JP2000009102A - 油圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メータイン、ブリードオフ、メータアウトの
各流量を各個独立して制御することを可能として、オペ
レータの意図する操作性に合わせたシステムの設計を容
易にする。 【解決手段】 レバー操作量に応じてストローク作動す
るコントロールバルブ９とは別に、メータイン流量調整
弁１５とブリードオフ流量調整弁１７をそれぞれ設け、
コントロールバルブ９でメータアウト流量、メータイン
流量調整弁１５でメータイン流量、ブリードオフ流量調
整弁１７によってブリードオフ流量をそれぞれ各別独立
して制御するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧クレーンや油圧
ショベル等の油圧式の作業機械に使用される油圧アクチ
ュエータの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な制御装置の油圧回路構成
を図４に示している。

【０００３】１は油圧ポンプ、２は油圧アクチュエータ
（図ではクレーンのウィンチモータ等として使用される
油圧モータを例示している）で、これらの間に油圧パイ
ロット式の三位置切換弁であるコントロールバルブ３が
設けられ、このコントロールバルブ３により、アクチュ
エータ２に供給される油の流量（アクチュエータ速度）
と方向（アクチュエータ作動方向）が制御される。

【０００４】４は操作レバー、５はこの操作レバー４の
操作量に応じた二次圧をコントロールバルブ３にパイロ
ット圧として供給するリモコン弁、６は油圧ポンプ１を
駆動するエンジンである。

【０００５】なお、操作形式として他に操作レバーによ
って直接手動操作される直動式、レバー操作量に応じた
電流によって制御される電磁式のコントロールバルブが
用いられる場合があるが、基本的な作用に変わりはな
い。

【０００６】ここで用いられるコントロールバルブ３
は、ポンプ吐出油をアクチュエータ２側に流すメータイ
ン、タンクＴ側に流すブリードオフ、アクチュエータ２
から出た油をタンクＴ側に流すメータアウトの各開口部
を有し、レバー操作量に応じたスプールストロークによ
り、図５に示すようにこれら各開口部の面積（開口面
積）が変化し、これによってシステムのメータイン、ブ
リードオフ、メータアウトの各流量が変化する構成とな
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、コントロー
ルバルブ３のスプールストロークと各開口面積の関係
（以下、バルブ特性という）は１本のレバー４に対し従
属関係となって一意的に決定されるため、メータイン、
ブリードオフ、メータアウトの各流量を個別に独立して
制御することはできない。

【０００８】従って、オペレータの意図するアクチュエ
ータ特性を実現するためのシステムの設計が非常に困難
で、試行錯誤的作業が必要となるため、時間的にもコス
ト的にも非常に無駄があった。

【０００９】また、コントロールバルブ３のみによって
各流量を制御する方式では、アクチュエータ２の操作性
能の改善を図る上で限界があった。

【００１０】たとえば、コントロールバルブ３のメータ
イン開口部に流入する流量（メータイン流量＝ポンプ流
量からブリードオフ流量を差し引いた流量）をシステム
の入力、アクチュエータ流量をシステムの出力、メータ
イン開口部に流入する流量からアクチュエータ流量の挙
動に変換する部分をシステムの伝達関数と考えると、各
開口面積がレバー操作量に対して一意的に決定される従
来技術のシステムにおいては、システムの入力も伝達関
数もレバー操作量のみによってほぼ決定されてしまう。

【００１１】このため、システムの安定性（もしくは減
衰性）と応答性（入力に対する即応追従性）の両立を図
ったり、部分的にどちらか一方の影響を強めたりするこ
とができない。

【００１２】つまり、 安定ではあるが応答性が悪くて作業能率が悪いシス
テム 応答性は良いが安定性に欠け、ハンチング等が生じ
易いシステム のいずれか一方にセッティングするしかなかった。

【００１３】一方、作業の種類等に応じてブリードオフ
流量のみを独立して制御できるようにした技術（特開平
９−８８９１４号）が提案されているが、なおメータイ
ン、メータアウトの両開口面積についてはレバー操作量
に応じて一意的に決定されるため、システムの設計に際
して試行錯誤的な作業が必要となるという問題が残され
る。

