JP3078947B2

JP3078947B2 - 流体圧アクチュエータの駆動制御装置

Info

Publication number: JP3078947B2
Application number: JP05072030A
Authority: JP
Inventors: 義弘浜崎; 浩一本家; 宗夫中山; 宰一錦野; 茂樹北川; 秀雄有光; 浩司遠藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: DE4410976C2; JPH06280814A; DE4410976A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧モータ等の流体圧
アクチュエータの駆動を制御するための装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば操作レバーの操作量に応じ
て流体圧アクチュエータの駆動を制御する装置として
は、いわゆる速度制御式のものが一般に良く知られてい
る。この装置では、油圧ポンプ等の流体圧源と、油圧モ
ータ等の流体圧アクチュエータとの間に方向制御弁が設
けられるとともに、この方向制御弁は例えばそのスプー
ルがストローク（変位）するにつれて開口面積が増減す
る（すなわち作動流体の流量が増減する）ように構成さ
れている。一方、この駆動制御装置は、外部からレバー
操作される操作装置を備え、この操作装置における操作
レバーの操作位置と、基準位置との差（すなわち操作
量）に見合った速度で流体圧アクチュエータが作動する
ように上記スプールのストロークを制御するように構成
されている。

【０００３】一方、特公昭５７−４０９２１号公報に
は、上記流体圧アクチュエータと流体圧源との間に逆止
弁を設け、この逆止弁で操作レバーの操作量に応じたパ
イロット圧と流体圧アクチュエータの入口圧とをバラン
スさせることにより、流体圧アクチュエータの出力トル
クを制限するようにしたものが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記速度制御式の装置
では、操作レバーの操作量に見合った速度で流体圧アク
チュエータが作動するため、作業者の操作感覚にマッチ
した制御を行うことができるが、その反面、流体圧アク
チュエータの出力トルクを制限できないため、実際には
流体圧アクチュエータの負荷が過剰に増大していても作
業者がこれを知らずにレバーを大きく操作することによ
り、無理な駆動が続けられるおそれがある。特に、作業
個所が目視で確認できないような状況下では、上記無理
な駆動が続けられるおそれが高い。

【０００５】これに対し、上記公報に示される装置で
は、流体圧アクチュエータの駆動力支持装置に過負荷が
生じるのを防ぐことができるが、この装置には、次のよ
うな解決すべき課題がある。

【０００６】(a) 前記速度制御式の装置において用いら
れているスプール方式の方向制御弁では、ストロークと
開口面積との関係を大きなストロークの範囲で設定でき
るので、操作可能な範囲を大きく確保でき、また開口面
積の特性を作業装置の特性に合せて設定することができ
るのに対し、上記公報の装置では逆止弁を用いているの
で、比較的小さいストロークで開口面積を制御する必要
があり、圧力変動に制御性能が影響を受けやすい。

【０００７】(b) アクチュエータの入口側の圧力のみで
作動速度が決定されるので、出口圧が変化した場合に実
際のアクチュエータの負荷状態に見合った速度制御が行
えなくなる場合が生じる。

【０００８】(c) バルブブロックを多連にしてコンパク
ト化を図るべく、同一の流体圧源に複数の流体圧アクチ
ュエータ及び逆止弁を直列に接続して同時駆動する場
合、上流側のアクチュエータの負荷はそれ自身の負荷と
下流側のアクチュエータの負荷とが重ね合わさせたもの
となる。ここで上記公報の装置では、トルク制限用の逆
止弁においてパイロット圧とモータ入口圧とをバランス
させているため、上流側のアクチュエータの負荷が一定
であっても下流側のアクチュエータの負荷が変動するこ
とにより、上流側のアクチュエータについて設けられた
逆止弁における圧力バランスに影響を与えることにな
り、よって各アクチュエータの駆動を互い独立して良好
に制御することができない不都合がある。

【０００９】本発明は、このような課題を解決すること
ができる流体圧アクチュエータの駆動制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、流体圧アクチュエータと、こ
の流体圧アクチュエータの駆動源である流体圧源との間
に、スプールの変位により流量調整可能な方向制御弁が
設けられた流体圧アクチュエータの駆動制御装置におい
て、上記流体圧アクチュエータの負荷を検出する負荷検
出手段と、外部からの操作を受ける操作装置と、この操
作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、この操作
量検出手段で検出された操作量に対応する指定負荷を設
定する負荷換算手段と、この指定負荷と上記負荷検出手
段で検出された検出負荷とを比較し、これら指定負荷と
検出負荷との偏差に対応する作動指令信号を演算する指
令信号演算手段と、演算された作動指令信号に基づいて
上記方向制御弁を作動させる方向制御弁駆動手段とを備
え、前記指令信号演算手段は、前記検出負荷が前記指定
負荷以上の場合に、流体圧アクチュエータに正方向の駆
動力を与えるのを停止するように方向制御弁を作動させ
るための作動指令信号を演算するものであるものである
（請求項１）。

