JP7685966B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。

油圧ポンプから方向切換弁に供給される圧油は、スプールのノッチを通ってアクチュエータポートから出力される。方向切換弁のスプールは、オペレータのレバー操作に応じてパイロット室に作用するパイロット圧で移動し、油圧アクチュエータに対する流体の供給方向を切り換える。パイロット圧は、パイロットポンプから吐出される圧油を減圧して生成される。

近年では作業機械の電子化が進み、特許文献１に記載されているように操作レバー装置として電気レバーが用いられる場合が増えている。電気レバーを適用する場合、レバー操作量をコントローラで演算し、コントローラからの指令信号で電磁弁を駆動する。これによりパイロットポンプから吐出された圧油が電磁弁で減圧され、レバー操作量に応じたパイロット圧が方向切換弁のパイロット室に作用する。

特開２０１９－１２８００８号公報

電磁弁でパイロット室の圧力をコントロールする場合、電磁弁のソレノイドに与える指令信号（例えば電流）の大きさに応じで電力を消費する。この消費電力は、非操作時（レバー操作量が不感帯の範囲である時）に電磁弁に与えられる指令信号の値（以下、「待機値」と記載する）を小さく設定することで抑制することができる。但し、この場合には、レバー操作がされた際に指令信号が待機値から操作量に応じた値に達するまでに時間がかかり、その分だけレバー操作に対する油圧アクチュエータの動作の応答性が悪くなる。

レバー操作に対する油圧アクチュエータの動作遅延は、方向切換弁が動き始めるパイロット圧が出力される時の電磁弁への指令信号の値に待機値の設定を近付けることで抑えられる。しかし、この場合には、電磁パルス等の外乱の影響で電磁弁のソレノイドに流れる電流が待機値を超え、オペレータに操作の意図がないにも関わらず油圧アクチュエータが動作する可能性がある。

本発明の目的は、レバー操作に対する油圧アクチュエータの動作の応答性を改善すると共に、電磁弁に作用する外乱による油圧アクチュエータの誤動作を抑制することができる作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、パイロットポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油で駆動される油圧アクチュエータと、第１パイロット室及び第２パイロット室を有し、前記第１パイロット室及び前記第２パイロット室に作用するパイロット圧で駆動されて前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、前記パイロットポンプの吐出油を減圧し、前記方向切換弁の第１パイロット室に作用させるパイロット圧を生成する第１電磁弁と、前記パイロットポンプの吐出油を減圧し、前記方向切換弁の第２パイロット室に作用させるパイロット圧を生成する第２電磁弁と、前記油圧アクチュエータを操作する電気レバーと、前記電気レバーの操作量に基づき目標パイロット圧を設定し、前記目標パイロット圧に応じて前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記電気レバーの操作量が既定の不感帯の範囲である場合、前記方向切換弁を駆動するのに要する所要圧力以下の予め設定された待機圧を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の双方に前記待機圧に応じた指令信号を出力し、前記電気レバーの操作量が前記不感帯を超える場合、前記操作量に応じた指令圧及びタンク圧に対応する圧力を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁のうちレバー操作方向に対応する一方の電磁弁に前記指令圧に応じた指令信号を出力すると共に、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁のうち他方の電磁弁に前記タンク圧に対応する圧力に応じた指令信号を出力する作業機械を提供する。

本発明によれば、レバー操作に対する油圧アクチュエータの動作の応答性を改善すると共に、電磁弁に作用する外乱による油圧アクチュエータの誤動作を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの左側面図 図１の油圧ショベルに備わった油圧システムの一部の油圧回路図 方向切換弁の断面図 電磁弁の指令信号に対するパイロット圧の出力特性を表す図 方向切換弁のパイロット圧に対する動作特性を表す図 図１の油圧ショベルに備わったコントローラの機能ブロック図 本発明の第２実施形態に係る作業機械に備わったコントローラ５０の機能ブロック図 本発明の第３実施形態に係る作業機械に備わったコントローラ５０の機能ブロック図 変形例に係る作業機械に備わったコントローラ５０の機能ブロック図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

＜第１実施形態＞
－作業機械－
本発明は油圧ショベルに限らずクレーン等の他種の作業機械にも適用可能であるが、以下においては油圧ショベルに本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの左側面図である。本実施形態では、図１中の左右を油圧ショベルの前後とする。同図に示した油圧ショベルは、走行体１、走行体１上に設けた旋回体２、及び旋回体２に取り付けたフロント作業機３を備えている。

走行体１は、油圧ショベルの基部構造体であり、左右の履帯４により走行するクローラ式の走行体であるが、ホイール式の走行体が用いられる場合もある。走行体１は、左右の走行モータ（不図示）により左右の履帯４をそれぞれ駆動して走行する。

旋回体２は、旋回輪６を介して走行体１の上部に設けられ、左側前部にオペレータが搭乗する運転室７を備えている。旋回体２のベースフレームである旋回フレームには、旋回モータ（不図示）が取り付けられている。旋回モータには、電動モータを用いる場合、油圧モータを用いる場合、双方を用いる場合がある。旋回体２における運転室７の後側には動力室９、最後部にはカウンタウェイト１０が設けられている。運転室７には、オペレータが座る運転席（不図示）が設けられている。

