JP6650471B2 - 油圧シリンダ用スプール弁装置 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能な油圧シリンダ用スプール弁装置に関する。
近年、油圧ショベル又はブルドーザ等の作業機械において、ＧＰＳ（Global Positioning System）等を搭載して自身の位置を検出し、その位置情報と施工現場の地形を示す施工情報とを比較し、作業機の姿勢を演算処理して求め、作業機の動きを自動制御したり、作業機の姿勢又は位置と施工情報とを対比して施工状況をモニタ装置にガイダンス表示したりするものが提案されている。このようなＩＣＴ（Information and Communications
Technology：情報通信技術）を活用した作業機械による施工を、情報化施工という。情報化施工によれば、作業機械の操作に未熟なオペレータでも高精度な施工を行うことができる。また、情報化施工によれば、従来必要であった測量作業及び丁張り作業を大幅に削減できる。
特開平７−１１０００４号公報
ところで、従来、オペレータが操作レバーの手動操作によってブルドーザのブレードによる整地作業を行う場合、例えばリフトシリンダのシリンダロッドを伸長してブレードを下げるブレード下げ動作とシリンダロッドを短縮してブレードを上げるブレード上げ動作との切替を行う。ここで、スプール弁のスプールストロークに対するレバーのブレード上げ動作とブレード下げ動作との切替位置に、ある程度のデッドバンドが設けられている。これは、デッドバンドが設けられていないと、急な作業機のブレード上げ動作とブレード下げ動作との切替に、通常の操作に慣れたオペレータが違和感を覚えるためである。
一方、情報化施工による自動制御を行う場合、ブレードの上げ下げ切替制御時にデッドバンドが存在すると、ブレードの応答性が悪くなる。すなわち、情報化施工による自動操作を行う場合、スプール弁のスプールストロークに対する短縮開口特性と伸長開口特性との間にデッドバンドを設けるとブレードの応答性が悪くなるため、デッドバンドを持たずに中立点で切り替わることが好ましい。
したがって、手動操作や自動操作などの操作内容に対応してデッドバンドが可変となることが望ましい。
なお、特許文献１に記載されたように、短縮開口特性と伸長開口特性とがデッドバンドを持たずに中立点で切り替わるスプール弁を用いると短縮開口特性と伸長開口特性との切替の応答性は高くなるが、デッドバンドがないため、操作性が悪い。また、スプールストロークに対するデッドバンドがないため、スプールストロークを中立点で保持しようとしても、スプール弁内の作動油の漏れによってシリンダロッドが自然降下し、あるいは慣性力により、シリンダロッドの停止状態を保持できなくなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能な油圧シリンダ用スプール弁装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、操作指令値に応じてスプールを移動し作動油の流れ方向および流量を制御して油圧シリンダのシリンダロッドを伸長または短縮する油圧シリンダ用スプール弁装置であって、第１のデッドバンドを有し、第１のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第１の開口特性を有した第１のスプール弁と、第２のデッドバンドを有し、第２のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第２の開口特性を有した第２のスプール弁と、前記第１の開口特性で作動油を供給する場合、前記第１のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第２のスプール弁の前記第２のスプールを前記第２のデッドバンドの位置とし、前記第２の開口特性で作動油を供給する場合、前記第２のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第１のスプール弁の前記第１のスプールを前記第１のデッドバンドの位置とし、前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との切替時に前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との間の切替デッドバンドを調整する制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第１のスプール弁は、さらに、第１のデッドバンドから第１のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第３の開口特性を有し、前記第２のスプール弁は、さらに、第２のデッドバンドから第２のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第４の開口特性をさらに有し、前記制御部は、さらに、前記第３の開口特性で作動油を供給する場合、前記第１のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第２のスプール弁の前記第２のスプールを前記第２のデッドバンドの位置とし、前記第４の開口特性で作動油を供給する