JPS63219907A - バルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建設機械のアーム、ブーム、パケット等の動
作を行なうアクチュエータに油を供給するバルブの制御
方法に関する。

（従来の技術） アクチュエータのｌＩｌ制御方法としては、従来第１０
図のブロック及び第１１図に示すように、操作レバー１
から油圧パイロット２を介してコントロールバルブ３に
接続し、コントロールパルプ３からアクチュエータ４に
油を供給するようになっていた。

この方式によると、操作レバー１により油圧パイロット
２の圧力を変化させ、この圧力によりコントロールバル
ブ３のスプール５の動作を行ない、コントロールパルプ
に３に接続されたポンプＰｓの油がアクチュエータに通
じる開口部Ａの開口面積を変化させることによりアクチ
ュエータ４に油の供給を行なっていた。

そして、コントロールバルブ３の操作性、フィーリング
性を向上させるには、スプール５の開口面積特性を改良
すると共に、スプール５の切換力を一定に保つようにす
る事が必要である。しかし、流体力のために切換力を一
定に保つ事は難しく、また建設機械の車体特性に合った
開口面積特性をもったコントロールパルプを得るため、
各種スプールを製作して実践テストする必要があった。

実際のスプール５においては、第１１図に示すように、
ポンプｐｓからアクチュエータ側の開口部へに流体が絞
られながら流れる時、流体力が生じるため、流体力を軽
減するように各種ノツチ６をスプール５の端面に設ける
。そして各種ノツチの大小、設ける位置等を組み合せて
必要とする開［］面面積性が得られるようにスプールを
製作する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、流体力を最も軽減するノツチ６の形状は
スプール５の端面からの位置が決まっており、任意の位
置にノツチを切ると流体力がスプール間口途中で大きく
生じてしまう。従って一定の力でスプール５を開口して
いくと、途中で急に開きにくくなったり、また逆に閉じ
る方向に操作すると、途中で急激に閉じる現象が生じる
。従って、操作レバーを操作しても所定の流量特性が得
られなくなる。

以上の理由から、車体特性に合った開口特性をもつとと
もに、流体力を軽減した一定の力でスプールを切り換え
ることができる操作性がよいスプールの製作は非常に設
計が難しく、開発に時間がかかるという問題点があった
。

本発明は上述の従来例の問題点に鑑みてなされたもので
、電気信号により等価的にバルブの任意の開口面積特性
を得ることができるバルブの制御方法を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記従来例の問題点を解消するため本発明は、操作レバ
ーによる機械的変位を電気的信号に変換し、その電気信
号を各種の電気信号に変換し、その電気信号により電気
信号の大きさに比例した流量を流す電油変換を行なうこ
とにより、バルブのはパイロット端部に制御圧力を生じ
させ、該＄り抑圧力によりバルブのｒＭ閏動作を行なわ
せることを特徴としている。

（作用） 本発明は、操作レバーによる機械的変位を電気信号に変
換する際に、必要な開口面積特性が得られるような対応
で電気信号に変換し、電油変換器を介し、バルブの任意
の開口面積特性を得る。

（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する
。

ジョイスティック１０は電源■と可変抵抗ｒ。

により構成され、操作レバーによる機械的変位を電気的
信号に変換する。ジョイステック１０の信号はコントロ
ーラ１１に入力され、ここで電圧信号Ｖ、に変換される
。電圧信号Ｖ、は抵抗ｒ、を変化させることによって変
化し、その対応は後述するスプール開口面積特性を考慮
して決められる。

アンプ１２は、電圧信号Ｖ、から電油変換器１３を駆動
すべき電流信＠１．を得るもので、電流信号ｉ、は電油
変換１１１３のソレノイド１４に通電される。電油変換
器１３はパイロットポンプ１５及びタンク１６に接続さ
れ、ソレノイド１４にｆｆ１ｌｉ　、が通電されること
により、ｗｉ流ｉ、に比例した８！量がパイロット圧力
源１５からタンク１６に流れるよう構成される。

電油変換器１３とパイロット圧力源１５の間には絞り１
７を介在させ、電油変換器１３と絞り１７の間のパイロ
ット部の制御圧力Ｐ、がパイロット圧力源１５の供給圧
Ｐｐより低く設定できるようになっている。

圧力Ｐ、はコントロールバルブ３の端部に設けたバネ１
８の一端にかかるように構成され、バネ１８の他端はス
プール５の一端面に圧接している。

スプール５の他端面側も同様の構成をとる。すなわち、
ジョイスティック１０’　の可変抵抗Ｖ。

を変化させ、コントローラ１１′により電圧信号■、を
得、アンプ１２′により電流信号１２を１ｑ、電油変換
器１３′を駆動し、パイロット圧力源１５からタンク１
６′へ油を流し、電油変換器１３′と絞り１７′の間に
パイロット圧力源１５の供給圧Ｐｐより低いパイロット
部の制御圧力Ｐ、を生すさせ、圧力Ｐ、はバネ１８′を
介してスプール５の他端面にかかる。

