JPH0625562B2 - 電気油圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気油圧制御装置に係り、詳しくは、建設機械
などにおける油圧アクチュエータの作動を制御するコン
トロール弁などの切り換え動作を、電磁比例減圧弁など
により制御するようにした油圧制御装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

油圧力を利用してアクチュエータを作動させることによ
り、動力を得て所定の動作を実現するようになっている
建設機械などにおいては、アクチュエータの回路にコン
トロール弁などが設けられ、油圧ポンプからの作動油の
吐出方向や吐出量を調整するようになっている。そのコ
ントロール弁の機能位置を切り換える操作は、そのスプ
ールに操作レバーからの操作力を機械的に伝達させた
り、パイロット油圧をパイロット室に作用させるなどし
てして行われる。

ところで、アクチュエータの作動速度は、第３図に示す
ように、コントロール弁のスプールストロークが増大す
ると、それに比例して増加する。しかし、コントロール
弁は操作レバー操作開始から直ちに動きだすようになっ
ておらず、操作レバーの初期繰作域などには不感帯が設
けられている。

これは、例えば作業者が意図することなく操作レバーに
触れたり、車体や機械の振動により操作レバーが揺れて
も、アクチュエータが所望外に作動しないようにするた
めである。すなわち、第４図に示すように操作領域の始
端と終端に全繰作量の例えば10％に相当する量の遊びが
それぞれ設けられ、残りの80％の範囲における操作レバ
ーの動きでコントロール弁が全ストロークするようにな
っている。

一方、コントロール弁には、その弁を流過する作動油の
フローフォースやその他の要因に基づく抵抗などを考慮
して決まるスプールの中立保持力が存在し、それが第５
図に示す初期力Foであって、コントロール弁のスプール
を移動させるために最低限必要とされる操作力となる。
したがって、操作レバーは不感帯を超えて操作されかつ
初期力Foより大きい操作力Foが作用して始めて、コント
ロール弁に内蔵されたスプリングに打ち勝ち、コントロ
ール弁のスプールが移動を開始する。

コントロール弁の開口度が増し、その弁を通過する作動
油量が多くなると、スプールを移動させるための操作力
も大きくなる。なお、初期力Foの大きさや始端および終
端の不感域の広さ設定は、そのアクチュエータが搭載さ
れる機械や装置の稼働環境や状況により異なり、油圧回
路設計の段階で予め選定される。

以上の説明から分かるように、操作レバーの操作量に対
してコントロール弁が実際にストロークするのは、操作
レバーの操作始端と終端とにおける二つの不感域を除い
た操作域で行われる。コントロール弁の機能位置を換え
る操作は、上で触れたようにレバーの操作量を直接伝達
する機械式の場合やパイロット油圧に変換してその圧力
をパイロット室に作用させる油圧式の場合でも、予め定
められた不感域を除いた例えば80〜90％のレバー操作域
で行われる。すなわち、その間の領域を使用してコント
ロール弁のスプールをなだらかに変位させ、アクチュエ
ータの作動を微調整できる高い制御性が得られるように
なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

コントロール弁を作動させるために操作レバーによる手
動操作力を直接コントロール弁のスプールによる手動操
作力を直接コントロール弁のスプールに作用させる機械
式制御にあっては、作動油量が多い大型のアクチュエー
タなどを作動させる場合、コントロール弁に大きい操作
力が要求され、操作する者への負担が極めて大きくな
る。レバーの操作量を油圧力に変換してパイロット室に
パイロット圧を作用させる油圧式にあっては、油圧によ
る増幅が可能となるので、操作レバーに与える操作力の
増大を避けることができる。しかし、作動油は外気温に
より粘度が変化すること、配管を太くすることが困難で
あったり長くひきまわさざるを得ない場合があることか
ら、例えば寒冷地で稼働する建設機関などにあっては作
動油の流れが悪くなり、アクチュエータの応答速度が著
しく低下するなどの問題がある。

ところで、最近は温度や配管の影響を受けないで、しか
も制御信号などによって簡単に制御すると共に、必要が
あればそれぞれの制御信号を他へも伝達するなどして油
圧装置内における連動動作の調整を可能とすることが望
まれる場合がある。そのために電磁減圧弁など電気信号
を受けて動作する制御弁が採用され、それを介してパイ
ロット圧をコントロール弁のパイロット室に作用させる
ことが行われる。

