある。こうした要求を満たすためには、Ｑ１で示されるように、単に差圧により操作量（Ｐｍ）を修正するだけでは実現できない。こうした切換弁スプールの開口特性を修正するために、スプール外周にノッチなどの切り欠きを設けてその特性を変化させることも行われているが、こうした対策は熟練を要し、ノウハウとして扱われ、明確でなかった。また、特定の切り欠きを形成したものを変更しようとしても再加工することは事実上不可能であり、同一のスプールが複数の開口特性を備えるようなことはできない。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−２８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明者等は、上述した点に鑑み、建設機械の油圧制御装置におけるスプールの開口特性に柔軟性を持たせるべく種々検討した結果、前記差圧調整部に対し、差圧信号とは別の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を与えることにより前述した問題が基本的に解決できることを見出した。
【００１８】
従って、本発明の目的は、ロードセンシングを採用した可変容量型ポンプのポジコン制御における差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を導入してオペレータに操作上の違和感を可及的に少なくできるようにした建設機械の油圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明による建設機械の油圧制御装置は、可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、前記予め定められた差圧を調整する差圧調整手段Ｃを設けたことを特徴とする。
【００２０】
又は、前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなる。
【００２１】
その場合、前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されるよう構成することができる。
【００２２】
またその場合、前記外部信号は、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載された本発明によれば、可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなるよう構成したので、オペレータの操作上の違和感を可及的に少なくすることができるとともに、差圧調整手段を単一の弁体構造として構成することができ、さらに、前記外部信号は第１油室に備えたばねの付勢力を増大させるよう作用するので、差圧の変化に対するスプールの移動を緩慢にし、それにより負荷の変動に対し安定した操作感をオペレータに与えることができる。
【００２４】
また、請求項２に記載された本発明によれば、前述の効果に加え、前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されるよう構成したので、オペレータは、予め、または操作中において、より違和感の少ない関数発生手段の１つを指定することができる。
【００２５】
また、請求項３に記載された本発明によれば、前述の効果に加え、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成したので、特に、オペレータが操作の違和感を感じる中間操作領域で負荷の変動があっても指令操作通りに油圧アクチュエータを操作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明のコンセプトを説明する制御ブロック図である。同図において、建設機械の油圧アクチュエータ１０には可変容量型ポンプ２２からの圧油が切換制御弁２０を介して供給される。オペレータ操作指令部１４からは切換制御弁２０および差圧調整手段２８に操作圧信号Ｘが与えられる。破線で示すように、差圧調整手段２８にはポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓが与えられている。さらに、差圧調整手段２８には外部信号生成部３２からの圧油信号である外部信号Ｚが与えられている。差圧調整手段２８の出力は可変容量型ポンプの斜板角度を調整する吐出流量調整機構２６に与えられるようになっている。外部信号生成部３２は、油圧アクチュエータ１０の操作状況応じて生成される外部信号Ｚを生成する。
【００２８】
図２Ａは、図１に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した油圧回路の模式図である。同図において、参照符号２０は旋回油圧モータ用の切換制御弁を模式的に示し、ΔＰはスプールの開口特性に関係する絞りの程度に応じた差圧である。参照符号Ｑａｃは図示してない前記油圧モータへの供給流量を示す。参照符号２２は可変容量型ポンプであって、その斜板２４の角度は吐出流量調整機構２６のばね２６ｂの弾発力に対抗する油室２６ａへの供給圧力Ｐｍによって一義的に定められる。図示の例では供給圧力Ｐｍが大きくなるとポンプ２２の理論吐出量Ｑｔｈは増大する関係となっている。
【００２９】
