建設機械の油圧制御装置
【課題】作業装置の搬送対象物の重量が変化しても旋回ブーム上げの操作性が良好な建設機械の油圧制御装置を提供すること。
【解決手段】建設機械の油圧制御装置において、上部旋回体１を旋回する旋回モータ２４と、旋回モータ２４に作動油を供給する油圧ポンプ３０と、ブームシリンダ１６に作動油を供給する油圧ポンプ２０と、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ３７と、バケット１２内の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体１の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の目標容量であって、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定めた目標容量ｑｍに、旋回モータ２４の容量を設定する制御油圧回路１０３を備える。
【解決手段】建設機械の油圧制御装置において、上部旋回体１を旋回する旋回モータ２４と、旋回モータ２４に作動油を供給する油圧ポンプ３０と、ブームシリンダ１６に作動油を供給する油圧ポンプ２０と、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ３７と、バケット１２内の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体１の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の目標容量であって、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定めた目標容量ｑｍに、旋回モータ２４の容量を設定する制御油圧回路１０３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の油圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の１つである油圧ショベル（掘削機械）は、ブーム、アーム及びバケット（アタッチメント）を有する多関節型の作業装置（フロント）と、この作業装置が取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体の下方に取り付けられた下部走行体を備えており、油圧によって各アクチュエータを駆動している。油圧ショベルにおいて複数のアクチュエータを同時に操作する複合操作には、上部旋回体を旋回させながらブームを上昇させるいわゆる旋回ブーム上げがある。旋回ブーム上げは、ダンプトラック等への積み込み作業時等に繰り返し行われる複合操作であり、油圧ショベルで頻繁に行われる。昨今の油圧ショベルには、この旋回ブーム上げにおけるオペレータの操作性を向上させるために、上部旋回体を旋回する旋回モータ（旋回装置）と、ブームを回動させるブームシリンダとをそれぞれ別のポンプで駆動しているものがある。
【０００３】
ところで、作業装置の搬送対象物の重量（バケット内重量）が変化すると、ブームシリンダの負荷が変化したり、旋回モータの旋回対象である上部旋回体の重量が変化したりする。そのため、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体の旋回速度（旋回量）とブームの上昇速度（ブーム上昇量）のバランスがバケット内重量に応じて変化し、オペレータの操作性が低下することがある。
【０００４】
例えば、バケット内重量が増加すると、ブームシリンダの負荷が上昇してブームシリンダに作動油を供給するポンプの最大流量が低減し、バケットが空の場合よりもブーム上昇速度が低減することがある。この場合には、上記のように旋回モータとブームシリンダを別ポンプで駆動しても、ブーム上昇速度に対して旋回速度が相対的に速くなって操作性が低下してしまう。なお、この操作性の低下は、旋回モータへの負荷が小さくなったときに顕著となる。これは、上部旋回体は旋回モータに対して慣性負荷として作用するため、旋回ブーム上げにおける旋回速度は、旋回モータへの負荷が大きい旋回開始直後よりも、旋回開始時から時間が経過して負荷が小さくなったときの方が速くなるからである。
【０００５】
この点の改善を図った技術としては、ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、上部旋回体を旋回する固定容量型の旋回モータと、当該旋回モータに作動油を供給する可変容量型ポンプと、前記圧力検出手段の検出信号に基づいて前記可変容量型ポンプの吐出流量を制御する制御手段を備えた油圧制御装置がある（特許文献１参照）。この油圧制御装置は、バケット内重量が重くてブームシリンダのボトム圧が高いときには、前記制御手段を利用して可変容量型ポンプの吐出流量を当該ボトム圧に応じて低減させ、旋回モータの負荷が比較的小さいときのブーム上昇速度と旋回速度の差を小さくすることにより、旋回ブーム上げの操作性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６００４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、バケット内重量の変化は、旋回モータへの負荷が大きい旋回開始時においても、旋回速度とブーム上昇速度のバランスに影響を与えるおそれがある。
【０００８】
上部旋回体は旋回モータに対して慣性負荷として作用するため、旋回モータに最も大きな旋回力（トルク）が必要とされるのは旋回開始時である。そのため、油圧ショベルの旋回モータとしては、バケット内が搬送対象物で満たされている場合にも上部旋回体を充分に旋回できることが必要である。このような旋回モータを利用すると、バケット内が空のときには、バケット内に搬送対象物が有る状態と比較して小さな旋回力で旋回し始めることができる。そのため、バケット内が空のときに旋回ブーム上げを行うと、バケット内に搬送対象物が有る場合と比較してブーム上昇速度に対して旋回速度が相対的に速くなってしまい、操作性が低下することがある。
【０００９】
この課題に対して、上記技術のように、ブームシリンダのボトム圧の増加に応じて可変容量型ポンプの吐出流量を低減させても、旋回モータの最大速度が低減するものの、旋回モータのトルク（加速度）は変化しないので、ブーム上昇速度に合わせて旋回速度を低減することは難しい。これは、上部旋回体は大きな慣性を有するため、その旋回動作は、旋回モータの加速域で主に行われ、旋回速度が最大速度に達する領域で行われることは少ないからである。すなわち、上記技術では、旋回動作の大半が行われる加速域での旋回速度を低減させることができないので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることは難しい。
【００１０】
本発明の目的は、作業装置の搬送対象物の重量が変化しても旋回ブーム上げの操作性が良好な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】
【００１１】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持されたブームを含む作業装置とを備える建設機械の油圧制御装置において、前記上部旋回体を旋回する可変容量型のモータと、このモータに作動油を供給する第１油圧ポンプと、前記ブームを回動するブームシリンダと、このブームシリンダに作動油を供給する第２油圧ポンプと、前記ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、前記作業装置の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における前記上部旋回体の旋回速度と前記ブームの上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた前記モータの目標容量であって、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧ごとに定めた目標容量に、前記モータの容量を設定するモータ容量制御手段とを備えるものとする。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第１閾値から第２閾値に至るまでの間では、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧の増加に伴って増加するように設定されているものとする。
