JP2003065459A - 比例制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 （電磁）比例制御弁において、制御電流に対
する比例制御弁からの圧油の吐出量の応答感度を、油圧
アクチュエータの作動や操作から必要なものに容易に変
更できるようにする。 【解決手段】 図は比例制御弁の制御電流に対する比例
制御弁からの圧油の吐出流量の関係を表している。図中
破線で示されているのは、標準的な比例制御弁の特性線
である。この代表的な比例制御弁を個々の油圧アクチュ
エータの作動や操作に合わせ、制御電流に対する流量の
応答感度を、制御弁内のスプリング力を本発明によって
変更可能にすることによって、調節可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁タイプのパ
イロット圧調整弁と、ここからのパイロット圧を受けて
作動制御が行われるメイン制御弁とを有して構成される
比例制御弁に関する。 【０００２】 【従来の技術】このような比例制御弁は種々の油圧アク
チュエータの作動制御に用いられており、一例を挙げれ
ば、高所作業車における旋回台の旋回作動制御、ブーム
の起伏および伸縮作動制御を行うために用いられてい
る。なお、高所作業車は、車体上に水平旋回自在に設け
られた旋回台に起伏および伸縮自在にブームが配設さ
れ、このブームの先端に作業者搭乗用の作業台が取り付
けられて構成され、旋回台の旋回およびブームの起伏、
伸縮作動を行わせて作業台を所望高所に移動させるよう
に構成される。以下においては、このような構成の高所
作業車において、旋回台の旋回作動を行わせる旋回モー
タ（油圧モータ）、ブームの起伏作動を行わせる起伏シ
リンダ（油圧シリンダ）、伸縮作動を行わせる伸縮シリ
ンダ（油圧シリンダ）等を油圧アクチュエータと称す
る。 【０００３】この高所作業車において、各油圧アクチュ
エータへの作動油の供給を制御するために用いられる比
例制御弁は、ソレノイドへの通電制御による押圧力とス
プリングの反押圧力とのバランスに応じてパイロットス
プールを移動させてパイロット圧を調圧する電磁弁タイ
プのパイロット圧調整弁と、このパイロット圧調整弁に
より調圧されたパイロット圧を受けて作動が制御される
メイン制御弁とを有して構成される。この比例制御弁
は、作業台上に設けられた操作レバーを作業者が操作す
るとこの操作に応じて作動されて各油圧アクチュエータ
への作動油供給を制御するように構成され、操作レバー
の操作に応じて旋回、起伏、伸縮等の作動が行われるよ
うになっている（この操作モードをマニュアルモードと
称する）。 【０００４】なお、高所作業車において垂直もしくは水
平移動制御を行わせるモードが設定可能としたものがあ
り、このモードの下では、操作レバーの操作に応じて、
旋回、起伏、伸縮等の複数の作動を組み合わせて作動さ
せ、作業台を垂直移動させたり、水平移動させたりする
制御が可能である。このため、このような水平、垂直モ
ードでの作動制御では、複数の比例制御弁が同時に作動
制御が行われるようになっている。 【０００５】制御装置（コントローラ）は、操作レバー
からの操作信号を受けマニュアル操作や水平垂直移動に
必要な各アクチュエータに対する流量（単位時間あたり
の容量）を求め、必要な油圧力を供給するようにそれぞ
れの比例制御弁の操作を行うようになっている。実際の
操作は、コントローラからの制御電流を比例制御弁内の
パイロット圧制御弁のソレノイドに通電して行われる。
つまり、パイロット圧制御弁のソレノイドに流れる制御
電流の大きさに対応してメイン制御弁の開口面積が制御
され、吐出される圧油の流量が制御されることになる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】このような比例制御弁
により作動が制御される油圧アクチュエータは上述のよ
うに旋回モータ、起伏シリンダ、伸縮シリンダ等、種種
のものがあり、且つこれら油圧アクチュエータが用いら
れる高所作業車等の種類、サイズに応じて油圧アクチュ
エータのサイズもしくは容量も様々である。このような
様々な種類の油圧アクチュエータに対応してそれぞれ最