参照符号２８は差圧調整手段であって、その全体が１つの弁体構造で形成されている。同差圧調整手段２８において、参照符号２８ａは弁内部に形成した開口Ｈに摺動可能に挿入されているスプールであって、その中間部に３つの径大部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が設けられている。径大部Ｄ１の左側の油室ＲＭ１にはばね２８ｂが収納されている。また、同油室ＲＭ１には、破線のラインＬ１で示すように、ポートＰＴ１を介して油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータ側の最高検出負荷圧力Ｐｓが導かれている。一方、径大部Ｄ２の右側には油室ＲＭ２が設けられており、同油室ＲＭ２に設けられたポートＰＴ５には、破線のラインＬ２で示すように、ポートＰＴ５を介してポンプ２２の吐出口側の圧力Ｐｄが導かれている。
【００３０】
径大部Ｄ３の左側には油室ＲＭ３が設けられており、同油室ＲＭ３に隣接して設けられたポートＰＴ２には、破線のラインＬ３で示すように、ポートＰＴ２を介してオペレータの指令による操作弁からの操作指令圧力Ｘすなわち、高圧選択手段３０により選択された最大圧力Ｐｍａｘが導かれている。さらに、径大部Ｄ３の右側には油室ＲＭ４が設けられており、同油室ＲＭ４に隣接して設けられたポートＰＴ４はタンクラインＴに導かれている。スプール２８ａの左端面は油室ＲＭ５に臨んでおり、この油室ＲＭ５には、外部信号Ｚが与えられており、さらにスプール２８ａの左方向の停止位置を定めるストッパー２８ｃが設けられている。
【００３１】
参照符号３２は外部信号生成部であって、同外部信号生成部３２へは油電変換部３２ａで電気信号に変換された前記操作弁からの操作指令圧力Ｘが入力されている。また、外部信号生成部３２の出力は電油変換部３２ｂで圧油信号に変換され前記の外部信号Ｚとなる。
【００３２】
図３は、図２Ａの外部信号生成部３２の機能を模式的に示すグラフである。同図において、関数の波形ｆ１、ｆ２、ｆ３は操作指令圧力Ｘに対応する電気信号Ｅｉｎの値に対する各関数の値Ｅｏｕｔの変化の様子を示す。例えば、関数ｆ１では、Ｅｉｎの変化に対するＥｏｕｔは上に凸の変換特性を有する。これに対し関数ｆ２は、Ｅｉｎの増加の途中まではＥｏｕｔは緩慢な増加にとどまり、ある値以降の増加に対しＥｏｕｔは比較的急激に増加する場合である。
【００３３】
さらに、関数ｆ３は、Ｅｉｎの増加の途中まではＥｏｕｔは急激に増加し、それ以降の増加に対しＥｏｕｔは比較的緩慢な増加にとどまる場合である。なお、関数ｆ０は、Ｅｏｕｔが常時ゼロであり、外部信号Ｚがない場合である。参照符号３４は各関数波形を選択する押しボタンを示す。なお、オペレータがボタン選択を瞬時、正確におこなえるよう記号ｆ０〜ｆ３の代わりに、波形特性そのものや、絵文字などで表示することができる。またその場合、選択ボタンは変換波形そのものではなく、オペレータが要求する操作特性を表示するようにすることが好ましい。さらにその場合、選択操作の代わりに音声で選択するようにしてもよい。
【００３４】
図３ではアナログ信号Ｅｉｎ、Ｅｏｕｔによる関数を例示したが、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器によりデジタル処理を行うことも可能である。その場合には、関数ｆ０〜ｆ３はそれぞれ対応するメモリテーブルとして与えられる。
【００３５】
次に図２Ａを参照して作用を説明する。
【００３６】
まず、関数ｆ０が選択されており、したがって、油室ＲＭ５には圧油が供給されない場合を説明する。
【００３７】
今、油圧アクチュエータへの操作指令圧力Ｘがゼロとすると、圧力ＰｄとＰｓとの差圧ΔＰもゼロで、ばね２８ｂの弾発力によりスプール２８ａは図示よりも若干左方の、ストッパー２８ｃによる停止位置にあり、油室ＲＭ３とポートＰＴ３は導通している。
【００３８】
この状態で、油圧アクチュエータを駆動すべく操作指令圧力ＸがポートＰＴ２に与えられると、油室ＲＭ３からポートＰＴ３を介して吐出流量調整機構２６の油室２６ａへ圧力Ｘに対応する圧力Ｐｍが与えられ、斜板２４が傾転して可変容量型ポンプ２２は吐出口から圧油を吐出する。このときの吐出流量Ｑａｃにより切換制御弁２０内で差圧ΔＰが生じる。この差圧によりポートＰＴ５へは吐出圧力Ｐｄが与えられ、ポートＰＴ１へは圧力Ｐｓが与えられる。圧力Ｘが徐々に増加されて流量Ｑａｃが増加するにつれ差圧ΔＰも増大する。圧力Ｐｄの値が圧力Ｐｓとばね２８ｂの弾発力の加算値より大きくなると、スプール２８ａは左方へ移動し、その結果、ポートＰＴ３と油室ＲＭ４とが導通し、直ちに油室２６ａの圧力が降下して可変容量型ポンプ２２の吐出流量を減少させるので、その結果差圧ΔＰが小さくなり、スプール２８ａは右方へ戻り油室ＲＭ４とポートＰＴ３は遮断される。
【００３９】
このようにして、ある操作指令圧力Ｘが与えられると、ポートＰＴ１とＰＴ５での差圧（ｐｄ−Ｐｓ）とばね２８ｂのばね力とがバランスするようにスプール２８ａの位置が保持される。すなわち、差圧ΔＰがばね２８ｂの弾発力と等しくなるようにスプール位置が制御される。
【００４０】
次に、予めｆ０以外の特定の関数ｆｉが選択されており、操作指令圧力Ｘの関数変換された外部信号Ｚが油室ＲＭ５へ供給される場合について説明する。
【００４１】
説明を簡単にするため、今、図２Ａに示す状態で操作指令圧力Ｘが与えられ油圧アクチュエータが駆動中であり、スプール２８ａが前述したように、バランスした位置にあるとする。
【００４２】
その場合、油室ＲＭ５に関数ｆｉに基づきある大きさの外部信号圧力Ｚが与えられているとその圧力Ｚはスプール２８ａの左端面に作用しているのでばね２８ｂの弾発力を増大するよう作用しており、したがって、操作指令圧力ＸがさらにΔＸ増加指令された場合、それによるポンプ２２の流量増加で圧力ＰｄもΔＰｄだけ増加するよう変化して新たにバランス状態に到る経過は、スプール２８ａに対しΔＰｄに前記圧力Ｚが加算された力が作用するので圧力Ｚが与えられていない場合と比べ、その間での負荷変動に伴うスプール２８ａのバランス位置の変化を抑制しつつ、操作指令圧力Ｘに対しより忠実にバランス位置へ到達させることができる。このことは、見かけ上、ばね２８ｂのばね定数を大きくしたことに対応し、操作指令圧力Ｘの変化に対し安定した応答性を得られることを意味している。