【００１４】また、上記したシステムの伝達関数部分
は、レバー操作量に応じたメータイン、メータアウト両
開口面積で決定されてしまうため、伝達関数内で安定性
と応答性を分けて取り扱うことがし難く、安定性と応答
性の両立を図ることはやはり困難であった。

【００１５】そこで本発明は、メータイン、ブリードオ
フ、メータアウトの各流量を個別に独立して制御するこ
とができ、これによりオペレータの意図する操作性に合
わせたシステムの設計が容易となるとともに、システム
の安定性と応答性の両立といった操作性能の改善を図り
易い油圧アクチュエータの制御装置を提供するものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、
（イ）油圧ポンプから吐出された油のうち油圧アクチュ
エータ側に流れるメータイン流量、（ロ）同ポンプから
吐出された油のうちタンク側に流れるブリードオフ流
量、（ハ）上記油圧アクチュエータから出てタンク側に
流れるメータアウト流量をそれぞれ操作手段の操作量に
応じて個別に独立して制御しうる流量制御手段を具備す
るものである。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、操作手段の操作量に応じてメータイン、ブリードオ
フ、メータアウト各開口面積が予め決められたパターン
で一意的に変化する主制御弁、(ii) この主制御弁とは
別に、操作手段の操作量に応じて個別に独立して流量制
御しうる流量調整弁を具備するものである。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２の構成におい
て、メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量の
うち二つについて流量調整弁が設けられ、他の一つにつ
いては主制御弁が流量調整弁を兼ねるように構成された
ものである。

【００１９】上記構成によると、流量制御手段によって
メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のすべ
てを、従来のように一意的でなく、各別に独立して制御
できるため、オペレータの意図する操作性に合わせたシ
ステムの設計が容易となる。

【００２０】また、各流量の独立制御が可能となること
で、操作性能の改善を図り易くなる。たとえば前記した
システムの伝達関数の特性を、メータイン流量とメータ
アウト流量の独立制御によって調整でき、安定性と応答
性を分けて取り扱うことが可能となるため、従来は二律
背反的であったこの二つの操作特性をある程度両立させ
ることができる。

【００２１】さらに、請求項３の構成によると、メータ
イン、ブリードオフ、メータアウト各流量のうち二つに
ついて流量調整弁を用い、他の一つは主制御弁（コント
ロールバルブ）を兼用する構成としたから、主制御弁と
は別に三つの流量調整弁を用いる場合と比較して弁の数
が少なくてすみ、回路構成が簡単でコストが安くてす
む。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１〜図３に
よって説明する。

【００２３】第１実施形態（図１，２参照） 図１において、油圧ポンプ７と油圧アクチュエータ８と
の間に、アクチュエータ８の作動を制御する油圧パイロ
ット式の三位置切換弁であるコントロールバルブ９が設
けられ、このコントロールバルブ９が、電磁比例減圧弁
（以下、メイン減圧弁という）１０，１０からパイロッ
ト圧を供給されてストローク作動する。

【００２４】１１は操作手段としての操作レバーで、こ
の操作レバー１１の操作量がレバー位置センサ１２によ
り検出されてコントローラ１３に取り込まれ、このコン
トローラ１３からレバー操作量に応じた操作信号がメイ
ン減圧弁１０に送られてその二次圧（コントロールバル
ブ９のパイロット圧）が変化する。

【００２５】これにより、コントロールバルブ９がスト
ローク作動し、図２（イ）のようにメータアウト開口面
積がスプールストロークに比例して変化する。

【００２６】これに対し、メータインおよびブリードオ
フの両開口面積は最大のまま変化しない。

【００２７】すなわち、コントロールバルブ９は、レバ
ー操作量に応じてメータアウト開口面積のみが変化する
メータアウト流量調整弁（主制御弁）として作用し、こ
れによってメータアウト流量が変化するように構成され
ている。