【００１１】上記作動指令信号の具体的な演算内容とし
ては、指定負荷が検出負荷よりも大きい場合には流体圧
アクチュエータに正方向の駆動力を与えるように方向制
御弁を作動させ、指定負荷が検出負荷よりも小さい場合
には流体圧アクチュエータに負方向の駆動力を与えるよ
うに方向制御弁を作動させ、両負荷が等しい場合には流
体圧アクチュエータの駆動を停止させるように方向制御
弁を作動させるための作動指令信号を演算することが好
ましく（請求項２）、この場合、上記指令負荷と検出負
荷との偏差の絶対値が大きいほど方向制御弁における流
量が増大する方向に方向制御弁を作動させる作動指令信
号を演算することがより好ましい（請求項３）。

【００１２】さらに、上記指令負荷と検出負荷との偏差
と上記作動指令信号との関係を決める関数を上記指令信
号演算手段に記憶させるとともに、外部からの操作を受
けて上記関数の内容を変化させる操作モード調節手段を
備えたり（請求項４）、上記指令信号演算手段による演
算モードを負荷制御モードと速度制御モードとに切換え
る制御モード切換手段を備え、負荷制御モードに切換え
られた場合には、上記指定負荷と上記負荷検出手段で検
出された検出負荷とを比較し、これら指定負荷と検出負
荷との偏差に対応する作動指令信号を演算し、速度制御
モードに切換えられた場合には、検出された操作量と予
め設定された基準位置とを比較し、両位置の偏差に応じ
た流量が上記方向制御弁に発生する方向にこの方向制御
弁を作動させる作動指令信号を演算するように上記指令
信号演算手段を構成したりする（請求項５）ことによ
り、後述のようなより優れた効果が得られる。

【００１３】また本発明では、一つの流体圧源に対して
複数の方向制御弁を直列に接続することが可能である
（請求項６）。

【００１４】

【作用】請求項１記載の装置では、操作装置の操作量に
対応する指定負荷と、実際に検出された検出負荷（例え
ば流体圧アクチュエータの入口圧と出口圧との差圧）と
が比較され、両負荷の偏差に基づいて方向制御弁の作動
指令信号が出力される。すなわち、実際の検出負荷と指
定負荷との大小関係に基づいて流体圧アクチュエータの
駆動制御が行われ、前記検出負荷が前記指定負荷以上の
場合に、流体圧アクチュエータに正方向の駆動力を与え
るのを停止する制御が行われるので、流体圧アクチュエ
ータの駆動力支持装置に過剰の負荷が発生した状態での
運転の続行を回避することができる。また、上記方向制
御弁はスプールの作動で流量調整を行うものであるの
で、大きなストロークが確保される。

【００１５】より具体的に、請求項２記載の装置では、
指定負荷が検出負荷よりも大きい場合には正方向の駆動
力が、指定負荷が検出負荷よりも小さい場合には負方向
の駆動力がそれぞれ流体圧アクチュエータに与えられ、
両負荷が等しい場合には流体圧アクチュエータの駆動が
停止されるように方向制御弁の作動制御が行われるの
で、常に実際の負荷を指定負荷に近付けるような制御が
実行されることになる。

【００１６】さらに、請求項３記載の装置では、上記指
定負荷と検出負荷との偏差の絶対値が大きいほど、両負
荷を減少させる方向に、より大きな速度で流体圧アクチ
ュエータが駆動されるように方向制御弁の作動制御が行
われるため、実際の負荷は上記指定負荷により早く近づ
くことになる。

【００１７】また請求項４記載の装置では、外部から操
作モード調節手段を操作することによって、上記指令負
荷と検出負荷との偏差に対応する作動指令信号の演算内
容（すなわち流体圧アクチュエータの駆動制御内容）を
運転条件に応じて変更することができる。

【００１８】また請求項５記載の装置では、制御モード
切換手段で指令信号演算手段の演算モードを負荷制御モ
ードに切換えることにより、上記のように操作装置の操
作で指定負荷を指定でき、これと実際の負荷との偏差に
基づく制御を実行させることができる一方、上記演算モ
ードを速度制御モードに切換えることにより、実際の負
荷に関係なく上記操作装置の操作量に応じた速度で流体
圧アクチュエータを駆動する、いわゆる速度制御を実行
させることができる。

