JPH03205298A - 操作反力制御装置 - 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、クレーン等のウインチを駆動する油圧モータ
等のアクチュエータの操作レバーに作業状態に応じた操
作反力を付与する操作反力制御装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、ウインチの吊り荷重に応じて操作レバーに操作反
力を付与する手段として、たとえば実開昭５５−１４１
９９号公報に示されているように、遠隔操作弁（パイロ
ット弁）に巻土用と巻下用の各反カシリンダを付設し、
ウインチ用油圧モータとカウンタバランス弁との間から
取出した負荷圧力を上記各反カシリンダのピストン背面
に形成した油圧室に入力させ、その圧力でピストンに連
設したロ・ツドを押出して、レバーに連設した操作部に
接触させることにより、レバーにレバーを中立に戻そう
とする力（操作反力）を付与するようにしたものが知ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、各反カシリンダのピストン背面に形
成された油圧室に、モータ側のメイン管路から取出した
負荷圧力を直接入力させるため、各反カシリンダに高圧
、高強度のものが必要であり、それだけコストアップに
なる。とくに、巻上げ作業時、吊荷重が大きくなると、
モータの負荷圧力も大きくなる。この場合、第５図の実
線■に示すように負荷圧力Ｐ．に比例して操作反力Ｆが
大きくなるので、負荷圧力Ｐ．が最大値Ｐｍｘｘになる
以前に、ある圧力（イ点）を超えると、操作反力Ｆがレ
バーによる操作可能最大値ＦｍａＩを超えてしまい、操
作反力が大きくなり過ぎてレバー操作ができなくなる。

なお、操作反力Ｆが上記操作可能最大値Ｆｍａｘを超え
ないようにするためには、上記反カシリンダの受圧面積
すなわちピストン径を極端に小さくする必要がある。こ
のように反カシリンダにおいて、ピストン径を極端に小
さくした上で、前述したように高圧に絶えるように構戒
するには、高度の技術を要し、その製作が極めて困難で
ある。

本発明は、このような問題を解消し、反力機構に低圧用
のものを使用できるようにして構造を簡素化し、製作を
容易にしてコストダウンを図り、かつ、吊荷重が大きく
、負荷圧力が大きい場合でも、オペレータが操作可能な
範囲で操作反力を適性に制御できるようにし、制御性な
らびに操作性にすぐれた操作反力制御装置を提供するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、支持部材に回動自在に支持されたレバーと、
レバーに連設されレバーと一体的に回動する操作部と、
この操作部に対応するように配置された反力機構と、ア
クチュエータに作動油を供給するメイン管路から負荷圧
力を取出して減圧する反力指令用減圧弁とを有し、上記
反力機構は、反力指令用減圧弁により減圧された油圧力
を入力する油圧室と、その油圧室に入力される油圧力に
応じた力で上記操作部を中立位置に戻す方向に作動する
作動部材を備えた構成としている。

この構成において、負荷の上げ操作用減圧弁と下げ操作
用減圧弁とを有するパイロット弁に上記支持部材と反力
機構とが連設され、その支持部材にレバーが回動自在に
支持されるとともに、レバーに上記各操作用減圧弁およ
び反力機構に対応する操作部が設けられる。

また、負荷の上げ操作用減圧弁と下げ操作用減圧弁とを
有するパイロット弁から離れた箇所に上記支持部材と反
力機構とが設けられ、その支持部材にレバーが回動自在
に支持され、レバーに反力機構に対応する操作部が設け
られるとともに、パイロット弁の各操作用減圧弁の操作
部材が連結部材を介して上記レバーに連結される。

さらに、レバーの上げ操作側に対応する上げ操作用反力
機構と、下げ操作側に対応する下げ操作用反力機構と、
アクチュエータの上げ作動時の負荷圧力を上げ操作反力
機構の油圧室に導く上げ操作反力制御用管路と、アクチ
ュエータの下げ作動時の負荷圧力を下げ操作反力機構の
油圧室に導く下げ操作反力制御用管路とを備え、上記上
げ操作反力制御用管路に上記負荷圧力を減圧して上げ操
作反力機構の油圧室に入力させる上げ操作反力指令用減
圧弁が設けられる。

