JP2003056727A - 油圧制御装置および油圧制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サーボ制御方式において操作部材の操作に拘わ
らず油圧アクチュエータの作動を作動限界値内へ強制制
御を行い得るようにする。 【解決手段】油圧アクチュエータの作動を制御する中立
復帰用の反力バネ１０を備えた切換弁スプール１と、こ
の切換弁スプール１を操作する操作弁１１とを有し、操
作弁１１が操作レバー２により切換え操作される。操作
弁１１は、互いに相対的にスライド可能なスリーブ７お
よびスプール５とピストン６とを備える。スプール５に
は操作レバー２が連結され、スリーブ７にはピストン６
及び切換弁スプール１が連結されている。小径圧室１３
と大径圧室１４とを備える復帰手段により、これら両油
圧室１３、１４のピストン６に作用する推力差が反力バ
ネ１０の中立復帰力よりも小さくなるようにすること
で、切換弁スプール１は中立に向けて復帰作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧駆動さ
れるクレーンや高所作業車等の産業車両などに用いられ
る油圧制御装置およびそれを用いた産業車両の安全装置
などとして用いられる油圧制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した産業車両では、作業範囲制限や
過負荷制限のため一般的に操作レバーの操作位置によら
ず制御信号により自動的に停止する油圧制御装置が設け
られている。そのような油圧制御装置としては、図６に
示す構成のものが知られている（特開平６−２４６８
８）。

【０００３】この油圧制御装置は、例えばクレーンの油
圧系に組み込まれていて限界旋回角度で停止させる旋回
制御が可能になっている。具体的には、旋回モータ１０
６の回転を制御するパイロット切換弁１０１を有し、そ
のパイロット切換弁１０１は、一対の減圧弁１０２ａ、
１０２ｂおよび操作レバー１０２ｃを備えたリモコン弁
１０２により操作される。パイロット切換弁１０１と減
圧弁１０２ａを結ぶパイロット配管１０２ｄと、パイロ
ット切換弁１０１と減圧弁１０２ｂを結ぶパイロット配
管１０２ｅとにはそれぞれ電磁比例減圧弁１０２ｆと１
０２ｇが設けられており、操作レバー１０２ｃの操作位
置によらず、制動信号ｉにより電磁比例減圧弁１０２
ｆ、１０２ｇを制御することにより、パイロット切換弁
１０１が中立位置に戻り旋回モータ１０６の回転が停止
される。この回転停止は、旋回モータ１０６とパイロッ
ト切換弁１０１を結ぶ管路１０４、１０５にそれぞれ設
けられたブレーキ弁１０８により発生するブレーキ圧力
が電磁比例リリーフ弁１１０により調整されることで滑
らかに行われる構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の油圧
制御装置による場合には、操作レバーの操作位置によら
ず旋回モータ１０６の回転を停止させることができるも
のの、パイロット切換弁１０１を用いる故に、パイロッ
ト配管１０２ｄ、１０２ｅの容積や、流体の粘性および
流体への空気混入などの要因により応答遅れが発生し、
機械の応答性が悪いものとなっていた。またパイロット
切換弁１０１の操作が圧力制御によるため、スプールに
作用する流体力により操作レバー１０２ａの操作位置と
パイロット切換弁１０１のスプール位置とにズレが生じ
て制御性が悪いものとなっていた。更に、双方向での停
止制御を行うためには少なくとも２つの電磁比例減圧弁
１０２ｆ、１０２ｇが必要となるという難点があった。

【０００５】そこで、このような難点を解決できる油圧
制御装置として、図７に示すサーボ制御方式をとるもの
が提案されている（特開平１０−９４１４）。この装置
は、切換弁スプール１１０にシリンダバレル１１１を連
結し、操作レバー１１２にサーボスプール１１３を連結
して操作力を低減できる構成となっている。

【０００６】しかし、このサーボ制御方式による場合に
は、パイロット切換弁を用いない故に応答性を損なわな
いものの、切換弁スプール１１０、シリンダバレル１１
１、操作レバー１１２およびサーボスプール１１３が相
互に連結された構成であるために、作業範囲限度や過負
荷制限限度に達しても操作レバーの操作とは無関係に油
圧システムを停止させる等の強制制御を行えないという
課題があった。

【０００７】本発明は、このような技術技術の課題を解
決すべくなされたものであり、サーボ制御方式において
操作レバーの操作に拘わらず油圧アクチュエータの作動
を作動限界値内へ強制制御を行い得る油圧制御装置およ
び油圧制御システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の油圧制御装置
は、油圧アクチュエータの作動を制御する切換弁本体
と、この切換弁本体を操作する操作弁とを有し、該操作
弁が操作部材により切換え操作される油圧制御装置であ
って、上記操作弁は、互いに相対的にスライド可能なス
リーブおよびスプールと、上記切換弁本体に連結された
ピストンとを備え、スリーブおよびスプールの一方が上
記操作部材に連結され、他方が上記ピストンに連結され
ていて、上記操作部材の操作に伴うスリーブとスプール
の相対移動による油圧切換作用により上記ピストンの位
置を制御する油圧サーボ機構として構成され、更に、外
部からの油圧制御に基づいて上記切換弁本体を中立に向
けて復帰作動させる復帰手段を具備することを特徴とす
る（請求項１）。

