(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプにより駆動されて負荷を上げ下げする方向に作動する油圧アクチュエータと、この油圧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を結ぶ両側管路のうち、負荷下げ時のメータアウト側管路に、メータイン側管路の圧力をパイロット圧として作動するカウンタバランス弁が設けられた油圧作業機械のアクチュエータ制御回路において、上記メータイン、メータアウト両側管路間に、負荷下げ時に両側管路を連通させる連通弁が設けられるとともに、メータイン側およびメータアウト側両管路の圧力の差に応じてこの差圧が小さくなる方向にメータイン流量を制御する流量調整弁が設けられてなることを特徴とする油圧作業機械のアクチュエータ制御回路。
【請求項２】
請求項１記載の油圧作業機械のアクチュエータ制御回路において、油圧ポンプの吐出管路と負荷下げ時のメータイン側管路との間に、コントロールバルブを迂回するバイパス管路が設けられ、このバイパス管路に流量調整弁が設けられたことを特徴とする油圧作業機械のアクチュエータ制御回路。
【請求項３】
請求項１または２記載の油圧作業機械のアクチュエータ制御回路において、連通弁として、メータイン側管路の圧力をパイロットとして導入される油圧パイロット弁、流量調整弁として、メータイン側およびメータアウト側両管路の圧力を相対抗して導入される油圧パイロット弁がそれぞれ用いられたことを特徴とする油圧作業機械のアクチュエータ制御回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧作業機械のアクチュエータ制御回路において、カウンタバランス弁に、同弁の開き時にメータアウト側管路をメータイン側管路に連通させる連通路が設けられることにより、カウンタバランス弁が連通弁を兼ねるように構成されたことを特徴とする油圧作業機械のアクチュエータ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧クレーン、油圧ショベル等の油圧作業機械のアクチュエータ制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の好適例である油圧クレーンのウィンチモータ制御回路を例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
図３に油圧クレーンの全体概略構成を示している。Ｍは下部走行体、Ｕは上部旋回体で、この上部旋回体Ｕに伸縮自在なブームＢが起伏シリンダＣによって起伏自在に設けられ、図４に示すウィンチドラム１から繰り出されたロープ２によって吊荷Ｗが巻上・巻下駆動される。
【０００４】
ウィンチドラム１は、図４に示すように減速機３を介してウィンチモータ（油圧モータ）４に連結され、このウィンチモータ４が油圧ポンプ５からの圧油によって回転駆動される。
【０００５】
油圧ポンプ５とウィンチモータ４との間には油圧パイロット式のコントロールバルブ６が設けられ、リモコン弁７のレバー操作により、このレバー操作量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ６に送られて同バルブ６が巻下、巻上、中立の各位置ａ，ｂ，ｃ間で切換わり作動する。
【０００６】
８はリモコン弁７とコントロールバルブ６とを結ぶパイロットラインで、ここでは巻下側パイロットラインのみを示している。
【０００７】
コントロールバルブ６とウィンチモータ４とを結ぶ巻上側、巻下側両管路９，１０のうち、ウィンチ巻下時（ウィンチモータ４の巻下回転時）のモータ出口側となる巻上側管路（メータアウト側管路）９に、モータ入口側となる巻下側管路（メータイン側管路１０）の圧力Ｐ１を外部パイロット圧として作動するブレーキ弁としてのカウンタバランス弁１１が設けられ、このカウンタバランス弁１１により巻下速度が制御されて、吊荷Ｗの落下が防止されるとともに、メータイン側管路１０が負圧になることによるキャビテーションの発生が防止される。
【０００８】
１２はウィンチ巻上時にカウンタバランス弁１１をバイパスするためのチェック弁、１３はポンプ圧を設定するリリーフ弁、Ｔはタンクである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように巻下時に、メータイン側意管路１０の圧力（メータイン圧力）Ｐ１によって出口側のカウンタバランス弁１１を作動させる従来の外部パイロット式カウンタバランス回路によると、とくに大負荷時に慣性の影響によって操作時期とカウンタバランス弁１１の作動時期にずれが生じて所謂ハンチングが発生し易く、回路としての安定性が悪くなるという問題がある。
【００１０】
そこで、この外部パイロット式カウンタバランス回路においては、ハンチング防止策として、カウンタバランス弁１１に絞りによる減衰を与える手段が取られている。
