JPH09158903A - 油圧アクチュエータの流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントロールバルブの前後の差圧を一定に制
御する圧力補償型流量制御弁の構造および装置全体の構
成が簡単ですみ、しかも油圧パイロット式、手動切換
式、電磁切換式の各コントロールバルブに対応できるよ
うにする。 【解決手段】 圧力補償型流量制御弁６に負荷圧を導入
する負荷圧導入管路１０に絞り１１を設け、この絞り１
１の出口側に、負荷圧導入管路１０から分岐して電磁比
例リリーフ弁１２を設け、このリリーフ弁１２の設定圧
を変えることによって差圧を変化させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧シリンダ、油圧
モータ等の油圧アクチュエータに対する供給流量を制御
する油圧アクチュエータの流量制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧クレーンや油圧ショベル等の
建設機械において、図３に示すように、油圧ポンプ１
と、同ポンプ１を油圧源とする油圧アクチュエータ（こ
こでは油圧シリンダを示している）２との間に、たとえ
ばリモコン弁３（４はこのリモコン弁３の操作レバーで
ある）によって操作される絞り５ａ付きの油圧パイロッ
ト式コントロールバルブ５を設け、このコントロールバ
ルブ５によってアクチュエータ２の作動方向と速度を制
御する構成が一般にとられている。Ｔはタンクである。

【０００３】また、このような回路構成を前提として、
ポンプ１の吐出回路に圧力補償型の流量制御弁６を設
け、同制御弁６により、コントロールバルブ５の入口圧
（絞り５ａの入口圧）Ｐ１と出口圧（絞り５ａの出口圧
＝アクチュエータ負荷圧）Ｐ２の差を一定に保ち、これ
により、負荷圧の変動に関係なくリモコン弁３のレバー
操作量とアクチュエータ流量の対応関係を一定に保つ所
謂ロードセンシング制御（差圧一定制御）を行う流量制
御装置が公知となっている。

【０００４】この公知のロードセンシング式流量制御装
置においては、圧力補償型流量制御弁６の一方の圧力ポ
ート６ａに絞り５ａの入口圧Ｐ１、他方の圧力ポート
（負荷圧ポート）６ｂに負荷圧Ｐ２とバネ６ｃによる基
本圧Ｋとを加えることにより、バルブ入口圧と負荷圧の
差（差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｋ）が一定に保たれる。

【０００５】こうすれば、 Ｑ：コントロールバルブ５を通る流量（アクチュエータ
流量） Ａ：コントロールバルブ５の通路面積 ΔＰ：差圧 Ｃ：流量係数 において、

【０００６】

【数１】Ｑ＝ＣＡ√ΔＰ となるため、差圧ΔＰが一定に保たれることによってア
クチュエータ流量Ｑが一定に保たれる。

【０００７】一方、このような装置において、次のよう
な場合にレバー操作量とアクチュエータ流量の対応関係
を変えたいという要望がある。

【０００８】（イ）クレーンにおいて、たとえば吊荷重
量が大きい場合は、レバー操作量に対するアクチュエー
タ流量を少なくして速度の急変を防止したい。

【０００９】（ロ）油圧ショベルやクレーンにおいて、
油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数が高いときに
は、ポンプ吐出流量も多いため、図５の実線で示すよう
にレバー操作の全ストロークでアクチュエータ流量を比
例的に変化させることができるが、エンジン回転数が低
くなると、ポンプ吐出流量も減少するため、図５破線で
示すようにレバー操作の中間ストロークでアクチュエー
タ流量が上限に達してしまい、残りのストロークでアク
チュエータ流量が変化しなくなって操作性が悪くなる。

