JPH0925907A - 液圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動流体として水道水や河川水或いは海水等
の粘性の低い液体を使用でき、且つ位置や速度等を検出
するための各種センサを液圧アクチュエータ又はその近
傍に設けることなく、液圧源の近傍に配置して精度の良
い制御ができる液圧アクチュエータの制御装置を提供す
ること。 【解決手段】 水圧源１から配管３を通して高圧の作動
水を水圧モータ２に供給し該水圧モータ２からの作動水
を配管４を通して戻すように水圧回路を構成し、供給す
る作動水流量を水圧制御弁を介して制御するか又は水圧
源の水圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段（演算器
８及びドライバ９）を具備する液圧アクチュエータの制
御装置において、作動水の戻り流量を検出する流量セン
サ１１と、液圧回路の作動液の漏れ流量ｑ_mを検出する
漏れ検出器７を設け、制御手段は液圧アクチュエータの
目標速度から得られる理論流量及び漏れ流量検出手段か
ら得られる漏れ流量を用いて算出される目標流量値と流
量センサの出力を用いて液圧制御弁又は液圧源を制御す
ることによりアクチュエータの速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は作動流体として水道
水や河川水或いは海水等の水を使用することができる液
圧アクチュエータの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】従来、高
圧且つ大出力の液圧アクチュエータを駆動する駆動源と
しては、主に作動流体に鉱物油を用いる油圧駆動装置が
使用されてきた。しかしながら、作動流体が鉱物油であ
る油圧駆動装置の欠点は、鉱物油が可燃性であることか
ら火災の危険、鉱物油の漏れによる環境汚染の恐れ、更
に作動流体の交換の際に鉱物油の廃液処理が必要になる
等の問題がある。特に延焼に際し大きな危険性を抱えて
いることは明らかであり、防火性が重視される場所では
使用が敬遠されるという問題がある。

【０００３】上記問題に対処する方法としては、作動流
体として水道水や河川水或いは海水等の水を使用するこ
とが考えられるが、これらの水は鉱物油と異なり、粘性
が低いため液圧アクチュエータや液圧制御弁において作
動流体の漏れが発生し、該正確な制御を行ない難いとい
う問題があった。

【０００４】また、作動流体に上記のように水を使用
し、水圧源から遠方にある水圧アクチュエータの位置や
速度を制御する場合、位置や速度等を検知する各種セン
サを水圧アクチュエータやその近傍に取り付けると、こ
れらのセンサからの出力信号を水圧源の近傍にある制御
部まで長い信号線を用いて導く必要があり、そのための
信号線を漏電等の恐れなく配線することが困難となると
いう問題もあった。特に、土木機械等の劣悪な環境で作
動する機械の液圧アクチュエータとしては、作動流体を
供給する供給配管及び作動流体が戻る戻り配管のみが液
圧アクチュエータと液圧源に配設され、遠方から制御で
きることが望ましい。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、作動流体として水道水や河川水或いは海水等の粘性
の低い液体を使用でき、且つ位置や速度等を制御する際
にそれらの量を直接検出するための各種センサを液圧ア
クチュエータ又はその近傍に設けることなく、精度の良
い制御ができる液圧アクチュエータの制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載する発明は、液圧源から配管を通して高
圧の作動液を液圧アクチュエータに供給し該液圧アクチ
ュエータからの作動液を配管を通して戻すように液圧回
路を構成し、液圧アクチュエータに供給する作動液流量
を制御する制御手段を具備する液圧アクチュエータの制
御装置において、作動液の戻り流量を検出する流量セン
サと、液圧回路の作動液の漏れ流量を検出する漏れ流量
検出手段を設け、制御手段は液圧アクチュエータの目標
速度から得られる理論流量及び漏れ流量検出手段の出力
から得られる漏れ流量を用いて算出される目標流量値と
流量センサの出力を用いて液圧制御弁又は液圧源を制御
することにより液圧アクチュエータの速度を制御するこ
とを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載の発明において、戻り流量を検出する流量センサ及
び漏れ流量検出手段は液圧アクチュエータから離れた高
圧液源の近傍に配置したことを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は請求項１に
記載の発明において、液圧アクチュエータは一方向液圧
アクチュエータであり、作動液の漏れ検出手段は作動液
を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から一方向
液圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出すること
を特徴とする。

【０００９】また、請求項４に記載の発明は請求項１に
記載の発明において、液圧アクチュエータは両方向液圧
アクチュエータであり、漏れ検出手段は作動液を供給す
る配管と作動液が戻る配管の液圧差から両方向液圧アク
チュエータの作動液の漏れ流量を検出すると共に、作動
液を供給する配管の液圧と作動液が戻る配管の液圧から
液圧制御弁の漏れ流量を検出することを特徴とする。