【００１１】
この場合、減衰度は、ハンチングが起こり易い大負荷を基準にして設定される。
【００１２】
しかし、こうすると小負荷時に減衰過多となり、応答性が悪くなるという弊害が生じていた。
【００１３】
なお、別のカウンタバランス回路として、図５に示すように、ウィンチ巻下時に、メータアウト側管路９の圧力（メータアウト圧力）Ｐ２によってカウンタバランス弁１１を作動させる内部パイロット式カウンタバランス弁回路がある。
【００１４】
しかし、この内部パイロット式カウンタバランス回路によると、
▲１▼  吊荷重量が小さい時等の小負荷時に、メータアウト圧力Ｐ２が小さくなってカウンタバランス弁１１が開きにくくなり、
▲２▼  対策としてパイロット圧に対抗するバネ１１ａの力を小さくすると、カウンタバランス弁１１が無闇に開いて吊荷Ｗの落下等が起こり、
▲３▼  一方、メータイン圧力Ｐ１を高めることによってメータアウト圧力Ｐ２を高くすることでカウンタバランス弁１１を開き易くする方法をとると、エネルギー効率が悪くなる
等の弊害が生じる。
【００１５】
また、カウンタバランス回路ではないが、ハンチング対策として、特開平６−１７４４８号、特開平９−２５００４号両公報に示されているように、メータイン側、メータアウト側両管路間に連通弁を設け、この連通弁の開度を電子制御することにより両側管路間で油をやり取りさせてハンチングを速やかに減衰させる技術が公知となっている。
【００１６】
ところが、この公知の連通弁方式によると、両側管路９，１０を連通させた状態で、アクチュエータにはコントロールバルブ通過流量と連通弁通過流量の和の流量が流れるため、連通弁の開口面積が大きい場合に、アクチュエータにポンプ吐出量よりもかなり多い流量が流れる。このため、アクチュエータが定格速度以上の高速で作動する過速状態が発生する。
【００１７】
しかし、この過速防止のために連通弁の開口面積を小さくすると、連通弁を通過する流量が減少する結果、本来の目的である油のやり取りによるハンチング防止作用が低下する。
【００１８】
すなわち、連通弁を設けるだけでは、過速防止とハンチング防止の両立は困難となる。
【００１９】
そこで本発明は、外部パイロット式カウンタバランス回路の構成をとりながらハンチング防止と応答性を両立させることができ、しかも連通弁方式をとりながら過速状態の発生を防止することができる油圧作業機械のアクチュエータ制御回路を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、油圧ポンプにより駆動されて負荷を上げ下げする方向に作動する油圧アクチュエータと、この油圧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を結ぶ両側管路のうち、負荷下げ時のメータアウト側管路に、メータイン側管路の圧力をパイロット圧として作動するカウンタバランス弁が設けられた油圧作業機械のアクチュエータ制御回路において、上記メータイン、メータアウト両側管路間に、負荷下げ時に両側管路を連通させる連通弁が設けられるとともに、メータイン側およびメータアウト側両管路の圧力の差に応じてこの差圧が小さくなる方向にメータイン流量を制御する流量調整弁が設けられてなるものである。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、油圧ポンプの吐出管路と負荷下げ時のメータイン側管路との間に、コントロールバルブを迂回するバイパス管路が設けられ、このバイパス管路に流量調整弁が設けられたものである。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、連通弁として、メータイン側管路の圧力をパイロットとして導入される油圧パイロット弁、流量調整弁として、メータイン側およびメータアウト側両管路の圧力を相対抗して導入される油圧パイロット弁がそれぞれ用いられたものである。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、カウンタバランス弁に、同弁の開き時にメータアウト側管路をメータイン側管路に連通させる連通路が設けられることにより、カウンタバランス弁が連通弁を兼ねるように構成されたものである。
【００２４】
上記構成によると、基本的には外部パイロット式カウンタバランス回路であるため、良好な応答性を確保することができる。
【００２５】
また、負荷下げ時に、連通弁が開くことによって両側管路間で油のやり取りが行われるため、十分なメータイン流量が確保されてカウンタバランス弁を開き状態に保持するのに必要なメータイン圧力が確保される。このため、ハンチングが生じない。
【００２６】
