(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータと接続された、前記アクチュエータを第１方向に作動させるための第１パイロットポートおよび前記アクチュエータを第２方向に作動させるための第２パイロットポートを有する制御弁と、
パイロット圧力源と前記第１パイロットポートとを接続する第１ラインと、
前記第１ラインに設けられた電磁比例弁と、
前記電磁比例弁よりも上流側で前記第１ラインから分岐して前記第２パイロットポートにつながる第２ラインと、
前記第２ラインに設けられた、前記第２パイロットポートをタンクと連通させる閉位置と前記第２パイロットポートを前記パイロット圧力源と連通させる開位置との間でシフトする切換弁であって、前記閉位置への維持用のバネおよび前記閉位置から前記開位置へのシフト用のパイロットポートを有する切換弁と、
前記第１ラインにおける前記電磁比例弁よりも下流側部分と前記切換弁のパイロットポートとを接続する第３ラインと、
を備える、油圧システム。
【請求項２】
前記切換弁は、当該切換弁のパイロットポートに導かれる圧力が所定圧力以上となったときに前記閉位置から前記開位置にシフトするように構成されており、
前記所定圧力は、前記パイロット圧力源の圧力の半分である、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項３】
前記電磁比例弁は、指令電流と正の相関を示す二次圧を出力する正比例型である、請求項２に記載の油圧システム。
【請求項４】
前記アクチュエータを前記第１方向に作動させるための第１操作および前記アクチュエータを前記第２方向に作動させるための第２操作を受ける操作装置であって、前記第１操作の大きさに応じた第１操作信号および前記第２操作の大きさに応じた第２操作信号を出力する操作装置と、
前記電磁比例弁へ指令電流を送給する制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１操作信号が増加するときは前記電磁比例弁から出力される二次圧が前記所定圧力となる基準電流に向かって前記指令電流を増加させ、前記第２操作信号が増加するときは前記基準電流に向かって前記指令電流を低下させる、請求項３に記載の油圧システム。
【請求項５】
前記第１操作信号が最大となったときの前記指令電流は前記基準電流よりも小さく、前記第２操作信号が最大となったときの前記指令電流は前記基準電流よりも大きい、請求項４に記載の油圧システム。
【請求項６】
前記操作装置は、操作レバーを含み、前記第１操作信号および前記第２操作信号は、前記操作レバーの傾倒角を表す、請求項４または５に記載の油圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向に作動する油圧アクチュエータを含む油圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、双方向に作動する油圧アクチュエータを電気的に制御する油圧システムでは、油圧アクチュエータと接続された、第１および第２パイロットポートを有する制御弁と、それらの第１および第２パイロットポートへ二次圧を出力する一対の電磁比例弁とが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一対の電磁比例弁を用いた場合には、油圧回路のコストが高くなる。また、電磁比例弁を制御する制御装置の電流発生装置も２つ必要となるので、制御装置のコストも高い。さらに、制御装置と電磁比例弁とを接続するコネクタのピン数が多いため、大型のコネクタが必要である。
【０００５】