場合、前記第２のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第１のスプール弁の前記第１のスプールを前記第１のデッドバンドの位置とし、前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との切替時に前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との間の切替デッドバンドを調整することを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整することを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整する場合、切替後の他の前記第１のスプールまたは切替後の他の前記第２のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置に他の前記第１のスプールまたは他の前記第２のスプールを待機させる制御を行うことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチを備え、前記制御部は、前記自動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドをゼロとし、前記第１の開口特性と前記第２の開口特性とを組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行い、前記手動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドを所定値とし、前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行うことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記自動操作モード用の開口特性と前記手動操作モード用の開口特性とを選択的に切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第１のスプール弁の前記第１の開口特性と前記第３の開口特性とは、前記第１のスプールの中立位置に対して非対称であり、前記第２のスプール弁の前記第４の開口特性と前記第２の開口特性とは、前記第２のスプールの中立位置に対して非対称であることを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第１のスプールのストロークを検出する第１のストローク検出センサと、前記第２のスプールのストロークを検出する第２のストローク検出センサと、を備え、前記制御部は、前記第１ストローク検出センサおよび前記第２ストローク検出センサが検出したストロークをもとに前記切替デッドバンドを調整することを特徴とする。
本発明によれば、第１のデッドバンドを有し、第１のスプールの移動に伴ってシリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第１の開口特性を有した第１のスプール弁と、第２のデッドバンドを有し、第２のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第２の開口特性を有した第２のスプール弁と、を備え、前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との切替時に前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との間の切替デッドバンドを調整するようにしている。これにより、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能となり、手動操作や自動操作などの操作内容に対応した所望のデッドバンドを有した前記第１の開口特性と前記第２の開口特性とを得ることができる。
図１は、本発明の実施の形態にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置の構成を示す模式図である。 図２は、第１のスプール弁の伸長開口特性と第２のスプール弁の短縮開口特性とを組み合わせて切替デッドバンドを調整した開口特性と、第１のスプール弁の短縮開口特性と第２のスプール弁の伸長開口特性とを組み合わせて切替デッドバンドを調整した開口特性とを示す図である。 図３は、自動操作モードにおける自動操作流量信号によるブレード上げ下げ操作に伴う、電磁比例制御信号、第１及び第２のスプールのスプールストローク、第１及び第２のスプール弁の開口面積、第１及び第２のスプール弁から油圧シリンダへの実作動油流量、シリンダロッドのシリンダストロークの関係を示すタイムチャートである。 図４は、切替デッドバンドをゼロとした自動操作モードにおける第１のスプールと第２のスプールとの初期位置を示す図である。 図５は、図４の状態からシリンダロッドを短縮する状態に移行したときの第１のスプールと第２のスプールとの位置を示す図である。 図６は、図４の状態からシリンダロッドを伸長する状態に移行したときの第１のスプールと第２のスプールとの位置を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態である油圧シリンダ用スプール弁装置について説明する。