【００４３】
すなわち、上記関数ｆ０の場合のように、切換制御弁内を通過する吐出流量Ｑａｃが過大となった時の差圧の増大化を利用してスプール２８ａを左方へ移動させ、それによりポートＰＴ３とＰＴ４をタンクラインに連通させ油室２６ａの圧力が減少することで差圧を所定の範囲に保持する場合において、さらに関数ｆｉによる外部信号Ｚでスプール２８ａを左方から押圧しているときは、等価的には、切換制御弁内のスプールの開口特性を見かけ上、増大するよう変化させたこととなり、しかもその変化の様子は操作指令圧力Ｘの指令範囲で圧力Ｚを可変とすることで任意に設定可能とするものである。
【００４４】
図２Ｂは、こうした作用を説明するグラフである。同図において、横軸Ｓｔは切換制御弁２０の操作量（スプールストローク量）、縦軸Ｑは切換制御弁２０の流量（開口特性）を示す。ｑ１は外部信号Ｚを与えない場合で、メータイン側の差圧ΔＰが一定となる流量特性を示し、ｑ２は、ポンプへのリモートパイロット圧指令で定まる流量特性すなわち、可変容量ポンプ２２自体の流量特性であり、ｑ３は、差圧ΔＰを増大させたときのメータイン側の差圧ΔＰが一定となるような流量特性を示す。ここで前記特性ｑ３は理論上の特性を示すが、実際に流れる流量はポンプ２２の最大吐出流量に対応する特性ｑ２を超えることはない。すなわち、例えば、操作量Ｓｔｊにおける特性ｑ１上の値Ｑａに対し、外部信号Ｚを与え、特性ｑ３上の値Ｑｃとすると、その時の実際の流量はＱｃとなる。このことは、特性ｑ３で示すように、特性ｑ２よりも大きくなるように外部信号Ｚを与えると、実際に流れる流量はＱｂすなわち、操作量Ｓｔｊに対応するポンプ２２の最大流量となり、流量ＱａからＱｂへ到達するまでの経過において、負荷等の変動によりスプール２８ａの位置が影響されることなく安定して到達する。
【００４５】
なお、図２Ｂにおいて、参照符号Ｓｔ１、Ｓｔ２は中間操作の範囲を示す。一般に、この範囲では、オペレータは運転操作中の油圧アクチュエータに対する操作時の違和感を多く感じるため、安定的な、操作指令に忠実な油圧アクチュエータの駆動が求められている。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態に基づく実施例について図面を参照して説明したが、当業者であれば、これらの開示例に基づき種々の変形をすることができる。例えば、図２Ａ、図３では外部信号生成部３２は電気的に関数変換処理を行うようにしたが、等価的な変換処理を油圧回路で構成することも可能である。
【００４７】
また、信号Ｅｉｎは高圧選択手段３０を用いているが、必ずしもこれに限るものではなく、建設機械の操作中、オペレータが高圧選択手段とは別に設けられた電気信号発生装置を操作して信号Ｅｉｎを形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のコンセプトを説明するブロック図である。
【図２Ａ】図１に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した油圧回路の模式図である。
【図２Ｂ】図２Ａの切換制御弁の流量特性を説明するためのグラフである。
【図３】図２の外部信号生成部の機能を模式的に示すグラフである。
【図４】従来の一般的な可変容量型ポンプのポジコン制御の油圧回路図である。
【図５】従来の一般的な可変容量型ポンプのネガコン制御の油圧回路図である。
【図６】従来の一般的な可変容量型ポンプのロードセンシング制御の油圧回路図である。
【図７】従来の可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御する方式の概念図である。
【図８】従来技術において、オペレータが油圧アクチュエータを操作する際に感じる違和感の存在を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 油圧アクチュエータ
１４ オペレータ操作指令部
２０ 切換制御弁
２２ 可変容量型ポンプ
２４ 斜板
２６ 吐出流量調整機構（斜板角度調整機構）
２６ａ 油室
２６ｂ ばね
２８ 差圧調整手段
２８ａ スプール
２８ｂ ばね
２８ｃ ストッパー
３０ 高圧選択手段
３２ 外部信号生成部
３２ａ 油電変換部
３２ｂ 電油変換部
３４ 押しボタン
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 径大部
Ｈ 開口
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ ライン
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 最大検出負荷圧力
ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５ ポート
ＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３、ＲＭ４、ＲＭ５ 油室
Ｘ 操作指令圧力
