(57)【要約】【課題】比例シート弁の入口ポートと出口ポートの圧力差の大きさに応じて比例シート弁の動特性を補償できる比例シート弁の駆動制御装置の提供。【解決手段】操作装置１０４から指令信号がコントローラ１０６に入力されると、減算器１０６Ｅにより、第１検出器１０５ａで検出された圧力Ｐｓと第２検出器１０５ｂで検出された圧力Ｐａとが減算され、比例シート弁５０の入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰが算出される。そして選択器１０６Ｆにより、圧力差ΔＰが、予め設定された大きさの異なる複数の圧力差ΔＰＡ，ΔＰＢ，ΔＰＣ，ΔＰＤのいずれに該当するかが判定され、指令信号の補正に最も適した補償器が複数の第１〜第４補償器１０６Ａ〜１０６Ｄの中から選択される。選択された補償器では、指令信号が補正され、その補正値に相応する制御信号が比例シート弁５０のパイロット弁２０のソレノイド２０ｃに出力されるようにした。【選択図】　　　　図２
2004100715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令信号を出力する指令手段と、
入力ポートおよび出力ポート、これら入力ポートと出力ポートの間に絞りを形成するシート弁、および、このシート弁を制御するパイロット弁を含む比例シート弁と、
前記指令信号を入力されて、前記パイロット弁を制御する制御信号を出力するコントローラとを備える比例シート弁の駆動制御装置であって、
前記コントローラが、前記指令信号を補正する複数の補償手段と、
前記入力ポートと前記出力ポートの圧力差を演算する圧力差演算手段と、
この圧力差演算手段により演算された前記圧力差が、予め設定された大きさの異なる複数の圧力差のいずれに該当するかを判定する判定手段と、
この判定手段による判定結果に応じて、前記複数の補償手段のいずれかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする比例シート弁の駆動制御装置。
【請求項２】
前記入力ポートの圧力を検出する第１圧力検出器と、
前記出力ポートの圧力を検出する第２圧力検出器とを備えるとともに、
前記圧力差演算手段が、前記第１圧力検出器により検出された圧力と、前記第２圧力検出器により検出された圧力とを減算して、前記圧力差を算出する減算器からなることを特徴とする請求項１記載の比例シート弁の駆動制御装置。
【請求項３】
前記圧力差演算手段が、前記指令信号と、前記比例シート弁が制御する油圧アクチュエータの流量仕様とに基づいて、前記圧力差を算出する演算器からなることを特徴とする請求項１記載の比例シート弁の駆動制御装置。
【請求項４】
前記指令手段が、操作レバーを有するとともに、この操作レバーの操作量に相当する指令信号を出力する操作装置からなり、
前記比例シート弁が、油圧アクチュエータに与えられる圧油の流量を制御可能に設けられることを特徴とする請求項１記載の比例シート弁の駆動制御装置。
【請求項５】
建設機械に設けられることを特徴とする請求項４記載の比例シート弁の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比例シート弁の動特性を補償する比例シート弁の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、油圧ショベルなどの作業機械では、アクチュエータに与える圧油の流量を制御するために、スプール弁が利用されている。しかし、アクチュエータに与える圧油の流量が例えば１０００（ｌ／ｍｉｎ）以上必要な大型の作業機械では、他の機器との関係で設置スペースが制限され、スプール弁を設けることが困難な場合がある。
【０００３】
そこで、本願発明者は、スプール弁と同様の制御を、スプール弁よりも小型となる比例シート弁を利用して行なうことを考えた。
【０００４】
ここで、この種の比例シート弁について図を用いて説明する。
【０００５】
図７は、比例シート弁を油圧シリンダのメータイン制御に利用した場合の構成図、図８は、図７に示す比例シート弁の動特性の一例を示す特性図である。
【０００６】
図７において、１０１は油圧ポンプ、１０２は油圧ポンプ１０１から供給される圧油により駆動する油圧シリンダ、１０３は油圧シリンダ１０２にかかる負荷、１０４は操作レバー１０４ａの操作量に相当する指令信号を出力する操作装置、５０は油圧シリンダ１０２をメータイン制御する比例シート弁である。
【０００７】
図７に示すように、比例シート弁５０は、ケーシング５に設けられる入力ポート５ａおよび出力ポート５ｂと、ケーシング５内で軸方向に移動自在に設けられるシート弁１と、ソレノイド２０ｃに操作装置１０４からの指令信号を与えられて駆動するパイロット弁２０とを備えている。
【０００８】
入力ポート５ａには、油圧ポンプ１０１が接続され、この油圧ポンプ１０１から圧油が供給されるようになっている。出力ポート５ｂには、油圧アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１０２が接続され、油圧ポンプ１０１からの圧油がシート弁１を介して油圧シリンダ１０２に供給されるようになっている。
【０００９】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の上部に背圧室すなわち第１弁室７を備えている。この第１弁室７の上部には、圧油を導出する導出口５ｃが設けられており、この導出口５ｃは、パイロット弁２０の導入口２０ａに管路１１を介して接続されている。
【００１０】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の下部に、出力ポート５ｂと連続して形成される第２弁室６を備えている。この第２弁室６の上部には、圧油を導入する導入口５ｄが設けられており、この導入口５ｄは、パイロット弁２０の導出口２０ｂに管路１２を介して接続されている。
【００１１】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の上部に、第１弁室７に対して開口する複数のフィードバックスリット２を備えているとともに、シート弁１の下部に、第２弁室６と入力ポート５ａとを連通させる複数のオリフィス３を備えている。
【００１２】