そこで、本発明は、双方向に作動する油圧アクチュエータを単一の電磁比例弁を用いて電気的に制御することができる油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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の油圧システムは、油圧アクチュエータと接続された、前記アクチュエータを第１方向に作動させるための第１パイロットポートおよび前記アクチュエータを第２方向に作動させるための第２パイロットポートを有する制御弁と、パイロット圧力源と前記第１パイロットポートとを接続する第１ラインと、前記第１ラインに設けられた電磁比例弁と、前記電磁比例弁よりも上流側で前記第１ラインから分岐して前記第２パイロットポートにつながる第２ラインと、前記第２ラインに設けられた、前記第２パイロットポートをタンクと連通させる閉位置と前記第２パイロットポートを前記パイロット圧力源と連通させる開位置との間でシフトする切換弁であって、前記閉位置への維持用のバネおよび前記閉位置から前記開位置へのシフト用のパイロットポートを有する切換弁と、前記第１ラインにおける前記電磁比例弁よりも下流側部分と前記切換弁のパイロットポートとを接続する第３ラインと、を備える、ことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、切換弁は、電磁比例弁の二次圧が低いときは閉位置に位置し、電磁比例弁の二次圧が高いときは開位置に位置する。切換弁が閉位置に位置するときは制御弁が電磁比例弁の二次圧によってアクチュエータを第１方向に作動させる第１位置へ駆動され、切換弁が開位置に位置するときは制御弁がパイロット圧力源の圧力と電磁比例弁の二次圧との差圧によってアクチュエータを第２方向に作動させる第２位置へ駆動される。従って、双方向に作動する油圧アクチュエータを単一の電磁比例弁を用いて電気的に制御することができる。しかも、切換弁は、電磁比例弁の二次圧によって自動的に動作するので、制御装置の電流発生装置は１つの制御弁に対して１つだけでよい。従って、制御装置のコストを低減することができる。さらに、１つの制御弁に対する電磁比例弁の数が１つとなるため、制御装置と電磁比例弁とを接続するコネクタのピン数が少ない。従って、小型のコネクタを使用することができ、この点でもコストダウンを図ることができる。
【０００８】
前記切換弁は、当該切換弁のパイロットポートに導かれる圧力が所定圧力以上となったときに前記閉位置から前記開位置にシフトするように構成されており、前記所定圧力は、前記パイロット圧力源の圧力の半分であってもよい。この構成によれば、アクチュエータを第１方向に作動させるときと第２方向に作動させるときとで制御弁をほぼ同様に駆動することができる。
【０００９】
前記電磁比例弁は、指令電流と正の相関を示す二次圧を出力する正比例型であってもよい。この構成によれば、電気系統の寸断等のフェール時に制御弁の第１および第２パイロットポートの圧力をゼロとすることができ、アクチュエータの作動を確実に禁止することができる。
【００１０】
上記の油圧システムは、前記アクチュエータを前記第１方向に作動させるための第１操作および前記アクチュエータを前記第２方向に作動させるための第２操作を受ける操作装置であって、前記第１操作の大きさに応じた第１操作信号および前記第２操作の大きさに応じた第２操作信号を出力する操作装置と、前記電磁比例弁へ指令電流を送給する制御装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１操作信号が増加するときは前記電磁比例弁から出力される二次圧が前記所定圧力となる基準電流に向かって前記指令電流を増加させ、前記第２操作信号が増加するときは前記基準電流に向かって前記指令電流を低下させてもよい。この構成によれば、アクチュエータを第１操作および第２操作の大きさに準じて作動させることができる。
【００１１】
前記第１操作信号が最大となったときの前記指令電流は前記基準電流よりも小さく、前記第２操作信号が最大となったときの前記指令電流は前記基準電流よりも大きくてもよい。この構成によれば、所定圧力の近傍での切換弁の不安定な動作を回避することができる。
【００１２】
例えば、前記操作装置は、操作レバーを含み、前記第１操作信号および前記第２操作信号は、前記操作レバーの傾倒角を表してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、双方向に作動する油圧アクチュエータを単一の電磁比例弁を用いて電気的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る油圧システムの概略構成図である。
