JP2006291989A - アクチュエータ制御装置および作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大できるアクチュエータ制御装置を提供する。
【解決手段】メインポンプ42からアクチュエータ26に供給する作動流体を制御するコントロールバルブ45に対し、このコントロールバルブ45を手動操作量に応じて発生するパイロット圧によりパイロット操作するパイロットバルブ48を設ける。パイロットバルブ48とコントロールバルブ45との間のパイロット通路46a，46bおよび47a，47b中に、パイロットバルブ48側の入力２次圧Ｐcに対しコントロールバルブ45側の出力２次圧Ｐcoを所定の比率に減圧する定比減圧弁51，52を設ける。これらの定比減圧弁51，52に対し、これらの定比減圧弁51，52を減圧作動状態と非作動状態に切換える電磁切換弁53，54を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイロットバルブから発生するパイロット圧によりパイロット操作されるコントロールバルブによりアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置およびこのアクチュエータ制御装置を搭載した作業機械に関する。

従来、油圧ショベルにおいて掘削作業などの通常作業と、微操作が必要なクレーン作業などで操作性を切り換えるため、一般的に図７に示す回路が用いられている。

図７において、１はエンジンであり、このエンジン１によって駆動される油圧ポンプ２の吐出口は、この油圧ポンプ２から吐出された作動油を方向制御および流量制御するコントロールバルブ３の供給口に連通され、このコントロールバルブ３の出力口は、油圧シリンダなどのアクチュエータ４に接続されている。コントロールバルブ３は、オペレータが操作するパイロットバルブ（リモコン弁）５からパイロット通路を経て供給されるパイロット圧によってパイロット操作される。

コントロールバルブ３とパイロットバルブ５との間のパイロット通路には電磁比例減圧弁６，７が介在され、これらの電磁比例減圧弁６，７は、これらの電磁比例減圧弁６，７を制御するコントローラ８の出力部に接続され、このコントローラ８の入力部には、作業モードを切換えるモード切換操作器９が接続されている。パイロットバルブ５のパイロット圧供給口には、パイロット１次圧を供給するパイロット油圧源10が接続され、パイロット油戻り口にはタンク11が接続されている。

図８は、従来のパイロットバルブ５のレバー操作量と、パイロットバルブ５から出力されるパイロット２次圧との関係を示すもので、図７の従来回路において、通常作業では、電磁比例減圧弁６，７をフルに励磁して、図８に破線で示されるように、パイロットバルブ５から出力されるパイロット２次圧が直接コントロールバルブ３に供給されるようにしている。一方、微操作が要求されるクレーン作業などでは、電磁比例減圧弁６，７により、図８に実線で示されるようにパイロットバルブ５から出力されるパイロット２次圧が所定圧に制限されるように減圧されている。

また、変位検出器で検出された油圧シリンダのピストン変位がその行程端に近接するものであった時は、制御ユニットは内蔵するＲＯＭから読み出した油圧シリンダのピストン変位量とパイロット圧を制限する制限値とを対応付ける対応表のデータに基づいて、変位検出器により検出したピストン変位量に対応する制限値を演算し、その制限値に対応する駆動信号を減圧弁に出力して、手動操作弁を介して供給されたパイロット圧を制限することで、油圧シリンダのピストンが行程端に接近した時に、その移動方向を検出することなく、ピストンとカバー壁面との衝突による衝撃を確実に緩和しながら、ピストンが行程端から離間する時、あるいはピストンが行程端近傍に位置する状態で微操作作業を行う時の操作性を損なうことのないようにした油圧作業機械の緩衝制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２００３０４号公報（第１頁、図１）

図７に示された従来技術では、微操作が要求されるクレーン作業などで電磁比例減圧弁６，７によりパイロット２次圧を減圧してパイロット最大圧を制限しているが、通常作業とクレーン作業の操作レバー量に対するパイロット２次圧の上昇勾配は同じであるので、微操作域の範囲が狭く、操作しづらいという問題がある。