電磁減圧弁に入力される電流は操作レバーのレバー操作
角に比例する関係にある。しかしながら、電磁減圧弁へ
の入力電流と電磁減圧弁を介してコントロール弁のパイ
ロット室に作用するパイロット圧との関係は、第６図に
示すようになり、コントロール弁のスプールを移動させ
始めるに必要な力Faを得るまでには大きな入力電流A1、
すなわち、大きなレバー操作角が要求される。

したがって、操作レバーが前述したような始端における
10％の遊びを超えて操作されても、コントロール弁のス
プールが移動し始める操作力Faは得られず、結果的に
は、コントロール弁の作動を可能する力Fa以上の操作力
が得られる制御域が、全レバー操作角度の1/2〜1/3程度
の狭いものとなる。これでは、レバー操作によるコント
ロール弁のスプール移動変化が激しくなり、微妙な流量
調整が容易でなくなって制御性の悪いものになってしま
う問題がある。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、
アクチュエータの大型化による操作力の増大をきたすこ
となく、また、温度や配管の影響を受けることなく、し
かも電気信号を使用して油圧装置における連動動作を簡
単に実現することができ、その電気制御にあってコント
ロール弁の制御域を機械式や油圧式の場合と同等にまで
広くして、制御性を向上させることができる電気油圧制
御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、電磁比例減圧弁からの出力圧を作用させるこ
とにより、コントロール弁を切り換えるようにした油圧
制御装置に適用される。

その特徴とするところは、第１図を参照して、電磁比例
減圧弁５Ａ，５Ｂからの出力圧の作用するコントロール
弁３のパイロット室３Ａ，３Ｂに加えて、コントロール
弁３のスプールに作用するサブパイロット室３ａ，３ｂ
をコントロール弁３に併設する。そのサブパイロット室
３ａ，３ｂに圧力を作用させるために開閉作動を切換弁
８が設置される。この切換弁８は操作レバー１１が不感
帯を超えて操作されたとき作動し、電磁比例減圧弁５
Ａ，５Ｂからの出力圧が作用するコントロール弁３のパ
イロット室３ａまたは３ｂを、電磁比例減圧弁５Ａ，５
Ｂへパイロット油圧を供給する油圧ポンプ７に連通させ
る。そして、そのサブパイロット室３ａまたは３ｂに助
勢圧力を導くようにしたことである。

〔作用〕

操作レバー１１の操作には初期力を超える操作力を必要
とするが、ある程度の操作角度までは操作レバー１１が
不感帯にある。その間に操作レバー１１の操作角度に応
じた電流が電磁比例減圧弁５Ａまたは５Ｂに入力される
が、その値は極めて小さく、コントロール弁３のパイロ
ット室３Ａまたは３Ｂに電磁比例減圧弁５Ａまたは５Ｂ
を介したパイロット圧が作用しても、その低い圧力では
スプールは移動することがない。

操作レバー１１の操作角度が大きくなり不感帯を超える
と切換弁８が切り換えられ、電磁比例減圧弁５Ａまたは
５Ｂからの出力圧の作用するパイロット室３Ａまたは３
Ｂと同じ側のサブパイロット室３ａまたは３ｂが、電磁
比例減圧弁５Ａ，５Ｂへパイロット油圧を供給する油圧
ポンプ７に連通され、サブパイロット室３ａまたは３ｂ
に助勢圧力が導入される。その結果、電磁比例減圧弁５
Ａまたは５Ｂを介したパイロット圧が所定圧となり、そ
の重畳したパイロット圧によって、コントロール弁３の
スプールを移動させる操作力が発生される。

スプールがその力と釣り合う位置まで移動し、そのコン
トロール弁３を介して作動油がアクチュエータ１に供給
され、切換弁８からのパイロット圧が作用しなければ作
動を開始することのない電磁減圧弁５Ａまたは５Ｂにお
ける入力電流値においても、アクチュエータ１が動作す
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁比例減圧弁からの出力圧の作用す
るパイロット室に加えてサブパイロット室をコントロー
ル弁に設け、操作レバーの操作角度に応じて開閉作動す
る切換弁を介してサブパイロット室に圧力を作用させる
ことにしたので、立ち上がりの悪い電磁比例減圧弁を介
したパイロット圧が助勢され、コントロール弁のスプー
ルストロークが機械式または油圧式のコントロール弁制
御の場合と同様の広いレバー操作域において調整され、
コントロール弁の高い制御性を確保することができる。
もちろん、アクチュエータの大型化による操作力の増大
をきたすことはなく、温度や配管の影響を受けることも
ない。しかも電気信号を使用して油圧装置における多様
な連動動作を簡単に実現することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、電気油圧制御装置が適用された建設機械など
の油圧回路で、アクチュエータである油圧モータ１が油
圧ポンプ２からの作動油の給排により駆動されるように
なっている。その油圧モータ１の回転方向や回転速度を
制御するコントロール弁３があり、図示の中立状態から
機能位置３Ｍまたは３Ｎに切り換えられることにより、
作動油の給排方向が変えられる。

