JP7096105B2 - 掘削作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブーム、アーム及びバケットを有する掘削装置を備えた掘削作業機械に設けられ、当該掘削装置を油圧によって駆動するための装置に関する。

油圧ショベル等の掘削作業機械は、一般に、起伏可能なブームと、その先端に回動可能に連結されるアームと、このアームの先端に装着されるバケットと、を含む掘削装置を有する。このような掘削装置を油圧で駆動するための装置は、一般に、油圧ポンプと、当該油圧ポンプに接続される複数の油圧シリンダと、コントロールバルブと、を備える。前記複数の油圧シリンダは、ブーム駆動用のブームシリンダ、アーム駆動用のアームシリンダ及びバケット駆動用のバケットシリンダを含む。前記コントロールバルブは、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダにそれぞれ接続される。前記コントロールバルブは、例えばパイロット操作式の切換弁により構成され、入力されるパイロット圧に応じて当該コントロールバルブに対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給の方向及び流量を変化させるように開弁作動する。

さらに近年は、オペレータの負担を軽減すべく、オペレータが簡単な操作を行うだけで前記バケットが予め設定された目標軌跡に沿って動くように前記ブーム及び前記アームの作業装置の駆動を制御する自動制御機能を備えた油圧駆動装置の開発が進められている。

例えば特許文献１は、ブーム、アーム（特許文献１では「スティック」）及びバケットを備えた油圧ショベルに設けられる油圧駆動装置であって、アーム操作レバー（特許文献１ではスティック操作レバー）の操作に応じて前記バケットの刃先が目標の軌跡に沿って動くように各油圧シリンダの目標位置及び目標速度を演算して当該速度を制御するものが開示されている。

さらに、当該特許文献１では、ブームシリンダの負荷圧にシリンダ内の実質的な受圧面積を乗ずることにより転圧力を演算し、この転圧力を予め設定された目標転圧力に近づけるように前記バケットの高さ位置を自動調整すること（具体的にはバケットの位置を上げることにより掘削面の転圧力を下げ、またはバケット位置を下げることにより転圧力を上げること）が記載されている。

特開平９－２２８４０４号公報

前記特許文献１に記載される装置によれば、前記ブーム等に作用する負荷の方向や大きさによっては当該ブーム等の速度を高精度で制御することが困難な場合がある。具体的に、前記ブームには、当該ブームを含む作業装置全体の自重による下向きの荷重と、バケットが施工面から受ける反力による上向きの荷重と、の双方が作用し、これらの荷重のバランスによってブームシリンダの駆動状態が大きく変動する可能性がある。このような課題の解決は、バケットの刃先を目標軌跡に沿って正確に移動させることや、当該バケットから地面に与える押付け力（前記特許文献１にいう転圧力）を正確に制御することに直結するものであり、きわめて重要である。

本発明は、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置を備えた作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記ブームに作用する荷重にかかわらず、前記バケットによる施工面を目標施工面に近づけるように前記アームの動きに応じてブームの動きを高精度で制御することが可能な油圧駆動装置を提供することを目的とする。

前記制御の精度を高めるため、本発明者らは、前記ブームを動かすためのアクチュエータであるブームシリンダの作動速度について演算される目標ブームシリンダ速度の方向と、実際にブームシリンダに生じているシリンダ推力と、の関係に着目した。具体的に、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と一致している場合、つまり、前記ブームに作用する荷重に抗して前記シリンダ推力によって当該シリンダ推力の向きにブームシリンダを作動させる必要がある場合、には、通常の制御と同様、油圧ポンプからブームシリンダに押し込まれる作動油の流量を制御すればよいが、逆に前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向である場合、つまり、前記ブームに作用する荷重の向きと同じ向きであって前記シリンダ推力の方向とは逆の向きにブームシリンダを作動させる必要がある場合、には、ブームシリンダから排出される作動油の圧力が保持圧となるので、その排出される作動油の流量を制御することが、ブームシリンダ速度の正確な制御を可能にする。

本発明はこのような観点からなされたものである。提供されるのは、機体及びこれに取付けられる作業装置を備えた作業機械であって前記作業装置が当該機体に起伏可能に支持されるブームと当該ブームの先端部に回動可能に連結されるアームと当該アームの先端部に取付けられて施工面に押付けられるバケットとを含む作業機械に設けられ、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットを油圧により駆動するための油圧駆動装置であって、駆動源により駆動されることにより作動油を吐出する少なくとも一つの油圧ポンプを含む作動油供給装置と、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記ブームを起伏させる少なくとも一つのブームシリンダと、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記アームを回動させるアームシリンダと、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、前記作動油供給装置と前記少なくとも１つのブームシリンダとの間に介在し、当該作動油供給装置から前記少なくとも一つのブームシリンダに供給される作動油の流量であるブームシリンダ供給流量及び当該ブームシリンダから排出される作動油の流量であるブームシリンダ排出流量を変化させるように開閉動作することが可能なブーム流量制御弁と、前記バケットによる施工対象の目標形状を特定する目標施工面を設定する目標施工面設定部と、前記作業装置の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する作業姿勢検出部と、前記少なくとも一つのブームシリンダのヘッド側室及びロッド側室のそれぞれの圧力であるヘッド圧及びロッド圧を検出するブームシリンダ圧検出器と、前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダのそれぞれの作動速度であるシリンダ速度を演算するシリンダ速度算定部と、前記シリンダ速度算定部により算定されるそれぞれのシリンダ速度に基づいて、前記アームシリンダの伸縮による前記アームの動きに伴って前記バケットにより施工される面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダの作動速度の目標値である目標ブームシリンダ速度を算定する目標ブームシリンダ速度算定部と、前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させるブーム流量操作部と、を備える。前記ブーム流量操作部は、前記目標シリンダ速度算定部により算定される前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記ブームシリンダ圧検出器により検出される前記ヘッド圧及び前記ロッド圧により特定される前記ブームシリンダの推力であるシリンダ推力の方向と一致するときには、前記ブームシリンダ供給流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標供給流量になるように前記ブーム流量制御弁を作動させ、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ排出流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標排出流量になるように前記ブーム流量制御弁を作動させる。

このように、前記ブーム流量操作部は、前記目標ブームシリンダ速度の方向と前記シリンダ推力の方向との一致／不一致に基づいて、ブームシリンダ供給流量及びブームシリンダ排出流量のうち調節すべき流量を選択することにより、ブーム及びこれを動かすブームシリンダに作用している荷重の変動にかかわらず、精度の高いブームシリンダ速度の制御の実現を可能にする。このことは、前記バケットによる施工面を精度よく前記目標施工面に近づけることを可能にする。

例えば、前記ブーム流量制御弁が、ブーム上げパイロットポート及びブーム下げパイロットポートを有するパイロット操作式の方向切換弁であって、前記ブーム上げパイロットポートにブーム上げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを起立させる方向に作動するように前記ブーム上げパイロット圧の大きさに対応した開度で開く一方、前記ブーム下げパイロットポートにブーム下げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを倒伏させる方向に作動するように前記ブーム下げパイロット圧の大きさに対応した開度で開くものである場合、前記ブーム流量操作部は、パイロット油圧源と前記ブーム上げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム上げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム上げパイロットポートに入力される前記ブーム上げパイロット圧を前記ブーム上げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム上げ流量操作弁と、前記パイロット油圧源と前記ブーム下げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム下げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム下げパイロットポートに入力される前記ブーム下げパイロット圧を前記ブーム下げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム下げ流量操作弁と、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と一致するときには前記ブームシリンダ供給流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標供給流量になるように前記ブーム上げ流量操作弁及び前記ブーム下げ流量操作弁のうち前記ブーム流量制御弁の供給側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標供給流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力し、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ排出流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標排出流量になるように前記ブーム上げ流量操作弁及び前記ブーム下げ流量操作弁のうち前記ブーム流量制御弁の排出側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標排出流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力するブーム流量指令部と、を有するものが、好適である。

前記油圧駆動装置は、前記バケットを施工面に対して押付けるための押付け力の目標値である目標押付け力を設定する目標押付け力設定部と、前記シリンダ推力に基づいて前記押付け力を算定する押付け力算定部と、前記目標押付け力と算定された前記押付け力との偏差に基づいて当該偏差を０に近づける方向に前記目標ブームシリンダ速度を補正する目標速度補正部と、をさらに備え、前記ブーム流量操作部は、前記目標速度補正部により補正された後の前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させることが、好ましい。

前記目標速度補正部による前記押付け力に基づく目標ブームシリンダ速度の補正、すなわち、前記目標押付け力を基準とした前記押付け力の偏差を０に近づけるような補正は、前記バケットによる施工面を前記目標施工面に近づけるのに加え、当該バケットを当該施工面に押付けるための前記押付け力を前記目標押付け力に近づけるようなブームシリンダの駆動の制御を可能にする。そして、前記のような目標ブームシリンダ速度の方向と前記シリンダ推力の方向との一致／不一致に基づく調節対象流量（ブームシリンダ供給流量またはブームシリンダ排出流量）の選択は、前記押付け力の大小によって前記ブームに作用する荷重が変動するにもかかわらず前記ブームシリンダの作動速度の制御の精度を高めることにより、結果的に前記押付け力の制御の精度も高めることを可能にする。

前記作動油供給装置に含まれる前記少なくとも一つの油圧ポンプのうち前記少なくとも一つのブームシリンダに接続される油圧ポンプであるブーム駆動油圧ポンプは可変容量型油圧ポンプにより構成されることが好ましい。このことは、前記ブームシリンダの作動状態にかかわらず当該ブームシリンダへの供給流量を含む必要供給流量に対応した適正な流量で前記ブーム駆動油圧ポンプが作動油を吐出することを可能にする。具体的に、前記油圧駆動装置は、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の圧力であるポンプ圧を検出するポンプ圧検出器と、前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させるポンプ容量制御部と、前記ブーム駆動油圧ポンプの回転数であるポンプ回転数を検出するポンプ回転数検出器と、をさらに備え、前記ポンプ容量制御部は、前記目標ブームシリンダ速度の方向と前記シリンダ推力の方向とが一致しているときには、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の流量が前記目標供給流量と前記ブームシリンダ以外の対象に供給すべき作動油の流量であるブームシリンダ外流量との和に相当する流量となるように、前記ポンプ回転数検出器により検出される前記ポンプ回転数に基づいて前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させ、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ圧検出器により検出される前記ヘッド圧または前記ロッド圧と前記ポンプ圧検出器により検出される前記ポンプ圧と前記ブーム流量制御弁が形成する開口のうち前記ブーム駆動油圧ポンプから前記ブームシリンダへの作動油の供給を許容する開口である供給側開口の開度である供給側絞り開度とに基づいて、前記供給側開口を通過して前記少なくとも一つのブームシリンダに吸収される作動油の流量であるブームシリンダ吸収流量を演算し、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の流量が前記ブームシリンダ吸収流量と前記ブームシリンダ外流量との和に相当する流量となるように、前記ポンプ回転数に基づいて前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させるものが、好ましい。