また、特許文献１記載の従来技術では、微操作作業を行う時の操作性の改善が、油圧シリンダのピストンが行程端から離間する時、あるいはピストンが行程端近傍に位置する状態に限定される問題があるとともに、減圧弁への出力電流を制御ユニットにより電気的に制御することで微操作性を向上させようとしているが、ハードウエア面でシリンダ変位を検出するセンサが必要になるとともに制御ユニット内の構成が複雑になり、さらに、制御用の複雑なソフトウエアも必要になる問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大できるアクチュエータ制御装置およびそのアクチュエータ制御装置を搭載した作業機械を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、ポンプからアクチュエータに供給される作動流体を制御するコントロールバルブと、コントロールバルブを手動操作量に応じて発生するパイロット圧によりパイロット操作するパイロットバルブと、パイロットバルブとコントロールバルブとの間のパイロット通路中に設けられパイロットバルブ側の入口側圧力に対しコントロールバルブ側の出口側圧力を所定の比率に減圧する定比減圧弁と、定比減圧弁を減圧作動状態と非作動状態に切換える切換手段とを具備したアクチュエータ制御装置であり、そして、パイロットバルブを微操作するときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、アクチュエータの作動速度を低下させるので、アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大することが可能である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のアクチュエータ制御装置における切換手段が、定比減圧弁を切換える切換圧を出力する電磁切換弁を備えたものであり、そして、電磁切換弁から出力される切換圧の有無により定比減圧弁を切換えるので、定比減圧弁を電磁操作部を有さない構造の簡単なパイロット操作型とすることが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のアクチュエータ制御装置において、定比減圧弁に対し並列に接続されたバイパス通路と、バイパス通路中に設けられコントロールバルブ側のパイロット通路中にあるパイロット流体を中立位置のパイロットバルブに戻すチェック弁とを具備したものであり、そして、パイロットバルブを中立位置に戻すと、コントロールバルブ側のパイロット通路中にあるパイロット流体は、定比減圧弁と並列に接続されたバイパス通路中のチェック弁を経て中立位置のパイロットバルブに素早く戻り、この中立位置のパイロットバルブを経て外部へ排出されるので、パイロットバルブを急激に中立位置まで戻したときに、コントロールバルブのパイロット圧をチェック弁を経て迅速に下げることが可能となり、アクチュエータを素早く停止させることが可能となる。

請求項４記載の発明は、機体と、機体に装着され複数の作業に用いることが可能な作業装置と、機体および作業装置を作動するアクチュエータを制御する請求項１乃至３のいずれか記載のアクチュエータ制御装置とを具備した作業機械であり、そして、通常作業をするときは、定比減圧弁を非作動状態にし、機体および作業装置を作動するアクチュエータの作動速度を通常に制御し、一方、機体および作業装置の微操作性が要求される微操作作業をするときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、機体および作業装置のアクチュエータの作動速度を低下させるので、アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大することが可能である。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の作業機械における機体は、下部走行体に対し上部旋回体が旋回可能に設けられ、作業装置は、掘削作業とクレーン作業とに併用可能なブーム、アームおよびバケットを備えたものであり、そして、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットにより掘削作業をするときは、定比減圧弁を非作動状態にし、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットを作動するアクチュエータの作動速度を通常に制御し、一方、下部走行体、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットによりクレーン作業をするときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、下部走行体、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットのアクチュエータの作動速度を低下させる。

請求項１記載の発明によれば、パイロットバルブを微操作するときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、アクチュエータの作動速度を低下させて、アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大できるので、微操作域での操作性を格段に向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、電磁切換弁から出力される切換圧の有無により定比減圧弁を切換えるので、定比減圧弁を電磁操作部を有さない構造の簡単なパイロット操作型とすることができる。

