JPH0346682B2

JPH0346682B2 -

Info

Publication number: JPH0346682B2
Application number: JP15879183A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Asaoka
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1983-08-30
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1991-07-17
Also published as: JPS6053204A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電磁比例弁を用いた油圧シリンダ制
御装置に関する。

従来、電磁比例弁による油圧アクチユエータを
制御するものとして、例えば第１図に示すような
高所作業車の制御装置が本出願人により特願昭55
−1223号として提案されている。

すなわち、先端に作業者１用の作業台２が取り
付けられた上塔３と下塔４とを有し、これら両塔
が油圧シリンダ５，６とで適宜に起倒されること
により、作業台２が上下に自在に移動できるよう
になつている。

そして、両油圧シリンダ５あるいは６は、第２
図に示すようなコントローラ部７とこれに応動す
る油圧バルブ８とを介して、コントロールレバー
９によつて自由にその伸縮作動が制御されるよう
になつている。

今これについて説明すると、油圧バルブ８は、
切換弁２１とポジシヨンリミタ３９により構成さ
れている。コントローラ部７はコントロールレバ
ー９の傾転角に応じてポジシヨンリミタ３９に介
装された電磁比例ソレノイド１０，１１への電流
を比例的に増減する。

例えば、コントロールレバー９を中立位置から
右に傾けると、後述の不感帯域を除いてその傾転
角に応じて電磁比例ソレノイド１０への電流がゼ
ロから徐々に増加する。逆に中立位置から左に傾
けると、今度は電磁比例ソレノイド１１への電流
がゼロから徐々に増加する。

一方、ポジシヨンリミタ３９は複動シリンダ１
２の内部に複動ピストン１３によつて仕切られた
互いに対称的な環状圧力室１４，１５を有してお
り、両圧力室１４，１５にはパイロツト油圧供給
通路１６、オリフイス１７，１８などを経てパイ
ロツト油圧が導入される。

そして、各圧力室１４，１５の出口１４ａ，１
５ａの断面積は、前述の電磁比例ソレノイド１
０，１１により上下動するソレノイドプランジヤ
１０ｂ，１１ｂと連動する各ポペツト１０ａ，１
１ａの上下動によつて自在に増減される。

例えば電磁比例ソレノイド１０に電流が流れて
ポペツト１０ａが上動すると、出口１４ａの断面
積が出口１５ａに比べて相対的に減少し、両圧力
室１４，１５に差圧が生じる。

この結果、複動ピストン１３は右方向へ移動
し、この移動力とスプリング４４の弾性力とがバ
ランスした位置で停止する。

この時の移動量、すなわち複動ピストン１３の
ストローク量は電磁比例ソレノイド１０に流れる
電流に応じて比例的に増加する。

逆に電磁比例ソレノイド１１に電流が流れてポ
ペツト１１ａが上動すると、複動ピストン１３は
逆に左方向へ移動する。

このようにして、複動ピストン１３は電磁比例
ソレノイド１０，１１に流れる電流、すなわちコ
ントロールレバー９の傾転角に応じたストローク
量でもつて左右に移動する。

また、複動ピストン１３にはこれと一体的に動
くコネクテイングロツド４３を経て切換弁２１の
プランジヤ２１ａが連結しており、この切換弁２
１は複動ピストン１３すなわちプランジヤ２１ａ
の変位量に応じて、油圧ポンプ（図示せず）から
油圧シリンダ５，６へ送られる作動油と、油圧シ
リンダ５，６から油タンク（図示せず）へと戻る
作動油と、油圧ポンプから油圧シリンダ５，６を
バイパスして油圧タンクへと戻る作動油との量的
な割合を規制する。

このような油圧バルブ８の作動の結果、例えば
電磁比例ソレノイド１０に流れる電流に応じて油
圧シリンダ５，６への伸方向への作動油の流量が
増加し、逆に電磁ソレノイド１１に流れる電流に
応じて縮方向への作動油の流量が増加する。