【００１３】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値未満のとき、一定に保持されており、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値以上のとき、前記ボトム圧が第３閾値未満のときにおける値より相対的に高い値で一定に保持されているものとする。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）いずれかにおいて、好ましくは、前記圧力検出手段は圧力センサであり、前記モータ容量制御手段は、前記モータの容量を変化させるレギュレータと、前記圧力センサで検出されるボトム圧に基づいて前記目標容量を算出し、前記レギュレータを制御して前記モータの容量を前記目標容量に設定する制御装置とを有するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、作業装置の搬送対象物の重量に応じて旋回モータのトルクを変化させることができるので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図。
【図２】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの油圧制御装置を示す図。
【図３】本発明の実施の形態におけるコントローラの処理フロー図。
【図４】本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの関数関係を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルにおいて、ボトム圧Ｐｂの変化に応じて容量を変化させたときの旋回モータのトルク変化を、上部旋回体の旋回速度の時間変化で示した図。
【図６】本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの他の関数関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、下部走行体１と、下部走行体１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に支持された作業装置（フロント）３を備えている。下部走行体１は左側走行モータ１ａ及び右側走行モータ（図示せず）によって駆動され、上部旋回体２は旋回モータ２４（図２参照）によって旋回される。また、下部走行体１を構成する２つの履体５１の間にはブレードシリンダ（図示せず）によって駆動されるブレード（排土板）５２が取り付けられている。
【００１９】
作業装置３は、上部旋回体２に上下方向に回動可能に支持されたブーム１０と、ブーム１０に上下方向に回動可能に支持されたアーム１１と、アーム１１に上下方向に回動可能に支持されたバケット（アタッチメント）１２と、上部旋回体２（スイングポスト５３）とブーム１０に架け渡されブーム１０を回動するブームシリンダ１６と、ブーム１０とアーム１１に架け渡されアーム１１を回動するアームシリンダ１７と、アーム１１とバケット１２にリンク機構を介して架け渡されバケット１２を回動するバケットシリンダ１８を備えている。
【００２０】
なお、バケット１２に代わりにグラップル等のアタッチメントを使用しても良い。また、ブーム１０はさらに上部旋回体２に対して左右方向に揺動可能に支持しても良い。この場合の構成としては、図１に示すように、スイングポスト５３を介してブーム１０を上部旋回体２に取り付けて、スイングポスト５３と上部旋回体２に架け渡したブームスイングシリンダ５４によってブーム１０を左右方向に揺動させるものがある。さらに、スイングポスト５３を設置する代わりに、ブーム１０を２つに分割し、アーム１１側のブームと上部旋回体２側のブームにシリンダ（オフセットシリンダ）を架け渡して、アーム１１及びバケット１２をオフセット可能に構成しても良い。
【００２１】
図２は図１に示した油圧ショベルの油圧制御装置を示す図である。この図に示す油圧制御装置は、可変容量型の油圧ポンプ２０を油圧源とする第１油圧回路１０１と、可変容量型の油圧ポンプ３０を油圧源とする第２油圧回路１０２と、旋回モータ２４の容量を制御する制御油圧回路１０３を備えている。油圧ポンプ２０及び油圧ポンプ３０は同じエンジン１９によって回転駆動される。なお、図２では油圧ポンプ２０，３０は可変容量型のものとなっているが、固定容量型のものを利用しても良い。
【００２２】
第１油圧回路１０１は、ブームシリンダ１６と、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ（圧力検出手段）３７と、油圧ポンプ２０からブームシリンダ１６に供給される作動油（圧油）の流れ（方向と流量）を制御する方向制御弁２３と、油圧ポンプ２０の最高吐出圧を規定するメインリリーフ弁３１ａを有している。
【００２３】
ブームシリンダ１６はアクチュエータライン２３ａ，２３ｂを介して方向制御弁２３と接続されている。圧力センサ３７は、ボトム圧Ｐｂを介してバケット１２内の重量（作業装置３の搬送対象物の重量）の変化を監視するためのものであり、ブームシリンダ１６のボトム側に接続されたアクチュエータライン２３ｂに取り付けられている。圧力センサ３７は、制御油圧回路１０３におけるコントローラ２８に検出信号（ボトム圧）を出力している。
【００２４】
方向制御弁２３は、センターバイパスタイプの弁であり、吐出路２０ａに接続されたセンターバイパスライン３２上に配置されている。方向制御弁２３におけるセンターバイパスライン３２の下流側は、タンクに接続されている。また、方向制御弁２３は、油圧パイロット切り換え方式の弁であり、操作レバー（ブーム操作装置）２１からのパイロット圧によって切り換え操作される。メインリリーフ弁３１ａは油圧ポンプ２０の吐出路２０ａに接続されている。
【００２５】
第２油圧回路１０２は、上部旋回体２を旋回する可変容量型の旋回モータ２４と、油圧ポンプ３０から旋回モータ２４に供給される作動油の流れ（方向と流量）を制御する方向制御弁２７と、油圧ポンプ３０の最高吐出圧を規定するメインリリーフ弁３１ｂを有している。
【００２６】
旋回モータ２４は、アクチュエータライン２７ａ，２７ｂを介して方向制御弁２７と接続されており、旋回モータ２４の容量は、斜板４１の傾転角を制御するレギュレータ４２によって変更される。レギュレータ４２は、ばね４３（付勢手段）を介して旋回モータ２４の斜板４１と接触するプランジャ４４を備えている。プランジャ４４は、制御油圧回路１０３を介して供給される作動油の圧力に応じて移動し、旋回モータ２４の容量を変更する。詳細は後述するが、本実施の形態におけるプランジャ４４には、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂに応じて定められた圧力（目標圧力Ｐｒ）に保持された作動油が供給されており、旋回モータ２４の容量はブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂに基づいて制御されている。
【００２７】
方向制御弁２７は、方制御弁２３と同様にセンターバイパスタイプの弁であり、吐出路３０ａに接続されたセンターバイパスライン３４上に配置されている。方向制御弁２７におけるセンターバイパスライン３４の下流側は、タンクに接続されている。また、方向制御弁２７は、方制御弁２３と同様に油圧パイロット切り換え方式の弁であり、操作レバー（旋回操作装置）２６からのパイロット圧によって切り換え操作される。メインリリーフ弁３１ｂは油圧ポンプ３０の吐出路３０ａに接続されており、アクチュエータライン２７ａ，２７ｂには、メインリリーフ弁３１ｂよりも低いリリーフ圧に設定されたオーバーロードリリーフ弁２５ａ，２５ｂが設けられている。
【００２８】