なお、シート弁１は、入力ポート５ａの圧力を受ける受圧面３１の面積がＡｓ、第１弁室７内の圧力を受ける受圧面３２の面積がＡｃ、第２弁室６内で出力ポート５ｂの圧力を受ける受圧面３０の面積がＡａに設定されている。
【００１３】
ここで、入力ポートの圧力Ｐｓ、出力ポートの圧力Ｐａ、第１弁室７の圧力Ｐｃとすると、次式〔数１〕が成立する。
【００１４】
【数１】
2004100715.tif 000003
また、ソレノイド２０ｃにステップ的に指令信号を与えて、パイロット弁２０をΔｙ変位させたことにより、シート弁１がΔｘ変位したとする。また、このとき、シート弁１側において入力ポート５ａから第１弁室７に流入する圧油の流量がΔｑｃ増加し、パイロット弁２０側において導入口２０ａから流入し導出口２０ｂから流出する圧油の流量がΔｑｐ増加したとすると、次式〔数２〕が成立する。
【００１５】
【数２】
2004100715.tif 000004
この式〔数２〕に示すように、比例シート弁５０では、シート弁１の変位Δｘに伴う流量、すなわち次式〔数３〕で表される流量が加味されて、パイロット弁２０の変位ｙに伴ってパイロット弁２０を通過する流量増加のバランスが保たれつつ、シート弁１が変位する。
【００１６】
【数３】
2004100715.tif 000005
パイロット弁２０の動作に対するシート弁１の動特性は、図８に示すようになる。すなわち、図８（ａ）に示すパイロット弁２０の動作に対し、シート弁１の動作は、図８（ｂ）に示すように慣性により系が整定するまでに多少の時間がかかる。なお、シート弁１の変位Δｘの６３％に達するまでに要する時間である時定数Ｔは、次式〔数４〕から得られる。
【００１７】
【数４】
2004100715.tif 000006
Ｃｃ：流量係数，ρ：油の密度，Ｋ：Ａｓ／Ａｃ，Ｗｃ：フィードバックスリット２の開口幅
このように、比例シート弁５０では、系が整定するまでに時間遅れが生じるものの、パイロット弁２０を変位させることにより、シート弁１の位置の制御を精度よく行うことができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の図８（ｂ）に示す時間遅れは、入力ポート５ａと出力ポート５ｂとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）に起因するものであり、その圧力差ΔＰが小さいほど大きくなり、例えば、図９に示すようになる。
【００１９】
図９は、上述の図７に示す比例シート弁５０の入力ポートと出力ポートの圧力差の大きさが異なる複数の場合のそれぞれにおける比例シート弁５０の動特性を示す特性図である。
【００２０】
この図９に示すように、圧力差ΔＰが、圧力差ΔＰＡ，ΔＰＢ，ΔＰＣ，ΔＰＤ（ΔＰＡ＞ΔＰＢ＞ΔＰＣ＞ΔＰＤ）の場合における比例シート弁５０の動特性は、Ａ１〜Ｄ１のように互いに異なったものになる。したがって、作業機械の油圧アクチュエータの制御に比例シート弁５０を利用した場合は、スプール弁を利用した場合には生じない次の問題（１），（２）が生じる。
【００２１】
（１）比例シート弁５０を利用して油圧アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１０２に対してメータイン制御およびメータアウト制御を行う場合、次の問題が生じる。
【００２２】
＜メータイン制御時＞
図１０は、メータイン制御回路の模式図である。
【００２３】
この図１０に示すように、油圧シリンダ１０２のピストンを負荷１０３に対抗して上昇させる場合には、メータイン制御が行われる。この場合、エネルギー効率の観点から比例シート弁５０の圧損を極力少なくするために、ピストンの上昇速度は、油圧ポンプ１０１の吐出流量を調節することにより制御される。したがって、比例シート弁５０では、シート弁１による絞り量を少なくしてピストンの保持圧を小さくする制御が行われる。このため、上述の式〔数４〕の圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）の値は小さくなり、すなわち時定数Ｔが大くなり、比例シート弁５０の応答速度が遅くなる。
【００２４】
＜メータアウト制御時＞
図１１は、メータアウト制御回路の模式図である。
【００２５】
この図１１に示すように、油圧シリンダ１０２のピストンを負荷１０３に対抗させつつ下降させる場合には、メータアウト制御が行われる。この場合、負荷１０３の自由落下に対抗するだけの保持圧をピストンに与える必要があるので、比例シート弁５０では、シート弁１による絞り量を多くする制御が行なわれる。このため、上述の式〔数４〕の圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）の値は大きくなり、すなわち時定数Ｔが上述のメータイン制御の場合よりも小さくなり、比例シート弁５０の応答速度がメータイン制御の場合よりも速くなる。
【００２６】
つまり、比例シート弁５０を利用して油圧シリンダ１０２のメータイン制御およびメータアウト制御を行う場合、メータイン制御時の油圧シリンダ１０２の応答速度とメーターアウト制御時の油圧シリンダの応答速度とが異なるので、オペレータの操作フィーリングに違和感を生じさせるという問題が発生する。
【００２７】
なお、比例シート弁５０を利用した油圧シリンダ１０２などの油圧アクチュエータの制御には、上述のメータイン制御やメータアウト制御の他に、図示しないが主管路を流れる圧油の流量を調節し、油圧アクチュエータの応答速度を制御するブリードオフ制御や、油圧シリンダの一方の油室から他方の油室に流入する圧油の流量を調節し、油圧シリンダの応答速度を制御するメークアップ制御があり、これらの制御を行う場合にも同様の問題が生じる。
【００２８】
（２）建設機械などの作業機械に備えられる異なる複数の油圧アクチュエータのそれぞれに比例シート弁５０に付設して、それらの油圧アクチュエータを制御する場合、次の問題が生じる。
【００２９】
例えば、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０では、ブームシリンダのピストンには常時大きな保持圧が与えられるので、圧力差ΔＰが大きい。すなわち、比例シート弁５０の時定数Ｔは小さく、ブームシリンダの応答速度は速い。
【００３０】