一方、油圧シリンダ５，６のストローク位置、
すなわち上塔３（あるいは下塔４）の仰角は供給
される作動油の量で調節されるようになつている
ので、例えばコントロールレバー９を中立位置か
ら右に傾けて電磁ソレノイド１０への電流を増大
すると、作動油の量も増加し、油圧シリンダ５，
６が延びて、上塔３（あるいは下塔４）が起き上
がる。

逆にコントロールレバー９を左に傾けると、上
塔３（あるいは下塔４）が倒れる。

ところで、前述の切換弁２１は例えば第３図に
示すように、プランジヤ２１ａの中立位置からの
ストロークに対する油圧シリンダ５，６への作動
油の流量変化において、中立不感帯Ａを有してい
る。

すなわち、この場合プランジヤ２１ａが中立位
置から約2.5mm以上ストロークして初めて切換弁
２１が作動油の流量を変化させることができるの
である。

したがつて、コントロールレバー９を中立位置
から傾転させたとしても、プランジヤ２１ａが中
立不感帯を越えて変位するまでは、油圧シリンダ
５，６は伸または縮作動を行えない。

そこで、このようにして発生する油圧シリンダ
５，６の伸縮動作すなわち油圧シリンダへの作動
油供給量に対してのコントロールレバー９の必要
以上の不感帯幅を狭めるのと、中立位置での安定
性を確保するため、プランジヤ２１ａと複動ピス
トン１３の間には、プランジヤ２１ａとコネクテ
イングロツド４３の結合により形成される段部４
０とコネクテイングロツド４３のフランジ部４１
によつて形成された小径部の外周にスプリング４
４を備えている。

そして、このスプリング４４は段部４０、フラ
ンジ部４１に摺動自由に嵌合された段付円筒ホル
ダ４５，４６の間で挾持されており、プランジヤ
２１ａが例えば中立位置から左方向に変位する
と、ホルダ４５がストツプ面４７によつて停止す
るのに対して、ボルダ４６がフランジ部４１に連
動して変位するので、スプリング４４がその変位
力に比例した分だけ縮むのである。

逆にプランジヤ２１ａが中立位置から右方向に
変位すると、ホルダ４６がストツプ面４８によつ
て停止するのに対して、今度はホルダ４５が変位
するので、同様にしてスプリング４４がその変位
力に比例して縮むのである。

その際、中立位置での安定性を得るために、所
定の初期荷重を持たせて、スプリング４４をホル
ダ４５，４６の間に挾持させており、したがつて
複動ピストン１３に働くパイロツト油の差圧力が
この初期荷重を越えるまでは、プランジヤ４２が
その中立位置を安定して保持する。

しかしながら不感帯幅は、初期荷重によるプラ
ンジヤ２１ａが動きだすまでの不感帯と、動きだ
した後、油が流れだすまでの不感帯の和に相当す
るので必要以上に大きくなりすぎることがあり、
そこでコントロールレバーの不感帯幅を縮小する
ため、第４図のようにコントローラ部７において
コントロールレバー９の傾転に対する電磁比例ソ
レノイド１０，１１の応動特性を変えるようにし
ている。

つまり、第４図において、５０，５１はコント
ロールレバー９に連結したポテンシヨメータ（摺
動抵抗）、７Ａ，７Ｂはコントローラ部、１０，
１１は油圧バルブ８に介装された電磁比例ソレノ
イドである。

ポテンシヨメータ５０，５１は互いに独立して
抵抗変化を示すようにコントロールレバー９に連
結しており、例えばコントロールレバー９を中立
位置から右に傾けると、コントローラ部７Ａによ
りコントロールレバー９の傾転角に応じて電磁比
例ソレノイド１０への電流のみがゼロから徐々に
増加する。