制御油圧回路（モータ容量制御手段）１０３は、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するための回路であり、目標容量ｑｍに基づいて設定した目標圧力Ｐｒに保持した作動油をレギュレータ４２（プランジャ４４）に供給している。ここで、目標容量ｑｍとは、作業装置３の搬送対象物の重量（バケット１２内の重量）が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体２の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の容量であり、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定められている。また、目標圧力Ｐｒとは、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するために定めた圧力であって、制御油圧回路１０３を介してプランジャ４４に供給すべき作動油の圧力である。すなわち、本実施の形態における制御油圧回路１０３は、目標圧力Ｐｒに保持した作動油をプランジャ４４に供給することで、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定している。
【００２９】
図２に示す制御油圧回路１０３は、レギュレータ４２と、コントローラ（制御装置）２８を有している。コントローラ２８は、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂに基づいて目標容量ｑｍを算出し、レギュレータ４２を制御して旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するものである。本実施の形態におけるコントローラ２８は、レギュレータ４２の制御を行うために、制御油圧回路１０３に設置されたパイロットポンプ３９、電磁比例弁２９及びパイロットリリーフ弁３５を用いている。
【００３０】
パイロットポンプ３９は固定容量型のポンプである。電磁比例弁２９は、プランジャ４４に供給される作動油の圧力を目標圧力Ｐｒに調節するもので、パイロットポンプ３９とレギュレータ４２を接続するアクチュエータライン３９ａに設置されている。電磁比例弁２９は、通電される指令電流の大きさ（指令電流値）に応じた電磁力を発生し、当該電磁力によって電磁比例弁２９を駆動するソレノイド部２９ａを備えている。ソレノイド部２９ａに通電される指令電流値はコントローラ２８によって制御されており、電磁比例弁２９は、その指令電流値に応じて発生する電磁力によって動作し、その動作量に応じた制御圧を発生する。パイロットリリーフ弁３５は、電磁比例弁２９の下流側に位置する吐出路３９ｂに設置されており、電磁比例弁２９の下流側における圧力を一定（リリーフ圧Ｐｒ０）に保持している。
【００３１】
図３は本発明の実施の形態におけるコントローラ２８の処理フロー図である。この図に示すように、コントローラ２８は、まず、圧力センサ３７から出力されるボトム圧Ｐｂを検出し（Ｓ１０１）、当該検出したボトム圧Ｐｂに基づいて目標容量ｑｍを算出する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２において目標容量ｑｍの算出する際には、コントローラ２８は図４に示すボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍとの関数関係を利用する。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの関数関係を示す図である。この関数関係はコントローラ２８のメモリ（図示せず）等に記憶されている。この図に示す目標容量ｑｍは、先述のように、バケット１２内の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体２の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めたものであり、ボトム圧Ｐｂごとに定められている。
【００３３】
図４に示すように、本実施の形態の旋回モータ２４の目標容量（ｑｍ）は、（１）ボトム圧（Ｐｂ）がＰｂ１（第１閾値）以下のときにはｑｍ１に保持され、（２）ボトム圧がＰｂ１からＰｂ３（第２閾値）に至るまでの間では、ボトム圧の増加に伴って比例関係でｑｍ１からｑｍ３まで増加し、（３）ボトム圧がＰｂ３以上のときにはｑｍ３に保持される。すなわち、本実施の形態の目標容量ｑｍは、バケット１２内の重量と旋回モータ２４のトルクが一定区間において比例するように、バケット１２内の重量が軽いときに小さくなるように設定されている。例えば、Ｓ１０１で検出したボトム圧がＰｂ２のときには、コントローラ２８は、図４の関数関係に基づいて目標容量をｑｍ２と算出する。
【００３４】
Ｓ１０２においてボトム圧Ｐｂから目標容量ｑｍを算出したら、コントローラ２８は目標容量ｑｍに基づいて目標圧力Ｐｒを算出する（Ｓ１０３）。本実施の形態における目標圧力Ｐｒは、目標容積ｑｍと同様に図４に示した関数関係から得ることができる。したがって、例えば、目標容積がｑｍ１のときには目標圧力をＰｒ１とすれば良く、目標容積がｑｍ２のときには目標圧力をＰｒ２とすれば良い。なお、ここでは、ボトム圧Ｐｂから目標容量ｑｍを算出してから目標圧力Ｐｒを算出したが、図４に示す関数関係を利用する等して、ボトム圧Ｐｂから目標圧力Ｐｒを直接算出しても良い。
【００３５】
Ｓ１０３において目標圧力Ｐｒを算出したら、コントローラ２８は、当該目標圧力Ｐｒに保持された作動油が電磁比例弁２９を介してレギュレータ４２に供給されるように、電磁比例弁２９のソレノイド部２９ａへ出力すべき指令電流値（指令信号）を算出する（Ｓ１０４）。例えば、電磁比例弁２９が減圧弁で目標圧力がＰｒ１のときには、パイロットリリーフ弁３５のリリーフ圧Ｐｒ０に保持された作動油を電磁比例弁２９で減圧して目標圧力Ｐｒ１とすれば良いので、電磁比例弁２９で減圧する圧力（制御圧）がＰｒ０−Ｐｒ１となるように指令電流値を算出すれば良い。
【００３６】
このようにＳ１０４で指令電流値を算出したら、コントローラ２８はその値に設定された指令電流をソレノイド部２９ａに出力する（Ｓ１０５）。これにより、電磁比例弁２９が動作し、目標圧力Ｐｒに保持された作動油がレギュレータ４２に供給されるので、斜板４１の傾転角が変更されて旋回モータ２４の容量がＳ１０２で算出した目標容量ｑｍに設定される。
【００３７】
上記のように旋回モータ２４の容量がｑｍに設定された油圧ショベルにおいて、旋回ブーム上げ動作を行うとき、オペレータは、操作レバー２１をブーム１０の上昇方向に操作しつつ、操作レバー２６を所望の旋回方向に操作する。操作レバー２６が操作されると、油圧ポンプ３０からの作動油が方向制御弁２７を介して旋回モータ２４へ供給され、旋回モータ２４はその駆動圧と容量ｑｍの積によって規定されるトルクでもって上部旋回体２の旋回を開始する。なお、旋回開始時における旋回モータ２４の駆動圧はオーバーロードリリーフ弁２５ａ，２５ｂのリリーフ圧まで上昇するので、旋回開始時における旋回モータ２４のトルクは専らその容量である目標容量ｑｍによって規定される。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態に係る油圧ショベルにおいて、ボトム圧Ｐｂの変化に応じて容量を変化させたときの旋回モータ２４のトルク変化を、上部旋回体２の旋回速度の時間変化で示した図である。この図に示すように、目標容量ｑｍが大きくなるほど時間当たりの旋回速度の増加量（すなわち、加速度）が大きくなるので、目標容量ｑｍを大きくするほど旋回モータ２４のトルクが大きくなることが分かる。なお、各旋回速度は図に示したように所定時間経過後に一定に保持されるが、上部旋回体２の旋回動作は旋回速度が時間ごとに増加する加速域で主に行われるため、これによる影響を受けることは少ない。これは、上部旋回体２は大きな慣性を有するため、旋回ブーム上げ動作において最大速度に到達することは少ないからである。
【００３９】
また、参考として、旋回モータ２４の容量を一定（ｑｍ１とｑｍ２の間の値）とし、油圧ポンプ３０の吐出量をＱ１，Ｑ２，Ｑ３（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）と変化させたときの旋回速度の時間変化（すなわち、特許文献１の技術における旋回速度の時間変化に相当）を図５に破線で示した。この場合には、油圧ポンプ３０の吐出量を変化させることにより旋回速度の最大値を変化させることができるが、油圧ポンプ３０の吐出量を変化させても時間当たりの旋回速度の増加量は変わらない。したがって、旋回モータ２４のトルクは変更できないことが分かる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の旋回モータ２４は、バケット１２内の重量変化（ボトム圧Ｐｂの変化）に応じてその容量が目標容量ｑｍに適宜変更され、バケット１２内の重量（旋回対象の重量）に適したトルクを発生する。これにより、旋回ブーム上げにおける旋回速度とブーム上昇速度のバランスが、バケット１２内の重量変化に伴って大きく変化することが抑制される。