【００１９】これらの装置では、上述のようにスプール
作動で流量調整を行う方向制御弁が用いられているの
で、従来のように逆止弁においてパイロット圧とアクチ
ュエータ入口圧とを圧力バランスさせるものと異なり、
アクチュエータ入口圧が方向制御弁の作動特性にほとん
ど影響しない。従って、請求項６記載のように、一つの
流体圧源に対して複数の方向制御弁を直列に接続しても
各流体圧アクチュエータについて設けられた方向制御弁
を相互独立して的確に作動制御することが可能である。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図４に基づいて説
明する。なお、この実施例では流体圧アクチュエータと
して油圧モータブロック１５内の油圧モータ１６の駆動
制御を行うものを示すが、本発明ではアクチュエータの
種類を問わず、流体圧シリンダその他のアクチュエータ
の制御にも同様に適用が可能である。

【００２１】図１に示す装置は、メイン油圧ポンプ１０
及びパイロット油圧ポンプ１２を備え、上記メイン油圧
ポンプ１０の吐出側及びタンク２０がそれぞれライン１
４Ａ，１８Ａを介して方向制御弁２８の入口側ポートに
接続され、この方向制御弁２８の出口側ポートが、上記
油圧モータ１６の両側にそれぞれライン１４Ｂ，１８Ｂ
を介して接続されている。また、両ライン１４Ａ，１８
Ａ同士はメインリリーフ弁２７を介して接続されてい
る。

【００２２】上記油圧モータ１６は、減速機２２を介し
てウインチドラム２４に接続され、この油圧モータ１６
の作動によりウインチドラム２４が回転駆動されるよう
になっている。この実施例では、ライン１４Ｂから油圧
が供給された時に油圧モータ１６が回転する方向が負方
向とされ、この負方向回転により上記ウインチドラム２
４が巻下げ側に駆動されるようになっている。そして、
この負方向駆動時において油圧モータ１６の入口側及び
出口側となる個所に、圧力センサ２５及び圧力センサ２
６がそれぞれ設けられている。

【００２３】上記方向制御弁２８は、スプールの作動に
よりその開口面積が増減し、これによって流量が調節さ
れる３位置油圧切換弁で構成されており、図示の中立位
置では油圧モータ１６を中立フリーの状態にし（すなわ
ち駆動力を与えなくし）、図の右位置に切換えられた状
態では油圧ポンプ１０からの油圧をライン１４Ｂに導
き、図の左位置に切換えられた状態では油圧ポンプ１０
からの油圧をライン１８Ｂに導くように構成されてい
る。

【００２４】次に、この方向制御弁２８を作動させるた
めのパイロット回路（方向制御弁駆動手段）を説明す
る。前記パイロット油圧ポンプ１２は、ライン３０，３
２をそれぞれ介して巻下げ用電磁比例弁３４及び巻上げ
用電磁比例弁３６に接続されている。巻下げ用電磁比例
弁３４はライン３８を介して上記方向制御弁２８の巻下
げ側パイロットポート２８Ａに、巻上げ用電磁比例弁３
６はライン４０を介して方向制御弁２８の巻上げ用パイ
ロットポート２８Ｂに各々接続されており、両電磁比例
弁３４，３６はライン４２を介してタンク２０に接続さ
れている。各電磁比例弁３４，３６は、コントローラ５
０から出力される電気信号（作動指令信号）に比例した
パイロット圧を上記パイロットポート２８Ａ，２８Ｂに
それぞれ供給するように構成されている。なお、図で４
３はパイロット回路用リリーフ弁である。

【００２５】上記コントローラ５０には、操作量検出部
（操作量検出手段）４５、作業モード選択スイッチ（作
業モード切換手段）４６、及び操作モード調節器（操作
モード調節手段）４８が接続されている。上記操作量検
出部４５は、操作レバー４４とともに操作装置を構成
し、この操作レバー４４の中立位置Ｐｎからの変位量
（すなわち操作量）を検出するものである。作業モード
選択スイッチ４６は、外部からの操作を受けることによ
り、コントローラ５０によるアクチュエータ駆動制御モ
ードを後述の圧力制御モードと速度制御モードとに切換
えるものであり、操作モード調節器４８は、外部からの
操作を受けることにより、後述の作動指令信号演算動作
の内容を変更させるものである。

【００２６】図２に示すように、上記コントローラ５０
は、差圧演算手段５１、負荷換算手段５２、中立位置設
定手段５３、及び指令信号演算手段５４を備えている。

【００２７】差圧演算手段５１は、圧力センサ２５で検
出された圧力Ｐi と圧力センサ２６で検出された圧力Ｐ
e との差圧（Ｐe −Ｐi ）を演算し、これを油圧モータ
１６の実際の負荷（検出負荷）Ｐａとして指令信号演算
手段５４に入力するものである。すなわち、この差圧演
算手段５１及び前記両圧力センサ２５，２６により、本
発明における負荷検出手段が構成されている。

