(57)【要約】      （修正有）【課題】電気系統が故障してもアクチュエータを駆動可能で、かつ、メータアウト制御またはメータイン制御を実行可能な流体圧システムを提供する。【解決手段】一つの側面からの流体圧システム１Ａは、アクチュエータ５、操作弁６およびスプール弁４を含む。スプール弁４は、圧力源ライン３１およびタンクライン３２により圧力源およびタンク２３にそれぞれ接続され、且つ第１作動ライン５１および第２作動ライン５２によりアクチュエータ５と接続されている。スプール弁４は、中立位置から圧力源ライン３１を第１作動ライン５１と連通させるとともに第２作動ライン５２をタンクライン３２と連通させる作動位置へ、操作弁６から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動する。第２作動ライン５２からは逃しライン７が分岐しており、この逃しライン７はタンク２３につながっている。逃しライン７には、可変絞り弁７１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、
オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、
圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第１作動ラインおよび第２作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第１作動ラインと連通させるとともに前記第２作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、
前記第２作動ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、
前記逃しラインに設けられた可変絞り弁と、
を備える、流体圧システム。
【請求項２】
アクチュエータと、
オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、
圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第１作動ラインおよび第２作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第１作動ラインと連通させるとともに前記第２作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、
前記圧力源ラインから分岐して前記第１作動ラインにつながるパラレルラインと、
前記パラレルラインに設けられた可変絞り弁と、
を備える、流体圧システム。
【請求項３】
前記可変絞り弁は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるパイロット式のものであり、
前記可変絞り弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁をさらに備える、請求項１または２に記載の流体圧システム。
【請求項４】
前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、
前記操作検出器で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置と、をさらに備える、請求項３に記載の流体圧システム。
【請求項５】
前記スプール弁は、前記中立位置と前記作動位置である第１作動位置との間で移動し、かつ、前記中立位置と前記圧力源ラインを前記第２作動ラインと連通させるとともに前記第１作動ラインを前記タンクラインと連通させる第２作動位置の間で移動する３位置弁である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空圧や液圧によりアクチュエータを駆動する流体圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空圧や液圧によりアクチュエータを駆動する流体圧システムが知られている。例えば、特許文献１には、図５に示すような油圧ポンプ１１０とシリンダ１２０の間にブリッジ回路が形成された流体圧システム１００が開示されている。
【０００３】
具体的に、図５に示す流体圧システム１００では、油圧ポンプ１１０とシリンダ１２０のヘッド側が第１供給ライン１３１により接続され、油圧ポンプ１１０とシリンダ１２０のロッド側が第２供給ライン１３２により接続されている。第１および第２供給ライン１３１，１３２には、第１および第２スプール弁１４１，１４２がそれぞれ設けられている。また、第１供給ライン１３１における第１スプール弁１４１とシリンダ１２０の間からは第１タンクライン１３３が分岐しており、この第１タンクライン１３３に第３スプール弁１４３が設けられている。同様に、第２供給ライン１３２における第２スプール弁１４２とシリンダ１２０の間からは第２タンクライン１３４が分岐しており、この第２タンクライン１３４に第４スプール弁１４４が設けられている。
【０００４】
第１〜第４スプール弁１４１〜１４４は電磁式の可変絞り弁であり、制御装置１５０により制御される。制御装置１５０は、オペレータによる操作レバー１６０の操作量に応じた電気信号を第１〜第４スプール弁１４１〜１４４へ送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４１７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示すような流体圧システム１００では、全てのスプール弁１４１〜１４４が独立して制御可能である。このため、シリンダ１２０の伸長時および短縮時に、負荷圧力の大きさやアクチュエータを動作させる速度に適するようにメータイン制御およびメータアウト制御を実行可能である。例えば、シリンダ１２０の伸長時にメータアウト制御を行うには、第２スプール弁１４２および第３スプール弁１４３を全閉、第１スプール弁１４１をある開度とした上で、第４スプール弁１３４の開口面積を制御すればよい。
【０００７】