上記下げ操作反力制御用管路にアクチュエータの下げ作
動時の負荷圧力を減圧して下げ操作反力機構の油圧室に
入力させる下げ操作反力指令用減圧弁が設けられ、この
下げ操作反力指令用減圧弁の減圧比が上記上げ操作反力
指令用減圧弁の減圧比よりも低く設定される。

上記上げ操作反力指令用減圧弁と上げ操作反力機構の油
圧室との間にリリーフ弁が設けられる。

〔作　用〕

上記の構威により、アクチュエータの負荷圧力が反力指
令用減圧弁により減圧されて反力機構の油圧室に入力さ
れ、その圧力によって操作反力が制御される。したがっ
て、反力機構には、負荷圧力を直接入力させるものに比
べて低圧用のものを使用でき、その構造を箇素化でき、
コストダウンが図れる。また、故障も少なく、機械寿命
が長くなる。

上記操作反力制御装置において、反力機構とパイロット
弁とは別個に形成する場合と、一体的に成形する場合と
があり、いずれを採用するかは機械の設置スペース等を
考慮して決定される。別個に構威すれば、パイロット弁
に既存のものを用いることができ、反力機構を小形化で
きる。一体的に構成すれば、力の伝達ロスが少なくなり
、制御精度が高められる。

上記操作反力機構は上げ側にのみ設けてもよいが、通常
は上げ側と下げ側の双方に設けられる。

ここで、上げ側の負荷圧力は高圧になるが、機械によっ
ては下ｉｆ側の負荷圧力が常に低圧の場合がある。この
ような場合は、下げ側の負荷圧力をそのまま反力機構に
入力させ、上げ側の負荷圧力のみを減圧して反力機構に
入力させる。これにより上げ、下げ双方の制御性が改善
される。

なお、下げ側の負荷圧力が高圧になる場合は、上げ側と
下げ側の双方に操作反力指令用減圧弁が設けられ、下げ
側の負荷圧力も上記減圧弁により減圧されて下げ操作反
力機構に入力され、下げ側の操作反力も適正に制御され
る。この場合、下げ操作反力指令用減圧弁の減圧比が、
上げ操作反力指令用減圧弁の減圧比よりも低く設定され
ることにより、作業内容に応じた適正な反力制御が行わ
れる。また、上げ側において、操作反力指令用減圧弁と
反力機構の油圧室との間にリリーフ弁を設けることによ
り、とくに、負荷の上げ作業時に操作反力が異常に上昇
することが防止され、操作性が改善される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すものであり、この図にお
いて、１は主油圧ポンプ、２は方向切換弁、３はアクチ
ュエータとしてのウインチ用油圧モータを示す。モータ
３の巻上げ供給側管路３１には巻下げ供給側管路３２の
圧力によって開かれるカウンタバランス弁３３が設けら
れている。モータ３にはウインチドラム（図示省略）が
連結され、そのドラムの回転により吊荷の巻上げまたは
巻下げが行われる。

方向切換弁２はパイロット式切換弁であり、この方向切
換弁２を切換えるためにパイロット弁４が用いられてい
る。パイロット弁４の弁ケース４１には巻上げ操作用と
巻下げ操作用の一対の減圧弁５．５′が設けられている
。減圧弁５，５′は、弁ケース４１に設けられた入力ポ
ート４２と、リターンポート４３と、出力ポート４４．
４４’　とに対応する室５１．５１’内に油孔５２．５
２’を有するスプール５３．５３’を摺動自在に挿入し
て構成されている。このスプール５３，５３’の先端側
にはプッシュロッド５４．５４’かばね５５．５５’　
を介して連結され、後端側はばね５６．５６’　により
弁ケース４１に支持されている。