上記構成によりコントロールバルブ３のスプール５には
、Ｃをスプール断面積とすると（Ｐ、−Ｐ、）Ｃなる圧
油による力とバネ１８．１８′の力とが均衡する位置ま
で移動し、開口部Ａまたは開口部Ｂとポンプｐｓとが通
じ、アクチュエータ４のシリンダ室に圧油が流れること
によりアクチユエータ４のピストン１つが摺動する。

スプール５は、最も流体力の小さい開口面積特性をもつ
ものを製作する。開口面積特性はスプール５がコントロ
ールバルブ３の中央に位置するときの変位をＯとして、
横軸にスプール変位×、縦軸に開口面積をとると、第２
図のような関係になる。すなわら、第１象限にポンプｐ
ｓと開口部Ａ１第３象限にポンプＰｓと開口部Ｂとが連
通ずる様子が示されている。開口部がＡから８に切り換
わるときにはコントロールバルブ３を用いてＩＩＩ　ｉ
ｌｌする建設機械の特性から不感帯を設け、スプール変
位が−×、から×、の間ではスプールの変位にかかわら
ず開口面積がＯになるようになっている。

スプール変位Ｘとスプール５に生じる圧力（Ｐ、−Ｐ、
）は、前者を縦軸に後者を横軸にとると第３図のように
なる。電油変換器１３′にある流量を流すような指令を
与えると、電油変換器１３′と絞り１７′の間の圧力は
Ｐ、。どなる。一方、電油変換器１３は作動していない
為、圧力油は較り１７を通リスブール５の端部にはパイ
ロット圧力Ｐｐが作用する。スプール５がバランスする
力は（Ｐｐ−Ｐ２゜）Ｃとバネ１８′のバネ力であり、
その時のスプール変位はバネ１８′の変形量でＸとなる
。この関係を第３図に示す。

また電油変換器１３．１３′に流れる電流に１ｔｉｔ　
とスプール５に生じる圧力の関係は電油変換器の電流−
圧力特性より第４図のようになり、圧力（Ｐｐ−ｐユ。

）のとき生じる電流は１２゜となる。

以上より電油変換器１３．１３′に流れる電流ｉ、ｉ、
と開口面積との関係は第５図のように開口面積が電流の
特性で表わされる。

従って、ジョイスティック１０．１０′のレバーを操作
することによりｒ、ｒ、を変化させると、それに応じて
スプール５の開口面積が変化する。

この際、第６図に示すように抵抗ｒ、ｒ、と電流：、１
．の対応をα、βのように異なる特性にすれば、スプー
ル５の開口面積特性も任意に変化させることができる。

すなわち、スプール５は流体力の小さい一定の間口面積
特性をもたせておき、コントローラ１１．１１′でジョ
イスティック１０．１０’からの電気信号を、車体特性
に合った開口面積特性をもつような電圧信号Ｖｌ　、Ｖ
！あるいは電流信＠１４．１２に変換することによって
、ｒｌｒｆｆｉの変化に対する所望の開口面積特性を得
ることができる。

例えば、クレーン動作を行なう時など、操作感度を落し
て使用したい時には、第６図のβ曲線の如り、′Ｆｉ流
特性を傾きの小さな曲線とすればよい。

また自動制御による位置決め動作などのサーボ動作を行
なうときには、不感帯があるとヒステリシスが生じ、正
確な位置決めや軌跡制−ができない。そこで、このよう
な場合に対処するため、「、「２の変化に対して電流ｉ
、ｌ、を第７図（Ａ）のように？ｌｉ流が急激に立ち上
がるようにすると、ｒ、、ｒ、の変化に対する開口面積
特性は第７図（Ｂ）のようになり、入力信号Ｏの近傍の
不感帯が大幅に小さくなり、位置決め動作や軌跡制御が
正確にできる。これは、電流の急激な立ち上がりのため
一瞬のうちに（Ｐ、−Ｐ、）の値が大きくなり、スプー
ル５が迅速に動作するためである。

本実施例における電油変換器１３．１３′は電流駆動型
で説明したが、電圧部ａ型でもよく、そ場合には、ｒ、
ｒ、の変化に対する電圧特性を変化させればよい。

第８図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図と対
応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

操作パターン設定器２０では、ジョイスティック１０に
よる入力信号に対する信号Ｖの出力特性を予め記憶した
４種類のパターンより選択する。

すなわち、標準パターン、低感度な特性を示すファイン
パターン、単なるオン・オフ操作を得る高感度でスピー
ディな特性を示すパワーフルパターン、サーボ信号軌跡
Ｉｌｌ　ｌ用のサーボパターンの中から、建設機械の作
業モードに合わせてオペレータが操作パターン選択器２
１により選択する。