一方、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０では、アームシリンダのピストンに与えられる保持圧は、ブームシリンダのピストンに与えられる保持圧よりも小さいので、圧力差ΔＰは小さい。すなわち、比例シート弁５０の時定数Ｔは、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０の時定数によりも大きく、したがって、アームシリンダの応答速度はブームシリンダの応答速度よりも遅い。
【００３１】
つまり、ある油圧アクチュエータを制御する比例シート弁５０と、別の油圧アクチュエータを制御する比例シート弁５０とでは、同じ制御方法により制御を行っていても、それぞれの油圧アクチュエータに与えられる保持圧の大きさが異なるので、それぞれの油圧アクチュエータを制御する比例シート弁５０のそれぞれにおける圧力差ΔＰの大きさも異なる。したがって、ある油圧アクチュエータと別の油圧アクチュエータとで応答速度が異なり、この点においてもオペレータの操作フィーリングに違和感を生じさせるという問題がある。
【００３２】
本発明は、上述の現状を考慮してなされたもので、その目的は、比例シート弁の入口ポートと出口ポートの圧力差の大きさに応じて比例シート弁の動特性を補償できる比例シート弁の駆動制御装置を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、指令信号を出力する指令手段と、入力ポートおよび出力ポート、これら入力ポートと出力ポートの間に絞りを形成するシート弁、および、このシート弁を制御するパイロット弁を含む比例シート弁と、前記指令信号を入力されて、前記パイロット弁を制御する制御信号を出力するコントローラとを備える比例シート弁の駆動制御装置であって、前記コントローラが、前記指令信号を補正する複数の補償手段と、前記入力ポートと前記出力ポートの圧力差を演算する圧力差演算手段と、この圧力差演算手段により演算された前記圧力差が、予め設定された大きさの異なる複数の圧力差のいずれに該当するかを判定する判定手段と、この判定手段による判定結果に応じて、前記複数の補償手段のいずれかを選択する選択手段とを備えることを特徴としている。
【００３４】
このように構成した発明では、指令手段から出力された指令信号がコントローラに入力されると、圧力差演算手段により、比例シート弁の入力ポートと出力ポートの圧力差が演算され、判定手段により、その圧力差が、予め設定された大きさの異なる複数の圧力差のいずれに該当するかが判定される。そして、選択手段により、判定手段による判定結果に基づいて複数の補償手段の中からこのときの指令信号を補正するのに最も適した補償手段が選択される。選択された補償手段では、指令信号が補正されて、その補正値に相応する制御信号が比例シート弁のパイロット弁に出力される。これにより、入力ポートと出力ポートの圧力差の大きさに応じて比例シート弁の動特性を補償することができる。
【００３５】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記入力ポートの圧力を検出する第１圧力検出器と、前記出力ポートの圧力を検出する第２圧力検出器とを備えるとともに、前記圧力差演算手段が、前記第１圧力検出器により検出された圧力と、前記第２圧力検出器により検出された圧力とを減算して、前記圧力差を算出する減算器からなることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記圧力差演算手段が、前記指令信号と、前記比例シート弁が制御する油圧アクチュエータの流量仕様とに基づいて、前記圧力差を算出する演算器からなることを特徴としている。
【００３７】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記指令手段が、操作レバーを有するとともに、この操作レバーの操作量に相当する指令信号を出力する操作装置からなり、前記比例シート弁が、油圧アクチュエータに与えられる圧油の流量を制御可能に設けられることを特徴としている。
【００３８】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、建設機械に設けられることを特徴としている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の比例シート弁の駆動制御装置の実施形態について説明する。
【００４０】
はじめに、第１の実施形態について図１〜４を用いて説明する。
【００４１】
図１は、第１の実施形態を油圧シリンダのメータイン制御に利用した場合の構成図、図２は、図１に示す第１の実施形態に備えられるコントローラの構成を示すブロック図、図３は、図１に示す第１の実施形態における比例シート弁の動特性を示す図、図４は、図２に示すコントローラの処理を簡略化したブロック図である。なお、前述の図７に示したものと同等のものには、図７と同じ符号を付してある。
【００４２】
第１の実施形態では、ブームのメータイン制御を行う際の指令信号、ブームのメータアウト制御を行う際の指令信号、アームのメータイン制御を行う際の指令信号、およびアームのメータアウト制御を行う際の指令信号のそれぞれを出力する操作装置を備えているが、説明を簡単にするために図１では操作レバー１０４ａを有する１つの操作装置１０４だけを描いてある。
【００４３】
また、第１の実施形態は、同図１に示すように、前述した図７に示したのと同等の比例シート弁５０を備えている。第１の実施形態では、詳細には図示しないが、ブームのメータイン制御、ブームのメータアウト制御、アームのメータイン制御、およびアームのメータアウト制御を行うために、ブームシリンダのメータイン側、ブームシリンダのメータアウト側、アームシリンダのメータイン側、およびアームシリンダのメータアウト側のそれぞれに、比例シート弁５０を設けてある。なお、図１では、比例シート弁５０を利用して、ブームシリンダやアームシリンダなどの油圧シリンダ１０２のメータイン制御を行う場合の構成を示してある。
【００４４】
ここで、前述の〔従来の技術〕に記載の内容と重複するが、比例シート弁５０について説明する。
【００４５】
比例シート弁５０は、ケーシング５に設けられる入力ポート５ａおよび出力ポート５ｂと、ケーシング５内で軸方向に移動自在に設けられるシート弁１と、ソレノイド２０ｃに後述するコントローラ１０６からの制御信号を与えられて駆動するパイロット弁２０とを備えている。