しかしながら、図５に示すような流体圧システム１００では、電気系統が故障すると、オペレータが操作レバー１６０を操作してもシリンダ１２０を駆動することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、電気系統が故障してもアクチュエータを駆動可能で、かつ、メータアウト制御またはメータイン制御を実行可能な流体圧システム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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、一つの側面から、アクチュエータと、オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第１作動ラインおよび第２作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第１作動ラインと連通させるとともに前記第２作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、前記第２作動ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、前記逃しラインに設けられた可変絞り弁と、を備える、流体圧システムを提供する。
【００１０】
上記の構成によれば、電気系統および逃しラインに設けられた可変絞り弁が故障しても、パイロット式のスプール弁により、オペレータの操作に応じた第１作動ラインと圧力源ラインとの連通および第２作動ラインとタンクラインとの連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するアクチュエータの駆動を保証することができる。ところで、単一のスプール弁を用いた場合には、供給側（メータイン）の開口面積と排出側（メータアウト）の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁だけでは、メータインの特性を変更することなくメータアウトの特性を変更するような制御を行うことができない。これに対し、本発明では可変絞り弁が設けられた逃しラインが設けられているので、メータインの特性を変更することなく、所望のメータアウト制御を行うことができる。
【００１１】
また、本発明は、他の側面から、アクチュエータと、オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第１作動ラインおよび第２作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第１作動ラインと連通させるとともに前記第２作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、前記圧力源ラインから分岐して前記第１作動ラインにつながるパラレルラインと、前記パラレルラインに設けられた可変絞り弁と、を備える、流体圧システムを提供する。
【００１２】
上記の構成によれば、電気系統およびパラレルラインに設けられた可変絞り弁が故障しても、パイロット式のスプール弁により、オペレータの操作に応じた第１作動ラインと圧力源ラインとの連通および第２作動ラインとタンクラインとの連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するアクチュエータの駆動を保証することができる。ところで、単一のスプール弁を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁だけでは、メータアウトの特性を変更することなくメータインの特性を変更するような制御を行うことができない。これに対し、本発明では可変絞り弁が設けられたパラレルラインが設けられているので、メータアウトの特性を変更することなく、所望のメータイン制御を行うことができる。
【００１３】
上記のいずれの流体圧システムにおいても、例えば、前記可変絞り弁は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるパイロット式のものであり、流体圧システムは、前記可変絞り弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁をさらに備えてもよい。
【００１４】
上記の流体圧システムは、前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、前記操作検出器で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、オペレータがアクチュエータを速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
【００１５】
例えば、前記スプール弁は、前記中立位置と前記作動位置である第１作動位置との間で移動し、かつ、前記中立位置と前記圧力源ラインを前記第２作動ラインと連通させるとともに前記第１作動ラインを前記タンクラインと連通させる第２作動位置の間で移動する３位置弁であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電気系統が故障してもアクチュエータを駆動可能で、かつ、メータアウト制御またはメータイン制御を実行可能な流体圧システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体圧システムの構成図である。
【図２】第１実施形態の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る流体圧システムの構成図である。
【図４】第２実施形態の変形例を示す図である。
【図５】従来の流体圧システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る流体圧システム１Ａを示す。本実施形態の流体圧システム１Ａは、液圧によりシリンダ５を駆動するものであり、圧力源として液圧ポンプ２１が採用されている。ただし、流体圧システム１Ａは、液圧ポンプ２１の代わりにコンプレッサなどの空圧源が採用された、空圧によりシリンダ５を駆動するものであってもよい。また、本発明のアクチュエータは、必ずしもシリンダ５である必要はなく、液圧モータなどの他のアクチュエータであってもよい。
【００１９】
流体圧システム１Ａは、液圧ポンプ２１とシリンダ５の間に介在するスプール弁４を含む。より詳しくは、スプール弁４は、圧力源ライン３１により液圧ポンプ２１と接続されており、タンクライン３２によりタンク２３と接続されている。また、スプール弁４は、第１作動ライン５１によりシリンダ５のヘッド側と接続されており、第２作動ライン５２によりシリンダ５のロッド側と接続されている。
【００２０】