Ｚ 外部信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械の油圧制御装置に係り、特に建設機械の各油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型ポンプのポジコン制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変容量型ポンプのポジコン制御は、一般に図４（特許文献１の図１５に対応する）に示されるように、センターバイパス通路１００を有する切換弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３にポンプ吐出容量調整機構１０２を有する可変容量ポンプＰＭの吐出油を供給し、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出容量を前記切換弁の操作信号（ａ１、ｂ１）、（ａ２、ｂ２）、（ａ３、ｂ３）にて調整し、各切換弁の操作量の増加に従い、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出流量を増加するよう構成するものである。
【０００３】
このポジコンシステムの場合、切換弁の中立および操作途中では、可変容量ポンプＰＭの吐出油の一部をセンターバイパス通路１００からタンクＴへ放出しているのでネガコンシステムの場合と同様、操作性においては良好であるもののシステム効率および複合操作時の操作性等においては、問題点を有する。特に可変容量型ポンプＰＭの吐出容量はセンターバイパス通路１００の開度如何にかかわらず、切換弁の操作信号に対応して一義的に定まるので、センターバイパス通路１００の開度とシリンダポートへの開口通路との面積およびタイミング調整が難しく、ポンプ供給ラインには異常高圧または供給圧力の立ち遅れ等の問題が生ずる恐れがある。なお、可変容量型ポンプＰＭの吐出容量は、前記切換弁の操作信号と並行して出力される信号により調整されるのでシステムの応答性は比較的良好である。
【０００４】
次に、ネガコンシステムの油圧回路図を図５（特許文献１の図１４に対応する）に示す。
【０００５】
このシステムでは、センターバイパス１００を有する切換弁Ｖ３のセンターバイパス出口に圧力発生手段１０４を設け当該圧力発生手段１０４の上流側圧力を可変容量ポンプＰＭの吐出容量調整機構１０２へ信号圧力Ｐｎとして作用させ、且つ当該吐出流量調整機構１０２は前記信号圧力の低下に応じて吐出容量を増加するよう構成されている。本システムは切換弁からポンプへフィードバックされる信号が低圧であることや、ポンプ吐出油の一部をブリードオフしつつ油圧アクチュエータへ圧油を供給するので、人が操作する油圧ショベル等には操作性に優れており多用されている。しかし、この場合、可変容量ポンプＰＭから切換弁へ供給される圧油は、その切換弁が中立又は操作途中では一部がセンターバイパス通路１００を経てタンクへ放出されるので、この分のエネルギーが熱に変換され捨てられている。特に、切換弁に接続された油圧アクチュエータの負荷が大きい場合には始動までの切換弁の操作量が大きく、この間に絞り捨てされる圧油は、当該圧油によってポンプＰＭの吐出容量は小容量に維持されてはいるが、依然としてエネルギーを無駄に捨てている点において問題がある。
【０００６】
一方、このセンターバイパス通路１００から放出される油量を例えば、切換弁のセンターバイパス通路１００を小さくして、比較的小容量とすることは可能であるが、当該シリンダポートへの開口通路との適切な面積およびタイミング調整が非常に困難であり、加工精度や切換弁の操作によってはポンプ吐出油が供給ライン封入されて異常高圧が発生し、却ってエネルギー効率の悪化を招く恐れがある。又、油圧ショベルにおける油圧制御システムでは複数の油圧アクチュエータを同時に操作した場合の操作性つまり可変容量ポンプＰＭからの各油圧アクチュエータへの流量配分特性が極めて重要であるが、この特性は一般には所定のポンプ回転数における流量に対して各切換弁における開口面積によって一義的に定まるものであり、従って、エンジン回転数や負荷圧力が変化した場合には、良好な操作性が維持されない恐れがあるという問題がある。
【０００７】
また、図６（特許文献１の図１６に対応する）に示されるように、ロードセンシングシステムにおいては、油圧アクチュエータ１０６への供給油量は切換弁Ｖ１、Ｖ２が操作された時、当該切換弁のメータイン側の差圧が一定となる様、可変容量ポンプＰＭの吐出容量が調整される。従って、ネガコンシステムやポジコンシステムの様に絞り捨てされる油がないのでその分、システム効率は改善される。
【０００８】
しかし、ポンプ吐出容量を適切に調整するためには前記メータイン側の差圧はある程度、例えば２０ｂａｒ程度以上維持しなければならず、その結果、各切換弁Ｖ１、Ｖ２を通過する毎に通過油量に関らず圧力損失が生じ、システム効率上は依然として問題がある。
【０００９】
さらには、ポンプ吐出容量の調整に関して、先ず切換弁を操作し、その結果としてポンプ容量が調整されるため、応答遅れが生ずる等の問題がある。
【００１０】
こうした問題を解消する方法として、図７（特許文献１の図１に対応する）のブロック線図に示されるように、可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御することが開示されている。この可変容量型ポンプから供給される圧油は、１つまたは複数の切換弁およびその周辺油圧回路を含む切換弁ユニットを介して１つまたは複数の油圧アクチュエータへ与えられる。
【００１１】
オペレータ操作指令部からは前記各油圧アクチュエータの駆動方向および駆動量が前記切換弁ユニットにパイロット圧油として指令される。さらに、オペレータ操作指令部からは信号圧力としての調整信号Ｘが調整量修正部に与えられている。この調整信号Ｘは切換弁ユニットの切換弁に与えられるパイロット圧油の中で最高圧が選択される。
