JP6932560B2 - 流量制御装置及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、流体回路の流量制御装置及びシステムに関する。

本発明は、シリンダ装置に油等の圧力流体を流入させてピストンを移動させて負荷を駆動する流体回路の流量制御装置に関する。シリンダ装置は、車両、建設機械、産業用機械等を駆動するために用いられている。このような流体回路では、ピストンの戻し操作に伴いシリンダから排出される油をアキュムレータに蓄えることによってエネルギーを回収する回生機構を有するものもある（例えば、特許文献１を参照）。回生機構を有する流体回路では、アキュムレータからシリンダ装置に油を供給することでポンプの出力を軽減することができるため、エネルギー効率を向上させることができる。回生機構を有する流体回路には、複数のアキュムレータを備えるものもある（例えば特許文献２を参照）。

特開２０１４−０１３０６２号公報 特開２０１７−０１５１３０号公報

従来、アキュムレータの残量が十分であるか否かの判定は、固定の閾値に基づいて行っていた。そのため、シリンダ装置の要求油量がそれほど多くなく、閾値未満の油量しか残っていないアキュムレータでも十分に使用可能なケースでも、アキュムレータを使用することができないことがあった。

また、従来、複数のアキュムレータを備える流体回路では、全てのアキュムレータを蓄圧するか、又は、全てのアキュムレータを使用するか、のいずれかの動作状態に切り替える制御を行っていた。そのため、１つでも残量が不足するアキュムレータがあると、他に十分な残量のアキュムレータがあってもそれを使用することができないことがあった。

このように、従来のアキュムレータを備えた流体回路では、エネルギー効率に改善の余地があった。本発明は、複数のアキュムレータを備えた流体回路のエネルギー効率を向上させることが可能な流量制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係る流量制御装置は、
流体の圧力により作動する圧力装置に供給する流体の流量制御装置であって、
流体を蓄積し、又は蓄積した流体を前記圧力装置に供給する、複数のアキュムレータと、
前記複数のアキュムレータの各々の流体の蓄積及び供給を制御する複数の制御弁と、
前記圧力装置に供給する流体の目標流量の情報と、前記複数のアキュムレータの各々の蓄圧油量又は圧力の情報と、を取得し、前記取得した情報に基づき、前記制御弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記目標流量の履歴に基づき蓄圧油量又は圧力の上限値より小さい閾値を設定し、蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上であるアキュムレータを使用可能アキュムレータと判定し、少なくとも前記使用可能アキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御し、
前記制御装置は、使用可能アキュムレータではないアキュムレータのうちのいずれかに流体を蓄積し、そのアキュムレータの蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上となった場合、当該アキュムレータに対する流体の蓄積を停止するとともに、別の使用可能でないアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御することを特徴とする。

本発明によれば、複数のアキュムレータの全てが使用可能アキュムレータと判定されない場合でも、少なくとも１つでも使用可能アキュムレータがあれば、少なくともそのアキュムレータを用いて圧力装置に流体を供給することができる。これによりアキュムレータの稼働率が増大するため、エネルギー効率を向上させることができる。

また、アキュムレータが使用可能か否かの判定は、アキュムレータに流体が上限値まで蓄積されているか否かによってではなく、圧力装置に供給する流体の目標流量に応じた流量の流体を圧力装置に供給可能か否かによって行うため、アキュムレータが使用可能であると判定されやすい。すなわち、制御装置は、目標流量の履歴に基づき蓄圧油量又は圧力の上限値より小さい閾値を設定し、蓄圧油量又は圧力が閾値以上であるアキュムレータを使用可能アキュムレータと判定する。目標流量の履歴に応じた閾値を設定して使用可能アキュムレータであるか判定を行うので、例えば目標流量が小さい値の傾向がある圧力装置の使用状況の場合には、アキュムレータに必要十分な量の流体が蓄積されていると判定し易くなる。閾値は、例えば、圧力装置の一定期間内の目標流量の極大値に基づき決定することができる。一定期間とは、例えば、圧力装置の電源投入から現在までの期間や、前回閾値を設定したときから現在までの期間等とすることができる。閾値は判定を行うたびに更新しても良いし、一旦設定した閾値をある期間維持しても良い。その場合、閾値設定の基準として使用した目標流量を超える目標流量があった場合、圧力装置の使用状況に変化が生じた可能性があるため、閾値をリセットして、その時点から一定期間の目標流量の履歴から新たな閾値を再設定すると良い。これにより、無駄な蓄積時間を減らすことができ、アキュムレータの稼働率が増大するため、エネルギー効率を向上させることができる。また、使用可能アキュムレータではない蓄圧対象アキュムレータに流体を蓄積する場合に、蓄積対象アキュムレータのうちいずれかに使用可能な状態まで流体が蓄積された時点で他の蓄圧対象アキュムレータに対する流体の蓄積が開始されるため、複数の蓄圧対象アキュムレータを早期に使用可能な状態にすることができる。これにより、アキュムレータの稼働率が増加し、エネルギー効率をより一層向上させることができる。

本発明においては、前記制御装置は、前記使用可能アキュムレータが複数ある場合、少なくともそのうちいずれか１つのアキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御しても良い。