逆に中立位置から左に傾けると、同様にして今
度は電磁比例ソレノイド１１への電流のみがゼロ
から徐々に増加する。

コントローラ部７Ａと７Ｂはまつたく同じよう
に構成されているので、コントローラ部７Ｂのみ
を図面に詳細に示して具体的に説明する。

５６〜５８は比較器で、比較器５６はバツフア
回路５４を介したポテンシヨメータ５１の出力が
０から変化するとオンになり、アナログスイツチ
５５を導通する。

比較器５７はポテンシヨメータ出力が中立不感
帯域を越えたときにオンとなり、アナログスイツ
チ６１を導通させ、電流I₁設定器５９の出力を加
算回路６３に入力させる。

比較器５８は例えば比較器５６と同一の設定値
によりオンとなり、アナログスイツチ６２を導通
させて発振回路６０からのデイザー信号を加算回
路６３に合成する。

加算回路６３はバツフア回路５４を介したポテ
ンシヨメータ出力に上記した付加的電流I₁を加
え、中立不感帯後の立上りが得られるように補正
し、これを増幅器６４でパワーアツプし、さらに
パワートランジスタなどで構成される駆動回路６
５に入力する。

したがつて駆動回路６５は、コントロールレバ
ー９の操作量に対応したものに補正値を加えた駆
動電流を電磁比例ソレノイド１１に出力する。

そこで、コントロールレバー９の傾転角に対す
るコントローラ部７の出力電流について示したの
が第５図である。ただし、デイザ信号は省略して
いる。

図からも分かるように、コントロールレバー９
に安全のために設けた意図的な不感帯Ａを過ぎる
と、出力電流ＩはI₁に急激に立ち上り、これによ
りプランジヤ２１ａを切換弁２１の中立不感帯の
上限までストロークさせると、以後はコントロー
ルレバー９の傾転角に応じて制御電流値を比例的
に増加させ、パルプ流量を増やすのである。

このようにして入力電圧（コントロールレバー
傾転角）に対する出力電流の特性を制御して、そ
の結果コントロールレバー９の中立不感帯Ａを減
少させている。

ところで油圧バルブ８からの出力量が最大とな
る制御域について着目すると、最大流量の得られ
る制御電流値I₃は、バルブ構成部品の加工誤差に
より変化するため、そのばらつきを見込んで予め
大きく設定しなければならず、このようにすると
最大流量域での要求不感帯幅が大きくなる。

つまり、バルブ構成部品の加工誤差により、制
御電流値I₃のときでもプランジヤが所定量だけス
トロークせずに最大流量が得られないことがある
ので、こうしたバルブに対して電流値をI₃から大
き目のI₄（I₄＞I₃）に設定すると、これに伴い、通
常のバルブでは出力電流の増加割合が第５図Ａの
ように大きくなる。このため、油圧バルブ８から
の流量の増加割合も第５図Ｂの実線から破線にな
り、最大流量になるレバー傾転角がθ₂より左側に
移動してθ₃（θ₃＜θ₂）となる。

これは、レバー量大傾転角θmaxとの間で与え
られる不感帯がＢからＣに拡大することを意味
し、これにより、コントロールレバーの有効制御
角の範囲を狭ばめ、この結果単位傾転角に対する
バルブ制御精度を低下させていた。

本発明はこのような問題を解決するために、コ
ントロールレバーの最大傾転角付近で入力電圧を
急激に立ち上らせ、バルブフルストロークに必要
な出力電流が得られるようにして、不感帯域の縮
減とこれに伴う制御精度の向上をはかつた油圧シ
リンダ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複動ピス
トンにより仕切られた２つの圧力室にパイロツト
油を導入するオリフイスを備えた通路、ならびに
前記両圧力室からのパイロツト油の出口断面積を
増減して複動ピストンを変位させる２つの電磁比
例ソレノイドを有し、複動ピストンの変位に応じ
て油圧シリンダへの作動油の流量を調節する不感
帯を有する油圧バルブと、コントロールレバーの
傾転により両電磁比例ソレノイドへの駆動電流を
増減制御するコントローラ部とを備えた制御装置
において、コントロールレバーの中立位置からの
傾転に対して所定の範囲以上で両電磁比例ソレノ
イド駆動電流を油圧バルブの不感帯幅に応じて加
算補正する回路と、最大傾転角域でさらに油圧バ
ルブをフルストロークさせるべく立ち上がる電流
を加算する回路と、コントロールレバーの有効制
御角域の所定傾転角を境に出力電流の増加割合を
変化させる回路をコントローラ部に備えた。

