JP2008536057A - 作業機の油圧駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】起動時のショックを低減する作業機の油圧駆動装置を提供する。
【解決手段】作業機の油圧駆動装置において、操作手段の出力値が所定の第１の範囲にある場合に、ポンプを停止し、かつ開閉弁と油圧制御弁とをそれぞれ閉じ、出力値が前記第１の範囲を越えた時に、前記ポンプを起動し、かつ前記開閉弁を開き、前記出力値が前記第１の所定の範囲より広い第２の範囲を越えた時に、前記油圧制御弁を開いてアクチュエータに作動油を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機の油圧駆動装置に関し、特に、作業者の操作に応じて油圧を制御する油圧制御弁を備えた作業機の油圧駆動装置に関するものである。
作業機、例えばバッテリフォークリフトは、備えられたフォークを上下移動するための油圧源としての電動ポンプを備える。電動ポンプから供給される作動油は、油圧制御弁（例えば電磁比例弁）に供給される。油圧制御弁に供給される作動油は、アンロード弁によりその供給状態が制御される。油圧制御弁は供給された作動油の油圧を作業者の操作、例えばジョイスティックの操作に応じた油圧に調整してフォークを移動するアクチュエータに供給する。
このようなバッテリフォークリフトでは、バッテリに蓄電された電力の消費を抑制するため、ジョイスティックの操作がない場合には、電動ポンプを駆動するモータの電源をオフにする。この時に、アンロード弁と油圧制御弁は電動ポンプとアクチュエータ間の作動油が流通する油路を閉じた状態に制御される。
このような状態からジョイスティックの操作に応じた作動指令が入力されると、電動ポンプのモータの起動と、アンロード弁と油圧制御弁とを開く動作が同時に行われる。この結果、電動ポンプからの作動油の油圧が油圧制御弁に作用するタイミングと、油圧制御弁が供給された作動油の油圧を所定の油圧に調整するためにスプールを移動するタイミングとが同時に生じる。このため、電動ポンプから吐出した作動油の油圧が直接、フォークのアクチュエータに作用してショックを発生することになる。
日本国特許庁が発行した特開２０００−８１９０５号公報は、このショックを抑制するため、油圧制御弁が油圧を徐々に上昇するように制御することが開示される。しかしながら、この場合には、ジョイスティックの操作に対する油圧の変化が遅くなり、応答性が悪化するという問題がある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ポンプ起動時の油圧変動に起因するショックを抑制する作業機の油圧制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、アクチュエータと、モータの駆動により作動油を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出される作動油を前記アクチュエータに導く油路と、前記油路に設けられ、前記アクチュエータに導かれる作動油の油圧を制御する油圧制御弁と、前記ポンプと前記油圧制御弁との間の油路の開閉を制御する開閉弁と、運転者が前記アクチュエータを操作するための操作手段と、前記操作手段の出力値に応じて、前記油圧制御弁の開度と前記開閉弁を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記操作手段の出力値が所定の第１の範囲にある場合に、前記ポンプを停止し、かつ前記開閉弁と前記油圧制御弁とをそれぞれ閉じ、前記出力値が前記第１の範囲を越えた時に、前記ポンプを起動し、かつ前記開閉弁を開き、前記出力値が前記第１の所定の範囲より広い第２の範囲を越えた時に、前記油圧制御弁を開いて前記アクチュエータに作動油を供給することを特徴とする。このような構成とすることにより、油圧制御弁に予めポンプからの作動油を供給して、作動油の油圧を作用させ、その後に油圧制御弁を開くようにしたので、ポンプ起動時に発生するアクチュエータのショックを防止することができる。