上記構成において、使用可能アキュムレータが複数ある場合、その全てを用いるのではなく、少なくとも１つを用いて圧力装置に流体を供給することができる。同時に使用するアキュムレータを少なくすることで、制御弁の絞りにおける熱によるエネルギー散逸等の影響を抑えることができるため、エネルギー効率をより一層向上させることができる。特に、使用可能アキュムレータが複数ある場合に、同時に使用するアキュムレータを１つに限るようにしても良い。

本発明においては、前記制御装置は、前記圧力装置に流体を供給するために用いている第１のアキュムレータを使用停止して前記第１のアキュムレータの代わりに他の使用可能アキュムレータである第２のアキュムレータを使用開始する場合、前記圧力装置に供給される流体の流量を略一定に保つように、前記第１のアキュムレータを前記第２のアキュムレータに切り換える過渡時において前記第１のアキュムレータ及び前記第２のアキュムレータの両方から前記圧力装置に流体を供給するように前記制御弁を制御するようにしても良い。

上記構成によれば、圧力装置に流体を供給するアキュムレータを切り換える際に圧力装置に供給される流体の流量が略一定に保たれるため、圧力装置の動作に流量変動に起因する変動が生じることを抑制できる。例えば、圧力装置が操作者による操作によって動作する機械である場合、圧力装置の動作に流量変動に起因する変動が生じることを抑制できるため、操作者がアキュムレータの切り換わり時に違和感を覚えることを抑制できる。なお、使用可能アキュムレータが複数ある場合に、同時に使用するアキュムレータを１つに限る構成とする場合も、アキュムレータの切り換わりの過渡時には同時に２つのアキュムレータが使用されることになる。従って、同時使用されるアキュムレータを１つのみにすることによるエネルギー効率の向上と、アキュムレータ切り換わり時の違和感の軽減を両立することができる。

本発明においては、前記制御装置は、前記複数のアキュムレータのうち前記使用可能アキュムレータでないアキュムレータを蓄圧対象アキュムレータと判定し、前記蓄圧対象アキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御しても良い。

上記構成によれば、使用可能なアキュムレータには流体の蓄積が行われないため、アキュムレータへの流体の蓄積を効率良く行うことができる。

本発明においては、前記制御装置は、前記蓄圧対象アキュムレータが複数ある場合、そのうちいずれか１つのアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御しても良い。

上記構成によれば、同時に複数のアキュムレータに対して流体の蓄積が行われないため、蓄圧対象アキュムレータに迅速に流体を蓄積することができる。これにより、蓄圧対象アキュムレータを早期に使用可能な状態にすることができるため、アキュムレータの稼働率が増加し、エネルギー効率をより一層向上させることができる。

本発明においては、前記制御装置は、前記複数のアキュムレータのうちに蓄積対象アキュムレータと判定されるアキュムレータが存在せず、かつ、蓄圧油量又は圧力が上限値に達していないアキュムレータがある場合、当該アキュムレータに上限値まで流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御しても良い。

上記構成によれば、全てのアキュムレータが使用可能アキュムレータとなった後に、必要に応じて上限値までの流体の蓄積が行われる。これにより、アキュムレータの稼働率が増加し、エネルギー効率をより一層向上させることができる。

本発明においては、前記制御装置は、前記圧力装置の動作を制御する制御装置から前記圧力装置に対する制御要求の情報を取得し、前記制御要求の情報に基づき前記目標流量を算出しても良い。

また、前記制御装置は、前記圧力装置に流入する流体の圧力及び前記アキュムレータの圧力の情報を取得し、前記圧力の情報に基づき前記アキュムレータの蓄圧油量又は圧力を算出しても良い。

本発明においては、前記圧力装置に流体を供給するポンプを更に備え、
前記制御装置は、前記アキュムレータから前記圧力装置に供給する流体の流量に応じて前記ポンプを駆動しても良い。

上記構成によれば、圧力装置に目標流量の流体を供給するために、アキュムレータとポンプを用いるため、ポンプの出力を使用中のアキュムレータから供給する流体の分だけ低減し、又はポンプを停止させることができる。上述のように本発明によればアキュムレータの稼働率を増大させることができるため、ポンプによるエネルギー消費を抑えることができ、全体としてエネルギー効率を向上させることができる。

前記アキュムレータは、前記圧力装置から排出される流体を蓄積するようにしても良い。
圧力装置の稼働中は圧力装置から流体が排出されることがある。上記構成によれば、このような戻り流体のエネルギーをアキュムレータを用いて蓄えることができ、後に回生エネルギーとして用いることができるため、エネルギー効率をより一層向上させることができる。

本発明は、流体の圧力により作動する圧力装置と、
流体を蓄積し、又は蓄積した流体を前記圧力装置に供給する、複数のアキュムレータと、
前記複数のアキュムレータの各々の流体の蓄積及び供給を制御する複数の制御弁と、
前記圧力装置に供給する流体の目標流量の情報と、前記複数のアキュムレータの各々の蓄圧油量又は圧力の情報と、を取得し、前記取得した情報に基づき、前記制御弁を制御する制御装置と、
を備えるシステムであって、
前記制御手段は、前記目標流量の履歴に基づき蓄圧油量又は圧力の上限値より小さい閾値を設定し、蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上であるアキュムレータを使用可能アキュムレータと判定し、少なくとも前記使用可能アキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御し、
前記制御装置は、使用可能アキュムレータではないアキュムレータのうちのいずれかに流体を蓄積し、そのアキュムレータの蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上となった場合、当該アキュムレータに対する流体の蓄積を停止するとともに、別の使用可能でないアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御することを特徴とするシステムとしても捉えることができる。

