JPH0463249B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁比例弁を用いた油圧駆動回路に
おける制御装置に関する。

従来、電磁比例弁による油圧アクチユエータを
制御するものとして、例えば第１図に示すような
高所作業車の制御装置が本出願人により特願昭56
−58021号として提案されている。

すなわち、先端に作業者１用の作業台２が取り
付けられた上塔３と下塔４とを有し、これら両塔
が油圧シリンダ５，６とで適宜に起倒されること
により、作業台２が上下に自在に移動できるよう
になつている。

そして、両油圧シリンダ５あるいは６は、第２
図に示すようなコントローラ部７とこれに応動す
る油圧バルブ８とを介して、コントロールレバー
９によつて自由にその伸縮作動が制御されるよう
になつている。

今これについて説明すると、油圧バルブ８は、
切換弁２１とポジシヨンリミツタ３９により構成
されている。コントローラ部７はコントロールレ
バー９の傾転角に応じてポジシヨンリミタ３９の
電磁比例弁のソレノイド１０，１１への電流を比
例的に増減する。

例えば、コントロールレバー９を中立位置から
右に傾けると、後述の不感帯域を除いてその傾転
角に応じて電磁比例弁ソレノイド１０への電流が
ゼロから徐々に増加する。逆に中立位置から左に
傾けると、今度は電磁比例弁ソレノイド１１への
電流がゼロから徐々に増加する。

一方、ポジシヨンリミタ３９は複動シリンダ１
２の内部に複動ピストン１３によつて仕切られた
互いに対称的な環状圧力室１４，１５を有してお
り、両圧力室１４，１５にはパイロツト油圧供給
通路１６、オリフイス１７，１８などを経てパイ
ロツト油圧が導入される。

そして、各圧力室１４，１５の出口１４ａ，１
５ａのオリフイス断面積は、前述の電磁比例弁の
ソレノイドプランジヤ（アマチユア）１０ｂ，１
１ｂと連動する各ポペツト１０ａ，１１ａの上下
動によつて自由に増減される。

例えば電磁比例弁ソレノイド１０に電流が流れ
てポペツト１０ａが上動すると、出口１４ａのオ
リフイス断面積が出口１５ａに比べて相対的に減
少し、両圧力室１４，１５に差圧が生じる。

この結果、複動ピストン１３は右方向へ移動
し、この移動とスプリング４４の弾性力とがバラ
ンスした位置で停止する。

この時の移動量、すなわち複動ピストン１３の
ストローク量は電磁比例弁ソレノイド１０に流れ
る電流に応じて比例的に増加する。

逆に電磁比例弁ソレノイド１１に電流が流れて
ポペツト１１ａが上動すると、複動ピストン１３
は逆に左方向へ移動する。

このようにして、複動ピストン１３は電磁比例
弁ソレノイド１０，１１に流れる電流、すなわち
コントロールレバー９の傾転角に応じたストロー
ク量でもつて左右に移動する。

また、複動ピストン１３にはこれと一体的に動
くコネクテイングロツド４３を経て切換弁２１の
プランジヤ２１ａが連結しており、この切換弁２
１は、複動ピストン１３すなわちプランジヤ２１
ａの変位置に応じて、油圧ポンプ（図示せず）か
ら油圧シリンダ５，６へ送られる作動油と、油圧
シリンダ５，６から油タンク（図示せず）へと戻
る作動油と、油圧ポンプから油圧シリンダ５，６
をバイパスして油圧タンクへと戻る作動油との量
的な割合を規制する。

このような油圧バルブ８の作動の結果、例えば
電磁比例弁ソレノイド１０に流れる電流に応じて
油圧シリンダ５，６への伸方向への作動油の流量
が増加し、逆に電磁比例弁ソレノイド１１に流れ
る電流に応じて縮方向への作動油の流量が増加す
る。