運転席の左右には、旋回体２の旋回動作やフロント作業機３の動作を指示する左右の電気レバー１６（図２に一方のみ図示）が配置されている。動力室９には、油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する油圧ポンプ３２（図２）、油圧ポンプ３２を駆動する原動機３１（図２）、油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する制御弁装置（図２の方向切換弁３４，３５等）等が収容されている。原動機は、本実施形態ではエンジン（内燃機関）であるが、原動機として電動機が用いられる場合もある。旋回体２には、原動機を含む各作動装置を制御するコントローラ５０（図２）も備えられている。

フロント作業機３は、旋回体２の前部（本実施形態では運転室７の右側）に連結されている。フロント作業機３は、ブーム２１、アーム２２、及びアタッチメント２３（本実施形態ではバケット）を備えた多関節型のフロント作業装置である。ブーム２１は旋回フレームに上下に回動可能に直接連結されると共に、ブームシリンダ２４を介して旋回体フレームと連結されている。アーム２２はブーム２１の先端に回動可能に直接連結されると共に、アームシリンダ２５を介してブーム２１に連結されている。アタッチメント２３はアーム２２の先端に回動可能に直接連結されると共に、アタッチメントシリンダ２６を介してアーム２２に連結されている。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５及びアタッチメントシリンダ２６は、油圧アクチュエータである。

図１の油圧ショベルにおいては、旋回モータ（不図示）、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５及びアタッチメントシリンダ２６に対し、油圧ポンプ３２（図２）から吐出された圧油が左右の電気レバー１６（図２）の操作に応じて供給される。旋回モータが駆動されると、旋回体２が旋回する。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５及びアタッチメントシリンダ２６が駆動されると、それぞれブーム２１、アーム２２及びアタッチメント２３が回動し、アタッチメント２３の位置と姿勢が変化する。走行体１は、運転席の前方に配置された走行操作用のペダル付きレバー（不図示）により操作される。

－油圧システム－
図２は図１の油圧ショベルの油圧システムの一部の油圧回路図、図３は後述する方向切換弁の断面図である。図２では、ブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６を駆動する油圧回路を抜き出して表しているが、旋回モータやアームシリンダ２５の油圧回路にも同様の回路が適用できる。

図２において、電気レバー１６は、例えば運転席の右側に配置された十字操作式の操作レバーであり、例えば運転席において電気レバー１６を前に倒すとブーム下げ、後に倒すとブーム上げ、左に倒すとバケットクラウド、右に倒すとバケットダンプが指示される。電気レバー１６には、レバー傾斜方向に対応してレバー傾斜角度を検出する複数のセンサ（例えばポテンショメータ、角度センサ）が備わっている。これらセンサの出力がコントローラ５０に入力され、コントローラ５０により電気レバー１６の操作方向及び操作量が演算される。なお、左右の電気レバー１６の操作方向と操作対象（旋回モータ、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、アタッチメントシリンダ２６）との関係は、適宜変更可能である。

図２に示した油圧システムは、原動機３１、油圧ポンプ３２、パイロットポンプ３３、方向切換弁３４，３５、電磁弁３６，３７，３８，３９、コントローラ５０等を含んで構成されている。

油圧ポンプ３２は、ブームシリンダ２４等の油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する可変容量ポンプである。油圧ポンプ３２には、固定容量ポンプを用いることもできる。パイロットポンプ３３は、方向切換弁３４，３５等を駆動する圧油を吐出する固定容ポンプである。これら油圧ポンプ３２及びパイロットポンプ３３は、原動機３１により駆動されてタンクＴＫから作動油を吸入し、それぞれセンターバイパス油路３２ａ及び一次圧油路３３ａに圧油を吐出する。

方向切換弁３４は、油圧ポンプ３２からブームシリンダ２４に供給される圧油の流れ（方向及び流量）を制御する比例式の油圧駆動三位置切換弁である。この方向切換弁３４は、パイロット室（受圧室）３４ａ，３４ｂを有しており、パイロット室３４ａ，３４ｂに作用するパイロット圧の差圧によりスプール３４ｃが移動して駆動される。

図３に示したように、スプール３４ｃには、ノッチＮ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４が備わっている。方向切換弁３４のバルブボディには、Ａポート、Ｂポート、Ｐポート、Ｔポートが備わっている。Ａポート及びＢポートはアクチュエータポートであり、Ａポートはブームシリンダ２４のロッド室に、Ｂポートはブームシリンダ２４のボトム室に、それぞれ繋がっている。Ｐポートはポンプポートであり、パラレル油路３２ｂを介して油圧ポンプ３２の吐出口に繋がっている。Ｔポートはタンクポートであり、タンク油路Ｔｂを介してタンクＴＫに繋がっている。

スプール３４ｃが図３の位置（中立位置）にあるとき、Ａポート及びＢポートは、Ｐポートとの接続もＴポートとの接続も遮断される。

スプール３４ｃが図３中で左側に移動すると、方向切換弁３４は図２中の右側の切換位置に切り換わる。これにより、センターバイパス通路３２ａが絞られる一方で、ノッチＮ１によるＰポートとＡポートとの接続（ＰＡ開口）、及びノッチＮ３によるＢポートとＴポートとの接続（ＢＴ開口）が開く。ＰＡ開口及びＢＴ開口の面積は、スプール３４ｃの移動量に応じて変化する。