したがつてこの発明では、コントロールレバー
の最大傾転角付近では急激に電流が増加して、確
実に油圧バルブ（のプランジヤ）をフルストロー
クさせる。これにより、最大傾転角付近での不感
帯域を減少させる。また、コントロールレバーの
有効制御角域の所定の傾転角を境にして、出力電
流の増加割合を変化させるので、増加割合の小さ
い領域ではコントロールレバーの傾転角に対する
流量の増加割合が小さくなり、精度のよい流量制
御ができる。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。

第６図に示すように、比較器７３はポテンシヨ
メータ出力がレバー最大傾転角付近に達したとき
にオンとなり、アナログスイツチ７５を導通させ
て電流I₂設定器７０の出力を加算回路６３に入力
させる。

その他の部分は第４図と同一なので同一部分に
は同一符号を付して説明は省略する。

なお、この例は、第４図のコントローラ部７
Ａ，７Ｂが全く同一の構成であることから、この
一方を共用して回路の簡略化を図つている。

すなわち、７０はコントロールレバー９に連動
するポテンシヨメータで、レバー中立点ではポテ
ンシヨメータ摺動子が中立原点にあるように設定
され、したがつてレバー９が左右いずれの方向へ
傾転されても、その角度に比例した出力を出す。

７１はポテンシヨメータ７０の出力を中立点の
基準電圧と比較して、コントロールレバー９の左
右操作方向を判別する方向判別回路で、判別結果
にもとづいて後述するソレノイド選択回路（リレ
ー）７６を切換え、電磁比例ソレノイド１０また
は１１に駆動回路６５からの制御電流を供給す
る。

７２は絶対値回路で、バツフア回路５４を介し
て入力されるポテンシヨメータ７０の出力が、中
立点からいずれの方向へ切換わつてもその角度
（偏位）のみに応じての絶対出力を発生する。

加算回路６３は絶対値回路７２からのポテンシ
ヨメータ絶対出力に上記した付加的電流I₁，I₂を
加え、中立不感帯後の立上りや最大傾転角付近で
の立上りが得られるように補正し、これを増幅器
６４でパワーアツプし、さらにパワートランジス
タなどで構成される駆動回路６５に入力する。

したがつて駆動回路６５の出力は、結局、コン
トロールレバー９の操作方向のいかんにかかわら
ず、その操作量のみに対応したものに補正値を加
えたものとなる。

この出力によりいずれの電磁比例ソレノイド１
０または１１を駆動するかを、選択回路７６で選
ぶ。

選択回路７６はコントロールレバー９の傾転方
向を判断する方向判別回路７１の出力により切り
換わるのであり、それによつて電磁比例ソレノイ
ド１０または１１にいずれかに駆動電流が供給さ
れる。

したがつて、駆動電流のコントローラ部が一系
統で済み、回路が簡略化している。

以上のように構成したので、コントロールレバ
ー９の傾転角が最大傾転角θmaxの手前のθ₂に達
するまでは、第４図のものと同じく、ポテンシヨ
メータ出力にはI₁設定器５９の出力電流値I₁のみ
が加算されるが、最大傾転角θmaxの手前のθ₂に
達して比較器７３がオンに切換わると、上記出力
電流値I₁に比べて十分に大きな出力電流値I₂も加
算されるので、出力電流Ｉはその時点で急激に立
ち上り、瞬間的にプランジヤ２１ａを誤差分を含
めてフルストロークさせるのに必要な電流値I₂が
得られる。