本実施形態では、スプール弁４が、中立位置と第１作動位置（図１の右側位置）の間および中立位置と第２作動位置（図１の左側位置）の間で移動する３位置弁であり、スプール４が、中立位置と第１作動位置の間、あるいは中立位置と第２作動位置の間で移動すると、供給側（メータイン）および排出側（メータアウト）の開口量は連続的に変化する。スプール弁４が中立位置に位置するときは、全てのライン３１，３２，５１，５２間の連通がブロックされる。スプール弁４が中立位置から第１作動位置へ移動すると、圧力源ライン３１が第１作動ライン５１と連通するとともに、第２作動ライン５２がタンクライン３２と連通する。これにより、シリンダ５が伸長する。一方、スプール弁４が中立位置から第２作動位置へ移動すると、圧力源ライン３１が第２作動ライン５２と連通するとともに、第１作動ライン５１がタンクライン３２と連通する。これにより、シリンダ５が短縮する。
【００２１】
ただし、シリンダ５は、本実施形態とは逆に駆動されてもよい。すなわち、図２に示すように、第１作動ライン５１がシリンダ５のロッド側につながり、第２作動ライン５２がシリンダ５のヘッド側につながっていてもよい。
【００２２】
スプール弁４は、操作弁６から出力されるパイロット圧によって駆動されるパイロット式のものである。具体的に、スプール弁４は、当該スプール弁４を中立位置から第１作動位置へ移動させるための第１パイロットポート４１と、当該スプール弁４を中立位置から第２作動位置へ移動させるための第２パイロットポート４２を有する。操作弁６は、第１パイロットライン６１により第１パイロットポート４１と接続され、第２パイロットライン６１により第２パイロットポート４２と接続されている。
【００２３】
操作弁６は、オペレータにより操作される入力部（例えば、操作レバー）を含み、入力部の操作量に応じた大きさのパイロット圧を第１パイロットライン６１または第２パイロットライン６２を通じてスプール弁４へ出力する。スプール弁４は、操作弁４から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ、中立位置から第１作動位置または第２作動位置へ移動する。すなわち、スプール弁４が第１作動位置へ移動する際は、圧力源ライン３１を第１作動ライン５１と連通させる第１開口面積および第２作動ライン５２をタンクライン３２と連通させる第２開口面積が、オペレータによる入力部の操作量に応じた大きさに制御され、スプール弁４が第２作動位置へ移動する際は、圧力源ライン３１を第２作動ライン５２と連通させる第３開口面積および第１作動ライン５１をタンクライン３２と連通させる第４開口面積が、オペレータによる入力部の操作量に応じた大きさに制御される。
【００２４】
さらに、本実施形態では、シリンダ５の伸長時（すなわち、スプール弁４が第１作動位置へ移動するとき）にメータアウト特性を変更できるような制御を行うための構成が採用されている。具体的に、流体圧システム１Ａは、第２作動ライン５２から分岐してタンク２３につながる逃しライン７を有する。そして、逃しライン７には、可変絞り弁７１が設けられている。
【００２５】
本実施形態では、可変絞り弁７１がパイロット式のスプール弁である。可変絞り弁７１のパイロットポートは、二次圧ライン７２により電磁比例弁７３と接続されており、電磁比例弁７３は、一次圧ライン３３により液圧ポンプ２２と接続されている。
【００２６】
可変絞り弁７１は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるように構成されている。電磁比例弁７３へは、制御装置８から電流が送給され、電磁比例弁７３は、送給される電流と比例するパイロット圧を可変絞り弁７１へ出力する。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態の流体圧システム１Ａでは、電気系統が故障して電磁比例弁７３が作動しなくなったり電磁比例弁７３と可変絞り弁７１のどちらかが故障しても、パイロット式のスプール弁４により、オペレータの操作に応じた第１および第２作動ライン５１，５２と圧力源ライン３１およびタンクライン３２との連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するシリンダ５の駆動を、シリンダ５の速度が最も所望する特性でないにせよ、保証することができる。ところで、単一のスプール弁４を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁４だけではメータアウトの特性だけを変更するような制御を行うことができない。これに対し、本実施形態では可変絞り弁７１が設けられた逃しライン７が設けられているので、シリンダ５の伸長時に、メータインの特性とは独立して所望のメータアウト制御を行うことができる。
【００２８】
例えば、メータアウト制御としては、次のような制御が考えられる。第１パイロットライン６１に、操作弁６から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器８１が設けられる。そして、制御装置８は、操作検出器８１で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を電磁比例弁７３へ送給する。ここで、「パイロット圧に応じた大きさの電流」とは、電流がパイロット圧と比例関係にあってもよいし、パイロット圧が上昇するにつれて電流が指数関数的に増大してもよい。この構成であれば、オペレータがシリンダ５を速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁７１の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
【００２９】
あるいは、シリンダ５の伸長時は、可変絞り７１を通常は全開にしておき、シリンダ５の負荷に応じて可変絞り７１の開口面積を小さくすることも可能である。
【００３０】
＜変形例＞
可変絞り弁７１は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を減少させるように構成されていてもよい。さらに、可変絞り弁７１は、必ずしも油圧パイロット式である必要はなく、電磁駆動部と一体式であってもよい。
【００３１】