【００２８】負荷換算手段５２は、操作量検出器４５で
検出された操作レバー４４の操作量を、これに対応する
（この実施例では比例する）負荷に換算するものであ
り、この負荷を指定負荷Ｐo として上記指令信号演算手
段５４に入力するものである。また、中立位置設定手段
５３は、上記操作レバー４５が中立位置にある場合に負
荷換算手段５２で換算される負荷（ここでは０）Ｐｎを
指令信号演算手段５４に入力するものである。

【００２９】指令信号演算手段５４は、上記各手段５１
〜５３から入力される信号に基づいて、上記電磁比例弁
３４，３６に出力するための作動指令信号Ｓを演算する
ものであり、その演算モードが、作業モード選択スイッ
チ４６からのモード選択信号により、圧力制御モード
（負荷制御モード）と速度制御モードとに切換えられる
ように構成されている。具体的に、この指令信号演算手
段５４は各モードにおいて次のような演算動作を行う。

【００３０】Ａ）圧力制御モード差圧演算手段５１で演算されたモータ差圧（検出負荷）
Ｐa と、負荷換算手段５２で演算された指定負荷Ｐo と
の偏差ΔＰ（＝Ｐo −Ｐa ）を演算し、この偏差ΔＰ
と、予め設定された関数（次式数１）とに基づいて作動
指令信号Ｓを演算する。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここで、Ｓmaxは方向制御弁２８における
スプールをフルストロークさせるための作動指令信号、
ΔＰmaxは上記スプールをフルストロークさせるべき時
の偏差ΔＰ（すなわち偏差ΔＰの最大値）であり、ｎの
値は操作モード調節器４８からの調節信号に応じてｎ＞
０の範囲で適宜変更されるようになっている。また、作
動指令信号Ｓの符号は、Ｓが負の場合にはこの作動指令
信号Ｓを巻下げ側電磁比例弁３４に出力して方向制御弁
２８の巻下げ側パイロットポート２８Ａにパイロット圧
を供給し、Ｓが正の場合には作動指令信号Ｓを巻上げ側
電磁比例弁３６に出力して巻上げ側パイロットポート２
８Ｂにパイロット圧を供給することを意味する。

【００３３】従って、この指令信号演算手段５４におい
ては、ΔＰ＞０の時にはドラム巻上げ方向（すなわち正
方向）の駆動力を油圧モータ１６に供給し、ΔＰ＜０の
時にはドラム巻下げ方向（すなわち負方向）の駆動力を
油圧モータ１６に供給し、ΔＰ＝０のときには油圧モー
タ１６を停止の状態にする（すなわち駆動力を与えな
い）ための作動指令信号Ｓが演算される。

【００３４】Ｂ）速度制御モードこのモードでは、上記偏差ΔＰとして、検出負荷Ｐａと
指定負荷Ｐｏの偏差の代わりに、この検出負荷Ｐａに関
係なく、上記指定負荷Ｐｏと、中立位置設定手段５３で
設定された中立位置での換算負荷Ｐｎとの差を演算し、
このようにして演算された偏差ΔＰに基づいて上記関数
Ｓ＝ｆ(ΔＰ）から作動指令信号Ｓを演算する。

【００３５】次に、この装置の作用を図３のフローチャ
ートを参照しながら説明する。

【００３６】まず、コントローラ５０に各データが読み
込まれ（ステップＳ１）、これらのデータに基づき、ア
クチュエータである油圧モータ１６の実際の負荷（検出
負荷）Ｐａの演算、操作レバー４４の操作量に対応する
指定負荷Ｐｏの演算、操作モード調節器４８からの調節
信号により決まる操作モード関数（数１）の設定、及び
作業モード選択スイッチ４６により選択された作業モー
ド（演算モード）の判定が行われる（ステップＳ２）。

【００３７】ここで、選択モードが圧力制御モードであ
る場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ΔＰとして、油
圧モータ１６の検出負荷Ｐａと、操作レバー操作量に対
応する指定負荷Ｐｏの偏差（＝Ｐｏ−Ｐａ）が演算され
（ステップＳ４）、この偏差ΔＰと前述の関数Ｓ＝ｆ
(ΔＰ）とに基づいて、作動指令信号Ｓが演算される
（ステップＳ６）。