【図２】（ａ）は制御装置から電磁比例弁へ出力される指令電流と第１パイロットポートの圧力との関係を示すグラフ、（ｂ）は前記指令電流と第２パイロットポートの圧力との関係を示すグラフ、（ｃ）は前記指令電流と制御弁に作用する駆動圧力との関係を示すグラフである。
【図３】第１および第２操作と前記指令電流との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る油圧システムの概略構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る油圧システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る油圧システム１Ａを示す。この油圧システム１Ａは、双方向（第１方向Ａおよび第２方向Ｂ）に作動する油圧アクチュエータ１５と、一対の給排ライン２３，２４によりアクチュエータ１５と接続された制御弁３と、操縦者により操作される操作装置８を含む。
【００１６】
図例では、アクチュエータ１５が油圧シリンダであり、第１方向Ａは伸長方向、第２方向は短縮方向である。ただし、アクチュエータ１５は、油圧シリンダに限られるものではなく、例えば時計回りおよび反時計回りに回転する油圧モータであってもよい。
【００１７】
制御弁３は、供給ライン２１により主圧力源１１と接続されているとともに、タンクライン２２によりタンク１３と接続されている。制御弁３は、当該制御弁３につながる全てのライン２１〜２４をブロックする中立位置と、一対の給排ライン２３，２４の一方を供給ライン２１と連通させ、他方をタンクライン２２と連通する第１位置（図１の左側位置）および第２位置（図１の右側位置）との間で駆動される。なお、アクチュエータ１５の用途によっては、制御弁３は、中立位置で給排ライン２３，２４をタンクライン２２と連通させてもよい。
【００１８】
より詳しくは、制御弁３は、当該制御弁３を中立位置から第１位置に移動させてアクチュエータ１５を第１方向Ａに作動させるための第１パイロットポート３ａと、当該制御弁３を中立位置から第２位置に移動させてアクチュエータ１５を第２方向Ｂに作動させるための第２パイロットポート３ｂを有する。
【００１９】
第１パイロットポート３ａは、第１ライン４１によりパイロット圧力源１２と接続されている。第１ライン４１には、電磁比例弁５が設けられている。つまり、第１パイロットポート３ａには、電磁比例弁５から出力される二次圧が導かれる。電磁比例弁５は、タンクライン４４によりタンク１３と接続されている。
【００２０】
電磁比例弁５へは、制御装置７から指令電流Ｉが送給される。本実施形態では、電磁比例弁５が、図２（ａ）に示すように、指令電流Ｉと正の相関を示す二次圧を出力する正比例型である。なお、電磁比例弁５から出力される二次圧、換言すれば第１パイロットポート３ａに導かれる圧力Ｐａの最大値は、パイロット圧力源１２の圧力Ｐｐと等しい。図２（ａ）中のＩ１は電磁比例弁５から二次圧が出力され始めるときの最低電流であり、Ｉ２は電磁比例弁５の二次圧が最大となる最高電流である。
【００２１】
図１に戻って、第１ライン４１からは、電磁比例弁５よりも上流側で第２ライン４２が分岐しており、この第２ライン４２は、第２パイロットポート３ｂにつながっている。第２ライン４２には、切換弁６が設けられている。切換弁６は、タンクライン４５によりタンク１３と接続されている。
【００２２】
切換弁６は、第２パイロットポート３ｂをタンク１３と連通させる閉位置と、第２パイロットポート３ｂをパイロット圧力源１２と連通させる開位置との間でシフトする。本実施形態では、切換弁６が、パイロット弁であり、閉位置への維持用のバネ６２と、閉位置から開位置へのシフト用のパイロットポート６１を有する。このパイロットポート６１は、第３ライン４３により、第１ライン４１における電磁比例弁５よりも下流側部分と接続されている。
【００２３】
切換弁６は、配管がつながれる単独の弁であってもよい。しかし、図１に二点鎖線で示すように、切換弁６は、電磁比例弁５と共に１つのハウジング内に形成されてもよい。この場合、そのハウジングに、第１ライン４１の一部（電磁比例弁５の近傍部分）、第２ライン４２の上流側部分および第３ライン４３も形成される。このような構成であれば、そのハウジングを含むパイロット弁ユニットを制御弁３に容易に装着することができる。