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、油圧シリンダ用スプール弁装置１は、第１のスプール弁１０、第２のスプール弁２０、および、制御部３０を有する。第１のスプール弁１０および第２のスプール弁２０によって制御される油圧シリンダ２は、例えば、ブルドーザのリフトシリンダである。油圧シリンダ２は、シリンダヘッド側油室ＥＡにヘッド側ポートＡを介して作動油が供給されると、ピストン３に接続されるシリンダロッド４を短縮させ、シリンダロッド４の先端に接続されたブレード５を上げる。また、油圧シリンダ２は、シリンダボトム側油室ＥＢにボトム側ポートＢを介して作動油が供給されると、シリンダロッド４を伸長してブレード５を下げる。
第１のスプール弁１０は、弁体１１内を摺動する第１のスプール１２および第１のスプール１２のストロークを検出する第１のストローク検出センサＳＳ１を有する。第１のスプール１２は、電磁比例制御弁１５、１６から両端に加えられるパイロット圧ＰＰ１１、ＰＰ１２によって摺動する。第１のスプール弁１０は、ポンプポートＰ１、タンクポートＴ１、ヘッド側ポートＡ１、ボトム側ポートＢ１を有する。ポンプポートＰ１は、油路ＬＰを介して油圧ポンプＰに接続される。タンクポートＴ１は、油路ＬＴ１を介してタンクＴに接続される。ヘッド側ポートＡ１は、油路ＬＡを介して油圧シリンダ２のヘッド側ポートＡに接続される。ボトム側ポートＢ１は、油路ＬＢを介して油圧シリンダ２のボトム側ポートＢに接続される。なお、図１に示した第１のスプール１２は、中立位置である。
第２のスプール弁２０は、弁体２１内を摺動する第２のスプール２２および第２のスプール２２のストロークを検出する第２のストローク検出センサＳＳ２を有する。第２のスプール２２は、電磁比例制御弁２５、２６から両端に加えられるパイロット圧ＰＰ２１、ＰＰ２２によって摺動する。第２のスプール弁２０は、ポンプポートＰ２、タンクポートＴ２、ヘッド側ポートＡ２、ボトム側ポートＢ２を有する。ポンプポートＰ２は、油路ＬＰを介して油圧ポンプＰに接続される。タンクポートＴ２は、油路ＬＴ２を介してタンクＴに接続される。ヘッド側ポートＡ２は、油路ＬＡを介して油圧シリンダ２のヘッド側ポートＡに接続される。ボトム側ポートＢ２は、油路ＬＢを介して油圧シリンダ２のボトム側ポートＢに接続される。なお、図１に示した第２のスプール２２は、中立位置である。
なお、油路ＬＡは、ヘッド側ポートＡからヘッド側ポートＡ１、Ａ２に２分岐されている。また、油路ＬＢは、ボトム側ポートＢからボトム側ポートＢ１、Ｂ２に２分岐されている。さらに、油路ＬＰは、油圧ポンプＰからポンプポートＰ１、Ｐ２に２分岐されている。
また、弁体１１の両端部と第１のスプール１２の両端部との間にそれぞれバネを設け、加えられた両端からのパイロット圧ＰＰ１１、ＰＰ１２に対してそれぞれ反力を与えるようにしている。同様に、弁体２１の両端部と第２のスプール２２の両端部との間にそれぞれバネを設け、加えられた両端からのパイロット圧ＰＰ２１、ＰＰ２２に対してそれぞれ反力を与えるようにしている。そして、第１のスプール弁１０および第２のスプール弁２０では、パイロット圧ＰＰ１１、ＰＰ１２、ＰＰ２１、ＰＰ２２が加えられない場合、第１のスプール１２および第２のスプール２２は、中立点Ｎに位置する。
制御部３０は、パイロット圧ＰＰ１１、ＰＰ１２を生成する電磁比例制御弁１５、１６、パイロット圧ＰＰ２１、ＰＰ２２を生成する電磁比例制御弁２５、２６、および、スプール制御部Ｃを有する。スプール制御部Ｃは、切替タイミング調整部Ｃ１を有する。切替タイミング調整部Ｃ１による切替タイミング制御については後述する。スプール制御部Ｃには、自動制御時における自動操作流量信号Ｄ１１、手動操作時における操作レバー３１の操作による操作レバーストローク信号Ｄ１２、および、自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチ３２から選択スイッチ信号ＤＳが入力される。また、スプール制御部Ｃには、第１のストローク検出センサＳＳ１が検出したストローク量および第２のストローク検出センサＳＳ２が検出したストローク量が入力される。スプール制御部Ｃは、自動操作モードが選択された場合、自動操作流量信号Ｄ１１および第１のストローク検出センサＳＳ１が検出したストローク量をもとに第１のスプール１２のスプールストロークを、電磁比例制御弁１５、１６を介して精度良く制御し、自動操作流量信号Ｄ１１および第２のストローク検出センサＳＳ２が検出したストローク量をもとに第２のスプール２２のスプールストロークを、電磁比例制御弁２５、２６を介して精度高く制御する。スプール制御部Ｃは、手動操作モードが選択された場合、操作レバーストローク信号Ｄ１２および第１のストローク検出センサＳＳ１が検出したストローク量をもとに第１のスプール１２のスプールストロークを、電磁比例制御弁１５、１６を介して精度良く制御し、操作レバーストローク信号Ｄ１２および第２のストローク検出センサＳＳ２が検出したストローク量をもとに第２のスプール２２のスプールストロークを、電磁比例制御弁２５、２６を介して精度高く制御する。
（第１のスプール弁１０の開口特性）
