WO2017130404A1 - 油圧シリンダ用スプール弁装置 - Google Patents

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堀　秀司
雅人 影山
睦 小野
寛之 筑後
輝 長谷部
純一 福島
俊介 小池
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株式会社小松製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a spool valve device for a hydraulic cylinder capable of adjusting a dead band at the time of mutual switching between an extension direction operation and a shortening direction operation of a cylinder rod of a hydraulic cylinder.
  • a working machine such as a hydraulic excavator or a bulldozer is equipped with GPS (Global Positioning System), etc., detects its own position, compares its position information with construction information indicating the topography of the construction site, It has been proposed to obtain a posture by performing arithmetic processing, automatically control the movement of the work machine, or display a guidance on a monitor apparatus on a monitor device by comparing the posture or position of the work machine with construction information.
  • Construction using a work machine utilizing such ICT (Information and Communication Technologies) is called computerized construction. According to the computerized construction, even an unskilled operator in the operation of the work machine can perform construction with high accuracy. In addition, according to the computerized construction, the surveying work and the tightening work that have been conventionally required can be greatly reduced.
  • the dead band be variable corresponding to the operation content such as manual operation and automatic operation.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a spool valve device for a hydraulic cylinder capable of adjusting a dead band at the time of mutual switching between an extension direction operation and a shortening direction operation of a cylinder rod of a hydraulic cylinder. For the purpose.
  • a spool valve device for a hydraulic cylinder moves a spool in accordance with an operation command value and controls the flow direction and flow rate of hydraulic oil to control the hydraulic cylinder.
  • a hydraulic cylinder spool valve device for extending or shortening a cylinder rod, having a first dead band, and an opening area of hydraulic oil supplied in a direction in which the cylinder rod is extended as the first spool moves
  • the first spool valve having a first opening characteristic that increases the pressure and the opening of hydraulic oil that has a second dead band and is supplied in a direction to shorten the cylinder rod as the second spool moves
  • the hydraulic serial valve is used by using the first spool valve.
  • the second spool valve When the second spool of the second spool valve is in the position of the second dead band and hydraulic oil is supplied with the second opening characteristic, the second spool valve is At the time of switching between the first opening characteristic and the second opening characteristic by using the first spool of the first spool valve as the position of the first dead band. And a control unit for adjusting a switching dead band between the first opening characteristic and the second opening characteristic.
  • the first spool valve further shortens the cylinder rod as the first spool moves from the first dead band.
  • a third opening characteristic that increases an opening area of the hydraulic fluid supplied in the direction
  • the second spool valve further moves the cylinder rod along with the movement of the second spool from the second dead band.
  • the first spool is further provided with a fourth opening characteristic that increases an opening area of the hydraulic oil supplied in the extending direction.
  • a hydraulic valve is connected to the hydraulic cylinder, and the second spool of the second spool valve is set to the position of the second dead band, and hydraulic oil is supplied with the fourth opening characteristic.
  • the second spool valve is used for communication with the hydraulic cylinder, and the first spool of the first spool valve is set to the position of the first dead band, and the third opening characteristic and the A switching dead band between the third opening characteristic and the fourth opening characteristic is adjusted at the time of switching to the fourth opening characteristic.
  • the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that the control unit adjusts the switching dead band to zero.
  • the control unit when the control unit adjusts the switching dead band to zero, the other first spool after switching or the other after switching.
  • the opening of the second spool is zero, and control is performed so that the other first spool or the other second spool waits at a position immediately before opening.
  • the spool valve device for a hydraulic cylinder according to the present invention further comprises a selection switch for selecting an automatic operation mode and a manual operation mode in the above invention, and the control unit, when the automatic operation mode is selected,
  • the switching dead band is set to zero and spool control is performed to generate an opening characteristic combining the first opening characteristic and the second opening characteristic, and the manual operation mode is selected
  • the switching dead band is Spool control for generating an opening characteristic that is a predetermined value and is a combination of the third opening characteristic and the fourth opening characteristic is performed.
  • the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that, in the above-described invention, a changeover switch for selectively switching between the opening characteristic for the automatic operation mode and the opening characteristic for the manual operation mode is provided.
  • the first opening characteristic and the third opening characteristic of the first spool valve are defined as a neutral position of the first spool.
  • the fourth opening characteristic and the second opening characteristic of the second spool valve are asymmetric with respect to the neutral position of the second spool.