【００４１】
ここで、従来の課題に触れつつ、本実施の形態の効果について説明する。
【００４２】
従来、固定容量型の旋回モータを備えた油圧ショベルでは、バケット内の重量が変化して旋回モータの旋回対象の重量が変化すると、上部旋回体２を旋回させるために必要なトルクが変わるため、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度のバランスが変化して操作性が低下することがあった。例えば、バケット内の重量変化によって旋回ブーム上げ時の旋回速度がブーム上昇速度よりも相対的に速くなる場合であって、バケット内の土砂を旋回ブーム上げでダンプトラックの荷台に積み込む作業を行うときには、旋回操作によって作業装置（フロント）がダンプトラックの荷台の位置に到達した時刻にはバケットが荷台の高さまで未だ到達していないという事態が発生し、旋回操作後にブーム上げ操作のみを別途追加する必要がある。
【００４３】
これに対し、本実施の形態に係る油圧制御装置は、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ３７と、作業装置３の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の目標容量であって、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定めた目標容量ｑｍに、旋回モータ２４の容量を設定する制御油圧回路１０３を備えている。このように油圧制御装置を構成すると、バケット１２内の重量に適したトルクを旋回モータ２４で発生させることができるので、バケット１２内の重量が変化して旋回開始時に必要なトルクが変化しても、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度とのバランスを保持することができる。したがって、本実施の形態の油圧制御装置によれば、作業装置３の搬送対象物の重量が変化しても旋回速度とブーム上昇速度のバランスが保持されるので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、旋回モータ２４の目標容量ｑｍは、図４に示すように、ブームシリンダ１６のボトム圧がＰｂ１からＰｂ３に至るまでの間、ボトム圧Ｐｂの増加に伴って増加するように設定したが、図６に示すように、例えば、ボトム圧がＰｂ２（第３閾値）未満のときには、目標容量をｑｍ１と一定に保持し、ボトム圧がＰｂ２（第３閾値）以上のときには、目標容量を先のｑｍ１より相対的に高い値のｑｍ３に保持するように設定しても良い。図４のように目標容量ｑｍを設定すると、操作レバー２１をハーフ操作する等、ブーム上げの操作量が中間的な値となるような場合に、操作量の多少の違いでトルクが大きく変化することがないので、図６の場合と比較して良好な操作性が得られる。
【００４５】
また、本実施の形態では、制御油圧回路１０３から供給される作動油によってアクチュエータ（プランジャ４４）を駆動させて旋回モータ２４の容量を変更する構成としているが、斜板４１の傾転角を調節可能なモータやソレノイド等をコントローラ２８と接続し、旋回モータ２４の容量を電気的に変更可能に構成しても良い。
【００４６】
さらに、上記の実施の形態におけるコントローラ２８は、旋回ブーム上げが行われていることを確認して旋回モータ２４の容量制御を行っていないが、旋回動作を独立して行う場合の旋回速度を確保する観点からは、旋回ブーム上げが行われている場合のみ旋回モータ２４の容量制御を実施するように構成することが好ましい。この場合には、旋回用の操作レバー２６と方向制御弁２７を接続する油路に設置され、オペレータによって旋回操作が行われていることを検出する第１パイロット圧センサと、ブーム用の操作レバー２１と方向制御弁２３を接続する油路に設置され、オペレータによってブーム上昇操作が行われていることを検出する第２パイロット圧センサとを上記油圧制御装置に追加し、前記第１パイロット圧センサ及び前記第２パイロット圧センサの検出値をコントローラ２８に出力し、この２つのセンサの検出値に基づいて旋回ブーム上げが行われているか否かを確認すれば良い。
【００４７】
ところで、上記の実施の形態で説明した油圧制御装置を、図１に示した小型系油圧ショベル（ミニショベル）に適用する場合には、油圧ポンプ２０，３０を油圧源とする２つの油圧回路１０１，１０２に、第３の油圧ポンプを油圧源とする第３油圧回路（図示せず）を加え、メインの油圧ポンプを３つ有する油圧制御装置を構成することがある。これは、ミニショベルが、一般的な油圧ショベルと比較して、アクチュエータの数が多く、複合操作の正確性が求められる等の理由による。この場合には、例えば、左側走行モータ１ａ用の方向制御弁及びバケットシリンダ１８用の方向制御弁を第１油圧回路１０１に設置し、ブームスイングシリンダ５４用の方向制御弁及びブレードシリンダ（図示せず）用の方向制御弁を第２油圧回路１０２に設置し、右側走行モータ用の方向制御弁及びアームシリンダ１７用の方向制御弁を第３油圧回路に設置することが好ましい。このように、３つの油圧回路を構成すると、作業装置３の操作及び下部走行体１の走行操作と独立して、上部旋回体２の旋回操作を行うことができ、また、ブレード５２を利用するドーザ作業においても、ブレード操作と独立して下部走行体１の走行操作を行うことができる。
【００４８】
なお、以上ではミニショベルを例に挙げて説明したが、本実施の形態に係る油圧制御装置が他の油圧ショベルにも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ 作業装置（フロント）
１０ ブーム
１２ バケット
１６ ブームシリンダ
２０ 油圧ポンプ
２１ 操作レバー（ブーム用）
２３ 方向制御弁（ブーム用）
２４ 旋回モータ
２６ 操作レバー（旋回用）
２７ 方向制御弁（旋回用）
２８ コントローラ（制御装置）
２９ 電磁弁
３０ 油圧ポンプ
３７ 圧力センサ
４２ レギュレータ
１０１ 第１油圧回路
１０２ 第２油圧回路
１０３ 制御油圧回路
Ｐｂ ブームシリンダボトム圧
Ｐｒ 目標圧力
ｑｍ 目標容量
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の油圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の１つである油圧ショベル（掘削機械）は、ブーム、アーム及びバケット（アタッチメント）を有する多関節型の作業装置（フロント）と、この作業装置が取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体の下方に取り付けられた下部走行体を備えており、油圧によって各アクチュエータを駆動している。油圧ショベルにおいて複数のアクチュエータを同時に操作する複合操作には、上部旋回体を旋回させながらブームを上昇させるいわゆる旋回ブーム上げがある。旋回ブーム上げは、ダンプトラック等への積み込み作業時等に繰り返し行われる複合操作であり、油圧ショベルで頻繁に行われる。昨今の油圧ショベルには、この旋回ブーム上げにおけるオペレータの操作性を向上させるために、上部旋回体を旋回する旋回モータ（旋回装置）と、ブームを回動させるブームシリンダとをそれぞれ別のポンプで駆動しているものがある。
【０００３】
ところで、作業装置の搬送対象物の重量（バケット内重量）が変化すると、ブームシリンダの負荷が変化したり、旋回モータの旋回対象である上部旋回体の重量が変化したりする。そのため、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体の旋回速度（旋回量）とブームの上昇速度（ブーム上昇量）のバランスがバケット内重量に応じて変化し、オペレータの操作性が低下することがある。
【０００４】