【００１０】そこで、図６に示すようにエンジン回転数
（高速、低速）に応じて、レバー操作量／アクチュエー
タ流量の特性を変えたい。

【００１１】従来、このような要望に対処する手段とし
て、（ｉ）図３に示すように、流量制御弁６に別に補助
圧ポート６ｄを設け、この補助圧ポート６ｄに補助油圧
源７からの油圧を電磁比例減圧弁８により減圧して導入
する構成（特開平２−１１８２０３号公報参照）、（i
i）図４に示すように、リモコン弁３とコントロールバ
ルブ５の両側パイロットポートとを結ぶ両側パイロット
ラインに電磁比例式の減圧弁９を設け、リモコン弁３か
らのパイロット圧を減圧してコントロールバルブ５のパ
イロットポートに入力する構成（特開平４−１３１５０
５号公報参照）が公知となっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記（ｉ）
の補助圧導入方式によると、流量制御弁６に別の補助圧
ポート６ｄを設けなければならないため、同制御弁６の
構造が複雑となる。また、別の油圧源（補助油圧源）７
が必要となる。

【００１３】一方、（ii）のパイロット圧減圧方式によ
ると、コントロールバルブ５が油圧パイロット式のもの
に限定され、手動切換式、電磁切換式のものには対応で
きない。また、電磁比例減圧弁９が両側パイロットライ
ンに必要となるため、コスト高となる。

【００１４】そこで本発明は、流量制御弁の構造および
装置全体の構成が簡単ですみ、しかも油圧パイロット
式、手動切換式、電磁切換式の各コントロールバルブに
対応することができる油圧アクチュエータの流量制御装
置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、油圧
アクチュエータと、この油圧アクチュエータの油圧源と
しての油圧ポンプと、この油圧ポンプと上記油圧アクチ
ュエータとの間に設けられて同アクチュエータの作動を
制御するコントロールバルブと、このコントロールバル
ブを操作する操作手段と、上記コントロールバルブの入
口圧と出口圧である負荷圧との差を設定する圧力補償型
流量制御弁とを備えた油圧アクチュエータの流量制御装
置において、上記負荷圧を上記流量制御弁の負荷圧ポー
トに導入する負荷圧導入管路に絞りが設けられるととも
に、この絞りの出口側に、上記負荷圧導入管路から分岐
して可変リリーフ弁が設けられてなるものである。

【００１６】この構成において、可変リリーフ弁の設定
圧を変えることにより、圧力補償型流量制御弁の負荷圧
ポートに導入される圧力を変更することができ、これに
よって差圧を変え、操作手段（操作レバー）の操作量／
アクチュエータ流量の特性を変更することができる。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、油圧アクチュエータとコントロールバルブを備えた
油圧アクチュエータ回路が一つの油圧ポンプに並列に接
続され、この油圧ポンプの吐出管路とタンクとを結ぶバ
イパス管路に圧力補償型流量制御弁が設けられるととも
に、各油圧アクチュエータ回路の負荷圧導入管路が高圧
選択手段を介して合流して上記流量制御弁の負荷圧ポー
トに接続され、この合流管路に絞りが設けられるととも
に、この絞りの出口側に、上記合流管路から分岐して可
変リリーフ弁が設けられたものである。

【００１８】この構成によると、一つのポンプで複数の
アクチュエータを駆動する方式において、各アクチュエ
ータの単独操作時に、操作されたアクチュエータの負荷
圧が高圧選択手段および絞りを介して合流管路に導入さ
れ流量制御弁の負荷圧ポートに導入される。

【００１９】ここで、可変リリーフ弁の設定圧を変える
ことにより、負荷圧ポートに導入される圧力を変更して
差圧を変え、操作手段の操作量／アクチュエータ流量の
特性を変更することができる。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１または２の構
成において、可変リリーフ弁として電磁比例リリーフ弁
が用いられ、かつ、負荷圧を検出する負荷圧センサと、
操作手段の操作量に対するアクチュエータ流量の特性を
複数のうちから選択する特性選択手段と、上記負荷圧セ
ンサによって検出された負荷圧と、特性選択手段によっ
て選択された特性とに基づいて上記電磁比例リリーフ弁
の設定圧を制御するコントローラとを具備するものであ
る。