  • the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that, in the above invention, a first stroke detection sensor for detecting a stroke of the first spool and a second stroke for detecting a stroke of the second spool.
  • a stroke detection sensor wherein the control unit adjusts the switching dead band based on strokes detected by the first stroke detection sensor and the second stroke detection sensor.
  • the first dead band has the first opening characteristic that has the first dead band and increases the opening area of the hydraulic oil supplied in the direction in which the cylinder rod extends in accordance with the movement of the first spool.
  • 1 spool valve and a second dead band and has a second opening characteristic that increases the opening area of hydraulic oil supplied in the direction of shortening the cylinder rod as the second spool moves.
  • a second spool valve and adjusts a switching dead band between the first opening characteristic and the second opening characteristic when switching between the first opening characteristic and the second opening characteristic. I am doing so.
  • the dead band As a result, it is possible to adjust the dead band at the time of mutual switching between the extension direction operation and the shortening direction operation of the cylinder rod of the hydraulic cylinder, and the desired dead band corresponding to the operation content such as manual operation or automatic operation is provided.
  • the first opening characteristic and the second opening characteristic can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spool valve device for a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an opening characteristic in which the switching dead band is adjusted by combining the extended opening characteristic of the first spool valve and the shortened opening characteristic of the second spool valve, the shortened opening characteristic of the first spool valve, and the second It is a figure which shows the opening characteristic which adjusted the switching dead band combining the expansion
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spool valve device for a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an opening characteristic in which the switching dead band is adjusted by combining the extended opening characteristic of the first spool valve and the shortened opening characteristic of the second spool valve, the shortened opening characteristic of the first spool valve, and the second It is a figure which shows the opening characteristic which adjusted the switching dead band combining the expansion
  • FIG. 3 shows an electromagnetic proportional control signal, the spool strokes of the first and second spools, the opening areas of the first and second spool valves, the first and second, according to the blade raising / lowering operation by the automatic operation flow rate signal in the automatic operation mode.
  • It is a time chart which shows the relationship between the actual hydraulic oil flow volume from a 2nd spool valve to a hydraulic cylinder, and the cylinder stroke of a cylinder rod.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating initial positions of the first spool and the second spool in the automatic operation mode in which the switching dead band is zero.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the positions of the first spool and the second spool when the cylinder rod is shortened from the state of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating positions of the first spool and the second spool when the cylinder rod is shifted from the state shown in FIG. 4 to a state where the cylinder rod is extended.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hydraulic cylinder spool valve device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the hydraulic cylinder spool valve device 1 includes a first spool valve 10, a second spool valve 20, and a control unit 30.
  • the hydraulic cylinder 2 controlled by the first spool valve 10 and the second spool valve 20 is, for example, a bulldozer lift cylinder.
  • the hydraulic cylinder 2 When hydraulic oil is supplied to the cylinder head side oil chamber EA via the head side port A, the hydraulic cylinder 2 shortens the cylinder rod 4 connected to the piston 3 and the blade connected to the tip of the cylinder rod 4. Raise 5 Further, when hydraulic oil is supplied to the cylinder bottom side oil chamber EB via the bottom side port B, the hydraulic cylinder 2 extends the cylinder rod 4 and lowers the blade 5.
  • the first spool valve 10 has a first spool 12 that slides in the valve body 11 and a first stroke detection sensor SS1 that detects the stroke of the first spool 12.
  • the first spool 12 is slid by the pilot pressures PP11 and PP12 applied to both ends from the electromagnetic proportional control valves 15 and 16.
  • the first spool valve 10 has a pump port P1, a tank port T1, a head side port A1, and a bottom side port B1.
  • the pump port P1 is connected to the hydraulic pump P via the oil passage LP.
  • the tank port T1 is connected to the tank T via the oil passage LT1.
  • the head side port A1 is connected to the head side port A of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LA.
  • the bottom side port B1 is connected to the bottom side port B of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LB.
  • the 1st spool 12 shown in FIG. 1 is a neutral position.
  • the second spool valve 20 includes a second spool 22 that slides in the valve body 21 and a second stroke detection sensor SS2 that detects the stroke of the second spool 22.
  • the second spool 22 is slid by pilot pressures PP21 and PP22 applied to both ends from the electromagnetic proportional control valves 25 and 26.
  • the second spool valve 20 has a pump port P2, a tank port T2, a head side port A2, and a bottom side port B2.
  • the pump port P2 is connected to the hydraulic pump P via the oil passage LP.