上記入力ポート４２には操作用油圧ポンプ５０が接続さ
れ、リターンポート４３はタンク１０に接続され、出力
ポート４４．４４’がパイロット管路２１．２１’　を
介して方向切換弁２の切換え用パイロット部に接続され
ている。

レバー６は、パイロット弁４の弁ケース４１に連結され
た支持部材６０に枢軸６１を介して回動自在に支持され
ている。レバー６には枢軸６１を中心として左右に張出
す操作部６２．６２’が一体的に連設され、この操作部
６２．６２’が上記減圧弁５，５′のプッシュロッド５
４．５４’　に対向するように配置されている。

操作反力機構はシリンダ構造であり、巻上げ用および巻
下げ用の各操作反カシリンダ７．７′がパイロット弁４
の弁ケース４１に一体的に組込まれている。すなわち弁
ケース４１の各減圧弁５，５′に隣接する箇所にそれぞ
れ反力゛シリンダ室が設けられ、各反カシリンダ室内に
ピストン７１．７１′が摺動自在に挿入され、各ピスト
ン７１．７１′に連結されたロッド７２．７２’が作動
部材としてレバー６の各操作部６２．６２’　に対向す
るように配置されている。なお、上記反力機構の各ロッ
ド７２．７２’　はレバー中立時にはレバー６に操作反
力を加えず、レバー操作開始と同時に操作反力を加える
ようにするため、最大突出状態でその先端がレバー中立
状態での操作部６２，６２′の下面に接触するようにそ
のストロークが設定されている。

一方、モータ３の巻上げ供給側管路３１および巻下げ供
給側管路３２からそれぞれ反力制御用管路８１．８１’
が分岐され、各管路８１．８１’に上げ操作反力指令用
減圧弁８および下げ操作反力指令用減圧弁８′がそれぞ
れ接続され、各減圧弁８，８′の二次側が管路８２．８
２’を介して反カシリンダ７，７′のピストン７１．７
１’の背面に形成された油圧室７３．７３’　に接続さ
れている。上記管路８１はカウンタバランス弁３３の上
流、下流いずれに接続してもよい。上記各減圧弁８．８
′にはいずれも一次側に入力される圧力（負荷圧力）を
一定の比率で減圧する定比減圧弁が用いられる。また、
好ましくは上げ側の減圧弁８の減圧比が下げ側の減圧弁
８′の減圧比よりも大きく設定される。

次に、作用について説明する。

第ｌ図はパイロット弁４のレバー６を中立位置から巻上
げ側に操作した場合を示しており、この巻上げ操作によ
り巻上げ側の操作用減圧弁５のプッシュロッド５４が押
し下げられ、スプール５３が押し下げられて出力ポート
４４からレバー操作角に応じたパイロット圧がパイロッ
ト管路２１に出力され（矢印イ）、そのパイロット圧に
より方向切換弁２が巻上げ位置に切換えられている。こ
れによりポンプ１の吐出油が矢印口方向に流れ、カウン
タバランス弁３３を経てモータ３に流入される。そして
、モータ３の巻上げ側の管路３１の圧力が吊荷重の大き
さに応じて上昇し、その圧力でモータ３が正転され、ウ
インチドラム（図示省略）が巻上げ方向に回転され、吊
荷が巻上げられる。

この巻上げ時において、モータ３の巻上げ側の管路３１
の圧力（負荷圧力）Ｐ８が管路８１に導かれ、その負荷
圧力Ｐｉが減圧弁８により第３図の実線Ｉに示すように
所定の減圧比で減圧され、その減圧された油圧力Ｐ７ｘ
が反力指令用油圧信号として反カシリンダ７の油圧室７
３に入力され、その圧力でロッド７２が突出するように
付勢され、その突出力が操作反力Ｆｉとしてレバー６の
巻上げ側の操作部６２に作用する。