【００３８】この作動指令信号Ｓが正の場合、すなわち
指定負荷Ｐｏが検出負荷Ｐａよりも大きい場合（ステッ
プＳ７で「Ｓ＞０」）には、現在の負荷よりもまだ大き
な負荷で油圧モータ１６を駆動できるので、この作動指
令信号Ｓが巻上げ側電磁比例弁３６に出力され（ステッ
プＳ８）、これにより方向制御弁２８のスプールが作動
指令信号Ｓに比例したストロークだけ中立位置から巻上
げ側に変位する。これにより油圧モータ１６にはライン
１８Ｂから油圧が供給されて油圧モータ１６には正方向
（すなわちその負荷が増大する方向）の駆動力が供給さ
れ、ウインチドラム２４には巻上げ方向の駆動力が与え
られる。

【００３９】これに対し、作動指令信号Ｓが負の場合、
すなわち指定負荷Ｐｏが検出負荷Ｐａよりも小さい場合
（ステップＳ７で「Ｓ＜０」）には、現在の負荷が指定
負荷Ｐｏを超えているので、この時の実際の負荷を下げ
るべく、作動指令信号Ｓが巻下げ側電磁比例弁３４に出
力され（ステップＳ９）、これにより方向制御弁２８の
スプールが作動指令信号Ｓに比例したストロークだけ中
立位置から巻下げ側に変位する。これにより油圧モータ
１６にはライン１４Ｂから油圧が供給されて油圧モータ
１６には負方向（すなわちその負荷が減少する方向）の
駆動力が供給され、ウインチドラム２４には巻下げ方向
の駆動力が与えられる。

【００４０】また、作動指令信号Ｓが０の場合、すなわ
ち両負荷Ｐｏ，Ｐａが等しい場合（ステップＳ７で
「０」）には、現在の負荷が適正であるので、いずれの
電磁比例弁３４，３６にも作動指令信号は出力されず
（ステップＳ１０）、方向制御弁２８は中立位置に復帰
する。従って、油圧モータ１６には駆動力が供給され
ず、油圧モータ１６及びウインチドラム２４は停止の状
態となる。

【００４１】一方、作業モード選択スイッチ４６により
演算モードが速度制御モードに切換えられた場合（ステ
ップＳ３でＮＯ）には、ΔＰとして、中立位置設定手段
５３で設定された、中立位置に対応する負荷Ｐｎからの
実際の操作量に対応する指定負荷Ｐｏの偏差（＝Ｐｏ−
Ｐｎ）が演算され、このΔＰに基づき、以降は上記圧力
制御モードと同じ動作が実行される（ステップＳ６〜Ｓ
１０）。従って、この速度制御モードでは、実際の負荷
に関係なく、操作レバー４４が正方向に操作された場合
には、その操作量に見合ったストロークだけ方向制御弁
２８のスプールが巻上げ側に変位し、その結果、上記操
作量に見合った速度で正方向に油圧モータ１６が駆動さ
れ、逆に操作レバー４４が負方向に操作された場合に
は、その操作量に見合ったストロークだけ方向制御弁２
８のスプールが巻下げ側に変位し、その結果、上記操作
量に見合った速度で負方向に油圧モータ１６が駆動され
ることとなる。

【００４２】以上のように、この装置では、作業モード
（演算モード）が圧力制御モードに切換えられた状態
で、操作レバー４４の操作量を指定負荷Ｐｏに換算し、
この指定負荷Ｐｏと検出負荷Ｐａとの偏差ΔＰを減少さ
せる方向の駆動力を油圧モータ１６に与えるようにして
いるので、常に油圧モータ１６駆動系の過負荷発生を抑
制するような安全性の高い駆動制御を行うことができ
る。例えば、巻上げ駆動時に吊荷が障害物に引掛かる等
して負荷が大きくなる場合、負荷が指定負荷を超えない
ように巻上げ側の駆動力を加減し、さらに指定負荷を超
えた大きな負荷が作用した場合等には、この負荷が指定
負荷に下がるまで自動的にウインチドラム２４に対して
巻下げ側の駆動力を与えることができ、また巻下げ駆動
で吊荷が着地する際には、その着地とともに巻下げ速度
を自動的に下げることが可能になる。従って、特に作業
者からは見えない部分での作業等に非常に有効となる。

【００４３】しかも、上記駆動速度は、上記偏差ΔＰの
絶対値が大きくなるほど増大するように設定しているの
で、偏差ΔＰをより早く減少させることが可能である。
また、実際の負荷が変化しない場合（吊荷が宙吊り状態
の場合など）にはΔＰは操作量の大きさによって変化す
るので、操作量に見合った駆動速度とすることができ、
クレーン操作が容易になる。

