(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023157145
(43)【公開日】2023-10-26
(54)【発明の名称】作業機械におけるブーム下降制御システム
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20231019BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022066859
(22)【出願日】2022-04-14
(71)【出願人】
【識別番号】505236469
【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル
(74)【代理人】
【識別番号】100085394
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 哲夫
(74)【代理人】
【識別番号】100128392
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 秀一
(74)【代理人】
【識別番号】100165456
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 佑子
(72)【発明者】
【氏名】中嶌 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】皆木 良太
(72)【発明者】
【氏名】喜安 浩一
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA01
2D003BB01
2D003CA02
2D003FA02
(57)【要約】
【課題】ブームを含む作業アームの先端部に交換可能な作業アタッチメントが装着された作業機械において、作業アタッチメントを交換しても操作具操作量に応じた下降速度でブームを下降させるための制御を安定した状態で行えるようにする。
【解決手段】装着された作業アタッチメント８の重量に関する情報をコントローラ２１に入力するモニタ装置２２を設けるとともに、コントローラ２１に、交換可能な作業アタッチメント８の重量とブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧との関係を示したマップ３５を設け、該マップ３５に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値を求めるとともに、該保持圧推定値に基づいてコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御する構成にした。
【選択図】図３
【解決手段】装着された作業アタッチメント８の重量に関する情報をコントローラ２１に入力するモニタ装置２２を設けるとともに、コントローラ２１に、交換可能な作業アタッチメント８の重量とブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧との関係を示したマップ３５を設け、該マップ３５に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値を求めるとともに、該保持圧推定値に基づいてコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御する構成にした。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームを少なくとも含む作業アームと、該作業アームの先端部に装着される交換可能な作業アタッチメントと、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小して前記ブームを上下揺動せしめるブームシリンダと、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出流量を制御するメータアウト開口を有した制御弁と、該制御弁の作動を制御する制御手段と、ブームを上下動するべく操作される操作具とを備えてなる作業機械において、装着された作業アタッチメントの重量に関する情報を制御手段に入力する情報入力手段を設ける一方、制御手段は、交換可能な作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を示したマップを備え、該マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるとともに、ブーム下降時におけるブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を操作具操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記保持圧推定値に基づいて制御弁のメータアウト開口面積を制御することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【請求項2】
請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、ブームシリンダヘッド側油室の保持圧のマップ値を該保持圧マップ値の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧マップ値が属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【請求項3】
請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、作業アタッチメントを該作業アタッチメントの重量の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントが属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【請求項4】
請求項１乃至３の何れか一項において、マップは、ブームを機体本体に揺動自在に軸支する支軸回りのモーメントに基づいて作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を線形関係で表したものであることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【請求項5】
請求項１において、作業アタッチメントの重量には、該作業アタッチメントを作業アームの先端部に取付けるために用いられるカプラーの重量を含むことを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【請求項6】
請求項１において、作業アームは、ブームと該ブームの先端部に揺動自在に軸支されるスティックとから構成され、作業アタッチメントは、ブームの先端部に取付けられるものとスティックの先端部に取付けられるものとがあり、マップは、作業用アタッチメントがブームの先端部に取付けられた場合のマップと、スティックの先端部に取付けられた場合のマップとで個別に設けられることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械におけるブーム下降制御システムの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【0002】
油圧ショベル等の作業機械のなかには、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームや、該ブームの先端部に揺動自在に支持されるスティック等から構成される作業アームを備え、該作業アームの先端部に、バケットやブレーカ、破砕機等の作業アタッチメントを交換可能に装着するとともに、前記ブームの上下動を、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小するブームシリンダの伸縮作動で行うように構成したものがある。このような作業機械では、作業アームや作業アタッチメントの重量がブームを下降させる力として作用するため、ブームシリンダのヘッド側油室の圧力は高圧となっており、このため、ブームの下降速度の制御は、通常、ブームシリンダヘッド側油室からの排出流量制御（メータアウト制御）によって行われる。この場合、例えば、ブームシリンダヘッド側油室からの排出油路にメータアウト開口を有した制御弁を設け、該制御弁のメータアウト開口面積をブーム用操作具の操作量に応じて増減制御することで、操作具操作量に応じたブーム下降速度となるように制御される。