【００４６】
入力ポート５ａには、油圧ポンプ１０１が接続され、この油圧ポンプ１０１から圧油が供給されるようになっている。出力ポート５ｂには、油圧アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１０２が接続され、油圧ポンプ１０１からの圧油がシート弁１を介して油圧シリンダ１０２に供給されるようになっている。
【００４７】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の上部に背圧室すなわち第１弁室７を備えている。この第１弁室７の上部には、圧油を導出する導出口５ｃが設けられており、この導出口５ｃは、パイロット弁２０の導入口２０ａに管路１１を介して接続されている。
【００４８】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の下部に、出力ポート５ｂと連続して形成される第２弁室６を備えている。この第２弁室６の上部には、圧油を導入する導入口５ｄが設けられており、この導入口５ｄは、パイロット弁２０の導出口２０ｂに管路１２を介して接続されている。
【００４９】
また、この比例シート弁５０は、シート弁１の上部に、第１弁室７に対して開口する複数のフィードバックスリット２を備えるとともに、シート弁１の下部に、第２弁室６と入力ポート５ａとを連通させる複数のオリフィス３を備えている。
【００５０】
また、第１の実施形態では、比例シート弁５０の入力ポート５ａの圧力Ｐｓを検出し、圧力Ｐｓに相当する圧力信号を出力する第１検出器１０５ａと、比例シート弁５０の出力ポート５ｂの圧力Ｐａを検出し、圧力Ｐａに相当する圧力信号を出力する第２検出器１０５ｂと、入力ポート５ａの圧力Ｐｓと出力ポート５ｂの圧力Ｐａの圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）の大きさに応じて、操作装置１０４からの指令信号を補正して、比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに制御信号を与えるコントローラ１０６とを備えている。
【００５１】
コントローラ１０６は、図２に示すように、減算器１０６Ｅと、選択器１０６Ｆと、第１〜第４補償器１０６Ａ〜１０６Ｄとを備えている。
【００５２】
減算器１０６Ｅには、第１検出器１０５ａから出力された圧力信号すなわち入力ポート５ａの圧力Ｐｓと、第２検出器１０５ｂから出力された圧力信号すなわち出力ポート５ｂの圧力Ｐａとが入力され、これらの圧力Ｐｓと圧力Ｐａとを減算して圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）を算出し、圧力差ΔＰに相当する圧力差信号を出力するように設定してある。
【００５３】
選択器１０６Ｆには、操作装置１０４からの指令信号と、減算器１０６Ｅから出力された圧力差ΔＰとが入力され、圧力差ΔＰが、予め設定された圧力差ΔＰＡ，ΔＰＢ，ΔＰＣ，ΔＰＤ（ΔＰＡ＞ΔＰＢ＞ΔＰＣ＞ΔＰＤ）のいずれに該当するかを判定し、その判定結果に基づいて、第１〜第４補償器１０６Ａ〜１０６Ｄのいずれかを選択して、選択した補償器に指令信号を入力するように設定してある。なお、選択器１０６Ｆは、操作装置１０４から指令信号を入力されていない状態では、例えば第４補償器１０６Ｄを選択する状態となっている。
【００５４】
この選択器１０６Ｆは、圧力差ΔＰが、予め設定された圧力差ΔＰＡに該当すると判定したときに、第１補償器１０６Ａを選択するように設定してある。予め設定された圧力差ΔＰＡは、例えばブームのメータアウト制御時に経験的に生じ得る圧力差である。
【００５５】
また、この選択器１０６Ｆは、圧力差ΔＰが、予め設定された圧力差ΔＰＢに該当すると判定したときに、第２補償器１０６Ｂを選択すように設定してある。予め設定された圧力差ΔＰＢは、例えばアームシリンダのメーアウト制御時に経験的に生じ得る圧力差である。
【００５６】
また、この選択器１０６Ｆは、圧力差ΔＰが、予め設定された圧力差ΔＰＣに該当すると判定したときに、第３補償器１０６Ｃを選択するように設定してある。予め設定された圧力差ΔＰＣは、例えばアームシリンダのメータイン制御時に経験的に生じ得る圧力差である。
【００５７】
また、この選択器１０６Ｆは、圧力差ΔＰが予め設定された圧力差ΔＰＤに該当すると判定したときに、第４補償器１０６Ｄを選択するように設定してある。予め設定された圧力差ΔＰＤは、例えばブームシリンダのメータイン制御時に経験的に生じ得る圧力差である。
【００５８】
第１〜第４補償器１０６Ａ〜１０６Ｄは、圧力差ΔＰがΔＰＡ，ΔＰＢ，ΔＰＣ，ΔＰＤのそれぞれの場合における比例シート弁５０の時定数ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ，ＴＤのそれぞれを、目標とする時定数Ｔｒｅｆに補正するものである。なお、目標とする時定数Ｔｒｅｆは、例えばＴｒｅｆ＝ＴＡに設定してある。
【００５９】
第１補償器１０６Ａは、圧力差ΔＰＡにおける比例シート弁５０の時定数ＴＡを、目標とする時定数Ｔｒｅｆにするために、次式〔数５〕で表される補正処理を行うように設定してある。なお、時定数Ｔｒｅｆ＝ＴＡに設定してあるので、第１補償器１０６Ａでは、実質的な補正処理は行われない。
【００６０】
【数５】
2004100715.tif 000007
第２補償器１０６Ｂは、圧力差ΔＰＢにおける比例シート弁５０の時定数ＴＢを、目標とする時定数Ｔｒｅｆにするために、次式〔数６〕で表される補正処理を行うように設定してある。
【００６１】
【数６】
2004100715.tif 000008
第３補償器１０６Ｃは、圧力差ΔＰＣにおける比例シート弁５０の時定数ＴＣを、目標とする時定数Ｔｒｅｆにするために、次式〔数７〕で表される補正処理を行うように設定してある。
【００６２】
【数７】
2004100715.tif 000009
第４補償器１０６Ｄは、圧力差ΔＰＤにおける比例シート弁５０の時定数ＴＤを、目標とする時定数Ｔｒｅｆにするために、次式〔数８〕で表される補正処理を行うように設定してある。
【００６３】
【数８】
2004100715.tif 000010
コントローラ１０６による補正処理は、図４に示すように等価変換される。この図４において時定数ＴＸには、上述のＴＡ〜ＴＤが代入される。つまり、図４に示すように、比例シート弁５０の１次遅れの伝達関数〔数９〕が、伝達関数〔数１０〕に改善される。