請求項３記載の発明によれば、パイロットバルブを中立位置に戻すと、コントロールバルブ側のパイロット通路中にあるパイロット流体は、定比減圧弁と並列に接続されたバイパス通路中のチェック弁を経て中立位置のパイロットバルブに素早く戻り、この中立位置のパイロットバルブを経て外部へ排出されるので、パイロットバルブを急激に中立位置まで戻したときに、コントロールバルブのパイロット圧をチェック弁を経て迅速に下げることができ、アクチュエータを素早く停止させることができる。

請求項４記載の発明によれば、通常作業をするときは、定比減圧弁を非作動状態にし、機体および作業装置を作動するアクチュエータの作動速度を通常に制御し、一方、機体および作業装置の微操作性が要求される微操作作業をするときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、機体および作業装置のアクチュエータの作動速度を低下させることができるので、アクチュエータの状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大することができる。

請求項５記載の発明によれば、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットにより掘削作業をするときは、定比減圧弁を非作動状態にし、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットを作動するアクチュエータの作動速度を通常に制御し、一方、下部走行体、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットによりクレーン作業をするときは、切換手段により定比減圧弁を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブの操作量に対する最終的なパイロット圧の勾配を下げることで、パイロットバルブの同一操作量に対して、パイロットバルブから最終的に出力されるパイロット圧を低下させ、コントロールバルブの弁変位量を減少させ、下部走行体、上部旋回体、ブーム、アームおよびバケットのアクチュエータの作動速度を低下させることができる。

以下、本発明を図１乃至図４に示された一実施の形態、図５および図６に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１乃至図４に示された一実施の形態を説明すると、図２は、作業機械としての油圧ショベル20を示し、この油圧ショベル20は、機体21に、複数の作業に用いることが可能な作業装置22が装着されている。機体21は、下部走行体21aに対し上部旋回体21bが旋回可能に設けられ、そして、下部走行体21aは、走行モータ（図示せず）により駆動される履帯を備え、上部旋回体21bは、旋回モータ（図示せず）により駆動される旋回機構を備えている。

作業装置22は、掘削作業とクレーン作業とに併用可能なブーム23、アーム24およびバケット25を備えている。ブーム23は、上部旋回体21bに上下方向回動自在に軸支され、アーム24は、ブーム23の先端に回動自在に軸支され、バケット25は、アーム24の先端に回動自在に軸支され、そして、ブーム23はブームシリンダ26bmにより、アーム24はアームシリンダ26amにより、バケット25はバケットシリンダ26bkにより、それぞれ回動される。バケット25の背面には、吊り具27が回動自在にピン結合され、この吊り具27の先端フックに吊り荷28が吊り下げられている。

走行モータ（図示せず）、旋回モータ（図示せず）、ブームシリンダ26bm、アームシリンダ26amおよびバケットシリンダ26bkなどのアクチュエータは、油圧モータまたは油圧シリンダであり、上部旋回体21bに搭載されたキャブ31内のオペレータシート32の左右両側部に配置されたコンソールボックス33にそれぞれ作業用操作レバー34aが設置され、オペレータシート32の前方には、走行用操作ペダルおよびレバー34bが設置されている。

以降の説明では、走行モータ（図示せず）、旋回モータ（図示せず）、ブームシリンダ26bm、アームシリンダ26amおよびバケットシリンダ26bkを、機体21および作業装置22を作動するアクチュエータ26と総称するとともに、作業用操作レバー34aおよび走行用操作ペダルおよびレバー34bを、操作レバー34と総称する。

この油圧ショベル20には、図１に示されるようなアクチュエータ26を制御するアクチュエータ制御装置40が設けられている。

このアクチュエータ制御装置40は、上部旋回体21bに搭載されたエンジン41により駆動されるポンプとしてのメインポンプ（可変容量型油圧ポンプ）42からの吐出通路と、アクチュエータ26に接続されたメイン通路43，44との間に、アクチュエータ26に供給される作動流体すなわち作動油を方向制御および流量制御するコントロールバルブ45が設けられ、このコントロールバルブ45の各アクチュエータ対応可動弁体である各スプールの両端に対し、パイロット通路46a，46bまたはパイロット通路47a，47bを経てパイロット圧を供給するパイロットバルブ（リモコン弁）48が設けられている。