この結果、第５図Ａの破線のように、従来は加
算回路６３の入力として、ポテンシヨメータ出力
とI₁設定器出力の合成値に比例した傾きをもつ制
御電流Ｉにより、I₃を越えてI₄まで出力電流を比
例的に増加させなければならなかつたため、コン
トロールレバー９の角度が所定値θ₃以上は不感帯
として存在させなければならなかつたのが、本発
明ではコントロールレバー９の角度をθ₃よりもさ
らに大きいθ₂までを有効制御角として維持するこ
とができ、換言すると不感帯をそれだけ狭くでき
るのである。

このようにして、コントロールレバー９の中立
位置及び最大傾転角付近での不感帯を縮少する
と、その分だけ有効制御角範囲が広がり、これに
より単位レバー傾転角の制御精度を向上させるこ
とも可能となる。

ところで、コントロールレバー９の有効制御角
範囲ではレバー傾転角に対する出力電流Ｉの増加
割合が一定であるため、レバー傾転角に対する流
量の増加割合も一定である。

この場合、流量の増加割合が作業者１の乗る作
業台２の移動速度を決定しており、不慣れな操作
者により傾転操作が行なわれると、動き始めの移
動速度が早すぎて、作業台の作業者が恐怖感を覚
えることがある。

すなわち、起動時の速度制御には微操作を要求
されるため、操作に習熟する必要がある。

そこで、操作に習熟しなくとも微操作が容易に
行なわれるように、コントロールレバー９が有効
制御角範囲にある所定傾転角を境に出力電流値の
増加割合を変化させる回路が、第６図で、アナロ
グスイツチ５５と加算回路６３の間に設けられ
る。

この回路は可変抵抗８０，８２とレベルシフタ
８１とから構成され、レベルシフタ８１と可変抵
抗８２を直列接続したものが、可変抵抗８０に並
列接続される。

可変抵抗８０，８２は出力電流Ｉの増加割合
G₁，G₂（具体的にはG₁，G₂は出力電流値Ｉと入
力電圧Ｖの比であるが、入力電圧Ｖがレバー傾転
角に対応するので、ここでは出力電流Ｉとレバー
傾転角の比として説明する）をそれぞれ所定値に
設定する。

レベルシフタ８１は有効制御角範囲の所定レバ
ー傾転角θ₄（θ₁＜θ₄＜θ₂）に相当するポテンシヨ
メータ出力に達したときに導通する。

なお、θ₄はコントロールレバー９の最大傾転角
θmaxの50〜70％の範囲内に設定され、この例で
はθmaxを30゜として、その2/3の20゜がθ₄として設
定されている。

したがつて、出力電流Ｉは、第７図Ａのよう
に、θ₄までは可変抵抗８０により増加割合G₁で
増加し、θ₄以降は可変抵抗８２によるG₂が加算
されたG₁＋G₂で増加する。

このため、流量は、第７図Ｂのように、流量
Qaを堺にして増加割合が小から大に変化し、Qa
は全流量の25〜55％の範囲内に設定され、この例
では50％に設定されている。

すなわち、レバー傾転角がθ₄以下では流量の増
加割合が従来と比較して小さく設定されることに
なり、この範囲では作業台の移動速度が遅く、起
動時の速度制御が容易に行なわれる。

なお、流量の増加速度を小さく設定する範囲
は、この例ではθ₁からθ₄としているが、設定範囲
はレバー傾転角がθ₁からθ₂の間であれば、自由に
設定される。

以上のように本発明によれば、コントロールレ
バーの最大傾転角付近で確実にプランジヤ（油圧
バルブ）をフルストロークさせつつその付近での
不感帯域を減少させることができ、この結果、コ
ントロールレバーの有効傾転角の拡大に伴う制御
精度の向上もはかれる。さらに、レバーの有効傾
転角の所定範囲で作業台の移動速度を小さく設定
できるので、この範囲での操作性が向上するとい
う効果も得られる。