【００６４】
【数９】
2004100715.tif 000011
【数１０】
2004100715.tif 000012
なお、第１〜第４補償器１０６Ａ〜１０６Ｄでは、操作装置１０４からのステップ的な指令信号に応じて、図３（ａ）に示す制御出力特性ａ〜ｄの制御信号を出力する。図３（ａ）において、制御出力特性ａの制御信号は第１補償器１０６Ａから出力されるもの、制御出力特性ｂの制御信号は第２補償器１０６Ｂから出力されるもの、制御出力特性ｃの制御信号は第３補償器１０６Ｃから出力されるもの、制御出力特性ｄの制御信号は、第３補償器１０６ｄから出力されるものである。つまり、制御出力特性ａ〜ｄにより、前述の図９に示す動特性Ａ１〜Ｄ１が、図３（ｂ）に示すほぼ同等の動特性Ａ２〜Ｄ２（Ａ２＝Ａ１）に改善されるようになっている。
【００６５】
第１の実施形態の動作を説明する。
【００６６】
＜ブームのメータアウト制御時＞
操作装置１０４から、ブームのメータアウト制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００６７】
選択器１０６Ｆでは、はじめは第４補償器１０６Ｄが選択されているので、上述の〔数８〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｄの制御信号が、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、パイロット弁２０が駆動してシート弁１の動作が開始される。すなわち、ブームのメータアウト制御が開始される。これに伴い、ブームシリンダのメータウト側に設けられた比例シート弁５０では、入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰが、ブームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＡとなる。
【００６８】
一方、ブームシリンダのメータウト側に設けられた比例シート弁５０の入力ポート５ａの圧力Ｐｓは、第１検出器１０５ａにより検出され、圧力Ｐｓに相当する圧力信号がコントローラ１０６の減算器１０６Ｅに入力される。同様に、出力ポート５ａの圧力Ｐａは、第２検出器１０５ｂにより検出され、圧力Ｐａに相当する圧力信号が減算器１０６Ｅに入力される。
【００６９】
減算器１０６Ｅでは、圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）が演算される。すなわち、今はブームのメータアウト制御が行われているので、圧力差ΔＰ＝ΔＰＡが算出される。そして、減算器１０６Ｅから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＡ）に相当する圧力差信号が入力される。選択器１０６Ｆでは、減算器１０６Ｅで求められた圧力差ΔＰ（＝ΔＰＡ）が、予め設定された圧力差ΔＰＡに該当すると判定され、第１補償器１０６Ａが選択される。
【００７０】
第１補償器１０６Ａでは、上述の式〔数５〕で表される補正処理によって指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ａの制御信号が、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、ブームシリンダのメータアウト側の比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。なお、時定数Ｔｒｅｆ＝ＴＡなので、ブームのメータアウト制御時には、比例シート弁５０の動特性の実質的な補償は行われていない。
【００７１】
＜アームのメータアウト制御時＞
操作装置１０４から、アームのメータアウト制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００７２】
選択器１０６Ｆでは、はじめは第４補償器１０６Ｄが選択されているので、上述の〔数８〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｄの制御信号が、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、パイロット弁２０が作動してシート弁１の動作が開始される。すなわちアームのメータアウト制御が開始される。これに伴い、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０では、入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰが、アームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＢとなる。
【００７３】
一方、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０の入力ポート５ａの圧力Ｐｓは、第１検出器１０５ａにより検出され、圧力Ｐｓに相当する圧力信号がコントローラ１０６の減算器１０６Ｅに入力される。同様に、出力ポート５ａの圧力Ｐａは、第２検出器１０５ｂにより検出され、圧力Ｐａに相当する圧力信号が減算器１０６Ｅに入力される。
【００７４】
減算器１０６Ｅでは、圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）が演算される。すなわち、今はアームのメータアウト制御が行われているので、圧力差ΔＰ＝ΔＰＢが算出される。そして、減算器１０６Ｅから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＢ）に相当する圧力差信号が入力される。したがって、選択器１０６Ｆでは、減算器１０６Ｅで求められた圧力差ΔＰ（＝ΔＰＢ）が、アームのメータアウト制御時の圧力差の領域ΔＰＢに含まれると判定され、第２補償器１０６Ｂが選択される。
【００７５】
第２補償器１０６Ｂでは、上述の式〔数７〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｂの制御信号が、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。