反対にスプール３４ｃが図３中で右側に移動すると、方向切換弁３４は図２中の左側の切換位置に切り換わる。これにより、センターバイパス通路３２ａが絞られる一方で、ノッチＮ２によるＰポートとＢポートとの接続（ＰＢ開口）、及びノッチＮ３によるＡポートとＴポートとの接続（ＡＴ開口）が開く。ＰＢ開口及びＡＴ開口の面積は、同じくスプール３４ｃの移動量に応じて変化する。

方向切換弁３５は、油圧ポンプ３２からアタッチメントシリンダ２６に供給される圧油の流れ（方向及び流量）を制御する比例式の油圧駆動三位置切換弁である。この方向切換弁３５も、方向切換弁３４と同様にパイロット室（受圧室）３５ａ，３５ｂを有しており、パイロット室３５ａ，３５ｂに作用するパイロット圧の差圧によりスプール３５ｃが移動して駆動される。

電磁弁３６－３９は、一次圧油路３３ａに設けた比例電磁駆動式の減圧弁であり、方向切換弁３４，３５のパイロット室３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂに個別に対応して設けられている。これら電磁弁３６－３９は、電気レバー１６の操作量に応じてコントローラ５０から出力される指令信号（例えば電流）でソレノイドが励磁されて駆動される。一次圧油路３３ａを流れるパイロットポンプ３３の吐出油が、電磁弁３６－３９において指令信号の大きさに応じて減圧され、これにより対応するパイロット室に作用させるパイロット圧が生成される。

例えば電磁弁３６は、方向切換弁３４のパイロット室３４ａを一次圧油路３３ａ（パイロットポンプ３３）及びタンク油路Ｔａ（タンクＴＫ）に接続するように構成されている。電磁弁３６のスプール位置が変化すると、パイロット室３４ａを一次圧油路３３ａに接続する開口面積と、パイロット室３４ａをタンク油路Ｔａに接続する開口面積との割合が変化し、パイロット室３４ａに作用するパイロット圧が変化する。電磁弁３７－３９も、電磁弁３６と同様の構成であり、それぞれ対応するパイロット室３４ｂ，３５ａ，３５ｂに作用させるパイロット圧をスプール位置で変化させる。

なお、電磁弁３６－３９のスプールは、パイロット室３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂへのパイロット圧が小さくなる方向にバネで押し付けられており、ソレノイドに受ける指令信号（電流）が大きいほどパイロット圧が大きくなるように構成されている。具体的には、図４に示したように、指令信号が最小値Ａ０（＞０）以上の領域において、電磁弁３６－３９で生成されるパイロット圧は指令信号の増加に伴ってタンク圧Ｐ０（最小値）から最大値まで単調に増加する（図４の例では線形に増加する）。指令信号が最小値Ａ０（＞０）未満の領域において、電磁弁３６－３９で生成されるパイロット圧は一定（タンク圧Ｐ０）である。
なお、タンクＴＫにはその上面に空気の出入口となるエアブリーザ回路（図示せず）が設けられており、タンクＴＫの内部が一定の範囲内の圧力（例えば大気圧）に保たれるように構成されている（一定以上の圧力にならないようにするとともに、ポンプがタンクＴＫから作動油を吸入した際に、負圧になることを防いでいる）。タンク圧Ｐ０は、このエアブリーザ回路の設定圧力に対応する圧力であり、所定の幅をもったわずかな圧力である。

上記構成において、例えば電磁弁３６，３７で生成されるパイロット圧に差圧がない場合、方向切換弁３４のスプール３４ｃはバネ力で中立位置（図２）に維持される。この場合、方向切換弁３４を介してセンターバイパス油路３２ａがタンク油路Ｔｂに繋がり、油圧ポンプ３２から吐出された圧油は、ブームシリンダ２４に供給されることなくタンクＴＫに戻される。また、前述した通り、ブームシリンダ２４の回路は閉止される。

電磁弁３６で生成されるパイロット圧が電磁弁３７で生成されるパイロット圧より大きい場合、バネ力に抗ってスプール３４ｃが図中左側に移動し、方向切換弁３４は図中右側の切換位置に切り換わる。この場合、センターバイパス油路３２ａが絞られ、油圧ポンプ３２から吐出された圧油は、センターバイパス油路３２ａから分岐するパラレル油路３２ｂに流れる。パラレル油路３２ｂに導かれた圧油は、チェック弁３４ｄ及び方向切換弁３４を介してブームシリンダ２４のロッド室に流入し、ブームシリンダ２４を収縮させる。これに伴ってブームシリンダ２４のボトム室から押し退けられた圧油は、方向切換弁３４及びタンク油路Ｔｂを介してタンクＴＫに戻される。

反対に電磁弁３７で生成されるパイロット圧が電磁弁３６で生成されるパイロット圧より大きい場合、方向切換弁３４は図中左側の切換位置に切り換わる。この場合、センターバイパス油路３２ａが絞られ、油圧ポンプ３２から吐出された圧油は、パラレル油路３２ｂ、チェック弁３４ｄ及び方向切換弁３４を介してブームシリンダ２４のボトム室に流入し、ブームシリンダ２４を伸長させる。これに伴ってブームシリンダ２４のロッド室から押し退けられた圧油は、方向切換弁３４及びタンク油路Ｔｂを介してタンクＴＫに戻される。