この構成によれば、通常のように前記少なくとも一つのブームシリンダに供給される作動油の流量が制御される場合だけでなく、当該ブームシリンダから排出される作動油の流量が制御される場合（つまり目標ブームシリンダ速度の方向がシリンダ推力の方向と逆である場合）にも、前記ブーム駆動用ポンプについて適正なポンプ容量の制御を行うことができる。すなわち、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と逆であることから前記ブームシリンダから排出される作動油の流量が制御されるときでも、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の一部は前記ブームシリンダの作動に伴い前記ブーム流量制御弁の供給側開口を通じて前記ブームシリンダに吸収されるため、この吸収される作動油の流量を見越して前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を増加させることが、当該ブーム駆動油圧ポンプから前記ブームシリンダ以外の対象に供給される作動油の流量を十分に確保することができる。より具体的には、前記供給側開口等の開度に基づいて当該供給側開口を通過する作動油の流量である前記ブームシリンダ吸収流量を算定し、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の流量が前記ブームシリンダ吸収流量と前記ブームシリンダ外流量との和に相当する流量となるように当該ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を操作することにより、前記ブームシリンダによる前記作動油の吸収にかかわらず、前記他の油圧アクチュエータに供給すべき作動油の流量を確保することができる。

以上のように、本発明によれば、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置を備えた作業機械に設けられて当該作業装置を油圧により動かす油圧駆動装置であって、前記ブームに作用する荷重にかかわらず、前記バケットによる施工面を目標施工面に近づけるように前記アームの動きに応じてブームの動きを高精度で制御することが可能な油圧駆動装置が、提供される。

本発明の実施の形態に係る油圧式作業機械である油圧ショベルを示す側面図である。 前記油圧ショベルに搭載される油圧駆動装置の構成要素を含む油圧回路及びコントローラを示す図である。 前記油圧駆動装置に含まれるコントローラの主要な機能を示すブロック図である。 前記コントローラが実行する演算制御動作を示すフローチャートである。 前記油圧駆動装置に含まれる一対のブームシリンダについて算定された目標ブームシリンダ速度の方向及び当該ブームシリンダのシリンダ推力の方向がともに伸長方向である場合に操作されるべき開口及び設定されるポンプ容量を示す図である。 前記目標ブームシリンダ速度の方向が伸長方向であるのに対して当該ブームシリンダのシリンダ推力の方向が収縮方向である場合に操作されるべき開口及び設定されるポンプ容量を示す図である。 前記目標ブームシリンダ速度の方向が収縮方向であるのに対して当該ブームシリンダのシリンダ推力の方向が伸長方向である場合に操作されるべき開口及び設定されるポンプ容量を示す図である。 前記目標ブームシリンダ速度の方向及び前記シリンダ推力の方向がともに収縮方向である場合に操作されるべき開口及び設定されるポンプ容量を示す図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、前記実施の形態に係る油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、地面Ｇの上を走行可能な下部走行体１０と、前記下部走行体１０に搭載される上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載される作業装置１４と、当該作業装置１４を油圧により駆動する油圧駆動装置と、を備える。

前記下部走行体１０及び前記上部旋回体１２は、前記作業装置１４を支持する機体を構成する。前記上部旋回体１２は、旋回フレーム１６と、その上に搭載される複数の要素と、を有する。当該複数の要素は、エンジンを収容するエンジンルーム１７や運転室であるキャブ１８を含む。

前記作業装置１４は、掘削作業その他の必要な作業のための動作を行うことが可能であり、ブーム２１、アーム２２及びバケット２４を含む。前記ブーム２１は、前記旋回フレーム１６の前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム２２は、前記ブーム２１の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット２４は、前記アーム２２の先端部に回動可能に取付けられる。

前記油圧駆動装置は、前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれについて設けられる複数の伸縮可能な油圧シリンダ、具体的には、少なくとも一つのブームシリンダ２６、アームシリンダ２７及びバケットシリンダ２８を含む。

前記少なくとも一つのブームシリンダ２６は、前記上部旋回体１２と前記ブーム２１との間に介在し、当該ブーム２１に起伏動作を行わせるように伸縮する。当該ブームシリンダ２６は、図２に示されるヘッド側室２６ｈ及びロッド側室２６ｒを有し、当該ヘッド側室２６ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記ブーム２１をブーム上げ方向に動かすとともに前記ロッド側室２６ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２６ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記ブーム２１をブーム下げ方向に動かすとともに前記ヘッド側室２６ｈ内の作動油を排出する。

前記少なくとも一つのブームシリンダ２６は、単一でもよいが、この実施の形態では互いに左右方向に並列に配置された一対のブームシリンダ２６を含む。なお、図５～図８では、便宜上、前記一対のブームシリンダ２６が前後方向（紙面の左右方向）に並ぶように表示されている。

前記アームシリンダ２７は、前記ブーム２１と前記アーム２２との間に介在し、当該アーム２２に回動動作を行わせるように伸縮するアームアクチュエータである。具体的に、当該アームシリンダ２７は、図２に示されるヘッド側室２７ｈ及びロッド側室２７ｒを有し、当該ヘッド側室２７ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記アーム２２をアーム引き方向（当該アーム２２の先端がブーム２１に近づく方向）に動かすとともに前記ロッド側室２７ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２７ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記アーム２２をアーム押し方向（当該アーム２２の先端がブーム２１から離れる方向）に動かすとともに前記ヘッド側室２７ｈ内の作動油を排出する。

前記バケットシリンダ２８は、前記アーム２２と前記バケット２４との間に介在し、当該バケット２４に回動動作を行わせるように伸縮する。具体的に、当該バケットシリンダ２８は、伸長することにより前記バケット２４を掬い方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２に近づく方向）に回動させる一方、収縮することにより前記バケット２４を開き方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２から離れる方向）に回動させる。

図２は、前記油圧ショベルに搭載される油圧回路及びこれに電気的に接続されるコントローラ１００を示す。前記コントローラ１００は、例えばマイクロコンピュータからなり、前記油圧回路に含まれる各要素の作動を制御する。

前記油圧回路は、前記シリンダ２６～２８に加え、第１油圧ポンプ３１及び第２油圧ポンプ３２を含む作動油供給装置と、ブーム流量制御弁３６と、アーム流量制御弁３７と、バケット流量制御弁３８と、パイロット油圧源４０と、ブーム操作器４６と、アーム操作器４７と、バケット操作器４８と、を含む。

前記第１油圧ポンプ３１及び第２油圧ポンプ３２は、駆動源である図略のエンジンに接続され、当該エンジンが出力する動力により駆動されて作動油を吐出する。第１及び第２油圧ポンプ３１，３２のそれぞれは可変容量型ポンプである。具体的に、当該第１及び第２油圧ポンプ３１，３２はそれぞれ容量操作弁３１ａ，３２ａを有し、前記コントローラ１００から前記容量操作弁３１ａ，３２ａに入力されるポンプ容量指令によって前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２の容量が操作される。

前記ブーム流量制御弁３６は、前記第１油圧ポンプ３１と前記ブームシリンダ２６との間に介在し、ブーム流量、すなわち、当該第１油圧ポンプ３１から当該ブームシリンダ２６に供給される作動油の流量及び当該ブームシリンダ２６からタンクに排出される作動油の流量、を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該ブーム流量制御弁３６は、ブーム上げパイロットポート３６ａ及びブーム下げパイロットポート３６ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第１油圧ポンプ３１に接続された第１センターバイパスラインＣＬ１の途中に配置される。

前記ブーム流量制御弁３６は、図略のケーシングとこれにストローク可能に装填されるスプールとを有する。当該スプールは、前記ブーム上げ及びブーム下げパイロットポート３６ａ，３６ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に保持され、前記第１センターバイパスラインＣＬ１を閉じるとともに前記第１油圧ポンプ３１と前記ブームシリンダ２６との間を遮断することにより、前記ブームシリンダ２６を停止状態に保持する。このとき、前記第１ポンプ３１から吐出される作動油は図示されないアンロード弁を通じてタンクに逃がされる。

前記ブーム上げパイロットポート３６ａにブーム上げパイロット圧が入力されると、前記ブーム流量制御弁３６の前記スプールは、そのブーム上げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム上げ位置にシフトされる。これにより、当該ブーム流量制御弁３６は、前記第１センターバイパスラインＣＬ１から分岐する第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈに前記ストロークに応じた流量（ブーム上げ流量）で作動油が供給されることを許容する開口を形成するとともに、当該ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒからタンクに作動油が戻ることを許容する開口を形成するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２６は前記ブーム上げ方向（この実施の形態では伸長方向）に駆動される。

前記ブーム流量制御弁３６は、逆に、前記ブーム下げパイロットポート３６ｂにブーム下げパイロット圧が入力されるとそのブーム下げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム下げ位置に切換えられ、前記第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒに前記ストロークに応じた流量（ブーム下げ流量）で作動油が供給されることを許容する開口を形成するとともに、当該ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈからタンクに作動油が戻ることを許容する開口を形成するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２６は前記ブーム下げ方向（この実施の形態では収縮方向）に駆動される。

換言すれば、前記ブーム流量制御弁３６は、前記ブーム上げ位置及び前記ブーム下げ位置において図５～図８に示すように前記ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈ及びロッド側室２６ｒにそれぞれ通ずるヘッド側開口３６ｈ及びロッド側開口３６ｒを同時に形成し、かつ、これらの開口（絞り開口）３６ｈ，３６ｒの面積である絞り開口面積（絞り開度）を前記ブーム上げ及びブーム下げパイロット圧に対応する前記スプールのストロークによって変化させる。