しかるに、前述したようにブームシリンダヘッド側油室からの排出流量制御でブームの下降速度を制御する場合、ヘッド側油室からの排出流量は、制御弁のメータアウト開口の開口面積だけでなく、ブームシリンダヘッド側油室の圧力に応じて増減するとともに、該ブームシリンダヘッド側油室の圧力は、ブームを下降させる力として作用する作業アタッチメントの重量によって大きく変化する。このため、メータアウト開口の開口面積が同じ、つまりブーム用操作具の操作量が同じであっても、装着された作業アタッチメトンの重量によってブームの下降速度が変化してしまい、ブーム下降速度を正確にコントロールすることができず操作性に劣るという問題がある。
そこで従来、作業アタッチメントを交換しても、操作具操作量に応じたブーム下降速度を確保できるようにした技術として、例えば、ブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を制御する制御弁（メータアウト制御弁）と、該制御弁を通過する流量を検出する流量検出手段と、外力によってブームシリンダに作用する保持圧を検出する圧力センサとを設け、これら検出された保持圧と流量とに基づいて保持圧に対抗する圧力が制御弁の入口側に発生するように制御弁の開口面積を制御するようにした技術（例えば、特許文献１参照。）や、ブームの下降時にブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をロッド側油室に供給する再生回路に電磁比例減圧弁を設け、該電磁比例減圧弁の開度を、圧力センサにより検出されるヘッド側油室の圧力と、予め設定されるヘッド側油室の目標圧力値との差圧に基づいて制御するようにした技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
しかるに、前述したようにブームシリンダヘッド側油室からの排出流量制御でブームの下降速度を制御する場合、ヘッド側油室からの排出流量は、制御弁のメータアウト開口の開口面積だけでなく、ブームシリンダヘッド側油室の圧力に応じて増減するとともに、該ブームシリンダヘッド側油室の圧力は、ブームを下降させる力として作用する作業アタッチメントの重量によって大きく変化する。このため、メータアウト開口の開口面積が同じ、つまりブーム用操作具の操作量が同じであっても、装着された作業アタッチメトンの重量によってブームの下降速度が変化してしまい、ブーム下降速度を正確にコントロールすることができず操作性に劣るという問題がある。
そこで従来、作業アタッチメントを交換しても、操作具操作量に応じたブーム下降速度を確保できるようにした技術として、例えば、ブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を制御する制御弁（メータアウト制御弁）と、該制御弁を通過する流量を検出する流量検出手段と、外力によってブームシリンダに作用する保持圧を検出する圧力センサとを設け、これら検出された保持圧と流量とに基づいて保持圧に対抗する圧力が制御弁の入口側に発生するように制御弁の開口面積を制御するようにした技術（例えば、特許文献１参照。）や、ブームの下降時にブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をロッド側油室に供給する再生回路に電磁比例減圧弁を設け、該電磁比例減圧弁の開度を、圧力センサにより検出されるヘッド側油室の圧力と、予め設定されるヘッド側油室の目標圧力値との差圧に基づいて制御するようにした技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－１０６３０４号公報
【特許文献2】特開２０１０－７８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前記特許文献１、２のものは、いずれも、圧力センサから随時入力されるブームシリンダヘッド側油室の圧力に基づいて、メータアウト制御弁の開口面積や電磁比例減圧弁の開度を制御する構成になっている。しかるに、圧力センサから随時入力される圧力は動的圧力であって、作業アタッチメントの使用状況によっては不安定で予測できない圧力値が入力される可能性があり、このような動的圧力を用いると制御弁や電磁比例減圧弁が不規則に動いて安定した制御を行うことができないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームを少なくとも含む作業アームと、該作業アームの先端部に装着される交換可能な作業アタッチメントと、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小して前記ブームを上下揺動せしめるブームシリンダと、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出流量を制御するメータアウト開口を有した制御弁と、該制御弁の作動を制御する制御手段と、ブームを上下動するべく操作される操作具とを備えてなる作業機械において、装着された作業アタッチメントの重量に関する情報を制御手段に入力する情報入力手段を設ける一方、制御手段は、交換可能な作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を示したマップを備え、該マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるとともに、ブーム下降時におけるブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を操作具操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記保持圧推定値に基づいて制御弁のメータアウト開口面積を制御することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、ブームシリンダヘッド側油室の保持圧のマップ値を該保持圧マップ値の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧マップ値が属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項３の発明は、請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、作業アタッチメントを該作業アタッチメントの重量の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントが属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、マップは、ブームを機体本体に揺動自在に軸支する支軸回りのモーメントに基づいて作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を線形関係で表したものであることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項５の発明は、請求項１において、作業アタッチメントの重量には、該作業アタッチメントを作業アームの先端部に取付けるために用いられるカプラーの重量を含むことを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項６の発明は、請求項１において、作業アームは、ブームと該ブームの先端部に揺動自在に軸支されるスティックとから構成され、作業アタッチメントは、ブームの先端部に取付けられるものとスティックの先端部に取付けられるものとがあり、マップは、作業用アタッチメントがブームの先端部に取付けられた場合のマップと、スティックの先端部に取付けられた場合のマップとで個別に設けられることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、ブームシリンダヘッド側油室の保持圧のマップ値を該保持圧マップ値の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧マップ値が属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項３の発明は、請求項１において、制御手段は、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、作業アタッチメントを該作業アタッチメントの重量の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントが属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とすることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、マップは、ブームを機体本体に揺動自在に軸支する支軸回りのモーメントに基づいて作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を線形関係で表したものであることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項５の発明は、請求項１において、作業アタッチメントの重量には、該作業アタッチメントを作業アームの先端部に取付けるために用いられるカプラーの重量を含むことを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項６の発明は、請求項１において、作業アームは、ブームと該ブームの先端部に揺動自在に軸支されるスティックとから構成され、作業アタッチメントは、ブームの先端部に取付けられるものとスティックの先端部に取付けられるものとがあり、マップは、作業用アタッチメントがブームの先端部に取付けられた場合のマップと、スティックの先端部に取付けられた場合のマップとで個別に設けられることを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
【発明の効果】
【0006】
請求項１の発明とすることにより、作業アタッチメントを交換しても、ブーム用操作具の操作量に応じた下降速度でブームを下降させるための制御を安定した状態で行えることになって、操作性の向上に大きく貢献できる。
請求項２、３の発明とすることにより、より安定したブーム下降制御を行えるとともに、チューニングにも優れる。
請求項４の発明とすることにより、様々な作業アタッチメントの重量に対応する保持圧マップ値を容易に求めることができる。
請求項５の発明とすることにより、カプラーの重量も加味して保持圧推定値が求められることになって、適切な保持圧推定値を得ることができる。
請求項６の発明とすることにより、作業アタッチメントが取付けられる作業アーム構成部材がブームであってもスティックであっても、それぞれ適切な保持圧推定値を得ることができる。
請求項２、３の発明とすることにより、より安定したブーム下降制御を行えるとともに、チューニングにも優れる。
請求項４の発明とすることにより、様々な作業アタッチメントの重量に対応する保持圧マップ値を容易に求めることができる。
請求項５の発明とすることにより、カプラーの重量も加味して保持圧推定値が求められることになって、適切な保持圧推定値を得ることができる。
請求項６の発明とすることにより、作業アタッチメントが取付けられる作業アーム構成部材がブームであってもスティックであっても、それぞれ適切な保持圧推定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】最大リーチ姿勢の油圧ショベルの概略側面図である。
【図2】ブーシリンダの油圧回路図である。
【図3】ブーム下降制御システムの制御ブロック図である。
【図4】（Ａ）はスティックマウント用マップ、（Ｂ）はブームマウント用マップを示す図である。
【図5】作業アタッチメントのグループ分けを示す表図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の作業機械の一例である油圧ショベル１の概略側面図であって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体（本発明の機体本体に相当する）３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等の各部から構成されており、さらに該フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３にブーム支軸５ａを介して上下揺動自在に支持されるブーム５と、該ブーム５の先端部にスティック支軸６ａを介して前後揺動自在に支持されるスティック６とから構成される作業アーム７、スティック６の先端部にアタッチメント支軸８ａを介して用動自在に取付けられる作業アタッチメント８、スティック６を揺動させるべく伸縮作動するスティックシリンダ１０、作業アタッチメント８を揺動させるべく伸縮作動するバケットシリンダ１１、バケットシリンダ１１の先端部とスティック６、作業アタッチメント８とをそれぞれ連結する第一、第二リンク１２、１３等の各種部材から構成されている。
図１は、本発明の作業機械の一例である油圧ショベル１の概略側面図であって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体（本発明の機体本体に相当する）３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等の各部から構成されており、さらに該フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３にブーム支軸５ａを介して上下揺動自在に支持されるブーム５と、該ブーム５の先端部にスティック支軸６ａを介して前後揺動自在に支持されるスティック６とから構成される作業アーム７、スティック６の先端部にアタッチメント支軸８ａを介して用動自在に取付けられる作業アタッチメント８、スティック６を揺動させるべく伸縮作動するスティックシリンダ１０、作業アタッチメント８を揺動させるべく伸縮作動するバケットシリンダ１１、バケットシリンダ１１の先端部とスティック６、作業アタッチメント８とをそれぞれ連結する第一、第二リンク１２、１３等の各種部材から構成されている。
【0009】
さらに、１４はブーム５を上下揺動させるべく伸縮作動するブームシリンダであって、該ブームシリンダ１４は、ヘッド側端部がヘッド側支軸１４ｃを介して上部旋回体３の前部に揺動自在に支持され、ロッド側端部がロッド側支軸１４ｄを介してブーム５の長さ方向中間部に揺動自在に支持されており、該ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａ（図１には図示せず）への油供給で伸長してブーム５を上昇せしめ、ヘッド側油室１４ａからの油排出で縮小してブーム５を下降せしめるように構成されている。
【0010】
ここで、前記図１には、作業アーム７の先端部に取付けられる作業アタッチメント８としてバケットを図示したが、作業アーム７の先端部には、油圧ショベル１の行う作業内容等に応じて、ブレーカ（ハンマー）、コンパクタ、チルトバケット、クラムシェルバケット、サムバケット、グラップル、破砕機（いずれも図示せず）等の各種作業ツールを交換可能に装着できるようになっている。さらに、これら作業ツールを作業アーム７の先端部に取付ける場合に、図１に示すバケットのようにカプラーを用いない場合もあるが、図示しない各種カプラー（ピン固定カプラー、クイックカプラー、フック付きカプラー、作業ツールを作業アームに対してチルトあるいは回転させることができるカプラー等）を用いる場合もあり、さらに、カプラーを用いる場合に作業ツールとカプラーとの組み合わせは、カプラーの機能等に応じて適宜選択できるようになっている。尚、本実施の形態において、カプラーを用いる場合には、作業ツールおよびカプラーを作業アタッチメント８とし、カプラーを用いない場合には、作業ツールを作業アタッチメント８とする。
また、図１には、本発明の作業アーム７を構成するアーム部材としてブーム５およびスティック６を図示するとともに、スティック６の先端部に作業アタッチメント８が取付けられているが、前述したような各種作業アタッチメント８のなかにはブーム５の先端部に取付けられるものもあり、その場合には作業アーム７にスティック６は含まれない。また、作業アーム７は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブーム５を少なくとも含むが、該ブーム５に加えて作業アーム７を構成する他のアーム部材がある場合、該アーム部材は前記スティック６に限定されることなく、種々の形状、数のアーム部材が用いられていてもよい。
また、図１には、本発明の作業アーム７を構成するアーム部材としてブーム５およびスティック６を図示するとともに、スティック６の先端部に作業アタッチメント８が取付けられているが、前述したような各種作業アタッチメント８のなかにはブーム５の先端部に取付けられるものもあり、その場合には作業アーム７にスティック６は含まれない。また、作業アーム７は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブーム５を少なくとも含むが、該ブーム５に加えて作業アーム７を構成する他のアーム部材がある場合、該アーム部材は前記スティック６に限定されることなく、種々の形状、数のアーム部材が用いられていてもよい。