方向切換弁３５の動作も方向切換弁３４と同様である。例えば電磁弁３８，３９で生成されるパイロット圧に差圧がない場合、油圧ポンプ３２から吐出された圧油は、アタッチメントシリンダ２６に供給されることなくタンクＴＫに戻される。電磁弁３８，３９で生成されるパイロット圧に差圧がある場合、センターバイパス油路３２ａが絞られ、油圧ポンプ３２の吐出油は、パラレル油路３２ｂに流入する。パラレル油路３２ｂに流入した圧油は、チェック弁３５ｄ及び方向切換弁３５を介してアタッチメントシリンダ２６のボトム室又はロッド室に流入し、アタッチメントシリンダ２６を伸縮させる。これに伴ってアタッチメントシリンダ２６から排出された圧油は、方向切換弁３５及びタンク油路Ｔｂを介してタンクＴＫに戻される。

その他、一次圧油路３３ａには、パイロット用リリーフ弁ＲＶ及び電磁弁ＳＶが設けられてる。パイロット用リリーフ弁ＲＶは、一次圧油路３３ａの圧力（パイロット圧の元圧）を規定する。また、電磁弁ＳＶは、電気レバー１６の操作量及び圧力センサＰＳで検知した油圧ポンプ３２の吐出圧に応じてコントローラから出力される指令信号により駆動され、油圧ポンプ３２のレギュレータＰＲを制御する。

また、ブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６のロッド室及びボトム室に繋がる各回路には、それぞれオーバーロードリリーフ弁Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられている。ブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６に異常負荷がかかる場合に、オーバーロードリリーフ弁Ｒ１－Ｒ４を介してタンク油路Ｔｂに圧油が逃げ、ブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６の回路が保護される。また、作業状況によりブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６の各回路が負圧になる場合、オーバーロードリリーフ弁Ｒ１－Ｒ４を介してタンク油路Ｔｂから圧油が補給される（メイクアップ動作）。これにより、ブームシリンダ２４及びアタッチメントシリンダ２６の各回路が負圧になることが抑制される。

このとき、タンク油路Ｔｂには、背圧リリーフ弁Ｒ５及びメイクアップバルブＭＶが並列に設けられている。背圧リリーフ弁Ｒ５及びメイクアップバルブＭＶは、セットでオーバーロードリリーフ弁Ｒ１－Ｒ４と同様の機構を構成する。背圧リリーフ弁Ｒ５は、タンク油路Ｔｂの圧力をセット圧に保ち、メイクアップ動作が容易に行えるようにする。メイクアップバルブＭＶは、オーバーロードリリーフ弁Ｒ１－Ｒ４のいずれかがメイクアップ動作する場合、タンク油路Ｔｂが負圧になり得る状況で作動し、タンクＴＫからタンク油路Ｔｂに圧油を補給してタンク油路Ｔｂが負圧になることを抑制する。

－方向切換弁の動作特性－
図５は方向切換弁３４，３５のパイロット圧に対する動作特性を表す図である。図５のＰ０は図４のＰ０と同じタンク圧である。ここでは、方向切換弁３４を例に挙げて説明するが、方向切換弁３５でも動作特性は同様である。図５の横軸は、例えば方向切換弁３４のパイロット室３４ａに作用するパイロット圧を表しており、反対側のパイロット室３４ｂに作用するパイロット圧はＰ０（例えば０ＭＰａ）で一定であるとする。

まず、パイロット室３４ａに作用するパイロット圧がＰ０からＰ１（例えば０．７ＭＰａ）までの範囲では、パイロット室３４ａ，３４ｂの差圧によるスプール３４ｃの駆動力がバネ力を超えず、スプール３４ｃは中立位置から動かない。Ｐ１は、方向切換弁を駆動するのに要する所要圧力である。パイロット室３４ａに作用するパイロット圧がＰ１以上の範囲では、パイロット室３４ａに作用するパイロット圧の上昇に比例してスプール３４ｃの移動量が大きくなる。この間、パイロット室３４ａに作用するパイロット圧がＰ１からＰ２（例えば１ＭＰａ）に達したところで、ノッチＮ１，Ｎ３（図４）によるＰＡ開口及びＢＴ開口が開く。パイロット室３４ａに作用するパイロット圧がＰ２から最大値Ｐ４（例えば３ＭＰａ）までの範囲では、パイロット圧の増加に伴ってＰＡ開口及びＢＴ開口の開口面積が単調に増加する。

つまり、パイロット室３４ａ，３４ｂの差圧がＰ０からＰ１まで上昇したところでスプール３４ｃが動き出し、差圧がＰ２まで上昇したところでＰＡ開口及びＢＴ開口が開き、差圧がＰ２から増加するにつれてＰＡ開口及びＢＴ開口の開口面積が増加していく。パイロット圧がＰ１に到達してスプール３４ｃは移動し始めてからパイロット圧がＰ２に上昇するまでの間は、ＰＡ開口及びＢＴ開口が開かないようにしてあり、微操作域で衝撃や振動による予期しない動作が抑制されるよう方向切換弁３４は設計されている。