第１のスプール弁１０は、図２（ａ）に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第１の開口特性（伸長開口特性１０Ｄ）および第３の開口特性（短縮開口特性１０Ｕ）をもつ。
伸長開口特性１０Ｄは、第１のスプール１２を方向Ｄ１に移動し、ポンプポートＰ１、小径部１２ｂが形成する油室、ボトム側ポートＢ１を介した油路と、ヘッド側ポートＡ１、小径部１２ａが形成する油室、タンクポートＴ１を介した油路とを形成し、方向Ｄ１への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド４は伸長方向ＡＤに伸びてブレード５が下がる。
また、短縮開口特性１０Ｕは、第１のスプール１２を方向Ｕ１に移動し、ポンプポートＰ１、小径部１２ｂが形成する油室、ヘッド側ポートＡ１を介した油路と、ボトム側ポートＢ１、小径部１２ｃが形成する油室、タンクポートＴ１を介した油路とを形成し、方向Ｕ１への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド４は短縮方向ＡＵに縮んでブレード５が上がる。
伸長開口特性１０Ｄと短縮開口特性１０Ｕとの間には、中立点Ｎを跨いだ第１のデッドバンドＤＢ１０が形成される。この第１のデッドバンドＤＢ１０は、例えば、図１に示した幅ΔＵ１（第１のスプール１２が方向Ｕ１に移動し、ノッチ１３ｂを介して小径部１２ｂが形成する油室とヘッド側ポートＡ１とが開口するまでの幅）と幅ΔＤ１（第１のスプール１２が方向Ｄ１に移動し、小径部１２ｂが形成する油室とボトム側ポートＢ１とが開口するまでの幅）とを加算したスプールストロークに相当する。第１のデッドバンドＤＢ１０の領域では、第１のスプール弁１０内に油路は形成されず、作動油が流れないため、シリンダロッド４の位置が保持される。なお、短縮開口特性１０Ｕのスプールストロークの小さい領域では、スプールストロークの増大に対する開口面積の増大が小さい部分短縮開口特性１０Ｕ´を有する。部分短縮開口特性１０Ｕ´では、大きなスプールストロークの変化で開口変化の小さい制御が可能であるため、ブレード上げ量の高精度制御が可能になる。この部分短縮開口特性１０Ｕ´は、第１のスプール１２に形成されたノッチ１３ｂ、１３ｃによって生成される。
（第２のスプール弁２０の開口特性）
一方、第２のスプール弁２０は、図２（ｂ）に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第４の開口特性（伸長開口特性２０Ｄ）および第２の開口特性（短縮開口特性２０Ｕ）をもつ。
伸長開口特性２０Ｄは、第２のスプール１２を方向Ｄ２に移動し、ポンプポートＰ２、小径部２２ｂが形成する油室、ボトム側ポートＢ２を介した油路と、ヘッド側ポートＡ２、小径部２２ａが形成する油室、タンクポートＴ２を介した油路とを形成し、方向Ｄ２への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド４は伸長方向ＡＤに伸びてブレード５が下がる。
また、短縮開口特性２０Ｕは、第２のスプール２２を方向Ｕ２に移動し、ポンプポートＰ２、小径部２２ｂが形成する油室、ヘッド側ポートＡ２を介した油路と、ボトム側ポートＢ２、小径部２２ｃが形成する油室、タンクポートＴ２を介した油路とを形成し、方向Ｕ２への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド４は短縮方向ＡＵに縮んでブレード５が上がる。
伸長開口特性２０Ｄと短縮開口特性２０Ｕとの間には、中立点Ｎを跨いだ第２のデッドバンドＤＢ２０が形成される。この第２のデッドバンドＤＢ２０は、例えば、図１に示した幅ΔＵ２（第２のスプール２２が方向Ｕ２に移動し、小径部２２ｂが形成する油室とヘッド側ポートＡ２とが開口するまでの幅）と幅ΔＤ２（第２のスプール２２が方向Ｄ２に移動し、ノッチ２３ｂを介して小径部２２ｂが形成する油室とボトム側ポートＢ２とが開口するまでの幅）とを加算したスプールストロークに相当する。第２のデッドバンドＤＢ２０の領域では、第２のスプール弁２０内に油路は形成されず、作動油が流れないため、シリンダロッド４の位置が保持される。なお、伸長開口特性２０Ｄのスプールストロークの小さい領域では、スプールストロークの増大に対する開口面積の増大が小さい部分伸長開口特性２０Ｄ´を有する。部分伸長開口特性２０Ｄ´では、大きなスプールストロークの変化で開口変化の小さい制御が可能であるため、ブレード下げ量の高精度制御が可能になる。この部分伸長開口特性２０Ｄ´は、第２のスプール２２に形成されたノッチ２３ａ、２３ｂによって生成される。
（スプール制御部Ｃによるスプール制御）
スプール制御部Ｃは、手動操作モードが選択された場合、第１のスプール弁１０および第２のスプール弁２０を用いて図２（ｃ）に示した開口特性を生成するようにスプール制御する。この開口特性は、伸長開口特性２０Ｄと短縮開口特性１０Ｕと切替タイミング調整部Ｃ１によって調整された切替デッドバンドＤＢ１とを組み合わせたものである。
伸長開口特性２０Ｄは、第１のスプール１２を第１のデッドバンドＤＢ１０の領域に置き、第２のスプール２２を第２のデッドバンドＤＢ２０の位置から方向Ｄ２に移動させることによって得られる。
短縮開口特性１０Ｕは、第２のスプール２２を第２のデッドバンドＤＢ２０の領域に置き、第１のスプール１２を第１のデッドバンドＤＢ１０の位置から方向Ｕ１に移動させることによって得られる。