従って、この実施の形態では、前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２のうちの第１油圧ポンプ３１がブームシリンダ２６に供給されるべき作動油を吐出する「ブーム駆動油圧ポンプ」に相当する。

前記アーム流量制御弁３７は、前記第２油圧ポンプ３２と前記アームシリンダ２７との間に介在し、当該第２油圧ポンプ３２から当該アームシリンダ２７に供給される作動油の流量であるアーム流量を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該アーム流量制御弁３７は、アーム引きパイロットポート３７ａ及びアーム押しパイロットポート３７ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第２油圧ポンプ３２に接続された第２センターバイパスラインＣＬ２の途中に配置される。

前記アーム流量制御弁３７は、図略のケーシング及びこれにストローク可能に装填されるスプールを有する。当該スプールは、前記アーム引き及びアーム押しパイロットポート３７ａ，３７ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に切換えられ、前記第２センターバイパスラインＣＬ２を閉じるとともに前記第２油圧ポンプ３２と前記アームシリンダ２７との間を遮断する。これにより、前記アームシリンダ２７は停止状態に保持される。このとき、前記第２ポンプ３２から吐出される作動油は図示されないアンロード弁を通じてタンクに逃がされる。

前記アーム引きパイロットポート３７ａにアーム引きパイロット圧が入力されると、前記アーム流量制御弁３７の前記スプールは、そのアーム引きパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からアーム引き位置にシフトされる。これにより、当該アーム流量制御弁３７は、前記第２センターバイパスラインＣＬ２から分岐する第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記アームシリンダ２７のヘッド側室２７ｈに前記ストロークに応じた流量（アーム引き流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。この開弁に伴い、前記アームシリンダ２７は前記アーム引きパイロット圧に対応した速度で前記アーム引き方向に駆動される。

前記アーム流量制御弁３７は、逆に、前記アーム押しパイロットポート３７ｂにアーム押しパイロット圧が入力されるとそのアーム押しパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からアーム押し位置に切換えられ、前記第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒに前記ストロークに応じた流量（アーム押し流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該アームシリンダ２７のヘッド側室２７ｈからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。これにより、前記アームシリンダ２７は前記アーム押しパイロット圧に対応した速度で前記アーム押し方向に駆動される。

前記バケット流量制御弁３８は、前記ブーム流量制御弁３６とパラレルに配置されて前記第１油圧ポンプ３１と前記バケットシリンダ２８との間に介在し、当該第１油圧ポンプ３１から当該バケットシリンダ２８に供給される作動油の流量であるバケット流量を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該バケット流量制御弁３８は、バケット掬いパイロットポート３８ａ及びバケット開きパイロットポート３８ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第１油圧ポンプ３１に接続された第１センターバイパスラインＣＬ１の途中に配置される。

前記バケット流量制御弁３８は、図略のケーシング及びこれにストローク可能に装填されるスプールを有する。当該スプールは、前記バケット掬い及びバケット開きパイロットポート３８ａ，３８ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に切換えられ、前記第１センターバイパスラインＣＬ１を閉じるとともに前記第１油圧ポンプ３１と前記バケットシリンダ２８との間を遮断する。これにより、前記バケットシリンダ２８は停止状態に保持される。

前記バケット掬いパイロットポート３８ａにバケット掬いパイロット圧が入力されると、前記バケット流量制御弁３８の前記スプールは、そのバケット掬いパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からバケット掬い位置にシフトされる。これにより、当該バケット流量制御弁３８は、前記第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記バケットシリンダ２８のヘッド側室２８ｈに前記ストロークに応じた流量（バケット掬い流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。この開弁に伴い、前記バケットシリンダ２８は前記バケット掬いパイロット圧に対応した速度で前記バケット掬い方向に駆動される。

前記バケット流量制御弁３８は、逆に、前記バケット開きパイロットポート３８ｂにバケット開きパイロット圧が入力されるとそのバケット開きパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からバケット開き位置に切換えられ、前記第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒに前記ストロークに応じた流量（バケット開き流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該バケットシリンダ２８のヘッド側室２８ｈからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。これにより、前記バケットシリンダ２８は前記バケット開きパイロット圧に対応した速度で前記バケット開き方向に駆動される。

前記ブーム操作器４６は、前記ブーム２１を動かすためのブーム操作を受け、当該ブーム操作に対応したブーム上げパイロット圧またはブーム下げパイロット圧が前記ブーム流量制御弁３６に入力されることを許容する。具体的に、当該ブーム操作器４６は、前記運転室内において前記ブーム操作に相当する回動操作を受けることが可能なブームレバー４６ａと、当該ブームレバー４６ａに連結されたブームパイロット弁４６ｂと、を有する。

前記ブームパイロット弁４６ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記ブーム流量制御弁３６の両パイロットポート３６ａ，３６ｂとの間に介在する。当該ブームパイロット弁４６ｂは、前記ブームレバー４６ａに与えられる前記ブーム操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記ブーム操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該ブーム操作の大きさに対応した大きさのブーム上げパイロット圧またはブーム下げパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該ブームパイロット弁４６ｂは、前記ブームレバー４６ａにブーム上げ動作に対応した方向のブーム操作が与えられると、前記ブーム上げパイロットポート３６ａに対して前記ブーム操作の大きさに対応したブーム上げパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記アーム操作器４７は、前記アーム２２を動かすためのアーム操作を受け、当該アーム操作に対応したアーム引きパイロット圧またはアーム押しパイロット圧が前記アーム流量制御弁３７に入力されることを許容する。具体的に、当該アーム操作器４７は、前記運転室内において前記アーム操作に相当する回動操作を受けることが可能なアームレバー４７ａと、当該アームレバー４７ａに連結されたアームパイロット弁４７ｂと、を有する。

前記アームパイロット弁４７ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記アーム流量制御弁３７の両パイロットポート３７ａ，３７ｂとの間に介在する。当該アームパイロット弁４７ｂは、前記アームレバー４７ａに与えられる前記アーム操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記アーム操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該アーム操作の大きさに対応した大きさのアーム引きパイロット圧またはアーム押しパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該アームパイロット弁４７ｂは、前記アームレバー４７ａにアーム引き動作に対応した方向のアーム操作が与えられると、前記アーム引きパイロットポート３７ａに対して前記アーム操作の大きさに対応したアーム引きパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記バケット操作器４８は、前記バケット２４を動かすためのバケット操作を受け、当該バケット操作に対応したバケット掬いパイロット圧またはバケット開きパイロット圧が前記バケット流量制御弁３８に入力されることを許容する。具体的に、当該バケット操作器４８は、前記運転室内において前記バケット操作に相当する回動操作を受けることが可能なバケットレバー４８ａと、当該バケットレバー４８ａに連結されたバケットパイロット弁４８ｂと、を有する。

前記バケットパイロット弁４８ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記バケット流量制御弁３８の両パイロットポート３８ａ，３８ｂとの間に介在する。当該バケットパイロット弁４８ｂは、前記バケットレバー４８ａに与えられる前記バケット操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記バケット操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該バケット操作の大きさに対応した大きさのバケット掬いパイロット圧またはバケット開きパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該バケットパイロット弁４８ｂは、前記バケットレバー４８ａにバケット掬い動作に対応した方向のバケット操作が与えられると、前記バケット掬いパイロットポート３８ａに対して前記バケット操作の大きさに対応したバケット掬いパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記油圧駆動装置は、さらに、第１ポンプ圧センサ５１、第２ポンプ圧センサ５２、エンジン回転数センサ５３、ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ、ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒ、作業装置姿勢検出部６０、及びモード切換スイッチ１２０を備える。

前記第１ポンプ圧センサ５１は、前記第１油圧ポンプ３１の吐出圧である第１ポンプ圧Ｐ１を検出するポンプ圧検出器に相当する。前記第２ポンプ圧センサ５２は、前記第２油圧ポンプ３２の吐出圧である第２ポンプ圧Ｐ２を検出する。

前記エンジン回転数センサ５３は、前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２を駆動する前記エンジンの回転数を検出するものであり、本発明にいうブーム駆動用油圧ポンプの回転数であるポンプ回転数を検出するポンプ回転数検出器に相当する。この実施の形態では、前記エンジンの回転数が前記ブーム駆動用油圧ポンプである前記第１油圧ポンプ３１の回転数と同等であるため、前記エンジン回転数センサ５３により検出されるエンジン回転数がそのまま前記ポンプ回転数として採用される。

しかし、前記の「ポンプ回転数検出器」は前記エンジン回転数センサ５３に限定されない。当該ポンプ回転数検出器は、ブーム駆動用油圧ポンプの回転数を直接検出するものであってもよい。あるいは、前記エンジンをはじめとする動力源とブーム駆動用油圧ポンプとの間に減速機が介在する場合には、当該動力源の回転数を検出する回転数センサが生成する検出信号と前記減速機における減速比とに基づいてポンプ回転数が算定されてもよい。すなわち、動力源の回転数とブーム駆動用油圧ポンプの回転数とが異なる場合でも、両者の回転数の関係が特定されるのであれば、当該動力源の回転数を検出する回転数センサが「ポンプ回転数検出器」を構成することが可能である。

また、ブーム駆動用油圧ポンプを駆動するための「動力源」はエンジンに限定されない。当該動力源は、例えば電動機であってもよい。また本発明は、ハイブリッド建設機械のように前記動力源としてエンジンと電動機とが併用される態様も包含する。

前記ブームシリンダへッド圧センサ５６Ｈ及び前記ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒは、ブームシリンダ圧検出器を構成する。具体的に、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈは、前記ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈにおける作動油の圧力であるブームシリンダヘッド圧Ｐｈを検出し、前記ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒは、前記ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒにおける作動油の圧力であるブームシリンダロッド圧Ｐｒを検出する。