このときの操作反力Ｆ，は、 Ｆｌ　＝Ｐｔ１　●Ａｌ＋ｆｌ Ａ１　：ピストン７１の受圧面積 ｆ８：上げ操作用減圧弁５のばね等による反力（固有反
力） によって決まる。したがって、上記油圧室７３に入力さ
れる指令圧力Ｐｔ１すなわち反力指令用減圧弁８による
減圧比、およびピストン７１の受圧面積Ａ１を選定する
ことにより、操作反力ＦＲ？制御勾配を任意に設定でき
、たとえば第４図実線■に示すように制御できる。そし
て、吊荷重すなわちモータ３の負荷圧力Ｐ，が大きくな
っても、操作反力ＦＲが極端に大きくなることを抑制で
き、さらに、負荷圧力ＰＩ１が最大値Ｐｍ＊ｘで、反力
指令圧力Ｐｔ１が最大値Ｐ７ｍａｘになっても、操作反
力ＦＲがレバー操作可能な最大値ＦＩｌｌａｘを超える
ことはなく、レバー操作が円滑に行われる。また、上記
操作反力Ｆ，の大きさをレバー６を通して手で感知する
ことにより、オペレータが吊荷重の大きさを容易に感知
できることになる。

とくにこの場合、モータ３の負荷圧力Ｐｗを減圧弁８に
より反力指令圧力Ｐｊエまで一旦減圧して反カシリンダ
７の油圧室７３に入力させるので、その指令圧力Ｐｔ■
は低圧であり、したがって、反カシリンダ７に低圧用の
ものを使用でき、そのシール部等の構造を簡素化し、か
つ、そのピストン径（Ａ１）をある程度大きくして製作
を容易にでき、コストダウンを図ることができる。また
、リリーフ弁８３により反力指令圧力Ｐｔｘの上限値を
制御することにより、操作反力Ｆ，の上限値を第４図の
実線Ｉ［１、ＩＩ２に示すように制御でき、高負荷時の
操作性を向上できる。なお、リリーフ弁８３は省略して
もよい。

次に、レバー６を中立位置から巻下げ側に操作すると、
巻下げ側の操作用減圧弁５′のプッシュロッド５４′が
押・し下げられ、スプール５３〆が押し下げられて出力
ポート４４′からレバー操作角に応じたパイロット圧が
パイロット管路２１′に出力され（矢印ハ）、そのパイ
ロット圧により方向切換弁２が巻下げ位置に切換えられ
、ポンプ１の吐出油がモータ３に流入され（矢印二）、
その圧力でカウンタバランス弁３３が開かれ、モータ３
からタンク１０に油が流出されながら、モータ３が逆転
され、ウインチドラム（図示省略）が巻下げ方向に回転
され、吊荷の巻下げが行われる。

この巻下げ時において、モータ３の巻下げ側の管路３２
の圧力（負荷圧力）Ｐａが管路８１′に導かれ、その負
荷圧力Ｐｏが減圧弁８′によって巻上げ側の減圧比より
も低い減圧比で減圧され（第３図の実線■参照）、その
減圧された油圧力Ｐｔ２が反力指令用油圧信号として反
カシリンダ７′の油圧室７３′に入力され、その圧力で
ロッド７２′が突出するように付勢され、その突出力が
操作反力Ｆ。とじてレバー６の巻下げ側の操作部６２′
　に作用する。

