JPS5936153B2 - 油圧制御用電磁弁駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば油圧により１駆動される建設機械等の
操作弁を制御するために使用される油圧制御用電磁弁駆
動装置に関する。

従来油圧駆動により制御される建設機械においては操作
弁としてオンオフ弁が使用されていた。

オンオフ弁は安価であるが、オンオフ動作の制御性はあ
まり良（なかった。

一方比例弁を使用する場合は制御性が良いが、価格が高
い。

サーボ弁は更に制御性が良いが価格が一層高くなる。

比例弁は価格が高いのみならず建設機械のように環境の
悪いところで使用するとその動作油が汚れて劣化して正
しい動作ができな（なり、つまり高純度の油を必要とす
る欠点もあった。

この発明の目的は安価なオンオフ弁を使用して比例動作
制御な可能とし、従って制御性の良い油圧制御用電磁弁
駆動装置を提供するものである。

コノ発明においては入力信号をそのレベルニ応じたオン
オフ比のパルス信号に変換し、その変換されたパルス信
号を駆動信号としてスプール型電磁弁に供給する。

この駆動パルスの周波数が適当に選ばれるとそのオンの
区間例えばスプールが閉から開の方向に動こうとし、オ
フの期間引戻されるように作用するが、スプールが完全
に戻らない内に再び開き、開と閉の途中にスプールが実
質的ニ停止し、この停止位置はパルスのオン、オフ比に
おけるオン区間が大きい場合はスプールが開〕位置に近
（、オンの区間が短かい場合は閉の場所に近ずき、従っ
てこのスプール型電磁弁ハパルスのオンオフ比によって
比較制御されることになる。

ところで一般にスプール型電磁弁においてはスプールの
変位が成る値以」二大きくなって弁が開き出す。

従って入力信号が余り小さい場合はパルスのオン区間が
小さく、そのような１駆動化号によって駆動されてもス
プールの変位は僅かだけ変位して弁は全く閉じた状態の
ま又であり弁に対する駆動だけは行われ、弁の寿命を縮
めることになる。

従ってそのような小さい信号の場合は１駆動パルスを電
磁弁に与えないようにすることが好ましい。

このためこの発明では入力信号が所定レベル以下におい
ては駆動信号の副スプール型電磁弁への供給を停止する
手段が設けられる。

更にスプール自体の慣性によってスプールの変位に対す
る弁の開きを比例制御させるに駆動パルスの周波数を可
成り高くする必要があって好ましくない場合がある。

このためこの発明では副スゾール型電磁弁によりパイロ
ットシリンダを駆動し、このシリンダの慣性により上記
電磁弁に対するオンオフ制御がいわば平滑され、このシ
リンダにより主スプール型を制御するように構成される
。

次にこの発明による油圧制御用電磁弁駆動装置を図面を
参照して説明しよう。

この発明においては入力信号をそのレベルに応じたオン
オフ比のパルスに変換して駆動信号とする。

そのようなパルス信号への変換は例えば第１図に示すよ
うにして行われる。

即ち端子１１よりの入力信号は比較器１２の非反転入力
端子に供給され、比較器１２０反転入力端子には鋸歯状
波発生器１３がら例えば第２図Ａに示す鋸歯状波信号１
４が一定周期で発生している。

入力信号ｅｔ が第２図Ａに示すレベルにあったとす
ると鋸歯状波信号１４は各周期の初めにおいてゼロレベ
ルから立上るため入力信号レベルｅｉ の方が大きく
、比較器１２の出力は高レベルとなり、鋸歯状波信号１
４０レベルの方が入力信号ｅｉ より大きくなると比
較器１２の出力が反転して低レベルとなる。

この比較器１２の出力は抵抗器１５を通じて駆動用トラ
ンジスタ１６０ベースに与えられ、ｌ・ランジスタ１６
のエミッタは接地され、コレクタは副スプール型電磁弁
の駆動コイル１７を通じて電源端子１８に接続される。

従って比較器１２が高レベルの間は第２図Ｂに示すよう
にトランジスタ１６はオンになり、比較器１２の出力が
低レベルになるとオフとなる。

比較器１２の出力はパルス信号となり、このパルスのオ
ンオフは第２図Ｂのトランジスタ１６のオンオフと同一
となる。

入力信号ｅｉ のレベルが大きくなるとこの出力パル
スの幅、即ちオン区間が広くなり、入力信号レベルが低
くなると出力パルスの幅は狭くなり、入力信号レベルに
応じて出力パルスのオンオフ比が変化する。

この比較器１２の出力パルスにより副スプール型電磁弁
が駆動されるが、原理的には例えば第３図に示すように
入力端子１１はその極性によって切替られるスイッチ１
９の接点ａ側を通じて比較器１２ａの非反転入力端子に
供給され、この比較器１２ａの出力はトランジスタ１６
ａを通じてスプール電磁弁２１の一方の励磁コイル１γ
ａを駆動する。