【０００９】本発明の油圧制御装置にあっては、操作弁
が互いに相対的にスライド可能なスリーブおよびスプー
ルを有して構成され、これらスリーブおよびスプールを
介して操作部材と切換弁本体が完全に切り離されてい
る。それ故に、操作部材を操作している途中でも、外部
からの油圧制御を受けることにより、復帰手段が切換弁
本体を中立に向けて復帰作動させる。よって、油圧アク
チュエータの作動、例えば産業車両の旋回角度や過負
荷、クレーン等の高さ、走行速度などが、作動限界値に
達しても、作動限度値下へ強制制御することができる。
また、パイロット切換弁を用いないので、強制制御の応
答性および制御性を向上させ得る。

【００１０】本発明の油圧制御装置において、前記復帰
手段は、前記スリーブおよびスプールの切換わり作用に
応じて前記ピストンをストローク作動させる第１油圧室
と、この第１油圧室に対抗する油圧力を発揮する第２油
圧室とを備え、前記外部からの油圧制御により、両油圧
室がピストンに作用する推力差を前記切換弁本体の中立
復帰バネによる中立復帰力よりも小さくする構成とする
ことができる（請求項２）。

【００１１】この構成による場合には、復帰手段として
の両油圧室の圧力によりピストンに作用する推力差が、
切換弁本体の中立復帰バネによる中立復帰力よりも小さ
くなると、相対的に大きい中立復帰力により切換弁本体
が中立に向けて復帰作動することとなる。

【００１２】本発明の油圧制御装置において、前記スリ
ーブは、タンクポートと、外部から油圧が与えられる圧
油供給ポートとを有し、前記スプールは、スリーブとの
相対位置に拘わらず上記タンクポートに連通するタンク
室と、圧力室とを有し、スプールがスリーブに対して一
方側に移動するとき該圧油供給ポートが圧力室にのみ連
通し、かつ、スプールがスリーブに対して他方側に移動
するとき該圧油供給ポートが両室と非連通状態となるよ
うに、該圧油供給ポートおよび両室の３者の位置関係が
規制されている構成とすることができる（請求項３）。

【００１３】この構成にあっては、スプールとスリーブ
の切換え位置に拘わらず圧油供給ポートとタンクポート
が連通しないので、油圧アクチュエータや、油圧タンク
或いはそれに連結された配管等が破損するのを防止する
ことが可能になる。また、スプールがスリーブに対して
一定方向にのみ移動した場合にだけ、圧力室に圧油供給
ポートから圧油が供給されるので、ピストンを所望方向
に駆動させることが可能になる。

【００１４】本発明の油圧制御システムは、油圧アクチ
ュエータを作動限界値下で作動させるための油圧制御シ
ステムであって、上述した油圧制御装置と、上記油圧制
御装置における復帰手段に対して外部から中立復帰用の
油圧信号を送る油圧供給手段と、上記油圧アクチュエー
タの作動が作動限界値に達したことを検出する検出手段
と、上記検出手段からの検出信号入力に伴って、油圧ア
クチュエータの作動を作動限界値下に制動させる方向に
油圧供給手段を制御する制御手段とを具備することを特
徴とする。

【００１５】この油圧制御システムによる場合には、検
出手段が、油圧アクチュエータの作動が作動限界値に達
したことを検出すると、制御手段は検出手段からの検出
信号入力に伴って、油圧アクチュエータの作動を作動限
界値下に制動させる方向に油圧供給手段を制御する、つ
まり油圧供給手段が復帰手段に対して外部から中立復帰
用の油圧信号を送るので、油圧制御装置の復帰手段が切
換弁本体を中立に向けて復帰作動させる。よって、操作
部材を操作している途中に、油圧アクチュエータの作
動、例えば産業車両の旋回角度や過負荷、クレーン等の
高さ、走行速度などが、作動限界値に達しても、作動限
界値下に強制的に制御することが可能となる。また、パ
イロット切換弁を用いないので、強制制御の応答性およ
び制御性を向上させ得る。

【００１６】本発明の油圧制御システムは、油圧アクチ
ュエータを作動限界値下で作動させるための油圧制御シ
ステムであって、上記復帰手段として前記スリーブおよ
びスプールの切換わり作用に応じて前記ピストンをスト
ローク作動させる第１油圧室と、この第１油圧室に対抗
する油圧力を発揮する第２油圧室とを備える油圧制御装
置と、上記油圧制御装置における第１、第２両油圧室に
よってピストンに作用する推力差を中立復帰バネによる
中立復帰力よりも小さくする油圧信号を送る油圧供給手
段と、上記油圧アクチュエータの作動が作動限界値に達
したことを検出する検出手段と、上記検出手段からの検
出信号入力に伴って、油圧アクチュエータの作動を作動
限界値下に制動させる方向に油圧供給手段を制御する制
御手段とを具備することを特徴とする。