前記センサ５１，５２，５６Ｈ及び５６Ｒのそれぞれは、その検出した物理量をこれに対応する電気信号である検出信号に変換して前記コントローラ１００に入力する。

前記作業装置姿勢検出部６０は、前記作業装置１４の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する。具体的に、当該作業装置姿勢検出部６０は、図１に示すようなブーム角度センサ６１、アーム角度センサ６２、バケット角度センサ６４及び車体傾斜センサ６５を含む。前記ブーム角度センサ６１は、前記機体に対する前記ブーム２１の起伏角度であるブーム角度を検出し、前記アーム角度センサ６２は、前記ブーム２１に対する前記アーム２２の回動角度であるアーム角度を検出し、前記バケット角度センサ６４は前記アーム２２に対する前記バケット２４の回動角度であるバケット角度を検出し、前記車体傾斜センサ６５は前記上部旋回体１２の傾斜角度を検出する。これらのセンサ６１，６２，６４，６５により生成される電気信号である角度検出信号も、前記コントローラ１００に入力される。

前記モード切換スイッチ１２０は、運転室内に配置されるとともに、前記コントローラ１００に電気的に接続される。当該モード切換スイッチ１２０は、前記コントローラ１００の制御モードを手動操作モードと自動制御モードとに切換えるための操作を受けて当該操作に対応するモード指令信号を前記コントローラ１００に入力する。

前記コントローラ１００は、前記モード切換スイッチ１２０から入力されるモード指令信号に応じて前記手動操作モードと前記自動制御モードとに切換えられる。当該コントローラ１００は、前記手動操作モードでは、作業者によって前記ブーム操作器４６、前記アーム操作器４７及び前記バケット操作器４８にそれぞれ与えられる前記ブーム操作、前記アーム操作及び前記バケット操作に対応して前記ブーム流量、前記アーム流量及び前記バケット流量がそれぞれ変化するように前記ブーム流量制御弁３６、前記アーム流量制御弁３７及び前記バケット流量制御弁３８が作動するのを許容する。一方、当該コントローラ１００は、前記自動制御モードでは、前記アーム操作に対応した前記アーム２２の動きに伴って前記バケット２４により施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように前記アームシリンダ２７の伸縮に応じて前記ブームシリンダ２６（この実施の形態ではブームシリンダ２６及びバケットシリンダ２８）の作動を自動制御するように構成されている。

具体的に、前記油圧駆動装置は、前記コントローラ１００による前記ブームシリンダ２６及び前記バケットシリンダ２８の自動制御を可能にするための手段として、図３に示すようなブーム上げ流量操作弁７６Ａ、ブーム下げ流量操作弁７６Ｂ、バケット開き流量操作弁７８、シャトル弁７１Ａ，７１Ｂ及びシャトル弁７２をさらに備える。

前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａは、前記ブーム操作器４６とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記ブーム上げパイロットポート３６ａとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるブーム流量指令信号に応じて（前記ブーム操作器４６とは独立して）減圧することにより、前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該ブーム上げ流量操作弁７６Ａを通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７１Ａは、前記ブーム操作器４６及び前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａと前記ブーム上げパイロットポート３６ａとの間に介在し、前記ブーム操作器４６の二次圧及び前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａの二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記ブーム上げパイロット圧として前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されることを許容するように開弁する。

同様に、前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂは、前記ブーム操作器４６とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記ブーム下げパイロットポート３６ｂとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるブーム流量指令信号に応じて（前記ブーム操作器４６とは独立して）減圧することにより、前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該ブーム下げ流量操作弁７６Ｂを通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７１Ｂは、前記ブーム操作器４６及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂと前記ブーム下げパイロットポート３６ｂとの間に介在し、前記ブーム操作器４６の二次圧及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂの二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記ブーム下げパイロット圧として前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されることを許容するように開弁する。

また、前記バケット開き流量操作弁７８は、前記バケット操作器４８とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記バケット開きパイロットポート３８ｂとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるバケット開き流量指令信号に応じて（前記バケット操作器４８とは独立して）減圧することにより、前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該バケット開き流量操作弁７８を通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７２は、前記バケット操作器４８及び前記バケット開き流量操作弁７８と前記バケット開きパイロットポート３８ｂとの間に介在し、前記バケット操作器４８の二次圧及び前記バケット開き流量操作弁７８の二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記バケット開きパイロット圧として前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されることを許容するように開弁する。

前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ及び７８のそれぞれは、電磁弁（例えば電磁比例減圧弁や電磁逆比例減圧弁）からなり、前記コントローラ１００から入力される流量指令信号に対応して開度が変化するように開閉動作することにより、当該流量指令に対応した大きさのパイロット圧を生成する。

前記コントローラ１００は、前記手動操作モードでは、前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ，７８のそれぞれを実質上全閉の状態にすることにより前記ブーム、アーム及びバケット流量制御弁３６，３７，３８がそれぞれ前記ブーム、アーム及びバケット操作器４６，４７，４８に与えられる操作に連動して開閉することを許容する。一方、前記コントローラ１００は、前記自動制御モードでは、前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ，７８のそれぞれに流量指令信号を入力することにより、アームシリンダ２７の収縮動作によるアーム２２のアーム引き動作に前記ブームシリンダ２６及び前記バケットシリンダ２８の動作を追従させる自動制御を実行する。

具体的に、前記コントローラ１００は、前記自動制御を実行するための機能として、図２に示すような目標施工面設定部１０１、シリンダ長さ演算部１０２、シリンダ速度演算部１０３、目標シリンダ速度演算部１０４、バケット開き流量指令部１０５、重心位置演算部１０６、シリンダ推力演算部１０７、押付け力演算部１０８、目標押付け力設定部１０９、目標速度補正部１１０、ブーム流量指令部１１１、供給側絞り開度演算部１１２及びポンプ容量指令部１１３を有する。

前記目標施工面設定部１０１は、前記キャブ１８内に設けられた目標施工面入力部１２２により入力された施工面を記憶し、これを目標施工面として目標シリンダ速度演算部１０４に入力する。この目標施工面は、掘削対象である地盤の目標形状であって３次元の設計地形を特定する面である。当該目標施工面は、ＣＩＭなどの外部データによって特定されてもよいし、機体位置を基準にして設定されたものでもよい。

前記シリンダ長さ演算部１０２は、前記作業装置姿勢検出部６０により検出される前記姿勢情報に基づいて、前記ブームシリンダ２６、前記アームシリンダ２７及び前記バケットシリンダ２８のシリンダ長さをそれぞれ演算する。前記シリンダ速度演算部１０３は、各シリンダ長さの時間微分によって前記ブームシリンダ２６、前記アームシリンダ２７及び前記バケットシリンダ２８の伸縮速度であるシリンダ速度を演算する。つまり、この実施の形態に係る前記シリンダ長さ演算部１０２及び前記シリンダ速度演算部１０３は、前記姿勢情報に基づいて各シリンダ速度を算定するシリンダ速度算定部を構成する。

前記目標シリンダ速度演算部１０４は、前記目標施工面設定部１０１により設定される前記目標施工面に基づき、当該目標施工面に沿ってバケット２４の先端２５を動かすために当該バケットの特定部位（例えば当該バケット２４の先端部位またはアーム２２の先端部に連結される部位）を動かす方向を特定する目標方向ベクトルを演算するとともに、当該目標方向ベクトルと、前記シリンダ速度演算部１０３により演算される前記シリンダ速度のそれぞれと、に基づき、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏと、目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏと、を演算する。

前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは、前記アームシリンダ２７の伸長による前記アーム２２の引き方向の動作に伴って前記バケット２４が施工する面である施工面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダ２６のブーム上げ方向のシリンダ速度（この実施の形態では伸長方向の速度）の目標値であり、前記アームシリンダ２７のシリンダ速度（伸長速度）に対応する速度値である。従って、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が伸長方向である場合に当該目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの値が正（＋）に設定される。前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏは、前記アーム２２の引き方向の動作にかかわらず前記バケット２４の姿勢を一定に保つ（つまり目標施工面に沿ってバケット２４を平行移動させる）ための前記バケットシリンダ２８のバケット開き方向のシリンダ速度（この実施の形態では収縮方向の速度）の目標値である。

従って、前記目標シリンダ速度演算部１０４は、本発明に係る目標ブームシリンダ速度算定部を構成する。一方、前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏの算定は必ずしも要しない。例えば、バケットシリンダ２８が静止していること、すなわちアーム２２に対するバケット２４の角度が固定されていること、を前提に前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが算定されてもよい。

前記バケット開き流量指令部１０５は、前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏを得るための目標バケット開き流量、つまり前記バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒに供給されるべき作動油の流量、を演算し、当該目標バケット開き流量を実現するためのバケット開き流量指令信号を生成して前記バケット開き流量操作弁７８に入力する。当該バケット開き流量操作弁７８は、当該バケット開き流量指令信号に対応した開度で開弁することにより、前記バケット流量制御弁３８のバケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記目標バケット開き流量を実現するようなパイロット圧に調節する。

なお、前記目標シリンダ速度演算部１０４において前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏが演算されない形態、つまりバケットシリンダ２８の自動制御が省略される形態、においては、前記バケット開き流量指令部１０５及び前記バケット開き流量操作弁７８は不要である。

一方、前記シリンダ長さ演算部１０２は、前記重心位置演算部１０６、前記シリンダ推力演算部１０７及び前記押付け力演算部１０８とともに、前記バケット２４を施工面に対して押付ける力である押付け力Ｆｐを算定する押付け力算定部を構成する。

具体的に、前記重心位置演算部１０６は、前記シリンダ長さ演算部１０２により演算される前記シリンダ長さのそれぞれに基づき、前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれの重心位置を演算する。

前記シリンダ推力演算部１０７は、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ及び前記アームシリンダロッド圧センサ５６Ｒによりそれぞれ検出される前記ヘッド圧Ｐｈ及び前記ロッド圧Ｐｒに基づき、前記ブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔを演算する。当該シリンダ推力Ｆｃｔは、ブームシリンダ２６の伸長方向の推力を正とすると次式で表される。

Ｆｃｔ＝Ｐｈ＊Ａｈ－Ｐｒ＊Ａｒ
ここにおいて、Ａｈはブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈの断面積、Ａｒはロッド側室２６ｒの断面積であり、当該ロッド側室２６ｒの断面積Ａｒは、一般には、シリンダロッドの断面積の分だけヘッド側室２６ｈの断面積Ａｈよりも小さい。

