(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御手段を具備し、この流量制御手段は、操作手段によって操作されるコントロールバルブと、このコントロールバルブとは別に操作手段の操作量に応じて個別に独立して流量制御される二つの流量調整弁とを備え、上記コントロールバルブは、油圧アクチュエータの作動方向を切換える主制御弁としての役割と、メータイン、メータアウト、ブリードオフ各開口のいずれか一つが操作手段の操作量に応じて変化する流量調整弁としての役割を有し、このコントロールバルブ及び上記流量調整弁により、
（イ）油圧ポンプから吐出された油のうち油圧アクチュエータ側に流れるメータイン流量、
（ロ）同ポンプから吐出された油のうちタンク側に流れるブリードオフ流量、
（ハ）上記油圧アクチュエータから出てタンク側に流れるメータアウト流量
をそれぞれ操作手段の操作量に応じて個別に独立して制御しうるように構成されたことを特徴とする油圧アクチュエータの制御装置。
【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や油圧ショベル等の油圧式の作業機械に使用される油圧アクチュエータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な制御装置の油圧回路構成を図４に示している。
【０００３】
１は油圧ポンプ、２は油圧アクチュエータ（図ではクレーンのウィンチモータ等として使用される油圧モータを例示している）で、これらの間に油圧パイロット式の三位置切換弁であるコントロールバルブ３が設けられ、このコントロールバルブ３により、アクチュエータ２に供給される油の流量（アクチュエータ速度）と方向（アクチュエータ作動方向）が制御される。
【０００４】
４は操作レバー、５はこの操作レバー４の操作量に応じた二次圧をコントロールバルブ３にパイロット圧として供給するリモコン弁、６は油圧ポンプ１を駆動するエンジンである。
【０００５】
なお、操作形式として他に操作レバーによって直接手動操作される直動式、レバー操作量に応じた電流によって制御される電磁式のコントロールバルブが用いられる場合があるが、基本的な作用に変わりはない。
【０００６】
ここで用いられるコントロールバルブ３は、ポンプ吐出油をアクチュエータ２側に流すメータイン、タンクＴ側に流すブリードオフ、アクチュエータ２から出た油をタンクＴ側に流すメータアウトの各開口部を有し、レバー操作量に応じたスプールストロークにより、図５に示すようにこれら各開口部の面積（開口面積）が変化し、これによってシステムのメータイン、ブリードオフ、メータアウトの各流量が変化する構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、コントロールバルブ３のスプールストロークと各開口面積の関係（以下、バルブ特性という）は１本のレバー４に対し従属関係となって一意的に決定されるため、メータイン、ブリードオフ、メータアウトの各流量を個別に独立して制御することはできない。
【０００８】
従って、オペレータの意図するアクチュエータ特性を実現するためのシステムの設計が非常に困難で、試行錯誤的作業が必要となるため、時間的にもコスト的にも非常に無駄があった。
【０００９】
また、コントロールバルブ３のみによって各流量を制御する方式では、アクチュエータ２の操作性能の改善を図る上で限界があった。
【００１０】
たとえば、コントロールバルブ３のメータイン開口部に流入する流量（メータイン流量＝ポンプ流量からブリードオフ流量を差し引いた流量）をシステムの入力、アクチュエータ流量をシステムの出力、メータイン開口部に流入する流量からアクチュエータ流量の挙動に変換する部分をシステムの伝達関数と考えると、各開口面積がレバー操作量に対して一意的に決定される従来技術のシステムにおいては、システムの入力も伝達関数もレバー操作量のみによってほぼ決定されてしまう。
【００１１】
このため、システムの安定性（もしくは減衰性）と応答性（入力に対する即応追従性）の両立を図ったり、部分的にどちらか一方の影響を強めたりすることができない。
【００１２】
つまり、
（１）  安定ではあるが応答性が悪くて作業能率が悪いシステム
（２）  応答性は良いが安定性に欠け、ハンチング等が生じ易いシステム
のいずれか一方にセッティングするしかなかった。
【００１３】
一方、作業の種類等に応じてブリードオフ流量のみを独立して制御できるようにした技術（特開平９−８８９１４号）が提案されているが、なおメータイン、メータアウトの両開口面積についてはレバー操作量に応じて一意的に決定されるため、システムの設計に際して試行錯誤的な作業が必要となるという問題が残される。
【００１４】
また、上記したシステムの伝達関数部分は、レバー操作量に応じたメータイン、メータアウト両開口面積で決定されてしまうため、伝達関数内で安定性と応答性を分けて取り扱うことがし難く、安定性と応答性の両立を図ることはやはり困難であった。
【００１５】