  • the tank port T2 is connected to the tank T via the oil passage LT2.
  • the head side port A2 is connected to the head side port A of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LA.
  • the bottom side port B2 is connected to the bottom side port B of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LB.
  • the second spool 22 shown in FIG. 1 is in the neutral position.
  • the oil passage LA is branched into two from the head side port A to the head side ports A1 and A2.
  • the oil passage LB is branched into two from the bottom port B to the bottom ports B1 and B2.
  • the oil passage LP is branched into two from the hydraulic pump P to the pump ports P1 and P2.
  • springs are provided between both end portions of the valve body 11 and both end portions of the first spool 12, respectively, so that reaction forces are applied to the pilot pressures PP11 and PP12 from the both applied ends.
  • springs are provided between both end portions of the valve body 21 and both end portions of the second spool 22, respectively, so that reaction forces are respectively applied to the pilot pressures PP21 and PP22 from the applied both ends. .
  • the pilot pressures PP11, PP12, PP21, and PP22 are not applied to the first spool valve 10 and the second spool valve 20
  • the first spool 12 and the second spool 22 are positioned at the neutral point N. To do.
  • the control unit 30 includes electromagnetic proportional control valves 15 and 16 that generate pilot pressures PP11 and PP12, electromagnetic proportional control valves 25 and 26 that generate pilot pressures PP21 and PP22, and a spool control unit C.
  • the spool control unit C includes a switching timing adjustment unit C1. The switching timing control by the switching timing adjustment unit C1 will be described later.
  • the spool controller C includes an automatic operation flow rate signal D11 during automatic control, an operation lever stroke signal D12 generated by operating the operation lever 31 during manual operation, and a selection switch 32 for selecting an automatic operation mode and a manual operation mode.
  • a selection switch signal DS is input.
  • the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1 and the stroke amount detected by the second stroke detection sensor SS2 are input to the spool control unit C.
  • the spool control unit C performs electromagnetic proportional control on the spool stroke of the first spool 12 based on the automatic operation flow rate signal D11 and the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1.
  • the spool stroke of the second spool 22 is accurately controlled via the valves 15 and 16, and the electromagnetic proportional control valve 25, the spool stroke of the second spool 22 based on the stroke amount detected by the automatic operation flow signal D11 and the second stroke detection sensor SS2. 26 is controlled with high accuracy.
  • the spool control unit C When the manual operation mode is selected, the spool control unit C performs electromagnetic proportional control on the spool stroke of the first spool 12 based on the operation lever stroke signal D12 and the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1.
  • the spool stroke of the second spool 22 is controlled with high accuracy via the valves 15 and 16 based on the stroke amount detected by the operation lever stroke signal D12 and the second stroke detection sensor SS2, and the electromagnetic proportional control valve 25, 26 is controlled with high accuracy.
  • the first spool valve 10 has a first opening characteristic (extension opening characteristic 10D) and a third opening characteristic (shortening opening characteristic 10U) indicating the relationship of the opening area to the spool stroke shown in FIG. .
  • the extension opening characteristic 10D moves the first spool 12 in the direction D1, and the oil port formed by the pump port P1, the small diameter portion 12b, the oil passage through the bottom side port B1, the head side port A1, and the small diameter portion 12a. Are formed, and an oil passage through the tank port T1 is formed, and the opening area is increased with the movement in the direction D1. As a result, the cylinder rod 4 extends in the extension direction AD and the blade 5 is lowered.
  • the shortened opening characteristic 10U is such that the first spool 12 is moved in the direction U1, the oil port formed by the pump port P1, the small diameter portion 12b, the oil passage through the head side port A1, the bottom side port B1, and the small diameter.
  • An oil chamber formed by the portion 12c and an oil passage through the tank port T1 are formed, and the opening area is increased with the movement in the direction U1.
  • the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised.
  • a first dead band DB 10 straddling the neutral point N is formed between the elongated opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 10U.
  • This first dead band DB10 includes, for example, the width ⁇ U1 shown in FIG. 1 (the oil chamber and the head side port A1 formed by the small diameter portion 12b through the notch 13b when the first spool 12 moves in the direction U1). ) And the width ⁇ D1 (the width until the first spool 12 moves in the direction D1 and the oil chamber formed by the small diameter portion 12b and the bottom port B1 open) is added to the spool stroke. It corresponds to.
  • the second spool valve 20 has a fourth opening characteristic (extension opening characteristic 20D) and a second opening characteristic (shortening opening characteristic 20U) showing the relationship of the opening area to the spool stroke shown in FIG. It has.