本発明の第１の実施形態に係る作業機の油圧駆動装置は、図１に示すように、例えばフォークリフトのフォークを移動する油圧駆動部１０と、この油圧駆動部１０を制御する制御部２０とを備える。
油圧駆動部１０は、作動油を貯留する作動油タンク１と、図示しないフォークリフトの、例えばフォークを移動するためのアクチュエータ２と、作動油タンク１の作動油を吸込み、吐出して油路４ａを通じてアクチュエータ２に作動油を供給する電動ポンプ３とを備える。
電動ポンプ３の作動油の吐出量は、電動ポンプ３を駆動する電動モータ３ａの回転に応じて制御される。電動ポンプ３下流の油路４ａには油路４ａを開閉するアンロード弁５が設置される。アンロード弁５には、タンク１に直接作動油を供給する油路４ｂが接続する。
アンロード弁５は、後述するコントローラ８からの制御信号がオンで、油路４ｂを閉じて油路４ａを開き、電動ポンプ３から供給された作動油を油圧制御弁６に供給する。アンロード弁５は、制御信号がオフで油路４ａを閉じ、油圧制御弁６への作動油の流出を禁止し、油路４ｂを開き、作動油をアンロード弁５からタンク１に戻す。油圧制御弁６は、例えば、電磁比例弁で構成され、電動ポンプ３から供給される作動油の油圧を所定の油圧に調整して、その作動油をアクチュエータ２に供給する。
制御部２０は、フォークリフトの運転者がフォークを移動するために操作し、その検出量に応じた電圧信号を出力するジョイスティックレバー（以下、ジョイスティックという。）７と、ジョイスティック７の電圧信号を入力し、アンロード弁５や油圧制御弁６を制御するコントローラ８と、電動ポンプ３の電動モータ３ａを制御するモータコントローラ９を備える。コントローラ８はＣＰＵ８ａを備え、ＣＰＵ８ａは、入力したジョイスティック７からの電圧信号に基づいて、荷役作業に必要な目標電流を演算する。ＣＰＵ８ａは、演算した目標電流を油圧制御弁制御部８ｂ、アンロード弁制御部８ｃ及びモータコントローラ９に出力する。
次に本実施形態の作用を説明する。
運転者によるジョイスティック７操作時に、その操作量に応じた電圧が出力信号としてジョイスティック７からコントローラ８に入力される。コントローラ８は、入力された電圧信号に基づいて目標電流を演算し、油圧制御弁制御部８ｂは演算された目標電流に基づいてアクチュエータ２に供給される作動油の油圧が所定油圧となるように油圧制御弁６を制御する。また、アンロード弁制御部８ｃは演算された目標電流に基づいてアンロード弁５の開閉を制御する。さらにモータコントローラ９は、目標電流に応じた電動ポンプ３の吐出量となるように電動モータ３ａの運転を制御する。このようにして運転者が操作したジョイスティック７の操作量に応じた油圧をアクチュエータに供給し、運転者の意図に沿ったフォークの動作を達成することができる。
図２は本実施形態の電動ポンプ起動時の油圧制御を説明するフローチャートであって、コントローラ８により実施される。以下に説明する油圧制御は、ジョイスティック７の操作に伴い電動ポンプ３が起動する時に実施される。電動ポンプ停止時には、ジョイスティック７は中立の状態にあり、電動ポンプ３は停止し、油圧制御弁６は油路４ａを閉じ、アンロード弁５は油路４ａを閉じ、油路４ｂを開いている。
まずステップ１（図２のＳ１、以下同様とする。）では、ジョイスティック７の出力電圧Ｅｊを読み込む。ステップ２では、出力電圧Ｅｊを所定電圧と比較して、所定の条件が成立するかどうかを判定する。本実施形態では、出力電圧Ｅｊが第１の所定の範囲である所定電圧Ｅ１以上、かつ所定電圧Ｅ２以下かどうかを判定する。第１の所定の範囲は、コントローラ８がジョイスティック７の位置を中立の位置であると判定する出力電圧の範囲である。
出力電圧Ｅｊがこの条件を満たせばステップ４でアンロード弁５は油路４ａを閉じて、制御を終了する。出力電圧Ｅｊが条件を満たさなければ、ステップ３に進み、電動ポンプ３を駆動する電動モータ３ａを起動し、アンロード弁５は油路４ａを開く。
図３は、ジョイスティック７の出力電圧Ｅｊとアンロード弁５の開閉状態を示すアンロード弁５の駆動テーブルである。この図を用いて所定電圧Ｅ１、Ｅ２の設定方法について説明する。