パイロット室３４ａに作用するパイロット圧がＰ４からＰ０まで減少する場合は、以上と反対の挙動を示す。

－方向切換弁制御－
図６はコントローラ５０の機能ブロック図である。図６のＰ０，Ｐ１，Ｐ４は図５のＰ０，Ｐ１，Ｐ４と同値であり、図６のＡ０は図４のＡ０と同値である。コントローラ５０は、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置の他、ＣＰＵ等の制御演算装置、入出力インタフェースを含んで構成された車載コンピュータであり、記憶装置に格納されたプログラムを実行することで、様々な制御や演算の処理を実行する。

特に本実施形態のコントローラ５０には、目標パイロット圧設定処理Ｆ１及び電磁弁制御処理Ｆ２ａ，Ｆ２ｂを実行する機能が備わっている。以下に目標パイロット圧設定処理Ｆ１及び電磁弁制御処理Ｆ２ａ，Ｆ２ｂについて順次説明する。なお、目標パイロット圧設定処理Ｆ１及び電磁弁制御処理Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの一連の処理は、電気レバー１６の操作方向（操作対象の油圧アクチュエータ）毎に独立して同様に実行されるが、以下の説明ではブームシリンダ２４の操作を例に挙げて説明する。

・目標パイロット圧設定処理
目標パイロット圧設定処理Ｆ１は、方向切換弁（ここでは方向切換弁３４を例に挙げる）を駆動する目標パイロット圧を電気レバー１６の操作量に基づき設定する処理である。本実施形態において、コントローラ５０は、操作量に対する目標パイロット圧の関係について予め設定した特性線を記憶装置に格納している。この特性線は、方向切換弁毎に最適化したものを用意しても良いし、全ての方向切換弁で共通であっても良い。目標パイロット圧設定処理Ｆ１の機能ブロックに示したのが、方向切換弁３４についての特性線である。図６において、実線はパイロット室３５ａに対する目標パイロット圧の特性線を、破線はパイロット室３５ｂに対する目標パイロット圧の特性線を表している。コントローラ５０は、この特性線を用い、ブーム動作についての電気レバー１６の操作量に基づき、方向切換弁３４の両側のパイロット室３４ａ，３４ｂに対する目標パイロット圧を演算する。

電気レバー１６の操作量には、非操作帯、不感帯、操作帯が設定されている。非操作帯は、電気レバー１６がほぼ中立位置（操作量＝０）にあることを判定するための操作量の範囲であり、中立位置を挟んでブーム上げ側及びブーム下げ側に極小さい範囲として設定されている。不感帯は、電気レバー１６を倒しても対応する方向切換弁が動作しない操作量の範囲であり、電気レバー１６の中立位置（操作量＝０）を挟んでブーム上げ側及びブーム下げ側に所定の範囲（本例では両側とも同量）を持つ。不感帯の範囲は、非操作帯の範囲より広い。以下、不感帯の範囲でパイロット室３４ａ，３４ｂにかけるパイロット圧を待機圧、操作帯の範囲でレバー操作方向に対応するパイロット室にかけるパイロット圧を指令圧と適宜記載する。

電気レバー１６が不感帯の範囲で傾斜している場合、ブーム下げ側の（つまりパイロット室３５ａに作用させる）待機圧、ブーム上げ側の（つまりパイロット室３５ｂに作用させる）待機圧とも、所要圧力Ｐ１（例えば０．７ＭＰａ）に設定される。但し、本実施形態の場合、不感帯の範囲であっても、操作量が一定以下の範囲では、操作量が０に近付くにつれて目標パイロット圧は双方とも待機圧から減少し、操作量が０である場合、双方の目標パイロット圧はタンク圧Ｐ０（例えば０ＭＰａ）に設定される。

そして、不感帯を超えて電気レバー１６が操作されると（つまり操作帯の範囲では）、操作方向に対応する目標パイロット圧（つまり指令圧）は、操作量の増加に伴って（この例では比例して）Ｐ１から最大値Ｐ４まで増加する。その一方で、反対側のパイロット圧の設定は、操作量が不感帯を超える時点でＰ１からＰ０にステップ状に切り換わり、不感帯の範囲では常時一定（Ｐ０）に設定される。なお、図６では操作帯において目標パイロット圧が操作量に比例して線形的に増加する特性を例示したが、操作帯における目標パイロット圧の特性線の傾きや形状については調整可能である。

コントローラ５０は、目標パイロット圧設定処理Ｆ１において、以上の特性線を参照し、方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂに作用させるべき２つの目標パイロット圧を電気レバー１６の操作量に応じて演算する。

・電磁弁制御処理
電磁弁制御処理Ｆ２ａ，Ｆ２ｂは、目標パイロット圧設定処理Ｆ１で設定したパイロット室３４ａ，３４ｂに対する各目標パイロット圧に応じ、対応する電磁弁３６，３７をそれぞれ制御する処理である。本実施形態において、コントローラ５０は、目標パイロット圧に対する電磁弁への指令信号の関係について予め設定した特性線を記憶装置に格納している。この特性線は、電磁弁毎に最適化したものを用意しても良いし、全ての電磁弁で共通であっても良い。電磁弁制御処理Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの機能ブロックに示したのが、電磁弁３６，３７についての特性線である。コントローラ５０は、これら特性線を用いて目標パイロット圧設定処理Ｆ１で設定した２つの目標パイロット圧からそれぞれ電磁弁３６，３７に対する指令信号を演算する。