【００２１】この構成によると、請求項１，２の発明に
おける差圧制御が、選択された特性と負荷圧とに基づい
てコントローラによって自動的に行われる。

【００２２】上記各請求項の構成によると、圧力補償型
流量制御弁に別の補助圧ポートを設ける必要も、また別
の補助油圧源を設ける必要もなくなる。

【００２３】また、油圧パイロット式、手動切換式、電
磁切換式の各コントロールバルブに適用することができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１，２によ
って説明する。

【００２５】以下の実施形態において、図３，４と同一
部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略す
る。

【００２６】第１実施形態（図１参照） 第１実施形態は、一つのポンプで一つのアクチュエータ
を駆動する方式に適用した場合を示している。

【００２７】圧力補償型流量制御弁６の負荷圧ポート６
ｂに負荷圧を導入するための負荷圧導入管路１０に絞り
１１が設けられている。

【００２８】また、この絞り１１の出口側に、負荷圧導
入管路１０から分岐して、タンクＴに連なる可変リリー
フ弁としての電磁比例リリーフ弁（以下、比例リリーフ
弁という）１２が設けられ、この比例リリーフ弁１２の
設定圧Ｐｉが流量制御弁６の負荷圧ポート６ｂに加えら
れる。

【００２９】この比例リリーフ弁１２の設定圧Ｐｉはコ
ントローラ１３によって制御される。

【００３０】このコントローラ１３には、特性選択手段
１４によって選択されたリモコン弁操作レバー４の操作
量／アクチュエータ流量の特性と、負荷圧導入管路１０
に設けられた負荷圧センサ（圧力センサ）１５からの負
荷圧信号が入力される。

【００３１】コントローラ１３は、この負荷圧センサ１
５によって検出された負荷圧Ｐ２と、特性選択手段１４
によって選択されたレバー操作量／アクチュエータ流量
特性とに基づいて比例リリーフ弁１２の設定圧Ｐｉを演
算し、この設定圧Ｐｉに対応する指令信号を比例リリー
フ弁１２に向けて出力する。

【００３２】この点の作用を次に詳述する。ここでは、
特性選択手段１４により、レバー操作量／アクチュエー
タ流量特性を、 負荷圧Ｐ２をそのまま流量制御弁６の負荷圧ポート
６ｂに入力する通常特性、 負荷圧よりも低い圧力を負荷圧ポート６ｂに入力し
てレバー操作量に対するアクチュエータ流量を減少させ
る減量特性 の二つのうちから選択できるようにした場合を例にとっ
て説明する。

【００３３】（Ｉ）通常特性を選択した場合 この場合、比例リリーフ弁１２の設定圧Ｐｉは最大、す
なわち負荷圧Ｐ２と等しくなる。

【００３４】従って、バルブ入口圧Ｐ１、負荷圧Ｐ２、
流量制御弁６のバネ６ｃによる基本圧Ｋ（一定）の関係
は、

【００３５】

【数２】Ｐ１＝Ｐ２＋Ｋ

【００３６】

【数３】Ｐ１−Ｐ２＝Ｋ すなわち、コントロールバルブ５の絞り前後の差圧ΔＰ
＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｋなので、レバー操作によるコントロー
ルバルブ５の通路面積Ａが決まれば、アクチュエータ流
量Ｑは、

【００３７】

【数４】Ｑ＝ＣＡ√ΔＰ＝一定 となる。

【００３８】（II）減量特性を選択した場合 負荷圧センサ１５からの負荷圧信号がコントローラ１３
にとり込まれ、負荷圧Ｐ２よりも所定値だけ低い圧力Ｐ
ｉがリリーフ弁設定圧として演算される。

【００３９】すなわち、

【００４０】

【数５】Ｐ１＝Ｐｉ（＜Ｐ２）＋Ｋ となり、コントロールバルブ５の差圧ΔＰ´は、

【００４１】

【数６】ΔＰ´＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｐｉ＋Ｋ−Ｐ２＝（Ｐｉ
−Ｐ２＋Ｋ）＜Ｋ となるため、このときのアクチュエータ流量Ｑ´は、