そこで本発明は、メータイン、ブリードオフ、メータアウトの各流量を個別に独立して制御することができ、これによりオペレータの意図する操作性に合わせたシステムの設計が容易となるとともに、システムの安定性と応答性の両立といった操作性能の改善を図り易い油圧アクチュエータの制御装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流量制御手段を具備し、この流量制御手段は、操作手段によって操作されるコントロールバルブと、このコントロールバルブとは別に操作手段の操作量に応じて個別に独立して流量制御される二つの流量調整弁とを備え、上記コントロールバルブは、油圧アクチュエータの作動方向を切換える主制御弁としての役割と、メータイン、メータアウト、ブリードオフ各開口のいずれか一つが操作手段の操作量に応じて変化する流量調整弁としての役割を有し、このコントロールバルブ及び上記流量調整弁により、
（イ）油圧ポンプから吐出された油のうち油圧アクチュエータ側に流れるメータイン流量、
（ロ）同ポンプから吐出された油のうちタンク側に流れるブリードオフ流量、
（ハ）上記油圧アクチュエータから出てタンク側に流れるメータアウト流量
をそれぞれ操作手段の操作量に応じて個別に独立して制御しうるように構成されたものである。
【００１７】
上記構成によると、流量制御手段によってメータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のすべてを、従来のように一意的でなく、各別に独立して制御できるため、オペレータの意図する操作性に合わせたシステムの設計が容易となる。
【００１８】
また、各流量の独立制御が可能となることで、操作性能の改善を図り易くなる。たとえば前記したシステムの伝達関数の特性を、メータイン流量とメータアウト流量の独立制御によって調整でき、安定性と応答性を分けて取り扱うことが可能となるため、従来は二律背反的であったこの二つの操作特性をある程度両立させることができる。
【００１９】
さらに、メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のうち二つについて流量調整弁を用い、他の一つは主制御弁であるコントロールバルブを兼用する構成としたから、コントロールバルブとは別に三つの流量調整弁を用いる場合と比較して弁の数が少なくてすみ、回路構成が簡単でコストが安くてすむ。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。
【００２１】
第１実施形態（図１，２参照）
図１において、油圧ポンプ７と油圧アクチュエータ８との間に、アクチュエータ８の作動を制御する油圧パイロット式の三位置切換弁であるコントロールバルブ９が設けられ、このコントロールバルブ９が、電磁比例減圧弁（以下、メイン減圧弁という）１０，１０からパイロット圧を供給されてストローク作動する。
【００２２】
１１は操作手段としての操作レバーで、この操作レバー１１の操作量がレバー位置センサ１２により検出されてコントローラ１３に取り込まれ、このコントローラ１３からレバー操作量に応じた操作信号がメイン減圧弁１０に送られてその二次圧（コントロールバルブ９のパイロット圧）が変化する。
【００２３】
これにより、コントロールバルブ９がストローク作動し、図２（イ）のようにメータアウト開口面積がスプールストロークに比例して変化する。
【００２４】
これに対し、メータインおよびブリードオフの両開口面積は最大のまま変化しない。
【００２５】
すなわち、コントロールバルブ９は、レバー操作量に応じてメータアウト開口面積のみが変化するメータアウト流量調整弁（主制御弁）として作用し、これによってメータアウト流量が変化するように構成されている。
【００２６】
一方、メータイン流量およびブリードオフ流量を制御する手段として、油圧ポンプ７とコントロールバルブ９のメータインポートとを結ぶメータインライン１４にメータイン流量調整弁１５、コントロールバルブ９のブリードオフポートとタンクＴとを結ぶブリードオフライン１６にブリードオフ流量調整弁１７がそれぞれ設けられている。
【００２７】
このメータイン、ブリードオフ両流量調整弁１５，１７には、それぞれパイロット圧に応じて開口面積（通過流量）が変化する油圧パイロット弁が用いられ、電磁比例減圧弁（以下、メータイン用減圧弁、ブリードオフ用減圧弁という）１８，１９の二次圧によって制御される。図１中、２０は各減圧弁１０，１０，１８，１９の油圧源である。
【００２８】
このメータイン用、ブリードオフ用両減圧弁１８，１９も、メイン減圧弁１０，１０同様、レバー操作量に応じたコントローラ１３からの信号によって制御される。
【００２９】
この場合、メータイン流量調整弁１５は、たとえば図２（ロ）に示すようにスプールストローク（レバー操作量）の増加に比例して開口面積が増加し、ブリードオフ流量調整弁１７は、たとえば同（ハ）に示すようにスプールストロークの増加に比例して開口面積が減少するようにそれぞれ開口面積特性が設定されている。
【００３０】
こうして、メータアウト流量がコントロールバルブ９によって、メータイン流量がメータイン流量調整弁１５によって、ブリードオフ流量がブリードオフ流量調整弁１７によってそれぞれレバー操作量に応じて各個独立して制御されるように構成されている。
【００３１】