パイロットバルブ48は、手動操作量に応じて発生するパイロット流体（油）の圧力すなわちパイロット圧によりコントロールバルブ45をパイロット操作するもので、このパイロットバルブ48とコントロールバルブ45との間のパイロット通路46a，46b中およびパイロット通路47a，47b中に、定比減圧弁51，52が介在設置されている。

これらの定比減圧弁51，52は、パイロットバルブ48側すなわちパイロット通路46a，47a側の入口側圧力に対し、コントロールバルブ45側すなわちパイロット通路46b，47b側の出口側圧力を所定の比率に減圧するものであり、これらの定比減圧弁51，52に対し、これらの定比減圧弁51，52を減圧作動状態と非作動状態に切換える切換手段としての電磁切換弁53，54がそれぞれ設けられている。

さらに、定比減圧弁51，52に対しバイパス通路55，56がそれぞれ並列に接続され、このバイパス通路55，56中に、コントロールバルブ45側のパイロット通路46b，47b中にあるパイロット流体を中立位置のパイロットバルブ48に戻すチェック弁57，58がそれぞれ設けられている。

これらのチェック弁57，58は、コントロールバルブ45が中立位置に復帰する際にコントロールバルブ45からパイロット通路46bまたは47bに押戻されたパイロット流体を、パイロット通路46aまたは47a、中立位置のパイロットバルブ48を経てタンク59に迅速に排出させる働きがある。

前記コントロールバルブ45は、可変容量型のメインポンプ42にロードホールドチェック弁61を経て連通された供給ポート62と、上部旋回体21bに搭載されたタンク59に連通された排出ポート64と、メイン通路43，44にそれぞれ連通された出力ポート65，66と、中立位置のセンターバイパス通路67を有する可動弁体すなわちスプール68とを備え、スプール68の両端に作用するパイロット圧とスプリング圧とのバランスにより変位制御される。

前記パイロットバルブ48は、１つのアクチュエータ26に一対の減圧弁48a，48bが対応し、パイロットポンプなどのパイロット圧源71からパイロット１次通路72を経てパイロット元圧すなわちパイロット１次圧の供給を受け、オペレータが操作レバー34を手動操作した側に位置する減圧弁48a，48bの一方から、手動操作量に応じたパイロット圧すなわちパイロット２次圧をパイロット通路46a，47aの一方に出力するとともに、パイロット通路46a，47aの他方から戻されるパイロット流体を減圧弁48a，48bの他方からタンク59に排出するものである。

前記定比減圧弁51，52は、その入力側に位置するパイロット通路46a，47aのパイロット２次圧すなわち入力２次圧Ｐcに対し、その出力側に位置するパイロット通路46b，47bのパイロット２次圧すなわち出力２次圧Ｐcoを所定の比率に減圧するものである。

前記電磁切換弁53，54は、可動弁体を一方向に作動するソレノイド73と、可動弁体を他方向に復帰動作させるスプリング74とをそれぞれ備え、定比減圧弁51，52のパイロット圧作用部に対してこれらの定比減圧弁51，52を切換える切換圧を出力するものである。

これらの電磁切換弁53，54の各ソレノイド73には、これらの電磁切換弁53，54を切換制御するコントローラ75の出力部が接続され、このコントローラ75の入力部には、油圧ショベル20のオペレータが作業モードを切換えるための切換スイッチなどのモード切換操作器76が接続されている。このモード切換操作器76よりクレーン作業モードなどの微操作作業モードが指示された場合は、コントローラ75より電磁切換弁53，54の各ソレノイド73に切換信号が通電オンされて、定比減圧弁51，52が減圧作動状態に切換えられ、またモード切換操作器76より掘削作業などの通常作業モードが指示された場合は、コントローラ75から電磁切換弁53，54の各ソレノイド73への通電オフによるスプリング74の復帰作用により、定比減圧弁51，52が非作動状態に復帰される。