切替デッドバンドＤＢ１は、切替タイミング調整部Ｃ１によって、第２のスプール２２が伸長開口特性２０Ｄの領域から方向Ｕ２に移動して第２のデッドバンドＤＢ２０の位置に置かれてから、第１のスプール１２が第１のデッドバンドＤＢ１０の位置から方向Ｕ１に移動して短縮開口特性１０Ｕの領域に入るタイミング（時間）を調整することによって設定される。
また、切替デッドバンドＤＢ１は、切替タイミング調整部Ｃ１によって、第１のスプール１２が短縮開口特性１０Ｕの領域から方向Ｄ１に移動して第１のデッドバンドＤＢ１０の位置に置かれてから、第２のスプール２２が第２のデッドバンドＤＢ２０の位置から方向Ｄ２に移動して伸長開口特性２０Ｄの領域に入るタイミング（時間）を調整することによって設定される。
一方、スプール制御部Ｃは、自動操作モードが選択された場合、第１のスプール弁１０および第２のスプール弁２０を用いて図２（ｄ）に示した開口特性を生成するようにスプール制御する。この開口特性は、伸長開口特性１０Ｄと短縮開口特性２０Ｕと切替タイミング調整部Ｃ１によって調整された切替デッドバンドＤＢ２とを組み合わせたものである。この自動操作モードでは、切替デッドバンドＤＢ２をゼロとして、伸長開口特性１０Ｄと短縮開口特性２０Ｕと切替の応答性を高くしている。
伸長開口特性１０Ｄは、第２のスプール２２を第２のデッドバンドＤＢ２０の領域に待機させて置き、第１のスプール１２を第１のデッドバンドＤＢ１０の位置から方向Ｄ１に移動させることによって得られる。
短縮開口特性２０Ｕは、第１のスプール１２を第１のデッドバンドＤＢ１０の領域に待機させて置き、第２のスプール２２を第２のデッドバンドＤＢ２０の位置から方向Ｕ２に移動させることによって得られる。
切替デッドバンドＤＢ２は、切替タイミング調整部Ｃ１によって、第１のスプール１２が伸長開口特性１０Ｄの領域から方向Ｕ１に移動して第１のデッドバンドＤＢ１０の位置に置かれてから、第２のスプール２２が第２のデッドバンドＤＢ２０の位置から方向Ｕ２に移動して短縮開口特性２０Ｕの領域に入るタイミング（時間）を調整することによって設定される。
また、切替デッドバンドＤＢ２は、切替タイミング調整部Ｃ１によって、第２のスプール２２が短縮開口特性２０Ｕの領域から方向Ｄ２に移動して第２のデッドバンドＤＢ２０の位置に置かれてから、第１のスプール１２が第１のデッドバンドＤＢ１０の位置から方向Ｄ１に移動して伸長開口特性１０Ｄの領域に入るタイミング（時間）を調整することによって設定される。自動操作モードでの切替タイミング調整は、切替タイミングが一致するように行われる。
図２（ｃ）および図２（ｄ）に示した開口特性は、第１のスプール弁１０および第２のスプール弁２０の２つのスプール弁を用いているため、横軸は、１つのスプール弁とみなした仮想スプールストロークとなる。そして、図２（ｃ）の横軸は、操作レバーストローク信号Ｄ１２に対応し、図２（ｄ）の横軸は、自動操作流量信号Ｄ１１に対応する。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１のスプール弁１０の開口特性および第２のスプール弁２０の開口特性は、それぞれ、中立点Ｎに非対称な特性である。そして、得られた図２（ｃ）および図２（ｄ）の開口特性は、原点０（中立点）に対して対称な特性となっている。
（自動操作モードにおける切替タイミングのゼロ調整）
スプール制御部Ｃは、切替デッドバンドＤＢ２をゼロに調整する場合、切替後の他の第１のスプール１２または切替後の他の第２のスプール２２のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置で、他の第１のスプール１２または他の第２のスプール２２を待機させる。すなわち、スプール制御部Ｃは、スプールを介して作動油が流通しない位置に待機させる制御を行う。
図３〜図６を参照して具体的な切替タイミングのゼロ調整について説明する。図３は、自動操作モードにおける自動操作流量信号Ｄ１１によるブレード上げ下げ操作に伴う、電磁比例制御信号、第１及び第２のスプール１２、２２のスプールストローク、第１及び第２のスプール弁１０、２０の開口面積、第１及び第２のスプール弁１０、２０から油圧シリンダ２への実作動油流量、シリンダロッド４のシリンダストロークの関係を示すタイムチャートである。図４は、切替デッドバンドＤＢ２をゼロとした自動操作モードにおける第１のスプール１２と第２のスプール２２との初期位置を示す図である。図５は、図４の状態からシリンダロッド４を短縮する状態に移行したときの第１のスプール１２と第２のスプール２２との位置を示す図である。図６は、図４の状態からシリンダロッド４を伸長する状態に移行したときの第１のスプール１２と第２のスプール２２との位置を示す図である。
図３において、ブレード上げ操作（シリンダロッド４の短縮）を開始する時点ｔ１までの間、図３（ａ）に示すように、自動操作流量信号Ｄ１１によるブレード上げ下げ操作量はゼロである。このとき、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁１６に対してスタンバイ電流である電流Ｉ１ｓを流させる指示を行い、図３（ｃ）に示すように、第１のスプール１２が方向Ｄ１に移動して、図４に示すように、第１のスプール弁１０が開口する直前の位置で待機させる状態にしている。同様に、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁２５に対してスタンバイ電流である電流Ｉ２ｓを流させる指示を行い、図３（ｃ）に示すように、第２のスプール２２が方向Ｕ２に移動して、図４に示すように、第２のスプール弁２０が開口する直前の位置で待機させる状態にしている。