このレバー操作量に対する各流量の特性は、コントローラ１３によって自由に設定・変更することができ、この各流量の個別制御により、オペレータの意図する操作性に合わせたシステムの設計を、従来のような試行錯誤的な作業なしで、短時間で容易に行うことができる。
【００３２】
また、レバー操作量に対してすべての流量を独立して制御できることにより、操作性能を容易に改善することができる。
【００３３】
たとえば、前記したようにメータイン流量（ポンプ流量からブリードオフ流量を差し引いた流量）をシステムの入力、アクチュエータ流量をシステムの出力、メータイン流量からアクチュエータ流量の挙動に変換する部分をシステムの伝達関数と考えた場合、システムの入力はブリードオフ流量調整弁１７によって制御することができる。
【００３４】
そして、システムの伝達関数部分の特性を、メータイン流量調整弁１５と主制御弁であるコントロールバルブ９によって独立して制御することで、安定性と応答性を分けて取り扱うことができるため、従来装置では二律背反的となっていたこの二つの特性をある程度両立させることが可能となる。
【００３５】
第２実施形態（図３参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００３６】
第２実施形態においては、第１実施形態の回路構成を前提として、油圧ポンプ７の吐出圧（ポンプ圧）を検出するポンプ圧センサ２１、メータイン圧（アクチュエータ入口圧）を検出するメータイン圧センサ２２、メータアウト圧（アクチュエータ出口圧）を検出するメータアウト圧センサ２３、タンク圧を検出するタンク圧センサ２４、エンジン６の回転数を検出するエンジン回転数センサ２５、アクチュエータ速度を検出する速度センサ２６が設けられ、レバー位置センサ１２およびこれら各センサ２１〜２６からの検出信号に基づいてコントローラ１３から各減圧弁１０，１８，１９に制御信号が出力されるように構成されている。
【００３７】
この構成によると、作業の種類やオペレータの様々な意図に応じて、必要な情報に基づいてメータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量を制御し、種々の操作特性を得ることができる。
【００３８】
たとえば、メータイン圧、メータアウト圧、ポンプ圧に応じて、アクチュエータ速度のフィードバック制御またはフィードフォワード制御を容易に行うことができる。
【００３９】
他の実施形態
（１）上記実施形態では、コントロールバルブ９として油圧パイロット弁を用いたが、電磁パイロット弁または直接手動で操作される直動式の弁を用いてもよい。
【００４０】
（２）上記実施形態では、コントロールバルブ９をメータアウト流量調整弁として兼用する構成をしたが、同バルブ９をメータイン流量調整弁またはブリードオフ流量調整弁として兼用する構成としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
上記のように本発明によるときは、メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のすべてを流量制御手段により、従来のように一意的でなく、各別に独立して制御しうるように構成したから、オペレータの意図する操作性に合わせたシステムの設計を容易に行うことができる。
【００４２】
また、システムの伝達関数の特性を、メータイン流量とメータアウト流量の独立制御によって調整でき、システムの安定性と応答性を分けて取り扱うことが可能となるため、従来は二律背反的となっていたこの二つの特性をある程度両立させることができる等、操作性能を容易に改善することができる。
【００４３】
さらに、メータイン、ブリードオフ、メータアウト各流量のうち二つについて流量調整弁を用い、他の一つは主制御弁であるコントロールバルブを兼用する構成としたから、コントロールバルブとは別に三つの流量調整弁を用いる場合と比較して弁の数が少なくてすみ、回路構成が簡単でコストが安くてすむ。
【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回路構成図である。
【図２】  （イ)(ロ)(ハ）は同装置におけるコントロールバルブ、メータイン流量調整弁、ブリードオフ流量調整弁のスプールストロークと開口面積の関係を示す図である。
【図３】  本発明の第２実施形態にかかる制御装置の回路構成図である。
【図４】  従来の制御装置の回路構成図である。
【図５】  同装置のコントロールバルブのスプールストロークと各開口面積の関係を示す図である。
【符号の説明】
７  油圧ポンプ
８  油圧アクチュエータ
９  流量制御手段を構成するコントロールバルブ（主制御弁）
１０  コントロールバルブを制御するメイン減圧弁
１１  操作レバー
１２  レバー操作量を検出するレバー位置センサ
１３  流量制御手段を構成するコントローラ
１５  流量制御手段を構成するメータイン流量調整弁
１７  流量制御手段を構成するブリードオフ流量調整弁
１８  メータイン用減圧弁
１９  ブリードオフ用減圧弁
【図１】
0003948122.tif 000002
【図２】
0003948122.tif 000003
【図３】
0003948122.tif 000004
【図４】
0003948122.tif 000005
【図５】
0003948122.tif 000006