前記押付け力演算部１０８は、前記重心位置演算部１０６により演算される前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれの重心位置に基づき、当該作業装置１４の回動支点であるブーム２１のブームフットを中心とする前記作業装置１４の自重による下向きのモーメントＭｗを演算するとともに、前記シリンダ推力Ｆｃｔによるモーメント（シリンダ推力Ｆｃｔが正の場合は上向きのモーメント）Ｍｃｔと、を演算し、両モーメントＭｗ，Ｍｃｔに基づいて、前記バケット２４の先端２５を前記施工面に押付ける力である前記押付け力Ｆｐを演算する。

前記目標押付け力設定部１０９は、前記キャブ１８内に設けられた目標押付け力入力部１２４により入力された押付け力を記憶してこれを目標押付け力Ｆｐｏとして目標速度補正部１１０に入力する。当該目標押付け力Ｆｐｏの値は、例えば、作業者のテンキー等の操作によって入力された値でもよいし、作業者が実際に作業装置１４を操作してバケット２４を地面に押付けた状態で設定スイッチを操作した時点で前記押付け力演算部１０８により演算される押付け力Ｆｐが前記目標押付け力Ｆｐｏに設定されてもよい。

前記目標速度補正部１１０は、前記押付け力演算部１０８により演算された前記押付け力Ｆｐの前記目標押付け力Ｆｐｏに対する偏差ΔＦｐ（＝Ｆｐ－Ｆｐｏ）を演算し、当該偏差ΔＦｐを０に近づける方向に前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを補正する。つまり、前記押付け力Ｆｐを前記目標押付け力Ｆｐｏに近づけるような前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの補正を行う。

前記ブーム流量指令部１１１は、前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂとともに、前記目標速度補正部１１０により補正された後の目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが得られるように前記ブーム流量制御弁３６を作動させるブーム流量操作部を構成する。具体的に、当該ブーム流量指令部１１１は、前記補正後の目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るための目標ブーム上げ流量または目標ブーム下げ流量を演算し、当該目標ブーム上げ流量を実現するためのブーム上げ流量指令信号を生成して前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力するか、あるいは、当該目標ブーム下げ流量を実現するためのブーム下げ流量指令信号を生成して前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂに入力する。

この装置の特徴として、前記ブーム流量指令部１１１は、次のような演算制御動作を行う。

（ａ）前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向と一致するとき（すなわち両方向がいずれもシリンダ伸長方向またはシリンダ収縮方向であるとき；この実施の形態では目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏ及びシリンダ推力Ｆｃｔの値がともに正、またはともに負であるとき）、前記ブーム流量指令部１１１は、前記第１油圧ポンプ３１から前記ブームシリンダ２６に供給される作動油の流量が前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏに対応した目標供給流量になるように、前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂのうち前記ブーム流量制御弁３６の供給側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標供給流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力する。

具体的に、この実施の形態において「ブーム流量制御弁３６の供給側の開口を操作する流量操作弁」に該当するのは、図５に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏ及びシリンダ推力Ｆｃｔの値がともに正であるときは、ブーム流量制御弁３６が形成する開口のうちブーム上げ流量を特定する開口すなわちヘッド側室２６ｈに通ずるヘッド側開口３６ｈを操作するブーム上げ流量操作弁７６Ａであり、図８に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏ及びシリンダ推力Ｆｃｔの値がともに負であるときはブーム下げ流量を特定する開口すなわちロッド側室２６ｒに通ずるロッド側開口３６ｒを操作するブーム下げ流量操作弁７６Ｂである。

（ｂ）前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向と反対の方向であるとき（すなわち両方向のうちの一方がシリンダ伸長方向で他方がシリンダ収縮方向であるとき；この実施の形態では目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏ及びシリンダ推力Ｆｃｔの値の一方が正で他方が負であるとき）、前記ブーム流量指令部１１１は、前記ブームシリンダ２６から排出される作動油の流量が前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏに対応した目標排出流量になるように前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂのうち前記ブーム流量制御弁３６の排出側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標排出流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力する。具体的に、この実施の形態において「ブーム流量制御弁３６の排出側の開口を操作する流量操作弁」に該当するのは、図６に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの値が正でシリンダ推力Ｆｃｔの値が負であるときは、前記ブーム流量制御弁３６が形成する開口のうちブーム下げ流量を特定する開口すなわちロッド側室２６ｒに通ずるロッド側開口３６ｒを操作するブーム下げ流量操作弁７６Ｂであり、図７に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの値が負でシリンダ推力Ｆｃｔの値が正であるときはブーム上げ流量を特定する開口すなわちヘッド側室２６ｈに通ずるヘッド側開口３６ｈを操作するブーム上げ流量操作弁７６Ａである。

前記ブーム上げ及びブーム下げ流量操作弁７６Ａ，７６Ｂは、いずれも、前記ブーム上げ流量指令信号またはブーム下げ流量指令信号の入力を受けるとその流量指令信号に対応した開度で開弁し、これにより、前記ブーム流量制御弁３６のブーム上げ及びブーム下げパイロットポート３６ａ，３６ｂのうち対応するパイロットポートに入力されるパイロット圧を前記目標供給流量または前記目標排出流量を実現するようなパイロット圧に調節する。

前記供給側絞り開度演算部１１２は、前記（ｂ）のとき、すなわち、前記ブーム流量指令部１１１が前記ブームシリンダ２６から排出される作動油の流量を制御するとき、において前記ブーム流量制御弁３６が形成する開口のうち前記第１油圧ポンプ３１から前記ブームシリンダ２６への作動油の供給を許容する開口である供給側開口（すなわちメータイン開口）の面積に相当する供給側絞り開度を演算する。前記供給側開口（メータイン開口）は、図６に示されるように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが正のときは前記ヘッド側開口３６ｈであり、図７に示されるように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが負のときは前記ロッド側開口３６ｒである。

前記ポンプ容量指令部１１３は、前記ポンプ容量操作弁３１ａ，３１ｂと協働して前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２のポンプ容量を変化させるものであり、前記供給側絞り開度演算部１１２及び前記ポンプ容量操作弁３１ｂととともに、ブーム駆動油圧ポンプである前記第１油圧ポンプ３１の容量を制御する「ポンプ容量制御部」を構成する。具体的に、当該ポンプ容量指令部１１３は、前記第１ポンプ３１のポンプ容量について次のような演算制御動作を行う。

（Ａ）図５及び図８に示されるように前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向と一致しているとき、前記ポンプ容量指令部１１３は、前記第１油圧ポンプ３１から吐出される作動油の流量である第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記目標供給流量とブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を変化させるようなポンプ容量指令信号を前記エンジン回転数センサ５３により検出されるエンジン回転数（すなわちポンプ回転数）に基づいて演算し、当該ポンプ容量指令信号を前記ポンプ容量操作弁３１ｂに入力する。

ここにおいて、前記目標供給流量は、図５に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが正のときは前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａによって操作される前記ヘッド側開口３６ｈを通過するヘッド側メータイン流量Ｑｈｍｉであり、図８に示すように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが負のときは前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂによって操作される前記ロッド側開口３６ｒを通過するロッド側メータイン流量Ｑｒｍｉである。また、前記ブームシリンダ外流量Ｑｅｔは、前記第１油圧ポンプ３１から前記ブームシリンダ２６以外の対象に供給されるべき作動油の流量であり、当該ブームシリンダ外流量Ｑｅｔには、ブームシリンダ２６を除く他の油圧アクチュエータ（この実施の形態では前記バケットシリンダ２８を含む１または複数の油圧アクチュエータ）に供給すべき作動油の流量や、アンロード流量、油圧ポンプのリーク量等が含まれる。

（Ｂ）前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向と反対の方向であるときには、前記供給側絞り開度演算部１１２により演算される供給側絞り開度すなわちメータイン開口の開口面積に基づき、前記メータイン開口を通過して前記一対のブームシリンダ２６に吸収される作動油の流量であるブームシリンダ吸収流量を演算し、前記第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記ブームシリンダ吸収流量と前記ブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を変化させるためのポンプ容量指令信号を前記エンジン回転数センサ５３により検出されるエンジン回転数（すなわちポンプ回転数）に基づいて演算し、当該ポンプ容量指令信号を前記ポンプ容量操作弁３１ｂに入力する。ここにおいて、「ブームシリンダ吸収流量」とは、図６に示されるように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが正のときは、前記ヘッド側開口３６ｈを通過して前記ヘッド側室２６ｈに吸収されるヘッド側メータイン流量Ｑｈｍｉであり、図７に示されるように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが負のときは、前記ロッド側開口３６ｒを通過して前記ロッド側室２６ｒに吸収されるロッド側メータイン流量Ｑｒｍｉである。

次に、前記自動制御モードにおいて前記コントローラ１００が前記ブームシリンダ２６の駆動について行う演算制御動作及びこれに伴う油圧駆動装置の作用を、図４のフローチャート及び図５～図８を併せて参照しながら説明する。

コントローラ１００は、当該コントローラ１００に入力される信号、具体的には各センサの検出信号や指定信号を取り込む（図４のステップＳ０）。指定信号には、オペレータによる目標施工面入力部１２２の操作により指定される目標施工面についての信号や、目標押付け力入力部１２４の操作により指定される目標押付け力Ｆｐｏについての信号が含まれる。これらの指定信号に基づき、前記コントローラ１００の目標施工面設定部１０１及び目標押付け力設定部１０９はそれぞれ目標施工面及び目標押付け力Ｆｐｏの設定を行う（ステップＳ１）。

次に、前記コントローラ１００の目標シリンダ速度演算部１０４は、前記目標施工面と、シリンダ長さ演算部１０２及びシリンダ速度演算部１０３により算出される実際のシリンダ速度と、に基づき、アームシリンダ２７のシリンダ速度に対応する目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを算定する（ステップＳ２）。前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは、上述のように、バケット２４による施工面を前記目標施工面に近づけるように前記アーム２２の引き方向の動作にブーム２１の上げ方向の動作を連動させるために必要なブームシリンダ２６の上げ方向の速度である。換言すれば、作業者によるアームレバー４７の引き方向の操作に伴ってバケット２４の特定部位（例えば当該バケット２４の先端２５、あるいは、アーム２２の先端部に支持される基端部）が前記目標施工面に沿って移動するようにブームシリンダ２６を作動させるべき速度である。従って、当該目標シリンダ速度Ｖｂｏは、伸長方向のときは正の値、収縮方向のときは負の値、にそれぞれ設定される。