【００７６】
＜アームのメータイン制御時＞
操作装置１０４から、アームのメータイン制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００７７】
選択器１０６Ｆでは、はじめは第４補償器１０６Ｄが選択されているので、上述の〔数８〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｄの制御信号が、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、パイロット弁２０が駆動してシート弁１の動作が開始される。すなわちアームのメータイン制御が開始される。これに伴い、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０では、入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰが、アームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＣとなる。
【００７８】
一方、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０の入力ポート５ａの圧力Ｐｓは、第１検出器１０５ａにより検出され、圧力Ｐｓに相当する圧力信号がコントローラ１０６の減算器１０６Ｅに入力される。同様に、出力ポート５ａの圧力Ｐａは第２検出器１０５ｂにより検出され、圧力Ｐａに相当する圧力信号が減算器１０６Ｅに入力される。
【００７９】
減算器１０６Ｅでは、圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）が演算される。すなわち、今はアームのメータイン制御が行われているので、圧力差ΔＰ＝ΔＰＣが算出される。そして、減算器１０６Ｅから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＣ）に相当する圧力差信号が入力される。したがって、選択器１０６Ｆでは、減算器１０６Ｅで求められた圧力差ΔＰ（＝ΔＰＣ）が、アームのメータイン制御時の圧力差ΔＰＣに該当すると判定され、第３補償器１０６Ｃが選択される。
【００８０】
第３補償器１０６Ｃでは、上述の式〔数７〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｃの制御信号が、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。
【００８１】
＜ブームのメータイン制御時＞
操作装置１０４から、ブームのメータイン制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００８２】
選択器１０６Ｆでは、はじめは第４補償器１０６Ｄが選択されているので、指令信号は、上述の〔数８〕で表される補正処理により補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｄの制御信号が、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、パイロット弁２０が駆動してシート弁１の動作が開始される。すなわちブームのメータイン制御が開始される。これに伴い、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０では、入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰが、アームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＤとなる。
【００８３】
一方、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０の入力ポート５ａの圧力Ｐｓは、第１検出器１０５ａにより検出され、圧力Ｐｓに相当する圧力信号がコントローラ１０６の減算器１０６Ｅに入力される。同様に、出力ポート５ａの圧力Ｐａは、第２検出器１０５ｂにより検出され、圧力Ｐａに相当する圧力信号が減算器１０６Ｅに入力される。
【００８４】
減算器１０６Ｅでは、圧力差ΔＰ（＝Ｐｓ−Ｐａ）が演算される。すなわち、今はブームのメータイン制御が行われているので、圧力差ΔＰ＝ΔＰＤが算出される。そして、減算器１０６Ｅから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＤ）に相当する圧力差信号が入力される。したがって、選択器１０６Ｆでは、減算器１０６Ｅで求められた圧力差ΔＰ（＝ΔＰＤ）が、ブームのメータイン制御時の圧力差ΔＰＤに該当すると判定され、第４補償器１０６Ｄが選択される。
【００８５】
つまり、ブームのメータイン制御の開始時に選択されている第４補償器１０６Ｄにより引き続き指令信号が補正される。これにより、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。
【００８６】
第１の実施形態では、次の効果が得られる。
【００８７】
第１の実施形態では、ブームのメータイン制御時、ブームのメータアウト制御時、アームのメータイン制御時、およびアームのメータウト制御時のいずれにおいても、比例シート弁５０の入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰの大きさに対応する比例シート弁５０の動特性をキャンセルして、図３（ｂ）に示すように、圧力差ΔＰの大きさに関係なくほぼ同等の動特性になるように補償できるので、操作フィーリングの違和感を軽減することができる。
【００８８】
次に、第２の実施形態について図５，６を用いて説明する。
【００８９】
図５は、第２の実施形態の構成図である。図６は、図５に示す第２の実施形態に備えられるコントローラの構成を示すブロック図である。
【００９０】
第２の実施形態は、図５，６に示すように、第１の実施形態に備えられる第１，第２検出器１０５ａ，１０５ｂと減算器１０６Ｅを備えておらず、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様、すなわち制御対象の油圧アクチュエータ１０２が必要な速度を得るための設計上の流量仕様と、操作装置１０４からの指令信号とに基づいて比例シート弁５０の入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰを演算し、その圧力差ΔＰに相当する圧力差信号を選択器１０６Ｆに入力する圧力差演算器１０６Ｇを備えている点で、第１の実施形態の構成と異なっている。