【００１０】請求項１に記載の発明は上記のように、制
御手段は液圧アクチュエータの目標速度から得られる理
論流量及び前記漏れ流量検出手段の出力から得られる漏
れ流量を用いて算出される目標流量値と前記流量センサ
の出力を用いて前記液圧制御弁又は前記液圧源を制御す
ることにより液圧アクチュエータの速度を制御するの
で、水道水や河川水或いは海水等の鉱物油に比較し粘性
の低い作動液を使用しても、作動液が漏れることによる
制御の乱れがなく、精度のよい制御が可能となる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明によれば、制
御に必要な戻り流量を検出する流量センサ及び漏れ流量
検出手段は液圧アクチュエータから離れた液圧源の近傍
に配置しているので、液圧アクチュエータと制御手段の
間に信号線等の配線を敷設することなく、例えば土木機
械等の劣悪な環境下で使用する機械の駆動源としての液
圧アクチュエータに好適なものとなる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明によれば、作
動液を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から液
圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出するので、
一方向液圧アクチュエータの制御に必要な漏れ流量を検
出するためのセンサ等を全て液圧源の近傍に配置するこ
とが可能となる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明によれぱ、作
動液を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から両
方向液圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出する
と共に、作動液を供給する配管の液圧と作動液が戻る配
管の液圧から両方向液圧制御弁の漏れ流量を検出するの
で、両方向液圧アクチュエータの制御に必要な漏れ流量
を検出するためにセンサ等を全て液圧源の近傍に配置す
ることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施例では作動流体とし
て水道水や河川水或いは海水等の水を使用する例を説明
するが、作動流体としては水に限定されるものではな
く、粘性が水に近い液体であればどのような液体であっ
ても良い。

【００１５】図１は液圧アクチュエータの制御装置のシ
ステム構成を示す図である。同図において、１は高水圧
ポンプ等から構成される水圧源、２は水圧モータ、該水
圧モータ２と水圧源１は配管３で接続され、水圧モータ
２からの戻り水は配管４を通ってタンク１２に戻るよう
になっている。水圧モータ２には負荷１３が連結されて
いる。水圧モータ２は一方向に回転する水圧モータであ
る。

【００１６】配管３には圧力調整弁５が接続され、いわ
ゆる安全弁として機能し、配管３の水圧が所定以上の圧
力とならないようにしている。また、戻り配管４には流
量センサ１１が接続され、水圧モータ２からの戻り流量
を検出する。６は差圧変換器であリ、供給配管３と戻り
配管４の圧力差を検出しそれに応じた圧力差ΔＰの出力
信号を漏れ検出器７に出力する。８は演算器であり、該
演算器８の出力でドライバ９を介して一方向流れの水圧
制御弁１０が制御される。即ち、該制御弁１０からの流
出流量を変えることによって、配管３に供給する作動水
の流量を制御して水圧モータ２の回転を制御する（ブリ
ードオフ制御）。

【００１７】上記構成の液圧アクチュエータの制御装置
において、水圧モータ２における作動水の漏れ量ｑ_mは
供給配管３と戻り配管４の圧力差をΔＰとすると、ｑ_m
＝ａΔＰ＋ｂで表すことができる。但し、ａ及びｂは水
圧モータ２によって決まる定数で、該定数ａ及びｂは水
圧モータ２の機種の経年変化等により変化する。漏れ検
出器７は差圧変換器６からの圧力差ΔＰを入力とし、前
記漏れ量ｑ_m＝ａΔＰ＋ｂを出力する。

【００１８】前記演算器８には目標値（目標回転数から
求められる理論流量、即ち水圧モータ１回転当たりの押
しのけ容積と目標回転数との積）Ｑ_inと漏れ検出器７か
らの漏れ量ｑ_m＝ａΔＰ＋ｂが入力され、その加算値
（Ｑ_in＋ｑ_m）＝（Ｑ_in＋ａΔＰ＋ｂ）が演算され（目
標値Ｑ_inに対する漏れ補償）、更に流量センサ１１で検
出された戻り流量Ｑ_mが入力され、前記加算差値（Ｑ_in
＋ａΔＰ＋ｂ）と戻り流量Ｑ_mの偏差値｛（Ｑ_in＋ａΔ
Ｐ＋ｂ）−Ｑ_m｝が演算され、ドライバ９に入力され
る。従って水圧制御弁１０はこの偏差値が零になるよう
に作動し、水圧モータ２は目標回転数に追従して回転す
る。