切替スイッチ１９のｂ側は反転回路２２を通じて比較器
１２ｂの非反転入力端子に接続され、この比較器１２ｂ
の出力側は、駆動用トランジスタ１６ｂのベースに接続
され、ｌ・ランジスタ１６ｂのコレクタは電磁弁２１の
他方の駆動コイル１７ｂに接続される。

比較器１２ ａ 、１２ ｂの反転入力端子には鋸歯状
波発生器１３の出力がそれぞれ与えられる。

入力端子１１０入力信号の極性が極性判別回路２３にて
判別され、正の極性の場合は切替スイッチ１９は接点ａ
側に、負の場合は接点す側にそれぞれ切替接続される。

例えばスイッチ１９がａ側に接続された状態において電
磁弁２１のコイル１７ａに駆動電流が流されると、電磁
弁２１の内部のスプールは閉位置から一方の開の側に移
動する。

このスプールの変位に対する弁の開きは第４図に示すよ
うな特性となっており、スプールの変位の成る区間Ｄ１
〜Ｄ２０間は範囲は狭いが変位に対し弁の開きが比例的
に変化している。

駆動コイル１７ａに第２図Ｂに示したような駆動電流が
与えられるとそのオンの間は電磁弁２１内のスプールは
開く方向に動き、電流がオフの時はその電磁弁内のスプ
リングによって閉じる方向に戻される。

弁が閉じてしまわない内に次のパルスが加えられると又
聞（ように作用し、その開きと閉じとの駆動が第２図Ｃ
に示すように適当に行なわれると、例えば第５図に示す
ようにスプールは行ったり来たり変位しているが、その
平均的な変位はパルス幅が大きい程大きくなる。

このパルス幅を適当に選ぶとスプール変位に対し弁の開
きが比例している部分、即ち第４図のＤｌとＤ２０間の
適当な位置でスプールの位置が小さく変動するようにす
ることができ、スプール弁が比例制御された状態になる
。

入力信号１１の極性が負となると同様にパルスによって
駆動コイル１７ｂが駆動されて電磁弁２１のスプールは
先の変位方向と反対側に変位して開く。

電磁弁２１内を入出力する制御用油の方向が反転すると
この弁の開きも上述したように入力信号のレベルに応じ
て比例制御することができる。

第４図に示したようにスプールの変位がＤｌ より大
きくならないと弁は開かないで閉じている。

従って駆動パルス入力信号レベルが小さく駆動パルス幅
が狭いと、そのスプール変位の平均はＤ１以下となり、
このような状態においては弁の制御が行なわれないがた
だ無駄に駆動が行なわれることになる。

油圧出力が生じないがパルス駆動が行なわれ、それだけ
電磁弁の寿命を短かくすることになる。

よってこの発明ではこのような小さな入力信号の場合は
その駆動信号を電磁弁へ供給するのを停止するようにす
る。

例えば第６図に示すように入力端子１１の入力信号は比
較器１２へ直接供給することなく、差動増幅器２５の非
反転入力端子に供給される。

この増幅器２５０反転入力端子には基準電圧ｅ１が端子
２６より供給されており、その出力側はダイオード２７
を通じ、更に抵抗器２８を通じて接地されると共にダイ
オード２γと逆極性のダイオード２９を通じ、更に抵抗
器３１を通じて接地される。

ダイオード２７及び抵抗器２８の接続点は抵抗器３２を
通じて反転入力端子に負帰還接続される。

ダイオード２７及び抵抗器２８の接続点、またダイオー
ド２９及び抵抗器３１の接続点はそれぞれ抵抗器を通じ
て差動増幅器３３の非反転入力端子に接続され、この非
反転入力端子には端子３４より基準電圧ｅ２が与えられ
て差動増幅器３３の反転入力端子は抵抗器を通じて接地
され、出力端子はダイオード３５を通じ抵抗器３６を通
じて接地される。

これ等ダイオード３５、抵抗器３６の接続点は端子３７
に接続されると共に抵抗器３８を通じて入力端子へ接続
される。

この構成において入力端子１１０入力信号ｅｉが比較電
圧ｅ１以下の場合においては差動増幅器２５の出力は低
レベルであって、これよりも端子３４の電圧ｅ２ は小
さく、従って増幅器３３の出力も低レベルであって出力
端子３７はゼロレベルである。

しかし入力端子１１０入力信号ｅｉがｅｌを越えると増
幅器２５の出力はｅ ｉｅ １となり、これがダイオー
ド２７及び抵抗器２８の接続点に現われ、その出力と端
子３４０基準信号ｅ２とが加算されて差動増幅器３３の
出力として得られる。