【００２８】一方、メータイン流量およびブリードオフ
流量を制御する手段として、油圧ポンプ７とコントロー
ルバルブ９のメータインポートとを結ぶメータインライ
ン１４にメータイン流量調整弁１５、コントロールバル
ブ９のブリードオフポートとタンクＴとを結ぶブリード
オフライン１６にブリードオフ流量調整弁１７がそれぞ
れ設けられている。

【００２９】このメータイン、ブリードオフ両流量調整
弁１５，１７には、それぞれパイロット圧に応じて開口
面積（通過流量）が変化する油圧パイロット弁が用いら
れ、電磁比例減圧弁（以下、メータイン用減圧弁、ブリ
ードオフ用減圧弁という）１８，１９の二次圧によって
制御される。図１中、２０は各減圧弁１０，１０，１
８，１９の油圧源である。

【００３０】このメータイン用、ブリードオフ用両減圧
弁１８，１９も、メイン減圧弁１０，１０同様、レバー
操作量に応じたコントローラ１３からの信号によって制
御される。

【００３１】この場合、メータイン流量調整弁１５は、
たとえば図２（ロ）に示すようにスプールストローク
（レバー操作量）の増加に比例して開口面積が増加し、
ブリードオフ流量調整弁１７は、たとえば同（ハ）に示
すようにスプールストロークの増加に比例して開口面積
が減少するようにそれぞれ開口面積特性が設定されてい
る。

【００３２】こうして、メータアウト流量がコントロー
ルバルブ９によって、メータイン流量がメータイン流量
調整弁１５によって、ブリードオフ流量がブリードオフ
流量調整弁１７によってそれぞれレバー操作量に応じて
各個独立して制御されるように構成されている。

【００３３】このレバー操作量に対する各流量の特性
は、コントローラ１３によって自由に設定・変更するこ
とができ、この各流量の個別制御により、オペレータの
意図する操作性に合わせたシステムの設計を、従来のよ
うな試行錯誤的な作業なしで、短時間で容易に行うこと
ができる。

【００３４】また、レバー操作量に対してすべての流量
を独立して制御できることにより、操作性能を容易に改
善することができる。

【００３５】たとえば、前記したようにメータイン流量
（ポンプ流量からブリードオフ流量を差し引いた流量）
をシステムの入力、アクチュエータ流量をシステムの出
力、メータイン流量からアクチュエータ流量の挙動に変
換する部分をシステムの伝達関数と考えた場合、システ
ムの入力はブリードオフ流量調整弁１７によって制御す
ることができる。

【００３６】そして、システムの伝達関数部分の特性
を、メータイン流量調整弁１５と主制御弁であるコント
ロールバルブ９によって独立して制御することで、安定
性と応答性を分けて取り扱うことができるため、従来装
置では二律背反的となっていたこの二つの特性をある程
度両立させることが可能となる。

【００３７】第２実施形態（図３参照） 第１実施形態との相違点のみを説明する。

【００３８】第２実施形態においては、第１実施形態の
回路構成を前提として、油圧ポンプ７の吐出圧（ポンプ
圧）を検出するポンプ圧センサ２１、メータイン圧（ア
クチュエータ入口圧）を検出するメータイン圧センサ２
２、メータアウト圧（アクチュエータ出口圧）を検出す
るメータアウト圧センサ２３、タンク圧を検出するタン
ク圧センサ２４、エンジン６の回転数を検出するエンジ
ン回転数センサ２５、アクチュエータ速度を検出する速
度センサ２６が設けられ、レバー位置センサ１２および
これら各センサ２１〜２６からの検出信号に基づいてコ
ントローラ１３から各減圧弁１０，１８，１９に制御信
号が出力されるように構成されている。

【００３９】この構成によると、作業の種類やオペレー
タの様々な意図に応じて、必要な情報に基づいてメータ
イン、ブリードオフ、メータアウト各流量を制御し、種
々の操作特性を得ることができる。