このときの操作反力Ｆ０は、 Ｆ　ｏ　＝　Ｐ　ｔ２　　●Ａ２＋ｆｏＡ２　：ピスト
ン７１′の受圧面積 ｆ０　：下げ操作用減圧弁５′のばね等による反力（固
有反力） によって決まる。したがって、上記巻上げ時と同様に油
圧室７３′に入力される指令圧力Ｐｊ２すなわち反力指
令用減圧弁８′による減圧比、およびピストン７１′の
受圧面積Ａ１を選定することにより、操作反力Ｆ，の制
御勾配を任意に設定できる。この場合、巻下げ時の負荷
圧力Ｆｏは巻上げ時の負荷圧力Ｆｉに比べて低圧で、か
つその変化域も小さいので、第３図の実線■のように巻
下げ側の減圧比を低くすることによって、第４図の実線
■のように巻下げ操作反力ＦＤの制御勾配を巻上げ操作
反力ＦＲの制御勾配よりも大きくでき、これにより僅か
な巻下げ負荷圧力の変化を大きな操作反力Ｆｏの変化に
変換することができ、その変化をレバー６を介してオペ
レータが敏感に感知することができる。そして、操作初
期における負荷の動き始めを上記操作反力Ｆ０の変化を
通して容易に感知でき、負荷が見えない位置での操作で
あっても、安全に巻下げ操作ならびに巻下げ作業を行う
ことができる。

ところで、機械によっては、巻下げ側の負荷圧力が、巻
上げ側に比べて極端に低圧で、かつ、その変化域も極端
に小さい場合がある。その場合には、下げ操作指令用減
圧弁８′を省略し、巻下げ側の負荷圧力をそのまま下げ
操作反力機構の油圧室７３′に入力させて下げ操作反力
を制御するようにしてもよい。

また、第１図では、反カシリンダ７．７′のシリンダケ
ースをパイロット弁４の弁ケース４１と一体成形したよ
うに図示してあるが、それらは必ずしも一体威形するも
のではなく、互いに独立戒形したものを一体的に組立て
てもよいととはいうまでもない。なお、反カシリンダ７
，７′は必ずしもパイロット弁４と一体的に形成する必
要はない。たとえば第２図に示すようにレバー６をパイ
ロット弁４から離れた位置に配置した支持部材（図示省
略）に回動自在に支持させ、このレバー６の操作部６２
と、パイロット弁４の操作部材６３とをリンク等の連結
部材６４により連結し、レバー６を支持した固定部材に
、レバー６の操作部６２．６２’　に対応する反カシリ
ンダ７．７′を取付けてもよい。

本発明において、制御対象とするアクチュエータは、上
記実施例のウインチ用油圧モータに限定されず、クレー
ンのブームホイスト用の油圧モータまたは油圧シリンダ
、油圧ショベルのブーム、アーム、パケット等を駆動す
るための油圧シリンダとする場合もある。これらのアク
チュエータを操作する場合も、上記本発明の装置を適用
することにより、ブーム等の負荷の下げ゜操作時に操作
反力の変化率を大きくして、負荷の動きの感知を容易に
することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、次のような作用効果がある。

レバー操作によりアクチュエータを作動させた時に、ア
クチュエータの負荷圧力を反力指令用減圧弁により減圧
して反力機構に入力し、その圧力によってレバーに操作
反力を付与するようにしているので、負荷圧力を反力機
構に直接入力させるものに比べて、反力機構に低圧用の
ものを使用でき、その構造を簡素化でき、コストダウン
を図ることができる。

パイロット弁と反力機構とを一体的に構成することによ
り、力の伝達ロスを少なくでき、制御精度を高めること
ができる。

反力機構とパイロット弁とを別個に構成し、両者を離れ
た位置に配置することにより、パイロット弁に既存のも
のをそのまま使用することができ、反力機構を小形化し
てコストダウンを図ることができる。また、パイロット
弁とレバーおよび反力機構の配置を任意に設定でき、建
設機械のように狭い運転室であっても効率よく配置して
、その利用価値を高めることができる。

上げ側と下げ側を互いに独立して反力制御することによ
り、作業内容に応じて上げ、下げ双方をいずれも適正に
制御することができる。

上げ側と下げ側の双方に反力指令用減圧弁を設け、下げ
側の減圧比を下げ側のそれよりも低くすることにより、
下げ側の反力制御勾配を大きくでき、下げ側の感度をよ
くし、負荷圧力が低圧の場合でも反力を確実に感知して
負荷の大きさ等を容易に知ることができる。