【００１９】液圧アクチュエータの制御装置を上記のよ
うに構成することにより、水圧モータ２に必要な流量セ
ンサ１１や差圧変換器６は液圧アクチュエータである水
圧モータ２から離れた、水圧源の近傍に設置することが
できるので、水圧モータ２に速度センサ等の制御に必要
なデータを得るための各種センサを設ける必要がない。

【００２０】なお、上記実施の形態では一方向液圧アク
チュエータとして一方向に回転する水圧モータを用いた
が、水圧シリンダ等において一方向のみの動作を制御す
る場合の液圧アクチュエータでも良いことは当然であ
る。また、上記実施の形態では、水圧モータのドレン流
量を直接タンクに戻しているが、これを戻り配管４と一
緒にした場合でも前述の定数ａ，ｂを変えれば同様の制
御が可能である。

【００２１】図２は液圧アクチュエータの制御装置のシ
ステム構成を示す図である。図２において、図１と同一
符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説
明は省略する。

【００２２】図２において、２０は両方向に回転する水
圧モータであり、２１は双方向流れの水圧制御弁、即ち
弁を矢印Ａ方向に移動させると配管３は作動水を供給す
る供給配管、配管４は作動水を戻す戻り配管となり、矢
印Ｂ方向に移動させると配管４は作動水を供給する供給
配管、配管３は作動水を戻す戻り配管となる。２２は配
管３の水圧Ｐ_Aを検出する圧力センサ、３４は配管４の
水圧Ｐ_Bを検出する圧力センサである。また、水圧源１
の水圧Ｐｓは圧力調整弁５によって略一定に保たれてい
る。

【００２３】今、水圧制御弁２１が配管３は供給配管、
配管４は戻り配管となる位置に操作されている場合で、
水圧源１の水圧Ｐ_S（一定値）、配管３の水圧Ｐ_A、配管
４の水圧Ｐ_Bとすると、水圧モータ２０の作動水の漏れ
量ｑ_mはｑ_m＝ａΔＰ＋ｂ＝ａ（Ｐ_A−Ｐ_B）＋ｂとなり
（但し、ａ及びｂは水圧モータ２０の機種及び経年変化
により決まる定数）、水圧制御弁２１の作動水の漏れ量
ｑ_sはｑ_s＝ｃＰ_S＋ｄＰ_A＋ｅＰ_Bとなる（但し、ｃ、
ｄ、ｅはそれぞれ水圧制御弁２１の機種及び経年変化等
で決まる定数である）。

【００２４】演算器８は圧力センサ２２、２３で検出し
た圧力Ｐ_A、Ｐ_Bから上記漏れ量ｑ_m、ｑ_sを演算して求
め、目標値Ｑ_inに対してこの漏れ補償を行ない、即ちＱ
_in＋ｑ_m＋ｑ_sの演算を行なう。更に流量センサ１１で検
出された戻り流量Ｑ_mと漏れ補償をした目標値（Ｑ_in＋
ｑ_m＋ｑ_s）とを比較し、その偏差値を演算し、該偏差値
に応じた信号をドライバ９に出力する。これにより、水
圧制御弁２１は前記漏れ補償をした目標値（Ｑ_in＋ｑ_m
＋ｑ_s）と戻り流量Ｑ_mの偏差値が０になるように制御さ
れる。

【００２５】液圧アクチュエータの制御装置を上記のよ
うに構成することにより、水圧モータ２に必要な流量セ
ンサ１１や圧力センサ２２、２３は液圧アクチュエータ
である水圧モータ２から離れた、水圧源１の近傍に設置
することができるので、水圧モータ２に速度センサ等の
制御に必要なデータを得るための各種センサを設ける必
要がない。

【００２６】なお、上記実施例では液圧アクチュエータ
として両方向に回転する水圧モータ２０を用いたが、水
圧シリンダ等の両方向液圧アクチュエータでも良いこと
は当然である。

【００２７】液圧アクチュエータの制御装置を上記実施
例のように構成することにより、液圧アクチュエータで
ある水圧モータが水圧源より離れた遠隔地（例えば５０
メートル以上離れた位置）にあっても、作動水の供給配
管及び戻り配管を設けるだけで実施できるので、高圧且
つ大出力の液圧アクチュエータを駆動する駆動源として
好適なものとなる。特に、水道水や河川水或いは海水等
の水を作動流体として使用するための埋立て、護岸工事
等に用いる土木機械等に好適で、万一事故等により大量
の作動流体が流れ出ても、環境汚染という問題は全くな
い。