例えば、バケット内重量が増加すると、ブームシリンダの負荷が上昇してブームシリンダに作動油を供給するポンプの最大流量が低減し、バケットが空の場合よりもブーム上昇速度が低減することがある。この場合には、上記のように旋回モータとブームシリンダを別ポンプで駆動しても、ブーム上昇速度に対して旋回速度が相対的に速くなって操作性が低下してしまう。なお、この操作性の低下は、旋回モータへの負荷が小さくなったときに顕著となる。これは、上部旋回体は旋回モータに対して慣性負荷として作用するため、旋回ブーム上げにおける旋回速度は、旋回モータへの負荷が大きい旋回開始直後よりも、旋回開始時から時間が経過して負荷が小さくなったときの方が速くなるからである。
【０００５】
この点の改善を図った技術としては、ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、上部旋回体を旋回する固定容量型の旋回モータと、当該旋回モータに作動油を供給する可変容量型ポンプと、前記圧力検出手段の検出信号に基づいて前記可変容量型ポンプの吐出流量を制御する制御手段を備えた油圧制御装置がある（特許文献１参照）。この油圧制御装置は、バケット内重量が重くてブームシリンダのボトム圧が高いときには、前記制御手段を利用して可変容量型ポンプの吐出流量を当該ボトム圧に応じて低減させ、旋回モータの負荷が比較的小さいときのブーム上昇速度と旋回速度の差を小さくすることにより、旋回ブーム上げの操作性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６００４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、バケット内重量の変化は、旋回モータへの負荷が大きい旋回開始時においても、旋回速度とブーム上昇速度のバランスに影響を与えるおそれがある。
【０００８】
上部旋回体は旋回モータに対して慣性負荷として作用するため、旋回モータに最も大きな旋回力（トルク）が必要とされるのは旋回開始時である。そのため、油圧ショベルの旋回モータとしては、バケット内が搬送対象物で満たされている場合にも上部旋回体を充分に旋回できることが必要である。このような旋回モータを利用すると、バケット内が空のときには、バケット内に搬送対象物が有る状態と比較して小さな旋回力で旋回し始めることができる。そのため、バケット内が空のときに旋回ブーム上げを行うと、バケット内に搬送対象物が有る場合と比較してブーム上昇速度に対して旋回速度が相対的に速くなってしまい、操作性が低下することがある。
【０００９】
この課題に対して、上記技術のように、ブームシリンダのボトム圧の増加に応じて可変容量型ポンプの吐出流量を低減させても、旋回モータの最大速度が低減するものの、旋回モータのトルク（加速度）は変化しないので、ブーム上昇速度に合わせて旋回速度を低減することは難しい。これは、上部旋回体は大きな慣性を有するため、その旋回動作は、旋回モータの加速域で主に行われ、旋回速度が最大速度に達する領域で行われることは少ないからである。すなわち、上記技術では、旋回動作の大半が行われる加速域での旋回速度を低減させることができないので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることは難しい。
【００１０】
本発明の目的は、作業装置の搬送対象物の重量が変化しても旋回ブーム上げの操作性が良好な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】
【００１１】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持されたブームを含む作業装置とを備える建設機械の油圧制御装置において、前記上部旋回体を旋回する可変容量型のモータと、このモータに作動油を供給する第１油圧ポンプと、前記ブームを回動するブームシリンダと、このブームシリンダに作動油を供給する第２油圧ポンプと、前記ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、前記作業装置の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における前記上部旋回体の旋回速度と前記ブームの上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた前記モータの目標容量であって、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧ごとに定めた目標容量に、前記モータの容量を設定するモータ容量制御手段とを備えるものとする。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第１閾値から第２閾値に至るまでの間では、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧の増加に伴って増加するように設定されているものとする。
【００１３】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値未満のとき、一定に保持されており、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値以上のとき、前記ボトム圧が第３閾値未満のときにおける値より相対的に高い値で一定に保持されているものとする。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）いずれかにおいて、好ましくは、前記圧力検出手段は圧力センサであり、前記モータ容量制御手段は、前記モータの容量を変化させるレギュレータと、前記圧力センサで検出されるボトム圧に基づいて前記目標容量を算出し、前記レギュレータを制御して前記モータの容量を前記目標容量に設定する制御装置とを有するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、作業装置の搬送対象物の重量に応じて旋回モータのトルクを変化させることができるので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図。
【図２】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの油圧制御装置を示す図。
【図３】本発明の実施の形態におけるコントローラの処理フロー図。
【図４】本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの関数関係を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルにおいて、ボトム圧Ｐｂの変化に応じて容量を変化させたときの旋回モータのトルク変化を、上部旋回体の旋回速度の時間変化で示した図。
【図６】本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの他の関数関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、下部走行体１と、下部走行体１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に支持された作業装置（フロント）３を備えている。下部走行体１は左側走行モータ１ａ及び右側走行モータ（図示せず）によって駆動され、上部旋回体２は旋回モータ２４（図２参照）によって旋回される。また、下部走行体１を構成する２つの履体５１の間にはブレードシリンダ（図示せず）によって駆動されるブレード（排土板）５２が取り付けられている。
【００１９】
作業装置３は、上部旋回体２に上下方向に回動可能に支持されたブーム１０と、ブーム１０に上下方向に回動可能に支持されたアーム１１と、アーム１１に上下方向に回動可能に支持されたバケット（アタッチメント）１２と、上部旋回体２（スイングポスト５３）とブーム１０に架け渡されブーム１０を回動するブームシリンダ１６と、ブーム１０とアーム１１に架け渡されアーム１１を回動するアームシリンダ１７と、アーム１１とバケット１２にリンク機構を介して架け渡されバケット１２を回動するバケットシリンダ１８を備えている。
【００２０】