図３において、アンロード弁５がオフ（油路４ａを閉じた状態）からオン（油路４ａを開く状態）に切り換わるしきい値が所定電圧Ｅ１、Ｅ２である。今、ジョイスティック７が中立にある状態での出力電圧Ｅｊは、例えば２．５Ｖ（ボルト）を示すものとする。所定電圧Ｅ１、Ｅ２は、中立位置での出力電圧Ｅｊに対して不感帯（例えば、±０．３Ｖ）を設定したときの上限値及び下限値とする。つまり、下限値の所定電圧Ｅ１は２．２Ｖであり、上限値の所定電圧Ｅ２は２．８Ｖである。したがって、アンロード弁５は、ジョイスティックの出力電圧Ｅｊが２．２Ｖ以下、または２．８Ｖ以上の時に、油路４ａを開き、油路４ｂを閉じる。
このようにジョイスティック７が中立にある状態の出力電圧Ｅｊに不感帯を設け、その下限値及び上限値をそれぞれ所定電圧Ｅ１、Ｅ２として設定したので、ジョイスティック７の部品バラツキにより、ジョイスティック７が中立にある位置での実際の出力電圧Ｅｊが中立位置での出力電圧Ｅｊ（２．５Ｖ）からずれても、そのずれを許容できる。このため、部品バラツキを考慮しても、ジョイスティック７が中立にある状態で、アンロード弁５が油路４ａを開いた状態となることがなく、電動モータ３ａが誤って作動することを防止できる。
ステップ３に続く、ステップ５では、読み込んだ出力電圧Ｅｊが第２の所定の範囲である所定電圧Ｅ３以上、かつ所定電圧Ｅ４以下かどうかを判定する。ここで、第２の所定の範囲は、後述のように第１の所定の範囲より広く設定される。出力電圧Ｅｊが条件を満たした場合には制御を終了する。条件を満たさない場合にはステップ６に進み、油圧制御弁６による作動油の油圧制御を行う。
図４は、ジョイスティック７の出力電圧Ｅｊと油圧制御弁６の油圧制御状態を示す油圧制御弁６の駆動テーブルである。この図を用いて所定電圧Ｅ３、Ｅ４の設定について説明する。
所定電圧Ｅ３、Ｅ４は油圧制御弁６が油路４ａを閉じた状態から開いた状態となり、作動油の油圧制御を開始するしきい値である。所定電圧Ｅ３、Ｅ４は、ジョイスティック７の中立状態での出力電圧Ｅｊ（目標値、２．５Ｖ）に対して、例えば±０．５Ｖの不感帯を設定したときの上限値及び下限値であり、つまり、Ｅ３＝２．０Ｖ、Ｅ４＝３．０Ｖである。したがって、油圧制御弁６は、ジョイスティック７の出力電圧が２．０Ｖ以下、または３．０Ｖ以上のときに開き、油圧制御を開始する。ジョイスティック７が中立にある状態での出力電圧Ｅｊに対してアンロード弁５の不感帯（±０．３Ｖ）より大きい不感帯を設けることにより、確実にアンロード弁５が油路４ａを開いた後に油圧制御弁６の油圧制御を開始することができる。
ステップ６では、油圧制御弁６を開いて、アクチュエータ２に供給する作動油の油圧制御を行う。油圧制御弁６は、ジョイスティック７の操作量に応じた油圧ｐ１となるように電動ポンプ３から供給される作動油の油圧ｓ１を調整する。油圧ｐ１に調整した作動油をアクチュエータ２に供給して図示しないフォークが運転者の意図に沿って移動する。
図５を参照しながら作用を説明する。図５は、ジョイスティック７の出力電圧Ｅｊに対する電動モータ３ａ、アンロード弁５及び油圧制御弁６の作動状態を示すタイミングチャートである。なお、このタイミングチャートでは、ジョイスティック７は中立状態から出力電圧Ｅｊが上昇する側に操作されるものとして説明する。
時刻ｔ１までは、ジョイスティック７の出力電圧Ｅｊは、ジョイスティック７が中立にある状態の出力電圧Ｅｊ（２．５Ｖ）であり、運転者による操作が実施されていない。このときのアンロード弁５と油圧制御弁６は、それぞれ油路４ａを閉じた状態であり、電動ポンプ３を駆動する電動モータ３ａも停止している。この状態では、油圧制御弁６に作用する作動油の油圧は大気圧相当である。
時刻ｔ１でジョイスティック７の操作が開始され、その出力電圧Ｅｊが上昇する。そして時刻ｔ２で、出力電圧Ｅｊが所定電圧Ｅ２（２．８Ｖ）に達した時にアンロード弁５が油路４ａを開き（オン状態）、電動モータ３ａが起動する。この状態では、油圧制御弁６はまだ油路４ａを閉止しているが、電動ポンプ３から吐出した作動油はアンロード弁５を通過して油圧制御弁６に達した状態となる。