【００４４】また、上記のような駆動トルクの制限を、
従来のような逆止弁を用いるのではなく、スプールスト
ロークで流量を調整する方向制御弁２８を用いて行って
いるので、逆止弁のものに比べて大きなストロークでよ
り広い制御可能範囲を確保でき、しかも、油圧モータ１
６の入口圧、出口圧の双方を考慮した制御を実行するこ
とができる。

【００４５】さらに、この実施例では、外部からの作業
モード選択スイッチ４６の操作によって、指令信号演算
手段５４の演算モード（作業モード）を圧力制御モード
と速度制御モードとに切換えられるようにしているの
で、上記のように作業者が目視で確認できない個所での
作業等では圧力制御モードを選択することにより、安全
な運転を確保する一方、通常の運転時等には従来と同様
の速度制御モードを選択することにより、操作レバー４
４を操作する作業者の感覚にマッチした駆動制御を実行
することができる利点がある。

【００４６】例えば、クレーンの巻上げウインチでは、
その工事内容が建方の場合、レバー操作量に応じた速度
が得られ、また位置決めしやすい速度制御が適してお
り、工事内容が土木工事の場合には、吊荷が障害物と接
触した場合や杭の引き抜き時に過大な力が発生するのを
防ぐことができる圧力制御が適している。海上工事にお
いても、波などでクレーンがゆれても吊荷の位置がずれ
ないようにするタグライン効果が得られる圧力制御が有
効となる。

【００４７】また旋回装置においては、負荷にかかわら
ず操作量に応じた旋回速度が得たい場合には速度制御、
操作量に応じた加速感が得たい場合や海上工事で波の動
揺に対する追従性を得たい場合には圧力制御が好適とな
る。油圧ショベルの作業装置においても、クレーン作業
や法面整正作業には姿勢制御しやすい（あるいは位置決
めしやすい）速度制御を選択する一方、過大な力が作用
しないように掘削領域を調整しながら効率の良い掘削作
業を行いたい場合には圧力制御を選択するようにすれば
よい。

【００４８】さらに、この実施例では、操作モード調節
器４８で上記関数Ｓ＝ｆ(ΔＰ）における指数ｎを外部
からの操作により変更できるようにしているので、運転
条件に応じてこれに適した偏差ΔＰと作動指令信号Ｓと
の関係を設定することができる。例えば、ｎを１／２に
設定した場合には、図４に示すように偏差ΔＰが小さい
ほど作動指令信号Ｓの増大率が大きい関数を得、逆にｎ
を２に設定した場合には、偏差ΔＰが大きくなるほど作
動指令信号Ｓの増大率が大きくなる関数を得ることがで
きるので、例えばバケット操作の場合には前者、クレー
ン操作の場合には後者を選択することにより、常にその
作業内容に適した制御を実行することができる。

【００４９】なお、この関数ｆ（ΔＰ）の内容は適宜設
定すれば良く、例えば次式（数２）に示すような関数を
用いても良い。

【００５０】

【数２】

【００５１】この場合においても、操作モード調節器４
８で係数ａの値を適宜変更することにより、図５に示す
ような種々の操作モードを得ることができ、装置の適用
範囲を広げることができる。

【００５２】また、本発明は例として次のような態様を
とることも可能である。

【００５３】(1) 本発明では、図６に示すように、単一
の油圧ポンプ１０に対して複数（図例では２つ）の油圧
アクチュエータ１６Ａ，１６Ｂ及び方向制御弁２８Ａ，
２８Ｂを直列に接続するようにしてもよい。ここで、従
来のように逆止弁を用いて圧力制御を行う装置では、各
逆止弁においてパイロット圧とモータ負荷とをバランス
させているので、上流側の油圧モータについて設けられ
た逆止弁の作動に下流側の油圧モータの負荷が影響する
こととなり、各モータの駆動制御を独立して良好に行い
得ない不都合があるが、本発明では、図６に示すように
スプール作動式の方向制御弁２８Ａ，２８Ｂを用いてお
り、各方向制御弁２８Ａ，２８Ｂの作動はパイロット圧
Ｐ_1a，Ｐ_1b，Ｐ_2a，Ｐ_2bだけで決まるので、直列接続を
行っても各油圧モータ１６の駆動制御を相互独立して良
好に行うことができる利点がある。

【００５４】(2) 本発明では、負荷検出手段の種類を問
わず、上記圧力センサの他、流体圧モータの駆動制御で
は、出力軸トルクや駆動トルクを検出するトルクセン
サ、巻上げウインチ装置に設けられるロードセル等の荷
重センサを用いることができ、流体圧シリンダの駆動制
御では、シリンダを固定するピン荷重を検出する荷重セ
ンサ、シリンダによって構成される作業の歪みを検出す
る歪みセンサ等を代用することが可能である。