【００１２】
一方、前記切換弁ユニットを挟んで、可変容量型ポンプの吐出油圧力Ｐｄと油圧アクチュエータへ供給される圧油の圧力Ｐｓが検出され、その差圧が差圧生成部で形成される。差圧生成部から信号圧力として出力される調整信号Ｙは前記調整量修正部に与えられている。調整量修正部では前記調整信号Ｘに対し調整信号Ｙを作用させて調整信号Ｘを低減させるようになっている。そして、調整量修正部の出力が前記吐出流量調整部に与えられている。
【００１３】
即ち、切換弁への駆動信号の最高圧が差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に対応して修正され、吐出流量調整部に与えられるようになっている。（特許文献１）
【００１４】
しかしながら、前記図７において、調整量修正部の機能は、オペレータ操作指令部からの調整信号Ｘは差圧生成部からの信号Ｙにより修正するものである。すなわち、この機能を切換弁スプールの開口特性の点から考察すると、油圧アクチュエータの圧力とポンプ吐出圧力との差圧が一定となるように当該差圧により切換弁スプールの開口特性を見かけ上変化させるものではあるが、この差圧によりオペレータ操作指令部からの調整信号Ｘを修正する機能だけでは、オペレータの油圧アクチュエータに対する操作性の点からは違和感がある。
【００１５】
例えば、図８のＱ２に示されるように、オペレータが操作量（Ｐｍ）を増加させていく場合、操作量Ｐｍ１まではポンプの理論吐出量に対し相対的に少ない流量が供給され、操作量Ｐｍ１より大きい範囲では相対的に大きい流量が供給されるよう油圧アクチュエータを駆動させたい場合がある。こうした要求を満たすためには、Ｑ１で示されるように、単に差圧により操作量（Ｐｍ）を修正するだけでは実現できない。こうした切換弁スプールの開口特性を修正するために、スプール外周にノッチなどの切り欠きを設けてその特性を変化させることも行われているが、こうした対策は熟練を要し、ノウハウとして扱われ、明確でなかった。また、特定の切り欠きを形成したものを変更しようとしても再加工することは事実上不可能であり、同一のスプールが複数の開口特性を備えるようなことはできない。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−２８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明者等は、上述した点に鑑み、建設機械の油圧制御装置におけるスプールの開口特性に柔軟性を持たせるべく種々検討した結果、前記差圧調整部に対し、差圧信号とは別の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を与えることにより前述した問題が基本的に解決できることを見出した。
【００１８】
従って、本発明の目的は、ロードセンシングを採用した可変容量型ポンプのポジコン制御における差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を導入してオペレータに操作上の違和感を可及的に少なくできるようにした建設機械の油圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明による建設機械の油圧制御装置は、可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、前記予め定められた差圧を調整する差圧調整手段Ｃを設けたことを特徴とする。
【００２０】
又は、前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなる。
【００２１】
その場合、前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されるよう構成することができる。
【００２２】
またその場合、前記外部信号は、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載された本発明によれば、可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなるよう構成したので、オペレータの操作上の違和感を可及的に少なくすることができるとともに、差圧調整手段を単一の弁体構造として構成することができ、さらに、前記外部信号は第１油室に備えたばねの付勢力を増大させるよう作用するので、差圧の変化に対するスプールの移動を緩慢にし、それにより負荷の変動に対し安定した操作感をオペレータに与えることができる。
【００２４】
また、請求項２に記載された本発明によれば、前述の効果に加え、前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されるよう構成したので、オペレータは、予め、または操作中において、より違和感の少ない関数発生手段の１つを指定することができる。
【００２５】