図３は、定比減圧弁51，52の詳細を示し、これらの定比減圧弁51，52は、バルブブロック81にスプール82が軸方向摺動自在に嵌合され、このスプール82の一方の端面には、小ピストン83が摺動自在に嵌合され、この小ピストン83にはコイル状のスプリング84が嵌着されている。

バルブブロック81には、パイロット通路46a，47aに連通された入口ポート85、タンク通路60に連通されたタンクポート86、パイロット通路46b，47bに連通された出口ポート87、電磁切換弁53，54に連通された切換ポート88が、それぞれ設けられている。

バルブブロック81の内部には、スプール82の図３下側にパイロット室89が形成され、このパイロット室89は内部通路90により出口ポート87に連通され、スプール82の図３上側にスプリング室を兼ねたパイロット室91が形成され、このパイロット室91は切換ポート88に連通され、また、スプール82と小ピストン83との間にはパイロット室93が形成され、このパイロット室93はスプール内通路94により入口ポート85に連通されている。

スプール82の外周面には周溝95が形成され、周溝95の一方に開度調整部Ｅが、他方に開度調整部Ｆが設けられている。スプール82が下方へ変位すると、開度調整部Ｅが開き、周溝95を経て入口ポート85と出口ポート87とが連通し、またスプール82が上方へ変位すると、開度調整部Ｆが開き、周溝95を経て出口ポート87とタンクポート86とが連通する。

図３および図４に基づき定比減圧弁51，52の作動原理を説明する。

（Ａ）電磁切換弁53，54が非励磁の場合
電磁切換弁53，54が励磁されていない状態で、パイロットバルブ48がレバー操作されると、切換ポート88からパイロット室91に、また入口ポート85から小ピストン83先端のパイロット室93に、それぞれパイロットバルブ48から出力された入力２次圧Ｐcが導かれる。一方、パイロット室89には出口ポート87の出力２次圧Ｐcoが導かれる。

このときの、定比減圧弁51，52のスプール82に作用する力のバランスを考えると、スプール82を上方向に作用する力Ｆaは、出口側のパイロット室89に臨むスプール82の外径Ｄによる受圧面積Ａ1と、定比減圧弁51，52で減圧された出口ポート87の出力２次圧Ｐcoとにより、
Ｆa＝Ａ1・Ｐco ……… (1)
となる。

一方、スプール82を下方向に作用する力Ｆbは、パイロット室91に臨むスプール82の外径Ｄと小ピストン83の外径ｄとの径差による円環状の受圧面積Ａ2と、小ピストン83の外径ｄによる受圧面積Ａ3と、パイロット通路46a，47aのパイロット２次圧すなわち入力２次圧Ｐcと、スプリング84の作用力Ｗとにより、
Ｆb＝Ａ2・Ｐc＋Ａ3・Ｐc＋Ｗ …… (2)
となる。

ここで、スプール82に作用する両方向の力がつり合うとすると、(1)式と(2)式は等しくなるから、
Ｆa＝Ｆb
すなわち、
Ａ1・Ｐco＝Ａ2・Ｐc＋Ａ3・Ｐc＋Ｗ …… (3)
となる。

ここで、Ａ1＝Ａ2＋Ａ3の関係を代入して整理すると、
Ｐco＝Ｐc＋Ｗ/Ａ1 …… (4)
となるが、仮に出力２次圧Ｐcoが供給側の入力２次圧Ｐcに等しくなったとしても、(4)式は成立せず、スプリング84の作用力Ｗの分だけスプール82を下方向に作用する力が大きくなり、その結果、スプール82は下方向に最大ストローク変位し、図３に示された開度調整部Ｅが全開するとともに、開度調整部Ｆが全閉する。したがって、入力２次圧Ｐcの入口ポート85と出力２次圧Ｐcoの出口ポート87は、周溝95を経て最大開度で連通し、
Ｐco＝Ｐc …… (5)
となり、パイロットバルブ48からパイロット通路46a，47aの一方に出力されたパイロット２次圧は、定比減圧弁51，52により減圧されることなく、そのままパイロット通路46b，47bの一方に出力される。