適な特性を有した比例制御弁を用いれば、油圧アクチュ
エータの作動制御を最適化できるのではあるが、これで
はコストがかかりすぎるという問題がある。このため、
一種類の比例制御弁を様々な油圧アクチュエータの作動
制御に用いられているのが現実であるが、このようにし
た場合、ある油圧アクチュエータの作動制御に最適な設
定とすると、別の油圧アクチュエータの作動制御に対し
ては、応答性および作動速度が速すぎたり、遅すぎたり
することがあるという問題がある。 【０００７】例えば、０〜４０Ｌ／分までの油量供給を
制御電流３００〜８００ｍＡ（オフセット電流３００ｍ
Ａ）の制御電流により制御することができる比例制御弁
を用いて、０〜２０Ｌ／分までの油量供給を必要とする
油圧アクチュエータに対する油圧供給を行う場合を考え
る。この場合、必要な流量の最大値２０Ｌ／分は最大流
量の１／２であり、このための制御電流の変域は３００
〜５５０ｍＡとやはり１／２となり狭くなる。制御電流
に対する流量の応答感度が変わらないとすると、この場
合操作レバーの最大傾動角には最大電流８００ｍＡが割
り当てられているので、傾動範囲も狭くなり、例えば５
Ｌ／分等に調整して操作することなどが難しく作業者に
とって使いにくいといった問題がある。 【０００８】また、制御電流を０から最大制御電流まで
変動させて、制御電流に対する比例制御弁からの圧油の
吐出量を測定した結果、或る制御電流値に対して瞬間的
な圧油の突出が発生してしまうことが確かめられた。こ
のような圧油の突出は、マニュアルモードでの安全性や
操作性、また、水平、垂直モードでも安全性や操作性な
らびに複数の油圧アクチュエータ作動の（同期性を含め
た）制御上問題となる。 【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、各種油圧アクチュエータをそれぞれの作
動・操作内容に合った応答性や操作速度を持つことがで
きるようにし、且つ安全で制御精度のよい比例制御弁を
提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明に係る比例制御弁は、ソレノイドへの通電制御
による押圧力とスプリングの反押圧力とのバランスに応
じてパイロットスプールを移動させてパイロット圧を調
圧する電磁弁タイプのパイロット圧調整弁と、パイロッ
ト圧調整弁により調圧されたパイロット圧を受けて作動
位置が制御されるメインスプールを備えたメイン制御弁
とを有して構成される。そして、パイロット圧調整弁に
おけるスプリングの反押圧力を調節可能に構成され、ス
プリングの反押圧力を調節してソレノイドを制御する制
御電流に対する流量の応答感度を変更する。 【００１１】上記構成の比例制御弁によれば、パイロッ
ト圧調整弁のスプリングの反押圧力を調節すれば、制御
電流に対応する比例制御弁の流量の応答感度を作業者の
所望通りに設定できるので、この比例制御弁により油圧
供給制御が行われる油圧アクチュエータの作動制御に最
適な応答感度に調整可能である。上記の例の場合、最大
制御電流８００ｍＡに対して２０Ｌ／分の流量が対応す
る応答感度に調整すれば、操作レバーの傾動範囲も最大
限使用でき操作しやすくなり、単位制御電流あたりの流
量も小さくなるので制御精度も向上する。さらに圧油の
突出も有意に軽減することが実験的に確認された。つま
り、油圧アクチュエータの作動・操作内容に適切且つ安
定な精度良い圧油量が供給され、瞬間的な圧油の突出も
防止することができる油圧比例制御弁が提供される。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図１から図５に基づいて説明する。本実施の形態は
車体に旋回、起伏及び伸縮動自在に設けられた伸縮ブー
ムを有した高所作業車を示す。本発明の比例制御弁を説
明する前に、この比例制御弁を油圧アクチュエータの制
御弁として搭載した高所作業車を説明する。高所作業車
１は、図１に示すように、車体３の前部に運転キャビン
５を有し、この運転キャビン５よりも後側の車体前後の
左右両側部に車体３を持ち上げ支持するアウトリガジャ
ッキ７を有している。車体後部には上方へ突出し旋回動
自在に設けられた旋回台９が取り付けられ、旋回台９の