目標パイロット圧に対する指令信号の特性線は、目標パイロット圧がＰ０のとき最小値Ａ０（＞０）をとり、目標パイロット圧がＰ０から上昇するのに伴って（本例では目標パイロット圧に比例して）指令信号がＡ０から最大値Ａ４まで上昇する。目標パイロット圧が一定以上の範囲では、指令信号は一定（Ａ４）となる。

コントローラ５０は、電磁弁制御処理Ｆ２ａにおいて、特性線を参照し、パイロット室３４ａに対する目標パイロット圧に基づき、電磁弁３６に対する指令信号を演算及び生成（電流にアナログ変換）して電磁弁３６に出力する。同時に、コントローラ５０は、電磁弁制御処理Ｆ２ｂにおいて、特性線を参照し、パイロット室３４ｂに対する目標パイロット圧に基づき、電磁弁３７に対する指令信号を演算及び生成して電磁弁３７に出力する。

－動作－
ここでは、ブーム下げ操作を例に挙げ、コントローラ５０による電磁弁３６，３６への指令信号の出力動作を説明する。

まず、例えばオペレータが電気レバー１６に触れていない状態では、電気レバー１６は中立位置になる。このように電磁レバー１６が中立位置にある場合、コントローラ５０は、方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂに対する各目標パイロット圧としてＰ０を算出する。この場合、電磁弁３６，３７の双方についてＰ０に応じた最小値Ａ１の指令信号が出力され、方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂにＰ０のパイロット圧が作用する（パイロット室３４ａ，３４ｂの双方にパイロット圧が作用しない）。そのため、方向切換弁３４のスプール３４ｃは中立位置から動かず、ブームシリンダ２４は動かず保持される。

次に、オペレータが電気レバーに手を掛け、非操作帯を超えて不感帯の範囲で電気レバー１６がブーム下げ方向に倒れた状況を想定する。電気レバー１６の操作量が不感帯の範囲である場合、コントローラ５０は、方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂの双方に対する目標パイロット圧としてＰ１を算出する。この場合、電磁弁３６，３７の双方についてＰ１に応じた値Ａ１の指令信号が出力され、方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂにＰ１のパイロット圧（待機圧）が作用する。そのため、パイロット室３４ａ，３４ｂに差圧が生じず、方向切換弁３４を駆動するパイロット圧の実効値はＰ０になる。従って、方向切換弁３４のスプール３４ｃは中立位置から動かず、ブームシリンダ２４も伸縮せず保持される。

そして、不感帯を超えてブーム下げ操作された状態においては、コントローラ５０は、パイロット室３４ａに対するパイロット圧として操作量に応じた指令圧Ｐｘを算出すると共に、パイロット室３４ｂに対するパイロット圧としてタンク圧Ｐ０を算出する。これにより、電磁弁及３６には指令圧Ｐｘに応じた値Ａｘ（＞Ａ１）の指令信号が出力され、同時に他方の電磁弁３７にはＰ０に応じた値Ａ０の指令信号が出力される。この場合、方向切換弁３４のパイロット室３４ａにＰｘのパイロット圧が作用する一方で、パイロット室３４ｂにＰ０のパイロット圧が作用する（パイロット室３４ｂにはパイロット圧が作用しない）。そのため、パイロット室３４ａ，３４ｂにＰｘに相当する差圧が生じ、方向切換弁３４を駆動するパイロット圧の実効値がＰｘになる。その結果、スプール３４ｃは中立位置から図２中で左に移動し、方向切換弁３４が右側の切換位置に切り換わってブームシリンダ２４が収縮する。

ブーム下げの操作量が小さくなる場合は、以上と逆の動作となる。また、ブーム上げ操作や、他の油圧アクチュエータ（アームシリンダ２５、アタッチメントシリンダ２６、旋回モータ）の操作についても、動作は同様である。

－効果－
（１）本実施形態によれば、操作量が不感帯の範囲である場合、方向切換弁（例えば方向切換弁３４）の双方のパイロット室（例えばパイロット室３４ａ，３４ｂ）にＰ１（例えば０．７ＭＰａ）の待機圧をかけて相殺する。そして、操作量が不感帯を超える際に、操作方向に対応するパイロット室（例えばパイロット室３４ａ）に操作量に応じた指令圧Ｐｘをかける一方で、反対側のパイロット室（例えばパイロット室３４ｂ）の圧力をタンク圧Ｐ０（例えば０ＭＰａ）に降圧させる。

仮に不感帯でパイロット室３４ａ，３４ｂにパイロット圧をかけない場合、例えばブーム下げ操作をしてパイロット室３４ａに指令圧Ｐｘ（例えば２ＭＰａ）をかけるとき、パイロット室３４ａをＰ０からＰｘまで昇圧させる必要がある。この場合、パイロット室３４ａの圧力の上げ幅は、Ｐｘ－Ｐ０（例えば２ＭＰａ）であり、電磁弁３６に対する指令信号もＡ０からＡｘまで大きく増大させる必要がある。