  • the extension opening characteristic 20D is such that the second spool 12 is moved in the direction D2, the oil port formed by the pump port P2, the small diameter portion 22b, the oil passage through the bottom side port B2, the head side port A2, the small diameter portion 22a. Are formed, and an oil passage through the tank port T2 is formed, and the opening area is increased with the movement in the direction D2. As a result, the cylinder rod 4 extends in the extension direction AD and the blade 5 is lowered.
  • the shortened opening characteristic 20U moves the second spool 22 in the direction U2, and the oil passage formed by the pump port P2, the small diameter portion 22b, the oil passage through the head side port A2, the bottom side port B2, and the small diameter.
  • An oil chamber formed by the portion 22c and an oil passage through the tank port T2 are formed, and the opening area is increased with the movement in the direction U2.
  • the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised.
  • a second dead band DB 20 straddling the neutral point N is formed between the extended opening characteristic 20D and the shortened opening characteristic 20U.
  • This second dead band DB20 has, for example, the width ⁇ U2 shown in FIG. 1 (until the second spool 22 moves in the direction U2 and the oil chamber formed by the small diameter portion 22b and the head side port A2 open. Width) and width ⁇ D2 (width until the second spool 22 moves in the direction D2 and the oil chamber formed by the small diameter portion 22b and the bottom side port B2 open through the notch 23b) is added to the spool stroke. It corresponds to.
  • This opening characteristic is a combination of the extended opening characteristic 20D, the shortened opening characteristic 10U, and the switching dead band DB1 adjusted by the switching timing adjustment unit C1.
  • the extension opening characteristic 20D is obtained by placing the first spool 12 in the region of the first dead band DB 10 and moving the second spool 22 from the position of the second dead band DB 20 in the direction D2.
  • the shortened opening characteristic 10U is obtained by placing the second spool 22 in the region of the second dead band DB 20 and moving the first spool 12 from the position of the first dead band DB 10 in the direction U1.
  • the switching dead band DB1 is transferred to the first spool after the second spool 22 is moved in the direction U2 from the region of the extension opening characteristic 20D and placed at the position of the second dead band DB 20 by the switching timing adjustment unit C1. 12 is set by adjusting the timing (time) of moving in the direction U1 from the position of the first dead band DB10 and entering the region of the shortened aperture characteristic 10U.
  • the switching dead band DB1 is moved to the second dead band DB 10 after the first spool 12 is moved in the direction D1 from the area of the shortened opening characteristic 10U by the switching timing adjusting unit C1 and placed at the position of the first dead band DB10. This is set by adjusting the timing (time) when the spool 22 moves in the direction D2 from the position of the second dead band DB20 and enters the region of the extended opening characteristic 20D.
  • the spool control unit C uses the first spool valve 10 and the second spool valve 20 to generate the opening characteristic shown in FIG. To do.
  • This opening characteristic is a combination of the extended opening characteristic 10D, the shortened opening characteristic 20U, and the switching dead band DB2 adjusted by the switching timing adjustment unit C1.
  • the switching dead band DB2 is set to zero, and the switching responsiveness between the extended opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 20U is increased.
  • the extended opening characteristic 10D is obtained by placing the second spool 22 in the area of the second dead band DB 20 in a standby state and moving the first spool 12 from the position of the first dead band DB 10 in the direction D1. .
  • the shortened opening characteristic 20U is obtained by placing the first spool 12 waiting in the area of the first dead band DB 10 and moving the second spool 22 from the position of the second dead band DB 20 in the direction U2. .
  • the switching dead band DB2 is moved to the second spool after the first spool 12 is moved in the direction U1 from the region of the expansion opening characteristic 10D and placed at the position of the first dead band DB10 by the switching timing adjustment unit C1. 22 is set by adjusting the timing (time) of moving in the direction U2 from the position of the second dead band DB 20 and entering the region of the shortened aperture characteristic 20U.
  • the switching dead band DB2 is moved to the first position after the second spool 22 is moved in the direction D2 from the area of the shortened opening characteristic 20U by the switching timing adjustment unit C1 and is placed at the position of the second dead band DB20.
  • This is set by adjusting the timing (time) when the spool 12 moves from the position of the first dead band DB10 in the direction D1 and enters the region of the extended opening characteristic 10D.
  • the switching timing adjustment in the automatic operation mode is performed so that the switching timings coincide.