【００５５】(3) 前記操作モード調節器４８としては、
ｎの値を複数の選択値の中から選ぶようにするスイッチ
で構成しても良いし、ｎの値をアナログ的に変化させる
可変抵抗ボリュームで構成してもよい。

【００５６】(4) 上記実施例では油圧回路を示したが、
本発明では作動流体の種類を問わず、例えば空気圧回路
を用いる装置にも適用が可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００５８】請求項１記載の装置では、操作装置の操作
位置に対応する指定負荷と、実際に検出された検出負荷
とを比較し、両負荷の偏差に基づいて方向制御弁の作動
指令信号を演算する、すなわち、実際の検出負荷と指定
負荷との大小関係に基づいて流体圧アクチュエータの駆
動制御を行い、前記検出負荷が前記指定負荷以上の場合
には流体圧アクチュエータに正方向の駆動力を与えるの
を停止するように方向制御弁を作動させる制御を行うよ
うにしているので、流体圧アクチュエータが過負荷の状
態で運転が続けられるのを未然に防ぐことができ、常
に、操作装置により指定された指定負荷と実際の負荷と
を比較考慮した安全なアクチュエータ駆動を行うことが
できる効果がある。しかも、このような圧力制御をスプ
ール作動式の方向制御弁を用いて行うことを可能にして
いるので、従来のように逆止弁を用いるものに比べ、大
きなストロークを確保し、ひいては制御可能範囲を大幅
に拡大することができるとともに、アクチュエータの入
口圧のみならずその負荷を考慮した制御で、より実際の
運転状態に即した制御を行うことができる効果がある。

【００５９】より具体的に、請求項２記載の装置では、
指定負荷が検出負荷よりも大きい場合には正方向の駆動
力を、指定負荷が検出負荷よりも小さい場合には負方向
の駆動力をそれぞれ流体圧アクチュエータに与えられ、
両負荷が等しい場合には流体圧アクチュエータの駆動を
停止するように方向制御弁の作動制御を行っているの
で、実際の負荷が操作装置の操作で指定された負荷より
高まっているにもかかわらず流体圧アクチュエータが正
方向（すなわち実際の負荷がさらに増大する方向）に駆
動されることを防ぎ、常に検出負荷を指定負荷に近付け
るような制御を実行することができる効果がある。

【００６０】さらに、請求項３記載の装置では、上記指
定負荷と検出負荷との偏差の絶対値が大きいほど、両負
荷を減少させる方向により大きな速度で流体圧アクチュ
エータが駆動されるように方向制御弁の作動制御を行つ
ているので、上記作業負荷（実際の負荷）をより早く上
記指定負荷に近付けることができる効果がある。また、
実際の負荷が変化しない場合（例えば吊荷が宙吊り状態
にある場合）は、操作量の大きさによって偏差の大きさ
を設定できるので、駆動速度を自由に変更することがで
きる。

【００６１】また請求項４記載の装置では、外部から操
作モード調節手段を操作することによって、上記指令負
荷と検出負荷との偏差に対応する作動指令信号の演算内
容（すなわち流体圧アクチュエータの駆動制御内容）を
変更することを可能にしているので、このような演算内
容の変更により、実際の運転条件に適した偏差と作動指
令信号との関係を得ることができ、常にその運転条件に
あった駆動制御を実行することができる効果がある。

【００６２】また請求項５記載の装置では、制御モード
切換手段で指令信号演算手段の演算モードを圧力制御モ
ードすなわち指定負荷と実際の負荷との偏差に基づく制
御を実行するモードと、実際の負荷に関係なく操作装置
の操作量に見合った速度でアクチュエータを駆動する速
度制御モードとに切換可能としたものであるので、例え
ば作業者から目視で確認できない場所での作業等では上
記圧力制御モードを選択することにより、実際のアクチ
ュエータ負荷を監視する安全な運転を確保する一方、通
常の作業等においては上記速度制御モードを選択するこ
とにより、操作装置を操作する作業者の感覚にマッチし
た駆動制御を実行することができる効果がある。

【００６３】また請求項６記載の装置では、一つの流体
圧源に対して複数の方向制御弁を直列に接続しているの
で、共通の流体圧源で複数の流体圧アクチュエータを同
時に駆動するとともに、バルブブロックを多連にして全
体をコンパクト化することができる。しかも、スプール
作動で流量調整を行う方向制御弁を用いているため、従
来のように逆止弁においてパイロット圧とアクチュエー
タ負荷とを圧力バランスさせるものと異なり、各流体圧
アクチュエータの駆動を相互独立して良好に制御するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における油圧モータの駆動制
御装置を示す油圧回路図である。