【００４０】たとえば、メータイン圧、メータアウト
圧、ポンプ圧に応じて、アクチュエータ速度のフィード
バック制御またはフィードフォワード制御を容易に行う
ことができる。

【００４１】他の実施形態 （１）上記実施形態では、コントロールバルブ９として
油圧パイロット弁を用いたが、電磁パイロット弁または
直接手動で操作される直動式の弁を用いてもよい。

【００４２】（２）上記実施形態では、コントロールバ
ルブ９をメータアウト流量調整弁として兼用する構成を
したが、同バルブ９をメータイン流量調整弁またはブリ
ードオフ流量調整弁として兼用する構成としてもよい。

【００４３】あるいは、コントロールバルブ９とは別
に、メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量調
整弁を設けてもよい。

【００４４】あるいはまた、コントロールバルブ９を省
略して上記三種の流量調整弁によってアクチュエータを
制御する構成をとってもよい。

【００４５】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、メー
タイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のすべてを
流量制御手段（請求項２，３の発明では主制御弁と流量
調整弁）により、従来のように一意的でなく、各別に独
立して制御しうるように構成したから、オペレータの意
図する操作性に合わせたシステムの設計を容易に行うこ
とができる。

【００４６】また、システムの伝達関数の特性を、メー
タイン流量とメータアウト流量の独立制御によって調整
でき、システムの安定性と応答性を分けて取り扱うこと
が可能となるため、従来は二律背反的となっていたこの
二つの特性をある程度両立させることができる等、操作
性能を容易に改善することができる。

【００４７】さらに、請求項３の発明によると、メータ
イン、ブリードオフ、メータアウト各流量のうち二つに
ついて流量調整弁を用い、他の一つは主制御弁（コント
ロールバルブ）を兼用する構成としたから、主制御弁と
は別に三つの流量調整弁を用いる場合と比較して弁の数
が少なくてすみ、回路構成が簡単でコストが安くてす
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる制御装置の回路
構成図である。

【図２】（イ)(ロ)(ハ）は同装置におけるコントロール
バルブ、メータイン流量調整弁、ブリードオフ流量調整
弁のスプールストロークと開口面積の関係を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態にかかる制御装置の回路
構成図である。

【図４】従来の制御装置の回路構成図である。

【図５】同装置のコントロールバルブのスプールストロ
ークと各開口面積の関係を示す図である。

【符号の説明】

７ 油圧ポンプ ８ 油圧アクチュエータ ９ 流量制御手段を構成するコントロールバルブ（主制
御弁） １０ コントロールバルブを制御するメイン減圧弁 １１ 操作レバー １２ レバー操作量を検出するレバー位置センサ １３ 流量制御手段を構成するコントローラ １５ 流量制御手段を構成するメータイン流量調整弁 １７ 流量制御手段を構成するブリードオフ流量調整弁 １８ メータイン用減圧弁 １９ ブリードオフ用減圧弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）油圧ポンプから吐出された油のうち
   油圧アクチュエータ側に流れるメータイン流量、 （ロ）同ポンプから吐出された油のうちタンク側に流れ
   るブリードオフ流量、 （ハ）上記油圧アクチュエータから出てタンク側に流れ
   るメータアウト流量をそれぞれ操作手段の操作量に応じ
   て個別に独立して制御しうる流量制御手段を具備するこ
   とを特徴とする油圧アクチュエータの制御装置。
2. 【請求項２】 流量制御手段が、 (i) 操作手段の操作量に応じてメータイン、ブリード
   オフ、メータアウト各開口面積が予め決められたパター
   ンで一意的に変化する主制御弁、 (ii) この主制御弁とは別に、操作手段の操作量に応じ
   て個別に独立して流量制御しうる流量調整弁を具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の油圧アクチュエータの
   制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の油圧アクチュエータの制
   御装置において、メータイン、ブリードオフ、メータア
   ウト各流量のうち二つについて流量調整弁が設けられ、
   他の一つについては主制御弁が流量調整弁を兼ねるよう
   に構成されたことを特徴とする油圧アクチュエータの制
   御装置。