選択されたパターンに従って信号■が出力され、ＰＷＭ
信号発生器２２により、信号Ｖの大きさに比例するでデ
ユーティ比を持つディジタル信号に変換される。ＰＷＭ
信り発生器２２の出力はドライバーアンプ２３に入力さ
れパルスがあるときにドライバーアンプ２３内のトラン
ジスタがオンし、電油変換器１３．１３′のソレノイド
１４．１４′を駆動し、コントロールバルブ３のスプー
ル５を動作させる。

点線で囲まれた部分は、ワンチップマイコンで製作する
ことが可能である。

ＰＷＭ信号発生器２４は、ワンチップマイコンに異常が
生じた場合にドライバーアンプ２３に接続し、ジョイス
ティック１０によるマニアル操作を行なう際にパルス信
号を発生するものである。

電油変換１３．１３′をＰＷＭ駆動しない時は、ＰＷＭ
信号発生器２２．２４は不要であり、直接セレクトスイ
ッチを介してドライバアンプ２３に接続して動作させれ
ば良い。

第９図は本発明の他の実施例を示すもので、スプール弁
の代りにカートリッジ弁２５．２６．２７．２８を使用
してアクチュエータ４に圧油を供給するものである。４
つのカートリッジ弁２５．２６．２７．２８に、それぞ
れ電油変換器２９．３０．３１．３２が接続され、ドラ
イバアンプ２３の信号によりカートリッジ弁２５と２７
、カートリッジ弁２６と２８がそれぞれ対となって作動
する。

以上述べた実施例によれば、従来の建設機械ではスプー
ルの開口面積が決っていて変更することができないので
、各種の制ｔｌｌ（アーム、パケット等）を行なう際、
オペレータがその都度操作レバー角度を少なくしたり、
ゆっくりしたり等の作業を行なわなければならなかった
のに対し、操作レバー角度に対するスプール開口面積を
作業モードに合わせて各種パターンに選択できるので、
未熟練者でもかなり複雑な作業を効率良く行なうことが
できる。

（発明の効果） 本発明は、最も流体力の小さい一定パターンの開口面積
特性のスプールをコントロールバルブに用い、操作レバ
ーによる機械的変位を電気信号に変換する際に、必要な
開口面積特性が得られるような対応で電気信号に変換す
る方法を用いたので、電流、電圧、デユティ−比を変化
させるだけで、所望の開口面積特性をもったコントロー
ルバルブを得ることができ、スプールの設計、製作が容
易になる。また本発明では電気的な信号で各種パターン
を得るため、最も流体が少なく、フィーリング性の良い
スプールで車体特性に合った開口面積を得ることができ
る。

更に立ち上がりの早い急激な電気信号に変換することに
より、開口面積特性の不感帯を少なくすることができ、
不感帯のない高価なサーボ弁を使用することな（、精度
の良い自動制御による位置決め等を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム説明図、第２
図はスプール変位と開口面積との関係を示すグラフ、第
３図はスプールに生じる圧力とスプール変位との関係を
示すグラフ、第４図は電油変換器を駆動するＴｉ流とス
プールに生じる圧力との関係を示すグラフ、第５図は、
電油変換器を駆動する電流とスプール開口面積との関係
を示すグラフ、第６図は、ジョイスティックの抵抗の変
化と電油変換器を駆動する電流との関係を示すグラフ、
第７図（Ａ）（Ｂ）は不感帯をなくすためのｆｒｉ流の
決め方とその場合の開口面積特性を示すグラフ、第８図
は本発明の他の実施例を示すシステム説明図、第９図は
本発明の他の実施例を示すシステム説明図、第１０図は
従来のコントロールバルブの制御方法を示すブロック図
、第１１図はコントロールバルブのスプール部分の拡大
説明図である。 ３・・・・・・・・・・・・コントロールバルブ４・・
・・・・・・・・・・アクチュエータ５・・・・・・・
・・・・・スプール １０．１０′・・・ジョイスティック １１．１１′・・・コントローラ １３．１３′・・・電油変換器 昭和６２年３月９日 出　　願　　人　　カヤバエ業株式会社第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 操作レバーによる機械的変位を電気的信号に変換し、前
   記電気信号を各種のパターンに対応する電気信号に変換
   し、対応する電気信号により電気信号の大きさに比例し
   た流量を流す電油変換を行ない、バルブのパイロット端
   部に制御圧力を生じさせ、該制御圧力によりバルブの開
   閉動作を行なわせることを特徴とするバルブ制御方法。