【００１７】この油圧制御システムにあっては、油圧供
給手段は、ピストンを移動させるための第１又は第２油
圧室のいずれかに圧油を供給する。この状態において、
操作部材によりスリーブとスプールの相対位置が切換え
られても、両油圧室のピストンに作用する推力差に基づ
きピストンが操作部材の操作方向にスライドしてスリー
ブとスプールとを操作部材の操作量に応じた偏位量にす
るサーボ機能が働くので、操作部材によるスリーブまた
はスプールの移動量に応じたストロークで切換弁本体が
切換わった状態に静止する。

【００１８】ところで、操作部材の操作中に検出手段が
油圧アクチュエータの作動が作動限界値に達したことを
検出すると、制御手段は油圧アクチュエータの作動を作
動限界値下に制動させるように、つまり一方の油圧室の
油圧を下げるように油圧供給手段を制御し、これに伴い
他方の圧油室の圧力も低下する。そして、両圧油室の作
用によるピストンの推力差が切換弁本体の中立復帰力よ
りも小さくなると、切換弁本体が中立に向けて復帰作動
していき、その後この作動に伴う中立復帰力の減少によ
り最終的に（ピストンの推力）＝（切換弁本体の中立復
帰力）である均衡状態を保持する位置で停止する。

【００１９】よって、操作部材を操作している途中に、
油圧アクチュエータの作動、例えば産業車両の旋回角度
や過負荷、クレーン等の高さ、走行速度などが、作動限
界値に達しても、作動限界値下に強制的に制御すること
が可能となる。また、パイロット切換弁を用いないの
で、強制制御の応答性および制御性を向上させ得る。

【００２０】本発明の油圧制御システムにおいて、前記
油圧供給手段は前記復帰手段に圧油を供給する圧油供給
配管と、その圧油供給配管に設けられた制御弁とを有
し、前記制御手段は前記検出手段からの検出信号入力に
伴って前記制御弁に作動指令信号を出力するコントロー
ラを有する構成とすることができる。例えば、前記制御
弁が比例減圧弁であり、前記コントローラは該比例減圧
弁により前記圧油供給配管内の油圧を所定の圧力からそ
れ以下の任意圧力まで調整する構成とすることができ
る。ここで、任意圧力は、所定の圧力以下であればよ
く、ゼロであってもよい。

【００２１】この構成にあっては、コントローラは検出
手段からの検出信号を入力すると、制動信号を比例減圧
弁に出力する。すると、比例減圧弁は、第２油圧室の圧
力を下げる。これにより、油圧アクチュエータの作動、
例えば産業車両の旋回角度や過負荷、クレーン等の高
さ、走行速度などを作動限界値下に制動させることが可
能になる。更に、第２油圧室に接続されている圧油供給
配管は、切換わり作用に応じてピストンを作動させると
きに第１油圧室に圧油を供給できるように一系統の配管
を分岐させればよく、また、双方向での制御を行う場合
でも、１つの比例減圧弁で済むことになる。これによ
り、簡易な構成にすることが可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき具
体的に説明する。

【００２３】図１は、本実施形態に係る油圧制御システ
ムを、例えばクレーンの旋回操作系に適用した例を示す
油圧回路図である。この油圧制御システムは、ポンプ４
と、ポンプ４により送られる圧油により駆動されてクレ
ーンのブームを旋回させるモータ３と、ポンプ４とモー
タ３の間に設けられ、モータ３の回転方向を３ａ方向と
３ｂ方向とに切り換える切換弁本体としての切換弁スプ
ール１とを有する。

【００２４】切換弁スプール１は、１ａ方向と１ｂ方向
とに切換可能となっていて、その切換は、これの両側に
それぞれ取り付けられた中立状態に復帰させるための中
立復帰バネとしての反力バネ１０、操作部材としての操
作レバー２、および操作レバー２により切換え操作され
る操作弁１１を備える油圧制御装置と、この油圧制御装
置の操作弁１１へサーボ圧油を供給するサーボ圧源１２
および圧油供給配管１８並びにこの圧油供給配管１８に
設けられた制御弁としての電磁比例減圧弁８を有する油
圧供給手段２０と、この油圧供給手段２０により供給さ
れるサーボ圧油の圧力を制御する制御手段としてのコン
トローラ１５とにより行われるようになっている。

【００２５】上記圧油供給配管１８は、サーボ圧源１２
からの圧油を第２油圧室としての小径圧室１３と、後述
するスリーブ７に設けられたａポート（圧油供給ポー
ト）に与えるように途中で分岐して設けられ、前記電磁
比例減圧弁８は圧油供給配管１８の分岐点１８ａよりも
サーボ圧源１２寄りに設けられている。