なお、バケット１２に代わりにグラップル等のアタッチメントを使用しても良い。また、ブーム１０はさらに上部旋回体２に対して左右方向に揺動可能に支持しても良い。この場合の構成としては、図１に示すように、スイングポスト５３を介してブーム１０を上部旋回体２に取り付けて、スイングポスト５３と上部旋回体２に架け渡したブームスイングシリンダ５４によってブーム１０を左右方向に揺動させるものがある。さらに、スイングポスト５３を設置する代わりに、ブーム１０を２つに分割し、アーム１１側のブームと上部旋回体２側のブームにシリンダ（オフセットシリンダ）を架け渡して、アーム１１及びバケット１２をオフセット可能に構成しても良い。
【００２１】
図２は図１に示した油圧ショベルの油圧制御装置を示す図である。この図に示す油圧制御装置は、可変容量型の油圧ポンプ２０を油圧源とする第１油圧回路１０１と、可変容量型の油圧ポンプ３０を油圧源とする第２油圧回路１０２と、旋回モータ２４の容量を制御する制御油圧回路１０３を備えている。油圧ポンプ２０及び油圧ポンプ３０は同じエンジン１９によって回転駆動される。なお、図２では油圧ポンプ２０，３０は可変容量型のものとなっているが、固定容量型のものを利用しても良い。
【００２２】
第１油圧回路１０１は、ブームシリンダ１６と、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ（圧力検出手段）３７と、油圧ポンプ２０からブームシリンダ１６に供給される作動油（圧油）の流れ（方向と流量）を制御する方向制御弁２３と、油圧ポンプ２０の最高吐出圧を規定するメインリリーフ弁３１ａを有している。
【００２３】
ブームシリンダ１６はアクチュエータライン２３ａ，２３ｂを介して方向制御弁２３と接続されている。圧力センサ３７は、ボトム圧Ｐｂを介してバケット１２内の重量（作業装置３の搬送対象物の重量）の変化を監視するためのものであり、ブームシリンダ１６のボトム側に接続されたアクチュエータライン２３ｂに取り付けられている。圧力センサ３７は、制御油圧回路１０３におけるコントローラ２８に検出信号（ボトム圧）を出力している。
【００２４】
方向制御弁２３は、センターバイパスタイプの弁であり、吐出路２０ａに接続されたセンターバイパスライン３２上に配置されている。方向制御弁２３におけるセンターバイパスライン３２の下流側は、タンクに接続されている。また、方向制御弁２３は、油圧パイロット切り換え方式の弁であり、操作レバー（ブーム操作装置）２１からのパイロット圧によって切り換え操作される。メインリリーフ弁３１ａは油圧ポンプ２０の吐出路２０ａに接続されている。
【００２５】
第２油圧回路１０２は、上部旋回体２を旋回する可変容量型の旋回モータ２４と、油圧ポンプ３０から旋回モータ２４に供給される作動油の流れ（方向と流量）を制御する方向制御弁２７と、油圧ポンプ３０の最高吐出圧を規定するメインリリーフ弁３１ｂを有している。
【００２６】
旋回モータ２４は、アクチュエータライン２７ａ，２７ｂを介して方向制御弁２７と接続されており、旋回モータ２４の容量は、斜板４１の傾転角を制御するレギュレータ４２によって変更される。レギュレータ４２は、ばね４３（付勢手段）を介して旋回モータ２４の斜板４１と接触するプランジャ４４を備えている。プランジャ４４は、制御油圧回路１０３を介して供給される作動油の圧力に応じて移動し、旋回モータ２４の容量を変更する。詳細は後述するが、本実施の形態におけるプランジャ４４には、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂに応じて定められた圧力（目標圧力Ｐｒ）に保持された作動油が供給されており、旋回モータ２４の容量はブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂに基づいて制御されている。
【００２７】
方向制御弁２７は、方制御弁２３と同様にセンターバイパスタイプの弁であり、吐出路３０ａに接続されたセンターバイパスライン３４上に配置されている。方向制御弁２７におけるセンターバイパスライン３４の下流側は、タンクに接続されている。また、方向制御弁２７は、方制御弁２３と同様に油圧パイロット切り換え方式の弁であり、操作レバー（旋回操作装置）２６からのパイロット圧によって切り換え操作される。メインリリーフ弁３１ｂは油圧ポンプ３０の吐出路３０ａに接続されており、アクチュエータライン２７ａ，２７ｂには、メインリリーフ弁３１ｂよりも低いリリーフ圧に設定されたオーバーロードリリーフ弁２５ａ，２５ｂが設けられている。
【００２８】
制御油圧回路（モータ容量制御手段）１０３は、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するための回路であり、目標容量ｑｍに基づいて設定した目標圧力Ｐｒに保持した作動油をレギュレータ４２（プランジャ４４）に供給している。ここで、目標容量ｑｍとは、作業装置３の搬送対象物の重量（バケット１２内の重量）が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体２の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の容量であり、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定められている。また、目標圧力Ｐｒとは、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するために定めた圧力であって、制御油圧回路１０３を介してプランジャ４４に供給すべき作動油の圧力である。すなわち、本実施の形態における制御油圧回路１０３は、目標圧力Ｐｒに保持した作動油をプランジャ４４に供給することで、旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定している。
【００２９】
図２に示す制御油圧回路１０３は、レギュレータ４２と、コントローラ（制御装置）２８を有している。コントローラ２８は、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂに基づいて目標容量ｑｍを算出し、レギュレータ４２を制御して旋回モータ２４の容量を目標容量ｑｍに設定するものである。本実施の形態におけるコントローラ２８は、レギュレータ４２の制御を行うために、制御油圧回路１０３に設置されたパイロットポンプ３９、電磁比例弁２９及びパイロットリリーフ弁３５を用いている。
【００３０】
パイロットポンプ３９は固定容量型のポンプである。電磁比例弁２９は、プランジャ４４に供給される作動油の圧力を目標圧力Ｐｒに調節するもので、パイロットポンプ３９とレギュレータ４２を接続するアクチュエータライン３９ａに設置されている。電磁比例弁２９は、通電される指令電流の大きさ（指令電流値）に応じた電磁力を発生し、当該電磁力によって電磁比例弁２９を駆動するソレノイド部２９ａを備えている。ソレノイド部２９ａに通電される指令電流値はコントローラ２８によって制御されており、電磁比例弁２９は、その指令電流値に応じて発生する電磁力によって動作し、その動作量に応じた制御圧を発生する。パイロットリリーフ弁３５は、電磁比例弁２９の下流側に位置する吐出路３９ｂに設置されており、電磁比例弁２９の下流側における圧力を一定（リリーフ圧Ｐｒ０）に保持している。
【００３１】
図３は本発明の実施の形態におけるコントローラ２８の処理フロー図である。この図に示すように、コントローラ２８は、まず、圧力センサ３７から出力されるボトム圧Ｐｂを検出し（Ｓ１０１）、当該検出したボトム圧Ｐｂに基づいて目標容量ｑｍを算出する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２において目標容量ｑｍの算出する際には、コントローラ２８は図４に示すボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍとの関数関係を利用する。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態におけるボトム圧Ｐｂと目標容量ｑｍ及び目標圧力Ｐｒとの関数関係を示す図である。この関数関係はコントローラ２８のメモリ（図示せず）等に記憶されている。この図に示す目標容量ｑｍは、先述のように、バケット１２内の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における上部旋回体２の旋回速度とブーム１０の上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めたものであり、ボトム圧Ｐｂごとに定められている。