  • the horizontal axis represents one spool valve.
  • the virtual spool stroke is regarded as 2C corresponds to the operation lever stroke signal D12, and the horizontal axis in FIG. 2D corresponds to the automatic operation flow rate signal D11.
  • the opening characteristic of the first spool valve 10 and the opening characteristic of the second spool valve 20 are asymmetrical characteristics at the neutral point N, respectively.
  • the obtained opening characteristics of FIGS. 2C and 2D are symmetrical with respect to the origin 0 (neutral point).
  • FIG. 3 shows an electromagnetic proportional control signal, spool strokes of the first and second spools 12 and 22, and the first and second spool valves 10 and 20, accompanying the blade raising / lowering operation by the automatic operation flow rate signal D 11 in the automatic operation mode.
  • 4 is a time chart showing the relationship among the opening area, the actual hydraulic oil flow rate from the first and second spool valves 10, 20 to the hydraulic cylinder 2, and the cylinder stroke of the cylinder rod 4.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating initial positions of the first spool 12 and the second spool 22 in the automatic operation mode in which the switching dead band DB2 is set to zero.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positions of the first spool 12 and the second spool 22 when the cylinder rod 4 is shifted from the state shown in FIG. 4 to a state where the cylinder rod 4 is shortened.
  • FIG. 6 is a diagram showing the positions of the first spool 12 and the second spool 22 when the cylinder rod 4 is shifted from the state shown in FIG.
  • the switching timing adjustment unit C1 instructs the electromagnetic proportional control valve 25 to cause the standby current I2s to flow, and as shown in FIG. 3C.
  • the second spool 22 is moved in the direction U2, and as shown in FIG. 4, it is in a state of waiting at a position immediately before the second spool valve 20 is opened.
  • the position immediately before the opening of the first spool valve 10 means that the end portions 41a and 42a of the large diameter portions 41 and 42 of the first spool 12 are positioned at the position PT1 of the valve body 11, respectively. It is located at PT2. Further, the position immediately before the opening of the second spool valve 20 means that the end portions 51a and 52a of the large diameter portions 51 and 52 of the second spool 22 are positioned at the positions PT3 and PT4 of the valve body 21, respectively. It is.
  • the switching timing adjustment unit C1 applies the automatic operation flow rate to the electromagnetic proportional control valve 25 as shown in FIG. An instruction to flow a current I2 corresponding to the signal D11 is issued.
  • the first spool 12 maintains the current stroke position.
  • the second spool 22 further moves in the direction U2, and as shown in FIG. 3D, the second spool valve 20 opens.
  • the hydraulic oil flows from the second spool valve 20 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU.
  • the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised as the amount of hydraulic oil to the hydraulic cylinder 4 increases.
  • the switching timing adjustment unit C1 is shown in FIG.
  • the electromagnetic proportional control valve 16 is instructed to flow the current I1 corresponding to the automatic operation flow rate signal D11, the current to the electromagnetic proportional control valve 25 is once set to zero, and then the current I2s is flown.
  • the first spool 12 further moves in the direction D1 from the standby position, and as shown in FIG. 3D, the first spool valve 10 opens.
  • the second spool 22 moves in the direction D2 and returns to the standby position.
  • a current I2s which is a standby current is applied.
  • FIGS. 3E and 6 the hydraulic oil flows from the first spool valve 10 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 extends in the extending direction AD.
  • the cylinder rod 4 extends in the extending direction AD and the blade 5 is lowered in accordance with an increase in the amount of hydraulic oil applied to the hydraulic cylinder 4.
  • the switching timing adjustment unit C1 is shown in FIG. In this way, the electromagnetic proportional control valve 25 is instructed to flow the current I2 corresponding to the automatic operation flow rate signal D11 from the current Is that is the standby current, and the current to the electromagnetic proportional control valve 16 is once set to zero. Thereafter, an instruction to flow the current I1s is issued.
  • the second spool 22 further moves in the direction U2 from the standby position, and as shown in FIG. 3D, the second spool valve 20 opens.
  • the first spool 12 moves in the direction U1 and returns to the standby position.
  • a current I1s which is a standby current is applied.
  • the hydraulic oil flows from the second spool valve 10 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU.
  • the cylinder rod 4 extends in the shortening direction AU and the blade 5 goes up in accordance with an increase in the amount of hydraulic oil applied to the hydraulic cylinder 4.
  • the switching timing adjustment unit C1 applies to the electromagnetic proportional control valve 25 as shown in FIG.