【００２４】
切換弁６は、当該切換弁６のパイロットポート６１に導かれる圧力、換言すれば電磁比例弁５から出力される二次圧が所定圧力α以上となったときに、閉位置から開位置にシフトするように構成されている。このため、図２（ｂ）に示すように、第２パイロットポート３ｂの圧力Ｐｂは、指令電流Ｉが電磁比例弁５から出力される二次圧が所定圧力αとなる基準電流Ｉ０未満の場合はゼロであり、指令電流が基準電流Ｉ０以上のときはパイロット圧力源１２の圧力Ｐｐとなる。
【００２５】
従って、制御弁３には、図２（ｃ）に示すように、指令電流Ｉが基準電流Ｉ０未満の場合は、当該制御弁３を第１位置へ駆動させる駆動圧力として、電磁比例弁５の二次圧が作用する。一方、指令電流Ｉが基準電流Ｉ０以上の場合は、当該制御弁３を第２位置へ駆動させる駆動圧力として、パイロット圧力源１２の圧力Ｐｐと電磁比例弁５の二次圧の差圧が作用する。
【００２６】
本実施形態では、切換弁６を閉位置から開位置にシフトさせる所定圧力αは、パイロット圧力源１２の圧力Ｐｐの半分である。ここで、「半分」とは、Ｐｐ／２と実質的に等しい範囲（Ｐｐ／２からそれの±２０％の範囲）をいう。このため、図２（ｃ）に示すように、制御弁３に作用する駆動圧力はＩ１〜Ｉ０とＩ０〜Ｉ２とでほぼ対称となる。換言すれば、アクチュエータ１５を第１方向に作動させるときと第２方向に作動させるときとで制御弁３をほぼ同様に駆動することができる。
【００２７】
図１に戻って、電磁比例弁５に指令電流Ｉを送給する制御装置７には、上述した操作装置８が接続されている。操作装置８は、アクチュエータ１５を第１方向Ａに作動させるための第１操作と、アクチュエータ１５を第２方向Ｂに作動させるための第２操作を受ける。そして、操作装置８は、第１操作の大きさに応じた第１操作信号Ｓａおよび第２操作の大きさに応じた第２操作信号ｓｂを制御装置７へ出力する。
【００２８】
操作装置８は、例えば、操作レバーを含む電気ジョイスティックである。この場合、第１操作信号Ｓａおよび第２操作信号Ｓｂは、操作レバーの傾倒角を表す。ただし、操作装置８は、例えば、操作レバーが一方に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じた第１パイロット圧を出力し、操作レバーが他方に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じた第２パイロット圧を出力する操作弁であってもよい。この場合、第１および第２パイロット圧を計測する一対の圧力センサが設けられ、計測された第１および第２パイロット圧が制御装置７に入力されてもよい。あるいは、操作装置８は、操作レバーを含むものに限らず、例えば、第１操作および第２操作として回転操作を受けるハンドルを含むものであってもよい。
【００２９】
制御装置７は、操作装置８から第１操作信号Ｓａおよび第２操作信号Ｓｂが出力されないときは電磁比例弁５へ指令電流Ｉを送給しない。一方、操作装置８から第１操作信号Ｓａおよび第２操作信号Ｓｂが出力されるときは、制御装置７は、図３に示すように第１操作信号Ｓａおよび第２操作信号Ｓｂに応じて電磁比例弁５へ指令電流Ｉを送給する。このため、切換弁６は、アクチュエータ１５を作動させないときおよびアクチュエータ１５を第１方向Ａに作動させるときに閉位置に位置し、アクチュエータ１５を第２方向Ｂに作動させるときに開位置に位置する。
【００３０】
より詳しくは、制御装置７は、第１操作信号Ｓａが増加するときは最低電流Ｉ１から基準電流Ｉ０に向かって指令電流Ｉを増加させ、第２操作信号Ｓｂが増加するときは最高電流Ｉ２から基準電流Ｉ０に向かって指令電流Ｉを低下させる。これにより、アクチュエータ１５を第１操作および第２操作の大きさに準じて作動させることができる。
【００３１】