下方の車体３内には旋回台９を旋回動させる旋回モータ
１１が設けられている。 【００１３】旋回台９の上部には入れ子式に構成された
伸縮ブーム１３の基部が上下方向に揺動自在に枢結さ
れ、伸縮ブーム１３の裏板と旋回台９の底部間には起伏
シリンダ１５が枢結されている。この起伏シリンダ１５
が伸縮動すると伸縮ブーム１３が起伏動するように構成
されている。伸縮ブーム１３の内部には伸縮シリンダ１
７が内蔵されており、この伸縮シリンダ１７の伸縮動に
より伸縮ブーム１３が伸縮動するように構成されてい
る。 【００１４】伸縮ブーム１３の先端には上下方向に揺動
自在に枢結された垂直ポスト１９が設けられ、この垂直
ポスト１９の先端部に水平方向に突出して旋回動自在に
保持された水平アーム２１が取り付けられ、水平アーム
２１の先端に首振り動自在に取り付けられて作業者が搭
乗可能な作業台２３が設けられている。垂直ポスト１９
の下部と伸縮ブーム１３の先端部間には図示しないレベ
リングシリンダが枢結されており、このレベリングシリ
ンダの伸縮作動により伸縮ブーム１３の起伏角度に拘わ
らず垂直ポスト１９を常に垂直状態に保持して、作業台
２３が常に水平状態に保持されている。作業台２３には
ブーム操作レバー２５が設けられており、このブーム操
作レバー２５を傾動操作してマニュアル操作（マニュア
ルモード）することができる。 【００１５】この高所作業車１においては、マニュアル
モード以外にブーム１３先端を半自動的に水平垂直移動
できる水平、垂直モードにし、水平動もしくは垂直動で
きるように構成されている。この水平、垂直モードで
は、複数の油圧アクチュエータの作動制御を精度良く行
うことが必要である。例えば、作業台を右斜め前方に水
平移動させるためには、旋回モータ１１を右旋回させな
がら、伸縮シリンダ１７を伸長動させ、さらに起伏シリ
ンダ１５を倒伏動させるという３つの油圧アクチュエー
タの作動制御を同時に且つ精度良く行わなければならな
い。この高い精度を要求する油圧アクチュエータの作動
制御を行えるように比例制御弁３０が構成されている。 【００１６】図２にはこの比例制御弁３０が示されてお
り、比例制御弁３０は、上部の左右に２つ並んだパイロ
ット圧調整弁４０（（Ｌ）、（Ｒ））と、下部に配設さ
れたメイン制御弁５０とを有して構成される。パイロッ
ト圧調整弁４０は図示しないコントローラからの通電制
御によって励磁されたソレノイド４１（（Ｌ）、
（Ｒ））の押圧力とスプリング４３（図４参照）の反押
圧力とのバランスに応じてパイロットスプール４５（図
４参照）を移動させてパイロット圧を調圧する電磁弁タ
イプの圧力調整弁であり、メイン制御弁５０は、前段の
パイロット圧調整弁４０により調圧されたパイロット圧
油をパイロット路４９（（Ｌ）、（Ｒ））を通じて側方
油室５３（（Ｌ）、（Ｒ）、ここで５３（Ｌ）は図示せ
ず）に受けて作動位置が制御されるメインスプール５１
を備えて構成された４ポート３位置方向・流量制御弁で
ある。 【００１７】比例制御弁３０を、説明のためパイロット
圧調整弁４０とメイン制御弁５０に分離したものを図３
に示している。図３を見ると分かるように、油圧ポンプ
２７からの圧油はメイン制御弁５０のＰポートおよびパ
イロット圧調整弁４０のＰ′ポートに繋がっている。パ
イロット圧調整弁４０のソレノイド４１は図示しない電
線によってコントローラに接続されている。パイロット
圧調整弁４０の下流側には１つ油圧ポートＩがあり、ポ
ートＩはメイン制御弁５０のメインスプール５１にパイ
ロット圧を伝えるパイロット路４９に接続されている。
側方油室５３に流入した圧油の圧力によってメインスプ
ール５１が移動する。メインスプール５１の移動によっ
て油路が切り替わり、さらに作動位置に応じて流路開口
面積を可変させてメイン制御弁を流れる流量制御を行
う。メイン制御弁５０のＡポートもしくは、Ｂポートに
Ｐポートからの圧油が導かれ油圧アクチュエータ（図３
では、一例として起伏シリンダ１５が示されている。）
が作動を行う。作動中にパイロット圧調整弁４０および
メイン制御弁５０で余剰になった作動油は、それぞれの
Ｔ′ポートおよびＴポートからタンク２９に戻される。 【００１８】前述したように、図３には比例制御弁３０