【0011】
次いで、前記ブームシリンダ１４の油給排制御について、図２の概略油圧回路図に基づいて説明すると、該図２において、１５はブームシリンダ１４の油圧供給源となる油圧ポンプ、１６はパイロット圧の供給源となるパイロットポンプ、１７は油タンク、１８はブームシリンダ１４に対する油給排制御を行うコントロールバルブである。尚、油圧ショベル１の油圧回路には、ブームシリンダ１４以外の他の油圧アクチュエータ（前記スティックシリンダ１０やバケットシリンダ１１、あるいは上部旋回体３を旋回せしめる旋回モータ（図示せず）、走行モータ（図示せず）等）に対する制御回路や、油圧ポンプの吐出流量制御用の回路等も設けられるが、それらについての図示、説明は省略する。
【0012】
前記コントロールバルブ（本発明の制御弁に相当する）１８は、伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂを有したパイロット作動式の三位置切換スプール弁であって、両パイロットポート１８ａ、１８ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ１４に対する油給排を行わない中立位置Ｎに位置しているが、伸長側パイロットポート１８ａにパイロット圧が入力されることにより伸長側位置Ｘに切換わって、油圧ポンプ１５からの供給油を伸長側供給用開口１８ｃを経由してブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａに供給するとともに、ロッド側油室１４ｂからの排出油を伸長側排出用開口１８ｄを経由して油タンク１７に流す一方、縮小側パイロットポート１８ｂにパイロット圧が入力されることにより縮小側位置Ｙに切換わって、油圧ポンプ１５からの供給油を縮小側供給用開口１８ｅを経由してブームシリンダ１４のロッド側油室１４ｂに供給するとともに、ヘッド側油室１４ａからの排出油を縮小側排出用開口１８ｆ（本発明のメータアウト開口に相当する）を経由して油タンク１７に流すようになっている。そして、前記伸長側供給用、排出用開口１８ｃ、１８ｄ、縮小側供給用、排出用開口１８ｅ、１８ｆの開口面積は、伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂに入力されるパイロット圧に応じて移動するスプールの移動ストロークによって増減制御されるようになっている。
【0013】
さらに、図２において、１９、２０は伸長側、縮小側の電磁比例弁であって、これら伸長側、縮小側電磁比例弁１９、２０は、後述するコントローラ２１から出力される制御信号に基づいて、前記コントロールバルブ１８の伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂにそれぞれパイロット圧を出力する。そして、該伸長側、縮小側電磁比例弁１９、２０から出力されるパイロット圧の増減によって、コントロールバルブ１８のスプール移動ストロークが増減して前述した伸長側供給用、排出用開口１８ｃ、１８ｄ、縮小側供給用、排出用開口１８ｅ、１８ｆの開口面積が増減制御されるようになっている。
【0014】
ここで、ブーム５を空中下降させる場合（作業アタッチメント８が接地していない状態でブーム５を下降させる場合）、フロント作業機４（作業アーム７や作業アタッチメント８等）の重量がブームシリンダ１４を縮小させる力として作用するため、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの圧力はロッド側油室１４ｂの圧力に比して十分に高圧になっている。このため、ブーム５の下降速度の制御は、ブームシリンダヘッド側油室１４ａからの排出流量制御（メータアウト制御）によって行われるようになっている。
【0015】
一方、前記コントローラ（本発明の制御手段に相当する）２１は、各種油圧アクチュエータ用の操作具操作等に基づいて、各種油圧アクチュエータ用コントロールバルブの制御や、油圧ポンプ１５の吐出流量制御等を行うが、該コントローラ２１の行う制御のうち、ブーム５の下降制御に関する部分を図３の制御ブロック図に基づいて説明すると、コントローラ２１は、入力側に、モニタ装置２２、ブーム５を上下動するべく操作されるブーム用操作具２３ａ（本発明の操作具に相当する）の操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段２３等が接続され、出力側に、前記縮小側電磁比例弁２０が接続されるとともに、取付けアーム部材判定部２５、作業アタッチメント重量計算部２６、保持圧マップ部２７、グループ分け部２８、保持圧推定値設定部２９、目標排出流量設定部３０、開口面積計算部３２、バルブ制御部３３等の各部が設けられている。
【0016】
前記モニタ装置２２は、本発明の情報入力手段に相当するものであって、本実施の形態では、上部旋回体３に搭載されるキャブ３ａ内に配設されており、交換可能な各種作業アタッチメント８の情報等を表示する表示画面（図示せず）や、キーボートやタッチパネル等の操作手段（図示せず）を有しているとともに、各種作業アタッチメント８の重量に関する情報が収納されている。そして、該モニタ装置２２をオペレータが操作することで、装着された作業アタッチメント８の重量情報がコントローラ２１に入力される。例えば、モニタ装置２２の表示画面に交換可能な作業アタッチメント８の作業ツールＴ１～Ｔｎ、カプラーＣ１～Ｃｎが表示され、これら作業ツールＴ１～Ｔｎ、カプラーＣ１～Ｃｎのなかから装着された作業アタッチメント８の作業ツールＴとカプラーＣ（カプラーが用いられている場合）とを操作手段で選択することで、装着された作業ツールＴ、カプラーＣの重量Ｗｔ、Ｗｃがコントローラ２１に入力される。この場合に、重量物を運ぶ等の重負荷がかかる特定の作業ツールについては、作業ツールそのものの重量だけでなく、該作業ツールに対応した負荷重量（例えば最大推定負荷重量の１／２）の情報についてもモニタ装置２２に収納されていて、作業ツールそのものの重量に上記負荷重量を加算した重量を、作業ツールの重量Ｗｔとしてコントローラ２１に出力する構成になっている。
さらに、モニタ装置２２は、作業アタッチメント８がブーム５、スティック６の何れのアーム部材に取付けられているかの情報を操作手段で選択できるようになっており、該取付けアーム部材の情報もコントローラ２１に入力されるようになっている。
尚、本実施の形態では、各種作業アタッチメント８の重量に関する情報がモニタ装置２２に収納されている構成にしたが、これらの情報をコントローラ２１に収納し、モニタ装置２２では選択操作のみを行う構成にすることもできる。この場合であっても、モニタ装置２２の操作に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に関する情報がコントローラ２１に入力されることになる。
さらに、モニタ装置２２は、作業アタッチメント８がブーム５、スティック６の何れのアーム部材に取付けられているかの情報を操作手段で選択できるようになっており、該取付けアーム部材の情報もコントローラ２１に入力されるようになっている。
尚、本実施の形態では、各種作業アタッチメント８の重量に関する情報がモニタ装置２２に収納されている構成にしたが、これらの情報をコントローラ２１に収納し、モニタ装置２２では選択操作のみを行う構成にすることもできる。この場合であっても、モニタ装置２２の操作に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に関する情報がコントローラ２１に入力されることになる。
【0017】
次いで、前記コントローラ２１の行うブーム５の下降制御について、前記図３に基づいて説明すると、コントローラ２１は、前記モニタ装置２２から出力された情報を、取付けアーム部材判定部２５および作業アタッチメント重量計算部２６に入力する。
前記取付けアーム部材判定部２５は、モニタ装置２２から入力される情報に基づいて、作業アタッチメント８がブーム５、スティック６の何れに取付けられているかを判定し、該判定結果を保持圧マップ部２７に出力する。
また、前記作業アタッチメント重量計算部２６は、モニタ装置２２から入力される情報に基づいて、作業アタッチメント８の重量Ｗを計算する。該作業アタッチメント８の重量Ｗの計算は、モニタ装置２２により選択された作業ツールＴの重量ＷｔとカプラーＣの重量Ｗｃとを加算（Ｗ＝Ｗｔ＋Ｗｃ）することで行われる。そして、該計算された作業アタッチメント８の重量Ｗを、保持圧マップ部２７に出力する。