図４に示すように、第１のスプール弁１０が開口する直前の位置とは、第１のスプール１２の大径部４１、４２の端部４１ａ、４２ａが、それぞれ弁体１１の位置ＰＴ１、ＰＴ２に位置することである。また、第２のスプール弁２０が開口する直前の位置とは、第２のスプール２２の大径部５１、５２の端部５１ａ、５２ａが、それぞれ弁体２１の位置ＰＴ３、ＰＴ４に位置することである。
その後、時点ｔ１〜ｔ２でブレード上げ操作の自動操作流量信号Ｄ１１が入力されると、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁２５に対して自動操作流量信号Ｄ１１に対応した電流Ｉ２を流させる指示を行う。一方、第１のスプール１２は、現在のストローク位置を維持する。すると、第２のスプール２２は、図３（ｃ）に示すように、方向Ｕ２にさらに移動し、図３（ｄ）に示すように、第２のスプール弁２０は開口する。これによって、図３（ｅ）及び図５に示すように、第２のスプール弁２０から油圧シリンダ２側に作動油が流れ、シリンダロッド４が短縮方向ＡＵに縮まる。そして、油圧シリンダ４への作動油量の増大に応じて、図３（ｆ）に示すように、シリンダロッド４は、短縮方向ＡＵに縮まり、ブレード５が上がる。
その後、時点ｔ２でブレード上げ操作からブレード下げ操作への切替、すなわち、時点ｔ２でブレード下げ操作の自動操作流量信号Ｄ１１が入力されると、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁１６に対して自動操作流量信号Ｄ１１に対応した電流Ｉ１を流させる指示を行うとともに、電磁比例制御弁２５に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流Ｉ２ｓを流させる指示を行う。
すると、第１のスプール１２は、図３（ｃ）に示すように、待機位置から方向Ｄ１にさらに移動し、図３（ｄ）に示すように、第１のスプール弁１０は開口する。一方、第２のスプール２２は、図３（ｃ）に示すように、方向Ｄ２に移動し、待機位置に戻る。この待機位置に戻るためにスタンバイ電流である電流Ｉ２ｓが加えられる。これによって、図３（ｅ）及び図６に示すように、第１のスプール弁１０から油圧シリンダ２側に作動油が流れ、シリンダロッド４が伸長方向ＡＤに伸びる。そして、油圧シリンダ４への作動油量の増大に応じて、図３（ｆ）に示すように、シリンダロッド４は、伸長方向ＡＤに伸び、ブレード５が下がる。
その後、時点ｔ３でブレード下げ操作からブレード上げ操作への切替、すなわち、時点ｔ３でブレード上げ操作の自動操作流量信号Ｄ１１が入力されると、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁２５に対して、スタンバイ電流である電流Ｉｓから、自動操作流量信号Ｄ１１に対応した電流Ｉ２を流させる指示を行うとともに、電磁比例制御弁１６に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流Ｉ１ｓを流させる指示を行う。
すると、第２のスプール２２は、図３（ｃ）に示すように、待機位置から方向Ｕ２にさらに移動し、図３（ｄ）に示すように、第２のスプール弁２０は開口する。一方、第１のスプール１２は、図３（ｃ）に示すように、方向Ｕ１に移動し、待機位置に戻る。この待機位置に戻るためにスタンバイ電流である電流Ｉ１ｓが加えられる。これによって、再び、図３（ｅ）及び図５に示すように、第２のスプール弁１０から油圧シリンダ２側に作動油が流れ、シリンダロッド４が短縮方向ＡＵに縮まる。そして、油圧シリンダ４への作動油量の増大に応じて、図３（ｆ）に示すように、シリンダロッド４は、短縮方向ＡＵに伸び、ブレード５が上がる。
その後、時点ｔ４でブレード上げ操作をゼロ（中立位置）にする自動操作流量信号Ｄ１１が入力されると、切替タイミング調整部Ｃ１は、図３（ｂ）に示すように、電磁比例制御弁２５に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流Ｉ２ｓを流させる指示を行う。これによって、図３（ｃ）及び図４に示すように、第１のスプール１２及び第２のスプール２２は、それぞれ待機位置に位置する。そして、第１のスプール弁１０及び第２のスプール弁２０の開口面積は、ゼロとなり、作動油は油圧シリンダ２側に供給されず、シリンダロッド４は、時点ｔ４における短縮状態を維持する。
ここで、第１のスプール１２、第２のスプール２２がそれぞれ開口直前の待機位置に配置されているため、中立位置からブレード上げ操作を行った時点ｔ１から実作動油が流れるまでの間のタイムラグΔｔ１、ブレード上げ操作からブレード下げ操作への切替を行った時点ｔ２からから実作動油の流れが切り替わるまでの間のライムラグΔｔ２、ブレード下げ操作からブレード上げ操作への切替を行った時点ｔ３からから実作動油の流れが切り替わるまでの間のライムラグΔｔ３は、小さなものとなる。