【００２６】上記操作弁１１は、互いにスライド可能な
サーボスプール５及びスリーブ７と、ピストン６と、こ
のピストン６を作動させる前記小径圧室１３及び第１油
圧室としての大径圧室１４を備える。これら小径圧室１
３及び大径圧室１４は、本実施形態では切換弁スプール
１を中立位置に復帰させる復帰手段としても機能する。
サーボスプール５の両側には中立復帰用の反力バネ９が
取り付けられ、サーボスプール５には操作レバー２が連
結部２ｃを介して連結されている。一方、スリーブ７に
は、連結部７ｃを介してピストン６及び切換弁スプール
１に連結されており、このスリーブ７はピストン６にて
７ａ方向と７ｂ方向とにスライドされる。

【００２７】上記ピストン６は、小径圧室１３にサーボ
圧源１２からの圧油が与えられると６ａ方向にスライド
し、一方、圧油がサーボスプール５及びスリーブ７を介
して大径圧室１４に与えられると６ｂ方向にスライドす
る。大径圧室１４はスリーブ７のｂポートに連通し、ス
リーブ７のｃポート（タンクポート）はタンクに繋がっ
ている。よって、サーボスプール５の５ａ方向へのスラ
イドにより、大径圧室１４の圧油はタンクに戻される。

【００２８】上記コントローラ１５にはセンサ１７から
の信号が入力される。そのセンサ１７は、クレーンのブ
ームの旋回角度が作動限界値に達することを検出するも
のであり、ブームの旋回角度が作動限界値に達すると所
定の信号をコントローラ１５に出力する。

【００２９】コントローラ１５は、センサ１７からの信
号を入力すると、制動信号１６を上記電磁比例減圧弁８
に与えられるようになっており、電磁比例減圧弁８はそ
の制動信号１６に応じて弁開度を調整する。

【００３０】図２は、上記操作弁１１の具体的な構造の
一例を示す正面図であり、中立位置の状態を表す。

【００３１】弁枠体１１ａの内部には、サーボスプール
５が図の左右方向にスライド可能に設けられ、サーボス
プール５の右側を覆ってスリーブ７が設けられている。
サーボスプール５の左端部には、操作レバー２が連結部
２ｃを介して連結され、スリーブ７の右端部には連結部
７ｃを介して切換弁スプール１が連結されている。

【００３２】スリーブ７の右側の連結部７ｃの周囲は右
上がりのハッチングで示す小径圧部１３となり、スリー
ブ７の左側であってサーボスプール５の外周部は右下が
りのハッチングで示す大径圧部１４となっており、スリ
ーブ７がピストン（６）として機能する。

【００３３】スリーブ７内部には径方向にｂポートが形
成され、そのｂポートはスリーブ７内の通路を介して大
径圧部１４と連通している。また、このｂポートは、図
２に示す中立位置のときサーボスプール５のランド部５
ｃにて塞がれ、サーボスプール５が５ａ方向側にスライ
ドすると、図３（ａ）に示すようにランド部５ｃの右側
に設けられたタンク室５ｄと連通する。このタンク室５
ｄはサーボスプール５内に設けた通路５ｇを介して、ス
リーブ７とサーボスプール５の相対的な偏位状態に拘わ
らず、周方向に設けた環状のタンクポート（ｃポート）
５ｆと繋がっている。

【００３４】一方、サーボスプール５が５ｂ方向側にス
ライドすると、ランド部５ｃの左側に周方向に設けた環
状の圧力室５ｅを介してｂポートはａポートと連通する
ようになっている（図３（ｂ）参照）。

【００３５】小径圧部１３には弁枠体１１ａに設けたパ
イロットポートＰｉを介し、電磁比例減圧弁８を経たサ
ーボ圧源１２からの圧油が供給される。

【００３６】次に、このように構成された油圧制御シス
テムの作動を説明する。

【００３７】（切換弁スプール１が中立状態を保つ原
理）ここで、クレーンのブームの旋回角度が作動限界値
内にあり、コントローラ１５から制動信号１６が出力さ
れていないものと仮定する。また、制動しない状態では
電磁比例減圧弁８が励磁されている。

【００３８】大径圧室１４の圧力は、下記（１）式にて
表され、小径圧室１３の面積／大径圧室１４の面積の比
（面積比）で決定され、面積比が例えば１／２であれば
サーボ圧（サーボ圧油の圧力）の１／２となり、両圧室
１３、１４のピストン６に作用する推力は均衡する。よ
って、この原理により、切換弁スプール１は中立状態を
保つこととなる。 大径圧室１４の圧力＝サーボ圧×面積比 …（１）

【００３９】ここで、図２における小径圧室１３の面積
は、（小径圧室１３部分の弁枠体１１ａの内径を直径と
する円の面積Ｗ１）−（小径圧室１３部分の切換弁スプ
ール１の外径を直径とする円の面積Ｗ２）で、同じく大
径圧室１４の面積は、（大径圧室１４部分の弁枠体１１
ａの内径を直径とする円の面積Ｗ３）−（大径圧室１４
部分のスプール５の外径を直径とする円の面積Ｗ４）で
ある。