  • An instruction is given to once set the current to zero and then flow the current I2s.
  • the first spool 12 and the second spool 22 are positioned at the standby positions, respectively.
  • the opening area of the 1st spool valve 10 and the 2nd spool valve 20 becomes zero, hydraulic fluid is not supplied to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 maintains the shortened state in the time t4.
  • the standby position in the neutral state without the extension / shortening command signal is as shown in FIG.
  • the first spool 12 is moved in the direction D1 as shown in FIG.
  • a shortening command signal is input, the second spool 22 is moved in the U2 direction as shown in FIG.
  • the dead band DB2 can be adjusted to zero.
  • the end portions 41a, 42a of the large diameter portions 41, 42 of the first spool 12 are respectively connected to the end portions 51b of the large diameter portions 51, 52 of the second spool 22 from the positions PT1, PT2 of the valve body 11, respectively.
  • the length (virtual spool stroke) of the dead band DB2 can be adjusted by adjusting the time at which the 52b starts moving from the positions PT3 and PT4.
  • the timing of the first spool 12 is set so that the timing at which the positions PT1 and PT2 immediately before the opening of the first spool 12 and the timing at which the positions PT3 and PT4 immediately before the opening of the second spool 22 are performed simultaneously.
  • the second spool 22 may be moved to stand by in response to the movement.
  • the movement of the second spool 22 is controlled in the dead band DB 20, and the first spool
  • the switching dead band DB2 may be set to zero so that the time when 12 enters the area of the dead band DB 10 coincides with the time when the second spool 22 exits the area of the dead band DB 20.
  • the first spool valve 10 has the extended opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 10U
  • the second spool valve 20 has the extended opening characteristic 20D and the shortened opening characteristic 20U
  • the first spool valve 10 may have only the extended opening characteristic 10D
  • the second spool valve 20 may have only the shortened opening characteristic 20U
  • the first spool valve 10 may be shortened. Only the opening characteristic 10U may be provided, and the second spool valve 20 may have only the extended opening characteristic 20D.
  • the switching dead band DB1 and the switching dead band DB2 can be adjusted.
  • the switching dead band is set to zero. Opening characteristics can be obtained.
  • the neutral point N of the first spool valve 10 is in the first dead band DB 10 and the neutral point N of the second spool valve 20 is also in the second dead band DB 20, the cylinder rod 4 is It is possible to suppress the occurrence of hydraulic oil leakage due to the natural descent of the cylinder rod 4 when stopped.
  • the bulldozer blade has been described in the present embodiment, it can also be applied to a hydraulic cylinder spool valve device of a working machine such as a hydraulic excavator or a wheel loader.
  • Spool valve apparatus for hydraulic cylinders 2 Hydraulic cylinder 3 Piston 4 Cylinder rod 5 Blade 10, 20 Spool valve 10D, 20D Elongation opening characteristic 10U, 20U Short opening characteristic 11, 21 Valve body 12, 22 Spool 12a, 12b, 12c, 22a , 22b, 22c Small diameter portion 13b, 13c, 23a, 23b Notch 15, 25 Electromagnetic proportional control valve 30 Control portion 31 Operation lever 32 Selection switch 41, 42, 51, 52 Large diameter portion 41a, 42a, 51a, 52a End A , A1, A2 Head side ports B, B1, B2 Bottom side port C Spool controller C1 Switching timing adjuster D11 Automatic operation flow rate signal D12 Operation lever stroke signal DB1, DB2, DB3 Switching dead band DB10 First dead band DB20 First 2 dead band DS selection switch Catch signal EA Cylinder head side oil chamber EB Cylinder bottom side oil chamber LA, LB, LP, LT1, LT2 Oil passage N

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Abstract

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。　このため、第１のデッドバンドＤＢ１０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の開口特性である伸長開口特性１０Ｄを有した第１のスプール弁１０と、第２のデッドバンドＤＢ２０を有し、第２のスプールの移動に伴って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の開口特性である短縮開口特性２０Ｕを有した第２のスプール弁２０と、を備え、制御部は、第１のスプール弁１０の伸長開口特性１０Ｄと第２のスプール弁２０の短縮開口特性２０Ｕとを組み合わせ、かつ、第１のスプール弁１０と第２のスプール弁２０との間の切替タイミングを調整し、切替デッドバンドＤＢ２をゼロにする。

Description

油圧シリンダ用スプール弁装置
　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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