上述したように、自動操作モード時、伸長・短縮の指令信号のない中立状態の待機位置は、図４となるようにする。伸長の指令信号が入った場合、図６のように第１のスプール１２をＤ１方向に移動させる。短縮の指令信号が入った場合、図５のように第２のスプール２２をＵ２方向に移動させる。上記のように瞬時に切り替えることで、デッドバンドＤＢ２をゼロに調整することができる。
なお、上述した図３〜図６を用いた説明では、説明の便宜上、電磁比例制御弁１６，２５による制御のみについて説明したが、電磁比例制御弁１６によるスプール制御を行う場合、電磁比例制御弁１５による制御を協働させている。また、電磁比例制御弁２５によるスプール制御を行う場合、電磁比例制御弁２６による制御を協働させている。
また、第１のスプール１２の大径部４１、４２の各端部４１ａ、４２ａがそれぞれ弁体１１の位置ＰＴ１、ＰＴ２から、第２のスプール２２の大径部５１、５２の端部５１ｂ、５２ｂがそれぞれ位置ＰＴ３、ＰＴ４から動き出す時間調整を行うことによって、デッドバンドＤＢ２の長さ（仮想スプールストローク）を調整することができる。
さらに、第１のスプール１２が開口する直前の位置ＰＴ１、ＰＴ２になるタイミングと第２のスプール２２が開口する直前の位置ＰＴ３、ＰＴ４になるタイミンングとが同時になるように、第１のスプール１２の移動に対応して第２のスプール２２を移動させるようにして待機させてもよい。あるいは、第１のスプール１２の移動状態から第１のスプール１２がデッドバンドＤＢ１０の領域に入る時点を予測して、デッドバンドＤＢ２０内で第２のスプール２２の移動を制御し、第１のスプール１２がデッドバンドＤＢ１０の領域に入る時点と第２のスプール２２がデッドバンドＤＢ２０の領域から出る時点とが一致するようにして切替デッドバンドＤＢ２をゼロにしてもよい。
なお、上述した実施の形態では、第１のスプール弁１０が伸長開口特性１０Ｄと短縮開口特性１０Ｕとを有し、第２のスプール弁２０が伸長開口特性２０Ｄと短縮開口特性２０Ｕとを有していたが、第１のスプール弁１０が伸長開口特性１０Ｄのみを有し、第２のスプール弁２０が短縮開口特性２０Ｕのみを有するものであってもよいし、第１のスプール弁１０が短縮開口特性１０Ｕのみを有し、第２のスプール弁２０が伸長開口特性２０Ｄのみを有するものであってもよい。この場合にも、切替デッドバンドＤＢ１や切替デッドバンドＤＢ２を調整することができる。
上述した実施の形態では、第１のスプール弁１０と第２のスプール弁２０とに対して独立したスプール制御を行うことによって、任意の切替デッドバンドに調整でき、特に、切替デッドバンドをゼロとする開口特性を得ることができる。この場合、第１のスプール弁１０の中立点Ｎは第１のデッドバンドＤＢ１０内にあり、第２のスプール弁２０の中立点Ｎも第２のデッドバンドＤＢ２０内にあるため、シリンダロッド４を停止した場合におけるシリンダロッド４の自然降下による作動油漏れが生じることを抑えることができる。
なお、本実施の形態ではブルドーザのブレードについて説明したが、油圧ショベルやホイールローダ等の作業機の油圧シリンダ用スプール弁装置に適用することもできる。
１ 油圧シリンダ用スプール弁装置
２ 油圧シリンダ
３ ピストン
４ シリンダロッド
５ ブレード
１０、２０ スプール弁
１０Ｄ、２０Ｄ 伸長開口特性
１０Ｕ、２０Ｕ 短縮開口特性
１１、２１ 弁体
１２、２２ スプール
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 小径部
１３ｂ、１３ｃ、２３ａ、２３ｂ ノッチ
１５、２５ 電磁比例制御弁
３０ 制御部
３１ 操作レバー
３２ 選択スイッチ
４１、４２、５１、５２ 大径部
４１ａ、４２ａ、５１ａ、５２ａ 端部
Ａ、Ａ１、Ａ２ ヘッド側ポート
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ ボトム側ポート
Ｃ スプール制御部
Ｃ１ 切替タイミング調整部
Ｄ１１ 自動操作流量信号
Ｄ１２ 操作レバーストローク信号
ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３ 切替デッドバンド
ＤＢ１０ 第１のデッドバンド
ＤＢ２０ 第２のデッドバンド
ＤＳ 選択スイッチ信号
ＥＡ シリンダヘッド側油室
ＥＢ シリンダボトム側油室
ＬＡ、ＬＢ、ＬＰ、ＬＴ１、ＬＴ２ 油路
Ｎ 中立点
Ｐ 油圧ポンプ
Ｐ１、Ｐ２ ポンプポート
ＰＰ１１、ＰＰ１２、ＰＰ２１、ＰＰ２２ パイロット圧
ＳＳ１、ＳＳ２ ストローク検出センサ
Ｔ タンク
Ｔ１、Ｔ２ タンクポート

Claims (8)

  1. 操作指令値に応じてスプールを移動し作動油の流れ方向および流量を制御して油圧シリンダのシリンダロッドを伸長または短縮する油圧シリンダ用スプール弁装置であって、
    第１のデッドバンドを有し、第１のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第１の開口特性を有した第１のスプール弁と、
    第２のデッドバンドを有し、第２のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第２の開口特性を有した第２のスプール弁と、