に接続された油圧アクチュエータの一例として起伏シリ
ンダ１５を示している。比例制御弁３０（メイン制御弁
５０）のＡポートは起伏シリンダ１５の基端側の油室に
接続されており、Ｂポートは起伏シリンダ１５のロッド
側の油室に接続されている。この場合に比例制御弁３０
は、ブロックセンタ方式の方向・流量制御弁としての働
きをもつ。この構成をもって比例制御弁３０は制御電流
に比例した圧油流量を供給する。 【００１９】図４には、パイロット圧調整弁４０のより
詳細な構成が示されている。パイロット圧調整弁４０
は、筐体４７の中空円筒形状の内部空間にパイロットス
プール４５が軸方向に移動できるように配設されてお
り、筐体４７には油圧ポンプ２７に連通するＰ′ポート
や油タンク２９に連通するＴ′ポートやメイン制御弁５
０に連通するパイロット油路４９が配設されている。パ
イロットスプール４５の右側（図４の上部側）の凹部に
嵌合するように、ソレノイド４１の押圧ロッド４４が配
設されている。またパイロットスプール４５の円周部に
螺合し、パイロットスプール４５の軸方向に移動可能な
スプリング係止部材４２が螺着されており、スプリング
係止部材４２と筐体４７との間にスプリング４３が配設
されている。スプリング係止部材４２の外方への突出
部、スプリング４３が係止されている側、の反体側にス
プリング係止部材４２が所望位置から移動しないように
するためにロックナット６１が螺着されている。 【００２０】次に、本発明に係る比例制御弁３０の作動
を説明する。作動の一例として高所作業車１の水平移動
モードでの作業台２３の移動を考える。まず、図示しな
い操作モード切替器によって、マニュアルモードから水
平、垂直モードに切り替え、操作レバー２５を傾動操作
することによって作業台２３を右斜め前方に水平移動さ
せることを考える。このとき既に述べたように、図示し
ないコントローラは、ブーム作動させる３つの油圧アク
チュエータ、旋回モータ、伸縮シリンダ、起伏シリンダ
のそれぞれ右旋回、伸長動、伸縮動を同時にかつ正確に
作動させなければならない。この同期制御の正確な実施
によって初めて作業台２３は、水平面内を右斜め前方へ
円滑に移動する。 【００２１】３つの油圧アクチュエータのうち、起伏シ
リンダ１５に注目してより詳細に説明する。前記のよう
に水平移動させる際には、ブーム１３を倒伏動させるた
めに起伏シリンダを伸縮させる。図３を参照すると、起
伏シリンダ１５のロット端部に（つまりＢポートに）作
動油を送り込めばよい。このためには、メイン制御弁５
０の右側方油室５３Ｒにパイロット圧を加圧し、メイン
スプール５１を左方へ移動させ、且つ流量を調節して作
動速度を制御すればよい。そのために、コントローラ
は、操作レバー２５の傾動に対応して制御電流によって
ソレノイド４１Ｒの励磁を行う。 【００２２】図５には、パイロット制御弁４０のソレノ
イド４１に通電する制御電流と、メイン制御弁から吐出
される作動油の流量との関係が示されている。図５中の
破線で示されているのは、最大制御電流８００ｍＡで４
０Ｌ／分の流量を吐出する標準的な比例制御弁の特性を
示している。なお、０〜３００ｍＡまではオフセット電
流であり、不感領域である。一方実線で示されているの
は本発明に係る応答感度設定自在な比例制御弁であっ
て、作動上必要な最大流量が２０Ｌ／分である油圧アク
チュエータに対する特性を示している。図５に見るよう
に、この場合標準的な特性と比べてグラフの傾きが小さ
くなっており、制御電流の変化に対して油量の変化も緩
やかになっている。つまり圧油の吐出流量の制御電流に
対する応答感度を下げている。 【００２３】また、本発明の発明者が行った測定では標
準的な比例制御弁において、或る特定の制御電流域にお
いてこの比例制御弁からの圧油の突出が再現性をともな
って発生することが分かった。この突出は、油圧アクチ
ュエータ作動の安全性・安定性や、水平、垂直モードで
の油圧アクチュエータ作動の同期制御にとって無視する
ことができない程度のものであった。しかしながら、本
発明の発明者のさらなる探求の結果、図５の実線に描か
れている様な緩やかな応答感度特性を持った比例制御弁
であるならば、作動油の突出による油圧アクチュエータ
が安全・安定に作動し、同期制御も潤滑に行えることが