上記の各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。本発明における、流体の圧力により作動する圧力装置は、例えば、圧力流体により駆動されるアクチュエータであり、油圧シリンダ等を例示できる。

本発明によれば、複数のアキュムレータを備えた流体回路のエネルギー効率を向上させることが可能となる。

図１は本発明の実施例に係る油圧システムの概略構成図である。 図２は本発明の実施例に係る油圧システムのアキュムレータの状態を判定する制御を示すフローチャートである。 図３は本発明の実施例に係る油圧システムのアキュムレータの使用制御を示すフローチャートである。 図４は本発明の実施例に係る油圧システムのアキュムレータの蓄圧制御を示すフローチャートである。 図５は本発明の実施例に係る油圧システムのアキュムレータの蓄圧制御を行った場合の蓄圧油量の推移の一例を模式的に示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１を参照して、本発明の実施例に係る油圧システムについて説明する。本実施例に係る油圧システムは、油圧シリンダを駆動するために好適に用いることができる。この油圧システムは、例えば、普通乗用車、トラック、油圧ショベル、フォークリフト、クレーン、ごみ収集車等におけるブレーキ、ステアリング、トランスミッション等の油圧装置に適用可能である。なお、図１に示す油圧回路は、本発明の流量制御装置の流体回路の一例である。

＜システムの全体構成＞
図１は本発明の実施例に係る油圧システムの概略構成図である。本実施例の油圧システムは、制御部１０とポンプ部２０とアキュムレータ部３０から構成される。

ポンプ部２０は、油圧シリンダ２とポンプ３を有する。

ポンプ３は、可変ポンプ又は動力制御の固定ポンプであり、油路７を介して下流側へ油を供給する。ポンプ３から吐出された油は、油路７から油路８に流入し、油路８を介して油圧シリンダ２に供給される。ポンプ３は油圧シリンダ２を駆動しないときにも一定の回転数で駆動されることがあり、そのような場合に出力される油は油路６１を介してアキュムレータ部３０へ供給される。ポンプ３は制御部１０により制御される。

油圧シリンダ２は、油路８から供給される油圧により作動するアクチュエータであり、外部の動作指令入力部１００から入力される動作指令に従って制御部１０がポンプ部２０及びアクチュエータ部３０を制御することにより、入力された動作指令に応じた動作をするよう構成されている。動作指令入力部１００は、例えば油圧ショベルの操作盤であり、油圧ショベルの操作者による操作を受け付ける。制御部１０は、動作指令入力部１００から入力される動作指令を受信し、それに基づきポンプ部２０とアキュムレータ部３０の制御を行う。

油圧シリンダ２は、外力によりシリンダを縮める方向にシリンダが作動することがあり、そのような場合に排出される油は油路６２を介してアキュムレータ部３０へ供給される。例えば、油圧ショベルでは、シリンダに油を供給することでシリンダを伸ばしてバケットを上げるが、バケットが自重で下がる際には重力によりシリンダが縮められ、油が排出される。本実施例の油圧システムでは、このような使用しない油をアキュムレータ部３０に蓄積する。

圧力センサＳｏは、油圧シリンダ２の流入する油圧を検出し、制御部１０へ送信する。

温度センサ９は、油圧システムの油温及び環境温度を検出し、制御部１０へ送信する。

アキュムレータ部３０は、ポンプ部２０から油路６１，６２を介して供給される油を蓄積し、蓄積した油を必要に応じてポンプ部２０へ供給する。アキュムレータ部３０から供給する油量分だけポンプ３の出力を低下させ、又はポンプ３を停止させることで、ポンプ３によるエネルギー消費を抑え、システム全体としてのエネルギー効率を向上させる。

アキュムレータ部３０は、複数のアキュムレータＡｃｃ１、Ａｃｃ２、・・・、ＡｃｃＮを有する。

アキュムレータＡｃｃ１は、油路４１から供給される油を蓄積し、又は蓄積した油を油路４１を介してポンプ部２０へ供給する。比例電磁弁Ｖ１は、アキュムレータＡｃｃ１から供給される油の流量を可変制御する。比例電磁弁Ｖ１の開度は、制御部１０により制御される。油圧センサＳ１は、アキュムレータＡｃｃ１の圧力を検出し、制御部１０へ送信する。なお、アキュムレータＡｃｃ１からポンプ部２０へ供給する油の流量を可変制御する弁は、当該機能を有するものであれば比例電磁弁に限らない。

アキュムレータＡｃｃ２〜ＡｃｃＮについても同様に構成されている。

切換弁５は、油路６１及び油路６２を介してポンプ部２０から供給される油の蓄積対象のアキュムレータを切り換える弁である。切換弁５は制御部１０により制御される。切換弁５は、複数のアキュムレータに個別に又は同時に油が供給されるように、油路６１及び油路６２からの油の流れを制御する。

制御部１０は、ポンプ部２０及びアキュムレータ部３０の動作を制御する。

送信部１２は、上述したポンプ３、比例電磁弁Ｖ１〜ＶＮ、切換弁５に対しＣＰＵ１１からの指令を送信する。

受信部１３は、上述した油圧センサＳｏ，Ｓ１〜ＳＮ、温度センサ９から圧力の検出値を受信し、また、動作司令入力部１００から油圧シリンダ２への動作指令の情報を受信し、ＣＰＵ１１へ送る。