また、請求項３に記載された本発明によれば、前述の効果に加え、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成したので、特に、オペレータが操作の違和感を感じる中間操作領域で負荷の変動があっても指令操作通りに油圧アクチュエータを操作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明のコンセプトを説明する制御ブロック図である。同図において、建設機械の油圧アクチュエータ１０には可変容量型ポンプ２２からの圧油が切換制御弁２０を介して供給される。オペレータ操作指令部１４からは切換制御弁２０および差圧調整手段２８に操作圧信号Ｘが与えられる。破線で示すように、差圧調整手段２８にはポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓが与えられている。さらに、差圧調整手段２８には外部信号生成部３２からの圧油信号である外部信号Ｚが与えられている。差圧調整手段２８の出力は可変容量型ポンプの斜板角度を調整する吐出流量調整機構２６に与えられるようになっている。外部信号生成部３２は、油圧アクチュエータ１０の操作状況応じて生成される外部信号Ｚを生成する。
【００２８】
図２Ａは、図１に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した油圧回路の模式図である。同図において、参照符号２０は旋回油圧モータ用の切換制御弁を模式的に示し、ΔＰはスプールの開口特性に関係する絞りの程度に応じた差圧である。参照符号Ｑａｃは図示してない前記油圧モータへの供給流量を示す。参照符号２２は可変容量型ポンプであって、その斜板２４の角度は吐出流量調整機構２６のばね２６ｂの弾発力に対抗する油室２６ａへの供給圧力Ｐｍによって一義的に定められる。図示の例では供給圧力Ｐｍが大きくなるとポンプ２２の理論吐出量Ｑｔｈは増大する関係となっている。
【００２９】
参照符号２８は差圧調整手段であって、その全体が１つの弁体構造で形成されている。同差圧調整手段２８において、参照符号２８ａは弁内部に形成した開口Ｈに摺動可能に挿入されているスプールであって、その中間部に３つの径大部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が設けられている。径大部Ｄ１の左側の油室ＲＭ１にはばね２８ｂが収納されている。また、同油室ＲＭ１には、破線のラインＬ１で示すように、ポートＰＴ１を介して油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータ側の最高検出負荷圧力Ｐｓが導かれている。一方、径大部Ｄ２の右側には油室ＲＭ２が設けられており、同油室ＲＭ２に設けられたポートＰＴ５には、破線のラインＬ２で示すように、ポートＰＴ５を介してポンプ２２の吐出口側の圧力Ｐｄが導かれている。
【００３０】
径大部Ｄ３の左側には油室ＲＭ３が設けられており、同油室ＲＭ３に隣接して設けられたポートＰＴ２には、破線のラインＬ３で示すように、ポートＰＴ２を介してオペレータの指令による操作弁からの操作指令圧力Ｘすなわち、高圧選択手段３０により選択された最大圧力Ｐｍａｘが導かれている。さらに、径大部Ｄ３の右側には油室ＲＭ４が設けられており、同油室ＲＭ４に隣接して設けられたポートＰＴ４はタンクラインＴに導かれている。スプール２８ａの左端面は油室ＲＭ５に臨んでおり、この油室ＲＭ５には、外部信号Ｚが与えられており、さらにスプール２８ａの左方向の停止位置を定めるストッパー２８ｃが設けられている。
【００３１】
参照符号３２は外部信号生成部であって、同外部信号生成部３２へは油電変換部３２ａで電気信号に変換された前記操作弁からの操作指令圧力Ｘが入力されている。また、外部信号生成部３２の出力は電油変換部３２ｂで圧油信号に変換され前記の外部信号Ｚとなる。
【００３２】
図３は、図２Ａの外部信号生成部３２の機能を模式的に示すグラフである。同図において、関数の波形ｆ１、ｆ２、ｆ３は操作指令圧力Ｘに対応する電気信号Ｅｉｎの値に対する各関数の値Ｅｏｕｔの変化の様子を示す。例えば、関数ｆ１では、Ｅｉｎの変化に対するＥｏｕｔは上に凸の変換特性を有する。これに対し関数ｆ２は、Ｅｉｎの増加の途中まではＥｏｕｔは緩慢な増加にとどまり、ある値以降の増加に対しＥｏｕｔは比較的急激に増加する場合である。
【００３３】
さらに、関数ｆ３は、Ｅｉｎの増加の途中まではＥｏｕｔは急激に増加し、それ以降の増加に対しＥｏｕｔは比較的緩慢な増加にとどまる場合である。なお、関数ｆ０は、Ｅｏｕｔが常時ゼロであり、外部信号Ｚがない場合である。参照符号３４は各関数波形を選択する押しボタンを示す。なお、オペレータがボタン選択を瞬時、正確におこなえるよう記号ｆ０〜ｆ３の代わりに、波形特性そのものや、絵文字などで表示することができる。またその場合、選択ボタンは変換波形そのものではなく、オペレータが要求する操作特性を表示するようにすることが好ましい。さらにその場合、選択操作の代わりに音声で選択するようにしてもよい。
【００３４】
図３ではアナログ信号Ｅｉｎ、Ｅｏｕｔによる関数を例示したが、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器によりデジタル処理を行うことも可能である。その場合には、関数ｆ０〜ｆ３はそれぞれ対応するメモリテーブルとして与えられる。
【００３５】
次に図２Ａを参照して作用を説明する。
【００３６】
まず、関数ｆ０が選択されており、したがって、油室ＲＭ５には圧油が供給されない場合を説明する。
【００３７】
今、油圧アクチュエータへの操作指令圧力Ｘがゼロとすると、圧力ＰｄとＰｓとの差圧ΔＰもゼロで、ばね２８ｂの弾発力によりスプール２８ａは図示よりも若干左方の、ストッパー２８ｃによる停止位置にあり、油室ＲＭ３とポートＰＴ３は導通している。
【００３８】