それに対し、本実施形態の場合、同じくブーム下げ操作をしてパイロット室３４ａに指令圧Ｐｘ（例えば２ＭＰａ）をかける場合、パイロット室３４ａにかけるパイロット圧はＰ１からＰｘまで上昇させれば足りる。この場合、パイロット室３４ａの圧力の上げ幅は、Ｐｘ－Ｐ１（例えば１．３ＭＰａ）に抑えられる。電磁弁３６に対する指令信号もＡ１からＡｘまで増大させれば足り、Ａ１－Ａ０だけ指令信号の上昇幅を短縮することができる。パイロット室３４ｂにかけるパイロット圧をＰ１からＰ０に落とす必要があるが、圧力の上昇速度に比べて下降速度は速く、反対側のパイロット圧をＰ０に落とすことが律速となる場面は限定的である。従って、レバー操作に対する油圧アクチュエータの動作の応答性を改善することができる。

また、不感帯の範囲で電気レバー１６が例えばブーム下げ側に傾斜した状態において、電磁弁３６が電磁パルスの影響を受けて方向切換弁３４のパイロット室３４ａにＰ１より大きなパイロット圧Ｐｅ（例えば１．２ＭＰａ）が作用したとする。この場合、仮に操作方向に応じてパイロット室３４ａにのみＰ１のパイロット圧をかけて待機した状態とすると、電磁弁３６への外乱の影響でパイロット圧Ｐｅがかかった時点で、操作量が不感帯の範囲であるにも関わらず方向切換弁３４が動作し得る。

それに対し、本実施形態の場合、不感帯ではパイロット室３４ａのみならず反対側のパイロット室３４ｂにもＰ１のパイロット圧をかけ、互いのパイロット圧が相殺され、方向切換弁３４に作用するパイロット圧の実効値はＰ０となる。これにより、上記のようにパイロット室３４ａに意図しないパイロット圧Ｐｅがかかっても、パイロット圧Ｐｅは一部相殺され、方向切換弁３４に作用する実効的なパイロット圧はＰｅ－Ｐ１（例えば０．５ＭＰａ）に止まる。図５で説明したように、実効値０．５ＭＰａ（＜Ｐ１＝０．７ＭＰａ）のパイロット圧では方向切換弁３４は動作しない。

このように、不感帯でＰ１のパイロット圧をかけて応答性を改善する一方で、不感帯で双方のパイロット室を加圧してパイロット圧の実効値をＰ０（例えば０ＭＰａ）に抑え、電磁弁への外乱の作用による油圧アクチュエータの誤動作も抑制することができる。

（２）オペレータが電気レバー１６に手を掛けている場合、操作の意思がないときでも不感帯の範囲で電気レバー１６が傾斜する傾向が強い。言い換えれば、電気レバー１６の操作量が０である場合、オペレータが電気レバー１６から手を離している状態が推定される。このような待機（動作準備）の必要がないような場面において、方向切換弁（例えば方向切換弁３４）の双方のパイロット室への目標パイロット圧をタンク圧Ｐ０に設定し、電磁弁への指令信号を最小化することで、エネルギーの消費を抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図７は本発明の第２実施形態に係る作業機械に備わったコントローラ５０の機能ブロック図である。図７は第１実施形態の図６に対応している。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、電気レバー１６（例えばグリップ部分）に感圧センサ１７が備わっており、感圧センサ１７の出力がコントローラ５０に入力される点である。コントローラ５０は、感圧センサ１７の出力が設定値を超える場合、電気レバー１６の操作量が０であっても、目標パイロット圧としてＰ１を算出し、電磁弁３６，３７の双方、電磁弁３８，３９の双方にＰ１に応じた値Ａ１の指令信号を出力する。

本実施形態において、感圧センサ１７の出力が設定値を超える場合の目標パイロット圧の特性線は、図７中に一点鎖線Ｌで示したように、非操作帯を含め不感帯の全域において操作量に関わらず目標パイロット圧がＰ１で一定となるように設定されている。但し、感圧センサ１７の出力が設定値以下である場合、第１実施形態と同様、操作量が０であれば目標パイロット圧はＰ０になる。

その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様であり、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。

加えて、第１実施形態の場合は、電気レバー１６の角度によりオペレータが電気レバー１６から手を離している状態を推定したが、オペレータが電気レバー１６を握っていても操作量が０になる場合もある。この場合、例えば操作量が０で方向切換弁３４のパイロット室３４ａ，３４ｂのいずれにもパイロット圧がかからない状態から操作量が操作域に増加すると、操作に対するブームシリンダ２４の動作に遅延が感じられる可能性がある。

それに対し、本実施形態の場合、感圧センサ１７でオペレータが電気レバー１６を握っている状態が検知された場合、操作量が０でも双方のパイロット室３４ａ，３４ｂにパイロット圧をかけて待機状態とすることで、上記のような応答遅延を抑制できる。

＜第３実施形態＞
図８は本発明の第３実施形態に係る作業機械に備わったコントローラ５０の機能ブロック図である。図８は第１実施形態の図６に対応している。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、不感帯において同一の方向切換弁について２つのパイロット室にそれぞれ作用させて相殺させるパイロット圧（待機圧）に差を付けた点である。具体的には、電気レバー１６が不感帯の範囲で傾斜する場合、電気レバー１６の傾斜方向に対応して演算される待機圧が、他方側の待機圧に対して大きく設定される。本実施形態では、不感帯においてレバー操作方向に対応する一方の電磁弁（例えば電磁弁３６）への指令信号の基礎となる目標パイロット圧をＰ１とし、他方の電磁弁（例えば電磁弁３７）への指令信号の基礎となる目標パイロット圧をＰ１’（＜Ｐ１）とする。