前記取付けアーム部材判定部２５は、モニタ装置２２から入力される情報に基づいて、作業アタッチメント８がブーム５、スティック６の何れに取付けられているかを判定し、該判定結果を保持圧マップ部２７に出力する。
また、前記作業アタッチメント重量計算部２６は、モニタ装置２２から入力される情報に基づいて、作業アタッチメント８の重量Ｗを計算する。該作業アタッチメント８の重量Ｗの計算は、モニタ装置２２により選択された作業ツールＴの重量ＷｔとカプラーＣの重量Ｗｃとを加算（Ｗ＝Ｗｔ＋Ｗｃ）することで行われる。そして、該計算された作業アタッチメント８の重量Ｗを、保持圧マップ部２７に出力する。
【0018】
前記保持圧マップ部２７には、装着可能な作業アタッチメント８の重量とブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧との関係を示したマップ３５が予め備えられている。該マップ３５は、作業アタッチメント８がブーム５の先端部に取付けられている場合のブームマウント用マップ３５ａと、スティック６の先端部に取付けられた場合のスティックマウント用マップ３５ｂとが個別に設けられていて、取付けアーム部材判定部２５の判定結果に基づいてブームマウント用マップ３５ａ、スティックマウント用マップ３５ｂの何れかが選択される。
そして、保持圧マップ部２７は、選択されたブームマウント用マップ３５ａあるいはスティックマウント用マップ３５ｂを用いて、前記作業アタッチメント重量計算部２６で計算された作業アタッチメント８の重量Ｗに対応する保持圧のマップ値Ｐｍを求める。そして、該保持圧マップ値Ｐｍを、グループ分け部２８に出力する。
そして、保持圧マップ部２７は、選択されたブームマウント用マップ３５ａあるいはスティックマウント用マップ３５ｂを用いて、前記作業アタッチメント重量計算部２６で計算された作業アタッチメント８の重量Ｗに対応する保持圧のマップ値Ｐｍを求める。そして、該保持圧マップ値Ｐｍを、グループ分け部２８に出力する。
【0019】
ここで、前記マップ３５（ブームマウント用マップ３５ａ、スティックマウント用マップ３５ｂ）は、作業アタッチメント８の重量Ｗとブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐとの関係を線形関係で表したものであるが、該マップ３５の作成方法について、以下、交換可能な作業アタッチメント８がスティック６の先端部に取付けられた場合のスティックマウント用マップ３５ｂを例にとって説明する。
前記図１には、スティック６の先端部にアタッチメント支軸８ａを介して作業アタッチメント８（バケット）を取付けるとともに、作業アーム７（ブーム５およびスティック６）の姿勢を、アタッチメント支軸８ａの軸心高さがブーム支軸５ａの軸心高さと同高さとなり（同水平線Ｈ上に位置し）、かつ、アタッチメント支軸８ａの軸心がブーム支軸５ａの軸心から最遠位置となる最大リーチ姿勢にしたときの油圧ショベル１を示しているが、該最大リーチ姿勢は、フロント作業機４の重量によるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭが最大となる姿勢であって、該最大リーチ姿勢におけるフロント作業機４の重量によるモーメントＭは、以下の式（１）で求められる。
Ｍ＝（Ｗ×Ｌ×ｇ）＋Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ） ・・・（１）
上記式（１）および下記の式（３）、（４）において、Ｗは作業アタッチメント８の重量、Ｌは最大リーチ姿勢におけるブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８の重心位置までの水平距離、Ｗｉ（ｉ＝１、２、３、・・・ｘ）はフロント作業機４を構成する作業アタッチメント８以外の各部材Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｘ（図１に示すフロント作業機４では、ブーム５、スティックシリンダ１０、スティック６、バケットシリンダ１１、第一リンク１２、第二リンク１３等）の重量、Ｌｉ（ｉ＝１、２、３、・・・ｘ）は前記最大リーチ姿勢におけるブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８以外の各部材Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｘの重心位置までの水平距離、ｇは重力加速度である。尚、図１に、ブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８、ブーム５、スティックシリンダ１０、スティック６、バケットシリンダ１１、第一リンク１２、第二リンク１３の軸心位置までの水平距離Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を示す。
一方、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐによるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭは、以下の式（２）で求められる。
Ｍ＝Ｐ×Ｓ×Ｒ ・・・（２）
上記式（２）および下記の式（３）、（４）において、Ｐはブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧、Ｓはブームシリンダ１４のピストンのヘッド側受圧面積、Ｒはモーメントアームであって、該モーメントアームＲは、ブーム支軸５ａの軸心からブームシリンダ１４の作用線（ブームシリンダ１４のヘッド側支軸１４ｃとロッド側支軸１４ｄとを結ぶ直線）に至る垂線の長さである。
そして、前記フロント作業機４の重量によるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭと、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐによるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭとの釣り合い式から、フロント作業機４の最大リーチ姿勢におけるブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐは、以下の式（３）で表される。
Ｐ＝｛（Ｗ×Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＋｛Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝ ・・・（３）
そして、前記式（３）における「Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）」は、作業アタッチメント８以外の要素であって装着される作業アタッチメント８に関係なく一定の値（｛Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＝ｂ：定数）であり、さらに、作業アタッチメント８を交換してもブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８の重心位置までの水平距離Ｌを一定とみなした場合には、前記式（３）における「（Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）」も一定の値（｛（Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＝ａ：定数）となるから、式（３）は以下の式（４）のように表すことができる。
Ｐ＝（ａ×Ｗ）＋ｂ ・・・（４）
そして、前記式（４）の「ａ」および「ｂ」を、フロント作業機４を構成する各部材およびブームシリンダ１４の既知のデータあるいは測定データに基づいて演算して求めることで、作業アタッチメント８の重量Ｗとブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐとの関係を線形関係で表したスティックマウント用マップ３５ｂ（図４（Ａ）参照）が作成される。
また、作業アタッチメント８がブーム５の先端部に取付けられている場合には、前記式（４）の「ａ」、「ｂ」の値は異なるが、同様にして作業アタッチメント８の重量Ｗとブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐとの関係を線形関係で表したブーム用マップ３５ａ（図４（Ｂ）参照）が作成される。この場合、アタッチメント支軸８ａはブーム５の先端部に設けられるとともに、最大リーチ姿勢は、アタッチメント支軸８ａの軸心高さがブーム支軸５ａの軸心高さと同高さとなり（同水平線上に位置し）、かつ、アタッチメント支軸８ａの軸心がブーム支軸５ａの軸心から最遠位置となる姿勢である。