この場合、過速防止のために連通弁の開口面積を小さくすると、従来の連通弁方式の回路構成ではハンチング防止機能が低下するが、この回路によると、流量調整弁によって差圧に応じた流量調整が行われ、差圧が小さいとき（メータイン流量が少ないとき）に、流量調整弁が開き側に作動して必要なメータイン流量が確保される（請求項２の構成によると、コントロールバルブを迂回したポンプ吐出油が流量調整弁を介してメータイン側に流入することによって流量が確保される）。
【００２７】
このように、負荷下げ時にメータイン圧力をパイロット圧として取り込む外部パイロット式の回路構成をとりながら、安定性（ハンチング防止）と応答性を両立させることができ、しかも両側管路間に連通弁を設ける連通弁方式をとりながら、流量調整弁によって過速状態の発生を防止することができる。
【００２８】
また、請求項３の構成によると、連通弁および流量調整弁が回路圧力によって作動するため、つまり圧力をセンサで検出してコントローラで電子制御する構成でないため、全体構成が簡単でコスト安となる。
【００２９】
また、請求項４の構成によると、カウンタバランス弁が連通弁を兼ねるため、回路構成がより簡略化、コンパクト化される。
【００３０】
【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。
【００３１】
以下の実施形態においては、従来技術の説明に合せてウィンチモータの制御回路を適用対象として例にとり、基本的には外部パイロット式のカウンタバランス回路の構成をとっている。
【００３２】
なお、以下の実施形態において、図４に示す従来の外部パイロット式カウンタバランス回路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。
【００３３】
第１実施形態（図１参照）
負荷巻下時のメータアウト側、メータイン側両管路９，１０が連通管路１４によって接続され、この連通管路１４に、カウンタバランス弁１１と同様にメータイン圧力Ｐ１をパイロット圧として作動する油圧パイロット式の連通弁１５が設けられている。
【００３４】
この連通弁１５は、カウンタバランス弁１１と連動して開度が変化し、巻下時に、その開度に応じてメータアウト流量の一部をメータイン側管路９に戻す作用を行う。
【００３５】
また、ポンプ吐出管路１６とメータイン側管路１０との間に、コントロールバルブ６を迂回するバイパス管路１７が設けられ、このバイパス管路１７に油圧パイロット式の流量調整弁１８が設けられている。
【００３６】
この流量調整弁１８は、閉じ側のパイロットポート１８ａがメータイン側管路１０に、開き側のパイロットポート１８ｂがメータアウト側管路９にそれぞれ接続され、メータイン、メータアウト両圧力Ｐ１，Ｐ２の差（差圧）ΔＰに応じて開度が制御される。
【００３７】
次に、この回路の作用を説明する。
【００３８】
コントロールバルブ６が巻下操作されると、メータイン圧力Ｐ１に応じた開度でカウンタバランス弁１１が開き、モータ４が回転する。
【００３９】
このとき、カウンタバランス弁１１とともに連通弁１５が開き、モータ４を通過したメータアウト流量の一部がこの連通弁１５を通ってメータアウト側管路１０に戻される。
【００４０】
この作用により、メータイン側管路１０に、コントロールバルブ６を通った油と上記戻り油の和の流量が流れるため、十分な量のメータイン流量が確保されて、カウンタバランス弁１１を開き状態に保持するのに必要なメータイン圧力Ｐ１が確保される。
【００４１】
これにより、とくに大負荷時のハンチングの発生が防止される。
【００４２】
ここで、メータイン流量が過大であるとモータ４の速度が定格速度を超える過速現象が生じるため、連通弁１５の開度はこの過速現象が生じないような小さい値に設定される。
【００４３】
この場合、特開平６−１７４４８号、特開平９−２５００４号両公報に示された連通弁方式の公知技術では、上記戻り油量の不足によって所期のハンチング防止作用が低下するおそれがある。
【００４４】
これに対し、この回路においては、流量調整弁１８が差圧ΔＰに応じた開度で開き、ポンプ吐出油の一部がこの流量調整弁１８を通ってメータイン側管路１０に合流するため、差圧ΔＰが小さいとき（メータイン流量が少ないとき）は流量調整弁１８が開き側に作動して合流油が増え、逆に差圧ΔＰが大きいとき（メータイン流量が多いとき）は流量調整弁１８が閉じ側に作動して合流油が減少する。
【００４５】
この差圧ΔＰ、すなわちメータイン流量の多少に応じた流量調整作用により、メータイン流量が過不足のない値に自動的に調整され、過速現象とハンチングの発生がともに防止される。
【００４６】
第２実施形態（図２参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４７】
第２実施形態においては、カウンタバランス弁１１と連通弁１５が一体化されている。
【００４８】