その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様である。

不感帯で方向切換弁の双方のパイロット室にＰ１のパイロット圧をかける場合、例えばブーム下げ操作時、不感帯付近の微操作域では、パイロット室３４ａのＰ１からＰｘへの昇圧よりも、パイロット室３４ｂのＰ１からＰ０への降圧に時間がかかる可能性もある。それに対し、本実施形態では、不感帯においてレバー操作方向に対応するパイロット圧（Ｐ１）に対し、反対側のパイロット圧（Ｐ１’）が低いので、Ｐ１，Ｐ１’の差分だけパイロット圧の降圧時間を短縮することができる。これにより、微操作域における応答性が、第１実施形態に比べて向上し得る。

＜変形例＞
以上に代表的な実施形態を説明したが、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で実施形態は適宜変更可能である。第１又は第３実施形態において、不感帯で例えばブーム下げ方向に電気レバー１６が傾斜する場合に、目標パイロット圧がＰ０からＰ１又はＰ１’に到達する操作量を、パイロット室３４ａ，３４ｂの双方について等しく設定する例を説明した。この点に関し、図９に示したように、例えばレバー操作方向と反対側のパイロット室のパイロット圧をＰ１又はＰ１’に到達させるタイミングをΔだけ遅らせる（操作量を大きく設定する）ことも考えられる。つまり、例えばブーム下げ操作をする場合、不感帯においてパイロット室３４ａに対する目標パイロット圧がＰ１に到達し、僅かに遅れて（Δだけ大きな操作量で）パイロット室３４ｂに対する目標パイロット圧がＰ１又はＰ１’に到達する構成である。この場合、第１実施形態と比較して、操作性への影響はほとんどなく、レバー操作方向と反対側のパイロット室３４ｂの目標パイロット圧を上げるタイミングが遅れる分だけ、電磁弁３７に対する指令時間が短縮されて省エネ効果が期待される。

また、不感帯で方向切換弁３４，３５のパイロット室３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂにかける目標パイロット圧（待機圧）を、方向切換弁３４，３５のスプール３４ｃ，３５ｃを動かすのに要する所要圧力Ｐ１（図５）に設定した場合を例に挙げて説明した。しかし、例えばＰ１よりも低い値（＞Ｐ０）を待機圧に設定しても良い。

また、上記実施形態においては、操作量０の条件で方向切換弁の双方のパイロット圧に対する目標パイロット圧をＰ０に設定する例を説明したが、目標パイロット圧をＰ０に設定する操作量の値に幅を持たせても良い。例えば、非操作帯の全域で方向切換弁の双方のパイロット圧がＰ０に設定される特性としても良い。

１６…電気レバー、１７…感圧センサ、２４…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、２５…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、２６…アタッチメントシリンダ（油圧アクチュエータ）、３２…油圧ポンプ、３３…パイロットポンプ、３４，３５…方向切換弁、３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ…パイロット室、３６－３９…電磁弁、５０…コントローラ、Ｐ０…タンク圧、Ｐ１…所要圧力

Claims (4)

1. 油圧ポンプと、
   パイロットポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出された圧油で駆動される油圧アクチュエータと、
   第１パイロット室及び第２パイロット室を有し、前記第１パイロット室及び前記第２パイロット室に作用するパイロット圧で駆動されて前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、
   前記パイロットポンプの吐出油を減圧し、前記方向切換弁の第１パイロット室に作用させるパイロット圧を生成する第１電磁弁と、
   前記パイロットポンプの吐出油を減圧し、前記方向切換弁の第２パイロット室に作用させるパイロット圧を生成する第２電磁弁と、
   前記油圧アクチュエータを操作する電気レバーと、
   前記電気レバーの操作量に基づき目標パイロット圧を設定し、前記目標パイロット圧に応じて前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁を制御するコントローラと
   を備えた作業機械において、
   前記コントローラは、
   前記電気レバーの操作量が既定の不感帯の範囲である場合、前記方向切換弁を駆動するのに要する所要圧力以下の予め設定された待機圧を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の双方に前記待機圧に応じた指令信号を出力し、
   前記電気レバーの操作量が前記不感帯を超える場合、前記操作量に応じた指令圧及びタンク圧に対応する圧力を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁のうちレバー操作方向に対応する一方の電磁弁に前記指令圧に応じた指令信号を出力すると共に、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁のうち他方の電磁弁に前記タンク圧に対応する圧力に応じた指令信号を出力する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記電気レバーの操作量が０である場合、前記タンク圧に対応する圧力を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の双方に前記タンク圧に対応する圧力に応じた指令信号を出力することを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記電気レバーに感圧センサが備わっており、
   前記コントローラは、前記感圧センサの出力が設定値を超える場合、前記電気レバーの操作量が０であっても、前記待機圧を前記目標パイロット圧として演算し、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の双方に前記待機圧に応じた指令信号を出力する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記電気レバーが前記不感帯の範囲で傾斜する場合、前記電気レバーの傾斜方向に対応して演算される前記待機圧が、他方側の待機圧に対して大きく設定されることを特徴とする作業機械。

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