ジョイスティック７の操作量をさらに増大することで、出力電圧Ｅｊは上昇し、時刻ｔ３で、出力電圧Ｅｊが所定電圧Ｅ４に達する。出力電圧Ｅｊが所定電圧Ｅ４（３．０Ｖ）に達すると油圧制御弁６が油路４ａを開き、油圧制御弁６に作用する作動油の油圧ｓ１をジョイスティック７の操作量に応じた所定油圧ｐ１に調整する。所定油圧ｐ１に油圧を調整された作動油は、アクチュエータ２に供給され、フォークを移動する。以後、ジョイスティック７の操作量に応じた通常の油圧制御が実施される。
したがって、本発明においては、ジョイスティックの出力値が所定の第１の範囲（２．５±０．３Ｖ）にある場合に、電動ポンプ３を停止し、かつアンロード弁５と油圧制御弁６とはそれぞれ油路４ａを閉じる。前記所定の第１の範囲を越えた時（時刻ｔ２）に、電動ポンプ３を起動し、かつアンロード弁５は油路４ａを開く。前記所定の第１の範囲より広い第２の範囲を設定し、この第２の範囲を越えた時（時刻ｔ３）に、油圧制御弁６は油路４ａを開いてアクチュエータに作動油を供給する。このため、時刻ｔ３で油圧制御弁６を開く際には既に油圧制御弁６に電動ポンプ３から供給される作動油の油圧ｓ１が作用している。この油圧ｓ１が作用した状態から油圧制御弁６を開くことで、油圧制御弁６のスプールのオーバーシュートを抑制し、アクチュエータ２に供給する作動油の油圧が所定の油圧ｐ１を越えることがない。このため、アクチュエータ２でのショックを抑制することができる。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の時間は短く、ジョイスティック７の応答性の悪化を発生することはない。
また運転者の操作手段としてジョイスティック７に限らず、フィンガーチップタイプや接触式／非接触式ポテンショメータを用いたレバータイプのものでもよい。さらにはレバータイプのものではなく、ポテンショメータや同等のアナログ信号を出力するコントローラでもよい。
これまでの説明において、本発明は車両、特にフォークリフトを例に説明してきたが、本実施形態の構成を備える産業車両や建設車両等の作業機に適用できることは言うまでもない。
本発明に係る車両の油圧駆動装置は、ポンプからの作動油が直接作用する油圧制御弁を備えた車両に用いることで、ポンプ起動時のショックを抑制することができる。
第１の実施形態の構成を示す図である。 コントローラの制御内容を説明するフローチャートである。 アンロード弁の駆動テーブルである。 油圧制御弁の駆動テーブルである。 電動モータ、油圧制御弁及びアンロード弁の作動状態を示すタイミングチャートである。

Claims (2)

  1. アクチュエータと、
    モータの駆動により作動油を吐出するポンプと、
    前記ポンプから吐出される作動油を前記アクチュエータに導く油路と、
    前記油路に設けられ、前記アクチュエータに導かれる作動油の油圧を制御する油圧制御弁と、
    前記ポンプと前記油圧制御弁との間の油路の開閉を制御する開閉弁と、
    運転者が前記アクチュエータを操作するための操作手段と、
    前記操作手段の出力値に応じて、前記油圧制御弁の開度と前記開閉弁を制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラは、
    前記操作手段の出力値が所定の第１の範囲にある場合に、前記ポンプを停止し、かつ前記開閉弁と前記油圧制御弁とをそれぞれ閉じ、
    前記出力値が前記第１の範囲を越えた時に、前記ポンプを起動し、かつ前記開閉弁を開き、
    前記出力値が前記第１の所定の範囲より広い第２の範囲を越えた時に、前記油圧制御弁を開いて前記アクチュエータに作動油を供給することを特徴とする作業機の油圧駆動装置。
  2. 前記第１の範囲は、前記操作手段が中立位置での出力値を含み、前記第２の範囲は、前記第１の範囲の最小値よりも小さく、かつ最大値よりも大きくなるように設定することを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
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