判明した。 【００２４】図５の破線から実線に移行させるためには
図４に示したパイロット制御弁４０内のソレノイド４１
の押圧力に抗するスプリング４３による反押圧力を強め
てやればい。より具体的には、図４に示すスプリング係
止部材４２およびロックナット６１の螺着位置をスプリ
ング４３を縮めるように移動させる。（図４においては
スプリング係止部材４２およびロックナット６１を左側
に移動させればよい。） 【００２５】このように、スプリング係止部材４２およ
びロックナット６１を移動させることで、油圧アクチュ
エータの作動・操作内容によって最適とされ、且つ安全
で操作性や制御精度のよい比例制御弁を設定することが
できる。 【００２６】なお、これまでの説明では応答感度を下げ
る場合を説明したが、これに本発明は、これに限るもの
ではなく、スプリング係止部材４２およびロックナット
６１を移動させてスプリングの設定応力をゆるめておけ
ば、容易に応答感度を上げることもできる。 【００２７】また、スプリング係止部材４２およびロッ
クナット６１を移動させること以外でも、例えばソレノ
イド４１のコイルの電気抵抗を変更することによって
も、同様な効果を奏することができる。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る比例
制御弁によれば、制御電流に呼応する吐出油の流量の応
答感度を油圧アクチュエータの作動や操作の必要にあわ
せて容易に変更できる。また、応答感度を変更すること
によって、瞬間的な圧油の突出が発生してしまうことを
抑制できるので、圧油の流量を安定で精度良く供給する
ことができる。 【００２９】また、スプリング係止部材およびロックナ
ットを移動させることで容易に比例制御弁の特性を変え
ることができるため、現場当業者にコスト的な負担をか
けずとも好ましい応答感度の特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る比例制御弁を油圧アクチュエータ
の制御に用いている高所作業車の正面図である。 【図２】本発明に係る比例制御弁の一部断面図である。 【図３】本発明に係る比例制御弁を説明するための油圧
回路図である。 【図４】本発明に係るパイロット圧調整弁を示す一部断
面図である。 【図５】本発明の比例制御弁の作動と従来の比例制御弁
の作動とを説明・比較するための流量［Ｌ／分］−制御
電流［ｍＡ］の関係を示す図である。 【符号の説明】 ３０ 比例制御弁 ４０ パイロット圧調整弁 ４１ ソレノイド ４３ スプリング ４５ パイロットスプール ５０ メイン制御弁 ５１ メインスプール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H056 AA09 BB32 BB33 BB50 CA02 CB02 CC02 CC06 CC12 CD02 CE01 DD08 DD10 EE06 EE08 GG04 GG12 3H089 AA60 BB10 BB14 BB15 BB17 CC01 DA02 DB46 DB49 DB56 EE15 EE16 EE22 EE37 GG02 JJ01 3H106 DA07 DA08 DA23 DA35 DC09 EE34 EE48 GA23 GC15 KK03

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ソレノイドへの通電制御による押圧力と
   スプリングの反押圧力とのバランスに応じてパイロット
   スプールを移動させてパイロット圧を調圧する電磁弁タ
   イプのパイロット圧調整弁と、 前記パイロット圧調整弁により調圧された前記パイロッ
   ト圧を受けて作動位置が制御されるメインスプールを備
   えたメイン制御弁とを有し、 前記メインスプールの作動位置に応じて流路開口面積を
   可変させて前記メイン制御弁を流れる流量制御を行うよ
   うに構成され、 前記パイロット圧調整弁における前記スプリングの反押
   圧力を調節可能に構成し、前記スプリングの反押圧力を
   調節して前記ソレノイドを制御する制御電流に対する流
   量の応答感度を変更可能となっていることを特徴とする
   比例制御弁。