メモリ１４は、ＣＰＵ１１から送信されるデータを一時的又は非一時的に記憶し、また、記憶しているデータをＣＰＵ１１へ送信する。メモリ１４は、ＣＰＵ１１が実行することで後述する各種の機能を実現するプログラムを記憶している。また、メモリ１４は、動作指令入力部１００から入力される動作指令の情報を保持し、ＣＰＵ１１によって動作指令の履歴を解析できるようにしている。

ＣＰＵ１１は、メモリ１４からプログラムを読み込んで実行し、受信部１３から取得した各種の情報に基づき各種機器を制御するための指令値を計算し、送信部１２を介して各種機器へ指令値を送信することで、各種機器の動作を制御する。

＜システム全体の動作説明＞
次に、図２〜図４を参照して、本実施例の油圧システムの動作について説明する。

図２は、本実施例の油圧システムにおけるアキュムレータの状態を判定する制御を示すフローチャートである。図３は、本実施例の油圧システムにおけるアキュムレータの使用制御を示すフローチャートである。図４は、本実施例の油圧システムにおけるアキュムレータの蓄圧制御を示すフローチャートである。

図２に基づき、アキュムレータの状態を判定する制御について説明する。図２のフロー
チャートの処理は、制御部１０によって実行される。

ステップＳ１０１において、制御部１０は、動作指令入力部１００から油圧シリンダ２に対する動作指令の情報を取得する。

ステップＳ１０２において、制御部１０は、ステップＳ１０１で取得した動作指令に基づき、油圧シリンダ２に供給する油の目標流量Ｑを算出する。

ステップＳ１０３において、制御部１０は、メモリ１４に記憶された動作指令の履歴情報に基づき、アキュムレータが使用可能か否かを判定するための蓄圧油量の閾値Ｖｔｈ１を算出する。動作指令の履歴の情報は、目標流量の履歴の情報としてメモリ１４に保持していても良い。動作指令の履歴は、例えば、一定期間内に制御部１０が動作指令入力部１００から取得した動作指令の情報である。一定期間とは、例えば、油圧システムに電源が投入されてから現時点（ステップＳ１０３が実行される時点）までの期間とすることができる。また、現時点からある時点まで遡る期間としても良い。また、ステップＳ１０３の処理を図２のフローチャートの実行時に毎回実行するのではなく、算出した閾値Ｖｔｈ１をしばらく保持するよう制御する場合には、前回閾値Ｖｔｈ１を設定してから現時点までの期間としても良い。

制御部１０は、例えば、一定期間内の動作指令の履歴情報に基づき、一定期間内の動作指令の極大値を取得し、当該極大値の動作指令に応じた流量の油を１つのアキュムレータから油圧シリンダ２に供給可能か否かを判定できるように、蓄圧油量の閾値Ｖｔｈ１を設定する。動作指令の履歴に基づく閾値の設定方法はこれに限らない。例えば、一定期間内の動作指令の平均値や最頻値に基づき閾値を設定しても良い。

ステップＳ１０４〜ステップＳ１０９において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）に関して、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。

ステップＳ１０５において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）の蓄圧油量Ｖａｃｃ（ｎ）を取得する。制御部１０は、油圧センサＳｎから取得した圧力Ｐｉｎと、油圧センサＳｏから取得した圧力Ｐｏと、温度センサ９から取得した油温Ｔとに基づき、蓄圧油量Ｖａｃｃ（ｎ）を算出する。

ステップＳ１０６において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）の蓄圧油量Ｖａｃｃ（ｎ）が閾値Ｖｔｈ１以上であるか判定する。Ｖａｃｃ（ｎ）≧Ｖｔｈ１の場合、ステップＳ１０７に進み、Ｖａｃｃ（ｎ）＜Ｖｔｈ１の場合、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）は、目標流量に応じた流量の油を油圧シリンダ２に供給可能な蓄圧油量のアキュムレータ（使用可能アキュムレータ）と判定する。

ステップＳ１０８において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）は、使用可能アキュムレータではないアキュムレータ（蓄積対象アキュムレータ）と判定する。

ステップＳ１１０において、制御部１０は、アキュムレータの使用制御を実行する。

ステップＳ１１１において、制御部１０は、アキュムレータの蓄圧制御を実行する。

図３に基づき、アキュムレータの使用制御について説明する。図３のフローチャートの
処理は、制御部１０によって実行される。

ステップＳ２０１において、制御部１０は、アキュムレータ部３０が使用可能か判定する。例えば、制御部１０は、セルフチェックにより機器異常の検知された場合や、ユーザによって使用停止指示が入力された場合に、アキュムレータ部３０が使用不可能と判定し、その場合、ステップＳ２０７に進んで油圧シリンダ２に必要な油の全量をポンプ部２０によって供給するよう制御する。アキュムレータ部３０が使用可能の場合、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２において、制御部１０は、図２のフローチャートによって使用可能アキュムレータと判定されたアキュムレータがあるか判定する。使用可能アキュムレータと判定されたアキュムレータがある場合、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０６において、制御部１０は、使用可能アキュムレータＡｃｃ（ｍ）（ｍ＝ｍ１〜ｍＮｍ）に関して、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０５の処理を繰り返す。使用可能アキュムレータがない場合、ステップＳ２０７に進む。ここで、Ｎｍは使用可能アキュムレータと判定されたアキュムレータの個数を表す。