【００３３】
図４に示すように、本実施の形態の旋回モータ２４の目標容量（ｑｍ）は、（１）ボトム圧（Ｐｂ）がＰｂ１（第１閾値）以下のときにはｑｍ１に保持され、（２）ボトム圧がＰｂ１からＰｂ３（第２閾値）に至るまでの間では、ボトム圧の増加に伴って比例関係でｑｍ１からｑｍ３まで増加し、（３）ボトム圧がＰｂ３以上のときにはｑｍ３に保持される。すなわち、本実施の形態の目標容量ｑｍは、バケット１２内の重量と旋回モータ２４のトルクが一定区間において比例するように、バケット１２内の重量が軽いときに小さくなるように設定されている。例えば、Ｓ１０１で検出したボトム圧がＰｂ２のときには、コントローラ２８は、図４の関数関係に基づいて目標容量をｑｍ２と算出する。
【００３４】
Ｓ１０２においてボトム圧Ｐｂから目標容量ｑｍを算出したら、コントローラ２８は目標容量ｑｍに基づいて目標圧力Ｐｒを算出する（Ｓ１０３）。本実施の形態における目標圧力Ｐｒは、目標容積ｑｍと同様に図４に示した関数関係から得ることができる。したがって、例えば、目標容積がｑｍ１のときには目標圧力をＰｒ１とすれば良く、目標容積がｑｍ２のときには目標圧力をＰｒ２とすれば良い。なお、ここでは、ボトム圧Ｐｂから目標容量ｑｍを算出してから目標圧力Ｐｒを算出したが、図４に示す関数関係を利用する等して、ボトム圧Ｐｂから目標圧力Ｐｒを直接算出しても良い。
【００３５】
Ｓ１０３において目標圧力Ｐｒを算出したら、コントローラ２８は、当該目標圧力Ｐｒに保持された作動油が電磁比例弁２９を介してレギュレータ４２に供給されるように、電磁比例弁２９のソレノイド部２９ａへ出力すべき指令電流値（指令信号）を算出する（Ｓ１０４）。例えば、電磁比例弁２９が減圧弁で目標圧力がＰｒ１のときには、パイロットリリーフ弁３５のリリーフ圧Ｐｒ０に保持された作動油を電磁比例弁２９で減圧して目標圧力Ｐｒ１とすれば良いので、電磁比例弁２９で減圧する圧力（制御圧）がＰｒ０−Ｐｒ１となるように指令電流値を算出すれば良い。
【００３６】
このようにＳ１０４で指令電流値を算出したら、コントローラ２８はその値に設定された指令電流をソレノイド部２９ａに出力する（Ｓ１０５）。これにより、電磁比例弁２９が動作し、目標圧力Ｐｒに保持された作動油がレギュレータ４２に供給されるので、斜板４１の傾転角が変更されて旋回モータ２４の容量がＳ１０２で算出した目標容量ｑｍに設定される。
【００３７】
上記のように旋回モータ２４の容量がｑｍに設定された油圧ショベルにおいて、旋回ブーム上げ動作を行うとき、オペレータは、操作レバー２１をブーム１０の上昇方向に操作しつつ、操作レバー２６を所望の旋回方向に操作する。操作レバー２６が操作されると、油圧ポンプ３０からの作動油が方向制御弁２７を介して旋回モータ２４へ供給され、旋回モータ２４はその駆動圧と容量ｑｍの積によって規定されるトルクでもって上部旋回体２の旋回を開始する。なお、旋回開始時における旋回モータ２４の駆動圧はオーバーロードリリーフ弁２５ａ，２５ｂのリリーフ圧まで上昇するので、旋回開始時における旋回モータ２４のトルクは専らその容量である目標容量ｑｍによって規定される。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態に係る油圧ショベルにおいて、ボトム圧Ｐｂの変化に応じて容量を変化させたときの旋回モータ２４のトルク変化を、上部旋回体２の旋回速度の時間変化で示した図である。この図に示すように、目標容量ｑｍが大きくなるほど時間当たりの旋回速度の増加量（すなわち、加速度）が大きくなるので、目標容量ｑｍを大きくするほど旋回モータ２４のトルクが大きくなることが分かる。なお、各旋回速度は図に示したように所定時間経過後に一定に保持されるが、上部旋回体２の旋回動作は旋回速度が時間ごとに増加する加速域で主に行われるため、これによる影響を受けることは少ない。これは、上部旋回体２は大きな慣性を有するため、旋回ブーム上げ動作において最大速度に到達することは少ないからである。
【００３９】
また、参考として、旋回モータ２４の容量を一定（ｑｍ１とｑｍ２の間の値）とし、油圧ポンプ３０の吐出量をＱ１，Ｑ２，Ｑ３（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）と変化させたときの旋回速度の時間変化（すなわち、特許文献１の技術における旋回速度の時間変化に相当）を図５に破線で示した。この場合には、油圧ポンプ３０の吐出量を変化させることにより旋回速度の最大値を変化させることができるが、油圧ポンプ３０の吐出量を変化させても時間当たりの旋回速度の増加量は変わらない。したがって、旋回モータ２４のトルクは変更できないことが分かる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の旋回モータ２４は、バケット１２内の重量変化（ボトム圧Ｐｂの変化）に応じてその容量が目標容量ｑｍに適宜変更され、バケット１２内の重量（旋回対象の重量）に適したトルクを発生する。これにより、旋回ブーム上げにおける旋回速度とブーム上昇速度のバランスが、バケット１２内の重量変化に伴って大きく変化することが抑制される。
【００４１】
ここで、従来の課題に触れつつ、本実施の形態の効果について説明する。
【００４２】
従来、固定容量型の旋回モータを備えた油圧ショベルでは、バケット内の重量が変化して旋回モータの旋回対象の重量が変化すると、上部旋回体２を旋回させるために必要なトルクが変わるため、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度のバランスが変化して操作性が低下することがあった。例えば、バケット内の重量変化によって旋回ブーム上げ時の旋回速度がブーム上昇速度よりも相対的に速くなる場合であって、バケット内の土砂を旋回ブーム上げでダンプトラックの荷台に積み込む作業を行うときには、旋回操作によって作業装置（フロント）がダンプトラックの荷台の位置に到達した時刻にはバケットが荷台の高さまで未だ到達していないという事態が発生し、旋回操作後にブーム上げ操作のみを別途追加する必要がある。
【００４３】
これに対し、本実施の形態に係る油圧制御装置は、ブームシリンダ１６のボトム圧Ｐｂを検出する圧力センサ３７と、作業装置３の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた旋回モータ２４の目標容量であって、圧力センサ３７で検出されるボトム圧Ｐｂごとに定めた目標容量ｑｍに、旋回モータ２４の容量を設定する制御油圧回路１０３を備えている。このように油圧制御装置を構成すると、バケット１２内の重量に適したトルクを旋回モータ２４で発生させることができるので、バケット１２内の重量が変化して旋回開始時に必要なトルクが変化しても、旋回ブーム上げ動作における旋回速度とブーム上昇速度とのバランスを保持することができる。したがって、本実施の形態の油圧制御装置によれば、作業装置３の搬送対象物の重量が変化しても旋回速度とブーム上昇速度のバランスが保持されるので、旋回ブーム上げの操作性を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、旋回モータ２４の目標容量ｑｍは、図４に示すように、ブームシリンダ１６のボトム圧がＰｂ１からＰｂ３に至るまでの間、ボトム圧Ｐｂの増加に伴って増加するように設定したが、図６に示すように、例えば、ボトム圧がＰｂ２（第３閾値）未満のときには、目標容量をｑｍ１と一定に保持し、ボトム圧がＰｂ２（第３閾値）以上のときには、目標容量を先のｑｍ１より相対的に高い値のｑｍ３に保持するように設定しても良い。図４のように目標容量ｑｍを設定すると、操作レバー２１をハーフ操作する等、ブーム上げの操作量が中間的な値となるような場合に、操作量の多少の違いでトルクが大きく変化することがないので、図６の場合と比較して良好な操作性が得られる。
【００４５】
また、本実施の形態では、制御油圧回路１０３から供給される作動油によってアクチュエータ（プランジャ４４）を駆動させて旋回モータ２４の容量を変更する構成としているが、斜板４１の傾転角を調節可能なモータやソレノイド等をコントローラ２８と接続し、旋回モータ２４の容量を電気的に変更可能に構成しても良い。