上げ側にリリーフ弁を設けることにより、操作反力の上
限値を容易に設定でき、操作反力が過大になるのを防止
して制御性ならびに操作性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構威説明図、第２図は別
の実施例を示す概略説明図、第３図は本発明による制御
特性を示す負荷圧力と反力指令圧力との関係図、第４図
はその反力指令圧力と操作反力との関係図、第５図は従
来の制御特性を示す負荷圧力と操作反力との関係図であ
る。 １・・・油圧ポンプ、２・・・方向切換弁、３・・・ウ
インチ用油圧モータ（アクチュエータ）、４・・・パイ
ロット弁、５・・・巻上げ操作用減圧弁、，５′・・・
巻下げ操作用減圧弁、６・・・レバー、７・・・巻上げ
操作反カシリンダ、７′・・・巻下げ操作反カシリンダ
、８・・・上げ操作反力指令用減圧弁、８′・・・下げ
操作針指令用減圧弁、６２・・・巻上げ側操作部、６２
′・・・巻上げ側操作部、７３・・・巻上げ側油圧室、
７３′・・・巻下げ側油圧室、８１・・・巻上げ反力指
令管路、８２・・・巻下げ反力指令管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持部材に回動自在に支持されたレバーと、レバー
   に連設されレバーと一体的に回動する操作部と、この操
   作部に対応するように配置された反力機構と、アクチュ
   エータに作動油を供給するメイン管路から負荷圧力を取
   出して減圧する反力指令用減圧弁とを有し、上記反力機
   構は、反力指令用減圧弁により減圧された油圧力を入力
   する油圧室と、その油圧室に入力される油圧力に応じた
   力で上記操作部を中立位置に戻す方向に作動する作動部
   材を備えていることを特徴とする操作反力制御装置。 ２、負荷の上げ操作用減圧弁と下げ操作用減圧弁とを有
   するパイロット弁に上記支持部材と反力機構とが連設さ
   れ、その支持部材にレバーが回動自在に支持されるとと
   もに、レバーに上記各操作用減圧弁および反力機構に対
   応する操作部が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の操作反力制御装置。 ３、負荷の上げ操作用減圧弁と下げ操作用減圧弁とを有
   するパイロット弁から離れた箇所に上記支持部材と反力
   機構とが設けられ、その支持部材にレバーが回動自在に
   支持され、レバーに反力機構に対応する操作部が設けら
   れるとともに、パイロット弁の各操作用減圧弁の操作部
   材が連結部材を介して上記レバーに連結されていること
   を特徴とする請求項１記載の操作反力制御装置。 ４、レバーの上げ操作側に対応する上げ操作用反力機構
   と、下げ操作側に対応する下げ操作用反力機構と、アク
   チュエータの上げ作動時の負荷圧力を上げ操作反力機構
   の油圧室に導く上げ操作反力制御用管路と、アクチュエ
   ータの下げ作動時の負荷圧力を下げ操作反力機構の油圧
   室に導く下げ操作反力制御用管路とを備え、上記上げ操
   作反力制御用管路に上記負荷圧力を減圧して上げ操作反
   力機構の油圧室に入力させる上げ操作反力指令用減圧弁
   が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の操作反力制御装置。 ５、上記下げ操作反力制御用管路にアクチュエータの下
   げ作動時の負荷圧力を減圧して下げ操作反力機構の油圧
   室に入力させる下げ操作反力指令用減圧弁が設けられ、
   この下げ操作反力指令用減圧弁の減圧比が上記上げ操作
   反力指令用減圧弁の減圧比よりも低く設定されているこ
   とを特徴とする請求項４記載の操作反力制御装置。 ６、上げ操作反力指令用減圧弁と上げ操作反力機構の油
   圧室との間にリリーフ弁が設けられていることを特徴と
   する請求項４または５記載の操作反力制御装置。