【００４０】（操作レバーによる操作に伴う切換弁スプ
ール１の動作）操作レバー２を中立状態から２ａの方向
に作動させると、サーボスプール５が５ａの方向へと作
動するため、大径圧室１４内の圧油がタンクへ排出さ
れ、これに伴ってピストン６を６ａの方向へ作動させる
とともに切換弁スプール１を１ａの方向へと作動する。
すると、スリーブ７が７ａの方向へと移動するので、サ
ーボスプール５とスリーブ７の相対位置が中立状態にな
り、切換弁スプール１は切換った状態で停止する（図３
（ａ）参照）。

【００４１】上記とは逆に、操作レバー２を中立状態か
ら２ｂの方向へ作動させると、サーボスプール５が５ｂ
の方向へと作動するため、サーボ圧油が大径圧室１４へ
と流入し、ピストン６を６ｂの方向へ作動させるととも
に切換弁スプール１を１ｂの方向へと作動する。する
と、スリーブ７が７ｂの方向へと移動するので、サーボ
スプール５とスリーブ７の相対位置が中立状態になり、
切換弁スプール１は切換った状態で停止する（図３
（ｂ）参照）。

【００４２】このように、操作レバー２によるサーボス
プール５の移動量に見合うストロークだけ、スリーブ７
と切換弁スプール１が移動するようになる故に、操作レ
バー２の位置指令による切換弁スプール１の位置制御が
行われる。これは一般に用いられているサーボ機構と同
じ制御である。

【００４３】なお、図３（ａ）のとき、スリーブ７に設
けられ、パイロットポートＰｉに連通されるａポート
と、サーボスプール５に設けられた圧油排出用のタンク
室５ｄとにおける中立位置での離隔距離（Ｌ１）が、サ
ーボスプール５の最大ストローク長（Ｓ）に対してＬ１
＞Ｓを満足し、操作レバー２によりａポートとタンク室
５ｄとが接近する引き方向（５ａ方向）にサーボスプー
ル５を操作しても、図３（ａ）に示すようにａポートと
タンク室５ｄとが非連通状態となるように離隔配置され
ている構成とすることが好ましい。加えて、図３（ｂ）
のとき、ａポートが大径圧室１４に繋がる圧力室５ｅと
連通するように構成する、つまり圧力室５ｅの長さＬ２
をサーボスプール５の最大ストローク長（Ｓ）に対して
Ｌ２＞Ｓを満足する構成とすることが好ましい。

【００４４】このような構成にすることにより、サーボ
スプール５とスリーブ７の切換え位置に拘わらず、ａポ
ートとタンク室５ｄとが連通しないので、油圧アクチュ
エータとしてのクレーン或いはタンクや、タンクとｃポ
ートの間の配管等が破損するのを防止することが可能に
なる。また、サーボスプール５がスリーブ７に対して一
定方向にのみ移動した場合にだけ、圧力室５ｅにａポー
ト（圧油供給ポート）から圧油が供給されるので、ピス
トン６を左右の所望方向に駆動させることが可能にな
る。

【００４５】この場合の制御においては、大径圧室１４
の圧力がピストン６に作用する推力（Ａ）は、理論上小
径圧室１３に供給されたサーボ圧がピストン６に作用す
る推力（Ｂ）と、反力バネ１０による反力（Ｃ）との和
に均衡する圧力となり、下記（２）式で表される。但
し、中立復帰力として機能する、反力バネ１０による反
力（Ｃ）は、操作レバーの操作方向により符号が反転す
る。 Ａ＝Ｂ＋Ｃ …（２）

【００４６】図４は、上記面積比が１／２である場合に
おける、切換弁スプール１のストロークと大径圧室１４
の圧力との関係を示す図であり、横軸は大径圧室１４の
圧力で、左側縦軸は１ｂ方向に切換弁スプール１がスラ
イドしたときのストローク、右側縦軸は１ａ方向に切換
弁スプール１がスライドしたときのストロークである。
図中の破線は切換弁スプール１が１ａ方向にスライドし
たとき、実線は切換弁スプール１が１ｂ方向にスライド
したときを示す。

【００４７】この図４から理解されるように、反力バネ
１０による反力（Ｃ）の作用方向の違いに基づき、切換
弁スプール１が１ｂ方向（ストローク正方向）に操作さ
れると大径圧室１４の圧力は高い方へ、切換弁スプール
１が１ａ方向（ストローク負方向）に操作されると大径
圧室１４の圧力は低い方へとずれる。このため、サーボ
圧の設定は反力バネ１０の反力に対して十分に大きな余
裕のある設定とすることが望ましい。なお、図４中の実
線や破線の傾きは、反力バネ１０のバネ定数に応じたも
のである。

【００４８】（切換弁スプール１のストローク制御）次
に、コントローラ１５からの制動信号１６により切換弁
スプール１のストロークを制御する場合について説明す
る。なお、コントローラ１５には、クレーンの旋回角度
が作動限界値に達すると出力される制動信号１６の一例
として、例えば後述する図５に示す信号が設定されてい
る。