従って端子３７の出力ｅ。

は入力信号ｅｉ に対して第７図に示すような特性と
なる。

このようにして入力信号レベルｅｔ が０１ より
小さい間はこれがＯレベルとして第１図の比較器１２へ
供給されるため、比較器１２の出力は低レベルであって
トランジスタ１６は不導通であり電磁弁２１は駆動され
ない。

この場合の入力信号に対するスプールの移動量は第８図
に示すような特性となる。

電磁弁２１が駆動され始める時のレベルｅ１ に入力
信号がなった時、弁が丁度開き始める時のスプールの変
位量Ｄ１ となるように選んでおけば小さなレベルに
よって電磁弁が無駄に駆動されることはない。

以上述べたようにパルス駆動により電磁弁を比例制御す
ることができるが、その場合、良い制御を行なうために
は周波数を比較的高くすることが望まれる。

しかし周波数を余り高くするとスプールやこれを戻すば
ねによる振動系の応答特性の問題や油圧回路に生じるサ
ージ圧、いわゆるショックによって問題が発生ずるおそ
れもある。

この問題を解決するためにこの発明で副スプール型電磁
弁２１の油圧を直接利用することなく、電磁弁２１によ
り先ずパイロットシリンダーを制御し、これにより平滑
特性を得て、つまり全体としての制御信号に対する慣性
を大きく１−で、そのパイロットシリンダにより主スプ
ール型電磁弁を制御するようにする。

例えば第９図に示すように副スプール型電磁弁２１０２
つの入出力口はパイロットシリンダ３９の一方の側と他
方の側にそれぞれ連通される。

これにより電磁弁２１の弁の移動にともなってパイロッ
トシリンダ３９のピストンが変位することになる。

このパイロットシリンダ３９のピストンにより主スプー
ル型電磁弁４１を制御する。

尚この例ハ主スプール型電磁弁４１によりシリンダ４２
を制御し、このシリンダ４２により被制御装置が制御さ
れる。

副スゾール型電磁弁２１を操作杆によって手動操作する
ように操作杆に連結しても良い。

このようにすれば副スプール型電磁弁２１がオン、オフ
的に制御されても、即ち上記パルス駆動によって比例制
御部分を外れてオンオフ的な制御となっても、成る程度
の周波数になると、パイロットシリンダ３９、更に主ス
プール型電磁弁４１のスプールの慣性と油損失とが加わ
って主スプール型電磁弁４１のスプールの慣性が大きく
なり、駆動パルスの周波数を比較的低（しても円滑な制
御が行なわれる。

即ちパイロットシリンダ３９は比較的慣性が大きいため
、これにより一種の平滑作用が行なわれて比例制御が行
なわれる。

以上述べたようにこの発明による油圧制御電磁弁駆動装
置によれば安価なオンオフ弁を使用して比例制御を行な
うことができ、その制御性が良℃・。

このようにすれば例えば入力信号を手動で制御しても操
作性よく制御することができる。

この入力信号としては手動により制御するもの、或いは
例えば操作杆と実際の被制御機の変位との差が電気的信
号として検出され、これが入力信号として供給されるも
のでも良い。

尚上述においては周波数は一定としてパルス幅を変える
ことによって入力信号に応じたオン、オフ比のパルスと
したが、一定パルス幅でパルスの周波数を変えても良く
、何れにしても人力信号と対応したオンオフ比の出力と
なれば良い。

又建設機械のみならずその他一般の油圧制御に対する制
御弁としてこの発明は適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に使用される入力信号をパルス信号に
変換する回路の一例を示す回路図、第２図は第１図の動
作を説明するための波形図、第３図はこの発明の基礎と
なる油圧制御電磁弁駆動装置の一例を示す構成図、第４
図はスプールの変位と弁の開きとの関係を示す曲線図、
第５図はパルス幅とスプールの変位との関係を示す曲線
図、第６図はこの発明における小さい入力レベルを阻止
する回路の一例を示す接続図、第７図は第６図の回路で
の人出力特性曲線図、第８図は第６図の回路を使用した
場合のこの発明による駆動装置における入力とスプール
の変位との関係を示す曲線図、第９図はこの発明による
駆動装置の実施例の構成を示す図である。 １１：入力端子、１２：比較器、１３：鋸歯状波発ヰ器
、１７：駆動コイル、２１′副スプール型電磁弁、３９
：パイロットシリンダ、４１：主スプール型電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人力信号のレベルに応じたオン、オフ比のパルス信
   号を発生ずる変換回路と、この変換回路からのパルス信
   号が供給されてオンオフ制御される副スプール型電磁弁
   と、前記入力信号のレベルが所定値以下の場合に上記副
   スグール型電磁弁への前記パルス信号の供給を阻止する
   阻止手段と、前記副スプール型電磁弁により駆動され、
   前記副スプール型電磁弁のオンオフ制御動作を平滑化す
   るパイロットシリンダーと、このパイロットシリンダー
   により駆動される主スプール型電磁弁とを有する油圧制
   御電磁弁駆動装置。