ステップＳ２０４において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｍ）から油圧シリンダ２に油を供給するよう比例電磁弁Ｖｍを制御する。比例電磁弁Ｖｍの開度は、図１のステップＳ１０２で算出した目標流量Ｑに応じて決定する。ここで、アキュムレータＡｃｃ（ｍ）から供給する油のみでは目標流量Ｑを油圧シリンダ２に供給できない場合、制御部１０は、不足分をポンプ３から供給するようにポンプ３を制御する。アキュムレータＡｃｃ（ｍ）のみで目標流量Ｑを油圧シリンダ２に供給できる場合、制御部１０はポンプ３を停止させる。

ステップＳ２０５において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｍ）の蓄圧油量Ｖａｃｃ（ｍ）が閾値Ｖｔｈ２より少なくなるまでアキュムレータＡｃｃ（ｍ）から油圧シリンダ２へ油を供給し、アキュムレータＡｃｃ（ｍ）の蓄圧油量の残量が閾値Ｖｔｈ２を下回った場合、ステップＳ２０４に戻り、次の使用可能アキュムレータＡｃｃ（ｍ＋１）から油圧シリンダ２に油を供給するように比例電磁弁Ｖ（ｍ＋１）を制御する。以下同様に、使用可能アキュムレータを１つずつ順次使用して油圧シリンダ２に油を供給する。閾値Ｖｔｈ２は、アキュムレータの使用を停止する判定を行うために設定される閾値である。閾値Ｖｔｈ２は、使用可能か否かの判定を行うための閾値Ｖｔｈ１よりも小さい値である。

ステップＳ２０７において、制御部１０は、油圧シリンダ２に必要な油の全量をポンプ部２０によって供給するよう制御する。

図４に基づき、アキュムレータの蓄圧制御について説明する。図４のフローチャートの処理は、制御部１０によって実行される。

ステップＳ３０１において、制御部１０は、アキュムレータ部３０が使用可能か判定する。この処理は図３のステップＳ２０１と同様である。

ステップＳ３０２において、制御部１０は、図２のフローチャートによって蓄圧対象アキュムレータと判定されたアキュムレータがあるか判定する。蓄圧対象アキュムレータと判定されたアキュムレータがある場合、ステップＳ３０３〜ステップＳ３０６において、制御部１０は、蓄圧対象アキュムレータＡｃｃ（ｋ）（ｋ＝ｋ１〜ｋＮｋ）に関して、ステップＳ３０４〜ステップＳ３０５の処理を繰り返す。蓄圧対象アキュムレータがない場合、ステップＳ３０７に進む。ここで、Ｎｋは蓄圧対象アキュムレータと判定されたアキ
ュムレータの個数を表す。

ステップＳ３０４において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｋ）が使用中か否か判定する。アキュムレータＡｃｃ（ｋ）が使用中でない場合、ステップＳ３０５に進む。アキュムレータＡｃｃ（ｋ）が使用中の場合、次の蓄圧対象アキュムレータＡｃｃ（ｋ＋１）について同様に使用中か否かの判定を行う。

ステップＳ３０５において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｋ）を閾値Ｖｔｈ１まで蓄圧するよう切換弁５を制御する。アキュムレータＡｃｃ（ｋ）の蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１に達したら、ステップＳ３０４に戻り、次の蓄圧対象アキュムレータ（ｋ＋１）について同様の処理を行う。

以上の処理により蓄圧対象アキュムレータがなくなった場合、ステップＳ３０７〜ステップＳ３１１において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）に関して、ステップＳ３０８〜ステップＳ３１０の処理を繰り返す。

ステップＳ３０８において、制御部１０は、全てのアキュムレータの蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１以上であるか判定する。蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１に達していないアキュムレータがある場合、すなわち蓄圧対象アキュムレータがある場合、制御部１０はステップＳ３０２に戻り、蓄圧対象アキュムレータに閾値Ｖｔｈ１まで蓄圧する制御を行う。全てのアキュムレータの蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１以上である場合、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）が使用中か否か判定する。アキュムレータＡｃｃ（ｎ）が使用中でない場合、ステップＳ３１０に進む。アキュムレータＡｃｃ（ｎ）が使用中の場合、次のアキュムレータＡｃｃ（ｎ＋１）について同様に使用中か否かの判定を行う。

ステップＳ３１０において、制御部１０は、アキュムレータＡｃｃ（ｎ）を蓄圧可能な上限値Ｖｍａｘまで蓄圧するよう切換弁５を制御する。アキュムレータＡｃｃ（ｎ）の蓄圧油量が上限値Ｖｍａｘに達したら、ステップＳ３０８に戻り、次の蓄圧対象アキュムレータ（ｎ＋１）について同様の処理を行う。

なお、電源投入後初回の蓄圧時には、全てのアキュムレータを上限値Ｖｍａｘまで蓄圧するように制御しても良い。この場合、アキュムレータの蓄圧油を使用して２回目以降の蓄圧時に、上限値Ｖｍａｘより小さい値として設定される、使用履歴に基づく閾値Ｖｔｈ１で一旦蓄圧を止め、他のアキュムレータで閾値Ｖｔｈ１を下回る蓄圧油量のアキュムレータに蓄圧を行うよう制御する。