【００４６】
さらに、上記の実施の形態におけるコントローラ２８は、旋回ブーム上げが行われていることを確認して旋回モータ２４の容量制御を行っていないが、旋回動作を独立して行う場合の旋回速度を確保する観点からは、旋回ブーム上げが行われている場合のみ旋回モータ２４の容量制御を実施するように構成することが好ましい。この場合には、旋回用の操作レバー２６と方向制御弁２７を接続する油路に設置され、オペレータによって旋回操作が行われていることを検出する第１パイロット圧センサと、ブーム用の操作レバー２１と方向制御弁２３を接続する油路に設置され、オペレータによってブーム上昇操作が行われていることを検出する第２パイロット圧センサとを上記油圧制御装置に追加し、前記第１パイロット圧センサ及び前記第２パイロット圧センサの検出値をコントローラ２８に出力し、この２つのセンサの検出値に基づいて旋回ブーム上げが行われているか否かを確認すれば良い。
【００４７】
ところで、上記の実施の形態で説明した油圧制御装置を、図１に示した小型系油圧ショベル（ミニショベル）に適用する場合には、油圧ポンプ２０，３０を油圧源とする２つの油圧回路１０１，１０２に、第３の油圧ポンプを油圧源とする第３油圧回路（図示せず）を加え、メインの油圧ポンプを３つ有する油圧制御装置を構成することがある。これは、ミニショベルが、一般的な油圧ショベルと比較して、アクチュエータの数が多く、複合操作の正確性が求められる等の理由による。この場合には、例えば、左側走行モータ１ａ用の方向制御弁及びバケットシリンダ１８用の方向制御弁を第１油圧回路１０１に設置し、ブームスイングシリンダ５４用の方向制御弁及びブレードシリンダ（図示せず）用の方向制御弁を第２油圧回路１０２に設置し、右側走行モータ用の方向制御弁及びアームシリンダ１７用の方向制御弁を第３油圧回路に設置することが好ましい。このように、３つの油圧回路を構成すると、作業装置３の操作及び下部走行体１の走行操作と独立して、上部旋回体２の旋回操作を行うことができ、また、ブレード５２を利用するドーザ作業においても、ブレード操作と独立して下部走行体１の走行操作を行うことができる。
【００４８】
なお、以上ではミニショベルを例に挙げて説明したが、本実施の形態に係る油圧制御装置が他の油圧ショベルにも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ 作業装置（フロント）
１０ ブーム
１２ バケット
１６ ブームシリンダ
２０ 油圧ポンプ
２１ 操作レバー（ブーム用）
２３ 方向制御弁（ブーム用）
２４ 旋回モータ
２６ 操作レバー（旋回用）
２７ 方向制御弁（旋回用）
２８ コントローラ（制御装置）
２９ 電磁弁
３０ 油圧ポンプ
３７ 圧力センサ
４２ レギュレータ
１０１ 第１油圧回路
１０２ 第２油圧回路
１０３ 制御油圧回路
Ｐｂ ブームシリンダボトム圧
Ｐｒ 目標圧力
ｑｍ 目標容量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持されたブームを含む作業装置とを備える建設機械の油圧制御装置において、
前記上部旋回体を旋回する可変容量型のモータと、
このモータに作動油を供給する第１油圧ポンプと、
前記ブームを回動するブームシリンダと、
このブームシリンダに作動油を供給する第２油圧ポンプと、
前記ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、
前記作業装置の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における前記上部旋回体の旋回速度と前記ブームの上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた前記モータの目標容量であって、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧ごとに定めた目標容量に、前記モータの容量を設定するモータ容量制御手段と
を備えることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第１閾値から第２閾値に至るまでの間では、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧の増加に伴って増加するように設定されていることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記目標容量は、
前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値未満のとき、一定に保持されており、
前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値以上のとき、前記ボトム圧が第３閾値未満のときにおける値より相対的に高い値で一定に保持されていることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記圧力検出手段は圧力センサであり、
前記モータ容量制御手段は、
前記モータの容量を変化させるレギュレータと、
前記圧力センサで検出されるボトム圧に基づいて前記目標容量を算出し、前記レギュレータを制御して前記モータの容量を前記目標容量に設定する制御装置とを有することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１】
下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、この上部旋回体に上下方向に回動可能に支持されたブームを含む作業装置とを備える建設機械の油圧制御装置において、
前記上部旋回体を旋回する可変容量型のモータと、
このモータに作動油を供給する第１油圧ポンプと、
前記ブームを回動するブームシリンダと、
このブームシリンダに作動油を供給する第２油圧ポンプと、
前記ブームシリンダのボトム圧を検出する圧力検出手段と、
前記作業装置の搬送対象物の重量が変化しても、旋回ブーム上げ動作における前記上部旋回体の旋回速度と前記ブームの上昇速度とのバランスの変化が抑制されるように定めた前記モータの目標容量であって、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧ごとに定めた目標容量に、前記モータの容量を設定するモータ容量制御手段と
を備えることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記目標容量は、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第１閾値から第２閾値に至るまでの間では、前記圧力検出手段で検出されるボトム圧の増加に伴って増加するように設定されていることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記目標容量は、
前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値未満のとき、一定に保持されており、
前記圧力検出手段で検出されるボトム圧が第３閾値以上のとき、前記ボトム圧が第３閾値未満のときにおける値より相対的に高い値で一定に保持されていることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の建設機械の油圧制御装置において、
前記圧力検出手段は圧力センサであり、
前記モータ容量制御手段は、
前記モータの容量を変化させるレギュレータと、
前記圧力センサで検出されるボトム圧に基づいて前記目標容量を算出し、前記レギュレータを制御して前記モータの容量を前記目標容量に設定する制御装置とを有することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−３８２９８（Ｐ２０１１−３８２９８Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８６０６１（Ｐ２００９−１８６０６１）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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