【００４９】操作レバー２を２ａの方向に切換えている
場合、切換弁スプール１も１ａの方向に切換っている。

【００５０】このときにピストン６に作用する力の関係
は、下記（３）式で示される。 Ｂ＝Ａ＋Ｃ …（３）

【００５１】そして、制動信号１６を与えて電磁比例減
圧弁８を作動させ、図５の破線にて示すようにサーボ圧
を下げると、小径圧室１３の圧力が下がりピストン６が
６ａの方向に移動しようとするが、サーボ機構が働き切
換弁スプール１の位置を保持しようと大径圧室１４の圧
力を下げる方向へと作用する。

【００５２】そして、大径圧室１４の圧力がゼロになる
までは切換弁スプール１の位置は操作レバー２で設定さ
れた位置を保つが、小径圧室１３の圧力（サーボ圧）が
それまで以下（大径圧室１４の圧力がゼロになるときの
小径圧室１３の圧力以下）に下がると、つまりＢ−Ａ＜
Ｃになると、ピストン６を移動させる推力差が反力バネ
１０による反力（Ｃ）よりも小さくなるため、切換弁ス
プール１の位置はサーボ圧の低下に伴って中立方向へと
移動し、その後反力（Ｃ）の低下により最終的に（３）
式で示すように反力バネ１０による反力（Ｃ）と小径圧
室１３の圧力によりピストン６に作用する反力（Ｂ）と
の均衡で決定される位置となる。これに伴い、クレーン
の旋回角度が作動限界値下の角度に調整される。

【００５３】一方、操作レバー２を２ｂの方向に切換え
ている場合、切換弁スプール１も１ｂの方向に切換って
いる。

【００５４】このときにピストン６に作用する力の関係
は、下記（４）式で示される。 Ａ＝Ｂ＋Ｃ …（４）

【００５５】そして、制動信号１６を与えて電磁比例減
圧弁８を作動させ、図５の実線にて示すようにサーボ圧
を低下させると、小径圧室１３の圧力が下がりピストン
６が６ｂの方向に移動しようとするが、サーボ機構が働
き切換弁スプール１の位置を保持しようと大径圧室１４
の圧力を下げる方向へと作用する。

【００５６】このとき、小径圧室１３の圧力と大径圧室
１４の圧力の双方におけるピストン６に作用する推力
（ＡとＢ）が下がっていくため、反力バネ１０による反
力（Ｃ）に打ち勝つ力が保てないところまでは切換弁ス
プール１の位置は操作レバー２で設定された位置を保つ
が、Ａ−Ｂ＜Ｃの状態に、つまりピストン６を移動させ
る推力差が反力バネ１０による反力（Ｃ）よりも小さく
なる状態にサーボ圧が低下すると、切換弁スプール１の
位置は中立方向へと移動し、その後反力（Ｃ）の低下に
より最終的に切換弁スプール１の位置は（４）式に基づ
く各作用力（ＡとＢとＣ）が均衡する位置となる。これ
に伴い、クレーンの旋回角度が作動限界値下の所定角度
に調整される。

【００５７】上述した図５は、サーボ圧の減少が線形と
なるように制動信号１６を電磁比例減圧弁８へ与えた場
合の制動制御特性例を示す図であり、横軸はサーボ圧、
左側縦軸は切換弁スプール１のストローク、右側縦軸は
大径圧室１４の圧力をとっている。なお、破線は切換弁
スプール１が１ａ方向にスライドしたとき、実線は切換
弁スプール１が１ｂ方向にスライドしたときを示し、一
点鎖線は切換弁スプール１が１ａ方向にスライドしたと
きの大径圧室１４の圧力を、二点鎖線は切換弁スプール
１が１ｂ方向にスライドしたときの大径圧室１４の圧力
を示す。

【００５８】したがって、本実施形態の油圧制御装置に
よる場合には、操作弁１１が互いに相対的にスライド可
能なスリーブ７およびスプール５を有して構成され、そ
のスリーブ７およびスプール５を介して操作レバー２と
切換弁スプール１が完全に切り離されている故に、操作
レバー２を操作している途中でも両圧室１３、１４のピ
ストン６に作用する推力差を、切換弁スプール１の反力
バネ１０による反力Ｃよりも小さくすることにより、切
換弁スプール１を中立方向に向けて復帰作動させること
が可能になり、クレーンにおけるブームの旋回角度を作
動限度値下へ強制制御することができる。また、パイロ
ット切換弁を用いないので、強制制御の応答性および制
御性を向上させ得る。また、ピストン６がスリーブ７に
連結部７ｃを介して連結されているので、ピストン６と
スリーブ７との相対的な動きを規制することが可能とな
り、より高精度の制御が可能になる。