なお、第１操作信号Ｓａが最大Ｓ１となったときの指令電流Ｉ３は基準電流Ｉ０よりも小さく、第２操作信号Ｓｂが最大Ｓ２となったときの指令電流Ｉ４は基準電流Ｉ０よりも大きいことが望ましい。切換弁６を閉位置から開位置へシフトさせる所定圧力αの近傍での切換弁６の不安定な動作を回避することができるからである。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の油圧システム１Ａでは、切換弁６が、電磁比例弁５の二次圧が低いときは閉位置に位置し、電磁比例弁５の二次圧が高いときは開位置に位置する。切換弁６が閉位置に位置するときは制御弁３が電磁比例弁５の二次圧によって第１位置へ駆動され、切換弁６が開位置に位置するときは制御弁３がパイロット圧力源１２の圧力Ｐｐと電磁比例弁５の二次圧との差圧によって第２位置へ駆動される。従って、双方向に作動する油圧アクチュエータ１５を単一の電磁比例弁５を用いて電気的に制御することができる。しかも、切換弁６は、電磁比例弁５の二次圧によって自動的に動作するので、制御装置７の電流発生装置は１つの制御弁３に対して１つだけでよい。従って、制御装置７のコストを低減することができる。さらに、１つの制御弁３に対する電磁比例弁５の数が１つとなるため、制御装置７と電磁比例弁５とを接続するコネクタのピン数が少ない。従って、小型のコネクタを使用することができ、この点でもコストダウンを図ることができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、電磁比例弁５が正比例型であり、切換弁６が通常は閉位置に維持されるので、電気系統の寸断等のフェール時に制御弁３の第１パイロットポート３ａの圧力Ｐａおよび第２パイロットポート３ｂの圧力Ｐｂをゼロとすることができ、アクチュエータ１５の作動を確実に禁止することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧システム１Ｂを説明する。なお、本実施形態ならびに後述する第３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。
【００３５】
本実施形態では、切換弁６に、当該切換弁６が閉位置から開位置にシフトしたときに当該切換弁６を開位置に保持することをアシストするためのアシスト流路６３が設けられている。ただし、アシスト流路６３による押付力は、切換弁６を開位置から閉位置へ戻すためのバネ６２の付勢力よりも十分に小さいことが望ましい。
【００３６】
このような構成であれば、第１実施形態と同様の効果に加え、開位置にシフトした切換弁６を開位置に安定的に維持することができるという効果を得ることができる。
【００３７】
（第３実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る油圧システム１Ｃを説明する。本実施形態では、電磁比例弁５が指令電流Ｉと二次圧が負の相関を示す逆比例型である。
【００３８】
本実施形態でも、フェール時以外は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。フェール時には、制御弁３の第１パイロットポート３ａの圧力Ｐａおよび第２パイロットポート３ｂの圧力Ｐｂが共にパイロット圧力源１２の圧力Ｐｐとなり、アクチュエータ１５の作動が禁止される。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、第３実施形態において、第２実施形態同様、切換弁６に、当該切換弁６が閉位置から開位置にシフトしたときに当該切換弁６を開位置に保持することをアシストするためのアシスト流路６３が設けられてもよい。ただし、アシスト流路６３による押付力は、切換弁６を開位置から閉位置へ戻すためのバネ６２の付勢力よりも十分に小さいことが望ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ〜１Ｃ  油圧システム
１２  パイロット圧力源
１５  油圧アクチュエータ
３    制御弁
３ａ  第１パイロットポート
３ｂ  第２パイロットポート
４１  第１ライン
４２  第２ライン
４３  第３ライン
５    電磁比例弁
６    切換弁
６１  パイロットポート
６２  バネ
７    制御装置
８    操作装置
【図１】
0006475522.tif 000002
【図２】
0006475522.tif 000003
【図３】
0006475522.tif 000004
【図４】
0006475522.tif 000005
【図５】
0006475522.tif 000006