以上説明したアキュムレータの蓄圧制御を行った場合のアキュムレータの蓄圧油量の推移の一例を図５に示す。図５はアキュムレータが２つの場合に、本発明のアキュムレータの蓄圧制御を行った場合の各アキュムレータの蓄圧油量の推移を模式的に示す図である。

図５（Ａ）は第１のアキュムレータＡｃｃ１の蓄圧油量の時間変化を示し、図５（Ｂ）は第２のアキュムレータＡｃｃ２の蓄圧油量の時間変化を示す。電源投入時（システム稼働開始時）（ｔ＝０）から両方のアキュムレータに対し同時に上限値Ｖｍａｘまで蓄圧を行い、時刻ｔ１において蓄圧が完了する。この間、油圧シリンダ２に対する油の供給はポンプ３のみによって行う。なお、初回の蓄圧時には上限値Ｖｍａｘまで蓄圧を行う例を示したが、初回も閾値Ｖｔｈ１までの蓄圧としても良い。また、アキュムレータＡｃｃ１とＡｃｃ２に同時に蓄圧する例を示したが、１つずつ蓄圧しても良い。その場合、上限値Ｖｍａｘ又は閾値Ｖｔｈ１まで蓄圧完了したアキュムレータから順次使用対象としても良い
。

時刻ｔ２から第１のアキュムレータＡｃｃ１の使用が開始され、時刻ｔ３で第１のアキュムレータＡｃｃ１の残量が閾値Ｖｔｈ２に達すると第１のアキュムレータＡｃｃ１の使用が停止されるとともに、第２のアキュムレータＡｃｃ２の使用が開始される。時刻ｔ４で第２のアキュムレータＡｃｃ２の残量が閾値Ｖｔｈ２に達すると第２のアキュムレータＡｃｃ２の使用が停止される。

なお、ここでは第１のアキュムレータＡｃｃ１の使用停止タイミングと第２のアキュムレータＡｃｃ２の使用開始タイミングとが同時である場合を例に説明したが、第１のアキュムレータＡｃｃ１から第２のアキュムレータＡｃｃ２への切り換え時に、過渡的に第１のアキュムレータＡｃｃ１及び第２のアキュムレータＡｃｃ２の両方からシリンダ２へ油を供給し、シリンダ２へ供給される油の流量が略一定に保たれるように比例電磁弁Ｖ１及びＶ２を制御するようにしても良い。例えば、第１のアキュムレータＡｃｃ１からの油の供給量を時刻ｔ３から所定の過渡期間Δｔかけて徐々に減少させるとともに、第２のアキュムレータＡｃｃ２からの油の供給量を時刻ｔ３から所定の過渡期間Δｔかけて徐々に増加させるようにする。こうすることで、過渡期間Δｔには第１のアキュムレータＡｃｃ１及び第２のアキュムレータＡｃｃ２が両方同時に使用され、アキュムレータの切り換えの過渡時にシリンダ２へ供給される油の流量の変動が抑制される。そのため、シリンダ２の操作者が違和感を覚えることを抑制できる。このように、複数の使用可能アキュムレータがある場合にそのうち１つのみを用いてシリンダに油を供給するよう構成したシステムにおいても、アキュムレータの切り換わりの過渡時には同時に２つのアキュムレータを使用するように制御することで、アキュムレータ切り換わり時の流量変動を抑制できる。

なお、ここでは２つのアキュムレータ間の切り換え（第１のアキュムレータＡｃｃ１から第２のアキュムレータＡｃｃ２への切り換え）について説明したが、アキュムレータが３つ以上ある場合も同様の制御によりシリンダへ供給される油の流量変動を抑制できる。例えば、アキュムレータＡ，Ｂを同時に使用してシリンダへ油を供給しており、かつアキュムレータＣが使用可能で待機状態にあるとする。使用中のアキュムレータのうちいずれか１つのアキュムレータ（アキュムレータＢとする）を使用停止して待機中のアキュムレータＣを使用開始する場合、アキュムレータＡによる油の供給を継続しつつ、アキュムレータＢからアキュムレータＣへの切り換えの過渡時にアキュムレータＢとＣの両方からシリンダに流体を供給することにより、シリンダに供給される流体の流量を略一定に保つようにすると良い。この場合、過渡時には一時的にアキュムレータＡ，Ｂ，Ｃの３つからシリンダへ油が供給される。これにより、シリンダの動作に流量変動に起因する変動が生じることを抑制できる。

図５に戻り、第１のアキュムレータＡｃｃ１には時刻ｔ３から蓄圧が開始され、第１のアキュムレータＡｃｃ１の蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１に達した時点ｔ５で一旦第１のアキュムレータＡｃｃ１の蓄圧が停止され、蓄圧対象が第１のアキュムレータＡｃｃ１から第２のアキュムレータＡｃｃ２へ切り換えられる。アキュムレータＡｃｃ２には時刻ｔ５から蓄圧が開始され、蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１に達した時点ｔ６で蓄圧が停止される。このとき、図５の例では、蓄圧油量が閾値Ｖｔｈ１を下回るアキュムレータ（蓄圧対象アキュムレータと判定されるアキュムレータ）がないため、引き続き上限値Ｖｍａｘまでの蓄圧が時刻ｔ６においてアキュムレータＡｃｃ１に対して開始され、アキュムレータＡｃｃ１の蓄圧油量が上限値Ｖｍａｘに達した時点ｔ７で蓄圧対象がアキュムレータＡｃｃ２に切り換えられ、アキュムレータＡｃｃ２に対し上限値Ｖａｍｘまでの蓄圧が行われる。