    前記第１の開口特性で作動油を供給する場合、前記第１のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第２のスプール弁の前記第２のスプールを前記第２のデッドバンドの位置とし、前記第２の開口特性で作動油を供給する場合、前記第２のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第１のスプール弁の前記第１のスプールを前記第１のデッドバンドの位置とし、前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との切替時に前記第１の開口特性と前記第２の開口特性との間の切替デッドバンドを調整する制御部と、
    を備えたことを特徴とする油圧シリンダ用スプール弁装置。
  2. 前記第１のスプール弁は、さらに、第１のデッドバンドから第１のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第３の開口特性を有し、
    前記第２のスプール弁は、さらに、第２のデッドバンドから第２のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第４の開口特性をさらに有し、
    前記制御部は、さらに、前記第３の開口特性で作動油を供給する場合、前記第１のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第２のスプール弁の前記第２のスプールを前記第２のデッドバンドの位置とし、前記第４の開口特性で作動油を供給する場合、前記第２のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第１のスプール弁の前記第１のスプールを前記第１のデッドバンドの位置とし、前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との切替時に前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との間の切替デッドバンドを調整することを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  3. 前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整することを特徴とする請求項１または２に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  4. 前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整する場合、切替後の他の前記第１のスプールまたは切替後の他の前記第２のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置に他の前記第１のスプールまたは他の前記第２のスプールを待機させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  5. 自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチを備え、
    前記制御部は、前記自動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドをゼロとし、前記第１の開口特性と前記第２の開口特性とを組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行い、前記手動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドを所定値とし、前記第３の開口特性と前記第４の開口特性との組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  6. 前記自動操作モード用の開口特性と前記手動操作モード用の開口特性とを選択的に切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする請求項５に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  7. 前記第１のスプール弁の前記第１の開口特性と前記第３の開口特性とは、前記第１のスプールの中立位置に対して非対称であり、
    前記第２のスプール弁の前記第４の開口特性と前記第２の開口特性とは、前記第２のスプールの中立位置に対して非対称であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
  8. 前記第１のスプールのストロークを検出する第１のストローク検出センサと、
    前記第２のスプールのストロークを検出する第２のストローク検出センサと、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１ストローク検出センサおよび前記第２ストローク検出センサが検出したストロークをもとに前記切替デッドバンドを調整することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
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