一方、油圧シリンダ５，６のストローク位置、
すなわち上塔３（あるいは下塔４）の仰角は供給
される作動油の量で調節されるようになつている
ので、例えばコントロールレバー９を中立位置か
ら右に傾けて電磁比例弁ソレノイド１０への電流
を増大すると、作動油の量も増加し、油圧シリン
ダ５，６が延びて、上塔３（あるいは下塔４）が
起き上がる。

逆にコントロールレバー９を左に傾けると、上
塔３（あるいは下塔４）が倒れる。

ところで、前述の切換弁２１は例えば第３図に
示すように、プランジヤ２１ａの中立位置からの
ストロークＳに対する油圧シリンダ５，６への作
動油の流量Ｑの変化において、中立不感帯Ａを有
している。

すなわち、この場合プランジヤ２１ａが中立位
置から約2.5mm以上ストロークして初めて切換弁
２１が作動油の流量を変化させることができるの
である。

したがつて、コントロールレバー９を中立位置
から傾転させたとしても、プランジヤ２１ａが中
立不感帯を越えて変位するまでは、油圧シリンダ
５，６は伸または縮作動を行えない。

そこで、このようにして発生する油圧シリンダ
５，６の伸縮動作、すなわち油圧シリンダへの作
動油供給量に対してのコントロールレバー９の必
要以上の不感帯幅を狭めるのと、中立位置での安
定性を確保するため、プランジヤ２１ａと複動ピ
ストン１３の間には、プランジヤ２１ａとコネク
テイングロツド４３の結合により形成される段部
４０とコネクテイングロツド４３のフランジ部４
１によつて形成された小径部の外周にスプリング
４４を備えている。

そして、このスプリング４４は段部４０、フラ
ンジ部４１に摺動自在に嵌合された段付円筒ホル
ダ４５，４６の間で挾持されており、プランジヤ
２１ａが例えば中立位置から左方向に変位する
と、ホルダ４５がストツプ面４７によつて停止す
るのに対して、ホルダ４６がフランジ部４１に連
動して変位するので、スプリング４４がその変位
力に比例した分だけ縮むのである。

逆にプランジヤ２１ａが中立位置から右方向に
変位すると、ホルダ４６がストツプ面４８によつ
て停止するのに対して、今度はホルダ４５が変位
するので、同様にしてスプリング４４がその変位
力に比例して縮むのである。

その際、中立位置での安定性を得るために、所
定の初期荷重を持たせて、スプリング４４をホル
ダ４５，４６の間に挾持させており、したがつて
複動ピストン１３に働くパイロツト油の差圧力が
この初期荷重を越えるまでは、プランジヤ２１ａ
がその中立位置を安定して保持する。

しかしながら不感帯幅は、初期荷重によるプラ
ンジヤ２１ａが動きだすまでの不感帯と、動きだ
した後、油が流れだすまでの不感帯の和に相当す
るので必要以上に大きくなりすぎることがあり、
そこでコントロールレバーの不感帯幅を縮小する
ため、第４図のようにコントローラ部７において
コントロールレバー９の傾転に対する電磁比例弁
ソレノイド１０，１１の反応特性を換えるように
している。

つまり、第４図において、３１，３２はコント
ロールレバー９に連結した摺動抵抗（ポテンシヨ
メータ）、３３，３４は増幅回路、１０，１１は
油圧バルブ８に介装された電磁比例弁ソレノイド
である。

摺動抵抗３１，３２は互いに独立して抵抗変化
を示すようにコントロールレバー９に連結してお
り、例えばコントロールレバー９を中立位置から
右に傾けると、増幅回路３３によりコントロール
レバー９の傾転角に応じて電磁比例弁ソレノイド
１０への電流のみがゼロから徐々に増加する。

逆に中立位置から左に傾けると、同様にして今
度は電磁比例弁ソレノイド１１への電流のみがゼ
ロから徐々に増加する。

増幅回路３３と３４はまつたく同じように構成
されているので、増幅回路３４のみを図面に詳細
に示して具体的に説明する。

コントロールレバー９の傾転角に応じて比例的
に変化する摺動抵抗３２の摺動端子電圧信号Ａ
は、増幅器３５、トランジスタ３６，３７で増幅
された後、電流信号として電磁比例弁ソレノイド
１１へ供給される。