【図２】上記駆動制御装置に設けられたコントローラの
機能構成を示すブロック図手ある。

【図３】上記コントローラによる制御動作を示すフロー
チャートである。

【図４】上記コントローラにおいて記憶された関数を示
すグラフである。

【図５】上記関数の変形例を示すグラフである。

【図６】上記駆動制御装置における方向制御弁を単一の
油圧ポンプに対して直列に複数接続した例を示す油圧回
路図である。

【符号の説明】

１０メイン油圧ポンプ（流体圧源）１２パイロット油圧ポンプ（方向制御弁駆動手段を構
成）１６油圧モータ（流体圧アクチュエータ）２５入口圧センサ（負荷検出手段を構成）２６出口圧センサ（負荷検出手段を構成）２８方向制御弁３４，３６電磁比例弁（方向制御弁駆動手段を構成）４５操作量検出器（操作位置検出手段）４６作業モード選択スイッチ（演算モード切換手段）４８操作モード調節器（操作モード調節手段）５０コントローラ５１差圧演算手段（負荷検出手段を構成）５２負荷換算手段５３中立位置設定手段５４指令信号演算手段

フロントページの続き (72)発明者本家浩一神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者中山宗夫兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者錦野宰一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者北川茂樹兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者有光秀雄兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者遠藤浩司神戸市須磨区南落合１丁目10番21号 (56)参考文献特開昭62−151315（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−242104（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−65304（ＪＰ，Ａ) 特開平５−60236（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 11/00 - 11/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体圧アクチュエータと、この流体圧ア
クチュエータの駆動源である流体圧源との間に、スプー
ルの変位により流量調整可能な方向制御弁が設けられた
流体圧アクチュエータの駆動制御装置において、上記流
体圧アクチュエータの負荷を検出する負荷検出手段と、
外部からの操作を受ける操作装置と、この操作装置の操
作量を検出する操作量検出手段と、この操作量検出手段
で検出された操作量に対応する指定負荷を設定する負荷
換算手段と、この指定負荷と上記負荷検出手段で検出さ
れた検出負荷とを比較し、これら指定負荷と検出負荷と
の偏差に対応する作動指令信号を演算する指令信号演算
手段と、演算された作動指令信号に基づいて上記方向制
御弁を作動させる方向制御弁駆動手段とを備え、前記指
令信号演算手段は、前記検出負荷が前記指定負荷以上の
場合に、流体圧アクチュエータに正方向の駆動力を与え
るのを停止するように方向制御弁を作動させるための作
動指令信号を演算するものであることを特徴とする流体
圧アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】請求項１記載の流体圧アクチュエータの
駆動制御装置において、指定負荷が検出負荷よりも大き
い場合には流体圧アクチュエータに正方向の駆動力を与
えるように方向制御弁を作動させ、指定負荷が検出負荷
よりも小さい場合には流体圧アクチュエータに負方向の
駆動力を与えるように方向制御弁を作動させ、両負荷が
等しい場合には流体圧アクチュエータの駆動を停止させ
るように方向制御弁を作動させるための作動指令信号を
演算するように上記指令信号演算手段を構成したことを
特徴とする流体圧アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】請求項２記載の流体圧アクチュエータの
駆動制御装置において、上記指令負荷と検出負荷との偏
差の絶対値が大きいほど方向制御弁における流量が増大
する方向に方向制御弁を作動させる作動指令信号を演算
するように上記指令信号演算手段を構成したことを特徴
とする流体圧アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の流体圧
アクチュエータの駆動制御装置において、上記指令負荷
と検出負荷との偏差と上記作動指令信号との関係を決め
る関数を上記指令信号演算手段に記憶させるとともに、
外部からの操作を受けて上記関数の内容を変化させる操
作モード調節手段を備えたことを特徴とする流体圧アク
チュエータの駆動制御装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の流体圧
アクチュエータの駆動制御装置において、上記指令信号
演算手段による演算モードを負荷制御モードと速度制御
モードとに切換える制御モード切換手段を備え、負荷制
御モードに切換えられた場合には、上記指定負荷と上記
負荷検出手段で検出された検出負荷とを比較し、これら
指定負荷と検出負荷との偏差に対応する作動指令信号を
演算し、速度制御モードに切換えられた場合には、検出
された操作量と予め設定された基準位置とを比較し、両
位置の偏差に応じた流量が上記方向制御弁に発生する方
向にこの方向制御弁を作動させる作動指令信号を演算す
るように上記指令信号演算手段を構成したことを特徴と
する流体圧アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載のアクチ
ュエータの駆動制御装置において、一つの流体圧源に対
して複数の方向制御弁を直列に接続したことを特徴とす
る流体圧アクチュエータの駆動制御装置。