【００４２】

【数７】Ｑ´＝（ＣＡ√ΔＰ´）＜（ＣＡ√ΔＰ） となり、Ｑ´＜Ｑとなって、アクチュエータ流量が通常
特性の場合よりも減少する。

【００４３】こうして、たとえば図６に示すように、エ
ンジン回転数が高い場合にはレバー操作量に対するアク
チュエータ流量の増加率を大きくし、エンジン回転数が
低い場合にはレバー操作量に対するアクチュエータ流量
の増加率を小さくする等、レバー操作量／アクチュエー
タ流量特性を変えることができる。

【００４４】第２実施形態（図２参照） この実施形態は、一つのポンプで複数のアクチュエータ
を駆動する方式に適用した場合を示している。

【００４５】第１実施形態との相違点のみを説明する。

【００４６】第１の油圧アクチュエータ（油圧シリン
ダ）２Ａとこれを制御する第１のコントロールバルブ５
Ａとを備えた第１のアクチュエータ回路Ｃ１と、第２の
油圧アクチュエータ（油圧モータ）２Ｂとこれを制御す
る第２のコントロールバルブ５Ｂとを備えた第２の油圧
アクチュエータ回路Ｃ２が一つの油圧ポンプ１の吐出回
路に並列に接続されている。

【００４７】また、ポンプ吐出回路にタンクＴに連なる
バイパス管路１６が接続され、このバイパス管路１６に
圧力補償型流量制御弁６が、第１実施形態とは反対に、
基本的にはブロック位置に保持される状態で設けられて
いる。

【００４８】一方、両アクチュエータ回路Ｃ１，Ｃ２の
負荷圧導入管路１０Ａ，１０Ｂは、高圧選択手段として
のシャトル弁１７を介して合流し、この合流管路１０Ｃ
が流量制御弁６の負荷圧ポート６ｂに接続されている。

【００４９】また、この合流管路１０Ｃに絞り１１が設
けられるとともに、この絞り１１の出口側に、合流管路
１０Ｃから分岐して比例リリーフ弁１２が接続されてい
る。

【００５０】なお、図２においては、両コントロールバ
ルブ５Ａ，５Ｂを個別に操作するリモコン弁、比例リリ
ーフ弁１２の設定圧を演算し指令するコントローラおよ
び特性選択手段の図示を省略している。

【００５１】この構成によると、両アクチュエータ２
Ａ，２Ｂの一方が単独操作されたときに、操作されたア
クチュエータの負荷圧Ｐ２がシャトル弁１７により選択
されて合流管路１０Ｃに導入される。

【００５２】そして、選択された特性とこの負荷圧Ｐ２
とに基づいてコントローラで設定圧Ｐｉが演算され、こ
の設定圧Ｐｉが流量制御弁６の負荷圧ポート６ｂに加え
られる。

【００５３】これにより、第１実施形態と同様に、流量
制御弁６による差圧一定制御が行われ、かつ、特性選択
により、差圧が変えられてレバー操作量／アクチュエー
タ流量特性が変更される。

【００５４】なお、この構成は、一つのポンプで三つ以
上のアクチュエータを駆動する方式に対しても適用する
ことができる。

【００５５】また、上記両実施形態ではコントロールバ
ルブ５（５Ａ，５Ｂ）に油圧パイロット式のものを用い
た場合を例示したが、本発明は手動切換式、電磁切換式
のコントロールバルブを用いた場合にも適用することが
できる。

【００５６】さらに、上記実施例では、レバー操作量／
アクチュエータ流量の特性を通常特性と、これよりもレ
バー操作量に対するアクチュエータ流量が減少する一つ
の減量特性のうちから選択するようにしたが、この減量
特性をさらに複数通りに設定することもできる。

【００５７】一方、可変リリーフ弁としては、上記実施
形態で挙げた電磁比例式のものに限らず、油圧パイロッ
ト圧によって設定圧が変化する油圧パイロット式可変リ
リーフ弁を用いてもよい。

【００５８】あるいは、手動で設定圧を変化させる手動
式可変リリーフ弁を用いることも可能である。この場合
は、特性選択選択手段１４およびコントローラ１３は不
要となる。