なお、本実施例では蓄圧対象とするか否かをアキュムレータの蓄圧油量Ｖａｃｃに基づき判定する例を説明したが、アキュムレータの圧力に基づき判定を行っても良い。その場
合、圧力が上限値Ｐｍに達する前に一旦蓄圧を停止する閾値の圧力Ｐｓは、油圧シリンダ２の動作１回分の油に相当する圧力として設定しても良い。この圧力Ｐｓは、油圧シリンダ２の容量及び背圧Ｐｂから算出できる。背圧Ｐｂとして用いる値は、例えば、制御部１０で背圧Ｐｂの履歴を記録し、一定期間の背圧Ｐｂの履歴に基づき、設定すると良い。

＜本実施例に係る油圧システムの優れた点＞
本実施例の油圧システムでは、複数のアキュムレータの全てが使用可能と判定されない場合でも、少なくとも１つでも使用可能なアキュムレータがあれば、そのアキュムレータから油圧シリンダへ油を供給することができる。また、アキュムレータが使用可能か否かの判定は、アキュムレータに上限値まで油が蓄積されているか否かではなく、油圧シリンダの目標流量の履歴に基づき設定される、使用状況に応じて必要十分な量の油が蓄積されているか否かによって行われる。そのため、アキュムレータが使用可能と判定され易い。これにより、本実施例の油圧システムでは、アキュムレータの稼働率が増大するため、エネルギー効率を向上させることができる。

図３で説明したように、本実施例の油圧システムでは、使用可能アキュムレータが複数ある場合、そのうちいずれか１つのアキュムレータから油圧シリンダ２に油を供給するようにしている。これにより、複数のアキュムレータを同時使用した場合と比較して、比例電磁弁や油路における熱によるエネルギー散逸の影響を小さくすることができ、エネルギー効率を向上させることができる。

図４で説明したように、本実施例の油圧システムの蓄圧制御では、目標流量の油を油圧シリンダ２に供給できるほどの油を蓄圧していない蓄圧対象アキュムレータが複数ある場合、そのうちいずれか１つのアキュムレータを蓄圧するように制御する。これにより、複数のアキュムレータに同時に蓄圧する場合と比較して、早期にその蓄圧対象アキュムレータの状態を使用可能な状態にすることができる。そのため、アキュムレータの稼働率を増大させることができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、図４、図５で説明したように、蓄圧対象アキュムレータが複数ある場合、まずそれらを目標流量の履歴に基づき設定される閾値Ｖｔｈ１まで蓄圧して行き、全てのアキュムレータが目標流量の履歴に基づき使用可能と判定される状態になった後に、最大蓄圧量まで蓄圧するよう制御がなされる。これにより、各アキュムレータの蓄圧時に最大蓄圧量まで蓄圧して行く蓄圧方法と比較して、早期にその蓄圧対象アキュムレータの状態を使用可能な状態にすることができる。そのため、アキュムレータの稼働率を増大させることができ、エネルギー効率を向上させることができる。

（その他）
上記の実施例では、本発明の流量制御装置及びシステムを油圧シリンダを駆動する油圧システムに適用した例を説明したが、本発明は、流体の圧力により作動する圧力装置に供給する流体の流量を制御する流量制御装置及びシステム全般に適用することができる。圧力装置は油圧シリンダに限定されず、圧力流体により駆動されるアクチュエータに好適に適用できる。

また、上記の実施例では、油圧シリンダからの戻り油をアキュムレータに蓄積し、アキュムレータに蓄積した油を油圧シリンダに供給する構成を例示したが、アキュムレータに蓄積する油の供給源（第１の圧力装置）と、アキュムレータに蓄積された油の供給先（第２の圧力装置）とは、異なる圧力装置であっても良い。この場合、制御装置は、第２の圧力装置に供給する油量の目標流量に基づき、アキュムレータが使用可能か否かの判定を行う。

また、上記の実施例では、アキュムレータの出力油量とポンプの出力油量とを合わせて油圧シリンダに供給するよう構成された油圧システムに本発明を適用したが、ポンプを有しない構成のシステムに本発明を適用することもできる。そのようなシステムに本発明を適用した場合でも、外部の圧力流体源から供給される圧力流体を蓄積したアキュムレータから、圧力装置に流体を供給するにあたって、圧力装置の目標流量に応じて使用可能と判定されるアキュムレータが１つでも存在すればそのアキュムレータから圧力装置に流体を供給することができるので、アキュムレータの稼働率が増大し、エネルギー効率を向上させることができる効果を同様に奏する。また、アキュムレータへの圧力流体の蓄積において、蓄積対象アキュムレータに上限値まで流体を蓄積せず、圧力装置の目標流量に応じた閾値まで流体を蓄積した時点で、他の蓄積対象アキュムレータに対する流体の蓄積に移行するように制御することで、短時間で多くのアキュムレータを使用可能な状態にすることができるため、アキュムレータの稼働率が増大し、エネルギー効率を向上させることができる効果を同様に奏する。