その際、前述したようなコントロールレバー９
の不感帯幅を狭める目的で、油圧バルブ８のプラ
ンジヤ２１ａを切換弁２１の中立不感帯上限まで
すみやかにストロークさせるために、コントロー
ルレバー９の傾転角が所定の大きさになつた以降
は、すなわち安全のための意図的な不感帯を越え
ると、摺動端子電圧信号Ａと所定の基準電圧信号
Ｂとの大小関係に基づいて、コンパレータ３８が
摺動抵抗３２からの電圧に加えて所定の加算電圧
を増幅器３５へ供給し、電磁比例弁ソレノイド１
１への電流に対して所定電流を強制的に加算補正
する。

そして、中立不感帯を越えてからはコントロー
ルレバー９の傾転に対して適当な割合でもつてプ
ランジヤ２１ａがストロークするように、電磁比
例弁ソレノイド１１への供給電流の変化率を増幅
率調節用の可変抵抗VR−１により所定の値に設
定する。

なお、不用意な接触等によるバルブ作動を防ぐ
意味でのコントロールレバー９の不感帯幅につい
ては、可変抵抗VR−２を介して基準電圧信号Ｂ
の値を増減することによつて、自由にその幅を調
節することが可能である。

また、プランジヤ２１ａのストロークに対する
切換弁２１の中立不感帯が大きい場合には、可変
抵抗VR−３によつて加算電圧をこれに対して大
きくして、電磁比例弁ソレノイド１１への加算電
流をさらに大きくすればよい。コントロールレバ
ー９の傾転角に対するコントローラ部７の出力電
流について示したのが第５図である。ただし、デ
イザー信号は省略している。図からも分かるよう
に、コントロールレバー９に安全のために設けた
意図的な中立不感帯を過ぎると、出力電流Ｉは急
激に電流I₁まで立ち上り、これによりプランジヤ
２１ａを切換弁２１の中立不感帯の上限までスト
ロークさせると、以後はコントロールレバー９の
傾転角に応じて制御電流値を比例的に増加させ、
バルブ流量を増やすのである。

このようにして入力電圧（コントロールレバー
傾転角）に対する出力電流の特性を制御して、そ
の結果コントロールレバー９の中立不感帯を減少
させている。また油圧バルブ８からの流出量が最
大となる制御域について着目すると、最大流量の
得られる制御電流I₃は、バルブ構成部品の加工誤
差により変化するため、そのばらつきを見込んで
予め大きく設定すると、最大流量域での要求不感
帯幅が大きくなる。

このような問題を防ぐために、バルブ量大流量
域で、増幅器３５に入力させる摺動抵抗３２の出
力値に、コンパレータ５０からの出力Ｅを合成し
て、コントロールレバー９の最大傾転角θmaxの
手前のθ₂で、ソレノイド励磁電流ＩをI₃からI₂へ
と急激に立上らせるようにする。

コンパレータ５０は摺動抵抗３２の出力Ａを可
変抵抗VR−４を介して設定される基準電圧信号
Ｄと比較し、設定値を越えるとハイレベルの電圧
を出力する。

この電圧値は可変抵抗VR−５で所定の値Ｅに
調整するのであり、第５図に示すように、すくな
くとも誤差分を含めてプランジヤ２１ａがフルス
トロークするのに必要な制御電流I₂が得られるよ
うに入力電圧Ａに上乗せする。

このようにして、コントロールレバー９の中立
位置及び最大傾転角付近での不感帯を縮少する
と、その分だけ有効制御角範囲が広がり、これに
より単位レバー傾転角の制御精度を向上させるこ
とも可能となる。

しかしながら、この場合、全く同一構成の２つ
の増幅回路３３と３４を備えているため、回路が
複雑化するとともに調整に手間がかかり、コスト
的にも高くつくという問題があつた。