【００９１】
圧力差ΔＰは、一般的に知られているオリフィスの式〔数１１〕から得られる〔数１２〕により、求めることができる。
【００９２】
【数１１】
2004100715.tif 000013
【数１２】
2004100715.tif 000014
Ｑ：流量，Ｃ：流量係数，Ａ：開口面積，ρ：密度
開口面積Ａは、操作レバー１０４ａの操作量から求めることができ、流量Ｑも、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と、操作レバー１０４ａの操作量とから求めることができる。つまり、圧力差演算器１０６Ｇは、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と、操作装置１０４から入力された指令信号とに基づいて開口面積Ａおよび流量Ｑを求め、これらを上述の〔数１２〕に代入して圧力差ΔＰを演算するように設定してある。
【００９３】
第２の実施形態の動作を説明する。
【００９４】
＜ブームのメータアウト制御時＞
操作装置１０４から、ブームのメータアウト制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００９５】
また、指令信号は、コントローラ１０６の圧力差演算器１０６Ｇにも入力される。これにより、圧力差演算器１０６Ｇでは、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と指令信号とに基づいて圧力差ΔＰが演算される。すなわち、ブームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＡが算出される。そして、圧力差演算器１０６Ｇから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＡ）に相当する圧力差信号が入力される。
【００９６】
選択器１０６Ｆでは、圧力差演算器１０６Ｇにより算出された圧力差ΔＰ（＝ΔＰＡ）が、ブームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＡに該当すると判定され、第１補償器１０６Ａが選択される。
【００９７】
第１補償器１０６Ａでは、上述の式〔数５〕で表される補正処理によって指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ａの制御信号が、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、ブームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。なお、時定数Ｔｒｅｆ＝ＴＡなので、ブームのメータアウト制御時には、比例シート弁５０の動特性の実質的な補償は行われていない。
【００９８】
＜アームのメータアウト制御時＞
操作装置１０４から、アームのメータアウト制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【００９９】
また、指令信号は、圧力差演算器１０６Ｇにも入力される。これにより、圧力差演算器１０６Ｇでは、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と指令信号とに基づいて圧力差ΔＰが演算される。すなわち、アームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＢが算出される。そして、圧力差演算器１０６Ｇから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＢ）に相当する圧力差信号が入力される。
【０１００】
選択器１０６Ｆでは、圧力差演算器１０６Ｇにより算出された圧力差ΔＰ（＝ΔＰＢ）が、アームのメータアウト制御に対応する圧力差ΔＰＢに該当すると判定され、第２補償器１０６Ｂが選択される。
【０１０１】
第２補償器１０６Ｂでは、上述の式〔数６〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｂの制御信号が、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、アームシリンダのメータアウト側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの答速度で応答する。
【０１０２】
＜アームのメータイン制御時＞
操作装置１０４から、アームのメータイン制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【０１０３】
また、指令信号は、圧力差演算器１０６Ｇにも入力される。これにより、圧力差演算器１０６Ｇでは、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と指令信号とに基づいて圧力差ΔＰが演算される。すなわち、アームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＣが算出される。そして、圧力差演算器１０６Ｇから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＣ）に相当する圧力差信号が入力される。
【０１０４】
選択器１０６Ｆでは、圧力差演算器１０６Ｇにより算出された圧力差ΔＰ（＝ΔＰＣ）が、アームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＣに該当すると判定され、第３補償器１０６Ｃが選択される。
【０１０５】
第３補償器１０６Ｃでは、上述の式〔数７〕で表される補正処理により指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｃの制御信号が、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに与えられる。これにより、アームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。