前記図１には、スティック６の先端部にアタッチメント支軸８ａを介して作業アタッチメント８（バケット）を取付けるとともに、作業アーム７（ブーム５およびスティック６）の姿勢を、アタッチメント支軸８ａの軸心高さがブーム支軸５ａの軸心高さと同高さとなり（同水平線Ｈ上に位置し）、かつ、アタッチメント支軸８ａの軸心がブーム支軸５ａの軸心から最遠位置となる最大リーチ姿勢にしたときの油圧ショベル１を示しているが、該最大リーチ姿勢は、フロント作業機４の重量によるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭが最大となる姿勢であって、該最大リーチ姿勢におけるフロント作業機４の重量によるモーメントＭは、以下の式（１）で求められる。
Ｍ＝（Ｗ×Ｌ×ｇ）＋Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ） ・・・（１）
上記式（１）および下記の式（３）、（４）において、Ｗは作業アタッチメント８の重量、Ｌは最大リーチ姿勢におけるブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８の重心位置までの水平距離、Ｗｉ（ｉ＝１、２、３、・・・ｘ）はフロント作業機４を構成する作業アタッチメント８以外の各部材Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｘ（図１に示すフロント作業機４では、ブーム５、スティックシリンダ１０、スティック６、バケットシリンダ１１、第一リンク１２、第二リンク１３等）の重量、Ｌｉ（ｉ＝１、２、３、・・・ｘ）は前記最大リーチ姿勢におけるブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８以外の各部材Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｘの重心位置までの水平距離、ｇは重力加速度である。尚、図１に、ブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８、ブーム５、スティックシリンダ１０、スティック６、バケットシリンダ１１、第一リンク１２、第二リンク１３の軸心位置までの水平距離Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を示す。
一方、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐによるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭは、以下の式（２）で求められる。
Ｍ＝Ｐ×Ｓ×Ｒ ・・・（２）
上記式（２）および下記の式（３）、（４）において、Ｐはブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧、Ｓはブームシリンダ１４のピストンのヘッド側受圧面積、Ｒはモーメントアームであって、該モーメントアームＲは、ブーム支軸５ａの軸心からブームシリンダ１４の作用線（ブームシリンダ１４のヘッド側支軸１４ｃとロッド側支軸１４ｄとを結ぶ直線）に至る垂線の長さである。
そして、前記フロント作業機４の重量によるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭと、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐによるブーム支軸５ａ回りのモーメントＭとの釣り合い式から、フロント作業機４の最大リーチ姿勢におけるブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐは、以下の式（３）で表される。
Ｐ＝｛（Ｗ×Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＋｛Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝ ・・・（３）
そして、前記式（３）における「Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）」は、作業アタッチメント８以外の要素であって装着される作業アタッチメント８に関係なく一定の値（｛Σ（Ｗｉ×Ｌｉ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＝ｂ：定数）であり、さらに、作業アタッチメント８を交換してもブーム支軸５ａの軸心位置から作業アタッチメント８の重心位置までの水平距離Ｌを一定とみなした場合には、前記式（３）における「（Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）」も一定の値（｛（Ｌ×ｇ）／（Ｓ×Ｒ）｝＝ａ：定数）となるから、式（３）は以下の式（４）のように表すことができる。
Ｐ＝（ａ×Ｗ）＋ｂ ・・・（４）
そして、前記式（４）の「ａ」および「ｂ」を、フロント作業機４を構成する各部材およびブームシリンダ１４の既知のデータあるいは測定データに基づいて演算して求めることで、作業アタッチメント８の重量Ｗとブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐとの関係を線形関係で表したスティックマウント用マップ３５ｂ（図４（Ａ）参照）が作成される。
また、作業アタッチメント８がブーム５の先端部に取付けられている場合には、前記式（４）の「ａ」、「ｂ」の値は異なるが、同様にして作業アタッチメント８の重量Ｗとブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧Ｐとの関係を線形関係で表したブーム用マップ３５ａ（図４（Ｂ）参照）が作成される。この場合、アタッチメント支軸８ａはブーム５の先端部に設けられるとともに、最大リーチ姿勢は、アタッチメント支軸８ａの軸心高さがブーム支軸５ａの軸心高さと同高さとなり（同水平線上に位置し）、かつ、アタッチメント支軸８ａの軸心がブーム支軸５ａの軸心から最遠位置となる姿勢である。
【0020】
そして、前述したように、前記マップ３５（ブームマウント用マップ３５ａまたはスティックマウント用マップ３５ｂ）を用いて、保持圧マップ部２７において装着された作業アタッチメント８の重量Ｗに対応する保持圧のマップ値Ｐｍが求められるとともに、該保持圧マップ値Ｐｍは、グループ分け部２８に出力されるが、該グループ分け部２８では、保持圧のマップ値Ｐｍを該保持圧マップ値Ｐｍの大きさに応じて複数のグループ（本実施の形態では、第一、第二、第三グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３の三つのグループ）にグループ分けする。この場合に、閾値設定部２８ａにおいてグループ数と同数の保持圧閾値Ｐｔ（本実施の形態では、第一、第二、第三保持圧閾値Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３（Ｐｔ１≦Ｐｔ２≦Ｐｔ３）を設定し、該保持圧閾値を用いてグループ分けする。本実施の形態では、保持圧マップ値Ｐｍが第一保持圧閾値Ｐｔ１以下（Ｐｍ≦Ｐｔ１）の場合には第一グループＧ１とし、第一保持圧閾値Ｐｔ１を超えて第二保持圧閾値Ｐｔ２以下（Ｐｔ１＜Ｐｍ≦Ｐｔ２）の場合には第二グループＧ２とし、第二保持圧閾値Ｐｔ２を超えて第三保持圧閾値Ｐｔ３以下（Ｐｔ２＜Ｐｍ≦Ｐｔ３）の場合には第三グループＧ３とする。これら保持圧閾値の値は、油圧ショベル１の大きさや仕様等に応じて、例えば前記モニタ装置２２等の外部入力手段を用いて適宜変更することができる。そして、グループ分け部２８は、グループ分けの結果、つまり、保持圧マップ値Ｐｍが第一、第二、第三の何れのグループに属するかを保持圧推定値設定部２９に出力する。
【0021】
ここで、図５に、交換可能な種々の種類、大きさの作業ツールＴ１～Ｔ２５（バケット、ブレーカ（ハンマー）、コンパクタ、チルトバケット、クラムシェルバケット、サムバケット、グラップル、破砕機等）を、カプラー無しあるいは作業ツールＴ１～Ｔ２５と組み合わせ可能なカプラーＣ１～Ｃ９を介して、スティック６あるいはブーム５の先端部に取付けた各場合において、マップ３５（ブームマウント用マップ３５ａまたはスティックマウント用マップ３５ｂ）を用いて作業アタッチメント８（作業ツールＴおよびカプラーＣ）の重量Ｗに対応する保持圧マップ値Ｐｍを求め、保持圧マップ値Ｐｍをグループ分け（第一、第二、第三グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３）した結果例を示す。