本発明はこのような問題を解決するために提案
されたもので、ポテンシヨメータ（摺動抵抗）の
中立点を原点として、コントロールレバーの傾転
方向はポテンシヨメータの出力の大小を基準値と
比べることで判別し、増幅作用は共通の回路を用
いて行い、この増幅出力を前記判別結果にもとづ
いて選択的に電磁比例弁に供給することにより、
回路の簡略化をはかるようにした制御装置を提供
する。

上記目的を達成するために本発明は、油圧シリ
ンダへの作動油供給を切り換える切換弁に連接さ
れる複動ピストンと、この複動ピストンの両油圧
室にパイロツト油圧を供給するパイロツト油圧供
給通路と、両油圧室からのパイロツト油圧を逃が
す出口と、両出口の通路断面積を増減して複動ピ
ストンを変位させる２つの電磁比例弁を備えたポ
ジシヨンリミツタに適用する制御装置であつて、
コントロールレバーの中立点から左右への変位量
に応じて、前記２つの電磁比例弁のうち対応する
電磁比例弁の制御電流を増減するようにした制御
装置において、コントロールレバーに連動されレ
バー中立点からいずれの方向に傾転されてもその
角度に比例した電圧を出力するポテンシヨメータ
と、ポテンシヨメータの出力を所定の時間遅れを
もつて伝達する遅れ回路と、遅れ回路の出力を中
立点の基準電圧と比較してレバー傾転方向を判別
する回路と、ポテンシヨメータのレバー角度に対
応した絶対出力を取り出す絶対値回路と、絶対値
回路の出力を各設定値と比較して設定値を越えた
ときに対応する電流設定器の出力を取り出す複数
の比較器と、前記絶対値回路の出力にこれら電流
設定器の出力を加算する加算回路と、加算回路の
出力を増幅する増幅回路と、増幅出力を前記方向
判別回路の出力に基づいて前記電磁比例弁の一方
へ選択的に供給する選択回路とを備えた。

したがつてこの発明では、コントロールレバー
を急激に傾転させても、ポテンシヨメータの出力
信号の変化は、遅れ回路により時間変化の緩和さ
れた信号となり、これに基づいて電磁比例弁の制
御流量が緩やかに変化する。

以下、本発明の実施例を第６図にもとづいて説
明する。

６０はコントロールレバー９に連動するポテン
シヨメータで、レバー中立点ではポテンシヨメー
タ摺動子が中央原点にあるように設定され、した
がつてレバー９が左右のいずれの方向へ傾転され
ても、その角度に比例した出力を出す。

６１はバツフア回路、６２はポテンシヨメータ
６０の出力を中立点の基準電圧と比較して、コン
トロールレバー９の左右操作方向を判別する方向
判別回路で、判別結果にもとづいて後述するソレ
ノイド選択回路（リレー）７８を切換え、電磁比
例弁ソレノイド１０または１１に駆動回路７７か
らの制御電流を供給する。

６３は絶対値回路で、バツフア回路６１を介し
て入力されるポテンシヨメータ６０の出力が、中
立点からいずれの方向へ切換わつてもその角度
（偏位）のみに応じての絶対出力を発生する。

６５〜６８は比較器で、比較器６５は絶対値回
路６３の出力が０から変化するとオンになり、ア
ナログスイツチ６４を導通する。

比較器６６はポテンシヨメータ出力が中立不感
帯域を越えたときにオンとなり、アナログスイツ
チ７２を導通させ、電流I₁設定器６９の出力を加
算回路７５に入力させる。

比較器６７はポテンシヨメータ出力がレバー最
大傾転角付近に達したときにオンとなり、アナロ
グスイツチ７３を導通させて電流I₂設定器７０の
出力を加算回路７５に同じく入力させる。

比較器６８は例えば比較器６５と同一の設定値
によりオンとなり、アナログスイツチ７４を導通
させて発振回路７１からのデイザー信号を加算回
路７５に合成する。

加算回路７５は絶対値回路６３からのポテンシ
ヨメータ絶対出力に上記した付加的電流を加え、
中立不感帯後の立上りや最大傾転角付近での立上
りが得られるように補正し、これを増幅器７６で
パワーアツプし、さらにパワートランジスタなど
で構成される駆動回路７７に入力する。