この状態で、油圧アクチュエータを駆動すべく操作指令圧力ＸがポートＰＴ２に与えられると、油室ＲＭ３からポートＰＴ３を介して吐出流量調整機構２６の油室２６ａへ圧力Ｘに対応する圧力Ｐｍが与えられ、斜板２４が傾転して可変容量型ポンプ２２は吐出口から圧油を吐出する。このときの吐出流量Ｑａｃにより切換制御弁２０内で差圧ΔＰが生じる。この差圧によりポートＰＴ５へは吐出圧力Ｐｄが与えられ、ポートＰＴ１へは圧力Ｐｓが与えられる。圧力Ｘが徐々に増加されて流量Ｑａｃが増加するにつれ差圧ΔＰも増大する。圧力Ｐｄの値が圧力Ｐｓとばね２８ｂの弾発力の加算値より大きくなると、スプール２８ａは左方へ移動し、その結果、ポートＰＴ３と油室ＲＭ４とが導通し、直ちに油室２６ａの圧力が降下して可変容量型ポンプ２２の吐出流量を減少させるので、その結果差圧ΔＰが小さくなり、スプール２８ａは右方へ戻り油室ＲＭ４とポートＰＴ３は遮断される。
【００３９】
このようにして、ある操作指令圧力Ｘが与えられると、ポートＰＴ１とＰＴ５での差圧（ｐｄ−Ｐｓ）とばね２８ｂのばね力とがバランスするようにスプール２８ａの位置が保持される。すなわち、差圧ΔＰがばね２８ｂの弾発力と等しくなるようにスプール位置が制御される。
【００４０】
次に、予めｆ０以外の特定の関数ｆｉが選択されており、操作指令圧力Ｘの関数変換された外部信号Ｚが油室ＲＭ５へ供給される場合について説明する。
【００４１】
説明を簡単にするため、今、図２Ａに示す状態で操作指令圧力Ｘが与えられ油圧アクチュエータが駆動中であり、スプール２８ａが前述したように、バランスした位置にあるとする。
【００４２】
その場合、油室ＲＭ５に関数ｆｉに基づきある大きさの外部信号圧力Ｚが与えられているとその圧力Ｚはスプール２８ａの左端面に作用しているのでばね２８ｂの弾発力を増大するよう作用しており、したがって、操作指令圧力ＸがさらにΔＸ増加指令された場合、それによるポンプ２２の流量増加で圧力ＰｄもΔＰｄだけ増加するよう変化して新たにバランス状態に到る経過は、スプール２８ａに対しΔＰｄに前記圧力Ｚが加算された力が作用するので圧力Ｚが与えられていない場合と比べ、その間での負荷変動に伴うスプール２８ａのバランス位置の変化を抑制しつつ、操作指令圧力Ｘに対しより忠実にバランス位置へ到達させることができる。このことは、見かけ上、ばね２８ｂのばね定数を大きくしたことに対応し、操作指令圧力Ｘの変化に対し安定した応答性を得られることを意味している。
【００４３】
すなわち、上記関数ｆ０の場合のように、切換制御弁内を通過する吐出流量Ｑａｃが過大となった時の差圧の増大化を利用してスプール２８ａを左方へ移動させ、それによりポートＰＴ３とＰＴ４をタンクラインに連通させ油室２６ａの圧力が減少することで差圧を所定の範囲に保持する場合において、さらに関数ｆｉによる外部信号Ｚでスプール２８ａを左方から押圧しているときは、等価的には、切換制御弁内のスプールの開口特性を見かけ上、増大するよう変化させたこととなり、しかもその変化の様子は操作指令圧力Ｘの指令範囲で圧力Ｚを可変とすることで任意に設定可能とするものである。
【００４４】
図２Ｂは、こうした作用を説明するグラフである。同図において、横軸Ｓｔは切換制御弁２０の操作量（スプールストローク量）、縦軸Ｑは切換制御弁２０の流量（開口特性）を示す。ｑ１は外部信号Ｚを与えない場合で、メータイン側の差圧ΔＰが一定となる流量特性を示し、ｑ２は、ポンプへのリモートパイロット圧指令で定まる流量特性すなわち、可変容量ポンプ２２自体の流量特性であり、ｑ３は、差圧ΔＰを増大させたときのメータイン側の差圧ΔＰが一定となるような流量特性を示す。ここで前記特性ｑ３は理論上の特性を示すが、実際に流れる流量はポンプ２２の最大吐出流量に対応する特性ｑ２を超えることはない。すなわち、例えば、操作量Ｓｔｊにおける特性ｑ１上の値Ｑａに対し、外部信号Ｚを与え、特性ｑ３上の値Ｑｃとすると、その時の実際の流量はＱｃとなる。このことは、特性ｑ３で示すように、特性ｑ２よりも大きくなるように外部信号Ｚを与えると、実際に流れる流量はＱｂすなわち、操作量Ｓｔｊに対応するポンプ２２の最大流量となり、流量ＱａからＱｂへ到達するまでの経過において、負荷等の変動によりスプール２８ａの位置が影響されることなく安定して到達する。
【００４５】
なお、図２Ｂにおいて、参照符号Ｓｔ１、Ｓｔ２は中間操作の範囲を示す。一般に、この範囲では、オペレータは運転操作中の油圧アクチュエータに対する操作時の違和感を多く感じるため、安定的な、操作指令に忠実な油圧アクチュエータの駆動が求められている。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態に基づく実施例について図面を参照して説明したが、当業者であれば、これらの開示例に基づき種々の変形をすることができる。例えば、図２Ａ、図３では外部信号生成部３２は電気的に関数変換処理を行うようにしたが、等価的な変換処理を油圧回路で構成することも可能である。
【００４７】
また、信号Ｅｉｎは高圧選択手段３０を用いているが、必ずしもこれに限るものではなく、建設機械の操作中、オペレータが高圧選択手段とは別に設けられた電気信号発生装置を操作して信号Ｅｉｎを形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のコンセプトを説明するブロック図である。
【図２Ａ】図１に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した油圧回路の模式図である。
【図２Ｂ】図２Ａの切換制御弁の流量特性を説明するためのグラフである。
【図３】図２の外部信号生成部の機能を模式的に示すグラフである。
【図４】従来の一般的な可変容量型ポンプのポジコン制御の油圧回路図である。
【図５】従来の一般的な可変容量型ポンプのネガコン制御の油圧回路図である。
【図６】従来の一般的な可変容量型ポンプのロードセンシング制御の油圧回路図である。