一方、前記コントローラ１００の押付け力算定部は、前記バケット２４の先端２５を施工面に対して押付ける押付け力Ｆｐを算定する（ステップＳ３）。具体的には、前記シリンダ長さ演算部１０２により演算された各シリンダ長さに基づいて前記重心位置演算部１０６がブーム２１、アーム２２及びバケット２４のそれぞれの重心位置を演算する。一方、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ及びロッド圧センサ５６Ｒがそれぞれ検出するブームシリンダ２６のヘッド圧Ｐｈ及びロッド圧Ｐｒに基づいてシリンダ推力演算部１０７が当該ブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔ（＝Ｐｈ＊Ａｈ－Ｐｒ＊Ａｒ）を演算する。当該シリンダ推力Ｆｃｔの値は、当該シリンダ推力Ｆｃｔの方向が前記アーム２２の引き方向の動作に連動して前記ブーム２１を動かすべき上げ方向（シリンダ伸長方向）である場合に正とされる。そして、前記押付け力演算部１０８は、前記各重心位置に基づいて前記作業装置１４全体の自重による前記ブームフット回りの下向きのモーメントＭｗと、前記シリンダ推力Ｆｃｔによる前記ブームフット回りの上向きのモーメントＭｃｔと、を演算し、両モーメントＭｗ，Ｍｃｔの差に基づいて前記押付け力Ｆｐを算定する。

さらに、前記コントローラ１００の目標速度補正部１１０は、前記目標押付け力Ｆｐｏに対する前記押付け力Ｆｐの偏差ΔＦｐ（＝Ｆｐ－Ｆｐｏ）を演算し、当該偏差ΔＦｐを０に近づけるような前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの補正を行う（ステップＳ４）。この補正は、例えば、前記偏差ΔＦｐに特定のゲインを乗じた補正量を前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏから差し引くことにより、行われる。

次に、前記コントローラ１００のブーム流量指令部１１１は、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向（つまり当該目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの値の正負）と、前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向（つまり当該シリンダ推力Ｆｃｔの値の正負）と、を判断し（ステップＳ５～Ｓ７）、当該判断に基づき、前記のように補正された目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るようなブーム上げ流量指令信号またはブーム下げ指令信号を生成することにより、前記ブーム流量制御弁３６の特定の絞り開口の制御を行う（ステップＳ８～Ｓ１１）。さらに、当該絞り開口の制御に対応して、当該コントローラ１００のポンプ容量指令部１１３はブーム駆動油圧ポンプである第１油圧ポンプ３１のポンプ容量の制御を行う（ステップＳ１２～Ｓ１５）。

具体的に、前記コントローラ１００がブーム上げ流量またはブーム下げ流量及びポンプ容量について行う演算制御動作は次のとおりである。

（Ｉ）図５に示されるように、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが正であり（ステップＳ５でＹＥＳ）かつシリンダ推力Ｆｃｔも正である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、前記ブーム流量指令部１１１は、ブーム流量制御弁３６において制御されるべき絞り開口として、作動油がヘッド側室２６ｈに供給されることを許容する開口であるヘッド側メータイン絞り開口（つまりヘッド側開口３６ｈ）を選定し、その制御を行う（ステップＳ８）。

この場合に前記ヘッド側メータイン絞り開口を制御対象に選定する理由は次のとおりである。前記シリンダ推力Ｆｃｔが正である状態、つまり、前記ブームシリンダ２６のヘッド圧Ｐｈによる推力がロッド圧Ｐｒによる推力を上回っている状態は、バケット２４の押付け力Ｆｐの反力による上向きのモーメントに対して作業装置１４の自重による下向きのモーメントが大きい状態であり、この状態において前記自重によるモーメントに抗して前記ブームシリンダ２６を伸長させるには、前記シリンダ推力Ｆｃｔをさらに大きくするようにブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈに作動油を積極的に押し込む必要がある。従って、この状態では当該ヘッド側室２６ｈに供給される作動油の流量を決定するヘッド側メータイン絞り開口であるヘッド側開口３６ｈの開度を調節することが、ブームシリンダ２６の伸長速度を高精度で制御することを可能にする。

そこで前記ブーム流量指令部１１１は、前記ヘッド側メータイン絞り開口（ヘッド側開口３６ｈ）の開度（開口面積）Ａｈｍｉを次式（１）に基づいて算定し、当該開度が得られるようなブーム上げ流量指令信号を生成してブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力する。

Ａｈｍｉ＝Ｑｈｍｉ／（Ｃ＊√ΔＰｈｍｉ） …（１）
この式（１）において、Ｑｈｍｉは前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るためにヘッド側室２６ｈに供給されるべき作動油の流量であるヘッド側目標供給流量（へッド側目標メータイン流量）、Ｃは流量係数、ΔＰｈｍｉは前記ヘッド側開口３６ｈの前後差圧であって前記第１ポンプ圧Ｐ１と前記ヘッド圧Ｐｈとの差に相当する（ΔＰｈｍｉ＝Ｐ１－Ｐｈ）。

前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａは、前記ブーム上げ流量指令信号に対応する大きさのブーム上げパイロット圧が当該ブーム上げ流量操作弁７６Ａを通じてブーム流量制御弁３６のブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるように開弁する。これにより、前記ブーム流量制御弁３６は前記ヘッド側メータイン絞り開口面積Ａｈｍｉをもつヘッド側開口３６ｈを形成するように開弁する。このようにして前記ブームシリンダ２６のメータイン流量が制御される。

さらに、前記コントローラ１００のポンプ容量指令部１１３は、前記絞り開口制御に対応した第１ポンプ流量Ｑｐ１の制御を行う（ステップＳ１２）。具体的に、当該ポンプ容量指令部１１３は、当該第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記ヘッド側目標メータイン流量Ｑｈｍｉと前記ブームシリンダ２６以外の対象に供給すべき作動油の流量であるブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように、つまりＱｐ１＝Ｑｈｍｉ＋Ｑｅｔとなるように、前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を変化させるためのポンプ容量指令信号を生成し、これを前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量操作弁３１ａに入力する。

（ＩＩ）図６に示されるように、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは正であるが（ステップＳ５でＹＥＳ）シリンダ推力Ｆｃｔが負である場合（ステップＳ６でＮＯ）、前記ブーム流量指令部１１１は、ブーム流量制御弁３６において制御されるべき絞り開口として、ロッド側室２６ｒから作動油が排出されるのを許容する開口であるロッド側メータアウト絞り開口（つまりロッド側開口３６ｒ）を選定し、その制御を行う（ステップＳ９）。

この場合に制御対象として前記ロッド側メータアウト絞り開口が選定される理由は次のとおりである。前記シリンダ推力Ｆｃｔが負である状態、つまり、前記ロッド圧Ｐｒによる推力が前記ヘッド圧Ｐｈによる推力を上回っている状態は、バケット２４の押付け力Ｆｐの反力による上向きのモーメントが大きくてブーム２１にその自重に抗して上向きの荷重が働いている状態であり、この状態では前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向とは逆に前記荷重の向きに前記ブームシリンダ２６が伸長する速度を制御する必要がある。この状態では、前記ロッド側室２６ｒから排出される作動油の圧力が保持圧となるので、その排出される作動油の流量を決定するロッド側メータアウト絞り開口であるロッド側開口３６ｒの開度を調節することが、前記ブームシリンダ２６の伸長速度を高精度で制御することを可能にする。

そこで、前記ブーム流量指令部１１１は、前記ロッド側メータアウト絞り開口（ロッド側開口３６ｒ）の開度（開口面積）Ａｒｍｏを次式（２）に基づいて算定し、当該開度が得られるようなブーム下げ流量指令信号を生成してブーム下げ流量操作弁７６Ｂに入力する。

Ａｒｍｏ＝Ｑｒｍｏ／（Ｃ＊√ΔＰｒｍｏ） …（２）
この式（２）において、Ｑｒｍｏは前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るために制限されるべき、前記ロッド側室２６ｒから排出される作動油の流量である、ロッド側目標排出流量（目標メータアウト流量）である。ΔＰｒｍｏは前記ロッド側開口３６ｒの前後差圧であり、前記ロッド圧Ｐｒと前記タンク圧Ｐｏとの差に相当する（ΔＰｒｍｏ＝Ｐｒ－Ｐｏ）。

前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂは、前記ブーム下げ流量指令信号に対応する大きさのブーム下げパイロット圧が当該ブーム下げ流量操作弁７６Ｂを通じてブーム流量制御弁３６のブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるように開弁する。これにより、前記ブーム流量制御弁３６は前記ロッド側メータアウト絞り開口面積Ａｒｍｏをもつロッド側開口３６ｒを形成するように開弁する。このようにして前記ブームシリンダ２６のメータアウト流量が制御される。

さらに、この場合には、前記コントローラ１００の供給側絞り開度演算部１１２が供給側開口（ヘッド側メータイン絞り開口）であるヘッド側開口３６ｈの開口面積であるヘッド側メータイン開口面積Ａｈｍｉを演算し、ポンプ容量指令部１１３は、当該開口面積Ａｈｍｉに基づいて当該ヘッド側開口３６ｈを通じて前記一対のブームシリンダ２６に吸収される作動油の流量（ブームシリンダ吸収流量）であるヘッド側メータイン流量Ｑｈｍｉを演算し、これに基づいて第１ポンプ流量Ｑｐ１の制御を行う（ステップＳ１３）。

その理由は以下のとおりである。前記のように目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向と逆である場合、前記第１油圧ポンプ３１から吐出される作動油の一部は前記ブームシリンダ２６の作動（伸長方向の作動）に伴い前記ブーム流量制御弁３６のメータイン開口であるヘッド側開口３６ｈを通じて前記ブームシリンダ２６に吸収される。従って、この吸収される作動油の流量を見越して前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を設定することが、当該第１油圧ポンプ３１からブームシリンダ２６以外の対象に供給される作動油の流量を適正に確保することを可能にする。ここにおいて、制御対象となっているのは前記ヘッド側開口３６ｈではなくロッド側開口３６ｒであるが、当該ロッド側開口３６ｒの開口面積（ロッド側メータアウト開口面積Ａｒｍｏ）に対応するブーム流量制御弁３６のスプールのストロークは特定されるので、当該ストロークに基づいて前記ヘッド側開口３６ｈの開口面積（ヘッド側メータイン開口面積Ａｈｍｉ）を演算することが可能である。