【0022】
一方、前記保持圧推定値設定部２９は、グループ分け部２８から保持圧マップ値Ｐｍが属するグループが入力されると、各グループ毎に予め設定された保持圧代表値を装着された作業アタッチメント８に対応する保持圧推定値Ｐとして設定し、該保持圧推定値Ｐを開口面積計算部３２に出力する。本実施の形態では、各グループの保持圧代表値は、該グループの最大保持圧マップ値Ｐｍ、つまり、第一グループＧ１は第一保持圧閾値Ｐｔ１、第二グループＧ２は第二保持圧閾値Ｐｔ２、第三グループＧ３は第三保持圧閾値Ｐｔ３にそれぞれ設定されており、これら第一、第二、第三保持圧閾値Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３が、それぞれ第一、第二、第三グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３に属する作業アタッチメント８の保持圧推定値Ｐとなる。
【0023】
一方、前述したように、コントローラ２１の入力側には、ブーム用操作具２３ａの操作を検出するブーム操作検出手段２３が接続されているが、該ブーム操作検出手段２３から出力された操作信号は、コントローラ２１の目標排出流量設定部３０に入力される。該目標排出流量設定部３０は、ブーム操作検出手段２３からブーム下降側の操作信号が入力された場合に、ブーム用操作具２３ａの操作量に応じたブーム下降速度にするべく、ブーム用操作具２３ａの操作量に応じてブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａからの目標排出流量Ｑｔを設定する。そして、該目標排出流量Ｑｔを開口面積計算部３２に出力する。
【0024】
前記開口面積計算部３２は、前記保持圧推定値設定部２９から入力される保持圧推定値Ｐと、目標排出流量設定部３０から入力される目標排出流量Ｑｔとに基づき、下記に示すオリフィスの式（５）から導いた式（６）を用いて、コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を計算する。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√（ΔＰ／ρ） ・・・（５）
Ａ＝（√ρ／Ｃ）×（Ｑｔ／√Ｐ） ・・・（６）
上記式（５）において、Ｑはオリフィスの通過流量、Ａはオリフィスの開口面積、ΔＰはオリフィスの前後差圧、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。
また、上記（６）において、Ａはコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積、Ｑｔは目標排出流量設定部３０で設定された目標排出流量、Ｐは保持圧推定値設定部２９で設定された保持圧推定値、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。尚、式（６）では、縮小側排出用開口１８ｆの下流側の圧力（タンク圧）を「０（ゼロ）」とみなしている。また、式（６）における「√ρ／Ｃ」の値は定数とみなすとともに、該「√ρ／Ｃ」の値は、例えば前記モニタ装置２２等の外部入力手段を用いて定数設定部３２ａで設定されて開口面積計算部３２に入力される。
そして、前記式（６）を用いて計算されたコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積は、バルブ制御部３３に出力される。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√（ΔＰ／ρ） ・・・（５）
Ａ＝（√ρ／Ｃ）×（Ｑｔ／√Ｐ） ・・・（６）
上記式（５）において、Ｑはオリフィスの通過流量、Ａはオリフィスの開口面積、ΔＰはオリフィスの前後差圧、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。
また、上記（６）において、Ａはコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積、Ｑｔは目標排出流量設定部３０で設定された目標排出流量、Ｐは保持圧推定値設定部２９で設定された保持圧推定値、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。尚、式（６）では、縮小側排出用開口１８ｆの下流側の圧力（タンク圧）を「０（ゼロ）」とみなしている。また、式（６）における「√ρ／Ｃ」の値は定数とみなすとともに、該「√ρ／Ｃ」の値は、例えば前記モニタ装置２２等の外部入力手段を用いて定数設定部３２ａで設定されて開口面積計算部３２に入力される。
そして、前記式（６）を用いて計算されたコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積は、バルブ制御部３３に出力される。
【0025】
前記バルブ制御部３３は、前記開口面積計算部３２から入力される縮小側排出用開口１８ｆの開口面積に基づいて、該開口面積となるコントロールバルブ１８のスプール移動ストロークを求める。さらに、該ストロークまでスプールを移動させるための縮小側パイロットポート１８ｂへの入力パイロット圧を求め、さらに該パイロット圧を出力するための縮小側電磁比例弁２０への電流指令値を求めて、該電流指令値を制御信号として縮小側電磁比例弁２０に出力する。これにより、コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆは、前記開口面積計算部３２で計算された開口面積となるように制御される。そして、このようにコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御することで、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａからの排出流量を、ブーム用操作具２３ａの操作に応じて設定された目標排出流量Ｑｔとなるように制御できることになる。
【0026】
叙述の如く構成された実施の形態において、油圧ショベル１は、上部旋回体（機体本体）に上下揺動自在に軸支されるブーム５を少なくとも含む作業アーム７と、該作業アーム７の先端部に装着される交換可能な作業アタッチメント８と、ヘッド側油室１４ａへの油供給で伸長しヘッド側油室１４ｂからの油排出で縮小してブーム５を上下揺動せしめるブームシリンダ１４と、ブームシリンダ１４のヘッド側油室１４ａからの排出流量を制御する縮小側排出用開口（メータアウト開口）１８ｆを有したコントロールバルブ（制御弁）１８と、該コントロールバルブ１８の作動を制御するコントローラ（制御手段）２１と、ブーム５を上下動するべく操作されるブーム用操作具２３ａとを備えているが、さらに油圧ショベル１には、装着された作業アタッチメント８の重量に関する情報をコントローラ２１に入力するモニタ装置（情報入力手段）２２が設けられている。そして、前記コントローラ２１は、交換可能な作業アタッチメント８の重量とブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧との関係を示したマップ３５を備えており、該マップ３５に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値を求めるとともに、ブーム５の下降時におけるブームシリンダヘッド側油室１４ａからの排出流量をブーム用操作具２３ａの操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記保持圧推定値に基づいてコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御することになる。
【0027】