【０１０６】
＜ブームのメータイン制御時＞
操作装置１０４から、ブームのメータイン制御を行うための指令信号が、ステップ的に出力される。この指令信号は、コントローラ１０６の選択器１０６Ｆに入力され、これにより選択器１０６Ｆが作動する。
【０１０７】
また、指令信号は、圧力差演算器１０６Ｇにも入力される。これにより、圧力差演算器１０６Ｇでは、比例シート弁５０が制御する油圧アクチュエータ１０２の流量仕様と指令信号とに基づいて圧力差ΔＰが演算される。すなわち、ブームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＤが算出される。そして、圧力差演算器１０６Ｇから選択器１０６Ｆに圧力差ΔＰ（＝ΔＰＤ）に相当する圧力差信号が入力される。
【０１０８】
選択器１０６Ｆでは、圧力差演算器１０６Ｇにより算出された圧力差ΔＰ（＝ΔＰＤ）が、ブームのメータイン制御に対応する圧力差ΔＰＤに含まれると判定され、第４補償器１０６Ｄが選択される。
【０１０９】
第４補償器１０６Ｄでは、上述の式〔数８〕で表される補正処理によって指令信号が補正されて、図３（ａ）に示す制御出力特性ｄの制御信号が、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０のソレノイド２０ｃに出力される。これにより、ブームシリンダのメータイン側に設けられた比例シート弁５０は、指令信号に対して時定数Ｔｒｅｆの応答速度で応答する。
【０１１０】
第２の実施形態では、次の効果が得られる。
【０１１１】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ブームのメータイン制御時、ブームのメータアウト制御時、アームのメータイン制御時、およびアームのメータウト制御時のいずれにおいても、比例シート弁５０の入力ポート５ａと出力ポート５ｂの圧力差ΔＰの大きさに対応する比例シート弁５０の動特性をキャンセルして、圧力差ΔＰの大きさに関係なくほぼ同等の動特性になるように補償できるので、操作フィーリングの違和感を軽減することができる。
【０１１２】
また、第２の実施形態では、第１の実施形態に備えられる第１圧力検出器１０５ａ、第２圧力検出器１０５ｂを備えていないので、第１の実施形態よりも製作費用を低減することができる。
【０１１３】
なお、上述した第１，第２の実施形態では、比例シート弁５０による制御対象をブームシリンダとアームシリンダとし、これらブームシリンダとアームシリンダに対しメータイン制御およびメータアウト制御を行うようにしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、制御対象となる油圧アクチュエータは、バケットシリンダ、走行モータ、旋回モータなどでもよく、また、ブリードオフ制御やメークアップ制御を行うようにしてもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の比例シート弁の駆動制御装置では、比例シート弁の入口ポートと出口ポートの圧力差の大きさに応じて、比例シート弁の動特性を補償できるので、従来生じていた操作フィーリングの違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の比例シート弁の駆動制御装置の第１の実施形態を油圧シリンダのメータイン制御に利用した場合の構成図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態に備えられるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す第１の実施形態の動特性を示し、（ａ）はパイロット弁の動特性を示す特性図、（ｂ）は（ａ）に対応するシート弁の動特性を示す特性図である。
【図４】図２に示すコントローラによる補正処理を等価変換したブロック図である。
【図５】第２の実施形態の構成図である。
【図６】図５に示す第２の実施形態に備えられるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図７】比例シート弁を油圧シリンダのメータイン制御に利用した場合の構成を示す構成図である。
【図８】図７に示す比例シート弁の動特性の一例を示す特性図であり、（ａ）はステップ的な指令信号を与えたときのパイロット弁の動特性を示す特性図、（ｂ）は（ａ）に示すパイロット弁の動特性に対応するシート弁の動特性を示す特性図である。
【図９】図７に示す比例シート弁の入力ポートと出力ポートの圧力差の大きさが異なる複数の場合のそれぞれにおける比例シート弁５０の動特性を示す特性図である。
【図１０】メータイン制御回路の模式図である。
【図１１】メータアウト制御回路の模式図である。
【符号の説明】
１　シート弁
２　フィードバックスリット
３　オリフィス
５　ケーシング
５ａ　入力ポート
５ｂ　出力ポート
５ｃ　導出口
５ｄ　導入口
６　弁室
７　弁室
１１　管路
１３　管路
２０　パイロット弁
２０ａ　導入口
２０ｂ　導出口
２０ｃ　ソレノイド
３０　受圧面
３１　受圧面
３２　受圧面
５０　比例シート弁
１０１　油圧ポンプ
１０２　油圧シリンダ
１０３　負荷
１０４　操作装置
１０４ａ　操作レバー
１０５ａ　第１圧力検出器
１０５ｂ　第２圧力検出器
１０６　コントローラ
１０６Ａ　補償器（補償手段）
１０６Ｂ　補償器（補償手段）
１０６Ｃ　補償器（補償手段）
１０６Ｄ　補償器（補償手段）
１０６Ｅ　減算器（圧力差演算手段）
１０６Ｆ　選択器（判定手段、選択手段）
１０６Ｇ　圧力差演算器（圧力差演算手段）
１０７　油圧タンク
【図１】
2004100715.tif 000015
【図２】
2004100715.tif 000016
【図３】
2004100715.tif 000017
【図４】
2004100715.tif 000018
【図５】
2004100715.tif 000019
【図６】
2004100715.tif 000020
【図７】
2004100715.tif 000021
【図８】
2004100715.tif 000022
【図９】
2004100715.tif 000023
【図１０】
2004100715.tif 000024
【図１１】
2004100715.tif 000025