すなわち、定比減圧弁51，52は非作動状態であり、これは、図４において点線で示された通常作業モードに相当し、掘削作業、解体作業などの通常作業を効率良く行うことができる。

（Ｂ）電磁切換弁53，54が励磁の場合
電磁切換弁53，54が励磁された状態で、パイロットバルブ48がレバー操作されると、パイロット室89には出口ポート87から出力２次圧Ｐcoが導かれ、パイロット室93には入口ポート85から入力２次圧Ｐcが導かれるが、パイロット室91はタンク59に開放されるので圧力は殆どない。

したがって、スプール82を上方向に作用する力Ｆaは(1)式と同様であるが、スプール82を下方向に作用する力Ｆcは、パイロット室91が電磁切換弁53，54によりタンク通路60へ連通しているので、
Ｆc＝Ａ3・Ｐc＋Ｗ …… (6)
となる。ここで(1)式＝(6)式、すなわちＦa＝Ｆcより、
Ｐco＝（Ａ3・Ｐc＋Ｗ）／Ａ1 …… (7)
を得る。したがって、出力２次圧Ｐcoは、入力２次圧Ｐcと、スプール82の外径Ｄによる受圧面積Ａ1と、小ピストン83の外径ｄによる受圧面積Ａ3と、スプリング84の作用力Ｗとで決まる値に減圧される。

このように、定比減圧弁51，52が減圧作動状態になると、実際には、スプール82の開度調整部Ｅおよび開度調整部Ｆのメータリングにより、上記(7)式が成立するように出力２次圧Ｐcoが調整される。

その結果、パイロットバルブ48からパイロット通路46a，47aの一方に出力された入力２次圧Ｐcは、定比減圧弁51，52の一方により一定の比率（Ａ3／Ａ1）で減圧されて、図４に点線より低勾配の実線で示されるように、パイロット通路46b，47bの一方に出力２次圧Ｐcoとして出力されるので、クレーン作業などの微操作作業に適する。

次に、この実施の形態による作用効果を説明する。

パイロットバルブ48を微操作するときは、電磁切換弁53，54により定比減圧弁51，52を減圧作動状態に切換えて、図４に点線から実線に示されるようにパイロットバルブ48の操作量に対する最終的なパイロット圧（出力２次圧Ｐco）の勾配を下げることで、パイロットバルブ48の同一操作量に対して、パイロットバルブ48から最終的に出力されるパイロット圧（出力２次圧Ｐco）を低下させ、コントロールバルブ45の弁変位量を減少させ、アクチュエータ26の作動速度を低下させることができるので、シリンダ伸縮ストロークなどのアクチュエータ26の状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大できるので、微操作域での操作性を格段に向上させることができる。

例えば、図４において、制限されたパイロット圧（出力２次圧Ｐco）Ｐaの範囲内で微操作を行なう場合、通常作業モードではレバー操作量がＬ1に限られるが、電磁切換弁53，54により定比減圧弁51，52を減圧作動状態に切換えた微操作作業モードでは、レバー操作量をＬ2まで拡大できるので、操作性を向上できる。

さらに、従来技術では油圧シリンダのピストン変位がその行程端に近接するときなどに限って微操作性を得られるようにしているが、本実施の形態によれば、アクチュエータ26のフルストロークにおいて微操作域を確保でき、操作性を格段に向上できる。