また、作動ライン５１の圧力を計測する圧力計を設け、この圧力が大きくなるにつれて可変絞り弁９１の開口面積が大きくなるような構成を採用してもよい。この構成によれば、負荷の大きさによってシリンダ５の速度が変化することを抑制することができる。換言すれば、負荷の大きさによらずにシリンダ５を同じ速度で駆動させることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る液体圧システム１Ｂを説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３３】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１作動ライン５１がシリンダ５のヘッド側につながり、第２作動ライン５２がシリンダ５のロッド側につながっている。ただし、図４に示すように、第１作動ライン５１がシリンダ５のロッド側につながり、第２作動ライン５２がシリンダ５のヘッド側につながっていてもよい。
【００３４】
本実施形態では、シリンダ５の伸長時（すなわち、スプール弁４が第１作動位置（図３の右側位置）へ移動するとき）にメータイン特性を変更できるような制御を行うための構成が採用されている。具体的に、流体圧システム１Ｂは、圧力源ライン３１から分岐して第１作動ライン５１につながるパラレルライン９を有する。そして、パラレルライン９には、可変絞り弁９１が設けられている。
【００３５】
本実施形態では、可変絞り弁９１がパイロット式のスプール弁である。可変絞り弁９１のパイロットポートは、二次圧ライン９２により電磁比例弁９３と接続されており、電磁比例弁９３は、一次圧ライン３３により液圧ポンプ２２と接続されている。
【００３６】
可変絞り弁９１は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるように構成されている。電磁比例弁９３へは、制御装置８から電流が送給され、電磁比例弁９３は、送給される電流と比例するパイロット圧を可変絞り弁９１へ出力する。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の流体圧システム１Ｂでは、電気系統が故障して電磁比例弁９３が作動しなくなったり電磁比例弁９３と可変絞り弁９１のどちらかが故障しても、パイロット式のスプール弁４により、オペレータの操作に応じた第１および第２作動ライン５１，５２と圧力源ライン３１およびタンクライン３２との連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するシリンダ５の駆動を、シリンダ５の速度が最も所望する特性でないにせよ、保証することができる。ところで、単一のスプール弁４を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁４だけではメータインの特性だけを変更するような制御を行うことができない。これに対し、本実施形態では可変絞り弁９１が設けられたパラレルライン９が設けられているので、シリンダ５の伸長時に、メータアウトの特性とは独立して所望のメータイン制御を行うことができる。
【００３８】
例えば、メータイン制御としては、次のような制御が考えられる。第１パイロットライン６１に、操作弁６から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器８１が設けられる。そして、制御装置８は、操作検出器８１で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を電磁比例弁９３へ送給する。ここで、「パイロット圧に応じた大きさの電流」とは、電流がパイロット圧と比例関係にあってもよいし、パイロット圧が上昇するにつれて電流が指数関数的に増大してもよい。この構成であれば、オペレータがシリンダ５を速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁９１の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
【００３９】
あるいは、シリンダ５の伸長時は、可変絞り９１を通常は全閉にしておき、シリンダ５の負荷に応じて可変絞り９１の開口面積を大きくすることも可能である。
【００４０】
＜変形例＞
可変絞り弁９１は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を減少させるように構成されていてもよい。さらに、可変絞り弁９１は、必ずしも油圧パイロット式である必要はなく、電磁駆動部と一体式であってもよい。
【００４１】
また、作動ライン５１の圧力を計測する圧力計を設け、この圧力が大きくなるにつれて可変絞り弁９１の開口面積が大きくなるような構成を採用してもよい。この構成によれば、負荷の大きさによってシリンダ５の動きが小さくなることを防ぐことができる。換言すれば、負荷の大きさによらずにシリンダ５を同じ速度で駆動させることができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
第１実施形態と第２実施形態は組合せ可能である。すなわち、流体圧システムは、可変絞り弁７１が設けられた逃しライン７と可変絞り弁９１が設けられたパラレルライン９の双方を有してもよい。この場合、可変絞り弁７１および可変絞り弁９１は、４ポートを有する３位置弁である単一のスプール弁を構成してもよい。
【００４３】
また、本発明のスプール弁は必ずしも３位置弁である必要はない。例えば、第１または第２実施形態におけるスプール弁４が、中立位置と第１作動位置（図１〜４の右側位置）の間で移動する２位置弁である第１スプール弁と、中立位置と第２作動位置（図１〜４の左側位置）の間で移動する２位置弁である第２スプール弁に分割されていてもよい。この場合、第１スプール弁が本発明のスプール弁に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の流体圧システムは、種々の流体圧回路に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１Ａ，１Ｂ  流体圧システム
２１  液圧ポンプ（圧力源）
２３  タンク
３１  圧力源ライン
３２  タンクライン
４    スプール弁
５    シリンダ（アクチュエータ）
５１  第１作動ライン
５２  第２作動ライン
７    逃しライン
７１  可変絞り弁
７３  電磁比例弁
８    制御装置
９    パラレルライン
９１  可変絞り弁
９３  電磁比例弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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