【００５９】また、本実施形態の油圧制御システムによ
る場合には、操作レバー２を操作している途中でも、セ
ンサ１７がクレーンにおけるブームの作動が作動限界値
に達したことを検出すると、コントローラ１５が小径圧
室１３の油圧を低下させるように電磁比例減圧弁８の制
御を行うので、切換弁スプール１を強制的に中立方向へ
切換駆動することが可能になり、操作レバー２の操作に
よりブームの旋回角度を作動限界値下に強制的に制御す
ることが可能となる。また、パイロット切換弁を用いな
いので、強制制御の応答性および制御性を向上させ得
る。更に、ａポート及び小径圧室１３に一系統の圧油供
給配管１８を分岐させて圧油を供給できるようにすれば
よく、また、双方向での制御を行う場合でも、１つの電
磁比例減圧弁８で済むので、簡易な構成にすることが可
能になる。

【００６０】また、本発明の油圧制御システムによる場
合には、コントローラ１５に例えば図５に示すような所
定の制動信号１６を設定しておくことで、電磁比例減圧
弁８にその制動信号１６を与えてサーボ圧を制御でき、
クレーンの旋回角度を作動限界値下の一定値に調整する
ことが可能になる。

【００６１】なお、上述した実施形態では電磁比例減圧
弁８を用いているが、本発明はこれに限らない。例え
ば、図８に示すように電磁弁等の開閉弁８′を用いて油
圧アクチュエータの作動を停止させるように制御するこ
ととしてもよい。

【００６２】また、上述した実施形態では操作レバー２
をスプール５に、切換弁スプール１をスリーブ７にそれ
ぞれ連結しているが、本発明はこれに限らず、操作レバ
ー２をスリーブ７に、切換弁スプール１をスプール５に
それぞれ連結してもよい。

【００６３】また、上述した実施形態では大径圧室と小
径圧室に同じ圧力の圧油を配管１８にて供給し、両圧室
のピストンに作用する力を面積比により変えるようにし
ているが、本発明はこれに限らず、両圧室の面積比を１
にし、これら各圧室に供給する圧油の圧力自体を変える
構成としても実施できることは勿論である。

【００６４】また、上述した実施形態ではクレーンのブ
ームの旋回角度が作動限界値に達したことをセンサによ
り検出する構成としているが、本発明はセンサに限ら
ず、センサ以外の方式により検出する構成としてもよ
い。

【００６５】また、上述した実施形態ではクレーンの旋
回操作系に適用し旋回角度を制限しているが、本発明は
これに限らず、クレーンの過負荷制限や高さ制限、走行
時の最高速度の制限などにも適用できる。更には、本発
明は、クレーン以外の産業車両、例えば高所作業車など
に対しても上述した制限や他の制限を行う場合にも適用
することができる。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の油圧制御装
置による場合には、操作弁が互いに相対的にスライド可
能なスリーブおよびスプールを有して構成され、これら
スリーブおよびスプールを介して操作部材と切換弁本体
が完全に切り離されている故に、操作部材を操作してい
る途中でも、外部からの油圧制御を受けることにより復
帰手段が切換弁本体を中立に向けて復帰作動させる。よ
って、油圧アクチュエータの作動、例えば産業車両の旋
回角度や過負荷、クレーン等の高さ、走行速度などが、
作動限界値に達しても、作動限度値下へ強制制御するこ
とができる。また、パイロット切換弁を用いないので、
強制制御の応答性および制御性を向上させ得る。

【００６７】また、本発明の油圧制御システムによる場
合には、検出手段が、油圧アクチュエータの作動が作動
限界値に達したことを検出すると、制御手段は検出手段
からの検出信号入力に伴って、油圧アクチュエータの作
動を作動限界値下に制動させる方向に油圧供給手段を制
御する、つまり油圧供給手段が復帰手段に対して外部か
ら中立復帰信号としての圧油を供給するので、油圧制御
装置の復帰手段が切換弁本体を中立に向けて復帰作動さ
せる。よって、操作部材を操作している途中に、油圧ア
クチュエータの作動、例えば産業車両の旋回角度や過負
荷、クレーン等の高さ、走行速度などが、作動限界値に
達しても、作動限界値下に強制的に制御することが可能
となる。また、パイロット切換弁を用いないので、強制
制御の応答性および制御性を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る油圧制御システムの一
例を示す油圧回路図である。

【図２】本発明の実施形態に係る操作弁の具体的な構造
を示す正面図であり、中立位置の状態を表す。

【図３】図２の操作弁を操作したときのサーボスプール
とスリーブとの位置関係を示す図であり、（ａ）は操作
レバーを引き方向に操作した場合で、（ｂ）は操作レバ
ーを押し方向に操作した場合である。

【図４】本発明の実施形態に係る油圧制御システムにお
ける大径圧室の圧力（横軸）と切換弁スプールのストロ
ーク（縦軸）との関係を示す図である。

【図５】本発明の実施形態に係る油圧制御装置におい
て、サーボ圧の減少が線形となるように制動信号を電磁
比例減圧弁へ与えた場合のサーボ圧（横軸）と切換弁ス
プールのストローク（左側縦軸）との関係を示す図であ
る。