コントロール弁３にはパイロット圧の作用するパイロッ
ト室３Ａおよび３Ｂがあり、一方のパイロット室３Ａま
たは３Ｂに作用するパイロット圧により、スプールがス
プリング４ａまたは４ｂに抗して移動するようになって
いる。そのために、パイロット圧を作用させるための電
磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂがそれぞれのパイロット室３
Ａ，３Ｂに対応して設置されている。

その電磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂによるパイロット圧の高
低はソレノイド６ａ，６ｂの励磁度によって決まるので
あるが、そのために供給される電流は油圧モータ１を作
動させるために操作される操作レバー１１の操作角度に
比例する。なお、電磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂはパイロッ
ト油圧を供給する油圧ポンプ７に接続されている。

このように、電磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂからの出力圧を
作用させることにより、コントロール弁３を切り換える
ようにした油圧制御装置にあって、電磁比例減圧弁５
Ａ，５Ｂからの出力圧の作用するパイロット室３Ａ，３
Ｂとは別に、コントロール弁３のスプールに作用するサ
ブパイロット室３ａ，３ｂが設けられている。そのサブ
パイロット室３ａ，３ｂはパイロット室３Ａ，３Ｂに作
用するパイロット圧を助勢する程度のものであるので、
サブパイロット室３ａ，３ｂにおけるパイロット圧の作
用面積は、電磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂを介したパイロッ
ト圧の作用する面積よりも小さく設定される。

そのサブパイロット室３ａ，３ｂに圧力を作用させるた
めに開閉作動する切換弁８が設置されていて、上述の油
圧ポンプ７と二つのサブパイロット室３ａ，３ｂとの間
に介在される。この切換弁８は操作レバー１１の操作角
度に応じ励磁されるソレノイド８ａ，８ｂを有し、操作
レバー１１が中立位置から予め設定されている不感帯を
超える時点でリミットスイッチが働くなどして、サブパ
イロット室３ａまたは３ｂにパイロット圧を付加するこ
とができるようになっている。なお、油圧モータ１を作
動させる回路およびパイロット圧を作用させる回路に
は、それぞれリリーフ弁９，１０が設けられ、所定範囲
以上の圧力が発生しないように規制がかけられている。

このような構成の電気油圧制御装置においては、操作レ
バー１１が不感帯を超えるとき、電磁比例減圧弁５Ａま
たは５Ｂからの出力圧が作用するコントロール弁３のパ
イロット室３Ａまたは３Ｂと同側のサブパイロット室３
ａまたは３ｂを油圧ポンプ７に連通させ、そのサブパイ
ロット室３ａまたは３ｂに助勢圧力を導くように切換弁
８が動作される。電磁比例減圧弁５Ａ，５Ｂからのパイ
ロット圧によりコントロール弁３のスプールを移動させ
る力は、従来技術の第６図のところで述べたのと同様に
第２図の実線で示すような徐々に立ち上がる傾向を有す
るが、上記の助勢圧力により後述する破線のように嵩上
げされた恰好とされる。

順に説明すると、操作レバー１１は操作当初のある程度
の角度まで不感帯にあり、その間に電磁比例減圧弁５
Ａ，５Ｂへ入力される電流値は第２図のＫ部のように極
めて低い。したがって、コントロール弁３のパイロット
室３Ａまたは３Ｂに電磁比例減圧弁５Ａまたは５Ｂを介
したパイロット圧が作用してもその圧力も極めて低く、
コントロール弁３のスプールは移動しない。

操作レバー１１の操作角度が大きくなり不感帯を超える
手前のＲ点になると、操作レバー１１がリミットスイッ
チをオンさせるなどして切換弁８が例えば機能位置８Ｍ
に切り換えられ、電磁比例減圧弁５Ａの出力圧の作用す
るパイロット室３Ａと同じ側のサブパイロット室３ａに
所定量のパイロット圧が付加される。その結果、パイロ
ット圧が加重され、コントロール弁３のスプールを移動
させる操作力Faよりやや小さい力に相当する圧力が作用
する。