【図７】従来の可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御する方式の概念図である。
【図８】従来技術において、オペレータが油圧アクチュエータを操作する際に感じる違和感の存在を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 油圧アクチュエータ
１４ オペレータ操作指令部
２０ 切換制御弁
２２ 可変容量型ポンプ
２４ 斜板
２６ 吐出流量調整機構（斜板角度調整機構）
２６ａ 油室
２６ｂ ばね
２８ 差圧調整手段
２８ａ スプール
２８ｂ ばね
２８ｃ ストッパー
３０ 高圧選択手段
３２ 外部信号生成部
３２ａ 油電変換部
３２ｂ 電油変換部
３４ 押しボタン
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 径大部
Ｈ 開口
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ ライン
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 最大検出負荷圧力
ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５ ポート
ＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３、ＲＭ４、ＲＭ５ 油室
Ｘ 操作指令圧力
Ｚ 外部信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値ｄＰ以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、
前記予め定められた差圧ｄＰを調整する差圧調整手段Ｃを設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】
前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】
前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されることを特徴とする請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】
前記外部信号は、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載された建設機械の油圧制御装置。
【請求項１】
可変容量型ポンプの吐出流量を操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号に応じて調整し、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧を予め定めた所定値ｄＰ以下に維持すると共に、建設機械の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号により調整されるよう構成した差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、
前記予め定められた差圧ｄＰを調整する差圧調整手段Ｃを設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】
前記差圧調整手段は、内部にスプールを収納した弁体構造であって、前記スプールの一端部側に形成され前記油圧アクチュエータの負荷検出圧力が導かれると共に前記スプールを他端部の方へ付勢するばねを備えた第１油室（ＲＭ１）と、同第１油室に対向するよう前記スプール他端部側に配置され前記メータイン側ポンプ圧力が導かれた第２油室（ＲＭ２）と、前記第１、第２油室とそれぞれ第１、第２のスプール径大部により区画されさらにその中央部に設けられたもうひとつの第３のスプール径大部とによって区画されると共に、前記操作弁の高圧側流量調整信号用ポートに接続された第３油室（ＲＭ３）ならびに、タンクポートに接続された第４油室（ＲＭ４）と、前記第１油室側のスプール端面に臨み前記外部信号が供給される第５油室（ＲＭ５）と、前記可変容量型ポンプの斜板調整機構の油室と接続され前記第３の径大部外周面に臨むよう形成された斜板用ポートとからなることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】
前記外部信号は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる流量調整信号を油電変換した電気信号の関数値として与える関数発生手段により生成されることを特徴とする請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】
前記外部信号は、前記操作弁の中間操作の範囲で増加させるよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載された建設機械の油圧制御装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１０８９８５（Ｐ２００９−１０８９８５Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８４６１９（Ｐ２００７−２８４６１９）
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
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