そこで、前記供給側絞り開度演算部１１２は、前記ロッド側メータアウト開口面積Ａｒｍｏに基づいて前記ヘッド側開口３６ｈの開口面積であるヘッド側メータイン開口面積Ａｈｍｉを演算し、前記ポンプ容量指令部１１３は、当該メータイン開口面積Ａｈｍｉに基づいてブームシリンダ吸収流量である前記ヘッド側メータイン流量Ｑｈｍｉを演算するとともに、前記第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記ヘッド側メータイン流量Ｑｈｍｉと前記ブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように、つまりＱｐ１＝Ｑｈｍｉ＋Ｑｅｔとなるように、前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量についてのポンプ容量指令信号を前記エンジン回転数センサ５３により検出されるエンジン回転数（すなわちポンプ回転数）に基づいて生成し、これを前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量操作弁３１ａに入力する。

ここで、前記ヘッド側メータイン流量（ブームシリンダ吸収流量）Ｑｈｍｉは次式（２Ａ）により求められる。

Ｑｈｍｉ＝Ｃ＊Ａｈｍｉ＊√ΔＰｈｍｉ …（２Ａ）
（ＩＩＩ）図７に示されるように、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは負であるが（ステップＳ５でＮＯ）シリンダ推力Ｆｃｔが正である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、前記ブーム流量指令部１１１は、ブーム流量制御弁３６において制御されるべき絞り開口として、ヘッド側室２６ｈから作動油が排出されるのを許容するヘッド側メータアウト絞り開口（つまりヘッド側開口３６ｈ）を選定し、その制御を行う（ステップＳ１０）。

この場合に前記ヘッド側メータアウト絞り開口が制御対象に選定される理由は、前記（ＩＩ）の場合と同様である。すなわち、前記シリンダ推力Ｆｃｔが正である状態、つまり、バケット２４の押付け力Ｆｐの反力による上向きのモーメントよりも作業装置１４の自重による下向きのモーメントが上回っている状態では、前記（ＩＩ）の場合と同じく、前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向とは逆に前記ブーム２１に作用する下向きの外力によって前記ブームシリンダ２６が収縮する速度を制御する必要がある。この状態では、前記ヘッド側室２６ｈから排出される作動油の圧力が保持圧となるので、その排出される作動油の流量を決定するヘッド側メータアウト絞り開口であるヘッド側開口３６ｈの開度を調節することが、ブームシリンダ２６の収縮速度を高精度で制御することを可能にする。

そこで、前記ブーム流量指令部１１１は、前記ヘッド側メータアウト絞り開口の開度（ヘッド側開口３６ｈの開口面積）Ａｈｍｏを次式（３）に基づいて算定し、当該開度が得られるブーム上げ流量指令信号を生成してブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力する。

Ａｈｍｏ＝Ｑｈｍｏ／（Ｃ＊√ΔＰｈｍｏ） …（３）
この式（３）において、Ｑｈｍｏは前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るために制限されるべき、前記ヘッド側室２６ｈから排出される作動油の流量、つまりヘッド側目標排出流量（目標メータアウト流量）である。ΔＰｈｍｏは前記ヘッド側開口３６ｈの前後差圧であり、前記ヘッド圧Ｐｈと前記タンク圧Ｐｏとの差に相当する（ΔＰｈｍｏ＝Ｐｈ－Ｐｏ）。

前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａは、前記ブーム上げ流量指令信号に対応する大きさのブーム上げパイロット圧が当該ブーム上げ流量操作弁７６Ａを通じてブーム流量制御弁３６のブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるように開弁する。これにより、前記ブーム流量制御弁３６は前記ヘッド側メータアウト絞り開口面積Ａｈｍｏをもつヘッド側開口３６ｈを形成するように開弁する。このようにして前記ブームシリンダ２６のメータアウト流量が制御される。

さらに、この場合には、前記コントローラ１００の供給側絞り開度演算部１１２が供給側開口すなわちロッド側メータイン絞り開口であるロッド側開口３６ｒの開口面積であるロッド側メータイン開口面積Ａｒｍｉを演算するとともに、ポンプ容量指令部１１３は、当該開口面積Ａｒｍｉに基づいて当該ロッド側開口３６ｒを通じて前記一対のブームシリンダ２６に吸収される作動油の流量（ブームシリンダ吸収流量）であるロッド側メータイン流量Ｑｒｍｉを演算し、これに基づいて第１ポンプ流量Ｑｐ１の制御を行う（ステップＳ１４）。

その理由は前記（ＩＩ）の場合と同様である。すなわち、前記第１油圧ポンプ３１から吐出される作動油の一部は前記ブームシリンダ２６の作動（収縮方向の作動）に伴い前記ブーム流量制御弁３６のメータイン開口であるロッド側開口３６ｒを通じて前記ブームシリンダ２６に吸収されるので、この吸収される作動油の流量を見越して前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を設定することが、当該第１油圧ポンプ３１からブームシリンダ２６以外の対象に供給される作動油の流量を十分に確保することを可能にする。また、制御対象であるヘッド側開口３６ｈの開口面積（ヘッド側メータアウト開口面積Ａｈｍｏ）に対応するブーム流量制御弁３６のスプールのストロークは特定されるので、当該ストロークから前記ロッド側開口３６ｒの開口面積（ロッド側メータイン開口面積Ａｒｍｉ）を演算することが可能である。

そこで、前記供給側絞り開度演算部１１２は、前記ヘッド側メータアウト開口面積Ａｈｍｏに基づいて前記ロッド側開口３６ｒの開口面積であるロッド側メータイン開口面積Ａｒｍｉを演算し、前記ポンプ容量指令部１１３は、当該メータイン開口面積Ａｒｍｉに基づいてブームシリンダ吸収流量である前記ロッド側メータイン流量Ｑｒｍｉを演算するとともに、前記第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記ロッド側メータイン流量Ｑｒｍｉと前記ブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように、つまりＱｐ１＝Ｑｒｍｉ＋Ｑｅｔとなるように、前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量についてのポンプ容量指令信号を前記エンジン回転数（すなわちポンプ回転数）に基づいて生成し、これを前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量操作弁３１ａに入力する。

ここで、前記ロッド側メータイン流量（ブームシリンダ吸収流量）Ｑｒｍｉは次式（３Ａ）により求められる。

Ｑｒｍｉ＝Ｃ＊Ａｒｍｉ＊√ΔＰｒｍｉ …（３Ａ）
（ＩＶ）図８に示されるように、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが負であり（ステップＳ５でＮＯ）かつシリンダ推力Ｆｃｔも負である場合（ステップＳ６でＮＯ）、前記ブーム流量指令部１１１は、ブーム流量制御弁３６において制御されるべき絞り開口として、作動油がロッド側室２６ｒに供給されることを許容する開口であるロッド側メータイン絞り開口（つまりロッド側開口３６ｒ）を選定し、その制御を行う（ステップＳ１１）。

この場合に前記ヘッド側メータイン絞り開口が制御対象に選定される理由は前記（Ｉ）の場合と同様である。すなわち、前記シリンダ推力Ｆｃｔが負である状態、つまり、バケット２４の押付け力Ｆｐの反力による上向きのモーメントが大きい状態では、当該上向きのモーメントに抗して前記ブームシリンダ２６を収縮させるべく、前記シリンダ推力Ｆｃｔの絶対値がさらに大きくなるようにブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒに作動油を積極的に押し込む必要があるので、当該ロッド側室２６ｒに供給される作動油の流量を決定するロッド側メータイン絞り開口であるロッド側開口３６ｒの開度を調節することが、前記ブームシリンダ２６の収縮速度を高い精度で制御することを可能にする。

そこで、前記ブーム流量指令部１１１は、前記ロッド側メータイン絞り開口（ロッド側開口３６ｒ）の開度（開口面積）Ａｒｍｉを次式（４）に基づいて算定し、当該開度が得られるブーム下げ流量指令信号を生成してブーム下げ流量操作弁７６Ｂに入力する。

Ａｒｍｉ＝Ｑｒｍｉ／（Ｃ＊√ΔＰｒｍｉ） …（１）
この式（１）において、Ｑｒｍｉは前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るためにロッド側室２６ｒに供給されるべき作動油の流量であるロッド側目標供給流量（目標メータイン流量）であり、ΔＰｒｍｉは前記ロッド側開口３６ｒの前後差圧であって前記第１ポンプ圧Ｐ１と前記ロッド圧Ｐｒとの差に相当する（ΔＰｈｍｉ＝Ｐ１－Ｐｈ）。

前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂは、前記ブーム下げ流量指令信号に対応する大きさのブーム下げパイロット圧が当該ブーム下げ流量操作弁７６Ｂを通じてブーム流量制御弁３６のブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるように開弁する。これにより、前記ブーム流量制御弁３６は前記ロッド側メータイン絞り開口面積Ａｒｍｉをもつロッド側開口３６ｒを形成するように開弁する。このようにして前記ブームシリンダ２６のメータイン流量が制御される。

さらに、前記コントローラ１００のポンプ容量指令部１１３は、前記絞り開口制御に対応した第１ポンプ流量Ｑｐ１の制御を行う（ステップＳ１５）。具体的に、当該ポンプ容量指令部１１３は、当該第１ポンプ流量Ｑｐ１が前記ロッド側目標メータイン流量Ｑｒｍｉと前記ブームシリンダ外流量Ｑｅｔとの和に相当する流量となるように、つまりＱｐ１＝Ｑｒｍｉ＋Ｑｅｔとなるように、前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量を変化させるためのポンプ容量指令信号を生成し、これを前記第１油圧ポンプ３１のポンプ容量操作弁３１ａに入力する。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を含むことが可能である。