【００２８】なお、図１及び図２に示す実施の形態で
は、いずれも水圧源から略一定流量供給される作動水を
液圧制御弁で制御することにより、液圧アクチュエータ
の制御を行なうものであるが、本発明はこれに限定され
るものではなく、水圧源のポンプ吐出量を変えることで
も同様の制御が可能である。これは例えば駆動源からの
出力で水圧ポンプの回転数を制御（インバータ制御）す
る方法、或いは可変容量ポンプを制御する方法で実現で
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本願請求項１乃至４
に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得ら
れる。 （１）請求項１に記載の発明によれば、制御手段は液圧
アクチュエータの目標速度から得られる理論流量及び漏
れ流量検出手段の出力から得られる漏れ流量を用いて算
出される目標流量値と前記流量センサの出力を用いて液
圧制御弁又は液圧源を制御することにより液圧アクチュ
エータの速度を制御するので、水道水や河川水或いは海
水等の鉱物油に比較し粘性の低い作動液を使用しても、
作動液が漏れることによる制御の乱れがなく、精度のよ
い制御が可能となる。

【００３０】（２）請求項２に記載の発明によれば、制
御に必要なデータを得るための戻り流量を検出する流量
センサ及び漏れ流量検出手段は液圧アクチュエータから
離れた液圧源の近傍に配置しているので、液圧アクチュ
エータと制御手段の間に信号線等の配線を敷設すること
なく、例えば土木機械等の劣悪な環境下で使用する機械
の駆動源としての液圧アクチュエータとして好適なもの
となる。

【００３１】（３）請求項３に記載の発明によれば、作
動液を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から液
圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出するので、
一方向液圧アクチュエータの制御に必要な漏れ流量を検
出するためのセンサを全て液圧源の近傍に配置すること
が可能となる。

【００３２】（４）請求項４に記載の発明によれば、作
動液を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から両
方向液圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出する
と共に、作動液を供給する配管の液圧と作動液が戻る配
管の液圧から両方向液圧制御弁の漏れ流量を検出するの
で、両方向液圧アクチュエータの制御に必要な漏れ流量
を検出するためにセンサを全て高圧液源の近傍に配置す
ることが可能となる。

【００３３】（５）また、請求項１乃至４に記載のいず
れの発明も作動液（流体）として水道水や河川水或いは
海水等の水を使用できるので、万一事故等により大量の
作動液が流れ出ても、環境汚染という問題は全くない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液圧アクチュエータの制御装置のシス
テム構成例を示す図である。

【図２】本発明の液圧アクチュエータの制御装置のシス
テム構成例を示す図である。

【符号の説明】

１ 水圧源 ２ 一方向水圧モータ ３ 配管 ４ 配管 ５ 圧力調整弁 ６ 差圧変換器 ７ 漏れ補償器 ８ 演算器 ９ ドライバ １０ 一方向水圧制御弁 １１ 流量センサ １２ 水源 １３ 負荷 ２０ 両方向水圧モータ ２１ 両方向水圧制御弁 ２２ 圧力センサ ２３ 圧力センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液圧源から配管を通して高圧の作動液を
   液圧アクチュエータに供給し該液圧アクチュエータから
   の作動液を配管を通して戻すように液圧回路を構成し、
   液圧アクチュエータに供給する作動液流量を制御する制
   御手段を具備する液圧アクチュエータの制御装置におい
   て、 前記作動液の戻り流量を検出する流量センサと、前記液
   圧回路の作動液の漏れ流量を検出する漏れ流量検出手段
   を設け、 前記制御手段は液圧アクチュエータの目標速度から得ら
   れる理論流量及び前記漏れ流量検出手段の出力から得ら
   れる漏れ流量を用いて算出される目標流量値と前記流量
   センサの出力を用いて前記液圧制御弁又は前記液圧源を
   制御することにより液圧アクチュエータの速度を制御す
   ることを特徴とする液圧アクチュエータの制御装置。
2. 【請求項２】 前記戻り流量を検出する流量センサ及び
   漏れ流量検出手段は前記液圧アクチュエータから離れた
   前記液圧源の近傍に配置したことを特徴とする請求項１
   に記載の液圧アクチュエータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記液圧アクチュエータは一方向液圧ア
   クチュエータであり、前記作動液の漏れ検出手段は作動
   液を供給する配管と作動液が戻る配管の液圧差から前記
   一方向液圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出す
   ることを特徴とする請求項１に記載の液圧アクチュエー
   タの制御装置。
4. 【請求項４】 前記液圧アクチュエータは両方向液圧ア
   クチュエータであり、前記漏れ検出手段は作動液を供給
   する配管と作動液が戻る配管の液圧差から前記両方向液
   圧アクチュエータの作動液の漏れ流量を検出すると共
   に、前記作動液を供給する配管の液圧と作動液が戻る配
   管の液圧から前記液圧制御弁の漏れ流量を検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の液圧アクチュエータの制
   御装置。