【図６】従来技術の油圧制御装置の構成を示す図であ
る。

【図７】他の従来技術の油圧制御装置の構成を示す図で
ある。

【図８】本発明の他の実施形態に係る油圧制御システム
の一例を示す油圧回路図である。

【符号の説明】

１ 切換弁スプール（切換弁本体） ２ 操作レバー（操作部材） ５ サーボスプール ５ｄ タンク室 ５ｅ 圧力室 ６ ピストン ７ スリーブ ８ 電磁比例減圧弁（制御弁） １０ 反力バネ（中立復帰バネ） １１ 操作弁 １２ サーボ圧源 １３ 小径圧室（第２油圧室） １４ 大径圧室（第１油圧室） １５ コントローラ（制御手段） １８ 圧油供給配管 ２０ 油圧供給手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 隆博 兵庫県明石市大久保町八木740番地 コベ ルコ建機株式会社大久保工場内 (72)発明者 山本 良 神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工 業株式会社西神戸工場内 (72)発明者 伊藤 登 神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工 業株式会社西神戸工場内 (72)発明者 青木 誠司 神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工 業株式会社西神戸工場内 Ｆターム(参考） 3H067 AA17 AA38 CC44 CC50 DD05 DD12 DD22 EA02 EA06 EA14 EB13 ED10 ED14 ED15 FF11 GG22 3H089 AA43 AA60 BB10 BB15 BB17 CC08 CC18 DA02 DB49 DB54 EE22 FF09 GG02 JJ08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータの作動を制御する切
   換弁本体と、この切換弁本体を操作する操作弁とを有
   し、該操作弁が操作部材により切換え操作される油圧制
   御装置であって、 上記操作弁は、互いに相対的にスライド可能なスリーブ
   およびスプールと、上記切換弁本体に連結されたピスト
   ンとを備え、スリーブおよびスプールの一方が上記操作
   部材に連結され、他方が上記ピストンに連結されてい
   て、上記操作部材の操作に伴うスリーブとスプールの相
   対移動による油圧切換作用により上記ピストンの位置を
   制御する油圧サーボ機構として構成され、更に、外部か
   らの油圧制御に基づいて上記切換弁本体を中立に向けて
   復帰作動させる復帰手段を具備することを特徴とする油
   圧制御装置。
2. 【請求項２】 前記復帰手段は、前記スリーブおよびス
   プールの切換わり作用に応じて前記ピストンをストロー
   ク作動させる第１油圧室と、この第１油圧室に対抗する
   油圧力を発揮する第２油圧室とを備え、前記外部からの
   油圧制御により、両油圧室がピストンに作用する推力差
   を前記切換弁本体の中立復帰バネによる中立復帰力より
   も小さくすることを特徴とする請求項１に記載の油圧制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記スリーブは、タンクポートと、外部
   から油圧が与えられる圧油供給ポートとを有し、前記ス
   プールは、スリーブとの相対位置に拘わらず上記タンク
   ポートに連通するタンク室と、圧力室とを有し、 スプールがスリーブに対して一方側に移動するとき該圧
   油供給ポートが圧力室にのみ連通し、かつ、スプールが
   スリーブに対して他方側に移動するとき該圧油供給ポー
   トが両室と非連通状態となるように、該圧油供給ポート
   および両室の３者の位置関係が規制されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載の油圧制御装置。
4. 【請求項４】 油圧アクチュエータを作動限界値下で作
   動させるための油圧制御システムであって、 請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧制御装置と、 上記油圧制御装置における復帰手段に対して外部から中
   立復帰用の油圧信号を送る油圧供給手段と、 上記油圧アクチュエータの作動が作動限界値に達したこ
   とを検出する検出手段と、 上記検出手段からの検出信号入力に伴って、油圧アクチ
   ュエータの作動を作動限界値下に制動させる方向に油圧
   供給手段を制御する制御手段とを具備することを特徴と
   する油圧制御システム。
5. 【請求項５】 油圧アクチュエータを作動限界値下で作
   動させるための油圧制御システムであって、 請求項２または３に記載の油圧制御装置と、 上記油圧制御装置における第１、第２両油圧室によって
   ピストンに作用する推力差を中立復帰バネによる中立復
   帰力よりも小さくする油圧信号を送る油圧供給手段と、 上記油圧アクチュエータの作動が作動限界値に達したこ
   とを検出する検出手段と、 上記検出手段からの検出信号入力に伴って、油圧アクチ
   ュエータの作動を作動限界値下に制動させる方向に油圧
   供給手段を制御する制御手段とを具備することを特徴と
   する油圧制御システム。
6. 【請求項６】 前記油圧供給手段は前記復帰手段に圧油
   を供給する圧油供給配管と、その圧油供給配管に設けら
   れた制御弁とを有し、前記制御手段は前記検出手段から
   の検出信号入力に伴って前記制御弁に作動指令信号を出
   力するコントローラを有することを特徴とする請求項４
   または５に記載の油圧制御システム。
7. 【請求項７】 前記制御弁が比例減圧弁であり、前記コ
   ントローラは該比例減圧弁により前記圧油供給配管内の
   油圧を所定の圧力からそれ以下の任意圧力まで調整する
   ことを特徴とする請求項６に記載の油圧制御システム。