また、電磁切換弁53，54から出力される切換圧（すなわち入力２次圧Ｐc）の有無により定比減圧弁51，52を切換えるので、定比減圧弁51，52を電磁操作部を有さない構造の簡単なパイロット操作型とすることができる。つまり、従来のように減圧弁への出力電流を制御ユニットにより電気的に制御することで微操作域を拡大することも可能であるが、ハードウエア面でシリンダ変位検出センサが必要になるとともに制御ユニット内の構成が複雑になり、さらに、制御用の複雑なソフトウエアも必要になる問題があるのに対して、定比減圧弁51，52を用いたので、定比減圧弁51，52を制御する電磁切換弁53，54のみで対応可能であるため、構成を容易にできる。

さらに、パイロットバルブ48を中立位置に戻すと、コントロールバルブ45側のパイロット通路46b，47b中にあるパイロット流体は、定比減圧弁51，52と並列に接続されたバイパス通路55，56中のチェック弁57，58を経て中立位置のパイロットバルブ48に素早く戻り、この中立位置のパイロットバルブ48を経てタンク59へ排出されるので、パイロットバルブ48を急激に中立位置まで戻したときに、コントロールバルブ45に作用しているパイロット圧をチェック弁57，58を経て迅速に下げることができ、アクチュエータ26を素早く停止させることができる。

そして、掘削作業などの通常作業をするときは、定比減圧弁51，52を非作動状態にし、機体21および作業装置22を作動するアクチュエータ26の作動速度を通常に制御し、一方、機体21および作業装置22の微操作性が要求される微操作作業をするときは、電磁切換弁53，54により定比減圧弁51，52を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブ48の操作量に対する最終的なパイロット圧（出力２次圧Ｐco）の勾配を下げることで、パイロットバルブ48の同一操作量に対して、パイロットバルブ48から最終的に出力されるパイロット圧（出力２次圧Ｐco）を低下させ、コントロールバルブ45の弁変位量を減少させ、機体21および作業装置22のアクチュエータ26の作動速度を低下させることができるので、シリンダ伸縮位置などのアクチュエータ26の状態にかかわらず微操作域の範囲を容易に拡大させて、操作性の向上を図ることができる。

具体的には、上部旋回体21b、ブーム23、アーム24およびバケット25を作動して掘削作業をするときは、定比減圧弁51，52を非作動状態にすることで、上部旋回体21b、ブーム23、アーム24およびバケット25の各アクチュエータ26の作動速度を通常に制御し、一方、下部走行体21a、上部旋回体21b、ブーム23、アーム24およびバケット25により吊り荷28を移送、昇降するクレーン作業をするときは、電磁切換弁53，54により定比減圧弁51，52を減圧作動状態に切換えて、パイロットバルブ48の操作量に対する最終的なパイロット圧（出力２次圧Ｐco）の勾配を下げることで、パイロットバルブ48の同一操作量に対して、パイロットバルブ48から最終的に出力されるパイロット圧（出力２次圧Ｐco）を低下させ、コントロールバルブ45の弁変位量を減少させ、下部走行体21aの走行モータ、上部旋回体21bの旋回モータ、ブームシリンダ26bm、アームシリンダ26am、バケットシリンダ26bkの作動速度を低下させることができる。

次に、図５および図６に示された他の実施の形態を説明する。なお、図１乃至図４に示された一実施の形態と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。

図１乃至図４に示された一実施の形態は、電磁切換弁53，54が、定比減圧弁51，52のスプリング84側のパイロット室91に対して設けられた例であるが、図５および図６に示された他の実施の形態は、電磁切換弁53，54が、定比減圧弁51，52のスプリング84側とは反対側のパイロット室89に対して設けられた例であり、これらの電磁切換弁53，54は、出力ポート87に連通されたパイロット通路46b，47bとパイロット室89のポート96との間に設けられている。さらに、スプリング室を兼ねたパイロット室91は、内部通路97を経てタンクポート86に連通されている。