操作レバー１１が不感帯を超えるＳ点になると、コント
ロール弁３にはスプールを移動させる力Faが作用して、
コントロール弁３は所定の開度をとる。コントロール弁
３を介して作動油が油圧モータ１に供給され、切換弁８
からのパイロット圧が作用しなければ図中のＴ点まで作
動を開始することのない油圧モータ１が作動する。サブ
パイロット室３ａに作用されるパイロット圧は操作レバ
ー１１の操作角度の増加に伴って漸減され、操作レバー
１１が所定の角度にまで操作されたＵ点でコントロール
弁３のスプールが全ストロークの移動を完了する。

ちなみに、油圧モータ１を逆回転させるときは操作レバ
ー１１が逆向きに倒され、切換弁８の機能位置は８Ｎと
される。なお、切換弁８は上述のように電磁弁であり、
サブパイロット室３ａまたは３ｂに作用させるパイロッ
ト圧を、操作レバー１１の操作角度に応じて変化させる
ことは電気的に簡単に行える。

ところで、上記したごとく、切換弁８でもってサブパイ
ロット室３ａまたは３ｂに助勢圧力を導し、電磁比例減
圧弁５Ａ，５Ｂからのパイロット圧によりコントロール
弁３のスプールを移動させる力に重畳させて操作力の嵩
上げを図っている。しかし、そのまま嵩上げさせるコン
トロール弁３に作用する操作力は一律に増加してしまう
ので、電磁比例減圧弁５Ａもしくは５Ｂからパイロット
室３Ａもしくは３Ｂに作用するパイロット圧の増加が操
作レバー１１の操作角度の増加に伴って漸減するよう
に、すなわち、第２図の破線で示すように、調整変更さ
れることは言うまでもない。

言い換えれば、サブパイロット室３ａまたは３ｂに助勢
圧力が一律に導入されても、電磁比例減圧弁の入力電流
がＵとなる時点では嵩上げ量を相殺すべく、電流に対し
て操作力が増加する割合を抑えるように電磁比例減圧弁
５の特性を変更しておけばよい。元来、電磁比例減圧弁
５の特性はコントロール弁３の特性に応じて選定するも
のであり、そのような特性変更をすることは設計段階に
おいて何らの困難性もないことは述べるまでもない。

以上の作動において、操作レバーによる制御可能な範囲
は、操作レバーの全操作角度の例えば80％以上にするこ
とができる。電磁減圧弁を介してパイロット圧のみによ
ってコントロール弁を動作させる場合には狭い制御範囲
（第２図中のＴ点からＵ点まで）となるが、それが機械
式や油圧式の場合と同じように広くなり、アクチュエー
タの作動をきめ細かく調整できる制御性の高い油圧装置
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気油圧制御装置が採用された油圧回
路の一例、第２図は操作レバーの操作角度とコントロー
ル弁操作力との関係を示すグラフ、第３図はコントロー
ル弁のスプールストロークに対するアクチュエータの作
動速度を示すグラフ、第４図はレバー操作量に対するコ
ントロール弁のスプールストローク量を示すグラフ、第
５図はレバー操作量に対するコントロール弁の操作力を
示すグラフ、第６図は電磁減圧弁の入力電流に対するコ
ントロール弁の操作力を示すグラフである。 １…油圧モータ（アクチュエータ）、３…コントロール
弁、３Ａ，３Ｂ…パイロット室、３ａ，３ｂ…サブパイ
ロット室、５Ａ，５Ｂ…電磁（比例）減圧弁、７…油圧
ポンプ、８…切換弁、１１…操作レバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁比例減圧弁からの出力圧を作用させる
   ことにより、コントロール弁を切り換えるようにした油
   圧制御装置において、 電磁比例減圧弁からの出力圧の作用するコントロール弁
   のパイロット室に加えて、コントロール弁のスプールに
   作用するサブパイロット室を前記コントロール弁に併設
   し 上記サブパイロット室に圧力を作用させるために開閉作
   動する切換弁を設置し、 該切換弁は操作レバーが不感帯を超えて操作されたとき
   作動し、前記電磁比例減圧弁からの出力圧が作用するコ
   ントロール弁のパイロット室と同側のサブパイロット室
   を、上記電磁比例減圧弁へパイロット油圧を供給する油
   圧ポンプに連通させ、該サブパイロット室に助勢圧力を
   導くようにしたことを特徴とする電気油圧制御装置。