２：油圧シリンダ
３：ポンプ
５：切換弁
７、８：油路
９：温度センサ
１０：制御部
１１：ＣＰＵ
１２：送信部
１３：受信部
１４：メモリ
２０：ポンプ部
３０：アキュムレータ部
４１，４２，４Ｎ：油路
６１，６２：油路
１００：動作指令入力部
Ａｃｃ１，Ａｃｃ２，ＡｃｃＮ：アキュムレータ
Ｓｏ，Ｓ１，Ｓ２，ＳＮ：油圧センサ
Ｖ１，Ｖ２，ＶＮ：比例電磁弁

Claims (11)

1. 流体の圧力により作動する圧力装置に供給する流体の流量制御装置であって、
   流体を蓄積し、又は蓄積した流体を前記圧力装置に供給する、複数のアキュムレータと、
   前記複数のアキュムレータの各々の流体の蓄積及び供給を制御する複数の制御弁と、
   前記圧力装置に供給する流体の目標流量の情報と、前記複数のアキュムレータの各々の蓄圧油量又は圧力の情報と、を取得し、前記取得した情報に基づき、前記制御弁を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記目標流量の履歴に基づき蓄圧油量又は圧力の上限値より小さい閾値を設定し、蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上であるアキュムレータを使用可能アキュムレータと判定し、少なくとも前記使用可能アキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御し、
   前記制御装置は、使用可能アキュムレータではないアキュムレータのうちのいずれかに流体を蓄積し、そのアキュムレータの蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上となった場合、当該アキュムレータに対する流体の蓄積を停止するとともに、別の使用可能でないアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御することを特徴とする流量制御装置。
2. 前記制御装置は、前記使用可能アキュムレータが複数ある場合、少なくともそのうちいずれか１つのアキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御する請求項１に記載の流量制御装置。
3. 前記制御装置は、前記圧力装置に流体を供給するために用いている第１のアキュムレータを使用停止して前記第１のアキュムレータの代わりに他の使用可能アキュムレータである第２のアキュムレータを使用開始する場合、前記圧力装置に供給される流体の流量を略一定に保つように、前記第１のアキュムレータを前記第２のアキュムレータに切り換える過渡時において前記第１のアキュムレータ及び前記第２のアキュムレータの両方から前記圧力装置に流体を供給するように前記制御弁を制御する請求項１又は２に記載の流量制御装置。
4. 前記制御装置は、前記複数のアキュムレータのうち前記使用可能アキュムレータでないアキュムレータを蓄圧対象アキュムレータと判定し、前記蓄圧対象アキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量制御装置。
5. 前記制御装置は、前記蓄圧対象アキュムレータが複数ある場合、そのうちいずれか１つのアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御する請求項４に記載の流量制御装置。
6. 前記制御装置は、前記複数のアキュムレータのうちに蓄積対象アキュムレータと判定されるアキュムレータが存在せず、かつ、蓄圧油量又は圧力が上限値に達していないアキュムレータがある場合、当該アキュムレータに上限値まで流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御する請求項４又は５に記載の流量制御装置。
7. 前記制御装置は、前記圧力装置の動作を制御する制御装置から前記圧力装置に対する制御要求の情報を取得し、前記制御要求の情報に基づき前記目標流量を算出する請求項１〜６のいずれか１項に記載の流量制御装置。
8. 前記制御装置は、前記圧力装置に流入する流体の圧力及び前記アキュムレータの圧力の情報を取得し、前記圧力の情報に基づき前記アキュムレータの蓄圧油量を算出する請求項１〜７のいずれか１項に記載の流量制御装置。
9. 前記圧力装置に流体を供給するポンプを更に備え、
   前記制御装置は、前記アキュムレータから前記圧力装置に供給する流体の流量に応じて前記ポンプを駆動する請求項１〜８のいずれか１項に記載の流量制御装置。
10. 前記アキュムレータは、前記圧力装置から排出される流体を蓄積する請求項１〜９のいずれか１項に記載の流量制御装置。
11. 流体の圧力により作動する圧力装置と、
    流体を蓄積し、又は蓄積した流体を前記圧力装置に供給する、複数のアキュムレータと、
    前記複数のアキュムレータの各々の流体の蓄積及び供給を制御する複数の制御弁と、
    前記圧力装置に供給する流体の目標流量の情報と、前記複数のアキュムレータの各々の蓄圧油量又は圧力の情報と、を取得し、前記取得した情報に基づき、前記制御弁を制御する制御装置と、
    を備えるシステムであって、
    前記制御装置は、前記目標流量の履歴に基づき蓄圧油量又は圧力の上限値より小さい閾値を設定し、蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上であるアキュムレータを使用可能アキュムレータと判定し、少なくとも前記使用可能アキュムレータを用いて前記圧力装置に流体を供給するよう前記制御弁を制御し、
    前記制御装置は、使用可能アキュムレータではないアキュムレータのうちのいずれかに流体を蓄積し、そのアキュムレータの蓄圧油量又は圧力が前記閾値以上となった場合、当該アキュムレータに対する流体の蓄積を停止するとともに、別の使用可能でないアキュムレータに流体が蓄積されるよう前記制御弁を制御することを特徴とするシステム。

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