【００５９】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、差圧
一定制御を行う圧力補償型流量制御弁に負荷圧を導入す
る負荷圧導入管路に絞りを設け、この絞りの出口側に、
負荷圧導入管路から分岐して可変リリーフ弁を設け、こ
の可変リリーフ弁の設定圧を変えることによって差圧を
変化させる構成としたから、圧力補償型流量制御弁に別
の補助圧ポートを設ける必要も、また別の補助油圧源を
設ける必要もなくなる。

【００６０】従って、図３に示す従来の補助圧導入方式
と比較して、流量制御弁の構造が簡単ですむ。また、図
４に示すパイロット圧減圧方式と異なり、一つの可変リ
リーフ弁と絞りを設けるだけですむため、装置全体の構
成が簡単となり、装置コストが安くてすむ。

【００６１】しかも、油圧パイロット式のコントロール
バルブに限らず、手動切換式および電磁切換式のコント
ロールバルブにも対応することができ、汎用性に富むも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる制御装置の全体
構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態にかかる制御装置の一部
を省略して示す構成図である。

【図３】従来の補助圧導入方式をとる制御装置の全体構
成図である。

【図４】従来のパイロット圧減圧方式をとる制御装置の
全体構成図である。

【図５】差圧を変更することの目的を説明するためのレ
バー操作量／アクチュエータ流量の特性を示す図であ
る。

【図６】差圧を変えることによって得られるレバー操作
量／アクチュエータ流量の特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２ 油圧アクチュエータ ５ コントロールバルブ ３ コントロールバルブの操作手段としてのリモコン弁 ４ リモコン弁の操作レバー ６ 圧力補償型流量制御弁 １０，１０Ａ，１０Ｂ 負荷圧導入管路 １１ 絞り １２ 可変リリーフ弁としての電磁比例式リリーフ弁 １３ コントローラ １４ 特性選択手段 １５ 負荷圧センサ ２Ａ，２Ｂ 油圧アクチュエータ １０Ａ，１０Ｂ 負荷圧導入管路 １７ 高圧選択手段としてのシャトル弁 １０Ｃ 合流管路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータと、この油圧アクチ
   ュエータの油圧源としての油圧ポンプと、この油圧ポン
   プと上記油圧アクチュエータとの間に設けられて同アク
   チュエータの作動を制御するコントロールバルブと、こ
   のコントロールバルブを操作する操作手段と、上記コン
   トロールバルブの入口圧と出口圧である負荷圧との差を
   設定する圧力補償型流量制御弁とを備えた油圧アクチュ
   エータの流量制御装置において、上記負荷圧を上記流量
   制御弁の負荷圧ポートに導入する負荷圧導入管路に絞り
   が設けられるとともに、この絞りの出口側に、上記負荷
   圧導入管路から分岐して可変リリーフ弁が設けられてな
   ることを特徴とする油圧アクチュエータの流量制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の油圧アクチュエータの流
   量制御装置において、油圧アクチュエータとコントロー
   ルバルブを備えた油圧アクチュエータ回路が一つの油圧
   ポンプに並列に接続され、この油圧ポンプの吐出管路と
   タンクとを結ぶバイパス管路に圧力補償型流量制御弁が
   設けられるとともに、各油圧アクチュエータ回路の負荷
   圧導入管路が高圧選択手段を介して合流して上記流量制
   御弁の負荷圧ポートに接続され、この合流管路に絞りが
   設けられるとともに、この絞りの出口側に、上記合流管
   路から分岐して可変リリーフ弁が設けられたことを特徴
   とする油圧アクチュエータの流量制御装置。
3. 【請求項３】 可変リリーフ弁として電磁比例リリーフ
   弁が用いられ、かつ、負荷圧を検出する負荷圧センサ
   と、操作手段の操作量に対するアクチュエータ流量の特
   性を複数のうちから選択する特性選択手段と、上記負荷
   圧センサによって検出された負荷圧と特性選択手段によ
   って選択された特性とに基づいて上記電磁比例リリーフ
   弁の設定圧を制御するコントローラとを具備することを
   特徴とする請求項１または２記載の油圧アクチュエータ
   の流量制御装置。