（１）押付け力の算定及びその偏差に基づく目標ブームシリンダ速度の補正について
本発明において、押付け力Ｆｐの算定及びその偏差ΔＦｐに基づく目標ブームシリンダ速度の補正は必須ではなく、省略されてもよい。また、当該偏差に基づく目標ブームシリンダ速度の補正が行われる場合にも、押付け力の算定は上述したものに限定されない。例えば、作業装置１４の自重によるモーメントはその姿勢によらず一定とみなしてブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔのみに基づいて押付け力Ｆｐの算定が簡易的に行われてもよい。また、算定された後の目標ブームシリンダ速度を補正するのではなく、当該目標ブームシリンダ速度を算定するための前記目標方向ベクトルが補正されてもよい。

（２）ブーム流量制御弁について
本発明に係るブーム流量制御弁の具体的な構成は限定されない。前記実施の形態に係るブーム流量制御弁３６は、単一のスプールのストロークによってヘッド側開口３６ｈ及びロッド側開口３６ｒの双方の開口面積を変化させるパイロット操作式の３位置方向切換弁により構成されるが、本発明に係るブーム流量制御弁は、例えば、図５に示されるヘッド側開口３６ｈ及びロッド側開口３６ｒをそれぞれ互いに独立して形成するヘッド側流量制御弁及びロッド側流量制御弁の組合せであってもよい。その場合も、本発明に係るブーム流量操作部は、目標ブームシリンダ速度の方向とシリンダ推力の方向とに基づいて前記ヘッド側制御弁及びロッド側制御弁の中から操作すべき制御弁を選定することにより、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（３）目標ブームシリンダ速度の算定について
目標ブームシリンダ速度の算定手法は、前記実施の形態における算定手法に限定されない。当該目標ブームシリンダ速度は、例えば、作業装置の姿勢を特定する姿勢情報と目標ブームシリンダ速度との関係について予め用意されたマップに基づき、実際の姿勢情報に対応して特定されてもよい。

（４）アームの作動方向について
前記実施の形態は、アーム２２のアーム引き方向の動きに対応してブームシリンダ２６のシリンダ速度を制御するものであるが、本発明は、アームのアーム押し方向の動きやアーム引き方向及びアーム押し方向の往復動作に追従したブームシリンダの制御にも適用されることが可能である。例えば、アームの押し方向の動きに伴ってブームシリンダの収縮方向のシリンダ速度の制御が行われる場合でも、その目標ブームシリンダ速度の方向とシリンダ推力の方向とに基づいてブーム上げ流量及びブーム下げ流量のうち制御すべき流量（供給側流量または排出側流量）を選定することにより、前記と同様の効果を得ることが可能である。

１０ 下部走行体（機体）
１２ 上部旋回体（機体）
１４ 作業装置
２１ ブーム
２２ アーム
２４ バケット
２６ ブームシリンダ
２６ｈ ヘッド側室
２６ｒ ロッド側室
２７ アームシリンダ
２８ バケットシリンダ
３１ 第１油圧ポンプ（ブーム駆動油圧ポンプ）
３１ａ ポンプ容量操作弁（ポンプ容量制御部を構成）
３６ ブーム流量制御弁
４０ パイロット油圧源
４６ ブーム操作器
４７ アーム操作器
４８ バケット操作器
５２ ポンプ圧センサ
５３ エンジン回転数センサ（ポンプ回転数検出器）
５６Ｈ ブームシリンダヘッド圧センサ（ブームシリンダ圧検出器）
５６Ｒ ブームシリンダロッド圧センサ（ブームシリンダ圧検出器）
６０ 作業装置姿勢検出部
７６Ａ ブーム上げ流量操作弁（ブーム流量操作部）
７６Ｂ ブーム下げ流量操作弁（ブーム流量操作部）
１００ コントローラ
１０１ 目標施工面設定部
１０２ シリンダ長さ演算部（目標シリンダ速度算定部及び押付け力算定部）
１０３ シリンダ速度演算部（目標シリンダ速度算定部）
１０４ 目標シリンダ速度演算部（目標シリンダ速度算定部）
１０６ 重心位置演算部（押付け力算定部）
１０７ シリンダ推力演算部（押付け力算定部）
１０８ 押付け力演算部（押付け力算定部）
１０９ 目標押付け力設定部
１１０ 目標速度補正部
１１１ ブーム流量指令部（ブーム流量操作部）
１１２ 供給側絞り開度演算部
１１３ ポンプ容量指令部（ポンプ容量制御部）

Claims (4)

1. 機体及びこれに取付けられる作業装置を備えた作業機械であって前記作業装置が当該機体に起伏可能に支持されるブームと当該ブームの先端部に回動可能に連結されるアームと当該アームの先端部に取付けられて施工面に押付けられるバケットとを含む作業機械に設けられ、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットを油圧により駆動するための油圧駆動装置であって、
   駆動源により駆動されることにより作動油を吐出する少なくとも一つの油圧ポンプを含む作動油供給装置と、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記ブームを起伏させる少なくとも一つのブームシリンダと、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記アームを回動させるアームシリンダと、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、
   前記作動油供給装置と前記少なくとも１つのブームシリンダとの間に介在し、当該作動油供給装置から前記少なくとも一つのブームシリンダに供給される作動油の流量であるブームシリンダ供給流量及び当該ブームシリンダから排出される作動油の流量であるブームシリンダ排出流量を変化させるように開閉動作することが可能なブーム流量制御弁と、
   前記バケットによる施工対象の目標形状を特定する目標施工面を設定する目標施工面設定部と、
   前記作業装置の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する作業姿勢検出部と、
   前記少なくとも一つのブームシリンダのヘッド側室及びロッド側室のそれぞれの圧力であるヘッド圧及びロッド圧を検出するブームシリンダ圧検出器と、
   前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダのそれぞれの作動速度であるシリンダ速度を演算するシリンダ速度算定部と、
   前記シリンダ速度算定部により算定されるそれぞれのシリンダ速度に基づいて、前記アームシリンダの伸縮による前記アームの動きに伴って前記バケットにより施工される面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダの作動速度の目標値である目標ブームシリンダ速度を算定する目標ブームシリンダ速度算定部と、
   前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させるブーム流量操作部と、を備え、
   前記ブーム流量操作部は、前記目標シリンダ速度算定部により算定される前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記ブームシリンダ圧検出器により検出される前記ヘッド圧及び前記ロッド圧により特定される前記ブームシリンダの推力であるシリンダ推力の方向と一致するときには、前記ブームシリンダ供給流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標供給流量になるように前記ブーム流量制御弁を作動させ、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ排出流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標排出流量になるように前記ブーム流量制御弁を作動させる、油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記ブーム流量制御弁は、ブーム上げパイロットポート及びブーム下げパイロットポートを有するパイロット操作式の方向切換弁であって、前記ブーム上げパイロットポートにブーム上げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを起立させる方向に作動するように前記ブーム上げパイロット圧の大きさに対応した開度で開く一方、前記ブーム下げパイロットポートにブーム下げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを倒伏させる方向に作動するように前記ブーム下げパイロット圧の大きさに対応した開度で開くものであり、前記ブーム流量操作部は、パイロット油圧源と前記ブーム上げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム上げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム上げパイロットポートに入力される前記ブーム上げパイロット圧を前記ブーム上げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム上げ流量操作弁と、前記パイロット油圧源と前記ブーム下げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム下げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム下げパイロットポートに入力される前記ブーム上げパイロット圧を前記ブーム下げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム下げ流量操作弁と、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と一致するときには前記ブームシリンダ供給流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標供給流量になるように前記ブーム上げ流量操作弁及び前記ブーム下げ流量操作弁のうち前記ブーム流量制御弁の供給側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標供給流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力し、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ排出流量が前記目標ブームシリンダ速度に対応した目標排出流量になるように前記ブーム上げ流量操作弁及び前記ブーム下げ流量操作弁のうち前記ブーム流量制御弁の排出側の開口を操作する流量操作弁に対して前記目標排出流量に対応した前記ブーム上げ流量指令信号または前記ブーム下げ流量指令信号を入力するブーム流量指令部と、を有する、油圧駆動装置。
3. 請求項１または２記載の油圧駆動装置であって、前記バケットを施工面に対して押付けるための押付け力の目標値である目標押付け力を設定する目標押付け力設定部と、前記シリンダ推力に基づいて前記押付け力を算定する押付け力算定部と、前記目標押付け力と算定された前記押付け力との偏差に基づいて当該偏差を０に近づける方向に前記目標ブームシリンダ速度を補正する目標速度補正部と、をさらに備え、前記ブーム流量操作部は、前記目標速度補正部により補正された後の前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させる、油圧駆動装置。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の油圧駆動装置であって、前記作動油供給装置に含まれる前記少なくとも一つの油圧ポンプのうち前記少なくとも一つのブームシリンダに接続される油圧ポンプであるブーム駆動油圧ポンプは可変容量型油圧ポンプにより構成され、前記油圧駆動装置は、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の圧力であるポンプ圧を検出するポンプ圧検出器と、前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させるポンプ容量制御部と、前記ブーム駆動油圧ポンプの回転数であるポンプ回転数を検出するポンプ回転数検出器と、をさらに備え、前記ポンプ容量制御部は、前記目標ブームシリンダ速度の方向と前記シリンダ推力の方向とが一致しているときには、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の流量が前記目標供給流量と前記ブームシリンダ以外の対象に供給すべき作動油の流量であるブームシリンダ外流量との和に相当する流量となるように、前記ポンプ回転数検出器により検出される前記ポンプ回転数に基づいて前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させ、前記目標ブームシリンダ速度の方向が前記シリンダ推力の方向と反対の方向であるときには、前記ブームシリンダ圧検出器により検出される前記ヘッド圧または前記ロッド圧と前記ポンプ圧検出器により検出される前記ポンプ圧と前記ブーム流量制御弁が形成する開口のうち前記ブーム駆動油圧ポンプから前記ブームシリンダへの作動油の供給を許容する開口である供給側開口の開度である供給側絞り開度とに基づいて、前記供給側開口を通過して前記少なくとも一つのブームシリンダに吸収される作動油の流量であるブームシリンダ吸収流量を演算し、前記ブーム駆動油圧ポンプから吐出される作動油の流量が前記ブームシリンダ吸収流量と前記ブームシリンダ外流量との和に相当する流量となるように、前記ポンプ回転数に基づいて前記ブーム駆動油圧ポンプのポンプ容量を変化させる、油圧駆動装置。

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