したがつて駆動回路７７の出力は、結局、コン
トロールレバー９の操作方向のいかんにかかわら
ず、その操作量のみに対応したものに補正値を加
えたものとなる。

その出力によりいずれの電磁比例弁ソレノイド
１０または１１を駆動するかを、選択回路７８で
選ぶ。

選択回路７８はコントロールレバー９の傾転方
向を判断する方向判別回路６２の出力により切り
換わるのであり、それによつて電磁比例弁ソレノ
イド１０または１１のいずれかに駆動電流が供給
される。

ところで、レバー傾転角は比例弁流量とほぼ比
例関係にあるため、コントロールレバー９の傾転
速度が、油圧シリンダ５，６のプランジヤ速度に
比例する。

このため、コントロールレバー９をゆつくりと
傾転させれば、プランジヤはなめらかな加速、減
速が得られるのであるが、不慣れな操作者により
急激な傾転が行なわれる場合、特に作業台２を上
方に移動させる状態では上塔３（あるいは下塔
４）の剛性の影響も受けて上塔３（あるいは下塔
４）に振動が誘起され、作業台２の作業者１に不
安感を抱かせてしまう。

そこでコントロールレバー９の急激な傾転操作
がなされても油圧シリンダ５，６のプランジヤ速
度変動を減少させるために設けられるのが、バツ
フア回路６１の次に介装される遅れ回路７９で、
遅れ回路７９はバツフア回路６１の出力信号を時
間的遅れを伴う信号に変換して出力する。

そこで、起動時に、コントロールレバー９を停
止位置から急激に傾転させると、この傾転速度に
応じたポテンシヨメータ６０に急激な抵抗値変化
を生ずる。

しかし、ポテンシヨメータ６０の出力信号の変
動は遅れ回路７９により時間変化の緩和された信
号となるので、この時間遅れの伴う信号により油
圧シリンダ５，６のプランジヤはゆつくり伸縮す
る。

このため、従来例では作業台２が、上塔３（あ
るいは下塔４）の剛性の影響を受け、第７図Ａの
実線のように停止位置から速度変動を伴つて起倒
するのであるが、本発明によれば、上塔３（ある
いは下塔４の）剛性の影響を受けないゆつくりと
したプランジヤ速度に抑えられるため、同図の破
線のように作業台２は一定の速度で起倒する。

また、停止時については、コントロールレバー
９の傾転を止めると、従来例では、第７図Ｂの実
線のように停止位置を大きく越える、いわゆるオ
ーバーシユートを生じるのであるが、本発明によ
れば、停止位置を若干過ぎた位置にすみやかに停
止する。

従つて、たとえ不慣れな操作者により急激なコ
ントロールレバー９の傾転操作が行なわれても、
作業台２はゆつくり起倒し、すみやかに停止する
ので、作業者には速度変動やオーバーシユートに
よる不安感を抱かせることはなく、これにより作
業の安全性が向上する。

また、この実施例では、駆動電流の増幅回路は
一系統で済み、回路が著しく簡略化する。

また各比較器６５〜６８の電圧設定や、飛び込
し電流I₁，I₂のレベル設定も、増幅回路が１つの
ために調整が容易となる。

なお、コントロールレバー９とポテンシヨメー
タ６０のずれ（初期誤差）については、バツフア
回路６１のバイアス量を変化させることで、容易
に一致させられる。

以上のように、本発明によれば、制御回路の簡
略化と調整の容易化とが達成でき、同時にコスト
ダウンがはかれるという効果が得られ、さらに、
作業の安全性が向上するという効果が得られる。