そして、電磁切換弁53，54が非励磁の場合は、パイロット室89がポート96を経てタンク59に導かれ、パイロット室89には圧力が殆どないので、スプール内通路94を経てパイロット室93に導かれたパイロットバルブ48からの入力２次圧Ｐcにより、スプール82は下方に押され、入口ポート85と出口ポート87とが、スプール82の周溝95を経て連通する。その結果、定比減圧弁51，52からの出力２次圧Ｐcoは、入力２次圧Ｐcのまま、減圧されずに出力される。

一方、電磁切換弁53，54が励磁された場合は、パイロット室89には出口ポート87の出力２次圧Ｐcoが導かれるので、スプール82を上方向に作用する力Ｆaは、Ａ1・Ｐcoであり、(1)式が成立するとともに、パイロット室93には入力２次圧Ｐcが導かれ、パイロット室91はタンク59に開放され圧力は殆どないので、スプール82を下方向に作用する力Ｆcは、Ａ3・Ｐc＋Ｗとなり、(6)式が成立するので、前記実施の形態と同様の作用により、入力２次圧Ｐcは一定の比率で減圧され、同様に通常作業から微操作作業への切換に対応できる。

以上のように、本発明は、従来技術の微操作域が狭かった課題を複雑な制御系を用いることなく解決でき、広範囲の微操作域を確保でき、操作性を格段に向上できる。

本発明は、掘削作業とクレーン作業とのモード切換のみに限定されるものではなく、微操作性を要求される他の作業にも適用できる。

本発明に係るアクチュエータ制御装置の一実施の形態を示す回路図である。 同上アクチュエータ制御装置を搭載した作業機械をクレーン作業に用いた場合の側面図である。 同上アクチュエータ制御装置の定比減圧弁を示すモデル断面図である。 同上アクチュエータ制御装置のレバー操作量・パイロット圧の特性図である。 本発明に係るアクチュエータ制御装置の他の実施の形態を示す回路図である。 他の実施の形態における定比減圧弁を示すモデル断面図である。 従来のアクチュエータ制御装置を示す回路図である。 従来のレバー操作量・パイロット圧の特性図である。

符号の説明

21 機体
21a 下部走行体
21b 上部旋回体
22 作業装置
23 ブーム
24 アーム
25 バケット
26 アクチュエータ
40 アクチュエータ制御装置
42 ポンプとしてのメインポンプ
45 コントロールバルブ
46a，46b，47a，47b パイロット通路
48 パイロットバルブ
51，52 定比減圧弁
53，54 切換手段（電磁切換弁）
55，56 バイパス通路
57，58 チェック弁

Claims (5)

1. ポンプからアクチュエータに供給される作動流体を制御するコントロールバルブと、
   コントロールバルブを手動操作量に応じて発生するパイロット圧によりパイロット操作するパイロットバルブと、
   パイロットバルブとコントロールバルブとの間のパイロット通路中に設けられパイロットバルブ側の入口側圧力に対しコントロールバルブ側の出口側圧力を所定の比率に減圧する定比減圧弁と、
   定比減圧弁を減圧作動状態と非作動状態に切換える切換手段と
   を具備したことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 切換手段は、定比減圧弁を切換える切換圧を出力する電磁切換弁を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
3. 定比減圧弁に対し並列に接続されたバイパス通路と、
   バイパス通路中に設けられコントロールバルブ側のパイロット通路中にあるパイロット流体を中立位置のパイロットバルブに戻すチェック弁と
   を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ制御装置。
4. 機体と、
   機体に装着され複数の作業に用いることが可能な作業装置と、
   機体および作業装置を作動するアクチュエータを制御する請求項１乃至３のいずれか記載のアクチュエータ制御装置と
   を具備したことを特徴とする作業機械。
5. 機体は、下部走行体に対し上部旋回体が旋回可能に設けられ、
   作業装置は、掘削作業とクレーン作業とに併用可能なブーム、アームおよびバケットを備えた
   ことを特徴とする請求項４記載の作業機械。

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