図２において、１９は図１のカウンタバランス弁１１と連通弁１５を兼ねるバルブユニット、２０はこのバルブユニット１９のケーシングで、このケーシング２０に、メータアウト側管路９に接続されるメータアウト側接続ポート２１，２１と、パイロットラインを兼ねる連通管路１４に接続されるメータイン側接続ポート２２と、両メータアウト側接続ポート２１，２１間を結ぶメータアウト通路２３と、チェック弁１２、それにスプール２４が設けられている。
【００４９】
スプール２４には、メータアウト通路２５と連通路２６が相連通して設けられ、連通管路１４を通じてメータイン側接続ポート２２に所定のメータイン圧力Ｐ１が導入されたときに、このスプール２４がバネ１１ａに抗して図右側の開き位置に移動する。
【００５０】
この開き位置で、ケーシング２０の両メータアウト側接続ポート２１，２１とスプール２４のメータアウト通路２５が連通してカウンタバランス弁開き状態となる。
【００５１】
また、このとき連通路２６がメータイン側接続ポート２２に連通して連通弁開き状態となり、メータアウト流量の一部がメータアウト通路２５から連通路２６、メータイン側接続ポート２２、連通管路１４を通ってメータイン側管路１０に流入する。
【００５２】
このような一体式の弁構成をとることにより、回路構成が簡略化、コンパクト化される。
【００５３】
ところで、差圧ΔＰをモータ４の実際速度とみなし、コントロールバルブ６からの流入流量をモータ４の目標速度とみなし、これらの差に応じた比例積分制御を実現するために、流量調整弁１８におけるスプールのメータイン側とメータアウト側の受圧面積に差をもたせ、機械的に比例積分制御を行うようにしてもよい。
【００５４】
こうすれば目標速度に対する追従性を向上させることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、適用対象として吊荷を上げ下げするウィンチモータの制御回路を例にとったが、本発明は他に、ブームを起伏させるためのウィンチモータまたはブーム起伏シリンダ等、負荷を上げ下げするアクチュエータの制御回路として広く適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
上記のように本発明によるときは、基本的には外部パイロット式のカウンタバランス回路であるため、良好な応答性を確保することができる。
【００５７】
また、負荷下げ時に、連通弁が開くことによって両側管路間で油のやり取りが行われるため、十分なメータイン流量を確保してカウンタバランス弁を開き状態に保持するのに必要なメータイン圧力を確保することができる。このため、ハンチングを防止して回路の安定性を保つことができる。
【００５８】
しかも、流量調整弁によって差圧に応じた流量調整が行われ、差圧が小さいとき（メータイン流量が少ないとき）に、流量調整弁が開き側に作動して必要なメータイン流量が確保される（請求項２の発明よると、コントロールバルブを迂回したポンプ吐出油が流量調整弁を介してメータイン側に流入することによって流量が確保される）。
【００５９】
すなわち、本発明によるときは、負荷下げ時にメータイン圧力をパイロット圧として取り込む外部パイロット式カウンタバランス回路の構成をとりながら、安定性（ハンチング防止）と応答性を両立させることができ、しかも両側管路間に連通弁を設ける連通弁方式をとりながら過速状態の発生を防止することができる。
【００６０】
また、請求項３の発明によると、連通弁および流量調整弁が回路圧力によって作動するため、つまり圧力をセンサで検出してコントローラで電子制御する構成でないため、全体構成が簡単でコスト安となる。
【００６１】
また、請求項４の発明によると、カウンタバランス弁が連通弁を兼ねるため、回路構成をより簡略化、コンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるウィンチモータの制御回路の回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかるウィンチモータの制御回路の回路構成図である。
【図３】本発明の適用対象例であるクレーンの概略構成図である。
【図４】従来の外部パイロット式カウンタバランス回路の回路構成図である。
【図５】従来の内部パイロット式カウンタバランス回路の回路構成図である。
【符号の説明】
４  アクチュエータとしてのウィンチモータ
５  油圧ポンプ
６  コントロールバルブ
９  巻上側管路（負荷下げ時のメータアウト側管路）
１０  巻下側管路（負荷下げ時のメータイン側管路）
Ｐ１  メータイン圧力
Ｐ２  メータアウト圧力
１１  カウンタバランス弁
１５  連通弁
１４  連通管路
１８  流量調整弁
【図１】
0003968911.tif 000002
【図２】
0003968911.tif 000003
【図３】
0003968911.tif 000004
【図４】
0003968911.tif 000005
【図５】
0003968911.tif 000006