（追加の関係） 本発明は特願昭57−25594号（特公平３−41689
号）の発明、すなわち、その構成要素である「油
圧シリンダへの作動油供給を切り換える切換弁に
連接される複動ピストンと、この複動ピストンの
両油圧室にパイロツト油圧を供給するパイロツト
油圧供給通路と、両油圧室からのパイロツト油圧
を逃がす出口と、両出口の通路断面積を増減して
複動ピストンを変位させる２つの電磁比例弁を備
えたポジシヨンリミツタに適用する制御装置であ
つて、コントロールレバーの中立点から左右への
変位量に応じて、前記２つの電磁比例弁のうち対
応する電磁比例弁の制御電流を増減するようにし
た制御装置において、コントロールレバーに連動
されレバー中立点からいずれの方向に傾転されて
もその角度に比例した電圧を出力するポテンシヨ
メータと、ポテンシヨメータの出力を中立点の基
準電圧と比較してレバー傾転方向を判別する回路
と、ポテンシヨメータのレバー角度に対応した絶
対出力を取り出す絶対値回路と、絶対値回路の出
力を各設定値と比較して設定値を越えたときに対
応する電流設定器の出力を取り出す複数の比較器
と、前記絶対値回路の出力にこれら電流設定器の
出力を加算する加算回路と、加算回路の出力を増
幅する増幅回路と、増幅出力を前記方向判別回路
の出力に基づいて前記電磁比例弁の一方へ選択的
に供給する選択回路とを備えたこと」を発明の主
要部として、かつ同一の目的を達成するものであ
り、特許法第31条第１号に規定する追加の特許の
要件を満足するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高所作業車の概略図、第２図は
第１図における油圧シリンダを制御する油圧バル
ブの要部断面図、第３図は第２図における油圧バ
ルブの作動を示す特性図、第４図は油圧バルブを
制御するコントローラ部の回路図、第５図はその
作動特性図である。第６図は本発明のコントロー
ラ部のブロツク回路図、第７図Ａ，Ｂはそれぞれ
起動時、停止時の作用を説明する図である。 ３……上塔、４……下塔、５，６……油圧シリ
ンダ、７……コントローラ部、８……油圧バル
ブ、９……コントロールレバー、１０，１１……
電磁比例弁ソレノイド、１０ａ，１１ａ……ポペ
ツト、１２……複動シリンダ、１３……複動ピス
トン、１４，１５……圧力室、１４ａ，１５ａ…
…圧力室の出口、１６……パイロツト油圧供給通
路、１７，１８……オリフイス、２１……切換
弁、２１ａ……プランジヤ、６０……ポテンシヨ
メータ、６２……判別回路、６３……絶対値回
路、６５〜６８……比較器、７５……加算回路、
７７……駆動回路、７８……選択回路、７９……
遅れ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 油圧シリンダへの作動油供給を切り換える切
   換弁に連接される複動ピストンと、この複動ピス
   トンの両油圧室にパイロツト油圧を供給するパイ
   ロツト油圧供給通路と、両油圧室からのパイロツ
   ト油圧を逃がす出口と、両出口の通路断面積を増
   減して複動ピストンを変位させる２つの電磁比例
   弁を備えたポジシヨンリミツタに適用する制御装
   置であつて、コントロールレバーの中立点から左
   右への変位量に応じて、前記２つの電磁比例弁の
   うち対応する電磁比例弁の制御電流を増減するよ
   うにした制御装置において、コントロールレバー
   に連動されレバー中立点からいずれの方向に傾転
   されてもその角度に比例した電圧を出力するポテ
   ンシヨメータと、ポテンシヨメータの出力を所定
   の時間遅れをもつて伝達する遅れ回路と、遅れ回
   路の出力を中立点の基準電圧と比較してレバー傾
   転方向を判別する回路と、ポテンシヨメータのレ
   バー角度に対応した絶対出力を取り出す絶対値回
   路と、絶対値回路の出力を各設定値と比較して設
   定値を越えたときに対応する電流設定器の出力を
   取り出す複数の比較器と、前記絶対値回路の出力
   にこれら電流設定器の出力を加算する加算回路
   と、加算回路の出力を増幅する増幅回路と、増幅
   出力を前記方向判別回路の出力に基づいて前記電
   磁比例弁の一方へ選択的に供給する選択回路とを
   備えたことを特徴とする電磁比例弁の制御装置。