追加の関係本発明は特願昭56−58021号（特許第1551800
号、特公平01−37603号）の発明、すなわち、そ
の構成要素である「複動ピストンにより仕切られ
た２つの圧力室にパイロツト油を導入するオリフ
イスを備えた通路、ならびに前記両圧力室からの
パイロツト油の出口断面積を増減して複動ピスト
ンを変位させる２つの電磁比例ソレノイドを有
し、複動ピストンの変位に応じて油圧シリンダへ
の作動油の流量を調節する不感帯を有する油圧バ
ルブと、コントロールレバーの傾転により両電磁
比例ソレノイドへの駆動電流を増減制御するコン
トローラ部とを備えた制御装置において、コント
ロールレバーの中立位置からの傾転に対して所定
の範囲以上で両電磁比例ソレノイド駆動電流を油
圧バルブの不感帯幅に応じて加算補正する回路
と、最大傾転角域でさらに油圧バルブをフルスト
ロークさせるべく立ち上がる電流を加算する回路
をコントローラ部に備えたこと」を発明の主要部
とすると共に、これと同一の目的を達成する発明
であり、特許法第31条第１号に規定する追加の特
許の要件を満足するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高所作業車の概略図、第２図は第１図
における油圧シリンダを制御する油圧バルブの要
部断面図、第３図は第２図における油圧バルブの
作動を示す特性図、第４図はこの油圧バルブを制
御するコントローラ部の回路図、第５図Ａ，Ｂは
その出力電流、油圧シリンダへの作動油の流量を
それぞれ示す特性図である。第６図は本発明のコ
ントローラ部の回路図、第７図Ａ，Ｂはコントロ
ールレバーの傾転角に対する出力電流、油圧シリ
ンダへの作動油の流量をそれぞれ示す特性図であ
る。３……上塔、４……下塔、５，６……油圧シリ
ンダ、７，７Ａ，７Ｂ……コントローラ部、８…
…油圧バルブ、９……コントロールレバー、１
０，１１……電磁比例ソレノイド、１０ａ，１１
ａ……ポペツト、１２……複動シリンダ、１３…
…複動ピストン、１４，１５……圧力室、１４
ａ，１５ａ……圧力室の出口、１６……パイロツ
ト油圧供給通路、１７，１８……オリフイス、２
１……切換弁、２１ａ……プランジヤ、３９……
ポジシヨンリミタ、５０，５１，７０……ポテン
シヨメータ、５５，６１，７５……アナログスイ
ツチ、５６，５７，７３……比較器、５９……I₁
設定器、６３……加算回路、６４……増幅回路、
６５……駆動回路、８０，８２……可変抵抗、８
１……レベルシフタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１複動ピストンにより仕切られた２つの圧力室
にパイロツト油を導入するオリフイスを備えた通
路、ならびに前記両圧力室からのパイロツト油の
出口断面積を増減して複動ピストンを変位させる
２つの電磁比例ソレノイドを有し、複動ピストン
の変位に応じて油圧シリンダへの作動油の流量を
調節する不感帯を有する油圧バルブと、コントロ
ールレバーの傾転により両電磁比例ソレノイドへ
の駆動電流を増減制御するコントローラ部とを備
えた制御装置において、コントロールレバーの中
立位置からの傾転に対して所定の範囲以上で両電
磁比例ソレノイド駆動電流を油圧バルブの不感帯
幅に応じて加算補正する回路と、最大傾転角域で
さらに油圧バルブをフルストロークさせるべく立
ち上がる電流を加算する回路と、コントロールレ
バーの有効制御角域の所定傾転角を境に出力電流
の増加割合を変化させる回路をコントローラ部に
備えたことを特徴とする油圧シリンダ制御装置。