このように本発明の実施の形態にあっては、ブーム５下降時におけるコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を、作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値に基づいて制御することで、作業アタッチメント８の交換に伴い作業アタッチメント８の重量が変更しても、ブームシリンダ１４からの排出流量をブーム用操作具２３ａの操作量に応じて設定される目標排出流量となるように、つまりブーム５の下降をブーム用操作具２３ａの操作量に応じた下降速度で行えるように制御できることになるが、この場合に、前記保持圧推定値は、コントローラ２１に設けられたマップ３５に基づき装着された作業アタッチメント８の重量に対応して求められる固定値であるから、圧力センサから随時入力されるブーシリンダヘッド側油室１４ａの圧力検出値を保持圧として排出流量制御を行う場合のように、縮小側排出用開口１８ｆの開口面積が圧力検出値に応じて不規則に変化して制御が不安定になってしまうような不具合がなく、安定した排出流量制御を行えることになる。この結果、作業アタッチメント８を交換しても、ブーム用操作具２３ａの操作量に応じた下降速度でのブーム５下降を安定した状態で行えることになって、操作性の向上に大きく貢献できる。
【0028】
さらにこのものにおいて、コントローラ２１は、マップ３５に基づいて装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、ブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧のマップ値を該保持圧マップ値の大きさに応じて複数のグループ（本実施の形態では第一、第二、第三グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３の三つのグループ）にグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値（本実施の形態では第一、第二、第三保持圧閾値Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３）を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧マップ値が属するグループの保持圧代表値を、装着された作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧推定値としているが、このように保持圧マップ値をグループ分けし、各グループの保持圧代表値を排出流量制御に用いる保持圧推定値とすることで、より安定したブーム下降制御を行えるとともに、チューニングにも優れる。
【0029】
さらに、前記マップ３５は、ブーム５を機体本体に揺動自在に軸支する支軸（ブーム支軸５ａ）回りのモーメントに基づいて作業アタッチメント８の重量とブームシリンダヘッド側油室１４ａの保持圧との関係を線形関係で表したものであり、このように線形関係で表したマップ３５を用いることで、様々な作業アタッチメント８の重量に対応する保持圧マップ値を容易に求めることができる。
【0030】
また、このものにおいて、作業アタッチメント８の重量には、該作業アタッチメント８を作業アーム７の先端部に取付けるために用いられるカプラーの重量を含む構成になっている。これにより、カプラーを用いる場合であっても、該カプラーの重量も加味して保持圧推定値が求められることになって、適切な保持圧推定値を得ることができる。
【0031】
また、本実施の形態において、作業アーム７は、ブーム５と該ブーム５の先端部に揺動自在に軸支されるスティック６とから構成される一方、作業アタッチメント８は、ブーム５の先端部に取付けられるものとスティック６の先端部に取付けられるものとがあり、そして、交換可能な作業アタッチメント８の重量と保持圧との関係を示したマップ３５は、作業用アタッチメント８がブーム５の先端部に取付けられた場合のマップ（ブームマウント用マップ３５ａ）と、スティック６の先端部に取付けられた場合のマップ（スティックマウント用マップ３５ｂ）とが個別に設けられている。このように、作業アタッチメント７が取付けられる作業アーム構成部材（ブーム５、スティック６）に応じて個別にマップ３５を設けることで、作業アタッチメント８が取付けられる作業アーム構成部材がブーム５であってもスティック６であっても、それぞれ適切な保持圧推定値を得ることができる。
【0032】
尚、本実施の形態は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、マップに基づいて装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値を求めるにあたり、作業アタッチメントを該作業アタッチメントの重量の大きさに応じて複数のグループにグループ分けし、各グループ毎に保持圧の代表値を予め設定するとともに、装着された作業アタッチメントが属するグループの保持圧代表値をマップを用いて求め、該保持圧代表値を装着された作業アタッチメントの重量に対応する保持圧推定値とする構成にすることもできる。このようにグループ分けして保持圧代表値を保持圧推定値とすることで、上記実施の形態の場合と同様に、より安定したブーム下降制御を行えるとともに、チューニングにも優れる。
また、上記実施の形態において、コントローラ２１の開口面積計算部３２で縮小側排出用開口（メータアウト開口）１８ｆの開口面積を計算する場合、前述したように式（６）を用いて計算しているが、この計算に、コントロールバルブ１８や油圧配管の圧力損失を考慮した補正値を追加することで、より正確な開口面積制御を行うことができる。
さらにまた、上記実施の形態では、作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を示すマップは、作業アームが最大リーチ姿勢のときを想定して作成されている。これは、最大リーチ姿勢のときに保持圧が最も高くなると仮定するとともに、保持圧が最も高くなったときを想定して制御を行うことで、ブーム下降速度が予想速度よりも速くなってしまうことを確実に回避できるようにしたものであるが、作業機械の行う作業内容によっては保持圧がより高くなる場合もあると考えられ、このような場合に備えてマップに補正値を追加することもできる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、ブームを含む作業アームの先端部に交換可能な作業アタッチメトンが装着された各種作業機械のブーム下降制御システムに実施できる。
また、上記実施の形態において、コントローラ２１の開口面積計算部３２で縮小側排出用開口（メータアウト開口）１８ｆの開口面積を計算する場合、前述したように式（６）を用いて計算しているが、この計算に、コントロールバルブ１８や油圧配管の圧力損失を考慮した補正値を追加することで、より正確な開口面積制御を行うことができる。
さらにまた、上記実施の形態では、作業アタッチメントの重量とブームシリンダヘッド側油室の保持圧との関係を示すマップは、作業アームが最大リーチ姿勢のときを想定して作成されている。これは、最大リーチ姿勢のときに保持圧が最も高くなると仮定するとともに、保持圧が最も高くなったときを想定して制御を行うことで、ブーム下降速度が予想速度よりも速くなってしまうことを確実に回避できるようにしたものであるが、作業機械の行う作業内容によっては保持圧がより高くなる場合もあると考えられ、このような場合に備えてマップに補正値を追加することもできる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、ブームを含む作業アームの先端部に交換可能な作業アタッチメトンが装着された各種作業機械のブーム下降制御システムに実施できる。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械において、作業アタッチメントを交換した場合のブーム下降制御システムに利用することができる。
【符号の説明】
【0034】
５ ブーム
５ａ ブーム支軸
６ スティック
７ 作業アーム
８ 作業アタッチメント
１４ ブームシリンダ
１４ａ ヘッド側油室
１８ コントロールバルブ
１８ｆ 縮小側排出用開口
２１ コントローラ
２２ モニタ装置
２３ａ ブーム用操作具
２７ 保持圧マップ部
２８ グループ分け部
３０ 目標排出流量設定部
３２ 開口面積計算部
３５ マップ
３５ａ ブームマウント用マップ
３５ｂ スティックマウント用マップ
５ａ ブーム支軸
６ スティック
７ 作業アーム
８ 作業アタッチメント
１４ ブームシリンダ
１４ａ ヘッド側油室
１８ コントロールバルブ
１８ｆ 縮小側排出用開口
２１ コントローラ
２２ モニタ装置
２３ａ ブーム用操作具
２７ 保持圧マップ部
２８ グループ分け部
３０ 目標排出流量設定部
３２ 開口面積計算部
３５ マップ
３５ａ ブームマウント用マップ
３５ｂ スティックマウント用マップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】